一种热泵连续式粮食干燥装置的制作方法

本实用新型涉及粮食干燥技术领域，具体涉及一种热泵连续式粮食干燥装置。

背景技术：

干燥是农产品加工的重要环节，在各类农产品的加工过程中，干燥环节起到了承上启下的作用，一方面保证了产品的质量，减少了损失；另一方面又为下道工序提供了优质的原料。同时干燥也是农产品加工各单元中耗能最大的环节。为了保证粮食质量，干燥时既要快速，又要有效。干燥方法不恰当，不仅降水效果差，同时影响到粮食商品价值和营养价值，如粮食的外观、组织和化学成分。所以，研究发展合适的干燥技术，减少粮食在储藏和干燥过程中的损耗是确保粮食安全的重要举措。

目前，我国现存的大型粮食干燥系统多为多段塔式燃煤干燥系统，其在对玉米进行干燥过程中，热空气与玉米只进行一次换热，随后生成的高温高湿废气被直接排入了大气。其中，干燥段排出的废气，其温度为30℃～60℃，相对湿度为40％～70％；冷却段排出的废气，其温度为10℃～40℃，相对湿度为10％～40％。被排入大气的废气不仅含有大量热量，而且还夹杂着许多玉米绒和粉尘，每套300t/d的粮食干燥系统每天可排出约6×10⁵m3废气到环境中，从而造成了能量的巨大浪费和环境的严重污染，而且燃煤干燥系统干燥后的玉米等粮食还存在颜色暗淡，糊粒儿较多的问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种热泵连续式粮食干燥装置，用以解决现有粮食干燥设备能耗大、环境污染严重、粮食干燥品质差的问题。

为实现上述目的，具体地，该热泵连续式粮食干燥装置包括粮食干燥塔和热泵机组，粮食干燥塔由上至下依次包括预热段、干燥段和冷却段，粮食干燥塔上开设有连通干燥段的热风入口和连通冷却段的冷风入口，粮食干燥塔上设有干燥回风室和冷却回风室，干燥回风室连通干燥段的出风口，冷却回风室连通冷却段的出风口，多组所述的热泵机组串联设置在干燥回风室的出风口和所述的热风入口之间。干燥回风室排出的高温高湿空气先经过串联的多个热泵机组的蒸发器除湿，然后与新风混合后经串联的多个热泵机组的冷凝器逐级加热。这样，每个热泵系统的蒸发温度和冷凝温度差值减小，系统的压比也相应减小，使得热泵系统的性能和效率得到大幅改善。分级除湿能够增强除湿效果，分级加热的设定可使空气加热过程更加合理。而单台热泵机组工作时，蒸发温度和冷凝温度分别在20和80℃，压缩机的压比达到4.8，压缩机的耗功跟压比成正比，可见单台热泵机组工作时系统效率将显著降低，所以本实用新型实施例采用了多台热泵机组串联的工作方式，有效提高了干燥装置的工作效率，降低能耗，而且本实用新型实施例干燥介质的循环方式主要为闭式循环，干燥介质在系统内循环，在利用余热的同时防止排入大气造成环境污染。

所述冷却回风室的出风口通过冷却回风管路连接在热泵机组的冷凝器进风侧。

所述冷却回风室的出风口与干燥回风室的出风口之间设有热管换热器，冷却回风室的出风口的空气经过热管换热器后进入所述的预热段，干燥回风室的出风口的空气经过热管换热器后进入热泵机组的蒸发器进风侧。针对粮食干燥塔中预热段、干燥段及冷却段排出的废气温湿度特点，从节能的角度考虑把冷却段排出的废气与干燥段排出的高温高湿的废热空气进行热交换后引到预热段，同时对排出干燥段的废气降温使其更接近饱和状态，减少蒸发器除湿的能耗。由干燥段排出的高温高湿空气先经过除湿蒸发器降温降湿后，湿空气内的水蒸气在蒸发器表面凝结成水排出系统外，低温低湿的空气经过冷凝器升温后进入干燥塔内部，与粮食进行热湿交换，干燥装置的能耗更低。

