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宁夏吴忠枸杞空气能+太阳能烘干设计方案
发布日期:2017/1/19 16:57:17


  摘 要:本工程为枸杞烘干项目,烘房大小为18.53m×7.15m×2.12m,烘房总容积为281立方米,每次可进入枸杞9000Kg,脱水率为80%,烘干时间为24h,烘干房配置14台10匹空气源高温热泵烘干机和162m2五星太阳能空气集热器,得到了很高的经济效益和社会效益。

 

  关键词:空气源热泵、太阳能集热器、枸杞烘干、设备选型

 

1.工程概述

 

  本工程位于宁夏自治区吴忠市,属温带大陆性半干旱气候,年降水量在260毫米左右,历年平均气温9.4℃。这里四季分明,日照充足,蒸发强烈,雨雪稀少,昼夜温差大,全年日照达3000小时,无霜期163天,是中国太阳辐射最充足的地区之一。枸杞采摘期为6月至10月,这段时间平均辐照19.352MJ/(㎡*d),平均气温18.3℃。

 

  由于枸杞鲜果含水率80%左右,且枸杞果实有胶质果皮,前期烘干不能太高温度,需要分阶段由35℃~65℃逐步加温,烘干时间比较长,大约需要24小时,由高精度控制仪调节温度和湿度。

 

  白天有太阳光照时,太阳能集热器直接为烘干系统供热,如温度高于烘干物所需温度,控制系统自动调节至所需温度后再送入烘房。晴好天气的白天,空气源热泵几乎不启动。太阳辐照达不到要求时,启动空气源热泵提供热源。

 

  根据客户的要求,建设空气源热泵+太阳能辅助的双源枸杞干燥系统,采用聚胺脂保温板制作烘干房,每次可进入枸杞9000Kg,烘干房配置14台10匹空气源高温热泵烘干机和162㎡五星太阳能空气集热器,得到了很高的经济效益和社会效益,客户十分满意。

 

2.设计依据

 

  《现代干燥技术》

 

  《外墙外保温技术标准》(JG149-2003)

 

  《冷库设计规范》(GB 50072-2010)

 

  《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调. 动力(2009版) 》

 

  《太阳能供热采暖工程技术规范》(GB/50495-2009)

 

  《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》(GB/50274-98)

 

  《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》(GB/50242-2002)

 

3.设计参数

 

3.1烘干系统概述

 

  本枸杞烘干工程系统由广东五星太阳能股份有限公司(简称:五星公司)设计并整体新建。热泵智能烘房是一种能实现自动烘烤、节省人力物力、节省能源的新型自动化烘房。烘干房包括彩钢板节能房及烤架、五星10匹空气源高温热泵烘干机14台、高温高湿调速风机14台、自动风门、排湿窗、可编程枸杞烘干控制器、温湿度探测器等配套设备,另配有五星太阳能空气集热器162㎡,整个太阳能系统采用闭式循环。热泵高温烘干与传统加热干燥的区别在于产生能源的来源不同,节能效果也不同。热泵烘干干燥时,空气经过风柜内的冷凝器,被不断循环加热,达到设定的温度,蒸发出被烘物料的水份。

 

  空气被加热,物料在高温烘烤的过程中,保温房中的空气温度和湿度不断上升,当保温房内的干湿球温度超过设定的干湿球温度时,风门会自动逐渐开启到最大,外界空气进入,除湿风机联动,将保温房内的“水汽”通过排湿口排出。当排出水份后,保温房内的干湿球温度、湿度都会下降,风门又会逐渐关闭,排湿风机停止工作。

 

  空气又在密闭的环境内加热升温,重新达到设定的干湿球温度后,又会重复上述进风排湿过程,直至达到完全烘干。

 

3.2枸杞干燥参数

 

  烘干房体采用聚氨酯发泡保温彩钢建造,设计时,考虑到枸杞的成熟度以及含水量的差别,在供热风量上特别设定了高、低两档供风速度,以满足在烘干不同成熟度、不同含水量枸杞时的工艺要求。

 

  宁夏枸杞烘干系统烘干房尺寸为:18.53m×7.15m×

 

  2.12m,总容积281m³。在枸杞烘干之前,需对烘房进行预热,当温度达到35℃后,方可把物架上的枸杞推进烘房。干球目标从40℃依次升温,逐步升至63℃,湿球目标可设置起始33℃,中期大量排湿,稍微降低湿球目标。烘干到24小时后,检查枸杞的烘干效果。结束后,紧闭烘房,让烘房温度自然降到室外温度。

 

  烘干时间:由于枸杞的收获初期为6月中旬至6月下旬,盛期为7月上旬至8月下旬,末期为9月中旬至10月下旬,因此烘干作业的时间为每年的6~10月。

 

3.3 气象参数

 

 

4.热负荷计算

 

  烘干室内空间(体积)为:

 

  V=18.53×7.15×2.12=281m³;

 

  烘干物料:G=9000Kg;

 

