周琪，趙文欣

（1.國網(wǎng)江西省電力公司，南昌330077；2.國網(wǎng)南昌供電公司，南昌330003）

◆能效與負(fù)荷管理◆

太陽能/熱泵技術(shù)在木材干燥領(lǐng)域的應(yīng)用

周琪1，趙文欣2

（1.國網(wǎng)江西省電力公司，南昌330077；2.國網(wǎng)南昌供電公司，南昌330003）

在家具行業(yè)的木材干燥領(lǐng)域采用太陽能/熱泵鍋爐技術(shù)替代原有柴油及煤炭鍋爐干燥既節(jié)能又環(huán)保,有太陽時(shí)利用太陽能干燥,無太陽時(shí)利用熱泵干燥,不用時(shí)可以將太陽能熱量及低谷電能轉(zhuǎn)換成熱能儲(chǔ)存起來。系統(tǒng)以太陽能熱能采集器供熱為主、熱泵供熱為輔,太陽能運(yùn)行費(fèi)用成本為零,熱泵運(yùn)行費(fèi)用成本為電能的1/4,柴油的1/6,煤炭的1/2,可全天24 h運(yùn)行,全自動(dòng)切換,大量節(jié)省常規(guī)能源,自動(dòng)控制調(diào)溫調(diào)濕,投資少、收益大,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 工作原理

太陽能技術(shù)的基本原理是將太陽輻射能收集起來,通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。目前使用最多的太陽能收集裝置,主要有平板型集熱器、真空管集熱器、陶瓷太陽能集熱器和聚焦集熱器(槽式、碟式和塔式）等4種。通常根據(jù)所能達(dá)到的溫度和用途的不同,把太陽能光熱利用分為低溫利用(＜200℃）、中溫利用(200～800℃）和高溫利用(＞800℃）。目前低溫利用主要有太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能蒸餾器、太陽能采暖(太陽房）、太陽能溫室、太陽能空調(diào)制冷系統(tǒng)等;中溫利用主要有太陽灶、太陽能熱發(fā)電聚光集熱裝置等;高溫利用主要有高溫太陽能鍋爐等。

熱泵技術(shù)是近年來倍受關(guān)注的一項(xiàng)新型能源技術(shù),熱泵系統(tǒng)主要由4部分構(gòu)成,分別是壓縮機(jī)、散熱盤管(俗稱“冷凝器”）、膨脹閥、吸熱盤管(俗稱“蒸發(fā)器”）。和冰箱一樣,熱泵也是利用壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)管道內(nèi)的制冷劑循環(huán)流動(dòng),不斷地蒸發(fā)(吸熱）、冷凝(放熱）,通過制冷劑溫差吸熱和壓縮機(jī)壓縮制熱后,把外界的低品位熱量源源不斷地聚集到熱泵主機(jī)的冷凝器上,再經(jīng)過風(fēng)機(jī)或液體使需加溫物體溫度迅速上升。該技術(shù)適用于我國廣大地區(qū),在南方效果更加突出,在大中城市和人口密度較大的地區(qū)都可使用,適用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及家庭、賓館、浴室、企業(yè)和房地產(chǎn)等行業(yè),節(jié)能效果明顯,投資回收期短,使用壽命長。

2 太陽能/熱泵鍋爐的應(yīng)用范圍

太陽能/熱泵鍋爐可應(yīng)用在如下行業(yè)。

農(nóng)業(yè)：煙葉復(fù)烤產(chǎn)業(yè)、脫水菜產(chǎn)業(yè)、木材烘烤產(chǎn)業(yè)、溫室大棚、特種養(yǎng)殖等;商業(yè)：賓館、學(xué)校、醫(yī)院、美容美發(fā)、沐足、桑拿、泳池等;工業(yè)：印染、電鍍、紡織、陶瓷、制藥、鋼鐵、石油等;國防：基站、部隊(duì)、科考等;交通：高速路及橋梁融雪化冰、庭院及廣場融雪化冰等;航空：機(jī)場及停機(jī)坪融雪化冰及房屋頂融雪化冰等;其它：工礦企業(yè)廢、余熱再利用系統(tǒng)等。

