变频技术在热泵烘干领域的应用

变频技术在热泵烘干领域的应用

杨和澄

珠海格力电器股份有限公司   广东珠海519000

摘要：随着双碳计划在全世界范围内如火如荼的推进，国内各届共为2030年实现碳达峰而贡献各自的力量。空气源热泵技术将逐步替代非可再生一次能源，其使用已经并将得到进一步扩大。同时为了能够更好的碳达峰及碳中和的目标，对电气化设备应用可行高效的节能技术便成为一重要课题。本文首先分析了当前烘干技术的背景及现状，并简述变频技术的应用情况，最后分析了变频技术在烘干领域的应用情况。为行业内的设备运行节能技术提供有益参考价值。

关键词：空气源热泵；烘干机；变频技术；节能技术；智能控制

Abstract: With the double carbon plan in the world in full swing, the domestic session for 2030 to achieve carbon peak and contribute their own strength. Air source heat pump technology will gradually replace non-renewable primary energy, and its use has been and will be further expanded. At the same time, in order to better achieve the goal of carbon peaking and carbon neutrality, the application of feasible and efficient Energy saving technology for electrified equipment has become an important issue. This paper first analyzes the background and current situation of the current drying technology, and briefly describes the application of Inverter technology, and finally analyzes the application of Inverter technology in the field of drying. It provides a useful reference value for the equipment operation Energy saving technology in the industry.

Key words: air source heat pump; dryer; Inverter technology; Energy saving technology; Intelligent control

1 引言

随着双碳计划在全世界范围内如火如荼的推进，国内各届共为2030年实现碳达峰而贡献各自的力量。加快基础用能用电网络铺设及电气化全面普及是重要的一个环节，能够更好的实现双碳的目标，这一目标对于推动中国经济社会的可持续发展具有重要意义。我国作为人口大国，各行各业均有较大的能源消耗。从以往的能源消费结构来看，我国能源多使用不可再生的一次化石能源进行使用，虽初期成本低，但是一次能源使用过程中不但在燃料运输、存储和使用时存在附加消耗及安全隐患，而且化石能源的燃烧还会不断加剧环境污染。而我国近年来持续长时间的雾霾天气，很大原因在于化石燃烧的燃烧，其中烧煤是主因。热泵技术我国从21世纪初开始发展迅速。其中热泵烘干技术已经广泛应用于工业、农业、制造业领域的中低温域热泵烘干市场。我国是农业大国，农副产品、食品、木材、药材等往往需要烘干储藏。物料的烘干是其加工过程中的重要环节。空气源热泵由于其温度同物料烘干温度适配的原因目前已得到广泛使用。未来在各产业使用热泵技术已成为趋势。如何使其运行更加节能高效，将成为重要的话题。

2 变频技术的应用场景

变频调节技术所依据的基本原理是电动机的转速与工作电源的输入频率成正比。由此，可以通过对电动机的工作电源频率进行调节以达到对电动机转速进行调节的目的。现阶段的供电形式主要有两种: 交-交变频器，交-直-交变频器。交-交变频器是一种直接变频器，调频范围受到明显的限制，通常只被应用于低频系统。交-直-交变频器在调节的过程中将交流电转化为直流电，在完成直流滤波后再次转变为交流电。近几年变频技术已趋于成熟，产品从小型化电机逐渐覆盖到大功率大型电机。我国为工业大国，其能源消耗率占社会耗能比重较大，其中泵与风机类的辅用机械耗能占比过半。其控制方法多为交流电源直控电机，电机运转功率固定，其输出调节技术主要有：挡板调节（通过加大局部阻力减少运行流量）、星三角调节（通过接线方式加减载），以上传统方法随可以实现电机输出以满足生产工艺的要求，但在节能及安全方面却存在缺点。变频技术的引用可减少加载调节导致的无效耗能，并可适应多种输出工艺；变频技术可实现电机的柔性启动及调节，减少设备启动对系统造成的冲击并减少负荷调节时对系统带来的波动。

