水稻機械化烘干不同熱源成本比較試驗

陸建 陸小鑫 吳貴茹 盧少穎 曹亮

摘要：糧食烘干機械采用的熱源不同，其作業成本差異較大。選用生物質、柴油及蒸汽3種熱源的低溫循環式糧食烘干機，將初始含水率不同的稻谷烘干至安全儲存含水率（15%），核算烘干作業能源成本。結果表明：每千克稻谷含水率下降1%，生物質熱源烘干機作業平均能源成本為0.004 2 元/kg，柴油熱源烘干機為0.006 8 元/kg，蒸汽熱源烘干機為0.002 1 元/kg。

關鍵詞： 糧食烘干機械;水稻;熱源;成本

中圖分類號：S226.6? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2020）05-0017-03

我國是糧食生產和消費大國，受天氣原因影響，每年都會因無法晾曬或未達到安全水分儲存導致部分糧食變質，造成損失。使用糧食烘干機機械對糧食進行烘干，弱化天氣因素帶來的影響，是降低糧食收儲環節損失的一個重要手段，對于保障糧食安全、提高農業生產效益、提高農產品質量、減輕勞動強度及促進農民增收具有非常重要的意義。南通市水稻年種植面積約17萬hm2，產量超過150萬t。近年來，全市加大糧食生產機械化裝備能力建設力度，各地通過統籌規劃，新建成多家糧食烘干點（中心），產地烘干能力得到很大提高。

糧食烘干機械采用的熱源不同，設備投入成本及烘干作業成本有明顯差異。在節能減排和環保要求下，燃煤熱風爐型烘干機將被限制使用并逐步轉型升級。本課題借助糧食烘干點（中心），選擇柴油、生物質、蒸汽3種應用較為廣泛的低溫循環型糧食烘干機械，進行多批次水稻烘干成本核算試驗，分析成本差異原因，為用戶選擇適用的烘干機械熱源類型提供事實依據，以探索全市糧食產地烘干能力良性發展方向，促進糧食烘干產業結構優化，為糧食生產安全提供保障。

1 材料與方法

1.1 不同熱源烘干機

1.1.1 柴油熱源烘干機 柴油熱源烘干機配備柴油燃燒器，燃燒器安裝于烘干機底座內。柴油燃燒后產生高溫煙氣加熱周圍空氣，作為干燥介質的空氣吸熱后溫度升高，從熱風出口輸送至烘干機干燥部加熱谷物。通常加裝自動控溫裝置。

1.1.2 生物質熱源烘干機 生物質熱源烘干機配備生物質熱風爐，熱風爐安裝于烘干機座外側，由爐膛、排煙風機、換熱器列管、冷氣進風口、熱氣出風口等組成。生物質顆粒在爐膛內充分燃燒，產生的熱量和煙氣在排煙風機引導下將換熱器列管加熱，由熱風爐冷氣進風口進入的空氣在流經換熱器列管外壁四周時被加熱，在烘干機引風機的作用下進入烘干機干燥部加熱谷物。

1.1.3 蒸汽熱源烘干機 蒸汽熱源烘干機配備蒸汽散熱片，散熱片安裝于烘干機底座內。外部產生的高溫蒸汽進入散熱片，將周圍空氣加熱，作為干燥介質的空氣與糧食表面接觸，實現糧食干燥。蒸汽由外部產生，需通過密封管路輸送，為防止在輸送過程中熱量損失，蒸汽管路輸送距離不宜過長，且蒸汽管路需外包隔熱層。

1.2 試驗方案

試驗全部選用天禹系列烘干機，以消除試驗設備不同對結果可能帶來的影響。3臺試驗用烘干機從作業機組中選擇并固定，另選3臺同型烘干機備用。選擇當年機械化收獲的稻谷進行烘干。由于成熟度及天氣條件有所不同，稻谷初始含水率差異較大，會造成不同含水率稻谷烘干作業至安全含水率時能源成本有差距，所以確定以每千克稻谷含水率下降1%作為成本核算標準。采用3種不同能源烘干機械同時作業，在相同時段分別進行多批次烘干，采集記錄數據。

