- 太陽能干燥技術及應用
- 伊松林 張璧光 何正斌主編
- 9162字
- 2022-01-07 18:01:33
1.4 太陽能干燥技術現狀及發展趨勢
1.4.1 國外太陽能干燥應用及研究概況
盡管自古以來,人們就已利用太陽光干燥農產品。然而對太陽能干燥技術的研究僅僅只有幾十年的時間,20世紀50年代末,才有第一篇太陽能干燥的論文。至此,利用太陽能干燥物料的研究和推廣應用工作開始在世界上許多國家展開。
早在20世紀70~80年代,美國、德國、法國等發達國家就在本國和一些發展中國家就建立了不同規模的太陽能干燥試驗裝置,初期以小型為主,也有較大規模的太陽能干燥系統。
美國成功研制了多種高效太陽能農產品干燥裝置。如帶鋁箔反射鏡的小型組合式家用干燥器;用廉價拋物面反射鏡的農用組合式太陽能食品干燥器;由平板型單通道空氣集熱器、石床儲熱裝置及轉輪式熱回收裝置組成的,采光面積為1951m2的隧道式太陽能葡萄干燥裝置;使用圍繞式和便攜式太陽能空氣集熱器,三種集熱方式的懸掛式谷物和其他農產品太陽能干燥器等。
日本在太陽能農產品干燥技術方面主要是研究稻麥的太陽能干燥技術,其次是大豆、煙葉和牧草的太陽能干燥。目前已研制成功以空氣集熱器為干燥室屋頂和側壁,空氣集熱器采用兩層玻璃纖維增強塑料板,兩層中間嵌入黑色波紋鋅板作為吸熱板,并帶有集熱水箱的太陽能干燥器。
歐洲其他國家也研究了多種太陽能干燥器。原聯邦德國為阿根廷設計的采光面積為737m2,由太陽能空氣集熱器和燃燒油爐組成,并設有240t卵石儲熱裝置的煙葉干燥裝置。俄羅斯研制成功利用輻射傳熱、集熱和干燥合為一體,物料直接置于裝置內接受太陽能干燥的溫室型干燥器。這種溫室型干燥器采用強迫循環和自然循環兩種方式。
太陽能干燥的推廣應用大部分在熱帶和亞熱帶國家,如南非、斐濟、烏干達、尼日利亞、巴西、菲律賓、泰國、印度、孟加拉國及中國(包括臺灣)等。
泰國在20世紀80年代就推廣使用一種太陽能干燥器,烘干谷物,在非收獲季節,還可以用于干燥胡椒、辣椒、咖啡豆、小蝦等,全年都可利用。此外,泰國還采用太陽能作為輔助能源與常規能源配合干燥煙葉,試驗證明能有效地節約30%~40%的常規能源。
印度尼西亞的太陽能干燥多數為溫室型,也有用木屑作燃料加熱水作輔助能源的組合干燥裝置,干燥對象主要是谷物等農作物。甚至在馬來西亞這樣的高溫多雨地區也在推廣使用簡易廉價的太陽能干燥裝置,他們認為:太陽能干燥裝置成本低,易于制造,可以較好地解決谷物一年三熟的干燥問題。
印度研制了太陽能與煙氣聯合的谷物干燥機,日干燥能力為650~1000kg,也有每小時干燥能力為375kg的太陽能谷物干燥機;還有用于干燥胡椒的太陽能干燥房,效果很好;此外印度在煙草和土豆等農作物方面,也在推廣太陽能干燥。
巴西已研制成功帶空氣預熱器的強迫對流干燥器,玻璃頂棚式、壁蓋托盤式、箱式溫室型干燥器,帶空氣預熱器的自然對流型小型商品干燥器等。此外,還有敘利亞的風力通風太陽能蔬菜干燥器;科特迪瓦共和國的蹺板式自然對流型咖啡干燥器;尼日利亞的以聚氯乙烯作蓋板的由三通道平板式空氣集熱器、干燥室和除濕室組成的三通道太陽能干燥器。
在木材干燥方面,1961年印度的Rehman和美國的Johnson同時開始了木材太陽能干燥技術的研究。美國、日本、歐洲、澳大利亞等發達國家在這方面做了大量工作。經過全球木材科學工作者的不懈努力,太陽能干燥木材的技術取得了長足的進展,走過了從實驗室型-中間試驗工廠-生產應用的歷程。
