吳 煜，黃盛杰，趙 旺

（1.江蘇沃得高新農(nóng)業(yè)裝備有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站，江蘇 南京 210017）

0 引 言

隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；叭虣C(jī)械化的發(fā)展，糧食的收獲進(jìn)程不斷加快，收獲期愈加集中，造成短時(shí)間內(nèi)大量糧食堆積，及時(shí)高效的烘干對我國糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收具有戰(zhàn)略性意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國大部分地區(qū)在糧食烘干時(shí)，由于未達(dá)到安全儲存水分而導(dǎo)致霉變及發(fā)芽變質(zhì)等問題，總損失量可達(dá)我國糧食總收獲量的5%左右，我國每年因烘干問題造成的糧食損失達(dá)800 萬t 以上[1]。因此，解決糧食烘干的關(guān)鍵技術(shù)，推廣糧食烘干機(jī)的廣泛應(yīng)用是未來農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的關(guān)鍵。

糧食烘干機(jī)械作為獨(dú)立的研究領(lǐng)域在我國已發(fā)展30 余年，雖不及發(fā)達(dá)國家的烘干技術(shù)，但也取得了階段性的進(jìn)步。至2020 年，我國糧食烘干機(jī)已投入14 萬臺左右，其中江蘇、安徽、浙江等地的投入量占全國總投入量的50%左右[2]，是促進(jìn)糧食烘干機(jī)械高效發(fā)展的大省。目前烘干機(jī)的種類可分為連續(xù)式烘干機(jī)以及批式循環(huán)烘干機(jī)兩種，熱源主要采用燃煤、天然氣、電加熱等，隨著人們環(huán)保意識的增加，未來將重點(diǎn)研究電加熱以及生物質(zhì)作為糧食烘干機(jī)的主要熱源[3]。本文將對糧食烘干技術(shù)的發(fā)展概況、烘干機(jī)種類以及烘干機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行概述，總結(jié)出糧食烘干技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，為促進(jìn)糧食烘干技術(shù)的高效健康發(fā)展提供理論參考。

1 糧食烘干機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

國外早在1940 年左右便開始了對糧食烘干技術(shù)的研究，經(jīng)近20 年的發(fā)展就已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化糧食烘干，從60 年代到80 年代就實(shí)現(xiàn)了自動化糧食烘干到智能化糧食烘干的跨越，目前國外的糧食烘干技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，而且糧食烘干機(jī)的保有量也達(dá)到了95%以上[4]。而國內(nèi)研究糧食烘干技術(shù)的時(shí)間較短，導(dǎo)致烘干技術(shù)的發(fā)展整體上缺乏規(guī)劃性，直到20 世紀(jì)90 年代我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的規(guī)?；l(fā)展，大型糧食生產(chǎn)基地的建立，才有了對糧食烘干機(jī)械研發(fā)推廣的大力支持[5]。目前我國糧食烘干機(jī)械的保有量已達(dá)14 萬臺左右，取得了階段性的進(jìn)步，但也存在糧食烘干技術(shù)研發(fā)落后、烘干設(shè)備投入大烘干成本高、政府重視程度不足及相關(guān)投資低等問題，制約了糧食烘干技術(shù)的發(fā)展。

2 糧食烘干機(jī)種類簡介

2.1 批式循環(huán)烘干機(jī)

批式循環(huán)烘干機(jī)（如圖1 所示）是我國最早開始研發(fā)使用的一款糧食烘干機(jī)械，其包括運(yùn)輸系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、排糧系統(tǒng)等部件，批式循環(huán)烘干機(jī)的工作過程是一個(gè)相對復(fù)雜的過程，首先將待烘干的糧食放入儲糧箱內(nèi)，然后通過提升系統(tǒng)將糧食提升運(yùn)輸至烘干機(jī)頂部，再通過輸送系統(tǒng)將頂部的糧食輸送至糧塔的甩盤上，接著通過甩盤將糧食送至烘干機(jī)二層，通過撥糧輪的轉(zhuǎn)動將糧食運(yùn)送至烘干機(jī)下方，最后通過提升系統(tǒng)將糧食提上至烘干機(jī)上部，以上步驟使得糧食在烘干機(jī)中不斷往復(fù)循環(huán)運(yùn)動，在此過程中糧食與熱風(fēng)之間進(jìn)行熱交換，最終使糧食中的水分不斷降低至安全儲水標(biāo)準(zhǔn)。利用此類烘干設(shè)備將糧食進(jìn)行烘干時(shí)會經(jīng)過緩蘇、烘干、冷卻、除塵、測溫等數(shù)次循環(huán)處理，糧食經(jīng)過多次循環(huán)水分逐漸降低，直至達(dá)到安全儲存水分[6]。批式循環(huán)烘干機(jī)更加適合于烘干較少量的糧食，作業(yè)相對穩(wěn)定，不易出現(xiàn)爆腰或烘干不均等問題，但其能耗高、成本大、降水速率慢。

