顧廣東，曹 磊，劉 超，周 健，朱昌保，潘躍東，王 懿，吳先山

(1.安徽省糧油科學研究所，安徽 合肥 230001； 2.安徽省農業(yè)科學院農產品加工研究所，安徽 合肥 230031； 3.合肥弘恩機電科技有限公司，安徽 合肥 230025)

近年來，由于國家惠農政策的實施，促使糧食規(guī)?；N植逐漸普及，種糧大戶不斷涌現，糧食收獲呈現集約化、規(guī)?；瘧B(tài)勢。由于種糧大戶沒有成熟的烘干儲藏技術，對于收獲的高水分糧食無法有效處理，只能在短時間內將糧食銷售給糧庫、糧食經紀人等糧食收儲、加工單位，導致高水分糧食收儲量不斷增加。高水分糧食在倒運、儲藏過程中易出現糧堆高溫、高濕等現象，且對糧食品質及安全產生巨大威脅。這樣不但會給有關部門在人力、財力上造成很大的壓力，也迫使農戶將剛收獲的糧食以較低的價格進行銷售，影響了農民的種植收益。據農業(yè)部門統計，我國糧食在收儲環(huán)節(jié)的損失率高達5%左右，每年損失接近155億kg，相當于200萬hm2耕地的年產量。

目前糧食干燥領域普遍采用烘干機、烘干塔進行大規(guī)模糧食干燥，對解決我國糧食收儲運過程中的損耗問題有著重要意義。但也存在著糧食干燥均勻性差，單位干燥能耗偏高，設備投資大、對糧食品質有一定影響等缺點。此外，若烘干參數與工藝選取不當，會導致糧食干燥不均勻和品質下降，如蛋白質變性、種子發(fā)芽率降低、食用品質降低等。鑒于烘干機和烘干塔的一系列劣勢，糧食節(jié)能、保質、均勻干燥，糧情監(jiān)控、智能控制及相關裝備的開發(fā)和應用是目前亟待研究的內容。

1 糧食就倉干燥技術概述

糧食就倉干燥是一種集干燥、倉儲為一體的技術形式，是將新收獲的糧食直接裝入配有機械通風系統的儲糧倉內，通常使用常溫空氣進行干燥；在環(huán)境濕度較高的情況下，通過加熱降低空氣濕度，用熱空氣作為干燥介質，模擬糧食自然晾曬環(huán)境風溫條件，對倉內糧食進行低溫通風干燥，保證糧食安全和品質的一種干燥儲藏技術。

利用就倉干燥通風系統，可對儲糧進行降水、降溫處理，有效減緩糧食自身的呼吸作用，促使后熟的完成，有效抑制儲糧微生物的生長與繁殖，提高糧食的儲藏穩(wěn)定性，防止糧食在儲藏過程中出現品質劣變等。就倉干燥技術主要是采用組合式立體通風系統對糧食進行通風干燥，主風道放置在糧面或糧倉底部，通過軟管將主風道與支風道、立于糧堆中的通風管組合連接起來，支風道與支風道之間的間距、通風管在糧堆內的深淺可根據通風需要進行調節(jié)。使用此類通風系統可解決糧堆通風干燥不均勻及通風死角等問題。糧食就倉通風干燥的質熱交換過程和機理比較復雜，糧食品質狀況、水分含量、糧堆高度，環(huán)境溫濕度參數、通風系統類型、氣流速率以及操作、管理方法等都會影響到干燥效果[1]。同時，就倉通風干燥也是一種緩速、慢效的干燥過程，干燥周期一般較長，需要幾天甚至幾周時間，故在對高水分糧食進行干燥時需要實時監(jiān)控糧情及時通風處理。

