空气源热泵在烘干机上的运用

时间:2018年09月03日信息来源:本站原创点击: 加入收藏 】【 字体:

第一、对于烘干的相关性介绍

在物料烘干方面我们需要了解物料的初始含水率、脱水率、烘干后含水率以及脱水量等参数,才能够科学合理地进行烘干系统设计和进行设备选型。

物料干燥的过程简单而言就是通过提高空气的温度或增加空气的干燥程度,使得高温、干燥的空气流经物体表面,从而达到降低物料自身水分含量的目的。

因此,物料本身的湿度和水分含量对于干燥有着重要的影响,在热泵烘干的过程中,需要根据物料的初始含水率、脱水率、脱水量、干燥度等数据来进行烘干系统的设计和确定主机的选型,科学选型设计后才能够更好、更快、更高效地达到物料烘干的目的,烘干成品的品质才会得到保障。

各参数之间存在换算关系

初始含水率即物料干燥前的含水率,可分为重量含水率和体积含水率,而重量含水率又分为含水率和相对含水率,水分重量与该材料完全干燥重量之比率称为“含水率” ;与该材料湿重之比率称为“相对含水率”。

一般而言,物料的含水率指的就是重量含水率,含水率用重量作为计算基准,算出的数值即为物料的初始含水率(W%)

计算公式: W=(Gs-Ggo)Ggo ×100% W1=(Gs-Ggo)Gs ×100%

其中:W——含水率;

W1 ——相对含水率;

Gs——物料本身重量;

Ggo ——物料干燥后重量。

初始含水量指的是物料干燥前本身的含水量,通常而言就是相应重量下物料水分的含量,以木材为例,假如初始含水率为60% ,那么一千克木材的含水重量则为0.6 千克。不同的物料其初始含水量存在很大差异。脱水率即烘干过程中物料的脱水比例,由(干燥前重量-干燥后重量)/ 干燥前重量再乘以100% 得出。

假设干燥前重量为1000 千克,干燥后重量为600 千克,那么该物料的脱水率则为40% 。烘干后含水率可以理解为干燥度,也就是物料干燥完成后的含水率。脱水量指的是一批物料干燥完成后去除的水分总量,它是热泵烘干机组选型需要参考的关键数据。

初始含水率、脱水率、脱水量、干燥度等参数之间存在着一定的换算关系,已知某些参数则可以通过计算得出需要的其他参数,例如需要烘干的Y 产品为1000kg ,初始含水率为90%,烘干后含水率为15%,那么可以计算得出脱水量和脱水率:

脱水量=1000-1000 ×(1-90%) ÷(1-15%)=1000-117.6=882.4kg

脱水率= 脱水量÷初始含水量=882.4 ÷(1000 ×90%)=98%

需要注意的是初始含水率跟脱水率是不一样的,除非要求干燥后的含水率为0,实际上,所有物料干燥后都还有一定的含水率,以农产品为例,通常都有10% 左右的含水率,有的更高。

脱水量是主机选型的重要依据

物料干燥的过程简单而言就是从物料中除去湿分的操作(湿分:水分或其他溶剂),延长货架期,便于储运及其他工艺需要。那么,除去水分的多少直接影响到了整个烘干系统的设计和机组选型。

首先,在系统热负荷的计算过程中,湿物料需要排出多少水分,而蒸发这些水分则需要多少的热量,这些热量是系统总热负荷的主要组成部分;其次,在烘干过程中,由于水分的蒸发,烘房内空气湿度越来越大,那么则需要补进新风,并对湿空气进行强排,这个过程需要消耗一定的热量,其热量的计算也需要根据脱水量来计算。

需要注意的是,不同的排湿温度,空气中的含湿量是不一样的,由于物料脱水量是不变的,因此其排湿时长也会受到影响,这个阶段消耗的热量也自然不一样。

空气源热泵烘干机可将烘房室温升高50 85 度(根据烘干物品特性设定),并且设备自带排湿、除湿功能,每小时设计排湿20kg 50kg 等。如果烘干的药材湿度加大,设备本身的排湿量不够用可以在烘干房上加装外置排湿口,设备全自动控制,可设置时段,每个时段温湿度控制都可以不同,从而设置烘干曲线图,干燥完毕后自动关机,设备热源是来自空气中的热量,无需电加热、烧煤等消耗较大的燃料,只需要少量电来驱动。所以非常节能,平均一台设备运行24 小时耗电也就180 度左右。很多药材的烘干时间只有短短几个小时,烘干成本不到100 元,这是非常可观的数字。

