煙葉密集烤房排濕余熱回收利用技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

徐鴻飛，王春林，任洪波，普恩平，冀新威，唐世祥

（1. 云南省煙草公司煙草處，云南省昆明市 650011；2. 中國船舶重工集團(tuán)公司七五〇試驗(yàn)場，云南省昆明市 650051；3.云南省煙草公司紅河州公司，云南省紅河州 654400）

煙葉密集烤房排濕余熱回收利用技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

徐鴻飛1，王春林2，任洪波2，普恩平3，冀新威3，唐世祥2

（1. 云南省煙草公司煙草處，云南省昆明市 650011；2. 中國船舶重工集團(tuán)公司七五〇試驗(yàn)場，云南省昆明市 650051；3.云南省煙草公司紅河州公司，云南省紅河州 654400）

針對自主研制的某型兩種規(guī)格的密集烤房排濕余熱回收利用裝置的余熱回收利用效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)過對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對兩種規(guī)格的排濕余熱回收利用裝置的排濕能力和余熱回收效果、節(jié)煤進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明，兩種規(guī)格的排濕余熱回收利用裝置的排濕能力均能夠滿足烤房要求，其余熱回收效果較好，節(jié)能減排效果顯著。

控制理論與控制工程；煙葉密集烤房；排濕余熱；余熱回收。

0 引言

板式熱交換器是以進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)完全分開的兩股空氣交叉進(jìn)入板式換熱器，進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)的能量通過平板進(jìn)行熱交換，其基本原理為當(dāng)兩股氣流存在溫度差時，就會發(fā)生熱傳遞，通過回收排風(fēng)中的能量預(yù)熱進(jìn)風(fēng)，從而達(dá)到余熱回收的目的[1]，參見圖1。

實(shí)驗(yàn)針對安裝兩種規(guī)格的余熱回收裝置的四層裝煙密集烤房在實(shí)際烘烤過程中的排濕進(jìn)風(fēng)風(fēng)速、余熱回收裝置的換熱效率等進(jìn)行實(shí)際測試，目的是通過實(shí)驗(yàn)對排濕余熱回收利用裝置在實(shí)際烘烤過程中的排濕能力和余熱回收效果進(jìn)行研究。

1 材料與方法

以分別安裝不同規(guī)格排濕余熱回收裝置的兩座密集烤房為處理1和處理2，以不安裝排濕余熱回收裝置的密集烤房為對照，不改變烘烤工藝方法，采用同素質(zhì)、同部位鮮煙葉為素材、同一時間起火烘烤，分別測試排濕口進(jìn)風(fēng)風(fēng)速/進(jìn)風(fēng)量、排濕入口/出口溫度、進(jìn)風(fēng)入口/出口溫度，以幫助對安裝排濕余熱回收裝置的烤房的排濕能力、余熱回收換熱效率等進(jìn)行分析，從理論上對排濕余熱回收裝置的實(shí)際烘烤節(jié)煤率進(jìn)行測算[2]。

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)安排在紅河州瀘西縣午街鋪綠蛾烤房群，處理1和處理2安裝排濕余熱回收利用裝置，處理1為15號烤房，處理2為16號烤房，對照為18號烤房。其中處理1和處理2的差別僅在于余熱回收裝置的換熱器片間距略有不同，處理1的為6mm，處理2的為10mm。使用的主要測試設(shè)備包括筆記本電腦1臺、熱線式在線記錄風(fēng)速溫度儀1套、四通道溫度采集記錄儀2臺以及其他輔助設(shè)備。

測試于2013年9月4日9時開始，至9月10日14時結(jié)束。測試開始時間為烘烤起火時間，測試結(jié)束時間處于干筋期的穩(wěn)溫段，處理1的烤房設(shè)定干濕球溫度為55/36℃，處理2的烤房設(shè)定干濕球溫度為54/37℃，對照處烤房的設(shè)定干濕球溫度為55/37℃。

測試布置參見圖2，將熱線式在線記錄風(fēng)速溫度傳感器布放于進(jìn)風(fēng)入口處，以測量進(jìn)風(fēng)量；將四通道溫度采集記錄儀的溫度傳感器分別布放于排濕入口、出口和進(jìn)風(fēng)入口、出口，以測量出風(fēng)溫度差和進(jìn)風(fēng)溫度差。

