辣椒烘干机的干燥技术分析

秦名昀，任甜甜，黄 渊

（新疆工程学院，830047，新疆乌鲁木齐）

辣椒是餐桌上重要的调味品之一，因其成本低、收益高，成为中国农业传统种植项目。近几年来，随着辛辣饮食风俗的传播和辣椒红素在医疗、保健等方面的进一步发展应用，市场上辣椒需求缺口增大，辣椒种植产业规模持续扩大。辣椒收获正值雨季，霉烂现象严重，影响辣椒产量与质量。由于生长期限和区域性的限制，需要对辣椒进行干燥加工，使其方便贮藏和运输。新疆因其特殊的光热条件，成为全国夏延时辣椒主产区，随着农业产业结构的调整，落实发展要素，优化特色农业体系[1]，以制干椒为主的辣椒产业异军突起，新疆已成为我国一个重要的制干辣椒产区和理想的辣椒生产加工基地。目前新疆辣椒种植面积达4.67 万hm2，年产干辣椒30 万t 以上，干辣椒年产量占全国的1/5。

新疆传统的辣椒干燥通常使用晾场自然晾晒的干燥方法，已经不能满足生产规模日益扩大和出口贸易迅速发展的要求。随着工艺技术及科技的飞速发展，辣椒的干燥环节也引入了各种新技术。烘干机械设备开始投入，热风晾房干燥、烘干机械设备干燥和太阳能干燥等技术[2]不断被提出，在改善干椒品质和缩短干燥时间的同时提高了当地的经济效益[3]。

传统的辣椒干燥设备耗电多，种植地一般远离电力负荷中心，大量的电能消耗对电力系统要求较高，同时消耗大量煤化石能源带来污染增加问题，因此，为响应国家碳达峰、碳中和的工作部署，助推实现能源绿色低碳发展的目标，推动辣椒产业深加工向自动化方向发展，因地制宜使用清洁低碳安全高效能源、采用适宜的辣椒烘干技术显得十分必要。

1 传统烘干手段分析

1.1 传统晾场日晒烘干

新疆特殊的地理位置和长时间的日照条件，使得新疆在10 年里成为中国最大的红干椒生产基地。丰富的光热资源和广阔的戈壁滩为自然的晾场日晒烘干提供了充足的条件。虽然晾场日晒烘干操作简单，干燥成本低，但是需要投入大量的人工进行看护和长时间的不停翻晒。干椒的晾晒对环境依赖性较强，风雨天气在延长辣椒烘干周期的同时会引起辣椒的霉烂现象，天气因素的影响限制了干椒的产量和品质。

1.2 烘干机械设备烘干

国内的机械烘干技术是在进口机械拆装仿制的基础上发展起来的[4]，机械烘干方式的推广普及突破了椒农们看老天脸色晒干辣椒的局限。以机械为主要手段，采用对流、热风循环等干燥技术[5]，人为设置烘干温度和时长，自动进行控温、控湿和物料装卸。机械烘干以不损害辣椒品质为前提，确保物料充分均匀受热，避免温度不均导致的霉变现象和湿度过高导致的黑椒现象，提高干椒产品的质量和产量。

目前应用最广泛的是对流加热烘干方式[6]，以燃烧煤、天然气、燃油为主，部分机型采用更加前沿的控温方式，按照区间调整控温，配合湿度调节，提高均匀蒸发阶段的温度，达到高效率高品质烘干的目的。

但是传统的机械烘干方式设备耗电多，对电网要求高；单台成本高，产出率低；进料出料的机械化程度不高；尤其是在能源的利用过程中产生一定的烟气排放和能耗损失，带来一定的环境压力。自治区第九次党代会以来的5 年，尤其是随着碳达峰、碳中和理念的提出及国家对环境治理要求的提高，全疆各族人民聚焦总目标，加强生态环境保护与建设，推动绿色低碳发展，推动减污降碳协同增效，以煤、石油、天然气作为热源的传统机械烘干技术将退出市场[7]，因而依托新型清洁能源的烘干技术在提升能源利用率的同时提升干椒产品的质量和改善口感，发展前景广阔。

2 新型烘干技术分析

2.1 空气源热泵烘干技术

随着国家对环境要求越来越严，燃烧制热的烘干装置受到排放限制和资源限制不能普遍推广，热泵因其无污染且降低能源消耗而在干燥行业被广泛应用。烘干机利用热泵原理加热空气后将其送入烘干箱内或者烘干房内，利用循环热风的自动控制对箱内温度进行控制，使物料精准受热。

