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热泵烘干设备的节能经济分析
作者:shenhuaguangneng  来源:本站  发表时间:2011-5-18 13:41:52  点击:4158


    取普通干燥装置的基本参数为:环境空气温度为20℃,相对湿度为60%,利用热风炉加热干燥空气到120℃,进入干燥室吸收物料的水分,出干燥室的空气温度为50℃。烤霸干燥装置的基本参数为:出烤霸冷凝器(即进入干燥室)的干热空气温度为60℃,出干燥室的空气温度为30℃,出烤霸蒸发器的空气温度为0℃。比较基准为从物料中除去相同数量的水分(此处以lkg为例进行计算分析)的耗能量及相应的运行费用。
    2.1普通干燥装五的计算分析
    温度为20℃,相对湿度为60%的环境空气的水蒸气分压力为:0. 0023385×0. 6 = 0. 0014031 Mpa。
    含湿量为:622×0.0014031/(0.101325-0.0014031)= 8.73g水蒸气/kg干空气。
    加热到120℃时,含湿量不变。
    lkg热空气在干燥室中由120℃降到50℃吸收的水分量约为:1.0×1.0×(120-50)/2350 = 30g水分/kg干空气。
    此时空气的相对湿度为:(30+9)/87=45%。
    吸收lkg水分所需的空气循环量为:1000/30=33.3kg=26m3。
    吸收lkg水分所需加热量为:33.3×1.0×(120-20)+33.3×0.009×1.8×(120-20)=3330+54=3384kJ。
    以天然气为加热能源时:
取天然气热值为36MJ/Nm3,则从物料中吸收lkg水分的天然气消耗量约为:3384/(36 x 1000) =0.094Nm3。
    按天然气价格1.8元/Nm3计算,则从物料中除去lkg水分所需的费用约为:0.094×1.8=0.17元。
    以电能为加热能源时:
    从物料中吸收1kg水分的电能消耗量约为:3384/3600=0.94kWh0
    按电能价格0.4元/kWh计算,则从物料中除去1掩水分所需的费用约为:0.94 ×0.4 = 0.376元。
    以煤为加热能源时:
    取煤的热值为24.244MJ/kg,取锅炉与蒸汽加热器或燃煤热风炉的总体热效率为0.7,则从物料中吸收lkg水分的煤消耗量约为:3384/(24244×0.7)=0.20kg。
    按煤价格0.5元/kg计算,则从物料中除去lkg水分所需的费用约为:0.20×0.5=0.10元。
    2.2烤霸干燥装置的计算分析
    0℃时饱和湿空气的含湿量为:622×0.0006112/(0.101325-0.0006112)=3.808水蒸气/kg干空气。
    加热到60℃时,含湿量不变。
    lkg热风在流化床中由60℃降到30℃吸收的水分量约为:1.0×1.0×(60-30)/2350= 13g水分/kg干空气。
    此时空气的相对湿度为:(13+4)/28=60%。
    吸收lkg水分所需的空气循环量为:1000/13 =77kg=60m3。
    吸收lkg水分所需的加热量为:77×1×(60-0)+77×0.004×1.8×(60-0)=4653kJ。
    烤霸蒸发器空气侧的平均温度为:(30+0)/2=15℃。
    取蒸发器中平均传热温差为ioC,则热泵工质的平均蒸发温度为:15-10=5℃。
    烤霸冷凝器空气侧的平均温度为:(60+0)/2=30℃。
    取冷凝器中平均传热温差也为10℃,则烤霸工质的平均冷凝温度为:10+30=40℃。
    当采用电动热泵时,工作在该工况下的热泵可取制热系数为5。
    因此,吸收lkg水分所需的耗电量为:4653/5 =931 kJ=0.26kWh。
    按电价0.4元/kWh,则从物料中除去lkg水分所需的费用为:0.4x0.26=0.104元。
    当采用天然气热泵时,取燃气发动机效率为0.4,烤霸压缩机制热性能系数为5,天然气余热的80%也被回收用于加热空气,则设吸收lkg水分所需的夭然气量为V(Nm3),则:V×36×1000×0.6×0.8+V×36×1000×0.4×5=4653kJ。
    解得:V=0.05Nm3
    则采用燃气烤霸时吸收lkg水分的费用约为:0.05×1.8=0.09元。
    由上可见,以电能或天然气为能源时,采用烤霸干燥装置,其运行费用约为普通干燥方式的一半;当普通干燥装置用煤为能源时,其运行费用与烤霸干燥装置相当。考虑热泵干燥装置操作参数及结构的优化对其SMER的进一步改进等,可使烤霸干燥装置的节能优势进一步提高