在干燥成本研究方面,Sattar分別對位于印度和英國的兩臺改良溫室型太陽能木材干燥窯進行經濟分析后得出,木材的太陽能干燥具有很強的生命力,其干燥成本僅為蒸汽干燥的60%~80%。Peck等的研究表明,太陽能干燥的費用約為蒸汽干燥的1/2,與氣干費用相接近。
目前世界上各國太陽能干燥木材的應用規模都很小,大多數為簡易的溫室型太陽能干燥室,材積一般小于10m3,據不完全統計,目前世界上大約有300余個以太陽能為能源的木材干燥室,其中中國有近20個。據相關資料報道,國外已建成一批采光面積超過500m2的大型太陽能干燥器,其中美國四座、印度兩座、阿根廷一座。這標志著太陽能干燥在世界上已經進入生產應用階段。
無論國內外,早期的太陽能干燥裝置多數為溫室型、半溫室型或規模較小的集熱器型。大型太陽能干燥裝置基本上都是集熱器型,而且都與常規能源結合以保持干燥過程的連續性。由于全球的能源和環境問題日益突出,太陽能干燥技術的應用近十年來有較大的發展,縱觀國際太陽能干燥的推廣應用情況有以下幾個特點。
①太陽能干燥對象以谷物、煙草、水果等農副產品為主,其次是木材干燥。
②太陽能干燥的發展方向是提高太陽能干燥裝置的熱效率和降低成本。
③注重實用性,盡量使用廉價材料。例如以干沙做吸熱體,用塑料薄膜做透光材料。
④許多國家對太陽能、風能等新能源的開發和推廣應用都有相應的鼓勵及扶持政策。例如在瑞典對節能干燥技術有15%的財政資助。德國、美國、澳大利亞、日本及印度尼西亞等國家,對太陽能干燥實行免稅、減稅、補貼、無息或貼息貸款等優惠措施。
由于全球的能源和環境問題日益突出,太陽能干燥技術的應用近十年來有較大的發展。
1.4.2 我國太陽能干燥的應用及研究概況
1.4.2.1 我國太陽能干燥的應用
我國太陽能干燥的應用研究起步較晚,20世紀80年代以前,國內只有4座太陽能干燥器,總采光面積僅183m2。大規模的工作只是在1975年以后才逐漸展開的,有一個小的高潮,溫室型太陽能干燥發展較快,由于這種干燥裝置干燥的容量較小,結構簡單,造價低廉,在山西、河北、河南、北京、廣東等地的農村很快發展起來。20世紀80年代中期,中國已有70余座太陽能干燥裝置,采光面積超過5000m2。尤其在山西省,建成了10多座這種類型的干燥器,面積超過1000m2,用于干燥紅棗、黃花菜、棉花等物料。
20世紀90年代中后期,由于太陽能局限性和當時對節能與環境保護的重視力度不夠等因素,太陽能干燥的研究和推廣工作進入低潮。近十年來由于能源、環境問題日益突出,太陽能干燥技術的研究和應用又有一定的發展,除了開展如谷物雜糧類、果品類、蔬菜類以及木材的太陽能干燥實驗和應用研究外,還進行了如中草藥、茶葉、鮮花、植物葉片、食品(如魚、臘腸等)、天然橡膠、污泥、陶瓷泥坯等物質的干燥工藝的研究和干燥的設備開發與研制,有的已經將這些新技術投放市場,進入了技術應用的推廣階段。通過與傳統的干燥方法(如陽光下晾曬、用常規能源加熱烘烤等)的干燥質量相比可以很明顯地看出,用太陽能干燥器干燥的物料質量高,成品率高,顏色美觀。
