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摘要:針對現有設備使用熱損失嚴重，效率低下、生產成本較大等問題，結合玉米果穗加工特性，提出一種新型多層帶式玉米果穗干燥裝置設計方案，通過對方案中智能控溫控濕系統及油介質換熱系統的研究分析，系統可實時根據干燥過程需求，適時控溫、及時排濕，可使整個干燥過程處于一種干燥動態平衡狀態，與之前使用的燃煤熱風爐相比節能32%以上。本設計的推廣使用，對提高玉米果穗干燥品質有重要意義，節能降耗效果明顯。

關鍵詞:玉米果穗;干燥特性曲線熱風循環;控制

引言

玉米是我國最主要的糧食作物之一，因其產量高、適應性強等特點在我國北方得到大面積的種植，在其收獲季節，玉米籽粒的含水量一般在30%～40%之間，此時急需對其干燥，將玉米種子的水分及時的降到18%～20%的最佳水平，以避免北方的冷凍而造成玉米種子的發芽受損，從而影響種子的品質及售價。因此，對玉米種子果穗采用高效、便捷、易于實施的熱干燥處理，是對玉米種子進行貯存的重要有效環節，也是當前我國玉米制種業采取的主要、最廣泛的舉措之一。據不完全統計，我省的玉米種子產量超過全國總制種量的47%，而玉米種子果穗干燥企業卻占國內同行業總企業量的60%，而這些本地企業大部分都采用配燃煤熱風爐的磚混或鋼混干燥房，不僅僅換熱效率較低，而且產量也低，干燥不均勻、不理想，同時還造成很大的經濟和能源浪費。在現有的玉米果穗干燥設備中，以燃煤熱風爐為熱源的設備占絕大多數，整體換熱效率不高，單位產品小時平均耗煤量較高，對具有一定規模的干燥企業來說，煤耗、煤損是企業的主要負擔之一。同時現有的設備存在干燥不均勻，玉米種子干燥容易受損，從而影響發芽率。因此，針對當前設備的技術難題，開展依據玉米果穗干燥特性曲線而設計的智能控制系統的研究，找出干燥過程中溫度、濕度的動態平衡點，通過機械方式控制溫濕度，以降低干燥過程對玉米果穗種子的品質影響;開展油介質換熱系統的適用性研究，分析換熱過程中控熱、熱損控制方法與途徑，在引進的同時優化設計，以提高本系統的熱效率及換熱效率，解決了現有設備換熱效率低下，耗能嚴重，生產成本較大的問題。

1玉米果穗干燥裝置結構設計方案

1．1現有設備狀況

在我國，當前使用較普遍的是利用燃煤熱風爐為熱源的磚混或鋼混干燥房，單位產品小時平均耗煤量超過0．7t［1］，煤耗較大，而且僅限用于玉米果穗的干燥，干燥期外的時間均閑置，設備使用率很低，設備投資回收期較慢，設備的收益率也較低。磚混或鋼混的干燥房因土建施工，故工程投資大、用時長，除部分經過表層保溫特效處理的墻體保溫性能尚可外，其余大部分墻體的保溫不及預期，能量損失相對較大。

1．1．1熱效率低當前，我國換熱溫度大于300℃的燃煤熱風爐熱效率一般不足49．8%，熱能利用較低，熱風經過一次穿流后直接排空，排煙溫度在180～250℃。另外，熱風經進風口進入干燥倉時分布不均勻，造成部分干燥過度、部分干燥不徹底的不良結果。

1．1．2設備利用率低由于設計的特殊性，現有設備只能用于玉米果穗干燥，其余物料均無法進行干燥，因此在玉米種子收獲期該設備才能短期使用，其余時間均閑置。這不僅占用大量場地，同時對企業又好又快發展造成較大影響。

1．1．3生產率低現有設備無法連續生產，物料轉換過程閑置時間長。由于受換熱器及供風系統的影響，物料無法多層連續、保質護色干燥，同時在熱風穿流過程中，大量的濕熱空氣對上層玉米果穗有反潮現象，從而影響設備生產率。

