谷物流化床干燥器设计

谷物流化床干燥器设计（通用4篇）

谷物流化床干燥器设计 篇1

0 引言

俄罗斯远东地区幅员辽阔, 土地肥沃, 气候条件与我国黑龙江省相近, 分布有几百个农场, 是俄罗斯重要的农业产区。前苏联时期, 农业主要依靠政府补贴, 各种农机设备由政府提供。苏联解体后, 远东地区农业失去了政府的支持, 大量的农机生产企业倒闭。现在远东地区农场的设备多数是苏联20世纪70年代的产品, 设备陈旧, 特别是粮食烘干设备, 已经完全老化和破旧, 不能使用。而粮食烘干设备又是农场必须的设备, 因此急需一种新型粮食烘干设备。黑龙江省农业机械工程科学研究院的科技人员为俄罗斯远东地区的农场设计了5HTB-15型谷物烘干机, 满足了俄罗斯农场的需求。2001年已来, 该设备先后在俄罗斯滨海边疆区的彼德洛夫卡、阿列克谢等农场推广了10余台套。该设备具有性能先进、能耗低和自动化程度高等特点, 深受俄罗斯用户的好评。该机配置示意图如图1所示。

1 设计内容

本机设计任务要求:干燥玉米时, 日处理量为200t, 一次性降水率达到15%;烘干小麦时一次性降水幅度达到8%;烘干水稻时, 一次性降水幅度达到3%。每小时处理玉米原粮应为8.4t。换算成标准计算方法 (降水幅度为5%) , 则玉米生产率为25.2t/h, 小麦生产率为16t/h, 水稻生产率为12t/h, 烘干粮食

1.提升机 2.燃烧器 3.混合器及管路 4.连接管路5.热风机及调节器 (2台) 6.烘干塔 7.排粮机构 8.冷风机

2 设计计算

2.1 生产率计算

生产率按设计要求确定, 玉米为25.2t/h, 水稻12t/h, 小麦为16t/h。

2.2 烘干能力的计算

烘干能力为每小时除去谷物中水分的能力。由于玉米含水量最大, 在此以玉米为例进行计算, 则

W=G1 (M1-M2) / (100-M2)

式中 W—小时去水量 (kg/h) ;

G1—湿粮生产率 (kg/h) ;

M1—原粮水分 (湿基) (%) ;

M2—烘后粮食水分 (湿基) (%) 。

将各数据带入得:W=1 465kg/h。

2.3 热源装置的选择及供热的计算

2.3.1 热源装置选择

根据俄罗斯的能源条件, 烘干机热源装置采用柴油燃烧器。本烘干机采用了自动化程度高, 带有自动点火装置和熄火自动保护装置的意大利百德BT-250型燃烧器。根据不同的谷物烘干作业所需的热量, 通过更换不同喷油量的喷嘴来调整供热量。

2.3.2 供热量的计算

根据国家标准GB/T16714-1996, 直接加热连续式烘干机单位热耗不超过5.5MJ /kg (H2O) 计算 (环境条件:温度为20℃, 相对湿度为70%, 大气压力为101.325kPa) , 所需热量为

H=WR

式中 H—所需热量 (kJ/h) ;

R—蒸发1kgH2O的热耗, 取R=550kJ/kg (H2O) 。

带入数据得:H=8 057.5MJ/h。

由于玉米烘干时必须在寒冷的冬季作业, 环境温度与标准状况温度相差很大, 因此实际选用燃烧器最大供热量为10 500MJ/h的热风炉, 并留有一定的热量储备。

2.4 烘干参数选择

本烘干机采用中间进风双侧烘干的混流烘干形式, 烘干塔采用积木式组合结构, 由预储段、加热1段、缓苏段、加热2段和冷却段等5个部分组成。初清的湿粮由提升机提到烘干机顶部, 烘干机装满粮后开始烘干作业。烘干作业时, 随着烘干机底部排粮机构的连续转动, 粮食不断地由上向下运动, 经过储粮段、加热1混流烘干段、缓苏段、加热2混流烘干段、冷却段降到需要的安全水分。经过冷却段冷却后, 由排粮轮排出。排粮速度快慢根据湿粮的水分大小及品种而定。排粮速度的控制通过调速电机控制烘干机下部两个五叶排粮轮实现。