對太陽能干燥裝置的規模而言,中國的太陽能干燥多數是采光面200m2以下的中小型,尤其以小型居多。目前已知最大的太陽能干燥裝置是采光面積為650m2的太陽能臘味干燥裝置,其次是620m2大型太陽能干燥示范裝置,以及采光面積為500m2的東安縣糖果廠的太陽能干燥裝置。如果把溶液脫水過程與固態物料脫水同樣看待,廣東省江門農藥廠興建的太陽能農藥干燥裝置,太陽能采光面積達3000m2,應屬世界上少有的大型太陽能干燥裝置。
近20年來,我國太陽能干燥應用研究和其他太陽能熱利用一樣,經歷過一個由簡單的小試到較完善的生產試驗的過程而發展起來的。據不完全統計,到目前為止,已建各種類型的太陽能干燥裝置200多座,總采光面積近20000m2。廣泛地應用于工農業生產的干燥作業。取得了較好的經濟效益和社會效益。
1.4.2.2 我國太陽能干燥的研究概況
國內進行太陽能干燥基礎研究和開發應用的機構包括中國科學院廣州能源研究所、中國科學院工程熱物理研究所、北京市太陽能研究所、上海市能源研究所、清華大學、天津大學、中國科技大學、浙江大學、哈爾濱工業大學、上海交通大學、北京林業大學、華中理工大學、云南師范大學、江蘇大學、上海機械學院、青島建筑工程學院等。這些單位對太陽能空氣型集熱器及干燥裝置的熱性能、設計、評價指標、運行工況、測試方式及物料特性等進行了深入的研究,取得了許多實用的成果,在工程中得到了廣泛應用。由于從事該項研究和應用工作的單位很多,介紹過程中難免掛一漏萬,敬請原諒。
(1)應用基礎研究 我國的太陽能干燥研究始于20世紀80年代末,主要由于當時中國太陽干燥能發展較快,很多企業都建成并使用太陽能干燥裝置進行農副產品的干燥加工,但是由于對太陽能干燥的特殊規律、機理缺乏必要的基礎研究,導致某些建造的太陽能干燥裝置設計不合理,熱效率低,使用壽命短。這些問題引起了中國的一些科研院所和高等院校對太陽能干燥的關注,并進行了廣泛的研究,主要包括以下幾點。
①太陽能空氣集熱器測試標準方法的研究 我國于1990年完成了太陽能空氣集熱器熱性能試驗方法的起草和制定,全面、科學地規定了太陽能空氣集熱器的熱性能試驗方法,對試驗裝置、試驗條件、試驗程序以及數據處理做出了科學的規定,對太陽能輻射、空氣溫度和流量、進出口壓差、風速和太陽入射角的測試方法、測試儀表和測試精度等均提出了明確的要求,使中國有了統一的測試標準來對空氣集熱器進行試驗、評價和鑒定。目前頒布的與太陽能集熱器相關的標準包括:《真空管型太陽能集熱器》(GB/T 17581-2007)、《玻璃-金屬封接式熱管真空太陽集熱管》(GB/T 19775-2005)、《平板型太陽集熱器技術條件》(GB/T 6424-1997)、《太陽能集熱器熱性能試驗方法》(GB/T 4271-2007)等。
②太陽能供熱系統及空氣集熱器的熱工性能測試 20世紀80年代末到90年代中期,北京林業大學對拼裝式平板型空氣集熱器的熱工性能及整個供熱系統進行了性能測試。測試結果表明:集熱器的吸熱板上加一層鋁網后,增強了換熱效果,使空氣的溫升、吸熱量與集熱器熱效率均優于普通平板吸熱板;3×10陣列布置集熱器由于流程長、吸熱充分,優于2×10陣列布置型式,它的空氣溫升、吸熱量及熱效率均高于2×10型陣列布置;對于某種型號的集熱器,存在一個熱效率較高的最佳空氣流速(流量)區間,如2×10陣列的集熱器,最佳空氣流速為4~5m/s;太陽能供熱系統以開式循環熱效率最高。這些研究成果對太陽能供熱系統及空氣集熱器的設計有較好的參考價值。