1.3 試驗方法

嚴格按照烘干機說明書進行操作。采用地磅稱質量，按照烘干機標定噸位加裝稻谷，記錄其總質量。操作屏設定控制烘干溫度50 ℃，保證烘干后稻谷品質。為平衡生物質能源、柴油、蒸汽價格受市場波動帶來的影響，能源單價按當日價格計算;烘干作業過程中消耗的電能，以用電表實際消耗電能計入。生物質能源試驗共進行10批次，試驗用水稻品種為南粳46號;柴油能源試驗共進行10批次，試驗用水稻品種為南粳46號;蒸汽能源試驗共進行9批次，試驗用水稻品種為5055、寧粳8號、9018、淮稻5號等。測定并記錄烘干前稻谷含水率、烘干稻谷質量、消耗能源、消耗電能、作業時間等數據。

1.4 數據處理

式中：M為烘干稻谷質量，kg;W1為烘干前稻谷含水率，%;W為烘干后稻谷含水率（安全含水率），%;W降為烘干前稻谷含水率下降值，W降=W1-W，%;C總為烘干總成本，元;C1為每千克稻谷烘干成本，元/kg;C2為每千克稻谷含水率下降1%烘干成本，元/kg。

2 結果與分析

2.1 不同熱源烘干機烘干成本比較結果

3種熱源糧食烘干機作業成本比較結果如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可以看出：稻谷在含水率W1越接近安全儲存含水率W時，每千克稻谷烘干作業成本C1越低;但在試驗后期，稻谷含水率W1降低，每千克稻谷下降1%含水率烘干作業成本C2略升高，這是因為烘干作業速度和稻谷表面與空氣之間含水率差異有關，含水率低時下降難度增大。

2.2 成本差異分析

相關資料顯示：生物質能源與柴油均采用燃燒方式產生熱量，生物質能源熱值18 837 J/kg，普通柴油熱值42 552 J/kg;生物質單價1 200.00元/t，普通柴油單價7.70元/kg（6.20元/L）。生物質能源理論成本約15 697 J/元，柴油理論成本約5 526 J/元，所以采用柴油作為燃料成本高于生物質能源成本。蒸汽能源成本為206.00元/t，進氣壓力為0.4 MPa，由于蒸汽為化工企業副產品，其價格低于市場價格，因此采用蒸汽作為熱源的低溫循環烘干機械能源成本較低。

3 結論

在烘干試驗中，生物質能源作為熱源，平均每千克稻谷烘干成本C1約為0.051 0元/kg（不計人工），平均每千克稻谷含水率下降1%烘干成本C2約為0.004 2元/kg（不計人工）;柴油作為熱源，平均每千克稻谷烘干成本C1約為0.082 0元/kg（不計人工），平均每千克稻谷含水率下降1%烘干成本C2約0.006 8元/kg（不計人工）;蒸汽作為能源，平均每千克稻谷烘干成本C1約為0.017 0元/kg（不計人工），平均每千克稻谷含水率下降1%烘干成本C2約為0.002 1元/kg（不計人工）。

通過試驗發現：烘干成本與含水率下降百分比相關。不同含水率W1的稻谷，烘干至相同安全含水率W，其烘干成本差距較大。因此，以每千克稻谷含水率下降1%來核算烘干作業成本C2，比單純以每千克質量稻谷烘干至相同安全含水率W作業成本C1作為標準更為準確。烘干作業成本還受外界環境因素影響，如空氣濕度及烘干車間溫度等。不同水稻品種對烘干作業成本無影響。

綜合來看，蒸汽作為熱源烘干成本約為0.002 1元/kg，遠低于生物質能源和柴油。如果可以將烘干中心建設在正常蒸汽供應點附近，不僅能保證較低的烘干作業成本，而且無排放問題，值得推廣應用。

參考文獻

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