3 太陽能/熱泵鍋爐在江西的應(yīng)用

地處中部的江西可利用的資源諸如煤炭、油、天然氣等相對(duì)來說比較匱乏,實(shí)施電能替代具有極其重要的意義。目前太陽能/熱泵鍋爐在江西的示范工程、試點(diǎn)項(xiàng)目主要在江西省贛州市南康區(qū)的家具制造業(yè),用于木材的烘烤,主要有江西富興木業(yè)、江西南康志盛木材干燥中心等案例。

3.1 案例

(1）江西富興木業(yè)案例

該干燥中心改造前為一臺(tái)2 t燃柴蒸汽鍋爐,利用木材的邊角余料燒蒸汽后輸送給每個(gè)干燥窯使用,共有裝材量為80 m3的干燥窯9個(gè),平均每月干燥木材700 m3左右,每月購買木材邊角余料280 t左右,木材邊角余料單價(jià)為350.00元/t。因此,每月燃料費(fèi)用為98 000.00元。鍋爐引風(fēng)機(jī)功率7.5 kW,電價(jià)1.05元/kWh,每天接近消耗30t水,水價(jià)2.00元/t。人工2人,合計(jì)工資為5 000.00元,因此每月消耗在鍋爐上的費(fèi)用約11萬元,每立方米燃料消耗平均為157.00元(未含循環(huán)風(fēng)機(jī)能耗）。環(huán)境污染及消防隱患嚴(yán)重,由于干燥過程中人為因素太多,品質(zhì)穩(wěn)定性不高,窯損比較大。

安裝太陽能/熱泵鍋爐干燥窯后,通過對(duì)同品種及厚度木材進(jìn)行干燥測試,太陽能/熱泵窯只消耗電能,根據(jù)電能表使用電量情況計(jì)算費(fèi)用,木材干燥的燃料成本為92.00元/m3,比燃柴節(jié)約65.00元/m3,每月可節(jié)約45 500.00元。

在試點(diǎn)的干燥窯經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行,目前無論是干燥的品質(zhì)還是干燥時(shí)間及干燥成本,效果均理想,與傳統(tǒng)窯(燃柴鍋爐）相比,綜合成本節(jié)約30%以上,達(dá)到初期設(shè)計(jì)效果。

(2）江西南康志盛木材干燥中心案例

示范工程正在施工中,該中心現(xiàn)有傳統(tǒng)干燥窯42個(gè),采用一臺(tái)4 t及一臺(tái)10 t鍋爐供熱,燃料為木材的邊角余料,能耗大、污染嚴(yán)重,經(jīng)各方協(xié)商一致,在該中心新建8個(gè)太陽能/熱泵干燥窯及改造2個(gè)傳統(tǒng)窯,預(yù)計(jì)10月底可以交付使用。

3.2 主要技術(shù)特點(diǎn)

示范工程、試點(diǎn)項(xiàng)目中采用的是太陽能/熱泵技術(shù)木材干燥設(shè)備,以太陽能熱能采集器供熱為主、熱泵空氣能熱能采集器供熱為輔,屬于低溫型干燥設(shè)備,烘干溫度在20～80℃。木材的干燥程度不受自然條件、地區(qū)、季節(jié)和樹種的限制,可根據(jù)要求獲得任何程度的最終含水率,且具有較成熟的干燥理論以及工藝技術(shù),可儲(chǔ)存600組以上木材干燥基準(zhǔn),能保證任何樹種的干燥質(zhì)量。太陽能/熱泵干燥設(shè)備的使用安全可靠,安裝有遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng),只要按設(shè)計(jì)要求建造和定期維修保養(yǎng),一般均可使用12～15年以上,且干燥成本為現(xiàn)有傳統(tǒng)電和蒸汽烤房的1/2。

系統(tǒng)由帶混合室烤房、太陽能集熱模組、空氣能熱泵模組、蓄能模組、增濕器、全熱回收冷凝式除濕機(jī)組、復(fù)合式加熱模組、人工智能帶GPRS遠(yuǎn)程維護(hù)集中控制系統(tǒng)等組成。