③太陽能干燥物料特性的研究 這項研究的主要目的是探明物料的內部因素和外部條件對物料干燥過程的影響規律。天津大學建成了空氣集熱器型太陽能干燥裝置。該裝置可以模擬太陽能干燥的運行工況,可以自動調節干燥介質的溫度和風速,而且可以通過加濕改變干燥介質的濕度。先后完成了20余種物料的干燥特性研究,建立了有關物料的干燥數學模型,提出了選擇物料最佳干燥工況的方法,為太陽能干燥裝置的設計提供了科學依據。北京林業大學自20世紀80年代中期至今,一直在進行太陽能干燥木材的性能測試,探討了太陽能輻射強度、木材含水率以及材種、材厚及風速等各種因素對木材干燥速率和干燥質量的影響。
④太陽能干燥裝置優化設計研究 中國科學院廣東能源所對太陽能干燥裝置的優化設計做了大量的工作,主要集中在太陽能集熱器和輻射型透光蓋層的最佳傾角的研究、太陽能集熱器與輻射型干燥器最佳面積配比研究、太陽能干燥器通風系統和太陽能低溫干燥系統工藝設計參數的研究等,提出了優化設計的計算方法和數學模型。天津大學通過對強迫對流的集熱-溫室型太陽能干燥裝置的熱性能及物料干燥特性的綜合分析,建立了太陽能與常規能源互補的干燥過程數學模型。為太陽能干燥設施的設計與運行提供了可靠的依據。北京林業大學對木材的太陽能-熱泵聯合干燥過程進行了研究,得到了聯合干燥的工藝曲線以及太陽能向熱泵供風的溫度與環境溫度的匹配關系,為太陽能-熱泵聯合運行的優化奠定了基礎。
(2)新型太陽能空氣集熱器的研制 太陽能空氣集熱器結構形式多種多樣,但設計成功的空氣集熱器總是趨向于提高換熱系數或者增大換熱面積。同時,在流道、間隙、流率等參數上進行優化,使設計出的空氣集熱器有最好的熱工性能。
在平板式空氣集熱器方面,羅棣庵等完成了射流-抽吸式空氣集熱器的研究。涂頡等進行了平板太陽能集熱器熱性能的試驗研究,提出了集熱器性能測試方法,建立了一套性能測試標準。毛潤治采用數學和傳熱學分析得到了3種平板式太陽能空氣集熱器(空氣在吸熱板下流動、空氣在透明蓋板和吸熱板之間流動、空氣穿過吸熱板流動)有用得熱量的理論表達式。張珂理對V形波紋多孔體太陽能空氣集熱器的熱工性能和光學性能進行了理論研究,并得出解析表達式,進行數值計算,得出的理論效率與試驗結果吻合得很好。袁旭東等在對太陽能空氣集熱器傳熱特性及熱平衡分析的基礎上,建立了合適的V形、平板型、單流道、雙流道、帶與不帶肋片的空氣集熱器的通用數學模型,并根據工程實際對模型作了合理的簡化,采用有限差分法對微分方程離散后,可方便地求出空氣集熱器的瞬時效率。呂坤設計并研究了圓柱陣列太陽能空氣集熱器,在太陽能空氣集熱器的集熱器板上加上金屬圓柱陣列,從而增加集熱器板的換熱能力和吸收太陽能輻射的能力,提高集熱器的熱效率。張志強等設計制作了以薄壁玻璃管為蜂窩單元的透明蜂窩蓋板,應用于平板型太陽能空氣集熱器,并針對6種不同尺寸的蜂窩結構太陽能集熱器進行試驗研究,從而從理論上說明了集熱器效率與蜂窩高寬比的關系。
