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空气能高温热泵烘干设备在木材烘干的应用

发布时间:2016/08/18 点击量:

高温热泵烘干原理及应用
 
高温热泵是利用一定量的低温热能来获得较高温度、可供利用热能的热力系统。空气能高温热泵与常规的干燥设备一起组成的热泵系统称为热泵干燥机或除湿干燥机,主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀等组成的闭路循环系统。高温热泵干燥又称为除湿干燥,与传统热风干燥的区别在于空气循环方式不同,干燥室空气除湿的方式也不同。高温热泵干燥时空气在干燥室与热泵干燥机间进行闭式循环,利用高温热泵干燥机的制冷系统使来自干燥室的湿空气降温除湿。
 
工作原理是:压缩机把气态的热泵工质(热泵干燥机内循环的制冷介质)提高压力和温度后,在冷凝器放热冷凝成液态,液态的热泵工质经过膨胀阀膨胀,在蒸发器中吸热蒸发。转化成低温低压的气态,气态的热泵工质进入压缩机从而完成热泵工质的闭路循环。另外,经冷凝器加热的干空气进入干燥室,干燥物料成为湿热空气,然后进入除湿蒸发器析出水分排到机外,降低温度和湿度后的干空气再经冷凝器加热进入干燥室,这样就完成了空气的闭路循环。
 
木材烘干
高温热泵应用于木材干燥行业始于二十一世纪初期。在五十年代美国首先将热泵用于干燥粮食,接着美国的Westair有限公司将热泵用于木材干燥,在加拿大、日本、意大利及美、英、法等国木材干燥设备中,已占有相当大的比例。
 
尽管高温热泵在木材干燥领域中呈现发展态势,但其中仍然存在问题:除湿干燥温度低,干燥周期长,目前常用的制冷工质的干燥室温度低于65℃,而常规干燥的最高工作温度一般在80~90℃,但木材烘干的温度只需要40-45度,所以除湿干燥要比常规干燥周期长三分之一到二分之一。
 
不过,从我国近二十余年以来的文献资料来看,木材干燥理论研究涉及的内容大致有:木材渗透性的研究;木材烘干过程中水分迁移特性与迁移机理;木材干燥的数学模型与热质传递的研究;木材烘干特性与工艺的研究;木材烘干的应力、变形与应力检测;各种木材烘干新技术及组合干燥技术。其中干燥特性与工艺、木材热物性等的研究,在高温热泵干燥机的设计研究中将会大有用处,而组合干燥技术同样是现在的研究热点。
 
根据高温热泵烘干的特点,对木材烘干,可做如下改进:
 
(1)高温热泵与常规热风联合干燥
目前,日本和加拿大主要采用“热泵—常规热风”联合干燥的形式,用于木材干燥。即首先采用传统热风干燥法对木材预热,木材热透后进入干燥初期和中期,此时不需要高温,否则木材易开裂、变形,同时这段时间的空气湿度大,用高温热泵进行干燥可显著节能。干燥后期,木材含水率低,干燥速率很小,需提高温度才能加大干燥速率,此阶段已不易发生干燥缺陷,故此阶段用常规热风干燥更合适。
 
(2)高温热泵与太阳能联合干燥
太阳能与除湿机结合是比较理想的联合干燥方式,具有节能效果显著、干燥质量好、无污染、无火灾隐患、自动化程度高、应用范围广等优点。
与常规蒸汽加热干燥技术相比,干燥1m3木材可以节约140kg标准煤,节能率为75%~80%,干燥成本降低约35%。美国等发达国家已经研制出这类干燥技术装置,并申请了专利[6]。
 
(3)烘干房优化设计
以移动烤房代替传统土烤房的干燥室设计,以其计算机模块具有工艺计算、热力计算、空气动力计算、设备投资和干燥成本计算等功能。可根据对干燥室材质、干燥参数与干燥室总投资等要求,自动绘制出干燥室的设计草图供用户选择。另外,各种联合干燥虽然均符合建立集约化木材干燥基地的发展趋势,但联合干燥初投资大,只有在集约化的大型干燥基地使用才能有效地降低干燥成本。所以,木材干燥的集约化也需要进一步研究。