CN105043077B - 高效回收废热的生物质空气干燥系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效回收废热的生物质空气干燥系统及工作方法，属于节能领域。该系统主要包括生物质空气干燥子系统和废热回收有机朗肯循环子系统。其中废热回收有机朗肯循环子系统使用非共沸工质（12），借助显热回热器（5）和潜热回热器（6），对干燥箱（4）出口的湿热空气的潜热和显热进行梯级回收，并通过膨胀机（16）转化为机械能，该机械能不仅能够满足压缩机（8）的功耗，还可以对外输出一部分有用功，与常规独立的生物质空气干燥系统和独立的低温有机朗肯循环系统相比，该系统不仅能够利用低品位热干燥生物质，而且通过梯级废热回收实现较高的热转功的效率，特别适合对现有生物质空气干燥系统进行改造。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效回收废热的生物质空气干燥系统及工作方法，属于节能领域。
背景技术
生物质中含有的大量水分导是导致其容易腐败且不耐储存的主要原因，其中空气干燥是一种常见的增加生物质保存期的有效方法之一。然而，由于干空气掠过潮湿生物质表面带走其水分的同时，需要消耗大量的外部热能来提供湿生物质中水分蒸发的潜热，因此，常规空气干燥过程的能耗均较高。因此，如何降低空气干燥过程的能耗，对于降低干生物质的生产成本具有重要意义。目前已有一些节能的空气干燥方法，例如，通过回热器回收部分干燥箱出口的空气废热能来预热干空气，然而由于干燥箱出口的热空气中水分含量较高，其可回收的显热和潜热数量尽管较高，但是品位较低。受到最小传热温差的影响，预热器可回收的热能非常有限，大部分废热被直接被排入环境。因此，如何继续提高废热回收效率，是显著降低空气干燥过程能耗的关键。
发明内容
本发明的目的在于提出体现废热回收的高效回收废热的生物质空气干燥系统及工作方法。
本发明提出一种高效回收废热的生物质空气干燥系统，其特征在于该系统包括：第一预热器、干燥箱、显热回热器、潜热回热器、第一气液分离器、压缩机、循环泵、第二预热器、第二气液分离器、膨胀机、降压阀和冷凝器；
其中第一预热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；干燥箱包括生物质入口、空气入口、热源介质入口、热源介质出口、空气出口和干生物质出口；显热回热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；潜热回热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；第二预热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；冷凝器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；
第一气液分离器包括入口、气相出口和液相出口；第二气液分离器包括入口、气相出口和液相出口。
所述高效回收废热的生物质空气干燥系统，湿生物质与第一预热器冷侧入口相连，第一预热器冷侧出口与干燥箱生物质入口相连，热源介质与干燥箱上的热源介质入口相连，热源介质出口与环境相连，干生物质出口与环境相连。干燥箱空气出口与显热回热器热侧入口相连，显热回热器的热侧出口与潜热回热器热侧入口相连，潜热回热器热侧出口与第一气液分离器入口相连，第一气液分离器气相出口通过压缩机与干燥箱的空气入口相连。第一气液分离器液相出口与第一预热器热侧入口相连，第一预热器热侧出口与环境相连。循环泵出口与第二预热器冷侧入口相连，第二预热器冷侧出口与潜热回热器冷侧入口相连，潜热回热器冷侧出口与第二气液分离器入口相连，第二气液分离器气相出口与显热回热器冷侧入口相连，显热回热器冷侧出口通过膨胀机与冷凝器热侧入口相连；第二气液分离器液相出口与第二预热器热侧入口相连，第二预热器热侧出口通过降压阀与冷凝器热侧入口相连，冷却剂与冷凝器冷侧入口相连，冷凝器冷侧出口与环境相连。冷凝器热侧出口与循环泵入口相连。
根据本发明所述的高效回收废热的生物质空气干燥系统，主要包括生物质空气干燥子系统和废热回收有机朗肯循环子系统；
其中生物质空气干燥子系统的工作工作过程如下：
来自环境的湿生物质首先进入第一预热器冷侧，被第一预热器热侧的冷凝水预热后被送入进入干燥箱。热源介质通过干燥箱上的热源介质入口进入干燥箱热侧，向其冷侧的湿生物质释放热能后从干燥箱上的热源介质出口排入环境。湿生物质中的水分在干燥箱内吸收了热源介质释放的热能后蒸发，失去水分的干生物质从干燥箱上的干生物出口排入环境；干燥的循环空气从干燥箱的空气入口进入干燥箱后与湿生物质直接接触进行热质交换，循环空气吸收了湿生物质蒸发出来的水蒸气后变为湿空气；干燥箱的空气出口的湿空气先进入显热回热器的热侧，向显热回热器的冷侧的非共沸工质释放显热后温度降低，然后进入潜热回热器热侧，向潜热回热器的冷侧非共沸工质释放潜热后有部分水分被冷凝出来，再进入第一气液分离器进行气液分离，第一气液分离器气相出口的空气经过压缩机增压后再次进入干燥箱的热空气入口，开始下轮空气干燥循环；第一气液分离器（7）液相出口与第一预热器热侧入口相连，第一预热器热侧出口与环境相连。