所述干燥回风室的出风口设有第一除尘装置，冷却回风室的出风口设有第二除尘装置。粉尘产生于玉米等粮食脱粒过程、输送过程和干燥机排出的废气,主要是玉米的皮屑和杂质。玉米糠皮质量较轻，在传统的燃煤干燥中是随废气直接排到大气，使得周围环境非常恶劣，而热泵干燥过程中的玉米糠皮随热空气会来到蒸发器，如果附着到蒸发器翅片管的表层会对空气、制冷剂的换热性能造成不良影响，所以本申请实施例设计了除尘装置对干燥塔排出的废气进行有效过滤、收集糠皮，避免环境污染的同时保证热泵机组长期稳定工作。

所述第一除尘装置包括旋转架、固定架、除尘过滤网和旋转机构，旋转架转动设置在固定架上，除尘过滤网设置在旋转架上，旋转机构固定在固定架上，旋转机构连接并带动旋转架旋转。

干燥回风室的出风口设有第一除尘室，冷却回风室的出风口设有第二除尘室，第一除尘装置设置在第一除尘室内，第二除尘装置设置在第二除尘室内，第一除尘室的一侧连通干燥回风室的出风口，另一侧通过管路连通热管换热器，第二除尘室一侧连通冷却回风室的出风口，另一侧通过管路连通热管换热器；固定架固定放置在第一除尘室的地面上，旋转架旋转设置在干燥回风室的出风口一侧。

所述热泵连续式粮食干燥装置还包括辅助电加热机构，辅助电加热机构包括第一电加热单元和第二电加热单元，第一电加热单元设置在第一组热泵机组的冷凝器进风侧，第二电加热单元设置在最后一组热泵机组的冷凝器出风侧。

所述热泵机组的蒸发器连接有排水装置。

所述排水装置包括接水盘、接水槽、接水池、排水管和深水井，接水盘固定在蒸发器的下侧，蒸发器的两侧分别设有接水槽，接水盘两端的出水孔连接蒸发器两侧的接水槽，接水槽中的水汇入接水池中，接水池中通过排水管连接深水井。

本实用新型实施例具有如下优点：

干燥回风室排出的高温高湿空气先经过串联的多个热泵机组的蒸发器除湿，然后与新风混合后经串联的多个热泵机组的冷凝器逐级加热。这样，每个热泵系统的蒸发温度和冷凝温度差值减小，系统的压比也相应减小，使得热泵系统的性能和效率得到大幅改善。分级除湿能够增强除湿效果，分级加热的设定可使空气加热过程更加合理。而单台热泵机组工作时，蒸发温度和冷凝温度分别在20和80℃，压缩机的压比达到4.8，压缩机的耗功跟压比成正比，可见单台热泵机组工作时系统效率将显著降低，所以本实用新型实施例采用了多台热泵机组串联的工作方式，有效提高了干燥装置的工作效率，降低能耗，而且本实用新型实施例干燥介质的循环方式主要为闭式循环，干燥介质在系统内循环，在利用余热的同时防止排入大气造成环境污染。

本实用新型实施例通过热泵机组代替了燃煤系统，热泵干燥系统在干燥物料过程中，能够实现对干燥器内部温度和湿度的精确控制。另外，热泵干燥接近于自然干燥，干燥方式温和，干燥过程中物料表面水分的蒸发速度与内部向表面的迁移速度比较接近，从而使干燥出来的物品品质好、色泽好、产品等级高。

针对粮食干燥塔中预热段、干燥段及冷却段排出的废气温湿度特点，从节能的角度考虑把冷却段排出的废气与干燥段排出的高温高湿的废热空气进行热交换后引到预热段，同时对排出干燥段的废气降温使其更接近饱和状态，减少蒸发器除湿的能耗。由干燥段排出的高温高湿空气先经过除湿蒸发器降温降湿后，湿空气内的水蒸气在蒸发器表面凝结成水排出系统外，低温低湿的空气经过冷凝器升温后进入干燥塔内部，与粮食进行热湿交换，干燥装置的能耗更低。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的示意图。

