大直徑筒倉橫向通風設計的探討

李 成，韓 赟，陳傳波

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

筒倉具有占地面積小、機械化程度高、流通費用低、使用人員少等特點，隨著土地成本越來越高以及糧食“四散化”的推進，筒倉在糧食倉儲行業(yè)應用越來越廣泛。筒倉糧食堆高多在十幾米至幾十米，進糧時自動分級現(xiàn)象明顯，造成糧堆組成成分的不均勻性，嚴重影響糧食的安全儲藏[1]。為此，需使用機械通風技術改善儲糧條件，利用風機使倉內外空氣強制交換，以調節(jié)糧堆的溫度和水分，增進儲糧穩(wěn)定性，為安全儲糧奠定良好的管理基礎。然而對于裝糧高度較高的筒倉，機械通風效果會大打折扣，并且能耗也會急劇增加，因此，需對現(xiàn)有的通風系統(tǒng)進行改進。

1 高糧堆筒倉通風方式及存在的問題

筒倉通風按送風方式的不同可分為壓入式通風和吸出式通風[2]，壓入式通風即正壓通風，風機將外界空氣通過通風道壓入糧堆，在糧堆中進行濕熱交換后從打開的門窗排出倉外；吸出式通風即負壓通風，利用風機產(chǎn)生的吸力，使外界空氣先進入糧堆，最后被風機吸出排出倉外。按氣流方向分為上行式通風和下行式通風。

目前筒倉通風壓入式上行通風應用較多，尤其是在堆糧高度低時能夠取得較好的通風效果，但在應用于高糧層的倉房時，存在通風阻力大，糧堆通不透的情況，同時由于通風阻力大，風機溫升也較高，通風效率低。若采用負壓通風，則對筒倉結構強度有較高要求，特別是鋼板倉不能使用負壓通風，負壓通風也存在風壓偏高導致的能耗高和效果不理想等問題。為此，本文提出一種新的用于高糧層筒倉的通風形式，為解決高糧層筒倉通風問題提供一種新思路。

2 新型通風系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)構成

新型通風系統(tǒng)由移動式通風風機、地槽風道、地槽分配器、倉壁通風管、倉頂通風管等組成。相較于傳統(tǒng)的筒倉通風系統(tǒng)，增加6根倉壁通風管，倉壁通風管管體部分開孔，開孔率不低于30%。倉壁通風管貫穿倉體，倉頂上出口連接氣密性閥門，倉下出口使用保溫密閉門密閉。

2.2 作業(yè)形式

(1) 糧堆下部通風

糧堆下部分的通風降溫利用倉壁通風管做進風口做吸出式下行通風。如圖1a所示，通風時，同時打開6根倉壁通風管的倉頂閥門，倉下保溫密閉門保持關閉。通風機與連接地槽風道的通風管連接。通風路徑為：倉外空氣→倉壁通風管→糧堆→地槽風道→通風機→空氣從倉底排出倉外。

(2) 糧堆上部通風

糧堆上部分的通風降溫利用利用倉壁通風管做吸出式橫向通風。如圖1b所示，3根倉壁通風管用作進風，3根倉壁通風管用作出風。通風時，進風管的倉頂閥門打開，倉下保溫密閉門保持關閉，出風管的倉頂閥門關閉，倉下保溫密閉門打開并連接通風機。通風路徑為：倉外空氣→倉壁通風管→糧堆→倉壁通風管→通風機→空氣從倉底排出倉外。

(3) 糧面通風

糧面通風如圖1c所示，糧面部分通風需利用倉頂通風管，冷空氣從倉頂通風管進入倉內，穿過糧面進入倉壁通風管，6根倉壁通風管均連接風機，空氣冷卻糧面糧溫后被風機吸出倉外。通風路徑為：倉外空氣→倉頂通風管→糧面糧食→倉壁通風管→通風機→空氣從倉底排出倉外。

圖1 新型通風系統(tǒng)通風作業(yè)示意圖

3 新型通風系統(tǒng)特點

3.1 減少糧層阻力

糧層阻力是通風系統(tǒng)總阻力占比最高的部分，尤其是裝糧高度較高的大直徑筒倉。以實際工程為例，大直徑筒倉直徑20 m，裝糧高度41.1 m，倉容9 700 t(容重以小麥0.75 t/m3計)，冬季通風設計溫度為8 ℃。根據(jù)《儲糧機械通風技術規(guī)程》中規(guī)定，以降溫為主要目的的通風，立筒倉單位通風量推薦值q<10 m3/(h·t)[3]。由于裝糧高度較高，單位通風量取值不宜太大，按單位通風量q=6 m3/(h·t)進行通風計算，總通風量按公式(1)計算，糧層阻力按公式(2)計算：

Q總=q×G

(1)

式中：Q總為糧堆總通風量，m3/h；q為單位通風量m3/(t·h)，G為倉容量，t。

H糧層=Φ9.8ah(v糧面)b

(2)

式中：H糧層為糧層阻力，pa；Φ為壓緊系數(shù)，取1.55；a、b為系數(shù)，按小麥分別取681.399、1.321；h為裝糧高度，m；v糧面為糧面表觀風速，m/s。

