CN115096006A - 一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法，包括并网光伏发电系统、太阳能光热系统、物料除湿干燥系统。本发明在提高物料通风干燥效率的基础上，采用菲涅尔聚光器对太阳能进行光谱分频利用，将太阳能光伏光热与物料除湿干燥系统相结合。一方面，本发明既利用太阳能光伏发电向电辐射板和除湿转轮供电，用于对物料室中物料进行辐射和对流换热，也可通过太阳能光热对物料室排风进行加热，进而对物料室送风进行除湿换热；另一方面，本发明采用溴化锂水溶液作为换热介质，将物料室中的高温排风用于加热低温送风，实现了排风余热的再利用。本发明在提高太阳能利用率的基础上，降低运行费用，节能减排，积极响应了国家“双碳”政策。
Description
技术领域
本发明属于物料干燥领域，具体涉及一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法。
背景技术
干燥技术在日常生产生活的各个领域应用非常广泛，但干燥物料能量消耗巨大。在发达国家，应用于干燥工业的化石能源大约占总量的10%~20%。在我国，每年约有300万吨的煤炭用于干燥工业。这些煤燃烧后将会向大气排放26000万吨CO2和780万吨SO2，而这两种气体是导致温室效应，形成酸雨的主要物质。在煤炭资源逐渐短缺，地球生态环境污染严重的今天，无论从节能角度还是从环保的角度来讲，积极开发利用新能源，提高热能利用率，是干燥行业的必然选择也是唯一出路。
太阳能是一种廉价、无污染、可再生的能源，我国约有2/3的国土面积太阳能年辐射时间超过2200小时，年辖射总量5000MJ/m2左右。但是太阳能能流密度低，且夜晚和阴雨天气无法提供能量，不稳定、具有间歇性，直接利用太阳能干燥工艺难控制。热泵干燥是一种新型环保高效节能技术，与常规能源干燥相比，大大节约能耗，减少污染。将太阳能与热泵结合，进行太阳能热泵联合干燥，根据实际干燥需求和情况可灵活切换干燥模式，可同时起到节约能源、降低能耗、提高干燥产品品质的目的，具有非常广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法。本发明在提高物料通风干燥效率的基础上，采用菲涅尔聚光器对太阳能进行光谱分频利用，将太阳能光伏光热与物料除湿干燥系统相结合。一方面，本发明既利用太阳能光伏发电向电辐射板和除湿转轮供电，用于对物料室中物料进行辐射和对流换热，也可通过太阳能光热对物料室排风进行加热，进而对物料室送风进行除湿换热；另一方面，本发明采用溴化锂水溶液作为换热介质，将物料室中的高温排风用于加热低温送风，实现了排风余热的再利用。本发明在提高太阳能利用率的基础上，降低物料干燥的运行费用，减少能源消耗和温室气体排放。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法，包括并网光伏发电系统、太阳能光热系统、物料除湿干燥系统；所述并网光伏发电系统包括光谱分频器1、太阳能电池2、二次反射镜4、平面镜5、蓄放电一体化逆变装置6、交流配电柜8、驱动电机11、除湿转轮14、电辐射板19；所述太阳能光热系统包括光谱分频器1、中温集热管3、二次反射镜4、平面镜5、相变熔盐储热罐8、第一循环泵9、第二循环泵10、空气加热器12；所述物料除湿干燥系统包括空气加热器12、第一换热器13、除湿转轮14、排风机15、送风机16、第二换热器17、第三循环泵18。
具体的，当太阳能充足时，平面镜5将太阳入射光线汇集到光谱分频器1上，实现不同波段太阳能的光谱分频利用；在太阳能光伏发电应用方面，适合光伏发电的太阳能波段经太阳能电池2转化为直流电输送至蓄放电一体化逆变装置6，转化为交流电后，再通过交流配电柜7调压后配送至驱动电机11供电，从而用于驱动除湿转轮14对物料室送风进行除湿；同时，由交流配电柜7调压后的电量还可向物料室中电辐射板19供电，用于对物料室中物料进行辐射换热；另一方面，多余的直流电可由蓄放电一体化逆变装置6蓄电备用，在蓄放电一体化逆变装置6蓄满电的情况下还可经交流配电柜7向公共电网售电；在太阳能光热应用方面，适合光热应用的太阳能波段，经中温集热管3将太阳能热量汇集至换热介质中；随后，吸收太阳能热量的换热介质经第一循环泵9与相变熔盐储热罐8进行换热和储热；相变熔盐储热罐8另一侧的换热介质在吸收相变熔盐热量后，经第二循环泵10通过空气换热器12直接对物料室排风进行加热。
