預設型高溫除濕熱泵在煙葉烘干中的應用分析
2013-10-31 03:24:00張登科駱名文曾光明
張登科 駱名文 曾光明
【摘 要】利用熱泵原理，在煙葉烘干過程中，通過回收排濕過程中排出的熱量，達到節(jié)能目的，而且整個過程無任何煙氣、廢物排放，特別環(huán)保；烤煙試驗結(jié)果表明.其可嚴格按照三段式烘烤工藝對煙葉進行烘烤；通過操作界面的預設，實現(xiàn)分段恒溫控制，由于采用變頻壓縮機、變頻風機，整個烘干房勻速升溫、溫度場分布均勻，運行過程中溫度波動小。
【關鍵詞】變頻控制；熱泵烘干；除濕；煙葉烘干
0.引言
國內(nèi)目前煙草種植面積達2000多萬畝，主要分布在云南、廣西、湖南、貴州等地。在卷煙成型的流程中，其中烘烤加工設備和工藝條件起著十分重要的作用。傳統(tǒng)的煙葉烘烤主要是以燃煤等為燃料，煤炭燃燒所產(chǎn)生的二氧化硫等有害物質(zhì)，更是嚴重污染了大氣環(huán)境，影響人們的身體健康。同時產(chǎn)生大量的CO2溫室氣體，造成全球溫度上升；[1]另外整個工藝都是憑借操作者經(jīng)驗和感覺，進行溫濕度控制，人為控制造成煙葉品味大大降低，煙葉質(zhì)量參差不齊，嚴重影響煙農(nóng)的收入。應用熱泵烤煙將可以降低能源消耗，成本降低約10%左右，關鍵可以減少污染氣體、溫室氣體的排放，將為節(jié)能減排作出重要貢獻。同時提高煙葉的烘烤質(zhì)量，為煙農(nóng)創(chuàng)收；同時熱高溫除濕熱泵烤煙可實現(xiàn)全自動控制，一個大的烘烤房群20-30間烘烤房基本只需要2～3個人進行操作控制，節(jié)約大量勞動成本。
1.高溫除濕熱泵在煙葉烘干應用原理
高溫除濕熱泵加熱系統(tǒng)由翅片式蒸發(fā)器、直流變頻壓縮機、翅片式冷凝器、電子膨脹閥組成。為了達到高的出風溫度，循環(huán)工質(zhì)采用R134a制冷劑；為提高熱量利用率，避免除濕時熱量浪費，通過凝露排濕系統(tǒng)進行除濕。凝露排水系統(tǒng)由接水盤、排水管組成，整個工藝流程圖，如圖1所示。為了全自動化控制，機組提供了人性化的數(shù)字顯示操作界面如圖2所示。
2.運行分析
2.1除濕分析
濕空氣從回風口進入機組先經(jīng)過蒸發(fā)器，與之進行熱交換。由于蒸發(fā)器的翅片度低于濕空氣露點溫度，空氣中所含的水分將被凝露出來并排走。然后空氣再流經(jīng)冷凝器吸熱并升溫，進入烘房叢煙葉中吸收水分。
2.2熱泵運行節(jié)能分析
從除濕分析中可以看出，濕空氣經(jīng)過蒸發(fā)器后，產(chǎn)生凝露，濕空氣在凝露冷卻過程中是個放熱過程，對應蒸發(fā)器吸收了熱量，設為Q2，壓縮機、風機等需要消耗電能Q3，冷凝器向干空氣傳熱設為Q1；熱泵能效系數(shù)：COP=Q1/Q3=Q1/（Q1-Q2），理論上該數(shù)值在9～39左右，考慮實際各項損失，熱泵能效系數(shù)一般在4～8左右[2]。
3.熱泵烘干系統(tǒng)運行分析
烘干房尺寸：3.6*8*3.4米，裝煙量4000kg-5000kg；加熱設備直流變頻壓縮機10HP、電子膨脹閥3.0mm口徑、直流風機風量18000m3/h，最大機外余壓170kPa。
通過控制器設定變黃階段1運行時間：15小時、干球溫度：36℃/濕球溫度34℃、設定壓縮機運行頻率1、調(diào)節(jié)風機運行頻率1、新風風閥開度1、回風風閥開度1。
通過控制器設定變黃階段2運行時間：40小時、干球溫度：40℃/濕球溫度36℃、設定壓縮機運行頻率2、調(diào)節(jié)風機運行頻率2、新風風閥開度2、回風風閥開度2。
通過控制器設定定色階段1運行時間：15小時、干球溫度：42℃/濕球溫度36℃、設定壓縮機運行頻率3、調(diào)節(jié)風機運行頻率3、新風風閥開度3、回風風閥開度3。
通過控制器設定定色階段2運行時間：30小時、干球溫度：52℃/濕球溫度37℃、設定壓縮機運行頻率4、調(diào)節(jié)風機運行頻率4、新風風閥開度4、回風風閥開度4。
通過控制器設定干筋階段1運行時間：20小時、干球溫度：60℃/濕球溫度40℃、設定壓縮機運行頻率5、調(diào)節(jié)風機運行頻率5、新風風閥開度5、回風風閥開度5。
通過控制器設定干筋階段2運行時間：20小時、干球溫度：68℃/濕球溫度45℃、設定壓縮機運行頻率6、調(diào)節(jié)風機運行頻率6、新風風閥開度6、回風風閥開度6。
（用戶可以根據(jù)需求每個階段可以設定更多的運行時間、干球/濕球溫度）。
烘干房內(nèi)實際溫度曲線：
由于烘干房密封性好、保溫保濕性能高，整個煙葉烘烤過程中從低溫到高溫，壓縮機一般在設定頻率工作一段時間，然后自行降至低頻運轉(zhuǎn)。而且室內(nèi)溫度比較穩(wěn)定，當箱內(nèi)與外界的溫差變大時，壓縮機的頻率緩慢增加，烘干房內(nèi)溫度不會出現(xiàn)較大幅度的波動和過低、過高的現(xiàn)象，從而從根本上避免了烤青和掛灰現(xiàn)象的產(chǎn)生[1]。
通過測試計算發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度在24℃時，熱泵的能效值約4～8之間[2]，烘烤每千克干煙葉平均耗電量約為1.8kW·h。
4.結(jié)論
（1）采用高溫除濕熱泵加熱方式進行煙草烘干，完全可以替代傳統(tǒng)的燒煤烘干方式。
（2）采用高溫除濕熱泵加熱方式，有效地提高了熱能利用率，節(jié)能效果很明顯。試驗結(jié)果，烘烤1kg干煙葉平均耗電量約為1.8kW·h，運行成本與燒煤成本相比低，而且不產(chǎn)生廢氣、廢水，有顯著的環(huán)境效益。
（3）高溫除濕熱泵烤煙可真正實現(xiàn)自動化控制。根據(jù)三段式烘烤工藝對溫濕度的要求，通過控制器的預設干/濕球溫度、運行時間，以及直流變頻壓縮機、直流變頻風機的自動控制，可以確?？痉績?nèi)溫度接近預定溫度曲線，從而從根本上避免了烤青和掛灰現(xiàn)象的產(chǎn)生。
【參考文獻】
[1]孫培和.王先偉.王法懿.閏太和.孫曉軍.劉田軍.高溫熱泵煙葉烤房的研究與應用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，（1）：252-256.
[2]宮長榮，潘建斌.熱泵型煙葉自控烘烤設備的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2003，（1）：155-157.
