CN106766844B - 带相变储能换热管束的热风循环干燥系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带热量回收的节能型干燥系统。一种带相变储能换热管束的热风循环干燥系统，包括热风炉、干燥箱以及连接二者的管道，炉内烟气与循环管道内的空气换热后引入布置于干燥箱一侧的相变储能换热区，换热区用隔板一和隔板二分为上中下三个子区域，烟气被引入换热下区，相变储能换热管束由错排的贯穿上中下换热区的多列换热管组成，换热管内填充相变温度为50~80℃的相变材料，循环进风管道内的空气与炉内烟气换热后，从左侧进入相变换热区的中区进一步吸热，然后从右侧进入干燥室，与干燥室内物料传热传质后的循环出风进入相变换热区上区换热，后排湿补风后通过循环风机进入炉内管道，形成完整循环。该系统结构简单，可实现干燥全周期热量回收及同时利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种热风干燥系统，特别涉及一种带热量回收的节能型干燥系统。
背景技术
不同的干燥对象有不同的干燥方法，其中工农业产品的干燥最常用的是热风干燥方式，具有简单易行，适应性广的优点。然而，热风穿流干燥系统的热效率较低，平均热效率只有55％左右，且余热回收利用少，干燥段排出的废气温度较高，在40℃-60℃。我国的农产品干燥大部分采用煤作为热源，与干燥空气的换热不充分，烟气排放时仍有110℃-130℃，甚至有的高达150℃，此部分热量也白白排放了。此外，干燥后的物料温度往往较高，还需要通入干空气进行冷却，也有一部分热量可以利用。对此，科研工作者在热量回收和湿热空气除湿循环利用做了不少工作。发现干燥系统的干燥段排出的废气温度在40℃-60℃，相对湿度平均为20％-50％，冷却段排出的废气温度在10℃-40℃，相对湿度平均在10％-40％，但实际利用中往往只回收了干燥段的热废气。在热回收设备方面，采取了列管式换热器、热泵的方式进行了热回收，但是列管式换热器虽然简单投资少，但换热效率不高，节能效果不理想；热泵在热回收方面虽然节能率高，但投资相对较高，而且还要消耗一部分优质电能，通常在干燥初期湿度较高时节能效果好，中后期湿度较低时效果不好，甚至不适宜开机。在除湿循环利用方面，增温除湿机往往较贵，效果不显著；降温除湿又没有太大意义。针对几种不同待回收热量的温度和湿度差别、回收时间不一致等问题，尚未有一个经济合理的解决方案。
发明内容
本发明针对热回收效率较低、回收时间和温度不匹配等问题，在干燥室一侧布置嵌入式相变储热装置进行热量回收，回收的热包括烟气热量、干燥废气及冷却段废气三类，实现了几种废弃热量的温度对口回收利用。
本发明的技术方案如下：一种带相变储能换热管束的热风循环干燥系统，包括热风炉、干燥箱以及连接二者的风道，热风炉可以燃煤或生物质，产生的烟气与循环进风管道内的空气通过烟气换热管束进行换热，换热后烟气温度降低，进风温度升高，但由于换热效率不高，烟气的温度仍然较高，仍有80℃以上，直接排放会导致热量损失。因此将其通过排烟风机经排烟管道引入布置于干燥箱一侧的相变储能换热区，换热区用隔板一和隔板二分为上中下三个子区域，烟气从前面烟气入口进入，与相变储能换热管束进行换热后，从出口排出，相变换热管束由错排的贯穿上中下换热区的多列换热管组成，换热管略倾斜，与铅垂方向呈现约10°的夹角，管内填充相变温度为60-80℃的相变材料(如石蜡、加6％氯化钡的氢氧化钡等)，换热管的横截面形状可以是带内翅片的，也可以是光管。由于烟气温度较高，传热给相变材料使之发生相变，当换热管下层区域的相变材料熔化后，内部会形成缓慢的自然对流，由于换热管有一定倾斜度，更方便融化液体往上流动，使固液界面逐渐上移，融化区域不断扩大。而循环进风管道内的空气与烟气换热后，温度有所提升，然后进入相变换热区的中区，由于其温度低于相变材料的相变温度，可使已经融化的液体凝固放出热量，循环进风进一步吸收热量后进入干燥箱。干燥箱内发生复杂的传热传质后，在不同阶段形成不同温度湿度的循环出风，干燥前期进风热量大量被吸收，出风的状态为低温高湿，中后期出风状态为较高温低湿，依然有热量可以利用。