具体的，当太阳能不足时，平面镜5将太阳入射光线汇集到光谱分频器1上，实现不同波段太阳能的光谱分频利用；在太阳能光伏发电应用方面，适合光伏发电的太阳能波段经太阳能电池2转化为直流电输送至蓄放电一体化逆变装置6，转化为交流电后，再通过交流配电柜7调压后配送至驱动电机11供电，从而用于驱动除湿转轮14对物料室送风进行除湿；同时，由交流配电柜7调压后的电量还可向物料室中电辐射板19供电，用于对物料室中物料进行辐射换热；当太阳能和蓄放电一体化逆变装置6供电均不满足驱动电机11和电辐射板19用电需求时，由公共电网经交流配电柜7直接向负载供电；在太阳能光热应用方面，适合光热应用的太阳能波段，经中温集热管3将太阳能热量汇集至换热介质中；随后，吸收太阳能热量的换热介质经第一循环泵9与相变熔盐储热罐8进行换热；相变熔盐储热罐8另一侧的换热介质在吸收相变熔盐热量后，经第二循环泵10通过空气换热器12直接对物料室排风进行加热；当太阳能供热不满足空气加热器12的需求时，需补充供的热量由相变熔盐释放的储存热量提供。
具体的，在物料除湿干燥系统中，一方面，物料室排风经空气加热器12加热后，进入除湿转轮14对送风进行除湿；随后，通过排风机15进入第二换热器17经溴化锂水溶液换热后排出；另一方面，物料室送风经送风机16进入除湿转轮14进行除湿，温度升高；随后，去湿升温后的送风进入第一换热器13，与来自第二换热器17的溴化锂水溶液进行热交换，温度降低；经降温后的送风再进入物料室干燥物料。
进一步地，蓄放电一体化逆变装置6可以将直流电转化为交流电；同时，其可以在太阳能供电量大于用电需求时蓄电备用；在太阳能供电量不满足用电需求时及时供电。在提高系统蓄放电效率的基础上，提高了装置的集成化程度，节约了设备空间。
进一步地，二次反射镜4将散射到其他方向的太阳能光线，重新汇集至太阳能电池2和中温集热管3中进行光谱分频利用，进一步提高太阳能的利用效率。
进一步地，空气加热器14的换热介质进出口温度分别为160℃和130℃。
进一步地，熔盐材料选用HITEC熔盐（53%硝酸钾、40%亚硝酸钠和7%硝酸钠），相变温度为142℃，相变潜热为75.3kJ/kg。
进一步地，第一换热器11和第二换热器15的换热介质采用溴化锂水溶液作为换热介质，将物料室中的高温排风用于加热低温送风，实现了排风余热的再利用。
本发明的有益效果是：1）本发明采用菲涅尔聚光器，实现了不同波段太阳能的光谱分频利用，大大提高了太阳能的利用效率。与相同输出量的光伏、光热系统相比，本发明具有太阳能利用效率更高、使用寿命更长、占地面积更小、投资回收期更少等优势；
2）本发明采用蓄放电一体化逆变装置，一方面，其可以将直流电转化为交流电；另一方面，其可以在太阳能供电量大于用电需求时蓄电备用；在太阳能供电量不满足用电需求时及时供电。在提高系统蓄放电效率的基础上，提高了装置的集成化程度，节约了设备空间；
3）本发明在提高物料通风干燥效率的基础上，一方面，利用太阳能光伏发电向电辐射板和除湿转轮进行供电，进而用于对物料室中物料进行辐射和对流换热；另一方面，利用太阳能光热加热物料室排风，进而对物料室送风进行除湿换热，节约能源，降低运行费用，减少投资回收周期；
4）与传统煤炭发电的物料干燥方式相比，本发明将物料室高温排风用于加热低温送风，实现了排风余热的再利用，减少了能源消耗和温室气体排放，进而改善了生态环境，积极响应了国家“双碳”政策。
附图说明：
图1是本发明实施示例流程示意图；
图1中：1、光谱分频器 2、太阳能电池 3、中温集热管 4、二次反射镜 5、平面镜 6、蓄放电一体化逆变装置 7、交流配电柜 8、相变熔盐储热罐 9、第一循环泵 10、第二循环泵11、驱动电机 12、空气加热器 13、第一换热器 14、除湿转轮 15、排风机 16、送风机 17、第二换热器 18、第三循环泵 19、电辐射板。
