河南省农村小型移动式粮食产后干燥装备的研发

分类：论文范文 发表时间：2020-02-19 10:23

　　摘 要：粮食不仅是人们生活的必需品，也是一个国家的根本，关系到国家的安全与 稳定、国民经济可持续发展等重大战略问题。然而，粮食产后干燥不及时问题一 直没有得到很好地解决。尤其是秋季雨水较多，玉米等粮食收获时含水量偏高， 导致收获的粮食不能及时干燥而霉烂，严重损害了农民的利益。 河南省是农业大省，农作物秸秆资源丰富，但因为没有合理利用，导致严重 的资源浪费和环境污染问题。因此，如研发出一种以成型秸秆为热源的小型可移 动粮食干燥机，可以实现到农民田间地头进行移动作业。同时，设备操作方便、 高效节能、绿色环保、又能够适用于各种主要粮食干燥作业并且能够保证粮食品 质，这对于提高农村粮食产后干燥的机械化、现代化水平具有重要意义，其市场 前景广阔。 本文设计出燃烧成型秸秆的高效节能热风炉，为我省秸秆资源有效利用提供 一条新思路，达到净化空气、节约能源、改善人居环境、提高人民生活水平等目 的。为了防止烟气对环境造成污染，该热风炉配备了相关除尘和除硫装置。所设 计的干燥塔、热风炉及相关除尘装置固定安装在 3 t 货车车斗底盘上，构成完整 的移动式干燥设备。采用穿流式热风干燥，并设置缓苏阶段，日玉米干燥产量 4 t ，消耗玉米秸秆 47.35 kg / h 。整个装置结构紧凑，便于进行跨区域移动作业。 通过在样机上对玉米进行烘干试验，得出设计的小型粮食干燥机已基本达到预期 目标，能满足玉米等粮食干燥的工艺要求。

　　关 键 词：粮食，热风干燥机，生物质能，热风炉，移动式

　　1文献综述

　　1.1 河南省粮食生产概况

　　1.1.1 河南主产粮食简介 在关于全国粮食总产量的公告中国家统计局指出，2012 年我国粮食总产量 11791 亿斤（58957 万吨），比上年增加 367 亿斤（1836 万吨），增长 3.2 个百 分点，实现了连续 9 年增产[1]。作为全国人口大省和农业生产大省的河南，2012 年我省粮食播种面积 9985.2 千公顷，单位面积产量 5647.0 公斤/公顷，粮食总产 量为 1127.72 亿斤（5638.6 万吨），连续 7 年超过千亿斤，生产了约占全国十分 之一左右的粮食。而且，河南素有“中原粮仓”之美称，全年粮食总产量居中国 首位。近几年来，河南粮食产量连续迈上了 4000 万吨、4500 万吨、5000 万吨三 个大台阶[2]。河南也是中国第一个粮食总产突破 5000 万吨的省份，特别是主产物 小麦产量一直名列前茅，不仅解决了本省各地约 1 亿人口的粮食需求，并且年年 还向外输出 2000 万吨以上的粮食和其加工品。自从改革开放三十年来，我省粮 食产量从 2000 多万吨迈上 5000 多万吨的新台阶，翻了一番半[3]。尤其是近二十 年来，河南作为全国小麦主产区，夏粮产量从 1984 年的 1500 万吨到 2013 年的 3000 万吨，连续跨越了三个 500 万吨的大阶梯，分别用了 12 年、8 年和 4 年， 用时越来越短，可以看出河南粮食生产能力有显著的提高[4]。到 2013 年，河南的 粮食生产继续保持了连续 11 年粮食生产速度的高增长。在 2012 年的播种生产以 后，虽然本省的一些地区连续遇到了冻灾和旱灾等自然灾害使正常的粮食生产活 动受到了严重影响，但是某些地区由于自然条件保持良好的势态，粮食产量依然 得到了显著的提高，为本省整体的粮食生产的增收做出了巨大的贡献。并且随着 人们需求的不断增加和经济效益的渐渐增加，高产作物种植面积逐年增大，2001 年小麦、玉米、稻谷的种植面积分别为 718 万亩、1119 万亩和 318 万亩，到 2010 年分别增加至 7920 万亩、4419 万亩、942 万亩，其中稻谷种植面积增幅最大， 为 51.0％，玉米增幅次之为 33.9％，小麦为 10.0％[5-6]。

