礦井工人衣物烘干方案優(yōu)化

李春軼

長春黃金設(shè)計院有限公司 吉林長春 130012

以前用于礦井的衣服烘干裝置中，都是采用高溫蒸汽烘干方法，也就是鍋爐燃煤產(chǎn)生高溫蒸汽，通過管道將產(chǎn)生的蒸汽送入烘干室內(nèi)的散熱器內(nèi)，通過散熱器散發(fā)的高溫?zé)崃浚瑢娓杉苌系囊路M(jìn)行烘干處理，衣服中的水分蒸發(fā)完，即可取出，烘干后的蒸汽冷凝，直接排放到室外。由于洗衣機(jī)洗后的衣服經(jīng)甩干機(jī)甩干，甩干后的衣服僅僅依靠高溫蒸發(fā)烘干，這樣不僅能耗提高、污染程度提高不符合節(jié)能減排的要求，烘干室內(nèi)濕度大，即便溫度很高，但烘干效果在短期設(shè)定的時間內(nèi)也達(dá)不到預(yù)期設(shè)想的效果，所以仍需要很長的烘干時間，烘干效果差，且鍋爐的耗氣量大，會造成極大的能源浪費。且烘干室內(nèi)持續(xù)高溫和高濕狀態(tài)，工作人員搭掛濕衣服和檢查時，需進(jìn)入溫度較高的室內(nèi)，對操作人員也會產(chǎn)生身體影響。

1 傳統(tǒng)礦山烘干房存在的問題

傳統(tǒng)烘干房還存在的問題有：①烘干室占地面積大，對維護(hù)結(jié)構(gòu)做法要求較高，烘干室外墻和屋頂應(yīng)作保溫層，烘干室的門洞應(yīng)采用有保溫措施的密閉門；②鍋爐運行中途需要添煤、除渣等工序，增加了人力物力；③鍋爐燃煤過程中會產(chǎn)生大量有害氣體需處理，有害氣體會污染大氣環(huán)境，處理過程較為復(fù)雜，且需額外配置相應(yīng)氣體處理設(shè)備，投資成本增大，另外鍋爐房內(nèi)因燃煤產(chǎn)生粉塵大，鍋爐房內(nèi)工作環(huán)境受污染，工作條件十分惡劣，對工作人員的身心健康產(chǎn)生了嚴(yán)重影響；④鍋爐內(nèi)的溫度、濕度難以實現(xiàn)自動控制；溫度、濕度在烘干的過程中波動范圍較大，控制不好的話，會嚴(yán)重影響烘干質(zhì)量，達(dá)不到預(yù)期效果；⑤烘干成本高、運行費用也高。有效的解決礦工工作服裝的干燥問題是礦山節(jié)能改造、實行綠色能源工程的一個新的技術(shù)突破[1]。

2 空氣源熱泵烘干機(jī)的工作原理

熱泵烘干機(jī)原理：空氣能熱泵烘干機(jī)組系統(tǒng)主要由冷凝器、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和節(jié)流閥等部件組建而成，構(gòu)成了一個封閉式的內(nèi)在循環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)勢為結(jié)構(gòu)形式較為簡單、且方便維修及安裝等；此系統(tǒng)是利用了逆卡諾循環(huán)的工作原理，過程如下：壓縮機(jī)加壓內(nèi)部介質(zhì)，使介質(zhì)變成高溫高壓氣體，然后介質(zhì)進(jìn)入設(shè)備的換熱器中，進(jìn)行換熱，其冷媒介質(zhì)經(jīng)冷凝后液化，大量高溫?zé)崃勘会尫懦觯@些高溫?zé)崃窟M(jìn)入烘干室內(nèi)，對烘干房內(nèi)衣物進(jìn)行加熱處理，將衣物中的濕空氣進(jìn)行處理。烘干房內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)熱風(fēng)，在此循環(huán)熱風(fēng)的作用下，衣物中的水會因汽化現(xiàn)象而自動蒸發(fā)[2]。在烘干機(jī)中，排濕系統(tǒng)能有效將蒸發(fā)出來的水蒸汽及時從機(jī)器內(nèi)部排出，從而達(dá)到使衣物烘干的目的，有效地提高了烘干效果。冷媒經(jīng)冷凝器放熱，由于在設(shè)備內(nèi)，壓力快速的降低，介質(zhì)通過節(jié)流閥作用后變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w，液態(tài)的冷媒材料進(jìn)入蒸發(fā)器的內(nèi)。蒸發(fā)器通過不斷地從四周吸收空氣里的熱量，并將這些熱量加熱液態(tài)冷媒。這些被加熱的液態(tài)冷媒被會通過蒸發(fā)而變成氣態(tài)，這些冷媒在吸收一定能量后會重新返回到壓縮機(jī)中，進(jìn)入到下一個循環(huán)過程運行。冷媒不斷地循環(huán)往復(fù)地運行，能將空氣中的熱量不斷地傳運到烘干房內(nèi)，從而烘干房內(nèi)的空氣溫度能有效得到了提高。