就倉干燥技術因其不受場地限制，具有投資少、勞動強度小、運行費用低等優(yōu)點，該技術的研究與推廣對保障國家糧食儲備，提高糧食品質，提升糧食購銷企業(yè)的市場競爭力，具有重要意義[1]。目前國內外不少研究機構在糧食就倉干燥領域已取得一定的研究成果，如四川省糧食局采用新型移動式就倉干燥設備對800多t平均水分為16.5%的小麥進行就倉通風干燥處理，將小麥水分降至安全水分，且通風干燥后的小麥與同品種進行晾曬處理的小麥在品質上沒有明顯差異[2]。中央儲備糧商洛直屬庫與中儲糧成都糧食儲藏科學研究所合作開展了高水分玉米的就倉干燥試驗[3-4]，將玉米水分從15.3%降至14.2%，單位能耗2.66 kW·h/(1%·t)，干燥后全倉玉米的水分分布相對均勻，且運行成本低，綜合效益明顯。中央儲備糧大理直屬庫王鑫等人利用離心風機與單管風機組合的方式對平均水分為16.3%的玉米進行就倉干燥降水試驗，成功將玉米水分降至13.8%[5]。河南工業(yè)大學的專家在秋冬季節(jié)利用低溫、低濕的自然空氣條件，對高水分的稻谷進行就倉機械通風降水，利用近4個月的時間，將稻谷水分從原先的16.6%降至14.4%，同時使糧溫下降并始終處于一種低溫狀態(tài)，且糧情穩(wěn)定，糧食品質指標基本保持不變[6]。

2 高水分糧就倉干燥技術的機理與過程

2.1 糧食干燥的基本理論

糧食的干燥方式有很多，如自然晾曬、烘干等，但就其干燥原理來說，大多數干燥方式都是利用干燥空氣介質與被干燥糧食之間的水蒸氣分壓差，使糧食內部的水分蒸發(fā)至干燥空氣介質中，從而與氣流一起移出糧堆。而建立這種水蒸氣分壓差的方法主要有兩種，一是降低干燥空氣介質的濕度，使干燥空氣介質中水蒸氣分壓降低；二是加熱空氣介質的溫度，經加熱干燥后的空氣介質與糧食接觸使糧食溫度升高，從而使糧食表面的水蒸氣分壓升高，從而建立空氣與糧食之間的水蒸氣分壓差[7]。

2.2 糧食干燥的過程

糧食的干燥可以概括為兩個基本過程，糧食內部的水分先以液態(tài)或氣態(tài)的形式沿著糧粒毛細管擴散到糧粒表面，再由糧粒表面蒸發(fā)至干燥介質中[8]。在儲糧倉內，糧食的溫、濕度分布基本均勻。糧食與外界環(huán)境所進行的濕熱傳遞是吸濕或自然蒸發(fā)取決于糧食的平衡濕度和環(huán)境空氣的狀態(tài)參數。在自然環(huán)境條件下，即使糧食中的水分能自然蒸發(fā)，其干燥速率也是很慢的，要加快糧食水分的蒸發(fā)速率，就必須改變其外部條件，促使其內部水分向外遷移。在加熱通風干燥時，經加熱后的濕空氣介質首先是加熱糧食，受熱后糧食內外會形成溫度梯度，其表面的水分開始向外蒸發(fā)，當糧食表面水分逐漸減少后形成濕度梯度時，這種濕度梯度就會促使糧食內部的水分向外遷移[9]。溫、濕度梯度共同構成了糧食內部水分向外傳遞的推動力，促使糧食內的水分從內向外遷移。

糧食干燥是糧食表面水分汽化與內部水分擴散遷移同時進行的結果。兩者的影響因素不同，熱空氣參數影響的是糧食表面水分的汽化，溫度和糧食的結構、理化性質等參數則影響其內部水分向外傳導的過程。所以干燥時，糧食表面水分的汽化速率與內部水分的擴散速率是有差別的。在糧食干燥速率表現為受表面汽化過程控制時，糧食表面有足夠的水分向外蒸發(fā)，糧食不斷從熱空氣介質中吸收熱量，全部用于其表面水分的汽化，所以糧食不升溫。這個過程一般發(fā)生在糧食干燥過程的前期，在干燥時，改變空氣介質的參數，可影響干燥速率。糧食干燥速率表現為受內部水分擴散控制時，糧食表面已逐漸干燥，此時糧食開始逐漸升溫。這時可以通過降低糧層厚度，縮短水分在糧食內部擴散的距離，減少水分在內部擴散阻力等措施來改善糧食內部的水分傳導，從而達到強化干燥的效果[9]。

