谷物干燥节能技术

1、谷物干燥节能技术黑龙江八一农垦大学提要通过开发谷物干燥模拟研究实践和对国内外己有研究成果的分析, 对谷物干燥中的节能技术按以下几方面作出了评述数学模拟和优化技术在改进干燥机结构和工艺参数、降低能耗方面的应用, 新型节能干燥工艺的开发, 干燥机排气余热回收再利用, 基于新机理上的干燥工艺。关键词 谷物干燥 节能energy saving techniques in grain drying abstracta review of energy saving rechniques on the following aspects is made by the authors,through the

2、ir practices in grain drying simulation and analyses of the present achievements:1.application of mathematical simulation and optimization techniques in improving dryer structural and operating parameters,reducingenergyconsumption;2.development of energy saving drying new technologies.3.heat recover

3、y of air exsausted from the dryer;4.drying technology on the basis of new mechanism. key words: grain drying energy saving一、引言传统上主要用干燥机的生产率来评价其性能的好坏, 关于谷物干燥的研究大多数是围绕着如何提高干燥机的生产率来展开的。进入到70年代, 发生了世界性的能源危机, 由于谷物干燥耗能高, 研究开始转向如何降低能耗方面来了。研究节能首先应了解干燥机的能耗分配情况,就是除了要改进炉子和换热器, 提高其热效率外,从干燥过程本身考虑, 还应从以下几方面着手研究。1

4、. 由于干燥机排气显热占总热耗的左右。若能通过废气回收的 办法来回收这部分。显热, 节能效果是很可观的, 所以干燥机应有废气回收再利用装置。2. 设法回收水分蒸发带走的潜热, 如利用热泵装置回收。3. 采取隔热措施, 钢板结构的干燥机散热都比较大。特别是用在我国东北地区, 当干燥玉米时气温偏低, 散热损失更大, 在干燥机表面加上隔热保温层可有效地减小散热损失。4. 由于干燥工艺、工艺参数不同, 干燥机的能耗也不同, 采用先进的节能干燥工艺, 改进干燥工艺参数也是节能的重要途径。我们分析总结了近年来出现的谷物干燥节能新技术, 把它们按以下几方面介绍出来并加以评述。二、采用数学模拟、优化技术改进干

5、燥机结构和工艺参数数学模拟和优化技术在谷物干燥中的应用, 文献、曾作过较详细的论述。通过模拟计算, 可以预测干燥系统的能耗, 改变模拟计算的输人参数便可得到不同条件的能耗于对能耗进行比较, 可以选择干燥系统达到最小能耗的干燥条件。年代以来, 国内外针对谷物干燥的节能问题开展了大量的数学模拟研究, 取得了良好的效果。美国的教授t.l.thompson教授 等人1981年利用数学模拟的方法系统地研究了谷物干燥机主要工艺参数风温、风量对普通横流、气流换向、气流换向废气回收及气流再循环横流式谷物干燥机性能的影响, 特别是对能耗的影响。根据模拟计算结果给出了这四种型式的干燥机干燥玉米的综合特性曲线。作为

6、例子, 这里给出了普通横流式和气流换向式的干燥特性曲线,显然若是通过干燥机的试验得出这样一个综合特性曲线几乎是不可能的, 而模拟却轻而易举地做到了。从这些综合特性曲线中可以按照给定的生产率和干燥质量要求选取取得最小能耗的工艺参数。北京农业工程大学农机教研室成功地开发了谷物干燥综合模拟程序软件。曾利用软件模拟了预热、谷物流交换器、谷床厚度对横流式谷物干燥机性能的影响, 还计算了干燥不同初水分的谷物干燥机的单位热耗折算系数, 得出了一些有意义的结论。开发的“一型横流式”谷物干燥机模拟模型和应用程序” 不仅可以分析干燥机各参数对其性能的影响, 还可分析废气余热回收对干燥机能耗的影响。废气余热回收节能

7、效果除了与废气回收比例有关以外, 还与谷物的初水分有关。在计算条件下, 干燥初水分为的谷物, 余热回收最多节能, 而干燥初水分高于的谷物废气余热回收并不节能。美国的t.l.thompson等人还把优化技术用到模拟中, 进行了连续流动式谷物干燥机以能耗或总成本最小为目标函数的优化设计。总之, 利用数学模拟和优化技术研究干燥机节能是一种既先进又经济的方法。三、开发新的节能干燥工艺1952年oholm首次提出顺流干燥工艺, 在谷物热风干燥中采用高风温可增强干燥能力、降低能耗。因顺流干燥可以采用很高的风温最高达260 , 而粮温不高, 所以很节能。单级流干燥机能耗为顺流于燥机能耗只有而横流式于燥机能耗

8、平均为美国继横流干燥后, 又对顺流干燥开展了大量的研究。1972年提出了顺流干燥逆流冷却的干燥工艺,以后又出现了顺流干燥逆流干燥组合、多级顺逆流组合带缓苏的干燥工艺。顺逆流组合干燥克服了单纯顺流干燥对较低水分谷物干燥不充分的缺点, 进一步完善了顺流干燥工艺。因此为降低谷物干燥能耗、改善干燥后谷物品质, 应大力发展顺逆流组合干燥工艺, 这种工艺还特别适用于我国南方的水稻干燥。美国foster1964年提出的干燥通风方法, 既可以增加高温干燥机的生产能力, 又可以降低干燥系统的能耗。高低温组合干燥工艺是年代后期兴起的一项新工艺。它利用高温快速去除谷物中的大部分水分, 然后再利用低温比环境温度高几度

