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  我国太阳能干燥的研究与应用  
 
发布时间:2008-4-24 15:26:27         
    我国各地试验的各种太阳能干燥装置有多种形式,大体上可分为:温室型、集热器型、集热器与温室结合型、整体式和抛物面聚光型等。下面分别介绍这几种类型干燥装置的结构、特性、用途和干燥效果,以及一些应用实例。

    1. 温室型太阳能干燥装置

  温室型干燥器的结构与栽培农作物的温室相似,温室即为干燥室,待干物料置于温室内,直接吸收太阳辐射,温室内的空气被加热升温,物料脱去水分,达到干燥的目的。温室型干燥器一般都设有排风装置,排去含湿量大的空气,加快物料的干燥周期。由于这种干燥器结构简单,造价低廉,在山西、河北、北京、广东等地的农村很快发展起来。尤其在山西省,建成了10多座这种类型的干燥器,面积超过1000m2,用于干燥红枣、黄花菜、棉花等。

  山西省稷山、大同等地,从1977年起就开始了利用太阳能干燥器对红枣、黄花菜、辣椒、棉花等农产品进行干燥的试验,成功使这些农产品干燥到安全储存的湿度,而且干得快,产品质量好,腐烂损失少,增加了收入。例如稷山县姚村第八生产队54m:的温室型干燥装置,用于干燥红枣,一次投料800kg,上午温室闭气闷晒,中午至下午打开排气口间歇通风,晚间部分关闭排气阀,晴天两天可烘干出料,再晾干15天,就可使红枣含水率降低到安全储存水分(40%左右),而采用传统的自然晾干法则需要45一60天。多年的实践表明,利用太阳能干燥器,红枣的烂枣率从过去自然晾干法的16一20%,下降到2一3%,且外型丰满,色泽鲜红,味道好,提高了风落枣的等级。

  大同县利用太阳能温室干燥黄花菜,克服了风沙灰尘的危害(这一地区自然曝晒的黄花菜含尘、含沙量高),产品干净,色泽鲜艳,受到外贸部门的欢迎。浙江省义乌县森工站1985年建成一座采光面积为543m2的大型温室太阳能干燥器,用于干燥包装箱木材,效果十分满意。中科院石家庄农业现代化研究所也研制了温室型羊皮干燥装置。

  温室型干燥器如果通风不好,将直接影响干燥效果。1985年,河北省能源所发展了一种主动式的CF型强制通风环流式温室型干燥器,采光面积为303m2。改进了温室型干燥器的通风系统,使干燥器性能有所提高。干燥器的温度夏季可达50一60℃,比环境温度高出20一30℃,冬季温升1020℃。

      2.集热器型太阳能干燥器

  集热器型干燥器是太阳能空气集热器与干燥室组合而成的干燥装置,这种干燥器利用集热器把空气加热到60一70”C,然后通入干燥室,物料在干燥室内实现对流热质交换过程,达到干燥的目的。干燥器一般设计为主动式,用风机鼓风以增强对流换热效果。这种干燥器有以下一些优点: (1)可以根据物料的干燥特性调节热风的温度;(2)物料在干燥室内分层放置,单位面积能容纳的物料多;(3)强化对流换热,干燥效果更好;(4)适合不能受阳光直接曝晒的物料干燥,如鹿茸、啤酒花、切片黄蔑、木材、橡胶等。在我国各地,利用集热器型太阳能干燥装置,分别对谷物、烟草、挂面、橡胶、中药材等进行了干燥的试验和应用。

  吉林省伊通县、北京市大兴县、山东省烟台等地,采用集热器加热空气,再把热空气输送到圆仓内烘于苞米、小麦等谷物。吉林师范大学在伊通县设计、建造的干燥装置,集热面积100m2,圆柱形干燥仓内径6m,苞米平均含水率降低10%,日产干苞米5吨。中国农业工程研究设计院在北京市大兴县建成的小麦干燥装置,其集热器为热水和热风兼用的扁盒式结构,平时作为供应热水用,夏季小麦收割期间用于加热空气供小麦干燥。该装置集热器总面积174m2,空气流量约6000m2/h。多云天气热风温度为37—47℃,比环境温度高8一13℃,烘干5h可f4s000kg小麦含水量从30%降至24。5%。晴天时空气温升达7一22.5℃,每天可使8000kg小麦含水量从20%降至4%左右。

  西安市长安鹿场用空气集热器干燥器代替煤炉干燥鹿茸(马鹿烘干温度上限为80℃,梅花鹿为60℃),连续干燥17h,使鲜鹿茸0.6kg干燥成0.4kg,色泽好,无异味,干燥均匀,取得令人满意的结果。海南省也建成了两座小型的太阳能橡胶干燥装置,集热面积分别为16m2和8m2,对胶片和胶粒进行了干燥试验,干燥周期3—4天,太阳能干胶的质量优于传统方法烟房干燥的烟胶,挥发物、塑性保存率、塑性初值均达到或超过一级标准胶指标。