本机加热的热风温度如下:烘干玉米时, 热风温度为130～140℃;烘干小麦时, 热风温度为90～110℃;烘干水稻时, 热风温度为60～70℃。

2.5 烘干强度及烘干塔容积

2.5.1 烘干强度计算

烘干强度是指烘干加热段单位时间去水量, 即

WH=W/VH

式中 WH—烘干强度 (kg (H2O) /m3·h) ;

VH—烘干机加热段体积之和 (m3) , 取VH=37.5m3。

将数据代入得:WH=39.1 kg (H2O) /m3·h。此强度小于60kg (H2O) /m3·h。

2.5.2 主塔净容积计算

本烘干塔净容积为75m3, 玉米按容重 0.65t/m3计算, 全塔约装粮为48.75t。

2.6 风机的选择

2.6.1 热风量Q的计算

Q=3 600McF0Vc

式中 Mc—排气角状盒个数 (个) , 取Mc=330个;

F0—角状盒端面截面积 (m2) , 取F0=0.016 8m2;

Vc—角状盒出气端面风速, 取Vc=4m/s。

将数据代入得:Q=79 833.6 m3/h。

2.6.2 风压的计算h=hd+hj

式中 hd—风机的动压损失;

hj—风机的静压损失 (为谷层阻力、管路各项压力损失之和) , 取hj=120 kg/m2。

hd=rV2/2g

r—热风容重, 取r=1.0kg/m3;

V—风机出口风速, 取V=20m/s。

将数据代入得:hd=20.4 kg/m2。

h=120+20.4=140.4kg/m2

根据上述数据, 本烘干塔选用两台4-72-12-No.10C风机。其主要参数为 : n= 1 250r/min; Q=41 300 m3/h; H= 227 kg/m2; N=37kW。

3 结论

1) 5HTB-15型谷物干燥机采用多级混流薄层烘干工艺, 干燥玉米一次降水幅度可达15%以上, 日处理量为200t, 粮食烘干均匀, 性能达到了国内外先进水平。

2) 采用先进的燃油器, 燃烧效果好, 柴油燃烧产生的气体与冷空气直接混合成烘干用的混合热空气, 热效率高。塔体废气保温, 节省能耗, 与国内同类机具相比, 耗热值降低10%～20%, 耗电值降低20%。

3) 烘干后的粮食标准符合国家标准要求, 不降低原粮品质。

4) 该设备先后在俄罗斯滨海边疆区农场推广了10余台套, 达到和超过了设计要求, 自动化程度高, 深受俄罗斯用户的好评, 用户取得了良好的经济效益。

参考文献

[1]赵承圃, 徐宝钦, 王亦南, 等.GB/T16714-1996连续式粮食干燥机[Z].北京:国家技术监督局, 1996.

[2]王成芝, 夏吉庆, 陈立, 等.谷物干燥机原理与谷物干燥机设计[M].哈尔滨:哈尔滨出版社, 1996:94-114.

解决贵州谷物干燥的途径 篇2

谷物干燥的目的是除去水分, 使其便于贮藏、加工和保证品质。根据国际水稻研究所的研究结果, 收获后的谷物及时干燥不仅关系到粮食安全问题, 而且能确保甚至提高谷物的经济价值。