太空能熱泵技術(shù)木材專用干燥窯主要特點(diǎn)：

(1）可儲(chǔ)存600組以上不同品種木材干燥數(shù)據(jù)和自動(dòng)采集客戶憑經(jīng)驗(yàn)干燥設(shè)置的數(shù)據(jù),自動(dòng)分析與比對(duì)干燥后物料的效果,將數(shù)據(jù)通過GPRS無線遠(yuǎn)傳至數(shù)據(jù)庫,計(jì)算機(jī)將整理后的有效數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)給其它干燥設(shè)備(系統(tǒng)）,使其適應(yīng)任何木種的干燥,該系統(tǒng)通過自帶的集中控制系統(tǒng)有效地將太陽能集熱器、空氣能熱泵系統(tǒng)、自動(dòng)化霜系統(tǒng)、超聲波增濕系統(tǒng)、內(nèi)循環(huán)除濕系統(tǒng)、太陽能蓄能系統(tǒng)、復(fù)合供熱系統(tǒng)及綜合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集中管理,達(dá)到高效節(jié)能運(yùn)行效果。

(2）現(xiàn)有傳統(tǒng)烤房運(yùn)行表明(傳統(tǒng)烤房通過窗口把高溫高濕的空氣直接排放到空氣中,而把室外冷空氣送入烤房內(nèi),烤房內(nèi)溫度極不穩(wěn)定）,干燥木材中的熱量大約70%以上在排濕時(shí)損失掉。木材專業(yè)烤房為全熱回收內(nèi)循環(huán)冷凝式除濕,它可以通過蒸發(fā)器內(nèi)制熱工質(zhì)的物態(tài)變化,把排濕汽中約75%左右的熱量回收起來,再通過壓縮機(jī)送入烤房冷凝器內(nèi)循環(huán)利用,繼續(xù)加熱烤房。

根據(jù)微電腦設(shè)置的參數(shù)反復(fù)循環(huán)均勻地使干燥物料達(dá)到除濕要求,該系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)干燥濕熱空氣混合排放而浪費(fèi)能源的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)只排出水分不排熱量,達(dá)到節(jié)能減排之目的。同時(shí)避免了由于未按木材特性排走水分,導(dǎo)致物料表面及里面干燥程度不一,產(chǎn)生裂紋及彎曲的現(xiàn)象。

(3）太陽能/熱泵技術(shù)木材專業(yè)干燥設(shè)備能將多余的太陽能熱能自動(dòng)儲(chǔ)蓄起來,當(dāng)陰雨天或晚上干燥室需要熱量時(shí),能提供足夠的熱能通過復(fù)合冷凝器管網(wǎng)持續(xù)供熱,保證干燥需要,全自動(dòng)運(yùn)行,大大節(jié)約能源及人力資源,增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(4）設(shè)備安裝循環(huán)超聲波增濕系統(tǒng),根據(jù)微電腦設(shè)置參數(shù)運(yùn)行將自來水通過超聲波產(chǎn)生納米級(jí)水霧,然后抽入空氣混合室的高溫空氣使其迅速混合到等溫狀態(tài)進(jìn)入到干燥室,避免由于蒸汽高溫或水霧低溫導(dǎo)致的木材應(yīng)力發(fā)生變化而開裂,能迅速使木材芯濕度與表面濕度達(dá)到一致,平衡含水率,同步干燥,使干燥物料品質(zhì)達(dá)到最優(yōu)。

(5）帶獨(dú)立高溫空氣混合室的太陽能/熱泵木材干燥系統(tǒng)。該系統(tǒng)以太陽能熱能為主、空氣能熱能為輔,根據(jù)干燥室所需溫度,將從太陽能集熱器及空氣能冷凝器中收集到的高溫?zé)崮茉诳諝饣旌鲜抑谢旌系礁哂诟稍锸覝?0℃以內(nèi)后經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)送入干燥室,避免因高溫差使木材干裂變形。換熱器及循環(huán)風(fēng)機(jī)裝在混合室,在不影響正常工作和增加勞動(dòng)強(qiáng)度的前提下,便于檢修和維護(hù)。

