地熱干燥用于蔬菜水果的脫水和加工

  地熱能在工業(yè)領(lǐng)域應用的范圍也很廣，包括烘干、工藝加熱、汽化蒸餾、洗滌、鹽分析取以及化學(xué)萃取等。但是許多應用項目要求的地熱流體溫度較高，有的甚至超過(guò)中溫（90-150℃）的上限，因而地熱在工業(yè)上的應用和發(fā)展受到一定的制約，特別是大型地熱工業(yè)應用項目。

 

  工業(yè)企業(yè)的能源消耗是產(chǎn)品成本中的重要組成部分。企業(yè)主對能源的費用、質(zhì)量和供應可靠性是十分關(guān)注的。地熱能對企業(yè)的能源選擇是有吸引力的，因為它的費用低于常規能源，質(zhì)量又不次于常規能源。我國地熱資源中低溫居多，將這種資源用于工業(yè)項目仍然有廣闊的前景，特別是中溫范圍的地熱資源。

 

  當地熱流體的溫度低于工業(yè)應用所要求的溫度時(shí)，也可以通過(guò)鍋爐、熱泵或其他余熱利用裝置使地熱流體溫度進(jìn)一步升高。這種方法是否值得采用要看地熱流體的參數、升溫的幅度以及采用的加熱裝置的投資等具體情況來(lái)比較確定。設計這類(lèi)項目時(shí)，有兩種可能的考慮方法：一種是按現有的地熱流體去選擇適合的工業(yè)應用項目；另一種是根據提出的工業(yè)應用項目改造地熱流體(包括升溫、防腐等)。

 

  地熱干燥是利用中低溫地熱水中的高熱焙部分，經(jīng)過(guò)熱交換器產(chǎn)生熱風(fēng)，用它對不同物料進(jìn)行脫水，達到產(chǎn)品的深加工。地熱干燥后的地熱尾水仍可進(jìn)行其他項目的綜合利用，如采暖、種植、養殖、生活用熱水等。因此，地熱干燥可提高中低溫地熱綜合梯級利用的熱能利用率，同時(shí)也可提高地熱利用的總體效益。

 

  此外，地熱干燥屬于產(chǎn)品加工業(yè)，只要有充足的原料和穩定的市場(chǎng)，就可全年生產(chǎn)，這樣可使地熱利用在一定程度上達到全年均衡利根據我國地熱干燥的實(shí)踐，只要地熱水溫度大于70℃，就可通過(guò)熱交換器產(chǎn)生55℃以上的熱風(fēng)，用于農副產(chǎn)品的烘干。如果地熱水溫在70℃以下，則需和太陽(yáng)能或其他能源互補進(jìn)行干燥。當然，地熱流體溫度愈高，干燥項目的經(jīng)濟性也愈好。

 

  應該注意的是，地熱干燥作為地熱梯級綜合利用的一個(gè)組成部分，它不宜單獨使用一口地熱井，而應與其他地熱利用項目共用一口地熱井，形成合理的梯級綜合利用系統，同時(shí)要使地熱水流量和不同利用項目的規模相匹配。地熱干燥產(chǎn)品應根據當地的原料市場(chǎng)、市場(chǎng)需求和勞動(dòng)力等情況來(lái)確定。為了能形成一定的生產(chǎn)規模和產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益，地熱水溫不應低于80℃，流量應在50t/h以上。

 

  雖然世界上大型地熱工業(yè)應用項目較少(因為需要高溫地熱流體作熱源)，但是仍然在蔬菜、水果脫水，糧食和木材于燥等許多方面有著(zhù)應用前景。100℃以下地熱水仍有很多適用的項目。

 

  下面介紹下用于蔬菜水果的脫水和加工的工業(yè)應用。

 

  【一】蔬菜水果的脫水⑴各種產(chǎn)品脫水的生產(chǎn)工藝流程

 

  各種蔬菜、水果和一些需要干藏的食品的脫水和各種物料（如糧食、混凝土、煤、高嶺土等）的烘干都是地熱干燥的應用范疇。它們的干澡原理是相同的，只是在工藝上、設備上各有各的要求和特點(diǎn)。

 

  脫水蔬菜作為方便食品的調味品或烹調原料，近年來(lái)獲得較快的發(fā)展，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景看好。這是因為工農業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人民生活節奏隨之加快，方便食品越來(lái)越暢銷(xiāo)。

 

  進(jìn)行脫水蔬菜、果脯等食品的生產(chǎn)需要面積很大的原料供應基地，同時(shí)還要有配套的輔料。對原料的沖洗、去皮煮沸，也要有冷水水源和小型蒸氣鍋爐。

 

  各種產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程舉例如下。

 

  1.脫水胡蘿卜粒

 

  清洗→燙漂→去皮→切?！Ω伞娓伞诌x→包裝。

 

  2.脫水蔥段和脫水韭菜段

 

