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农副产品干燥加工的节热、低碳技术及其自然能源应用探讨
发布时间：2013-04-03 08:35 来源：未知
农副产品的贮藏、干制甚为普遍。目前，用干燥的方法把农副产品含水率降至安全贮藏水份仍是其贮藏的主要方法。农副产品的干燥主要有自然干燥和热力干燥，前者己较少用，后者是主要方法。其中，热风干燥方法速度快、生产效率高、适用的物料种类多、质量好，是目前最常用的方法。农副产品的热风干燥，其实质是通过加热提高物料及空气温度，降低相对湿度，从而降低平衡水分，达到加强干燥作用。
农副产品量大面广，干燥农副产品是一项耗用能量特别大的作业，而且迄今所用的热源多靠煤、燃油、液化气等，造成巨大二氧化碳排放量。探讨农副产品干燥加工中的节热途径和措施，大力降低碳排量，扩大自然能源在农副产品干燥加工领域的应用，对降低干燥成本、能源的节约利用、提高食品安全卫生层次、环境保护、社会经济的可持续发展有着十分重要的意义。本文着重分析目前常用的农副产品热风干燥机具的耗能情况，探讨其节热、低碳途径，提出具体节热、低碳措施及自然能源（太阳能、潮汐能、风能、地热能等）在该领域的应用前景。
1、农副产品干燥加工的现况及热耗分析
1.1农副产品干燥加工热耗现况
我国农副产品种类多，因安全贮藏或干制而需干燥加工的主要有：谷物（玉米、稻谷、小麦等）、豆类、花生、食用菌、海产品、果品、蔬菜等，绝大部分采用各种型式的热风干燥机干燥。在我国北方，以大、中型的循环式干燥机、干燥仓为主，有高温、中温、低温干燥。而南方则以中、小型循环式干燥机和中、小型静置式干燥机为主，静置式干燥机有隧道式、柜式、平床式等。其中循环式干燥机多采用中、低温干燥，而静置式则以低温干燥为主，以保证食用品质。目前，这些干燥机所用的热源均以煤、燃油或液化气为主，其碳排量相当严重。
衡量干燥机的节热水平是单位热耗，它是干燥机重要经济技术指标之一，是指从物料中蒸发lkg水所消耗的热能（MJ数或kcal数）。蒸发lkg水，理论耗热量只需2.47MJ（即589kcal）但实际生产情况都大大超过这个数字。超出部分就是热损失。应设法尽量降低热损失。表1是福建省农机局农副产品机械化烘干推广示范点（漳州）测得的部分静置式热风干燥机单位热耗、单位能耗情况。对于循环式热风干燥机，由于存在物料在循环中的热损失及输送搅龙、提升机构等的能耗，因此，其单位热耗、能耗更高。从表1可看出；1）各机型的单位热耗都大大超过理论的单位热耗，都存在大量热损失；2）机型不同则单位热耗不同；3）物料不同则单位热耗不同；4）处在不同干燥段的相同物料，其单位热耗不同。
三门峡富通新能源生产的气流式烘干机主要和木屑颗粒机生产线配套使用的。
1.2热损失原因分析
(1)首先是燃料燃烧不完全造成的损失。它与燃烧器的结构型式、燃料状况、司炉操作等有关。煤炉的该项损失尤为突出。
(2)燃烧器向周围空气的散热损失。与燃烧器型式、体积、隔热等有关。结构越紧凑损失越小。油炉比煤炉损失少。
(3)间接加热式加热器的热交换器热损失。它包括热交换不彻底所造成的热损失和换热器对周围大气
的散热损失。直接加热式加热器则无此损失，但对物料存在污染。
(4)废气带出的热量造成的热损失，是各项热损失中最大的一项。热风干燥机是以热空气作为热和水分的传导介质，热风既是载热体也是载湿体，由于通风量一般都比较大，因而，废气带出的热量损失也都较大。实践表明，废气温度越高或废气的相对湿度越低，则废气带出的热损失越多。在干燥后段，这项损失特别严重。