　　1.1.2 玉米生长生产概况

　　玉米又称玉蜀黍，俗称苞谷、玉米棒子、珍珠米等，原产于中美洲或墨西 哥，栽培历史近四五千年。玉米的品种较多，按色泽分为黄、白、紫色玉米，按 内部结构分为粉质和硬粒玉米；根据籽粒形态和结构等，可分为粉质型、马齿 状、半马齿状、糯质型、硬粒型、甜质型、甜粉型、爆裂型和有稃型 9 个类型； 按株子的类型分为紧密型、半紧密型和平展型；按用途可分为一般玉米和特用玉 米两大类。 从玉米开始传入中国，大约已有四百多年的种植历史。玉米是谷物中单产最 高的作物，生长适应性强，所以被广泛种植（大概被全世界的近百个国家种 植）。在世界各类作物中，玉米种植总面积和总产量位于第三，仅次于水稻和小 麦。玉米的种植面积和总产量中国次于美国位居第二，并且我国玉米分布广泛， 但主要分布在华北、东北和西南地区，其中河南、山东、吉林、辽宁、黑龙江、 四川、河北七省种植面积最大，玉米种植形式多样，包括春、夏、秋、东玉米。 近 20 年，随着科技的进步及管理水平的提高，我国玉米生产发展迅速，种植面 积、单产水平、总产量均显著增加，分别为 18.5％、33.5％、58.3％。

　　1.2 我国粮食产后干燥的现状

　　我国粮食干燥的现状是：缺乏适用于农户使用的小型粮食干燥机，目前我国 常见的干燥设备主要以大中型为主；每家粮食产量有限，购买设备的积极性不 强；大型干燥设备前期投资大，多数农户家庭收入低无法购买；粮库或集体购买 的大型干燥设备缺少专业人士管理和日常维护，常处于闲置状态。这导致当前多 数粮食干燥仍然以传统的场院晾晒、房顶晾晒及公路晾晒的自然晾晒方式为主， 自然晾晒时间长，干燥不均匀，达不到安全水分，破碎率高。粮食烘干机械化水 平低，一直停留在 3％左右，每年全国采用粮食干燥机烘干粮食不到 340 亿斤， 尤其玉米是晚秋作物，收获季节通常雨水较多，收获后玉米水分总是很高，由于 未及时干燥造成的损失会更大。在玉米产后干燥环节，由于粮食干燥技术水平及 设备落后，大量粮食受气候等因素影响造成收获后品质得不到保障，特别是农村 地区粮食品质损失现象更加严重，大大损害了广大农民的利益。据有关部分统 计，正常年景下，我国粮食因霉烂损失达 100 亿斤，若遇到恶劣天气损失会更多 [10]。

　　2小型移动式干燥机的设计

　　2.1 总体设计

　　2.1.1 干燥机的结构

　　该干燥机主要由干燥塔、干燥塔底座、斗式提升机、挂接机构、车架、热风 炉、引烟机、旋风分离器、烟囱、热风机、连接管、排粮搅龙等部件组成，所有 的工作部件均安装在车架上[61]，结构示意图如图 2-1。

　　2.1.2 工作原理

　　干燥塔内采用穿流式热风干燥，物料流向与热风流向垂直，湿物料始终与干 燥介质（热空气）接触，干燥效率高。热风室设计为圆筒式，筒内外均可干燥谷 物。待干燥的物料由斗式提升机提升至干燥塔体上端，经由谷物分布器靠自身重 力，一部分流入热风室内部，干燥段和缓苏段交替，防止谷物温度过高，品质降 低；一部分流入热风室外壁和干燥塔内壁之间，外壁固定有螺旋式折流板，可以 延长谷物的流程，提高干燥效率。热风炉采用秸秆、稻壳、煤等为热源，通过换 热器产生洁净的热空气干燥物料，对物料无污染，干燥成本低。斗式提升机和排 粮搅龙用于装载、卸粮和实现周期循环干燥。当谷物含水率达到安全水分时，可 以打开排粮阀装袋入库。

　　3干燥机的应用试验

　　3.1 干燥机干燥玉米 利用所设计的小型移动式粮食干燥机对玉米进行干燥，并对玉米的干燥特性 进行分析。干燥机的主要设计参数如下所示：

　　3.1.1 试验材料 采用当年新收获的未干燥的大小均匀、无破损、霉变，色泽气味正常的玉米 样品。

　　3.1.2 试验方法

　　1．试验原则 本试验采用薄层干燥试验（在干燥物料时其料层厚度小于 2 cm 的一种干燥 形态），因此，物料厚度这一因素对本试验结果影响可忽略，本试验研究在一定 热风温度、风速等条件下，物料的含水率和干燥速率随时间变化的规律，从而为 以后的实际生产应用及其设备的研制提供理论依据。

