農(nóng)產(chǎn)品及中藥材采用空氣源熱泵烘干設備應用

隨著國家環(huán)保部門緊急叫?！懊簲彋狻?，那么最終解決方案“煤攺電”，“氣攺電”的戰(zhàn)役，將會徐徐揭開帷幕。將為熱泵烘干設備與烘干技術的發(fā)展提供巨大的發(fā)展機遇。在食品加工過程中不含硫、不含重金屬等有害物質(zhì)，無明火烘干隱患，干凈無污染，被加工物料品相好、色澤好，原味自然清香，烘干工藝創(chuàng)新，成分不流失、是市場所需，也是休閑食品加工發(fā)展所需，利國利民，響應國家節(jié)能環(huán)保的政策，于民省到的更是賺到的！

作為全球最大的農(nóng)副產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)之一，中國的農(nóng)副產(chǎn)品的加工影響產(chǎn)品的貯存、調(diào)運和銷售,直接關系著農(nóng)戶生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。其中，烘干是農(nóng)副產(chǎn)品加工過程中必不可少的加工工序,物料烘干這項高能耗作業(yè)，所用能源占國民經(jīng)濟總能耗的12%左右，成為節(jié)能環(huán)保的重要一環(huán)。

民以食為天，可見食品的安全問題關系到全人類的生活、生存、延續(xù)，是人類社會存在發(fā)展的一個重要課題。

熱泵烘干相對其他所有的烘干設備來說更具優(yōu)勢：

第一：熱泵烘干設備采用烘干領域的標準化生產(chǎn)程序，可根據(jù)客戶需求量控制烘干參數(shù)，操作起來更為簡便。

第二：熱泵烘干設備選用的材質(zhì)是食品級，因此具有使用壽命長的特點，而且容易清洗和維護。

第三：熱泵烘干設備熱慣性小，升溫迅速，發(fā)熱率高，升溫、降溫速率快，因此，在食品烘干進程中，可以隨時根據(jù)需要調(diào)整，而且節(jié)能效果明顯。

第四：熱泵烘干設備在食品烘干方面具有明顯的優(yōu)勢，被烘干物品的外型好、色澤好、物料等級高，品質(zhì)遠遠好于其他類烘干設備。

第五：（簡稱四化標準）標準化，工藝化，品質(zhì)化，產(chǎn)能化。

第一、對于烘干的相關性介紹

在物料烘干方面我們需要了解物料的初始含水率、脫水率、烘干后含水率以及脫水量等參數(shù)，才能夠科學合理地進行烘干系統(tǒng)設計和進行設備選型。

物料干燥的過程簡單而言就是通過提高空氣的溫度或增加空氣的干燥程度，使得高溫、干燥的空氣流經(jīng)物體表面，從而達到降低物料自身水分含量的目的。

因此，物料本身的濕度和水分含量對于干燥有著重要的影響，在熱泵烘干的過程中，需要根據(jù)物料的初始含水率、脫水率、脫水量、干燥度等數(shù)據(jù)來進行烘干系統(tǒng)的設計和確定主機的選型，科學選型設計后才能夠更好、更快、更高效地達到物料烘干的目的，烘干成品的品質(zhì)才會得到保障。

各參數(shù)之間存在換算關系

初始含水率即物料干燥前的含水率，可分為重量含水率和體積含水率，而重量含水率又分為含水率和相對含水率，水分重量與該材料完全干燥重量之比率稱為“含水率”;與該材料濕重之比率稱為“相對含水率”。

一般而言，物料的含水率指的就是重量含水率，含水率用重量作為計算基準,算出的數(shù)值即為物料的初始含水率(W，%)，

計算公式：W=(Gs-Ggo)Ggo×100%，W1=(Gs-Ggo)Gs×100%

其中：W——含水率;

W1——相對含水率;

Gs——物料本身重量;

Ggo——物料干燥后重量。

初始含水量指的是物料干燥前本身的含水量，通常而言就是相應重量下物料水分的含量，以木材為例，假如初始含水率為60%，那么一千克木材的含水重量則為0.6千克。不同的物料其初始含水量存在很大差異。脫水率即烘干過程中物料的脫水比例，由(干燥前重量-干燥后重量)/干燥前重量再乘以100%得出。

假設干燥前重量為1000千克，干燥后重量為600千克，那么該物料的脫水率則為40%。烘干后含水率可以理解為干燥度，也就是物料干燥完成后的含水率。脫水量指的是一批物料干燥完成后去除的水分總量，它是熱泵烘干機組選型需要參考的關鍵數(shù)據(jù)。

