糧食烘干機用冷熱風混合調節裝置設計

◎ 王 猛，姚會玲，黃施凱，王棟梁

（中糧工程裝備無錫有限公司，江蘇 無錫 214064）

隨著糧食生產全程機械化水平的提高，糧食產后的糧食烘干工段成為打通糧食全程機械化的關鍵環節。糧食機械化烘干需要熱源提供熱量，通過加熱除去糧食中的水分，從而降低糧食的含水率，達到烘干糧食的目的。稻谷與干燥介質之間進行濕熱交換，由于是處在降速干燥階段，稻谷顆粒內部存在溫度梯度與水分梯度，使稻谷不同部位之間存在不均勻收縮，導致應力產生[1]。因此稻谷合理干燥工藝參數的選擇一直是我國谷物干燥研究的重點和難點。稻谷是由不同成分組成的復合體，又是熱敏性物料，干燥速度過快或參數選擇不當很容易產生爆腰[2-3]。CNOSSEN等[4]論述了稻谷烘干和緩蘇工藝的操作要求、干燥介質溫度和降水速率對稻米品質的影響。烘干后的糧食品質是檢驗糧食烘干工藝及設備好壞的一項關鍵指標，影響糧食烘后品質的因素有多種，其中進入烘干機和糧食接觸的熱風溫度是最關鍵的一種。如果進風溫度過高，糧食內部的結合水滲透不出來，會造成稻谷爆腰或者裂紋，影響稻谷的出米率，甚至影響種子的發芽率等指標。如果進風溫度過低，糧食烘干速率會大幅降低，影響烘干效率，特別是陰雨天氣會使更多糧食來不及烘干而發生霉變，造成糧食豐產不豐收。進入烘干機的熱風溫度要求比較嚴格，烘干種子時，進入烘干機的熱風溫度一般要求40～45 ℃；烘干商品糧時，進入烘干機的熱風溫度一般要求55～60 ℃。此外，烘干的整個過程進入烘干機的熱風溫度精度要控制在±3 ℃。本文將設計一種循環式烘干機用的熱風混合裝置，確保進入烘干機的熱風溫度合適并長期穩定，滿足糧食烘干的基本需求。

1 糧食烘干機用冷熱風混合調節裝置

1.1 結構與工作原理

熱風混合調節裝置的基本構造見圖1，該裝置主要由比例調節執行器、熱風管道、熱風調節門、冷風管道、冷風調節門、擋風錐帽、溫度傳感器以及控制系統（與烘干系統融合）組成。熱風調節門1位于熱風管道4頂端，熱風調節門1與熱風管道的頂端固定連接；擋風錐帽5位于熱風管道4底端；熱風管道4底端和擋風錐帽5插入冷風管道7中；冷風調節門3位于冷風管道7頂端，冷風調節門3分別與冷風管道7頂端和熱風管道4外壁固定連接；比例調節執行器2固定安裝熱風管道4的外壁上；比例調節執行器2連接控制熱風調節門1；溫度傳感器6通信連接比例調節執行器2；溫度傳感器6位于冷風管道7底端的內壁上。熱風通道上端設有導風板；導風板8一端與熱風通道口上端連接，導風板8的另一端向熱風管道5外壁一側伸展，可以使熱風在導風板8的導流下向下流動。冷風調節門3上設有手動調節把手，在熱風調節閥門1自動調節的過程中，可以通過手動的方式調節冷風調節門3的風量大小，配合熱風調節閥門1工作，熱風調節門1的閥門為蝶閥。

圖1 冷熱風混合調節裝置簡圖

當烘干機開啟烘干作業后，控制系統向冷熱風混合調節裝置發出指令，比例調節執行器2接收到指令，立即將熱風調節門1全部打開，熱風爐提供的熱風通過熱風管道4進入冷熱風混合調節裝置，熱風從熱風調節門1中的蝶閥進入，從熱風管道4導向經裝有擋風錐帽5的熱風通道，從熱風通道四周的出風口向四周噴出，與從冷風調節門3進入的冷風充分混合，混合后的冷熱風吹向溫度傳感器6，比例調節執行器2根據溫度傳感器的反饋數據調節熱風調節門1的開度，使混合后的冷熱風達到并穩定在設定溫度，進行烘干作業，待一批次的烘干作業結束后，烘干機控制系統將對比例調節執行器2發出指令，比例調節執行器2將立即關閉熱風調節門1，阻斷熱風繼續進入烘干機，防止糧食過度烘干，影響糧食品質。若一臺熱風爐僅為一臺烘干機提供熱量，這時熱風爐隨之停止熱量供應；若一臺熱風爐向多臺烘干機提供熱量，則僅需關閉單臺熱風混合裝置的熱風調節門1即可，其他冷熱風混合調節裝置正常工作。