3 变频技术在热泵烘干领域的应用

变频控制技术在工业领域的应用已趋于成熟，随着政策及发展的需要我国农业电气化水平较过去有了较大的进步。变频技术在农业领域也开始展露头脚，如在小中型烘干领域，纸浆烘干过程中通过变频器控制排湿风机运行频率，从而实现排湿负荷匹配运行能耗降低、出品质量提升的提效案例；同样的在大型粮食烘干领域也有使用变频风机控制，替代风量调节风阀，从而大大降低运行能耗的例子。我国作为农业大国，农产品烘干市场广阔，变频技术的应用也在逐步尝试，以烟叶烘干为例，近年烘干热源由原来的燃煤热源逐步替换为空气源热泵热源。现有技术大多为定频技术，针对烟叶烘干过程中失水速率及环境温度变换的情况稳定温度相对困难，采用起停或旁通控制流量的方式同样会带来一定的能耗损失。变频技术的使用可以在热泵热泵烘干的过程中带来以下优点：

（1）使用便捷性方面：热能输出方面做到较高的拟合程度，可以尽可能地还原传统燃煤烤烟工艺中的温度拟合情况，在便捷农户使用的同时可以应对部分负荷以及极端负荷情况下的种种挑战。

（2）运行可靠性方面：变频技术的应用不仅可以满足烘干过程中能力匹配的问题，还可以通过电压值提前进行降频报警等特殊处理，在维持运行的同时不停机，在可靠性方面具有独有的优势。同时在信号处理方面，变频设备通常直接采集设备反馈的电信号，经过控制器处理后再输出为数字信号，相较常规设备在信号传输方面抗干扰能力更强，稳定性也更强。

（3）在节能方面：变频热泵烘干系统在低负荷工况、中等负荷工况时比定频产品具有更高的能效，而且在高负荷工况时也可以将备用压缩机启动投入使用，使热泵主机始终运行于能源利用高效区，虽然同等烘干物质排湿量一样，但是由于设备的能效较高，在能耗方面变频技术的使用也会带来节能减排的有益效果。

（4）综合能效方面：烟叶烘干过程中风机负载也会随着烟叶状态的变化而实时变化，当设备投入使用量高时，变频循环风机的使用也将会带来巨大的节能减排效果。同时变频技术的应用可以为光伏并网技术留存技术接口，为进一步发展“零碳源”技术打下基础。

4 变频热泵烘干技术存在的问题

变频技术在热泵烘干领域存在可观的使用优势，但是也存在几方面的制约因素：

（1）成本偏高：初期成本投入较高，变频产品在原材料及开发成本方面虽然可以做到宽能量输出范围，但是综合材料及开发成本总体还是高于定频产品；

（2）运维难度较高：变频产品通用化替代程度较低，设备出现问题通常需要专人处理，较难实现临时替换使用。

（3）标准通用程度低：变频产品通常有自己的控制处理协议，相较使用既定标准通讯协议的常规定频产品，其元器件通用程度较低，可能导致配件不通用等情况出现。

5 总结及展望

综上所述，针对成本问题，目前我国电控产业多依赖进口，随着国内产业的升级设备成本将等到降低；针对运维难度的问题，大数据云平台的集中使用可以很好的对设备运行情况进行分析，并针对设备出现的情况及时处理，尽最大程度解决问题；针对通用程度低的问题，可建立健全变频节能热泵烘干设备产品通用标准，提高设备互换性水平。伴随我国经济及现代化建设，我国工业、农业发展将越来越趋向于电气化及自动化，变频技术的应用或将对我国实现碳中和目标起到重要作用。

参考文献：

[1]陆桂良, 张飞, 高晋宇. 2017年江苏省粮食烘干技术应用情况浅析[J]. 江苏农机化, 2018,No.184(1):28-32.

[2]高祖龙.煤炭机电领域变频调速技术运用[J].当代化工研究,2018(11):109-110.

[3]郭林肖.变频调速技术在煤炭机电领域的运用 [J].建筑工程技术与设计,2020,(29):82

[4]张浩然．变频调速技术在电气自动化控制中的运用[J].科学技术创新，2020（7）：195-196．