初始含水率、脫水率、脫水量、干燥度等參數(shù)之間存在著一定的換算關系，已知某些參數(shù)則可以通過計算得出需要的其他參數(shù)，例如需要烘干的Y產(chǎn)品為1000kg，初始含水率為90%，烘干后含水率為15%，那么可以計算得出脫水量和脫水率：

脫水量=1000-1000×(1-90%)÷(1-15%)=1000-117.6=882.4kg

脫水率=脫水量÷初始含水量=882.4÷(1000×90%)=98%

需要注意的是初始含水率跟脫水率是不一樣的，除非要求干燥后的含水率為0，實際上，所有物料干燥后都還有一定的含水率，以農(nóng)產(chǎn)品為例，通常都有10%左右的含水率，有的更高。
脫水量是主機選型的重要依據(jù)

物料干燥的過程簡單而言就是從物料中除去濕分的操作(濕分：水分或其他溶劑)，延長貨架期，便于儲運及其他工藝需要。那么，除去水分的多少直接影響到了整個烘干系統(tǒng)的設計和機組選型。
首先，在系統(tǒng)熱負荷的計算過程中，濕物料需要排出多少水分，而蒸發(fā)這些水分則需要多少的熱量，這些熱量是系統(tǒng)總熱負荷的主要組成部分;其次，在烘干過程中，由于水分的蒸發(fā)，烘房內(nèi)空氣濕度越來越大，那么則需要補進新風，并對濕空氣進行強排，這個過程需要消耗一定的熱量，其熱量的計算也需要根據(jù)脫水量來計算。

需要注意的是，不同的排濕溫度，空氣中的含濕量是不一樣的，由于物料脫水量是不變的，因此其排濕時長也會受到影響，這個階段消耗的熱量也自然不一樣。

空氣源熱泵烘干機可將烘房室溫升高50至85度（根據(jù)烘干物品特性設定），并且設備自帶排濕、除濕功能，每小時設計排濕20kg至50kg等。如果烘干的藥材濕度加大，設備本身的排濕量不夠用可以在烘干房上加裝外置排濕口，設備全自動控制，可設置時段，每個時段溫濕度控制都可以不同，從而設置烘干曲線圖，干燥完畢后自動關機，設備熱源是來自空氣中的熱量，無需電加熱、燒煤等消耗較大的燃料，只需要少量電來驅(qū)動。所以非常節(jié)能，平均一臺設備運行24小時耗電也就180度左右。很多藥材的烘干時間只有短短幾個小時，烘干成本不到100元，這是非常可觀的數(shù)字。

第二、對于空氣源烘干機的應用

空氣源熱泵烘干產(chǎn)品廣泛應用于三大產(chǎn)業(yè)，其中又可以細分為諸多品類，尤以第一產(chǎn)業(yè)為最。

根據(jù)國民經(jīng)濟行業(yè)分類，熱泵烘干應用第一產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)的細分類別包括谷物、煙草、果蔬、食用菌、花卉、茶葉、中藥材以及水產(chǎn)品；

第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)制造業(yè)熱泵烘干應用品類涉及印刷、皮革制造、煙花爆竹制造、電鍍行業(yè)。

第三產(chǎn)業(yè)中酒店服務、及公共設施管理中的污泥處理行業(yè)均已廣泛采用空氣源熱泵烘干技術。

三大產(chǎn)業(yè)熱泵烘干應用的運營特點有一定差異，第一產(chǎn)業(yè)主要是農(nóng)副產(chǎn)品初加工。我國每年1號文件著重農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要地位，以農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革與農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展為導向，國家農(nóng)業(yè)部聯(lián)合財政部每年對各省市地區(qū)農(nóng)機產(chǎn)品購置給予財政補貼。糧食烘干機、果蔬烘干機、茶葉炒（烘干）機納入補貼目錄，因此這一產(chǎn)業(yè)熱泵烘干的應用市場主要由政策驅(qū)動。第二產(chǎn)業(yè)熱泵烘干應用主要在印刷、皮革制造、花炮以及電鍍行業(yè)，作為節(jié)能環(huán)保設備用于以上行業(yè)的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中，制造企業(yè)用戶受國家、地方嚴格的節(jié)能環(huán)保要求，以及自身追求商品品質(zhì)的商業(yè)目的，采用熱泵烘干技術更多是趨于市場行為；同時，空氣能熱泵作為節(jié)能環(huán)保設備用戶可以享受一定程度的節(jié)能環(huán)保優(yōu)惠稅收。第三產(chǎn)業(yè)熱泵烘干應用主要領域是城鄉(xiāng)污水污泥干化，屬于水利、環(huán)境和公共設施管理行業(yè)。我國污泥處理處置領域逐漸引入PPP模式。2015年財政部第一批PPP模式示范項目中，有9個就是污水污泥處置項目。PPP模式為市場資金進入污泥處置環(huán)保行業(yè)提供了渠道，也為政府部門減緩財政預算壓力。