3 糧食就倉干燥技術的研究與應用

3.1 糧食就倉干燥的分類

3.1.1按糧食干燥方式

糧食干燥過程本質上是個復雜的質熱交換過程。干燥糧食的方法有很多，按照干燥的操作形式，主要可分為自然晾曬和機械干燥兩大類，機械干燥又可分為高溫快速干燥和低溫緩速干燥。就倉干燥也被稱為“整倉干燥”，屬于低溫緩速干燥的形式，接近自然晾曬，能最大程度保證干燥后的糧食品質[10]。

根據進入糧倉內的空氣形式以及糧食在倉中的干燥形式，可把就倉干燥分為以下三種：自然通風干燥、加熱通風干燥以及攪拌通風干燥。

3.1.1.1自然通風干燥

自然通風干燥是指不加熱空氣介質，主要是利用風機將外界自然空氣直接送入糧堆進行干燥作業(yè)。自然通風干燥是一種簡單、實用的干燥方式，在就倉干燥領域應用的比較早。早在20世紀五六十年代，一些國家就開始利用自然機械通風干燥技術對新收獲的糧食進行干燥。美國、澳大利亞、加拿大等國的專家先后研究過利用自然通風的方式開展糧食就倉干燥試驗，并取得了一定的研究成果。美國俄亥俄州的科學家對初始水分為20%左右的玉米、大豆、小麥等農作物采用自然通風干燥的方式進行就倉干燥試驗，可在4～8周的時間內將上述農作物的水分降低到安全水分[11-12]。近些年，我國在就倉干燥領域的研究也有很大進步，我國東北、西北等地區(qū)的一些糧食倉儲單位在糧食儲藏期間或是新糧收獲季節(jié)，對糧食進行自然機械通風，取得了很好的降水效果。

雖然自然機械通風干燥投資少，所使用的設備簡易、操作方便，干燥后的糧食品質較好。但干燥周期一般較長，要想達到理想的干燥效果，需要幾天甚至幾個月的時間對糧食進行通風干燥，同時在干燥過程中勞動強度大，受天氣影響較大，嚴重限制了其應用與推廣。

3.1.1.2加熱通風干燥

為克服自然機械通風干燥周期長，受天氣因素影響較大的缺點，通常利用加熱空氣介質的方法來提高干燥效率，一般將干燥空氣介質的溫度控制在30℃左右，熱量來源既有傳統的化石燃料，也有利用電能的空氣能熱泵等。

在應用方面，美國的一些農場主要推廣使用低溫加熱干燥。所謂的低溫加熱干燥是指將空氣介質加熱至不超過原溫度11℃的溫度范圍內進行通風干燥的方法，熱源主要采用化石燃料熱機或電加熱裝置[13]。近些年，我國在糧食干燥技術方面取得了很大進步，但也存在著能源利用率不高，干燥不均勻，干燥后的糧食品質不佳等問題。

3.1.1.3攪拌通風干燥

為了應對在就倉干燥過程中出現的糧食干燥不均、通風死角及通風阻力大等問題，近年來，開始發(fā)展、應用攪拌通風干燥技術，其工作原理是在糧倉內安裝攪拌器，攪拌器上有一個水平軌道，聯動著三、四個立式螺旋絞龍，整個攪拌裝置在工作時繞糧倉中心不停地公轉，立式絞龍一面沿水平軌道移動，一面自轉，從而完成對整倉糧食的翻動通風干燥過程。