1．2設備改進設計分析

1．2．1智能控制系統的作用玉米果穗干燥過程中，過度的高溫低濕都會影響玉米種子的發芽，因此，對玉米種子果穗干燥特性曲線研究，建立玉米種子干燥動態平衡系統，實現玉米種子干燥的精準控溫、控濕目的尤為重要［2］，當前玉米果穗干燥系統在干燥全過程中，均為人工控制熱通風門、熱通風窗的實際閉合面積，消耗大量的財力、物力和人力，而且整個控制過程受人力的影響非常大，有可能造成很大的能量損失，因此，通過控制熱通風窗、熱通風門的面積，動態平衡熱濕干燥過程，開發依據玉米種子果穗干燥特性曲線而設計的智能控制系統，提高智能化水平十分必要，也是首要任務。

1．2．2高效熱源的適應性分析與系統搭建現有的玉米果穗干燥設備大部分采用直接加熱，或者熱風爐二次加熱干燥的方式，熱效率低、耗能嚴重。通過資料研究與市場調研發現，采用盤管纏繞式稀油介質換熱系統，總體受熱充足、均勻，具有很高的換熱效率，在接近常壓的狀態下，就能夠獲得理想的熱效溫度。與熱水介質的換熱系統相比，大大的提高了系統熱效率和熱利用率。在同等使用工況下，熱效率和換熱效率均較高，節能效果顯著，同時又降低干燥過程的總體運行成本，增加用戶收益。稀油介質換熱系統目前在常規木材干燥、中藥切片干燥、部分干燥食品生產等領域取得較好成績，總體干燥效果較好，與之前使用的燃煤熱風爐相比節能32%以上［3］。通過分析玉米種子果穗干燥和木材干燥、中藥切片干燥的相通性，在該干燥領域開展油介質換熱系統適應性研究分析并根據終端能耗需求搭建適宜的干燥系統，是明智之舉。

2多層帶式玉米果穗干燥裝置設計及工作原理

2．1結構組成

多層帶式玉米果穗干燥裝置是由果穗接收裝置、振動篩選輸送機、上料提升機、供熱系統裝置、上橫向輸送機、雙向輸送機、自卸料式鋼結構干燥房、卸料輸送帶、智能控制系統組成。果穗的進出料均由輸送機完成，減少人工費用。供熱系統裝置和自卸料式鋼結構干燥房是其中核心部件，其中供熱系統由油介質鍋爐、稀油管道循環系統、翅片式換熱器以及通風管道組成，是實現控溫、控濕、控風干燥的唯一承載體，是決定熱效率，提高生產效率的關鍵因素之一。其結構示意圖如圖1所示。

2．2工作原理

工作時玉米果穗經果穗接收裝置進入振動篩選輸送機上端，并經過上料提升機提升至上橫向輸送機上，上橫向輸送機上的物料經雙向輸送機分別輸送到與之對應的干燥房單元艙內進行干燥，待干燥完成后，打開卸料口，干燥完成的物料緩慢的卸除，并經卸料輸送帶輸送到倉庫。在干燥過程中，通過控制智能控制系統使自控式滑塊搖桿機構工作并調整自控翻板床旋轉至豎直狀態，此時打開進料口，玉米果穗穿過自控翻板床緩慢的進入傾斜放置的折疊式可調干燥床并在其上分層有序排列直至達到預定要求，同時控制智能控制系統使自控式滑塊搖桿機構工作并調整自控翻板床旋轉至水平狀態，此時整個自控翻板床處于閉合狀態，玉米果穗堆積在其上端，待達到預定目標時，控制智能控制系統使振動篩選輸送機，上料提升機、上橫向輸送機，雙向輸送機停止上料工作，同時調節進料口閉合面積，調整上風道窗、風門的閉合面積，打開供熱系統裝置，熱風在風機的作用下，均勻的進入自卸料式鋼結構干燥房風道內，熱風經風門，穿過折疊式可調干燥床和自控翻板床上的玉米果穗，部分濕度較大的濕空氣經進料口直接排空，大部分熱空氣經上風道窗回送至風機，循環利用。整個過程對各個自卸料式鋼結構干燥房內的溫度、濕度進行監控，到達預定溫度、濕度時，智能控制系統自啟動，完成控制風機風量、控制進料口閉合面積等相關指令，實現玉米果穗干燥過程的智能化控制。玉米種子果穗干燥完成后，智能控制系統自啟動并控制自控式滑塊搖桿機構使自控翻板床翻轉至豎直狀態，其上端的物料均下落至折疊式可調干燥床上，此時卸料輸送帶開始工作，打開卸料口后，干燥完的物料均勻排出，完成玉米種子果穗的干燥，如圖2。