在真空管式空氣集熱器方面,王志峰對全玻璃真空管空氣集熱器的熱性能評價方法進行了研究,并對集熱器的時間常數、熱延遲常數、角系數修正因子及瞬時熱效率的實驗方法進行了初步的實驗研究;王佩明分別以單層玻璃蓋板平板集熱器和內插管型全玻璃真空管空氣集熱器為研究對象,在一階系統基礎上討論了時間常數,提出判定集熱器與一階系統符合程度的方法;袁穎利對內插管式太陽能真空管空氣集熱器的熱性能進行了理論和實驗研究,建立了內插管式真空管空氣集熱器管內空氣流動與換熱的三維瞬態模型,該模型能夠反映真空管吸熱層表面輻射熱流隨時間和各微元位置不同而變化的特點。
此外,王崇杰等對滲透型太陽能空氣集熱器的集熱性能進行了數值模擬和實驗研究,分析了三種吸熱板布置形式下風量、太陽輻射、風速等因素對集熱器運行性能的影響。孫健等建立了帶有散熱翅片的復合拋物面聚光太陽能PV/T空氣集熱器內部傳熱過程的一維穩態數學模型,對傳熱過程進行了數值模擬,對集熱器熱、電、和凈電效率進行了計算,分析了空氣質量流量、入射光強度、風速對集熱器的空氣溫度及系統各效率的影響。
(3)太陽能干燥裝置的研制
①大型太陽能干燥示范裝置 建在廣東省,用于臘腸、臘肉干燥的太陽能集熱-溫室型干燥器,由10個復合式干燥器單元組成,太陽能采光面積達620m2,其中集熱器為180m2,溫室的采光面積為440m2。采用太陽能和蒸汽熱能聯合供熱,以滿足全天候晝夜運行的工業化生產的需要。該設計使廣式臘腸生產過程中的日曬和熱風干燥合二為一,采用大回流比的空氣內循環方法,實現了不同氣候條件下的穩定生產。類似的太陽能干燥裝置還有寧夏大學研制的大型太陽能枸杞烘干裝置,單道窯一次可烘干枸杞鮮果2t,與單獨使用蒸汽干燥相比,可節能30%以上,同時避免了自然晾曬造成的果品質量低的問題。建于浙江省文成縣的整體式太陽能農副產品干燥示范裝置,采光面積為196m2,微機監控,并與小水電相結合,多能互補,全天候運行,主要用于香菇、木耳等農副產品的干燥,系統干燥效率40%左右,干燥周期17~18h(香菇),投資回收期為兩年。
②太陽能-熱泵除濕機聯合干燥系統 熱泵干燥也是一種無污染的節能干燥技術,將太陽能干燥與熱泵干燥有機結合,可提高干燥效益。北京林業大學先后研制成功并推廣應用了TRCW中溫型和GRCT高溫型太陽能-熱泵聯合干燥裝置。該裝置主要由太陽能供熱系統、熱泵除濕干燥機以及干燥室組成。一次干燥木材20m3(TRCW系統)和30~40m3(GRCT系統)。干燥實驗證明,這兩種太陽能-熱泵聯合干燥裝置與常規蒸汽干燥相比,節能率在70%左右。與單獨太陽能干燥相比,受氣候變化影響小,干燥室溫度和濕度變化平穩,干燥時間縮短20%左右。
深圳市玉龍坑糞渣無害化處理廠建設項目,采用好氧高溫發酵堆肥工藝流程,以太陽能為主要熱源,電能驅動的空氣源熱泵機組(COP≥4.1),作為陰雨天或太陽能輻射不足時輔助加熱能源;太陽能光熱系統采用集中式循環供應裝置。集熱器有效采光面積為600m2。其中一期工程日處理污泥糞渣250t,日產腐熟堆肥35t,目前,已進入試機運行階段。
③帶有熱管與儲熱的整體式太陽能干燥室 北京林業大學于2008年研制了帶有熱管與儲熱的整體式太陽能干燥室,該設備的熱量來源由位于南端墻的熱管太陽能集熱器和整體拱形太陽能集熱器兩部分組成,整體式集熱器采光面積為7.8m2,熱管式集熱器采光面積為3.6m2。兩個集熱系統可根據所需的干燥溫度單獨或協同使用,干燥裝置內部設有蓄熱導風墻,以確保干燥的連續性及均勻性。測試結果表明:整體式、熱管式集熱器的熱利用效率分別為22.2%、62.4%;太陽能干燥比大氣干燥的速率快,受天氣影響小,比常規窯干燥節能70.9%。
