裘駿凱，龔澤穎，徐鵬程，趙新宇

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

糧食干燥環(huán)流熱泵除濕供熱系統(tǒng)，是近幾年研發(fā)的實用新技術(shù)，具有環(huán)境非常友好、運行成本非常低、工作強度低、送風控制精度高和單一能源等突出特點，尤其適用于谷物的低溫干燥。由于系統(tǒng)采用了新工藝和新設(shè)備，特別是新的粉塵防爆規(guī)程《粉塵防爆安全規(guī)程》(GB 15577—2018)的實施，在工程設(shè)計中遇到新情況和新問題，需要對系統(tǒng)進行討論和分析，形成指導設(shè)計的共識。

本文介紹了糧食干燥環(huán)流熱泵除濕供熱系統(tǒng)組成、工作原理和特點，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，主要分析糧食烘干房各設(shè)備間和設(shè)施的火災(zāi)危險等級和工程設(shè)計需注意的問題，提出了設(shè)計要求，并形成工程案例供設(shè)計人員參考。

1 現(xiàn)有糧食干燥的熱源

現(xiàn)有的糧食干燥機械熱源一般采用熱風干燥，即將設(shè)定溫度的干燥空氣送入烘干機的干燥段，與需干燥的谷物熱濕交換后，空氣經(jīng)凈化后排入大氣。烘干機內(nèi)的谷物水分逐步降低，直到水分降低至能安全儲藏，再冷卻后送入糧倉儲存。

送入糧食干燥機熱風按產(chǎn)生的原理一般可分為以燃料燃燒方式和電能驅(qū)動的熱泵方式。以蒸汽為熱媒加熱空氣大多是采用燃燒產(chǎn)生蒸汽，也可歸為燃燒方式。此外也有以直接電能為干燥方式，但規(guī)模都很小。

1.1.1以燃燒方式產(chǎn)生熱風的干燥系統(tǒng)

以燃料燃燒方式生產(chǎn)熱風是最常規(guī)的方式，按燃料品種可分為煤炭、柴油、天然氣(或液化天然氣)、生物質(zhì)燃料等。以燃燒方式生產(chǎn)熱風，由于燃料燃燒產(chǎn)生煙塵和溫室氣體的排放及含塵氣體的排放被廣為詬病，以煤炭為燃料還排放二氧化硫等嚴重污染空氣的有害氣體，更受政府和社會嚴重關(guān)注。以柴油、天然氣為燃料還有生產(chǎn)成本過高問題，部分城市周邊地區(qū)以燃燒方式進行糧食烘干已受到限制。

1.1.2熱泵方式

糧食干燥采用的熱泵裝置一般以電能為動力，通過熱泵裝置將低溫側(cè)(蒸發(fā)器)熱量向高溫側(cè)(冷凝器)轉(zhuǎn)移，用于加熱空氣。

目前糧食烘干行業(yè)采用的熱泵基本為直流式熱泵系統(tǒng)，其空氣流程為：新風→熱泵裝置冷凝器加熱→烘干機干燥段→風機→除塵裝置→排大氣。直流式熱泵系統(tǒng)主要問題是：當大氣溫度低于10 ℃時，送風溫度大幅降低，嚴重影響糧食烘干效率。另外有含塵和溫室氣體的排放，也有一定的環(huán)境污染。

2 糧食干燥環(huán)流熱泵除濕供熱系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

糧食干燥環(huán)流熱泵系統(tǒng)示意見圖1。

注：1.烘干機；2.精密除塵器(含配置的刮板輸灰系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等)；3.環(huán)流風機；4.熱泵除濕供熱機組；5.空氣環(huán)流風道；6.綜合控制箱。圖1 糧食干燥環(huán)流熱泵系統(tǒng)圖

2.2 工作原理

進入機組為低塵、高濕、中溫空氣，經(jīng)熱回收機組降溫進入熱泵系統(tǒng)多級蒸發(fā)器，空氣中的水分被冷凝析出成為低溫低含濕量空氣，經(jīng)熱回收機組升溫，進入熱泵系統(tǒng)多級冷凝器升溫至設(shè)定溫度，由機組出風口進入烘干機。多級熱泵系統(tǒng)均有以電能為動力的制冷壓縮機驅(qū)動。

2.3 基本特點

糧食干燥環(huán)流熱泵除濕供熱系統(tǒng)具有如下基本特點：環(huán)境友好，可實現(xiàn)含塵氣體和溫室氣體的基本零排放；能效比COP≥5.0，生產(chǎn)成本最低；可實現(xiàn)烘干過程一鍵式操作，降低工作強度，改善了工作環(huán)境；操作無明火生產(chǎn)更安全，項目審批更便捷；單一的能源需求、無燃料儲存設(shè)施；缺點為：需要較大的供電設(shè)施；烘干溫度相對較低，對部分需較高干燥溫度的谷物適用不足[1]。

3 糧食干燥環(huán)流熱泵除濕供熱系統(tǒng)烘干房的設(shè)計

3.1 主要執(zhí)行規(guī)范

該系統(tǒng)設(shè)計主要執(zhí)行的規(guī)范有：《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)；《粉塵防爆安全規(guī)程》(GB 15577—2018)；《糧食加工、儲運系統(tǒng)粉塵防爆安全規(guī)程》(GB 17440—2008)。

3.2 火災(zāi)危險等級與設(shè)計

糧食干燥環(huán)流熱泵除濕供熱系統(tǒng)采用單一能源-電能，沒有明火和燃料儲存裝置，相對于傳統(tǒng)的熱風干燥方式相對安全。整體烘干房按功能分為烘干機間、除塵器間、熱泵除濕供熱機組間、烘前烘后倉和供電等設(shè)施。本文重點討論各設(shè)備間和設(shè)施的火災(zāi)危險等級與設(shè)計要求。

