本发明属于干燥技术领域，涉及一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法。
背景技术：
在20世纪初欧洲人提出了“热泵”一词，但热泵的基础理论-蒸汽压缩动力的循环原理是由19世纪法国物理学家卡诺(s.carnot)于1824年提出；1852年，英国物理学家汤姆森(w.thomson)首先提出了关于热泵的设想；1927年，英国的霍尔丹(haldane)在苏格兰安装了一台试验用的家用空气源热泵；20世纪60年代，日本开始研究热泵干燥技术，是全球谷物干燥机械化程度最高的国家之一，目前的技术水平居世界领先地位，谷物干燥机械化率已经达到92％。德国、法国等欧洲国家和俄国的热泵干燥技术也在同时期发展起来。在1970～1977年间，法国安装的热泵干燥木材装置近达1000台，到1980年，约有3000家木材干燥厂采用热泵干燥技术干燥木材。
在20世纪50年代初期，天津大学热能研究所开始研究热泵。20世纪80年代，热泵干燥技术的研究和应用开始起步，首先在木材干燥中引入热泵干燥技术。1988年，我国约有热泵干燥装置160套，多用于木材干燥，占工业热泵的90％左右；至1996年，我国投产的热泵干燥装置有400套左右，年产量约20万m3。其中，这些热泵中90％是属于电驱动的机械压缩式热泵。北京林业大学和北京冷冻机厂在1989～1993年联合研制了应用于木材干燥的rcg系列双热源除湿干燥机产品并获国家专利，该产品已推广至国内十几个省，并远销国外，获得了较好的经济效益和社会效益。双热源除湿干燥机应用了太阳能和热泵除湿机联合干燥技术，太阳能系统与除湿机系统既可以单独运行，又可联合运行，整个干燥系统的工作过程由计算机自动控制，试验表明，该联合干燥系统的smer(单位能耗除湿量)为1.67～3.13kg/(kw·h)。
烘干是膨化饲料加工的最重要工序之一，刚从膨化机挤出的饲料颗粒水分很高，达到22～27％左右，必须配套烘干设备先驱除10％以上的水分再经冷却处理后，才能保证其达到合格产品质量。目前国内膨化机饲料加工中配套的烘干设备多采用输送带和链式板箱式烘干机。一般采用锅炉发生蒸汽(或热电厂蒸汽)加热，也有采用直接燃烧天然气发生热风加热的方式烘干，在实际生产中还存在配套风机动力大、烘干能耗高，吨料蒸汽耗量达300kg左右，造成大量能量浪费，明显增加膨化饲料的加工成本。而且烘干后的尾气，带有大量的水蒸汽，且伴有恶臭气味(含硫化氢h2s、氨气nh3、三甲胺c3h9n)，直接排放至大气或废气处理后排放至大气，既增加操作成本，也污染环境；由于采用空气烘干，且温度在100℃左右，容易形成粉尘爆炸的危险。
因此，研究一种能耗低、对环境影响小的干燥方式具有十分重要的意义。
技术实现要素：
针对已有技术中存在的干燥尾气直接排放，造成能源浪费、废气、废水排放导致污染环境，以及能源利用率低等技术问题。本发明提供一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法。本发明采用“闭路式高温热泵”干燥系统替代原有烘干系统，干燥介质在干燥箱内全部循环使用，与普通蒸汽干燥相比它最大的优点在于干燥介质是闭式循环，靠制冷除湿，其热量可以回收，热损失小；闭式热泵干燥系统进行连续干燥运行时，能量以压缩机功率的形式源源不断地输入到系统，既节约了能源，又提高了系统的效率。
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，将干燥气体(惰性气体)经过“闭路式高温热泵”系统加热后作为膨化饲料的干燥介质对膨化饲料进行干燥，从而蒸发膨化饲料的水分，再将包含膨化饲料蒸发的水蒸汽的湿热气体输入至所述“闭路式高温热泵”系统中降温冷凝并回收其热量后再作为所述干燥气体进行回用；
所述“闭路式高温热泵”系统包括蒸发器、冷凝器/冷却器；
所述蒸发器中输入16～19℃的低温工质液体和50～90℃且含水量为70～120g/kg的湿热气体；在所述蒸发器中所述低温工质液体吸收所述湿热气体的热量等温蒸发成工质气体；所述湿热气体放热后成为25～33℃的干燥气体和凝结水，所述干燥气体进入冷凝器/冷却器；所述干燥气体为饱和气体；
所述冷凝器/冷却器中输入80～180℃的高温工质气体和所述干燥气体；所述干燥气体在所述冷凝器/冷却器中被高温工质加热成100～120℃的高温气体；