 

第二、对于空气源烘干机的应用

空气源热泵烘干产品广泛应用于三大产业,其中又可以细分为诸多品类,尤以第一产业为最。

根据国民经济行业分类,热泵烘干应用第一产业农业的细分类别包括谷物、烟草、果蔬、食用菌、花卉、茶叶、中药材以及水产品;

第二产业工业制造业热泵烘干应用品类涉及印刷、皮革制造、烟花爆竹制造、电镀行业。

第三产业中酒店服务、及公共设施管理中的污泥处理行业均已广泛采用空气源热泵烘干技术。

三大产业热泵烘干应用的运营特点有一定差异,第一产业主要是农副产品初加工。我国每年1 号文件着重农业发展的重要地位,以农业供给侧改革与农业绿色发展为导向,国家农业部联合财政部每年对各省市地区农机产品购置给予财政补贴。粮食烘干机、果蔬烘干机、茶叶炒(烘干)机纳入补贴目录,因

此这一产业热泵烘干的应用市场主要由政策驱动。第二产业热泵烘干应用主要在印刷、皮革制造、花炮以及电镀行业,作为节能环保设备用于以上行业的生产制造环节中,制造企业用户受国家、地方严格的节能环保要求,以及自身追求商品品质的商业目的,采用热泵烘干技术更多是趋于市场行为;同时,空气

能热泵作为节能环保设备用户可以享受一定程度的节能环保优惠税收。第三产业热泵烘干应用主要领域是城乡污水污泥干化,属于水利、环境和公共设施管理行业。我国污泥处理处置领域逐渐引入PPP 模式。2015 年财政部第一批PPP 模式示范项目中,有9 个就是污水污泥处置项目。PPP 模式为市场资金进

入污泥处置环保行业提供了渠道,也为政府部门减缓财政预算压力。

 

空气能热泵烘干重点应用

一、粮食、果蔬、茶叶

粮食、果蔬、茶叶烘干机列入国家对农业机械购置给予补贴的机具产品名录,每年由国家农业部和财政部及各省市农业机械局和财政厅组织实施。截至2017 6 月,已有26 个省市发公告《2017 年农机购置补贴机具补贴额》,明确粮食烘干机、果蔬烘干机、茶叶炒(烘)干机各档中央财政补贴标准,以及部分产品确定特色地区或省市地方补贴标准。除中央补贴外,云南省粮食、果蔬、茶叶烘干机还有中央对特殊县给予的补贴;上海、天津、福建、湖南(限洞庭湖地区),四个省市确定了中央与省市级的补贴额度。

针对补贴机具产品分档与配置、参数的明确,海南省在《2015-2017 年农机购置补贴机具补贴额一览表(2017 年修订)》公告中关于“果蔬烘干机分档一栏”明确“容积15m 3及以上果蔬烘干机(整体脱水、热泵加热)”即热泵加热方式,享受中央财政19000 元补贴,同等配置非热泵加热方式可获中央财政补贴

11000 元。

早于2014 年, 《海南省人民政府关于印发海南省大气污染防治行动计划实施细则的通知》(琼府〔2014 7 号),文件要求,海口、三亚2015 年底、其它市县2017 年底,大中型槟榔烘干生产线配套锅炉燃料必须改为“电、气或生物质颗粒能源”。2014 2016 年期间,海南省农业厅联合财政厅,提供

现代农业生产发展基金支持槟榔烘干绿色改造项目,通过专家认定,对海南省绿色环保槟榔烘干设备推广产品目录进行公示;对于绿色环保槟榔烘干设备推广产品目录的企业进行的槟榔烘干绿色改造项目进行补贴。2015 年海南省投入现代农业生产发展基金4418 万元,对标准型产品,每台补助4 万元。2016

6 月完成补贴资金工作。

中央财政补贴以外,地方特色经济作物的烘干处理也有补贴政策以鼓励绿色环保发展。如宁夏枸杞、福建笋干。2016 年,福建省财政厅发布《关于做好省级特色农业机械购置补贴市场化改革试点工作的通知》,对电烤笋烘干机给予省级补贴11000-18800 元。