  清洗→切段→甩干→烘干→分選→包裝。

 

  3.桃脯生產(chǎn)

 

  揀選→去皮→去核切分→護色處理→糖煮→烘干→成品包裝。

 

  4.天鷹椒干生產(chǎn)

 

  揀選→分批烘干→包裝。

 

  5.干枸杞生產(chǎn)

 

  清洗→軟化表面→烘干→分選→包裝。

 

  ⑵主要干燥設備選型

 

  由于農副產(chǎn)品烘干的品種較多，而且脫水蔬菜與果脯、枸杞的烘干要求相差很大，所以要選用的干燥設備應具有適應性廣，烘干參數可調節，同時(shí)造價(jià)不能太高。根據這種情況建議選用推車(chē)式混流隧道干燥機，其結構簡(jiǎn)圖如圖1所示。這種干燥機可以根據不同的烘干物品采用不同的流程來(lái)達到各自所需的烘干要求，現舉例如下。

 

  對于脫水蔬菜，可采用順流一逆流的混流使用法。此時(shí)，關(guān)閉排風(fēng)閥1和3，打開(kāi)排風(fēng)閥2，打開(kāi)調風(fēng)閥11, 12和13，打開(kāi)新風(fēng)閥9, 10。烘車(chē)從順流段推入，同時(shí)啟動(dòng)順流段風(fēng)機一散熱器7和逆流段風(fēng)機一散熱器8。順流段的排風(fēng)全部從排風(fēng)閥2排出。當要進(jìn)入逆流段時(shí)，將活動(dòng)門(mén)4打開(kāi)，使烘車(chē)進(jìn)入逆流段，人從保溫側門(mén)5進(jìn)入，操作活動(dòng)門(mén)4。逆流段的排風(fēng)全部作為循環(huán)風(fēng)使用，通過(guò)調風(fēng)閥13,  11和12將循環(huán)風(fēng)分別送入順流段和逆流段，并與從新風(fēng)閥進(jìn)入的新風(fēng)混合。烘車(chē)從兩端的保溫端門(mén)6進(jìn)入和拉出。對于果脯和枸杞，則采用逆流烘干。關(guān)閉排風(fēng)閥2和3，打開(kāi)排風(fēng)閥1和活動(dòng)門(mén)4，關(guān)閉調風(fēng)閥11,  12和13，打開(kāi)新風(fēng)閥10，停止使用順風(fēng)段風(fēng)機一散熱器7，啟動(dòng)逆流段風(fēng)機一散熱器8。烘車(chē)從順流段推入，熱風(fēng)從逆流段風(fēng)機一散熱器8進(jìn)入隧道，排風(fēng)全部從排風(fēng)閥1排出。烘干后，烘車(chē)從逆流段推出。

 

  河北省科學(xué)院能源研究所設計制造的混流隧道干燥機，長(cháng)度為23m，箱體為鋼結構，每臺功率為11.3kW。

 

  ①廠(chǎng)址選擇需滿(mǎn)足以下要求：

 

  1.地熱烘干廠(chǎng)應離地熱井最近；

 

  2.地熱烘干廠(chǎng)與其他地熱利用項目的距離應盡可能短；

 

  3.在地熱烘干廠(chǎng)內應有冷水水源，并有穩定供給水量10m3/h（或有冷水井，或有冷水水塔）；

 

  4.有通暢的生產(chǎn)廢水排水渠道。

 

  ②根據農副產(chǎn)品烘干的特點(diǎn)，烘干廠(chǎng)應包括：預處理車(chē)間、烘干車(chē)間、分選包裝車(chē)間、原料棚、成品庫、辦公室、門(mén)衛室、宿舍和公共設施等。

 

  蔬菜水果的脫水除使用隧道式干燥器外，也可以使用連續輸送式干燥器，采用的熱空氣溫度從40-100℃。隧道式干燥器實(shí)際上是一個(gè)密閉的絕熱室，要干燥的產(chǎn)品放在室內一層層的托架上，大的物體則堆于其內。熱交換過(guò)程可以通過(guò)循環(huán)大量的氣體直接從氣體向被干燥產(chǎn)品傳熱，也可以間接地采用加熱托架的方法或采用盤(pán)管式散熱器來(lái)實(shí)現。

 

  但是隧道式干燥器的物料裝卸都需要繁重的體力勞動(dòng)，所以只適用于下列情況：1.處理對象尺寸大，需要較長(cháng)的加熱周期，或為了使內部熱量和水分擴散均勻，需要長(cháng)期保持允許的加熱溫度；2.處理對象的量較少，不宜建造投資高的連續處理設備。

 

  下面介紹一些利用這類(lèi)干燥機烘干農作物的國外地熱蔬菜脫水項目。

 