利用所述高温气体对膨化饲料进行干燥并输出所述湿热气体(也称为干燥尾气)，从而完成“闭循环”。
本发明的所述用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法无蒸汽消耗且无排放(三废)。
本发明的所述用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法用于10t/h膨化饲料生产线时的耗电量为500～550kw·h，且干燥后的膨化饲料的水分为9％。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，所述工质为hfc(氢氟烃类)，高温、低压，无毒、不可燃。
如上所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，所述“闭路式高温热泵”系统还包括压缩机，所述80～180℃的高温工质气体由所述压缩机提供，在所述蒸发器中低温工质液体吸收湿热气体的热量等温蒸发成工质气体后进入所述压缩机。
如上所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，所述压缩机为螺杆压缩机或者活塞压缩机。所述压缩机的功率约为500kw。
如上所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，所述“闭路式高温热泵”系统还包括位于所述蒸发器和所述冷凝器/冷却器之间的膨胀阀，所述高温工质气体在冷凝器/冷却器中热交换后进入所述膨胀阀，并输出所述16～19℃的低温工质液体进入所述蒸发器。
如上所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，所述凝结水由蒸发器中输出并输入至冷凝器/冷却器中加热得到高温水，所述高温水用于膨化工段(为膨化饲料干燥之前的一个工段)。
如上所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，所述包含膨化饲料蒸发的水蒸汽的湿热气体还经旁路输入至所述冷凝器/冷却器中(用于调节所述“闭路式高温热泵”系统)。
如上所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，所述蒸发器为降膜板式蒸发器。所述蒸发器的蒸发温度为16℃，蒸发压力为0.10589mpa(绝压)。
如上所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，所述冷凝器/冷却器中的冷凝器为翅片管换热器。所述冷凝器的冷凝温度为80～190℃，冷凝压力小于2.5mpa(绝压)。
如上所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，所述膨化饲料位于干燥箱内，所述干燥箱上设湿热气体收集管道，所述湿热气体收集管道连接抽湿机(引风机)。
本发明的原理是：
在本发明中的“闭路式高温热泵”系统中，工质在其中不断循环，分别经过了下述几个过程：
(1)压缩过程：低温低压的热泵工质由压缩机压缩成80～180℃的高温工质气体；此时压缩机所做的功转化成工质气体的内能，使之温度升高、压力增高，热力学上称为绝热过程。
(2)冷凝过程:从压缩机出来的高温工质气体(高压)，流经冷凝器/冷却器中，与所述干燥气体发生热交换，工质最终以中温液体(高压)输出；液化时工质温度降低但压力不变，在热力学上称之为等压过程。
(3)节流过程:从冷凝器/冷却器出来的高压的工质液体，经过节流装置的节流，变成了低温16～19℃的低温工质液体(低压)，在热力学上则称为等焓过程。
(4)蒸发过程:从节流装置出来的低温16～19℃的低温工质液体(低压)，流经蒸发器,用烘干的湿热空气加热蒸发，成了16～19℃的工质气(低压)；吸收的热量变成了工质的潜热，内能增加很多。由于压力变化不大，在热力学上称为等压过程。
在本发明中的干燥方法中所采用的干燥介质全部循环使用，具体为：由干燥箱输出的湿热气体(包含膨化饲料蒸发的水蒸汽，温度为50～90℃且含水量为70～120g/kg)，通过抽湿机送入蒸发器，温度降低至25～33℃，相对湿度增加直到成为饱和气体(含水量约为40g/kg)，其中，水蒸汽冷凝为水，干燥气体(饱和气体)循环送入冷凝器/冷却器加热，温度升高至100～120℃且含水量不变，返回至干燥箱循环使用；