图2为本实用新型实施例1第一除尘装置的示意图。

图3为本实用新型实施例1排水装置的示意图。

图4为本实用新型实施例1制冷剂在热泵机组中的状态变化图。

图5为本实用新型实施例1空气循环过程状态变化流程图。

图6为本实用新型实施例1各级热泵机组的功率示意图。

图7为本实用新型实施例1各级热泵机组的除水速率示意图。

图8为本实用新型实施例1各级热泵机组的cop及smer的示意图。

图9为本实用新型实施例2各级热泵机组的压比及功率示意图。

图10为本实用新型实施例2各级热泵机组的cop及smer的示意图。

图11为本实用新型实施例3的示意图。

图中：1-粮食干燥塔2-预热段3-干燥段4-热风入口5-冷风入口6-冷却段7-干燥回风室8-第一除尘室9-热泵机组10-蒸发器11-冷凝器12-第一电加热单元13-第二电加热单元14-第二除尘室15-冷却回风室16-热管换热器17-旋转架18-除尘过滤网19-第一链轮链条机构20-第二链轮链条机构21-电机22-固定架23-第一涨紧链轮24-第二涨紧链轮25-接水盘26-接水槽27-接水池28-排水管29-深水井30-冷却回风管路。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“内、外”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例1

参见图1，该热泵连续式粮食干燥装置包括粮食干燥塔1和热泵机组9，粮食干燥塔1由上至下依次包括预热段2、干燥段3和冷却段6，粮食干燥塔1上开设有连通干燥段3的热风入口4和连通冷却段6的冷风入口5，粮食干燥塔1上设有干燥回风室7和冷却回风室15，干燥回风室7连通干燥段3的出风口，冷却回风室15连通冷却段6的出风口，多组热泵机组9串联设置在干燥回风室7的出风口和热风入口4之间。干燥回风室7排出的高温高湿空气先经过串联的多个热泵机组9的蒸发器10除湿，然后与新风混合后经串联的多个热泵机组9的冷凝器11逐级加热。这样，每个热泵系统的蒸发温度和冷凝温度差值减小，系统的压比也相应减小，使得热泵系统的性能和效率得到大幅改善。分级除湿能够增强除湿效果，分级加热的设定可使空气加热过程更加合理。而单台热泵机组9工作时，蒸发温度和冷凝温度分别在20和80℃，压缩机的压比达到4.8，压缩机的耗功跟压比成正比，可见单台热泵机组9工作时系统效率将显著降低，所以本实用新型实施例采用了多台热泵机组9串联的工作方式，有效提高了干燥装置的工作效率，降低能耗，而且本实用新型实施例干燥介质的循环方式主要为闭式循环，干燥介质在系统内循环，在利用余热的同时防止排入大气造成环境污染。

通常粮食干燥塔1具有多层，本实施例以粮食干燥塔1有24层为例进行说明，由下往上，第1～3层为冷却段6，4～21层为干燥段3，22～24层为预热段2。

冷却回风室15的出风口与干燥回风室7的出风口之间设有热管换热器16，冷却回风室15的出风口的空气经过热管换热器16后进入预热段2，干燥回风室7的出风口的空气经过热管换热器16后进入热泵机组9的蒸发器10进风侧。针对粮食干燥塔1中预热段2、干燥段3及冷却段6排出的废气温湿度特点，从节能的角度考虑把冷却段6排出的废气与干燥段3排出的高温高湿的废热空气进行热交换后引到预热段2，同时对排出干燥段3的废气降温使其更接近饱和状态，减少蒸发器10除湿的能耗。由干燥段3排出的高温高湿空气先经过除湿蒸发器10降温降湿后，湿空气内的水蒸气在蒸发器10表面凝结成水排出系统外，低温低湿的空气经过冷凝器11升温后进入粮食干燥塔1内部，与粮食进行热湿交换，干燥装置的能耗更低。

本实施例提出的热泵系统近似于封闭式热泵干燥系统，干空气在干燥塔内等焓吸湿，玉米水分被带走，湿空气经过多级蒸发器10降温除湿后，将携带的水分排出系统外，多级冷凝器11加热后，进入干燥塔。整个干燥过程中没有废气排放到环境中，干燥温度不受环境温度的限制。和常规的对流干燥相比，热泵干燥具有以下特点：

(1)高效节能。高效节能是热泵干燥系统的主要优点，也是热泵最初被应用的出发点。热泵在运行过程中，1份电能通常可产生3-4份的热能^[94]，其热效率明显很高。热泵干燥系统中加热干燥介质的热量主要来自回收干燥器排出的温湿空气中所含的显热和潜热，需要用户输入的能量只有热泵压缩机的耗能以及风机等辅助部件的少量耗能，而热泵又有消耗少量能量可制取大量热能的优势。因此，与常规干燥装置相比，热泵干燥装置的能源效率高，具有明显的节能优势。

