農產(chǎn)品及中藥材采用空氣源熱泵烘干設備應用

隨著(zhù)國家環(huán)保部門(mén)緊急叫?！懊簲彋狻?，那么最終解決方案“煤攺電”，“氣攺電”的戰役，將會(huì )徐徐揭開(kāi)帷幕。將為熱泵烘干設備與烘干技術(shù)的發(fā)展提供巨大的發(fā)展機遇。在食品加工過(guò)程中不含硫、不含重金屬等有害物質(zhì)，無(wú)明火烘干隱患，干凈無(wú)污染，被加工物料品相好、色澤好，原味自然清香，烘干工藝創(chuàng )新，成分不流失、是市場(chǎng)所需，也是休閑食品加工發(fā)展所需，利國利民，響應國家節能環(huán)保的政策，于民省到的更是賺到的！

作為全球最大的農副產(chǎn)品主產(chǎn)區之一，中國的農副產(chǎn)品的加工影響產(chǎn)品的貯存、調運和銷(xiāo)售,直接關(guān)系著(zhù)農戶(hù)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。其中，烘干是農副產(chǎn)品加工過(guò)程中必不可少的加工工序,物料烘干這項高能耗作業(yè)，所用能源占國民經(jīng)濟總能耗的12%左右，成為節能環(huán)保的重要一環(huán)。

民以食為天，可見(jiàn)食品的安全問(wèn)題關(guān)系到全人類(lèi)的生活、生存、延續，是人類(lèi)社會(huì )存在發(fā)展的一個(gè)重要課題。

熱泵烘干相對其他所有的烘干設備來(lái)說(shuō)更具優(yōu)勢：

第一：熱泵烘干設備采用烘干領(lǐng)域的標準化生產(chǎn)程序，可根據客戶(hù)需求量控制烘干參數，操作起來(lái)更為簡(jiǎn)便。

第二：熱泵烘干設備選用的材質(zhì)是食品級，因此具有使用壽命長(cháng)的特點(diǎn)，而且容易清洗和維護。

第三：熱泵烘干設備熱慣性小，升溫迅速，發(fā)熱率高，升溫、降溫速率快，因此，在食品烘干進(jìn)程中，可以隨時(shí)根據需要調整，而且節能效果明顯。

第四：熱泵烘干設備在食品烘干方面具有明顯的優(yōu)勢，被烘干物品的外型好、色澤好、物料等級高，品質(zhì)遠遠好于其他類(lèi)烘干設備。

第五：（簡(jiǎn)稱(chēng)四化標準）標準化，工藝化，品質(zhì)化，產(chǎn)能化。

第一、對于烘干的相關(guān)性介紹

在物料烘干方面我們需要了解物料的初始含水率、脫水率、烘干后含水率以及脫水量等參數，才能夠科學(xué)合理地進(jìn)行烘干系統設計和進(jìn)行設備選型。

物料干燥的過(guò)程簡(jiǎn)單而言就是通過(guò)提高空氣的溫度或增加空氣的干燥程度，使得高溫、干燥的空氣流經(jīng)物體表面，從而達到降低物料自身水分含量的目的。

因此，物料本身的濕度和水分含量對于干燥有著(zhù)重要的影響，在熱泵烘干的過(guò)程中，需要根據物料的初始含水率、脫水率、脫水量、干燥度等數據來(lái)進(jìn)行烘干系統的設計和確定主機的選型，科學(xué)選型設計后才能夠更好、更快、更高效地達到物料烘干的目的，烘干成品的品質(zhì)才會(huì )得到保障。

各參數之間存在換算關(guān)系

初始含水率即物料干燥前的含水率，可分為重量含水率和體積含水率，而重量含水率又分為含水率和相對含水率，水分重量與該材料完全干燥重量之比率稱(chēng)為“含水率”;與該材料濕重之比率稱(chēng)為“相對含水率”。

一般而言，物料的含水率指的就是重量含水率，含水率用重量作為計算基準,算出的數值即為物料的初始含水率(W，%)，

計算公式：W=(Gs-Ggo)Ggo×100%，W1=(Gs-Ggo)Gs×100%

其中：W——含水率;

W1——相對含水率;