按照热能传给谷物的方式, 干燥可分为:传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥, 或上述两种或三种方式的组合干燥。传导、对流、辐射三种加热干燥的热能都是从物料表面传至内部, 物料表面温度高于内部温度, 水分是由内部扩散至表面, 传热与传质的方向相反, 热量传递与水分气化互为阻力, 导致物料干燥时间较长。微波加热干燥则相反, 干燥之初谷物在高频电场中被均匀加热, 干燥过程中谷物内部水分高于外部, 内部吸收的电能比外部多, 内部温度高于外部温度, 温度梯度与水分扩散的浓度梯度同方向, 即传热与传质的方向一致, 其传热与传质的速率都大为提高, 使干燥时间大大缩短, 干燥后的谷物均匀完好。微波干燥是干燥的发展方向。

1 贵州谷物干燥现状

贵州谷物干燥目前还是以自然摊晒干燥为主, 其优点是节约能源、成本低、干燥效果好;缺点是占地面积大、对气候依赖性强、对晒坝要求高、干燥时间长、人工劳动强度大等。如遇雨水多的天气, 只能在室内完成干燥作业。在室内自然晾干因湿度大、温度低, 不易干燥。也有在炉灶边炕干、在锅中炒干, 这两种方式由于过程不易控制而易使谷物过热焦化。还有利用烤烟房干燥谷物, 这种方式在大面积种植烤烟的地方较易实施, 但对全省来说, 大面积种植烤烟的地方并不多, 所以这种方法并不普及。

谷物干燥机械在贵州应用很少。1996年的统计数字是:全省共有烘干机42台, 其中贵阳市6台。贵阳市2003年的统计数字:近年推广应用的新型烘干机 (包括上海“三久”39台、福州“三发”3台) 共42台。从数据可见:贵阳市烘干机数量虽然增加了七倍, 但与其水稻种植总面积相比较, 远低于实际需要的数量。2003年统计资料显示:全国谷物烘干机总数为7000台, 贵州省烘干机总数仅为100台, 不到全国省 (市区) 平均水平的一半, 对阴雨天较多的贵州来说应尽快构建干燥系统, 增强干燥能力。

2 谷物干燥机类型

(1) 低温循环干燥机

在贵州推广的机型主要是上海 (台湾) 三久机械有限公司的低温循环式谷物干燥机, 这种循环式干燥机自动化程度高, 干燥稻谷具有爆腰率低、干燥均匀、干燥成本低等优点。但其结构复杂, 价格较高, 使用维护要求也较高, 而且降水速率低 (0.6~1.0%h) , 每批干燥时间长, 如果收获季节遇到连雨天, 现有机型的干燥效率难以满足生产需要。

(2) 仓式干燥机

它与贵州烤烟房类似, 采用固定床整仓干燥, 可以分层干燥, 也可以分批干燥, 还可以进行干燥和仓储共用。虽然它在贵州没有运用, 但对于利用现有条件解决干燥问题很有现实意义, 可以利用现有空房及农户自用热源, 只需作很少投入和改动, 即可构成简易干燥系统。如果进行联户生产, 可构成相对集中的、可完成片区干燥任务的干燥系统。在这个基础上实施集中供热, 还能达到节能和多用途目的。

3 解决贵州谷物干燥的途径

鉴于贵州气候特征, 干燥机械应放在比较重要的位置加以解决, 应利用一切可用资源, 尽快在一定区域建立谷物在收割期内能完成干燥任务的系统。干燥系统的构建, 必须结合区域经济条件, 既保证产品质量, 也符合实际情况, 同时考虑发展趋势。

(1) 可能存在的问题

一是实施机械化的过程中, 由于干燥机械的选择不当, 导致使用干燥机械的信心丧失;二是集中干燥系统构建时机选择不当, 没有按照现代企业制度构建系统, 由于产权不明晰, 相互扯皮, 致使干燥系统构建失败;三是目标不明确, 规划不成熟, 急于集中供热干燥, 致使系统利用率不足, 受益不足以维持系统运转, 导致干燥系统构建失败。

