高糧堆糧食立筒倉通風設計的探討

徐鵬程，裘駿凱，徐玉斌

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

糧食立筒倉是重要的糧食周轉設施，有些企業也作為糧食的倉儲設施使用，為此需設有機械通風裝置，用于對儲糧的降溫和筒倉內糧堆的空氣環境改善，確保安全儲糧。糧食立筒倉由于糧堆相對較高，有自身的特點，如：進糧分級嚴重，筒倉中心部位粉狀雜質較多；受溫差影響，倉內空氣微循環使水分容易局部聚集；高糧堆通風阻力大，需選用單位通風量小，糧堆冷卻相對困難；如果糧堆出現局部發熱等，處理手段有限。因此筒倉的安全儲糧比平房倉要困難。

本文討論的是實際設計中的一個案例，筒倉糧堆較高，如采用壓入上行時通風，空氣通過風機溫升較高，作為降溫通風時會嚴重影響通風效果，甚至出現糧溫上升的有害通風，應充分重視。

1 工程基本情況

糧食食立筒倉直徑D為10.1 m，直筒段高度47 m，錐斗高度9.3 m，設計儲存量2 700 t(以小麥計)。本工程位于廣州市附近，冬季設計通風溫度為8 ℃。筒倉通風剖面示意見見圖1。

1.1 筒倉通風的方式

按通風機位置和空氣在糧堆流動方向，筒倉機械通風一般可分為如下方式：

(1) 壓入上行式通風：倉外空氣→通風機→倉外通風管→地上籠→糧堆→空氣從倉頂排出倉外。風機溫升對糧堆冷卻通風效果有影響。

(2) 吸出式上行式通風：倉外空氣→通風管→地上籠→糧堆→倉頂通風機→空氣從倉頂排出倉外。風機溫升對糧堆冷卻通風效果沒有影響，但需復核倉頂結構的強度。

(3) 吸出式下行式通風：倉外空氣→倉頂通風管→糧堆→地上籠→倉外通風管→通風機→空氣從倉底排出倉外。風機溫升對糧堆冷卻通風效果沒有影響，但需復核倉錐斗結構強度。

1.2 通風阻力計算

按《糧食立筒倉設計規范》，立筒倉冷卻通風單位通風量一般為q=4～10 m3/h·t[1]。由于糧層較高，取q=4、5、6 m3/h·t，分別計算糧層阻力見表1。

H糧層=Φ9.8ah(v糧層)b

式中：Φ為壓實系數，取1.55；a、b為系數，按小麥，a=681.399、b=1.321；h為糧層高度，取值50.1，m；v糧層為通風表觀風速[2]。

圖1 筒倉通風剖面圖

表1 不同單位通風量的通風系統阻力

注：按小麥2 700 t計算風量；風道阻力為估算，計算過程略。

通過計算，高糧層通風阻力，即使取規程要求最小的通風量q=4 m3/h·t，通風系統阻力也高達7 119 Pa，按風壓系數1.1計算，要求風機選型風壓為7 831 Pa，該風壓不僅常規使用風機(如4-72系列風機)無法達到，還帶來其他問題，如空氣通過風機的溫升不容忽視。

1.3 空氣通過風機溫升的計算

空氣通過風機的溫升△t，可按下式式計算：

式中：H為風機全壓，Pa；η為電動機安裝位置修正系數，電動機安裝在氣流外時，η=η2=0.85；η1為風機全壓效率，按4-72風機取η1=0.75；η2為電動機效率。

按分別計算q=4、5、6 m3/h·t風機溫升，計算結果見表2。

表2 不同單位通風量的空氣溫升

注：風機選型風壓，按風壓系數1.1計算。

按《儲糧機械通風技術規程》(LS/T 1202/2002)允許降溫通風條件：

開始通風時：t1-t2≥8 ℃ (亞熱帶地區：t1-t2≥6 ℃)

