礦井工人衣物烘干方案優化

李春軼

長春黃金設計院有限公司 吉林長春 130012

以前用于礦井的衣服烘干裝置中，都是采用高溫蒸汽烘干方法，也就是鍋爐燃煤產生高溫蒸汽，通過管道將產生的蒸汽送入烘干室內的散熱器內，通過散熱器散發的高溫熱量，對烘干架上的衣服進行烘干處理，衣服中的水分蒸發完，即可取出，烘干后的蒸汽冷凝，直接排放到室外。由于洗衣機洗后的衣服經甩干機甩干，甩干后的衣服僅僅依靠高溫蒸發烘干，這樣不僅能耗提高、污染程度提高不符合節能減排的要求，烘干室內濕度大，即便溫度很高，但烘干效果在短期設定的時間內也達不到預期設想的效果，所以仍需要很長的烘干時間，烘干效果差，且鍋爐的耗氣量大，會造成極大的能源浪費。且烘干室內持續高溫和高濕狀態，工作人員搭掛濕衣服和檢查時，需進入溫度較高的室內，對操作人員也會產生身體影響。

1 傳統礦山烘干房存在的問題

傳統烘干房還存在的問題有：①烘干室占地面積大，對維護結構做法要求較高，烘干室外墻和屋頂應作保溫層，烘干室的門洞應采用有保溫措施的密閉門；②鍋爐運行中途需要添煤、除渣等工序，增加了人力物力；③鍋爐燃煤過程中會產生大量有害氣體需處理，有害氣體會污染大氣環境，處理過程較為復雜，且需額外配置相應氣體處理設備，投資成本增大，另外鍋爐房內因燃煤產生粉塵大，鍋爐房內工作環境受污染，工作條件十分惡劣，對工作人員的身心健康產生了嚴重影響；④鍋爐內的溫度、濕度難以實現自動控制；溫度、濕度在烘干的過程中波動范圍較大，控制不好的話，會嚴重影響烘干質量，達不到預期效果；⑤烘干成本高、運行費用也高。有效的解決礦工工作服裝的干燥問題是礦山節能改造、實行綠色能源工程的一個新的技術突破[1]。

2 空氣源熱泵烘干機的工作原理

熱泵烘干機原理：空氣能熱泵烘干機組系統主要由冷凝器、壓縮機、蒸發器和節流閥等部件組建而成，構成了一個封閉式的內在循環系統，其優勢為結構形式較為簡單、且方便維修及安裝等；此系統是利用了逆卡諾循環的工作原理，過程如下：壓縮機加壓內部介質，使介質變成高溫高壓氣體，然后介質進入設備的換熱器中，進行換熱，其冷媒介質經冷凝后液化，大量高溫熱量被釋放出，這些高溫熱量進入烘干室內，對烘干房內衣物進行加熱處理，將衣物中的濕空氣進行處理。烘干房內產生循環熱風，在此循環熱風的作用下，衣物中的水會因汽化現象而自動蒸發[2]。在烘干機中，排濕系統能有效將蒸發出來的水蒸汽及時從機器內部排出，從而達到使衣物烘干的目的，有效地提高了烘干效果。冷媒經冷凝器放熱，由于在設備內，壓力快速的降低，介質通過節流閥作用后變為低溫低壓的液體，液態的冷媒材料進入蒸發器的內。蒸發器通過不斷地從四周吸收空氣里的熱量，并將這些熱量加熱液態冷媒。這些被加熱的液態冷媒被會通過蒸發而變成氣態，這些冷媒在吸收一定能量后會重新返回到壓縮機中，進入到下一個循環過程運行。冷媒不斷地循環往復地運行，能將空氣中的熱量不斷地傳運到烘干房內，從而烘干房內的空氣溫度能有效得到了提高。

山東某礦山井下最大班需要烘干的衣服數量為30套，每套工作服的平均重量為1.5公斤，烘干時間為3小時。

氣象資料：夏季計算溫度——室外通風溫度取26.8℃；冬季室外計算溫度——室外供暖溫度取-5.4℃；

冬季相對濕度61%；夏季相對濕度25%。

2.1 蒸發水量

式中：

X——需要烘干的工作服總重量，公斤/班；

Φ1——烘干前濕衣服中的水分，%；

Φ2——烘干后衣服中的剩余水分，%；

n——每班的烘干時間，小時。按烘干室方式分別采取：搭掛式n=3；推進式n=4；拉式n=5～6。

2.2 熱平衡計算

烘干室內空氣的參數，按溫濕度圖查出，列于表1中：

表1 烘干室內空氣參數

烘干室排風量：

式中：

W——烘干室的總蒸發水量，公斤/小時；

dp——烘干過程中終點狀態空氣中的含濕量，克/公斤；

db——烘干過程中起始狀態空氣中的含濕量，克/公斤。

經平衡計算后，烘干室進入和帶出的熱量相差不大，可以認為是平衡的，按冬季排風量計算選擇加熱設備。

2.3 加熱設備選擇

加熱設備按冬季加熱空氣所需熱量進行選擇

式中：

L0——烘干室的通風量，公斤/小時；

tr——烘干室內熱風初始溫度，℃；

tw——室外空氣計算溫度，℃。冬季采用供暖計算溫度的方式；夏季采用通風計算溫度的方式。

根據計算結果選擇一臺空氣能烘干機。

該工程選用空氣源熱泵為熱源，采用空氣源熱泵產生熱風對衣物進行烘干，通過加熱使衣服中的水分（一般指水分或其他可揮發性的液體成分）蒸發汽化逸出。整個加熱過程為：系統控制程序預先設定烘干房內的烘干溫度，如：設定烘干溫度最高溫度為65℃，控制程序預先設定一個數值，當烘干溫度達到這一數值時，設備會停止運行供熱，烘干房內停止繼續加熱升溫，當烘干溫度低于所設定的最小數值時，如：烘干溫度最低界限值設置為60℃，熱泵重新啟動，進行加熱升溫，物料在烘干的過程中，高溫熱泵主機運行，烘干房內呈循環加熱狀態，使衣物能夠被均勻受熱，得到充分烘干。