  脱水量为:G2=9000Kg×80%=7200Kg;

 

  脱水后为:G1=9000Kg×(1-80%)=1800Kg;

 

  烘干时间:24h。

 

  运行环境计算取值:干球温度11℃;湿球温度5.338℃;相对湿度40% ;

 

  含湿量3.24g/kg。

 

  具体烘干房控制温度情况: 计算条件为干球温度63℃,湿球温度33℃,相对湿度13.55%,含湿量19.624g/kg。系统热负荷计算如下:

 

  4.1保温房内空气升温所吸收的负荷Q1

 

  Q1=cm△t=0.24×1.29×281×(63-11)=4524Kcal;

 

  枸杞脱水升温所需热烈Q2

 

  Q2=c1m1△t= 1.0×7200×(63-11)=374400 Kcal;

 

  枸杞温升所需热量Q3

 

  Q3= c2m2△t=0.21×1800×(63-11)=19656 Kcal。

 

  则枸杞及烤房温升所需热量为Q

 

  Q=(Q1+Q2+Q3)/860=(4524+374400+19656)/860≈463.5 kW

 

  式中:c——空气比热[kcal/(kg•℃)];

  m——空气重量(kg);

  c1——枸杞水分比热[kcal/(kg•℃)];

  m1——枸杞水分重量(kg);

  c2——干枸杞比热[kcal/(kg•℃)];

  m2——干枸杞重量(kg);

  △t=(t2–t1),t1——湿物料初始温度 (℃),取室外环境温度;t2——室内设计温度(℃)。

 

4.2枸杞所脱水份蒸发所需热量Q2=G2•γ/860

 

  式中:G2——湿物料排出的水分(脱水量) (kg);

 

  γ——水的汽化潜热(kJ/kg),室内设计温度对应的汽化潜热(查水的汽化潜热表)

 

  h——烘干设计时长

 

  则蒸发水份所需热量为Q2=7200*543/860≈4546.0 kW

 

4.3干燥过程排湿所需负荷Q3

 

  进行排湿操作需要补充新风消耗的热量(Q3) 应按下式计算:Q3= G2/(d2–d1 )• (tn-twn) • Cq/860

 

  则新风消耗的热量为Q3=7200*1000*(63-11)*0.24/(19.624-3.24)/860≈6377.2kW

 

  式中:Q3——进行排湿操作需要补充新风消耗的热量(kW);

 

  G2——湿物料排出的水分(脱水量) (kg);

 

  d2——平均排湿温度湿含量(kg/kg),查焓湿图

 

  d1——环境温度湿含量(kg/kg),查焓湿图

 

  tn——室内设计温度(℃);

 

  twn——室外环境温度(℃)。

 

4.4围护结构热损失Q4

 

  Q4=αKF(t2-t1)=1.1×0.55×374×(63-11) ≈11766Kcal

 

  q4=14747/860≈13.7kW

 

  式中:α——开门、门缝等泄露修正系数 ;

 

  K——烘干房室体保温层的传热系数(Kcal/㎡•h•℃)

 

  F——烘干房室体保温层的表面积之和(㎡);

 

  t1——环境温度(℃) ;

 

  t2——烘干室工作温度(℃);

 

  q4——围护结构热损失(kw)。

 

5.设备选型

 

  平均单位时间所需热泵制热量(Qj)应按下式计算:Qj=(Q1+Q2+Q3)/H+q4

 

  式中:Qj——平均单位时间需热泵制热量(kW);

 

  Q1——枸杞及烤房温升所需热量(kW);

 

  Q2——湿物料水分蒸发吸收的热量(kW);

 

  Q3——进行排湿操作需要补充新风消耗的热量(kW);

 

  q4——围护结构的散热量(kW);

 

  H——设计烘干时间(h)。

 

  由上述公式计算可知:Qj=(463.5+4546+6377.2)/24+13.7≈488.1kW

 

  经上述计算每个烘房配备制热量为488.1kW的空气源热泵就能满足干燥的需求,即配置高温热泵烘干机组14套KRG-10(632)10HP的较为合理,它的制热量为490kW。

 

  在配置太阳能空气集热器辅助加热时,天气条件较好时按每天日照时间7小时计算,烘干房安装162平方平板空气集热器可辅助提供560kW热源。

 

6.经济效益分析

 

  宁夏枸杞烘房,大大提升了枸杞农在采收季节枸杞的烘烤能力,提高了枸杞成品率。热泵在烘烤过程无任何污染物排放,特别环保,比传统煤烤房还节能。以此次设计的枸杞干燥房为单位计量得出:采用热泵+太阳能双源枸杞干燥系统的情况下与直接用电加热干燥房相比,每天约能节省9600度电。采用热泵+太阳能双源枸杞干燥系统,可以得到很高的经济效益和社会效益。

 

(太阳能+热泵枸杞烘干工程正面图)

(太阳能+热泵枸杞烘干工程背面图 )

(戎马传媒·《热泵市场》杂志社 订阅热线:0755-26781737)
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