2．3依據玉米種子果穗干燥特性曲線而設計的智能控制系統

圖3為系統工作流程圖。智能控制系統工作時，自卸料式鋼結構干燥房的熱通風量、循環空氣濕度、循環熱風溫度通過與之對應的診斷系統的綜合分析處理后，將經綜合評判的信息傳遞給數據中心并進行信息分類、故障分段等一系列診斷處理后，再傳遞給與之對應的智能分析控制系統并將相應的命令符傳輸至數據中心進行系統確認［4］，確認完成后，綜合分析信息傳入智能控制器，并將相關信息顯示至控制屏上。在整個過程中，控制命令由智能控制模塊發出，并輸入至干燥房，進行調溫、控濕、控風的控制系統，避免過度干燥對種子的損傷。

3玉米果穗干燥裝置創新要點

玉米果穗干燥是獲取玉米種子的最經濟有效的手段，也是當前國內使用最廣泛的加工方式，玉米果穗干燥品質差、生產效率低、耗能嚴重、生產成本大是當前設備的主要問題，由此，本設計針對玉米果穗干燥品質差的問題而開展的智能控制系統是基于玉米果穗干燥特性曲線設計的，具有實時控溫、排濕等特點，可以有效的避免玉米果穗因干燥不足而造成的儲存凍傷或者因過度干燥而引起的種子牙胚損傷等問題。針對生產效率低、耗能嚴重等問題而設計的油介質換熱系統，是通過引進消化改進，從而達到適宜玉米果穗干燥的高效干燥熱源，具有熱效率高、換熱效率好的特點，大大降低生產能耗，起到節約成本、節約能源的目的。本創新研究，不僅僅有效的解決了現有設備干燥不穩定、不可控，對玉米果穗干燥品質影響較大的問題，同時在節約能源、促進社會經濟向前發展方面具有較大的意義。

4結語

玉米果穗干燥裝置的結構創新，意在針對當前設備的主要問題開展相應的技術攻關和結構設計，解決玉米果穗干燥設備的利用率不足、熱效率低、生產成本高、生產率低的技術難題［5］，為改善玉米果穗干燥受熱不均勻，干燥不均衡的難題，創新設計了依據玉米種子果穗干燥特性曲線而設計的智能控制系統，從而控制干燥床、風門及風窗的各狀態有序工作，實現控溫、控濕、控風的全過程干燥。本設備的市場推廣，不僅對玉米果穗干燥行業的快速發展注入了新鮮血液，對行業技術革新，產品更新換代提供了有利技術支撐，同時對玉米果穗干燥的發展提供了新的發展思路。

參考文獻:

［1］陸銳，譚鶴群．立式干燥機干燥單元的設計及其風速場的研究［D］．武漢:華中農業大學，2012．

［2］曹崇文．谷物干燥的數學模擬［J］．北京農業機械化學院學報，1984(3):22－23．

［3］趙國福，胡曉平，任嘉宇，等．玉米種子干燥工藝的研究［J］．農機化研究，2007(5):35－36．

［4］鄭嬈，顧芳珍．干燥過程模型化［J］．化學工業與工程，1996(1):9．

［5］史勇春，柴本銀．中國干燥技術現狀及發展趨勢［J］．干燥技術與設備，2006(3):16－22．

作者：段宗科 于文龍 郝彥靖 單位：甘肅省機械科學研究院有限責任公司