热风炉可行性研究报告

热风炉可行性研究报告（6篇）

1.热风炉可行性研究报告 篇一

关键词：间接链排式,秸秆热风炉,散热式炉膛,热管换热,研究与开发

近年来, 一方面, 因大量焚烧水稻、小麦、玉米等农作物废弃物为主的秸秆而造成环境污染问题已得到各级政府部门的高度重视, 从中央到地方都安排专款来解决这一问题, 国家有关部门也联合出台政策, 明确“秸秆燃烧化利用”要作为一个重点领域来发展。随之, 秸秆颗粒燃料、压快燃料等生物质燃料得到快速发展;另一方面, 高效设施农业的供暖和粮食、农副产品干燥机械化的迅速发展, 与之配套的各种热风炉也应运而生。但目前市场的农用热风炉基本上是燃油型的, 也有少量仍然采用煤炭为燃料的, 不可再生资源消耗量较大, 且柴油价格昂贵, 供热成本居高不下, 而粮食和农副产品价格又相对低廉, 从而严重影响了高效设施农业和粮食、农副产品干燥机械化的发展。另外, 现有的秸秆热风炉也存在诸多问题, 所以研究开发以生物质资源为燃料的新型高效热风炉是降低供热成本, 推进高效设施农业和机械化干燥的重要举措, 研究开发高效自动化程度高的秸秆热风炉为烘干粮食、农副产品以及工业物料提供热源, 不但符合国家的产业政策, 而且也为农民有效利用废弃农作物秸秆找到了有效途径。

1 研究技术现状

目前使用的各种秸秆热风炉大部分存在热效率低、消烟除尘差、自动化程度低等缺陷。首先是秸秆热风炉在热交换结构、流速、流向等方面设计不尽理想, 普遍存在热效率低仅70%左右, 热交换、燃烧也不充分等问题, 造成耗能损失大, 浪费能源较严重;其次是人工上料, 不容易掌握、上料出渣劳动强度大;三是烟雾污染影响较大, 换热管易结渣, 固定炉排容易结焦, 炉火不稳易烧坏炉排等现象, 导致热风炉寿命较短等问题。一定程度上影响了秸秆热风炉进一步应用和发展。再者, 现有热风炉热管布置形式大体有平行布置、蛇形布置, 但其热管大都在炉膛上方, 且热管分布密集、空间相对较小、冷风流经热管的流程短、时间少、热交换不充分, 而且热管距离排风口较近, 热能流失大。

目前, 大部分热风炉风道布置形式与热管布置形式逆向匹配, 并且逆向从烟道热管出口附近进入, 通过集中布置的烟道热管外壁, 再从烟道热管进口或炉膛外侧附近出风, 完成热交换过程。也有双通道逆向进风或风道中间有交错隔板, 使热风风道相对加长, 但总体上来说, 热风风道基本都是横向穿越烟道热管, 热风流经热管时流程短, 热风通过烟道热管外壁时间少, 热交换不充分, 烟道热管能量流失大, 且烟道出口风无再次利用机构, 所以普遍存在耗能高、热效率低、浪费能源严重的问题。

另外, 也有分级蛇形热管结构与逆向复合热风风道结构设计的热交换器, 其流道长, 热 (空) 气和烟气各走其道、逆向换热、自动控温的新型高效节能常压热风炉, 主要适应煤碳、木材等多燃料能源, 热效率虽然可提高到75%以上, 但是结构较复杂, 成本又高, 自动化程度低。因此, 根据我国国情, 提高热风炉效率、自动化程度和降低生物质燃烧对环境污染是发展生物质燃烧技术的有效方法。有必要对现有的间接式秸秆热风炉进行设计研究开发。通过设计研究试验开发出一种新型间接热交换链排式秸秆热风炉, 专门适应秸秆颗粒、压快燃料、秸秆煤等生物质燃料也可用煤碳作为燃料。从而以低价燃料 (成型秸秆) 或逐步代替柴油或煤的热风炉。

2 重点设计研究内容

1) 炉体构造的设计研究, 该间接链排式秸秆热风炉设计了独特的散热式大炉膛燃烧室主热交换与带螺旋散热翅片的蛇形热管副热交换相结合的换热结构形式, 通过燃料在特制的自动链式炉排上直接梯度燃烧的结构和导热控制系统设计, 使秸秆压块燃料在燃烧室内充分燃烧, 快速导热, 可全面提升热效率, 实现生物质能向热能的高效转化。

2) 数控系统的研发, 通过加装温度传感器系统, 实时监控出风温度, 调节风机、进料速度来控制秸秆热风炉供热温度并对进料时间和进料量进行控制。

3) 上料系统的自动化设计, 通过设计加装机械自动上料机构, 链排式自动送料机构, 来降低工人的劳动强度。

4) 烟尘系统的设计, 通过设计烟道结构、改进出灰装置和烟尘过滤烟气系统, 确保烟雾和排烟符合国家环保要求, 并通过循环结构设计实现烟气的余热利用。

5) 自动控制设计, 分“手动”和“自动”模式。设计了两套控制系统, 一套为总控制箱部分, 控制上料电机、鼓风电机、调速减速器出料电机;另一套控制箱为炉体上的控制部分, 控制出风机, 烟道引风机。

3 设计结构特点

新型间接链排式秸秆热风炉由炉体、炉炯、换热风管、自动链排、鼓风机、出风机、烟道引风机和防逆火装置、烟气处理装置以及智能温度控制装置等组成, 其结构示意简图如图1。

1.进料斗2.防逆火装置3.隔热层4.散热翅片5.换热管组6.链式炉排7.烟道风机8.出渣斗9.引风机10.炉炯11.炉体12.炉门13.鼓风机14.调节风门

其结构特点如下:

1) 该热风炉主要燃烧生物质燃料, 目前, 市场上生产的生物质燃料有秸秆颗粒燃料、秸秆压快燃料以及秸秆煤等, 在实际使用中也可以燃烧煤。它是以空气为介质进行热交换的新型高效的换热设备, 能连续提供恒温、恒压、无尘的干净热空气。颗粒燃料完全燃烧后仅有少量粉末状灰分残余物, 容易处理, 无污染。