(2)提高干燥品质。热泵干燥系统在干燥物料过程中，能够实现对干燥器内部温度和湿度的精确控制。另外，热泵干燥接近于自然干燥，干燥方式温和，干燥过程中物料表面水分的蒸发速度与内部向表面的迁移速度比较接近，从而使干燥出来的物品品质好、色泽好、产品等级高。

(3)干燥条件可调范围大。实际运行过程中，热泵干燥系统的温度和湿度可调范围大，其中温度调节范围为-20℃～100℃、湿度调节范围为15％～80％，从而能够满足多种物料的干燥加工。

(4)环境友好。热泵干燥系统运行过程中，干燥介质在其内部封闭循环，整个运行过程中不会有粉尘、挥发性物质及异味随干燥废气排入到环境中，避免造成环境的污染；另外，从干燥器中排出的废气被热泵余热回收，并用来加热干燥介质，避免对环境造成热污染。

干燥回风室7的出风口设有第一除尘室8，冷却回风室15的出风口设有第二除尘室14，第一除尘室8内设有第一除尘装置，第二除尘室14内设有第二除尘装置，第一除尘室8的一侧连通干燥回风室7的出风口，另一侧通过管路连通热管换热器16，第二除尘室14一侧连通冷却回风室15的出风口，另一侧通过管路连通热管换热器16。粉尘产生于玉米等粮食脱粒过程、输送过程中，粮食干燥后排出的废气中的粉尘主要是玉米的皮屑和杂质。玉米糠皮质量较轻，在传统的燃煤干燥中是随废气直接排到大气，使得周围环境非常恶劣，而热泵干燥过程中的玉米糠皮随热空气会来到蒸发器10，如果附着到蒸发器10翅片管的表层会对空气、制冷剂的换热性能造成不良影响，所以本申请实施例设计了除尘装置对干燥塔排出的废气进行有效过滤、收集糠皮，避免环境污染的同时保证热泵机组9长期稳定工作。

热泵连续式粮食干燥装置还包括辅助电加热机构，辅助电加热机构包括第一电加热单元12和第二电加热单元13，第一电加热单元12设置在第一组热泵机组9的冷凝器11进风侧，第二电加热单元13设置在最后一组热泵机组9的冷凝器11出风侧。辅助电加热机构主要有两个作用：1)干燥装置运行的前期，由于外界环境温度低，热泵机组9无法正常启动，必须先对热泵机组9进行预热，为了使系统循环空气的温度快速升高，需要启动辅助电加热机构对循环空气进行加热，从而尽快使系统达到稳定运行状态；2)粮食干燥装置稳定运行过程中，热泵机组9中的某级热泵可能会因为某个零部件出现故障无法正常运转，此时可以启动辅助电加热机构对系统进行临时供热，从而不影响玉米的正常干燥。

参见图2，第一除尘装置包括旋转架17、固定架22、除尘过滤网18和旋转机构，固定架22固定放置在第一除尘室8的地面上，旋转架17转动设置在固定架22上，旋转架17旋转设置在干燥回风室7的出风口一侧，除尘过滤网18设置在旋转架17上，旋转机构固定在固定架22上，旋转机构连接并带动旋转架17旋转。本实施例中的旋转机构包括电机21、第一链轮链条机构19和第二链轮链条机构20，电机21固定在固定架22上，第一链轮链条机构19连接旋转架17的旋转轴和第二链轮链条机构20，第一链轮链条机构19的链条连接有第一涨紧链轮23，第二链轮链条机构20的链条连接有第二涨紧链轮24。第二除尘装置相对于第一除尘装置较为简单，可以将一条口径长度3m的除尘布袋连接在冷却回风室15的出风口，直接将除尘布袋固定在冷却回风室15的出风口即可，实现玉米干燥过程中对冷却风的除杂。

参见图3，热泵机组9干燥过程中，热泵机组9的蒸发器10表面会有大量水冷凝下来，需要通过排水系统及时排走，从而保证干燥装置的正常运行，因此热泵机组9的蒸发器10连接有排水装置。排水装置包括接水盘25、接水槽26、接水池27、排水管28和深水井29，接水盘25固定在蒸发器10的下侧，蒸发器10的两侧分别设有接水槽26，接水盘25两端的出水孔连接蒸发器10两侧的接水槽26，接水槽26中的水汇入接水池27中，接水池27中通过排水管28连接深水井29。