循环出风进入相变换热区上区，要么将热量传递给相变材料让其处于显热吸热阶段，为相变做好前期升温准备；要么温度更高让相变材料发生融化储存热量，产生的液态相变材料在重力作用下向下运行，使相变换热中区处于融化状态。同时在循环出风管道设置补风排湿装置，设定条件进行补新风和排湿，然后通过循环风机进入炉内加热，形成一个完整的循环。可见，在此过程中，温度最高的废气烟气和温度最低的循环出风都与相变换热管换热，将能量尽可能储存在其中，而循环进风需要带走相变储能管内的热量，使进风温度更高，有利用干燥过程更快速进行。在干燥后期，甚至可实现不添加燃料，进风无需与烟气换热，而是直接从相变储能管内获取热量，直至相变材料全部凝固。干燥结束时，需要冷却散热，此时关闭炉内燃烧，将补新风口常开，进风为常温，带走物料的热量，出风温度较高也可以将此部分能量保存在相变换热上区，为下一轮物料干燥储备热量。
热量回收过程需要良好的控制，以实现能量利用最优化，可在排烟管道、循环进风管道、循环出风管道上设置温度传感器，当检测到循环进风和循环出风的温度相差较小时，可减少燃料供给或调低排烟风机的排风量，当时间检测到减速干燥的后半段时，可停止炉内燃烧，完全由相变储热供给热量。
该系统可实现干燥全周期热量回收及同时放热利用，添加的相变储能换热装置可同时在不同区段储能和放能，结构简单，无需外界动力驱动。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明。
图1为带相变储能换热管束的热风循环干燥系统的主视图；
图2为带相变储能换热管束的热风循环干燥系统的俯视图；
图3为相变储能换热管的主视图和A-A剖视图。
图中：1-清灰门2-炉门3-热风炉4-循环风机5-排烟风机6-排烟管道
7-循环进风管道8-循环出风管道9-相变储能换热管束10-隔板一
11-干燥箱12-隔板二13-换热管束支撑圈14-烟气换热管束
15-烟气出口16-烟气入口17-补新风口18-补风排湿装置
19-排湿口20-相变储能换热管翅片21-相变储能换热管上盖。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
图1-2为带相变储能换热管束的热风循环干燥系统的主、俯视图，图3为相变储能换热管的结构图。一种带相变储能换热管束的热风循环干燥系统，包括热风炉3、干燥箱11以及连接二者的风道，热风炉可以燃煤或生物质，在后面的下方开炉门2和清灰门1，产生的烟气与循环进风管道内的空气通过烟气换热管束14进行换热，换热后烟气温度降低，进风温度升高，但由于换热效率不高，烟气的温度仍然较高，仍有80℃以上，直接排放会导致热量损失。因此将其通过排烟风机5经排烟管道6引入布置于干燥箱一侧的相变储能换热区，换热区用隔板一10和隔板二12分为上中下三个子区域，隔板一和隔板二上开孔让排烟管道6和相变储能换热管束9穿过，隔板二12上焊接有直径比换热管略大与之匹配的换热管束支撑圈13将管束固定；或直接将换热管束9与隔板一10或隔板二12在穿孔处点焊固定堵实。烟气从位于前面的烟气入口16进入，与相变储能换热管束9进行换热后，从位于后面的出口15排出。相变换热管束由错排的贯穿上中下换热区的多列换热管组成，换热管略倾斜，与铅垂方向呈现约10°的夹角。相变换热管内填充相变温度为50-80℃的相变材料(如石蜡、加6％氯化钡的氢氧化钡等)，根据干燥过程中三股气流的温度而定，使原本直接排掉的废弃烟气温度高出相变温度约20℃-50℃，以提高储热功率和效率，干燥过程的多数时候进风温度和出风温度低于相变温度，后期出风温度高于相变温度，相变材料的填充率约为0.7-0.9，根据相变材料的膨胀系数而定，填充完后用带螺纹连接的换热管上盖21旋紧密封。换热管的横截面形状可以带内翅片20，也可以是光管，布置内翅片可以强化传热，可有效改善相变材料导热系数低的问题。