(2) 能源问题

近期能源利用主要考虑农户自用热源充分利用问题。利用废热预干燥, 再利用主热源进行干燥。燃料方面主要还是就地取材, 煤、沼气和秸秆等。能源的长期规划除考虑当地能源利用之外, 还应考虑新能源的应用, 如太阳能的综合利用。重点是在统一规划的干燥系统中, 统一供热和废热回收利用, 即在干燥房屋选择、风道进出口的选择时尽量集中, 统一热源的供给等, 能起到节约能源、减少重复建设的浪费等作用。

(3) 构建干燥系统的主要模式

在近期内应以农机专业户的形式, 解决较小范围的干燥问题。以小投入、修旧利废、综合利用为主, 充分利用农户自用热源、烤烟房、废弃窑、各种废弃房屋, 土法上马、各种干燥方式结合, 主要解决干燥谷物时摊晒场坝不足和挤占道路问题。

热泵型谷物干燥机技术概述 篇3

热泵型谷物干燥机是由热泵型干燥热风机 (以下简称“热泵热风机”) 和谷物烘干塔二部分组成。实现了粮食烘干不需要燃烧燃料, 不烧火也能烘干粮食。克服了常规干燥机必须燃烧燃料, 不仅污染粮食也污染环境的问题。

热泵热风机目前采用的是最先进的空气源热泵技术, 多模块组合, 自动适应新风温度的变化, 实现了持续从一股自然空气中吸收热量, 再持续加热另一股被干燥机吸走的要加热粮食的空气, 而且热空气温度可以持续达到55℃~60℃。整个热泵热风机工作时都只是制冷系统在选择性地工作, 保证热风温度达到要求。也实现了“0”排放和低能耗。

热泵型谷物干燥机集使用经济性、环保性、安全性于一体。烘干过程无污染、零排放。其操作简单, 安全可靠, 适用性很强, 使用寿命长。

与传统的烘干机相比, 热泵型谷物干燥机具有以下明显优势:

1.安全无忧

不用燃料、不燃烧;用电不烧电;无明火, 不易产生火灾, 更安全。

2.省工省力

烘干自动完成, 过程全程保护, 完成自动停机;一键操作, 操作简便。

3.粮食更优

真正低温烘干;精确水分控制;粮食没有外加有害残留物;粮食品质更优。

4.高效节能

空气能技术移植应用, 消耗1倍的电能产出约4倍以上的热能, 比燃油烘干省80%以上、比燃煤烘干省60%以上。

5.绿色环保

利用热泵技术、实现零排放;对大气无污染、对土壤和水源无污染, 对PM2.5贡献率为零。

6.适应性强

可适应环境温度为-5℃~40℃;可适应灰分多的条件下工作。

7.一机多用

热泵主机可在烘干时产生冷气, 冷气可以再利用。

8.技术创新

(1) 独创开放式热泵加热技术, 从自然风到热风一次加热到位、连续供热风。

(2) 独创根据自然风温自动匹配制冷系统工作台数, 保证风温达到设定值。

(3) 独创吸尘技术, 使热泵能在浮灰多的环境中工作。

(4) 独创低温工作时制冷系统化霜技术, 使得化霜时不会对粮食加湿。

(5) 12项发明专利和9项实用新型专利。拥有完整的知识产权。

谷物干燥机的现状与发展趋势 篇4

1.1 谷物干燥工作原理

粮食干燥就是根据粮食平衡水分的原理, 将粮食放在相对湿度低的空气 (干燥介质) 中, 使粮食放出水分而干燥。但在常温下粮食放出水分的速度很慢, 因此, 要提高粮食和干燥介质的温度, 降低干燥介质的相对湿度, 增加干燥介质的流速, 以加速粮食中水分的蒸发和干燥。在热力对流式烘干机中, 是用加热空气 (或烟道气) 作为载体, 供给粮食升温及水蒸气蒸发所需热量, 并将蒸发出的水分带走。即加热空气作为介质兼具载热体与载湿体的作用。在热力传导式、幅射式或高频电流式烘干机中, 是通过传导、幅射或高频电场来供给粮食升温和水分蒸发所需热量, 并另外通入空气 (或加热空气) 来带走粮食蒸发出来的水分。干燥过程是一个复杂的传热、传湿过程。通常这一过程分为4个阶段, 即预热、水分汽化、缓苏和冷却。

