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太阳能 苜蓿 干燥 装置 设计方案 开题 报告 讲演 呈文 外文 翻译 毕业论文 机械 全套 资料

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山西农业大学 本科生毕业 论文 （设计） 开题报告 题 目 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 学院名称 工程技术学院 专业名称 机械设计制造 及其自动化 年 级 2005 级 学生姓名 刘才华 学 号 2005151234 指导教师 郭玉明 李红波 职 称 教 授 讲 师 2009 年 3 月 25 日 选题的依据及意义 （包括课题的理论价值和实践价值；国内外的研究概况等） ： 近几年我国苜蓿草的种植发展很快，目前已有 10 多个省大面积种植，但由于受气候条件的限制，除西北等少雨地区 ，苜蓿靠自然晾晒外，其它地区苜蓿主要收获季节均在雨季，现蓄期和初花期收割的青绿牧草含水量在 70%一 85%之间，而安全贮存标准需将其水分降到 14%以下 获后的苜蓿大多变质、腐烂，失去其饲用价值和商业价值，造成农牧民丰产不丰收，极大地挫伤了农牧民种草的积极性 。太阳能苜蓿干燥装置 能较大幅度的缩短干燥时间 ， 提高产品质量；节约干燥场地 ， 运行费用低；具有环境保护功能 。 太阳能苜蓿干燥装置采用混合型方案，由最新研制的太阳能空气集热器、隧道式烘干窑和热风炉组成。这种干燥装置利用太阳能空气集热器把太阳的光辐射能转换成热能把空气加热到 60 70，然后通过串联在系统上的热风炉把热风通入干燥窑，再由通风机吹入干燥装置内，通过热空气与牧草接触，在冷热空气对流方式下进行热交换，已达到干燥的目的。 本课题研究内容 ： （ 1） 太阳能干燥装置的物料、热能衡算 （ 2） 太阳能干燥装置方案选择 （ 3） 太阳能空气集热器的设计 （ 4） 控制系统的设计 （ 5）换热系统的设计 本课题研究方案 ： 研究的创新之处 ： （ 1） 太阳能集热器和热风炉系统串联使用 ， 使输入的热风始终保持恒定， 突破了一般太阳能干燥装置在季节、天气、时间上的局限性 避免了由于天气变化而造成的不稳定因素。 （ 2） 实现了烘干过程是一个连续的过程。 （ 3） 苜蓿干燥装置的革新 。 太阳能苜蓿干燥装置方案选择 主要参数确定 太阳能空气集热器的设计 控制系统的设计 换热系统的设 计 研究过程 (含完成期限 ) 我们利用了两个月的时间完成了本设计，主要的设计阶段如下： （ 1） 资料调研 、查阅文献 ； （ 2） 方案研究 与确定 ； （ 3） 太阳能干燥装置主要参数确定； （ 4） 论文的编制。 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 教研室主任签名： 年 月 日 院系意见 主管领导签名： 年 月 日 目录 . 1 研究的目的及意义 . 1 内外牧草干燥技术发展概况 . 2 草干燥方法简介 . 2 外研究现状 . 4 内研究现状 . 5 要研究内容 . 6 . 7 草资源及市场概述 . 7 国 的能源环境概述 . 7 阳能干燥及其特点 . 8 阳能干燥国内外技术现状 . 8 阳能干燥的优势 . 9 阳能干燥与自然干燥相比具有以下优势 : . 9 阳能干燥与采用常规能源的干燥装置相比具有以下优势 : . 10 . 11 阳能干燥装置的物料衡算 . 11 阳能干燥装置的热能衡算 . 12 . 13 阳能干燥器的基本类型 . 13 阳能干燥装置方案选择 . 14 阳能空气集热器的设计 . 14 种空气集热器的比较研究 . 15 热器所用材料 . 17 阳能集热器的安装方式 . 17 阳能空气集热器与热风炉串联集成设计 . 18 制系统的设计 . 19 热系统的设计 . 19 热装置的构造组成 . 19 料车的构造组成 . 20 干工艺流程 . 21 . 22 参考文献 . 23 致谢 . 25 山西农业大学工程技术学院毕业论文 1 太阳能苜蓿干燥 装置 设计方案 太阳能苜蓿干燥 装置的 设计方案主要考虑大农户的使用 , 它的设计思想基于连续烘干作 业 , 不受天气和夜间的影响。