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玉米果穗干燥装置创新设计

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摘要:针对现有设备使用热损失严重,效率低下、生产成本较大等问题,结合玉米果穗加工特性,提出一种新型多层带式玉米果穗干燥装置设计方案,通过对方案中智能控温控湿系统及油介质换热系统的研究分析,系统可实时根据干燥过程需求,适时控温、及时排湿,可使整个干燥过程处于一种干燥动态平衡状态,与之前使用的燃煤热风炉相比节能32%以上。本设计的推广使用,对提高玉米果穗干燥品质有重要意义,节能降耗效果明显。

关键词:玉米果穗;干燥特性曲线热风循环;控制

引言

玉米是我国最主要的粮食作物之一,因其产量高、适应性强等特点在我国北方得到大面积的种植,在其收获季节,玉米籽粒的含水量一般在30%~40%之间,此时急需对其干燥,将玉米种子的水分及时的降到18%~20%的最佳水平,以避免北方的冷冻而造成玉米种子的发芽受损,从而影响种子的品质及售价。因此,对玉米种子果穗采用高效、便捷、易于实施的热干燥处理,是对玉米种子进行贮存的重要有效环节,也是当前我国玉米制种业采取的主要、最广泛的举措之一。据不完全统计,我省的玉米种子产量超过全国总制种量的47%,而玉米种子果穗干燥企业却占国内同行业总企业量的60%,而这些本地企业大部分都采用配燃煤热风炉的砖混或钢混干燥房,不仅仅换热效率较低,而且产量也低,干燥不均匀、不理想,同时还造成很大的经济和能源浪费。在现有的玉米果穗干燥设备中,以燃煤热风炉为热源的设备占绝大多数,整体换热效率不高,单位产品小时平均耗煤量较高,对具有一定规模的干燥企业来说,煤耗、煤损是企业的主要负担之一。同时现有的设备存在干燥不均匀,玉米种子干燥容易受损,从而影响发芽率。因此,针对当前设备的技术难题,开展依据玉米果穗干燥特性曲线而设计的智能控制系统的研究,找出干燥过程中温度、湿度的动态平衡点,通过机械方式控制温湿度,以降低干燥过程对玉米果穗种子的品质影响;开展油介质换热系统的适用性研究,分析换热过程中控热、热损控制方法与途径,在引进的同时优化设计,以提高本系统的热效率及换热效率,解决了现有设备换热效率低下,耗能严重,生产成本较大的问题。

1玉米果穗干燥装置结构设计方案

1.1现有设备状况

在我国,当前使用较普遍的是利用燃煤热风炉为热源的砖混或钢混干燥房,单位产品小时平均耗煤量超过0.7t[1],煤耗较大,而且仅限用于玉米果穗的干燥,干燥期外的时间均闲置,设备使用率很低,设备投资回收期较慢,设备的收益率也较低。砖混或钢混的干燥房因土建施工,故工程投资大、用时长,除部分经过表层保温特效处理的墙体保温性能尚可外,其余大部分墙体的保温不及预期,能量损失相对较大。

1.1.1热效率低当前,我国换热温度大于300℃的燃煤热风炉热效率一般不足49.8%,热能利用较低,热风经过一次穿流后直接排空,排烟温度在180~250℃。另外,热风经进风口进入干燥仓时分布不均匀,造成部分干燥过度、部分干燥不彻底的不良结果。

1.1.2设备利用率低由于设计的特殊性,现有设备只能用于玉米果穗干燥,其余物料均无法进行干燥,因此在玉米种子收获期该设备才能短期使用,其余时间均闲置。这不仅占用大量场地,同时对企业又好又快发展造成较大影响。

1.1.3生产率低现有设备无法连续生产,物料转换过程闲置时间长。由于受换热器及供风系统的影响,物料无法多层连续、保质护色干燥,同时在热风穿流过程中,大量的湿热空气对上层玉米果穗有反潮现象,从而影响设备生产率。

