摘要本文系统地描述了黑龙江省水稻种植生产的现状和发展趋势，为满足东北地区水稻发展对水稻干燥烘干机械的要求，对市场常见的几种连续式水稻干燥烘干机干燥工艺进行分析比较，提出了适合水稻干燥的复合工艺．并系统地介绍了5HSH型水稻复合工艺干燥烘干机的干燥烘干机理和技术特点，以及在多年使用中得到的经验和解决的问题，为用户选择干燥烘干机提供了依据。
黑龙江省位于我国的东北部，是中国位置最北、纬度最高的省份．黑龙江属中温带到寒温带的大陆性季风气候。年平均气温在-4～5℃。黑龙江土地肥沃，有机质含量高，是世界三大黑土地带之一，是名副其实的国家粮食主产区。2010年黑龙江省粮食播种面积为20323.3万亩，粮食总产5013万吨，历史上首次突破干亿斤。黑龙江适合种植水稻、玉米、大豆、小麦四大粮食作物．尤其是黑龙江的粳稻全国闻名，品质优良，口感好，备受人们青睐，需求呈扩大的趋势。
1、黑龙江水稻种植的发展趋势
1.1水稻种植面积、产量逐年增长
2008年黑龙江水稻种植面积3670万亩，水稻总产量1518万吨。2010年黑龙江省水稻种植面积扩大到4153.3万亩，总产量达到1844万吨。面积比2008年增加483.3万亩，增幅为11.6%．产量比2008年增加326万吨，增长17.7%，总产量创历史新高。商品量约占总产量的75‰达到1383万吨，产量占全国粳稻总产量约34%．商品量约占全国粳稻商品量的45%，居全国首位．2010年黑龙江省粳稻播种面积与产量均排在全国第一，同时增幅也在全国之首。
2011年1月黑龙江省委在农业工作会议上提出，要确保今年粮食总产稳定在1000亿斤以上。要突出抓好两件事：一个是扩大高产粮食作物面积，另一个是努力提高粮食单产。今年，水稻面积要发展到4800万亩，水稻要大面积实现单产1000斤，30码期期必中生产销售木屑颗粒机、木屑烘干机等生物质燃料成型、木屑烘干机械设备。
1.2水稻种植水平不断提高
1985年，黑龙江省推广了寒地水稻“旱育稀植”栽培技术，解决了黑龙江省种植水稻积温不足、产量不高的难题，使黑龙江水稻种植在全省境内大面积推广。多年来，农业技术人员从没间断对此栽培技术的研究、完善，使之更适合规模化、现代化生产。目前，黑龙江省农业技术部门重点推广大棚高台旱育、包衣催芽精播、调温控水防病、钵育摆栽和盘育机插等10项农业栽培和管理新技术，积极推进水稻种植各项作业全程标准化，水稻单产攻关田产量突破1800斤，接近吨粮田，为水稻种植的大面积稳产、高产，提供了技术支持。
1.3水稻生产机械化率提高
2004年中央出台多种措施提高农民的种粮积极性，颁布实施《农业机械化促进法》，形成了经济支持、价格补贴、税收优惠等良好的政策环境。国家自2004年起实行农机补贴政策，到2010年底，7年累计安排中央财政资金达354.7亿元，其中黑龙江省共享受到18. 44亿元农机补贴。2010黑龙江省农业机械化率达到870h，位居全国第一。面对黑龙江省水稻种植面积迅速增加的新形势，近年来，黑龙江省农业技术部门始终将水稻机械化生产作为农业机械化发展的重点，采取多种措施大幅度提升水稻机械化水平，努力使全省的水稻机械化插秧程度由现在的70%提高到75%．水稻机械化收获程度由71. 3%提高到80%。并力争在3年内实现水稻机插、机收全程机械化。
1.4利用水利资源提升稻米品质