采用此方法的最大好处是白天利用太阳能产生热风 ,晚上用热风炉加热 , 二者相互配合 , 取长补短 , 可大大缩短烘干周期。烘干室地面铺设轨道 , 料盘架用小车推入 , 内墙壁采用保温隔热层 ,安装太阳能空气集热器 时选择 最佳 的 位置接受阳光的辐射。 集热装置的 集气管与热风炉进气孔接通 , 使太阳能采气系统和热风炉加热系统结合起来。太阳能空气集热器直接吸收太阳辐射能 , 空气则由于温室效应而被加热。干燥室内安装轴流风机 , 使空气在干燥室中不断循环 , 并使其上下穿透物料层 , 使物料表面增加与热空气接触的机会 。在混合型太阳能干燥装置内 , 装有干湿球温度传感器控制进风和排风。白天可根据天气情况随时启动热风炉补充加热 , 夜晚主要用热风炉提供热风。 研究的目的及意义 苜蓿是世界上栽培最早、面积最广、最重要的饲草原料之一，不仅产草量高，草质优良，而且富含蛋白质、多种维生素和矿物质，其干物质中粗蛋白质含量为15%相当于豆饼的一半，比玉米高 1一 “牧草之王”的美称。同时种植牧草，还可改土肥田、提高粮食单产。全世界苜蓿种植面积达 5亿亩，但由于苜蓿为豆科牧草，含有较多的胶体物质和较少的碳水化合物而不 易青贮，收割的苜蓿必须及时干燥，否则就会发霉变质甚至腐烂，致使动物无法食用。青干草是草产品流通的主要形式，同时也是发展绿色畜牧业的重要的蛋白质资源。目前，己开发的牧草产品有草粉、草颗粒、草块、草饼、草捆、叶块、叶粒和浓缩叶蛋白等。牧草产品在国际、国内均具有非常广阔的市场，亚洲已成为世界上最大的苜蓿产品进口市场，年总需求量 240一 255万吨，其中，紫花苜蓿是生产量和刘才华： 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 2 销售量最大的牧草产品，在美国已成为仅次于小麦、玉米和水稻的第四大农作物，成为美国农业的支柱产业。苜蓿草产品国际市场售价为 200 230美元 /吨，优 质草粉高达 300美元 /吨 ;国内苜蓿产品售价多在 1100一 1400元 /吨，优质产品达 1600一 1800元 /吨 ;我国出口的粗蛋白含量为 15%的草粉，价值 1200元 /吨，蛋白质含量增加 1%，售价增加 100元 (黄浩平， 2001)。 我国是蛋白质饲料资源短缺的国家，同时对牧草产品需求量较大，据有关专家分析和国外的生产实践，在各类畜禽的饲喂标准中，牧草产品在牛羊饲料中可占到 60%，猪饲料中可占到 10%一 15%，鸡饲料中可占到 3%一 5%，可用于配合饲料的牧草产品市场前景广阔，另一方面，我国适宜冷季放牧的草地仅占全年放牧草地的 还有 75%以上地区的牧畜冬季缺草，同时，适于收割调制干草储备过冬的草地只占全国草地面积的 25%，而且 70%以上分布在东部和南部湿润地区，这种地区间和季节性的不平衡将会推动我国牧草产品的发展和流通。中国畜牧业九五计划和 2010年远景规划指出，突出发展草食型、节粮型畜牧业，已成为当前和今后一段时间内农业结构调整的当务之急，随着我国农业实施粮一经一饲(3:1:l)三元结构调整， 苜蓿 将成为发展可持续农业的首选饲料作物，发展优质豆科草粉将成为开发蛋白质饲料资源的一项新技术产业。 近几年我国苜蓿草的 种植发展很快，目前已有 10多个省大面积种植，但由于受气候条件的限制，除西北等少雨地区，苜蓿靠自然晾晒外，其它地区苜蓿主要收获季节均在雨季，现蓄期和初花期收割的青绿牧草含水量在 70%一 85%之间，而安全贮存标准需将其水分降到 14%以下 获后的 苜蓿 大多变质、腐烂，失去其饲用价值和商业价值，造成农牧民丰产不丰收，极大地挫伤了农牧民种草的积极性 (卢英林 2002)。 内外牧草干燥技术发展概况 牧草的干燥方法主要有自然干燥法、人工干燥法、化学干燥法等。自然干燥法是 先将苜蓿收割后就地摊晒，待植株体内的水分下降到 45%左右时堆晒。在自然干燥过程中，由于豆科牧草苜蓿含有较多胶体物质和较少碳水化合物，分散失水 速度较慢，且茎杆较叶片的干燥时间长，当苜蓿叶干燥到含水率 15%一 20%时，山西农业大学工程技术学院毕业论文 3 苜蓿 茎的水分含量 是 35% 40%，在晒制过程中，因叶片先于茎秆干燥而造成脱落，使苜蓿干草的蛋白质、胡萝卜素、叶绿素、而失去应有的饲喂价值和商业价值 (韩建国， 1998;李鸿翔， 1999)。