圖1 板式熱交換器工作原理圖Fig.1 Schematic diagram of plate heat exchanger

圖2 余熱回收利用裝置排濕進(jìn)風(fēng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of waste heat recycling device

2 結(jié)果與分析

2.1 進(jìn)風(fēng)面積計(jì)算

對照烤房[3]進(jìn)風(fēng)門尺寸：80cm×30cm，面積：2400cm2。

處理1和處理2在原烤房的左右兩個前排濕口安裝余熱回收裝置，通過該裝置實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)和排濕，其進(jìn)風(fēng)/出風(fēng)尺寸：40cm×40cm，面積按照進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)各占一半計(jì)算：800cm2×2=1600cm2。

2.2 排濕口進(jìn)風(fēng)風(fēng)速測試及進(jìn)風(fēng)量計(jì)算

進(jìn)風(fēng)風(fēng)速測試結(jié)果如表1所示。單位時間進(jìn)風(fēng)量如表2所示。

表1 不同處理在循環(huán)風(fēng)機(jī)不同工況下的進(jìn)風(fēng)風(fēng)速Tab.1 different processing in circulation fan into the wind speed under different working conditions

表2 不同處理在循環(huán)風(fēng)機(jī)不同工況下的單位時間進(jìn)風(fēng)量Tab.2 different processing in circulation fan into the wind quantity during one second under different working conditions

2.3 余熱回收裝置排濕入口/出口溫度、進(jìn)風(fēng)入口/出口溫度測試

2.3.1 不同處理的排濕入口/出口溫度、進(jìn)風(fēng)入口/出口溫度測試

結(jié)果分別見圖3及圖4。

圖3 實(shí)測的處理1（換熱器間距6mm）的排濕余熱回收溫度曲線圖Fig.3 the experiment one（Heat exchanger spacing 6mm） about the temperature curves of waste heat of humid air recycle

圖4 實(shí)測的處理2（換熱器間距10mm）的排濕余熱回收溫度曲線圖Fig.4 the experiment one（Heat exchanger spacing 10mm） about the temperature curves of waste heat of humid air recycle

2.3.2 變黃期不同處理的排濕及進(jìn)風(fēng)溫度

測試工況如下：

烘烤設(shè)定溫濕度：35/32℃

循環(huán)風(fēng)機(jī)：高速

進(jìn)風(fēng)門：全開

后輔助排濕窗：關(guān)閉

不同處理的測試結(jié)果如表3所示。

表3 變黃期不同處理的排濕及進(jìn)風(fēng)溫度Tab.3 the temperature of different experiments during the yellowing stage

2.3.3 定色期不同處理的排濕及進(jìn)風(fēng)溫度

烘烤設(shè)定溫濕度：42/33℃

循環(huán)風(fēng)機(jī)：高速

進(jìn)風(fēng)門：全開

后輔助排濕窗：關(guān)閉

不同處理的測試結(jié)果如表4所示。

表4 定色期不同處理的排濕及進(jìn)風(fēng)溫度Tab.4 the temperature of different experiments during the leaf-drying stage

2.3.4 干筋期不同處理的排濕及進(jìn)風(fēng)溫度

烘烤設(shè)定溫濕度：55/36℃

循環(huán)風(fēng)機(jī)：高速

進(jìn)風(fēng)門：全開

后輔助排濕窗：關(guān)閉

不同處理的測試結(jié)果如表5所示。

表5 干筋期不同處理的排濕及進(jìn)風(fēng)溫度Tab.5 the temperature of different experiments during the stem-drying stage

2.4 理論回收熱量測算以及節(jié)煤率估算

忽略進(jìn)風(fēng)含濕量，理論回收熱量按下式計(jì)算（其實(shí)際回收熱量大于該式的計(jì)算值）：

式中：Q—熱量，m—進(jìn)風(fēng)量，ρ—空氣密度，c—空氣定壓比熱，T1、T2—進(jìn)風(fēng)入口、出口溫度。設(shè)空氣密度ρ=1.2kg/m3（16～26℃），空氣比熱c=1013J/kg·℃，1Kcal=4.185KJ。