3.2.1烘干機間

烘干機間設(shè)有烘干機和谷物進出輸送裝置，運行中會產(chǎn)生一定粉塵。同時在烘干機中有一定數(shù)量的谷物，為固體可燃物。根據(jù)GB 17440—2008要求，沒有明確烘干機間火災(zāi)危險等級。目前設(shè)計中采用兩種等級：防火審批嚴格的地區(qū)按乙6類設(shè)計，如江蘇昆山、上海等地區(qū)；一般地區(qū)按丙類防火等級設(shè)計。

由于沒有明火和燃料儲存設(shè)施，安全危險降低，如無特別要求，建議按丙類火災(zāi)危險等級設(shè)計。丙類火災(zāi)危險等級按規(guī)范需設(shè)計排煙裝置。

3.2.2除塵器間

根據(jù)GB 17440—2008要求，沒有明確除塵器間火災(zāi)危險等級，按4.2條配套的灰間按粉塵防爆危險等級20區(qū)設(shè)計。根據(jù)GB 15577—2018要求，第8.4.2條禁止采用干式靜電除塵器和重力沉降室除塵，第8.4.3條除塵器宜安裝在廠房建筑物外部。如干式除塵器安裝在廠房內(nèi)，應(yīng)安裝在廠房內(nèi)的建筑物外墻處的單獨房間內(nèi)，房間的間隔墻應(yīng)采用耐火極限不低于3 h的防火隔墻，房間的建筑外墻處應(yīng)開有泄爆口，泄爆口面積應(yīng)符合GB 50016的要求。

除塵器間用于安裝精密除塵器。由于需空氣循環(huán)循環(huán)，需精密除塵器出口含塵濃度≤K(K值為確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行數(shù)值)，以確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。采用精密除塵器，凈化后的空氣含塵濃度≤K值(是低于粉塵大氣排放標準的數(shù)值)，確保環(huán)流型熱泵除濕供熱機組能穩(wěn)定高效運行。進入精密除塵器的空氣為含塵高濕中溫狀態(tài)，為防止除塵器內(nèi)結(jié)露，除塵器需安裝在建筑內(nèi)，建筑物應(yīng)保溫。對多臺精密除塵器，除塵器底部積灰采用刮板輸送機集中到灰房集灰箱中，灰房按火災(zāi)危險等級乙類處理，需設(shè)泄爆面和通風裝置。除塵設(shè)備與工藝設(shè)備應(yīng)連鎖運行。

3.2.3熱泵除濕供熱機組間

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016—2014規(guī)范要求，按戊類火災(zāi)危險等級設(shè)計。機組設(shè)有輔助電加熱器，用于啟動時的環(huán)流空氣預熱。輔助電熱器應(yīng)用環(huán)流風機連鎖，應(yīng)設(shè)置無風斷電、超溫斷電保護裝置；電加熱器必須采取接地及剩余電流保護措施。為方便冷凝水排出機組四周設(shè)排水溝。機組宜在一層。機房需安裝用于機房冷卻的通風裝置，確保機組穩(wěn)定運行。

3.2.4烘干前后筒倉

根據(jù)GB 17440—2008要求，第4.2條粉塵爆炸危險場所分區(qū)：筒倉內(nèi)按20區(qū)；筒上層和筒下層為21區(qū)或22區(qū)(溜管層)。根據(jù)GB 17440—2008條文C.3 -4.4條，安裝在建筑物內(nèi)的前后筒倉，如除塵系統(tǒng)完備，可降為22區(qū)，不作為防爆區(qū)。

烘干前后筒倉用于存放烘干前及烘干后的谷物，一般為中轉(zhuǎn)倉。建議采用烘后倉，不建議在烘干機內(nèi)冷卻。糧食干燥環(huán)流型熱泵系統(tǒng)可實現(xiàn)烘干機對干燥完成的谷物內(nèi)冷卻，但有兩點不足：會有含塵氣體的排放(遠低于國家排放標準)；占用烘干機烘干工作時間。

3.2.5供電設(shè)施

糧食干燥環(huán)流型熱泵系統(tǒng)是采用單一能源—電能，雖然熱泵是高效節(jié)能的用電裝置，但總裝機功率比傳統(tǒng)的糧食裝置大(在水稻的烘干中，實測的能效比COP≥5.0)。例如：對30 t/批糧食干燥機，配套的糧食干燥環(huán)流型熱泵系統(tǒng)裝機機功率約105 kW，其中熱泵除濕供熱機組裝機功率為68 kW，環(huán)流風機等裝機功率約37 kW。對新建的糧食儲備庫可根據(jù)設(shè)計需要配套供電設(shè)施，對已建的糧食儲備庫應(yīng)先調(diào)研供電能力再確定

4 工程應(yīng)用

以30 t/批循環(huán)烘干機為例，結(jié)合工程實踐，設(shè)計了糧食烘干房環(huán)流熱泵系統(tǒng)安裝圖，見圖2。為方便精密除塵器收集的粉塵集中輸送和泄爆管的安裝，除塵機房安裝在二層較高位置。環(huán)流熱泵除濕供熱機組安裝在一層，方便機組檢修和避免冷凝水泄漏影響系統(tǒng)運行。

5 結(jié)束語

糧食干燥環(huán)流型熱泵系統(tǒng)是用于低溫干燥的新工藝，烘干房的工程設(shè)計需工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、電氣等專業(yè)密切配合，將區(qū)域要求、設(shè)備特點等有機結(jié)合，在滿足規(guī)范要求的同時，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行，為推進行業(yè)節(jié)能減和排雙碳目標的實現(xiàn)做出貢獻。

圖2 糧食烘干房環(huán)流熱泵系統(tǒng)安裝圖