另外，在光照时间短、光照强度低、潮湿多雨的地 方，很 难 只利用阳光来晒制干草而必须结合利用草堆的发酵产热降低水分来共同完成牧草干燥过程 其水分降低到 50%左右草堆集成 3米一 5米高的草垛逐层压实，垛的表层可以用土或薄膜覆盖，使草垛发热在二三天内，使垛温达到 60一 70，随后在晴天时开垛晾晒，将草干燥，当遇到连阴雨天时，可以保持温度不过分升高的前提下，而发酵更长的时间，此法晒制的干草养物质损失较大 (韩建国， 1998)。 人工干操法干燥牧草，主要有三种形式 : （ 1） 常温通风干燥，是先建干燥库房，设置大功率鼓风机，地面安置通 风管道，需干燥的牧草，经收割压扁后，堆在通风管道上，开动鼓风机完成干燥。此法占地面积大、效率低 。 （ 2） 低温烘干法，是先建造牧燥室、空气预热锅炉、设置鼓风机和牧草传送设备，用煤或电作能量将空气加热到 90 150，鼓入干操室，利用热气流经数小时完成干操。 （ 3） 高温快速干操法，主要用来生产粉，利用高温气流 (温度 500一 1000以上 )，将切碎的青草 (长约 25数分钟甚数秒钟内使水分降至 14% 15%，再由粉碎机粉碎成粉状或直接压制成干草块。整个过程由恒温器和电子仪器控制。采用高温快速干操法调制的干草粉 可保存幼嫩青草和绿饲料养分的 90% 95%，在一公斤干草粉内含有 120002000040草粉的特点是营养完善而品质高，含有生物价值完善的蛋白质、丰富的胡萝卜素、叶黄素、维生素 ，可作为维生素、蛋白质的补充料使也是猪、禽、幼牛等配合饲料必不可少的组成部分。另一特点是压制成颗粒状或饼状容易保存，便于运输，商品性强。 但此干燥法的干燥成本较高一般不易被接收。 化学干操是指将苜蓿收割后喷洒化学药剂加速干燥。干澡剂改变了牧草角质层 结 构或溶解了角质层，促进水 分的散失，缩短了田间自然干燥的时间，降低营养物质 的损 失。 自然干操法不需要特殊的设备、成本低，但易受自然气候条件的制约，而且刘才华： 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 4 劳度大、效率低，干燥过程持续时间长、营养物质损失较大，收获后压扁苜蓿茎秆是常用的机械加速干澡的方法，苜蓿茎经过压裂后干操所需干燥时间与未压裂的同类相比，前者仅为后者的 l/2一 l/3(韩建国， 1998)。化学干燥剂的使用可以显著地提高速度，有效的减少营养物质的损失。但其干操原理及干燥剂的组配还有待进一究。目前，国外普遍采用人工高温快速干燥法千操牧草，这种方法可以克服自然对天气状况的依赖 ，并减少微生物、生理生化过程、雨淋和枝条折断等因素对干 草质量 的影响，但人工干燥法的成本高。我国牧草人工干燥研究起步较晚，有关牧草干参数及工艺研究甚少。 国外关于牧草人工干燥和化学干燥的研究较早，美国 1910年在路易斯安那州建立了第一个用脱水苜蓿生产草粉的企业。当时所用的干燥机为垂直安装有七个传送带的传送型，由鼓风炉送进 90一 120的热风。 1926年在路易斯安那州农业试验站设计出了介质温度为 800的第一台滚筒式干燥机，热效率为 59%。 1929年在这种型号的基础上又设计出了滚筒直径 率 产能力为 12苏联于 1928一 1930年开始牧草烘干实验，1933研制成功并在生产上应用的 筒式 )干燥机，生产能力 1OO kg/包括将草粉压制成块状饲料 )。目前，俄罗斯应用 小时生产草粉 兰用 5型草粉加工机组，该设备生产能力为 1250kg/h，工艺流程与俄罗斯 (1987)研究表明，电镜下压扁茎秆最明显的效果就是将木质化和非木质化的 细胞分开，压扁使茎秆分成许多部分，从而增加茎秆表面积，减弱了保持水分的能力，从而提高 了 干操速度。 有机溶剂溶解茎叶表面的蜡质后，破坏了蜡质层的结构，改变蜡粒的排列方式，从而加速了水分的散失。长链脂肪酸甲醋结合于蜡质表面，促进了水分在蜡质表面的运输，从而促进 了 水分的散失，加快了苜蓿的干燥速度。 蓿干燥速度的研究中发现 :碱金属的碳酸盐如 苜蓿干燥速度，而钾盐溶液 : 04 中较为有效地是山西农业大学工程技术学院毕业论文 5 2 且确定 与 7表面活化剂作为处理，发现长链脂肪酸甲 酯 与 7表面活化剂的混合液的效果较好，但以 2%的长链脂肪酸甲 酯 +1%一 77+2 国内由于受到牧草种植面积、经济效益等多方面 的 影响，对自然干燥法加快牧草脱水途径研究较多，化学干燥也有报道。