9、慢慢地干燥到所需要的安全水分。这样的干燥工艺符合谷物降水规律, 节约能源, 改善谷物品质。美国系统地研究了高低温组合干燥工艺, 研究成果表明, 这种千燥工艺可大大节约燃料, 电能消耗虽然也稍有增加, 但总能耗还是降低了。四、余热回收再利用谷物干燥机的余热回收不外乎这样几种方式直接回收部分干燥废气和冷却废气、同自然空气混合后再加热将部分干燥和冷却废气收集后用热交换器和热泵系统回收其中的热量使用干燥通风技术回收粮食中的显热回收间接加热炉中排出烟气的热量。这三种方法在文献中已有论述, 这里介绍一下利用热泵、热交换器系统间接回收余热的方法。关于热泵在谷物干燥中应用的研究最早可追溯到年代, 只是设备的成

10、本较高, 限制了它的广泛应用。到了70年代发生了世界性的能源危机后, 人们才又重视这种节能的干燥方法了。据美国的研究, 用电加热空气方法干燥玉米单位热耗, 而用热泵干燥单位热耗仅为节能。日本的加藤山下的研究结果表明, 热风干燥稻谷的单位热耗在之间, 平均为而热泵干燥仅为。1975年美国的bakker-arkema 等人首先将热管用于谷物干燥的研究中。在其博士论文研究时又将这一问题做了系统的分析。同年, 他们将热管热交换器应用到顺流式干燥机上, 结果节能。发器吸收干燥机排气的热量显热后蒸发, 流动到管的冷端冷凝器, 冷空气从那里流过并吸收热量使其又重新凝结成为液体, 通过带有毛细孔的线填料而回到

11、热端完成一次循环。如此循环下去就将干燥机排出废气中的显热回收过来用于干燥空气的加热升温了。图所示的热管、热泵组合间接回收系统具有开环和闭环两种工作方式。在闭环状态, 关闭阀门、开启。干燥机排气经热管热交换器的热端后放出大部分显热, 到达蒸发器继续冷却温度降低到露点温度以下, 凝结成水再放出一部分显热和潜热, 同时空气的湿度也降下来了。然后经过热管的冷端吸收热量, 在风机的抽吸下到达热泵的冷凝器升温, 进人电加热器再次加热达到干燥机人口要求在开环工作时, 关闭阀, 开启、阀, 这样干燥机排气经热管热端、热泵蒸发器后排出。新鲜的冷空气进人热管的冷端补充进去, 经加热后做为干燥空气, 废气不再参与循

12、环。对这样一个系统做了理论和试验研究, 表给出了试验结果。热管和热泵联合使用回收干燥机废气中的余热比不回收节能一, 单独使用热管交换器可节能一。表余热回收试验结果试验号系统工作方式余热回收方法能耗热管式热交换器本身不需要输人任何外部动力, 余热回收效果取决于通过它两部分空气的温差, 温差大, 效果好。闭环状态下热管不能单独使用, 因为没有温差。热管、热泵联合使用效果最好, 在闭环工作状态下热管的作用得以充分发挥, 吸收干燥废气中大部分显热, 减轻了热泵的负荷, 使之消耗的功率降低。利用热管、热泵间接回收干燥废气中的余热是一种非常有效的节能途径, 只是设备的造价较高, 当燃料的价格上涨到一定程度

13、, 或干燥机长期使用时还是合算的。今后随着能源的日益紧张, 这种系统有可能会获得广泛的应用。目前, 至少热泵在农产品和渔业产品的干燥中已在一定程度上获得了应用。值得指出的是, 用热泵方法干燥后产品的质量也较好。五、基于新机理的谷物干燥工艺传统的谷物干燥方法多数都是基于对流传热原理的, 而干湿粮混合的干燥则是属于热传导和对流干燥相结合的一种工艺。干湿粮混合的谷物干燥工艺研究始于年代, 苏联进行了大量的研究, 现已获得了广泛的应用, 国内的王成芝教授等人也曾进行了较详尽的研究, 进一步揭示了干湿粮混合干燥的机理。研究结果表明, 干湿粮混合干燥工艺一般比传统的工艺节能左右。他们还通过回归和非线性规划

14、找出了玉米和小麦干湿粮棍合干的最佳工艺参数。richard等人研究的利用固体颗粒加热谷物的干燥方法可加速热传导, 从而提高干燥速度, 降低能耗。理论和试验研究表明, 这种方法有着广阔的前景。国外还在开展用喷动床干燥机干燥谷物的研究。在这种干燥机中, 热风高速穿过谷物颗粒, 使用处于半悬浮状态, 可以提高空气和谷物间的对流换热系数, 从而加快干燥速度, 节约燃料。但是, 目前还难以设计出适合生产上需要的具有足够大生产率的喷动床谷物干燥机, 限制了这种工艺在谷物干燥上的应用。总之, 谷物干燥节能的途径是多种多样的, 需要我们开展深人的研究。特别是在我国这样一个能源建设较落后的国家, 开展谷物干燥节能的研究, 降低农业生产的能耗对于国民经济具有直接意义。参考文献。1.曹崇文电子计算机在美国谷物干燥研究中应用的现状,北京农业工程大学学报 1986 22曹崇文粮食低温干燥的程序, 北京农业工程大