太陽能干燥

吸收式干燥技術(shù)

（1）自然循環(huán)吸收式太陽能干燥器

如圖1所示，透過玻璃的太陽輻射被涂黑表面吸收，同時也被待干燥物吸收，結(jié)果使干燥器內(nèi)的空氣溫度升高。熱空氣容易從含有水分的物品中奪得水分而濕化，由于自然對流作用，從上部的孔眼中流出，濕度較低的冷空氣則從底部孔眼流入，形成不斷循環(huán)的過程，從而使待干燥物除去水分，得到干燥。

（2）自然循環(huán)半直接吸收式太陽能干燥器

如圖2所示，半直接吸收式是首先將待干燥物品放入后房預(yù)熱干燥室預(yù)熱，待失去水分25%~30%后，再移至前房干燥室，直至烘干為止。自然循環(huán)吸收式太陽能干燥器的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、維修費(fèi)用低，可以連續(xù)作業(yè)，不需要循環(huán)動力。

（3）強(qiáng)迫循環(huán)吸收式太陽能干燥器

強(qiáng)迫循環(huán)吸收式是利用小型風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫空氣循環(huán)，吸收被太陽能加熱的干燥物料中的水分使其干燥。它同樣可以分為直接吸收式和半直接吸收式兩種。強(qiáng)迫循環(huán)的干燥效果比自然循環(huán)的要好，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)待干燥物品的生產(chǎn)工藝要求，進(jìn)行風(fēng)量、氣溫和濕度的調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)是需要消耗動力，且維修和產(chǎn)品成本相對較高。

對流式干燥技術(shù)

這種干燥技術(shù)的太陽能集熱（空氣集熱器）和物料干燥分開，由風(fēng)機(jī)將空氣送至空氣集熱器加熱后，再進(jìn)入干燥室對物品進(jìn)行烘干并吸收物料中的水分，見圖3。太陽能集熱方式大多采用專門設(shè)計的空氣集熱器，也可采用一般的熱水器，將水加熱后，再經(jīng)熱交換器將空氣加熱。

太陽能—熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)

熱泵干燥是一種節(jié)能效果顯著的干燥技術(shù)，20世紀(jì)70年代在歐洲開始廣泛使用。熱泵與常規(guī)的干燥設(shè)備一起組成熱泵干燥裝置，其工作原理如圖4所示。干燥介質(zhì)在干燥器內(nèi)全部循環(huán)使用。熱泵工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收來自干燥過程排放廢氣中的熱量使廢氣中的大部分水蒸氣在蒸發(fā)器中被冷凝下來直接排掉；從蒸發(fā)器出來的制冷劑蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)絕熱壓縮后進(jìn)入冷凝器。在冷凝器高壓下熱泵工質(zhì)冷凝液化放出冷凝潛熱，加熱來自蒸發(fā)器的已降溫去濕的低溫空氣，低溫空氣加熱到要求的溫度后，進(jìn)入干燥器內(nèi)作干燥介質(zhì)。而從冷凝器出來的熱泵工質(zhì)經(jīng)膨脹閥絕熱膨脹，再進(jìn)入蒸發(fā)器，如此循環(huán)。

20世紀(jì)80年代以前，國內(nèi)只有4座太陽能干燥設(shè)備，總采光面積僅183㎡。自其被國家“七五”計劃列為重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目后，從應(yīng)用、基礎(chǔ)研究到生產(chǎn)試驗(yàn)有許多研究開發(fā)，成績顯著，建成了10多座大、中型太陽能干燥示范裝置，總采光面積在3000㎡以上。農(nóng)村一般都用燃煤烘干機(jī)烘干農(nóng)產(chǎn)品，這種傳統(tǒng)加工方法不僅耗煤，而且煤煙經(jīng)?；烊牒娓蓹C(jī)中，使加工質(zhì)量下降。采用太陽能干燥器不僅節(jié)約成本、降低污染，而且由于干燥溫度較自然干燥高，還具有殺蟲、滅菌的作用，使產(chǎn)品在色澤上有很大的改觀。太陽能干燥的方式有兩種：一種為加透明蓋板進(jìn)行直接曝曬，稱為吸收式；另一種是利用太陽能加熱某種流體，然后將此流體直接或間接加熱待干燥的物體，稱為間接式或?qū)α魇健α魇教柲芨稍锲饕话阋钥諝鉃楣べ|(zhì)，空氣在太陽能集熱器中被加熱，在干燥器內(nèi)與干燥的濕物料接觸，熱空氣把熱量傳給濕物料，使其中水分汽化，并把水蒸氣帶走，從而使?jié)裎锪细稍铩?/p>