本实用新型实施例的粮食干燥装置的控制系统采用采用plc集成控制系统。整个玉米干燥过程中采用自动恒温控制，24小时连续干燥作业，自动化、智能化程度高。

热泵系统的性能指标通常用制热系数cop表示，对蒸气压缩式热泵循环而言，cop指的是热泵制热量与热泵消耗的能量之比，这种评价方法的依据是热力学第一定律，具体为能量的数量守恒关系。因为热泵是热泵干燥系统的供热装置，所以cop也可以作为评价热泵干燥系统性能的指标之一。

单位能耗除湿量(specificmoistureextractionrate，简称smer)定义为消耗单位能量所除去物料中的水分量(即物料中的水分去除量与热泵干燥装置消耗的能量之比)，该指标是反映热泵干燥系统综合性能的主要指标，目前大部分文献也都采用该指标来表示热泵干燥系统的性能。为了便于评定热泵干燥系统的性能，本实施例在下面的分析中也将smer作为热泵干燥系统的性能评价指标。

参见图4，在大型玉米热泵干燥系统中，各级热泵都采用单级蒸气压缩式热泵的形式，图中分a6-a1为制冷剂在蒸发器10内的等压蒸发过程；a1-a2为制冷剂蒸气在蒸发压力下的过热过程；a2-a3为压缩机压缩制冷剂的做功过程；a3-a4为高温高压的制冷剂过热蒸气在冷凝器11内的等压冷却、冷凝过程；a4-a5为制冷剂液体的过冷过程；a5-a6为制冷剂经过膨胀阀的等焓节流过程。

对各级热泵进行热力性能计算时要借助图4，首先确定各级热泵的制冷量，然后根据给定的使用条件确定其蒸发温度to、冷凝温度tk、过冷度δtg、过热度δtr，最后在图4上查出各状态点的参数值。下面根据图5对各级热泵进行热力性能计算：

(1)单位质量制冷量

q0＝h2-h6(3-1)

式中，q0为单位质量制冷量，kj/kg；h2、h6分别为a2点和a6点的比焓，kj/kg。

(2)单位容积制冷量

式中，qv为单位容积制冷量，kj/m³；v2为a2点制冷剂蒸气的比体积，m³/kg。

(3)制冷剂质量流量

式中，qm为制冷剂质量流量，kg/s；q0为热泵的设计制冷量，kw。

(4)压缩机的理论比功

w0＝h3'-h2(3-4)

式中，w0为压缩机的理论比功，kj/kg；h3′为a3’点的比焓，kj/kg。

压缩机指示比功

wi＝h3-h2(3-6)

式中，wi为压缩机的指示比功，kj/kg；ηi为压缩机的指示效率；h3为a3点的比焓，kj/kg。

(5)压缩机运行的理论功率

压缩机运行的指示功率

(6)制冷剂体积流量

式中，qv为制冷剂体积流量，m³/s。

(7)冷凝器11单位热负荷

qk＝h3-h5＝h3-h6(3-11)

式中，h5为a5点的比焓，kj/kg；qk为冷凝器11单位热负荷，kj/kg。

(8)冷凝器11热负荷

式中，qk为冷凝器11的热负荷，kw。

(9)各级热泵循环的供热系数

参见图5，大型玉米热泵干燥系统运行过程中，湿空气发生着不同的状态变化，为了进一步分析循环过程中空气温度、湿度的变化过程，下面用湿空气的温湿图对该变化过程进行详细的分析。其中，状态b12表示经冷凝器11加热后的热空气，考虑到热损失，实际进入烘干塔的空气b13的温度略有降低，b12-b13表示送风管道的漏热过程；空气13进入烘干塔内开始对玉米进行干燥，b13－b1表示空气干燥粮食的等焓加湿过程，粮食内的水分被空气带出；1点表示离开烘干塔干燥段3回风室的湿空气状态，出干燥塔的湿空气b1经过热管换热器16吸热端换热器的时候先降温至其露点温度1′，继续降温开始有水析出，b1′-b2表示湿空气流经热管换热器16吸热端的降温排湿状态变化过程，湿空气中的部分水分在吸热端换热器上析出，b2点的含湿量d2与b1′点的含湿量d1′之差，即表示1kg湿空气流经热管换热器16吸热端所排出的水分；b2-b3、b3-b4、b4-b5、b5-b6分别表示湿空气经过第一级、第二级、第三级和第四级蒸发器10时被降温排湿的过程；b6点表示第四级蒸发器10出口的低温低湿空气。b6-b7表示低温低湿的空气与烘干塔冷却段6排出的空气的混合过程，b7点为混合后的空气状态，其温度和湿度增大；b7-b8表示空气流经热管换热器16放热端被加热的过程；b8-b9、b9-b10、b10-b11、b11-b12分别表示空气经过第四级、第三级、第二级和第一级冷凝器11时被加热的过程，从而完成一个状态变化循环过程。

