肖爱国
中车永济电机有限公司，山西 永济 044502
摘要：太阳能的充分开发和利用离不开太阳能材料和技术的发展。新型太阳能干燥设备将会使人类在能源利用和环境保护两方面达到和谐的境界，为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。
关键词： 太阳能 光热利用 干燥
1 引言
干燥就是物料表面获得热量后，将热量传入内部，使物料中所含的水分从物料内部以液态或气态逐渐到达物料表面，然后通过物料表面的气态界面层（边界层）而扩散到空气中去。
干燥作业能耗高，据不完全统计，全球20%～25%的能源用于工业化的热力干燥。干燥也是我国的耗能大户之一，所用能源占国民经济总能耗的12%左右。另外，干燥过程造成的污染也常常是我国环境污染的重要来源。
太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能光照的热量可以用于加热升温、干燥、热量储存等，太阳能的光电转化能够用于发电，但是，目前太阳能在生产干燥利用方面还不是很普及，尤其是在生活垃圾干燥方面，用之甚少。
2 垃圾现状
据报道，我国城市垃圾年产量近1.5亿吨，且每年以8%左右的速度递增。我国668座城市，有近2/3的城市陷入垃圾围城困境。
我国每年的垃圾增长速度堪与GDP比肩，但垃圾处理能力并不能满足需求，全国垃圾中有四成没有集中处理。北京的垃圾在未来四五年内将无地可埋，上海的部分垃圾场已与居民区为邻。在人口密集的大城市，垃圾处理是一个令人头痛的问题。
目前，常见的做法是收集后送往堆填区进行填埋处理，或是用焚化炉焚化，但两者均会引发环境污染问题。堆填区中的垃圾处理不但会污染地下水和发出臭味，而且很多城市可供堆填的面积已越来越少；焚化则无可避免会产生有毒气体，危害生物体。目前我国的垃圾填埋，占用上万亩土地；并且虫蝇乱飞，污水四溢，臭气熏天，严重地污染环境。
垃圾焚烧发电作为一种快速处理垃圾的途径，既解决了填埋处 理所带来的占地、二次污染等问题，同时又产生一定的经济效益，逐渐成为我国及世界各国倡导和推广的节能环保项目。
垃圾焚烧发电能实现垃圾的资源化、无害化、减量化和稳定化、占用土地较少，选址余地大、回收与恢复比较容易，经济效益大。但是相应具有局限性，因为国内垃圾的含水率高，垃圾进入焚烧炉之后，如果没有进行充分的干燥，将影响后续燃烧状况，因此国内的焚烧炉，采用增加干燥段，延长干燥时间，来实现垃圾在炉膛内的充分稳定燃烧及降低烟气污染物的产生量，这样做将会降低焚烧炉的利用率，继而会增加焚烧炉的数量。
从投资角度考虑，在全厂处理规模确定的前提下，采用焚烧线数量越少，单台垃圾焚烧炉规模越大，焚烧厂引进设备数量和金额也就越少，从运行管理角度考虑，在垃圾处理规模一定的情况下，焚烧线数量越少，维修、操作、管理越为方便。由于设备相对较少，所需运行人员比较少，全厂故障率也随之降低。
垃圾处理具有社会、经济、生态三方面的效益。多数的城市都在研究减少垃圾产生的方法，和鼓励资源回收。但是，目前的垃圾处理方式中，鲜少有利用太阳能资源的，导致能耗成本高、经济效益差。
3 太阳能垃圾干燥方案
生活垃圾焚烧处理的关键是降低含水率，热值低，直接焚烧时难 以维持较高温度>850 ℃。焚烧时垃圾中的氯易与有机物反应产生二噁英（PCDD）、呋喃（PCDFs）等剧毒物质，对环境造成污染。生活垃圾含水率为10% 时，热值最低的纸类热值也已超过10MJ kg，满足垃圾焚烧标准，因此，生活垃圾焚烧前的干燥处理是有必要的。
生活垃圾烘干机，是将含水量在30-55%的混合物质经电加热或燃烧加热烘干处理后含水量降到15-20%。电加热设备按照含水量50%降低到30%，能源成本23元/吨。按照北京市每天2万吨垃圾计算，能源消耗46万/天，一年消耗1.68个亿。