张秀芬等研究了压扁苜蓿茎秆对加快干燥速度的影响，发现压扁苜蓿茎秆可以加快其干燥速度，并且压扁苜蓿茎秆后，苜蓿茎、叶 干 燥速度趋于一致，减少了叶及幼嫩部分的损失 (张秀芬， 1997;高彩靛， 1997)。王钦指出，自然 干燥 法中压扁 干燥 的紫花苜蓿比普通干 燥 的牧草干物质损失减少 2一 3倍，碳水化合物损失减少 2一 3倍，粗蛋白质损失减少 3一 5倍 ;但在阴雨天，茎秆压扁的牧草营养物质易被淋失，从而产生不良效果 (王钦1995)。孙京魁研究了薄层摊晒法、小捆晒制法、搭架晒制法不同晒制方法处理的苜蓿青干草中粗蛋白和粗纤维含量，结果表明，搭架晒制苜蓿青干草，可有效地防止叶片和花 蕾 脱落，从而保存了叶片中所含粗蛋白、钙、磷及多种微量元素和维生素。搭架晒干的粗蛋白显著 (P于小捆晒制和薄层摊晒，粗蛋白分别提高了 粗纤维显著降低 (p降低率分别为 (孙京魁， 2000)。将田间收割后晒至含水率 45%左右的 苜蓿 移入棚内鼓风晾干或控温干燥，干草的品质与适口性则更为理想。干草晒至一定程度，就需打捆。高彩霞研究结果表明在不同含水量 (从 30%降到 8%)的条件下打捆，随着含水量的降低，茎叶比显著增加 (p叶片损失率增大，茎叶比与打捆前干物质含量呈一元非线性相关 (高彩俊， 1997)。张秀芬等研究了 酸钾， 酸二氢钾、酸氢钠、碳酸钙及 哚乙酸对苜蓿干燥速度的影响，结果 表明 好， 以干燥速度、粗蛋白含量、叶量损失、胡萝卜素含量综合评定各药剂的效果以 哚乙酸次之，第三为 2 种药剂中 42果最差 (张秀芬， 1987)。王钦对紫花苜蓿和禾本科牧草用 刘才华： 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 6 果显示 2%浓度的 燥时间紫花苜蓿需 72小时，禾本科牧草为48小时。我国人工干燥进行草粉生产起步较晚。多数地区采用自然干燥法干燥牧草，然后用锤片式粉碎机加工草粉，由于饲草的形状和物理机械性能不同，再加上牧草干燥不充分，水分含量较高，所以用其加工饲草时，生产率低，耗能高，劳动条件差，很不经济。且在干燥过程中，叶片及嫩枝脱落，其营养损失远远大于重量损失，结果是所生产的草粉粗蛋白的含量低，而粗纤维的含量较高，严重影响草粉的质量。 1974一 1987年，东北、北京、广东等省都先后从荷兰、日本、法国等国引进人工快速高温干燥设备，开始了人工干燥豆科牧草草粉的生产。这些设备产量较 高，时产 1250一 1750kg/h，草粉质 量 好，但设备昂贵 (每台 50一 120万美元 )，能耗大，不适应国内草粉生产需要 国船舶公司 713所研制的 9300型牧草快速、高温烘干加工机组，贵州农业大学研制的弧一 100型牧草烘干机组，北京市奥贝尔实业有限公司绿色植物研究所、北京农业大学农牧结合课题组联合研制的格林王一 2101型分体式绿色饲料小型加工机组以及沈阳远大科技实业有限公司生产的苜蓿草干操成套设备等填补了我国没有牧草高温干燥机的空白，但设备成本仍然较商，可以说，我国采用人工高温干操法加工草 粉的研究和生产正在进行之中，而有关牧草的千操工艺研究目前未见详细报道 讨苜蓿薄层干操特性，进而为高温干燥机设计及工艺参数选择提供参考。 要研究内容 基于传统露天自然干燥方法的诸多弊端：效率低，周期长，占地面积大，易受阵雨和梅雨等气候条件的影响，也易受风沙、灰尘、苍蝇和虫蚁等的污染，难以保证被干燥农副产品品质的现状，太阳能干燥的重要性在世界范围内日益明显，特别是在 某些日照充分的地域，利用丰富的、可更新的和干净的太阳能堪称一本万利。此 太阳能苜蓿干燥装置采用混合型方案，由最新研制的 太阳能空气集热器、隧道式烘干窑和热风炉组成。这种干燥装置利用太阳能空气集热器 把太阳的光辐射能转换成热能 把空气加热到 60 70 ，然后通过串联在系统上的热风炉把热风通入干燥窑， 再由通风机吹入干燥装置内，通过热空气与牧草接触，在冷热空气对流方式下进行热交换，已达到干燥的目的。设计过程主要测算太阳能集热器山西农业大学工程技术学院毕业论文 7 的热效率，干燥装置干燥过程中的耗热量、排湿量。通过计算进而从空气太阳能集热器的选型、集热器材料的选择、集热器集热板面积数量的选择；进而确定干燥装置的容积。 