Vol.27 No.5 马晓梅等：谷物干燥热泵性能的实验研究及理论分析 ●621· 凝器入口风温，冷凝器出口风温升高，但热泵制 其中，C。=1.013kJkg.℃-，p.=1.14kgm3,二者 热量减小，COP降低.(3)增大冷凝器风量，冷凝器 均取(30+23)/2℃=26.5℃下值 出口风温显著减小，制热量增大，COP提高.(4)增 制冷剂循环量9.-20.079kg·5，制热量 9。 大蒸发器风量，及COP均增大，显著提高了热 2,=qmq.=8.6kW,功率消耗N=9mw-2.23kW. 泵运行效率，因此，保证提供足够的蒸发器风量 实验中所用热泵蒸发器F。=22.82m2,当风量 是非常必要的 为2500mh1时测得K。为26.23W-m2.℃-，蒸发 3改进措施及其性能指标预测 器平均传热温差△tm取前假设温差算出，采用式 2.=K,F.△1校核蒸发器制冷量，得Q.=6.58kW, 3.1改进措施 与假设接近，计算有效 根据以上实验结果，在保证流化床临界风量 因此。-36009+1.50+23=73℃， CopVe 及干燥风温的情况下，通过分析比较发现，实现 对干燥热泵的进一步优化可主要从以下两方面 C0R,=%-862.23=3.856. 入手：(1)增大蒸发器入口风量，即保证足够的蒸 对于系统总能耗，它与热泵功率互相影响， 发器风量以缩小实际COP和t与其理论值的差 据前期干燥样机干燥实验，一般热泵功率占总能 异.(2)降低冷凝器出口风温，提高热泵COP.冷凝 耗的73.6%"，由此得到系统总能耗为： 器出口空气可采用余热进行再加热以达到流化 N-号2器303kw. 床干燥所需温度，即80℃以上，这是因为在干燥 内燃机在带动热泵时，燃料能量中只有35% 装置实际运行中，为满足可移动的需要，将采用 用于产生动力，其余有近55%均作为废热排出侧， 柴油机作为动力，而柴油机丰富的余热资源肉若 再考虑余热换热器损失15%后，其可利用余热为 不加以利用将是一种巨大的浪费.通过余热利用 4.04kW,进而得到出换热器空气温度可达到 的方式降低冷凝器出口风温，不仅可达到干燥要 82.72℃.由此看出，通过内燃机余热换热器完全 求，而且还可改善热泵循环性能，提高COP. 可以将68.12℃的空气加热至80℃以上，既提高 3.2性能预测计算 了COP,也满足了流化床入口风温的要求. 在实际中，结合以上两种方法进行干燥热泵 33改进的热泵流化床干燥装置经济性分析 的优化设计.一方面增大蒸发器入口风量，以缩 改进后的热泵供热系数，由2.5提升至 小COP实际值与理论值之间的差异；另一方面利 3.856,显然提高了热泵流化床干燥系统的整体 用余热降低干燥对冷凝器出口风温的要求，以使 经济性，由以往研究结果”，连续式工作的流化干 热泵循环性能达到最佳，功率达到最小，为此，对 燥床一旦进入稳定生产状态，其空气进出口温度 蒸发器入口风量增大至=2500mh',冷凝器出 及热泵各项性能指标均处于稳定的工作状态，而 口风温降至t。-65℃（假设余热换热器有能力能将 且当床入口平均温度为80℃时，小麦含湿量（湿 冷凝器出口风温加热15~80℃)时的热泵性能进 基)下降20%，所需干燥时间为25min.热泵各性 行理论计算.蒸发器入口风温取大气温度 能参数计算值：N为3.03kW,COP为3.856，流化 30℃，冷凝器入口风温t为50℃，冷凝器风量'= 床入口风温近似取80℃.以柴油为发动机燃料， 1121m.h'(为流化床临界风量)，预测供风温度 发动机效率取0.35，柴油发热量为40841.69 及COP,对改进后干燥热泵系统的性能及其经济 kJkg,取柴油市场价格为3800元t,通过计算 性进行定量分析： 得出经济效益见表1. 据冷凝器出口风温为65℃，可假设t=15℃， 表1经济效益估算表 =75℃.查热泵理论循环压焓图，可得热泵单位 Table1 Estimation of economic benefit 制热量g.=108.9kJkg',单位制冷量q=80.631 装置技术经济指标 干燥装置技术参数 kJkg',单位压缩功w=28.268kJkg 改造前 改造后 COP 2.500 3.856 由t.