谷物冷卻機(jī)控制優(yōu)化

鄭澤順

（廣東吉榮空調(diào)有限公司，廣東揭陽(yáng) 522000）

谷物冷卻機(jī)控制優(yōu)化

鄭澤順

（廣東吉榮空調(diào)有限公司，廣東揭陽(yáng) 522000）

介紹一種谷物冷卻機(jī)及其控制原理，結(jié)合機(jī)組全天候運(yùn)行特點(diǎn)提出節(jié)能方法，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到降低運(yùn)行能耗目的。

谷物冷卻機(jī)；優(yōu)化；節(jié)能

0 概述

低溫儲(chǔ)糧是一種國(guó)際通行的綠色儲(chǔ)糧方式，可以抑制害蟲(chóng)和微生物生長(zhǎng)，減少糧食損失，延緩糧食陳化。谷物冷卻機(jī)是低溫儲(chǔ)糧的關(guān)鍵設(shè)備，1998年我國(guó)自主開(kāi)發(fā)成功后并應(yīng)用于500億斤國(guó)家儲(chǔ)備糧庫(kù)項(xiàng)目。由于種種主、客觀原因，谷物冷卻機(jī)的應(yīng)用效益未得到應(yīng)有的發(fā)揮[1]。為提高我國(guó)糧食倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，更好的應(yīng)用谷物冷卻機(jī)低溫儲(chǔ)糧技術(shù)，有關(guān)部門(mén)先后組織制訂了谷物冷卻機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程[2-4]，為設(shè)備的考核、選型、運(yùn)行提供依據(jù)和指導(dǎo)。由于糧食基數(shù)大，雖然設(shè)備性能指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)際的用電量還是相當(dāng)可觀。GB/T 18835對(duì)名義工況性能指標(biāo)提出要求，實(shí)際上設(shè)備的耗電量除跟設(shè)備本身效率、使用環(huán)境和使用方式密切相關(guān)。作為一種長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用的多功能全新風(fēng)機(jī)組，要降低降溫能耗，需要保持設(shè)備在各種使用環(huán)境下都能高效運(yùn)行，這需要設(shè)備生產(chǎn)商、使用方共同努力。本文分析設(shè)備特點(diǎn)，從設(shè)備角度分析經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的可能性，并結(jié)合使用工藝特點(diǎn)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使其更智能化，在保障出風(fēng)溫濕度前提下，提高設(shè)備的綜合能效比，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的。

1 谷物冷卻機(jī)的特點(diǎn)、工作原理和處理流程

圖1 系統(tǒng)原理圖

谷冷機(jī)為全新風(fēng)低送風(fēng)恒溫恒濕機(jī)組，其功能是向糧倉(cāng)提供高靜壓的溫濕度恒定的空氣，實(shí)現(xiàn)谷物的低溫儲(chǔ)藏、調(diào)濕保質(zhì)。包括送風(fēng)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、再熱調(diào)濕系統(tǒng)及控制系統(tǒng)（如圖1）。控制系統(tǒng)包括可編程控制器、觸摸屏、變頻器、可控硅調(diào)節(jié)器、傳感器、執(zhí)行器等。

空氣處理過(guò)程如下（圖2）：新風(fēng)（狀態(tài)點(diǎn)A）經(jīng)過(guò)高靜壓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定溫升（狀態(tài)點(diǎn)B），通過(guò)蒸發(fā)器后被降溫除濕（狀態(tài)點(diǎn)C），此時(shí)相對(duì)濕度可高達(dá)95%，通過(guò)冷凝熱或電加熱升溫降低相對(duì)濕度（狀態(tài)點(diǎn)D），使出風(fēng)溫濕度達(dá)到要求。

圖2 空氣處理流程

2 控制系統(tǒng)的配置及主要功能

為滿(mǎn)足設(shè)備全天候可靠高效運(yùn)行、精確送風(fēng)（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18835規(guī)定出風(fēng)溫度最大變動(dòng)幅±1℃，平均變動(dòng)幅±0.3℃，相對(duì)濕度最大變動(dòng)幅±5%，平均變動(dòng)幅±3%[2]）、功能多樣特點(diǎn)，選用高性能PLC控制器，包括主控單元（含RS485接口，可增加以太網(wǎng)接口）、數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、觸摸屏（見(jiàn)圖3）。

控制功能包括：

（1）遠(yuǎn)近控開(kāi)關(guān)機(jī)；

（2）溫濕度自動(dòng)控制：自動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)加卸載及再熱系統(tǒng)，適應(yīng)環(huán)境工況變化，控制蒸發(fā)后溫度、出風(fēng)溫濕度達(dá)到要求；

（3）故障處理：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)故障進(jìn)行處理，如制冷不良、風(fēng)壓異常（過(guò)高或過(guò)低）、制冷劑泄漏、電源故障、風(fēng)機(jī)故障、變頻故障、壓縮機(jī)故障等，保護(hù)設(shè)備安全；

