CN103090648A - 一种高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，其包括干燥箱体、物料承托装置、旁热式红外辐射单元、布风箱、引风管、空气换热器及引风机，在干燥箱体内部安装所述物料承托装置；在干燥箱体的一端上部设置烟气进口，该烟气进口连通固装在干燥箱体内部上方的旁热式红外辐射单元的烟气进口，该旁热式红外辐射单元的烟气出口连接所述引风管的烟气进口，该引风管的烟气出口连通至所述空气换热器，该空气换热器的热空气出口连通至干燥箱体顶部的所述布风箱；在干燥箱体的下部安装所述引风机。本发明的干燥装置和方法设计科学合理，能够实现高温烟气的中短波红外和对流双效干燥，具有能源利用率高，节能降耗，物料干燥速率高，干燥产品品质好的优点。

Description

一种高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置和方法

技术领域

本发明属于干燥技术领域，特别涉及一种高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置和方法，可应用于粮食、农副产品等干燥脱水。

背景技术

干燥是粮食、果蔬加工和长期储藏的一种重要手段，原理为利用一定的技术脱除新鲜粮食和果蔬原料中的水分，将其水分活度降低到微生物难以生存繁殖的程度，从而使产品具有良好的保藏性，并基本保持原有营养成分，同时干产品含水量少，容易运输，可有效调节地区供应不均和生产淡旺季。

粮食和果蔬干燥包括自然晒干和人工干燥两类。人工干燥包括热风、微波、红外、真空冷冻干燥等。热风干燥采用对流加热，热空气流过物料表面或穿过物料层，将热量传给物料；物料受热水分蒸发，产生的水蒸气由空气带走。热风干燥作为一种广泛应用的传统干燥方式，具有烘干均匀，工艺成熟，设备简单，投资低，热源广泛等优点。特别地，当采用煤、秸秆、稻壳等生物质燃料加热空气时，干燥运行成本较低。但是，在热风干燥过程中，热量从外部逐渐向内部传热，因而热风干燥也具有加热速率慢，干燥时间长，效率低，产品易变形，变色，营养成分损失大等缺点。

红外干燥利用辐射加热，热量直接传送到物料表面及内部，因而具有加热速率快，干燥时间短、干净卫生、节能省时，设备占地面积小等优点，但也存在需电加热，运行成本高等缺点。红外辐射的波长为0.76-1000μm，但从普朗克辐射定律，红外辐射只有在0.76-25μm才有实际意义，波长再长其单色辐射力太小。工程实际将国际标准波长0.76-2.0μm成为近红外（或短波），2.0-6.0μm为中红外（或中波），6.0-25μm为远红外。相对传统远红外，中短波红外光子携带能量高，单色辐射力强，因而加热效率高。

高温烟气是我国粮食、果蔬热风干燥常用的热源之一，主要来源于直接燃烧煤、柴油、重油、天然气、煤气等石化燃料，秸秆、木屑、稻壳等生物质燃料所产生的高温烟道气，少部分来源于炼钢、炼焦、发电等工业生产所排出的高温尾气。高温烟气温度较高，通常在200℃以上，属于高品位能量，如燃煤烟气温度在600-1100℃。尽管热风干燥过程中，干燥介质温度越高，干燥速度越快，干燥热效率越高，但由于粮食、果蔬是热敏性生物物料，热风温度不能过高，如水稻热风干燥适宜温度为80℃，否则水稻爆腰率急剧增加。因此，高温烟气不能直接应用于粮食、果蔬热风干燥过程，其应用形式主要为高温烟气与环境空气间接换热，或者与环境空气相混合。上述两种情况下得到的干燥介质温度都比较低，大约在50-120℃之间。

从上述论述可以看出，高温烟气属于高品位能量，但在粮食和果蔬热风干燥过程中，其能量主要在低品位阶段（50-120℃）利用，因而，能源利用效率低。这点从热风干燥时间长，能耗高得到佐证。

发明内容

本发明的目的在于克服粮食和果蔬热风干燥过程中，高温烟气主要在低品位阶段利用，导致能源效率低的缺点及不足，提供一种使高温烟气在其高、低品位都能得到充分利用，从而提高烟气的能源利用效率，实现节能干燥的高温烟气短波红外和对流双效干燥装置和方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，其特征在于：包括干燥箱体、物料承托装置、旁热式红外辐射单元、布风箱、引风管、空气换热器及引风机，在干燥箱体内部安装所述物料承托装置；在干燥箱体的一端上部设置烟气进口，该烟气进口连通固装在干燥箱体内部上方的旁热式红外辐射单元的烟气进口，该旁热式红外辐射单元的烟气出口连接所述引风管的烟气进口，该引风管的烟气出口连通至所述空气换热器，该空气换热器的热空气出口连通至干燥箱体顶部的所述布风箱；在干燥箱体的下部安装所述引风机。