废热回收有机朗肯循环子系统的工作过程如下：
冷凝器出口的液态的非共沸工质首先经过循环泵增压后进入第二预热器冷侧，被其热侧的非共沸工质加热后温度升高，然后进入潜热回热器冷侧，吸收了湿空气潜热后部分蒸发，再进入第二气液分离器进行气液分离。第二气液分离器的气相出口的非共沸工质继续进入显热回热器冷侧，吸收了湿空气显热后温度升高，并通过膨胀机膨胀做功，膨胀机出口的乏气再进入冷凝器热侧；第二气液分离器液相出口的液态的非共沸工质通过第二预热器热侧，对第二预热器冷侧的非共沸工质释放热能后，并通过降压阀进入冷凝器热侧，冷却介质则从冷凝器的冷侧入口进入，吸收了热侧的非共沸工质的潜热后排入环境。进入冷凝器的非共沸工质向冷凝器释放潜热后变为液态，冷凝器的热侧出口的液态的非共沸工质通过循环泵增压后进入第二预热器冷侧入口，继续开始下一轮的热转功循环。
由于上述废热回收有机朗肯循环子系统中采用了非共沸介质，而且通过显热回热器和潜热回热器对干燥箱出口热空气中显热和潜热进行了梯级回收，并通过膨胀机转化为机械能，该机械能不仅能够满足压缩机的功耗，还可以对外输出一部分有用功，与常规独立的生物质干燥系统和独立的低温有机朗肯系统相比，该系统能够干燥生物质，且具有较高的废热转功效率，特别适合对现有生物质空气干燥系统进行改造。
附图说明
图1是提出的生物质干燥系统流程示意图；
图中标号名称：1、湿生物质，2、第一预热器，3、热源介质，4、干燥箱，5、显热回热器，6、潜热回热器，7、第一气液分离器，8、压缩机，9、循环空气，10、冷凝水，11、循环泵，12、非共沸工质，13、第二预热器，14、第二气液分离器，15、干生物质，16、膨胀机，17、降压阀，18、冷凝器，19、冷却剂。
具体实施方式
参照附图1，详细说明本发明提出的生物质空气干燥系统的具体实施过程和工作方法。该系统包括两个子系统：生物质空气干燥子系统和废热回收有机朗肯循环子系统。
在生物质空气干燥子系统中，湿生物质1首先进入第一预热器2冷侧，被其热侧的冷凝水10预热，然后进入干燥箱4。热源介质3通过布置在干燥箱4内的热源介质通道流过干燥箱4热侧，循环空气4和经过初步预热的湿生物质1进入干燥箱4冷侧，在干燥箱4内，湿生物质1吸收了热源介质3释放的热能后水分蒸发，并被循环空气带走，而干燥箱4出口的空气的湿度和温度均有所上升；然后，干燥箱4空气出口的湿空气进入显热回热器5热侧，向冷侧的非共沸工质12释放显热温度降低，然后再进入潜热回热器6热侧，向非共沸工质12释放潜热后有部分水分被冷凝出来，之后再进入第一气液分离器7进行气液分离，第一气液分离器7气相出口的空气经过压缩机8增压后再循环进入干燥箱4的热空气入口，开始下轮空气干燥循环。
在废热回收有机朗肯循环子系统中，液态的非共沸工质12经过循环泵11增压后进入第二预热器13冷侧，被其热侧的非共沸工质12加热后温度升高，然后进入潜热回热器6冷侧，吸收了湿空气潜热后部分蒸发，然后进入第二气液分离器14进行气液分离。第二气液分离器14气相出口的非共沸工质12再进入显热回热器5冷侧，吸收了湿空气显热后温度升高并通过膨胀机16进入冷凝器18热侧；第二气液分离器14液相出口通过第二预热器13热侧，对其冷侧的非共沸工质12释放热能后，并通过降压阀17进入冷凝器18热侧，冷却介质19则从冷凝器18冷侧进入，吸收了热侧非共沸工质12潜热后排入环境。非共沸工质12向冷凝器18释放潜热后变为液态，冷凝器18热侧出口的液态的非共沸工质12通过循环泵11增压后进入第二预热器13冷侧开始下一轮热转功循环。
Claims (2)
1.一种高效回收废热的生物质空气干燥系统，其特征在于该系统包括：第一预热器（2）、干燥箱（4）、显热回热器（5）、潜热回热器（6）、第一气液分离器（7）、压缩机（8）、循环泵（11）、第二预热器（13）、第二气液分离器（14）、膨胀机（16）、降压阀（17）和冷凝器（18）；
其中第一预热器（2）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；干燥箱（4）包括生物质入口、空气入口、热源介质入口、热源介质出口、空气出口和干生物质出口；显热回热器（5）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；潜热回热器（6）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；第二预热器（13）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；冷凝器（18）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；