2) 该设备操作简单, 机械上料、自动链送进料、自动控温, 安全性高, 维护简便, 运行费用比燃煤、燃油设备大幅度降低, 热风炉采用整体保温减少了热量损失, 更提高了热风炉热效率, 热风炉整体结构紧凑、体积小、无噪音, 无须架设高大烟囱, 安装简便, 故障率极低。同时, 进料系统采用成熟的防逆火装置, 可有效防止回火, 保证用户的安全和热风炉的正常运行。

3) 所有生物质锅炉在燃料燃烧过程中, 往往会出现结焦现象, 从而导致炉膛出现炉火不旺、炉排烧坏等现象。该炉当燃料在燃烧时, 链条也在缓慢运行, 从而破坏结块燃料, 使之无法结渣, 并出口由于链条翻转可以碎化结渣。所以, 应用先进的链条炉排不结渣技术, 使热风炉使用更高效自动化。

4) 设计的智能控制系统能够通过变频控制系统控制风机, 风机不会因停炉而立刻停止运行, 它会缓慢的减速运行, 直到把烟气完全排出炉体后停止, 可有效防止炉膛因烟气排出去不及时而产生的爆燃, 另外, 通过变频系统控制风机运行, 可大幅度降低噪音。

4 工作过程及工作原理 (如图2)

点火时, 原料通过地面料斗由输送机构将燃料加入进料斗置于链式炉排上, 链式炉排运动燃料经过防逆火装置进料, 进料斗防逆火装置下设进料控制闸门, 通过调节进料闸门的高低可以调节进入炉排的燃料量的多少;经过调节后的料量均匀分布在自动炉排上送入热风炉炯内, 通过自动炉排不断前移。前移过程中, 炉排电机为调速减速电机, 可通过调速变频器的调速旋钮来控制炉排前移的速度;同时, 有鼓风机不断将空气吹入链条炉排内, 通过链节上30度斜逆出风口向炉膛内鼓风, 炉排下面有三个独立的腔体, 每个腔体有一个调节开关, 可通过调节开关的大小来决定进入腔体的空气多少。使燃料得到不间断的连续燃烧, 燃烧后的炉灰, 经炉排排入尾部, 经过出灰口将炉灰排出收集;燃料燃烧过程中, 产生的烟气通过炉炯散热翅片散热, 排出炉膛内的部分热量由蛇形换热管散热后经过换热再次得到充分利用后由烟道风机抽出并经水处理设备处理后排出, 提高其热转化效率;常温空气由后面被吸入经过蛇形换热管组换热和炉炯散热翅片换热, 被加热, 由出风机排出;同时, 通过温度传感器和智能控制设备进行调速、控风以及停机来控制出风机口的温度, 达到自动控制。

从图1、2中可以看出, 热风炉采用链排式节能技术送料, 在设计中采用逆流燃烧方式, 即燃烧火焰方向与进料方向逆向30°向上, 并通过三组风门调节风量, 按梯度使燃料逐步完全燃烧, 这种燃烧方式使热烟气流经过燃料表面, 促进了燃料的干燥和水气蒸发, 使燃料易于着火。未燃尽碳粒和可燃气体随高温烟气流可以在燃烧室上部进行二次燃烧。燃烧后的高温烟气经过炉炯进入换热风管、汇流管由引风机引出进入沉降室除尘后排出。由于热风炉后部配有引风机, 炉膛燃烧方式为微负压燃烧, 这样既有效地控制强风将炉排上的飞灰和未燃尽的碳粒上吹燃烧, 又保证了秸秆燃料完全燃烧所必须的大量空气。由于上述技术和措施, 所设计的热风炉燃烧效率明显提高, 燃料的消耗量与常规热风炉相比节约10%左右, 而且冒黑烟的频率明显减少, 达到了洁净。

如图2所示, 设计采用大炉炯直接燃烧散热和热交换管组散热形式换热, 炉炯散热翅片散热面积大、散热快;设计了120根热交换管, 管表面设计有螺旋散热翅片, 形成网帘状, 热交换流道长, 且热空气和烟气各走其道逆向换热, 热交换效率高。炉体内设有大直径炉膛链式炉排, 能使燃料充分燃烧。热交换管组内部换热腔分4个换热部, 每个换热部内部包含若干相同直径的换热管, 4个换热部沿着炉体长度方向排列并且逐个串接, 位于炉体前端的换热部与炉膛上方连通, 位于炉体末端上方的换热部设有排烟口, 排烟口处设有排烟引风机, 使炉膛形成付压燃烧。换热组内换热管的数量有120根沿炉体长度方向均匀排列。换热管的分布特点根据炉体内相应位置的换热需求而定, 从而能提高热交换效率, 减少热能损耗。换热腔内相邻换热部之间通过汇流管连通, 并且同侧相邻的汇流管之间通过隔板隔开, 前一换热部的换热管内的气流通过汇流管汇集再分配到下一换热部的换热管内, 这种布置结构加工简单, 换热管内热气流在汇流管内产生混流, 产生不同换热管之间的热风温差以及同一换热管中心部分与近管壁处的热风温差, 在汇流管内得以充分混合, 利于下一级热交换;同时混流又能将拐角处的沉积烟灰卷起, 随着热气流排出, 起到管内自动清灰清洁作用。采用烟道口强制排烟方式, 既有利于预热和控制热风升温速度, 又可利用负压方法清除换热部位灰尘, 使热风炉具备自动清洁功能。