长期以来，黑龙江的种植业结构始终是以麦、豆、玉米为主要栽培作物，水利的滞后发展严重制约了水稻的大面积种植。经过几十的生产实践和科学探索，黑龙江成功的探索出“以稻治涝”的作物栽培模式，水稻种植面积开始大面积增长。水稻面积增长的初期主要通过打井利用地下水进行灌溉，其结果是一方面由于地下水资源的约束，水田开发面积受到制约，另一方面是采用地下水，水温低矿物质少，水稻的品质较差，影响了水稻的销售。近年来，黑龙江省农业技术部门充分利用三江平原的区位优势和科技创新优势，大胆地利用“两江一湖”（黑龙江、乌苏里江和兴凯湖）界江界湖水，共修建了14个大中型灌区，利用界江界湖水100亿立方米。。目前，全省新增有效灌溉面积2222万亩，有效灌溉总面积达到a813万亩，保证了水稻种植面积的稳定增长和水稻的生产品质的提高。同时，对于无法利用江河水灌溉的稻田则采取修建晒水池和增加地下水地表运行时间等科技措施来提高水温（地下水的温度～般在3-5℃，经过晒水池增温和延长水在地表的运行路途（时间）使得进入水田的水温达到15℃以上），提升了水稻的品质。很多地域性品牌大米因品质好全国闻名，如五常大米、兴凯湖大米、响水大米、北大荒大米等等。
1.5粮食加工转化能力显著增强
目前，黑龙江省现有国有粮食购销企业（粮库）600家，全省规模以上农产品加工企业（包括国有、民营、私营、）达1700户，而且有逐年增加的趋势，粮食加工转化能力显著提高。全省重点扶持建设16个粮食专业批发市场和一大批非国有粮食购销组织，形成了多元化的粮食购销格局。培育出一大批龙头企业，带动了粮食生产和规模化烘干、仓储、加工基地的建设。
1.6国家政策调控、政府支持、市场行情利好、水稻销售顺畅
近年来，国家不断加大调控政策力度与市场行情利好的相互作用下，黑龙江省水稻市场总体价格呈现震荡上涨的市场行情。其影响黑龙江省水稻市场行情走势的主要因素有：一是政策扶持，水稻购销顺畅。2008年起，国家公布新产粳稻（粳米）入关给予运费补贴政策，省内外粮食经营企业收购、发运稻米积极主动，致使农民销售水稻顺畅；二是政策支持价格上涨。2009年12月份国家公布2010年粳稻最低收购价政策，即国标三等为1.05元／斤，托起市场价格，支持农民获利。三是政策保证主销区供应，销售底价持续稳定。2010年国家继续实施临储粳稻竞价销售，三等销售底价为1960元／吨，保持全年不变，3月份又采取黑龙江水稻定向竞价销售政策，保障主销区北京、天津、上海、浙江、福建等五省（市）市场供应。四是政策抑制价格过快上涨。2010年11月国家连续发布保证市场供应，稳定消费价格总体水平的一系列相关政策。调控政策效应的发挥，国储水稻竞价销售的稳定，价格呈现高走趋稳的市场行情，有利于保护农民利益，进一步调动农民种粮的积极性，有利于粮食经营主体收购与销售，市场行情的利好，使黑龙江水稻销售顺畅、供不应求。
2黑龙江省水稻发展对水稻干燥烘干机械的要求
黑龙江水稻种植的发展速度和趋势对产后干燥处理机械的要求更高，更严格，通过多年的市场销售归纳为以下几点：
2.1连续干燥、处理量大
黑龙江水稻收获时间一般在9月25日～10月15日之间，收获期短，机械化收获程度高，目前机械化收获率达到70%，收获后的水稻一般年景最高水分25%，平均水分18%，需要干
燥机连续接收，连续干燥，处理量大。
2.2稻谷重度裂纹（爆腰）率的增加值≤3%
稻谷的干燥不同于其它粮食的干燥，稻谷是一种热敏性的物料，是所有谷物中较难干燥的物料。干燥速度过快或参数选择不当容易产生爆腰，所谓爆腰就是水稻干燥后或冷却后，颗粒表面产生微观裂纹，这将直接影响稻谷碾米时的碎米率，从而影响稻谷的出米率，也就是影响它的产量和经济价值。我国标准《连续式粮食干燥烘干机> GB/T 16714-2007规定：水稻干燥烘干机降水幅度≤5%时，稻谷重度裂纹（爆腰）率的增加值≤3%．黑龙江水稻以品质优良、口感好著称，干燥后的稻谷减少爆腰增率、提高出米率是检验干燥烘干机质量的硬性指标。
