本發(fā)明涉及一種熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，特別涉及一種帶熱量回收的節(jié)能型干燥系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

不同的干燥對象有不同的干燥方法，其中工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的干燥最常用的是熱風(fēng)干燥方式，具有簡單易行，適應(yīng)性廣的優(yōu)點。然而，熱風(fēng)穿流干燥系統(tǒng)的熱效率較低，平均熱效率只有55%左右，且余熱回收利用少，干燥段排出的廢氣溫度較高，在40℃~60℃。我國的農(nóng)產(chǎn)品干燥大部分采用煤作為熱源，與干燥空氣的換熱不充分，煙氣排放時仍有110℃~130℃，甚至有的高達(dá)150℃，此部分熱量也白白排放了。此外，干燥后的物料溫度往往較高，還需要通入干空氣進(jìn)行冷卻，也有一部分熱量可以利用。對此，科研工作者在熱量回收和濕熱空氣除濕循環(huán)利用做了不少工作。發(fā)現(xiàn)干燥系統(tǒng)的干燥段排出的廢氣溫度在40℃~60℃，相對濕度平均為20%~50%，冷卻段排出的廢氣溫度在10℃~40℃，相對濕度平均在10%~40%，但實際利用中往往只回收了干燥段的熱廢氣。在熱回收設(shè)備方面，采取了列管式換熱器、熱泵的方式進(jìn)行了熱回收，但是列管式換熱器雖然簡單投資少，但換熱效率不高，節(jié)能效果不理想；熱泵在熱回收方面雖然節(jié)能率高，但投資相對較高，而且還要消耗一部分優(yōu)質(zhì)電能，通常在干燥初期濕度較高時節(jié)能效果好，中后期濕度較低時效果不好，甚至不適宜開機(jī)。在除濕循環(huán)利用方面，增溫除濕機(jī)往往較貴，效果不顯著；降溫除濕又沒有太大意義。針對幾種不同待回收熱量的溫度和濕度差別、回收時間不一致等問題，尚未有一個經(jīng)濟(jì)合理的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對熱回收效率較低、回收時間和溫度不匹配等問題，在干燥室一側(cè)布置嵌入式相變儲熱裝置進(jìn)行熱量回收，回收的熱包括煙氣熱量、干燥廢氣及冷卻段廢氣三類，實現(xiàn)了幾種廢棄熱量的溫度對口回收利用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種帶相變儲能換熱管束的熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)，包括熱風(fēng)爐、干燥箱以及連接二者的風(fēng)道，熱風(fēng)爐可以燃煤或生物質(zhì)，產(chǎn)生的煙氣與循環(huán)進(jìn)風(fēng)管道內(nèi)的空氣通過煙氣換熱管束進(jìn)行換熱，換熱后煙氣溫度降低，進(jìn)風(fēng)溫度升高，但由于換熱效率不高，煙氣的溫度仍然較高，仍有80℃以上，直接排放會導(dǎo)致熱量損失。因此將其通過排煙風(fēng)機(jī)經(jīng)排煙管道引入布置于干燥箱一側(cè)的相變儲能換熱區(qū)，換熱區(qū)用隔板一和隔板二分為上中下三個子區(qū)域，煙氣從前面煙氣入口進(jìn)入，與相變儲能換熱管束進(jìn)行換熱后，從出口排出，相變換熱管束由錯排的貫穿上中下?lián)Q熱區(qū)的多列換熱管組成，換熱管略傾斜，與鉛垂方向呈現(xiàn)約10°的夾角，管內(nèi)填充相變溫度為60~80℃的相變材料（如石蠟、加6%氯化鋇的氫氧化鋇等），換熱管的橫截面形狀可以是帶內(nèi)翅片的，也可以是光管。由于煙氣溫度較高，傳熱給相變材料使之發(fā)生相變，當(dāng)換熱管下層區(qū)域的相變材料熔化后，內(nèi)部會形成緩慢的自然對流，由于換熱管有一定傾斜度，更方便融化液體往上流動，使固液界面逐漸上移，融化區(qū)域不斷擴(kuò)大。而循環(huán)進(jìn)風(fēng)管道內(nèi)的空氣與煙氣換熱后，溫度有所提升，然后進(jìn)入相變換熱區(qū)的中區(qū)，由于其溫度低于相變材料的相變溫度，可使已經(jīng)融化的液體凝固放出熱量，循環(huán)進(jìn)風(fēng)進(jìn)一步吸收熱量后進(jìn)入干燥室。干燥室內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)后，在不同階段形成不同溫度濕度的循環(huán)出風(fēng)，干燥前期進(jìn)風(fēng)熱量大量被吸收，出風(fēng)的狀態(tài)為低溫高濕，中后期出風(fēng)狀態(tài)為較高溫低濕，依然有熱量可以利用。循環(huán)出風(fēng)進(jìn)入相變換熱區(qū)上區(qū)，要么將熱量傳遞給相變材料讓其處于顯熱吸熱階段，為相變做好前期升溫準(zhǔn)備；要么溫度更高讓相變材料發(fā)生融化儲存熱量，產(chǎn)生的液態(tài)相變材料在重力作用下向下運行，使相變換熱中區(qū)處于融化狀態(tài)。同時在循環(huán)出風(fēng)管道設(shè)置補風(fēng)排濕裝置，設(shè)定條件進(jìn)行補新風(fēng)和排濕，然后通過循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)入爐內(nèi)加熱，形成一個完整的循環(huán)。可見，在此過程中，溫度最高的廢氣煙氣和溫度最低的循環(huán)出風(fēng)都與相變換熱管換熱，將能量盡可能儲存在其中，而循環(huán)進(jìn)風(fēng)需要帶走相變儲能管內(nèi)的熱量，使進(jìn)風(fēng)溫度更高，有利用干燥過程更快速進(jìn)行。在干燥后期，甚至可實現(xiàn)不添加燃料，進(jìn)風(fēng)無需與煙氣換熱，而是直接從相變儲能管內(nèi)獲取熱量，直至相變材料全部凝固。干燥結(jié)束時，需要冷卻散熱，此時關(guān)閉爐內(nèi)燃燒，將補新風(fēng)口常開，進(jìn)風(fēng)為常溫，帶走物料的熱量，出風(fēng)溫度較高也可以將此部分能量保存在相變換熱上區(qū)，為下一輪物料干燥儲備熱量。