3.3 鍋爐原理、性能分析

(1）系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

(2）性能分析

燃?xì)馀c熱泵運(yùn)行成本見表1所示。

表1 電能替代過程中燃?xì)馀c熱泵運(yùn)行成本對(duì)比

設(shè)備通常1～2年可通過節(jié)能收回成本,使用壽命為12～15年。我國太陽能資源豐富,太陽能運(yùn)行成本為零,且熱泵系統(tǒng)也是目前節(jié)能環(huán)保的技術(shù),因此,在節(jié)能方面有著無比優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性能。由于太陽能采集器無運(yùn)動(dòng)部件,熱泵關(guān)鍵部件也都通過市場幾十年的檢驗(yàn)為成熟技術(shù),因此在穩(wěn)定性及使用壽命方面均可達(dá)到理想狀態(tài),只要按要求使用及維護(hù),比傳統(tǒng)鍋爐使用壽命長。

3.4 注意事項(xiàng)

實(shí)施過程中應(yīng)注意的相關(guān)問題：①氣候條件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的能效起決定性作用,因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),必須充分考慮當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境方面的因素,一般保險(xiǎn)起見按冬季工況設(shè)計(jì)比較理想,但投入方面會(huì)有部分增加;②系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定與使用壽命,因此在設(shè)計(jì)過程中需按每天用能時(shí)間的最長運(yùn)行時(shí)間設(shè)計(jì);③用能終端運(yùn)行工況,根據(jù)用能終端的實(shí)際情況進(jìn)行分布式供應(yīng)與設(shè)計(jì),以達(dá)到最佳節(jié)能狀態(tài)。

4 結(jié)束語

根據(jù)太陽能/熱泵鍋爐在各個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用,與燃煤鍋爐相比較,由于使用的是清潔能源電及提取的空氣或土壤里面的低品位熱量而達(dá)到零排放,環(huán)保效果顯著。通過與原有傳統(tǒng)鍋爐比較,在木材干燥應(yīng)用中可節(jié)能30%以上,在溫室大棚方面可節(jié)能65%以上,在特種養(yǎng)殖應(yīng)用中可節(jié)能30%以上,在其他應(yīng)用中,綜合節(jié)能也可達(dá)到20%以上。通過實(shí)地多年連續(xù)測試與觀察,只要用戶按要求使用與維護(hù)保養(yǎng),可連續(xù)幾年零故障運(yùn)行。因此,無論是使用壽命、自動(dòng)化控制、節(jié)能還是環(huán)保方面,與傳統(tǒng)鍋爐相比都有無可比擬的優(yōu)勢(shì),值得推廣應(yīng)用。D

Application of solar energy and heat pump technology in wood drying

ZHOU Qi1,ZHAO Wen?xin2
(1 State Grid Jiangxi Electric Power Company,Nanchang 330077,China;2 State Grid Nanchang Power Supply Company,Nanchang 330003,China)）

提出在家具行業(yè)領(lǐng)域,采用太陽能/熱泵技術(shù)替代傳統(tǒng)能源。介紹太陽能及熱泵技術(shù)的基本原理及應(yīng)用范圍。通過太陽能/熱泵技術(shù)在江西家具行業(yè)的應(yīng)用,分析該技術(shù)的主要特點(diǎn)及注意事項(xiàng)。太陽能/熱泵綜合能源技術(shù)應(yīng)用在家具行業(yè)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保,具有推廣價(jià)值。

太陽能技術(shù);熱泵技術(shù);綜合能源利用;節(jié)能環(huán)保

The paper puts forward the use of integrated energy technologywith solarenergyandheatpumptoreplacetraditionalen?ergyin the field of furniture industry.This paper introduces the basic principle and application of solar energy and heat pump technology. Through the application of solar energy and heat pump technology in Jiangxi,this paper analyzes the main features of the technology and the matters needing attention.Solar+heat pump technology in the furniture industry has the advantages of energy saving and environ?mentalprotectionandhasthepromotionvalue.

solar technology;heat pump technology;compre?hensiveenergyutility;energysavingandenvironmentalprotection

1009-1831（2017）02-0025-03

10.3969/j.issn.1009-1831.2017.02.006

F407.61；TK018

B

2016-09-14