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蔬菜烘干機設(shè)備實驗測試
時間:2016-10-16
干燥作業(yè)涉及國民經(jīng)濟的廣泛領(lǐng)域,所用能源占國民經(jīng)濟總能耗的12%左右,在干燥生產(chǎn)過程中推廣節(jié)能應(yīng)用具有重大的經(jīng)濟和社會意義。近年來國內(nèi)外紛紛進(jìn)行新能源和可再生能源干燥的研究和推廣,例如利用太陽能、生物質(zhì)熱源、熱泵、地?zé)岬确绞竭M(jìn)行干燥,取得了較好的實效,太陽能干燥具有突出優(yōu)點,同時太陽能具有隨機性、間歇性特點,連續(xù)進(jìn)行的干燥作業(yè)需要配備輔助熱源。
熱泵具有節(jié)能、穩(wěn)定、無污染排放等優(yōu)點,在我國的很多地區(qū)可以全年運行,是一種理想的太陽能輔助干燥熱源,近年來太陽能-熱泵干燥方式得到廣泛的研究和生產(chǎn)應(yīng)用。
1、實驗設(shè)備
圖1和圖2為太陽能-熱泵聯(lián)合干燥系統(tǒng)干燥房和熱源系統(tǒng)的實物照片。干燥系統(tǒng)建于廣東佛山市三水區(qū)樂平鎮(zhèn),屬于熱帶季候風(fēng)氣候,全年平均氣溫和最低氣溫高于零度,太陽能-熱泵熱源可以滿足全年任何時段的24小時連續(xù)干燥需求。
聯(lián)合系統(tǒng)干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示,其中換熱柜內(nèi)部安裝有換熱器和離心風(fēng)機,干燥房內(nèi)部由布風(fēng)孔板隔開為上下兩層,底層送風(fēng),物品在上層干燥,循環(huán)風(fēng)流動方向如圖中箭頭所示。運行時,當(dāng)干燥房中的熱風(fēng)濕度超過設(shè)定值,控制系統(tǒng)自動開啟熱回收器排放濕空氣并與新風(fēng)換熱,降低室內(nèi)熱空氣濕度。在干燥房中溫度發(fā)生變化后,通過邏輯計算控制流量調(diào)節(jié)閥的開度改變換熱器中流過的熱水流量,維持物品干燥的吸熱和散熱平衡,實現(xiàn)恒溫干燥。
在干燥房的頂部安裝有雙層玻璃蓋板,干燥某些需要有陽光照射的物品時(如臘腸、臘肉等),蓋板在保證陽光投射的同時,有效防止頂部散熱。雙層蓋板中間的空氣夾層在降低干燥房頂部傳熱系數(shù),減少散熱損失,對比單層玻璃蓋板,其頂部散熱損失降低幾十倍。在夜晚或者物料禁止陽光照曬的情況下,蓋板下面的遮擋板鋪開防止太陽直曬。通過玻璃蓋板的使用,干燥房變成類似太陽能集熱器的功能,提高了太陽能的利用率。
使用太陽能供熱時,在小水箱水溫超過設(shè)定值后,大小水箱間的閥門打開進(jìn)行流動,保持小水箱水溫恒定和蓄熱。陰天或者夜晚時小水箱水溫不能滿足使用要求,開啟熱泵循環(huán)加熱大水箱中的水。
本次實驗用到的裝置和儀器參數(shù)見表1。
2、系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)
干燥系統(tǒng)通過計算機視窗操作實現(xiàn)對運行參數(shù)的自動記錄和控制設(shè)定,通過軟硬件配合實現(xiàn)自動智能控制。預(yù)設(shè)參數(shù)包括水箱溫度、干燥房溫濕度、排氣濕度、干燥時間、熱源控制模式等,開發(fā)的控制界面如圖4所示。