具体实施方式：
为了更详尽的表述本发明提供的技术方案，下面通过具体实施示例进行进一步的说明。
请参照附图所示，一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法，包括并网光伏发电系统、太阳能光热系统、物料除湿干燥系统。
所述并网光伏发电系统包括光谱分频器1、太阳能电池2、二次反射镜4、平面镜5、蓄放电一体化逆变装置6、交流配电柜8、驱动电机11、除湿转轮14、电辐射板19。
所述太阳能光热系统包括光谱分频器1、中温集热管3、二次反射镜4、平面镜5、相变熔盐储热罐8、第一循环泵9、第二循环泵10、空气加热器12。
所述物料除湿干燥系统包括空气加热器12、第一换热器13、除湿转轮14、排风机15、送风机16、第二换热器17、第三循环泵18。
具体的，当太阳能充足时，平面镜5将太阳入射光线汇集到光谱分频器1上，实现不同波段太阳能的光谱分频利用；在太阳能光伏发电应用方面，适合光伏发电的太阳能波段经太阳能电池2转化为直流电输送至蓄放电一体化逆变装置6，转化为交流电后，再通过交流配电柜7调压后配送至驱动电机11供电，从而用于驱动除湿转轮14对物料室送风进行除湿；同时，由交流配电柜7调压后的电量还可向物料室中电辐射板19供电，用于对物料室中物料进行辐射换热；另一方面，多余的直流电可由蓄放电一体化逆变装置6蓄电备用，在蓄放电一体化逆变装置6蓄满电的情况下还可经交流配电柜7向公共电网售电；在太阳能光热应用方面，适合光热应用的太阳能波段，经中温集热管3将太阳能热量汇集至换热介质中；随后，吸收太阳能热量的换热介质经第一循环泵9与相变熔盐储热罐8进行换热和储热；相变熔盐储热罐8另一侧的换热介质在吸收相变熔盐热量后，经第二循环泵10通过空气换热器12直接对物料室排风进行加热。
具体的，当太阳能不足时，平面镜5将太阳入射光线汇集到光谱分频器1上，实现不同波段太阳能的光谱分频利用；在太阳能光伏发电应用方面，适合光伏发电的太阳能波段经太阳能电池2转化为直流电输送至蓄放电一体化逆变装置6，转化为交流电后，再通过交流配电柜7调压后配送至驱动电机11供电，从而用于驱动除湿转轮14对物料室送风进行除湿；同时，由交流配电柜7调压后的电量还可向物料室中电辐射板19供电，用于对物料室中物料进行辐射换热；当太阳能和蓄放电一体化逆变装置6供电均不满足驱动电机11和电辐射板19用电需求时，由公共电网经交流配电柜7直接向负载供电；在太阳能光热应用方面，适合光热应用的太阳能波段，经中温集热管3将太阳能热量汇集至换热介质中；随后，吸收太阳能热量的换热介质经第一循环泵9与相变熔盐储热罐8进行换热；相变熔盐储热罐8另一侧的换热介质在吸收相变熔盐热量后，经第二循环泵10通过空气换热器12直接对物料室排风进行加热；当太阳能供热不满足空气加热器12的需求时，需补充供的热量由相变熔盐释放的储存热量提供。
具体的，在物料除湿干燥系统中，一方面，物料室排风经空气加热器12加热后，进入除湿转轮14对送风进行除湿；随后，通过排风机15进入第二换热器17经溴化锂水溶液换热后排出；另一方面，物料室送风经送风机16进入除湿转轮14进行除湿，温度升高；随后，去湿升温后的送风进入第一换热器13，与来自第二换热器17的溴化锂水溶液进行热交换，温度降低；经降温后的送风再进入物料室干燥物料。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法，其特征在于：包括并网光伏发电系统、太阳能光热系统、物料除湿干燥系统；所述并网光伏发电系统包括光谱分频器1、太阳能电池2、二次反射镜4、平面镜5、蓄放电一体化逆变装置6、交流配电柜8、驱动电机11、除湿转轮14、电辐射板19；所述太阳能光热系统包括光谱分频器1、中温集热管3、二次反射镜4、平面镜5、相变熔盐储热罐8、第一循环泵9、第二循环泵10、空气加热器12；所述物料除湿干燥系统包括空气加热器12、第一换热器13、除湿转轮14、排风机15、送风机16、第二换热器17、第三循环泵18。