Gs——物料本身重量;

Ggo——物料干燥后重量。

初始含水量指的是物料干燥前本身的含水量，通常而言就是相應重量下物料水分的含量，以木材為例，假如初始含水率為60%，那么一千克木材的含水重量則為0.6千克。不同的物料其初始含水量存在很大差異。脫水率即烘干過(guò)程中物料的脫水比例，由(干燥前重量-干燥后重量)/干燥前重量再乘以100%得出。

假設干燥前重量為1000千克，干燥后重量為600千克，那么該物料的脫水率則為40%。烘干后含水率可以理解為干燥度，也就是物料干燥完成后的含水率。脫水量指的是一批物料干燥完成后去除的水分總量，它是熱泵烘干機組選型需要參考的關(guān)鍵數據。

初始含水率、脫水率、脫水量、干燥度等參數之間存在著(zhù)一定的換算關(guān)系，已知某些參數則可以通過(guò)計算得出需要的其他參數，例如需要烘干的Y產(chǎn)品為1000kg，初始含水率為90%，烘干后含水率為15%，那么可以計算得出脫水量和脫水率：

脫水量=1000-1000×(1-90%)÷(1-15%)=1000-117.6=882.4kg

脫水率=脫水量÷初始含水量=882.4÷(1000×90%)=98%

需要注意的是初始含水率跟脫水率是不一樣的，除非要求干燥后的含水率為0，實(shí)際上，所有物料干燥后都還有一定的含水率，以農產(chǎn)品為例，通常都有10%左右的含水率，有的更高。
脫水量是主機選型的重要依據

物料干燥的過(guò)程簡(jiǎn)單而言就是從物料中除去濕分的操作(濕分：水分或其他溶劑)，延長(cháng)貨架期，便于儲運及其他工藝需要。那么，除去水分的多少直接影響到了整個(gè)烘干系統的設計和機組選型。
首先，在系統熱負荷的計算過(guò)程中，濕物料需要排出多少水分，而蒸發(fā)這些水分則需要多少的熱量，這些熱量是系統總熱負荷的主要組成部分;其次，在烘干過(guò)程中，由于水分的蒸發(fā)，烘房?jì)瓤諝鉂穸仍絹?lái)越大，那么則需要補進(jìn)新風(fēng)，并對濕空氣進(jìn)行強排，這個(gè)過(guò)程需要消耗一定的熱量，其熱量的計算也需要根據脫水量來(lái)計算。

需要注意的是，不同的排濕溫度，空氣中的含濕量是不一樣的，由于物料脫水量是不變的，因此其排濕時(shí)長(cháng)也會(huì )受到影響，這個(gè)階段消耗的熱量也自然不一樣。

空氣源熱泵烘干機可將烘房室溫升高50至85度（根據烘干物品特性設定），并且設備自帶排濕、除濕功能，每小時(shí)設計排濕20kg至50kg等。如果烘干的藥材濕度加大，設備本身的排濕量不夠用可以在烘干房上加裝外置排濕口，設備全自動(dòng)控制，可設置時(shí)段，每個(gè)時(shí)段溫濕度控制都可以不同，從而設置烘干曲線(xiàn)圖，干燥完畢后自動(dòng)關(guān)機，設備熱源是來(lái)自空氣中的熱量，無(wú)需電加熱、燒煤等消耗較大的燃料，只需要少量電來(lái)驅動(dòng)。所以非常節能，平均一臺設備運行24小時(shí)耗電也就180度左右。很多藥材的烘干時(shí)間只有短短幾個(gè)小時(shí)，烘干成本不到100元，這是非?？捎^(guān)的數字。

第二、對于空氣源烘干機的應用

空氣源熱泵烘干產(chǎn)品廣泛應用于三大產(chǎn)業(yè)，其中又可以細分為諸多品類(lèi)，尤以第一產(chǎn)業(yè)為最。

根據國民經(jīng)濟行業(yè)分類(lèi)，熱泵烘干應用第一產(chǎn)業(yè)農業(yè)的細分類(lèi)別包括谷物、煙草、果蔬、食用菌、花卉、茶葉、中藥材以及水產(chǎn)品；

