分析油棕榈叶太阳能干燥系统设计

摘要：本文介绍了油棕榈叶太阳能干燥系统，该项目充分利用了当地丰富的太阳能资源，油棕榈叶粉碎后送入被动式太阳能干燥室预干燥，再利用太阳能空气集热器阵列和除湿热泵干燥，实现了连续性规模化干燥作业。 　　0引言 　　该项目位于马来西亚沙巴州的斗湖市,业主方的设计要求是：建设一座每小时生产5t 油棕榈叶干料的太阳能干燥工厂，每天生产8h，日产油棕榈叶干料量40t，再将粉碎干燥后的叶片在制粒车间粉碎成颗粒（长5cm-7cm，直径1cm）用作牛饲料。棕榈树叶（如图1 所示）由叶片和叶柄组成，叶片的初含水率约55%，叶柄的初含水率约75%。干燥设计目标是将叶片干燥到平均含水率为10%-15%，以符合饲料制粒（如图2所示）要求。 　　由于需要蒸发的水分量较大（由初始含水率55-75%干燥至含水率10%-15%），如完全使用电、柴油动力机或除湿热泵进行干燥，效率虽高但运行成本高，不具有较好的经济效益。因此，设计时将整个干燥过程分为两个阶段，先用太阳能把树叶/叶柄24h内预干至约30%的含水率，再经由太阳能系统和热泵完成后阶段的干燥。生产流程为：初步粉碎寅太阳能预干燥寅太阳能和热泵联合干燥寅再粉碎寅制粒寅包装。 　　1热工计算 　　1.1油棕榈叶除湿量计算 　　根据表1，按照每小时干燥5000kg 油棕榈叶计算，每小时需蒸发水分质量为3333kg。  　　1.2太阳能空气集热器及干燥房的热负荷计算 　　1.2.1油棕榈叶预热升温所需热量 　　2方案设计 　　项目整体布置如图3所示。 　　考虑项目场地情况，设置太阳能集热器数量为510块，面积为252m2的太阳能干燥房3 间；面积为432m2的太阳能与热泵相结合的干燥房1间。第一阶段干燥热量完全由太阳能提供，第二阶段连续干燥由热泵提供部分热量。干燥系统的设计用量完全满足全过程干燥的热量需求。 　　整个系统由粉碎车间，三条太阳能干燥线，一条太阳能和热泵联合干燥线，控制室、再粉碎车间，制粒和包装车间组成。油棕榈叶经初步粉碎后，由输送机传送至太阳能预干燥线将油棕榈叶干燥至含水率为30%；完成初步干燥后的油棕榈叶由输送机送至太阳能和热泵干燥线，油棕榈叶被干燥至含水率10%~15%；完成干燥后的油棕榈叶经过再次粉碎后送至制粒车间，制成饲料颗粒。干燥线的工作由PLC控制器、温湿度传感器、接近开关等自动控制。 　　2.1太阳能预干燥线设计 　　太阳能预干燥线共有3条，每条干燥线的干燥房长42m、宽6m；干燥房墙体材料为聚氨酯保温板；屋顶采用PC阳光板，有利于透光、隔热和保温；结构材料为镀锌钢管，能保证较好的强度和使用寿命。 　　每条42m生产线的上方屋面两侧各安装十二组太阳能空气集热器（共360块），经管道将产生的热空气导入生产线中；东西向干燥房室内顶部共安装五个变频轴流风机和6台除湿风机；在太阳能生产线分设6组温度和湿度传感器，经信号线与控制室相连，由控制系统将生产线温度自动保持在60±0.3℃；在干燥室内空气湿度达到90%时，自动启动除湿风机，排除室内湿空气。42m长干燥房如图4所示。 图4 42m长干燥房 　　2.2太阳能和热泵相结合干燥线设计 　　太阳能和热泵干燥线干燥房长72m，宽6m；生产线的南侧设置十五组太阳能空气集热器（共150块），经保温管道将热空气送到太阳能干燥生产线中，运行原理见图5，干燥房的实景内部见图6，集热器现场布置见图7。 　　为了满足干燥要求，避免太阳能波动供热，保障连续生产，在太阳能干燥线的基础上增加了一套50kW的三效热泵除湿机，通过合理布局系统的进回风系统，进一步提高热效率，确保在阴雨天等不利气象条件下正常生产。油棕榈叶经大倾角皮带输送机送入三层不锈钢网带式生产线，在生产线上停留一个小时，经过通风和排风，其含水率臆15%，进入包装车间；当含水率跃15%，进入一台电滚筒式辅助干燥机作补充处理，保证了生产的连续性和可靠性，达到制粒的工艺要求。 　　3系统效益分析 　　项目所在地位于赤道附近，有丰富的太阳能资源。与常规干燥方式相比，本项目用太阳能与热泵联合干燥减少了燃料和电力消耗。表2是对电干燥和本项目方案在单个工作日（8h）的效益进行评估和对比，相比传统用电干燥，本项目每天可节约电费9000元，减少CO2排放87.2%，具有良好的经济效益和环境效益。 　　本干燥项目实现太阳能集热器的大规模应用，具有很好的示范作用；实现干燥过程的自动化，提高设备使用率，减少人工成本，具有良好的综合效益。 　　4结论 　　该项目大规模应用太阳能空气集热器，设计被动式太阳能结构体的干燥室，配备除湿热泵机作为辅助干燥装置，结合PLC 控制，实现了整个干燥系统自动化的连续可靠运行，为太阳能干燥技术应用提供参考。（国家太阳能热水器产品质量监督检验中心（武汉） 文淑容、吴晓鸿　武汉慧泰新能源科技有限公司万松、王浩）