探索我国干燥技术的新型发展道路

探索我国干燥技术的新型发展道路

刘登瀛1、2 曹崇文3

(1中国科学院工程热物理研究所，北京100080；2华北电力大学，北京102206；

3中国农业大学，北京100083)

1前言

干燥作业涉及国民经济的广泛领域，它不仅是大批工农业产品不可或缺的基本生产环节，干燥也是我国的耗能大户，所用能源占国民经济总能耗的12%左右[1]。另外,干燥过程造成的污染又常常是我国环境污染的重要来源，干燥技术的进步同整个国民经济的发展有十分紧密的关系。

当前，能源与环境已经成为我国国民经济可持续发展的战略重点。2004年6月，国务院在原则通过我国《能源中长期发展规划纲要》（草案）时指出[2]，“必须坚决贯彻全面、协调、可持续的科学发展观，切实转变经济增长方式，坚定不移走新型工业化道路。”

在这一新形势下，研究我国干燥技术发展面临的挑战，探索干燥技术的新型发展道路，不仅是在干燥领域尽快适应与全面落实走新型工业化道路的迫切需要，对干燥技术本身的发展也具有重要的指导意义。

2我国的能源、环境现状与发展战略

能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，也是我国实现全面建设小康社会宏伟目标的基本物质保证。自改革开放以来，我国国民经济以较快的速度持续发展，能源需求迅速增长，由此造成的环境污染也日趋严重，我国正面临着前所未有的能源与环境的双重巨大压力。

据报道[3]，到2005年，我国能源供给的总量预计可以达到13亿1557万吨标煤，比2000年的10亿6988万吨已有了很大的增长，但仍然远不能满足更快增长的能源需求。表1给出了各类能源的供需差距：

表1 2005年我国能源的供需矛盾

从表1可以看出，到2005年末，我国能源供需差距总量达到12670至14952万吨标煤。其中，煤炭为3139～5209万吨，石油为9793～10245万吨，使我国石油的年进口量有可能突破1亿吨。这

就使我国的能源安全和国民经济的可持续发展面临着巨大的挑战。我国要在2020年实现国民经济翻两番的宏伟目标，那时的能源需求总量有可能超过36亿吨标煤[4]。从我国的能源供应能力来看，远远不能满足这一要求。因此，切实转变经济增长方式，走资源节约型的新型工业化道路，就成为不可替代的战略选择。

随着我国能源消费水平的不断增长，对环境的污染也日趋严重。到2002年，我国的GDP（国民经济生产总值）已进入世界前6位，能源消费总量达到13.87亿吨标煤，大约占世界能源消费总量的10%，居世界第二位。但是，我国污染物的排放却大大高于世界的平均水平。据国际能源机构估算，2001年我国仅化石燃料燃烧产生的CO2排放总量为8.4亿吨碳，占全球化石燃料CO2排放总量的13%，居世界第二。2001年，我国单位GDP的二氧化碳排放强度为2.75kg/美元，是世界平均水平的3倍[4]。另据国家统计局公布的数据，2002年，我国二氧化硫的排放总量为1927万吨，烟尘排放总量为1013万吨，工业粉尘排放总量为941万吨。2005年3月，国家环保总局局长解振华在召开“人大”期间指出，按同等单位GDP的增长计算，我国一些主要污染物的排放强度如SO2和NO X，已达到发达国家的8至9倍。“目前我国各种污染物的排放量，已经大大超过了环境的承载能力。”[5]

大气污染的日益加剧不仅给国民经济造成了巨大损失，成为我国经济可持续发展的重大障碍，也给人民生活与健康带来了巨大危害。其中，大气中的可吸入颗粒物，已成为影响我国许多城市空气质量的首要污染物。2001年，在全国进行大气监测的341个城市中，有三分之二的城市未达到二级标准，处于中度或严重污染状态。在这些可吸入颗粒物中，直径小于2.5μm的细微颗粒占的比例很大，这种细微颗粒将在大气中长期悬浮，被人体吸入后，几乎无法去除，危害极大。据文献报道[6]，在世界癌症死亡病例中，肺癌死亡率约占28%，而其中90%以上是通过呼吸道致癌的。表2给出了世界各国可吸入颗粒物排放量的比较。

