多热源综合干燥中心及其控制系统

摘 要：多热源综合干燥中心合理利用太阳能、热泵及电能的供热特点，考虑不同物料干燥的要求构建的。热能经由高温干燥室、低温干燥室再到生晒室大大降低了能耗，而且利用自动化的控制系统可以有效控制干燥过程的精确化。

关键词：多热源；干燥；节能

中图分类号：TK173 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2016）12-0038-02

目前综合利用各种清洁能源进行干燥，是干燥行业中的热点问题。一般的干燥中心均仅针对单种产品进行，无法实现普适性干燥，急需解决能源的综合利用以及提高干燥室的普适性使用问题[1]。综合利用热源对多种物种进行干燥的技术是缺乏的，而这又是当前社会对于资源利用、效率提高所迫切需要解决的问题。因此，本文旨在探索一种利用多种清洁能源、合理优化能源利用、满足干燥多样化的系统及其控制方法。

1 多热源综合干燥中心的设施

1.1 干燥房

干燥房包括多个高温干燥室、多个低温干燥室及多个生晒室。干燥房设计高温干燥室、低温干燥室和生晒室沿着干燥房纵向轴线依次排列。干燥房顶部相对于高温干燥室和低温干燥室的部分设置有太阳能集热器的太阳能集热板；而干燥房顶部相对于生晒室的部分，被设置为可打开的外顶。

干燥室包括：高温干燥室，干燥温度最高可达120℃；低温干燥室，最高干燥温度为60℃；生晒室，利用太阳晾晒，对物料进行天然的大气干燥。环境气温高于25℃时，建议使用生晒室进行天然晾晒；如果环境温度低于25℃，则送入低温干燥室进行干燥。

高温干燥室的四壁和顶部均为三层结构，也即外墙、保温夹层和内墙。低温干燥室的四壁和顶部均为2层结构，即外墙和内墙。生晒室的四壁结构与低温干燥室相同，而頂部则包括与四壁相接的内顶以及与干燥房顶部一体设置的可折叠外顶。其中，内顶为耐热透光聚酯材料。

1.2 供热部

供热部包括太阳能集热器、热泵供热器、电热供热器、热油循环系统和锅炉。太阳能集热器、热泵供热器、电热供热器三者协同合作，对热油进行加热，经过加热的热油输入到各个干燥室中实行干燥。热油循环系统的管路经过太阳能集热部热交换器、热泵供热部的热交换器以及电热供热部的加热器，再经过高温干燥室或低温干燥室。热油管路上设置有热油控制阀根据干燥室控制器的命令加热或者停止加热。太阳能供热部包括设置于干燥中心屋顶的太阳能采集器、太阳能储热器。热泵供热部包括压缩机、冷凝器、热交换器。电热供热部包括电加热器。锅炉部用以提供干燥过程中所使用的蒸汽。

热油循环系统包括热油加热管路，通入干燥室内的热油放热管路，从干燥室排出后经过热泵回收热量的回收管路，热油存储循环部。

热油循环系统的热油加热管路分为低温加热管路和高温加热管路。低温加热管路经过太阳集热器和热泵供热器加热到预定温度之后，送入低温干燥室的热油放热管路；高温加热管路经过热泵供热器和电加热器加热到预定温度后，送入高温干燥室的热油放热管路。

1.3 装卸区

干燥房侧部设置有装卸区，按物料干燥要求对物料进行堆垛。堆叠好后，干燥小车上贴上射频标签，沿着干燥房内设置的轨道进入到指定的干燥室进行干燥。小车达到指定干燥室前之后，干燥室大门设置的读卡器，读取标签，如果标签内信息与干燥室大门读卡器接收到的信息相匹配，则打开大门，让小车进入干燥室。干燥完成，小车沿着轨道返回到装卸区。

1.4 总控制室

总控制室设置有控制系统，该控制系统包括干燥数据处理装置、热源控制装置、干燥控制装置。干燥数据处理装置，用于识别物料情况，确定干燥要求，获取气候信息，匹配干燥计划，计算热量信息，分配干燥室。热源控制装置，用于从干燥数据处理装置接收所需热量信息和气候信息，计算当日太阳能集热器、热泵供热器、电热供热器各自所能提供热量，制定优化供热方案；并计算中心用电量，向附近水力或者热力发电站提出用电请求。干燥控制装置，用于根据所匹配的干燥计划，控制一个或多个干燥室进行干燥。

