案例 | 梅州米粉采用高温空气源热泵干燥除湿的设计和选型
《热泵市场》杂志
摘要：该项目位于广东梅州地区，为米粉提供烘干作业。根据客户需求和合理的热负荷计算，为该项目配置了1台型号为RF-30II的高温热泵热风烘干机、2台单机风量为600m3/h的排湿风机和5台单机风量为3500m3/h辅助循环风机。
关键词：米粉烘干、热负荷计算、循环风机、机组选型
一、物料烘干的两种过程
当对湿物料进行烘干时，有以下两种过程发生：
过程1：热量从周围环境传递至物料表面，使表面水分(湿分)蒸发，液体以蒸汽形式从物料表面被带走，影响此过程干燥速率的因素有：物料的温度，空气温度、湿度和空气流速，暴露的表面积和压力等外部条件，此过程称外部条件控制过程，也称恒速干燥过程。
过程2：内部水分(湿分)传递到物料表面，随之再发生表面蒸发，影响此过程物料内部水分的迁移的因素是物料性质、温度和湿含量(水分浓度差)，此过程称内部条件控制过程，也称降速干燥过程。
干燥速率由上述两个过程中较慢一个速率控制，物料干燥特性与采用的干燥方法也有关，这种特性通常用含湿量和时间函数表示，即干燥曲线或者干燥速率曲线表示。
恒定干燥条件下的典型干燥速率曲线
二、设计依据
《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003) / 《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》(GB50242-2002) / 《外墙外保温技术标准》(JG149-2003) / 《商用或工业及类似用途的热泵热水机》(GB/T21362-2008) / 《现代干燥技术》 / 《冷库设计规范》(GB 50072-2010) / 《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调. 动力(2009版) 》
三、项目简介
本项目位于广东省梅州地区，烘干房大小尺寸为4m×4.2m×2.6m，烘干房库板(聚氨酯)厚度为(暂按)100mm，每天需要烘干2.4吨米粉，烘干水分为720公斤左右。
项目配置了1台型号为RF-30II的高温热泵热风烘干机、2台单机风量为600m3/h的排湿风机和5台单机风量为3500m3/h辅助循环风机。
四、设计参数
根据梅州当地的气候特点和物料的烘干需求，对机组运行参数进行了合理的设计，具体参数设计如下表：
注：烘干房大小尺寸为4m×4.2m×2.6m，烘干房库板(聚氨酯)厚度为(暂按)100mm。
五、烘干系统热负荷计算
烘干系统总热负荷(Q)主要由湿物料吸收的热量(Q1)、进行排湿操作需要补充新风消耗的热量(Q2)、维护结构(烘房)的散热量(Q3)和湿物料水分蒸发吸收的热量(Q4)这四部分热负荷组成，计算公式如下：Q = Q1+Q2+Q3+Q4 (kw)
(一)湿物料吸收的热量(Q1)应按下式计算：Q1=cwM(tn–ts)/860
式中：Q1——湿物料吸收的热量(kw);
cw——物料比热[kcal/(kg·℃)]，水的比热=4.2×103J/(kg·℃)≈1kcal/(kg·℃)，查相关资料或根据含水量而定; M——湿物料重量(kg);ts——湿物料初始温度 (℃)，取室外环境温度twn;tn——室内设计温度(℃)。
(二)进行排湿操作需要补充新风消耗的热量(Q2)应按下式计算：
Q2= G2/(dbp-dbh)· (tn-twn) · Cq/860
式中：Q2——进行排湿操作需要补充新风消耗的热量(kw);
G2——湿物料排出的水分(脱水量) (kg);dbp——平均排湿温度湿含量(kg/kg)，查焓湿图;dbh——环境温度湿含量(kg/kg)，查焓湿图;tn——室内设计温度(℃);twn——室外环境温度(℃); Cq——空气比热(kcal/kg℃),取0.24 kcal/kg℃。
(三)维护结构的散热量(Q3)应按下式计算：