此外,北京林業大學于2009年還研制了一套小型移動式太陽能干燥裝置,主要由熱管集熱器、干燥箱、儲熱系統、輔助加熱器、自動控制系統等部分組成。該太陽能干燥裝置集熱系統的熱效率為56%,儲能效率達到66%以上。該干燥裝置控溫精確,可以更好地實現各種干燥工藝。對杉木的干燥實驗證明,與大氣干燥相比,干燥速率提高1.12倍,與常規蒸汽干燥相比,平均節能率71.2%,并且推導出了儲熱系統中儲熱材料用量和木材體積配比的關聯式。
1.4.3 太陽能干燥的優勢
我國對糧食和農副產品等物料的干燥,普遍采用自然攤曬方式(稱為自然干燥)。其特點是不消耗常規能源,無需使用特殊設備。但干燥溫度低,所需時間長,受氣象條件影響大,物料易受泥沙、灰塵、昆蟲和各種微生物污染,因而不可能得到質地優良的產品。例如山西省稷山縣利用簡易的太陽能干燥器干燥紅棗,比自然干燥速率提高三倍以上,而且爛棗率由10%~20%下降到2%~3%,干棗外形豐滿、色澤紅潤、鮮甜味美。廣州三元里平沙大隊利用整裝式太陽能干燥器干燥各種干鮮果品、食品和藥材等,三個月即可回收全部投資,而且節省了勞力,保證了產品質量。
另外,利用太陽能干燥裝置干燥食品、飼料和肉類等,營養成分和維生素基本上可得到保持,而采用自然攤曬可能損失60%~80%;油脂類食品長期在陽光下曝曬,紫外光會加速油脂氧化,容易產生致癌物質,影響人身健康。另外太陽房干燥可以有效地防止菌蟲對物料的侵害和變質變色現象,也避免了灰塵等污染物的污染。
又如采用太陽能干燥房與地壟大坑復合干燥后的人參不脫皮,內芯棕紅,外表呈花生皮色,整體形狀完美,塊體含水率達到18%。與采用以往方法干燥的白枝須參相比,外銷驗等高出1個等級,增強了國際競爭能力。
太陽能干燥與采用常規能源的干燥裝置相比具有以下優勢。
①節省燃料 常壓下蒸發1kg水,約需要2.5×103kJ的熱量。考慮到物料升溫所需熱量、爐子燃燒效率等各種因素,有資料估算,干燥1t農副產品,大約要消耗1t以上的原煤,若是煙葉則需耗煤2.5t,據統計我國煙葉年產量約為420萬噸,目前大多采用農民自制的土烤房進行干燥,能耗很大,若采用太陽能干燥則節能效果非常明顯。我國河南省長葛市在20世紀70年代末對太陽能烤煙的試驗中能有效節約25%~30%的常規能源。泰國在20世紀80年代中期在這方面做過大量工作,其采用太陽能作為輔助能源干燥煙葉,試驗證明能有效地節約30%~40%的常規能源。
②減少對環境的污染 我國大氣污染嚴重,這主要源于煤、石油等燃燒后的廢氣和煙塵的排放,采用太陽能干燥工農業產品,在節約化石燃料的同時,又可以緩解環境壓力。
③運行費用低 就初投資而言,太陽能與常規能源干燥二者相差不大。但是在系統運行時,采用常規能源的干燥設備其燃料的費用是很高的,如某果品食品開發有限公司購買了一臺采用燃煤的干燥設備,價值10余萬元,一次可干燥800kg梅子,但須耗煤900kg。若采用太陽能干燥,設備投資(初投資)兩者相差不大,但太陽能干燥除風機消耗少量電能外,太陽能是免費的。即使太陽能干燥不能完全取代采用常規能源的干燥手段,通過設計使兩者有機結合,使太陽能提供的能量占到總能量消耗的較大比例,同樣可節約大量的運行費用。
