探索我國干燥技術(shù)的新型發(fā)展道路[A].doc

-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-探索我國干燥技術(shù)的新型發(fā)展道路劉登瀛1、2曹崇文3(1中國科學院工程熱物理研究所，北京100080；2華北電力大學，北京102206；3中國農(nóng)業(yè)大學，北京100083)1前言干燥作業(yè)涉及國民經(jīng)濟的廣泛領(lǐng)域，它不僅是大批工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品不可或缺的基本生產(chǎn)環(huán)節(jié)，干燥也是我國的耗能大戶，所用能源占國民經(jīng)濟總能耗的12%左右1。另外,干燥過程造成的污染又常常是我國環(huán)境污染的重要來源，干燥技術(shù)的進步同整個國民經(jīng)濟的發(fā)展有十分緊密的關(guān)系。當前，能源與環(huán)境已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略重點。2004年6月，國務(wù)院在原則通過我國能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要（草案）時指出2，“必須堅決貫徹全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學發(fā)展觀，切實轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，堅定不移走新型工業(yè)化道路?！痹谶@一新形勢下，研究我國干燥技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，探索干燥技術(shù)的新型發(fā)展道路，不僅是在干燥領(lǐng)域盡快適應(yīng)與全面落實走新型工業(yè)化道路的迫切需要，對干燥技術(shù)本身的發(fā)展也具有重要的指導意義。2我國的能源、環(huán)境現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略能源是人類賴以生存和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是我國實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會宏偉目標的基本物質(zhì)保證。自改革開放以來，我國國民經(jīng)濟以較快的速度持續(xù)發(fā)展，能源需求迅速增長，由此造成的環(huán)境污染也日趨嚴重，我國正面臨著前所未有的能源與環(huán)境的雙重巨大壓力。據(jù)報道3，到2005年，我國能源供給的總量預計可以達到13億1557萬噸標煤，比2000年的10億6988萬噸已有了很大的增長，但仍然遠不能滿足更快增長的能源需求。表1給出了各類能源的供需差距：表12005年我國能源的供需矛盾單位能源供應(yīng)能源需求產(chǎn)量比例（%）消費量構(gòu)成比例（%）煤萬噸11720063.4120339-12240959.5石油萬噸1650017.926293-2674526.0天然氣億m35005.05004.6水電億kWh355810.835589.9其它萬噸標煤/2.9/合計萬噸標煤132000100.0144670-146952100.0從表1可以看出，到2005年末，我國能源供需差距總量達到12670至14952萬噸標煤。其中，煤炭為31395209萬噸，石油為979310245萬噸，使我國石油的年進口量有可能突破1億噸。這-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-就使我國的能源安全和國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)。我國要在2020年實現(xiàn)國民經(jīng)濟翻兩番的宏偉目標，那時的能源需求總量有可能超過36億噸標煤4。從我國的能源供應(yīng)能力來看，遠遠不能滿足這一要求。因此，切實轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，走資源節(jié)約型的新型工業(yè)化道路，就成為不可替代的戰(zhàn)略選擇。隨著我國能源消費水平的不斷增長，對環(huán)境的污染也日趨嚴重。到2002年，我國的GDP（國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值）已進入世界前6位，能源消費總量達到13.87億噸標煤，大約占世界能源消費總量的10%，居世界第二位。但是，我國污染物的排放卻大大高于世界的平均水平。據(jù)國際能源機構(gòu)估算，2001年我國僅化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放總量為8.4億噸碳，占全球化石燃料CO2排放總量的13%，居世界第二。2001年，我國單位GDP的二氧化碳排放強度為2.75kg/美元，是世界平均水平的3倍4。另據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)，2002年，我國二氧化硫的排放總量為1927萬噸，煙塵排放總量為1013萬噸，工業(yè)粉塵排放總量為941萬噸。