空氣能熱泵烘干重點應用

一、糧食、果蔬、茶葉

糧食、果蔬、茶葉烘干機列入國家對農(nóng)業(yè)機械購置給予補貼的機具產(chǎn)品名錄，每年由國家農(nóng)業(yè)部和財政部及各省市農(nóng)業(yè)機械局和財政廳組織實施。截至2017年6月，已有26個省市發(fā)公告《2017年農(nóng)機購置補貼機具補貼額》，明確糧食烘干機、果蔬烘干機、茶葉炒（烘）干機各檔中央財政補貼標準，以及部分產(chǎn)品確定特色地區(qū)或省市地方補貼標準。除中央補貼外，云南省糧食、果蔬、茶葉烘干機還有中央對特殊縣給予的補貼；上海、天津、福建、湖南（限洞庭湖地區(qū)），四個省市確定了中央與省市級的補貼額度。

針對補貼機具產(chǎn)品分檔與配置、參數(shù)的明確，海南省在《2015-2017年農(nóng)機購置補貼機具補貼額一覽表(2017年修訂)》公告中關于“果蔬烘干機分檔一欄”明確“容積15m3及以上果蔬烘干機(整體脫水、熱泵加熱)”即熱泵加熱方式，享受中央財政19000元補貼，同等配置非熱泵加熱方式可獲中央財政補貼11000元。

早于2014年，《海南省人民政府關于印發(fā)海南省大氣污染防治行動計劃實施細則的通知》（瓊府〔2014〕7號），文件要求，?？?、三亞2015年底、其它市縣2017年底，大中型檳榔烘干生產(chǎn)線配套鍋爐燃料必須改為“電、氣或生物質(zhì)顆粒能源”。2014至2016年期間，海南省農(nóng)業(yè)廳聯(lián)合財政廳，提供現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展基金支持檳榔烘干綠色改造項目，通過專家認定，對海南省綠色環(huán)保檳榔烘干設備推廣產(chǎn)品目錄進行公示；對于綠色環(huán)保檳榔烘干設備推廣產(chǎn)品目錄的企業(yè)進行的檳榔烘干綠色改造項目進行補貼。2015年海南省投入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展基金4418萬元，對標準型產(chǎn)品，每臺補助4萬元。2016年6月完成補貼資金工作。

中央財政補貼以外，地方特色經(jīng)濟作物的烘干處理也有補貼政策以鼓勵綠色環(huán)保發(fā)展。如寧夏枸杞、福建筍干。2016年，福建省財政廳發(fā)布《關于做好省級特色農(nóng)業(yè)機械購置補貼市場化改革試點工作的通知》，對電烤筍烘干機給予省級補貼11000-18800元。

用電方面，國家發(fā)改委等部委《關于推進電能替代的指導意見》(發(fā)改能源〔2016〕1054號)。各地加快推動電能替代工作，2017年安徽省能源局編制了《關于推進安徽省電能替代的實施意見》，《意見》指出，在建筑領域、農(nóng)業(yè)領域、居民生活領域廣泛推廣熱泵應用，并在電價上給予支持。相關細則表示，在黃山、安慶、六安等茶葉主產(chǎn)區(qū)和宣城等煙葉主產(chǎn)區(qū)，繼續(xù)推進規(guī)模以上企業(yè)電制茶替代燃煤(柴)制茶和熱泵電烤煙替代燃煤烤煙，以龍頭企業(yè)為帶動，加快中小型加工廠電能替代。

國網(wǎng)電力公司拓展電能替代市場，在糧食烘干領域促進空氣源熱泵技術推廣。江蘇省從2016年就出臺支持空氣源熱泵烘干的支持政策，在部分條件成熟市縣推廣。2017年，國網(wǎng)江蘇省電力公司計劃全年完成替代電量127億千瓦時。在糧食烘干領域大力推廣空氣源熱泵烘干技術，計劃在江蘇省推廣電烘干設備500臺，烘干能力達到3萬噸/天。2017年6月6日，江蘇省濱海縣正式發(fā)布濱政辦發(fā)【2017】38號《濱?？h推廣空氣源熱泵糧食電烘干技術替代高污染熱風爐專項補助辦法》。國網(wǎng)濱海供電公司負責免費投資增容后的低壓接入工程。