2.3要求产品系列化
黑龙江水稻种植面积大、产量大，为减少收获期的运输成本，几年来，国有的和民营的水稻经营者们新建和改建了很多不同规模的干燥收储中心，一般需要干燥烘干机日处理量从100吨～600吨多种型号的机型，大、中型干燥烘干机所占比例大，而且需求空间逐年加大．
2.4热损失小、能耗低
黑龙江水稻烘干期从每年的IO月份～第二年的3月份，这个季节东北地区气温最低。据黑龙江省气象台统计，2010年11月～2011年2月期间黑龙江平均环境温度-15.3℃，2011年1月13日黑龙江嘉荫地区最低温度达到-47℃，哈尔滨达到-32.5℃。如何减少热损失、降低能耗，减少高燥费用是在东北地区作业的干燥烘干机不可回避的问题。
2.5 -机多用
从多年的产品销售和市场调查得出，黑龙江省的干燥烘干机用户（除稻米加工企业外），多数用户购买干燥烘干机时，要求既能烘干水稻，又能烘干玉米，一机多用的干燥烘干机在黑龙江很有市场。
3各种连续式干燥烘干机的干燥方式对比
在我国，水稻连续干燥烘干机械主要采用塔型热风干燥设备，按谷物与热风流向来分，可分为横流式、顺流式、逆流式、混流式等型式，
3-1横流式水稻干燥烘干机
横流式水稻干燥烘干机的特征热风流向与稻谷运动方向垂直。要求热风温度43--49℃，粮柱厚度0.15～0.23m，采用高谷物流速，为干燥玉米时流速的一倍以上，一般通过增加干燥段高度的方法弥补因提高谷物流速后，降水幅度减小的不足．主要缺点是：干燥均匀性差，单位热耗较高，干燥后稻谷品质较差。
3.2顺流式水稻干燥烘干机
顺流式水稻干燥烘干机的特征是热风流向与稻谷运动方向相同，湿谷物首先与最热空气相遇，热风温度随着谷物向下运动快速下降，尽管采用较高的热风，对谷物品质的影响较小，谷物升温快、干燥后谷物水分均匀、干燥高水分稻谷时降水幅度大，单位热耗低，其弱点是单位高度上降水能力低，设备高大，投资较高。
3.3逆流水稻干燥烘干机
逆流水稻干燥烘干机的特征是热风流向与稻谷运动方向相反，最高温度的热风首先与水分最低的稻谷接触，干燥后稻谷的温度接近热风温度，排除的废气接近饱和，烘后稻谷水分和温度比较均匀，余热损失小，热效率较高，但由于不能采用较高的热风温度，生产率较低。
3.4混流式水稻干燥烘干机
混流式水稻干燥烘干机的特征是热风流向与稻谷流向即有横流、顺流，又有逆流，呈混合状态。谷物按着S形曲线向下流动，交替接触高温和低温热风，谷物水分呈阶梯型下降．烘后稻谷含水率较均匀，单位热耗低5%～15%，相同条件下所需风机动力小，干燥介质单位消耗量也小。不足是结构复杂，相同生产率条件下制造成本略高，谷物升温时间较长。
4水稻干燥对工艺的要求
4.1．采用干燥一缓苏工艺
水稻干燥后，将其放入缓苏仓中保温一段时间，使籽粒内部水分向表面扩散，降低籽粒内部的水分梯度和温度梯度后，再进行二次干燥，这样就可以减少爆腰率。
4.2采用较低的热风温度
为了保证水稻烘后品质，减少爆腰率，采用较低的介质温度（风温）．根据泰国水稻干燥的调查，干燥水稻所用的热风温度，一般均在50℃以下，粮温控制在38～42℃之间。
4.3限制水稻的干燥速率
水稻干燥过快或冷却过快均易产生爆腰。如果保持水稻的爆腰率为一定值，研究水稻的极限干燥速度，则可以看出初水分在18%以上时干燥速度可以加大，此外爆腰还与空气湿含量有关．
5、水稻复合工艺干燥烘干机的研制
5.1水稻复合干燥工艺的提出
