文 _ 王躍武 夏朝勇 高建芝 中競同創(chuàng)能源環(huán)境科技集團(tuán)股份有限公司 中糧工程科技（鄭州）有限公司

糧食問題是國民經(jīng)濟(jì)的頭等大事，而目前我國的糧食干燥設(shè)備高能耗、低效率的問題影響了糧食干燥設(shè)備的快速發(fā)展。

長期以來，針對糧食干燥的理論、工藝及技術(shù)研究已經(jīng)進(jìn)行了大量的工作，然而，針對糧食干燥系統(tǒng)整體的能源利用現(xiàn)狀評估方法以及相應(yīng)的評估指標(biāo)體系還未建立。本文在糧食干燥系統(tǒng)的能源利用流程分析基礎(chǔ)上，根據(jù)已有研究成果引入?效率指標(biāo)，建立糧食干燥系統(tǒng)整體的能源利用現(xiàn)狀評估指標(biāo)體系，并給出計算方法。

1 糧食干燥能源利用現(xiàn)狀評估指標(biāo)體系建立

糧食干燥系統(tǒng)主要能耗環(huán)節(jié)包括干燥熱源和干燥機(jī)兩部分，系統(tǒng)能源利用流程情況如圖1。

分別針對糧食干燥系統(tǒng)、干燥熱源和干燥機(jī)給出評估指標(biāo)，形成系統(tǒng)的能源利用現(xiàn)狀評估指標(biāo)體系。

圖1 糧食干燥系統(tǒng)能源利用流程

1.1 系統(tǒng)評估指標(biāo)

針對糧食干燥系統(tǒng)的能源利用現(xiàn)狀評估主要采用投入-產(chǎn)出法，以糧食干燥系統(tǒng)整體為對象，給出以下指標(biāo)用于評價系統(tǒng)整體的能源利用現(xiàn)狀。

干燥系統(tǒng)單位降水耗熱量（QZ）：干燥系統(tǒng)在干燥過程中從物料中蒸發(fā)每千克水消耗的總熱量（系統(tǒng)熱源所消耗的各種能源提供的總熱量），單位為kJ/kg。

干燥系統(tǒng)單位降水耗電量（WZ）：干燥系統(tǒng)在干燥過程中從物料中蒸發(fā)每千克水消耗電量（系統(tǒng)總耗電量），單位為kWh/kg。

干燥系統(tǒng)單位降水耗能量（NZ）：干燥系統(tǒng)在干燥過程中從物料中蒸發(fā)每千克水消耗能源總和（系統(tǒng)消耗各能源品種折標(biāo)煤總量），單位為kgce/kg。

1.2 熱源評估指標(biāo)

糧食干燥系統(tǒng)熱源為干燥過程所需熱量的提供環(huán)節(jié)，評估該環(huán)節(jié)的能源利用現(xiàn)狀也主要采用投入-產(chǎn)出法，評估指標(biāo)為熱源效率（ηr）。

熱源效率（ηr）：熱源正平衡效率，有效產(chǎn)出為進(jìn)入干燥機(jī)的熱量，單位為%。

1.3 干燥機(jī)評估指標(biāo)

干燥機(jī)為糧食干燥過程脫除水分的主要環(huán)節(jié)，除了采用投入-產(chǎn)出法之外，引入?效率指標(biāo)（ηyg），干燥機(jī)評估指標(biāo)如下。

干燥機(jī)單位降水耗熱量（Qg）：干燥機(jī)在干燥過程中從物料中蒸發(fā)每千克水消耗的熱量（即為進(jìn)入干燥機(jī)熱量），單位為kJ/kg。

圖2 糧食干燥能源利用現(xiàn)狀評估指標(biāo)體系

干燥機(jī)單位降水耗電量（Wg）：干燥機(jī)在干燥過程中從物料中蒸發(fā)每千克水消耗的電量（干燥機(jī)熱量輸配環(huán)節(jié)用電量），單位為kWh/kg。

干燥機(jī)熱效率（ηg）：干燥物料蒸發(fā)水分所需熱量與進(jìn)入干燥機(jī)熱量的比值，單位為%。

干燥機(jī)?效率（ηyg）：干燥物料蒸發(fā)水分所需熱量與進(jìn)入干燥機(jī)?比值，單位為%。

綜合上述各指標(biāo)，匯總干燥系統(tǒng)能源利用現(xiàn)狀評估指標(biāo)體系如圖2。

2 糧食干燥能源利用現(xiàn)狀評估指標(biāo)計算方法

根據(jù)各指標(biāo)定義并綜合考慮各指標(biāo)計算所需基礎(chǔ)參數(shù)采集問題，給出各指標(biāo)的計算方法。

2.1 系統(tǒng)評估指標(biāo)