二、煙葉

烤房是煙葉生產(chǎn)的重要設施，國家方面重視包括烤房設施設備在內(nèi)的煙葉生產(chǎn)技術創(chuàng)新和技術改進，對包括熱泵在內(nèi)的煙葉烘烤新技術發(fā)展保持跟蹤研究。根據(jù)初步了解，我國目前僅以電力為能源的熱泵烤房廠家有近20個，所產(chǎn)設備規(guī)格不一，廠家通過試驗示范持續(xù)開展設備更新和技術升級，設備性能、煙葉烘烤質(zhì)量和節(jié)能減排效果正在穩(wěn)步提升。

熱泵炕煙房是一種帶輔熱裝置的空氣能熱泵式烤煙房，包括裝煙室和設置在裝煙室一端的加熱室，在加熱室的內(nèi)腔上部設置有熱交換器，在加熱室的內(nèi)腔中部設置有軸流風機，熱交換器通過管道與空氣源熱泵連接，在熱交換器與軸流風機之間設置有電加熱裝置。新型熱泵炕煙房利用電加熱原理，在空氣能熱泵供熱的基礎之上增加電加熱裝置輔助供熱，在空氣能熱泵加熱的工作效率時，利用電加熱裝置輔助供熱，保證烘烤溫度，避免了由于環(huán)境溫度因素引起的煙葉烘烤失利，保障煙葉的安全烘烤，同時有利于煙葉烘烤質(zhì)量的提高。

河南省作為傳統(tǒng)的煙草大省，煙草種植面積達到了175萬畝，現(xiàn)有標準烤煙房有90000座，均為一般采用的上一代烤房，水泥磚墻，燒蜂窩煤，一次性加煤，加熱室和裝煙室分離。由金屬材料的爐膛散熱管或耐火材料散熱管組成供熱系統(tǒng)，電動風機來傳送熱能，以溫度、濕度自控儀控制烤房的溫度、濕度。每房可烤15-20畝煙葉，排濕方便，質(zhì)量穩(wěn)定。

傳統(tǒng)烤煙房存在的弊端也是顯而易見的，燒煤產(chǎn)生空氣污染和煤渣污染，目前正在強制取締燃煤鍋爐。同時煤炭的運輸成本和使用成本較高，需要聘請有經(jīng)驗的烤煙師傅去操作，人力成本居高不下。換代方案采用全自動高溫熱泵烘干機組作為熱源，替代了原先的燃煤器，散熱管改由簡單的冷凝換熱器替代。該機組采用特獨有的高冷凝溫度壓縮機，采用單一環(huán)保、安全冷媒，冷凝溫度高達85℃，烤房內(nèi)溫度可達78℃。完全滿足了煙草烘干的溫度需求。

熱泵炕煙房方案價值分析：

1、標準烤房每次裝煙量4噸，烘干3600公斤水分，相比燃煤節(jié)能1584元，一年按8炕計算，單座烤房節(jié)能12672元，減少4噸的煙塵排放，5噸煤渣污染。假如全省90000座全部換代，年節(jié)能11億。減少煙塵排放36萬噸，45萬噸煤渣污染。

2、提高煙草的烘烤質(zhì)量、價值，熱泵機組采用微電腦控制，溫濕度自動循著設定的專家曲線運行，煙草成品質(zhì)量、品相好，售價高。

3、全自動熱泵機組，節(jié)省了人工費用。以往的機組需要有經(jīng)驗的烤煙師傅日夜值班，勞動強度高，人工成本高昂。該機組自動值守，不需人工。

近幾年，湖南省、貴州地區(qū)的沿河縣、江西贛州安遠縣、重慶武隆縣都已開展空氣源熱泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)煤鍋爐烤煙的試點工作。2016年8月湖南省高溫熱泵烤煙項目首次試點成功,該項目由國網(wǎng)郴州供電公司、國網(wǎng)湖南節(jié)能服務有限公司、桂陽煙草辦及煙草公司聯(lián)合在桂陽縣仁義鎮(zhèn)、敖泉鎮(zhèn)斗魚村利用高溫熱泵烤煙技術進行烤煙試點，該項目實現(xiàn)烤煙清潔、環(huán)保、節(jié)能、智能化，為電烤煙代替煤烤煙提供技術支撐。不僅實現(xiàn)管控便捷，更提高了煙葉質(zhì)量，提升煙葉等級。