草资源及市场概述 我国 有草地近 60亿亩 , 为耕地面积的 4倍 , 占国土面积的 40%左右其中 , 人工改良草场已超过 8000万亩 , 饲草资源十分丰富但是 由于 种草的绝大部分地区是交通不便 、 经济不很发达 、 技术也较落后的农村山区和牧区 , 饲草资源的开发与利用受到制约为提高饲草的利用价值和经价值 , 归结起来主要的有两条途径一是发展草地畜牧业 , 就地转化二是将牧草进行加工、变成商品 , 做为饲料资源和原料来开发二者相辅相成 , 互为依托 , 互为补充草粉生产是实现牧草商品化的一种方式这已为国外的经验所肯定和证明在对国外草粉生产设备进行分析后 , 结合 我国种草地区的经济、能源、交通、科技、生产和使用条件 , 我国自制的牧草烘干机应满足以下条件以 太阳能 为热源。我国不可能象国外那样 , 以石油产品为燃料 , 以高达 900以上的燃气为干操介质为适应我国农村的经济体制和使用条件 , 机组不宜太大 , 生产能力也不宜要求过高机组结构应尽可能地简单 , 使用操作和维护保养应尽量简便 , 无调整或少调整机组工作可靠安全运行成本低 , 机组生产应有一定效益。 国的能源环境概述 随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对能源的需求日益增大，年增长率约为 5%。我国自然资源 总量排世界第七，能源资源总量居世界第三位，但由于人口众多，人均占有量仅为世界平均水平的 50%。据测算，目前我国已探明的煤炭可采储量为 1145亿吨，剩余己探明石油储量为 24亿吨。据估算，到2010年，中国主要矿产资源中有 40%多不能满足经济发展要求 ;到 2020年，只有不足 15%的品种尚可满足社会发展需求。 (燃烧一吨煤平均排放 90尘： 13.6 形成酸雨的主要成分。 1997年以来，我国酸性废气排刘才华： 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 8 放居世界第二位，全国酸雨污染面积达国土面积的 30%以上，在全球空气污染最严重的 10个城市中，中国占 7个。自 1992年联合国召开全球环境与发展大会后，我国政府在“提高能源利用效率，改善能源结构”的条款中明确提出 :因地制宜地开发、利用和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能和生物能等清洁能源技术。 阳能干燥及其特点 （ 1）太阳能干燥是以太阳能代替常规能源来加热干燥介质 (最常用的是空气 )的干燥过程，通过热空气与湿物料接触并把热量传递给湿物料，使其水分汽化并被带走，从而实现物料的干燥。我国太 阳能干燥总采光面积己达 要用来干燥 牧草、 谷物、水果、肉制品、木材、中药、皮革、化肥、染料等，均取得了较好的社会及经济效益。一般牧草、农副产品的干燥，要求干燥温度较低，大约在 40一 70之间，这正好与太阳能热利用领域中的低温利用相匹配。 （ 2）太阳能干燥的特点：太阳能干燥与常规能源干燥方式相比既有优势也有不足。优势体现在 :节煤省电。据估算，干燥一吨农副产品，要消耗一吨以上原煤，若是烟叶则需耗煤 阳能与常规能源联合供热的干燥装置，一般可节能 20%上。投资少、运行费用 低、回收期短。一个设计合理的太阳能 干 燥系统具有显著的经济效益。清洁安全。太阳能干燥系统利用的是太阳能，节约了常规能源，减少了环境污染 ;干燥所得物料不受外界条件影响，也很清洁。不足之处是太阳能干燥对气象条件依赖性大、可控性差、不稳定，问题通常是采用辅助能源或是增加储热设备。 阳能干燥国内外技术现状 随着太阳能热利用的深入发展，太阳能干燥器越来越广泛地应用于工农业生产。截止到目前为止，国外已建成集热面积超过 500平方米的大型太阳能干燥器 8座，其中美国 4座、印度 3座、阿根廷 1座，用于干燥葡萄、牧草、烟叶 、谷物、木材等。日本的太阳能干燥技术主要用于干燥稻谷，也可用于干燥 小 麦、大豆、牧草、烟叶。欧洲各国也在研究用太阳能干燥牧草和谷物。这些干燥器大多属于集热器型干燥器且基本上与常规能源结合。 20年来，我国太阳能干燥应用研究和其它太阳能热利用一样，经历了一个由浅入深、由简单的小试验到较完善的生产山西农业大学工程技术学院毕业论文 9 试验的过程。到目前为止，已建成各种类型的太阳能干燥器一百多座。