干燥过程的节能问题解读Word文档下载推荐.docx

1、据英国统计，在英国农产品和食品加工过程中的总能耗约为286109MJ/年，其中干燥部分为35109MJ/年，占其总能耗的12%；木材干燥总能耗为4109MJ/年，占木材加工总能耗的21%；造纸过程中的干燥能耗为137109MJ/年，占其加工总能耗的33%；化学工程中的干燥能耗为23109MJ/年，占总能耗的5%。英国全国各行业干燥能耗总和大约占整个工业系统总能耗的8%。由于我国干燥产品的单位产值能耗比世界先进水平有较大差距，我国的干燥能耗占整个工业能耗的比例几乎比英国高一半，达到12%。而在木材加工行业，干燥能耗占整个加工能耗的比例甚至高达4060%。因此，干燥环节的节能对于降低整个工业能耗有

2、显著影响。3.2 节能原理与方法3.2.1 热力学第一定律分析法热力学第一定律即能量守恒定律：能量是物质运动的量度，当任何一种形式的能量被转移或转化为另一种形式的能量时，数量不变。该分析法得到了广泛应用，它主要是用热效率的高低来估计节能潜力，热效率越高说明节能潜力越大。能量平衡工作正是基于这一定律，把能量的来龙去脉搞清楚，确定多少能量被利用，多少能量损失掉。优点：简单直观，容易理解和掌握，运用得当对节能工作能起到重要作用。缺点：由于它所依据的仅是能量数量上的守恒性，在挖掘节能潜力时有较大的局限性和不合理性。 3.2.2 热力学第二定律分析法20世纪50年代以后，热力学第二定律的理论开始在节能实

3、践中广泛应用。它的表述方法很多，其中之一是：当任何一种形式的能量被转移或转化为另一种形式的能量时，其品位只可能降低或来变，绝不可能提高。这样能量在数量的守恒性和质量上的贬值性，就构成了能量的全面本性。 现代节能原理是同时依据热力学第一、第二定律，并通过直观实用的方式，来体现能的全面本性，由此建立的节能理论和方法，称为第二定律分析法。这种方法有两大类，熵分析法和火用分析法。由于熵分析法比较抽象，不能评价能量的使用价值，且本身也不是一种能量，现在已被火用分析法取代。 火用分析法认为：能量=火用+火无 火用是这样一种能，在给定环境的作用下，可以完全连续地转化为任何一种其它形式的能量，而火无是一种不可

4、能转化的能量形式。 火用主要是针对热提出的，即热量中最大能转化为功的部分。 采用火用分析法，能从本质上找出能量损失。3.2.3 热经济学20世纪60年代以来，在节能领域产生了将火用分析法与经济因素及优化理论有机结合的热经济学，即除了研究体系与自然环境之间的相互作用外，还要研究一个体系内部的经济参量与环境经济参量之间的相互作用。 一般来说，第一定律和第二定律分析法，在方案比较中仅能给出一个参考方向，而不能得出具体结论。而热经济学分析法可以直接给出结果，这种方法特别适用于解决大型、复杂的能量系统分析、设计和优化。3.2.4 火用 能的本质认识按能量的作功能力，将其分为三大类：高级能量：理论上可以完

5、全转化为功的能量，如机械功、电能、水能等；低级能量：理论上不能全部转化为功的能量，主要是热能；僵态能量：完全不能转化为功的能量。 可逆过程是热力学中的一种理想过程，在这个过程中，如为机械运动则没有摩擦阻力，如为传热过程则没有温差，如对常减压蒸馏装置，如达到可逆过程，其能耗就可能仅为23的程度。因此可以看出：真正的可逆过程是不存在的，事实上，自然界的任何过程都不是可逆过程。节能工作就是要在现有的经济合理条件下，接近可逆过程。 火用 能的本质：大部分能量是过客；能量是完成过程中不发生化学变化的“催化剂”；能量是完成过程的推动力。3.2.5 干燥过程的节能方法1 大力发展组合、智能型干燥系统目前，我

