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太阳能+热泵枸杞烘干系统设计及经济性分析

2019-06-04    来源:中国节能网
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[ 导读 ]:太阳能空气集热器是利用太阳能直接加热空气的装置,最高稳定出风温度可达到140℃(三块串联)。加温后的热空气可广泛的用于药材、纺织物、食品等领域的干燥,以及海水淡化、民用采暖等方面,集热性能高,清洁无污染。
太阳能空气集热器是利用太阳能直接加热空气的装置,最高稳定出风温度可达到140℃(三块串联)。加温后的热空气可广泛的用于药材、纺织物、食品等领域的干燥,以及海水淡化、民用采暖等方面,集热性能高,清洁无污染。

空气集热器太阳能烘干系统受天气的影响较大,而且大部分农作物和工业烘干需要全天候连续不?#31995;?#28888;干,如果仅依靠太阳能作为单一能源,具有很大的局限性,为不影响使用效果,一般需要配置辅助能源。目前常规的辅助热源中高温热泵是最方便的一种方式,太阳能空气集热器与高温热泵耦合,可以满足采暖和烘干高温高效的需要,实现很好的节能效果。

据了解,广东五星太阳能股份有限公司(简称五星太阳能)实现了相对高效的太阳能空气集热器在烘干系统中与高温热泵的耦合,其中空气集热器瞬态效?#24335;?#36317;0.66,热损系数3.99;高温热泵在环境25℃左右?#20445;?#20986;口温度40℃时COP在 4.65左右,出口温度75℃时COP在 3.4以上。两者耦?#31995;?#28888;干房可以精确控温、控湿,分阶段控制,适合不同烘干物干燥,?#20998;视?#33391;。目前五星太阳能已经在食品烘干、 中草药烘干、农作物烘干、工业生产烘干等领域做了大量示范工程,运用项目包括:地毯、烟草、枸杞、槟榔、腊肉、金银花、桂圆、蔬菜的烘干等,以及青海、宁夏等东北地区民用采暖工程。

本文通过五星太阳能设计建设的宁夏吴忠枸杞空气能热泵+太阳能烘干系统对太阳能中温空气集热技术进行介绍,以供参考。

1  工?#35848;?#36848;

宁夏吴忠枸杞空气能热泵+太阳能烘干系统位于宁夏自治区吴忠市,由五星太阳能设计并整体建设。在吴忠,枸杞的采摘期为6月至10月,其中,枸杞的收成初期为6月中旬至6月下旬,盛期为7月上旬至8月下旬,晚期为9月中旬至10月下旬,这段时间平均辐照19.352MJ/(㎡*d),平均气温18.3℃。因而宁夏枸杞烘干作业的时间为每年的6~10月。

由于枸杞鲜果含水率80%左右,且枸杞果实有胶质果皮,前期烘干不能太高温度,需求分阶段由35℃~65℃逐渐加温,烘干时间比较长,大约需求24小?#20445;?#30001;高精度操控仪调节温度和湿度。

为提升枸杞农在采收季节枸杞的烘烤能力,提高枸杞成品率,五星太阳能依据客户的要求,建设了空气源热泵+太阳能辅佐的双源枸杞枯燥系统,选用聚?#20998;?#20445;温板制造烘干房,每次可进入枸杞9000Kg,烘干房装备14台10匹空气源高温热泵烘干机和162㎡太阳能空气集热器。白天有阳光照射?#20445;?#22826;阳能集热器直接为烘干系统供热,如温度高于烘干物所需温度,控制系统自动调节?#20102;?#38656;温度后再送入烘房。晴好天气的白天,空气源热泵几乎不启动。太阳辐照达不到要求?#20445;?#21551;动空气源热泵提供热源。

太阳能+热泵枸杞烘干工程原理图如下所示。其中,1)集热器与烘干房集成一体,可节约成本,降低热损;2)设计全热交换器,回收余热;3)设计储热材料,收集正午多余热量,辐照降低时利用,更大限度提高太阳能节能率。



太阳能+热泵枸杞烘干工程原理图

2  太阳能耦合空气源热泵烘干设备

为了能够按照烘干物最佳干燥工况要求自动加热?#32479;?#28287;,达到最佳烘干效果,五星太阳能开发了新型自动化太阳能干燥房。该设备集成太阳能集热技术、太阳能集热与热泵联动升温与除湿技术,烘干房内稳定运行温度80℃以内,设备配置太阳能空气集热器和空气源热泵,可高效利用太阳能,无冻结风险,与传统电烘干烘干相比,可以节能50%~90%。






在宁夏吴忠枸杞空气能热泵+太阳能烘干项目中,烘干房包括彩钢板节能房及烤架、10匹空气源高温热泵烘干机14台、高温高湿调速风机14台、自动风门、排湿窗、可编程枸杞烘干控制器、温湿度探测器等配套设备。烘干房尺寸为:18.53m×7.15m×2.12m,总容积281m3。

在枸杞烘干之前,需对烘房进?#24615;?#28909;,当温度达到35℃后,方可把物架?#31995;?#26552;杞?#24179;?#28888;房。当空气被加热,物料在高温烘烤的过程中,保温房中的空气温度和湿度不断上升,当保温房内的干湿球温度超越设定的干湿球温度?#20445;?#39118;门会主动逐渐敞开到最大,外界空气进入,除湿风机联动,将保温房内的“水汽”经过排湿口排出。当排出水份后,保温房内的干湿球温度、湿度都会下降,风门又会逐渐关闭,排湿风机停止工作。空气又在密闭的环境内加热升温,重新达到设定的干湿球温度后,又会重复上述进风排湿过程,直至达到完全烘干。这种智能太阳能+热泵烘干房能够完成自动烘烤,可节约人力物力、节约能源。

3  投资经济性

经过计算,宁夏吴忠枸杞空气能热泵+太阳能烘干系统中每个烘房配备制热量为488.1kW的空气源热泵就能满足干燥的需求,即配置高温热泵烘干机组14套KRG-10(632)10HP的较为合理,制热量为490kW。

烘干10t鲜枸杞,太阳能+热泵总耗电量为828kWh,采用纯热泵烘干相同重量的枸杞耗电量为1237kWh,即采用太阳能为整个运行25小时的烘干系统节约 33%能耗。

烘干系统节能及经济性分析

1) 节能率=(纯热泵系统能耗-太阳能热泵系统能耗)/纯热泵系统能耗=33%;

2) 按每天节能409kWh,烘干枸杞时间为5月20日~10月30日,太阳能晴好天按照80%计算,当地电价按0.93元/ kWh计算,节能收益约49828元/年;

3) 太阳能系统部分初投资金额为1100元/㎡,单套系统168㎡,静态回收期约3.7年。

与传统煤烤房相比,太阳能+热泵枸杞烘房不仅节能,而?#20197;?#28888;烤进程无任何污染物排放,非常环保。以工程案例中设计的枸杞干燥房为单位计量得出:采用热泵+太阳能双源枸杞干燥系统的情况下与直接用电加热干燥房相比,每天约节电4329.5-828=3501.5度。

(所在地区晚上20度左右,白天35度左右,变工况下热泵平均COP按3.5计,单用热泵产热量为1237*3.5=4329.5,改用电加热不少于此值。)



宁夏太阳能+热泵烘干房



14台10P高温空气源热泵



热泵自动化烘干生产线



枸杞烘干

 
关键词: 太阳能 热泵 烘干
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