(5)物料带出的热量损失，包括循环式干燥机物料在循环运动过程中向周围大气的散热损失。物料干燥过程中从热风吸收大量热量，烘后出仓（或烘时循环中接触到周围大气）的物料将所吸收的热量带出机外，造成热损失。物料在烘干半途从干燥室移出移进，也造成该项损失。其损失量与物料种类、热风温度、烘干工艺流程、产量等有关。
(6)干燥机的热风室、干燥室对周围空气的散热损失。干燥机的热风室、干燥室体积越大则散热损失越大。
1.3不同物料、干燥段、机型的热损失差异分析
如上所述，干燥过程热量损失有种种原因，物料的不同、物料所处的干燥段不同、干燥机的型式不同等，必然影响到这些热损失因素在“起作用的程度”上的差别，造成热损失量的差异。
(1)物料不同，单位热耗不同。由于不同种类的物料，其干燥特性、去水难易程度不同，即便同种类物料如果状况不同，如切片与否、切片厚薄、粒块大小、物料层的厚薄等，其去水难易程度也会各异，所以，单位热耗不同。
(2)同一物料在不同干燥段，单位热耗不同。物料从初始含水率降至安全贮藏含水率过程中，单位时间去掉的水分量并非均等，而是趋先易后难。从表1可见，隧道机烘桂圆时，开烘2小时后的12小时内（任何时候），其单位热耗只有开烘14小时后的10小时内（平均值）的54.6%。
(3)不同型号的干燥机，热损失不同。这是因为机型不同，则结构型式、体积；加热器型式与热效率；物料所处的状态与干燥方式；热风流经的路线、时间、状态；风机风量、风压；隔热情况等都各不相同，热损失就不同。
2、降低热风干燥机热损失的措施探讨
减少干燥机热损失，不仅是节能的需要，也是减少碳排量、保护环境的需要。综上所述，影响热风干燥机热损失的因素很多，应针对各个热损原因，采取相应有效的节热措施，以达尽可能低的单位热耗。
(1)应力求燃料燃烧完全彻底。在设计上采用先进燃烧器；在使用上应注意司炉操作的正确规范，使燃烧器处于最佳工作状态。
(2)减少燃烧器向周围空气的散热损失。加强隔热措施；在燃烧器周围设置冷风道，使风机把冷风吸经燃烧器周围，以便将散在周围的热一起鼓入干燥室；把燃烧器设法置于热风室中。
(3)对于间接加热式加热器，应着重提高热交换器热效率
并降低热交换器对周围大气的散热损失。采用先进的热交换器；改善热交换器的隔热措施；将热交换器置于热风室中；当用于干燥饲料类或对果肉不产生污染的壳果，可使用除燃煤炉以外的、且燃烧较为完全的直接加热式干燥机。
(4)减少废气带出的热量损失。设计上风机要配置妥适，使其风量、风压与干燥机单机容量及燃烧量等相适应；使用上应根据不同干燥段正确调控风量大小，在干燥前段应开大风量，加强排湿，在干燥后段应适当关小风量，减少热损失；设计上应设置回风道，需要时（例如干燥后段），适当关闭排风口，开启回风道，让废气通向风机进风口，以再鼓入利用；利用废气对物料进行预热；应按干燥机说明书的单机容量，装仓入烘时应“装满仓”等。
(5)减少物料带出的热量损失。静置式干燥机干燥过程中应尽量减少物料出入干燥室的次数，如减少“翻仓”等，在设计上应充分考虑物料干燥度的均匀性，以减少物料翻动次数和干燥仓门的开启次数；循环式干燥机应避免物料循环中“外露”于机外；设法回收烘后物料带出的热量以再利用。
(6)减少热风室、干燥室的散热损失。采取有效隔热措施；设计应使之体积紧凑，减少壳体外露面积。
(7)根据不同物料在不同干燥段的不同特点，制定科学的烘干工艺，如“分段一缓苏”组合干燥工艺，风温、风量、相对湿度的正确调控等，以减少热损失。
(8)根据物料的具体情况，对物料进行必要的烘前预处理，以加大降水速率，减少单位热耗。例如：对泡过田水的稻谷预凉干；对桂圆果粒预磨皮；蘑菇的预切片；清除烘前谷物中的叶杆杂余或桂圆、荔枝果粒中的枝叶或花生中的泥土、根口十等。
3、自然能源在农副产品干燥加工中的应用现况和前景探讨
