CN101365655B - 膏状物料干燥方法和/或膏状物料干燥装置 - Google Patents

膏状物料干燥方法和/或膏状物料干燥装置 Download PDF

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Abstract

本发明包括用于干燥膏状物料的方法和设备。所述膏状物料先在第一温度下经过第一干燥阶段(1)，接着部分干燥的膏状物料在第二温度下经过第二干燥阶段(10)。所述第二温度低于所述第一温度。本发明还涉及膏状物料的干燥和杀菌方法，包括以下步骤：使所述膏状物料经过第一步加热杀菌过程(1)，接着使其经过第二步加热干燥过程(10)。本发明还涉及干燥膏状物料的方法，其中，在进一步处理所述膏状物料之前，先将该膏状物料粉碎(55)并部分干燥(56)，以形成至少部分覆盖每个碎粒的硬壳。

Description

膏状物料干燥方法和/或膏状物料干燥装置
技术领域
本发明涉及干燥膏状物料的方法和/或干燥膏状物料如淤泥的装置。所述淤泥可包括含有已处理或未处理污水的半固体、泥渣和泥浆，或其它生物学废料，或其它含有可蒸发液体的材料。所述可蒸发液体一般为水，但也不排除水之外的其它液体。
背景技术
淤泥，如来自城市企业的污水淤泥，例如来自工业工厂如纸浆和纸厂、食品制造厂、炼油厂和废物处理厂如溶气气浮系统、厌氧消化、延时曝气和化学选矿过程等，这些淤泥中可能包含大约1％～5％的固体含量。通常这些淤泥都要经过脱水处理过程，例如机械过滤、离心过滤或挤压，以制得基本上除去了自由水分的淤泥。但这样制得的留存有基本结合水的淤泥中仍含有大量水分。在这种淤泥中干燥固体的含量约为12～30％。为了制得可以运输的没有病菌的淤泥，需要将所述淤泥中的水分含量降低到10％以下。
发明内容
发明目的
因此本发明的目的是提供一种干燥膏状物料的方法和/或装置，该方法和/或装置将以简单但有效的方式至少在某种程度上满足上述需求，或者所述方法和/或装置至少可为公众提供一个有用的选择。
发明综述
因此，本发明的一个方面为干燥膏状物料的方法，该方法包括以下步骤：使膏状物料在第一温度下经过第一干燥阶段，接着使该部分干燥的膏状物料在第二温度下经过第二干燥阶段，所述第二温度低于所述第一温度。
优选地，所述第一干燥阶段通过尽量减少所述膏状物料结块的方式进行。
优选地，所述第一干燥阶段在旋转干燥器中进行，该第一干燥阶段在淤泥的大量结块发生之前结束。
优选地，所述旋转干燥器为滚筒干燥器。
优选地，所述第二干燥阶段在不结块型干燥器上进行。
优选地，所述第二干燥阶段在移动床干燥器上进行。
优选地，将所述第二温度选为低于在干燥过程中或干燥后所述物料的爆炸极限温度。
优选地，所述第一干燥阶段将所述膏状物料的核心温度加热至至少50℃。
优选地，所述第一干燥阶段将所述膏状物料的核心温度加热至至少100℃。
优选地，所述第一干燥阶段将所述膏状物料的核心温度加热至至少180℃。
优选地，所述方法进一步包括处于所述第一干燥阶段和第二干燥阶段之间的膏状物料粉碎步骤。
优选地，所述方法进一步包括处于所述第一干燥阶段之前的膏状物料粉碎步骤。
优选地，所述方法进一步包括在所述第一干燥阶段之前使所述膏状物料粉碎成颗粒、并部分干燥所述颗粒的步骤。
本发明的另一个方面为膏状物料的干燥和杀菌方法，包括以下步骤：使所述膏状物料经过第一步加热杀菌过程，接着使其经过第二步加热干燥过程。
优选地，所述杀菌过程在膏状物料比较潮湿时开始。
优选地，所述水分含量大于15wt％(重量百分比)。
优选地，所述水分含量为70～88wt％。
本发明的又一个方面为干燥膏状物料的装置，该装置包括可在第一温度下工作的第一干燥器，和在第二温度下工作的第二干燥器，所述第二温度低于所述第一温度。
优选地，所述第一干燥器包括单程或多程干燥器。
优选地，所述第二干燥器包括单程或多程干燥器。
优选地，所述第一干燥器包括旋转干燥器。
优选地，所述旋转干燥器包括滚筒干燥器。
优选地，所述第二干燥器包括移动床干燥器。
优选地，所述第二温度低于干燥器上待干燥或已干燥物料的爆炸极限温度。
优选地，所述第一干燥器包括加热器，该加热器可使所述膏状物料的核心温度升至至少100℃。
优选地，所述第一干燥器包括加热器，该加热器可使所述膏状物料的核心温度升至约180℃。
