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熱泵烘干為何省錢高效?搞懂這13個問題,甲方不選其他熱源

更新時間:2018-01-03 14:53:05 點擊數:385

《熱泵市場》雜志

文_徐海政

干燥是利用熱能使濕物料中水分等濕分被汽化去除,從而獲得固體產品的操作,熱泵烘干相對傳統的自然晾曬、燃煤、燃油等干燥方式,具有節能、環保等優勢,逐漸受到市場的歡迎,在農產品、食品、中藥材等領域得到了廣泛應用,已然成為行業的新藍海。

熱泵干燥的運行費用只是電加熱干燥機的30%,燃油干燥機的40%,燃煤干燥機的60%,而且熱泵干燥機不需要消耗任何的燃料,也就節省運輸和儲存燃料的費用,經濟效益就更明顯了!想要拼搶烘干市場蛋糕?先捫心自問,對熱泵烘干了解多少。關于熱泵烘干的13個問答,帶你進入一個全面、清晰的熱泵烘干世界。


1.什么是熱泵烘干?


答:熱泵烘干機,是以電力帶動風機吸收空氣中的熱量和驅動壓縮機做功,達到以一度電的付出得到四倍于耗電功率熱量的制熱干燥的設備。它是空氣能熱泵的一個延伸產品,自2009年開始,空氣能廠家涉足這一產品的研發。

本文所有配圖,均來自網絡及本微“熱泵商學院-烘干群”群友奉獻。圖片眾多,難以一一辨別出處。如有侵權,請大家在文章評論區留言,我們會把該留言置頂。

熱泵烘干系統是由熱泵來提供熱源,對濕物料進行加熱,從而提高空氣的溫度和干燥度,實現物料烘干(干燥)的裝置。熱高溫熱泵烘干機組利用逆卡諾原理,從周圍環境中吸取熱量,并把它傳遞給被加熱的對象(溫度較高的物體)。


2.熱泵烘干系統由哪些部分組成?


熱泵烘干系統包括熱泵主機、烘干房內循環風機、風道和勻風板、物料架以及托盤等部分構成。

A、熱泵主機是整個系統的主設備核心部分,為系統提供熱源及除濕等功能,其工作原理和熱水采暖領域的熱泵主機是一致的。

B、烘房庫體保證整個系統在密閉的空間內運行,提供物料放置空間。

C、內循環風機確保烘干房內空氣流動,保障物料干燥過程中產生的水蒸氣能及時帶走,如果排濕不及時,可能導致物料發霉或變質,常見的有內置高溫高濕軸流風機、外置長軸軸流風機、離心風機(可安裝在外面)等,目前使用最多的是內置高溫高濕軸流風機,放在室內整個系統的外觀。

D、風道和勻風板的設計主要目的是確保烘干房內的空氣流動的均勻性,是烘房內各區域的溫度、濕度差異化達到最小值,從而提高物料干燥的均勻性、品質和干燥效率。

E、電輔熱,主要用于快速升溫及設備臨時故障時應急,作為備用。有的物料要求短時間內達到高溫,或在低溫天氣下熱泵能效比降低的情況下,需要進行電加熱。在烘干過程中,不同階段物料的溫度要求也不一樣,有的階段要求高溫,而提高溫度的方式有兩種,一種是增加熱泵主機的配置,另一種則是輔助熱源,目前大多使用的是電加熱。

F、物料架及物料托盤,即承載物料的裝置。

3.熱泵干燥的基本原理是什么?


答:雖然熱泵干燥系統的組成部件并不是很多,但熱泵干燥系統常常被認為是一個比較復雜的系統。這主要是有兩個原因,其中一個原因就是典型的熱泵干燥系統,即封閉回路的干燥系統是有兩個回路嵌套在一起,且互相影響,簡單的模型并不能準確的描述這個過程。而我們之前常見的空調和熱泵熱水的應用,則往往是冷凝器和蒸發器外的兩端互相獨立,且溫度比較穩定。

在熱泵干燥系統中,兩個回路通過蒸發器和冷凝器互相契合在一起。

  • 在熱泵工質回路中,剛剛從蒸發器出來的低壓氣體從如圖一所示的1’點進入壓縮機,被壓縮成為高溫高壓的氣體。在蒸發器吸收了大量顯熱和潛熱的工質,經過壓縮后,成為高溫高壓高焓值的氣體,如圖一2點所示。

