李偉釗，盛 偉，張振濤，楊魯偉，張 沖，魏 娟，李 博

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熱管聯(lián)合多級(jí)串聯(lián)熱泵玉米干燥系統(tǒng)性能試驗(yàn)

李偉釗1,2，盛 偉2，張振濤1※，楊魯偉1，張 沖1，魏 娟1，李 博1

（1. 中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所，北京 100190； 2. 河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院，焦作 454000）

中國(guó)東北地區(qū)現(xiàn)有的糧食干燥系統(tǒng)多為大型多段塔式燃煤干燥系統(tǒng)，在糧食干燥過(guò)程中，熱空氣與糧食經(jīng)過(guò)一次換熱后，生成的高溫高濕廢氣直接排入了大氣，不僅造成了能量的巨大浪費(fèi)，而且嚴(yán)重污染了環(huán)境。該文針對(duì)東北地區(qū)寒冷氣候特點(diǎn)及多段塔式燃煤玉米干燥系統(tǒng)存在的高能耗、高污染問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種熱管聯(lián)合多級(jí)串聯(lián)熱泵玉米干燥系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多段塔式燃煤玉米干燥中廢氣的余熱回收和廢氣中雜質(zhì)的清潔處理，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研制了50、150和300 t/d的系列化玉米熱泵干燥裝備，進(jìn)行了3種規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化示范，并對(duì)300 t/d的玉米熱泵干燥系統(tǒng)進(jìn)行了性能試驗(yàn)。結(jié)果表明，系統(tǒng)每小時(shí)的耗電量為538 kW·h，除濕速率為2016 kg/h，熱泵機(jī)組的制熱系數(shù)COP（coefficient of performance，COP）在3.7～6.7之間，除濕能耗比SMER（specific moisture extraction rate，SMER）為3.75 kg/(kW·h)。對(duì)多段塔式玉米熱泵干燥和玉米燃煤干燥經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較研究，結(jié)果表明：得到1 kg干玉米的熱泵干燥成本為0.038元，而燃煤干燥的成本為0.049元，單位玉米的熱泵干燥成本比燃煤干燥成本降低22.4%。與玉米燃煤干燥相比，玉米熱泵干燥能大量降低污染物的排放，節(jié)能減排效果明顯，可為熱泵干燥技術(shù)在糧食烘干領(lǐng)域應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。

干燥；玉米；試驗(yàn)；熱泵；熱管；節(jié)能

0 引 言

玉米作為主要農(nóng)作物，在中國(guó)大部分地區(qū)都有種植。近幾年來(lái)，玉米的產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，2015年，中國(guó)的玉米年總產(chǎn)量達(dá)到2.29億萬(wàn)t[1-2]。新收獲的玉米水分含量高，需及時(shí)降水處理到安全水分以下方可儲(chǔ)藏，否則容易發(fā)生霉變[3-4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)東北地區(qū)每年的高水分玉米產(chǎn)量約3000萬(wàn)t，受涼曬條件的限制，需采取機(jī)械烘干的方式對(duì)其進(jìn)行烘干[5-6]。玉米的干燥過(guò)程是一個(gè)大量耗能過(guò)程，目前，東北地區(qū)多采用燃煤對(duì)流式熱風(fēng)塔式干燥機(jī)對(duì)玉米進(jìn)行烘干，該種烘干塔用煤直接供熱，熱利用率低，耗煤量高，環(huán)境污染嚴(yán)重[7]。在中國(guó)可持續(xù)發(fā)展及社會(huì)節(jié)能減排戰(zhàn)略實(shí)施的大背景下，尋求一種節(jié)能環(huán)保的糧食干燥方法頗有意義。

