-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中國農業(yè)大學，北京100083)1前言干燥作業(yè)涉及國民經濟的廣泛領域，它不僅是大批工農業(yè)產品不可或缺的基本生產環(huán)節(jié)，干燥也是我國的耗能大戶，所用能源占國民經濟總能耗的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，干燥技術的進步同整個國民經濟的發(fā)展有十分緊密的關系。當前，能源與環(huán)境已經成為我國國民經濟可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略重點。2004年6月，國務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、協調、可持續(xù)的科學發(fā)展觀，切實轉變經濟增長方式，堅定不移走新型工業(yè)化道路?！痹谶@一新形勢下，研究我國干燥技術發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，探索干燥技術的新型發(fā)展道路，不僅是在干燥領域盡快適應與全面落實走新型工業(yè)化道路的迫切需要，對干燥技術本身的發(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)展的重要物質基礎，也是我國實現全面建設小康社會宏偉目標的基本物質保證。自改革開放以來，我國國民經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能源需求產量比例（%）消費量構成比例（%）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年實現國民經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。從我國的能源供應能力來看，遠遠不能滿足這一要求。因此，切實轉變經濟增長方式，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（國民經濟生產總值）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。據國際能源機構估算，2001年我國僅化石燃料燃燒產生的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。另據國家統計局公布的數據，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。“目前我國各種污染物的排放量，已經大大超過了環(huán)境的承載能力?！?大氣污染的日益加劇不僅給國民經濟造成了巨大損失，成為我國經濟可持續(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、協調、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；要大力調整和優(yōu)化能源結構；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，也為我國干燥技術的發(fā)展指明了方向，探索干燥技術的新型發(fā)展道路勢在必行。3干燥節(jié)能與防治污染的緊迫任務與工農業(yè)生產中的其它操作環(huán)節(jié)相比，干燥過程的節(jié)能與防治污染任務尤其迫切。首先，干燥操作涉及的領域極為廣泛，在化工、醫(yī)藥、食品、造紙、木材、糧食與農副產品加工、建材等領域，干燥操作常常成為其生產過程的主要耗能環(huán)節(jié)。據英國統計7，在英國農產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)系統總能耗的8%。由于我國干燥產品的單位產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。在應用最廣的各類常規(guī)干燥設備中，有四分之三以上是熱風干燥，這類干燥設備對環(huán)境的污染主要來源于兩方面：一是干燥熱風生產過程的污染。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。控制煤炭燃燒產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措施。在我國城市將逐漸淘汰這類燃煤爐，而對于干燥系統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物的粉塵排放，一些細微產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，在探索干燥技術的新型發(fā)展道路時，必須對能效、環(huán)保以及產品的質量進行綜合考慮，以求得全面、協調和可持續(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，我國多數產品的干燥操作是在單一干燥設備內在一種干燥參數下完成的，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)的干燥參數是不同的。同時，一種干燥設-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-備，往往不能適應物料在不同干燥階段其含水率和其它物性對干燥設備的不同要求。如果采用單一干燥設備和單一干燥參數，不僅會造成能源與資源的浪費，還會影響干燥質量與產量。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)經濟的方向過渡，即實現無廢棄物、零污染排放、高效優(yōu)化用能和優(yōu)質生產。4.2進行全面、多層次的節(jié)能技術改造全面節(jié)能應包括過程節(jié)能、系統節(jié)能和單元設備節(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值。過程節(jié)能是指生產過程的節(jié)能，如上述通過干燥工藝改造來實現節(jié)能。對于整個工業(yè)生產而言，是要爭取實現循環(huán)經濟，即上游生產的產品或副產品可以作為下游生產的原料或燃料。在循環(huán)經濟的理念中，將沒有廢物，而只是處于不同生產環(huán)節(jié)中的資源。在干燥工藝的改造中，要努力實現資源的綜合利用，這也是從根本上節(jié)能。系統節(jié)能是指對干燥系統進行總能系統分析，以實現對系統中各單元設備的優(yōu)化配置，不僅要進行熱效率分析和熱經濟分析，還必須進行（Exergy）分析，以實現能源的溫度對口合理梯級利用。目前，許多干燥系統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，應當盡快改變。單元設備節(jié)能包括干燥器本身和熱源設備的節(jié)能改造。目前，我國在干燥設備中，低效高污染的老式設備占大多數，低水平重復的現象相當嚴重。除了要采用經濟手段，逐漸淘汰這些落后設備以外，應當加大對開發(fā)先進干燥設備的技術投入和推廣力度，要更加重視干燥基礎理論的研究，要更快地引進其它領域的科研成果，以彌補干燥行業(yè)基礎研究力量的不足。當前，場協同強化傳熱理論，快速高強度先進干燥設備，新型的高效熱交換設備和爐窯以及一些先進的除塵設備，都有可能在干燥技術的節(jié)能改造中發(fā)揮顯著作用。4.3大力發(fā)展應用可再生能源與工業(yè)余熱的干燥技術，逐步減少一次能源的消耗和對燃用化石燃料的依存度。大力調整和優(yōu)化能源結構，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合對木材干燥方面已取得顯著效果，需要在更大范圍內推廣和供其它物料干燥時借鑒。我國的生物質能資源也相當豐富，尤其在廣大農村，用桔桿制造沼氣的技術已相當成熟，現在要進一步提高技術含量和實行規(guī)?；I(yè)生產。另外