七十年代，一些生产单位首先搞起了太阳能干燥，据不完全统计，从 1976一 1986年 10年间，分别由几十个单位建成了近 6座试验性和生产性的太阳能干燥装置，总采光面积达 5000多平方米，太阳能干燥应用呈现出十分兴旺的发展趋势。但由于一开始对太阳能干燥的规律和机理缺乏系统的基础性研究，这期间建造的太阳能干燥装置有一定的盲目性，系统设计不够合理，干燥器结构不尽完善，使用寿命短，太阳能干燥试验装置存在低水平重复现象。到八十年代后期，为了提高太阳能干燥的研究和应用水平，“太阳能干燥”被列为国家“七五”重点科技攻关项目三级课题，对太阳能干燥领域进行系统的、全面的探索和研究，内容包括物料干燥特性试验研究，太阳能空气集热器研究，太阳能空气集热器热性能试验方法，太阳能干燥器评价方法的研 究，以及建成了多座大中型太阳能干燥示范装置。可以说，太阳能干燥的研究和应用在“七五”期间达到了它的鼎盛时期，无论是理论研究，还是应用技术都具有较高的水平，在国际上也有一定的地位。进入九十年代，太阳能干燥主要朝技术开发和实际应用方向发展，主要包括干燥装置的优化设计、物料干燥过程的计算机模拟、干燥特性方程的拟和、干燥装置传热传质特性分析等。我们所自 80年代研究太阳能干燥以来，先后做过版纳橡胶干燥、大理洱源梅子果品干燥项目和昆明木材厂的木材干燥，均取得了很好的效果。 阳能干燥的优势 （ 1）能较大幅度的缩短干燥时间，我们曾于 2002 年 4 月在大理对梅子进行太阳能干燥的初期试验 , 所设计使用的装置属温室 集热器型太阳能干燥装置 ,在对梅子系列产品的试验后表明干燥时间至少可以缩短 12天 以上 ， 干燥周期(自然干燥需 18 20 天 , 太阳能干燥 8 天 )。 （ 2）提高产品质量。对于产品质量问题 , 在过去并不引起人们的关注 ,这主要是因为在过去不同质量的产品其价位差很小 ,人们对健康问题不太注重 。 各种太阳能干燥装置都采用专门的干燥室 , 可避免灰尘、忽然降 雨等污染和危害 , 又由于干燥温度较自然干燥高 , 还具有杀虫灭菌的作用。在试验中 , 我们采用的干燥装置除上述优点外 , 还可使产品在色泽上有很大的改观 ; 在干燥过程中不必刘才华： 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 10 频繁翻动物料 , 物料的表皮损坏很小 , 对其后一步的加工意义很大 , 可产生较大的经济效益。 (3) 节约干燥场地 (土地资源 )对于农户小批量的干燥来说 , 干燥场地的问题不大 , 但是对于工厂、企业要进行大规模的干燥时 , 场地的问题就值得考虑。对于太阳能干燥可以节约场地这一点不难理解 , 能缩短干燥周期 , 就意味着单位时间单位面积的干燥量增加。以洱源县的 茈碧湖果品食品开发有限公司为例 , 其年加工梅子为 1500 吨 , 现有的 100 多亩的晒场基本能满足需要 , 而在产品需求量大的春秋两季则必须再租借临时场地才能应急 , 随着公司的规模扩大 ,土地已是一大问题。在土地资源更为紧张的东部沿海地区 , 这一点更为重要。 阳能干燥与采用常规能源的干燥装置相比具有以下优势 : (1) 节省燃料。就当纯蒸发一千克水计算 , 约需要 590 千卡的热量。据此估算 , 干燥一吨农副产品 , 要消耗 1吨以上的原煤 , 若是烟叶则需耗煤 , 据统计我国烟叶产量约为 420 万吨 , 目前大多采用农民自制的土烤房进行干燥 ,能耗很大 , 若采用太阳能干燥则节能效果非常明显。我国河南省长葛县在 70 年代末对太阳能烤烟的试验中能有效节约 25% - 30% 的常规能源。泰国在上个世纪 80 年代中期在这方面做过大量工作 , 其采用太阳能作为辅助能源烟叶干燥 ,试验证明能有效地节约 30% - 40% 的常规能源。 （ 2）具有环境保护功能。我国大气污染严重 , 40% 的国土面积已有酸雨 , 这主要源于煤 , 石油等燃烧后的废气排放 , 燃烧一亿吨化石燃料将释放约 7700 万吨 460 万吨 用太阳能干燥工农业产品 , 在节约化石燃料的同时 , 又可以缓解环境压力。 （ 3）运行费用低。就初投资而言 , 二者相差不大。但是在系统运行时 , 采用常规能源的机械干燥设备其燃料的费用是很高的 , 洱源县茈碧湖果品食品开发有限公司就购买一台采用燃煤的干燥设备 , 价值 10 余万元 , 一次可干燥 800 千克梅子 , 但须耗煤 900 千克。