大型玉米热泵干燥系统的cop

在大型玉米热泵干燥系统中，热泵是为整个系统提供热量的装置，所以可以用热泵系统的cop评价整个系统的性能情况，cop指的是热泵产生的热量与其耗费的能量的比值，其公式表达形式为：

式中，cop为热泵制热系数；qc为热泵的制热量，kw；wtot为热泵消耗的能量，kw；qev为热泵的制冷量，kw。

实际干燥过程中，大型玉米热泵干燥系统制取的热量qc主要消耗在四个方面，分别为加热玉米所消耗的热量、蒸发玉米中水分所消耗的热量、加热循环空气所消耗的热量和整个干燥装置向外界环境散热时消耗的热量。

下面做一个假设，假设热泵冷凝器11的热量全部用于蒸发玉米中的水分，那么有

式中，gw为干燥装置的脱水速率，kg/h；γ为水的蒸发潜热，j/kg，100℃时水的蒸发潜热为2255kj/kg或1.596kg/(kw.h)。

实际运行过程中，不同类型和结构的热泵干燥系统的平均cop情况不同。当热泵干燥系统用燃气发动机驱动其运行时，其运行过程中可以对燃气发动机排放的热量进行回收利用，所以其耗费的燃料量只有同样用于加热热水的燃气锅炉的一半左右，节能效果明显。另外，对于同一个热泵干燥系统，用燃气发动机驱动时比电驱动时的cop要高。

干燥装置的smer

式中mde为从玉米中出去水分的质量，kg；τ为干燥时间，h。第1个等式和第2个等式的用途不同，前者通常用于计算整个干燥过程的平均单位能耗除湿量，后者则通常用于计算单位时间的单位能耗除湿量。

为了分析smer和cop之间的关系，下面对公式(3-15)做一个简单处理：将其两边同时除以wtot，结合公式(3-14)和公式(3-16)，得到公式(3-17)

从公式(3-17)中不难发现，热泵干燥系统的smer和热泵的cop存在一种正比关系，和水的汽化潜热γ一种反比关系。

本实施例的热泵连续式粮食干燥装置以型号为300t/d的玉米热泵干燥系统进行测试，该系统的热泵机组9为四级，性能测试于2016年12月26日至2017年1月7日在黑龙江省穆棱市下城子镇新民村进行，实验过程中当地环境温度白天-10℃～-20℃、晚上-18℃～-25℃。性能测试时所用材料为平均含水率为34％的高水分玉米，经过干燥后，从粮食干燥塔1排出的玉米含水率为14％左右。

(1)风量大小测量

为了分析系统回风风量、补风风量和送风风量大小对系统性能的影响，需要对热管吸热端换热器迎风侧、补风口和玉米烘干塔干燥段3进风口的风速大小进行测量，并通过测量对应位置风口横截面积实现对风量的测量。

(2)循环空气温湿度测量

玉米热泵干燥过程中，为了分析研究系统干燥介质(空气)的状态变化情况，需要对干燥系统不同位置的空气状态参数(温度、湿度)进行实时测量。

(3)热泵机组9数据测量

实验过程中，各级热泵机组9运行工况不同，为了分析各级热泵机组9的性能，需要对各级热泵机组9的数据进行实时监测，监测的数据主要包括不同部位热泵工质温度和压力。

(4)玉米含水率测定

玉米热泵干燥实验过程中，需要对玉米的初含水率和终含水率进行不间断的测定，根据测定情况，进而对烘干塔的排粮速度进行实时调试，从而维持系统的稳定运行。

(5)除湿量测定

为了分析热管吸热端换热器及每级蒸发器10的除湿速率，实验过程中需要测量每小时对应换热器上冷凝水的重量。

测试结果与分析

系统性能测试过程中，测得回风风量115360m³/h，补风风量15230m³/h，总风量130590m³/h。湿空气经热管吸热端换热器及四级蒸发器10降温除湿后温度由30.5℃降为12.3℃，再经热管放热端换热器和四级冷凝器11加热后最终温度为67.2℃。整个过程中，系统每小时的潮粮(含水率34％)处理量为9022kg，干粮(含水率14％)排出量为6926kg。系统的除湿速率为2095.8kg/h，总功耗为538kw，smer为3.89kg/(kw·h)。下面对测试结果做出详细分析。