山東某礦山井下最大班需要烘干的衣服數(shù)量為30套，每套工作服的平均重量為1.5公斤，烘干時間為3小時。

氣象資料：夏季計算溫度——室外通風(fēng)溫度取26.8℃；冬季室外計算溫度——室外供暖溫度取-5.4℃；

冬季相對濕度61%；夏季相對濕度25%。

2.1 蒸發(fā)水量

式中：

X——需要烘干的工作服總重量，公斤/班；

Φ1——烘干前濕衣服中的水分，%；

Φ2——烘干后衣服中的剩余水分，%；

n——每班的烘干時間，小時。按烘干室方式分別采取：搭掛式n=3；推進(jìn)式n=4；拉式n=5～6。

2.2 熱平衡計算

烘干室內(nèi)空氣的參數(shù)，按溫濕度圖查出，列于表1中：

表1 烘干室內(nèi)空氣參數(shù)

烘干室排風(fēng)量：

式中：

W——烘干室的總蒸發(fā)水量，公斤/小時；

dp——烘干過程中終點狀態(tài)空氣中的含濕量，克/公斤；

db——烘干過程中起始狀態(tài)空氣中的含濕量，克/公斤。

經(jīng)平衡計算后，烘干室進(jìn)入和帶出的熱量相差不大，可以認(rèn)為是平衡的，按冬季排風(fēng)量計算選擇加熱設(shè)備。

2.3 加熱設(shè)備選擇

加熱設(shè)備按冬季加熱空氣所需熱量進(jìn)行選擇

式中：

L0——烘干室的通風(fēng)量，公斤/小時；

tr——烘干室內(nèi)熱風(fēng)初始溫度，℃；

tw——室外空氣計算溫度，℃。冬季采用供暖計算溫度的方式；夏季采用通風(fēng)計算溫度的方式。

根據(jù)計算結(jié)果選擇一臺空氣能烘干機(jī)。

該工程選用空氣源熱泵為熱源，采用空氣源熱泵產(chǎn)生熱風(fēng)對衣物進(jìn)行烘干，通過加熱使衣服中的水分（一般指水分或其他可揮發(fā)性的液體成分）蒸發(fā)汽化逸出。整個加熱過程為：系統(tǒng)控制程序預(yù)先設(shè)定烘干房內(nèi)的烘干溫度，如：設(shè)定烘干溫度最高溫度為65℃，控制程序預(yù)先設(shè)定一個數(shù)值，當(dāng)烘干溫度達(dá)到這一數(shù)值時，設(shè)備會停止運行供熱，烘干房內(nèi)停止繼續(xù)加熱升溫，當(dāng)烘干溫度低于所設(shè)定的最小數(shù)值時，如：烘干溫度最低界限值設(shè)置為60℃，熱泵重新啟動，進(jìn)行加熱升溫，物料在烘干的過程中，高溫?zé)岜弥鳈C(jī)運行，烘干房內(nèi)呈循環(huán)加熱狀態(tài)，使衣物能夠被均勻受熱，得到充分烘干。

排濕過程：排濕系統(tǒng)，可根據(jù)衣物的含水率大小，或者衣物烘干時間設(shè)置，系統(tǒng)會按照程序設(shè)定自動控制排濕。

冷風(fēng)回收：熱泵主機(jī)運行過程產(chǎn)生高溫?zé)崃浚\行過程中排出一定量的冷風(fēng)，一般排出的冷風(fēng)的溫度較低，會低于周邊環(huán)境5-10℃，可由管道排出室外，或者如果車間室內(nèi)溫度較高，且需要做降溫處理，可引入車間，幫助車間內(nèi)的空氣降溫，這樣大大節(jié)約了能源[3]。

3 空氣能熱泵烘干機(jī)的六個優(yōu)點

3.1 節(jié)省空間

空氣能熱泵烘干機(jī)體積小，不僅占地面積小，而且當(dāng)使用場地位置需要改變時，此設(shè)備的拆卸、移動、安裝都很方便，也可用于室內(nèi)安裝、外，本設(shè)計安裝在室內(nèi)。

