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太陽能+熱泵枸杞烘干系統設計及經濟性分析

2019-06-04    來源:中國節能網
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[ 導讀 ]:太陽能空氣集熱器是利用太陽能直接加熱空氣的裝置,最高穩定出風溫度可達到140℃(三塊串聯)。加溫后的熱空氣可廣泛的用于藥材、紡織物、食品等領域的干燥,以及海水淡化、民用采暖等方面,集熱性能高,清潔無污染。
太陽能空氣集熱器是利用太陽能直接加熱空氣的裝置,最高穩定出風溫度可達到140℃(三塊串聯)。加溫后的熱空氣可廣泛的用于藥材、紡織物、食品等領域的干燥,以及海水淡化、民用采暖等方面,集熱性能高,清潔無污染。

空氣集熱器太陽能烘干系統受天氣的影響較大,而且大部分農作物和工業烘干需要全天候連續不斷的烘干,如果僅依靠太陽能作為單一能源,具有很大的局限性,為不影響使用效果,一般需要配置輔助能源。目前常規的輔助熱源中高溫熱泵是最方便的一種方式,太陽能空氣集熱器與高溫熱泵耦合,可以滿足采暖和烘干高溫高效的需要,實現很好的節能效果。

據了解,廣東五星太陽能股份有限公司(簡稱五星太陽能)實現了相對高效的太陽能空氣集熱器在烘干系統中與高溫熱泵的耦合,其中空氣集熱器瞬態效率截距0.66,熱損系數3.99;高溫熱泵在環境25℃左右時,出口溫度40℃時COP在 4.65左右,出口溫度75℃時COP在 3.4以上。兩者耦合的烘干房可以精確控溫、控濕,分階段控制,適合不同烘干物干燥,品質優良。目前五星太陽能已經在食品烘干、 中草藥烘干、農作物烘干、工業生產烘干等領域做了大量示范工程,運用項目包括:地毯、煙草、枸杞、檳榔、臘肉、金銀花、桂圓、蔬菜的烘干等,以及青海、寧夏等東北地區民用采暖工程。

本文通過五星太陽能設計建設的寧夏吳忠枸杞空氣能熱泵+太陽能烘干系統對太陽能中溫空氣集熱技術進行介紹,以供參考。

1  工程概述

寧夏吳忠枸杞空氣能熱泵+太陽能烘干系統位于寧夏自治區吳忠市,由五星太陽能設計并整體建設。在吳忠,枸杞的采摘期為6月至10月,其中,枸杞的收成初期為6月中旬至6月下旬,盛期為7月上旬至8月下旬,晚期為9月中旬至10月下旬,這段時間平均輻照19.352MJ/(㎡*d),平均氣溫18.3℃。因而寧夏枸杞烘干作業的時間為每年的6~10月。

由于枸杞鮮果含水率80%左右,且枸杞果實有膠質果皮,前期烘干不能太高溫度,需求分階段由35℃~65℃逐漸加溫,烘干時間比較長,大約需求24小時,由高精度操控儀調節溫度和濕度。

為提升枸杞農在采收季節枸杞的烘烤能力,提高枸杞成品率,五星太陽能依據客戶的要求,建設了空氣源熱泵+太陽能輔佐的雙源枸杞枯燥系統,選用聚胺脂保溫板制造烘干房,每次可進入枸杞9000Kg,烘干房裝備14臺10匹空氣源高溫熱泵烘干機和162㎡太陽能空氣集熱器。白天有陽光照射時,太陽能集熱器直接為烘干系統供熱,如溫度高于烘干物所需溫度,控制系統自動調節至所需溫度后再送入烘房。晴好天氣的白天,空氣源熱泵幾乎不啟動。太陽輻照達不到要求時,啟動空氣源熱泵提供熱源。

太陽能+熱泵枸杞烘干工程原理圖如下所示。其中,1)集熱器與烘干房集成一體,可節約成本,降低熱損;2)設計全熱交換器,回收余熱;3)設計儲熱材料,收集正午多余熱量,輻照降低時利用,更大限度提高太陽能節能率。



太陽能+熱泵枸杞烘干工程原理圖

2  太陽能耦合空氣源熱泵烘干設備

為了能夠按照烘干物最佳干燥工況要求自動加熱和除濕,達到最佳烘干效果,五星太陽能開發了新型自動化太陽能干燥房。該設備集成太陽能集熱技術、太陽能集熱與熱泵聯動升溫與除濕技術,烘干房內穩定運行溫度80℃以內,設備配置太陽能空氣集熱器和空氣源熱泵,可高效利用太陽能,無凍結風險,與傳統電烘干烘干相比,可以節能50%~90%。






在寧夏吳忠枸杞空氣能熱泵+太陽能烘干項目中,烘干房包括彩鋼板節能房及烤架、10匹空氣源高溫熱泵烘干機14臺、高溫高濕調速風機14臺、自動風門、排濕窗、可編程枸杞烘干控制器、溫濕度探測器等配套設備。烘干房尺寸為:18.53m×7.15m×2.12m,總容積281m3。

在枸杞烘干之前,需對烘房進行預熱,當溫度達到35℃后,方可把物架上的枸杞推進烘房。當空氣被加熱,物料在高溫烘烤的過程中,保溫房中的空氣溫度和濕度不斷上升,當保溫房內的干濕球溫度超越設定的干濕球溫度時,風門會主動逐漸敞開到最大,外界空氣進入,除濕風機聯動,將保溫房內的“水汽”經過排濕口排出。當排出水份后,保溫房內的干濕球溫度、濕度都會下降,風門又會逐漸關閉,排濕風機停止工作。空氣又在密閉的環境內加熱升溫,重新達到設定的干濕球溫度后,又會重復上述進風排濕過程,直至達到完全烘干。這種智能太陽能+熱泵烘干房能夠完成自動烘烤,可節約人力物力、節約能源。

3  投資經濟性

經過計算,寧夏吳忠枸杞空氣能熱泵+太陽能烘干系統中每個烘房配備制熱量為488.1kW的空氣源熱泵就能滿足干燥的需求,即配置高溫熱泵烘干機組14套KRG-10(632)10HP的較為合理,制熱量為490kW。

烘干10t鮮枸杞,太陽能+熱泵總耗電量為828kWh,采用純熱泵烘干相同重量的枸杞耗電量為1237kWh,即采用太陽能為整個運行25小時的烘干系統節約 33%能耗。

烘干系統節能及經濟性分析

1) 節能率=(純熱泵系統能耗-太陽能熱泵系統能耗)/純熱泵系統能耗=33%;

2) 按每天節能409kWh,烘干枸杞時間為5月20日~10月30日,太陽能晴好天按照80%計算,當地電價按0.93元/ kWh計算,節能收益約49828元/年;

3) 太陽能系統部分初投資金額為1100元/㎡,單套系統168㎡,靜態回收期約3.7年。

與傳統煤烤房相比,太陽能+熱泵枸杞烘房不僅節能,而且在烘烤進程無任何污染物排放,非常環保。以工程案例中設計的枸杞干燥房為單位計量得出:采用熱泵+太陽能雙源枸杞干燥系統的情況下與直接用電加熱干燥房相比,每天約節電4329.5-828=3501.5度。

(所在地區晚上20度左右,白天35度左右,變工況下熱泵平均COP按3.5計,單用熱泵產熱量為1237*3.5=4329.5,改用電加熱不少于此值。)



寧夏太陽能+熱泵烘干房



14臺10P高溫空氣源熱泵



熱泵自動化烘干生產線



枸杞烘干

 
關鍵詞: 太陽能 熱泵 烘干
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