炉体后壁和侧壁设置进风口, 空气由进风口进入炉体后经过换热管组螺旋散热翅片逆向换热和炉炯散热翅片周向换热后旋向到炉体侧壁处热风出口, 热风出口处设有出风机, 把热风排出炉体供烘干使用。由于进风口设置在炉体后、侧壁, 外部空气经过换热管组逆向换热和炉炯散热翅片周向换热以及炉体进行热交换, 充分利用炉体侧壁处的热能, 减少了热能损失, 提高了热交换效率。热风出口设置在高温的炉膛侧壁处, 可直接利用炉膛侧壁处的热能, 防止其流失, 进一步提高了热交换效率。另外, 相邻换热部之间设有导流隔板, 并且导流隔板与换热腔之间留有通风口, 相邻的通风口相互错位设置。利用导流隔板的阻挡, 使得外部空气能沿着换热管的管壁流动, 加长外部空气的流程, 从而延长了热交换时间。换热管中的热气流与外部空气的流动方向相反, 换热管中的热气流沿着流程向排烟口方向流动, 其温度越来越低, 最后从炉体末端的排烟口排出;而外部空气沿着逆向流程向热风出口方向流动, 其温度越来越高, 最后从炉体侧壁处的热风出口排出。

5 结语

间接链排式秸秆热风炉是一种新型高效的热风炉, 它能耗低、自动加供料、自动排渣, 并以水稻、小麦、玉米等农作物秸秆废弃物为主制造的秸秆颗粒、压快、秸秆煤等生物质为燃料的经济适用的热风炉。该间接链排式秸秆热风炉是具有散热式大炉堂燃烧室主热交换与蛇形热管副热交换相结合的换热形式;热空气和烟气各走其道、周向散换热、逆向进风交错环行侧向出风结构形式;烟气经热管后向烟道引风, 自动鼓风从链间斜逆向吹风、链排式送料并破坏燃料结快出渣, 自动控温的新型高效节能常压热风炉。可为现有烘干设备提供干净且温度、风量恒定的热风干燥介质, 对粮食、种子和农副产品进行干燥, 对高效设施农业中大棚供暖, 及对养殖环境及养殖水体进行加温等等。另外, 利用成型秸秆燃烧颗粒、压快作为燃料的热风炉不但可以大幅度节省供暖成本, 成本仅为燃油热风炉的20%, 更重要的是可以解决部分秸秆、砻糠及其他可燃农业废弃物的有效利用, 为秸秆等综合利用开辟一条道路。秸秆热风炉还能以低价清洁成型秸秆燃料代替部分柴油或煤的热风炉。目前, 已由久川机械小批量生产并配套烘干机应用于粮食干燥烘干中, 使用情况比较理想。

参考文献

[1]建农.间接式秸秆热风炉研究开发获国家专利[J].农业装备技术, 2013, (3) :13.

2.豆薯片热风干燥动力学研究 篇二

关键词：豆薯片；热风干燥；动力学；温度；含水量；干燥速率

中图分类号： TS215；TS201.1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）01-0227-03

收稿日期：2013-04-25

基金项目：2012年地方高校国家级大学生创新创业训练计划（编号：201210720009）；2012年度陕西省教育厅科研计划（编号：12JK0819）；陕西理工学院大学生创新创业训练（编号：UIRP122062）。

作者简介：刘轲（1989—），男，陕西延安人，硕士研究生，研究方向为食品化学与资源开发。E-mail：13891662131@163.com。

通信作者：张志健，教授，硕士生导师，研究方向为食品科学与资源开发。E-mail：969775452@qq.com。豆薯别名凉薯、地瓜、沙葛、土瓜等，属豆科蝶形花亚科（Papilionaceae）豆薯属（Pachyrhizus）缠绕性或直立草本植物，具有肉质块根，原产热带美洲，全球共有6种，我国东南部至西南部引入栽培有1种[1]。中国长江以南普遍栽培，以贵州、四川、湖南、广东、广西、陕南和台湾等地生产较多。豆薯食用部分为肥大的块根，富含淀粉、糖分、蛋白质及矿质元素，老熟块根中淀粉含量较高，可提制淀粉作为食品添加剂使用[2]。种子及茎叶中含鱼藤酮（C23H22O6），对人畜有剧毒，可制成敌敌畏等杀虫剂[3]。目前，我国豆薯加工水平还比较落后，70%以上的豆薯作为蔬菜鲜食，年加工消化率仅在25%左右，目前研究开发的豆薯加工产品主要有豆薯脯[4]、豆薯蜜饯[5]、豆薯罐头[6]、豆薯果冻[7]、豆薯汁饮料[8-11]、豆薯酒[12]、豆薯粉等一些粗加工产品。有关豆薯的工业化深加工产品在国内市场上尚未见到。笔者以陕西汉中产的豆薯为原料，研究了豆薯片热风干燥动力学变化规律，旨在为豆薯片热风干燥工艺和设备的开发或选择提供理论依据，为豆薯食品加工提供理论基础。

1材料与方法

1.1材料与仪器

豆薯：产于陕西汉中。

电热鼓风干燥箱DHG-9055A（上海一恒科技有限公司）；电子天平AL-6051（梅特勒-托利多仪器上海有限公司）；遥测温度计、热风机等。

1.2試验方法

鲜豆薯经清洗去皮后，切成2 mm厚的薄片，称重后置于干燥箱网盘上，在一定温度（试验取箱温为70、80、90、100、110、120 ℃）、一定通风量下进行恒温干燥，每隔5 min称重或读取豆薯片温度值1次，直至豆薯片趋于恒重。

干燥速率通常定义为：单位时间内单位干燥面积上的水分蒸发量，单位kg/（m2·s）[13]。由于豆薯片干燥面积难以准确测量，故本研究将干燥速率定义为：单位时间内单位质量物料所蒸发的水分量，单位kg/（kg·s），物料质量采用测定点豆薯片的总质量，即平衡质量[14]。干燥速率曲线通常是指物料干燥速率与物料干基含水量的关系曲线[13]。由于在干燥过程中，物料干基含水量随干燥时间而变，且成对应关系，故为方便比较，本研究给出的是物料干燥速率与干燥时间的关系曲线[14]。

2结果与分析

2.1豆薯片热风干燥水分变化规律与拟合方程

各试验温度下豆薯片干基含水量随时间的变化规律如图1所示。从图1可以看出，在干燥前期，干燥曲线几乎呈直线下降趋势，其斜率即为豆薯片干燥速率，而干燥后期干燥曲线则呈缓慢下降趋势，直至趋于水平，说明豆薯片干燥具有较明显的恒速期和降速期。同时可以看出，随着温度升高，干燥曲线变陡，斜率绝对值增大，说明豆薯片水分含量降低的速率加快，恒速干燥速率增大，干燥时间缩短，但在整个干燥过程中，90 ℃和100 ℃之间的差异不大；在前30 min内，90、100、110 ℃ 三者的差异不大，30 min后，110 ℃下豆薯片水分含量降低的速率明显快于90 ℃和100 ℃。