第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)制造業(yè)熱泵烘干應用品類(lèi)涉及印刷、皮革制造、煙花爆竹制造、電鍍行業(yè)。

第三產(chǎn)業(yè)中酒店服務(wù)、及公共設施管理中的污泥處理行業(yè)均已廣泛采用空氣源熱泵烘干技術(shù)。

三大產(chǎn)業(yè)熱泵烘干應用的運營(yíng)特點(diǎn)有一定差異，第一產(chǎn)業(yè)主要是農副產(chǎn)品初加工。我國每年1號文件著(zhù)重農業(yè)發(fā)展的重要地位，以農業(yè)供給側改革與農業(yè)綠色發(fā)展為導向，國家農業(yè)部聯(lián)合財政部每年對各省市地區農機產(chǎn)品購置給予財政補貼。糧食烘干機、果蔬烘干機、茶葉炒（烘干）機納入補貼目錄，因此這一產(chǎn)業(yè)熱泵烘干的應用市場(chǎng)主要由政策驅動(dòng)。第二產(chǎn)業(yè)熱泵烘干應用主要在印刷、皮革制造、花炮以及電鍍行業(yè)，作為節能環(huán)保設備用于以上行業(yè)的生產(chǎn)制造環(huán)節中，制造企業(yè)用戶(hù)受?chē)?、地方嚴格的節能環(huán)保要求，以及自身追求商品品質(zhì)的商業(yè)目的，采用熱泵烘干技術(shù)更多是趨于市場(chǎng)行為；同時(shí)，空氣能熱泵作為節能環(huán)保設備用戶(hù)可以享受一定程度的節能環(huán)保優(yōu)惠稅收。第三產(chǎn)業(yè)熱泵烘干應用主要領(lǐng)域是城鄉污水污泥干化，屬于水利、環(huán)境和公共設施管理行業(yè)。我國污泥處理處置領(lǐng)域逐漸引入PPP模式。2015年財政部第一批PPP模式示范項目中，有9個(gè)就是污水污泥處置項目。PPP模式為市場(chǎng)資金進(jìn)入污泥處置環(huán)保行業(yè)提供了渠道，也為政府部門(mén)減緩財政預算壓力。

空氣能熱泵烘干重點(diǎn)應用

一、糧食、果蔬、茶葉

糧食、果蔬、茶葉烘干機列入國家對農業(yè)機械購置給予補貼的機具產(chǎn)品名錄，每年由國家農業(yè)部和財政部及各省市農業(yè)機械局和財政廳組織實(shí)施。截至2017年6月，已有26個(gè)省市發(fā)公告《2017年農機購置補貼機具補貼額》，明確糧食烘干機、果蔬烘干機、茶葉炒（烘）干機各檔中央財政補貼標準，以及部分產(chǎn)品確定特色地區或省市地方補貼標準。除中央補貼外，云南省糧食、果蔬、茶葉烘干機還有中央對特殊縣給予的補貼；上海、天津、福建、湖南（限洞庭湖地區），四個(gè)省市確定了中央與省市級的補貼額度。

針對補貼機具產(chǎn)品分檔與配置、參數的明確，海南省在《2015-2017年農機購置補貼機具補貼額一覽表(2017年修訂)》公告中關(guān)于“果蔬烘干機分檔一欄”明確“容積15m3及以上果蔬烘干機(整體脫水、熱泵加熱)”即熱泵加熱方式，享受中央財政19000元補貼，同等配置非熱泵加熱方式可獲中央財政補貼11000元。

早于2014年，《海南省人民政府關(guān)于印發(fā)海南省大氣污染防治行動(dòng)計劃實(shí)施細則的通知》（瓊府〔2014〕7號），文件要求，?？?、三亞2015年底、其它市縣2017年底，大中型檳榔烘干生產(chǎn)線(xiàn)配套鍋爐燃料必須改為“電、氣或生物質(zhì)顆粒能源”。2014至2016年期間，海南省農業(yè)廳聯(lián)合財政廳，提供現代農業(yè)生產(chǎn)發(fā)展基金支持檳榔烘干綠色改造項目，通過(guò)專(zhuān)家認定，對海南省綠色環(huán)保檳榔烘干設備推廣產(chǎn)品目錄進(jìn)行公示；對于綠色環(huán)保檳榔烘干設備推廣產(chǎn)品目錄的企業(yè)進(jìn)行的檳榔烘干綠色改造項目進(jìn)行補貼。2015年海南省投入現代農業(yè)生產(chǎn)發(fā)展基金4418萬(wàn)元，對標準型產(chǎn)品，每臺補助4萬(wàn)元。2016年6月完成補貼資金工作。