Q3=αFK(tn-twn) ·h /1000
式中：Q3——维护结构的散热量(kw);α——围护结构温差修正系数，取α=1;F——围护结构的面积(m2);K——围护结构的传热系数[W/(m2·K)];根据实际情况，可简化为K=λ/d，λ为维护结构材料的导热系数[W/(m ·K)]，d为维护结构厚度(m)。tn——室内设计温度(℃);twn——室外环境温度(℃);h——设计烘干时间(h)。
(四)物料水分蒸发吸收的热量(Q4)应按下式计算：
Q4=G2·γ÷3600
式中：Q4——湿物料水分蒸发吸收的热量(kw);G2——湿物料排出的水分(脱水量) (kg);γ——水的汽化潜热(kj/kg),室内设计温度对应的汽化潜热(查水的汽化潜热表)。
计算结果如下：
六、热泵烘干机选型计算
(一)在预热阶段(不进行排湿)，平均单位时间所需热泵制热量(Qj1) 应按下式计算:
Qj1=Q1/hy+ Q3/h
式中：Qj1——预热阶段所需热泵制热量(kw);Q1——湿物料吸收的热量(kw);hy——设计预热时间(h);Q3——维护结构的散热量(kw);h——设计烘干时间(h)。
(二)在达到室内设定温度下，烘干排湿过程中，平均单位时间所需热泵制热量(Qj2)应按下式计算:
Qj2= (Q2+Q4)/ hp +Q3/ h
式中：Qj2——排湿阶段所需热泵制热量(kw);Q2——进行排湿操作需要补充新风消耗的热量(kw);Q3——维护结构的散热量(kw);Q4——湿物料水分蒸发吸收的热量(kw);hp——设计排湿时间(h);h——设计烘干时间(h)。
由上述公式计算可知：
A：当Qj1≥Qj2，所需要热泵负荷则根据Qj1选型
B：当Qj1
由上述计算结果可知，根据Qj2选型，选择1台型号为RF-30II的高温热泵热风烘干机。
七、排湿风机选型计算
湿物料烘干过程中，物料表面水分蒸发，以气体的形式散发在室内烘干环境中，为了使物料表面水分更好的蒸发，室内环境中的湿空气则通过排湿风机强行排走。排湿风量(QP)应按下式计算:
QP=2.5G2/hp/(dbp-dbh) ρ
式中：Qp——排湿风量(m3/h);hp——设计排湿时间(h);dbp——平均排湿温度湿含量(kg/kg)，查焓湿图;dbh——环境温度湿含量(kg/kg)，查焓湿图;ρ——平均排湿温度下的空气密度(kg/m3)，查焓湿图。2.5——以往所做工程项目总结的经验系数;
计算结果如下：
由上述计算结果可知，选择2台风机，单台风机风量为600m3/h，可满足要求。
八、室内辅助循环风机选型计算
当热泵烘干机在室内的循环风量偏少时，为了使室内湿物料表面蒸发出来的水分能迅速被带走，则需要增加辅材循环风机，提高室内风速,到达设计要求(设计风速要小于物料带出速度)。辅助循环风量(Qf)应按下式计算:
Qf= Vs·S· 3600–Qj
式中：Qf——辅助循环风量(m3/h);Vs——室内设计风速(m/s);S——室内物料风道截面积(m2);Qj——所选定的热泵烘干机循环风量(m3/h),查设备参数表。
计算结果如下：
由上述计算结果可知，需要增加循环风机的风量为15754m3/h，选择5台风机，单台风机风量为3500m3/h，可满足要求。
九、高温热泵烘干机参数表
(一)RF-30II的高温热泵热风烘干机参数：
备注：1、额定工况：室外侧环境干球温度20℃，湿球温度15℃;室内侧进风干球温度65℃。2、室内机风量可根据烘烤工艺要求匹配设计，或选用变档调速或变频调速风机，可根据烘干工要求及时调节风机风量，提高烘干品质。
3、适用环境温度：-5℃～40℃。
(二)制热能力修正系数表
版权：该工程案例由广州科宇能源科技有限公司提供，所展示的技术和细节也为该公司所独有。如欲了解更多详情，请直接回复本微，或联系姜瑜13684954486。
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