熱泵干燥技術(shù)可以有效回收低溫余熱，實(shí)現(xiàn)干燥過(guò)程的高效節(jié)能，在世界許多行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用[8-10]。其中，熱泵干燥技術(shù)在糧食干燥方面的應(yīng)用引起了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者[11-15]的興趣，并被學(xué)者們不斷進(jìn)行研究。美國(guó)于1950年用熱泵干燥技術(shù)對(duì)谷物進(jìn)行了干燥試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，熱泵干燥系統(tǒng)的除濕能耗比SMER達(dá)到了1.8 kg/(kW·h)左右，比電加熱式谷物干燥過(guò)程節(jié)能40%左右[11]。Yang等[12]用一臺(tái)可以在4種工況下運(yùn)行的熱泵式流化床干燥機(jī)對(duì)谷物進(jìn)行了干燥試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，系統(tǒng)的除濕能耗比SMER約為2.06 kg/(kW·h)，制熱系數(shù)COP約為2.5。在國(guó)內(nèi)，鄭先哲等[13]對(duì)熱泵干燥溫度對(duì)稻米食味值的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出了稻谷臨界干燥溫度方程。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的談文松[14]用一套太陽(yáng)能聯(lián)合熱泵干燥系統(tǒng)對(duì)小麥進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在晴天光照狀況較好的情況下，系統(tǒng)的制熱系數(shù)COP能夠達(dá)到2.4，與蒸汽鍋爐的干燥系統(tǒng)相比，其供熱效率較高、節(jié)能明顯。余龍等[15-16]使用地源熱泵對(duì)糧食進(jìn)行了烘干試驗(yàn)，并分析了整個(gè)烘干過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益情況，和空氣源熱泵干燥系統(tǒng)相比，該地源熱泵干燥系統(tǒng)每年的運(yùn)行費(fèi)用可以降低40%。羅喬軍等[17]進(jìn)行了稻谷熱管輔助熱泵除濕干燥試驗(yàn)，試驗(yàn)研究表明與熱泵除濕干燥系統(tǒng)相比，熱管輔助熱泵除濕稻谷干燥系統(tǒng)可以節(jié)能18.2%。

環(huán)路熱管技術(shù)[18]是一種高效的相變傳熱技術(shù)，可以利用熱管內(nèi)部工質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝傳遞大量熱量，該技術(shù)主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域[19-20]以及PC產(chǎn)業(yè)的芯片冷卻[21-23]，但在農(nóng)產(chǎn)品干燥領(lǐng)域應(yīng)用研究較少。

本文針對(duì)東北地區(qū)寒冷氣候特點(diǎn)及多段塔式燃煤玉米烘干系統(tǒng)的高能耗問(wèn)題，結(jié)合熱泵干燥技術(shù)和環(huán)路熱管技術(shù)，提出一種熱管聯(lián)合多級(jí)串聯(lián)熱泵玉米干燥系統(tǒng)，建立試驗(yàn)示范項(xiàng)目，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了性能試驗(yàn)研究。該玉米干燥系統(tǒng)通過(guò)回收烘干塔排濕廢氣的熱量，能夠提高能量利用率，消除污染物的排放，有利于環(huán)境的保護(hù)，為工程應(yīng)用推廣提供有價(jià)值的參考。

1 試驗(yàn)裝置及方法

1.1 試驗(yàn)裝置

熱管聯(lián)合多級(jí)串聯(lián)玉米熱泵干燥系統(tǒng)試驗(yàn)裝置如圖1所示，系統(tǒng)主要由熱泵機(jī)組、熱管回?zé)崞鳌⒂衩缀娓伤?、風(fēng)道管路、除塵器、風(fēng)機(jī)、電控柜組成。其中，熱泵機(jī)組（如圖1a）共有4臺(tái)，每臺(tái)機(jī)組都由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、油分離器等部件組成；熱管回?zé)崞鳎ㄈ鐖D1a）由氟泵、吸熱端換熱器、放熱端換熱器等部件組成；玉米烘干塔（如圖2）包括預(yù)熱段（22～24層）、干燥段（4～21層）和冷卻段（1～3層）3部分，容量大小為160 t；風(fēng)道管路（如圖1b）由回風(fēng)管道、送風(fēng)管道及旁通風(fēng)管道組成；除塵器由圓形過(guò)濾網(wǎng)轉(zhuǎn)盤(pán)、吸塵頭、吸塵管、吸塵風(fēng)機(jī)及除塵布袋組成；風(fēng)機(jī)包括離心式熱風(fēng)機(jī)（2臺(tái)）、軸流式回風(fēng)風(fēng)機(jī)（4臺(tái)）及離心式冷卻風(fēng)機(jī)（1臺(tái)）3部分，系統(tǒng)的總風(fēng)量為132 543 m3/h，主風(fēng)量110 523 m3/h，補(bǔ)風(fēng)量22 020 m3/h。主要試驗(yàn)裝置和儀器型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 熱管聯(lián)合多級(jí)串聯(lián)玉米熱泵干燥系統(tǒng)試驗(yàn)裝置圖

