利用空氣能熱泵對條斑紫菜一次加工烘干試驗

朱赟杰，徐夢雪，倪建忠，戴衛(wèi)平

(1.南通市水產(chǎn)技術(shù)推廣指導站，江蘇 南通 226007；2.江蘇省紫菜協(xié)會，江蘇 南通 226007)

目前，紫菜生產(chǎn)企業(yè)在條斑紫菜一次加工烘干熱源選取上以燃煤鍋爐為主，部分燃燒生物質(zhì)，對環(huán)境造成污染，與當前加強生態(tài)文明建設(shè)的要求不符。為積極響應(yīng)綠色發(fā)展理念，南通市水產(chǎn)技術(shù)推廣指導站會同江蘇省紫菜協(xié)會等單位于2020年1－3月開展了條斑紫菜一次加工空氣能熱泵烘干試驗。現(xiàn)將試驗情況總結(jié)如下。

一、設(shè)備的選取與安裝

1.試驗設(shè)備

根據(jù)八簾條斑紫菜一次加工機組烘干要求，試驗選取分體式空氣能熱泵高溫烘干機組(ZX-DKFXRS-100Ⅱ/FZHG)4 臺、變頻壓縮機4 臺、銅管散熱片(1.8×1.1米，孔徑2.2毫米)、鍍鋅圓風管及彎頭(1 毫米厚，直徑60 厘米)5 套、溫度濕度控制器4套以及電源連接線、配電箱、角鐵支架等設(shè)備和材料。

2.安裝

(1)空氣能熱泵。在紫菜加工房外側(cè)建空氣能熱泵簡易板房(長15.5 米×寬3.1 米×高3.7 米)，板房前側(cè)通透。板房一側(cè)安裝配電箱，中間放置角鐵鋼架(長12.5 米×寬0.9 米×高1.15 米)，鋼架上依次放置空氣能熱泵(熱泵并排間距1.15 米，后側(cè)距墻面0.7米)。

(2)烘干通道。烘干通道(長16 米×寬6 米×高4.5 米)，烘干通道內(nèi)鋪設(shè)雙層散熱片，上下層各 8 片(1.8 米×8 片)，間距為 80 厘米，下層散熱片下方60 厘米處并排安裝功率為3 千瓦/臺的排風扇12臺。

(3)排濕風道。排濕風口用鍍鋅鐵皮圓風道引流到主機蒸發(fā)器處，出風口斜向紫菜加工房墻體一側(cè)，同時為有效利用排放的濕熱空氣，在主機后側(cè)和加工房墻體之間放置傾斜鐵皮板。

二、試驗結(jié)果與分析

試驗期間氣溫為4～20℃，由于空氣能熱泵功率限制，試驗時使用了變頻壓縮機進行輔助加熱，實際使用功率為122 千瓦左右(空氣能熱泵88千瓦、變頻壓縮機34千瓦)。試驗前期條斑紫菜一次加工機組每次出菜時間設(shè)定為3.5秒，出現(xiàn)了烘干通道熱量分布不均勻、紫菜干品褶皺、含水量大等問題。設(shè)定每次出菜時間為4.2～4.5 秒時，烘干通道前端溫度為56.1～58.1℃、后端溫度為52.1～57.8℃、濕度為50%左右，這雖然與燃煤鍋爐加熱烘干通道前、后端溫度穩(wěn)定在63.9℃和58℃、濕度為41.2%、每次出菜時間為3.5 秒的穩(wěn)定加工條件尚有差距，但加工后紫菜干品褶皺和含水量大的問題得到明顯改善，紫菜品質(zhì)進一步提高，含水率為12.16%(在正常的紫菜干品范圍)，烘干能耗費為0.012～0.015元/張。

經(jīng)空氣能熱泵烘干后的紫菜符合紫菜干品要求，且空氣能熱泵操作簡便，無需人工燃煤、不存在安全隱患，加工清潔無污染。我們需要對空氣能熱泵、控制系統(tǒng)、烘干通道、濕熱空氣回收利用系統(tǒng)等進行改造優(yōu)化，使其既能滿足紫菜加工要求，又能節(jié)約生產(chǎn)成本，同時符合綠色發(fā)展理念，進而實現(xiàn)經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的雙贏。

三、存在的問題及對策

1.功率與溫差

加工機組的烘干通道長16 米、寬6 米、高4.5米，在穩(wěn)定烘干環(huán)境下，需要烘干通道前端溫度達64℃、后端60℃，濕度為40%。試驗期間氣溫為4～20℃，機組最大功率為128 千瓦，存在烘干通道溫度偏低、濕度偏大、機組超負荷運轉(zhuǎn)等問題，難以滿足連續(xù)進行紫菜加工以及紫菜加工過程中可能出現(xiàn)的低溫、潮濕等極端天氣要求。

熱泵烘干設(shè)備在烘干紫菜的過程中，烘干通道前端溫度為50～55℃、后端溫度為49～54℃、溫差為5℃左右。原因為熱泵的壓縮機為定頻壓縮機，當熱泵供熱達到設(shè)置要求的溫度后，壓縮機便會停止工作，再次啟動壓縮機工作時需間隔3分鐘，停啟之間3分鐘的時間間隔讓烘干通道的溫差達5℃，這一過程影響了加工速度，導致紫菜的品質(zhì)產(chǎn)生差異。

對于總功率不足和烘干通道溫差問題，我們將原有的4 臺22 千瓦的定頻熱泵機組更換為4 臺40 千瓦的變頻熱泵機組，加上4 臺10 千瓦的變頻壓縮機，最大功率200千瓦。4臺40千瓦的變頻熱泵機組用于正常環(huán)境下紫菜烘干，4臺10千瓦的變頻壓縮機在極端天氣下開啟；根據(jù)烘干環(huán)境進行變頻操作，既避免機組超負荷運轉(zhuǎn)，又可有效節(jié)約電能。

2.風速和風量

目前散熱片下方的風速和風量略小于原來設(shè)備的參數(shù)，主要原因是散熱片間距為2.2毫米，間距偏小，阻礙了熱空氣在烘干通道中的均勻分布，烘干通道溫度的不均勻，容易出現(xiàn)紫菜干品褶皺現(xiàn)象。優(yōu)化方案為：散熱片間距改為3.0 毫米，散熱片升級為5層或8層，確保風速風量和熱量的飽和應(yīng)用，風量能夠到達烘干通道最內(nèi)側(cè)邊緣，烘干通道內(nèi)各個部分都充分受熱。

3.新風處理

進風口新風的溫度對烘干通道內(nèi)溫度存在著直接的影響，因為新風是與環(huán)境溫度一致的，當環(huán)境溫度較低時，烘干通道內(nèi)需要更多的熱量為新風加熱，這時供熱系統(tǒng)需要輸出更多熱能，增加了烘干成本。優(yōu)化方案為：將熱交換器安裝在排濕風口，環(huán)境新風經(jīng)換熱交換器后再進入新風口，環(huán)境新風就吸收了排風口的熱量，形成了溫度比環(huán)境高的新風從進風口進入烘房，這樣有利于減少總熱量的輸出，達到節(jié)能降耗的目的。