熱泵烤房具有節(jié)能減排提質(zhì)增效的優(yōu)點，符合綠色發(fā)展的要求，也符合今后烤房的發(fā)展方向，在煙草行業(yè)尚未大面積推廣存在制約因素：無統(tǒng)一產(chǎn)品標準、電力配套、初期投入大等問題。

三、污泥

隨著我國城鎮(zhèn)化水平不斷提高，以及《水污染防治行動計劃》（以下簡稱“《水十條》”）的正式頒布和實施，使污水處理設施建設與污泥處理處置工作進入了發(fā)展的快車道。其中，《水十條》更是明確了相關政策，包括現(xiàn)有污泥處理處置設施應于2017年底前基本完成達標改造，地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于2020年底前達到90%以上等。

熱泵技術應用于污泥干化，進入水治理環(huán)保產(chǎn)業(yè)。2017年是環(huán)保政策年，新修訂的《中華人民共和國水污染防治法》在人大常委二十八次會議上表決通過，在政策驅(qū)動和需求升級的雙重促進下，水環(huán)境綜合治理將釋放逾萬億市場空間。我國污水處理廠從2006年起數(shù)量直線增加，而2010年后增長速度有所降低。截止2016年9月底，全國設施城市縣城已經(jīng)建成運行的污水處理廠3978座，污水處理能力已達到1.7億立方米每天，每年產(chǎn)生的濕污泥量超過4000萬噸。新修訂的《中華人民共和國水污染防治法》更加明確各級政府的水環(huán)境質(zhì)量責任，實施總量控制制度和排污許可制度，加大農(nóng)業(yè)面源污染防治以及對違法行為的懲治力度，并自2018年1月1日起施行。此外，國務院發(fā)布《水污染防治行動計劃》要求污水處理設施產(chǎn)生的污泥應進行穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置，禁止處理處置不達標的污泥進入耕地。非法污泥堆放點一律予以取締?，F(xiàn)有污泥處理處置設施應于2017年底前基本完成達標改造，地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于2020年底前達到90%以上。

我國的污水處理廠快速發(fā)展，處理水量和污泥產(chǎn)量大量增加。污泥處理屬于污水處理的一部分，相對于污水處理水平與標準的不斷提升，污泥處理處置顯得嚴重滯后。一方面，污水污泥泥質(zhì)的差異帶來了處理技術應用方面的難度，相關技術與裝備有待提升；另一方面，污泥處理處置和污水處理的費用比例相差甚遠，在很多項目的規(guī)劃和建設期，未考慮到污泥處理這部分的費用，導致污泥產(chǎn)業(yè)出路的瓶頸問題。我國污水處理費征收已經(jīng)比較普遍，但并未單獨對污泥處理征收費。一座具備完整污泥處理設施的污水處理廠，合理的運行費用比例應為，污水處理占1/3，污泥處理占2/3。同時，維修費用、更新改造費用同樣不可忽視。

污泥行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈包含污泥處置設備供應商、污泥處置工程建筑商，以及污泥處置運營商。運營模式上，除由政府投資運營外，污泥處理處置還有BOT（Build-Operate-Transfer，即建設-經(jīng)營-轉(zhuǎn)讓）、TOT（Transfer-Operate-Transfer, 即移交-經(jīng)營-移交）以及PPP(政府和社會資本合作：Public-PrivatePartnership)。

2017年，財政部將推出第四批PPP示范項目，財政部PPP示范項目已上升為國家級示范項目。針對污水、垃圾處理領域，財政部提出將聯(lián)合行業(yè)部門加快出臺PPP模式“強制應用”的指導意見，探索在合適領域開展PPP模式“強制識別”。2017年福建省住房和城鄉(xiāng)建設廳和福建省財政廳關于印發(fā)《鼓勵社會資本投資鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村生活污水處理PPP工程包的實施方案》。
借鑒國際經(jīng)驗及因地制宜，我國污泥處理采用“干化-焚燒”方案，即采用“污泥深度脫水——污泥焚燒——尾氣凈化”。熱泵技術應用于污泥干化，污泥低溫除濕干化機、污泥低溫余熱干化機、污泥裂解氣化等多項污泥處置環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品，解決了多項熱泵技術在污泥干化的技術難題，突破了污泥低溫干化過程能耗高、效率低的瓶頸，可廣泛適合各類污泥、減容、減量、無害化、穩(wěn)定化、資源化處理。