6、国多数产品的干燥操作是在单一干燥设备内在一种干燥参数下完成的，而从物料的干燥动力学特性可以看出，在物料的不同干燥阶段，其最优的干燥参数是不同的。同时，一种干燥设备，往往不能适应物料在不同干燥阶段其含水率和其它物性对干燥设备的不同要求。如果采用单一干燥设备和单一干燥参数，不仅会造成能源与资源的浪费，还会影响干燥质量与产量。因此，必须首先从干燥工艺上进行根本改造，改变粗放型的干燥方式，逐步向循环经济的方向过渡，即实现无废弃物、零污染排放、高效优化用能和优质生产。 2进行全面、多层次的节能技术改造 全面节能应包括过程节能、系统节能和单元设备节能几个方面，其根本目的是要提高能源的利用效率，以降低一次能

7、源的消耗和提高单位能耗的产值。过程节能是指生产过程的节能，如上述通过干燥工艺改造来实现节能。对于整个工业生产而言，是要争取实现循环经济，即上游生产的产品或副产品可以作为下游生产的原料或燃料。在循环经济的理念中，将没有废物，而只是处于不同生产环节中的资源。在干燥工艺的改造中，要努力实现资源的综合利用，这也是从根本上节能。系统节能是指对干燥系统进行总能系统分析，以实现对系统中各单元设备的优化配置，不仅要进行热效率分析和热经济分析，还必须进行（Exergy）分析，以实现能源的温度对口合理梯级利用。目前，许多干燥系统用高温热源降温使用或直接用高温热源进行不需要高温的干燥作业，都是对能源的很大浪费，应当

8、尽快改变。单元设备节能包括干燥器本身和热源设备的节能改造。目前，我国在干燥设备中，低效高污染的老式设备占大多数，低水平重复的现象相当严重。除了要采用经济手段，逐渐淘汰这些落后设备以外，应当加大对开发先进干燥设备的技术投入和推广力度，要更加重视干燥基础理论的研究，要更快地引进其它领域的科研成果，以弥补干燥行业基础研究力量的不足。当前，场协同强化传热理论，快速高强度先进干燥设备，新型的高效热交换设备和炉窑以及一些先进的除尘设备，都有可能在干燥技术的节能改造中发挥显著作用。 3大力发展应用可再生能源与工业余热的干燥技术大力发展应用可再生能源与工业余热的干燥技术，逐步减少一次能源的消耗和对燃用化石燃料

9、的依存度。大力调整和优化能源结构，是我国实施中长期能源发展规划的主要战略措施之一。我国有丰富的太阳能资源，年日照时数超过2200小时的地区占国土面积的三分之二，为广泛利用太阳能创造了有利条件。我国在利用太阳能干燥方面已有多年历史。近年来，在用太阳能与热泵联合对木材干燥方面已取得显著效果，需要在更大范围内推广和供其它物料干燥时借鉴。 我国的生物质能资源也相当丰富，尤其在广大农村，用秸杆制造沼气的技术已相当成熟，现在要进一步提高技术含量和实行规模化工业生产。另外，生物制氢与生物质制工业柴油的研究也已在国内外蓬勃开展。用生物质燃料为干燥提供热源有广阔的应用前景。据报道，每增加1吨生物质能的消耗，大约

10、可减少相当于2吨化石燃料的温室气体排放。目前这方面的报道尚不多，我们应加紧开发。 风能，是目前国内外在可再生能源开发方面的一个热点。风能利用投资较少，技术相对成熟，利用风能为热风干燥系统提供动力和风源，是一种有推广前景的技术措施。 4建立与完善干燥设备的综合评价准则与行业标准，建立宏观调控与市场调节机制，加快干燥技术的更新换代。 综合评价准则应当包括干燥系统的热效率、火用效率、环境友好程度、干燥品质与经济行等各项指标。通过这类综合评价准则或行业标准的制定以强化宏观管理和调控机制。另外，要探索在市场经济条件下的一些经济手段，来加快干燥设备的更新换代。 例如粮食干燥是一个非常复杂的加工过程，影响因