     为了对物料进行连续干燥,在这类干燥装置中还可以设一个燃烧炉。例如,河南省长葛县的太阳能烟叶干燥装置配有燃煤的炉子;江西省新建县磺溪养殖场的腐竹干燥装置设有沼气燃烧室;肥西木器厂的太阳能木材干燥窑不仅有木柴燃烧炉,还有储热器;广东省新会县食品厂的太阳能腐竹及凉果干燥器等,都是这类型的干燥器。

  河南省长葛县对太阳能烤烟、干燥挂面进行了试验。太阳能烤烟的周期为4天,在烤烟过程中严格控制各阶段的温湿度;变黄38一45℃,定色期45一55℃,在这两个阶段保持相对湿度75一80%,干燥期温度55一75℃,相对湿度30一40%。该装置集热面积50m2,有辅助的煤炉加热,一次可装鲜叶500kg,烤烟质量有所提高。为了提高太阳能烤烟装置的利用率,在平时则用于挂面干燥和培育鲜菇。干燥挂面一次投料600—750kg,烘干温度30一40℃。用太阳能干燥的挂面,色泽洁白,质量比常规生产的挂面有显著提高。此外,北京市太阳能研究所在洛阳工艺美术陶瓷厂建造了太阳能唐三彩泥坯干燥器,采用太阳能与常规能源相结合;山东省能源研究所研制的太阳能空气集热器型干燥装置,采光面积为220m2,采用微机控制温、湿度等工艺参数,并与天然气相结合,用于木材干燥,节能效果显著,降低了生产成本;四川省攀枝花规划设计院研制的采光面积为149m2的集热器型干燥器,与热风炉相结合,用于面条干燥;中科院广州能源研究所设计的广东省新会县和高州县果副食品厂集热器型干燥器,与蒸汽热能相结合,用于干燥腐竹、凉果、荔枝、蔬菜等果副食品,不但解决了当地果副食品精加工问题,而且还促进了高州县广大农村荔枝、龙眼、蔬菜等农副产品种植业的发展。

      3.集热器一温室型太阳能干燥装置

  温室型太阳能干燥器结构简单、效率较高,缺点是温升较小,在干燥含水率高的物料时(如蔬菜、水果等),温室型干燥器所获得的能量不足以在较短的时间内使物料干燥至安全含水率以下。为增加能量以保证被干燥物料的干燥质量,在温室外增加一部分集热器,就组成了集热器-温室型太阳能干燥装置。物料一方面直接吸收透过玻璃盖层的太阳辐射,另一方面又受到来自空气集热器的热风冲刷,以辐射和对流换热方式加热物料,适用于干燥那些含水率较高、要求干燥温度较高的物料。

  中科院广州能源研究所设计的广东省东莞县果品公司加工厂的太阳能水果干燥系统就是一座带有空气热器的隧道式温室型干燥装置。该装置集热器面积31m2,温室采光面积27m2。待干燥的桂圆、荔枝等果品用小车送入温室隧道窑中,最大物料装载量为700kg,用风机强迫热空气穿透料层,晴天温室气温可达50—70℃,6天后干果出窑。经鉴定,荔枝干达到特等品,桂圆干达一级品,缩短了干燥周期,提高了产品质量。与)传统的木炭烘房干燥工艺相比,成品率大大提高,干果与所需鲜果之比,由1:3.8下降到1:3.3,即每获一吨干果,可少用500kg鲜果,经济效益显著。

  天津大学与北京同仁堂合作在北京同仁堂药厂建成了158m2的太阳能集热。温室型干燥器,用于中药饮片的干燥生产,采用链条自动传输机构和太阳能与蒸汽互补设备。北京市太阳能研究所早在1984年在北京同仁堂药店也建成一座采光面积为15.7m2的太阳能中药材干燥系统。

  中科院广州能源研究所在广州市建成的大型太阳能腊肠干燥示范装置,也是一种集热。温室型干燥器,总采光面积达620m2。它采用太阳能和蒸汽热能联合供热,以满足全天候昼夜连续运行的工业化生产的需要。腊肠以竹竿吊挂形式置于干燥器内,它一方面从干燥介质——经过太阳能空气集热器和蒸汽换热器预热过的热空气中以对流换热方式得到热量,另一方面则以辐射传热的方式直接得到透过玻璃盖层的太阳能。于是腊肠受热升温而不断蒸发出水分,从而达到脱水干燥的目的。干燥器内的温、湿度可以根据物料在不同干燥阶段的工艺要求进行调节,可采用手动方式,也可采用微机自动控制。本项设计使广式腊肠生产过程中的日晒过程和热风干燥工艺合二为一,采用大回流比的空气内循环方法,实现了在不同气候条件下的稳定生产。腊肠、腊肉投料量每天9000kg,成品日产4000k,干燥周期为42一44h。优质产品成品率超过99%,节电21%,节煤20一40%,技术、经济和产品质量的指标均达到较高的水平。