表2 不同地域PM10排放总量，Mt/年（不含生物质燃烧及二次NO3有机物）

面对如此严峻的能源与环境挑战，我国最近以全面、协调、可持续的科学发展观为指导思想，制定了至2020年的中长期能源科技发展战略与发展规划，强调要坚持把节约能源放在首位，显著提高能源利用效率；要大力调整和优化能源结构；要依靠科技进步和创新；要切实加强环境保护，充分考虑资源约束和环境的承载力，努力减轻能源生产和消费对环境的影响，等等。

这一能源环境发展战略的制定，也为我国干燥技术的发展指明了方向，探索干燥技术的新型发展道路势在必行。

3干燥节能与防治污染的紧迫任务

与工农业生产中的其它操作环节相比，干燥过程的节能与防治污染任务尤其迫切。

首先，干燥操作涉及的领域极为广泛，在化工、医药、食品、造纸、木材、粮食与农副产品加工、建材等领域，干燥操作常常成为其生产过程的主要耗能环节。据英国统计[7]，在英国农产品和食品加工过程中的总能耗约为286×109MJ/年，其中干燥部分为35×109MJ/年，占其总能耗的12%；木材干燥总能耗为4×109MJ/年，占木材加工总能耗的21%；造纸过程中的干燥能耗为137×109MJ/年，占其加工总能耗的33%；化学工程中的干燥能耗为23×109MJ/年，占总能耗的5%。英国全国各行业干燥能耗总和大约占整个工业系统总能耗的8%。由于我国干燥产品的单位产值能耗比世界先进水平有较大差距，我国的干燥能耗占整个工业能耗的比例几乎比英国高一半，达到12%。而在木材加工行业，干燥能耗占整个加工能耗的比例甚至高达40～60%。因此，干燥环节的节能对于降低整个工业能耗有显著影响。

其次，干燥对环境的污染也相当严重。在应用最广的各类常规干燥设备中，有四分之三以上是热风干燥，这类干燥设备对环境的污染主要来源于两方面：

一是干燥热风生产过程的污染。目前最常用的热源有：热风炉和蒸汽换热器以及直接采用过热蒸汽或烟气。而这些都离不开锅炉或炉窑的燃烧。目前我国干燥系统采用的热源基本上是中小型简易燃煤锅炉或热风炉，绝大部分都没有脱硫和可靠的除尘设备，不仅热效率很低，而且污染严重，许多燃煤热风炉的热效率不足75%，我国热风炉国家标准规定燃煤热风炉的效率不得低于70％。控制煤炭燃烧产生的污染物排放是解决我国大气污染问题的战略方向，而对高耗能、重污染的中小燃煤炉的改造则是其主要技术措施。在我国城市将逐渐淘汰这类燃煤炉，而对于干燥系统燃煤炉的改造已成为亟待解决的重要课题。

热风干燥的另一个污染源是干燥过程与产物的粉尘排放，一些细微产品的粉尘污染尤其严重。虽然一般都装有布袋或其它收集器，但许多生产车间仍然粉尘弥漫，对周围环境的污染也很严重。正如前文所述，这种极细颗粒被人体吸入后很难清除，危害极大，需要从干燥工艺和收尘设备两方面进行综合治理。

提高干燥过程的能源利用效率和防治对环境的污染是相辅相成的。据报道，减少1亿吨标煤的能源消耗，在我国即可减少6400万吨以上CO2和SO2的排放，其环保效益十分显著。因此，在探索干燥技术的新型发展道路时，必须对能效、环保以及产品的质量进行综合考虑，以求得全面、协调和可持续地发展。

4实施高效与绿色干燥的发展战略

4.1走资源节约型发展道路，变单一粗放型干燥为组合、智能型干燥。

目前，我国多数产品的干燥操作是在单一干燥设备内在一种干燥参数下完成的，而从物料的干燥动力学特性可以看出，在物料的不同干燥阶段，其最优的干燥参数是不同的。同时，一种干燥设