=30℃，若取蒸发器前后空气温差为7℃， 一次能源利用率 0.962 1.860 则1。=23℃，由式(2)得所需制冷量： 油耗（柴油）kg 0.00580 0.00109 Q.-'p-S-t-6.416kw 3600 费用（元kg) 0.0156 0.0040V b l 一 2 7 N O 一 5 马 晓 梅等 : 谷物 干燥 热泵 性 能的实 验研 究及 理论 分析 . 6 2 1 - 凝器 入 口 风 温 , 冷凝 器 出 口 风 温 升高 , 但 热 泵 制 热量 减 小 , C O P 降低 . (3) 增 大冷 凝器 风 量 , 冷凝 器 出 口 风温 显著 减 小 , 制 热 量增 大 , C O P 提 高 . (4) 增 大蒸 发 器风 量 , cot 及 C O P 均 增 大 , 显 著提 高 了热 泵运 行 效率 , 因此 , 保 证提 供 足够 的蒸 发器 风 量 是 非常 必要 的 . 3 改进 措施 及 其 性 能指 标 预 测 .3 1 改 进措 施 根 据 以上 实验 结 果 , 在保 证 流 化床 临界 风 量 及干 燥 风温 的情况 下 , 通 过 分 析 比 较 发现 , 实 现 对干 燥 热 泵 的 进 一步 优 化 可 主 要 从 以下 两 方 面 入手 : ( l) 增 大 蒸发 器入 口 风量 , 即保 证足 够 的蒸 发器 风 量 以缩 小实 际 C O P 和 ct 。 与其 理 论值 的差 异 . (2 )降低冷 凝器 出 口 风温 , 提 高 热泵 C O P . 冷 凝 器 出 口 空 气 可 采用 余 热 进 行 再 加热 以达 到 流 化 床 干 燥 所需 温度 , 即 80 ℃ 以上 . 这是 因为在 干 燥 装置 实 际运 行 中 , 为满足 可 移 动 的需 要 , 将 采 用 柴油 机 作为 动 力 , 而柴 油 机 丰 富 的余热 资 源 `61 若 不加 以利 用将 是一 种 巨大 的浪 费 . 通 过余 热利 用 的方 式 降低冷 凝器 出 口 风温 , 不仅 可达 到干 燥 要 求 , 而 且还 可 改善 热 泵循 环 性 能 , 提 高 C O P . .3 2 性 能 预测 计 算 在 实 际 中 , 结合 以上 两 种方 法 进行 干燥 热 泵 的优 化 设计 . 一 方面 增 大蒸 发 器入 口 风量 , 以缩 小 C O P 实际值 与理 论值 之 间 的差异 ; 另一 方面 利 用余 热 降低干 燥对 冷凝 器 出 口 风温 的要求 , 以使 热泵循 环 性能 达到 最佳 , 功 率达 到 最小 . 为 此 , 对 蒸发 器入 口 风 量增 大 至 K = 2 50 m , · h 一 ’ , 冷凝 器 出 口 风 温 降至 ct =o 65 ℃ (假 设余 热 换热 器有 能 力能 将 冷凝 器 出 口 风温 加 热 15一80 ℃ ) 时 的热 泵性 能 进 行 理 论 计 算 . 蒸 发 器 入 口 风 温 et ` 取 大 气 温 度 30 ℃ , 冷 凝 器 入 口 风温 ct ;为 50 ℃ , 冷凝 器 风 量 Vc = 1 1l2 m , · h 一 , (为流 化 床 临界 风 量 ) , 预 测 供风 温 度 及 C O P , 对 改进 后干 燥 热泵 系统 的性 能及其 经 济 性进 行 定量 分 析 : 据 冷 凝器 出 口 风温 为 65 ℃ , 可假 设 ot = 巧℃ , 人 = 75 ℃ . 查 热 泵理 论 循环 压 烩 图 , 可得 热泵 单 位 制热 量 cq 二 1 08 .9 U · gk 一 ’ , 单 位 制 冷 量 qe = 80 . 63 1 kJ · kg 一 ’ , 单位 压 缩 功 w 一 28 .2 68 kJ · k g 一 ’ . 由九= 3 0℃ , 若 取 蒸发 器前 后 空气 温 差为 7℃ , 则 cot = 23 ℃ , 由式 (2) 得所 需 制冷 量 : 其 中 , G 司 . o l3 kl · gk 一 ` · ℃ 一 ’ , aP 习 . 