圖2 玉米烘干塔結(jié)構(gòu)圖

熱管聯(lián)合多級(jí)串聯(lián)玉米熱泵干燥系統(tǒng)近似于一個(gè)封閉式熱泵干燥系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，干空氣進(jìn)入玉米烘干塔干燥段并在烘干塔內(nèi)部等焓吸收玉米水分，從而干空氣變?yōu)闈窨諝狻挠衩缀娓伤稍锒位仫L(fēng)室排出的濕空氣經(jīng)除塵器除雜凈化后進(jìn)入熱管吸熱端換熱器和四級(jí)蒸發(fā)器，經(jīng)吸熱端換熱器和各級(jí)蒸發(fā)器逐級(jí)降溫除濕后變?yōu)榈蜏馗稍锏目諝?，與此同時(shí)，各級(jí)蒸發(fā)器冷凝下來(lái)的水分被排出系統(tǒng)外。隨后，低溫干燥的空氣與烘干塔冷卻段排出的空氣混合后一并進(jìn)入熱管吸熱端換熱器和四級(jí)冷凝器，經(jīng)放熱端換熱器和各級(jí)冷凝器逐級(jí)加熱后變?yōu)楦邷馗稍锏目諝?，并被送入玉米烘干塔。在整個(gè)干燥過(guò)程中，系統(tǒng)沒(méi)有廢氣排放到環(huán)境中，并且干燥溫度不受環(huán)境溫度限制。

表1 主要試驗(yàn)裝置和儀器型號(hào)與參數(shù)

1.2 試驗(yàn)條件

本文試驗(yàn)于2016年12月26日在東北地區(qū)某地進(jìn)行，試驗(yàn)過(guò)程中當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度白天?10～?20 ℃、晚上?18～?25 ℃。試驗(yàn)所用材料為平均含水率為34%的高水分玉米，經(jīng)過(guò)干燥后，從玉米烘干塔排出的玉米含水率為14%左右。為了便于比較，同一時(shí)間還用多段塔式燃煤玉米干燥塔（每天濕玉米處理量為78 t）對(duì)同一批玉米潮糧進(jìn)行干燥試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)開(kāi)始后，打開(kāi)提糧機(jī)，通過(guò)提糧機(jī)對(duì)玉米烘干塔充裝玉米，待玉米烘干塔裝滿（160 t左右）玉米后開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱過(guò)程如下：首先打開(kāi)送風(fēng)風(fēng)機(jī)、回風(fēng)風(fēng)機(jī)和除塵器，等風(fēng)機(jī)及除塵器運(yùn)行穩(wěn)定后啟動(dòng)電加熱，并將系統(tǒng)設(shè)置成自動(dòng)控制模式；隨著電加熱的不斷工作，系統(tǒng)空氣溫度不斷升高，等第四級(jí)蒸發(fā)器出口風(fēng)溫超過(guò)10 ℃后，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)第四級(jí)熱泵，等第四級(jí)蒸發(fā)器出口風(fēng)溫再次超過(guò)10 ℃后，第三級(jí)熱泵自動(dòng)啟動(dòng)，接下來(lái)第二級(jí)熱泵及第一級(jí)熱泵也按照這種啟動(dòng)模式啟動(dòng)；等四級(jí)熱泵全部啟動(dòng)完畢后，電加熱自動(dòng)關(guān)閉，隨著熱泵系統(tǒng)的持續(xù)工作，系統(tǒng)溫度不斷升高，直到第一級(jí)熱泵冷凝器出口風(fēng)溫達(dá)到68 ℃左右且出糧口玉米含水率為14%時(shí)停止預(yù)熱，系統(tǒng)開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行。

試驗(yàn)過(guò)程中，每隔0.5 h在出料口取3個(gè)子樣，每個(gè)子樣質(zhì)量為5 kg，將子樣混合均勻后測(cè)量樣品平均含水率，根據(jù)出料含水率大小實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)排糧速度。除塵器每隔20 min對(duì)除塵網(wǎng)上的玉米絨、糠皮等雜質(zhì)清除一次，保證回風(fēng)流動(dòng)的暢通。烘干塔的儲(chǔ)糧段安裝有高、低糧位感應(yīng)器，上糧過(guò)程中，輸送機(jī)和提糧機(jī)與高、低糧位感應(yīng)器聯(lián)動(dòng)，當(dāng)高、低糧位感應(yīng)器都無(wú)感應(yīng)時(shí)，輸送機(jī)和提糧機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)上糧；當(dāng)高、低2位感應(yīng)器全部感應(yīng)時(shí)，輸送機(jī)和提糧機(jī)停止上糧，從而保證干燥塔始終滿糧。

