谷物干燥节能技术

作者通过开发谷物干燥模拟研究实践和对国内外已有研究成果的分析,对谷物干燥中的节能技术按以下几方面作出了评述:1.数学模拟和优化技术在改进干燥机结构和工艺参数、降低能耗方面的应用,2.新型节能干燥工艺的开发,3.干燥机排气余热回收再利用,4.基于新机理上的干燥工艺。     

车用生物燃气工程范例余热定量评估及可利用性分析

针对车用生物燃气工程能耗高、余热利用率低的问题,该文以国内4个典型工程为基础,构建了产气规模为1万m3/d的示例工程,并对其进行余热分析.分析结果显示,此类工程用能量大,占总产能的30.01%~36.44%;余热利用率低,只有部分贫液余热得以回收;系统余热主要由脱碳塔顶气余热、脱碳贫液余热、压缩机余热、沼液余热和锅炉尾气余热5部分组成,其多为低品位余热、量大稳定.余热计算表明,在最冷月和最热月系统余热潜力分别为5.87×104、4.79×104MJ/d,最大节能潜力分别为74.81%和73.92%,节能潜力降序排列为沼液余热>贫液余热>塔顶气余热>压缩机余热>锅炉余热.余热可利用性分析认为工程余热可利用性较高,回收价值较大.     

鸡舍换气余热干燥鸡粪设备夏季干燥性能研究

鸡舍换气余热干燥鸡粪是指利用鸡舍换气时排出废气的余热来除去鸡粪中水分的热力干燥方法,该方法的主要特点为工艺简单、能耗低。该文主要对鸡舍换气余热干燥鸡粪的原理进行了阐述,探讨了鸡粪干燥过程中各种热量的计算方法,并针对中国的气候特点,结合鸡舍换气余热干燥鸡粪设备设计改造了一种可在夏季利用环境空气对鸡粪进行干燥的通风方式,最后对湖北应城的一套鸡粪干燥设备(manure drying system,MDS)进行了夏季应用效果的测试。结果表明:夏季不同天气条件下干燥设备的干燥速率差异较大;晴天天气下由于外界环境空气的混入,鸡粪含水率从初始含水量降至28%(湿基)耗时只需28 h左右,比阴雨天气下缩短约20 h;夏季阴雨天气下鸡舍换气余热可满足48 h内把鸡粪含水率降至30%以下的热量需求,但阴雨天气会降低鸡粪的干燥速率。晴天天气下由于湿帘的影响,鸡舍所排废气湿度过大,此时可结合环境热空气对鸡粪进行干燥,提高鸡粪干燥速率。研究结果可为优化鸡粪干燥工艺,探索节能环保的干燥方法提供理论参考。     

排气余热辅助低温等离子体再生柴油机颗粒捕集器试验

为探究低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)对无外加热源的柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的再生过程与再生效果,搭建了排气余热辅助NTP再生DPF的试验系统。借助发动机停机后的排气余热,利用DBD(dielectric barrier discharge)型NTP发生器,对处于降温过程的DPF进行再生试验研究。结果表明:随着DPF温度的下降,NTP中O3的分解反应减弱,PM(particulate matter)氧化反应加剧,DPF内部出现温度不降反升的现象,氧化区域自DPF前端逐渐向后端延伸,DPF径向中点处氧化反应最为剧烈,DPF轴向剖面上残余积碳呈现?形。再生后DPF内部残余积碳中可溶性有机成分SOF(soluble organic fraction)明显减少,且NTP处理能够降低PM中SOF及DS(dry soot)的表观活化能。整个再生过程中,DPF内部大量积碳被氧化去除。排气余热辅助的NTP再生技术,实现了对无外加热源的DPF的有效再生,使得DPF排气背压下降达69%。该文证实了排气余热辅助NTP再生DPF的可行性,为NTP再生DPF技术的应用提供了试验依据。     

拖拉机排气余热板翅式蒸发器热力性能分析与参数优化

利用拖拉机排气余热能够有效降低燃油消耗,其中基于有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC)的余热能量转换效率最高。该研究根据拖拉机实际空间尺寸,试制了一种板翅式蒸发器用以回收柴油机排气余热。基于移动边界法建立排气与工质对流传热数值模型,结合台架试验数据验证模型有效性,并定量分析了柴油机全工况下蒸发器热力性能。为提高蒸发器传热量和适用范围,采用CFD仿真和BP神经网络进一步分析非设计工况时蒸发器传热特性,并对结构与工质参数进行优化。结果表明:1)蒸发器热力性能随转速和负载增大而提高,最大传热量为69.89 kW,在中低转速负载工况下,蒸发器出现传热不稳定现象;2)增加接管倒角和改变翅片形状,在蒸发器尺寸不变条件下传热量可提高5.2%,传热面积增大0.19m~2;3)通过优化流道、工质流量和进口温度,能够改善中低负载工况热力性能,如柴油机1 500 r/min时,工质流量可在0.03～0.08 kg/s范围变化,最大传热量可达19.46 kW。研究结果可为蒸发器实际应用于拖拉机及与柴油机工况匹配提供参考。     

