太阳能资讯：工程技术｜太阳能+空气源热泵烟叶密闭式烘烤技术分析 ...
2018-07-21 09:24 ·
1项目概述
1.1 项目背景
目前，我国烤烟种植面积达2000万余亩，收购量5000万担，是全球烟叶生产大国。烟叶烘烤是一个大量耗热的过程，而当前我国烟叶烘烤的主要热量来源仍以煤炭为主。据测算和相关研究指出，按烘烤房规模220 座、烘烤季节烤房运行效率80%以上、每座烤房每烤季烘烤7 次计算，一个烤季保守估算共消耗约960t 煤，向大气排放约44~58t 烟尘，约3300tCO2。因此，建设环境友好型烟叶烘烤技术是实现可持续发展不可或缺的技术。
2技术定义
太阳能+空气源热泵技术是利用新能源（太阳能+ 电能）替代煤、柴草的供热方式，采用密集型密闭式烤房的循环加热与除湿工艺，改进传统烤房烘烤过程。
该系统包含太阳能空气集热器、高温空气源热泵、智能化控制系统、循环加热与除湿等技术。
3密闭式烤房
烤房为砖混结构，规格为8m×2.7m×3.5m，装烟室规格为2.7m×6m，其内部结构与气流下降式卧式密集型烤房相同，共2排分3层，每炕可装烟叶约360竿，即5000kg鲜烟叶。
加热室规格为2.7m×2m，装置2.2kW大型风机，通过高温热泵主机，向烤房提供主要热源，辅助热源由太阳能加热室提供，太阳能加热室采用6m2平板太阳能空气集热器作为吸热设备，循环管道采用2.4cm 厚玻璃保温棉作为保温隔热材料，370W耐高温风机作为太阳能加热室循环风机，普通百叶窗作为太阳能加热室进风口。采用烤烟烘烤自动控制系统及温差控制系统对烘烤过程及太阳能的利用进行自动或手动控制。烤房墙体内部采用2cm厚橡塑保温棉铺粘，提高烤房内部保温效果。
4主要组件信息
4.1空气源热泵（如图1所示）
4.2平板太阳能空气集热器（如图2所示）(yancaoye.comyancaoye.com)
图2平板太阳能空气集热器
5烤房工艺及工作原理
5.1密闭式烤房
密闭式烤房包含密闭式循环加热和除湿工艺两部分。烤房由太阳能+ 电供热，利用低温冷凝排湿技术，解决烟叶脱水干燥问题，确保烘烤排湿生产过程中气体热量能充分回收利用。
如图3所示，密闭式烤房由装烟室、热风室、供热系统设备、通风排湿和热风循环系统设备、温湿度控制系统设备等部分组成。
5.2 系统运行原理
系统使用时启动热泵，热泵吸收空气中的热量进入烤房加热室内。太阳能加热室通过集热器吸热膜吸收阳光，将光能转化为热能，加热吸热板及空气。开启太阳能加热室循环风机，太阳能加热室进风门自动开启，形成小循环，将加热的空气送入烤房加热室。通过烤房循环风机将热空气送入装烟室内，热空气通过烟层后向下，由底层返回烤房加热室进行循环。排湿窗，热泵余热回收装置对排湿热气进行吸收循环利用。
系统运行原理如图4所示。
5.3 烘烤工艺（如图5所示）
(yancaoye.comyancaoye.com)
6系统特点
（1）节能环保，烘烤过程无废水、废气、废渣排放；
（2）烘干过程全自动化，温湿度精确控制，节省劳动力；
（3）烘干过程稳定可靠，烟叶品质好，等级高；
（4）烤房结构科学，耗电省，综合运行费用低；
（5）安装简单、操作便捷、使用寿命长。
7试点地区案例展示与试验数据
图6重庆市彭水县润溪乡中烟双喜工厂
7.1数据分析
（1）2015年5月9日现场测试数据：
如图7所示，在太阳能结合热泵，环境温度为19.1℃的情况下，实际干球温度达到67.5℃用时3.5 小时，耗电量为44.85kW·h，测试达到预期目标。
（2）2015 年5 月10 日现场测试数据：(yancaoye.comyancaoye.com)
如图8所示，在单独使用空气源热泵，环境温度为16.5℃的情况下，实际干球温度达到65℃用时4.5小时，耗电量为63kW·h，测试达到预期目标。
经过烘烤现场实测能耗数据得出：太阳能+ 空气源热泵每棚烟平均耗电量为1025kW·h；单独使用空气源热泵每棚烟平均耗电量为1370kW·h。由此可见，在日照充足的条件下，太阳能设备所供能源占比可达30%。
8项目效益
8.1节能环保效益
按每千克干烟耗煤2.0kg 且煤炭含硫率为1%计算，采用新能源烘烤方式1kg 干烟可减排二氧化硫0.032kg、废气203、烟尘0.4kg。按每座烤房产干烟500kg、耗煤1t 计算，单座烤房减排二氧化硫16kg、废气100003、烟尘200kg。
以重庆市彭水县为例，彭水县润溪乡共有密集型烤房700座，烘烤季使用率达80%即560座，每座烤房每年烘烤7 棚左右，则彭水县润溪乡每年因新能源烘烤设备的投入减排二氧化硫62720kg、废气3920万立方、烟尘784000kg、煤耗3920t。
8.2经济效益
（1）能耗成本
由传统的1.43元/kg，下降为1.06元/kg，降幅达到25.9%。1kg 干烟叶烘烤一次费用对比如表3所示。
（2）人工成本
现有的传统燃煤密集型烤房每棚的烘烤成本为500 元/棚；宏希太阳能空气能烤房按照技术员10000 元/ 月，每月烘烤3~4 次，每次监管50座烤棚烘烤过程计算，宏希太阳能烤房每棚的烘烤人工成本为50~67元/ 棚。(yancaoye.comyancaoye.com)
按照每棚500kg干烟叶计算，如表4所示，传统的1元/kg，下降为0.1~0.134元/kg，取均值0.117，则降幅达88.3%。如表5所示，太阳能空气能烤房相较于传统烤房和纯空气能烤房综合能耗分别下降了54.3%、26.9%。
（3）成本回收周期及净增效益（如表6所示）
9结语
随着现代烟草农业的发展，烤房的改进和能源的开展成为烟叶生产急需解决的问题。宏希太阳能研发出一项将空气源热泵与平板太阳能空气集热器及其配套烘烤工艺技术应用到烟叶烘烤中，达到节能减排、提质增效的效果。
来源：《中国太阳能工程》杂志 作者：广州市宏希太阳能设备有限公司/王定兵
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