中央財政補貼以外，地方特色經(jīng)濟作物的烘干處理也有補貼政策以鼓勵綠色環(huán)保發(fā)展。如寧夏枸杞、福建筍干。2016年，福建省財政廳發(fā)布《關(guān)于做好省級特色農業(yè)機械購置補貼市場(chǎng)化改革試點(diǎn)工作的通知》，對電烤筍烘干機給予省級補貼11000-18800元。

用電方面，國家發(fā)改委等部委《關(guān)于推進(jìn)電能替代的指導意見(jiàn)》(發(fā)改能源〔2016〕1054號)。各地加快推動(dòng)電能替代工作，2017年安徽省能源局編制了《關(guān)于推進(jìn)安徽省電能替代的實(shí)施意見(jiàn)》，《意見(jiàn)》指出，在建筑領(lǐng)域、農業(yè)領(lǐng)域、居民生活領(lǐng)域廣泛推廣熱泵應用，并在電價(jià)上給予支持。相關(guān)細則表示，在黃山、安慶、六安等茶葉主產(chǎn)區和宣城等煙葉主產(chǎn)區，繼續推進(jìn)規模以上企業(yè)電制茶替代燃煤(柴)制茶和熱泵電烤煙替代燃煤烤煙，以龍頭企業(yè)為帶動(dòng)，加快中小型加工廠(chǎng)電能替代。

國網(wǎng)電力公司拓展電能替代市場(chǎng)，在糧食烘干領(lǐng)域促進(jìn)空氣源熱泵技術(shù)推廣。江蘇省從2016年就出臺支持空氣源熱泵烘干的支持政策，在部分條件成熟市縣推廣。2017年，國網(wǎng)江蘇省電力公司計劃全年完成替代電量127億千瓦時(shí)。在糧食烘干領(lǐng)域大力推廣空氣源熱泵烘干技術(shù)，計劃在江蘇省推廣電烘干設備500臺，烘干能力達到3萬(wàn)噸/天。2017年6月6日，江蘇省濱?？h正式發(fā)布濱政辦發(fā)【2017】38號《濱?？h推廣空氣源熱泵糧食電烘干技術(shù)替代高污染熱風(fēng)爐專(zhuān)項補助辦法》。國網(wǎng)濱海供電公司負責免費投資增容后的低壓接入工程。

二、煙葉

烤房是煙葉生產(chǎn)的重要設施，國家方面重視包括烤房設施設備在內的煙葉生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng )新和技術(shù)改進(jìn)，對包括熱泵在內的煙葉烘烤新技術(shù)發(fā)展保持跟蹤研究。根據初步了解，我國目前僅以電力為能源的熱泵烤房廠(chǎng)家有近20個(gè)，所產(chǎn)設備規格不一，廠(chǎng)家通過(guò)試驗示范持續開(kāi)展設備更新和技術(shù)升級，設備性能、煙葉烘烤質(zhì)量和節能減排效果正在穩步提升。

熱泵炕煙房是一種帶輔熱裝置的空氣能熱泵式烤煙房，包括裝煙室和設置在裝煙室一端的加熱室，在加熱室的內腔上部設置有熱交換器，在加熱室的內腔中部設置有軸流風(fēng)機，熱交換器通過(guò)管道與空氣源熱泵連接，在熱交換器與軸流風(fēng)機之間設置有電加熱裝置。新型熱泵炕煙房利用電加熱原理，在空氣能熱泵供熱的基礎之上增加電加熱裝置輔助供熱，在空氣能熱泵加熱的工作效率時(shí)，利用電加熱裝置輔助供熱，保證烘烤溫度，避免了由于環(huán)境溫度因素引起的煙葉烘烤失利，保障煙葉的安全烘烤，同時(shí)有利于煙葉烘烤質(zhì)量的提高。

