同时回收潜热和显热的生物质烘干系统及方法.pdf

一种同时回收潜热和显热的生物质烘干系统及方法，属于节能领域。该系统包括回热器（2）、加热器（4）、余热回热器（6）、冷凝器（7）、气液分离器（8）、压缩机（9）、工质泵（13）和透平（14）。该系统通过压缩机（9）回收利用了循环空气（10）的显热，同时余热回热器（6）对高温湿空气的潜热和显热进行了回收，而有机朗肯循环透平（14）输出功在满足压缩机（9）和工质泵（13）功耗的条件下，对外还有一定的净功输出。该系统可用地热、太阳光热和工业废热等低品位热作为热源，可用于谷物、烟草和木材等生物质的低温烘干，同时对外输出一定的净功，较常规空气生物质干燥工艺具有整体节能高效的优势。

1.  一种同时回收潜热和显热的生物质烘干系统，其特征在于：
该系统包括：回热器（2）、加热器（4）、余热回热器（6）、冷凝器（7）、气液分离器（8）、压缩机（9）、工质泵（13）和透平（14）；
回热器（2）包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；加热器（4）包括冷侧入口、气相出口和干燥物出口、热源入口和热源出口；余热回热器（6）包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；冷凝器（7）包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；气液分离器（8）包括入口、气相出口和液相出口；
生物质（1）与回热器（2）冷侧入口相连，回热器（2）冷侧出口与加热器（4）冷侧入口相连，加热器（4）气相出口与余热回热器（6）热侧入口相连，加热器（4）干燥物出口与环境相连；热源工质（3）与加热器（4）热侧入口相连，加热器（4）热侧出口与环境相连；余热回热器（6）热侧出口与气液分离器（8）入口相连，气液分离器（8）气相出口通过压缩机（9）与加热器（4）冷侧入口相连，气液分离器（8）液相出口与回热器（2）热侧入口相连，回热器（2）热侧出口与环境相连；
有机工质（12）通过循环泵（13）与余热回热器（6）冷侧入口相连，余热回热器（6）冷侧出口通过透平（14）与冷凝器（7）热侧入口相连，冷凝器（7）热侧出口与循环泵（13）相连，冷却介质（15）与冷凝器（7）冷侧入口相连，冷凝器（7）冷侧出口与环境相连。

2.  根据权利要求1所述的同时回收潜热和显热的生物质烘干系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：
生物质（1）经过回热器（2）冷侧被其热侧的冷凝水预热后，进入加热器（4）冷侧入口，同时压缩机（9）出口的循环空气（9）也进入加热器（4）冷侧入口，热源工质（3）通过加热器（4）热侧对加热器（4）冷侧的物料进行加热，然后从加热器（4）热侧出口排入环境；加热器（4）冷侧的生物质和空气的混合物受热后温度升高，生物质中的水分蒸发出来并进入空气中，生物质自身被干燥并从加热器（4）的生物质出口排出，高温湿空气则从加热器（4）的气相出口排出并进入余热回热器（6）热侧入口，向余热回热器（6）冷侧的有机工质（12）释放显热和潜热后温度降低，余热回热器（6）冷侧有机工质（12）吸收热量后蒸发；
余热回热器（6）热侧出口的空气与冷凝水混合物进入气液分离器（8）进行气液分离；气液分离器（8）气相出口物料通过压缩机（9）升压升温后进入加热器（4）热侧入口，气液分离器（8）液相出口的水（11）进入回热器（2）热侧对生物质（1）进行预热后，从回热器（2）热侧出口排入环境；
有机工质（12）经过工质泵（13）升压后，进入余热回热器（6）冷侧吸热后蒸发变为气相，然后进入透平（14）膨胀做功，透平（14）出口乏气进入冷凝器（7）热侧入口，冷凝器（7）热侧有机工质（12）向其冷侧的冷却介质（15）释放热量后冷凝为液态，最后再进入工质泵（13）增压后开始下一轮循环。