熱量回收過程需要良好的控制，以實現(xiàn)能量利用最優(yōu)化，可在排煙管道、循環(huán)進(jìn)風(fēng)管道、循環(huán)出風(fēng)管道上設(shè)置溫度傳感器，當(dāng)檢測到循環(huán)進(jìn)風(fēng)和循環(huán)出風(fēng)的溫度相差較小時，可減少燃料供給或調(diào)低排煙風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量，當(dāng)時間檢測到減速干燥的后半段時，可停止?fàn)t內(nèi)燃燒，完全由相變儲熱供給熱量。

該系統(tǒng)可實現(xiàn)干燥全周期熱量回收及同時放熱利用，添加的相變儲能換熱裝置可同時在不同區(qū)段儲能和放能，結(jié)構(gòu)簡單，無需外界動力驅(qū)動。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為帶相變儲能換熱管束的熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)的主視圖；

圖2為帶相變儲能換熱管束的熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)的俯視圖；

圖3為相變儲能換熱管的主視圖和A-A剖視圖。

圖中：1-清灰門 2-爐門 3-熱風(fēng)爐 4-循環(huán)風(fēng)機(jī) 5-排煙風(fēng)機(jī) 6-排煙管道

7-循環(huán)進(jìn)風(fēng)管道 8-循環(huán)出風(fēng)管道 9-相變儲能換熱管束 10-隔板一

11-干燥箱 12-隔板二 13-換熱管束支撐圈 14-煙氣換熱管束

15-煙氣出口 16-煙氣入口 17-補新風(fēng)口 18-補風(fēng)排濕裝置

19-排濕口 20-相變儲能換熱管翅片 21-相變儲能換熱管上蓋。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1~2為帶相變儲能換熱管束的熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)的主輔視圖，圖3為相變儲能換熱管的結(jié)構(gòu)圖。一種帶相變儲能換熱管束的熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)，包括熱風(fēng)爐3、干燥箱11以及連接二者的風(fēng)道，熱風(fēng)爐可以燃煤或生物質(zhì)，在后面的下方開爐門2和清灰門1，產(chǎn)生的煙氣與循環(huán)進(jìn)風(fēng)管道內(nèi)的空氣通過煙氣換熱管束14進(jìn)行換熱，換熱后煙氣溫度降低，進(jìn)風(fēng)溫度升高，但由于換熱效率不高，煙氣的溫度仍然較高，仍有80℃以上，直接排放會導(dǎo)致熱量損失。因此將其通過排煙風(fēng)機(jī)5經(jīng)排煙管道6引入布置于干燥箱一側(cè)的相變儲能換熱區(qū)，換熱區(qū)用隔板一10和隔板二12分為上中下三個子區(qū)域，隔板一和隔板二上開孔讓排煙管道6和相變儲能換熱管束9穿過，隔板二12上焊接有直徑比換熱管略大與之匹配的換熱管束支撐圈13將管束固定；或直接將換熱管束9與隔板一10或隔板二12在穿孔處點焊固定堵實。煙氣從位于前面的煙氣入口16進(jìn)入，與相變儲能換熱管束9進(jìn)行換熱后，從位于后面的出口15排出。相變換熱管束由錯排的貫穿上中下?lián)Q熱區(qū)的多列換熱管組成，換熱管略傾斜，與鉛垂方向呈現(xiàn)約10°的夾角。相變換熱管內(nèi)填充相變溫度為50~80℃的相變材料（如石蠟、加6%氯化鋇的氫氧化鋇等），根據(jù)干燥過程中三股氣流的溫度而定，使原本直接排掉的廢棄煙氣溫度高出相變溫度約20℃~50℃，以提高儲熱功率和效率，干燥過程的多數(shù)時候進(jìn)風(fēng)溫度和出風(fēng)溫度低于相變溫度，后期出風(fēng)溫度高于相變溫度，相變材料的填充率約為0.7~0.9，根據(jù)相變材料的膨脹系數(shù)而定，填充完后用帶螺紋連接的換熱管上蓋21旋緊密封。換熱管的橫截面形狀可以帶內(nèi)翅片20，也可以是光管，布置內(nèi)翅片可以強(qiáng)化傳熱，可有效改善相變材料導(dǎo)熱系數(shù)低的問題。