  • 過熱的高溫氣體2進入冷凝器放熱,在壓力基本不變的情況下,到達2’點,即工質氣體飽和點。

  • 從2’到3點的過程是一個氣體恒壓放熱成為液體的相變過程,在這個階段,工質溫度和壓力都保持恒定,同時放出大量潛熱,實現換熱過程。

  • 到達3點后會繼續放熱一小段,到達3’點成為過冷液體。3’點狀態的工質液體經過節流閥,等焓降溫降壓至4點。

  • 一般根據工質的特性,4點為不飽和氣態狀態。此時,工質進入蒸發器開始等壓狀態下吸熱,且發生相變,逐漸成為飽和氣態1,并一點程度上的過熱到達1’。工質又重新進入壓縮機,開始一個新的循環。

圖一

在干燥空氣回路中,我們可以發現,新鮮干燥熱空氣狀態如圖二所示5點,進入干燥室帶走水分實現干燥過程。之后從干燥室排出的濕廢氣6進入蒸發器,濕空氣溫度在蒸發器附近降低至露點溫度,水分開始凝結并從空氣中分離,達到除濕的目的,空氣狀態達到7點。

而后,空氣進入冷凝器加溫,重新達到干燥所需溫度,重新達到5點狀態。最后干燥空氣重新進入干燥室對物料進行干燥。在這個過程當中,熱泵工質回路遵循朗肯循環(圖一),而干燥空氣則遵循濕空氣的性質(圖二)。整個系統利用熱泵回收干燥室廢氣的高潛熱值,達到了節能高效的目的。

圖二


4、熱泵烘干有哪些優點?


答:熱泵干燥機比較其他類型的干燥機的優勢:

高效節能,運行費用低熱泵干燥的運行費用只是電加熱干燥機的30%,燃油干燥機的40%,燃煤干燥機的60%,而且熱泵干燥機不需要消耗任何的燃料,也就節省運輸和儲存燃料的費用,經濟效益就更明顯了。     

    

安全,環保。熱泵干燥機是通過將空氣中的熱量轉移到烘房內實現干燥的目的,所以消耗的只是搬運熱量的電量。不需要消耗其他燃料,也就是避免運輸與儲放燃料中出現的安全和對環境污染問題。運行過程也不產生任何污染物。      

烘干效果好。由于熱泵干燥機全部采用自動化控制,可以根據設定模式自動調節機組的運行的狀態,升溫穩定,溫度均勻,溫差波動少,避免燃料干燥機操作過程人為因素對烘干質量的影響。

能源利用效率高。熱泵具有比直接供能更高效的供熱能力,這表現在它的供熱能耗比(COP)總是高于1,而在熱泵干燥系統中,除了來自壓縮機的電能外,干燥熱風所具有的熱能還來自于蒸發器吸收的干燥廢氣中包含的熱能。經研究人員比較發現,它與蒸汽干燥相比,節能率大約仍能達到40%-70%。

表一:熱泵干燥與傳統干燥方式的對比

5、熱泵烘干有哪幾種類型?


熱泵烘干設備根據熱源和水分排除方式的不同,可分為高效除濕熱泵干燥機、高溫空氣能分體式烘干機、高溫空氣能整體式烘干除濕一體機。

高效除濕熱泵干燥機的原理就是是利用水的相變吸收、釋放熱能的特性在去除物料水分的過程中實現了在封閉空間內的熱能的循環回收利用,其優點把物料的水分除掉之后,把干燥的空氣留下來,水蒸氣通過冷凝水排出去,整個干燥過程不需要與外界空氣換熱,因此基本不受環境溫度影響,尤其是在使用環境很低的秋冬季節(低于0℃)及有較低溫干燥要求的(烘房內溫度低于環境溫度)物料干燥有優勢。

圖三

分體式高溫空氣能熱泵烘干系統是靠使用少量的電能驅動設備將空氣中的熱能搬運到烘干房內對物料進行加熱實現物料加熱并使物料內水份蒸發出來變成水蒸氣,水蒸氣的排除是采用強排式。分體式高溫空氣能熱泵烘干系統只是做到了將原有熱源設備簡單的替換,達到部分的節能效果,投資成本較低,適用于環境溫度較高且投資能力較低、要求不高的客戶,因整個除濕是靠強排完成,系統有強排窗口和新風窗口,排出去的高溫高濕的空氣,而補進來的外界的低溫空氣,因此熱損耗較大,不適合進行長時間排濕,適用于濕度低、出水慢的物料,冬季使用能耗很高,能效比在1.0到2.0之間。