（1）烘干原理。空气源热泵利用冷媒为工质，将鼓风机送进的外界低温空气经压缩机压缩成为高温高压气体，经过冷凝器膨胀阀绝热节流后形成低温低压液体，通过蒸发器转化为过热蒸气，在逆卡诺循环过程中不断释放热量进行烘干作业，反复进行蒸发吸热压缩的循环过程，持续地从低位空气中吸收能量、在烘干箱中高位释放能量进行烘干，循环往复进行着能量的搬运[8-9]。辣椒通过自动斗提装置送入烘干箱或烘干房后，通过循环热风进行能量传递热交换。

现在烘干机械设备中多利用空气源热泵回收烘干箱内空气余热，以减少尾气余热的损失。空气源热泵烘干技术与传统的煤供热、热电供热相比，热源取用方便、减少空气污染物的排放，安装使用方便，环保效果明显，对于产品色泽、质量都有一定程度的提升，最大限度保留了辣椒的口感和营养成分。

（2）问题分析。一是单一的空气源热泵技术受天气制约。环境温度过低会使其效率降低，烘干加热过程耗时长。二是热泵烘干机对于粉尘浓度要求高。新疆沙尘天气出现较多，环境中过高的沙尘含量可能导致热泵滤网阻塞，影响其正常烘干使用。

因此，因地制宜采用热泵烘干与其他技术结合的联合干燥技术十分必要，相较于单纯的热泵烘干在经济性和能源综合利用水平上有所提升。

2.2 太阳能热泵干燥技术

空气源热泵与太阳能集热发电技术联合干燥的烘干技术[10]既极大程度上利用了新疆丰富的光照资源，又克服了光照不稳定的不足，满足了烘干过程中对时间和干椒口感品质的要求。太阳能与热泵的联合烘干系统对自然环境污染小，对能源的综合利用率高，符合低碳环保理念，成为广泛利用的联合干燥方式之一。本设计尝试提出联合干燥的一种新的构型。

（1）烘干原理。设计一种综合利用太阳能集热技术、光伏发电技术及热泵烘干技术的辣椒烘干系统。控制流程如图1 所示。

图1 控制流程图

晴天温度适宜时，将外界热空气吸入，经过压缩机升温加压后经冷凝管循环放热，将辣椒从烘干箱底部缓慢运送至烘干箱顶部的出料口，在此期间辣椒与烘干箱内的热风充分接触，达到热风干燥目的。同时集热水管内的水经太阳能集热装置加热后进入保温箱，以便在没有光照的时候使用。而在夜晚和阴雨天气时，通过白天储存在保温箱里的热水和光伏供电的电加热棒对风机吹出的风进行加热。系统结构如图2 所示。

图2 烘干系统结构设计

系统通过光照强度传感器所提供的信息判断是否为晴天，若是则启动热泵系统和热水加热系统；若不是则需要考虑保温箱内的水温，若水温大于60 ℃，则启动热水加热系统，若不是则使用电加热棒加热。当烘干箱内的温度达到60 ℃时，温湿度传感器开始判断辣椒的湿度，若湿度小于4%，则将物料送出烘干系统卸货；若不是则继续烘干，直到辣椒湿度小于4%为止。

（2）应用分析。目前联合干燥系统的应用中尝试采用以太阳能干燥为主，热泵干燥系统尾气余热利用为辅助，只需要消耗少量的电能便能实现清洁高效的烘干。联合系统结构的优化和改进能够大范围提高辣椒烘干品质、减少干燥时间和碳排放。联合干燥系统具有较高的研究价值。

3 结语

结合新疆优质资源特色，选择合适经济的热源，因地制宜提出针对新疆辣椒产业现状的烘干装置，为烘干技术和能源利用多元化创新发展提供了一个方向，在加快辣椒机械化干燥进程的同时，提高农业现代化水平，达到节能减排的效果。在当今全球呼吁环境友好的前提下，开发新型优质的辣椒烘干系统对于助推制干椒产业发展、发展地域特色产业、助力脱贫攻坚绿色发展具有深远的意义。

在当前碳达峰、碳中和的大趋势下，产学研结合，对太阳能热泵联合干燥技术不断改进，系统性能和运行策略不断优化[11]，是用小辣椒推动大产业，让干椒增产、农民增收，做大做强产业、延伸产业链条的关键。