（4）機(jī)組功率顯示；

（5）配置RS485接口、以太網(wǎng)接口方便與糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；

（6）數(shù)據(jù)處理：參數(shù)設(shè)置、動(dòng)態(tài)曲線、數(shù)據(jù)分析及保存。通過(guò)觸摸屏可以方便的了解機(jī)組運(yùn)行情況和各種參數(shù)設(shè)置。

圖3 控制系統(tǒng)原理圖

3 節(jié)能措施

3.1 風(fēng)機(jī)變頻控制

離心風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速以滿(mǎn)足不同糧倉(cāng)類(lèi)型風(fēng)壓要求，提高單位功率送風(fēng)量，同時(shí)使機(jī)組能夠更好的適用各種氣候環(huán)境，提高出風(fēng)控制精度。風(fēng)機(jī)頻率控制在傳統(tǒng)的PID控制方法基礎(chǔ)上，根據(jù)回風(fēng)狀態(tài)、谷倉(cāng)類(lèi)型及出風(fēng)狀態(tài)對(duì)初值進(jìn)行預(yù)設(shè)，減少頻率調(diào)節(jié)的收斂時(shí)間，使風(fēng)機(jī)頻率迅速達(dá)到要求。

為適用不同類(lèi)型糧倉(cāng)，谷物冷卻機(jī)配置大功率送風(fēng)機(jī)。以GLA78機(jī)型為例，名義工況輸入功率39.8 kW，匹配風(fēng)機(jī)功率達(dá)18.5 kW。通過(guò)變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，提供不同的風(fēng)量風(fēng)壓，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)注意選擇相應(yīng)的谷倉(cāng)類(lèi)型，避免出風(fēng)靜壓過(guò)高，造成不必要的溫升和耗功。風(fēng)機(jī)的耗功跟風(fēng)量、出風(fēng)靜壓成正比，風(fēng)量增加1倍，糧倉(cāng)阻力約為原來(lái)的2.5倍，風(fēng)機(jī)耗功約為原來(lái)5倍[5]。實(shí)際使用證明，采用變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)可以節(jié)能30%以上[6]。如果對(duì)降溫速度要求不高，可以降低風(fēng)壓作業(yè)（相當(dāng)降低堆糧的通風(fēng)風(fēng)速，不包括一機(jī)多口情況），從而提高單位功率送風(fēng)量。

采用軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)比離心風(fēng)機(jī)節(jié)能[7]，主要原因是由于小風(fēng)量時(shí)阻力極小，對(duì)風(fēng)機(jī)余壓要求很低，還存在出風(fēng)溫度受環(huán)境溫度影響不可控制的缺點(diǎn)。設(shè)備降頻使用，同樣可以達(dá)到降低出風(fēng)余壓目的，可以同時(shí)兼顧耗功和效率。

風(fēng)機(jī)降頻使用可降低整機(jī)消耗功率，在配電容量有限的情況下可以使用，但限幅不能過(guò)低，以免影響制冷系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。

控制系統(tǒng)提供快速降溫模式和節(jié)能運(yùn)行模式供選擇，最大風(fēng)量和最大風(fēng)壓限定功能，可以通過(guò)觸摸屏方便設(shè)置。

3.2 變冷量控制

為滿(mǎn)足全新風(fēng)機(jī)組負(fù)荷變化大使用要求，采用多個(gè)高效渦旋壓縮機(jī)及旁通卸載混合使用方式，提高能量調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)，適應(yīng)環(huán)境溫度變化。由于壓縮機(jī)卸載時(shí)效率會(huì)降低[8]，采用多級(jí)制冷系統(tǒng)使機(jī)組在部分負(fù)荷時(shí)各個(gè)系統(tǒng)壓縮機(jī)仍保持滿(mǎn)載運(yùn)行，冷凝風(fēng)機(jī)啟動(dòng)臺(tái)數(shù)直接受冷凝壓力控制，使機(jī)組在部分負(fù)荷時(shí)仍能保持高效運(yùn)行。

3.3 熱回收及無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)技術(shù)

谷冷機(jī)采用冷卻除濕后再熱辦法降低出風(fēng)相對(duì)濕度，系統(tǒng)采用回收冷凝熱作為熱源以節(jié)約能源。同時(shí)采用少量電加熱作為補(bǔ)充，采用可控硅調(diào)功器無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，保障最少的加熱量和控制精度。