自然能源蕴藏量丰富且无污染，深受世人的关注。其中太阳能、潮汐能、风能、地热能等已有不少实际应用。在当今世界都在呼唤建立绿色、环保、低碳生活，呵护地球的历史时期，加快自然能源的进一步广泛实际应用有着特别重要而深远的意义。
农副产品的热风干燥需耗用能量以完成：1）为干燥机中的物料提供必要的热能；2）为干燥机中的风机（对于非静置式干燥机，还需为循环输送机构）的转动提供动力（电力或机械力）。在上述自然能源中，有的可直接用来供热或提供动力。例如利用太阳能或温泉热能直接对物料加热；利用潮汐能（以水轮机）或风能（以风力机）直接带动鼓风机、循环机构等转动。有的则只能间接去完成，例如，上述的各个自然能源都可以先发电，然后由电转变为热（供给物料）或者由电（以电动机）作为驱动动力。现分述如下：
3.1太阳能
太阳能约占自然能源的66.7%，具有能量大、分布广、用不尽、无污染等优点，作为热源和动力能源，有着广阔的发展前景。
由于太阳能能量大，不仅可为干燥机的物料直接提供热能，还能发电进而驱动干燥机的鼓风机及物料输送机构。因此，太阳能己在农副产品干燥与贮藏中得到不少的应用。主要有：1）采用太阳能集热器加热空气，以干燥谷物、果品、烤烟、木材、蔬菜、鹿茸等；2）利用太阳能作为冷却能源以贮藏谷物和其他农副产品；3）太阳热发电。今后应着重以下各点：1）扩大太阳能对农副产品干燥加工的应用范围，增加干燥品种，降低干燥成本，加大干燥规模；2）注重大阳能储存技术的创新，增大太阳能储存容量和效率，降低太阳能储存成本；3）大力创新太阳热发电技术，加快速度提高发电功率与效率，降低发电成本。
3.2潮汐能
潮汐能不仅可用于发电，也可直接以水轮机驱动其他机械工作。
目前潮汐能在农业的应用主要有：1）沿海潮汐发电站；2）以水轮机直接带动其他机械进行提水、农副产品干燥、碾米、磨粉、锯木等综合利用，潮汐能在农副产品干燥贮藏中的应用是其农业上应用的一部分。水轮机和水轮泵是潮汐能在农业上应用的两大机械。其中，水轮泵更是被人们誉为一不耗油、二不用电的多面手，它不仅可以提水灌溉，也可发电，还可带动其他机械进行综合利用。
水轮泵是我国发明的。福建省农业机械研究所于1954年首先研究成功并在山区应用，又于1955年建成利用潮汐能的水轮泵站。水轮泵是将作为动力的水轮和作为抽水的水泵筒化同轴组成一体，全部潜在水内工作。可提水灌溉，也可作为水轮机综合利用（这时只需将位于泵部滤栅上方的滤栅罩壳将滤栅罩住，泵部不进水）。凡能取得0.5米以上集中水头和一定流量的地方就有条件安装水轮泵。水轮泵有多个系列、型号，适用水头、扬程、转速、出水量、额定功率等都有多种规格以供选用。
3.3风能
风能是太阳能的一部分。风能及波浪能约占自然能源的0.3%。风能利用设备较简单，投资比其他自然能源低，在风力资源丰富的地区，风能利用潜力很大。
风能在农业上的应用主要是通过风力机进行提水灌溉、发电、以及进行干燥、磨粉、碾谷等农副产品加工。风能在农副产品干燥贮藏方面的应用是其农业应用的一部分，所用的风力机以小型为主，起动风速较低，适应性较强，并朝向浓缩风能型发展。风力发电是风能应用的强项，应进一步提高其发电效率，降低成本，扩大发电范围，搞好机组的综合利用。风能作为太阳能的一个分支，有着十分广阔的应用前景。
3.4地热能
地热能在农业已有许多实际应用，其中温泉热能的应用最多：如猪舍、鸡舍取暖；养鱼、虾（尤其是鱼苗过冬、养鳝鱼等）；园艺温室栽培；温泉热发电等。
温泉热能可为农副产品干燥、贮藏直接供热以及温泉热发电以驱动干燥机。今后应着重以下各点：减少温泉热水远距离输送的热损失；创新温泉热发电技术和地热的储存技术，降低成本；提高地热设施的综合利用和年度利用率等。