同时回收潜热和显热的生物质烘干系统及方法
技术领域
本发明涉及一种同时回收潜热和显热的生物质烘干系统和方法，属于节能领域。
技术背景
干燥是生物质长期保存的常见预处理方法之一，目前已有多种干燥方法和技术被广泛用于各类生物质干燥，其中空气干燥是目前的常用方法之一。根据空气在高温和低温条件下具有不同的吸湿能力，通过加热的方法利用高温空气吸收生物质中的水分，并通过降温的方法冷凝空气中的水分是目前主要采用的生物质空气干燥方案。然而，由于加热空气需要消耗大量的热能，而降低空气温度又释放掉大量的低品位热，并需要消耗大量的冷却介质，因此常规空气生物质干燥过程需要消耗大量的能量。有部分研究者提出循环空气的方法来回收部分废热的节能方法，但是需要增加循环泵，而且循环泵会消耗大量的机械功。因此，如何降低空气干燥过程的能耗是今后生物质干燥过程节能改造的重要研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时回收潜热和显热的生物质烘干系统及方法，可充分回收利用湿空气的显热和潜热，热效率高，节能效果明显。
一种同时回收潜热和显热的生物质烘干系统，其特征在于：该系统包括：回热器、加热器、余热回热器、冷凝器、气液分离器、压缩机、工质泵和透平。回热器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口。加热器包括冷侧入口、气相出口和干燥物出口、热源入口和热源出口；余热回热器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；冷凝器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；气液分离器包括入口、气相出口和液相出口。生物质与回热器冷侧入口相连，回热器冷侧出口与加热器冷侧入口相连，加热器气相出口与余热回热器热侧入口相连，加热器干燥物出口与环境相连。热源工质与加热器热侧入口相连，加热器热侧出口与环境相连。余热回热器热侧出口与气液分离器入口相连，气液分离器气相出口通过压缩机与加热器冷侧入口相连，气液分离器液相出口与回热器热侧入口相连，回热器热侧出口与环境相连。有机工质通过循环泵与余热回热器冷侧入口相连，余热回热器冷侧出口通过透平与冷凝器热侧入口相连，冷凝器热侧出口与循环泵相连，冷却介质与冷凝器冷侧入口相连，冷凝器冷侧出口与环境相连。
所述的同时回收潜热和显热的生物质烘干系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：生物质经过回热器冷侧被其热侧的冷凝水预热后，进入加热器冷侧入口，同时压缩机出口的循环空气也进入加热器冷侧入口，热源工质通过加热器热侧对加热器冷侧的物料进行加热，然后从加热器热侧出口排入环境。加热器冷侧的生物质和空气的混合物受热后温度升高，生物质中的水分蒸发出来并进入空气中，生物质自身被干燥并从加热器的生物质出口排出，高温湿空气则从加热器的气相出口排出并进入余热回热器热侧入口，向余热回热器冷侧的有机工质释放显热和潜热后温度降低，余热回热器冷侧有机工质吸收热量后蒸发。余热回热器热侧出口的空气与冷凝水混合物进入气液分离器进行气液分离。气液分离器气相出口物料通过压缩机升压升温后进入加热器热侧入口，气液分离器液相出口的水进入回热器热侧对生物质进行预热后，从回热器热侧出口排入环境。有机工质经过工质泵升压后，进入余热回热器冷侧吸热后蒸发变为气相，然后进入透平膨胀做功，透平出口乏气进入冷凝器热侧入口，冷凝器热侧有机工质向其冷侧的冷却介质释放热量后冷凝为液态，最后再进入工质泵增压后开始下一轮循环。
由于该系统余热回热器可以回收加热器吸收的大部分热能，并通过在加热器中释放潜热和显热的方式将废热用于有机工质的蒸发，而有机工质在透平做功满足工质泵和压缩机的功耗的条件下，还存在一定的净功对外输出，因此该系统具有整体能耗低的优势。
附图说明
图1 同时回收潜热和显热的生物质烘干系统。
图中标号名称：1、生物质,2、回热器，3、热源工质，4、加热器，5、干燥生物质，6、余热回热器，7、冷凝器，8、气液分离器，9、压缩机，10、循环空气，11、水分，12、有机工质，13、工质泵，14、透平，15、冷却介质。
具体实施方法
下面参照附图1说明该回收潜热和显热的生物质烘干系统的运行过程，首先可以根据需要对空气循环回路进行抽真空，也可以在压力条件下烘干。
待干燥的水分含量较高的生物质1首先进入回热器2的冷侧如果，经过回热器2热侧的冷凝水11预热后，进入加热器4冷侧入口，同时循环空气10也进入加热器4冷侧入口，空气和生物质的混合物吸收了加热器4热侧热源工质3释放的热量后温度升高，高温空气吸收了生物质中的水分后湿度提高，干燥生物质5从加热器4的干燥物出口排出。加热器4气相出口的高温湿空气进入余热回收器6热侧向冷侧的有机工质12释放潜热和显热后温度降低，有部分水分从空气中冷凝下来，然后进入气液分离器8。气液分离器8气相出口的空气进入压缩机9升压后再进入加热器4冷侧，气液分离器8液相出口的水分11经过回热器2对生物质1原料预热后排入环境。
有机工质12经过工质泵13升压后进入余热回热器6的冷侧入口，吸收了余热回热器6热侧湿空气的显热和潜热后蒸发，然后进入透平14膨胀做功，透平14出口乏气再进入冷凝器7被冷凝后变为液态有机工质，最后再通过工质泵13增压开始下一轮热力循环。
上述有机朗肯循环系统在一定的操作温度条件下，其透平14做功可满足工质泵13和压缩机8的功耗，同时还会对外输出一定的净功。