而且，所述的烟气进口处安装燃烧器，或者连接烟气发生装置。

而且，所述的旁热式红外辐射单元为多根表面涂有高温红外涂料的不锈钢管或陶瓷管。

而且，在干燥箱体顶部还固装有位于所述旁热式红外辐射单元上部的红外辐射挡板。

而且，所述的物料承托装置为固定式物料承托装置或者为移动式物料传送装置。

而且，所述的移动式物料传送装置的进料端及出料端分别安装进料器及集料器。

一种高温烟气中短波红外和对流双效干燥方法，其特征在于：该干燥方法的步骤为：

利用200℃以上的高温烟气的高温段能量使旁热式红外辐射单元发射波长6μm以内的中短波红外线，进行物料红外干燥；同时，利用200℃以上的高温烟气的中低温段能量进行对流干燥；实现高温烟气的中短波红外和对流双效干燥。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明的高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，可利用高温烟气的高温段能量使旁热式红外辐射单元发射波长6μm以内的中短波红外线，进行物料红外干燥；同时，利用200℃以上的高温烟气的中低温段能量通过换热器产生热空气后，进行对流干燥；实现高温烟气的中短波红外和对流双效干燥。

2、本发明的高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，烟气进口处安装燃烧器，或者连接烟气发生装置，采用燃烧器能直接燃烧固体、气体、液体燃料以产生烟道气；或者采用炼钢、发电等工业生产过程排放的高温尾气。

3、本发明的高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，所采用的旁热式红外辐射单元为多根表面涂有高温红外涂料的不锈钢管或陶瓷管，或其他具有腔体结构的部件均可，本发明的旁热式红外辐射单元在管内流过高温烟气情况下，管壁加热升温，激发表面红外涂料而发出红外辐射，实现对物料的中短波红外加热。

4、本发明的高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，在干燥箱体顶部还固装有位于所述旁热式红外辐射单元上部的红外辐射挡板，该红外辐射挡板为铝制红外辐射挡板，使红外向下定向辐射，以便加热物料。

5、本发明的高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，物料承托装置为固定式物料承托装置或者为移动式物料传送装置，可根据物料特性选择不同的物料承托方式，以适应不同物料的干燥需求。

6、本发明高温烟气中短波红外和对流双效干燥方法，与传统利用高温烟气对粮食和果蔬热风对流干燥相比，具有以下优点：节能干燥：高温烟气流所携带的能量，在高品位阶段转变为中短波红外辐射能，在低品位阶段变为热空气能，在高、低品位阶段都能得到充分利用，能源利用效率高，实现节能干燥；快速干燥：中短波红外加热速度快，能快速将高温烟气热量传递给物料，提高物料干燥速率，减少干燥时间，实现快速干燥。物料的快速干燥既可提高干燥设备的生产能力，又有助于减少物料在干燥过程的有效成分损失。

7、本发明的干燥装置和方法设计科学合理，能够实现高温烟气的中短波红外和对流双效干燥，具有能源利用率高，节能降耗，物料干燥速率高，干燥产品品质好的优点。

附图说明

图1是本发明的主视图（剖视图）。

图2是图1的A-A方向剖视图。

附图标记说明：

1-进料器、2-燃烧器、3-布风箱、4-红外辐射挡板、5-旁热式红外辐射单元、6-热空气出口、7-引风管、8-空气换热器、9-引风管的烟气进口、10-移动式物料传送装置、11-集料器、12-出风口、13-干燥箱体、14-引风机。

具体实施方式

下面结合附图、通过具体实施例对本发明作进一步详述。以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，包括干燥箱体13、物料承托装置、旁热式红外辐射单元5、布风箱3、引风管7、空气换热器8及引风机14。

在干燥箱体内部安装所述物料承托装置；物料承托装置为固定式物料承托装置或者为移动式物料传送装置。本实施例中为一种移动式物料传送装置10，在其进料端及出料端分别安装进料器1及集料器11。在干燥箱体的一端上部设置烟气进口，烟气进口处安装燃烧器2，或者连接烟气发生装置。

该烟气进口连通固装在干燥箱体内部上方的旁热式红外辐射单元的烟气进口，该旁热式红外辐射单元的烟气出口连接所述引风管的烟气进口9，该引风管的烟气出口连通至所述空气换热器，该空气换热器的热空气出口6连通至干燥箱体顶部的所述布风箱；在干燥箱体的下部的出风口12处安装所述引风机。

旁热式红外辐射单元为多根表面涂有高温红外涂料的不锈钢管或陶瓷管。在干燥箱体顶部还固装有位于所述旁热式红外辐射单元上部的红外辐射挡板4。本实施例中，红外辐射单元由6根12米长，直径φ76×1.5mm的不锈钢管组成，不锈钢管外壁涂有耐高温红外辐射涂料。3根红外辐射管一组，上部外加铝制红外辐射挡板，使红外向下定向辐射，加热物料。燃烧器为燃气型燃烧器，燃用天然气和煤气，功率为25-50kW可调，烟气温度为700-850℃。