排濕過程：排濕系統，可根據衣物的含水率大小，或者衣物烘干時間設置，系統會按照程序設定自動控制排濕。

冷風回收：熱泵主機運行過程產生高溫熱量，運行過程中排出一定量的冷風，一般排出的冷風的溫度較低，會低于周邊環境5-10℃，可由管道排出室外，或者如果車間室內溫度較高，且需要做降溫處理，可引入車間，幫助車間內的空氣降溫，這樣大大節約了能源[3]。

3 空氣能熱泵烘干機的六個優點

3.1 節省空間

空氣能熱泵烘干機體積小，不僅占地面積小，而且當使用場地位置需要改變時，此設備的拆卸、移動、安裝都很方便，也可用于室內安裝、外，本設計安裝在室內。

3.2 穩定性高、質量好

空氣能熱泵烘干機在質量及穩定性方面具有一系列特點，如：整個系統處于全封閉干燥狀態，質量安全可靠，性能相對穩定，其運行穩定性高，以前的燃油、燃氣或電加熱等形式的傳統干燥器，運行過程中可能會存在如易燃、易爆、中毒、短路的危險，但空氣能熱泵烘干機運行過程中完全不會出現上述危險問題，所以空氣能熱泵烘干機與傳統烘干機相比較，是一種運行過程中能做到絕對安全可靠且穩定性極高的烘干系統。能達到井下每班工作人員換班前衣物烘干的要求。熱泵烘干機在其壓縮機的排氣溫度、排氣壓力等重要參數的調控和保護方面做到程序設定精密，可全自動嚴格控制，保證熱泵系統能在安全可靠、性能穩定的工況下運行，且做到智能全自動控制，免人工控制，減少人工和勞動強度。

3.3 高效節能，運行費用低

傳統烘干法能耗較大、效率較低。供給少量的電能情況下，空氣能熱泵烘干機可以從它周圍的空氣中吸取大量的熱量，可根據衣物的含濕度自動調節控制烘干衣物所需用的時間，能夠有效地利用在衣物干燥過程中所排出的余熱，把所產生的預熱進行循環再加熱，此過程運行費用與傳統烘干機相比，是燃油、燃氣或電加熱干燥機的一半，而且熱泵烘干機工作時只需要供電就行，沒有任何其它燃料的消耗，因此極大地提高了熱泵烘干機系統的烘干效率，其運行過程中不僅性能穩定可靠，大大節約了能源，且安裝方便，運行成本低，使用年限較長，維護形式簡單，維護費用抄低，相比蒸汽烘干，經濟性能良好。

3.4 綠色環保

傳統的烘干機主要以煤、油、氣等介質為燃料，這種烘干機不僅烘干效率極低，而且在運行過程中會產生各種大量的廢棄物，運輸和排放過程中污染環境。需配備處理設備及人力物力，增大了投資運行成本。相比之下空氣能熱泵烘干機只需供電，其它任何燃料都不需要使用，所以運行過程中也不會產生任何廢棄物及大氣排放物，無廢棄物需要處理，無大氣排放物需要處理，對環境不會造成任何污染，周圍大氣環境的質量有了明顯的提高，為綠色環保設備，是一種值得提倡使用的高效環保型產品。烘干房內因無任何污染，可保證環境清潔，且溫度適當，保證具有舒適良好的工作環境，保證了工作人員的身心健康，本設備產生了良好的經濟效益和社會效益，可再生資源得到了充分的利用，響應了當前國家節能環保政策的發展方針。

3.5 烘干效果好

烘干室的中間部位的空間為具有掛衣架的空間，烘干室的兩端部位的空間是配有除濕裝置和循環風機的空間。空氣能熱泵采用低溫除濕的烘干技術，在低溫情況下對衣服進行烘干，此烘干是一種接近自然干燥的形式，烘干過程中的干燥方式也是要求溫度適中，使衣物里外被同時烘干，降低了配備掛衣架的空間的內部濕度，不僅縮短了總體烘干衣物所用的時間，且烘干效果好，同時還降低了烘干能耗。

3.6 適用范圍廣

在當今社會，空氣能熱泵烘干機具有適用性極廣泛、體積小和占地面積小等優點，因此可方便于室內安裝，且不受氣候影響。在加工方面，空氣能熱泵烘干機適用于衣物、玩具、食品、學習用品、皮具皮料、天然木材和農副產品加工等行業都有廣泛應用市場和前景。隨著我國新興產業的快速發展，以及農、林、牧、服等產業的快速發展，人民的生活水平也逐漸得到發展和提高，人們對衣物、食品、日用品等干燥的要求也逐漸提高，因此空氣能熱泵烘干機將會有更為廣闊的應用領域和市場。

4 結語

總體來說，空氣源熱泵技術近些年來已經發展相當成熟，并廣泛應用于全國。利用空氣能熱泵烘干技術進行礦工衣物烘干，有效響應國家節能減排和對礦區鍋爐改造的政策，有著巨大的意義，主要體現在產生了良好的環保效益和巨大的經濟效益。同時也對改變傳統礦工衣物烘干的方法有著重要的變革意義。