1.2设备改进设计分析

1.2.1智能控制系统的作用玉米果穗干燥过程中,过度的高温低湿都会影响玉米种子的发芽,因此,对玉米种子果穗干燥特性曲线研究,建立玉米种子干燥动态平衡系统,实现玉米种子干燥的精准控温、控湿目的尤为重要[2],当前玉米果穗干燥系统在干燥全过程中,均为人工控制热通风门、热通风窗的实际闭合面积,消耗大量的财力、物力和人力,而且整个控制过程受人力的影响非常大,有可能造成很大的能量损失,因此,通过控制热通风窗、热通风门的面积,动态平衡热湿干燥过程,开发依据玉米种子果穗干燥特性曲线而设计的智能控制系统,提高智能化水平十分必要,也是首要任务。

1.2.2高效热源的适应性分析与系统搭建现有的玉米果穗干燥设备大部分采用直接加热,或者热风炉二次加热干燥的方式,热效率低、耗能严重。通过资料研究与市场调研发现,采用盘管缠绕式稀油介质换热系统,总体受热充足、均匀,具有很高的换热效率,在接近常压的状态下,就能够获得理想的热效温度。与热水介质的换热系统相比,大大的提高了系统热效率和热利用率。在同等使用工况下,热效率和换热效率均较高,节能效果显著,同时又降低干燥过程的总体运行成本,增加用户收益。稀油介质换热系统目前在常规木材干燥、中药切片干燥、部分干燥食品生产等领域取得较好成绩,总体干燥效果较好,与之前使用的燃煤热风炉相比节能32%以上[3]。通过分析玉米种子果穗干燥和木材干燥、中药切片干燥的相通性,在该干燥领域开展油介质换热系统适应性研究分析并根据终端能耗需求搭建适宜的干燥系统,是明智之举。

2多层带式玉米果穗干燥装置设计及工作原理

2.1结构组成

多层带式玉米果穗干燥装置是由果穗接收装置、振动筛选输送机、上料提升机、供热系统装置、上横向输送机、双向输送机、自卸料式钢结构干燥房、卸料输送带、智能控制系统组成。果穗的进出料均由输送机完成,减少人工费用。供热系统装置和自卸料式钢结构干燥房是其中核心部件,其中供热系统由油介质锅炉、稀油管道循环系统、翅片式换热器以及通风管道组成,是实现控温、控湿、控风干燥的唯一承载体,是决定热效率,提高生产效率的关键因素之一。其结构示意图如图1所示。

2.2工作原理

工作时玉米果穗经果穗接收装置进入振动筛选输送机上端,并经过上料提升机提升至上横向输送机上,上横向输送机上的物料经双向输送机分别输送到与之对应的干燥房单元舱内进行干燥,待干燥完成后,打开卸料口,干燥完成的物料缓慢的卸除,并经卸料输送带输送到仓库。在干燥过程中,通过控制智能控制系统使自控式滑块摇杆机构工作并调整自控翻板床旋转至竖直状态,此时打开进料口,玉米果穗穿过自控翻板床缓慢的进入倾斜放置的折叠式可调干燥床并在其上分层有序排列直至达到预定要求,同时控制智能控制系统使自控式滑块摇杆机构工作并调整自控翻板床旋转至水平状态,此时整个自控翻板床处于闭合状态,玉米果穗堆积在其上端,待达到预定目标时,控制智能控制系统使振动筛选输送机,上料提升机、上横向输送机,双向输送机停止上料工作,同时调节进料口闭合面积,调整上风道窗、风门的闭合面积,打开供热系统装置,热风在风机的作用下,均匀的进入自卸料式钢结构干燥房风道内,热风经风门,穿过折叠式可调干燥床和自控翻板床上的玉米果穗,部分湿度较大的湿空气经进料口直接排空,大部分热空气经上风道窗回送至风机,循环利用。整个过程对各个自卸料式钢结构干燥房内的温度、湿度进行监控,到达预定温度、湿度时,智能控制系统自启动,完成控制风机风量、控制进料口闭合面积等相关指令,实现玉米果穗干燥过程的智能化控制。玉米种子果穗干燥完成后,智能控制系统自启动并控制自控式滑块摇杆机构使自控翻板床翻转至竖直状态,其上端的物料均下落至折叠式可调干燥床上,此时卸料输送带开始工作,打开卸料口后,干燥完的物料均匀排出,完成玉米种子果穗的干燥,如图2。