壓縮機(jī)的吸、排氣口布置有溫度傳感器和壓力傳感器，各級(jí)蒸發(fā)器、冷凝器的迎風(fēng)側(cè)及出風(fēng)側(cè)布置有溫濕度傳感器，干燥塔的進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口以及其干燥段和冷卻段的回風(fēng)室布置有溫濕度傳感器，數(shù)據(jù)采集儀1 s采集1次數(shù)據(jù)，耗電量每2 h記錄1次。

2 玉米除濕熱泵干燥系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

2.1 熱泵的制熱系數(shù)

制熱系數(shù)（coefficient of performance，COP）是評(píng)價(jià)熱泵性能的參數(shù)[24-25]，定義為熱泵制取的熱量與所消耗的驅(qū)動(dòng)能量（壓縮機(jī)或燃燒器等熱泵驅(qū)動(dòng)部件消耗的燃料能或電能）之比，其公式表達(dá)形式為：

式中Q為熱泵的制熱量，kW；為熱泵的消耗功率，kW。

2.2 熱泵干燥系統(tǒng)的除濕能耗比

除濕能耗比（specific moisture extraction rate，SMER）是反映熱泵干燥裝置綜合性能的主要指標(biāo)，定義為消耗單位能量所除去物料中的水分量[26]，具體形式為：

式中SMER為除濕能耗比，kg/(kW·h)；de為從物料中除去的水分質(zhì)量，kg；tot為總功率，kW；為干燥時(shí)間，h。

3 結(jié)果與分析

3.1 熱管系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)過(guò)程中，熱管內(nèi)部工質(zhì)及濕空氣狀態(tài)變化如圖3所示，其中圖3a中的進(jìn)口風(fēng)溫和出口風(fēng)溫分別為圖1中點(diǎn)1和點(diǎn)2處的風(fēng)溫，圖3b中的進(jìn)口風(fēng)溫和出口風(fēng)溫分別為圖1中點(diǎn)7和點(diǎn)8處的風(fēng)溫。當(dāng)濕空氣經(jīng)過(guò)吸熱端換熱器時(shí)，溫度由30.5 ℃降為28.2 ℃，在該過(guò)程中換熱器表面有水析出，每小時(shí)的析水量為313 kg。與此同時(shí)，熱管中的液態(tài)工質(zhì)吸收濕空氣中的熱量并蒸發(fā)為氣態(tài)工質(zhì)，其溫度由20.8 ℃升為29.2 ℃。當(dāng)除濕后的低溫干空氣經(jīng)過(guò)放熱端換熱器時(shí)，溫度由13.3 ℃升為20.2 ℃，與此同時(shí)，熱管內(nèi)部的氣態(tài)工質(zhì)向低溫干空氣釋放熱量并液化為液態(tài)工質(zhì)，其溫度由25 ℃降為20 ℃。熱管系統(tǒng)在吸熱端吸收濕空氣中的顯熱和大量潛熱并在放熱端用這部分熱量加熱除濕后的干空氣，節(jié)能效果明顯。

3.2 濕空氣溫度變化情況

試驗(yàn)過(guò)程中，系統(tǒng)蒸發(fā)器側(cè)及冷凝器側(cè)濕空氣的溫度變化情況如圖4所示。

圖4中測(cè)點(diǎn)位置1-12分別與圖1中的點(diǎn)1-12所對(duì)應(yīng)，其中，1-6點(diǎn)分別代表熱管吸熱端進(jìn)口、第一級(jí)蒸發(fā)器進(jìn)口、第二級(jí)蒸發(fā)器進(jìn)口、第三級(jí)蒸發(fā)器進(jìn)口、第四級(jí)蒸發(fā)器進(jìn)口、第四級(jí)蒸發(fā)器出口的濕空氣溫度，濕空氣經(jīng)過(guò)熱管吸熱端換熱器及第一級(jí)至第四級(jí)蒸發(fā)器時(shí)的溫降分別為2.3、2.7 、3.3 、4.3 和5.4 ℃，總溫降18 ℃，溫度由30.5 ℃降為12.5 ℃；7-12點(diǎn)分別代表熱管放熱端換熱器進(jìn)口、第四級(jí)冷凝器進(jìn)口、第三級(jí)冷凝器進(jìn)口、第二級(jí)冷凝器進(jìn)口、第一級(jí)冷凝器進(jìn)口、第一級(jí)冷凝器出口的濕空氣溫度，濕空氣經(jīng)過(guò)熱管放熱端換熱器及第四級(jí)至第一級(jí)冷凝器時(shí)的溫升分別為6.9 、13.1 、12.3 、11和10.9 ℃，總溫升43.2 ℃，溫度由13.3 ℃升為67.2 ℃。