圖1 批式循環(huán)烘干機(jī)示意圖

2.2 連續(xù)式烘干機(jī)

連續(xù)式烘干機(jī)（如圖2 所示）根據(jù)糧食與氣流之間的相對運(yùn)動方向可分為橫流式烘干機(jī)、混流式烘干機(jī)、順流式烘干機(jī)以及逆流式烘干機(jī)[7]。連續(xù)式烘干機(jī)是我國近些年開始研發(fā)使用的糧食烘干機(jī)，其主要工作流程包括卸糧、清理、烘干、緩蘇、出倉、二次烘干等，首先將糧食通過烘干機(jī)頂部進(jìn)入，以自重向下緩慢移動，移動過程中熱風(fēng)通過大風(fēng)量的離心通風(fēng)機(jī)經(jīng)熱風(fēng)風(fēng)道送入兩層糧柱中間，并穿透糧柱，糧食在與熱風(fēng)進(jìn)行熱交換后水分逐漸蒸發(fā)并隨熱風(fēng)排出，干燥后的糧食再儲存于緩蘇倉內(nèi)，經(jīng)過10 h左右的緩蘇使水分趨于平衡，經(jīng)水分檢測后若糧食內(nèi)的水分達(dá)到安全儲水標(biāo)準(zhǔn)則烘干完成。

與批式循環(huán)烘干機(jī)相比，連續(xù)式烘干機(jī)無需數(shù)次加熱緩蘇冷卻的循環(huán)作業(yè)，可以連續(xù)不間斷作業(yè)，烘干量大，烘干時(shí)間相對較短，效率高且熱能利用率高，但其設(shè)備占地面積巨大，價(jià)格昂貴且作業(yè)不穩(wěn)定，易出現(xiàn)碎米、爆腰、烘干不均等問題。

3 糧食烘干機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 糧食烘干機(jī)理的研究

糧食烘干機(jī)的工作過程涉及極為復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程，不僅要求將糧食中的水分降至安全儲水標(biāo)準(zhǔn)，還要保證糧食的品質(zhì)不受影響，所以在烘干時(shí)要考慮所處環(huán)境的溫濕度，合理控制烘干溫度與時(shí)間，準(zhǔn)確熟知糧食烘干機(jī)理和干燥模型，研發(fā)出預(yù)測糧食含水率的數(shù)學(xué)模型。

3.2 糧食烘干機(jī)熱源及傳熱介質(zhì)的研究

利用烘干機(jī)對糧食進(jìn)行烘干時(shí)，是通過熱源產(chǎn)生熱風(fēng)與糧食進(jìn)行熱交換，以此達(dá)到烘干的目的。而烘干機(jī)的熱源多采用燃煤、燃油、天然氣、電加熱等，目前隨著人們環(huán)保意識的增加，逐漸研發(fā)了利用生物質(zhì)作為烘干機(jī)熱源，因此研發(fā)更多種類的環(huán)保類熱源，提高熱源的使用效率是未來研究的重點(diǎn)[8]。同時(shí)熱風(fēng)與糧食之間進(jìn)行熱交換，其傳熱介質(zhì)的應(yīng)用直接影響了烘干的效率與品質(zhì)，所以研究出傳熱介質(zhì)模型，針對不同烘干機(jī)得出最優(yōu)傳熱介質(zhì)的應(yīng)用，對于提高烘干效率與品質(zhì)具有重要意義。