用电方面,国家发改委等部委《关于推进电能替代的指导意见》(发改能源〔2016 1054 )。各地加快推动电能替代工作, 2017 年安徽省能源局编制了《关于推进安徽省电能替代的实施意见》,《意见》指出,在建筑领域、农业领域、居民生活领域广泛推广热泵应用,并在电价上给予支持。相关细则表示,在黄山、安庆、六安等茶叶主产区和宣城等烟叶主产区,继续推进规模以上企业电制茶替代燃煤()制茶和热泵电烤烟替代燃煤烤烟,以龙头企业为带动,加快中小型加工厂电能替代。国网电力公司拓展电能替代市场,在粮食烘干领域促进空气源热泵技术推广。江苏省从2016 年就出台支持空气源热泵烘干的支持政策,在部分条件成熟市县推广。2017 年,国网江苏省电力公司计划全年完成替代电量127 亿千瓦时。在粮食烘干领域大力推广空气源热泵烘干技术,计划在江苏省推广电烘干设备500 台,烘干能力达到3 万吨/ 天。2017 6 6 日,江苏省滨海县正式发布滨政办发【2017 38 号《滨海县推广空气源热泵粮食电烘干技术替代高污染热风炉专项补助办法》。国网滨海供电公司负责免费投资增容后的低压

接入工程。

 

二、烟叶

烤房是烟叶生产的重要设施,国家方面重视包括烤房设施设备在内的烟叶生产技术创新和技术改进,对包括热泵在内的烟叶烘烤新技术发展保持跟踪研究。根据初步了解,我国目前仅以电力为能源的热泵烤房厂家有近20 个,所产设备规格不一,厂家通过试验示范持续开展设备更新和技术升级,设备性能、

烟叶烘烤质量和节能减排效果正在稳步提升。

热泵炕烟房是一种带辅热装置的空气能热泵式烤烟房,包括装烟室和设置在装烟室一端的加热室,在加热室的内腔上部设置有热交换器,在加热室的内腔中部设置有轴流风机,热交换器通过管道与空气源热泵连接,在热交换器与轴流风机之间设置有电加热装置。新型热泵炕烟房利用电加热原理,在空气能热泵供热的基础之上增加电加热装置辅助供热,在空气能热泵加热的工作效率时,利用电加热装置辅助供热,保证烘烤温度,避免了由于环境温度因素引起的烟叶烘烤失利,保障烟叶的安全烘烤,同时有利于烟叶烘烤质量的提高。

河南省作为传统的烟草大省,烟草种植面积达到了175 万亩,现有标准烤烟房有90000 座,均为一般采用的上一代烤房,水泥砖墙,烧蜂窝煤,一次性加煤,加热室和装烟室分离。由金属材料的炉膛散热管或耐火材料散热管组成供热系统,电动风机来传送热能,以温度、湿度自控仪控制烤房的温度、湿度。

每房可烤15-20 亩烟叶,排湿方便,质量稳定。

传统烤烟房存在的弊端也是显而易见的,烧煤产生空气污染和煤渣污染,目前正在强制取缔燃煤锅炉。同时煤炭的运输成本和使用成本较高,需要聘请有经验的烤烟师傅去操作,人力成本居高不下。换代方案采用全自动高温热泵烘干机组作为热源,替代了原先的燃煤器,散热管改由简单的冷凝换热器替代。

该机组采用特独有的高冷凝温度压缩机,采用单一环保、安全冷媒,冷凝温度高达85 ℃,烤房内温度可达78℃。完全满足了烟草烘干的温度需求。

热泵炕烟房方案价值分析:

1、标准烤房每次装烟量4 吨,烘干3600 公斤水分,相比燃煤节能1584元,一年按8 炕计算,单座烤房节能12672 元,减少4 吨的烟尘排放, 5 吨煤渣污染。假如全省90000 座全部换代,年节能11 亿。减少烟尘排放36 万吨,45 万吨煤渣污染。

2、提高烟草的烘烤质量、价值,热泵机组采用微电脑控制,温湿度自动循着设定的专家曲线运行,烟草成品质量、品相好,售价高。

3、全自动热泵机组,节省了人工费用。以往的机组需要有经验的烤烟师傅日夜值班,劳动强度高,人工成本高昂。该机组自动值守,不需人工。

近几年,湖南省、贵州地区的沿河县、江西赣州安远县、重庆武隆县都已开展空气源热泵代替传统煤锅炉烤烟的试点工作。2016 8 月湖南省高温热泵烤烟项目首次试点成功,该项目由国网郴州供电公司、国网湖南节能服务有限公司、桂阳烟草办及烟草公司联合在桂阳县仁义镇、敖泉镇斗鱼村利用高温热