圖四

整體式空氣能熱泵烘干除濕一體機是分體式高溫熱泵烘干機的基礎上進行改進后的一款,安裝更簡單、空氣能熱泵產品,新風在進入烘房前先與排出去的高溫水蒸氣進行換熱,提高了新風的基礎溫度,廢熱在經過新風換熱后溫度已經降了下來,降溫后的熱空氣還要經過回熱器和蒸發器的兩次熱回收,到最后排出去的空氣溫度就已經很低了,熱回收可以做到70%以上。

圖五


6、常見的烘房結構有哪些?


按物料在烘房內的狀態可分為靜態烘干系統、動態烘干系統兩種類型,靜態烘干系統也就是常見的物料以推車(物料架)托盤攤鋪的的方式進入烘干房,整個烘干過程中物料不運動(倒盤倒車的例外),由人工進行裝卸物料,適用于烘干時間長、出水慢、烘干量小的物料,其缺點是人力成本較高;動態烘干系統就是常說的烘干流水線,進出物料由提升裝置或者出料裝置完成,物料在輸送帶上以動態的形式進行烘干,適用于烘干量大、烘干時間短的物料,缺點是投入高、安裝位置尺寸要求大。

由于熱泵烘干發展時間還不是很長,工藝也不是很成熟,再加上大型動態的烘干項目風險和難度較大,目前大多為靜態的烘干系統。


7、影響物料干燥的因素有哪些?


物料干燥本質就是將物料的水分除掉,而影響到水分去除的因素包括烘房內溫度、風速(循環風量)、表面積、相對濕度(烘房內空氣)、物料自身散濕速度、物料形態。

溫度主要作用將物料內部的水蒸發出來,一般來講溫度越高出水越快,不同的物料需要的干燥溫度高低不一樣,另一個作用是保證物料烘干后成品的形狀和顏色。

風速主要的作用將熱量帶給物料并將物料表面的水分帶走,足夠的風量才能保證庫體內部的空氣的完全循環,需要根據物料特性和機組的參數來設計。

表面積即物料的攤鋪厚度,物料與空氣接觸的表面積越大,水分帶走的速度也就越快相對濕度,烘房內空氣的相對濕度越低,物料出水也就越快,但并不是所有物料或不同的干燥階段都適用快速出水,可能有的人會認為物料擺放越薄越好,其實不然,表面積越大,風的流速越快,物料吸收的熱量就會減少。

物料自身散濕速度決定于物料自身特性,也是影響烘干時間和設備選型的重要因素之一,一般來說散濕快的采取少量短時間的方式烘干,散濕慢的采用增加數量延長時間的方法烘干;物料形態主要有條、塊、片、粉等,一般來講片狀物料相烘干效率快一些,塊狀或根莖狀烘干效率要慢些,物料的形態決定了物料的擺放方式和風道的設計。


8、烘干房該如何建設?


針對改造類的烘房,需要注意原有烘房所用的材質和保溫情況,熱泵烘干對烘干房的保溫要求比傳統方式要高很多,目前烘干房大多采用聚氨酯整體發泡板作為保溫層,內外皮采用彩鋼、不銹鋼或者鍍鋅板,安裝較為簡單,為鎖扣式現場拼裝。

通常采用5-10cm的保溫板制作,保溫材料一般使用巖棉、聚苯、酚醛、聚氨酯材料,目前使用得最多而且能達到國家標準的是聚氨酯保溫板,如果庫體材料的使用壽命或保溫效果達不到熱泵烘干的要求,即使主機再節能,整個系統的節能效果也不會很好。

庫板外皮根據客戶的需求,一般采用彩鋼、鍍鋅板、不銹鋼制作,使用最多的彩鋼板,如用于要求高的食品加工企業大多采用304食品級不銹鋼,彩鋼板和食品級不銹鋼成本相差較大,因此需要根據物料和客戶的實際情況來選擇。

烘房改造和搭建的具體步驟為:安裝底板 →安裝立板→安裝頂板→安裝底板加強板(方便工人使用推車作業和烘房衛生的打掃)→安裝主機→安裝循環風機→安裝風道板或勻風板→連接電源線和排水管。

烘干房安裝安裝的位置需通風良好,以利于吸收空氣熱量,排放口盡量靠近外墻,便于安裝風管將帶有濕度的空氣排到室外,避免水蒸氣留在室內,影響生產車間衛生和工作人員的人身安全,普通烘干加工場所和高效除濕烘干房可以不考慮排風問題。 


9、烘干房內風道設計有哪幾種方式?