2.3依据玉米种子果穗干燥特性曲线而设计的智能控制系统

图3为系统工作流程图。智能控制系统工作时,自卸料式钢结构干燥房的热通风量、循环空气湿度、循环热风温度通过与之对应的诊断系统的综合分析处理后,将经综合评判的信息传递给数据中心并进行信息分类、故障分段等一系列诊断处理后,再传递给与之对应的智能分析控制系统并将相应的命令符传输至数据中心进行系统确认[4],确认完成后,综合分析信息传入智能控制器,并将相关信息显示至控制屏上。在整个过程中,控制命令由智能控制模块发出,并输入至干燥房,进行调温、控湿、控风的控制系统,避免过度干燥对种子的损伤。

3玉米果穗干燥装置创新要点

玉米果穗干燥是获取玉米种子的最经济有效的手段,也是当前国内使用最广泛的加工方式,玉米果穗干燥品质差、生产效率低、耗能严重、生产成本大是当前设备的主要问题,由此,本设计针对玉米果穗干燥品质差的问题而开展的智能控制系统是基于玉米果穗干燥特性曲线设计的,具有实时控温、排湿等特点,可以有效的避免玉米果穗因干燥不足而造成的储存冻伤或者因过度干燥而引起的种子牙胚损伤等问题。针对生产效率低、耗能严重等问题而设计的油介质换热系统,是通过引进消化改进,从而达到适宜玉米果穗干燥的高效干燥热源,具有热效率高、换热效率好的特点,大大降低生产能耗,起到节约成本、节约能源的目的。本创新研究,不仅仅有效的解决了现有设备干燥不稳定、不可控,对玉米果穗干燥品质影响较大的问题,同时在节约能源、促进社会经济向前发展方面具有较大的意义。

4结语

玉米果穗干燥装置的结构创新,意在针对当前设备的主要问题开展相应的技术攻关和结构设计,解决玉米果穗干燥设备的利用率不足、热效率低、生产成本高、生产率低的技术难题[5],为改善玉米果穗干燥受热不均匀,干燥不均衡的难题,创新设计了依据玉米种子果穗干燥特性曲线而设计的智能控制系统,从而控制干燥床、风门及风窗的各状态有序工作,实现控温、控湿、控风的全过程干燥。本设备的市场推广,不仅对玉米果穗干燥行业的快速发展注入了新鲜血液,对行业技术革新,产品更新换代提供了有利技术支撑,同时对玉米果穗干燥的发展提供了新的发展思路。

参考文献:

[1]陆锐,谭鹤群.立式干燥机干燥单元的设计及其风速场的研究[D].武汉:华中农业大学,2012.

[2]曹崇文.谷物干燥的数学模拟[J].北京农业机械化学院学报,1984(3):22-23.

[3]赵国福,胡晓平,任嘉宇,等.玉米种子干燥工艺的研究[J].农机化研究,2007(5):35-36.

[4]郑娆,顾芳珍.干燥过程模型化[J].化学工业与工程,1996(1):9.

[5]史勇春,柴本银.中国干燥技术现状及发展趋势[J].干燥技术与设备,2006(3):16-22.

作者:段宗科 于文龙 郝彦靖 单位:甘肃省机械科学研究院有限责任公司

玉米果穗干燥装置创新设计责任编辑:张雨    阅读:人次