圖3 熱管工質(zhì)及濕空氣溫度變化情況

圖4 空氣溫度變化情況

3.3 各級(jí)熱泵機(jī)組性能情況

試驗(yàn)過(guò)程中，各級(jí)熱泵機(jī)組的蒸發(fā)溫度及冷凝溫度如圖5a所示，第一級(jí)至第四級(jí)機(jī)組的蒸發(fā)溫度分別為21.1 、17.2 、10.5 和7 ℃，冷凝溫度分別為69.1 、60.3 、51.6和39.2 ℃。從圖5中可以看出，從第一級(jí)到第四級(jí)熱泵機(jī)組，各級(jí)熱泵機(jī)組的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度差值逐漸減小。各級(jí)熱泵機(jī)組的蒸發(fā)壓力及冷凝壓力情況如圖5b所示，第一級(jí)至第四級(jí)機(jī)組的蒸發(fā)壓力分別0.48、0.44、0.32和0.52 MPa，冷凝壓力分別為1.97、1.59、1.27和1.4 MPa。從圖5中可以看出第一級(jí)機(jī)組的壓比（壓縮機(jī)排氣壓力與吸氣壓力之比）最大，第四級(jí)機(jī)組的壓比最小，第一級(jí)至第四級(jí)機(jī)組的壓比逐漸減小。

圖5 各級(jí)熱泵機(jī)組運(yùn)行工況

注： COP為制熱系數(shù)，SMER為除濕能耗比。

各級(jí)熱泵機(jī)組的功率如圖6a所示，從圖6中可以看出第一級(jí)機(jī)組功率最大，第四級(jí)機(jī)組功率最小，第一級(jí)至第四級(jí)熱泵機(jī)組的功率分別為108.6、101.5、96.1和84.3 kW。各級(jí)熱泵機(jī)組的除水速率如圖6b所示，第一級(jí)至第四級(jí)熱泵機(jī)組的除水速率分別為369.6、426.2、461.9和445.3 kg/h，熱泵系統(tǒng)每小時(shí)的除水量為1 703 kg，加上熱管吸熱端換熱器每小時(shí)的除水量，系統(tǒng)每小時(shí)的總除水量為2 016 kg。

各級(jí)熱泵機(jī)組的COP及SMER如圖6c所示，第一級(jí)至第四級(jí)熱泵機(jī)組的COP及SMER均逐漸增大。其中，第一級(jí)至第四級(jí)熱泵機(jī)組的COP分別為3.7、4.3、5.1和6.7，SMER分別為3.4、4.2、4.8和5.3 kg/(kW·h)。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

玉米熱泵干燥和燃煤干燥試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性分析比較如表2所示。試驗(yàn)過(guò)程中，熱泵烘干塔每小時(shí)的玉米潮糧處理量為8 669 kg，每小時(shí)排出的玉米干糧為6 653 kg；燃煤烘干塔每小時(shí)的玉米潮糧處理量為3148 kg，每小時(shí)排出的玉米干糧為2 416 kg。由表2可知，每得到1 kg干玉米，熱泵干燥比燃煤干燥節(jié)省成本0.011元，因此，玉米熱泵干燥的經(jīng)濟(jì)效益顯著。另外，和玉米燃煤干燥過(guò)程相比，玉米熱泵干燥過(guò)程清潔、環(huán)保，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，所以玉米熱泵干燥具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和前景。

表2 玉米熱泵干燥和燃煤干燥的經(jīng)濟(jì)性比較

由表2可知，玉米熱泵干燥過(guò)程中，系統(tǒng)每小時(shí)的除濕量為2 016 kg，系統(tǒng)每小時(shí)耗電量538 kW·h，易得系統(tǒng)除濕能耗比SMER為3.75 kg/(kW·h)，說(shuō)明系統(tǒng)每消耗1度電可以從玉米種除去3.75 kg的水分，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng)節(jié)能明顯，干燥成本比玉米燃煤干燥成本降低22.4%。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)東北地區(qū)寒冷氣候特點(diǎn)及多段塔式燃煤玉米烘干系統(tǒng)的高能耗問(wèn)題，提出了一種熱管聯(lián)合多級(jí)串聯(lián)熱泵玉米干燥系統(tǒng)，并進(jìn)行了系統(tǒng)性能的試驗(yàn)研究。主要結(jié)論如下：