式中：QZ——干燥系統(tǒng)單位降水耗熱量，kJ/kg；

Mr——干燥系統(tǒng)燃料消耗量，單位根據(jù)實際燃料計量單位確定；

qr——燃料熱值，根據(jù)測試數(shù)值或采用文獻(xiàn)3中缺省值；

mt——實際脫水量，kg。

式中：WZ——干燥系統(tǒng)單位降水耗電量，kWh/kg；

WS——干燥系統(tǒng)耗電量，kWh；

mt——實際脫水量，kg。

式中：NZ——干燥系統(tǒng)單位降水耗能量，kgce/kg；

NS——干燥系統(tǒng)總耗能量，kgce；

Mr——干燥系統(tǒng)燃料消耗量，單位根據(jù)實際燃料計量單位確定；

WS——干燥系統(tǒng)耗電量，kWh；

rr——燃料折標(biāo)煤系數(shù)，根據(jù)實際熱值計算或采用文獻(xiàn)3中缺省值；

rW——電力折標(biāo)煤系數(shù)，kgce/kWh，用等價值計算，數(shù)值采用當(dāng)年全國平均發(fā)電煤耗數(shù)據(jù)；

mt——實際脫水量，kg。

式中：mt——實際脫水量，kg；

M0——糧食進(jìn)干燥設(shè)備含水率（濕基），%；

M1——糧食出干燥設(shè)備含水率（濕基），%；

ml——糧食處理量，kg。

結(jié)合公式（1～4）可以看出，計算系統(tǒng)評估指標(biāo)所需獲取的基本參數(shù)為：干燥系統(tǒng)燃料消耗量（Mr）、干燥系統(tǒng)耗電量（WS）、糧食進(jìn)/出干燥設(shè)備含水率（濕基）（M0/M1）、糧食處理量（ml）。

2.2 熱源評估指標(biāo)

式中：ηr——熱源效率（正平衡效率），%；

Qr——熱源有效輸出熱量（即進(jìn)入干燥機(jī)熱量），kJ；

Mr——干燥系統(tǒng)燃料消耗量，單位根據(jù)實際燃料計量單位確定；

qr——燃料熱值，根據(jù)測試數(shù)值或采用文獻(xiàn)3中缺省值。

式中：Qr——熱源有效輸出熱量（即進(jìn)入干燥機(jī)熱量），kJ；

h1——進(jìn)入干燥機(jī)的熱風(fēng)焓值，kJ/kg；

h0——環(huán)境空氣焓值，kJ/kg；

Mf——進(jìn)入干燥機(jī)熱風(fēng)量，kg。

焓值計算公式如下：

式中：h——空氣（熱風(fēng)）焓值，kJ/kg；

t——空氣（熱風(fēng)）溫度，℃；

d——空氣（熱風(fēng)）含濕量，g/kg干空氣。

式中：d——空氣（熱風(fēng)）含濕量，g/kg干空氣；

φ——空氣（熱風(fēng)）相對濕度，%；

pS——當(dāng)前溫度水的飽和蒸汽壓，kPa；

P——大氣壓，取值為101.325kPa。

式中：ps——當(dāng)前溫度水的飽和蒸汽壓，kPa；

a、b、c——經(jīng)驗公式擬合參數(shù)，取值見表1。

表1 飽和蒸汽壓經(jīng)驗公式參數(shù)表

結(jié)合公式（5～10）可以看出，計算熱源評估指標(biāo)所需獲取的基本參數(shù)為：干燥系統(tǒng)燃料消耗量（Mr）、環(huán)境溫度/相對濕度（t0/φ0）、進(jìn)入干燥機(jī)熱風(fēng)溫度/相對濕度（t1/φ1）、進(jìn)入干燥機(jī)熱風(fēng)量（Mf）。

2.3 干燥機(jī)評估指標(biāo)

