谷物烘干熱源對(duì)比分析

劉勇 薛世山

谷物烘干是高能耗的生產(chǎn)作業(yè)。烘干時(shí)，必須有強(qiáng)大的熱源不斷地生產(chǎn)70℃左右的干燥空氣，通過(guò)高溫干燥空氣在烘干機(jī)中與潮濕谷物能量交換來(lái)進(jìn)行谷物水分蒸發(fā)。我國(guó)每年烘干6億t谷物，大約需要消耗熱值20.93MJ/kg的動(dòng)力煤2000萬(wàn)t。所以，熱源是烘干機(jī)的心臟。

1 谷物烘干熱源種類

目前，谷物烘干機(jī)所用的熱源種類繁多，有采用煤、油、天然氣等化石能源的燃煤熱風(fēng)爐、燃油熱風(fēng)爐和燃?xì)鉄犸L(fēng)爐，有將植物秸稈粉碎造粒作為燃料的生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐，有以電為能源的微波烘干、遠(yuǎn)紅外烘干、熱泵烘干裝置，還有利用太陽(yáng)能光熱的烘干裝置。雖然熱源種類很多，但是目前谷物烘干市場(chǎng)上還是以燃煤熱風(fēng)爐為主。主要是因?yàn)槿济簾犸L(fēng)爐的出風(fēng)溫度高、烘干速度快，煤炭熱值高、價(jià)格低，爐具成本低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好。然而，燃煤熱風(fēng)爐總熱容量大都在10t/h（折合熱功率7000kW）以下，難以配套完善的除塵和脫硫脫硝設(shè)施，存在燃煤鍋爐尾氣排放帶來(lái)的嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。按照國(guó)家大氣環(huán)境治理總體要求，京津冀地區(qū)和華東華南地區(qū)已開(kāi)始實(shí)施“散煤清零”行動(dòng)。江蘇省2017年2月份發(fā)布的《江蘇省“兩減六治三提升”專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案》明確：“2017年底前，10蒸噸/小時(shí)及以下燃煤鍋爐全部淘汰或?qū)嵤┣鍧嵞茉刺娲?019年底前，35蒸噸/小時(shí)及以下燃煤鍋爐全部淘汰或?qū)嵤┣鍧嵞茉刺娲?5蒸噸/小時(shí)及以上燃煤鍋爐全部實(shí)現(xiàn)超低排放，其余燃煤鍋爐全部達(dá)到特別排放限值。除公用熱電聯(lián)產(chǎn)外禁止新建燃煤供熱鍋爐。”

2 谷物烘干熱源優(yōu)劣勢(shì)比較

從環(huán)保特性、熱工特性、經(jīng)濟(jì)性幾個(gè)方面對(duì)燃煤熱風(fēng)爐、燃油熱風(fēng)爐、天然氣熱風(fēng)爐、生物質(zhì)能熱風(fēng)爐、普通空氣源熱泵、熱量梯級(jí)回收加熱熱泵機(jī)組等6種谷物烘干熱源進(jìn)行比較研究，分析各種烘干熱源的優(yōu)劣勢(shì)和成長(zhǎng)性。

2.1 燃煤熱風(fēng)爐

2.1.1 優(yōu)勢(shì)

（1）熱風(fēng)溫度高，烘干速度快。

（2）煤炭?jī)r(jià)格低，爐具采購(gòu)成本和運(yùn)行成本相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)性較好。降水10個(gè)百分點(diǎn)的谷物烘干燃料成本約0.05元/kg。

2.1.2 劣勢(shì)

（1）存在未處理的燃煤熱風(fēng)爐煙氣和谷物烘干機(jī)粉塵的雙重排放污染問(wèn)題。

（2）爐管易銹蝕穿孔造成火災(zāi)事故。

（3）需要司爐工。

2.1.3 成長(zhǎng)性

將被強(qiáng)制淘汰，逐漸退出市場(chǎng)。

2.2 燃油熱風(fēng)爐

2.2.1 優(yōu)勢(shì)

（1）熱風(fēng)溫度高，烘干速度快。

（2）燃燒器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采購(gòu)成本低。

2.2.2劣勢(shì)

（1）運(yùn)行成本高，按原油60美元/桶計(jì)算，降水10個(gè)百分點(diǎn)的谷物烘干燃料成本約0.15元/kg。

（2）煙道氣直接穿過(guò)谷物，易造成火災(zāi)事故，且影響谷物品質(zhì)。

（3）存在烘干機(jī)粉塵排放污染問(wèn)題。

2.2.3 成長(zhǎng)性

烘干能耗成本約0.15元/kg，占谷物銷售價(jià)的5%，嚴(yán)重蠶食種植業(yè)利潤(rùn)，油價(jià)進(jìn)入上漲周期后將退出市場(chǎng)。

2.3 天然氣熱風(fēng)爐

2.3.1 優(yōu)勢(shì)