再熱降低相對(duì)濕度造成冷熱量互相抵消，且機(jī)組效率隨出風(fēng)溫度降低而下降。以名義工況為例，出風(fēng)相對(duì)濕度要求為75%，再熱量約為6 kW，制冷量損失約7%。低濕工況考慮限制再熱，控制系統(tǒng)檢測(cè)相對(duì)濕度，出風(fēng)濕度過(guò)低時(shí)自動(dòng)修正提高蒸發(fā)后溫度，從而降低甚至取消再熱，提高低濕工況控制精度。濕度超出預(yù)設(shè)范圍可自動(dòng)切換為再熱控制模式。

3.4 防霜設(shè)計(jì)

結(jié)霜后機(jī)組效率會(huì)迅速降低，除霜時(shí)出風(fēng)溫度難免出現(xiàn)波動(dòng)。增加蒸發(fā)壓力檢測(cè)功能，根據(jù)壓力變化趨勢(shì)判斷是否結(jié)霜。相對(duì)簡(jiǎn)單采用熱氣旁通調(diào)節(jié)壓力方式，更加準(zhǔn)確。通常做法是低壓壓力低于設(shè)定值時(shí)旁通閥打開(kāi)，相當(dāng)損失壓縮機(jī)機(jī)冷量方式保持機(jī)組正常運(yùn)行。蒸發(fā)壓力檢測(cè)，蒸發(fā)壓力低于設(shè)定值時(shí)優(yōu)先調(diào)整風(fēng)量，達(dá)到風(fēng)量限值再考慮制冷系統(tǒng)卸載，避免蒸發(fā)壓力過(guò)低并保持機(jī)組高效運(yùn)行。

3.5 用戶(hù)定制功能

自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)功能：根據(jù)預(yù)設(shè)溫度值在環(huán)境溫度高時(shí)停機(jī)、在夜間溫度低時(shí)自動(dòng)開(kāi)機(jī)，適應(yīng)糧堆間歇冷卻要求。

降溫曲線定制功能：冷卻通風(fēng)過(guò)程除了降溫外，還對(duì)濕度產(chǎn)生影響，冷風(fēng)經(jīng)過(guò)堆糧后溫度升高、相對(duì)濕度下降，吸濕能力也在變化，具體與堆糧的溫度及含濕量、冷風(fēng)溫度及相對(duì)濕度有關(guān)。不同的冷卻作業(yè)目的要求不同的冷卻方式，并導(dǎo)致單位能耗不同。提高出風(fēng)溫度或濕度，均可提高機(jī)組效率：起始糧溫越高時(shí)，谷物冷卻機(jī)設(shè)定的出風(fēng)溫度可以相對(duì)較高，單位能耗就越低；在確保安全儲(chǔ)藏的前提下，糧食水分越高，谷物冷卻機(jī)設(shè)定的出風(fēng)相對(duì)濕度就比較高，其冷風(fēng)量也越大，降溫速度越快，單位能耗越低[3]。堆糧降溫是一個(gè)相對(duì)緩慢的過(guò)程，通常需要上百小時(shí)才能達(dá)到要求溫度，固定出風(fēng)參數(shù)時(shí)降溫速度是前快后慢，單位能耗是前高后低[9]。合理分段設(shè)定谷物冷卻機(jī)的送風(fēng)參數(shù)，可以控制降溫速度（如圖4）、減少糧食水分損失、降低冷卻通風(fēng)能耗，還可以起到減小冷卻通風(fēng)中糧食水分損失的作用。提供的降溫曲線定制功能滿(mǎn)足此冷卻工藝要求，機(jī)組配備的實(shí)時(shí)功率檢測(cè)功能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，操作人員可以根據(jù)實(shí)際作業(yè)消耗電量情況選擇最節(jié)能的降溫方式。

圖4 不同送風(fēng)溫度時(shí)堆糧降溫趨勢(shì)對(duì)比

4 結(jié)論

谷冷機(jī)作為一種長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用的多功能全新風(fēng)機(jī)組，要降低降溫能耗，需要保持設(shè)備在各種使用環(huán)境、各種使用模式下都能高效運(yùn)行。通過(guò)分析各種經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的可能性，結(jié)合冷卻工藝特點(diǎn)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高設(shè)備的綜合能效，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的。

［1］邢勇.國(guó)家儲(chǔ)備糧庫(kù)項(xiàng)目谷物冷卻機(jī)應(yīng)用情況綜述［J］.糧油食品科技，2003，11（5）：21-23.

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Optimization Design of Grain Chiller Control System

ZHENG Ze-shun
（Guangdong Jirong Air-conditioning Co.，Ltd.，Jieyang522000，China）

This paper introduce a grain chiller and its control principle,put forward some energy saving methods combining with the characteristics of all-weather operation and optimize the control system to reduce power consumption.

grain chiller；optimization；energy-saving

TP29

A

1009－9492(2014)07－0134－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.039

鄭澤順，男，1976年生，廣東揭陽(yáng)人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：制冷設(shè)備。已發(fā)表論文1篇。

(編輯：向 飛)

2014－03－07