熱泵烘干技術(shù)在農(nóng)業(yè)果品烘干中的應(yīng)用

由于農(nóng)業(yè)果品需要烘干的量特別巨大, 長期以來, 農(nóng)業(yè)果品烘干一直是困擾農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)發(fā)展的重要因素。

常規(guī)干燥裝置通常直接用電加熱或燃料燃燒來獲得干燥所需的熱能, 如燃油鍋爐等。以熱風(fēng)干燥方式為例, 常規(guī)熱風(fēng)裝置中, 利用加熱器將環(huán)境空氣加熱到適當(dāng)溫度, 熱空氣進(jìn)入干燥器中將熱量傳給物料, 使其中的水分汽化并由空氣帶出干燥器, 出干燥器的空氣變?yōu)闇囟鹊汀⒑侄嗟膹U氣, 一般直接排入大氣中, 其裝置示意如圖1。

預(yù)設(shè)輸入加熱器中的燃料的熱能值或者電能為100份, 由于熱量傳遞過程中不可避免的會產(chǎn)生熱能損失, 因此, 實(shí)際得到的熱能僅為70%～95%。同時(shí), 由于進(jìn)入干燥器空氣的濕含量等于環(huán)境空氣的濕含量, 當(dāng)環(huán)境空氣中的濕度高、濕含量大且物料又要求低溫干燥時(shí), 上圖所示干燥裝置的應(yīng)用會受到一定限制, 效率低下且效果大受影響。特別是中小型鍋爐類產(chǎn)熱設(shè)備, 由于環(huán)境污染、安全隱患等原因, 更是政府全面整改的對象。新上項(xiàng)目要取得鍋爐相關(guān)許可非常困難, 嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品加工以及其后序的生產(chǎn)。

隨著我國食品法律的完善和嚴(yán)管, 人們逐漸提高了對烘干技術(shù)的關(guān)注度。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)果品烘干的環(huán)保問題、食品健康衛(wèi)生問題、烘干節(jié)能耗能問題、鍋爐操作安全問題、煤改電的政策導(dǎo)向問題等, 都成為了烘干行業(yè)的痛點(diǎn)。烘干行業(yè)都在尋找一種更健康、更環(huán)保、更安全、更節(jié)能的方式來替代傳統(tǒng)烘干方式, 空氣能烘干技術(shù), 也叫熱泵烘干技術(shù)就是目前可以替代傳統(tǒng)烘干方式的一種新技術(shù)、新方法。完全符合當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)要求, 是一種適合大力推廣和發(fā)展的新技術(shù)。

空氣能熱泵是一種高效制熱裝置, 通常達(dá)到300%～400%以上, 是新一代超節(jié)能環(huán)?？萍嫉膽?yīng)用, 是鍋爐產(chǎn)熱的最佳替代設(shè)備, 而且由于市場容量的快速增加, 其初投資成本已經(jīng)大幅降低。熱泵干燥裝置是熱泵和干燥器的有機(jī)結(jié)合, 典型的熱泵干燥裝置如下圖:

如圖2, 在熱泵干燥裝置中, 干燥器排出的廢氣不再排入環(huán)境, 而是進(jìn)入熱泵。熱泵將干燥器排出的廢氣先降溫除濕, 再加熱升溫后進(jìn)入干燥器循環(huán)利用。因此, 空氣能熱泵消耗100份電能, 通常可產(chǎn)生300-800份熱能。

熱泵干燥裝置中, 進(jìn)入干燥器空氣的濕含量取決于熱泵蒸發(fā)器對干燥器廢氣的冷卻程度 (與環(huán)境無關(guān)) , 可根據(jù)物料的干燥要求方便地控制干燥器進(jìn)氣濕含量和溫度, 易于在常溫常壓下進(jìn)行物料的干燥。

熱泵干燥裝置可根據(jù)物料特性有不同的流程和結(jié)構(gòu), 以基于蒸氣壓縮式熱泵的基本型封閉式熱泵干燥裝置為例, 其工作原理如圖3。

空氣能熱泵干燥裝置由兩個(gè)子系統(tǒng)組成:熱泵子系統(tǒng)和干燥子系統(tǒng)。熱泵子系統(tǒng)中, 制冷劑沿1-2-3-4-1循環(huán);干燥體系統(tǒng)中, 干燥介質(zhì)空氣沿5-6-7-5循環(huán)。熱泵子系統(tǒng)和干燥子系統(tǒng)通過干燥介質(zhì)有機(jī)的耦合為一個(gè)整體。熱泵是消耗少量高品位能量來制取大量熱能的裝置。熱泵子系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器等組成封閉回路, 熱泵工質(zhì)在其中循環(huán)流動;干燥子系統(tǒng)由干燥器、蒸發(fā)器、冷凝器等組成封閉回路, 空氣 (或其他的干燥介質(zhì)) 在其中循環(huán)流動。

空氣能熱泵烘干系統(tǒng), 其平均能效遠(yuǎn)高于電熱系統(tǒng), 廣泛應(yīng)用于工、商、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域及其他特殊領(lǐng)域, 且無污染排放, 已成為各類民用、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和政府采購節(jié)能減排的首選方案。

但是, 目前市場上該類熱泵烘干機(jī)組產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)水平參差不齊:第一代熱泵烘干產(chǎn)品:機(jī)組只有加熱功能;第二代產(chǎn)品:機(jī)組有加熱功能, 部分除濕功能;第三代產(chǎn)品:機(jī)組集加熱、冷干、除濕、排濕、通風(fēng)五大功能于一體。

新的熱泵烘干技術(shù)不僅解決了烘干的環(huán)保節(jié)能健康的問題, 而且, 也實(shí)現(xiàn)了真正的智能控制, 無人值守。具備了傳統(tǒng)烘干不具備的優(yōu)勢, 主要有以下幾點(diǎn):

(1) 大屏全觸摸控制, 三大智能運(yùn)行模式:智能烘干、閉環(huán)干燥、恒溫除濕;根據(jù)不同使用需求和季節(jié)環(huán)境, 有效切換最佳干燥模式, 大幅提升干燥效率, 同時(shí)節(jié)省能源。

(2) 運(yùn)行模式可單獨(dú)運(yùn)行, 也可階段交叉運(yùn)行, 根據(jù)不同加工工藝, 靈活調(diào)整;

(3) 應(yīng)急快捷輔助系統(tǒng):強(qiáng)制排潮、輔助電熱、手動換向 (部分支持) 、工藝預(yù)設(shè)；

(4) 機(jī)組有四組熱交換器 (兩組蒸發(fā)器、一組冷凝器、一組熱回收器) , 極大提升烘干效率。高溫高濕廢氣經(jīng)雙重?zé)崃炕厥? 節(jié)約電能消耗, 提高加熱效。

(5) 全智能化運(yùn)行程序, 設(shè)定后無需專人看守, 維護(hù)方便, 大幅節(jié)省鍋爐工人工費(fèi)用。

由此可見, 熱泵烘干技術(shù)是當(dāng)前農(nóng)業(yè)烘干行業(yè)中, 最值得推廣與發(fā)展的技術(shù), 這不僅對中國科技農(nóng)業(yè)的推進(jìn)有十分重要的影響, 同時(shí)也是世界的農(nóng)業(yè)烘干的未來發(fā)展方向。