此外,太陽能干燥裝置各部分工作溫度屬中低溫,操作簡單、安全可靠。
1.4.4 我國太陽能干燥技術的應用前景
盡管太陽能干燥技術的推廣應用還存在不少問題,但由于全球面臨的能源與環境問題日益嚴重,太陽能作為一種清潔、豐富的可再生能源不可忽視。我國在太陽能熱水器領域的推廣應用方面已見成效,目前我國是世界上生產太陽能熱水器最多的國家。預計我國在太陽能干燥技術的應用方面也會有一定的發展,特別是一些小型、簡易的太陽能干燥室,在太陽日照條件好,而經濟又欠發達的偏遠地區,有較好的應用前景。
影響太陽能推廣應用的主要原因有:①太陽能是間歇性能源,能源密度低、不連續、不穩定;單獨使用太陽能時,干燥室溫度低、波動大、干燥周期長;②簡易太陽能干燥雖投資少,但容量小,熱效率低,而大、中型的投資大、占地面積大;③太陽能干燥常需要與其他能源聯合,如太陽能-蒸汽、太陽能-爐氣及太陽能-熱泵等形式,使干燥設備的總投資增加;④迄今尚未解決太陽能的低成本的有效儲能問題,一般常用的巖石、卵石儲能及水箱儲熱等,效果都不太好,且占地面積大;⑤我國對太陽能干燥缺乏政府的政策支持和宣傳力度,目前我國《可再生能源法》只制定了“上網電價”的支持政策,對太陽能熱利用產業發展沒有具體的政策規定;⑥目前生產企業習慣用傳統的干燥設備,節能和環保的意識較差。
我國是農業生產和出口大國之一,農產品及生物資源豐富,物種多樣,特別是在廣大的西部地區。為了促進地方經濟的發展,將本地區具有資源優勢及開發利用前景的農產品和生物資源產品作為地方支柱產業發展,因而近年來,農副產品及生物資源產品加工業發展迅速。但隨著中國加入WTO和人們對產品質量和食品衛生問題的關注,現有的農副產品加工技術含量低,產品質量不高,產品附加值低,從而導致產品缺乏市場競爭力,難以形成支柱產業。產品干燥是加工過程中的一個重要工藝過程,目的是除去物料中多余的水分,以便于產品加工、運輸、儲藏和使用。采用常規能源干燥農產品,投資大,需消耗大量能源,致使農產品成本增高,并造成不同程度的環境污染。一般農產品要求的干燥溫度比較低,在40~55℃之間,正好與太陽能熱利用領域中的低溫熱利用相匹配,并且具有能縮短干燥周期,提高產量質量等優勢,因此我國應用太陽能干燥農副產品及木材的預干等具有廣闊的發展前景。
太陽能應用于木材干燥方面有兩種傾向:①對于偏遠地區的小型木材加工廠,適于發展簡易的溫室型、半溫室型或小規模集熱器型的太陽能干燥裝置;②對于中、大型木材加工企業,適于發展材積為50~100m3的大型太陽能干燥裝置,而且將太陽能干燥作為預干,即高含水率階段用太陽能干燥,低含水率階段用常規方法干燥。
在氣溫高、濕度大、電價適中[如≤1元/(kW·h)]的地區,適于采用太陽能與熱泵聯合干燥。
大批量的谷物干燥適于貯倉式或多層流化床式的太陽能干燥裝置。各種太陽能干燥裝置將在第5章介紹。
總之,太陽能是一種清潔、廉價、永不衰竭的可再生能源。我國有較豐富的太陽能資源,約有2/3的國土年輻射時間超過2200h,年輻射總量超過5000MJ/m2。全年照射到我國廣大面積的太陽能相當于目前全年的煤、石油、天然氣和各種柴草等全部常規能源所提供能量的2000多倍。在物料干燥領域充分利用太陽能資源是中國實現可持續發展戰略,推進資源節約型和環境友好型社會的重要內容。