广东省粮食干燥机械化装备技术发展研讨

广东省粮食干燥机械化装备技术发展研讨

李长友

（华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州

510642）

摘要广东粮食干燥理论及关键技术研究居国内领先，多项技术已走到国际前沿，但新技术产品的产

业化应用步伐相对比较缓慢，主要原因是缺乏有技术实力的制造企业，社会资金与流动性过剩，农村缺少投资渠道，没有形成有效的推广机制。受粮食干燥设备一次性投入多，农民购买力有限，市场行为不规范等多种因素的影响，推广粮食机械化干燥新技术存在很大困难，需要政府从政策上给予扶持。建议政府部门把粮食产地干燥成套新技术纳入农村的农业生产基础设施建设的范畴，通过公益性示范、技术培训和推广展示等途径，推进新技术产品的产业化应用。关键词粮食

机械化干燥

发展模式

推广机制

基金资助：广东省产学研项目（2012B091000135）

作者简介：李长友（1958-），男，陕西蒲城人，教授，博士生导师。广州华南农业大学工程学院，510642。E-mail:lichyx@

0引言

广东省是粮食生产和消费的大省。2011年，全省水稻总播种面积为194万hm 2，稻谷总产量为1096.9万t ，但全省的粮食干燥机械化装备程度总体还很低，发展迟缓。在农村，稻谷的干燥机械化程度还不足2%，与日、美等发达国家在上世纪80年代就达到90%以上的水平相比相差甚远，与广东省稻谷耕、种、收综合机械化水平已达60%以上的程度相比很不相适应。目前，农村传统的晾坝、打谷场院等自然晾晒场所大多已挪作他用，一般农户失去了晒粮场所，以在马路边、屋顶等地方晾晒的方式，不能适应发展的需要，干燥成了农村经济发展急需解决的重大瓶颈问题之一。面对现实，广东省设立了多项课题，从基础理论、水分在线检测、干燥自适应控制、工艺装备关键技术及发展模式进行了较为系统深入的研究。在几十年研究积淀的基

础上，取得了深床干燥解析法国际领先的理论成果，并从根本上解决了粮食水分在线检测问题，开发出了粮食干燥自适应控制系统，形成了拥有自主知识产权的粮食集中干燥成套技术设备，使我国的粮食干燥研究走到了国际前沿。通过深入的理论研究，发现粮食干燥系统存在巨大的能质内损耗；明确了长期被人们忽视的客观干燥火用的高效利用问题；意识到了系统节能、模式节能的潜力。基于新理论[1]和新技术，成功地设计出了高效节能的高湿粮食集中干燥成套工艺技术设备以及面向单家独户、单独作业的全自动小型批处理干燥机。为进一步加快广东省粮食干燥机械化的步伐，本文就粮食干燥机械化物质装备技术基础及产业化应用相关问题进行简要说明和研讨。

1理论与装备关键技术研究进展

传统的粮食机械化干燥存在的普遍问题是设备

投入大，年作业期短、能耗高、效率及自动化程度低，可靠性差。对应这些现实问题，广东省在粮食干燥研究方面取得了以下重大研究进展。

1.1颗粒农产品深床干燥解析法

首次从理论上阐明了均质体颗粒农产品降速干燥过程的二段性；给出了颗粒农产品在干燥过程中的粒内温度分布解析式[2]；获得了单粒体降速干燥过程具有二段性的物料，开发了干燥参数分析、应用解析软件。颗粒农产品深床干燥解析法成果鉴定结论：该成果在农产品干燥领域、深床干燥研究方面，达到国际领先水平。

1.2粮食水分在线检测技术

首次发现时序、峰高、峰面积关联特征测量属性，研究出粮食电阻随含水率变化的实时波形特征及解析计算法，界定了选择条件，开发出适配电路，获得对应粮食比容积电阻（10-2～1015Ωcm）非线性变化过程的含水率值，研制出在线检测装置并实现了在-35～+40℃温度动态变化和10%（w.b.）～40%(w.b.)水分动态变化范围以及粮食颗粒之间水分差异很大的情况下，检测每一粒粮食的含水率，检测含水率偏差≤±0.5%。技术成果的鉴定结论：总体技术达到国际先进水平