若采用太阳能干燥 , 设备投 (初投资 ) 二者相差不大 , 但是其运行时利用的是免费的太阳能资源 , 就 算太阳能干燥不能完全取代采用常规能源的干燥手段 , 通过设计使二者有机结合 , 可让太阳能提供的能量占到总能量消耗的较大比例 , 同样可节约大量运行费用。此外太阳能干燥装置各部分工作温度属中低温 , 安全可靠 , 而使用燃料的机械干燥装置还存在安全 山西农业大学工程技术学院毕业论文 11 隐患。 阳能干燥装置的物料衡算 (1)相关设计参数 山西地区 8 9 月的白天平均温度 1T =29，冷空气相对湿度 1 =35% ， 日均太阳能辐射量为 I =17534 2m d)；经过集热系统后热空气温度 2T =42，相对湿度 2 =17%；干燥后排出湿空气温度3T=35，相对湿度3=47%。太阳能集热器集热效率为 =50%。 2）干燥系统每天的排湿量 干燥系统每天的排湿量计算值为 ： 式中 ，日均排湿量， kg/d； k 苜蓿的干燥系数，即苜蓿干制过程中气化的水分质量与湿苜蓿质量的比值，约为 M 湿苜蓿质量， t 烘干时间， d。 计算得到干燥系统每天的排湿量为： 10 015 20 sm kg/d 3）干燥过程耗热量的计算 太阳能集热器每天需要供给的有效热量为 15 2312 s 式中 ， H 某一状态下空气的焓值， kJ/e 某一状态下的空气含湿量 ，kg/算得到干燥过程中每批物料耗热量为 ： 8 2 6 4 k J / 9 6 8 6 0 Q 刘才华： 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 12 表 1 空气在 3 种状况下的含湿量（ e）及焓值（ H） 冷空气 热空气 干燥后湿空气 （ 9， 1=35%） （ 2， 2=17%） （ 5， 3=47%） 含湿量 1/ 1e = 2e = 3e =值 1/ 1H = 2H = 3H=）太阳能集热器采光面积的计算 集热器的采光面积值为：中 ， r 热损失系数，即集热系统供给热量与换热装置实际利用热量的比值； I 哈密地区日均太阳能辐射量， )； 太阳能集热器集热效率， %。 因为自然条件、风阻及安装误差等原因造成换热装置热效率的损失，使得理论与实际产生差别，通过热损失系数 r= 由以上条 件可以计算出太阳能干燥装置 的太阳能集热板的 面积为 : 017 534 14 826 46.1 太阳能集热器实际面积为 28 2m ，由 14 块北京九阳太阳能设备厂制造的板式太阳能板组成。 阳能干燥装置的热能衡算 1111 2222 3333 图 3 1 太阳能干燥装置干燥原理图 空气在干燥过程中状态参数变化如图 3一 设 太阳能干燥器在稳条件下连续作业，且进入温室的热量全部用来使物料内的水分蒸发。对于太阳集热器一温室型干燥装置，假设干燥所需空气量为 集热器和温室所提的能量为 : ）集 01cc ）室 12ss 干燥室 空气集热器 山西农业大学工程技术学院毕业论文 13 其中，2m ； 2m ; 为干燥时间 ,h；c为集热器热效率；s为温室的热效率；2m 阳能干燥器的基本类型 我国各地试验的各种太阳能干燥装置有多种形式，大体上可分为 :温室型、集热器型、集热器与温室结合型和抛物面聚光型等。 温室型太阳能干燥器 :干燥器的结构 与栽培农作物的温室相似，温室即为干燥室，待干物料置于温室内，直接吸收太阳辐射，温室内的空气被加热升温，物料脱去水分，达到干燥的目的。温室型干燥器一般都设有排风装置，排去含湿量大的空气，加快物料的干燥周期。这种干燥器结构简单，造价低廉。温室型干燥器如果通风不好，将直接影响干燥效果。 集热器型太阳能干燥器 :由太阳能空气集热器与干燥室组合而成的干燥装置，这种干燥器利用集热器把空气加热，然后通入干燥室，物料在干燥室内实现对流热 量 交换过程，达到干燥的目的。干燥器一般设计为主动式，用风机鼓风以增强对流换热效果。这种干燥 器适合不能受阳光直接曝晒的物料干燥，如 牧草、鹿茸、啤酒花、切片黄蔑、木材、橡胶等。 集热器 温室型太阳能干燥装置 :物料一方面直接吸收透过玻璃盖层的太阳辐射，另一方面又受到来自空气集热器的热风冲刷，以辐射和对流换热方式加热物料，适用于干燥那些含水率较高、要求干燥温度较高的物料。 