香菇菌棒灭菌乏汽余热回收供热系统性能分析

香菇菌棒工业化生产灭菌工艺中余热外排浪费严重,同时造成了热污染和乏汽冷凝水无序飘洒等问题.为解决该问题,对灭菌工艺的乏汽和冷凝水进行了余热回收利用系统设计与实际应用,并对工程实测数据进行了分析.研究结果表明,供暖季余热用于香菇菌棒培养棚和厂区办公楼、宿舍楼等建筑的供暖,供水温度范围36～48℃,每日供热量在8～18 G...     

采用直接热交换法用木质气余热作沼气装置加温热源的可行性探讨

采用直接热交换法利用木质气的余热来作沼气装置的加温热源,不仅可使气化炉的有效热利用效率提高10％～15％,而且还能利用沼气装置来解决木质气洗涤水的污染问题。对木质气洗涤水中的酚及酚类物质的处理作了较为详尽的阐述。对总酚含量的测定方法,洗涤水中总酚含量与产气率的关系,总酚含量与沼气成份的关系以及总酚含量对农田灌溉水质的影响等方面也都作了阐述。通过对喷淋冷却水质的分析,沼气发酵试验以及木质气中焦油粉尘去除三个方面的试验和探索,论证了采用直接热交换法利用木质气的余热来作沼气装置的加温热源对沼气发酵过程没有什么影响。     

高湿稻谷节能干燥工艺系统设计与试验

为了降低高湿稻谷干燥耗能、提高干燥系统作业效率,基于高湿稻谷干燥特性和干燥传递理论,绘制出了高湿稻谷贮存干燥仓内通风去湿降温过程状态参数变化图,设计出了高湿稻谷贮存干燥仓,能够利用常温自然空气实现高湿稻谷干燥和有效回收干燥系统的烟气余热。应用结果显示,在风量谷物比为149 m3/(h·t)时,每间隔1 h,通风2 h,累计贮藏干燥18 h,可使初始含水率31.3%的稻谷平均含水率降低11.36%,回收烟气废热55.3%。针对南方高温高湿的气候特点,设计出了5HNH-15型稻谷逆流热风干燥机和节能干燥工艺系统。试验结果表明,系统的单位耗热量为2 939 kJ/kg,与国标≤7 400 kJ/kg相比,最高节能可达60%。该文指出了实现高湿稻谷优质、高效节能干燥,合理的工艺系统设计应以客观能势的利用为主,人为提供主观热能消耗为辅。研究结果为粮食干燥设计指明了高效节能途径,为大型粮食集中干燥工艺系统设计提供了参考。     

甜高粱茎秆固态发酵制取燃料乙醇中试项目能耗分析

对以甜高粱茎秆为原料燃料乙醇中试项目的工艺进行了描述,对乙醇及副产品生产进行了能耗分析。该项目采用固态发酵工艺,乙醇转化率达到理论值的95.8%,并对剩余的茎秆渣进行综合利用,实现了余热回收利用,具有低排放的环保特性。项目年产无水乙醇1000t/a、发酵秸秆蛋白饲料1500t/a和秸秆纤维纸浆5000t/a。能耗分析表明,在考虑余热回收情况下,系统全年生产总能耗为4.31×106kW·h/a,无水乙醇的单位生产能耗为2759.67kW·h/t,蛋白饲料的单位生产能耗为36.86kW·h/t,秸秆纤维纸浆的单位生产能耗为298.41kW·h/t。无水乙醇生产工艺中回收余热量8.9×105kW·h/a。该系统中乙醇生产能量回收率为62.9%,高于以玉米等粮食原料生产乙醇的能量回收率。     