糧倉內安裝攪拌器后，在對糧食進行通風干燥時要兼顧加熱通風情況與攪拌頻率的關系，實現攪拌時長與加熱通風量的相適應。在加熱通風干燥過程中，若整倉糧溫升高大于2℃，就需要不斷地進行攪拌。但在連續(xù)攪拌過程中，需防止細碎物質沉積到倉底，造成通風氣流量減少，影響干燥效果。在對高水分或深層糧食進行干燥時，需要注意啟動攪拌器時螺旋絞龍所受阻力的大小，阻力太大會對攪拌機械系統造成損壞。目前，德國在對糧食進行攪拌通風降水方面的技術已經較為成熟了[14]，在我國，中國農業(yè)大學曹崇文等也對攪拌通風就倉干燥技術進行了深入研究。

攪拌通風干燥技術具有在自然通風或加熱通風干燥過程中混合上下層糧食，減小各層糧食的水分梯度，實現均勻干燥的優(yōu)點。且在攪拌過程中，可以使糧堆疏松，減小對氣流的阻力，增加有效通風量，使糧溫升高1～2℃，實現加快降水速率的效果。中國農業(yè)大學曹崇文等研究了玉米攪拌就倉干燥降水試驗[15]，研究結果顯示，在通風過程中若每天對糧堆攪拌4 h，糧食上下層水分梯度差會小于1%。美國專家博恩通過試驗發(fā)現，對糧堆進行攪拌會使糧食的體積密度下降8%左右，有效通風量增加約33%。在其他條件不變時，風量增加就可提高通風干燥的效率，與相同條件下未進行攪拌的糧倉相比，干燥時間縮短約一半，干燥成本也會有所降低[12]。

3.1.2按倉型和通風方式

按照倉型可將就倉干燥倉分為房式倉、圓筒倉；按照通風系統形式分，又可分為通風板式干燥倉、通風槽式干燥倉、徑向通風干燥倉和組合式立體通風干燥倉。

3.1.2.1通風板式干燥倉

通風板式干燥倉大多數是采用波紋鍍鋅鋼板制成的圓筒倉，倉底設計有帶通風網板的空氣分配室，糧食堆放在通風網板上，風機將空氣介質送入空氣分配室后經過網板進入糧層，開始對糧食進行干燥，如圖1所示。因為空氣是垂直通過糧層的，所以又稱垂直通風干燥倉。這種倉型既可開展自然機械通風干燥，也可采用輔助加熱裝置進行加熱通風干燥，應注意熱風溫度不能大于糧食允許承受的最大溫度。整個干燥過程是干燥介質先將底層的糧食進行干燥，形成一個干燥區(qū)。隨著干燥的進行，干燥區(qū)逐漸上移，最后完成整倉糧食的干燥[16]。

1.濕糧；2.干燥區(qū)；3.干燥糧；4.風管；5.熱源；6.風機；7.進人孔；8.進糧口；9.糧層高度

3.1.2.2通風槽式干燥倉

通風槽式干燥倉與通風板式干燥倉的通風原理和結構基本相似，主要是將主風道安裝在糧倉底部，通過主風道將各支風道進行連接，形成網狀通風結構，通過風機將空氣介質送入通風管道內對糧食進行通風降水。這種干燥倉一般是平房倉等大型倉庫，可以對儲量大、水分低的糧食進行就倉干燥降水。

3.1.2.3徑向通風干燥倉

徑向通風干燥倉的倉體結構和原理如圖2所示。通風干燥倉一般為圓筒倉，在倉中心處有柱狀通風網管，倉壁分為內外兩層，內層為孔狀通風網板，外層為波紋鍍鋅鋼板，內外層之間有間隙，可以使空氣介質從中心柱狀通風網管經糧層進入倉壁后移出糧倉，從而對糧食進行通風降水，并可通過調節(jié)柱狀通風網管內活塞高度達到對糧堆進行分層干燥的效果。這種通風干燥倉可實現裝糧和卸糧的機械化操作，在實踐中的通風效果好于垂直通風干燥倉。

