太阳能辅助热泵就仓干燥系统关键技术研究

【摘要】： 粮库是保证粮食储藏安全的重要基地,每年都要进行储粮轮换工作,特别是粮食收获季节的新粮入仓。由于受到气候条件、粮食来源等因素的影响,常常会出现高水分粮食直接入仓的现象。此时,必须对粮食进行适度的干燥作业,才能保证其全储藏。而现有的粮食干燥方法中,烘干机作业需要耗费大量的化石燃料,干燥成本高、工作量大;粮库直接通风干燥的周期又非常长,受天气影响大。新型粮食就仓干燥技术的研究开发,是当前粮食储藏技术发展的迫切要求。 本文提出利用太阳能及热泵干燥技术对高水分粮食进行就仓干燥的技术思路,以实现高效、节能、短时间、均匀化的粮食干燥处理过程,主要内容如下: (1)基于谷物干燥需求,结合气候环境及太阳辐射资源条件,提出了一套太阳能辅助热泵就仓干燥新工艺,包括加热干燥、除湿干燥和通风干燥若干种模式:比较分析了各种流程的特点和使用条件,以某国家直属粮库为应用对象,确定了具体系统构成和运行模式。 (2)利用数学拓扑网络方法,建立了太阳能空气集热器阵列流动阻力的数学模型,分析了集热器阵列的流量与阻力分布规律,优化了太阳能集热器单元的阵列方式。 (3)分别建立了太阳能供热系统模型、热泵系统模型以及谷物就仓干燥模型,对系统的运行效果进行模拟分析,针对太阳能供热系统与热泵系统的外部工作条件变化,完成了系统性能和系统部件匹配性优化。 (4)设计制造一套太阳能辅助热泵就仓干燥示范装置,该装置适应于典型高大平房仓(长39m×高9m×宽24m),仓容量为3000t~5000t,干燥周期10天左右,降低水分1.5%的粮仓。实验验证了理论分析结果的正确性。实验结果表明,典型天气情况,系统运行稳定,热泵COPH可达5.0,太阳能辅助热泵就仓干燥装置的整体COPE为3.33~3.69,不含粮仓送风风机功耗时,系统的整体COPCH为5.88~6.86,太阳能对整个系统的加热贡献率SF为23%~36%。 (5)研究和示范试验结果表明,太阳能辅助热泵就仓干燥技术是一种安全、节能、高效的就仓干燥技术,且配合粮食搅拌机械可很好解决粮食干燥均匀性问题。典型仓容量(3000t)的吨干燥成本为9.3元/吨,低于谷物烘干机的干燥成本36.5元/吨。