2 多热源综合干燥中心的控制系统

2.1 干燥数据处理装置

干燥数据处理装置包括参考干燥计划存储器、图像采集识别器、含水率测定仪，以及干燥要求输入器、气候监测仪、通信单元、干燥数据处理器。参考干燥计划存储器中存储的参考干燥计划，包括不同含水率阶段，干燥室内应保持的干燥温度、干燥湿度、进风量等信息。图像采集识别器对物料进行图像采集及识别，确定物料种类。含水率测定仪利用电阻原理测试物料的含水率情况。干燥要求输入器用以提供人工输入接口以供用户输入相关干燥要求，包括物料终含水率、干燥物料量、尺寸等信息。气候监测仪实时监控当日气候、气温，并通过通信单元向热源控制装置和干燥控制装置发送相关信息。

2.2 干燥数据处理器

干燥数据处理器根据物料种类、含水率及所输入要求信息，在干燥数据控制装置中匹配参考干燥计划后，做出调整形成新的干燥计划，并根据新干燥计划中的温度、湿度变化情况以及物料的处理量来分配干燥室；计算出干燥计划中每日所需及总体所需热量。预处理计算器之后将热量信息发送到热源控制装置，并将新的干燥计划发送给干燥控制装置。干燥计划的匹配是依照含水率进行的。

2.3 热源控制装置

热源控制装置，从干燥数据处理装置获取所需热量信息，并根据气候、日照等信息估算当前太阳能供热部、热泵供热部、电热供热部、锅炉供汽部各自所能提供热能，计算最佳供热方案，并执行最佳供热方案，向干燥室供热，并向附近水力或风力发电站、热力发电站提出当日用电请求。

热源控制装置包括太阳能供热控制器、热泵供热控制器、电热供热控制器、热油循环控制器、锅炉供汽控制器、通信单元和热源计算控制器。太阳能供热控制器，用以控制设置于干燥房顶部太阳能采集器的工作。热泵供热控制器，控制热泵中压缩机、冷凝器、制冷剂、热交换器的工作。锅炉蒸汽控制部，用以控制提供干燥过程中所使用蒸汽的供给和停止。热油循环控制器，控制热油的加热、回收及循环等。热源计算控制器，接收来自干燥数据处理装置发出的热量信息，并结合天气、气温、风向、湿度等因素计算出当日太阳能集热器所能提供热量；计算当日热泵供热器所能提供热量；通过2个部分的计算，确定需要电热供热器作为辅助热源需要提供的热量。除了对热油进行加热外，还需要为锅炉的正常工作提供足够热量。将电加热能耗换算为用电量，并计算整个中心的其他部件用电量之后，确定总用电量。通信单元向附近的发电站发出用电请求。附近电站根据用电请求分配电量。

3 多热源综合干燥中心工作过程

物料在堆叠期间，干燥室控制装置的干燥执行器便启动干燥室预热。当堆叠好物料的小车到达相应干燥室门口，读卡器读取干燥小车上射频标签确定为本干燥室所需干燥物料之后，干燥小车从干燥室两端大门沿着小车轨道分别送入干燥室中。干燥小车到达固定位置后，启动干燥。期间，干燥执行器根据实时温度传感器、湿度传感器以及含水率测试仪的实时数据，按照干燥计划调整干燥室温度、湿度，也即根据干燥计划启动风机控制器、排气控制器、喷蒸控制器、进气控制器和供热控制器实现加热、停止加热、喷蒸汽、停止喷蒸汽、排入新鲜空气和排出湿热气体等工作。风机控制器用于控制风机的转速、方向，实现干燥。每个风机的风向是可逆的，进而可更为灵活地控制气流走向。

干燥完成后，待干燥室内温度下降至室温，启动干燥小车，进行卸料，然后作进一步处理，如装袋、消毒、再加工等。

4 结语

太阳能、热泵及电热干燥各自具有不同的供热特点，为了综合利用3种清洁能源并避免资源没有物尽其用，基于不同物料干燥所需温度、能量的情况，本文构建了三级能源利用平台及综合干燥中心，充分利用干燥的能耗，实现针对性供能。

参考文献：

[1]张璧光，高建民，伊松林，等.太阳能与热泵联合干燥木材的优化匹配[J].太阳能学报，2009（11）：1501-1505.