1.出糧口；2.手搖柄；3.繩索；4.活塞；5.通風圓筒；6.外壁；7.流化板；8.風機；9.加熱器

3.1.2.4組合式立體通風干燥倉

組合式立體通風干燥倉主要是將主風道安裝在糧面，利用軟管將主風道與支風道、立于糧堆中的通風管連接起來，支風道與支風道之間的間距、通風管在糧堆內的深淺可根據通風需要進行調節(jié)，通過主風道將各支風道和立于糧堆內的風管進行連接，形成立體通風系統，從而對糧食進行通風干燥。使用此類通風系統可解決糧堆通風干燥不均勻及通風死角等問題。

3.1.33種就倉干燥方式的優(yōu)、缺點對比

常見的3種干燥方式的優(yōu)缺點對比見表1。從表中可以看出3種干燥方法在實際使用中各有優(yōu)劣，從干燥效果上來看，利用攪拌裝置進行通風干燥，糧食的均勻干燥效果最好，但使用成本和維護要求較高。自然通風干燥成本最低，但受環(huán)境氣候影響較大，干燥周期較長，糧食降水安全性不高。在利用加熱通風干燥時，會消耗大量的能源，可能會對環(huán)境造成污染，同時干燥后的糧食品質會有所下降，整倉糧食水分不均勻，水分分層嚴重。

表1 常見的3種就倉干燥方式的優(yōu)缺點對比

3.2 就倉干燥與其他干燥方式的對比

干燥糧食的方法有多種，每種干燥方法都有其自身的特點，在實際應用中，應結合糧食情況、干燥效果與經濟性綜合分析，合理選擇干燥方式。下面將自然晾曬、機械烘干、就倉干燥這3種較常見的干燥方式進行對比，見表2。

表2 3種較常見的糧食干燥方式對比

3.3 經濟效益和社會效益對比分析

3.3.1經濟效益

根據目前市場原料、人工費用等，預計倉體容量50～200 t的就倉干燥整套設備制造安裝費用約15～35萬元，遠低于現有的成套烘干裝置40～100萬元的價格。按每噸糧食降低1%水分所需的運行成本計算得出，晾曬3～6元、就倉干燥5～7元、機械烘干8～10元。目前來說，就倉干燥糧食的綜合成本最低，晾曬次之，機械烘干最貴；但就倉干燥處理的糧食水分不能太高且降水周期長、處理量小，還受氣候條件影響，在使用上有局限性。

3.3.2社會效益

利用就倉干燥技術可減少糧食收儲環(huán)節(jié)的發(fā)芽、霉變、撒漏、污染等損失，提高糧食品質，保證糧食安全；種糧大戶可以根據實際需求，在使用機械干燥設備的同時合理搭配使用就倉干燥設備，利用就倉干燥技術就地緩速干燥儲糧，不必集中時間出售，從而減少國家在糧食收儲過程的人力、物力、財力負擔和壓力，實現藏糧于民；由于就倉干燥具有保質儲藏功能，能夠使種糧大戶在銷售糧食時有較多的時間選擇，錯開糧食售價低谷，提高農戶收入，保證既豐產又豐收。同時，還可減少化石能源的消耗，從而降低由此產生的CO2、SO2、NOx及顆粒物等污染物的排放，減輕對大氣的污染，保護環(huán)境。

4 小結與展望

由于我國種糧大戶和糧食加工企業(yè)儲糧規(guī)模較大，但干燥儲糧的技術落后、設備簡陋，加之管理不善等原因，造成糧食損失巨大。就倉干燥技術具有不受場地限制，投資少、勞動強度低、經濟實用等優(yōu)點，該技術的研究與推廣對保障國家糧食儲備，提高糧食品質，具有重要意義。目前，國內外對糧食就倉干燥技術的研究已經取得了一定進展，相關的技術已應用到生產實踐中，但也存在諸如干燥效率低、干燥過程中糧食水分分布不均勻、干燥后的糧食品質不佳等問題。在就倉干燥技術的推廣與應用方面還需要相關專家和學者繼續(xù)去研究，攻堅克難，為就倉干燥技術的發(fā)展做出貢獻。