地热干燥技术的开发和应用

中国地跨世界两大地热带,地热资源丰富,已探明的地热能储量约相当于4 626亿吨标准煤。我国的地热能开发利用始于70年代,虽然取得一些成就,但比世界平均水平还低很多,目前已被开发利用的远不到十万分之一,潜力巨大。我国的地热能开发应以中低温地热能的直接利用为主。地热干燥是地热能直接利用的重要课题。随着地热能综合利用和梯级利用水平的提高,人们对地热干燥的兴趣将日益增大。

1 国外地热干燥技术的开发和应用

地热干燥在地热资源丰富的国家(如美国、冰岛、马其顿、日本、匈牙利等)早已达到较高的水平。

1.1 马其顿的地热大米干燥

马其顿戈德坚地区地热大米干燥装置流程如图1所示。干燥器是由干燥段(上)和冷却段(下)两部分组成的移动床结构。加热段的热空气在一铜管翅片换热器中由地热水加热得到。湿大米从顶部进入干燥器内,靠大米自身重力慢慢向下移动并与横向气流接触换热脱水,大米经过干燥段后,进入冷却段(冷却气体为环境空气),最后大米在干燥器的底部通过调速卸料器装袋。为避免大米干裂,干燥气体温度不应超过40℃。

这是一套生产能力为10 t/h的大米地热干燥装置,大米入口湿度为20%,出口为14%;热空气入口温度为35℃;地热水入口75℃,出口为50℃;冷却气体为环境空气。这套装置与用常规能源的空气加热系统相比,实际上没有什么技术差别,但大大节省常规能源,降低生产成本。

1.2 冰岛的地热鱼类干燥

在冰岛,由于室外自然干燥受气候条件限制,鳕鱼头、鳘鱼和小鱼之类鱼产品的干燥多采用室内热风脱水法。与室外自然干燥法相比,室内热风干燥法的干燥时间短;产品的质量和含水量稳定;无苍蝇和昆虫对产品的污染;干燥可全年进行。室内热风干燥的热源主要为地热。

鱼类产品的地热热风干燥一般分两个阶段,分别在两个干燥器内完成。第一阶段一般在间歇的架式干燥箱或连续的传送带式干燥器内完成。当鱼类产品的含水量达到50%～55%时,就把这些鱼产品从第一阶段的干燥器内移出来,置于体积为1～2 m3的第二阶段干燥箱中;然后,再把这个干燥箱放在一个热风管道上,上吹的热风通过干燥箱使鱼类产品进行第二阶段干燥。在一个热风管道上一般可放置3～4个干燥箱。两个阶段的干燥条件与鱼类品种有关。

将干燥过程分为两个阶段的目的是降低生产成本,因为在第二阶段的干燥装置中可放置更多的鱼类产品,因此第二阶段的干燥装置初投资和运行费比第一阶段的低很多。

冰岛已建成的干燥装置中,大多是带有部分废气循环的短型干燥箱,虽然其热效率不及长型箱,但结构简单,干燥产品均匀,投资少。与不带废气循环的干燥系统相比,蒸发水分的能耗由5 400～5 900 kJ/kg降低为3 800～5 000 kJ/kg。

在冰岛还利用地热蒸汽的滚筒干燥器来干燥碎鱼、鱼粉、鱼提取物、海藻、鱼饲料、蛋粉和土豆泥等。

1.3 美国的地热木材及农副产品干燥

美国利用地热进行木材干燥的为一座干燥窑炉,被干燥的木材为寇阿相思树木板,木板干燥周期由空气自然晾干的一年缩短为1～2个月。用于果品的干燥装置为一座地热干燥室,长5.5 m,宽1.2m,高1.8 m。由地热蒸汽盘管加热的空气靠七台风扇在干燥室中充分循环,以保证果品均匀干燥,并备用一台电加热器。干燥室内可容纳三部装满果品料盘的“手推车”,干燥的果品为菠萝片、香蕉片和木瓜粉,干燥温度为49℃。此外,在美国还有洋葱、芹菜、胡萝卜、甜菜、大蒜、辣椒、苹果、梨、葡萄、桃子、李子、水稻、苜蓿、棉花等产品的地热干燥装置。

