中國地跨世界兩大地熱帶,地熱資源豐富,已探明的地熱能儲量約相當于4 626億噸標準煤。我國的地熱能開發利用始于70年代,雖然取得一些成就,但比世界平均水平還低很多,目前已被開發利用的遠不到十萬分之一,潛力巨大。我國的地熱能開發應以中低溫地熱能的直接利用為主。地熱干燥是地熱能直接利用的重要課題。隨著地熱能綜合利用和梯級利用水平的提高,人們對地熱干燥的興趣將日益增大。

1 國外地熱干燥技術的開發和應用

地熱干燥在地熱資源豐富的國家(如美國、冰島、馬其頓、日本、匈牙利等)早已達到較高的水平。

1.1 馬其頓的地熱大米干燥

馬其頓戈德堅地區地熱大米干燥裝置流程如圖1所示。干燥器是由干燥段(上)和冷卻段(下)兩部分組成的移動床結構。加熱段的熱空氣在一銅管翅片換熱器中由地熱水加熱得到。濕大米從頂部進入干燥器內,靠大米自身重力慢慢向下移動并與橫向氣流接觸換熱脫水,大米經過干燥段后,進入冷卻段(冷卻氣體為環境空氣),最后大米在干燥器的底部通過調速卸料器裝袋。為避免大米干裂,干燥氣體溫度不應超過40℃。

這是一套生產能力為10 t/h的大米地熱干燥裝置,大米入口濕度為20%,出口為14%;熱空氣入口溫度為35℃;地熱水入口75℃,出口為50℃;冷卻氣體為環境空氣。這套裝置與用常規能源的空氣加熱系統相比,實際上沒有什么技術差別,但大大節省常規能源,降低生產成本。

1.2 冰島的地熱魚類干燥

在冰島,由于室外自然干燥受氣候條件限制,鱈魚頭、鳘魚和小魚之類魚產品的干燥多采用室內熱風脫水法。與室外自然干燥法相比,室內熱風干燥法的干燥時間短;產品的質量和含水量穩定;無蒼蠅和昆蟲對產品的污染;干燥可全年進行。室內熱風干燥的熱源主要為地熱。

魚類產品的地熱熱風干燥一般分兩個階段,分別在兩個干燥器內完成。第一階段一般在間歇的架式干燥箱或連續的傳送帶式干燥器內完成。當魚類產品的含水量達到50%～55%時,就把這些魚產品從第一階段的干燥器內移出來,置于體積為1～2 m3的第二階段干燥箱中;然后,再把這個干燥箱放在一個熱風管道上,上吹的熱風通過干燥箱使魚類產品進行第二階段干燥。在一個熱風管道上一般可放置3～4個干燥箱。兩個階段的干燥條件與魚類品種有關。

將干燥過程分為兩個階段的目的是降低生產成本,因為在第二階段的干燥裝置中可放置更多的魚類產品,因此第二階段的干燥裝置初投資和運行費比第一階段的低很多。

冰島已建成的干燥裝置中,大多是帶有部分廢氣循環的短型干燥箱,雖然其熱效率不及長型箱,但結構簡單,干燥產品均勻,投資少。與不帶廢氣循環的干燥系統相比,蒸發水分的能耗由5 400～5 900 kJ/kg降低為3 800～5 000 kJ/kg。

在冰島還利用地熱蒸汽的滾筒干燥器來干燥碎魚、魚粉、魚提取物、海藻、魚飼料、蛋粉和土豆泥等。

1.3 美國的地熱木材及農副產品干燥

美國利用地熱進行木材干燥的為一座干燥窯爐,被干燥的木材為寇阿相思樹木板,木板干燥周期由空氣自然晾干的一年縮短為1～2個月。用于果品的干燥裝置為一座地熱干燥室,長5.5 m,寬1.2m,高1.8 m。由地熱蒸汽盤管加熱的空氣靠七臺風扇在干燥室中充分循環,以保證果品均勻干燥,并備用一臺電加熱器。干燥室內可容納三部裝滿果品料盤的“手推車”,干燥的果品為菠蘿片、香蕉片和木瓜粉,干燥溫度為49℃。此外,在美國還有洋蔥、芹菜、胡蘿卜、甜菜、大蒜、辣椒、蘋果、梨、葡萄、桃子、李子、水稻、苜蓿、棉花等產品的地熱干燥裝置。

