多熱源綜合干燥中心及其控制系統

俞晴

（東南大學經濟管理學院，江蘇南京 210000）

多熱源綜合干燥中心及其控制系統

俞晴

（東南大學經濟管理學院，江蘇南京 210000）

多熱源綜合干燥中心合理利用太陽能、熱泵及電能的供熱特點，考慮不同物料干燥的要求構建的。熱能經由高溫干燥室、低溫干燥室再到生曬室大大降低了能耗，而且利用自動化的控制系統可以有效控制干燥過程的精確化。

多熱源；干燥；節能

目前綜合利用各種清潔能源進行干燥，是干燥行業中的熱點問題。一般的干燥中心均僅針對單種產品進行，無法實現普適性干燥，急需解決能源的綜合利用以及提高干燥室的普適性使用問題［1］。綜合利用熱源對多種物種進行干燥的技術是缺乏的，而這又是當前社會對于資源利用、效率提高所迫切需要解決的問題。因此，本文旨在探索一種利用多種清潔能源、合理優化能源利用、滿足干燥多樣化的系統及其控制方法。

1 多熱源綜合干燥中心的設施

1.1 干燥房

干燥房包括多個高溫干燥室、多個低溫干燥室及多個生曬室。干燥房設計高溫干燥室、低溫干燥室和生曬室沿著干燥房縱向軸線依次排列。干燥房頂部相對于高溫干燥室和低溫干燥室的部分設置有太陽能集熱器的太陽能集熱板；而干燥房頂部相對于生曬室的部分，被設置為可打開的外頂。

干燥室包括：高溫干燥室，干燥溫度最高可達120℃；低溫干燥室，最高干燥溫度為60℃；生曬室，利用太陽晾曬，對物料進行天然的大氣干燥。環境氣溫高于25℃時，建議使用生曬室進行天然晾曬；如果環境溫度低于25℃，則送入低溫干燥室進行干燥。

高溫干燥室的四壁和頂部均為三層結構，也即外墻、保溫夾層和內墻。低溫干燥室的四壁和頂部均為2層結構，即外墻和內墻。生曬室的四壁結構與低溫干燥室相同，而頂部則包括與四壁相接的內頂以及與干燥房頂部一體設置的可折疊外頂。其中，內頂為耐熱透光聚酯材料。

1.2 供熱部

供熱部包括太陽能集熱器、熱泵供熱器、電熱供熱器、熱油循環系統和鍋爐。太陽能集熱器、熱泵供熱器、電熱供熱器三者協同合作，對熱油進行加熱，經過加熱的熱油輸入到各個干燥室中實行干燥。熱油循環系統的管路經過太陽能集熱部熱交換器、熱泵供熱部的熱交換器以及電熱供熱部的加熱器，再經過高溫干燥室或低溫干燥室。熱油管路上設置有熱油控制閥根據干燥室控制器的命令加熱或者停止加熱。太陽能供熱部包括設置于干燥中心屋頂的太陽能采集器、太陽能儲熱器。熱泵供熱部包括壓縮機、冷凝器、熱交換器。電熱供熱部包括電加熱器。鍋爐部用以提供干燥過程中所使用的蒸汽。

熱油循環系統包括熱油加熱管路，通入干燥室內的熱油放熱管路，從干燥室排出后經過熱泵回收熱量的回收管路，熱油存儲循環部。

熱油循環系統的熱油加熱管路分為低溫加熱管路和高溫加熱管路。低溫加熱管路經過太陽集熱器和熱泵供熱器加熱到預定溫度之后，送入低溫干燥室的熱油放熱管路；高溫加熱管路經過熱泵供熱器和電加熱器加熱到預定溫度后，送入高溫干燥室的熱油放熱管路。

1.3 裝卸區

干燥房側部設置有裝卸區，按物料干燥要求對物料進行堆垛。堆疊好后，干燥小車上貼上射頻標簽，沿著干燥房內設置的軌道進入到指定的干燥室進行干燥。小車達到指定干燥室前之后，干燥室大門設置的讀卡器，讀取標簽，如果標簽內信息與干燥室大門讀卡器接收到的信息相匹配，則打開大門，讓小車進入干燥室。干燥完成，小車沿著軌道返回到裝卸區。

1.4 總控制室

總控制室設置有控制系統，該控制系統包括干燥數據處理裝置、熱源控制裝置、干燥控制裝置。干燥數據處理裝置，用于識別物料情況，確定干燥要求，獲取氣候信息，匹配干燥計劃，計算熱量信息，分配干燥室。熱源控制裝置，用于從干燥數據處理裝置接收所需熱量信息和氣候信息，計算當日太陽能集熱器、熱泵供熱器、電熱供熱器各自所能提供熱量，制定優化供熱方案；并計算中心用電量，向附近水力或者熱力發電站提出用電請求。干燥控制裝置，用于根據所匹配的干燥計劃，控制一個或多個干燥室進行干燥。