河南省作為傳統的煙草大省，煙草種植面積達到了175萬(wàn)畝，現有標準烤煙房有90000座，均為一般采用的上一代烤房，水泥磚墻，燒蜂窩煤，一次性加煤，加熱室和裝煙室分離。由金屬材料的爐膛散熱管或耐火材料散熱管組成供熱系統，電動(dòng)風(fēng)機來(lái)傳送熱能，以溫度、濕度自控儀控制烤房的溫度、濕度。每房可烤15-20畝煙葉，排濕方便，質(zhì)量穩定。

傳統烤煙房存在的弊端也是顯而易見(jiàn)的，燒煤產(chǎn)生空氣污染和煤渣污染，目前正在強制取締燃煤鍋爐。同時(shí)煤炭的運輸成本和使用成本較高，需要聘請有經(jīng)驗的烤煙師傅去操作，人力成本居高不下。換代方案采用全自動(dòng)高溫熱泵烘干機組作為熱源，替代了原先的燃煤器，散熱管改由簡(jiǎn)單的冷凝換熱器替代。該機組采用特獨有的高冷凝溫度壓縮機，采用單一環(huán)保、安全冷媒，冷凝溫度高達85℃，烤房?jì)葴囟瓤蛇_78℃。完全滿(mǎn)足了煙草烘干的溫度需求。

熱泵炕煙房方案價(jià)值分析：

1、標準烤房每次裝煙量4噸，烘干3600公斤水分，相比燃煤節能1584元，一年按8炕計算，單座烤房節能12672元，減少4噸的煙塵排放，5噸煤渣污染。假如全省90000座全部換代，年節能11億。減少煙塵排放36萬(wàn)噸，45萬(wàn)噸煤渣污染。

2、提高煙草的烘烤質(zhì)量、價(jià)值，熱泵機組采用微電腦控制，溫濕度自動(dòng)循著(zhù)設定的專(zhuān)家曲線(xiàn)運行，煙草成品質(zhì)量、品相好，售價(jià)高。

3、全自動(dòng)熱泵機組，節省了人工費用。以往的機組需要有經(jīng)驗的烤煙師傅日夜值班，勞動(dòng)強度高，人工成本高昂。該機組自動(dòng)值守，不需人工。

近幾年，湖南省、貴州地區的沿河縣、江西贛州安遠縣、重慶武隆縣都已開(kāi)展空氣源熱泵代替傳統煤鍋爐烤煙的試點(diǎn)工作。2016年8月湖南省高溫熱泵烤煙項目首次試點(diǎn)成功,該項目由國網(wǎng)郴州供電公司、國網(wǎng)湖南節能服務(wù)有限公司、桂陽(yáng)煙草辦及煙草公司聯(lián)合在桂陽(yáng)縣仁義鎮、敖泉鎮斗魚(yú)村利用高溫熱泵烤煙技術(shù)進(jìn)行烤煙試點(diǎn)，該項目實(shí)現烤煙清潔、環(huán)保、節能、智能化，為電烤煙代替煤烤煙提供技術(shù)支撐。不僅實(shí)現管控便捷，更提高了煙葉質(zhì)量，提升煙葉等級。

熱泵烤房具有節能減排提質(zhì)增效的優(yōu)點(diǎn)，符合綠色發(fā)展的要求，也符合今后烤房的發(fā)展方向，在煙草行業(yè)尚未大面積推廣存在制約因素：無(wú)統一產(chǎn)品標準、電力配套、初期投入大等問(wèn)題。

三、污泥

隨著(zhù)我國城鎮化水平不斷提高，以及《水污染防治行動(dòng)計劃》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《水十條》”）的正式頒布和實(shí)施，使污水處理設施建設與污泥處理處置工作進(jìn)入了發(fā)展的快車(chē)道。其中，《水十條》更是明確了相關(guān)政策，包括現有污泥處理處置設施應于2017年底前基本完成達標改造，地級及以上城市污泥無(wú)害化處理處置率應于2020年底前達到90%以上等。

