预设型高温除湿热泵在烟叶烘干中的应用分析

　　【摘 要】利用热泵原理，在烟叶烘干过程中，通过回收排湿过程中排出的热量，达到节能目的，而且整个过程无任何烟气、废物排放，特别环保；烤烟试验结果表明.其可严格按照三段式烘烤工艺对烟叶进行烘烤；通过操作界面的预设，实现分段恒温控制，由于采用变频压缩机、变频风机，整个烘干房匀速升温、温度场分布均匀，运行过程中温度波动小。
　　【关键词】变频控制；热泵烘干；除湿；烟叶烘干
　　0.引言
　　国内目前烟草种植面积达2000多万亩，主要分布在云南、广西、湖南、贵州等地。在卷烟成型的流程中，其中烘烤加工设备和工艺条件起着十分重要的作用。传统的烟叶烘烤主要是以燃煤等为燃料，煤炭燃烧所产生的二氧化硫等有害物质，更是严重污染了大气环境，影响人们的身体健康。同时产生大量的CO2温室气体，造成全球温度上升；[1]另外整个工艺都是凭借操作者经验和感觉，进行温湿度控制，人为控制造成烟叶品味大大降低，烟叶质量参差不齐，严重影响烟农的收入。应用热泵烤烟将可以降低能源消耗，成本降低约10%左右，关键可以减少污染气体、温室气体的排放，将为节能减排作出重要贡献。同时提高烟叶的烘烤质量，为烟农创收；同时热高温除湿热泵烤烟可实现全自动控制，一个大的烘烤房群20-30间烘烤房基本只需要2～3个人进行操作控制，节约大量劳动成本。
　　1.高温除湿热泵在烟叶烘干应用原理
　　高温除湿热泵加热系统由翅片式蒸发器、直流变频压缩机、翅片式冷凝器、电子膨胀阀组成。为了达到高的出风温度，循环工质采用R134a制冷剂；为提高热量利用率，避免除湿时热量浪费，通过凝露排湿系统进行除湿。凝露排水系统由接水盘、排水管组成，整个工艺流程图，如图1所示。为了全自动化控制，机组提供了人性化的数字显示操作界面如图2所示。
　　2.运行分析
　　2.1除湿分析
　　湿空气从回风口进入机组先经过蒸发器，与之进行热交换。由于蒸发器的翅片度低于湿空气露点温度，空气中所含的水分将被凝露出来并排走。然后空气再流经冷凝器吸热并升温，进入烘房丛烟叶中吸收水分。
　　2.2热泵运行节能分析
　　从除湿分析中可以看出，湿空气经过蒸发器后，产生凝露，湿空气在凝露冷却过程中是个放热过程，对应蒸发器吸收了热量，设为Q2，压缩机、风机等需要消耗电能Q3，冷凝器向干空气传热设为Q1；热泵能效系数：COP=Q1/Q3=Q1/（Q1-Q2），理论上该数值在9～39左右，考虑实际各项损失，热泵能效系数一般在4～8左右[2]。
　　3.热泵烘干系统运行分析
　　烘干房尺寸：3.6*8*3.4米，装烟量4000kg-5000kg；加热设备直流变频压缩机10HP、电子膨胀阀3.0mm口径、直流风机风量18000m3/h，最大机外余压170kPa。
　　通过控制器设定变黄阶段1运行时间：15小时、干球温度：36℃/湿球温度34℃、设定压缩机运行频率1、调节风机运行频率1、新风风阀开度1、回风风阀开度1。
　　通过控制器设定变黄阶段2运行时间：40小时、干球温度：40℃/湿球温度36℃、设定压缩机运行频率2、调节风机运行频率2、新风风阀开度2、回风风阀开度2。
　　通过控制器设定定色阶段1运行时间：15小时、干球温度：42℃/湿球温度36℃、设定压缩机运行频率3、调节风机运行频率3、新风风阀开度3、回风风阀开度3。
　　通过控制器设定定色阶段2运行时间：30小时、干球温度：52℃/湿球温度37℃、设定压缩机运行频率4、调节风机运行频率4、新风风阀开度4、回风风阀开度4。
　　通过控制器设定干筋阶段1运行时间：20小时、干球温度：60℃/湿球温度40℃、设定压缩机运行频率5、调节风机运行频率5、新风风阀开度5、回风风阀开度5。
　　通过控制器设定干筋阶段2运行时间：20小时、干球温度：68℃/湿球温度45℃、设定压缩机运行频率6、调节风机运行频率6、新风风阀开度6、回风风阀开度6。
　　（用户可以根据需求每个阶段可以设定更多的运行时间、干球/湿球温度）。
　　烘干房内实际温度曲线：
　　由于烘干房密封性好、保温保湿性能高，整个烟叶烘烤过程中从低温到高温，压缩机一般在设定频率工作一段时间，然后自行降至低频运转。而且室内温度比较稳定，当箱内与外界的温差变大时，压缩机的频率缓慢增加，烘干房内温度不会出现较大幅度的波动和过低、过高的现象，从而从根本上避免了烤青和挂灰现象的产生[1]。
　　通过测试计算发现，环境温度在24℃时，热泵的能效值约4～8之间[2]，烘烤每千克干烟叶平均耗电量约为1.8kW·h。
　　4.结论
　　（1）采用高温除湿热泵加热方式进行烟草烘干，完全可以替代传统的烧煤烘干方式。
　　（2）采用高温除湿热泵加热方式，有效地提高了热能利用率，节能效果很明显。试验结果，烘烤1kg干烟叶平均耗电量约为1.8kW·h，运行成本与烧煤成本相比低，而且不产生废气、废水，有显著的环境效益。
　　（3）高温除湿热泵烤烟可真正实现自动化控制。根据三段式烘烤工艺对温湿度的要求，通过控制器的预设干/湿球温度、运行时间，以及直流变频压缩机、直流变频风机的自动控制，可以确保烤房内温度接近预定温度曲线，从而从根本上避免了烤青和挂灰现象的产生。
　　【参考文献】
　　[1]孙培和.王先伟.王法懿.闰太和.孙晓军.刘田军.高温热泵烟叶烤房的研究与应用[J].现代农业科技，2010，（1）：252-256.
　　[2]宫长荣，潘建斌.热泵型烟叶自控烘烤设备的研究[J].农业工程学报，2003，（1）：155-157.

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