另外,在日本野矢地區用地熱干燥香菇;在匈牙利則通過地熱水加熱空氣進行農副產品的脫水。國外地熱干燥所用的地熱流體溫度大都在100℃以上。

2 我國地熱干燥技術的開發和應用

我國地熱干燥技術研究開發是從70年代開始的,先后在廣東、福建、河北等省建立了多套地熱干燥試驗或實用裝置,并取得了一些成果。

我國最早的地熱干燥裝置是1979年在廣東省豐順縣利用82℃地熱水建成的面積為37 m2的地熱干燥和催芽兩用裝置。催芽時,將地熱水引到裝置室內的明溝中,使室溫達到28℃～30℃,每次催芽1 500～2 000 kg,催芽時間由常規的96 h縮短為36～48 h。干燥時,引地熱水在烘干地板下流過,使地板溫度達到53℃,一次烘干谷物350～400 kg,經6 h烘干后,使小麥水分從24.5%降到12%,如果自然晾干,需要3天時間。另外,由廣州能源研究所開發的地熱熱風干燥裝置,建造在廣東省佛崗縣內。利用65℃的地熱水通過塑料翅片管換熱器將空氣加熱,使空氣最高溫度達到61℃。排出的地熱水送往酒家、旅游業或排放到魚塘供魚苗過冬使用,實現地熱綜合梯級利用。該裝置適用于條狀、粒狀或粉狀物料的干燥,一次可投入濕料200 kg,對于初始水分為96%～98%的白菜,其最大脫水量為28 kg/h。

3 我國地熱干燥的特點和展望

3.1 我國地熱干燥的特點

我國地熱干燥的地熱流體多為中低溫型,一般為100℃以下,有的地熱干燥裝置甚至可以利用60℃～70℃的地熱水作為干燥熱源,這在國外尚未見報道。為提高地熱能的利用率和經濟效益,我國地熱干燥裝置大都以干燥為主體的地熱綜合梯級利用型,不僅使地熱流體的“高溫”段得到充分合理的利用,同時也使裝置排出的“低溫”地熱流體中的熱能得到綜合利用。多用途的地熱干燥裝置是我國地熱干燥的又一特點,這樣可提高裝置的利用率,增加經濟效益。

3.2 我國地熱干燥的展望

地熱干燥技術的推廣,不僅取決于常規能源的供應情況及其價格,還取決于地熱干燥技術本身的成熟程度。我國地熱能資源豐富,地熱能利用率很低,潛力巨大,地熱干燥具有廣闊的前景,地熱干燥技術的開發和應用還有大量工作要做。

3.2.1 積極推廣利用地熱干燥技術

目前我國的地熱干燥技術主要應用于農副產品的干燥過程,應用范圍較窄。從理論上講,地熱干燥技術可應用于大部分的常規能源干燥過程,可以部分或全部代替干燥過程的常規能源,達到節省常規能源,提高經濟效益的目的。因此,要大力推廣應用地熱干燥技術,特別是在工業干燥過程中的應用。

3.2.2 堅持地熱干燥與其它地熱利用相結合

由于我國地熱水溫較低,因此,應繼續堅持地熱干燥作為地熱綜合梯級利用的一部分,干燥裝置排出的“低溫”地熱水用作其它用途(如種植、養殖、采暖、洗浴等),以提高地熱綜合利用的總體經濟效益。

3.2.3 開發出多功能或組合式地熱干燥裝置

目前的地熱干燥裝置多用于農副產品的干燥過程,季節性很強,如果只用于一種物料的干燥,干燥裝置的利用率很低,若一套干燥裝置可用于多種物料的干燥或作其它用途(如催芽、栽培等),就可常年運行,提高經濟效益。

由于地熱干燥多為低溫慢速型,如果把常規能源的快速干燥與地熱干燥組成組合干燥,就會達到改善產品質量,節約能源,提高經濟效益的目的。

3.2.4 開發研制出高效率、低成本的地熱流體空氣加熱器

與常規對流干燥裝置相比較,地熱干燥裝置的空氣加熱系統有所不同,因此,應結合我國地熱資源的具體情況,開發出空氣阻力小、耐腐蝕、熱效率高、成本低的空氣加熱器。