熱泵烘干技術在農業果品烘干中的應用

由于農業果品需要烘干的量特別巨大, 長期以來, 農業果品烘干一直是困擾農產品加工業發展的重要因素。

常規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。以熱風干燥方式為例, 常規熱風裝置中, 利用加熱器將環境空氣加熱到適當溫度, 熱空氣進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, 出干燥器的空氣變為溫度低、含水分多的廢氣, 一般直接排入大氣中, 其裝置示意如圖1。

預設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生熱能損失, 因此, 實際得到的熱能僅為70%～95%。同時, 由于進入干燥器空氣的濕含量等于環境空氣的濕含量, 當環境空氣中的濕度高、濕含量大且物料又要求低溫干燥時, 上圖所示干燥裝置的應用會受到一定限制, 效率低下且效果大受影響。特別是中小型鍋爐類產熱設備, 由于環境污染、安全隱患等原因, 更是政府全面整改的對象。新上項目要取得鍋爐相關許可非常困難, 嚴重影響農產品加工以及其后序的生產。

隨著我國食品法律的完善和嚴管, 人們逐漸提高了對烘干技術的關注度。

傳統農業果品烘干的環保問題、食品健康衛生問題、烘干節能耗能問題、鍋爐操作安全問題、煤改電的政策導向問題等, 都成為了烘干行業的痛點。烘干行業都在尋找一種更健康、更環保、更安全、更節能的方式來替代傳統烘干方式, 空氣能烘干技術, 也叫熱泵烘干技術就是目前可以替代傳統烘干方式的一種新技術、新方法。完全符合當前的標準要求, 是一種適合大力推廣和發展的新技術。

空氣能熱泵是一種高效制熱裝置, 通常達到300%～400%以上, 是新一代超節能環保科技的應用, 是鍋爐產熱的最佳替代設備, 而且由于市場容量的快速增加, 其初投資成本已經大幅降低。熱泵干燥裝置是熱泵和干燥器的有機結合, 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境, 而是進入熱泵。熱泵將干燥器排出的廢氣先降溫除濕, 再加熱升溫后進入干燥器循環利用。因此, 空氣能熱泵消耗100份電能, 通常可產生300-800份熱能。

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

熱泵干燥裝置可根據物料特性有不同的流程和結構, 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子系統組成:熱泵子系統和干燥子系統。熱泵子系統中, 制冷劑沿1-2-3-4-1循環;干燥體系統中, 干燥介質空氣沿5-6-7-5循環。熱泵子系統和干燥子系統通過干燥介質有機的耦合為一個整體。熱泵是消耗少量高品位能量來制取大量熱能的裝置。熱泵子系統由壓縮機、冷凝器、節流閥和蒸發器等組成封閉回路, 熱泵工質在其中循環流動;干燥子系統由干燥器、蒸發器、冷凝器等組成封閉回路, 空氣 (或其他的干燥介質) 在其中循環流動。

空氣能熱泵烘干系統, 其平均能效遠高于電熱系統, 廣泛應用于工、商、農業領域及其他特殊領域, 且無污染排放, 已成為各類民用、工業、農業和政府采購節能減排的首選方案。

但是, 目前市場上該類熱泵烘干機組產品質量、技術水平參差不齊:第一代熱泵烘干產品:機組只有加熱功能;第二代產品:機組有加熱功能, 部分除濕功能;第三代產品:機組集加熱、冷干、除濕、排濕、通風五大功能于一體。

新的熱泵烘干技術不僅解決了烘干的環保節能健康的問題, 而且, 也實現了真正的智能控制, 無人值守。具備了傳統烘干不具備的優勢, 主要有以下幾點:

(1) 大屏全觸摸控制, 三大智能運行模式:智能烘干、閉環干燥、恒溫除濕;根據不同使用需求和季節環境, 有效切換最佳干燥模式, 大幅提升干燥效率, 同時節省能源。

(2) 運行模式可單獨運行, 也可階段交叉運行, 根據不同加工工藝, 靈活調整;

(3) 應急快捷輔助系統:強制排潮、輔助電熱、手動換向 (部分支持) 、工藝預設；

(4) 機組有四組熱交換器 (兩組蒸發器、一組冷凝器、一組熱回收器) , 極大提升烘干效率。高溫高濕廢氣經雙重熱量回收, 節約電能消耗, 提高加熱效。

(5) 全智能化運行程序, 設定后無需專人看守, 維護方便, 大幅節省鍋爐工人工費用。

由此可見, 熱泵烘干技術是當前農業烘干行業中, 最值得推廣與發展的技術, 這不僅對中國科技農業的推進有十分重要的影響, 同時也是世界的農業烘干的未來發展方向。