式中：Qg——干燥機(jī)單位降水耗熱量，kJ/kg；

Qr——熱源有效輸出熱量（即進(jìn)入干燥機(jī)熱量），kJ；

mt——實際脫水量，kg。

式中：Wg——干燥機(jī)單位降水耗電量（干燥機(jī)），kWh/kg；

Wj——干燥機(jī)耗電量（即干燥機(jī)熱量輸配環(huán)節(jié)用電量），kWh；

mt— —實際脫水量，kg。

式中：ηg——干燥機(jī)熱效率，%；

Qx——蒸發(fā)水分所需熱量，kJ；

Qr——熱源有效輸出熱量（即進(jìn)入干燥機(jī)熱量），kJ。

式中：Qx——蒸發(fā)水分所需熱量，kJ；

qs——單位水分蒸發(fā)所需熱量（含潛熱和顯熱部分），kJ/kg。

式中：qs——單位水分蒸發(fā)所需熱量（含潛熱和顯熱部分），kJ/kg；

hs1——出機(jī)糧溫對應(yīng)水蒸氣焓值（氣態(tài)），kJ/kg；

hs0——進(jìn)機(jī)糧溫對應(yīng)水（冰）焓值（液態(tài)或固態(tài)），kJ/kg。

水（冰）和水蒸氣焓值可查水的焓值表獲取。

式中：ηyg——干燥機(jī)?效率，%；

Qx——蒸發(fā)水分所需熱量，kJ；

Qr——熱源有效輸出熱量（即進(jìn)入干燥機(jī)熱量），kJ；

Qy——環(huán)境空氣帶入客觀?熱量，kJ。

式中：Qy——環(huán)境空氣帶入客觀?熱量，kJ；

h0——進(jìn)入換熱器前空氣焓值（即環(huán)境空氣焓值），kJ/kg；

he0——零?點(diǎn)焓值，kJ/kg；

Mf——進(jìn)入干燥機(jī)熱風(fēng)量，kg。

零?點(diǎn)焓值計算參考公式（7～10）計算，計算所需參數(shù)主要為零?點(diǎn)溫度的確定（該狀態(tài)含濕量d與初始空氣含濕量d0相等）。

確定零?點(diǎn)溫度需要用到干燥系統(tǒng)平衡含水率公式：

式中：Me——干燥系統(tǒng)平衡含水率，%；

φ——空氣（熱風(fēng)）相對濕度，%；

t——糧食溫度，℃

A、B、n——公式經(jīng)驗參數(shù)，數(shù)值參考表2。

在零?點(diǎn)，糧食溫度與空氣溫度相等，滿足t=te0，同時滿足d=d0，此時的平衡含水率與糧食初始含水率相等即糧食進(jìn)干燥設(shè)備含水率（干基），滿足Me0=M0/(1-M0)×100%。在滿足以上條件時，結(jié)合公式(8～10)，可以得到：

式中：Me0——零?點(diǎn)平衡含水率，%

P——大氣壓，取值為101.325kPa；

d0——環(huán)境空氣含濕量，g/kg干空氣；

a、b、c、A、B、n——公式的經(jīng)驗參數(shù)，取值可參考表1和表2。

表2 TechnoAlpin公司SnowFactory產(chǎn)品參數(shù)

在Me0=M0/(1-M0)×100%時，可通過公式(19)求解出te0，再根據(jù)公式(7～10)計算出he0。

結(jié)合公式（11～19）可以看出，計算干燥機(jī)評估指標(biāo)所需獲取的基本參數(shù)為：干燥機(jī)耗電量（Wj）、環(huán)境溫度/相對濕度（t0/φ0）、糧食進(jìn)/出干燥設(shè)備溫度（ts0/ts1）、進(jìn)入干燥機(jī)熱風(fēng)量（Mf）。

建立了糧食干燥系統(tǒng)整體的能源利用現(xiàn)狀評估指標(biāo)體系，并給出指標(biāo)計算方法。

根據(jù)各指標(biāo)計算公式，計算各指標(biāo)所需基本參數(shù)包含：干燥系統(tǒng)燃料消耗量（Mr）、干燥系統(tǒng)耗電量（WS）、干燥機(jī)耗電量（Wj），糧食進(jìn)/出干燥設(shè)備含水率（濕基）（M0/M1）、糧食進(jìn)/出干燥設(shè)備溫度（ts0/ts1）、糧食處理量（ml），環(huán)境溫度/相對濕度（t0/φ0）、進(jìn)入干燥機(jī)熱風(fēng)溫度/相對濕度（t1/φ1）、進(jìn)入干燥機(jī)熱風(fēng)量（Mf）。

各指標(biāo)計算所需基本參數(shù)在現(xiàn)有技術(shù)條件下均可實時監(jiān)測。因此，可以利用本文研究成果并結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)測、采集和專用軟件計算，實現(xiàn)糧食干燥能效數(shù)據(jù)獲取后的自動評價，為糧食干燥設(shè)備的運(yùn)行管理提供過程監(jiān)測和控制，輔助

3 結(jié)論

提升糧食干燥的能效，提高干燥過程的能源管理水平，降低糧食干燥過程的能源消耗。

[1] 李長友. 糧食熱風(fēng)干燥系統(tǒng)?評價理論研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28 (12)：1-6.

[2] 李長友等. 糧食熱風(fēng)干燥熱能結(jié)構(gòu)與解析法[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30(9)：220-228.

[3] GB/T 2589-2008，綜合能耗計算通則[S]. 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.