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我国太阳能干燥的研究与应用

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2010/5/26 11:05:55   

 关键词:  太阳能 太阳能干燥

  人类利用太阳能历史最悠久、应用最广泛的应属太阳能干燥。自从人类学会狩猎、耕种、养殖以来,就学会了利用太阳能把食品、农副产品干燥加工,保存起来。这种直接的摊晒、晾晒的干燥方法一直延续了几千。 
  直到现在,可算是被动式的太阳能干燥应用。这种传统的方法干燥效率低、周期长、占地面积大,易受风沙、天气的影响,也容易受灰尘、苍蝇、虫蚁的污染,影响食品和农产品的质量,造成损失。  
  七十年代以来,世界各国开始重视能源问题,开展了太阳能热利用研究,其中也开始了太阳能干燥的研究。这种以科学原理为基础,主动地利用太阳能对产品进行干燥的工艺和技术,是本文所讨论的太阳能干燥的范围。 
   在我国,太阳能干燥首先是在一些生产单位搞起来的,如山西省稷山县姚村的红枣干燥、北京市大兴县青云店的小麦干燥、海南岛岭脚热作场的橡胶干燥等等。从1976一1986年10年问,据不完全统计,分别由几十个单位建成了近60座试验性的和生产性的太阳能干燥装置,总采光面积达5000多m2,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卧注,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。  
  太阳能干燥直接为工农业生产服务的应用前景,以及在发展过程中存在的问题,引起了国家有关部门和科研单位的重视。

  中国太阳能学会热利用专业委员会组织专家对我国太阳能干燥的现状和发展进行了调研和论证,为我国太阳能干燥的研究目标和发展方向,以及制定“七五”科技攻关计划提供了科学的依据。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,内容包括应用基础性研究和示范性工程。  “七五”计划结束时,“太阳能干燥”项目圆满完成,取得了一批重大科研成果,其中包括,物料干燥特性试验研究,太阳能空气集热研究,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,据不完全统计,到目前为止,全国太阳能干燥装置总采光面积约为15000m2,成绩是巨大的。但与近千万平方米保有量的太阳能热水器相比,太阳能干燥的发展就显得落后了。这其中有各种各样的原因:首先,太阳能干燥没有很好地实现产品化、商品化,没有形成规模化产业,当然,这也与太阳能干燥应用多样化、不容易统一的特点有关;其次,太阳能干燥有较强的技术性,特别是与干燥工艺有密切关系。从事太阳能干燥的不少科研单位由于经费问题和体制的改变,停止了太阳能干燥的开发和推广工作,而应用的对象大多在技术力量薄弱的农村,不容易掌握新的技术,造成技术与用户之间的脱节;第三,与千家万户一年四季都能使用的太阳能热水器不一样,太阳能干燥应用在农村有很强的季节性,使用率不高,应用在工业上,需要的能量一般都很大,单纯利用太阳能又解决不了问题。这都是影响太阳能干燥推广应用的客观原因。  总的来说,太阳能干燥的技术是成熟的,应用于农副产品的加工,能提高产品质量、缩短干燥周期、减少能耗,有较好的经济和社会效益,值得大力提倡和推广。本文将回顾和介绍我国20年来太阳能干燥基础研究和开发应用的发展过程与取得的成果。

  由于从事该项研究和应用工作的单位很多,报道难免挂一漏万,敬请原谅。1物料干燥特性的研究  太阳能干燥的对象我们称之为物料。不同物料有不同的干燥特性,即使是同一种物料在不同干燥阶段也会表现出不同的特性。因此,只有掌握了干燥过程物料的内部特性,才能确定合理的干燥工艺。物料的内部因素包括物料自身的成分、结构、形状、含水量、湿分与物料的结合形式,以及导热系数、比热容等热物理参数。干燥工艺的本质是一个传热、传质的过程,利用干燥介质的物理特性,如温度、相对湿度、比热容等,配合不同的物料在不同的干燥阶段,组织气流、设定风速以及与物料的接触方式等等。只有掌握了内在的规律性,才能达到保证产品质量、节约能源,取得最佳经济效益的目的。  

  为此,“物料干燥特性的研究”列入国家“七五”科技攻关项目,由天津大学热能研究所主持,中国农业科学院气象研究所、中国科学院广州能源研究所、上海机械学院太阳能室等单位参加承担了该项任务。根据攻关任务的要求,天津大学设计建造了“物料干燥特性试验台”,该装置使用200mm×200mm风道系统,有加热、加湿设备,配有空气流量(流速)、温度、相对湿度和物料温度、重量等参数测量的传感器和数字显示仪表,并采用微机实现试验工况的自动调节控制。在此装置上,天津大学做了生姜、虾仁、月见草油胶丸、胡萝卜脯、红薯条、香菇、山楂、苹果、鸭梨、陈皮、丹参、虾饲料、脉通丸、蚊香、玉米粒、花生仁、香肠等17种物料的干燥特性。中国农业科学院气象研究所做了人参、西洋参、金针菇、生地、金养麦、天麻、猴头菇7种物料的干燥特性。中国科学院广州能源研究所做了西红柿干燥特性试验。上海机械学院做了当归、佛手片、芦笋、桔皮4种物料试验。上述物料包括了名贵中药、中成药片、药丸、食用菌、水产、果脯、蔬菜、饲料、日用品、粮食、腊味、油料等13种门类共29个品种。根据所获得的大量的数据,绘制了相应的物料干燥特性曲线,建立了有关物料的干燥数学模型,提出了合理干燥工况的建议。所得的物料干燥特性,不仅对这些物料本身有实用意义,而且对同类物料也有一定的参考价值,同时也为太阳能干燥装置的设计、建造和运行提供了科学依据。 

  1984年,清华大学也对两种中药材(黄芪、甘草软片)的干燥特性进行了实验研究。在不同温度、湿度状况下测定它们的w—T[w——湿基含水率(%),T——干燥时间(h)〕和R一w[R——干燥速率,(g/m2.h〕的关系曲线,得出平衡含水率。研究的结果可帮助选定太阳能干燥装置的工作温度、湿度、干燥周期和采光面积等参数。2太阳能空气集热器的研究  太阳能空气集热器是一种利用太阳能把空气加热升温的装置,把热风送入装有物料的干燥室,就组成了集热器型干燥器。空气集热器是太阳能干燥工艺中最常用的关键的部件,太阳能空气集热器产生的热风也可以用作采暖用途,因此,应当作全面的理论分析和实用性研究。 
  “太阳能空气集热器的研究”也列为“七五”科技攻关项目的课题。清华大学、天津大学、华中理工大学、中国科技大学、中国科学院广州能源研究所、北京市太阳能研究所、上海市能源研究所单位对太阳能空气集热器进行了大量的研究工作。主要是研究各种新型的太阳能空气集热器,集热器的传热分析和计算模型,以及太阳能空气集热器定型设计、实现商品化和小批量生产。

来源:中国新能源网
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