2.根据权利要求1所述一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法，其特征在于：当太阳能充足时，平面镜5将太阳入射光线汇集到光谱分频器1上，实现不同波段太阳能的光谱分频利用；在太阳能光伏发电应用方面，适合光伏发电的太阳能波段经太阳能电池2转化为直流电输送至蓄放电一体化逆变装置6，转化为交流电后，再通过交流配电柜7调压后配送至驱动电机11供电，从而用于驱动除湿转轮14对物料室送风进行除湿；同时，由交流配电柜7调压后的电量还可向物料室中电辐射板19供电，用于对物料室中物料进行辐射换热；另一方面，多余的直流电可由蓄放电一体化逆变装置6蓄电备用，在蓄放电一体化逆变装置6蓄满电的情况下还可经交流配电柜7向公共电网售电；在太阳能光热应用方面，适合光热应用的太阳能波段，经中温集热管3将太阳能热量汇集至换热介质中；随后，吸收太阳能热量的换热介质经第一循环泵9与相变熔盐储热罐8进行换热和储热；相变熔盐储热罐8另一侧的换热介质在吸收相变熔盐热量后，经第二循环泵10通过空气换热器12直接对物料室排风进行加热。
3.根据权利要求1所述一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法，其特征在于：当太阳能不足时，平面镜5将太阳入射光线汇集到光谱分频器1上，实现不同波段太阳能的光谱分频利用；在太阳能光伏发电应用方面，适合光伏发电的太阳能波段经太阳能电池2转化为直流电输送至蓄放电一体化逆变装置6，转化为交流电后，再通过交流配电柜7调压后配送至驱动电机11供电，从而用于驱动除湿转轮14对物料室送风进行除湿；同时，由交流配电柜7调压后的电量还可向物料室中电辐射板19供电，用于对物料室中物料进行辐射换热；当太阳能和蓄放电一体化逆变装置6供电均不满足驱动电机11和电辐射板19用电需求时，由公共电网经交流配电柜7直接向负载供电；在太阳能光热应用方面，适合光热应用的太阳能波段，经中温集热管3将太阳能热量汇集至换热介质中；随后，吸收太阳能热量的换热介质经第一循环泵9与相变熔盐储热罐8进行换热；相变熔盐储热罐8另一侧的换热介质在吸收相变熔盐热量后，经第二循环泵10通过空气换热器12直接对物料室排风进行加热；当太阳能供热不满足空气加热器12的需求时，需补充供的热量由相变熔盐释放的储存热量提供。
4.根据权利要求1所述一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法，其特征在于：在物料除湿干燥系统中，一方面，物料室排风经空气加热器12加热后，进入除湿转轮14对送风进行除湿；随后，通过排风机15进入第二换热器17经溴化锂水溶液换热后排出；另一方面，物料室送风经送风机16进入除湿转轮14进行除湿，温度升高；随后，去湿升温后的送风进入第一换热器13，与来自第二换热器17的溴化锂水溶液进行热交换，温度降低；经降温后的送风再进入物料室干燥物料。
5.根据权利要求1所述一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法，其特征在于：蓄放电一体化逆变装置6可以将直流电转化为交流电；同时，其可以在太阳能供电量大于用电需求时蓄电备用；在太阳能供电量不满足用电需求时及时供电；在提高系统蓄放电效率的基础上，提高了装置的集成化程度，节约了设备空间。
6.根据权利要求1所述一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法，其特征在于：二次反射镜4将散射到其他方向的太阳能光线，重新汇集至太阳能电池2和中温集热管3中进行光谱分频利用，进一步提高太阳能的利用效率。
7.根据权利要求1所述一种基于太阳能光谱分频的物料除湿干燥系统及方法，其特征在于：第一换热器11和第二换热器15的换热介质采用溴化锂水溶液作为换热介质，将物料室中的高温排风用于加热低温送风，实现了排风余热的再利用。
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