太陽能干燥機(jī)應(yīng)用前景

雖然太陽能干燥技術(shù)的推廣應(yīng)用還存在不少問題，但由于全球面臨的能源與環(huán)境問題日益嚴(yán)重，太陽能作為一種清潔豐富的可再生能源不可忽視。我國在太陽能熱水器的推廣應(yīng)用方面已見成效，目前我國是世界上生產(chǎn)太陽能熱水器最多的國家。預(yù)計今后我國在太陽能干燥技術(shù)的應(yīng)用方面也會有一定的發(fā)展，特別是一些小型、簡易的太陽能干燥室，在日照條件好，而經(jīng)濟(jì)又欠發(fā)達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，有較好的應(yīng)用前景。

我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和出口大國之一，農(nóng)產(chǎn)品及生物資源豐富，物種多樣，特別是在廣大的西部地區(qū)。為了促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，將本地區(qū)具有資源優(yōu)勢及開發(fā)利用前景的農(nóng)產(chǎn)品、生物資源產(chǎn)品作為地方支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展，因此近年來，農(nóng)副產(chǎn)品及生物資源產(chǎn)品加工業(yè)發(fā)展迅速。但隨著我國加入WTO和人們對產(chǎn)品質(zhì)量和食品衛(wèi)生問題的關(guān)注，現(xiàn)有的農(nóng)副產(chǎn)品加工技術(shù)含量低，產(chǎn)品質(zhì)量不高，產(chǎn)品附加值低，從而導(dǎo)致產(chǎn)品缺乏市場競爭力，難以形成支柱產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)品干燥是加工過程中的一個重要工藝過程，目的是除去物料中多余的水分，以便于產(chǎn)品加工、運(yùn)輸、貯藏和使用。采用常規(guī)能源干燥農(nóng)產(chǎn)品，投資大，需消耗大量能源，致使農(nóng)產(chǎn)品成本增高，并造成不同程度的環(huán)境污染。一般農(nóng)產(chǎn)品要求的干燥溫度比較低，大約在40-55℃之間，正好與太陽能熱利用領(lǐng)域中的低溫?zé)崂孟嗥ヅ洌⑶夷芸s短干燥周期，提高產(chǎn)量質(zhì)量等優(yōu)勢，因此我國應(yīng)用太陽能干燥農(nóng)副產(chǎn)品，具有廣闊的發(fā)展前景。

太陽能應(yīng)用于木材干燥有兩個方向:

(1)對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的小型木材加工廠，適于發(fā)展簡易的溫室型、半溫室型或小規(guī)模集熱器型的太陽能干燥裝置;

(2)對于中、大型木材加工企業(yè)，適于發(fā)展材積為50一100m3的大型太陽能干燥裝置，并將太陽能干燥作為預(yù)干，即高含水率階段用太陽能干燥，低含水率階段用常規(guī)干燥。在氣溫高、濕度大、電價適中的地區(qū)，適于采用太陽能與熱泵聯(lián)合干燥。

太陽能干燥機(jī)建議

(1)太陽能在干燥行業(yè)的應(yīng)用應(yīng)該引起足夠的重視。太陽能適于一些物料中、低溫干燥，也可做適于高溫干燥物料的預(yù)干。

(2)增加科研投人，不斷提高太陽能干燥的供熱效率，降低干燥成本。據(jù)有關(guān)資料報道，我國與國際水平的差距主要在透光材料和吸熱板的涂層工藝方面，雖然清華大學(xué)和中國科學(xué)院等單位已在某些方面取得了顯著的成績，但主要集中在太陽能熱水器方面，對太陽能干燥的研究投入太少。

(3)希望我國政府對太陽能干燥給予政策上的鼓勵與扶持，增加一些經(jīng)費(fèi)投入并加大宣傳力度。包括太陽能干燥在內(nèi)的太陽能熱利用是符合中國國情的可再生能源項(xiàng)目，應(yīng)大力推廣應(yīng)用 。2100433B

太陽能干燥機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計可有多種選擇。根據(jù)干燥機(jī)內(nèi)氣流的流動方式，可將太陽能干燥機(jī)分為自然對流型和強(qiáng)迫對流型兩種。

太陽能干燥機(jī)自然對流型

自然對流型太陽能干燥機(jī)中無附加風(fēng)機(jī)，氣流靠溫差的作用在于燥室內(nèi)流動。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，主要有箱式、棚式、溫室式、盤架式和煙囪式幾種。