熱泵技術(shù)應用于污泥干化，進(jìn)入水治理環(huán)保產(chǎn)業(yè)。2017年是環(huán)保政策年，新修訂的《中華人民共和國水污染防治法》在人大常委二十八次會(huì )議上表決通過(guò)，在政策驅動(dòng)和需求升級的雙重促進(jìn)下，水環(huán)境綜合治理將釋放逾萬(wàn)億市場(chǎng)空間。我國污水處理廠(chǎng)從2006年起數量直線(xiàn)增加，而2010年后增長(cháng)速度有所降低。截止2016年9月底，全國設施城市縣城已經(jīng)建成運行的污水處理廠(chǎng)3978座，污水處理能力已達到1.7億立方米每天，每年產(chǎn)生的濕污泥量超過(guò)4000萬(wàn)噸。新修訂的《中華人民共和國水污染防治法》更加明確各級政府的水環(huán)境質(zhì)量責任，實(shí)施總量控制制度和排污許可制度，加大農業(yè)面源污染防治以及對違法行為的懲治力度，并自2018年1月1日起施行。此外，國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計劃》要求污水處理設施產(chǎn)生的污泥應進(jìn)行穩定化、無(wú)害化和資源化處理處置，禁止處理處置不達標的污泥進(jìn)入耕地。非法污泥堆放點(diǎn)一律予以取締?，F有污泥處理處置設施應于2017年底前基本完成達標改造，地級及以上城市污泥無(wú)害化處理處置率應于2020年底前達到90%以上。

我國的污水處理廠(chǎng)快速發(fā)展，處理水量和污泥產(chǎn)量大量增加。污泥處理屬于污水處理的一部分，相對于污水處理水平與標準的不斷提升，污泥處理處置顯得嚴重滯后。一方面，污水污泥泥質(zhì)的差異帶來(lái)了處理技術(shù)應用方面的難度，相關(guān)技術(shù)與裝備有待提升；另一方面，污泥處理處置和污水處理的費用比例相差甚遠，在很多項目的規劃和建設期，未考慮到污泥處理這部分的費用，導致污泥產(chǎn)業(yè)出路的瓶頸問(wèn)題。我國污水處理費征收已經(jīng)比較普遍，但并未單獨對污泥處理征收費。一座具備完整污泥處理設施的污水處理廠(chǎng)，合理的運行費用比例應為，污水處理占1/3，污泥處理占2/3。同時(shí)，維修費用、更新改造費用同樣不可忽視。

污泥行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈包含污泥處置設備供應商、污泥處置工程建筑商，以及污泥處置運營(yíng)商。運營(yíng)模式上，除由政府投資運營(yíng)外，污泥處理處置還有BOT（Build-Operate-Transfer，即建設-經(jīng)營(yíng)-轉讓?zhuān)?、TOT（Transfer-Operate-Transfer, 即移交-經(jīng)營(yíng)-移交）以及PPP(政府和社會(huì )資本合作：Public-PrivatePartnership)。

2017年，財政部將推出第四批PPP示范項目，財政部PPP示范項目已上升為國家級示范項目。針對污水、垃圾處理領(lǐng)域，財政部提出將聯(lián)合行業(yè)部門(mén)加快出臺PPP模式“強制應用”的指導意見(jiàn)，探索在合適領(lǐng)域開(kāi)展PPP模式“強制識別”。2017年福建省住房和城鄉建設廳和福建省財政廳關(guān)于印發(fā)《鼓勵社會(huì )資本投資鄉鎮及農村生活污水處理PPP工程包的實(shí)施方案》。
借鑒國際經(jīng)驗及因地制宜，我國污泥處理采用“干化-焚燒”方案，即采用“污泥深度脫水——污泥焚燒——尾氣凈化”。熱泵技術(shù)應用于污泥干化，污泥低溫除濕干化機、污泥低溫余熱干化機、污泥裂解氣化等多項污泥處置環(huán)保節能產(chǎn)品，解決了多項熱泵技術(shù)在污泥干化的技術(shù)難題，突破了污泥低溫干化過(guò)程能耗高、效率低的瓶頸，可廣泛適合各類(lèi)污泥、減容、減量、無(wú)害化、穩定化、資源化處理。