1.2 主要結構和性能參數

列出的性能參數根據30 t/批次循環式糧食烘干機設計，計算依據見表1。通過計算并結合經驗值[5]，得出冷風調節門進風面積設計最大值約為0.537 m2，開啟大小根據實際情況進行調節。根據匹配的烘干機尺寸，本文的冷熱風混合調節裝置外形尺寸為Φ1 200 mm×950 mm（高度）。

表1 計算及性能參數表

1.3 現場使用情況及使用效果

熱風混合調節裝置已經在江蘇農墾、安徽農墾、糧食儲備庫等多個項目中使用，其中江蘇農墾黃海農場用于種子烘干線，共12臺烘干機配套使用，設定溫度為48 ℃，使用效果如圖2所示。使用過程中，烘干機控制系統根據反饋的信息，通過比例調節執行器動態控制熱風量大小，每臺烘干機混合后熱風溫度控制在設定值，偏差值為±0.5 ℃。控制方便快捷、溫度穩定，烘后的種子發芽率符合客戶要求，得到客戶一致好評。現場使用照片見圖3，聯動控制見圖4。

圖2 冷熱風混合調節裝置的實時反饋數值圖

圖3 現場使用照片圖

圖4 聯動控制圖

2 冷熱風混合調節裝置使用注意事項

①冷熱風混合調節裝置在工藝方案中被設置在熱風爐和烘干機之間，一般與熱風爐出風輸送管道和烘干機進風管道連接，故冷熱風混合調節裝置需根據匹配的機型設計連接方式。②根據烘干機配置的風機風量、風壓大小，選擇是否在熱風爐出風處配置熱風送風風機，且保證輸送的熱風到達烘干機進口處是微正壓狀態。③冷熱風混合調節裝置與烘干機的控制系統聯動作業，在冷熱風混合調節裝置電氣接線完成后，一定要在現場進行熱風調節門的動作檢查，查看當烘干機控制系統發出開機指令時，熱風調節門是否處于開啟狀態。當烘干機控制系統發出關機指令時，熱風調節門是否處于關閉狀態，并檢查熱風調節門處于關閉狀態時的密封情況，是否有漏風情況。如果開關動作連接線接反或者熱風調節門密封情況不好，當烘干作業結束后，繼續有熱風進入烘干機本體，因為雨天來不及排出或者暫存于烘干機機內的干燥糧食一直處于再烘干狀態，損害糧食品質，甚至會因為糧食溫度過高而引起火災，在實際使用中發生過類似情況，使用者一定要引起重視。④檢測混合后熱風溫度的傳感器，可根據實際情況進行位置調整。在開機調試時，選擇合適位置靜置2 h左右，溫度波動在±3 ℃，即認為位置合適。⑤夏季小麥烘干季的室外溫度高，最高可超過30 ℃，秋季稻谷烘干季的室外溫度低，最低可達0 ℃，所以冷風調節門的開啟面積要根據實際情況調節，保證進入烘干機的熱風溫度及風量能滿足烘干作業的要求。⑥調節冷風進風面積時，可同時調節對角線上兩扇開關的開閉程度，保證四周的進風量均勻，且混合效果佳。⑦為了降低熱量損失，熱風管道及冷風管道外壁均需采取保溫措施，保溫材料及保溫方法均參照熱風爐熱風輸出管道選材和制作，在明顯位置張貼防燙傷警示標識。

3 結語

烘干溫度直接影響烘干品質，糧食品質要求的提高對烘干機的烘干溫度控制有了更高的要求。冷熱風混合調節裝置可以取代過去人工控制溫度的方式，降低工人工作強度，節約人工成本，實時監測調節溫度，比人工控制更加可靠。冷熱風混合調節裝置主要與熱風型烘干機配套使用，使烘干機能在設定溫度下安全可靠地工作，從而保障糧食安全。