2005年3月，國家環(huán)?？偩志珠L解振華在召開“人大”期間指出，按同等單位GDP的增長計算，我國一些主要污染物的排放強度如SO2和NOX，已達到發(fā)達國家的8至9倍?！澳壳拔覈鞣N污染物的排放量，已經(jīng)大大超過了環(huán)境的承載能力?！?大氣污染的日益加劇不僅給國民經(jīng)濟造成了巨大損失，成為我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大障礙，也給人民生活與健康帶來了巨大危害。其中，大氣中的可吸入顆粒物，已成為影響我國許多城市空氣質(zhì)量的首要污染物。2001年，在全國進行大氣監(jiān)測的341個城市中，有三分之二的城市未達到二級標準，處于中度或嚴重污染狀態(tài)。在這些可吸入顆粒物中，直徑小于2.5m的細微顆粒占的比例很大，這種細微顆粒將在大氣中長期懸浮，被人體吸入后，幾乎無法去除，危害極大。據(jù)文獻報道6，在世界癌癥死亡病例中，肺癌死亡率約占28%，而其中90%以上是通過呼吸道致癌的。表2給出了世界各國可吸入顆粒物排放量的比較。表2不同地域PM10排放總量，Mt/年（不含生物質(zhì)燃燒及二次NO3有機物）地域19902040高限低限美國2242.622.5加拿大3.04.02.6日本8.210.05.3西歐23.536.718東歐17.133.320.5中國46.421686.9印度12.549.422.8世界其它地區(qū)68.6216129總量240675351面對如此嚴峻的能源與環(huán)境挑戰(zhàn)，我國最近以全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學發(fā)展觀為指導思想，制定了至2020年的中長期能源科技發(fā)展戰(zhàn)略與發(fā)展規(guī)劃，強調(diào)要堅持把節(jié)約能源放在首位，顯著提高能源利用效率；要大力調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)；要依靠科技進步和創(chuàng)新；要切實加強環(huán)境保護，充分考慮資源約束和環(huán)境的承載力，努力減輕能源生產(chǎn)和消費對環(huán)境的影響，等等。-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-這一能源環(huán)境發(fā)展戰(zhàn)略的制定，也為我國干燥技術(shù)的發(fā)展指明了方向，探索干燥技術(shù)的新型發(fā)展道路勢在必行。3干燥節(jié)能與防治污染的緊迫任務(wù)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的其它操作環(huán)節(jié)相比，干燥過程的節(jié)能與防治污染任務(wù)尤其迫切。首先，干燥操作涉及的領(lǐng)域極為廣泛，在化工、醫(yī)藥、食品、造紙、木材、糧食與農(nóng)副產(chǎn)品加工、建材等領(lǐng)域，干燥操作常常成為其生產(chǎn)過程的主要耗能環(huán)節(jié)。據(jù)英國統(tǒng)計7，在英國農(nóng)產(chǎn)品和食品加工過程中的總能耗約為286109MJ/年，其中干燥部分為35109MJ/年，占其總能耗的12%；木材干燥總能耗為4109MJ/年，占木材加工總能耗的21%；造紙過程中的干燥能耗為137109MJ/年，占其加工總能耗的33%；化學工程中的干燥能耗為23109MJ/年，占總能耗的5%。英國全國各行業(yè)干燥能耗總和大約占整個工業(yè)系統(tǒng)總能耗的8%。由于我國干燥產(chǎn)品的單位產(chǎn)值能耗比世界先進水平有較大差距，我國的干燥能耗占整個工業(yè)能耗的比例幾乎比英國高一半，達到12%。而在木材加工行業(yè)，干燥能耗占整個加工能耗的比例甚至高達4060%。因此，干燥環(huán)節(jié)的節(jié)能對于降低整個工業(yè)能耗有顯著影響。其次，干燥對環(huán)境的污染也相當嚴重。在應(yīng)用最廣的各類常規(guī)干燥設(shè)備中，有四分之三以上是熱風干燥，這類干燥設(shè)備對環(huán)境的污染主要來源于兩方面：一是干燥熱風生產(chǎn)過程的污染。目前最常用的熱源有：熱風爐和蒸汽換熱器以及直接采用過熱蒸汽或煙氣。而這些都離不開鍋爐或爐窯的燃燒。目前我國干燥系統(tǒng)采用的熱源基本上是中小型簡易燃煤鍋爐或熱風爐，絕大部分都沒有脫硫和可靠的除塵設(shè)備，不僅熱效率很低，而且污染嚴重，許多燃煤熱風爐的熱效率不足75%，我國熱風爐國家標準規(guī)定燃煤熱風爐的效率不得低于70?？刂泼禾咳紵a(chǎn)生的污染物排放是解決我國大氣污染問題的戰(zhàn)略方向，而對高耗能、重污染的中小燃煤爐的改造則是其主要技術(shù)措施。在我國城市將逐漸淘汰這類燃煤爐，而對于干燥系統(tǒng)燃煤爐的改造已成為亟待解決的重要課題。熱風干燥的另一個污染源是干燥過程與產(chǎn)物的粉塵排放，一些細微產(chǎn)品的粉塵污染尤其嚴重。雖然一般都裝有布袋或其它收集器，但許多生產(chǎn)車間仍然粉塵彌漫，對周圍環(huán)境的污染也很嚴重。