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          熱泵烘干煙葉解決方案

          時間:2019-03-30

          煙草質料質量是卷煙質量的根底和最重要的約束要素?,F在,我國煙草質料出產最突出最要害的問題是香氣品質和上等煙份額不滿足卷煙工業的需求,其中烘烤加工設備和工藝條件起著十分重要的作用。近幾年的研究和實踐證明,由于烘烤設備陳舊落后,加工工藝不能得到保證,造成煙葉質量和煙農損失有25%~30%。煙葉烘烤是一個很多耗熱的進程,普通烤房用煤直接供熱,熱利用率低。耗煤量高,通??靖?公斤煙葉耗煤量在1.5~2.5公斤標煤,并且環境污染嚴重。


          近年來,隨著現代煙草農業的發展,烤房的改進和煤炭替代能源的開發成為煙葉生產中越來越受到重視的問題。熱泵作為一種環保型的制熱設備,在發達國家已開始普及。為將熱泵及其配套技術應用到煙葉烘烤中,我國某些科技人員和企業做了一些嘗試,結果表明,熱泵烤房可有效利用空氣中的熱能替代煤炭進行煙葉烘烤,而且烤后煙葉質量有明顯提高,烘烤成本明顯降低。


          利用熱泵原理,我們研制了熱泵加熱、熱風循環、冷凝除濕、溫濕度自控的煙葉烘烤設備,并設計建設了煙葉熱泵烘干房。

          煙葉烘干效果圖

          煙葉烘烤效果圖

          我們試驗使用的熱泵烘干設備由裝煙室、熱泵加熱系統、冷凝排濕系統、溫濕度自動控制系統組成。裝煙室采用100mm厚的聚氯酯彩鋼夾心板作墻體,保溫性能良好,生產中可采用土木結構。設一個裝料門,一個維修門,4個排濕口,2個觀察窗,如下圖所示。裝煙室內平面面積為6.0mx2.8m,高2.3m,分上下兩層裝掛煙葉,一次可裝鮮煙葉2.5噸左右。鮮煙葉含水率一般85%~90%(按88%計算),按煙葉烘烤工藝要求,煙葉干燥過程中最大失水速率為1.5%/h,煙葉在正常烘烤過程平均汽化蒸發1kg水分需熱量為2.6x10^3kj??緹熜锜崃亢凸崃亢馑闳缦?。

          熱泵烘干煙葉解決方案

          (1)鮮煙水分


          G1=2500kgx88%=2200kg


          煙葉中水分每小時的最大汽化蒸發排除量:


          G2=2200kgx1.5%/h=33kg/h


          (2)水分汽化需熱


          Q1=33kg/hx2.6x10^3kj/kg=8.58x10^4kj/h


          設有效熱利用率70%,需熱量:


          Q2=8.58x10^4kj/h÷70%=1.23x10^5kj/h


          取設計供熱能力:1.5x10^5kj/h。


          根據烤煙過程熱量衡算結果,加熱設備采用5匹谷輪渦旋式壓縮機兩臺,風冷冷凝器、蒸發器、艾可熱力膨脹閥。在變黃期和定色期,由于保溫箱內外溫差小,加熱設備效率高,開啟一臺加熱設備;在干筋期由于保溫箱內外溫差大,加熱設備效率相對低,開啟兩臺加熱設備。


          為最大可能地利用熱能,避免排濕時將大量熱量排放出去,該裝置采用冷凝排濕系統代替進風口、排濕口進行除濕。冷凝排濕系統由蒸發器、1匹轉子式壓縮機兩臺、風冷冷凝器蒸發器、毛細管、接水盤及排水管組成。通風設備采用高效節能的T35系列7.1號風機,高轉速為960r/min,葉角35度,最大風量為17296立方/小時,最大風壓為167Pa,考慮到煙葉變黃期、定色期、干筋的需風量不同,選用雙速風機,電機功率1.1/0.75kw6/8極,可達到較好的節能效果。


          熱泵溫、濕度自控煙葉烘烤設備箱體內的煙葉受外界影響較小,溫度保持均衡,在煙葉變黃階段為±0.5℃,定色階段為±1℃,干筋階段為±0.5℃,下表是煙葉烘烤不同階段幾個代表性檢測點的溫度值。從下表中可以看出,在加熱過程中,裝煙室內的溫度波動范圍很小,各部位基本上不存在溫度梯度。這就有利于煙葉烘烤工藝條件的落實,并保證裝煙室內煙葉變化的均衡一致。


