热泵干燥机用于烟花爆竹烘干的理论分析和实验研究

摘要

本文设计了一种针对烟花爆竹原料烘干的热泵干燥系统，在设计的过程中严格参照中华人民共和国国家标准(GB11652-89)即《烟花爆竹劳动安全技术规程》。进行热泵干燥系统的设计，从节能考虑确定热泵干燥系统为闭式循环系统，通过所需的除湿标准，确定每小时的除湿量，对热泵模块主要部件进行计算选型，其中包括压缩机、蒸发器、冷凝器、热力膨胀阀，在冷凝器和蒸发器端设有辅助加热器，分别是用于防止冬天极端天气热泵热量不足和蒸发器除霜。确定每小时的送风量，对干燥模块的风管、通风机进行计算选型。风管设有过滤除尘装置，通风机为防爆风机，系统中加入了显热交换器，有效的利用了回风的热量。在烘干房内设有温度传感器，当温度超过58℃时，热泵模块停止运行，保证烘干过程的安全性。对烘干房的送风方式进行设计，并利用Fluent进行模拟分析，地板送风顶部孔板回风的方式气流组织更为合理。通过实验数据分析热泵干燥机组的除湿性能，实验结果显示，经过24h的干燥，物料基本达到要求的湿度，热泵干燥系统工作24h的SPC(除湿能耗比)为1.13kWh/kg水，低于普通蒸汽除湿的能耗(1.2~1.8kWh/kg水)，但优势并不明显，经分析认为，由于在干燥至21h时，物料含水量已基本达到烘干要求，此时物料的水分含量较少，制冷量大部分用于冷却空气，而除去水量较少，因而SPC平均值较高。在干燥后期可以停止热泵的运行，利用回风的热量对物料进行除湿，此时回风温度高且湿度较低，有一定的除湿能力，可以有效的提高热量的回收。

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第1章 绪论

1.1 课题来源和研究背景及意义

1.2 干燥技术的分类

1.3 热泵干燥机的应用领域及研究现状

1.4 烟花爆竹传统的烘干方法

1.5 本课题的主要任务

第2章 热泵干燥技术相关理论基础

2.1 热泵干燥系统的组成及其工作原理

2.2 热泵干燥系统的性能指标

2.3 干燥过程特性

2.4 烟花爆竹的基本组成成分及其特性

2.5 本章小结

第3章 烟花爆竹热泵干燥系统试验机的设计计算

3.1 烟花爆竹干燥技术规程

3.2 热泵干燥系统形式的确定及其工作原理

3.3 设计条件

3.4 干燥机负荷的确定

3.5 干燥机热泵循环的热计算

3.6 压缩机的选型

3.7 冷凝器的设计计算

3.8 蒸发器的设计计算

3.9 干燥过滤器的选型

3.10 节流阀的计算与选型

3.11 风管与通风机的选择计算

3.12 辅助电加热器功率的确定

3.13 热回收器的选型

3.14 干燥机控制系统

3.15 本章小结

第4章 烘干房的设计与模拟分析

4.1 烟花爆竹干燥烘干房之间的布置要求

4.2 烘干房内物料架的设计

4.3 热泵干燥系统烘干房的结构设计

4.4 烘干房内空气状况的数值模拟

4.5 数值模拟结果及分析

4.6 本章小结

第5章 热泵干燥系统实验研究及能耗分析

5.1 实验结果分析

5.2 热泵干燥系统的能耗分析

5.3 热泵干燥与传统干燥方式的能耗对比

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论与创新

6.2工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果