      4.盔体式太阳能干燥器

  整体式太阳能干燥器将太阳能空气集热器与干燥室两者合并在一起成为一个整体。装有物料的料盘排列在干燥室内,物料直接吸收太阳辐射能,起吸热板的作用,空气则由于温室效应而被加热。干燥室内安装轴流风机,使空气在两列干燥室中不断循环,并上下穿透物料层,使物料表面增加与热空气接触的机会:在整体式太阳能干燥器内,辐射换热与对流换热同时起作用,干燥过程得以强化。吸收了水分的湿空气从排气管排出,通过控制阀门,还可以使部分热空气随进气口补充的新鲜空气回流,再次进入干燥室减少排气热损失。中国科学院广州能源研究所和广州市农业机械研究所,于1983年在广州市郊区三元里农村建造了一座采光面积为187m2的整体式太阳能干燥生产试验装置。该装置应用于中药材、干果、红枣、莲子及其它农副产品的干燥加工。物料含水率从40%降至15%的日平均干燥量为1.5一2吨,最大投料量达5吨。该装置太阳能热利用效率高,日平均效率达30一40%,产品干燥均匀,质量好。另外,广州能源所还在广东省连县糖果厂建造了500m2的整体式太阳能干燥器,是为数不多的规模较大的太阳能干燥装置之一;
  浙江省沼气太阳能研究所建造了一座整体式结构的温室型干燥器,采光面积为196m2。它的显著特点是充分吸收了普通温室型干燥器的优点,而且对干燥器的结构以及通风系统进行了改进。采用活动盖板保温以减少夜间干燥器透明盖层的热损失,使用单片机对干燥过程的温、湿度等干燥工艺参数实现监控。该装置与小水电相结合,多能互补,全天候运行,主要用于香菇、木耳等农副产品干燥。系统干燥效率为40%左右,干燥周期17一18h(香菇)。

     5.其它类型的太阳能干燥装置

    上述四种类型的太阳能干燥装置占了已经开发应用的太阳能干燥器的95%以上,除此之外,还有其它一些太阳能干燥器。

  聚光型太阳能干燥器:这种太阳能干燥装置采用聚光大阳能集热器,能获得较高的温度,多用于谷物干燥。河北省邢台地区、山西省曲沃县和林倚县、商水县等地的粮食部门,先后成功建成了高温快速谷物干燥装置。在这一类型的干燥装置中,以河北邢台的装置规模最大,聚光器三组共90m2,热效率约40%,吸收器温度80一120℃。被干燥的物料由提升机输送到管型吸收器,机械连续操作,谷物从一端进去,从另一端出料,含水率降低1.5一2.O%,杀虫率95%以上,日处理量20一25吨。这种干燥器结构复杂,造价较高,但比火力滚筒式粮食烘干帆耗电少一半,比高频介质烘干机省电97%。

  太阳能远红外干燥器:广西省盛产水果和腊味制品,通常采取自然摊晒的加工方法,费工费时,质量欠佳,微不卫生。广西大学为此专门研制了太阳能远红外凉果干燥装置和腊鸭烘制房,并对广西桂平外贸腊味厂腌制的229只腊鸭分三批进行了烘制干燥试验,试验采用三种不同的工艺条件。腊鸭烘制干燥过程从自然摊晒的6一8天缩短到只需50h,质量符合食品出口标准。该装置采光面积为100m2、倾角33°。他们还研究了“定性房”和“吊晒房”容量的匹配与房间距的优选等问题。该装置不仅适用腊鸭烘制干燥,也适用腊肉、腊肠等其它肉类腊味制品的干燥加工。

  太阳能振动流化床干燥器:中国科学院广州能源研究所在四川省凉山州宁南县建成了我国第一座太阳能流化床干燥系统,为宁南县联丝厂干燥蚕蛹。该装置用120m2太阳能空气集热器为干燥器提供热源,采用常规能源作为补充能源。空气集热器分成四个阵列,总采光面积120m2:吸热板为V型波纹板,集热器安装倾角为28°。该装置每天可干燥湿蚕蛹800一1000kg,产品含水量等质量指标完全达到要求。

                                                                                   摘自中国新能源网(03)


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