热泵烘干技术在农业果品烘干中的应用
由于农业果品需要烘干的量特别巨大, 长期以来, 农业果品烘干一直是困扰农产品加工业发展的重要因素。
常规干燥装置通常直接用电加热或燃料燃烧来获得干燥所需的热能, 如燃油锅炉等。以热风干燥方式为例, 常规热风装置中, 利用加热器将环境空气加热到适当温度, 热空气进入干燥器中将热量传给物料, 使其中的水分汽化并由空气带出干燥器, 出干燥器的空气变为温度低、含水分多的废气, 一般直接排入大气中, 其装置示意如图1。
预设输入加热器中的燃料的热能值或者电能为100份, 由于热量传递过程中不可避免的会产生热能损失, 因此, 实际得到的热能仅为70%～95%。同时, 由于进入干燥器空气的湿含量等于环境空气的湿含量, 当环境空气中的湿度高、湿含量大且物料又要求低温干燥时, 上图所示干燥装置的应用会受到一定限制, 效率低下且效果大受影响。特别是中小型锅炉类产热设备, 由于环境污染、安全隐患等原因, 更是政府全面整改的对象。新上项目要取得锅炉相关许可非常困难, 严重影响农产品加工以及其后序的生产。
随着我国食品法律的完善和严管, 人们逐渐提高了对烘干技术的关注度。
传统农业果品烘干的环保问题、食品健康卫生问题、烘干节能耗能问题、锅炉操作安全问题、煤改电的政策导向问题等, 都成为了烘干行业的痛点。烘干行业都在寻找一种更健康、更环保、更安全、更节能的方式来替代传统烘干方式, 空气能烘干技术, 也叫热泵烘干技术就是目前可以替代传统烘干方式的一种新技术、新方法。完全符合当前的标准要求, 是一种适合大力推广和发展的新技术。
空气能热泵是一种高效制热装置, 通常达到300%～400%以上, 是新一代超节能环保科技的应用, 是锅炉产热的最佳替代设备, 而且由于市场容量的快速增加, 其初投资成本已经大幅降低。热泵干燥装置是热泵和干燥器的有机结合, 典型的热泵干燥装置如下图:
如图2, 在热泵干燥装置中, 干燥器排出的废气不再排入环境, 而是进入热泵。热泵将干燥器排出的废气先降温除湿, 再加热升温后进入干燥器循环利用。因此, 空气能热泵消耗100份电能, 通常可产生300-800份热能。
热泵干燥装置中, 进入干燥器空气的湿含量取决于热泵蒸发器对干燥器废气的冷却程度 (与环境无关) , 可根据物料的干燥要求方便地控制干燥器进气湿含量和温度, 易于在常温常压下进行物料的干燥。
热泵干燥装置可根据物料特性有不同的流程和结构, 以基于蒸气压缩式热泵的基本型封闭式热泵干燥装置为例, 其工作原理如图3。
空气能热泵干燥装置由两个子系统组成:热泵子系统和干燥子系统。热泵子系统中, 制冷剂沿1-2-3-4-1循环;干燥体系统中, 干燥介质空气沿5-6-7-5循环。热泵子系统和干燥子系统通过干燥介质有机的耦合为一个整体。热泵是消耗少量高品位能量来制取大量热能的装置。热泵子系统由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器等组成封闭回路, 热泵工质在其中循环流动;干燥子系统由干燥器、蒸发器、冷凝器等组成封闭回路, 空气 (或其他的干燥介质) 在其中循环流动。
空气能热泵烘干系统, 其平均能效远高于电热系统, 广泛应用于工、商、农业领域及其他特殊领域, 且无污染排放, 已成为各类民用、工业、农业和政府采购节能减排的首选方案。
但是, 目前市场上该类热泵烘干机组产品质量、技术水平参差不齐:第一代热泵烘干产品:机组只有加热功能;第二代产品:机组有加热功能, 部分除湿功能;第三代产品:机组集加热、冷干、除湿、排湿、通风五大功能于一体。
新的热泵烘干技术不仅解决了烘干的环保节能健康的问题, 而且, 也实现了真正的智能控制, 无人值守。具备了传统烘干不具备的优势, 主要有以下几点:
(1) 大屏全触摸控制, 三大智能运行模式:智能烘干、闭环干燥、恒温除湿;根据不同使用需求和季节环境, 有效切换最佳干燥模式, 大幅提升干燥效率, 同时节省能源。
(2) 运行模式可单独运行, 也可阶段交叉运行, 根据不同加工工艺, 灵活调整;
(3) 应急快捷辅助系统:强制排潮、辅助电热、手动换向 (部分支持) 、工艺预设；
(4) 机组有四组热交换器 (两组蒸发器、一组冷凝器、一组热回收器) , 极大提升烘干效率。高温高湿废气经双重热量回收, 节约电能消耗, 提高加热效。
(5) 全智能化运行程序, 设定后无需专人看守, 维护方便, 大幅节省锅炉工人工费用。
由此可见, 热泵烘干技术是当前农业烘干行业中, 最值得推广与发展的技术, 这不仅对中国科技农业的推进有十分重要的影响, 同时也是世界的农业烘干的未来发展方向。