　　2．初始含水率的测定 称取玉米样品 120 g 放入电热恒温鼓风干燥箱中，恒温（105 ℃）加热， 直至重量不变，或变化微小，计算出初始含水率。本试验中所有含水率均为干基 含水率。（玉米初始含水率通常按烘箱法，根据国家 GB5497-85 标准，将称重 后的玉米样品放置于托盘中，于恒温为 105 ℃的鼓风干燥箱中加热，直到玉米 样品达到恒重，重复五次，取其五次数据的平均值。）

　　3.2 试验结果与分析

　　3.2.1 热风温度对玉米干燥特性的影响

　　研究不同热风温度对玉米含水率、干燥速率的影响，分别取热风温度为 45℃、60℃、75℃和 90℃四个水平进行单因素试验，确定热风风速为 0.2 m/s 。 1．热风温度对玉米含水率的影响 在不同热风温度下对玉米进行热风干燥，其含水率随干燥时间的变化曲线如 图 3—1 所示。

　　3.2.2 热风风速对玉米干燥特性的影晌

　　研究不同热风速度对玉米含水率、干燥速率的影响，分别取 0.1 m/s 、 0.2 m/s 、0.5 m/s 三个水平进行单因素试验，确定热风温度为 60℃。 1．热风风速对玉米含水率的影响 在不同热风风速下对玉米进行热风干燥，其含水率随干燥时间的变化曲线如 图 3-3 所示。

　　4结论和展望

　　4.1 结论

　　“河南省农村小型移动式粮食产后干燥装备的研发”，该课题以玉米为主 要研究对象，设计出干燥装备的主要构造和设计参数，具有以下特点： （1）本次设计以干燥塔、热风炉和移动车盘为主要设计部件，通过查阅 资料及相关标准，掌握充实的基础数据，并按照相关设计步骤进行设计和校 核，做到了数据来源可靠、设计步骤规范。 （2）热风干燥机为连续式干燥机，用斗式提升机将粮食从低处提到高 处，靠重力落入干燥室内，主要用于玉米等粮食的干燥处理。试验机生产量设 为 4 t / d ，每天工作时间为 10 h ，考虑缓速时间，实际用于干燥的时间为 6 h ，即生产效率为 0.185 kg /s 。干燥方式采用穿流式，物料流向与热风流向 垂直，湿物料始终与干燥介质接触，干燥效率高。热风室内设计了螺旋式折流 板装置，可以延长粮食的行程来提高干燥效率。

　　4.2 展望

　　本次工作设计出了干燥塔、加热源装置和移动车盘等，构成了小型移动式 粮食产后干燥装置的主体，其结构特点及相关参数为试验装置的制造提供了有 效依据。为使设计的数据更具科学性，需要根据实际情况对数据进行修正。根 据设计的结果，可以先通过模拟试验验证该设备的性能，并对不合理的数据进 行修正。然后制造出试验机进行干燥试验，全面检验该装置的性能。再根据试 验结果对装置的参数进行调整，为最终设计出结构合理、性能优异的小型移动 式粮食干燥设备提供支持。

　　本研究的最终目标是设计出结构科学、经济合理、性能优异的小型移动式 粮食干燥装置，为河南省农村粮食产后干燥提供服务，提高河南省农业机械化 水平，确保农民增产增收。本次设计的优势在于设计出了燃烧秸秆的热风炉， 并配置了除尘、除硫设备，本设计最大的特点在于能够移动作业。设计是基础 性的工作，已经完成，但还需要通过后续的工作，使小型移动式粮食产后干燥 装置更加完善。

　　参考文献

　　[1] 苏振兴．打造现代农业金融中心带动农村产业化发展[J]．中国外资．2013，(1)：4-5．

　　[2] 田建民．粮食安全长效机制的构建与实证研究[D]．武汉：华中农业大学，2010．

　　[3] 张铎．解放思想与河南社会主义建设历程[D]．郑州：郑州大学，2010．

　　[4] 靳旭光，胡迎春．走重农兴工强省富民的道路——访河南省委常委、常务副省长李克 [J]．农业发展与金融，2009，(5)：10-14．

　　[5] 中国统计局．中国统计年鉴 2008[M]．北京：中国统计出版社，2009

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