由于烟气温度较高，传热给相变材料使之发生相变，当换热管下层区域的相变材料熔化后，内部会形成缓慢的自然对流，温度较高的融化体会向上移动，由于换热管有一定倾斜度，更方便融化液体往上流动，使固液界面逐渐上移，融化区域不断扩大。而循环进风管道7内的空气与烟气换热后，温度有所提升，然后进入相变换热区的中区，由于其温度低于相变材料的相变温度，可使已经融化的液体凝固放出热量，循环进风进一步吸收热量后进入干燥箱。干燥箱内发生复杂的传热传质后，在不同阶段形成不同温度湿度的循环出风，干燥前期进风热量大量被吸收，出风的状态为低温高湿，中后期出风状态为较高温低湿，依然有热量可以利用。循环出风进入相变换热区上区，要么将热量传递给相变材料让其处于显热吸热阶段，为相变做好前期升温准备；要么温度更高让相变材料发生融化储存热量，产生的液态相变材料在重力作用下向下运行，使相变换热中区处于融化状态。同时在循环出风管道8设置补风排湿装置18、补新风口17和排湿口19，设定条件进行补新风和排湿，然后通过循环风机4进入炉内加热，形成一个完整的循环。
可见，在此过程中，温度最高的废气烟气和温度最低的循环出风都与相变换热管换热，将能量尽可能储存在其中，而循环进风需要带走相变储能管内的热量，使进风温度更高，有利用干燥过程更快速进行。在干燥后期，甚至可实现不添加燃料，进风无需与烟气换热，而是直接从相变储能管内获取热量，直至相变材料全部凝固。干燥结束时，需要冷却散热，此时关闭炉内燃烧，将补新风口常开，进风为常温，带走物料的热量，出风温度较高也可以将此部分能量保存在相变换热上区，为下一轮物料干燥储备热量。
热量回收过程的控制系统包括信号测量、采集和变送，在排烟管道、循环进风管道、循环出风管道进入相变储能换热区处设置温度传感器和湿度传感器，当检测到循环进风和循环出风的温度相差在10℃以内时，可减少燃料供给或调低排烟风机的排风量，当时间检测到减速干燥的后半段时，可停止炉内燃烧，完全由相变储热供给热量。
Claims (5)
1.一种带相变储能换热管束的热风循环干燥系统，包括热风炉(3)、干燥箱(11)以及连接二者的排烟管道(6)、循环进风管道(7)和循环出风管道(8)，炉内燃烧产生的烟气与循环进风管道(7)内的空气通过烟气换热管束(14)进行换热，其特征在于：与循环进风管道(7)换热后的烟气通过排烟风机(5)经排烟管道(6)引入布置于干燥箱一侧的相变储能换热区，换热区用隔板一(10)和隔板二(12)分为上中下三个子区域，隔板一和隔板二上开孔让排烟管道(6)和相变储能换热管束(9)穿过，烟气入口(16)位于隔板二的前面，出口(15)位于下换热区的后立面上，相变储能换热管束(9)由错排的贯穿上中下换热区的多列换热管组成，换热管与铅垂方向呈现约10°的夹角，换热管内填充相变温度为50-80℃的相变材料，循环出风管道(8)内的空气与烟气换热后，从左侧进入相变换热区的中区进一步吸热，然后从右侧进入干燥箱(11)，与干燥室内物料传热传质后的循环出风从相变换热区上区的右侧进入，与相变储能换热管束(9)换热后进入设有补风排湿装置(18)、补新风口(17)和排湿口(19)的循环出风管道(8)，再通过循环风机(4)进入炉内管道加热，形成一个完整的循环；
相变储能换热管束(9)内填充的相变储能材料的相变温度比炉内换热后的烟气温度低20℃-50℃；
相变储能换热区底板上焊接有直径比换热管略大与之匹配的换热管束支撑圈(13)，相变储能换热管束(9)穿过隔板一(10)和隔板二(12)时点焊固定。
2.根据权利要求1所述的带相变储能换热管束的热风循环干燥系统，其特征在于：相变材料的填充率以相变材料融化后依然有10％-20％的气隙空间为准，填充完相变材料后用带螺纹连接的换热管上盖(21)旋紧密封。
3.根据权利要求1所述的带相变储能换热管束的热风循环干燥系统，其特征在于：热风炉可以燃煤、生物质、石油、天然气。
4.根据权利要求1所述的带相变储能换热管束的热风循环干燥系统，其特征在于：相变储能换热管束(9)的每根换热管内带有强化传热的内翅片(20)。
5.根据权利要求1所述的带相变储能换热管束的热风循环干燥系统，其特征在于：还包括控制系统，由信号测量、采集和变送和执行机构组成，在排烟管道、循环进风管道、循环出风管道进入相变储能换热区处设置温度传感器和湿度传感器，控制算法为当检测到循环进风和循环出风的温度相差在10℃以内时，可减少燃料供给或调低排烟风机的排风量；当时间检测到减速干燥的后半段时，可停止炉内燃烧，完全由相变储热供给热量。
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