1.3粮食干燥自适应控制系统

首次把干燥介质条件变化、进粮水分不一和机器工况波动等因素作为系统的扰动量，开发出了粮食干燥自适应控制系统[4]并实现了在线信息的无线传输。成果的鉴定结论：填补了国际粮食干燥领域空白，总体水平达到国际先进水平。

1.4高湿粮食集中干燥工艺系统

高湿粮食干燥具有明显的二段性。粮食的含水率在第一降速干燥段及以上时，表面存在较多的自由水，常温自然空气对其具有相当的干燥能力。针对这一特点和粮食干燥系统客观能势的有效利用，设计出了图1所示的高湿粮食集中干燥工艺系统，实现了高效节能，获得了国家授权发明专利。

1.55HP系列小型粮食干燥工艺系统及设备

该工艺设计紧紧抓住干燥系统客观能势利用及烟气余热回收、维持粮食温度，尽最大可能使粮

的图1高湿粮食集中干燥工艺系统

图25HP 系列小型粮食干燥工艺系统及

设备

干燥过程沿等温或小幅降温过程线。解决了干燥机热惯性问题，大幅度提高了干燥系统的干燥效率，降低了能量消耗。通过引风混流及干燥室结构优化设计，大幅度降低了干燥层的通风阻力并实现了无级自动排粮，适应多品种，通用性好，已获国家授权发明专利。

其工艺系统及设备见图2。1.6粮食热风干燥系统火用评价理论

粮食热风干燥是热风与粮食接触自发交换水分的多组分、多相系统传递的不可逆热力过程。过程发生的机理复杂，影响因素繁多，干燥条件、环境条件、物料条件的变动及处理工艺上的差异，使得系统中的能量在数量和质量上的损失都存在差异，在极端情况下可能还相差很大[3]。由于迄今评价粮食干燥系统的用能效果，评定的标准都是基于热能数量守恒关系，来揭示能量转换、传递、利用和损失情况，反映了热量的外部损失，体现了热在数量上的利用程度，但不能反映干燥系统内部损失的情况，评价方法本身存在固有的局限性。也使粮食干燥装备技术及精准控制技术的发展受到了影响。为了揭示粮食干燥系统能量损耗的本质，我们针对粮食热风干燥系统特征、火用基准点、干燥室焓火用结构及火用效率进行深入的理论分析，明确了粮食的含水率是状态函数，确立了干燥系统起算火用的基准点，提出了火用基准函数，并在湿空气焓-含湿量图上绘出其变化过程，通过火用效率分析，揭示了能的“量”与

“质”的匹配关系，但现有的新技术成果在广东省实现产业化、大面积推广应用的步伐相对比较缓慢，需要基于全省面临的一些现实问题展开一些较深入的研讨。

2广东发展粮食机械化干燥主要问题的研讨

2.1发展规模与区域产业结构的协调性

广东省人均耕地面积仅为0.027hm 2，不足全国人均耕地0.094hm 2的三分之一，也低于人均0.053hm 2的联合国粮农组织警戒线。农村的种植规模小，品种多样、分散而数量大的特点，预示广东省拥有巨大的小型分散经营的批处理干燥机市场，同时，广东省年产千万吨以上的粮食，也预示全省拥有巨大的粮食集中干燥加工处理市场。面对现实，广东省设立专项科研项目，以华南亚热带气候环境中盛产的水稻为主要对象，在研究本省的生产、经营特征，自然环境等区域特征基础条件参数的基础上，破解现有干燥设备生产能力小、生产成本大、能耗高，发展模式与当地实际情况不符而使干燥设备年利用率极低的难题，提出一套适合本地区粮食集中干燥的工艺技术路线，开发高效节能的粮食集中干燥成套技术装备，实现干燥过程自适应控制，日处理能力达到300t/d ，取得了良好的实施效果，也使广东省的粮食干燥设备在技术层面上走到了国际前沿水平。面向分散种植的单家独户，研制出了批次处理能力在10～30t/批的小型干燥机，成功地解决