空气能高温热泵在烟叶烘干中的运用浅谈

本帖最后由 低碳达人刘远辉 于 2014-5-13 09:25 编辑

烟叶成熟采摘后必须经过烘烤加工才能制成工业用烟。这个烘烤过程一般需要一百多个小时，完全由人工控制烤房燃烧室的火力，并监测烤房的温湿度，所以劳动强度很大，而且很难控制烤房的温湿度，也不能对整个烘烤过程进行精确计时，烤出的烟叶工业利用率较低。为解决上述问题，热泵烘烤方式应运而生。结合当前先进的烟叶烤房温湿度自动控制仪，智能监测传感器温湿度的变化，并根据烟叶烤制过程的最佳生化控制曲线，利用最先进的控制执行机构，保证烤房内的温湿度严格按照最佳生化曲线变化，从而提高了烤房内温湿度只精确度及烤烟质量，大大减轻烟农的劳动强度。

下面以一个实际工程案例，对烟叶热泵烘烤设计做一个详细的说明。

工程概述：以湖南郴州某烟叶基地为例，烘干烤房设计的鲜烟叶质量为3000kg，烟叶的含水量为90%，烘干后烟叶的水分要求达到16%。烟叶烘干曲线图如下：

烟叶烘干工艺曲线图

简易烘烤工艺如下：（1）.烤房装满，开始加热，温度以每小时2°F到100°F（1.1℃/小时→37.8℃）升温，排风口若要排除过多的水份，使烟叶凋萎，开度要有足够大，特别当烟叶很湿时，应那样作。在密集烤房，如果烟叶很湿，在升温加热前，应运转风扇12到24小时，用以排除过多的水份。

（2）保持100°F（37.8℃）直到全部烟叶变黄。这一时期要提供足够的通风，以便烟叶变黄，那些装在底层的烟叶要完全凋萎。但是要防止过度通风，过度通风烟叶变黄之前会被烤干（出现烤青现象）。在多数情况下，干湿球读数差应保持2－3°F（1.1～1.7℃）之间。

（3）.当烟叶变为黄色并且足够凋萎时，以每小时2°F（1.1℃）的升温率到130°F（54.4℃）升高干球温度。加大通风，以便使在这一时期任何时间，湿球读数都不超过105°F（40.6℃）。在定色后期湿球温度不超过105°F（40.6℃），减小通风装置开度通常是允许的。干球温度保持在130°F（54.4℃）直到底层两层的烟叶全部干燥。

（4）.以每小时2°F（1.1℃）的升温率升高干球温度到160°F（71.1℃），并保持这一温度直到烟筋变干。这一时期可以减小通风，到烘烤后期通风装置必须关闭。只要湿球读数不超过110°F（43.3℃），这一时期继续减小通风是安全的。

控制要求:

（1）温度要求：范围在0-80℃，测量精度0.5℃，控制精度1℃，显示分辨率为0.1℃。

（2）执行机构：（略）

（3）控制机构：（略）

（4）报警：当温度设定低于或者高于设定温度2℃，蜂鸣器报警，同时用红色指示灯指示。

控制系统硬件框图

热泵型烟叶烤房的结构设计

1. 热泵型烤房结构设计有两个设计要点：

第一：热泵型烟叶烤房设计最好建成两座连体。这样设计有以下好处：一是可以节约 1 面墙的建筑费用，二是可以节约两面墙的热量损失，三是可以不影响观察各位置的烟叶的变化情况。四是可以充分发挥热泵室外换热器的换热效率。

第二：热泵型烤烟房必须设置架空层。设计架空层的主要目的是加强排湿热的热回收。排湿热回收可以通过三种方式：第一部分是排湿气体先通过新风管道预热新风，第二部分是排湿气体对架空层上面也就是烤烟房地坪的保温作用，第三部分是排湿气体离开烤烟房后，再由热泵回收。热泵烤房图如下：

2. 热泵型烤房结构设计必须考虑烤房内温度一致

热泵烤房要求室内空间个点的温度尽量相等，温差应控制在允许范围之内， 1℃范围内最好，烤房的外形尺寸和风机特性等与传统的燃煤烤房要求一致。

3. 烟叶烤房架空层设计

烟叶烤房架空层设计高度不要低于 40cm ，否则，不利于排湿，架空层内至少要设计 2 道排湿气流调节板，这样有利于调整温度场的均匀性。

4. 烟叶烤房新风管的设计

新风管应力求增加换热面积，但也要考虑风阻不能太大，否则会影响排湿。一般情况下，新风管的直径不要大于 300mm ，长度不要大于 10m 。

5. 新风口设计

新风口调节阀为比例调节控制，由微电脑控制器根据烤烟房内的湿球温度自动控制。

6. 排湿口设计

通过调节热泵室外机组的风机，控制排湿速度。湿蒸汽带出的热量经过室外换热器回收到烤房内，从而减少了排湿的热量损失。这一点，目前燃煤式烤烟房无法做到，排湿时，只能靠多燃煤来弥补热能的损失。

热泵机组选型设计

热泵选型设计计算的参数是其制热量。热泵的最大制热量必须大于维护结构的热损失，干筋期烟叶干燥所需热量以及排湿所需的热量。

机组选型过程按照上述热平衡方程计算，很多数据难以在非实验条件下获得，一般按照经验数据计算。根据一些文献资料数据计算，取热泵热回收效率为 80% ，维护结构采用 100mm 厚聚苯乙烯保温板，结构尺寸为 8000mm﹡2800mm*3200mm ，有效容积为 90% ，装鲜烟量为 5000kg ，最大小时耗热量为 0.655kw/ 平米计算，那么该设备最大耗热量为 43.2kwh 。室外干球温度为 25℃计算，可以根据机组工况选定所需要的机组。

热泵式烤烟房建设成本

由于环境温度对热泵的能效比影响很大，所以在我国不同的眼去，热泵烤烟房的建设成本是不同的。根据最近几年的生产资料价格，山东种烟地区的环境测算，批量热泵烤烟房的建设成本大约是 6 万元，长江以南烟区的建设成本大约是 5 万元，燃煤密集型烤烟房可以改造成热泵烤烟房，改造成本大约是 3.5 万人民币，以上成本不包括店里改造成本。

热泵式烤烟目前大都处于技术探索阶段，很多工程设计方面的内容需要实践考察和验证，才能真正是热泵烤烟走向工业化，规模化的道路。

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