从图1还可以看出，各温度下的干燥曲线特征类似于二次曲线，因此，用 Excel多项式工具可绘出各干燥曲线的趋势曲线，如图2至图7所示。可以看出，在试验温度下，拟合曲线与试验曲线具有较好的吻合性，且干燥温度越高，吻合程度也越高。各试验温度下的拟合方程和r2值如表1所示。

2.2热风干燥豆薯片温度变化规律

豆薯片在不同温度下干燥时片温变化情况如图8所示。

由图8可以看出，豆薯片在试验温度下干燥时，豆薯片温度变化规律表现为：先经过一段快速升温期，再经过一段恒温期（即恒速干燥期），然后是一段升温期（即降速干燥期）；且箱温越高，片温也越高，恒温期及整个干燥周期越短，但片温远低于箱温，如当箱温在100～120 ℃时，片温只在60 ℃左右。

2.3豆薯片热风干燥速率变化趋势

以看出，干燥温度对干燥速率变化具有明显的影响，并表现出一定的规律性，即随着干燥温度的升高，干燥速率增大，但恒速干燥期缩短，降速干燥速率下降加快（曲线变陡）。分析认为，随着干燥温度的升高，豆薯片表面水分蒸发速率加快，并在相对较短的时间内超过内部水分向外转移的速率，使豆薯片表面开始干枯，从而导致上述结果。

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比较图9和图10可以看出，风量大小对干燥速率也有重要影响，且干燥温度越高，风量对干燥速率的影响越显著。在

干燥温度为70～80 ℃时，风量几乎对干燥速率无影响，而在干燥温度为110 ℃和120 ℃时，大风量下两者的干燥速率不仅显著增大，且十分相近。

综合干燥过程豆薯片水分的变化（图1）和豆薯片温度的变化（图8），豆薯片热风干燥的适宜条件为110 ℃、大风量。

3结论

豆薯片热风干燥过程具有明显的预热期、恒速干燥期和降速干燥期，且恒速干燥期相对较长。

豆薯片热风干燥水分变化曲线的回归方程式为：y=ax2+bx+c；y为豆薯片干基含水量（kg/kg），x为干燥时间（×5 min），c为豆薯片初含水量（kg/kg）。

在70～120 ℃温度范围内，温度越高、风量越大，豆薯片干燥速度越大，干燥时间越短；豆薯片适宜干燥条件为：110 ℃、大风量，在此条件下干燥，恒速干燥期豆薯片的温度在 60 ℃ 左右，不会出现焦化现象，且褐变程度较低，干片色泽较好。

影响豆薯干燥曲线的因素较多，如豆薯的种类、产地和年龄（水分及其他成分有差异），豆薯片厚度，干燥介质的流量及流动方式、温度和湿度等。本试验仅研究了温度和风量2个因素的影响，因此，所总结出的干燥动力学规律还需进一步完善。

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3.热风炉可行性研究报告 篇三

关键词：生物质热风炉换热器,流动与传热,三维数值模拟

0 引言

生物质热风炉是一种为温室和大棚保温、增温的低碳环保型加热设备。该设备主要包括气化装置(气化炉)、燃烧装置、换热器、鼓风机等。其中，换热器的性能好坏直接影响生物质热风炉的使用性、经济性和可靠性。因此，设计和使用优良的换热器是保障农用生物质热风炉良好运行的必要条件。

由于换热器的工况比较复杂，影响因素较多，仅靠实验很难获得全面深入的工况，为此，本文在获取大量实验数据的基础上，根据生物质热风炉换热器的特点，建立数值分析模型，通过数值分析方法对设备进行分析研究和验证，为相关产品的设计、优化、使用及评价提供一种良好的工具。

1 模型的建立与分析

1.1 计算模型的确定和参数设定

管壳式换热器管程流体是浮力驱动流动和自然对流，采用了Boussinesq模型，其流动为层流;壳程流体的数值模拟比较复杂，壳程流体时而垂直于管束，时而平行于管束，同时管内流体与管外流体的热交换耦合在一起，因此进行管壳式换热器壳程流场的数值模拟，需要采用多孔介质分布阻力模型来简化计算，并采用标准k-e湍流模型。计算流体及换热的基本控制方程为三维不可压缩流动的质量守恒方程(连续性方程)、N-S方程(动量守恒方程)及能量方程与导热方程。本文采用管壳式换热器，其是单管程、单壳程。换热器的结构简图如图1所示，主要几何参数见表1。

1.2 GAMBIT建模、边界条件及计算分析过程

利用GAMBIT软件对此换热器进行建模和网格划分，设置了管程和壳程两个流动区域，在FLUENT软件中设置管程介质为热烟气，壳程介质为冷空气，物性参数为等效温度下的常量，管程流体和壳程流体采用逆流形式换热。

考虑到计算机的计算能力和数据的准确性，将换热器分成烟气进口部分、中间换热部分和烟气出口部分。本文重点研究中间换热部分，其网格划分如图2所示。

2 数值模拟结果与讨论

模拟结果以矢量图和等值线图以及平面坐标图显示，模拟了6组实验数据，壳程的流体入口流速开始为2 m/s，然后以1 m/s为梯度进行增加。以下是以壳程的流体入口流速为6 m/s进行模拟时得到的结果。

2.1 速度矢量场和速度场

图3、图4分别为z=0 mm处轴线截面的速度矢量图和速度场分布图。

由图3、图4可知：壳程流体由于受到换热管的扰流作用，掺混比较剧烈，边界层的分离作用增强，流体间的湍动程度提高，管程和壳程之间的换热效率明显，在进、出口区域，流体流速有较大的变化。显然，在管程流速一定的情况下，壳程流体流速的变化直接影响换热效率。