太陽能干燥機(jī)強(qiáng)迫對流型

強(qiáng)迫對流型太陽能干燥機(jī)靠溫差和氣流出口和進(jìn)口的高度差作為氣流流動動力的自然對流型太陽能干燥機(jī)受到多方面的制約。特別是當(dāng)料層較厚、顆粒細(xì)、孔隙度小時，’氣流阻力大，僅靠自然對流不能滿足對氣流速度的要求。一些改進(jìn)型的太陽能干燥機(jī)，氣流需通過附加的裝置如蓄熱器、空氣集熱器及管道等，沒有附加動力，氣流是不能實(shí)現(xiàn)有效流動的。此外，自然對流型太陽能干燥機(jī)的排氣溫度較高，熱利用率低。應(yīng)利用風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)廢熱利用。

根據(jù)常規(guī)能源使用情況可將強(qiáng)迫對流型太陽能干燥機(jī)分為普通強(qiáng)迫對流型、蓄熱型和帶常規(guī)能源的太陽能干燥機(jī)。

(1)普通強(qiáng)迫對流型太陽能干燥器

該類型干燥器不需其他能源加熱空氣，空氣的加熱只靠太陽能集熱器，由電機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇保證干燥機(jī)內(nèi)氣流的流動。普通強(qiáng)迫對流型太陽能干燥機(jī)主要有溫室型、集熱器型和溫室—集熱器型3種類型。

(2)蓄熱型太陽能干燥機(jī)

在太陽能干燥機(jī)中加蓄熱器的目的主要是為了延長于燥時間。太陽輻射強(qiáng)時，貯存部分能量，控制熱空氣溫度，避免過度干燥。太陽輻射弱或無太陽輻射時，提取貯存的熱量進(jìn)行干燥作業(yè)。使用附加蓄熱裝置的不足之處是增加了投資和操作費(fèi)用，在使用蓄熱于燥之前應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

作為蓄熱體的物質(zhì)可以是天然的，也可以是人造的。水、石塊等多用在農(nóng)作物的干燥上，比合成材料便宜。而鹽水、石蠟、硅膠、分子篩等多用于潛熱蓄熱和化學(xué)蓄熱。

(3)附帶常規(guī)能源的太陽能干燥機(jī)

由于夜晚和陰雨天無陽光可用，太陽能干燥是間歇過程。雖然可在干燥系統(tǒng)中加蓄熱裝置，但所蓄的熱量也是有限的。又因?yàn)樘柲艿姆稚⑿?，太陽能空氣集熱器加熱的熱空氣溫度較低。因此，對于一些需要連續(xù)干燥或在較高溫度下干燥的物料，需加輔助能源。

增加常規(guī)能源加熱方式

在干燥系統(tǒng)中增加常規(guī)能源加熱有兩種方式：一種方式為有陽光時利用太陽輻射加熱空氣，增加的常規(guī)能源只在夜晚或陰雨天使用，常規(guī)能源只是對太陽輻射加熱的輔助；另一種方式是太陽能集熱器只作為預(yù)熱器，主要能源為常規(guī)能源。在這種情況下，太陽能只作為輔助熱源。

太陽能干燥機(jī)優(yōu)點(diǎn)

太陽能干燥機(jī)在使用上的優(yōu)點(diǎn)和不足主要是由太陽輻射的特殊性決定的。與利用其他能源的干燥方法相比，太陽能干燥有下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)干凈衛(wèi)生，對物料和環(huán)境沒有污染；

(2)太陽能取之不盡，不存在能源枯竭間題；

(3)太陽能處處都有，不需開采和運(yùn)輸；

(4)干燥過程中其他能源消耗低，操作費(fèi)用低。

太陽能干燥機(jī)缺點(diǎn)

(1)分散性大，熱值低。

太陽常數(shù)為1353 W/㎡，在天氣較為晴朗的情況下，中午垂直投射于1㎡面積上的太陽能最多在1 kW左右，陰雨天更低。如果干燥機(jī)的生產(chǎn)量大，那么就需要較大面積的集熱器，占地面積大，設(shè)備投資費(fèi)用高。

(2)溫升小，干燥速度低。

完全依靠太陽能，干燥介質(zhì)(熱空氣)的溫升低，僅能使空氣的溫度上升至40~70℃所以，一般情況下，太陽能只能用于低溫干燥。

(3)間歇性和不穩(wěn)定性。

太陽的輻射強(qiáng)度受緯度、季節(jié)、天氣及時間的影響大。低緯度地區(qū)太陽輻射強(qiáng)度高，高緯度地區(qū)太陽輻射強(qiáng)度低。冬季及陰雨季節(jié)太陽輻射強(qiáng)度很弱，無太大利用價值。一天中不同時間，太陽能輻射強(qiáng)度不斷變化，由此造成‘了干燥介質(zhì)溫度不穩(wěn)定，給干燥過程的控制帶來了不少困難。

(4)干燥效率低。

太陽能空氣集熱器的熱效率一般在60%~80%之間，干燥裝置系統(tǒng)效率為20%~40 %。