谷物干燥是收获后谷物处理的重要环节。干燥后的谷物品质与干燥工艺和干燥参数的选取有着直接的关系。根据水稻干燥对降水幅度、干燥品质、粮温限制、缓苏时间、干燥速率、单位能耗、制造成本的要求，只采用一种干燥工艺是无法实现最优化的组合。上世纪90年代初奚河滨博士在全国著名粮食干燥专家曹崇文教授的指导下，经过理论分析、计算机模拟生产工艺过程和实验室及生产试验，首次提出水稻复合干燥工艺理论—一两级顺流高温烘干十缓苏十两级混流低温烘干十缓苏十冷却的复合干燥工艺，成功地解决了水稻爆腰和生产率之间的突出矛盾。并带领课题组开发研制出SHSH-10型水稻复合工艺干燥烘干机。经哈尔滨东字农业工程机械有限公司的技术人员多年的完善、改进，产品形成系列化，处理能力为60、100、200、300、400、500、600吨／日（降水4-5%），爆腰增率≤3%．
5.2顺混流干燥工艺的机理分析
顺混流干燥工艺既具有顺流干燥工艺的特点，又具有混流干燥工艺的特点，但又不是简单的叠加。见图2顺混流干燥工艺流程框图．
高水分谷物进入干燥烘干机后，首先是连续进行两级顺流干燥，第一级顺流干燥目的是使谷物快速升温。谷物在高温、高湿环境中，籽粒表面水分下降速度慢，温度上升速度快，第一级顺流干燥结束时，由于谷物升温时耗热量多，风温下降快，降水幄度较小：第二级顺流干燥水稻，则主要以降低谷物水分为目的，在第一级谷物升温的基础上，进行第二级顺流干燥，谷物温度又有一定幅度的上升，水稻籽粒内部的降水速度有所提高，介质中热量用于谷物升温的能量减少，因而介质温度下降速度变慢，排气温度增加。由于排气温度的增加，介质的饱和湿含量增大，相对湿度减少，干燥潜力进一步得到发挥，随着谷物向下流动，热风的相对湿度不断增加，有利于降低谷物的中心与表皮的水分差，表皮水分不会因脱水过快引起表面收缩过快而引起缩裂。顺流干燥工艺的优点得到体现，
在顺流干燥中，谷物水分与平衡水分的差值随着谷物的向下流动、干燥床中介质相对湿度的增加而变小，使得谷物蒸发水分的能力减小，表皮失水速率降低，而谷物中由于温度高，谷物中的水分子动能大，水分继续由籽粒内部向籽粒外部转移，籽粒的水分梯度不再扩大。尤其在顺流干燥的后期，干燥作用减弱，缓苏作用增强。
第二级顺流干燥结束，谷物进入缓苏阶段，缓苏过程中，籽粒水分继续向谷物的表皮扩散，水分梯度变小，缓苏结束时，谷物表皮变湿．如果再重复顾流干燥过程，谷物温度过高，若超过谷物品质允许最高温度，品质下降。
当谷物温度达到40℃以上后，采用间歇式混流干燥工艺，则可充分利用混流干燥谷层薄、气流阻力小、谷物交替受到高温气流和低温气流的作用，采用50℃左右风湿干燥水稻，谷物始终处于相对湿度适中的环境中，虽然风温不是很高，由于谷温较高，干燥降水作用仍然明显。谷物干燥一次降水能力超过顺流干燥降水能力，并不引起谷物品质的下降和爆腰现象的产生。
混流干燥结束后，谷物籽粒的水分梯度大于顺流干燥结束后的水分梯度，经过缓苏后的谷物，由于混流结束时的谷温没有降低，高温缓苏比低温缓苏所需时间短，因而明显缩短了混流干燥后的谷物缓苏所需时间，降低了混流干燥中的缓苏段高度。经过缓苏后的水稻重复进行混流干燥．混流干燥时，必须控制谷物连续干燥时间（或一次降水幅度），否则重复进行混流干燥时，会造成籽粒水分梯度过大，当水分梯度超过籽粒的内部拉力时，谷物就会产生爆腰。
5.3顺混流干燥工艺的模拟分析
图3模拟的是二级顺流干燥后又连续二次间歇混流干燥后的粮温和谷物水分变化规律。
模拟初始条件：水稻初始水分19%、初始谷温5℃、环境温度5℃。
干燥参数为：第一级顺流干燥采用风温110℃、风速0.6m/s;第二级顺流干燥风温100℃、风速0.5m/s;混流干燥风温50℃、风速0.4 m/s。