另外,在日本野矢地区用地热干燥香菇;在匈牙利则通过地热水加热空气进行农副产品的脱水。国外地热干燥所用的地热流体温度大都在100℃以上。

2 我国地热干燥技术的开发和应用

我国地热干燥技术研究开发是从70年代开始的,先后在广东、福建、河北等省建立了多套地热干燥试验或实用装置,并取得了一些成果。

我国最早的地热干燥装置是1979年在广东省丰顺县利用82℃地热水建成的面积为37 m2的地热干燥和催芽两用装置。催芽时,将地热水引到装置室内的明沟中,使室温达到28℃～30℃,每次催芽1 500～2 000 kg,催芽时间由常规的96 h缩短为36～48 h。干燥时,引地热水在烘干地板下流过,使地板温度达到53℃,一次烘干谷物350～400 kg,经6 h烘干后,使小麦水分从24.5%降到12%,如果自然晾干,需要3天时间。另外,由广州能源研究所开发的地热热风干燥装置,建造在广东省佛岗县内。利用65℃的地热水通过塑料翅片管换热器将空气加热,使空气最高温度达到61℃。排出的地热水送往酒家、旅游业或排放到鱼塘供鱼苗过冬使用,实现地热综合梯级利用。该装置适用于条状、粒状或粉状物料的干燥,一次可投入湿料200 kg,对于初始水分为96%～98%的白菜,其最大脱水量为28 kg/h。

3 我国地热干燥的特点和展望

3.1 我国地热干燥的特点

我国地热干燥的地热流体多为中低温型,一般为100℃以下,有的地热干燥装置甚至可以利用60℃～70℃的地热水作为干燥热源,这在国外尚未见报道。为提高地热能的利用率和经济效益,我国地热干燥装置大都以干燥为主体的地热综合梯级利用型,不仅使地热流体的“高温”段得到充分合理的利用,同时也使装置排出的“低温”地热流体中的热能得到综合利用。多用途的地热干燥装置是我国地热干燥的又一特点,这样可提高装置的利用率,增加经济效益。

3.2 我国地热干燥的展望

地热干燥技术的推广,不仅取决于常规能源的供应情况及其价格,还取决于地热干燥技术本身的成熟程度。我国地热能资源丰富,地热能利用率很低,潜力巨大,地热干燥具有广阔的前景,地热干燥技术的开发和应用还有大量工作要做。

3.2.1 积极推广利用地热干燥技术

目前我国的地热干燥技术主要应用于农副产品的干燥过程,应用范围较窄。从理论上讲,地热干燥技术可应用于大部分的常规能源干燥过程,可以部分或全部代替干燥过程的常规能源,达到节省常规能源,提高经济效益的目的。因此,要大力推广应用地热干燥技术,特别是在工业干燥过程中的应用。

3.2.2 坚持地热干燥与其它地热利用相结合

由于我国地热水温较低,因此,应继续坚持地热干燥作为地热综合梯级利用的一部分,干燥装置排出的“低温”地热水用作其它用途(如种植、养殖、采暖、洗浴等),以提高地热综合利用的总体经济效益。

3.2.3 开发出多功能或组合式地热干燥装置

目前的地热干燥装置多用于农副产品的干燥过程,季节性很强,如果只用于一种物料的干燥,干燥装置的利用率很低,若一套干燥装置可用于多种物料的干燥或作其它用途(如催芽、栽培等),就可常年运行,提高经济效益。

由于地热干燥多为低温慢速型,如果把常规能源的快速干燥与地热干燥组成组合干燥,就会达到改善产品质量,节约能源,提高经济效益的目的。

3.2.4 开发研制出高效率、低成本的地热流体空气加热器

与常规对流干燥装置相比较,地热干燥装置的空气加热系统有所不同,因此,应结合我国地热资源的具体情况,开发出空气阻力小、耐腐蚀、热效率高、成本低的空气加热器。