1）玉米熱泵干燥試驗(yàn)過(guò)程中，系統(tǒng)的送風(fēng)溫度為67.2 ℃左右，回風(fēng)溫度為30.5 ℃左右；整個(gè)系統(tǒng)的除濕速率為2 016 kg/h，其中熱管吸熱端換熱器的除濕速率為313 kg/h，第一級(jí)至第四級(jí)蒸發(fā)器的除濕速率分別為369.6、426.2、461.9、445.3 kg/h。

2）整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，系統(tǒng)每小時(shí)的耗電量為538 kW·h，1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)熱泵系統(tǒng)的制熱系數(shù)COP分別達(dá)到了3.7、4.3、5.1和6.7，系統(tǒng)的除濕能耗比SMER為3.75 kg/(kW·h)。

3）與多段塔式燃煤玉米干燥相比，熱管聯(lián)合多級(jí)串聯(lián)熱泵玉米干燥系統(tǒng)的單位玉米干燥成本降低22.4%，并能大量降低污染物的排放，節(jié)能減排效果明顯，為熱泵干燥系統(tǒng)技術(shù)在糧食烘干領(lǐng)域應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。

[1] 徐志宇，宋振偉，鄧艾興，等. 近30年我國(guó)主要糧食作物生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)因素及空間格局變化研究[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，36(1)：79－86.

Xu Zhiyu, Song Zhenwei, Deng Aixing, et al. Study on the driving factors and spatial pattern change of major grain crops in China Nearly 30 years[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2013, 36(1): 79－86. (in Chinese with English abstract)

[2] 魏忠彩，孫傳祝，蘇國(guó)粱，等. 紅外玉米穗干燥試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2016，38(1)：247－250，256.

Wei Zhongcai, Sun Chuanzhu, Su Guoliang, et al. Research on the Experiment of Infrared Corncob-drying[J]. Agricultural Mechanization Research, 2016, 38(1): 247－250, 256. (in Chinese with English abstract)

[3] 李玉，趙學(xué)工，王赫，等. 穿流薄層干燥玉米特性的研究[J]. 糧食加工，2013，38(4)：55－56，59.

Li Yu, Zhao Xuegong, Wang He, et al. Study on characteristics of flowing thin layer of dried corn[J]. Food processing, 2013, 38(4): 55－56, 59. (in Chinese with English abstract)

[4] 張玉榮，成軍虎，周顯青，等. 高水分玉米微波干燥特性及對(duì)加工品質(zhì)的影響[J]. 河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，30(6)：1－5.

Zhang Yurong, Cheng Junhu, Zhou Xianqing, et al. Microwave drying characteristics of high moist corn and its effect on processing quality[J]. Journal of Henan University of Technology: Natural Science Edition, 2009, 30(6): 1－5. (in Chinese with English abstract)

[5] 亢霞，石天玉，賈然，等. 東北地區(qū)高水分玉米烘干費(fèi)用及水分減量扣量標(biāo)準(zhǔn)政策的分析研究[J]. 糧油食品科技，2013，21(6)：104－107.

Hang Xia, Shi Tianyu, Jia Ran, et al. Study on the high moisture corn drying cost and the standard of water loss deduction in Northeast China[J]. The Science and Technology of Grain and Oil Food. 2013, 21(6): 104－107. (in Chinese with English abstract)

[6] 郝立群，白巖，董梅. 玉米干燥中的能耗[J]. 糧食加工，2005(2)：29－31.

Hao Liqun, Bai yan, Dong Mei. Energy consumption in corn drying[J]. Grain Processing, 2005(2): 29－31. (in Chinese with English abstract)

[7] 陳百會(huì)，曹贊，熊芳芳，等. 玉米干燥機(jī)節(jié)能減排綜合技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 糧食加工，2010，35(1)：76－78.

Chen Baihui, Cao Zan, Xiong Fangfang, et al. Research and application of energy-saving and emission-reduction technology for corn dryer[J]. Grain Processing, 2010, 35(1): 76－78. (in Chinese with English abstract)

[8] Chua K J, Chou S K, Yang W M. Advances in heat pump systems: Review[J]. Applied Energy, 2010, 87(12): 3611－3624.

[9] Neslihan C, Hepbasli A. A review of heat pump drying: Part1-Systerms, models and studies[J]. Energy Conversion and Management, 2009, 50(9): 2180－2186.