在北方地区，水稻干燥一般在10-11月和来年的3-4月份，此时环境温度一般降到5℃左右，水稻干燥不易脱水，首先采用顺流干燥，由图中可以看出，经过第一级110℃风温顺流干燥后，粮温从5℃上升到33℃，再经过第二级100℃风温顺流干燥后，粮温增加到42，之后用50℃的热风干燥水稻，水稻温度一直保持在40+2℃变化，风温处于水稻干燥的43℃警戒粮温以下。因此不会因干燥影响其品质。
第一级顺流干燥结束，大量热量用于增加水稻温度，干燥降水幅度小，模拟结果为降水率0.5%。第二级顺流干燥则由于谷温较高，虽然风温和风速有所下降，干燥降水能力却较强，降水率大约在1.2-1.5%。混流干燥时，谷物在混流干燥床中经过24min干燥，降水幅度大约为l%。总降水能力为4-4.5%，水稻初始水分19%，经过顺混流干燥烘干机干燥后水分为14.5%。
根据模拟结果，如果仅采用混流干燥工艺，与上述干燥时的初始条件相同，经过24min混流干燥后，水稻温度大约上升到24℃，此时缓苏时间一般大子100min，难于在干燥烘干机内连续实现缓苏的过程。
综上所述，顺混流干燥工艺干燥水稻，不但可以控制干燥过程中的谷物温度，保证干燥品质，而且还可以降低单位热耗，缩短干燥过程中的缓苏时间，实现连续快速干燥水稻，降水幅度大的目的。
5.4水稻复合工艺干燥烘干机的设计理念和创新点
水稻复合工艺干燥烘干机是依据水稻干燥烘干机理而设计的一种大型连续式干燥烘干机，不但适用于干燥水稻，也适用于干燥玉米、小麦、大麦等谷物。
5.4.1结构设计
该机采用两级顺流和两级混流干燥工艺串联作业。根据每一级干燥段降水幅度而设计成不同高度的缓苏段。见图4。该机采用矩形箱式组合结构．中间为风室，两侧为干燥室。两干燥室结构相同并对称。中部的风室内分别设有高温风室和中低温风室，高温风室与顺流干燥段相通，中低温风室与混流干燥段相通。物料由干燥烘干机顶部的进料口进入干燥烘干机后，靠重力作用向下运动，通过调整干燥烘干机底部的排粮叶轮转速控制物料在干燥烘干机内的干燥时间。物料在干燥烘干机内依次经过湿料仓、顺流干燥段-I、缓苏段l、顺流干燥段．2、缓苏段2、混流干燥段-1、缓苏段3、混流干燥段。2、缓苏段4、冷却段、排粮段、干料仓后，靠自重捧除机外。
为解决顺流段热风角状盘上侧壁接触粮食时不产生热传导，保证物料受热时间、受热温度均匀一致，把进风角盒设计成双层角状盒中间夹石棉层，起到隔热作用。
为适应东北地区使用，整机在干燥段、缓苏段采取双层保温结构。阻止热量向大气散失，节约了大量的热能．
5.4.2参数选择
经过理论计算、反复研究试验，计算机模拟生产工艺过程，并以此复合干燥工艺组合进行干燥试验研究，优化出顺流干燥稻谷的干燥参数：风温80～110℃，谷物流速2.5m/h—2.75m/h，风速0.4m/s～0.6m/s，干燥段高度0.75m—0.8m;混流干燥稻谷时的优化参数：风温45～5.5℃，稻谷小时干燥速率控制在1.5%以下，连续干燥时间不超过40min。
5.4.3创新点及特点
(1)在国内首先提出，在同一机型中采用顺流+混流+缓苏+冷却的复合干燥工艺，发挥各种干燥工艺的优势，成功地解决了水稻爆腰增率和生产率之间的矛盾，在保证水稻品质的前提下，提高了降水速率和生产率，
(2)在国内首次提出顺、混流千燥段干燥水稻的最佳粮温范围，科学地降低了缓苏干燥时间比，并得到验证，为粮食干燥行业提供了科学依据。
(3)连续式干燥，生产能力范围宽。生产率成系列，每小时3、5、1O、15、20、25、30吨，小时降水4～5%，适合市场需求。