式中：t1為倉外大氣溫度，℃；t2為糧堆平均溫度，℃。

按公式，即使滿足t1-t2≥8 ℃條件，在筒倉采用壓入上行式通風，有時通風不僅沒有效果，還會是有害通風。用于糧層較低通風系統阻力小時，風機溫升可忽略(如糧食平房倉通風一般風機全壓≤1 200 Pa，空氣通過風機溫升△t≤1.3 ℃)，但對于采用風壓較高風機，應計算風機溫升，修正后的允許降溫通風條件如下：

t1-t2≥(8+△t) ℃

2 高糧層筒倉通風設計的建議

2.1 合理的確定筒倉高度

對具有糧食儲存功能的筒倉，不僅要考慮筒倉容量，還應考慮安全儲糧工藝的需要，因此需限制儲糧高度。如壓入壓入上行式通風，應按限制空氣通過風機的溫升，以實現通風降溫目的和通風的經濟性。 不同溫升對應的糧層阻力見表3。

表3 不同溫升對應的通風糧層阻力

注：通風系統其它阻力指通風系統總阻力去除糧層阻力的阻力，含風道空氣分配器等，為方便比較，設定為200 Pa和350 Pa；糧層阻力和高度按小麥計算。

在設定通風機溫升條件下，可計算出具體倉型適用的單位通風量下允許的糧堆高度，為筒倉確定合理高度提供依據。

2.2 對結構允許的筒倉可使用吸出下行式通風

由于空氣通過風機溫升后排入倉外，吸出下行式通風降溫通風條件可采用t1-t2≥8 ℃ (亞熱帶地區：t1-t2≥6 ℃)，與壓入上行式通風相比降低了通風條件，提高了通風的時效。但吸出下行式通風在配置風壓較大時，應核算筒倉結構的強度，避免筒倉結構出現安全問題，特別是糧食鋼板筒倉不應在負壓下運行[3]。對高糧堆冷卻通風吸出下行式機械通風也存在風機風壓偏高導致的能耗偏高和效果不理想問題。

本文討論的設計案例中，項目地處華南熱帶地區，室外氣溫高通風時間有限，為避免通風時空氣溫升的不利影響，采用了吸出下行式通風，按單位通風量q=3.5 m3/h·t設計，選用通風機型號為9-26No6A高壓風機，風機風量10 265 m3/h，風機全壓8 036 Pa，風機裝機功率30 kW。設計采用較小的單位通風量，兼顧通風效果和通風能耗間的平衡。

2.3 筒倉通風的創新——徑向通風

筒倉徑向機械通風流程為：倉外空氣→筒倉中心空氣分布管→倉內糧堆→倉內分段排風穿孔管→倉外風道倉→吸出風機→空氣排至倉外。

筒倉徑向機械通風冷卻空氣在糧堆流通路線短，在相同的單位通風量下顯著降低了糧堆阻力，雖然增加通風道和空氣穿孔板的阻力，但高糧堆通風系統總阻力還是大幅下降，不僅改善了通風冷卻效果，也降低了能耗。

如本文所舉案例對直徑D=10.1 m的筒倉，冷卻空氣在糧堆流動距離最遠為6.7 m(最近距離為5 m)，按單位通風量為q=4 m3/h·t，糧堆阻力約630 Pa(計算略)，通風系統總阻力約980 Pa(計算略)，選用4-72No6C風機，裝機功率5.5 kW即可滿足要求。風機引起的空氣溫升約為1.2 ℃，可忽略。

通過計算分析，在單位通風量基本相同條件下，采用筒倉徑向機械通風風機裝機功率下降了81.7%，大幅降低了能耗，由于通風途徑短，通風冷卻效果得以保證，縮短了通風時間，糧堆的區域溫差變小。

筒倉徑向機械通風缺點是：需滿倉通風，否則容易造成送風和排風的短路；需設置中心送風管，結構相對復雜；通風系統的投資相對較高等。目前有類似裝置在運行，仍需總結提高。

3 總結

高糧層筒倉有多種通風方式，應重視通風風機溫升對通風效果的影響，通過比較和優化，選擇合理的通風方案，在確保糧堆冷卻效果的同時，降低通風能耗，實現好的經濟收益。