基于空气源热泵技术的三段五步式烤烟需热特性分析研究

　　摘要：烟叶烘烤过程中需热特性的准确计算分析是设计热泵式烟叶烤房的基本条件。以热泵加热式烟叶烤房为研究基础，通过对烟叶烘烤过程中传热传质过程进行计算分析，得出烟叶烘烤过程中热负荷随烘烤时间的变化曲线。进而采用焓差法对热泵加热装置的制热量进行了试验测试，得出了烟叶烘烤过程中热泵加热装置制热量随烘烤时间的变化曲线。经对比分析，实际制热量曲线和理论热负荷曲线有很好的一致性，验证了该分析方法的准确性，对热泵加热式烟叶烤房的设计具有一定参考意义。
　　关键词：热泵加热式烟叶烤房；热负荷曲线；热量衡算；传热传质；焓差法
　　中图分类号：S375 文献标志码：A doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2018.09.042
　　Abstract：Accurate calculation and analysis heat demand characteristics is the basic conditions for designing the heat pump tobacco curing barn. Research on the heat pump tobacco curing barn，calculation and analysis of heat and mass transfer in the tobacco baking process，heat demand with the baking time in the process of tobacco baking were obtained. We measured the heat capacity of heat pump by enthalpy potential method，the heat capacity of heat pump with the baking time in the process of tobacco baking were obtained. The analysis indicatesd that the test results well agree with the theoretical computation results. Test results have demonstrated the accuracy of the proposed method. The proposed method was significative in the design of the heat pump tobacco curing barn.
　　Key words：heat pump tobacco curing barn；curve of heat demand；heat balance；heat and mass transfer；enthalpy potential method
　　0 引言
　　烟叶烤房是烟叶烘烤的专用设备，随着生产力的发展，烟叶烤房不断更新换代，经历了明火烤房、自然通风式普通烤房、热风循环烤房、普改密烤房、密集烤房等形式[1]，目前国内普遍采用燃煤的密集烤房对烟叶进行烘烤，热利用率低、耗煤量高，通常要烘烤得到1 kg干烟叶需要消耗标准煤1.5～2.5 kg[2]，热利用率低、耗煤量高，而且燃煤烟气直接排放的环境污染严重。热泵技术以能够有效回收低温余热，达到高效节能的特有优势，在各行各业中得到了普遍应用，取得了快速发展[3]。近年来，河南农业大学的宫长荣、合肥通用机械研究院的朱斌祥、山东省标准化研究院的孙晓军、中国科学院理化技术研究所的张振涛等对以高温热泵作为热源的烟叶密集烤房进行了一些理论和试验研究。研究结果表明，以高温热泵作为热源的烟叶密集烤房能够满足烟叶烘烤工艺要求，与燃煤密集烤房相比，节能效果显著。迄今为止，已公开的文献少有针对烟叶烘烤过程中热负荷变化及其影响机理的研究。煙叶烘烤过程中的需热特性是研制热泵加热机组和设计烤房维护结构的基础。如需热特性分析不准确，将导致热泵加热机组的制热能力与烤烟需热量不匹配和烤房维护结构设计不合理，影响烤房的经济性和烟叶烘烤质量[4]。因此，烟叶烘烤过程中需热特性的分析研究对于热泵加热式烟叶烘烤技术的发展热泵加热式烟叶烤房的推广应用具有十分重要的意义。对烟叶烘烤过程中需热特性进行计算分析并经试验验证，研究热负荷的主要组成及其变化规律。为烤房围护结构及热泵加热式烟叶烘烤系统设计提供参考依据。
　　1 理论计算
　　1.1 计算基础条件
　　1.1.1 热泵加热式烟叶烤房基本结构与技术参数
　　计算依据安徽省研制和推广了AH系列烤烟密集烤房[4]的改良型热泵加热式烟叶烤房。该烤房包括墙体、房顶、门、观察窗、热风进风口、热风进风道、回风口、回风道、排湿口、分风坡或分风装置、内置挂烟架、编烟装置等。装烟室长8 000 mm，宽2 700 mm，高3 500 mm；墙体厚度240 mm，采用砖混结构，整体密封；屋面厚度120 mm，用整浇注钢筋混凝土制作，设置隔热层；装烟室大门宽度 2 700 mm，高度3 000 mm，开设于装烟室一端，采用彩钢板复合保温板，保温材料为聚苯乙烯泡沫板；观察窗宽度300 mm，高度1 600 mm，装烟室大门和装烟室背面各开设一面，双层中空玻璃。
　　1.1.2 计算模型的建立
　　烟叶烘烤是一个复杂的传热、传质过程，同时伴随着复杂的物理、化学变化[5]。烟叶烘烤过程中热泵系统将热量传给烤房内空气，烟叶从空气中吸收热量使水分蒸发到空气中，同时烟叶也可能会产生化学反应热，反应热难于计算。如将烤房内烟叶、空气作为一个整体，以烤房维护结构为边界，该整体与外界环境之间的传热传质过程就变得简单明了。从宏观角度，以烤房维护结构为边界，通过烤房与外界环境的热量和质量平衡计算，得出烟叶烘烤过程中热负荷及其变化规律。

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