3.3 人工智能與糧食烘干相結(jié)合

目前將人工智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械相結(jié)合是未來發(fā)展的一大趨勢，在糧食烘干中，錯誤的人為操作通常會造成碎米、爆腰及烘干不均等問題，所以將人工智能與糧食烘干相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)糧食烘干機(jī)械智能化。從糧食入料、溫度控制、水分檢測、冷卻除塵等方面實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)對糧食烘干的遠(yuǎn)程在線調(diào)控。

4 糧食烘干機(jī)的發(fā)展趨勢

4.1 研發(fā)智能化糧食烘干機(jī)

目前隨著我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的不斷提高，智能化農(nóng)機(jī)裝備的研發(fā)是未來農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的新趨勢，在糧食烘干技術(shù)方面，智能化調(diào)控技術(shù)的使用是未來研究的重點(diǎn)方向，例如周攀等[9]研發(fā)了一款基于FDC2214芯片的新型糧食水分實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，準(zhǔn)確率高，提高了烘干機(jī)的工作效率。張凱鋒等[10]研發(fā)了一款烘干機(jī)監(jiān)控云平臺，使用者可以通過手機(jī)APP 隨時(shí)查看烘干機(jī)的運(yùn)行參數(shù)以及作業(yè)狀態(tài)。由此可見我國應(yīng)加大對糧食烘干機(jī)科研方面的投入，適當(dāng)?shù)陌l(fā)放科研獎勵以促進(jìn)智能化糧食烘干機(jī)的發(fā)展。同時(shí)大力宣傳糧食烘干機(jī)械的推廣使用，完善相關(guān)購買補(bǔ)貼政策，調(diào)動農(nóng)戶的使用積極性，促進(jìn)糧食烘干機(jī)械的快速發(fā)展。

4.2 研發(fā)高效節(jié)能性糧食烘干機(jī)

目前我國更加注重國民節(jié)能減排、低碳環(huán)保的意識培養(yǎng)，在當(dāng)前社會發(fā)展環(huán)境下，糧食烘干機(jī)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的前提是實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能烘干作業(yè)。在設(shè)備制作成本上利用科學(xué)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)降低成本。在熱源選擇上多利用生物質(zhì)或稻谷殼等環(huán)保熱源，以減少對環(huán)境的污染以及資源的浪費(fèi)。在工作效率上合理設(shè)計(jì)烘干機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，充分利用緩蘇等工藝實(shí)現(xiàn)高效率作業(yè)。并培養(yǎng)專業(yè)人才對烘干機(jī)的熱效率問題進(jìn)行深入研究，以達(dá)到理想的節(jié)能高效作業(yè)效果[11]。

4.3 完善相關(guān)政策機(jī)制，合理布局規(guī)劃

目前制約我國糧食烘干機(jī)械高速發(fā)展的主要原因一方面是相關(guān)政策機(jī)制不夠完善，相關(guān)部門的宣傳推廣工作不到位，導(dǎo)致農(nóng)戶對糧食烘干機(jī)的認(rèn)識不足，烘干機(jī)投入成本過高導(dǎo)致農(nóng)戶對其購買積極性不高[12]。另一方面我國糧食烘干機(jī)械缺乏全面的規(guī)劃與合理的布局，導(dǎo)致各個(gè)地區(qū)投入烘干機(jī)不均衡制約了糧食烘干機(jī)械的發(fā)展，所以我國應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃布局糧食烘干機(jī)的投入，根據(jù)各個(gè)地區(qū)的糧食分布特征與地理位置建立區(qū)域性糧食烘干中心，上級政府統(tǒng)一規(guī)劃安排以防重復(fù)建設(shè)導(dǎo)致投入資金浪費(fèi)。

4.4 改善糧食烘干機(jī)械的經(jīng)營模式，完善糧食烘干的服務(wù)性工作

糧食烘干機(jī)械的經(jīng)營模式要堅(jiān)持因地制宜的原則，將農(nóng)戶、家庭農(nóng)場以及合作社等都可以發(fā)展成為糧食烘干的經(jīng)營者[13]，并鼓勵開展對外服務(wù)，確保各家各戶都能用上糧食烘干機(jī)。另外政府應(yīng)定期派遣相關(guān)專業(yè)人員到經(jīng)營地講解糧食烘干機(jī)的使用與價(jià)值，解決農(nóng)戶使用糧食烘干機(jī)時(shí)遇到的難題，確保售后服務(wù)性工作的完善，消除購買糧食烘干機(jī)的顧慮。