由于煙氣溫度較高，傳熱給相變材料使之發(fā)生相變，當(dāng)換熱管下層區(qū)域的相變材料熔化后，內(nèi)部會形成緩慢的自然對流，溫度較高的融化體會向上移動，由于換熱管有一定傾斜度，更方便融化液體往上流動，使固液界面逐漸上移，融化區(qū)域不斷擴(kuò)大。而循環(huán)進(jìn)風(fēng)管道8內(nèi)的空氣與煙氣換熱后，溫度有所提升，然后進(jìn)入相變換熱區(qū)的中區(qū)，由于其溫度低于相變材料的相變溫度，可使已經(jīng)融化的液體凝固放出熱量，循環(huán)進(jìn)風(fēng)進(jìn)一步吸收熱量后進(jìn)入干燥室。干燥室內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)后，在不同階段形成不同溫度濕度的循環(huán)出風(fēng)，干燥前期進(jìn)風(fēng)熱量大量被吸收，出風(fēng)的狀態(tài)為低溫高濕，中后期出風(fēng)狀態(tài)為較高溫低濕，依然有熱量可以利用。循環(huán)出風(fēng)進(jìn)入相變換熱區(qū)上區(qū)，要么將熱量傳遞給相變材料讓其處于顯熱吸熱階段，為相變做好前期升溫準(zhǔn)備；要么溫度更高讓相變材料發(fā)生融化儲存熱量，產(chǎn)生的液態(tài)相變材料在重力作用下向下運行，使相變換熱中區(qū)處于融化狀態(tài)。同時在循環(huán)出風(fēng)管道7設(shè)置補風(fēng)排濕裝置18、補新風(fēng)口17和排濕口19，設(shè)定條件進(jìn)行補新風(fēng)和排濕，然后通過循環(huán)風(fēng)機(jī)4進(jìn)入爐內(nèi)加熱，形成一個完整的循環(huán)。

可見，在此過程中，溫度最高的廢氣煙氣和溫度最低的循環(huán)出風(fēng)都與相變換熱管換熱，將能量盡可能儲存在其中，而循環(huán)進(jìn)風(fēng)需要帶走相變儲能管內(nèi)的熱量，使進(jìn)風(fēng)溫度更高，有利用干燥過程更快速進(jìn)行。在干燥后期，甚至可實現(xiàn)不添加燃料，進(jìn)風(fēng)無需與煙氣換熱，而是直接從相變儲能管內(nèi)獲取熱量，直至相變材料全部凝固。干燥結(jié)束時，需要冷卻散熱，此時關(guān)閉爐內(nèi)燃燒，將補新風(fēng)口常開，進(jìn)風(fēng)為常溫，帶走物料的熱量，出風(fēng)溫度較高也可以將此部分能量保存在相變換熱上區(qū)，為下一輪物料干燥儲備熱量。

熱量回收過程的控制系統(tǒng)包括信號測量、采集和變送，在排煙管道、循環(huán)進(jìn)風(fēng)管道、循環(huán)出風(fēng)管道進(jìn)入相變儲能換熱區(qū)處設(shè)置溫度傳感器和濕度傳感器，當(dāng)檢測到循環(huán)進(jìn)風(fēng)和循環(huán)出風(fēng)的溫度相差在10℃以內(nèi)時，可減少燃料供給或調(diào)低排煙風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量，當(dāng)時間檢測到減速干燥的后半段時，可停止?fàn)t內(nèi)燃燒，完全由相變儲熱供給熱量。