第一气液分离器（7）包括入口、气相出口和液相出口；第二气液分离器（14）包括入口、气相出口和液相出口；
所述的高效回收废热的生物质空气干燥系统，湿生物质（1）与第一预热器（2）的冷侧入口相连，第一预热器（2）的冷侧出口与干燥箱（4）的生物质入口相连，热源介质（3）与干燥箱（4）的热源介质入口相连，干燥箱（4）的热源介质出口与环境相连，干燥箱（4）的干生物质出口与环境相连；干燥箱（4）的空气出口与显热回热器（5）的热侧入口相连，显热回热器（5）热侧出口与潜热回热器（6）的热侧入口相连，潜热回热器（6）热侧出口第一气液分离器（7）入口相连，第一气液分离器（7）气相出口通过压缩机（8）与干燥箱（4）的空气入口相连；第一气液分离器（7）液相出口与第一预热器（2）的热侧入口相连，第一预热器（2）的热侧出口与环境相连；
循环泵（11）出口与第二预热器（13）的冷侧入口相连，第二预热器（13）的冷侧出口与潜热回热器（6）的冷侧入口相连，潜热回热器（6）的冷侧出口与第二气液分离器（14）的入口相连，第二气液分离器（14）的气相出口与显热回热器（5）的冷侧入口相连，显热回热器（5）的冷侧出口通过膨胀机（16）与冷凝器（18）的热侧入口相连；第二气液分离器（14）的液相出口与第二预热器（13）的热侧入口相连，第二预热器（13）的热侧出口通过降压阀（17）与冷凝器（18）的热侧入口相连，冷却剂（19）与冷凝器（18）的冷侧入口相连，冷凝器（18）的冷侧出口与环境相连；冷凝器（18）的热侧出口与循环泵（11）的入口相连。
2.根据权利要求1所述的高效回收废热的生物质空气干燥系统的工作方法，其特征在于包括生物质空气干燥过程和废热回收有机朗肯循环过程；
其中生物质空气干燥过程如下：
来自环境的湿生物质（1）首先进入第一预热器（2）冷侧，被第一预热器（2）热侧的冷凝水（10）预热后被送入进入干燥箱（4）；热源介质（3）通过干燥箱（4）上的热源介质入口进入干燥箱（4）热侧，向其冷侧的湿生物质（1）释放热能后从干燥箱（4）上的热源介质出口排入环境；湿生物质（1）中的水分在干燥箱（4）内吸收了热源介质（3）释放的热能后蒸发，失去水分的干生物质（15）从干燥箱（4）上的干生物出口排入环境；干燥的循环空气（9）从干燥箱（4）的空气入口进入干燥箱（4）后与湿生物质直接接触进行热质交换，循环空气（9）吸收了湿生物质蒸发出来的水蒸气后变为湿空气；干燥箱（4）的空气出口的湿空气先进入显热回热器（5）的热侧，向显热回热器（5）的冷侧的非共沸工质（12）释放显热后温度降低，然后进入潜热回热器（6）热侧，向潜热回热器（6）的冷侧非共沸工质（12）释放潜热后有部分水分被冷凝出来，再进入第一气液分离器（7）进行气液分离，第一气液分离器（7）气相出口的空气经过压缩机（8）增压后再次进入干燥箱（4）的热空气入口，开始下轮空气干燥循环；第一气液分离器（7）液相出口与第一预热器（2）热侧入口相连，第一预热器（2）热侧出口与环境相连；
其中废热回收有机朗肯循环过程如下：
冷凝器（18）出口的液态的非共沸工质（12）首先经过循环泵（11）增压后进入第二预热器（13）冷侧，被其热侧的非共沸工质（12）加热后温度升高，然后进入潜热回热器（6）冷侧，吸收了湿空气潜热后部分蒸发，再进入第二气液分离器（14）进行气液分离；第二气液分离器（14）的气相出口的非共沸工质（12）继续进入显热回热器（5）冷侧，吸收了湿空气显热后温度升高，并通过膨胀机（16）膨胀做功，膨胀机（16）出口的乏气再进入冷凝器（18）热侧；第二气液分离器（14）液相出口的液态的非共沸工质（12）通过第二预热器（13）热侧，对第二预热器（13）冷侧的非共沸工质（12）释放热能后，并通过降压阀（17）进入冷凝器（18）热侧，冷却剂（19）则从冷凝器（18）的冷侧入口进入，吸收了热侧的非共沸工质（12）的潜热后排入环境；进入冷凝器（18）的非共沸工质（12）向冷凝器（18）释放潜热后变为液态，冷凝器（18）的热侧出口的液态的非共沸工质（12）通过循环泵（11）增压后进入第二预热器（13）冷侧入口，继续开始下一轮的热转功循环。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20170517 Termination date: 20210728 |
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