2.2 温度场图

图5为z=0 mm处轴线截面的温度场分布图。

由图5可知：管程中的烟气温度是依次降低的,存在着温度梯度;壳程中的空气温度沿壳程流向逐渐升高，并且越靠近管壁温度越高，最终的换热效果明显。在靠近烟气入口的地方出现了热量集中现象，需要注意受热均匀的问题。

2.3 轴线方向流体质点迹线图

图6为壳程和管程流体质点迹线图。

由图6可以看出：壳程流体并不是作为一个整体进行螺旋流动，而是分成不同的流束;壳程流体总是在围绕着换热管并且以螺旋的方向进行各自的纵向螺旋流动。进一步分析可以看出，沿着轴线方向，流体的湍流程度是在不断加剧的。

3 实验结果与模拟结果的比较

本实验样机与模拟研究所用的换热器尺寸参数相同，实验采集的数据包括管程进出口流体流速、温度，壳程进出口流速、温度等。表2为壳程出口温度数值模拟与实验研究所得到的数据对比。显然，二者趋于接近，吻合较好，满足工程要求。

4 结论

本文以特制的管壳式换热器为研究对象，对换热器的管程和壳程三维流场进行了流动与传热数值模拟。在不同的壳程流体入口速度下，得到了换热器壳程流体温度场及速度矢量场等的分布图，并对结果进行了讨论，计算结果与样机实验情况基本相符，说明计算模型合适，为鼓风机的选择提供了理论参考。

参考文献

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4.热风炉炉壳焊接技术的探讨 篇四

关键词：热风炉；炉壳；焊接

中图分类号：TF573 文献标识码：A 文章编号：1672-3791 (2010)3(c)-0000-00

炉壳钢板厚，刚性大，焊接易产生较大的应力，控制不当易产生裂纹。横焊逢全采用手工电弧焊。焊接时，先焊内焊逢，由8-12位焊工按逆时针方向、用长肉法一层一层地焊接；内焊逢焊满后焊外焊缝，焊外焊逢时，先用气刨清根、打磨清理干净平整后，同样用长肉法一层一层焊接，直至满焊。热风炉炉壳焊接的关键是高温区段的焊接，要点是防止近缝区的应力腐蚀裂纹的产生。当壳体的焊接残余应力较大时，由于生产过程中聚集在高温区段的硫化氢等腐蚀性气体的浸润，会使近缝区产生细小的应力腐蚀裂纹，这种晶间腐蚀型的龟裂裂纹常常会随着应力的大小而扩展，严重影响了热风炉的正常工作与使用寿命。

热风炉炉皮制作的壳体分瓣热压成型后，施工方现场安装焊接，要点是采取正确的焊接方法和合理的焊接顺序，确保焊接质量以及焊后消除或減缓焊缝区的焊接残余应力，这些都是防止高温区段壳体内近缝区产生应力腐蚀裂纹的有效措施。能够确保热风炉良好的使用性能和寿命。

一、焊接裂纹的预防措施：

炉壳钢板厚，刚性大，焊接量大，焊接易产生较大的焊接残余应力。控制不当易产生冷裂纹。由于钢板厚，手工电弧焊时，焊缝冷却速度快，不利于气体逸出，且易产生淬硬组织，出现冷裂纹。

1、控制焊接残余应力

1）合理设计坡口形式尺寸。适当减小坡口角度及焊缝填充量。

2）采用合理的安装顺序。每段炉壳在地面拼装，立缝焊接完后，再安装就位。便于焊接立缝时炉壳自由收缩，以减小焊接残余应力。

3）进行焊前预热：预热采用智能温控电加热设备进行。在坡口间隙调整适当，点焊固定后，并将电加热器固定在焊缝两侧，启动电加热器对焊缝坡口及其两侧进行预热，以减缓焊缝区域的温度梯度。

4）采用合理的焊接顺序。每段炉壳的立缝同时、同步对称焊接。每条横焊缝由多名焊工均布同时、同向、同步进行焊接。且焊接时焊接工艺参数一致。炉壳横焊缝局部间隙过大时，先采用堆焊的方式进行调整。禁止在坡口间隙过大的情况下，直接将上下炉壳焊接连接，以尽可能使炉壳焊接应力与变形同步，减小焊接残余应力。

5）手工电弧焊时，采用多层多道焊，控制焊条摆幅，减小线能量。

2、减少焊缝中氢含量的措施

1）焊接前认真清理坡口表面及附近炉壳.采用砂轮机打磨清除油、锈等污物。

2）加强焊条、焊剂的烘烤、领用、发放、回收管理。禁止使用锈蚀的焊丝、焊条。

3）采取有效的防风、防雨措施。

4）采取预热、消氢措施。炉壳定位焊时采用火焰预热。正式焊接方法采用手工电弧焊时，采用电加热片伴随预热，确保预热均匀一致，焊后立即进行消氢处理。

5）采用高韧性、超低氢型焊条进行定位焊、打底焊。防止根部裂纹的出现。

3、焊接连续进行。

1）将焊工沿热风炉炉壳圆周均匀分布，同时同向退步逆向施焊， 在焊接过程当中和焊接完成后，焊工都要对焊缝首先进行自检，若发现有气孔、夹渣、咬边等缺陷时，要及时清除处理。

2）采用小线能量进行焊接，焊接时一次性焊完,中间不停顿，以保持焊接层间温度，焊接的层间温度不能低于预热温度，但也不能高出预热温度太多，每层焊前必须采用测温仪测试焊缝的温度，一定要保证施焊所要求的层间温度。