由于對排濕氣體在熱交換過程中焓的變化測量十分困難，這里僅對干筋期進(jìn)行換熱效率計(jì)算，這是由于干筋期烤房內(nèi)相對濕度低（＜20%）、含濕量低，忽略含濕量對熱量的貢獻(xiàn)。理論上變黃期和定色期由于焓值均高于干筋期，其換熱效率也必然大于干筋期的換熱效率。

干筋期的換熱效率按下式計(jì)算：

式中：η—換熱效率，T1、T2—進(jìn)風(fēng)入口、出口溫度，Tr—排濕入口溫度。

1）處理1

進(jìn)風(fēng)升溫平均值：（9.727+9.9+9.954）÷3=9.86℃

則回收熱量為：Q=m·ρ·c （T1-T2）= 0.5104×1.2×1013×9.86=6117.56J/S=6.2 kJ/s

換算成每小時：Q=6.2×60×60=22320kJ/h

換算成大卡：Q=22320÷4.185=5333kcal/h

設(shè)標(biāo)準(zhǔn)煤熱值為7000Kcal/kg，則回收熱量相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤為：

5333 ÷7000 =0.762 kg/h

即每小時回收熱量換算成標(biāo)準(zhǔn)煤為0.762kg，換算成每天為18.3kg。

若按照烘烤7天、排濕6天且排濕時間占70%計(jì)算，則回收熱量相對于標(biāo)準(zhǔn)煤約為：

18.3×6×0.7=76.86kg

若按照烤房實(shí)際用煤燃值5000kcal/kg、水分25%、熱轉(zhuǎn)換率50%[5][6]計(jì)算，測算的實(shí)際可節(jié)煤為：

76.86 ×（7000÷5000）÷0.75÷0.5=287kg

按照對照烤房的總耗煤1100kg計(jì)算，節(jié)煤率可達(dá)26%。

干筋期的換熱效率為：η（干筋期）=（T2-T1）÷（Tr-T1）=9.954÷（35.863-23.327）=79%

2）處理2

進(jìn)風(fēng)升溫平均值：（9.963+9.757+7.055）÷3=8.592

回收熱量：8.591×0.688×1.2×1013=7185J/s=7.2kJ/s換算成每小時：7.2×60×60=25920kJ/h換算成大卡：25920÷4.185=6194kcal/h

每小時回收熱量換算成標(biāo)準(zhǔn)煤0.885kg，每天為21.24kg。

同樣，若按照烘烤7天、排濕6天且排濕時間占70%計(jì)算，回收熱量相對于標(biāo)準(zhǔn)煤約為：

21.24 ×6 ×0.7=89.21kg

同樣，若按照烤房實(shí)際用煤燃值5000kcal/kg、水分25%、熱轉(zhuǎn)換率50%計(jì)算，估算的實(shí)際可節(jié)煤為：

89.21 ×（7000÷5000）÷0.75÷0.5=333kg，按照對照烤房的總耗煤1100kg計(jì)算，節(jié)煤率可達(dá)30%。

干筋期的換熱效率為：η（干筋期）=（T2-T1）÷（Tr-T1）=7.055÷（39.791-30.382）=75%

2.5 主要污染物減排計(jì)算

污染物減排按每燃燒一噸標(biāo)煤排放二氧化碳約2.6噸/二氧化硫約24公斤/氮氧化物約7公斤計(jì)算[7]，處理1可減排二氧化碳約200kg、二氧化硫約1.85kg、氮氧化物約0.54kg；處理2可減排二氧化碳約約231.95kg、二氧化硫約2.14kg、氮氧化物約0.63kg。

3 結(jié)論

通過測試、計(jì)算和分析，可以初步得出以下結(jié)論：

1）處理1和處理2均能有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，其理論換熱效率均在70%以上，理論節(jié)煤率均在25%以上。

2）在循環(huán)風(fēng)機(jī)高速情況下，處理1和處理2的單位時間進(jìn)風(fēng)量均大于對照烤房的進(jìn)風(fēng)量（“國煙辦綜[2009]418號”所規(guī)定的進(jìn)風(fēng)量）。在循環(huán)風(fēng)機(jī)低速情況下，處理1的單位時間進(jìn)風(fēng)量略低于對照烤房的進(jìn)風(fēng)量，處理2的單位時間進(jìn)風(fēng)量大于對照烤房的進(jìn)風(fēng)量。處理2的單位時間進(jìn)風(fēng)量大于處理1的單位時間進(jìn)風(fēng)量。