(1)热管换热器16测试结果与分析

测试过程中，湿空气经过吸热端换热器时，温度由30.5℃降为28.2℃，并有水在热管换热器16表面析出，析水量每小时346.6kg。与此同时，热管内部工质吸收湿空气中的热量温度由20.8℃升为29.2℃。湿空气经过放热端换热器时，温度由12.3℃升为28.5℃，温升8.2℃，与此同时，热管内部工质向低温湿空气释放热量后温度由25℃降为20℃。热管系统在吸热端吸收湿空气中的大量潜热并在放热端用这部分热量加热湿空气，节能效果明显。

(2)湿空气温度变化分析

湿空气经过热管吸热端换热器及第一至第四级蒸发器10时的温降分别为2.3℃、2.7℃、3.2℃、4.3℃、5.7℃，总温降18.2℃，温度由30.5℃降为12.3℃。湿空气经过第四至第一级冷凝器11时温升分别为14℃、11.5℃、10.5℃、7.2℃，总温升43.2℃，温度由24℃升为67.2℃。

(3)热泵机组9性能分析

测试过程中，第一级至第四级机组的蒸发温度分别为21.1℃、17.2℃、10.5℃、7℃，冷凝温度分别为69.1℃、60.3℃、51.6℃、39.2℃。可以看出，从第一级到第四级热泵机组9，各级热泵机组9的蒸发温度和冷凝温度差值逐渐减小。

各级热泵机组9的蒸发压力及冷凝压力情况：第一级至第四级机组的蒸发压力分别为0.48mpa、0.44mpa、0.32mpa、0.52mpa，冷凝压力分别为1.97mpa、1.59mpa、1.27mpa、1.4mpa。可以看出第一级至第四级机组的压比逐渐减小，其中第一级机组的压比最大，第四级机组的压比最小。

各级热泵机组9的功率如图6所示，从图中可以看出第一级机组功率最大，第四级机组功率最小，第一级至第四级热泵机组9的功率分别为103.5kw、98.8kw、93.7kw、81.5kw。

各级热泵机组9的除水速率如图7所示，第一级至第四级热泵机组9的除水速率分别为369.4kg/h、432kg/h、470kg/h、478kg/h，热泵系统每小时的除水量为1750kg，加上热管吸热端换热器每小时的除水量，系统每小时的总除水量为2095.8kg。

各级热泵机组9的cop及smer如图8所示，第一级至第四级热泵机组9的cop及smer均逐渐增大。其中，第一级至第四级热泵机组9的cop分别为3.9、4.6、5.4、6.75，smer分别为3.56kg/(kw.h)、4.37kg/(kw.h)、5kg/(kw.h)、5.87kg/(kw.h)。

为了便于玉米干燥过程的经济性比较，同一时间还用多段塔式燃煤玉米干燥塔对同一批玉米潮粮进行了干燥试验。测试过程中，通过每小时统计电表数的方法得出大型玉米热泵干燥系统和燃煤玉米干燥系统每小时的耗电量。300t/d玉米热泵干燥系统每小时的耗电量为540kw.h左右，系统各部分每小时的耗电量为：热泵机组9每小时的耗电量约为360kw.h，送风机每小时的耗电量约为125kw.h，回风机每小时的耗电量为28kw.h，冷风机、提粮机、排粮机、除尘器、传送带、照明等几部分每小时的耗电量共计27kw.h左右。

玉米热泵干燥和燃煤干燥试验的基本情况和经济分析如表1所示。测试过程中，热泵烘干塔每小时的玉米潮粮处理量为8669kg，每小时排出的玉米干粮为6653kg；燃煤烘干塔每小时的玉米潮粮处理量为3250kg，每小时排出的玉米干粮为2416kg。由表1可知，每得到1kg干玉米，热泵干燥比燃煤干燥节省成本0.033元，因此，玉米热泵干燥的经济效益显著。

