高溫熱泵烘干系統及其綜合性應用探析

摘 要：物料烘干是一個嚴重耗能過程。據統計在部分國家用于烘干的能耗占全國總能耗的5%～20%，而熱效率僅為20%～60%，效率低下且帶有一定程度的資源浪費以及環境污染等缺點。高溫熱泵烘干技術具有能源消耗低、環境污染小、烘干質量高、應用范圍廣等優點，烘干效果已被國內外各種試驗研究所證明。文章主要從高溫熱泵烘干系統的特點及應用方面進行探討分析。

關鍵詞：高溫熱泵；烘干；特點；應用

能源是人類社會生存和發展的必需品。為了實現可持續發展， 必須創新理念、創新技術，開發新可再生能源，以解決資源浪費、能源短缺以及環境破壞等諸多問題。眾所周知，熱泵作為提供熱量的主要設備之一，以高效、節能、環保等明顯優勢運用于多個領域。

1 高溫熱泵烘干系統原理

高溫熱泵烘干利用逆卡諾原理。機組主要由高溫壓縮機、高效冷凝器、高效蒸發器、節流機構、除濕系統、風機系統。電控系統以及輔助電加熱等組成。工質在系統中通過相變實現制冷循環。工質在高溫壓縮系統內完成氣態的升壓升溫過程（排氣溫度可達100℃以上）后進入高效冷凝器釋放出高溫熱量，通過熱交換加熱烘干房內空氣，同時工質被冷卻成氣液混合態，流經節流機構節流降壓后進入高效蒸發器，在高效蒸發器中迅速吸收外界環境熱量蒸發再次轉化為低溫低壓的氣態，再次進入壓縮系統進行壓縮實現循環。高溫熱泵烘干機組工作時，蒸發器吸收低溫環境介質能量為Q1，壓縮機壓縮耗電為Q2，冷凝器中放熱為Q3（Q3=Q1+Q2），因此高溫熱泵烘干機組的效率為Q3/Q2=（Q1+Q2）/Q2≥1，其他如燃油燃氣烘干、電加熱烘干等設備的烘干效率都<1。

2 高溫熱泵烘干系統特點分析

2.1 高效環保節能

加熱烘干房空氣所需熱量主要來自室外環境空氣中的熱量，需要額外提供的只有高溫壓縮機的耗電，因此熱泵烘干設備SMER值（消耗單位能量所除去濕物料中的水分量）通常為1.0～4.0kg/kWh，而傳統對流烘干設備SMER值約為0.2～0.6kg/kWh。同時，熱泵烘干設備中高溫空氣在密封烘干房中循環，物料粉塵、揮發性物質及異味等可以處理后再排放，不會給環境帶來污染；也可實現低溫空氣封閉循環干燥，物料烘干質量高。

2.2 烘干要求參數易于控制，可調范圍廣

依據各種物料的實際烘干需求，通過電控精確調節各設備的運行情況，實時調節循環空氣溫度、濕度以及循環流量，精確、有效地控制烘干參數，實現高質量的烘干。當物料對進烘干室空氣的溫度、濕度均有較高要求時，可通過調整高效蒸發器、高效冷凝器中工質的蒸發溫度、冷凝溫度，滿足物料對質構、外觀等方面的要求。通過控制裝置的實時工況，保證烘干室溫度在20～80℃之間，可滿足大多數物料的高質量烘干。烘干介質的封閉循環，可避免外界氣體對待烘干物料帶來的雜質污染，這對食品、藥品或生物制品尤其重要。

2.3 多功能聯機應用

熱泵烘干設備運行過程中，會排放較低溫度的冷空氣，具有一定的制冷效果，可在烘干的同時回收這部分冷空氣，以及冷凝水，利用這部分回收能量實現多種物料的低溫加工；也可拓展熱泵的制熱功能在寒冷季節為種植（如溫室）或養殖場所供熱；也可拓展到北方冬季供熱，替換傳統的熱水鍋爐供暖系統，實現資源節約，有效降低霧霾等環境污染。

2.4 適用物料廣泛，烘干質量好

熱泵烘干是一種通過中間熱交換的溫和方式實現物料烘干。烘干物料要求過程耐受溫度在20～80℃之間，利用熱泵烘干較節能或安全。已研究和應用較多的物料如木材、谷物、種子、食用菌、藥材、海產品、生物活性制品、茶葉、紙張等。

2.5 經濟性高，節約資源

熱泵烘干設備的設備主要是熱泵和烘干房，其中烘干房與普通烘干房要求相同，無特別的氣密性和承壓性要求。與烘干室溫度<40℃烘干設備相比，由于設備初投資小，運行費用低，熱泵烘干具有明顯的經濟性；與烘干室溫度>40℃相比，熱泵烘干機初投資一般高于空氣電加熱裝置、燃氣或燃煤熱風爐，但是熱泵烘干設備的能源效率高，運行費用低，其綜合經濟性仍有一定優勢。如表1。

3 熱泵烘干現存的問題及發展

為了滿足烘干的特殊要求，一定程度上會提升烘干溫度，便會提高壓縮機的壓力，進而系統冷凝壓力增大，壓縮機長期會處于高負荷運行狀態，造成熱泵系統性能下降，使用壽命降低。同時，在運行時必須依賴能級最高的電能，必須依賴可靠不泄露的制冷系統。為了實現綜合利用，實現能量利用最大化，建議通過與其他烘干方式聯合應用，提高烘干溫度和效率；多用途熱泵系統開發與應用，使之具有干燥、空氣調節、冷凍儲藏等功能；改進熱泵性能，研究新技術提升壓縮機運行能力、提高熱能效率和脫水能力。

4 結束語

熱泵烘干系統常溫下即可獲得較為理想的干燥速度，大幅度節省了資源，又提高了產品的質量，并可消除廢氣、廢物和噪聲的污染，改善了生活環境。我國是能源短缺的發展中國家，有大量的農副產品和物料需要儲藏和運輸，由于地域的寬廣、地形的復雜多變，儲存和運輸都有一定困難，熱泵烘干技術將有助于改善此類問題，促進社會的快速發展。

參考文獻

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