泵烤烟技术进行烤烟试点,该项目实现烤烟清洁、环保、节能、智能化,为电烤烟代替煤烤烟提供技术支撑。不仅实现管控便捷,更提高了烟叶质量,提升烟叶等级。

热泵烤房具有节能减排提质增效的优点,符合绿色发展的要求,也符合今后烤房的发展方向,在烟草行业尚未大面积推广存在制约因素:无统一产品标准、电力配套、初期投入大等问题。

 

三、污泥

随着我国城镇化水平不断提高,以及《水污染防治行动计划》(以下简称“《水十条》”)的正式颁布和实施,使污水处理设施建设与污泥处理处置工作进入了发展的快车道。其中,《水十条》更是明确了相关政策,包括现有污泥处理处置设施应于2017 年底前基本完成达标改造,地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020 年底前达到90%以上等。

热泵技术应用于污泥干化,进入水治理环保产业。2017 年是环保政策年,新修订的《中华人民共和国水污染防治法》在人大常委二十八次会议上表决通过,在政策驱动和需求升级的双重促进下,水环境综合治理将释放逾万亿市场空间。我国污水处理厂从2006 年起数量直线增加,而2010 年后增长速度有所降低。截止2016 9 月底,全国设施城市县城已经建成运行的污水处理厂3978 座,污水处理能力已达到1.7 亿立方米每天,每年产生的湿污泥量超过4000 万吨。新修订的《中华人民共和国水污染防治法》更加明确各级政府的水环境质量责任,实施总量控制制度和排污许可制度,加大农业面源污染防治以及对违法行为的惩治力度,并自2018 1 1 日起施行。此外,国务院发布《水污染防治行动计划》要求污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置,禁止处理处置不达标的污泥进入耕地。非法污泥堆放点一律予以取缔。现有污泥处理处置设施应于2017 年底前基本完成达标改造,地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020 年底前达到90% 以上。

我国的污水处理厂快速发展,处理水量和污泥产量大量增加。污泥处理属于污水处理的一部分,相对于污水处理水平与标准的不断提升,污泥处理处置显得严重滞后。一方面,污水污泥泥质的差异带来了处理技术应用方面的难度,相关技术与装备有待提升;另一方面,污泥处理处置和污水处理的费用比例相差甚远,在很多项目的规划和建设期,未考虑到污泥处理这部分的费用,导致污泥产业出路的瓶颈问题。我国污水处理费征收已经比较普遍,但并未单独对污泥处理征收费。一座具备完整污泥处理设施的污水处理厂,合理的运行费用比例应为,污水处理占1/3 ,污泥处理占2/3 。同时,维修费用、更新改造费用同样不可忽视。

污泥行业产业链包含污泥处置设备供应商、污泥处置工程建筑商,以及污泥处置运营商。运营模式上,除由政府投资运营外,污泥处理处置还有BOTBuild-Operate-Transfer ,即建设- 经营-转让)、TOT Transfer-Operate-Transfer, 即移交- 经营- 移交) 以及PPP(政府和社会资本合作: Public-

PrivatePartnership)

2017 年,财政部将推出第四批PPP 示范项目,财政部PPP 示范项目已上升为国家级示范项目。针对污水、垃圾处理领域,财政部提出将联合行业部门加快出台PPP 模式“强制应用”的指导意见,探索在合适领域开展PPP 模式“强制识别”。2017 年福建省住房和城乡建设厅和福建省财政厅关于印发《鼓励社会资本投资乡镇及农村生活污水处理PPP 工程包的实施方案》。

借鉴国际经验及因地制宜,我国污泥处理采用“干化- 焚烧”方案,即采用“污泥深度脱水——污泥焚烧——尾气净化”。热泵技术应用于污泥干化,污泥低温除湿干化机、污泥低温余热干化机、污泥裂解气化等多项污泥处置环保节能产品,解决了多项热泵技术在污泥干化的技术难题,突破了污泥低温干化

过程能耗高、效率低的瓶颈,可广泛适合各类污泥、减容、减量、无害化、稳定化、资源化处理。

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