通過計算，本案例中筒倉機械通風總通風量約為58 000 m3/h，糧層阻力約8 400 Pa，普通風機產(chǎn)生如此高的風壓，需選擇高壓離心風機通風。假設通風時使用4臺風機，則風機型號選擇9-19NO12.5D離心風機，風量約18 447 m3/h，風壓9 310 Pa，功率75 kW，4臺總功率300 kW。

采用新型通風系統(tǒng)，將糧堆分為上下兩部分，下半部分做豎向通風，覆蓋糧堆高度22 m，容量約5 200 t，按單位通風量q=6 m3/(h·t)計，經(jīng)計算糧層阻力為2 004 Pa，通風時使用4臺風機，風機型號選擇11 kW的4-79NO4.5A離心風機既可滿足需求；上半部分做橫向通風，6根通風管3根做進風管、3根做出風管，覆蓋糧堆高度19.1 m，容量約4 500 t，按單位通風量q=6 m3/(h·t)進行計算糧層阻力，橫向通風糧層阻力按公式(3)計算。

H糧層=BΦ9.81a(Q表)b

(3)

式中：H糧層為糧層阻力，Pa；B為進、出風管間距，m；Φ為壓緊系數(shù)，取1.55；a、b為系數(shù)，按小麥分別取2 912.2、1.669 4；Q表為單位面積通風量，m/s。

經(jīng)計算糧層阻力約900 Pa，通風時使用3臺風機，風機型號選擇11 kW的4-72NO9C離心風機既可滿足需求。由于新型通風系統(tǒng)覆蓋糧堆高度為傳統(tǒng)方式的一半，其通風時長更短，即使按照相同的通風時長計算，新型通風系統(tǒng)的能耗約為傳統(tǒng)的豎向通風方式的14.6%。

3.2 解決高糧堆正壓通風溫升問題

風機的溫升與風機產(chǎn)生的風壓有關，風壓越大，溫升越高。在糧堆的堆高較低時，溫升可忽略不計[4]，在糧堆堆糧高度較高時，通風時所需的風壓較大，產(chǎn)生的溫升較高，不僅會影響通風的效率，還會影響保管員對通風時機的判斷，造成無效通風甚至有害通風。風機的溫升采用公式(4)計算。

(4)

式中：Δt為風機溫升；H為風機全壓，Pa；η為電動機修正系數(shù)，η=η2=0.85；η1為風機全壓效率，取0.75。

經(jīng)計算本案例倉房正壓通風時風機溫升為9.93 ℃，根據(jù)《儲糧通風技術規(guī)程》的規(guī)定，允許降溫通風的條件為，倉外大氣溫度與糧堆平均溫度的溫差8 ℃(亞熱帶地區(qū)：6 ℃)，考慮到風機的溫升，溫差需達到15 ℃，在此條件下，冬季適合通風的窗口期會極度縮短，南方部分地區(qū)甚至全年沒有適合通風的時機。新型通風系統(tǒng)采用負壓通風的形式，外界空氣先進入糧堆，再通過風機排到外界，因此無需考慮溫升問題。

3.3 實現(xiàn)糧堆局部通風功能

新型通風系統(tǒng)在倉內設置6根通風管，每根通風管均可作為進風或出風使用，通過控制通風口的啟畢及風機的位置，可以使氣流在糧堆內沿特定的路徑流動，如圖2a所示，通風管A處布置風機做負壓通風，可根據(jù)糧溫情況使氣流沿1、2、3、4、5任一路徑流動，對糧堆局部高溫區(qū)域集中通風降溫。北方地區(qū)往往會在冬季通風蓄冷，使糧堆形成“冷心”，冷心區(qū)溫度低，糧情穩(wěn)定，而靠近倉壁的區(qū)域糧溫易升高，此時若采取整倉通風，會破壞“冷心”，浪費糧堆中心蓄積的冷量。新型通風系統(tǒng)倉底為環(huán)形風道，內外圈風道之間不連通，可單獨使用外圈風道對糧堆外層單獨通風。糧堆上半部分利用倉壁通風管也可實現(xiàn)此功能，6根通風管使用3臺風機通風，風機間次布置，如圖2b所示，外界空氣進入糧堆后會朝向最近的出口流動，使冷心區(qū)形成通風死角，保持低溫狀態(tài)，降低靠近倉壁區(qū)的溫度和水分，避免產(chǎn)生糧食掛壁現(xiàn)象。

a.局部通風 b.倉壁通風

4 新型通風系統(tǒng)存在的問題

新型通風系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)通風形式增加了倉壁通風管，在前期建設時一次性投資大。通風管長度較長，重量大，在倉內安裝時稍有不便，對結構設計要求較高，并且安裝支架上可能會積少許糧食。

5 結束語

新型通風系統(tǒng)具有通風路徑短、系統(tǒng)阻力小、通風時不存在溫升問題、能夠實現(xiàn)局部通風等優(yōu)點，適用于糧食堆糧高度較高的大直徑筒倉， 尤其是堆糧高度大于35 m的小麥筒倉，單位通風量選取6 m3/(h·t)時，傳統(tǒng)型通風其糧層阻力超過5 800 Pa，溫升超過6 ℃，對通風效果影響較大，而新型通風系統(tǒng)優(yōu)勢比較明顯。但該系統(tǒng)也存在建設投資增加、安裝工作量增加等問題。隨著節(jié)地等要求的提高，堆糧高度不斷增加，新型通風系統(tǒng)的應用前景較為廣闊。