（1）熱風(fēng)溫度高，烘干速度快。

（2）燃燒器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采購(gòu)成本低。

（3）燃燒產(chǎn)物為二氧化碳、水蒸氣，環(huán)保特性較好。

2.3.2 劣勢(shì)

（1）運(yùn)行成本高，按原油60美元/桶計(jì)算，降水10個(gè)百分點(diǎn)的谷物烘干燃料成本約0.12元/kg。

（2）煙道氣直接穿過(guò)谷物，易造成火災(zāi)事故。

（3）農(nóng)村谷物烘干現(xiàn)場(chǎng)一般沒(méi)有管道天然氣，需要大瓶采購(gòu)、自建降壓站，采購(gòu)成本高。

（4）存在烘干機(jī)粉塵排放污染問(wèn)題。

2.3.3 成長(zhǎng)性

天然氣價(jià)格與原油價(jià)格具有關(guān)聯(lián)性，油價(jià)進(jìn)入上漲周期后，天然氣烘干機(jī)將退出市場(chǎng)。

2.4 生物質(zhì)能熱風(fēng)爐

2.4.1 優(yōu)勢(shì)

（1）生物質(zhì)秸稈等原料易于獲得。

（2）可為農(nóng)作物秸稈綜合利用提供一條出路。（3）燃燒爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

2.4.2 劣勢(shì)

（1）單位熱值低，只有煤炭的50%。

（2）需要將生物質(zhì)秸稈粉碎造粒，運(yùn)輸量大，所需堆場(chǎng)大，生產(chǎn)成本高。

（3）除二氧化硫排放量低于煤炭外，二氧化碳、氮氧化物排放量高于燃煤。

（4）存在烘干機(jī)粉塵排放問(wèn)題。

（5）需要司爐工。

2.4.3 成長(zhǎng)性

屬于國(guó)家宏觀政策支持發(fā)展范疇，易于被地方政府接受，有一定市場(chǎng)；但對(duì)于谷物烘干而言，終究是過(guò)渡方案。

2.5 普通空氣源熱泵

2.5.1 優(yōu)勢(shì)

（1）無(wú)排放，環(huán)保特性好。

（2）環(huán)境溫度≥25℃時(shí)，制熱能效比較高，可以達(dá)到3.6。

（3）中國(guó)電力進(jìn)入買方市場(chǎng)，用電受到鼓勵(lì)。

（4）全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)人值守。

2.5.2 劣勢(shì)

（1）低溫特性差，環(huán)境溫度≤10℃時(shí)，蒸發(fā)器結(jié)霜，出現(xiàn)冷凝器熱功率大幅度降低、制熱能效比降低、壓縮機(jī)排氣溫度升高的“兩低一高”問(wèn)題，烘干效果很差。

（2）存在烘干機(jī)粉塵排放污染問(wèn)題。

（3）設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用高。

2.5.3 成長(zhǎng)性

在低緯度地區(qū)（如兩廣地區(qū)）的7～9月份，可以成為谷物等農(nóng)產(chǎn)品烘干市場(chǎng)的熱源選擇。

2.6 熱量梯級(jí)回收加熱熱泵機(jī)組

2.6.1 優(yōu)勢(shì)

（1）實(shí)現(xiàn)二氧化硫、烘干機(jī)粉塵“雙零排放”，環(huán)保特性最好。

（2）制熱能效比高（達(dá)到6.0），谷物烘干能耗成本比燃煤、燃油熱風(fēng)爐分別降低1/3、2/3，2年即可收回?zé)岜脵C(jī)組的投資。

（3）抗低溫性能好，霜降季節(jié)烘干速度依然很快。

（4）中國(guó)電力進(jìn)入買方市場(chǎng)，用電受到鼓勵(lì)。

（5）全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)人值守。

2.6.2 劣勢(shì)

設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用高。

2.6.3 成長(zhǎng)性

將成為谷物等農(nóng)產(chǎn)品烘干市場(chǎng)的主流熱源。

3 結(jié)論

從上述對(duì)比可以看出：燃煤熱風(fēng)爐出風(fēng)溫度高、烘干速度快、經(jīng)濟(jì)性較好，但是因?yàn)闊煔馀欧旁斐傻沫h(huán)境污染問(wèn)題而被“一票否決”；燃油燃?xì)鉄犸L(fēng)爐盡管有出風(fēng)溫度高、烘干速度快、燃燒器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是能耗成本高，將在油氣價(jià)格上行周期中徹底退出市場(chǎng)；生物質(zhì)顆粒燃燒爐屬于國(guó)家政策支持發(fā)展范疇，易于被地方政府接受，但由于熱值低、運(yùn)輸成本高，二氧化碳、氮氧化物排放量居高不下，只能是過(guò)渡熱源；熱泵機(jī)組特別是熱量梯級(jí)回收熱泵機(jī)組，由于環(huán)保特性和經(jīng)濟(jì)性好，將會(huì)成為谷物烘干市場(chǎng)的主流熱源。