粮食热风干燥热能结构与解析法

为了揭示粮食干燥系统客观作用效果,定量评价环境条件、粮食状态对干燥机效能的影响,分析了粮食热风干燥势场的来源与特征,建立了干燥特性函数、给出了粮食和介质状态参数解析图,分析了热量及效率,定量评价了热能结构,结果发现利用温度和相对湿度变化范围分别为26～35℃和40%～55%的自然空气直接干燥初期湿基含水率38.6%的高湿稻谷,平均小时降水率达1.2%,在5HP-3.5型循环干燥机上的热风干燥试验结果显示,稻谷的干基含水率由27.06%降至16.96%的过程中,单位气耗量由最初的113.0kg/kg增加到了546.4 kg/kg,单位热耗量由最初的2548.9 kJ/kg增加到了16352.7kJ/kg,排气热损失由最初的6.2%增加到了30.6%。解析出了造成干燥效率偏低的主要原因是热能匹配性较差。指出了评价粮食干燥工艺及干燥机能量利用效果不能忽视客观干燥的作用。研究结果为指导干燥设计,形成粮食干燥系统公平的评价标准,提供了科学的解析方法。     

污泥低温干燥动力学特性及干燥参数优化

为了研究污泥的低温干燥动力学特性,以薄层污泥为研究对象进行了低温干燥试验,探讨了温度、薄层厚度以及风速对污泥水分比和干燥速率的影响,并对低温干燥参数进行了优化.结果表明:污泥低温干燥过程主要由升速和降速段组成,其中降速阶段存在第一、第二降速阶段;不同低温干燥条件下的第二临界含水率变化不大,大致在0.5g/g(干基)附近.使用决定系数R2、卡方χ2及均方根误差RMSE对6种常用干燥模型进行评价,结果表明Midilli模型的平均R2最大、平均χ2及RMSE最小,分别为0.9998、2.46×10-5、0.0042,是描述污泥低温热风干燥的最优模型.根据Fick第二定律和Arrhenius方程,得到5、10和15mm厚度污泥在50~90℃热风干燥的水分有效扩散系数和活化能.正交试验得到相对单位能耗最优干燥工艺为:温度90℃、风速0.8m/s、厚度10mm,平均干燥强度最优工艺为干燥温度90℃、风速0.8m/s、厚度5mm.试验结果可为后续研究污泥热泵干燥及太阳能-热泵联合干燥提供参考.     

热风干过程中风干肉水分的迁移

为阐明热风干过程中风干肉水分迁移机制,利用氢质子低场核磁共振弛豫研究热风干过程中(温度35℃、湿度60%、风速3 m·s^-1)风干肉内部和外部中水分迁移及水-蛋白相互作用模式。结果表明,在风干过程中风干肉中水分的主要存在形式为不易流动水,其不断从肌原纤维网络内迁移到网络外,水分含量显著下降。风干肉外部中结合水、不易流动水和自由水的弛豫时间均显著下降(P < 0.05),表明风干肉外部中水-蛋白相互作用模式发生改变。而风干肉内部中结合水和自由水的弛豫时间无显著变化(P > 0.05),表明风干过程中风干肉内部和外部中水-蛋白相互作用不同,风干肉表皮的温度较内部温度高,且表皮水分含量下降速度较内部的水分含量下降速度快,导致了硬壳的形成。综上所述,风干过程中风干肉外部的温度高且水分脱除快,导致了风干肉内外部中水-蛋白相互作用不同。本研究结果为调控风干过程中水分迁移速度,实现风干肉工业化加工提供了理论依据。     

热泵间歇干燥白菜种子内部含水率变化规律

为了研究热泵干燥条件下种子内部传质机理,以热泵干燥的白菜种子为研究对象,建立了其非均质动态传质模型,并利用该模型分析热泵恒温连续干燥与间歇干燥条件下种子内部含水率变化规律。研究表明,所建模型能较好的模拟种子含水率的动态变化,模拟值与试验值相关系数为0.9974,相对偏差在±10%以内,模拟精度满足要求;间歇干燥时种子内部含水率更均匀,更有利于种子品质的保证;间歇干燥过程比例系数取1/3、间歇运行周期中运行时间取400s时热泵机组节能近50%。该研究可为热泵干燥技术的应用推广提供参考。     

气调干制技术与实验设备研究

介绍了干制过程气体成分调节方法和实验设备，通过双冷凝器、双蒸发器热泵系统的不同组合状态选择与压缩机变频控制配合，实现对密闭干燥系统内定量循环气体的温、湿度调节，采用专家控制系统与PID控制软件相结合方法，达到对包括气体成分在内的干燥过程状态参数的智能化控制，实验表明，所研制QTM干燥机能满足各种产品气调干制实验要求。干制过程氧气含量对干制品质量有显著影响。     