太阳能作为一种可再生资源，其分布广泛，不受地域的限制。太阳能干燥与常规干燥的干燥原理类似,即通过热力作用排除水分,只是热能的获得方式不同。拓展太阳能干燥的应用领域将是太阳能干燥发展的一个重要方面。
该太阳能垃圾干燥方案主要解决太阳能利用效率低，垃圾等物料的干燥能耗高、效果差等问题。该太阳能干燥设备，利用光热转换原理，全天候运行、节能、高效、环保、产出端物可以直接二次利用，能够解决垃圾的干燥问题，进行垃圾中污水的淡化、垃圾中臭味的处理以及污泥的重新利用。
该设备功能的实现过程，太阳能集热装置、粉碎输送装置、相变储能装置配合，利用太阳能进行光热转换，对太阳能集热装置内的物料进行干燥，并且还能对过量的热量进行收集储存，以便太阳能热量不足时，供给物料干燥需要的热量，粉碎输送装置在进行物料输送的同时还能对物料进行粉碎，节省了粉碎的工序和设备，将粉碎与干燥功能集成在一起。
该储能装置采用复合相变材料可根据应用领域，选择不同的温度模块进行组装；热能的互相传递采用的是石墨烯复合铜材制成的椭圆形同心圆，每个独立的相变装置配1个与太阳能集热体连接，外围采用隔热棉进行保温。该方案具有良好的经济性同时，也确保了传递热能效果。相变储能装置是在设定的温度范围内进行储能（250-350），太阳能集热体温度250度时开始储能，当集热体温度降低到250度以下，相变储能装置通过同心椭圆形石墨烯复合材料释放热量到太阳能集热体上，直到与太阳能集热体同温，停止。
该设备具有全天候高温辐射烘干或加热功能，适用于多种物料的干燥，尤其适用于湿度高的物料，可以用于垃圾的干化、污泥的干化、污泥或垃圾中污水的收集处理；还可以用于污废烘干，如可应用于煤泥的处理、电镀污泥，印染污泥、市政污泥、制药污泥等污泥处置领域。
白天，太阳能集热装置在满足设备干燥运行的同时为相变储能装置提供能量，晚上，相变储能装置为物料干燥过程提供热量；相变储能装置、太阳能集热装置两者交替运行使该设备内腔保持在150℃到220℃左右的温度下运行。垃圾干燥 5 min时干燥速率最大，30 min时基本完全脱水，为减少有机成分的挥发和干燥能消耗，垃圾在干燥器的停留时间以控制在 20 min前后为宜。在避免垃圾自燃的前提下，提高温度可以 缩短干燥时间；对于混合垃圾，其干燥温度不应高于220 ℃。
4 太阳能垃圾干燥设备运用
我国生活垃圾以混合收集为主,尽管近年来大力推行生活垃圾分类收集,但收效甚微，造成了我国垃圾含水量高，一般为55%-65%,一些南方城市在夏季高达70%,而西方国家一般为30%—35%。
水分含量高的垃圾在收集、转运的过程中会有较多的渗滤液产生。一方面，水分增加了垃圾运输的重量、需要增加运力；另一方面，对运输车辆车厢的严密性和功能性要求提高。
西瓜皮的水分含量估计40-50%，中国每年西瓜产量为三百六十万吨左右，同时西瓜水分和糖分大是细菌大量滋生的温床，太阳能干燥设备配备在推车上，可以实现社区内的垃圾及时干燥，在避免细菌滋生的同时，可以降低垃圾重量，储运过程中也不会产生二次抛锚撒漏二次污染。
湿垃圾贴着太阳能集热体温度高蒸发快；螺旋切割搅拌传输切碎垃圾增大接触面；自扇轴流风扇，不断循环空气热源。烘干机内部温度300度，太阳能干燥设备温度200度。能源消耗上太阳能设备需要3.7kw的电机驱动。太阳能干燥设备要满足北京市每天2万吨垃圾的干燥要求，数量是同等大小电加热烘干机设备的6倍。干燥过程蒸汽冷凝后的水可以直接清洗垃圾箱，避免采购专用清洗设备和降低运输成本。
5 结论
干燥技术研究成果的唯一评判标准就是其在工业生产中的使用价值，降低能耗，提高能源利用效率，减少对环境的损害，降低碳排放或改善生态环境，改善产品质量，更安全等等，如此在此方面的干燥技术就有利于工业生产乃至世界发展。