  坐落在美國內華達州Fernley附近地熱區的一座地熱食品加工廠(chǎng)(Gilroy食品公司的子公司)，主要經(jīng)營(yíng)洋蔥脫水，生產(chǎn)各種等級的干洋蔥，從粉狀到各種大小的粒狀都有。最終產(chǎn)品的含濕量為3.5%-5%。用地熱流體為工廠(chǎng)供熱。該廠(chǎng)從5月到11月收獲季，每年經(jīng)營(yíng)6個(gè)月。工廠(chǎng)從1978年開(kāi)始運行，至今還沒(méi)有發(fā)生過(guò)重大設備事故(Lund，1994)。

 

  地熱井的井口流體溫度為154℃，壓力為1.31MPa，泵出的流量為170.3m3/h。在此條件下的蒸氣壓力為0.44MPa。系統壓力幾乎達到蒸氣壓力的3倍，從而保證地熱流體始終處于液態(tài)。系統的高壓運行也防止了熱水盤(pán)管和管道的嚴重結垢。地熱流體的排放溫度為42.2℃，壓力為0.28MPa。

 

  洋蔥的水分最初為50%，經(jīng)三級處理和一個(gè)干燥器，最終產(chǎn)品的水分約為5%。產(chǎn)品通過(guò)一條長(cháng)58m的連續輸運式食品脫水器被干燥。該脫水器是利用被地熱流體加熱的熱空氣吹過(guò)一個(gè)帶孔的不銹鋼帶來(lái)烘干洋蔥的。地熱流體與干燥空氣的傳熱過(guò)程是通過(guò)鋼制熱水加熱盤(pán)管來(lái)實(shí)現。

 

  第二條新建的洋蔥和大蒜加工廠(chǎng)已于1994年開(kāi)工，它是Burns Philp食品有限公司的一個(gè)分部。工廠(chǎng)位于美國內華達州Reno北約160km處的San Emido沙漠，正好在Gerlach的南面。工廠(chǎng)采用一臺單線(xiàn)連續傳送干燥器，每年生產(chǎn)干燥產(chǎn)品6350t，其中60%為洋蔥，4%為大蒜。流量為204m3/h的130℃地熱流體為工廠(chǎng)提供4102kW的熱量 （Lund and Lienau，1994）。

 

  在菲律賓南部Negros的Philippines 1號地熱田，建成了一座采用160℃地熱水的1MWt食物干燥試驗工廠(chǎng)，用于干燥可可肉、果實(shí)、根生莊稼、香料和水產(chǎn)品。工廠(chǎng)面積650㎡，設計的干可可肉產(chǎn)量為每天7t（Chua and Abito，1994）。

 

  【二】土豆加工

 

  土豆是許多國家(特別是歐美國家)的重要食品，經(jīng)加工可以生產(chǎn)出各種各樣的產(chǎn)品，如土豆片、油炸土豆、去水土豆泥、土豆粒、去水土豆丁、土豆淀粉、土豆粉、土豆罐頭及其他土豆雜品等。1970年以來(lái)，以美國為例，冷凍土豆產(chǎn)品占土豆加工量的45%-48%，或者說(shuō)，占美國食用土豆的1/4。

 

  許多土豆加工工藝都可以用150℃或更低溫度的地熱流體作熱源來(lái)提供能量。但是其中有凡道工序如油炸過(guò)程需要很高的溫度，大多數地熱流體都不能滿(mǎn)足。

 

  待加工的土豆先送入一組洗凈器，再送入預熱器。在預熱器里，土豆被加熱并使土豆皮軟化易于除去，然后用15%的堿液保持在60-80℃的溫度范圍使土豆化學(xué)去皮。

 

  土豆離開(kāi)化學(xué)去皮器被送入擦洗器將皮擦去，經(jīng)沖洗后送到切桌上。擦下的土豆皮泵入一個(gè)容器，并將殘留堿液中和后作為牛飼料出售。

 

  土豆經(jīng)修整后送至切割機房。搖篩將產(chǎn)品分類(lèi)，小塊被分離出來(lái)后加工成其他產(chǎn)品，經(jīng)修整后的合適大小產(chǎn)品由重力送入燙漂系統。

 

  燙漂后的土豆去水并經(jīng)表面上糖，使油炸后呈金黃色。在兩級油炸之前，土豆先經(jīng)干燥器去除表面的潮濕水分。第一級油炸將土豆炸透、炸熟，第二級油炸只為給土豆表面著(zhù)上金黃色。油炸器所用的油通過(guò)換熱器用1.9MPa的高壓蒸氣加熱至190℃。

 

  產(chǎn)品的冷凍由壓縮式連續冷凍系統完成，冷凍溫度維持-35℃不變。

 

  為了避免地熱水對產(chǎn)品的污染，地熱利用采用間接供熱系統，即地熱流體通過(guò)換熱器將熱量傳遞給潔凈的循環(huán)水，循環(huán)水再將熱量傳送至工藝用熱的地方，然后返回換熱器重新被加熱，完成一個(gè)密閉的循環(huán)。