3）焊接顺序：焊接时采用内外焊缝交替焊的方法，先焊内焊缝，焊满后用气刨机在背面清根，用磨光机将外焊缝坡口表面打磨干净、平整，然后焊接外焊缝，完成整个焊缝的焊接；

4）完后进行消氢与消除应力退火处理。

二、夹渣、中间未焊透的预防措施

1、焊接前检查坡口质量，坡口表面应无缺棱、割痕、无运条死角。

2、焊接过程中逐层逐道清渣，焊接过程中形成的死角，应及时用砂轮打磨清除并圆滑过渡。

3、背面焊接前碳弧气刨清根彻底，且过渡圆滑，并用砂轮打磨清除渗碳层，露出正焊根部焊道的金属光泽。

三、焊接的检验

1、外观质量检查：

1）焊缝施焊完毕，焊工要将焊缝表面的药渣及飞溅物清理干净，然后进行外观检查。

2）合格标准：

不允许有表面裂纹、表面气孔、表面夹渣、熔合性飞溅等缺陷；

咬边和表面凹陷：深度不大于0.5mm，长度不大于焊缝全长的10％，且小于100mm；表面加强高，不大于3mm；焊缝宽度，盖过每边2mm；对口错边，不大于3mm。

2、焊接检验分外观检查和超声波探伤检查。炉壳焊接完毕24h后方可进行外观检查，焊缝外观不低于GB50236-98表11.3.2中Ⅲ级。外观检查合格后进行无损探伤检测。超声波探伤按JB4730-94进行，Ⅱ级合格，探伤比例为20%。

结语：实践证明采取以上措施，我们热风炉的焊接检验一次合格，使焊口拍片一次合格。大大的降低了成本，提高了功效。为热风炉以后的安装焊接打下基础，集累了宝贵的经验。

参考文献：

★JB/ZQ3687手工电弧焊的焊接规程

★SDZ019-1985焊接通用技术条件

5.微波热风组合干燥大蒜片工艺研究 篇五

发达国家大蒜收获量80%用来生产脱水大蒜。干燥的经济性和产品质量之间目前还存在着很大的矛盾, 如何以低能耗和低成本去获得高优质的脱水大蒜, 是当前大蒜干燥急需研究和解决的问题。我国的脱水蔬菜主要由热风干燥加工而成。虽有少数企业引进国外冷冻干燥生产线, 但因投资太大和价格昂贵等问题, 难以在国内推广应用。用热风干燥设备成本低, 操作简单, 但是干燥时间过长, 能耗大, 生产效率低。用微波干燥速率快, 能较好地保持食品的色、香、味提高产品的复水性, 能耗相对也较低, 但在干燥后期, 产品外形有较大的变化。

因此, 如何将两种干燥方式有机地结合起来, 寻找合适的转换点及最佳工艺条件, 降低能耗成本, 提高干燥物料品质, 具有很重要的现实意义。目前国内外关于蔬菜干燥的研究报道很多, 但关于微波与热风组合干燥蔬菜的工艺研究相对较少。本文采用前期微波干燥与后期热风干燥相结合的方法, 研究大蒜片的干燥工艺及特性。旨在探索优质、高效和节能的组合干燥蔬菜工艺。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验采用山东巨野大蒜, 选取新鲜大蒜去皮后横向切成3mm厚片状若干。

1.2 试验仪器和设备

电子烘箱, 微波炉, 电子天平。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计及试验数据处理

采用电热干燥箱 (105℃恒重法) 测得大蒜初始含水率为68.65%。整个干燥过程分为两个阶段, 首先用微波干燥, 然后转换热风干燥成成品。另外对物料分别做微波干燥和热风干燥作为对照试验。本试验选取微波的功率为144、288和464W, 热风的温度控制在40、50、60℃。选定含水率50%、45%和37.5%作为干燥转换点。试验采取正交试验方案, 用微波干燥时, 每2min测定1次物料的质量, 用热风干燥时, 每30min测定1次物料的质量, 直到测得含水率为8%左右 (GB 5009.3-85) 为止。

1.3.2 干制品的感官质量测定

感官质量主要根据制品的质量特性 (风味、色泽、形态) 所保持原有的程度进行评定, 并按质量特性的重要性制定评分标准。即将试验获得的干制品以优劣程度进行综合评价, 总分为100分。

辛辣味浓, 颜色乳白, 片形完整, 则分数高;辛辣味淡或有异味, 色泽变黄或变黑, 有碎片, 则分数低。评分标准见表1。

1.3.3 干制品干燥速率的评分标准

以干燥速率5kg/ (kg·h) 为基准, 每增加0.1, 加2分;每降低0.1, 扣2分。

2 结果分析

2.1 不同干燥方法干燥速率的比较

在不同热风温度和不同微波功率条件下, 3种干燥方式其干燥速率具有明显的差别。用微波干燥时, 物料的干燥速率快, 干燥时间最短 (达到含水率8%的时间, 下同) ;用热风干燥物料的干燥速率慢, 干燥时间最长;用微波与热风组合干燥物料的干燥速率和时间在两者之间, 而干燥时间与干燥转换点有关。产生上述结果的原因是:微波干燥与热风干燥具有完全不同的干燥机理, 微波干燥过程中湿物料的温度梯度是内高外低, 含水率梯度也是内高外低, 二者方向始终一致, 有利于物料水分的排除;而用热风干燥时, 二者则相反。

由图1可知:热风干燥分为2个阶段。第一个阶段为恒速干燥阶段, 为整个干燥过程的前2/3段。在这一阶段, 热空气的温度高于大蒜片温度, 将热量传给大蒜片, 大蒜片受热后, 表面水分开始蒸发且提高了自身的温度, 随着干燥的进行, 内扩散的速率开始增大, 但还是小于外扩散。因此, 恒速干燥阶段干燥速率较快。第二个阶段为降速干燥阶段, 为整个干燥过程后1/3段。在这一阶段, 大蒜片温度和热空气温度趋于一致, 表面逐渐变硬, 水分扩散通道变窄, 内扩散速率减小, 且热空气的相对湿度趋于饱和, 因此, 干燥速率明显小于恒速干燥阶段, 随着干燥的进行, 干燥速率趋于平缓, 且和干燥温度无明显关系。

由图2可知:随着微波功率的增加, 干燥时间缩短。微波功率为144W时, 降至含水8%的干燥时间是34min;微波功率为288W时, 需要18min;微波功率为464W时, 只需要10min, 干燥时间约为144W时的1/3。微波干燥整个过程都是恒速干燥, 干燥曲线趋于直线。