3）處理1和處理2均能有效利用余熱對進(jìn)風(fēng)進(jìn)行加熱，其中理論單位時間熱回收量處理2大于處理1、理論換熱效率處理1大于處理2，估算的理論有效節(jié)煤率處理2大于處理1。

4）處理1和處理2的排濕余熱回收利用裝置在不改變原烤房及其設(shè)備結(jié)構(gòu)、不影響烘烤的前提下，具有較好的余熱回收效果，可以廣泛應(yīng)用于密集烤房，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的。

[1] 徐鴻飛.密集烤房排濕余熱回收利用技術(shù)研究（中國煙草總公司云南省公司科技計(jì)劃項(xiàng)目申請書）.2010. XU Hong-fei. Research on the waste heat of humid air’s recycle technology of bulk curing barn （YunNan tobacco company of science and technology plan projects application）.2010.

[2] 王玉明，徐鴻飛，李宏光，等.密集烤房排濕余熱回收利用裝置. 中國專利CN202618248U. WANG Yu-ming，XU Hong-fei，LI Hong-guang et al. The device of waste heat of humid air’s recycle technology of bulk curing barn. Chinese patent CN202618248U.

[3] 國煙辦綜[2009]418號.密集烤房技術(shù)規(guī)范[M].國家煙草專賣局.2009. The state tobacco monopoly administration office files[2009] Number 418. The technical specification of bulk curing barn[M]. STATE TOBACCO MONOPOLY ADMINISTRATION.2009.

[4] 楊世銘.傳熱學(xué)（第二版）[M].北京：高等教育出版社.1989. YANG Shi-ming.Heat Transfer（The second edition）[M].Beijing：Higher Education Press.1989.

[5] 宋朝鵬，賀帆，王占儀，等.提高烤房熱能利用率的途徑初探[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué). 2008，36（ 18） ：7743- 7744，7751. SONG Chao-peng，HE Fan，WANG Zhan-yo，et al. Ways to improve the curing barn heat energy utilization[J]. Anhui agricultural science. 2008，36（18）：7743-7744，7751.

[6] 宮長榮，潘建斌，宋朝鵬，等.我國煙葉烘烤設(shè)備的演變與研究進(jìn)展[J].煙草科技，2005（11）：34-36. GONG Chang-rong，PAN Jian-bin，SONG Chao-peng，et al. The evolution and the research progress of domestic tobacco baking equipment[J]. The technology of tobacco，2005（11）：34-36.

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Research on Recycling Technology of Humid Air's Waste Heat Experiment of Bulk Curing Barn's Heating System

XU Hong-fei1, WANG Chun-lin2, RENG Hong-bo2, PU En-ping3, JI Xin-wei3, TANG Shi-xiang2
(1.YunNan Tobacco Company , Kun Ming 650011, China; 2. China Ship Heavy Industry Group Company (CSIC) 750 Test Range, Kun Ming 650051, China; 3.YunNan Tobacco Company in HongHe , HongHe 665000, China)

For the independent development of a certain type of two specifications device, do a research on recycling technology of humid air’s wast heat experiment of bulk curing barn’s heating system. After the analysis of the measured data, do the calculation and analysis of the two kinds of device’s ability of eliminate moisture, recycle the waste heat and save coal , we find these two kinds of device can satisfy the requirements of a barn.

Control theory and control engineering; Bulk curing barn; Waste heat of humid air; Waste heat recycling

徐鴻飛，王春林，任洪波，等，煙葉密集烤房排濕余熱回收利用技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 新型工業(yè)化，2016，6（11）：81-86.

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.11.011

: XU Hong-fei, WANG Chun-lin, RENG Hong-bo, et al. Research on Recycling Technology of Humid Air's Waste Heat Experiment of Bulk Curing Barn's Heating System[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(11) : 81-86.

徐鴻飛，男，農(nóng)藝師；王春林，男，高級工程師，主要從事信息及自動化應(yīng)用技術(shù)研究；任洪波，男，工程碩士，主要從事測控技術(shù)研究；普恩平，男，農(nóng)藝師；冀新威，男，助理農(nóng)藝師；唐世祥，男，工程碩士，主要從事控制技術(shù)研究