正如前文所述，這種極細顆粒被人體吸入后很難清除，危害極大，需要從干燥工藝和收塵設(shè)備兩方面進行綜合治理。提高干燥過程的能源利用效率和防治對環(huán)境的污染是相輔相成的。據(jù)報道，減少1億噸標煤的能源消耗，在我國即可減少6400萬噸以上CO2和SO2的排放，其環(huán)保效益十分顯著。因此，在探索干燥技術(shù)的新型發(fā)展道路時，必須對能效、環(huán)保以及產(chǎn)品的質(zhì)量進行綜合考慮，以求得全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)地發(fā)展。4實施高效與綠色干燥的發(fā)展戰(zhàn)略4.1走資源節(jié)約型發(fā)展道路，變單一粗放型干燥為組合、智能型干燥。目前，我國多數(shù)產(chǎn)品的干燥操作是在單一干燥設(shè)備內(nèi)在一種干燥參數(shù)下完成的，而從物料的干燥動力學特性可以看出，在物料的不同干燥階段，其最優(yōu)的干燥參數(shù)是不同的。同時，一種干燥設(shè)-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-備，往往不能適應(yīng)物料在不同干燥階段其含水率和其它物性對干燥設(shè)備的不同要求。如果采用單一干燥設(shè)備和單一干燥參數(shù)，不僅會造成能源與資源的浪費，還會影響干燥質(zhì)量與產(chǎn)量。因此，必須首先從干燥工藝上進行根本改造，改變粗放型的干燥方式，逐步向循環(huán)經(jīng)濟的方向過渡，即實現(xiàn)無廢棄物、零污染排放、高效優(yōu)化用能和優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。4.2進行全面、多層次的節(jié)能技術(shù)改造全面節(jié)能應(yīng)包括過程節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能和單元設(shè)備節(jié)能幾個方面，其根本目的是要提高能源的利用效率，以降低一次能源的消耗和提高單位能耗的產(chǎn)值。過程節(jié)能是指生產(chǎn)過程的節(jié)能，如上述通過干燥工藝改造來實現(xiàn)節(jié)能。對于整個工業(yè)生產(chǎn)而言，是要爭取實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟，即上游生產(chǎn)的產(chǎn)品或副產(chǎn)品可以作為下游生產(chǎn)的原料或燃料。在循環(huán)經(jīng)濟的理念中，將沒有廢物，而只是處于不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的資源。在干燥工藝的改造中，要努力實現(xiàn)資源的綜合利用，這也是從根本上節(jié)能。系統(tǒng)節(jié)能是指對干燥系統(tǒng)進行總能系統(tǒng)分析，以實現(xiàn)對系統(tǒng)中各單元設(shè)備的優(yōu)化配置，不僅要進行熱效率分析和熱經(jīng)濟分析，還必須進行（Exergy）分析，以實現(xiàn)能源的溫度對口合理梯級利用。目前，許多干燥系統(tǒng)用高溫熱源降溫使用或直接用高溫熱源進行不需要高溫的干燥作業(yè)，都是對能源的很大浪費，應(yīng)當盡快改變。單元設(shè)備節(jié)能包括干燥器本身和熱源設(shè)備的節(jié)能改造。目前，我國在干燥設(shè)備中，低效高污染的老式設(shè)備占大多數(shù)，低水平重復的現(xiàn)象相當嚴重。除了要采用經(jīng)濟手段，逐漸淘汰這些落后設(shè)備以外，應(yīng)當加大對開發(fā)先進干燥設(shè)備的技術(shù)投入和推廣力度，要更加重視干燥基礎(chǔ)理論的研究，要更快地引進其它領(lǐng)域的科研成果，以彌補干燥行業(yè)基礎(chǔ)研究力量的不足。當前，場協(xié)同強化傳熱理論，快速高強度先進干燥設(shè)備，新型的高效熱交換設(shè)備和爐窯以及一些先進的除塵設(shè)備，都有可能在干燥技術(shù)的節(jié)能改造中發(fā)揮顯著作用。4.3大力發(fā)展應(yīng)用可再生能源與工業(yè)余熱的干燥技術(shù)，逐步減少一次能源的消耗和對燃用化石燃料的依存度。大力調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，是我國實施中長期能源發(fā)展規(guī)劃的主要戰(zhàn)略措施之一。我國有豐富的太陽能資源，年日照時數(shù)超過22000小時的地區(qū)占國土面積的三分之二，為廣泛利用太陽能創(chuàng)造了有利條件。我國在利用太陽能干燥方面已有多年歷史。近年來，在用太陽能與熱泵聯(lián)合對木材干燥方面已取得顯著效果，需要在更大范圍內(nèi)推廣和供其它物料干燥時借鑒。我國的生物質(zhì)能資源也相當豐富，尤其在廣大農(nóng)村，用桔桿制造沼氣的技術(shù)已相當成熟，現(xiàn)在要進一步提高技術(shù)含量和實行規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。另外