传统的干燥方式虽结构简单、造价低,但存在热效率低、热损失大、污染大气环境并且影响物料干燥品质等问题。我国东北地区主要以多段塔式燃煤干燥系统为主,在干燥过程生成的高温废气直接被排出外界环境,造成很大的能量损失。热泵因具有高效回收余热的优点,应用于干燥行业,可以有效回收干燥回风中的热量、降低干燥能耗、减小大气环境污染。目前存在的热泵干燥技术,在实际的工业生产中存在一定的问题:蒸发温度与冷凝温度差值过大导致压缩机压比大,进而影响热泵机组的制热效率;单级热泵机组余热回收率低,难以充分回收干燥过程回风余热。为有效回收干燥排湿废气中的热量,提高机组能效,本文针对级联热泵干燥系统进行了理论分析和实验研究。所得结论如下:针对单级热泵系统存在当环境温度低时系统制热效率低、压缩机压比大等问题,本文设计了一种二级热泵串联的热泵干燥系统,该系统包括不同制冷剂的级联热泵机组和热管系统,能实现对干燥介质逐级降温除湿和加热,有效提高余热回收率和热泵制热效率;同时还可通过调节手动风阀开度实现干燥空气不同循环方式,进而研究对于不同循环方式下干燥能效和热泵机组能耗问题。构建了单级、级联热泵干燥系统数学模型,分析了系统在闭式循环、蒸发段后引入旁通风和新风等工况时,热泵机组COP和SMER等主要评价指标变化趋势。研究结果表明:对比单级级热泵干燥系统时发现,在不同的回风温湿度及循环风量条件下,级联热泵系统COP和SMER始终优于单级热泵系统。当回风温度为25℃和30℃时单级热泵系统COP逐渐降低,而级联热泵系统的COP分别在1400m3/h和1800m3/h出现最大值,分别为2.79和3.08,且回风的温度越高,系统SMER值越大。设计并搭建了级联热泵干燥系统实验台,选取不同风量、回风温湿度等工况展开实验研究并与模拟结果对比,结果表明系统:在不同的回风温湿度条件下,R134a热泵机组和R410A热泵机组的压比均下降;系统SMER随着循环风量的增加逐渐增大,当循环风量增加到1800m3/h时,COP达到最大,通过实验值与模拟值对比发现,系统COP和SMER结果误差偏差分别为-7%～+8%,-5%～+11%,认为建立的系统仿真模型基本满足要求。