11、素多，干燥条件多变，其中的影响因素有介质参数（如热风温度、热风风量和热风湿度）、粮食参数（如粮食类别、粮食水分、粮食温度和粮食流量）、环境条件（如环境温度和环境湿度）、干燥工艺（如顺流干燥、逆流干燥、横流干燥、混流干燥）以及干燥机的结构参数。因此同一台粮食干燥机可能在很低的环境温度下（零下15）工作，也可能在高达30的环境条件下工作，其工作性能完全不同，甚至相差甚远。所以必需将测得的性能指标进行折算，折算到一个统一的标准条件，再进行比较和评价。因此干燥机生产能力和单位热耗的折算是一个十分重要的标准。 国际上粮食干燥技术标准已经修订了多次，如ISO11520-1：1997，农业粮食烘干机烘干性能

12、的测定，又如ISO11520-2：2001。在这些新的干燥技术标准中都有主要干燥性能参数的折算方法，采用的模型和公式多达54个，是一个很重要而比较复杂的问题。 我国现行粮食烘干技术标准大部分是上个世纪八九十年代制定。经过十多年的时间，我国的粮食烘干技术和设备已有较大进步，许多粮食烘干新技术、新工艺、新设备被应用，现行粮食烘干技术标准与粮食烘干技术和设备的发展已不能完全适应，因此必须进行修定。 实现科学发展观指导下的高效与绿色干燥发展战略，是新时期赋予我国干燥科技工作者的长期而又十分紧迫的光荣任务。要实现这一目标，需要主管部门和产、学、研各方面的共同努力。当前，要注意克服只顾眼前的经济效益，不重

13、视科技创新的错误倾向。要抓住机遇，力争在全国实施新型工业化发展道路的大潮中，逐步明确和加快实现我国干燥技术发展道路的战略转变。3.4 高效低污染脉动燃烧技术“脉动燃烧”（pulse combustion）是指燃料（固态、液态或气态）间断性燃烧过程，而传统的燃烧炉都是连续燃烧。间断性的脉动燃烧过程所产生的尾气流的速度和压力在爆燃阶段急剧上升，当达到一定程度时压力波便从燃烧室通过尾管传播到热能应用装置（如干燥器、煅烧炉或焚化炉等）。由于传递的动量具有振荡特性，脉动燃烧提高了热质传递效率，极大的强化了诸如热力干燥等生产过程。除此之外，脉动燃烧的燃烧效率高，而且降低了污染物的排放，这种技术以引起研究工

14、作者和专业技术人员的极大兴趣。当脉动燃烧应用于具体干燥过程时，该干燥过程被称为脉动燃烧干燥。3.4.1 脉动燃烧技术的发展概况脉动燃烧的历史可追溯到1777年由Byron Higgins首次报道的燃烧振荡现象：把气体火焰放置于一个竖直的圆管里，火焰会引起圆管的自激振荡，管中的火焰也受到声振的影响，声振与燃烧过程存在耦合作用，该火焰被称为会唱歌的火焰（singing flames）。1859年，Rijke发现当一个加热的金属网被放置在一个两端开口的竖直圆管的下半部分时，强烈的声振出现在管内。这种声振所驱动的不稳定燃烧，也叫脉动燃烧，发生在许多燃烧系统中，如固体火箭。它会产生大的噪声和振动，甚至可以破坏燃烧装置。因此，人们极力避免燃烧不稳定现象的发生，研究如何消除这一现象。在研究的过程，人们发现脉动燃烧也有可以利用的一面，具有燃烧强度高，污染物排放低等优点，从而设计了不同机构的脉动燃烧装置。1900年Gobble申请了第一个脉动燃烧装置德国专利，由于气动循环控制机构过于复杂，未能实际应用。1906年Esnault-