聚光型太阳能干燥器 :一般的聚光型太阳能干燥器属于中温干燥，可提供 80 120的干燥温度，类似于普通的聚光集热器，由聚光镜、集热吸收管等组成。干燥速度快但结构复杂，造价较高。 牧草含水率较高，适宜干燥温度为 40一 70，所以此实验我们 选择集热器一温室型干燥装置。 刘才华： 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 14 阳能干燥装置方案选择 太阳能干燥装置方案选择主要考虑大农户的使用 , 它的设计思想基于连续烘干作业 , 不受天气和夜间的影响。采用此方法的最大好处是白天利用太阳能产生热风 ,晚上用热风炉加热 , 二者相互配合 , 取长补短 , 可大大缩短烘干周期。烘干室地面铺设轨道 , 料盘架用小车推入 , 内墙壁采用保温隔热层 ,安装太阳能空气集热器 时选择 最佳位置接受阳光的辐射。 集热器的 集气管与热风炉进气孔接通 , 使太阳能采气系统和热风炉加热系统结合起来。太阳能空气集热器直接吸收太阳辐射能 , 空气则由 于温室效应而被加热。干燥室内安装轴流风机 , 使空气在干燥室中不断循环 , 并使其上下穿透物料层 , 使物料表面增加与热空气接触的机会。在混合型太阳能干燥装置内 , 装有干湿球温度传感器控制进风和排风。白天可根据天气情况随时启动热风炉补充加热 , 夜晚主要用热风炉提供热风。 12. 换热装置底脚 13. 换热装置 14. 换热装置 进料口 单位：（ 图 1 太阳能干燥装置简图 阳能空气集热器的设计 太阳能空气集热器是太阳能干燥器的主要部件，一般由吸热体、盖板、保温山西农业大学工程技术学院毕业论文 15 层和外壳构成。太阳辐射能转换为热能主要在吸热体上进行，吸热体由对太阳辐射高吸收率的材料制成或覆盖高吸收性能的材料。吸热体首先吸收太阳辐射，将辐射能转换成自身的热能，自身温度升高。当室外空气流经 太阳能集热器 时，通过对流利用太阳能干燥 苜蓿 的实验研究换热，加热冷空气。 本项目研究中，我们设计了三种类型的空气集热器形式，并进行了比较实 （ 1） 单风道平板型空气集热器 该空气集热器吸热板为平板，吸热板芯采用半成品阳极氧化板，只有一个风道，处于吸热板上部，背面加保温材料绝热。此类空气集热器的优点是结构简单、制作工艺不复杂、空气流通顺畅、造价低，缺点是空气与吸热板之间的换热系数低，集热器效率不高 ;背部高温的吸热板直接与保温层相接，保温材料寿命较短。 太阳能冷空气 热 空气图 4一 1单风道平板型空气集热器 （ 2） 双风道 该集热器是在第一种空气集热器的基础上设计的，目的在于解决空气与平板间换热系数低及背部保温材料的问题。在外框尺寸不变的情况下，将 平面吸热板换为 风道，其优点有 :由于射入 高了对太阳辐射的吸收 ;加大了空气与吸热板的换热面积 ;空气流经 大了换热系数，从而得到较高的集热器出口风温。但在实验过程中，集热器靠上段板温很高，这说明吸热板上的热量没有被充分带走。其原因是使用 气流动阻力变大，空气流量小，集热器效率不高，应适当加大风道。 刘才华： 太阳能苜蓿干燥装置设计方案 16 太阳辐射冷空气 热空气图 4一 2双风道 （ 3） 加大双风道 通过对一、二两类空气集热 器的研究分析，本次实验我们采用加大双风道 装置具有以下一些优点 : 吸热板处于集热器的中下部，构成上下两个风道，增加了空气与吸热板的换热面，有利于空气带走集热板上的热量 : 为解决第二类集热器上端板温较高的问题，我们加高了风道尺寸以减小空气流通阻力，增大风量 ;考虑到有两个风道且风道尺寸较大，我们把集热器加长，目的在于拉长空气被加热的过程，避免因风道过大而造成风温较低 ; 经实验验证，该类型集热器与一、二类相比风温并不降低，在晴好天气出口风温可保持 50以上，最高温度达 70以上 ; 集 热器后段板温不高，空气能较好的带走板芯上的热量。 60138683040300045图 4一 3加大双风道 山西农业大学工程技术学院毕业论文 17 表 4一 1三种空气集热器的比较 (集热器类型 集热器尺寸 风道数量 风道尺寸 板温 单风道平板型空气集热器 2000 1000 100 1（上） 60 高 双风道 2000 1000 100 2（上、下） 25（上） 15（下） 高 加大双风道 3000 1000 180 2（上、下） 68（上