1.2 常见干燥机机型简介

国内市场上干燥机形式多样, 根据工作原理主要分为以下几种:

(1) 横流循环式干燥机。该机采用较低的热风温度 (50~60℃) , 干燥和缓苏在同一机体内进行, 干燥加热的时间较短 (8~10 min) , 缓苏时间较长 (60~80 min) , 采取低温大风量、薄层多通道、干燥加缓苏的干燥工艺。缓苏与干燥段的时间比为5:1~8:1, 风量为每100 kg谷物0.15~0.17 m3/s。该机不仅可烘干商品粮也可以烘干种子, 是一种比较理想的稻谷干燥机。

(2) 混流式干燥机。干燥工艺为干燥—缓苏—干燥—缓苏, 常用的热风温度为50~66℃, 风量为44~97 m3/t·s, 每标准段可容纳稻谷0.185 t, 每段所需风量为10 000 m3/h, 烘干稻谷时每一个标准段的生产能力为1.15 t/h (降水3%~5%) 。

(3) 横流式谷物干燥机 (又称网柱式干燥机) 。稻谷靠自重在两个筛网间流动, 热风横穿谷层, 使谷物中的水分蒸发, 调节谷物的流动速度即可控制谷物的终水分。这种干燥机结构简单, 工作可靠, 制造成本较低。烘干稻谷时往往不能一次干燥到要求的终水分, 需要通过干燥机多次烘干, 中间还要有缓苏装置。这种类型的干燥机主要缺点是干燥不均匀, 进风侧的谷物较干, 排气侧的谷物则比较湿。

(4) 顺流式干燥机。它使用的热风温度为65~120℃, 每一级顺流段的最大去水量为1.15%~2%, 选择粮食流速时要注意使稻谷接触高温热风的时间不超过15~20 s, 缓苏段稻谷的温度应不超过43℃, 三级顺流干燥机中谷物流速约为5~7 m/h, 干燥时稻谷通过干燥机二次, 第一次降水5.14%, 第二次降水4.16%。顺流式干燥机虽然采用了较高的热风温度, 但是产米率仅降低1.13%。

(5) 逆流式干燥圆仓。逆流式干燥仓由金属仓、透风板、抛撒器、风机、加热器、扫仓螺旋和卸粮螺旋组成。仓体为金属波纹结构, 直径一般为4~12 m, 大的可达16 m以上。此种类型的干燥设备机械化程度较高, 各种不同批量的粮食都能烘干, 容易实现水分的自动控制, 干燥的能耗较低, 但是设备的投资较大。

2 国内外干燥机发展现状

2.1 国外干燥机发展现状

国外粮食干燥机械的研究是从20世纪40年代开始起步的, 到50年代基本实现了谷物干燥机械化, 60年代谷物干燥实现了自动化, 70年代逐渐向高效、优质、节能、降低成本、电脑控制方向发展, 同时不断研究开发新工艺、新机型、新能源, 提高干燥质量。目前, 西方主要发达国家及一些新兴工业化国家和地区的高水分粮食在干燥中基本普及了机械化, 粮食干燥设备的设计与生产技术也日趋完善。主要表现在以下几方面:

(1) 机械化干燥率高, 干燥机使用普遍。美国粮食干燥已实现机械化, 日本粮食干燥机的拥有量为150多万台, 粮食干燥机械化水平已达到90%。

(2) 干燥机类型多, 规格多样化。欧美国家如美国、英国、丹麦、加拿大等国家的粮食干燥机生产率都比较高, 如美国的贝利克公司, 丹麦的西勃利亚公司都是生产大型粮食干燥机的厂家, 其产品主要用于干燥玉米、小麦。日本虽然人多地少, 但却有几家生产粮食干燥机的专业厂家, 如金子、静冈、山本、佐竹等公司都是生产粮食干燥机的专业厂家。