表1玉米热泵干燥和燃煤干燥的经济性比较

由表1可知，玉米热泵干燥过程中，热泵干燥系统每小时的除湿量为2049kg，系统每小时耗电量538kw·h，系统除湿能耗比smer为3.81kg/kw·h，说明系统每消耗1度电可以从玉米种除去3.81kg的水分，整个试验过程中系统节能明显，干燥成本较低。

另外，为了对玉米热泵干燥系统和玉米燃煤干燥系统干燥后的玉米品质进行对比，分别从品相和玉米容重进行对比。从测试对比可以看出，经热泵干燥系统干燥后的玉米颜色鲜亮，没有糊粒儿；经燃煤干燥系统干燥后的玉米颜色暗淡，糊粒儿较多。

为了进一步对玉米热泵干燥系统和玉米燃煤干燥系统干燥后的玉米品质进行对比，使用玉米容重仪分别对玉米热泵干燥系统和玉米燃煤干燥系统干燥后的玉米进行容重测试。测试结果表明：对于同一批玉米潮粮，玉米热泵干燥系统干燥后的玉米容重为685～700g/l，而玉米燃煤干燥系统干燥后的玉米容重为670～680g/l。根据玉米的等级划分标准可知，对于同一批玉米，热泵干燥后的玉米为二等粮，燃煤干燥后的玉米为三等粮。

从上面结果可知，使用大型玉米热泵干燥系统对玉米进行干燥时，不仅干燥成本低，而且干燥后的玉米品质高。

实施例2

本实施例还对型号为50t/d的玉米热泵干燥系统进行了测试，性能测试于2015年12月15日至2015年12月29日在黑龙江省穆棱市下城子镇进行，实验过程中当地环境温度白天-15℃～-20℃、晚上-20℃～-30℃。性能测试时所用材料为平均含水率为33％的高水分玉米，经过干燥后，从玉米烘干塔排出的玉米含水率为14％左右。

测试结果与分析

(1)干燥塔回风室各层温湿度分布测试结果与分析

为了分析玉米热泵干燥过程中干燥塔回风室各层温湿度分布情况，在干燥塔回风室各层布置温湿度传感器，并通过agilent-34972a数据采集仪将各层的温湿度数据实时采集到电脑中。

玉米热泵干燥过程中粮食干燥塔1的干燥回风室7各层温湿度分布情况：粮食干燥塔1的干燥回风室7(4-11层)各层的温度从下往上依次降低、湿度逐渐升高。

(2)湿空气温度变化分析

测试过程中，第一级蒸发器10进口风温30℃、最后一级蒸发器10出口风温5℃，湿空气经过五级蒸发器10后的总温降为25℃。对于冷凝器11侧，第五级冷凝器11进口风温12℃，第一级级冷凝器11出口风温74℃，湿空气经过五级冷凝器11后的温升为62℃。

(3)热泵机组9性能分析

测试过程中，第一级至第五级机组的蒸发温度分别为23.1℃、19.8℃、15℃、5℃、4.5℃，冷凝温度分别为80℃、65℃、50℃、38.2℃、30℃。从第一级到第五级热泵机组9，各级热泵机组9的蒸发温度和冷凝温度差值逐渐减小。玉米干燥过程中，各级制冷量和制热量均随蒸发温度的升高而增大，第一级最大，制热量100kw，第五级最小为70kw。

参见图9，玉米干燥过程中，压比越大，压缩机耗功也急剧增加，由最小10kw升至33kw。

参见图10，玉米干燥过程中，各级热泵机组9的cop在3.3至6.5之间，smer在2.9kg/(kw.h)至4.4kg/(kw.h)之间，节能效果明显。

实施例3

参见图11，本实施例中的冷却回风室15的出风口通过冷却回风管路30连接在热泵机组9的冷凝器11进风侧。系统运行过程中，干空气进入粮食烘干塔的干燥段3并在烘干塔内部等焓吸收玉米水分，从而干空气变为湿空气。从粮食烘干塔的干燥回风室7排出的湿空气除杂净化后进入多级热泵机组9的蒸发器10，经各级蒸发器10逐级降温除湿后变为低温干燥的空气，与此同时各级蒸发器10冷凝下来的水分被排出系统外。随后，低温干燥的空气与冷却回风室15的空气混合后一并进入多级冷凝器11，各级冷凝器11逐级加热后变为高温干燥的空气，并被送入粮食烘干塔。在整个干燥过程中，系统没有废气排放到环境中，并且干燥温度不受环境温度限制。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。