被干燥物品為初始含濕量為95%的新鮮蔬菜,均勻放置于干燥房內(nèi)的不銹鋼多層置料板上。主要測量參數(shù)包括:太陽能總輻射強度,干燥房內(nèi)和環(huán)境的干濕球溫度,測量樣品的重量。即時測量的集熱器傾斜面上太陽能總輻射強度值隨時間變化如圖5所示。
被干燥菜干重量隨時間變化如圖6所示。隨著干燥過程的進(jìn)行,被干燥蔬菜的含水量逐漸降低,其重量變化曲線斜率先增加后降低。前期平緩的原因在于干燥房初始溫度低,在室溫逐漸增加的過程中,蔬菜中水分蒸發(fā)速率隨溫度升高而增加,為升速干燥階段。干燥房內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值后,隨著干燥作業(yè)的進(jìn)行,干燥曲線斜率基本不變,為恒速干燥階段。在樣品干燥出一定水分后,干燥出的水分中結(jié)合水所占的比率增加,干燥難度增大,此時樣品中水分蒸發(fā)速率隨著樣品含水量的降低而降低,干燥曲線斜率降低。
系統(tǒng)干燥后的菜干實物照片如圖7所示。干燥后的菜干潔凈,品相好,無粉碎,在空氣中放置多天后未腐爛變質(zhì)。干燥運行18個小時,完全采太陽能熱源,未曾開啟熱源。初始干燥前菜干重量為200kg,干燥后菜干中的水分蒸發(fā)90.86%,干燥過程中水泵和風(fēng)機總電耗為79.5KW.h。傳統(tǒng)干燥方式的能耗與蒸發(fā)水分的汽化潛熱之比為2-3,本次干燥所耗電能和蒸發(fā)水分的汽化潛熱之比為0.63左右,具有顯著節(jié)能效果。
本次建設(shè)的干燥系統(tǒng)的保溫性能、換熱效率和干燥量具有很大改善余地,未能發(fā)揮干燥系統(tǒng)的最佳使用性能,在推廣使用過程中其節(jié)能性可以進(jìn)一步提升。
3、熱回收效果
為評估干燥過程中的熱回收器的運行效果,控制熱回收器為手動操作狀態(tài)。測量計算干燥過程中熱回收器回收的能量值Qs和能量熱收比K。
Qs=∑Ws X t (1)
K=Ws/Wi (2)
Ws=△h X v X p (3)
其中,Ws為熱回收器運行過程中回收的能量功率,KW;
K為測量的時間間隔,S;
Wi為熱回收器運行功耗,KW;
△h為濕空氣在熱回收系統(tǒng)進(jìn)出口間的焓差,KJ/kg;
V為濕空氣排放的體積流量,m3/h;
p為濕空氣排放時的密度,kg/m3;
將實驗數(shù)據(jù)帶入計算公式(1)、(2),求得熱回收器的回收熱量功率如圖8。隨著干燥作業(yè)的進(jìn)行,干燥物品的濕度降低,排放濕空氣的焓值降低,熱回收器熱量回收的功率降低,而熱回收器運行耗功不變,能量熱回收比的數(shù)值逐漸降低。
統(tǒng)計熱回收器每小時回收能量值可知,在干燥測試的350分鐘時間內(nèi),熱回收器回收量42.61kj,回收能量與自身耗功比為29,可見熱回收器的安裝運行具有可觀經(jīng)濟效益和良好的節(jié)能效果。
4、結(jié)論
我們設(shè)計一套太陽能-熱泵聯(lián)合干燥系統(tǒng),以真空管集熱器所采集的太陽能作為主要干燥熱源,以高溫?zé)岜煤娓蓹C作為輔助備用熱源,采用智能控制軟硬件實現(xiàn)24小時連續(xù)恒溫干燥。
利用本系統(tǒng)對新鮮蔬菜進(jìn)行干燥測試表明,設(shè)計的系統(tǒng)運行穩(wěn)定,干燥后的菜干品相優(yōu)秀。通過智能控制,實驗過程中溫度波動被有效的限制在要求范圍內(nèi),滿足恒溫要求;采用蓄能水箱,有效延長了太陽能熱源的使用時長;熱回收器的采用產(chǎn)生顯著節(jié)能效果以及經(jīng)濟效益。