烘房風道設計對烘干均勻性及烘干效率方面起著至關重要的作用,在烘房風道方面主要需要做到的盡量避免和減少熱量和風量的死角,并且以簡單經濟的方式,通在烘道設計上一般采用穿流式和平流式。

所謂穿流式就是風至上而下或者自下而上的穿過物料的風道結構形式,穿流式廣泛運用于懸掛類物料的烘干,如臘肉、香腸、板鴨、等肉制品及面條、粉條、煙葉等掛起來更能保持形狀的物料。

圖六

平流式就是指風從水平方向均勻的穿過物料和托盤表面的風道結構形式,平流式主要運用于平鋪類物料,如片狀、塊狀、鮮花、細顆粒等物料,常見的有:佛手柑片、香蕉片、蘋果片、菌類、菊花、玫瑰花、淀粉等等,平流式應用的最為廣泛,適合大部分的物品類型,風均勻平行的從每層的物品表面吹過,理論上效果最好,貨架托盤的通用性也最好。


圖七

一般而言主機的出風口比較小,如果風量不夠,可以在前端加一個風機,為了使各區域的風量差別不大,可以在風口加一塊勻風板,做成一個返程區,增大散熱面積。 


10、烘干物料如何擺放?


烘干物料一般通過物料盤裝載,然后放在烘干架上,可分為這幾種類型:

固定式即將物料盤支撐架直接安裝在庫體內部,使用時直接將托盤放進庫體內,這一類物料架主要適用于小型庫體及一體式烘房,烘干量一般在200斤以內。

圖八

移動式物料架,移動式貨架一般采用推車的形式,將物料架和輪式推車固定在一起,主要適用于大中型烘干房,烘干量一般都比較大,要求鋪裝物料要方便而且是多人同時操作,使用時在工作臺上進行物料擺放,將物料擺放好放置于推車上,物料擺放完畢一起推入烘干房。

圖九

肉類物料架和常用的移動式物料基本上可以通用,使用時只需增加竹棍或者不銹鋼矩管就可以了。

圖十

網盤的主要特點是透氣性好,廣泛運用于平流及穿流式風道,網孔的大小主要根據物料的大小進行選擇,制作材料一般可以選擇不銹鋼鋼絲網、鍍鋅鋼絲網、鐵絲網、塑料網、也有用竹木制品制作的,主要用于塊狀、片狀、根莖類的物料,如:佛手柑片、無花果茶片、竹筍、菌類、花卉等。

圖十一

沖孔盤使用的范圍也挺廣的,主要特點物料產生粘連后清洗方便,大多運用于平流式風道,沖孔大小也是根據物料自身特點來制作的,選用材料一般為不銹鋼板、鍍鋅板,主要用于無花果果干、桑葚果干等容易蒸發出糖分產生粘連的物料。

圖十二

物料框在烘干使用中比較少,不管是運用于穿流還是平流式風道,它的透氣性都是比較差的,因此物料框作為烘干托盤使用主要用于核桃、花生等自身透氣性好且含水量少、出水慢、烘干溫度低時間長,烘干量大的物料。

圖十三 


11、什么是烘干曲線,如何測試物品的烘干曲線?


干燥曲線是將某種濕物料在一恒定的干燥條件下進行試驗,測得的物料含濕率一:(掩濕分人g干料)隨時間O而變的關系,標繪成曲線,即得該物料在該恒定條件下的干燥曲線。

進入烘干行業,最難把握的便是物料的烘干曲線,其實物料的烘干曲線就是客戶產品的加工生產工藝,首先可以通過客戶對物料的含水量、脫水量、干燥溫度、最大上限濕度、出水速度、循環風量等做一個了解,然后根據測試設備所具備的升溫、脫水能力的70%讓客戶提供相應數量的物料進行試烘,這種試烘一般是免費的,但只要烘干的產品品相好,客戶都會主動支付烘干成本費用的;需要做的是建設一套3-6P的烘干房及相關配套設施。

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