另外，本发明还将由干燥箱中输出的一部分湿热气体经旁路进入冷凝器/冷却器以调节“闭路式高温热泵”系统的稳定控制，达到节能降耗的目的。
本发明还将蒸发器中得到的凝结水输入至在冷凝器/冷却器中加热至高温的高温水，由泵送至膨化工段的膨化设备中，作为热源，从而节省蒸汽消耗。
有益效果
(1)本发明的干燥箱中的加热循环气体的热量主要来自回收干燥室排出的温湿空气中所含的显热和潜热，需要输入的能量只有压缩机的耗功，而热泵又有消耗少量功即可制取大量热量的优势，因此热泵干燥装置smer(消耗单位能量所除去湿物料中的水分量)通常为1.0～4.0kg/kwh，而传统对流干燥器的smer值约为0.2～0.6kg/kwh，节约能源60～70％；
(2)本发明的干燥方法中干燥介质在干燥系统中封闭循环，没有物料粉尘、挥发性物质及异味随干燥废气向环境排放而带来的污染；干燥箱排气中的余热也被利用，避免了对环境的污染。
附图说明
图1为本发明的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法的流程示意图；
其中，(a)为流程i，(b)为流程ii。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，如图1(a)所示，具体过程如下：
将干燥气体(惰性气体)经过“闭路式高温热泵”系统加热后作为膨化饲料的干燥介质对膨化饲料进行干燥，从而蒸发膨化饲料的水分；再将包含膨化饲料蒸发的水蒸汽的湿热气体输入至“闭路式高温热泵”系统中降温冷凝并回收其热量后再作为所述干燥气体进行回用；
其中“闭路式高温热泵”系统包括蒸发器、冷凝器/冷却器、压缩机以及位于蒸发器和冷凝器/冷却器之间的膨胀阀；
膨化饲料位于干燥箱内，冷凝器/冷却器中高温气体输入至干燥箱内对膨化饲料进行干燥，并输出55555℃且含水量为755125g/kg的湿热气体(也称为干燥尾气)；干燥箱上设湿热气体收集管道，湿热气体收集管道连接抽湿机(引风机)；湿热气体通过抽湿机输入至蒸发器；膨胀阀输入11515℃的低温工质液体(工质为hfc)至蒸发器；
在蒸发器中低温工质液体吸收湿热气体的热量等温蒸发成工质气体后，进入压缩机；工质气体经过压缩机形成855185℃的高温工质气体输入至冷凝器/冷却器中；在蒸发器中湿热气体放热成为25533℃的干燥气体(饱和气体)和凝结水后，干燥气体输入至冷凝器/冷却器；
干燥气体在冷凝器/冷却器中被高温工质气体加热成1555125℃的高温气体(含水量与干燥气体相同)；同时高温工质气体在冷凝器中等温冷凝进而在冷却器中降温放热；
高温工质气体经冷凝器/冷却器的热交换后输入至膨胀阀，并由膨胀阀输出11515℃的低温工质液体；冷凝器/冷却器中高温气体输出至干燥箱内；
同时，由蒸发器输出的凝结水输入至冷凝器/冷却器中加热得到高温水，高温水用于膨化工段。
实施例2
一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，基本同实施例1，如图1(b)所示，不同之处仅在于部分湿热气体还经旁路输入至所述冷凝器/冷却器中，并在冷凝器/冷却器中被输入至冷凝器/冷却器中的高温工质气体加热，输出至干燥箱中。
具体案例：将实施例2中的干燥方法用于15t/h膨化饲料生产线上膨化饲料的干燥；其中，经过膨化工段处理后的待干燥的膨化饲料位于干燥箱内；
冷凝器/冷却器中的冷凝器为翅片管换热器，设备参数为：冷凝温度为855155℃，冷凝压力小于2.5mpa(绝压)；
蒸发器为降膜板式蒸发器，设备参数为：蒸发温度为11℃，蒸发压力为5.15585mpa(绝压)；
压缩机为功率为555kw的螺杆压缩机；
冷凝器/冷却器中输出的高温气体输入至干燥箱内对膨化饲料进行干燥，并输出85℃且含水量为155g/kg湿热气体(也称为干燥尾气)；一部分湿热气体输入至降膜板式蒸发器，另一部分湿热气体还经旁路输入至冷凝器/冷却器中，用于调节“闭路式高温热泵”系统；
冷凝器/冷却器中输出的中温工质液体(高压)进入膨胀阀输出11℃的低温工质液体(工质为hfc)至降膜板式蒸发器；