(3) 自动化水平比较高。近年来粮食干燥技术的主要发展之一是提高了干燥系统的自动控制水平, 如研究应用了新型在线水分测试技术, 采用风温、粮温报警装置和联锁控制装置等。农场农户用的干燥机基本上都能完全自动工作, 一次降水可达到安全水分。

(4) 热源以天然气、汽油、丙烷为主, 污染少, 安装和维修比较方便, 可靠性高, 控制比较方便。

(5) 在设计和使用过程中更加注意粮食品质。

2.2 国内干燥机发展现状

我国粮食干燥机械的发展是从解放初期仿制日本、苏联等国外的干燥机开始的, 最初仅在大型农场和粮库有所应用。70年代广东省农机所等科研单位开始开发研制适合我国国情的中、小型干燥机。广东省农机所研制成功了直接加热的SH-0.5型堆放式干燥机, 山东省农机所研制出间接加热的SHJ-0.5型简易谷物干燥机等十多种干燥机。80年代后, 我国农村经济体制开始进行改革, 研制的干燥机械大多向多用化、小型化方向发展。1981年农业部南京农机化所在苏北组织了全国13种机型粮食干燥设备的生产对比试验, 初步推荐了一批机型。90年代以来, 随着农村改革的深入发展, 我国农村经济和农业生产力得到较快的发展, 专业化、集约化的规模经营也有新的发展。大型粮库、国有农垦系统的种子和粮食生产基地, 逐步装备起成套的谷物干燥设备, 并与仓储、加工等设施配套成龙, 成为我国粮食烘干机械的主要应用代表。同时也出现了四川省三台烘干机械厂、辽宁省铁岭精工机械厂、黑龙江红兴隆机械厂等干燥设备的专业化生产厂, 涌现出了中国农业工程研究设计院、四川省农机研究所等农机研究部门, 并研究出了许多成果。1996年起, 台湾独资企业上海三久机械有限公司生产的循环式低温干燥机、日本独资金子农机 (无锡) 有限公司经销的种子专用干燥机和通用型干燥机等也进入我国内地市场, 带动了南方水稻产区干燥机械化技术发展。目前, 江苏、浙江、广东等地该类干燥机保有量已达1 000台左右。

3 谷物干燥机发展趋势

(1) 自动控制发展前景较大。自动控制及微机应用将有较大发展。近十年来, 世界各国在干燥机塔体结构及加热冷却段的设计上没有大的改进和突破, 主要在自动控制、微机应用以及计算机模拟方面有较大的进展。我国近十年来对粮食干燥机的结构进行了大量的理论研究与实践, 在干燥工艺上基本达到了国际水平, 但今后仍需要探讨新的干燥方法和技术, 争取有新的突破。目前我国在自动控制、微机应用等方面与国外的差距较大, 今后这方面将会有较大的发展。

(2) 废气余热利用将有较大发展。在利用废气余热方面, 国外进行了很多探讨, 取得了一些效果, 我国今后也会在这方面继续深入进行研究, 以利于节能和提高粮食的干燥品质。

(3) 智能化控制的应用将有较大发展。按照国家有关大型粮食干燥机项目的招标文件要求, 谷物干燥机必须配备粮食水分的在线测试系统。随着该系统的普遍应用, 整个干燥工艺的自动控制也就很容易实现, 同时也必将促使电器自动保护、自动超温报警、故障报警及记忆、热风风量自动调节、粮食入机出机流量自动控制等方面的技术进一步地完善、提高和发展, 从而实现智能化控制。

(4) 干燥机的适应性将得到重视。谷物干燥机的多适应性将进一步得到重视, 主要是适应多种粮食作物干燥的需要, 再就是适应降水幅度的需要, 比如在黑龙江省使用的机型要做到既能烘干高水分玉米, 又能烘干水稻及其他作物。

(作者单位:1.南京农业大学工学院