一种利用上述干燥装置的高温烟气中短波红外和对流双效干燥方法，其特征在于：该干燥方法的步骤为：利用200℃以上的高温烟气的高温段能量使旁热式红外辐射单元发射波长6μm以内的中短波红外线，进行物料红外干燥；同时，利用200℃以上的高温烟气的中低温段能量进行对流干燥；实现高温烟气的中短波红外和对流双效干燥。

本发明高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置的工作原理为：

新鲜苹果片从进料器1中被均布到物料传送装置7中缓慢移动，进入干燥箱11后由红外辐射单元4表面产生的中短波红外辐射能照射到物料上对苹果片进行干燥。燃烧器2产生的高温烟气先进入红外辐射管4，使之产生中短波红外辐射，然后经引风管6进入空气换热器，加热环境空气。加热后的热空气被引入干燥箱11顶部的布风箱3后，由上向下穿过物料层对苹果片进行对流干燥，最后引风机9排出干燥箱11，干苹果片被传送至集料斗8收集。

经对利用本方法研制出的高温烟气红外和对流双效干燥装置样机测定表明，与传统的热风干燥装置相比，本装置的燃耗率可降低30%，电耗率可降低10%，干燥速率可提高55%。

高温烟气流所携带的能量，在其通过涂有耐高温红外涂料的旁热式红外辐射单元时,大部分在多束尾管中转化为中短波红外辐射能，并在反射挡板的作用下，对物料进行定向辐射加热干燥。高温烟气剩下的能量，通过换热器传给空气，利用热空气对物料进行对流加热干燥。因此，高温烟气的能量在其高品位，低品位时都得到了利用，提高了能源利用效率。

本发明中所提到的中短波红外辐射产生原理为：旁热式红外单元如表面涂有高温红外涂料的不锈钢管，在管内流过高温烟气情况下，管壁加热升温，激发表面红外涂料而发出红外辐射。红外辐射波长与不锈钢管壁表面温度存在下列关系λ=2900/(T+273.5)，其中T为管壁表面温度，λ为激发的红外辐射波长。在管壁表面温度为200℃，红外辐射波长约为6.1μm。当管壁表面温度大于200℃，激发的红外线波长小于6.1μm，为中短波红外辐射，否则为远红外辐射。在本发明所提到的200℃以上高温烟气如800℃，只在其温度为800-200℃阶段才通过红外辐射单位，所激发的红外辐射波长在2.7-6.1μm之间，为中短波红外辐射。

本发明的中短波红外辐射，与目前常见的远红外辐射干燥（红外辐射波长6-25μm之间），加热速率更高。农产品中含有大量的水分，其存在对农产品吸收光谱有很大的影响。水分的红外吸收峰为1.4、1.9，3.3，6μm。由此可见，波长在0.75-6.0μm之间的中短波红外辐射，更接近农产品中的水分红外吸收峰，因而更容易被物料吸收。相对远红外，中短波红外干燥效率高。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，其特征在于：包括干燥箱体、物料承托装置、旁热式红外辐射单元、布风箱、引风管、空气换热器及引风机，在干燥箱体内部安装所述物料承托装置；在干燥箱体的一端上部设置烟气进口，该烟气进口连通固装在干燥箱体内部上方的旁热式红外辐射单元的烟气进口，该旁热式红外辐射单元的烟气出口连接所述引风管的烟气进口，该引风管的烟气出口连通至所述空气换热器，该空气换热器的热空气出口连通至干燥箱体顶部的所述布风箱；在干燥箱体的下部安装所述引风机。

2.根据权利要求1所述的高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，其特征在于：所述的烟气进口处安装燃烧器，或者连接烟气发生装置。

3.根据权利要求1所述的高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，其特征在于：所述的旁热式红外辐射单元为多根表面涂有高温红外涂料的不锈钢管或陶瓷管。

4.根据权利要求1所述的高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，其特征在于：在干燥箱体顶部还固装有位于所述旁热式红外辐射单元上部的红外辐射挡板。

5.根据权利要求1所述的高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，其特征在于：所述的物料承托装置为固定式物料承托装置或者为移动式物料传送装置。

6.根据权利要求1所述的高温烟气中短波红外和对流双效干燥装置，其特征在于：所述的移动式物料传送装置的进料端及出料端分别安装进料器及集料器。

7.一种高温烟气中短波红外和对流双效干燥方法，其特征在于：该干燥方法的步骤为：

利用200℃以上的高温烟气的高温段能量使旁热式红外辐射单元发射波长6μm以内的中短波红外线，进行物料红外干燥；同时，利用200℃以上的高温烟气的中低温段能量进行对流干燥；实现高温烟气的中短波红外和对流双效干燥。

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