[10] 盛偉，鄭海坤，張保森. 干燥褐煤的熱泵技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 制冷學(xué)報(bào)，2013，34(5)：99－102.

Sheng Wei, Zheng Haikun, Zhang Baosen. Experimental study on heat pump technology for drying lignite[J]. Refrigeration Journal, 2013, 34(5): 99－102. (in Chinese with English abstract)

[11] 謝英柏，宋蕾娜，楊先亮，等. 熱泵干燥技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2009，31(4)：12－15.

Xie Yingbai, Song Leina, Yang Xianliang, et al. Application and development trend of heat pump drying technology[J]. Research on Agricultural Mechanization, 2009, 31(4): 12－15. (in Chinese with English abstract)

[12] Yang J, Wang L, Xiang F, et al. Experiment research on grain drying process in the heat pump assisted fluidized beds[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2004, 11(4): 373－377.

[13] 鄭先哲，趙學(xué)篤. 稻米食味值測(cè)定及干燥品質(zhì)的研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2001，31(4)：54－60.

Zheng Xianzhe, Zhao Xuedu. Study on the taste value and drying quality of rice[J]. Journal of Agricultural Mechanization, 2001, 31(4): 54－60. (in Chinese with English abstract)

[14] 談文松. 太陽(yáng)能-聯(lián)合熱泵干燥小麥的系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D]. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

Tan Wensong. Study and Design of Solar Energy-Heat Pump Combined Drying Wheat System[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[15] 余龍，余建平，俞樹(shù)榮，等. 地源熱泵糧食干燥系統(tǒng)性能研究[J]. 糧食工程，2012，22(3)：76－78.

Yu Long, Yu Jianping, Yu Shurong, et al. Study on performance of ground-source heat pump grain drying system[J]. Food Engineering, 2012, 22(3): 76－78. (in Chinese with English abstract)

[16] 余龍，俞樹(shù)榮，李春玲. 地源熱泵供熱性能在糧食干燥中的特性研究[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2014，35(2)：89－93.

Yu Long, Yu Shurong, Li Chunling. Study on the characteristics of ground heat pump heat supply in grain drying[J]. Chinese Journal of Agricultural Mechanization, 2014, 35(2): 89－93. (in Chinese with English abstract)

[17] 羅喬軍，張進(jìn)疆，吳耀森，等. 稻谷熱管輔助熱泵除濕干燥技術(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(增刊1)：247－251. Luo Qiaojun, Zhang Jinjiang, Wu Yaoseng, et al. Rice drying using heat pump dehumidifying system with heat pipe[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(Suppl.): 247－251. (in Chinese with English abstract)

[18] 曲燕. 環(huán)路熱管技術(shù)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)[J]. 低溫技術(shù)，2009，37(2)：7－14.

Qu Yan. Research hotspots and development trends of loop heat pipe technology[J]. Cryogenic Technology, 2009, 37(2): 7－14. (in Chinese with English abstract)

[19] 王錄，苗建印，張紅星. 制冷機(jī)與深冷環(huán)路熱管集成系統(tǒng)傳熱特性試驗(yàn)研究[J]. 航天器工程，2016，25(3)：63－68.

Wang Lu, Miao Jianyin, Zhang Hongxing. Investigation on thermal characteristic of integrated system of pulse tube coolers with cryogenic loop heat pipes[J]. Spacecraft Engineering, 2016, 25(3): 63－68. (in Chinese with English abstract)

[20] 何江，林貴平，柏立站，等. 不凝氣體對(duì)航天器兩相熱控設(shè)備性能的影響[J]. 航天器工程，2014，23(6)：114－121.

He Jiang, Lin Guiping, Bai Lizhan, et al. Effect of non-condensable gas on performances of two-phase thermal control devices for spacecraft[J]. Spacecraft Engineering, 2014, 23(6): 114－121. (in Chinese with English abstract)

[21] 池勇，湯勇，萬(wàn)珍平，等. 微電子芯片高熱流密度相變冷卻技術(shù)[J]. 制冷空調(diào)，2007，35(4)：50－55.

Chi Yong, Tang Yong, Wan Zhenping, et al. High heat flux phase change cooling for micro electronic chip[J]. Refrigeration and Air Conditioning, 2007, 35(4): 50－55. (in Chinese with English abstract)

[22] 田浩，李延春，曹小濤. 基于芯片水冷和重力熱管技術(shù)的數(shù)據(jù)中心冷卻方法研究[J]. 暖通空調(diào)，2016，46(12)：109－115.