由图3可知:微波热风组合干燥时间介于微波干燥与热风干燥所需时间之间, 微波干燥段速率明显高于热风干燥段。微波热风组合干燥的时间与含水转换点有关。

试验结果表明:热风温度、微波功率以及干燥转换点对干燥速率和制品的感官质量均有较显著的影响。微波功率越高, 品质越差;在保证脱水蒜片有效成分的情况下, 适当提高热风温度, 缩短干燥时间, 脱水蒜片品质越好;提高风温, 增强微波功率, 以及增加微波干燥时间, 均可提高干制品的干燥速率, 缩短干燥时间。但微波干燥时间过长不利于保证产品品质。采用组合干燥方法, 制得的干制品在色泽、香味和片形完整性方面都有保障。

2.2 热风与微波组合干燥工艺的试验研究

为探求大蒜片组合干燥合理的工艺参数, 选用L9 (34) 正交表进行正交试验。根据单因素试验结果, 本试验选取前期干燥的微波功率A、转换点含水率B和热风温度C作为三因素, 以干燥速率、感官质量作为试验指标, 进行三因素三水平的正交试验, 大蒜片组合干燥试验方案及结果见表2, 对正交试验结果进行方差分析, 结果见表3。

根据方差分析结果, 再结合极差分析法对正交试验结果进行分析, 得出以合计得分为综合参考指标的各因素影响次序为C>A>B, 各因素的最佳试验组合为A2B1C3。即烘干大蒜片的最佳工艺参数为:微波288W、含水50%时转换为60℃热风干燥。

3 结论

6.热风炉可行性研究报告 篇六

牡丹花有“花中之王”的美誉, 作为我国的传统名花, 是重要的观赏植物和资源植物[1]。牡丹花期短, 加上其生长条件的制约, 种植地域也受到限制, 且牡丹鲜切花的储运也很困难, 因此很大程度上影响了人们对于牡丹花的观赏[2,3]。

压花 (即平面干燥花) 是将采集的植物材料 (根、茎、叶、花、果) 利用物理和化学方法, 经过脱水、保色压制和干燥处理而成的平面花材, 然后将处理的花材经过巧妙构思而制成精致的植物工艺品[4]。目前, 国内外牡丹压花大都采用的是分瓣压制自然干燥的方法, 耗费大量的人力、物力和时间, 不适合工业化规模化生产。热风干燥具有干燥速度快, 操作方便, 成本低等众多优点, 适合用于牡丹压花的干燥。

本文对牡丹压花的热风干燥进行研究, 建立牡丹花在压制状态下的热风干燥模型, 通过预测并控制不同干燥工艺和参数下的脱水率和含水率, 优化牡丹压花热风干燥工艺, 提高产品质量。近年来, 国内外学者对薄层干燥模型进行了大量研究[5,6,7], 但对花材的干燥模型研究极少, 尤其是压制状态下花材的热风干燥模型还未见报道。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

新鲜牡丹花, 品种洛阳红, 采于洛阳国际牡丹园。花型为蔷薇型或菊花型, 花径16cm×6cm, 初始干基含水率为458.7%。

1.1.2 仪器

热风干燥箱, 电子天平, 干燥板等。

1.2 检测方法与指标

1.2.1 水分含量的测定

水分含量按照GB5009.3-2003测定。

1.2.2 水分比 (MR)

水分比 (MR) 通常用于表示一定干燥条件下物料还有多少水分未被除去, 反映物料干燥速率, MR= (Mt-Me) / (Mo-Me) 。其中, Me为物料平衡水分含量 (kg/kg) ;Mo为初始水分含量 (kg/kg) ;Mt为干燥中某时刻的含水率 (kg/kg) 。

1.2.3 艺术美观性

感官评定标准:1平整度, 2完整度, 3褐变程度, 4色变程度, 5光泽度;每项满分10分。

1.2.4 干燥曲线的绘制

在干燥前, 检测牡丹花的含水率, 即为热风干燥的初始含水率;在试验中, 每隔一定时间称量样品, 得出牡丹花干基含水率随干燥时间变化的干燥曲线, 干燥终点为8%。

1.3 试验方法

1.3.1 干燥试验前的预处理方法

新鲜牡丹花经过去除雌蕊、花托、多余花瓣, 用滤纸吸取表面水分, 擦去花瓣上散落的花粉, 然后将牡丹花上下两侧依次放上吸水宣纸和薄海绵, 使用干燥板将其夹住、压紧, 等待干燥。

1.3.2 干燥温度对牡丹压花干燥特性的影响

牡丹花经过预处理后, 在干燥温度20, 30, 40, 50℃下, 干燥板板孔密度为2.065 5×10-1, 风速为1.8m/s, 进行热风干燥试验。干燥过程中定期取样测定其含水率, 直到达到要求的含水率为止。

1.3.3 干燥板孔密度对牡丹压花干燥特性的影响

预处理后的牡丹花分别压制在孔径为4㎜, 孔间距分别为4, 8, 12, 16㎜, 干燥板孔密度=板上孔面积/板总面积, 即干燥板孔密度分别为2.065 5×10-1, 9.338 9×10-2, 5.298 7×10-2, 3.408 8×10-2 (分别记为:板1、板2、板3、板4) 的干燥板中, 干燥温度为38℃。干燥过程中定期取样测定其含水率, 直到达到要求的含水率为止。

1.3.4 感官评定

分别从平整度, 完整度, 褐变程度, 色变程度, 光泽度5个不同方面对干燥后牡丹压花进行评分, 每个方面总分10分。各方面评分标准具体如表1所示。

1.4 干燥数学模型

基于不同物料大量的试验研究, 有学者总结了几种常用的经验、半经验干燥数学模型, 定量地描述了物料干燥规律[8,9,10]。

常见的用于描述农产品物料的薄层干燥的数学模型主要有Lewis, Page, Henderson-Pabis, ModifiedPage, 两项指数, Thompson和Wang and Singh等。