在降膜板式蒸发器中，低温工质液体吸收湿热气体的热量等温蒸发成工质气体后，进入功率为555kw的压缩机(螺杆压缩机)；工质气体经过压缩机形成125℃的高温工质气体输入至冷凝器/冷却器中；在降膜板式蒸发器中，湿热气体放热成为35℃的干燥气体(饱和气体)和凝结水后，干燥气体输入至冷凝器/冷却器中，并被输入至冷凝器/冷却器中的高温工质气体加热成155℃的高温气体(含水量与干燥气体相同)；高温工质气体在冷凝器/冷却器中等温冷凝输出的高温气体和中温工质液体(高压)；进而重复进行前面的循环；
同时，由蒸发器输出的凝结水输入至冷凝器/冷却器中加热得到高温水，高温水用于膨化饲料干燥之前的膨化工段实现重复利用。
由上述流程可知，本发明的干燥方法无蒸汽消耗且无排放，上述案例中生产线的耗电量为500kw·h，且干燥后的膨化饲料的水分为9％。
1.一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，其特征是：将干燥气体经过“闭路式高温热泵”系统加热后作为膨化饲料的干燥介质对膨化饲料进行干燥，从而蒸发膨化饲料的水分，再将包含膨化饲料蒸发的水蒸汽的湿热气体输入至所述“闭路式高温热泵”系统中降温冷凝并回收热量后再作为所述干燥气体进行回用；
所述“闭路式高温热泵”系统包括蒸发器、冷凝器/冷却器；
所述蒸发器中输入16～19℃的低温工质液体和所述湿热气体；在所述蒸发器中所述低温工质液体吸收所述湿热气体的热量等温蒸发成工质气体；所述湿热气体为50～90℃且含水量为70～120g/kg的湿热气体；所述湿热气体放热后成为25～33℃的干燥气体和凝结水，所述干燥气体进入冷凝器/冷却器；所述干燥气体为饱和气体；
所述冷凝器/冷却器中输入80～180℃的高温工质气体和所述干燥气体；所述干燥气体在所述冷凝器/冷却器中被高温工质加热成100～120℃的高温气体；
利用所述高温气体对膨化饲料进行干燥并输出所述湿热气体，从而完成“闭循环”。
2.根据权利要求1所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，其特征在于，所述工质为hfc。
3.根据权利要求1所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，其特征在于，所述“闭路式高温热泵”系统还包括压缩机，所述80～180℃的高温工质气体由所述压缩机提供，在所述蒸发器中低温工质液体吸收湿热气体的热量等温蒸发成工质气体后进入所述压缩机。
4.根据权利要求3所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，其特征在于，所述压缩机为螺杆压缩机或者活塞压缩机。
5.根据权利要求1所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，其特征在于，所述“闭路式高温热泵”系统还包括位于所述蒸发器和所述冷凝器/冷却器之间的膨胀阀，所述高温工质气体在所述冷凝器/冷却器中热交换后进入所述膨胀阀，并输出所述16～19℃的低温工质液体进入所述蒸发器。
6.根据权利要求1所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，其特征在于，所述凝结水由蒸发器中输出并输入至冷凝器/冷却器中加热得到高温水，所述高温水用于膨化工段。
7.根据权利要求1所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，其特征在于，所述包含膨化饲料蒸发的水蒸汽的湿热气体还经旁路输入至所述冷凝器/冷却器中。
8.根据权利要求1所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，其特征在于，所述蒸发器为降膜板式蒸发器。
9.根据权利要求1所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，其特征在于，所述冷凝器/冷却器中的冷凝器为翅片管换热器。
10.根据权利要求1所述的一种用于膨化饲料的“闭路式高温热泵”干燥方法，其特征在于，所述膨化饲料位于干燥箱内，所述干燥箱上设湿热气体收集管道，所述湿热气体收集管道连接抽湿机。
技术总结