          熱泵烘干煙葉解決方案


          由于裝煙室密封性好,因此能很好地保溫保濕,整個煙葉烘烤過程中從低溫到高溫,熱泵一般每工作5~8min,然后自行停機120~20min(下表)。而且室內溫度比較穩定,當箱內與外界的溫差變化大時,加熱設備的工作頻率增加,而工作時間基本穩定,裝煙室內溫度不會出現較大輻度的波動和過低、過高的現象,從而從根本上避免了烤青和掛灰現象的產生。


          煙葉干燥解決方案


          熱泵溫、濕度自控煙葉烘烤設備采用熱風循環和冷凝除濕裝置,在冷凝過程中,水從氣態變為液態,釋放大量的熱,而且裝煙時有良好的隔熱能力,基本上不與外界發生熱交換,熱量不易散失或漏失因此整個系統熱能利用率高。1kw電能可產生相當于正常條件下4~8kw的電能產生的熱能,烘烤每千克干煙葉平均耗電量約為2kw.h。試驗檢測結果見下面,烤干一公斤煙葉耗電量為2度左右,過程中共排除水分6公斤,折合排除一公斤煙葉水分的耗能量為1200千焦,是普通烤房排除1公斤水分耗能量(2600千焦)的百分之四十。


          煙葉烘干設備


          本設計供熱量Q=1.5x10^5千焦/小時。用電加熱、燃氣、燃油、燃煤、熱泵烘烤煙葉的能耗如下。


          (1)用電加熱烘烤:耗電量為P=Q/3600=1.5x10^5/3600=41.67度,取0.6元/度,電費為41.67度x0.6元/度=25元。

          (2)燃氣、燃油、燃煤按H=Q/(qη)計算,式中,H為燃料消耗量;Q為每平方燃氣或每千克燃料燃氣(燃油、燃煤)的發熱值,這三種燃料發熱值依次為35000千焦/立方、41800千焦/千克、20000千焦/千克;η為熱效率,燃燒這三種燃料的熱效率依次為0.85、0.8、0.6。則:燃氣消耗量為5.04立方,取2.8元/立方,燃氣費用為14.1元;燃油消耗量為4.485千克,取3.0元/千克,燃油消耗費為13.45元;燃煤消耗量為12.5千克,取0.55元/千克,燃煤消耗費為6.88元。

          (3)用熱泵加熱烘烤(制熱系數cop=3.1),消耗電能為:P=Q/(3600xcop)=150000/(3600x3.1)=13.44度。取0.6元/度,電費為13.44度x0.6元/度=8.06元。


          從以上計算可知,用煤費用最低,但普通燃煤烤房自動控制困難,烘烤質量不高,且產生大量有害氣體,污染環境;用鍋爐周期加熱則造價過高;燃油、燃氣烤使用費用太高;電熱絲使用費用更高。因此,熱泵加熱方式有顯著的經濟效益和環境效益。采用熱泵加熱方式和熱風循環的方法充分利用熱能,并配合冷凝除濕方式排除冷凝水,一方面有效地提高了熱能利用率,節能效果很明顯。


          從電-熱轉化角度看,一度電能可產生相當于正常條件下3~6千瓦的電能產生的熱能。試驗結果,烘烤一公斤干煙葉平均耗電量約為2度,冷凝除濕效率達15%左右,而且不產生廢氣和廢水,有顯著的社會和環境效益。另一方面,煙葉烘烤質量也得到改進和提高。熱泵溫、濕度自控煙葉烘烤設備是一種多功能的烘干設備,除烘烤煙葉外,還可以根據多種農產品特點和干燥需要設計工藝模式,實現烘干,如香菇、木耳、蔬菜、糧食、中藥材等。與國內外燃油、鍋爐烤煙房對比,熱泵自控烘烤設備與它們建造成本相當或更低,使用成本只有燃油密集烤房的50%,且減少了大量的環境污染,也不像鍋爐供熱烘房那樣需要水處理等復雜管理程序。所以,熱泵自控烘烤設備具有廣泛的應用價值和前景。


          以上計算只考慮了能耗費用而沒考慮設備費、人工管理費和維修費等各項費用,而且,各地方、不同時期的各項費用價格也不同,故以上能耗費用分析僅供參考。

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