14 gk · m 一 , , 二 者 均 取 (30 + 23 )2/ ℃ = 26 . 5 ℃ 下 值 . 牛 1 1、 * ! 、 二 , 。 =至渔 = n n , Q 、 . 。 一 , , l* . 。 市组俘 介 U盯自叼 、 重 q m= 理卜= .U U I, gK ’ s 一 , 市U众妇里 ” 一 ’ ` 一 一 ` q 。 一 一 ’ 一 一 cQ , = q 二 q c = 8 . 6 k w , 功率消耗 =N q 二 · =w .2 23 k w . 实验 中所用 热 泵 蒸发 器尺 = 2 . 82 耐 , 当风 量 为 2 5 0 0 m 3 · h 一 ’ 时测 得凡 为 26 .2 3 W · m 一 2 · ℃ 一 ’ , 蒸 发 器 平均 传 热温 差△ mt 。 取前 假 设温 差 算 出 , 采 用 式 g , = eK 尺△met 校 核 蒸发 器 制冷 量 , 得 么= .6 58 k w , 与假 设 接 近 , 计 算有 效 . 因 此 cot 摆黔 + e o P : 一 争 ` 人`= 5 0+ 2 3 = 7 3 ℃ , . 6 / 2 . 2 3 = 3 . 8 5 6 . 对 于系 统 总能 耗 , 它 与热 泵 功率 互 相影 响 , 据 前期 干燥 样机 干燥 实验 , 一般热 泵 功率 占总 能 耗 的 73 . 6% l[] , 由此得 到 系统 总 能耗 为 : 2 . 2 3 , 。 、 , 、 、 , 刀 , = 丽丽 = j · u j K W · 内燃 机 在 带动 热泵 时 , 燃 料 能 量 中只有 35 % 用 于产 生动 力 , 其 余有 近 5 % 均 作 为废热 排 出〔8] , 再考 虑 余热 换热 器损 失 巧 % 后 , 其可 利用 余热 为 .4 04 k w , 进 而 得 到 出换 热 器 空 气 温 度 可达 到 82 . 72 ℃ . 由此看 出 , 通 过 内燃 机 余 热换 热器 完 全 可 以将 68 . 12 ℃ 的 空气 加热 至 80 ℃ 以上 , 既提 高 了 C O P , 也 满 足 了流 化床 入 口 风 温 的要 求 . .3 3 改 进 的热 泵 流化 床 干燥 装 置经 济 性分 析 改 进 后 的 热 泵 供 热 系 数 , 由 .2 5 〔2] 提 升 至 3名56 , 显 然 提 高 了热 泵 流化 床 干 燥 系 统 的整 体 经济 性 . 由 以往研 究 结果`, , , 连续 式 工作 的流化 干 燥床 一 旦进 入稳 定 生产状 态 , 其 空气 进 出 口 温 度 及 热泵 各项 性 能指标 均 处于 稳定 的工 作状 态 , 而 且 当床 入 口 平均 温度 为 80 ℃ 时 , 小 麦含 湿 量 ( 湿 基 ) 下 降 2 0 % , 所 需干 燥 时 间为 25 m in . 热 泵各 性 能 参数 计 算值 : 从 为 3 . 0 3 k w , C O P 为 3 . 8 5 6 , 流 化 床 入 口 风 温 近似 取 80 ℃ . 以柴 油 为 发动 机燃 料 , 发 动 机 效 率 取 .0 35 , 柴 油 发 热 量 为 4 0 841 . 69 kJ · 靶 一 ’ , 取 柴 油市 场价 格 为 3 80 元 · t 一 ’ , 通 过计 算 得 出经 济 效 益见 表 1 . 表 1 经济效 益估 算表 1油b l e l E s t im a it o n o f e e o n o m ic b e n e if t 装置 技术经 济指 标 干 燥装 置技 术参数 eQ , 述召豁箫旦 一 6 .416 kw C O P 一 次 能源利用 率 油耗 (柴 油)瓜 g 费用 (/ 元 · kg 一 ) 改 造前 2 . 5 0 0 0 9 6 2 0 . 00 5 80 0 . 0 15 6 改 造后 3 . 8 5 6 1 . 8 6 0 0 . 0 0 1 0 9 0 004 0