(4)根据水稻干燥过程中降水规律，采用不同介质温度和多次缓苏工艺，降低单位热耗3.8%．提高了干燥效率。
(5)干燥水稻品质好。干燥后水稻爆腰增率≤3%，品质至少提高一个等级，提高整米率
2.5%。
(6)采用干燥段、缓苏段双层保温结构，阻止热量向大气散失，减少热损失12%。
(7)研制出特殊的风温／风量控制装置，实现了一个热源供给干燥烘干机不同干燥工艺段所需的不同风压、风温、风量的热空气，降低了单机制造成本，也为用户节省了运行成本。
(8)集中控制：全部电控集中到一个电控柜中，各种仪表分别显示介质温度、排粮速度、电压、电流等参数。
综上所述，5HSH型系列干燥烘干机具有单位时间生产率大、降水幅度大、爆腰增率小的特点，在研究水平和技术性能上，达到国内领先水平。
5.5水稻复合工艺干燥烘干机使用推广
5HSH型水稻复合工艺系列干燥烘干机在1998年被国家科学技术部列入”九五”国冢科技成果重点推广计划：1999年被国家科技部、国家税务总局、国家对外贸易合作部、国家技术监督局、国家环保局评为国家级重点新产品；1999年被中国通用机械行业协会批准为全国干燥行业首批推荐产品：自1999年以来，分别获得国家级、省级、市级中小企业技术创新基金的支持；2001年该产品获得国家农业部颁发的《农业机械推广许可证书》：同年被国家科技部列入国家级火炬计划：2004年获得黑龙江省发展高新技术产业专利技术专项资金支持：2000年获得国家实用新型专利：2007年获得黑龙江省科技进步二等奖。
自1995年5HSH-10型水稻干燥烘干机研制成功以来，东字公司在此项目上获得国家、黑龙江省、哈尔滨市、黑龙江农垦总局等各级政府的大力支持，企业也加大了人、财、物的投入，产品形成了系列化、产业化，并加大了推广力度。其中三个型号的机型进入《2009-2011年国家支持推广的农业机械产品目录》，在多个省、市、自治区享受国家农机补贴政策。SHSH型水稻复合工艺系列干燥烘干机以其独特的干燥工艺、优良的干燥品质、较低的干燥成本赢得了市场。到2010年为止，已先后生产销售300多台、套，日处理能力达到10万吨。产品遍及黑龙江、辽宁、吉林、内蒙、河北、江苏、浙江、安徽、湖南、山东、广东、新疆等二十多个省市自治区，并出口到俄罗斯，为企业和用户带来了可观的经济效益。
6、结论
为满足我国北方省份特别是黑龙江省区域内，水稻收获后及时、大批量降水、安全过冬储存加工销售的需要，根据水稻干燥降水的机理要求，在保证干燥品质、控制粮温、提高干燥速率，降低单位热耗的前提下，采用复合干燥工艺干燥水稻，能够最大限度的发挥出组合干燥工艺的优势．
SHSH型系列干燥烘干机与其它类型干燥烘干机整体比较，其特点是：在同一机型中采用，顺流+混流+缓苏+冷却的复合干燥工艺，发挥各种干燥工艺的长处，成功地解决了水稻爆腰和生产率之间的突出矛盾，在保证水稻品质的前提下，提高了降水速率和生产率。从工艺特性和结构特性比较，采用干燥段、缓苏段双层保温和特殊的风温／风量控制装置等措施，使单机具有单位能耗低、爆腰增率小、运转稳定性高的特点。
SHSH型水稻复合工艺系列干燥烘干机属于农业机械类产品，是具有我国自主知识产权的国家专利产品。目前已经开发生产了大、中、小型系列水稻干燥烘干机。重点解决了北方寒地大面积种植水稻收获后大生产率、连续式机械化快速降水、安全储藏的问题。适用于水稻、小麦、玉米、大豆、油菜等多种谷物及种子的干燥。是农场、农村、粮库、粮食加工企业、粮食经销企业、饲料加工企业、对外出口贸易企业、种子加工厂等部门机械化干燥谷物的理想产品之一。