2 单因素试验结果与分析

2.1 温度对牡丹压花干燥特性的影响

不同温度下牡丹压花的干燥曲线, 如图1所示。

由图1可以看出, 随着时间的延长, 物料残余的水分逐渐减少, 干燥温度对牡丹压花的干燥速率影响很大, 温度越高干燥速率越快。牡丹花热风干燥11h时, 其干基含水率在干燥温度20, 30, 40, 50℃下分别为127.63%, 89.13%, 46.15%, 18.92%;而若使干基含水率达到8%, 干燥温度为20, 30, 40, 50℃时则分别需要27, 21, 14.5, 13h。干燥温度为50℃时, 达到预期干基含水率8%所需的时间与20℃时相比缩短14h, 与30, 40℃相比分别缩短8, 1.5h。牡丹压花的干燥是水分通过两种途径—表面蒸发和气孔扩散, 最终经过压花板上的空隙散发到空气中。根据Trabert理论, 自由静水表面的水分蒸发量Eo可以表示为 其中, C为比例常数, T为绝对温度, v为风速, d为某个温度下饱和蒸汽压和空气水蒸气压的压力差。

2.2 干燥板孔密度对牡丹花干燥特性的影响

不同干燥、板孔密度牡丹压花的干燥曲线如图2所示。

由图2可以看出, 随着时间的延长, 物料残余的水分逐渐减少, 不同板空密度干燥板对牡丹压花的干燥速率有一定的影响。干燥板空密度越大, 牡丹压花的干燥速率越快。

牡丹压花热风干燥11h时, 其干基含水率使用板1、板2、板3、板4时分别为44.15%, 52%, 81.81%, 107.14%;而若使干基含水率达到8%, 板1、板2、板3、板4时则需要时间分别为14.5, 15, 15.5, 17h。使用板1时, 达到预期干基含水率8%所需要的时间与使用板4相比减少了2.5h;与使用板2, 板3时相比减少了0.5, 1h, 干燥速率变化不明显。由此可见, 牡丹压花热风干燥中, 干燥板孔密度对干燥速率的影响主要在干燥过程的前期。

2.3 温度, 干燥板孔数对牡丹压花艺术美观性的影响

温度对牡丹压花艺术美观性的影响如图3所示。

干燥板孔密度对牡丹压花艺术美观性的影响如图4所示。

由上述两个柱状图可见, 从平整度来看:随着温度的升高, 干燥后压花平整方面分数逐渐增加;随着干燥板孔密度的增加效果越来越好, 但是不同干燥板孔密度下差异不大。从褐变程度方面来看, 随温度升高, 干燥后褐变程度逐渐减弱, 分数逐渐增高, 30℃和40℃时达到最高, 当温度过高时, 褐变严重, 分数降低;随着干燥板孔密度的增加, 褐变越来越弱, 即分数原来越高。干燥板孔密度一定时, 在温度为40℃时, 感官评定对牡丹压花艺术美观性的感官评定成绩最高;当热风干燥温度一定时, 板孔密度最大的板1感官评定成绩最高, 即艺术美观性最强。

3 牡丹压花热风干燥数学模型的建立

3.1 模型的选择

牡丹压花热风干燥不同温度和不同干燥板孔密度条件下MR-t、-ln MR-t和-ln (-ln MR) -lnt关系如图5和图6所示。

根据图5和图6, 在MR-t, -ln MR-t和-ln (-ln MR) -lnt3种坐标系内的拟合曲线可以得到各自的回归方程及相关系数R2, 表2是在不同温度、不同干燥板孔密度下3种拟合曲线回归方程相关系数R2的比较表。

由表2可以看出, 热风干燥过程中, 在不同温度和不同干燥板孔密度下, 试验数据在-ln (-ln MR) -lnt坐标系内更接近线性关系, 而在MR-t, -ln MR-t坐标系内相关系数的值R2均低于0.97, 即基本不具有线形关系, 说明Page模型适合作为本试验条件下的目标模型。

3.2 模型常数的确定

采用二因素五水平二次正交回归设计[11], 建立牡丹压花热风干燥回归模型。根据表3试验安排进行试验, 将试验结果分别进行-ln (-ln MR) -lnt坐标变换后进行线性回归, 得到11组ln K和n值, 因素水平表和试验结果如表4和表5所示。

根据试验结果, 求得回归方程为

利用方差分析 (表略) 对回归方程的拟合情况进行检验, F1 (ln K) =3.285和F2 (n) =5.764<F0.05 (4, 2) , 说明回归方程拟合很好。F1 (ln K) =4.565和F2 (n) =7.668>F0.05 (4, 6) , 说明所得回归方程显著, 与实际牡丹压花热风干燥过程吻合, 具有实际意义。

3.3 模型的验证

使用模型中的n和ln K, 在热风干燥工艺参数为 (1, 1) , (-1, -1) 时 (括号内左为温度编码值, 右为板孔密度编码值) , 按照Page模型对干燥模型进行检验并与实际测定结果进行比较, 结果如图7所示。

从图7中可以看出当温度和干燥板板孔密度处于较高值1时, 模型理论值略高于实测值;而当温度和干燥板板孔密度处于较低值-1时, 模型理论值略低于实测值。但都差别不大, 理论值与实测值基本吻合, 可以确定该模型适合用来描述牡丹压花热风干燥过程。将 代入编码方程得到实际方程, 进而得到牡丹压花热风干燥的数学模型为MR=exp (-Ktn) 。

其中, x1为干燥温度, x2为干燥板孔密度。

4 结论

1) 温度、干燥板孔密度对牡丹压花干燥速度的影响很大, 温度越高, 干燥板孔密度大, 干燥越快。

2) 牡丹压花的艺术美观性随着温度的升高, 逐渐增强, 当温度超过40℃后又有减弱的趋势。干燥板孔密度越大艺术美观性相对越强。

3) 牡丹压花热风干燥模型可用Page模型来描述, 方程中的K, n由干燥温度和干燥板孔密度共同决定。

参考文献

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[2]么秀英.牡丹鲜切花花期控制方法[J].北京林业科技, 2006 (4) :63-64.

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[4]肖绿田, 蒋利媛, 喻尚平, 等.植物压花技术[J].湖南林业科技, 2008, 35 (4) :56-59.

[5]Akpinar E K, Bicer Y, Yildiz C.Thin layer drying of red pep-per[J].Journal of Food Engineering, 2003, 59 (1) :99-104.

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