花生仁薄层干燥试验研究

通过花生仁薄层干燥试验,探讨了风温、风速、相对湿度等参数对花生仁干燥速率的影响。分析结果表明:风温是影响干燥速率的主要因素。其次是风速,而相对湿度和物料初始水分影响则很小。同时,根据试验分析还建立了干燥速率的数学模型。     

中国毛虾红外热风耦合干燥特性及动力学模型研究

为研究红外热风耦合干燥(IRHA)对中国毛虾干燥特性的影响,采用低场核磁共振波谱(NMR)及氢质子成像技术(MRI)分析毛虾IRHA干燥过程中干物质与水结合状态,分析不同干燥温度、不同辐射距离和不同物料载量下IRHA对中国毛虾的干燥特性。结果表明,干燥温度对毛虾的干燥速率影响最大,干燥过程直接表现为降速阶段。毛虾干燥动力学数学模型拟合表明,Two-term模型拟合度最高(R²>0.999 8),可以用来描述和预测毛虾IRHA干燥过程。通过菲克第二定律求得干燥过程的有效水分扩散系数(D_eff)范围为4.47×10^-10~1.295×10^-9 m²· s^-1。根据Arrhenius公式计算出毛虾IRHA干燥的活化能(E_a)为34.24 kJ· mol^-1。干燥过程中毛虾干物质与水结合越来越紧密,自由水和不易流动水逐渐消失,最终只存结合水,且结合水的量有所上升,有可能来自不易流动水的转化,这从微观上解释了干燥后期干燥速率下降的原因。本研究结果为IRHA在中国毛虾干燥方面的实际应用提供了一定的理论依据。     

玫瑰花瓣红外喷动床干燥模型及品质变化

为提高玫瑰花瓣的干燥速率和品质,利用新型红外喷动床干燥设备,研究不同出风温度和风速下玫瑰花瓣的干燥特性并建立干燥动力学模型;对比不同干燥条件下玫瑰花瓣的品质变化。结果表明:提高出风温度和风速能够显著提高干燥速率和缩短干燥时间;玫瑰花瓣红外喷动床干燥过程主要为升速干燥和降速干燥,无明显恒速阶段;玫瑰花瓣红外喷动床干燥过程的有效水分扩散系数在6.703 85×10^-10~1.382 35×10^-9 m^2/s之间,随着出风温度和风速的增大而增大;通过模型拟合发现,Midilli模型能更好地反映玫瑰花瓣的红外喷动床干燥规律;温度和风速对复水比、总黄酮含量和总酚含量均有显著影响;风速对色泽和微观结构有显著影响。研究结果可为红外喷动床干燥的研究与应用提供参考。     

魔芋干制工艺参数的优化研究

应用多目标非线性优化理论与方法,对魔芋片单层热风干燥实验所得魔芋甘露聚糖、干燥速率、能耗回归模型进行了多目标综合优化研究与分析,得到魔芋优质、高效、节能干燥工艺参数为:风温81℃,风速1.4m/s,片厚5mm。     

5H-1.5A型花生换向通风干燥机研制

为了解自行研发的5H-1.5A型花生换向通风干燥机作业性能,该文介绍了研发设备总体结构、工作原理及烘干箱体、导风组件、换向通风机构、余热回收装置等关键部件,并开展了整机作业性能试验研究,对比了空载工况下有无导风组件时,介质空气穿过承料板后的风场分布特性,测得有导风组件时承料板上方10 cm处风速均在0.68～0.73 m/s范围内,水平方向介质空气通风均匀性显著提高。测试了双入风口并行通风干燥10 h和单入风口换向通风干燥38 h过程中床层物料温度变化及干燥终止含水率分布情况:0～10 h,底层物料温度快速升高,上层物料温度上升缓慢,物料层温差先快速增大后逐渐缩小;10 h后,上、中、下物料层温度呈类波浪式升落,波动幅度逐渐减小,物料层温度逐渐逼近设定干燥温度;干燥终止时,左、右2个干燥半区最大含水率差值分别为1.42%、1.74%,为左、右干燥区含水率总降幅的4.1%、5.1%,干燥均匀性良好。测试并评估了余热回收装置对整机加热贡献率、热效率、能耗成本等的影响:余热回收装置在换向通风阶段对干燥系统的加热贡献率约为61%,系统热效率提高至80%以上,批次干燥能耗成本降低48.7%。与传统固定床干燥设备相比,可节省能耗成本约64.7%,干燥不均匀度降低约82.6%。研究结果可为设备的改进熟化及推广应用提供技术支撑。