2 多熱源綜合干燥中心的控制系統

2.1 干燥數據處理裝置

干燥數據處理裝置包括參考干燥計劃存儲器、圖像采集識別器、含水率測定儀，以及干燥要求輸入器、氣候監測儀、通信單元、干燥數據處理器。參考干燥計劃存儲器中存儲的參考干燥計劃，包括不同含水率階段，干燥室內應保持的干燥溫度、干燥濕度、進風量等信息。圖像采集識別器對物料進行圖像采集及識別，確定物料種類。含水率測定儀利用電阻原理測試物料的含水率情況。干燥要求輸入器用以提供人工輸入接口以供用戶輸入相關干燥要求，包括物料終含水率、干燥物料量、尺寸等信息。氣候監測儀實時監控當日氣候、氣溫，并通過通信單元向熱源控制裝置和干燥控制裝置發送相關信息。

2.2 干燥數據處理器

干燥數據處理器根據物料種類、含水率及所輸入要求信息，在干燥數據控制裝置中匹配參考干燥計劃后，做出調整形成新的干燥計劃，并根據新干燥計劃中的溫度、濕度變化情況以及物料的處理量來分配干燥室；計算出干燥計劃中每日所需及總體所需熱量。預處理計算器之后將熱量信息發送到熱源控制裝置，并將新的干燥計劃發送給干燥控制裝置。干燥計劃的匹配是依照含水率進行的。

2.3 熱源控制裝置

熱源控制裝置，從干燥數據處理裝置獲取所需熱量信息，并根據氣候、日照等信息估算當前太陽能供熱部、熱泵供熱部、電熱供熱部、鍋爐供汽部各自所能提供熱能，計算最佳供熱方案，并執行最佳供熱方案，向干燥室供熱，并向附近水力或風力發電站、熱力發電站提出當日用電請求。

熱源控制裝置包括太陽能供熱控制器、熱泵供熱控制器、電熱供熱控制器、熱油循環控制器、鍋爐供汽控制器、通信單元和熱源計算控制器。太陽能供熱控制器，用以控制設置于干燥房頂部太陽能采集器的工作。熱泵供熱控制器，控制熱泵中壓縮機、冷凝器、制冷劑、熱交換器的工作。鍋爐蒸汽控制部，用以控制提供干燥過程中所使用蒸汽的供給和停止。熱油循環控制器，控制熱油的加熱、回收及循環等。熱源計算控制器，接收來自干燥數據處理裝置發出的熱量信息，并結合天氣、氣溫、風向、濕度等因素計算出當日太陽能集熱器所能提供熱量；計算當日熱泵供熱器所能提供熱量；通過2個部分的計算，確定需要電熱供熱器作為輔助熱源需要提供的熱量。除了對熱油進行加熱外，還需要為鍋爐的正常工作提供足夠熱量。將電加熱能耗換算為用電量，并計算整個中心的其他部件用電量之后，確定總用電量。通信單元向附近的發電站發出用電請求。附近電站根據用電請求分配電量。

3 多熱源綜合干燥中心工作過程

物料在堆疊期間，干燥室控制裝置的干燥執行器便啟動干燥室預熱。當堆疊好物料的小車到達相應干燥室門口，讀卡器讀取干燥小車上射頻標簽確定為本干燥室所需干燥物料之后，干燥小車從干燥室兩端大門沿著小車軌道分別送入干燥室中。干燥小車到達固定位置后，啟動干燥。期間，干燥執行器根據實時溫度傳感器、濕度傳感器以及含水率測試儀的實時數據，按照干燥計劃調整干燥室溫度、濕度，也即根據干燥計劃啟動風機控制器、排氣控制器、噴蒸控制器、進氣控制器和供熱控制器實現加熱、停止加熱、噴蒸汽、停止噴蒸汽、排入新鮮空氣和排出濕熱氣體等工作。風機控制器用于控制風機的轉速、方向，實現干燥。每個風機的風向是可逆的，進而可更為靈活地控制氣流走向。

干燥完成后，待干燥室內溫度下降至室溫，啟動干燥小車，進行卸料，然后作進一步處理，如裝袋、消毒、再加工等。

4 結語

太陽能、熱泵及電熱干燥各自具有不同的供熱特點，為了綜合利用3種清潔能源并避免資源沒有物盡其用，基于不同物料干燥所需溫度、能量的情況，本文構建了三級能源利用平臺及綜合干燥中心，充分利用干燥的能耗，實現針對性供能。

［1］張璧光，高建民，伊松林，等.太陽能與熱泵聯合干燥木材的優化匹配［J］.太陽能學報，2009（11）：1501-1505.

Multi-thermal Source Combined Drying Center and Its Control System

Yu Qing
（School of Economics&Management，Southeast University，Nanjing Jingsu 210000）

The multi-thermal source combined center makes use of the heating characteristic of solar energy,heat pump and electric energy,taking drying requirement of various material into account.Heat energy passes through high temperature drying room,low temperature drying room and then to the living room,which lowers the energy consump?tion dramatically,and the automation control system can effectively control the precision of the drying process.

multi-thermal source；drying；energy save

TK173

A

1003-5168（2016）12-0038-02

2016-11-16

俞晴（1992-），女，碩士在讀，研究方向：技術創新研究。