3.2 穩(wěn)定性高、質(zhì)量好

空氣能熱泵烘干機(jī)在質(zhì)量及穩(wěn)定性方面具有一系列特點，如：整個系統(tǒng)處于全封閉干燥狀態(tài)，質(zhì)量安全可靠，性能相對穩(wěn)定，其運行穩(wěn)定性高，以前的燃油、燃?xì)饣螂娂訜岬刃问降膫鹘y(tǒng)干燥器，運行過程中可能會存在如易燃、易爆、中毒、短路的危險，但空氣能熱泵烘干機(jī)運行過程中完全不會出現(xiàn)上述危險問題，所以空氣能熱泵烘干機(jī)與傳統(tǒng)烘干機(jī)相比較，是一種運行過程中能做到絕對安全可靠且穩(wěn)定性極高的烘干系統(tǒng)。能達(dá)到井下每班工作人員換班前衣物烘干的要求。熱泵烘干機(jī)在其壓縮機(jī)的排氣溫度、排氣壓力等重要參數(shù)的調(diào)控和保護(hù)方面做到程序設(shè)定精密，可全自動嚴(yán)格控制，保證熱泵系統(tǒng)能在安全可靠、性能穩(wěn)定的工況下運行，且做到智能全自動控制，免人工控制，減少人工和勞動強(qiáng)度。

3.3 高效節(jié)能，運行費用低

傳統(tǒng)烘干法能耗較大、效率較低。供給少量的電能情況下，空氣能熱泵烘干機(jī)可以從它周圍的空氣中吸取大量的熱量，可根據(jù)衣物的含濕度自動調(diào)節(jié)控制烘干衣物所需用的時間，能夠有效地利用在衣物干燥過程中所排出的余熱，把所產(chǎn)生的預(yù)熱進(jìn)行循環(huán)再加熱，此過程運行費用與傳統(tǒng)烘干機(jī)相比，是燃油、燃?xì)饣螂娂訜岣稍餀C(jī)的一半，而且熱泵烘干機(jī)工作時只需要供電就行，沒有任何其它燃料的消耗，因此極大地提高了熱泵烘干機(jī)系統(tǒng)的烘干效率，其運行過程中不僅性能穩(wěn)定可靠，大大節(jié)約了能源，且安裝方便，運行成本低，使用年限較長，維護(hù)形式簡單，維護(hù)費用抄低，相比蒸汽烘干，經(jīng)濟(jì)性能良好。

3.4 綠色環(huán)保

傳統(tǒng)的烘干機(jī)主要以煤、油、氣等介質(zhì)為燃料，這種烘干機(jī)不僅烘干效率極低，而且在運行過程中會產(chǎn)生各種大量的廢棄物，運輸和排放過程中污染環(huán)境。需配備處理設(shè)備及人力物力，增大了投資運行成本。相比之下空氣能熱泵烘干機(jī)只需供電，其它任何燃料都不需要使用，所以運行過程中也不會產(chǎn)生任何廢棄物及大氣排放物，無廢棄物需要處理，無大氣排放物需要處理，對環(huán)境不會造成任何污染，周圍大氣環(huán)境的質(zhì)量有了明顯的提高，為綠色環(huán)保設(shè)備，是一種值得提倡使用的高效環(huán)保型產(chǎn)品。烘干房內(nèi)因無任何污染，可保證環(huán)境清潔，且溫度適當(dāng)，保證具有舒適良好的工作環(huán)境，保證了工作人員的身心健康，本設(shè)備產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可再生資源得到了充分的利用，響應(yīng)了當(dāng)前國家節(jié)能環(huán)保政策的發(fā)展方針。

3.5 烘干效果好

烘干室的中間部位的空間為具有掛衣架的空間，烘干室的兩端部位的空間是配有除濕裝置和循環(huán)風(fēng)機(jī)的空間。空氣能熱泵采用低溫除濕的烘干技術(shù)，在低溫情況下對衣服進(jìn)行烘干，此烘干是一種接近自然干燥的形式，烘干過程中的干燥方式也是要求溫度適中，使衣物里外被同時烘干，降低了配備掛衣架的空間的內(nèi)部濕度，不僅縮短了總體烘干衣物所用的時間，且烘干效果好，同時還降低了烘干能耗。

3.6 適用范圍廣

在當(dāng)今社會，空氣能熱泵烘干機(jī)具有適用性極廣泛、體積小和占地面積小等優(yōu)點，因此可方便于室內(nèi)安裝，且不受氣候影響。在加工方面，空氣能熱泵烘干機(jī)適用于衣物、玩具、食品、學(xué)習(xí)用品、皮具皮料、天然木材和農(nóng)副產(chǎn)品加工等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用市場和前景。隨著我國新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及農(nóng)、林、牧、服等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，人民的生活水平也逐漸得到發(fā)展和提高，人們對衣物、食品、日用品等干燥的要求也逐漸提高，因此空氣能熱泵烘干機(jī)將會有更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和市場。

4 結(jié)語

總體來說，空氣源熱泵技術(shù)近些年來已經(jīng)發(fā)展相當(dāng)成熟，并廣泛應(yīng)用于全國。利用空氣能熱泵烘干技術(shù)進(jìn)行礦工衣物烘干，有效響應(yīng)國家節(jié)能減排和對礦區(qū)鍋爐改造的政策，有著巨大的意義，主要體現(xiàn)在產(chǎn)生了良好的環(huán)保效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時也對改變傳統(tǒng)礦工衣物烘干的方法有著重要的變革意義。