Tian Hao, Li Yanchun, Cao Xiaotao. Study on cooling technology of high heat flux data center using chip water cooling and gravity heat pipe[J]. Heating Ventilating and Air Conditioning, 2016, 46(12): 109－115. (in Chinese with English abstract)

[23] 黃俊，侍書(shū)成，龔驍敏. 一種用于高熱功率密閉計(jì)算機(jī)散熱的環(huán)路熱管系統(tǒng)[J]. 電子機(jī)械工程，2017，33(4)：42－47.

Huang Jun, Shi Shucheng, Gong Xiaomin. A loop heat pipe system for heat dissipation of computers with closed chassis and high thermal power[J]. Elector-Mechanical Engineering, 2017, 33(4): 42－47. (in Chinese with English abstract)

[24] 陳東，謝繼紅. 熱泵干燥裝置[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[25] 伊松林，張璧光. 太陽(yáng)能及熱泵干燥技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[26] 呂君，魏娟，張振濤，等. 熱泵烤煙系統(tǒng)性能的試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(增刊1)：63－67.

Lü Jun, Wei Juan, Zhang Zhentao, et al. Experimental study on performance of heat pump system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(Supp.1): 63－67. (in Chinese with English abstract)

Experiment on performance of corn drying system with combination of heat pipe and multi-stage series heat pump equipment

Li Weizhao1,2, Sheng Wei2, Zhang Zhentao1※, Yang Luwei1, Zhang Chong1, Wei Juan1, Li Bo1

(1.,,100190,; 2.,, 454000,)

Most of the existing grain drying systems in the northeast of China are large and multistage tower-type coal drying systems, and in the process of grain drying, the system produces hot and humid exhaust gases directly into the atmosphere after a heat exchange of hot air and grain. It not only caused great waste of energy, but also seriously polluted the environment. Aiming at the characteristics of cold climate in northeast China and the problems of high energy consumption and high pollution of coal-fired corn drying system of the multi-stage tower type, a heat pipe combined with corn drying technology of multistage series heat pump is developed. This technology can realize the recovery of waste heat and exhaust impurities in the corn drying by burning coal in multistage tower-type, so as to achieve the effect of energy saving and emission reduction. On the basis of this technology, the series of 50 t/d, 150 t/d and 300 t/d of corn heat pump drying equipment are developed, and the industrialization demonstration of 3 kinds of scale has been carried out. The performance testing of 300 t/d corn heat pump drying system is carried out.. The results show that the power consumption of per hour is 538 kW. h, the dehumidification rate is 2016 kg/h, the heating coefficient COP of the heat pump is between 3.7-6.7, and the energy consumption ratio SMER of dehumidification is 3.75 kg/(kW·h). In the end , the economy between the heat pump drying of corn and the drying of corn by burning coal of the multi-stage tower are compared .The results show that cost of the heat pump drying to get one kilogram of dry corn is 0.038 yuan, while the cost of coal-fired drying is 0.049 yuan. The cost of heat pump drying of per unit of corn is 22.4% lower than the cost of the coal-fired drying. Compared with the drying of corn by coal, the heat pump drying of corn can greatly reduce pollutant emissions, and the effect of energy saving and emission reduction is obvious, which provides a valuable reference for the application of heat pump drying technology in the field of grain drying.

drying; corn; experiment; heat pump; heat pipe; energy saving

2017-05-10

2018-01-17

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201504610）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2015BADB02）；國(guó)家自然科學(xué)青年基金（21606244）。

李偉釗，男，主要研究方向：熱泵干燥技術(shù)及裝備。Email：LWZ102421@163.com

張振濤，男，博士后，研究員，主要研究方向：熱力過(guò)程優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)。Email：zzth1@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.034

TS210.4

A

1002-6819(2018)-04-0278-07

李偉釗，盛 偉，張振濤，楊魯偉，張 沖，魏 娟，李 博.熱管聯(lián)合多級(jí)串聯(lián)熱泵玉米干燥系統(tǒng)性能試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，33(4)：278－284.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.034 http://www.tcsae.org

Li Weizhao, Sheng Wei, Zhang Zhentao, Yang Luwei, Zhang Chong, Wei Juan, Li Bo. Experiment on performance of corn drying system with combination of heat pipe and multi-stage series heat pump equipment[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 33(4): 278－284. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.034 http://www.tcsae.org