优选地，所述装置进一步包括位于所述第一和第二干燥器之间的粉碎机。
优选地，所述装置包括位于所述第一干燥器之前的另一个粉碎机。
优选地，所述装置还包括另一个粉碎机，该粉碎机位于所述第一干燥器之前、粉碎所述膏状物料。
优选地，在所述另一个粉碎机之前设有预干燥器，以至少部分干燥所述膏状物料。
本发明的另一个方面是干燥膏状物料的方法，其中在进一步处理所述膏状物料之前，先将该膏状物料破碎成颗粒和部分干燥，以形成至少部分覆盖每个颗粒的硬壳。
本领域技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。本说明书公开的内容为纯示例性的，不应构成对本发明保护范围的限制。
附图说明
以下将结合附图来说明本发明的一个优选实施方式，该附图为根据本发明一个优选实施方式的用于干燥膏状物料的装置的图解，且展示了根据本发明一个优选实施例的干燥膏状物料的方法。
具体实施方式
参见附图，将膏状物料，如干燥固体含量为20wt％的脱水淤泥，输入第一干燥器1中。如果需要或者必要的话，可使所述脱水淤泥在进入所述第一干燥器之前先通过第一粉碎机2。通常该粉碎机2将尺寸大于15mm的物料块粉碎成块度范围在10～20mm之间的颗粒。基本上，粉碎机2粉碎所述物料以形成相同粒径的颗粒提供给所述第一干燥器1。作为选择的，粉碎机2可以是一个挤出机。
所述第一干燥器可为单程或多程干燥器，该第一干燥器可在较高的第一温度下运转，其优选形式为旋转干燥器，特别是滚筒干燥器。该第一干燥器包括加热器3，该加热器3可加热所述脱水淤泥、使其核心温度升至优选至少50℃、更优选100℃、更特别优选180℃，从而通过该加热过程快速、彻底地消灭病菌。
在一个优选实施方式中，所述干燥器1为旋转干燥器，优选单程旋转滚筒干燥器，该干燥器可在空气/进料比(air/feed product ratio)低于常规旋转滚筒干燥器的条件下工作。该干燥器设有内隔板和推杆，且所述滚筒以最合适的倾斜角度安装，以确保干燥器内的干燥过程以最有能效的方式实现，从而使废气中的热损失最小化。该干燥器可在申请人处获得，被称之为“Flo-DryRotary Dryer”。
在所述第一干燥器1中，所述颗粒被干燥至干燥固体含量为40～60wt％，因此所述物料不会完全凝聚或团聚成块。在所述第一干燥器1中形成的所有块的直径通常都不会大于20mm。所述第一干燥器1由直接点火燃烧器供能，该燃烧器所用的燃料如天然气、LPG(液化石油气)、石油干燥剂基液体燃料(Petroleum Dryerbase liquid fuel)、来自沼气池的沼气、来自发电机或粉体燃料燃烧器的高温废气，所述粉体燃料燃烧器使用固体燃料包括本发明输出的最终干燥淤泥。
所述热空气和燃烧气的输入温度最好在300～800℃，该温度大大高于现有技术干燥器中采用的温度。这种温度不但降低了干燥过程中所用的气体的量，而且可对所述淤泥进行杀菌，使其满足USEPA 503A标准的要求或者更好。
在本发明的优选实施方式中，进入所述第一干燥器1的进料端4的物料被热气加热，很快地达到核心温度50～180℃(至少100℃，优选约180℃)，保持这种温度足够长的时间，该时间相当于常规杀菌过程所需的时间(常规杀菌过程需将最终干燥产物保持在80～90℃几分钟)，且超过USDA，E.U.以及新西兰环境部门要求的病菌降低要求。
通向所述第一干燥器的高输入温度使得物料的核心温度很快上升。当核心温度为100～180℃时，完全杀灭病菌的时间只需几秒左右。让核心温度快速上升的一个原因是在过程开始时就进行杀菌步骤，此时淤泥中的水分含量高，例如在70～88％之间。这种高水分含量可提高热传导的导热特性——比热容，且传入物料核心的总热量使所述物料被加热，在一个实施例中被加热到180℃，而不会损害淤泥的有机热不稳定性，也不会有爆炸的危险。
在所述第一干燥器1的进料端4，所述高水分含量充分防止了粉尘的形成，且随着对物料的加热，物料的过热被用来蒸发淤泥中的水分。
在现有技术中，加热杀菌结构被应用于所述过程的末端，此时水分含量一般低于15wt％，且可低至10wt％。在这种低水分含量的环境中，甚至加热到80℃就会产生粉尘，并伴有爆炸的危险。在第一干燥器1中采用高输入温度意味着所述第一干燥器1中使用的气体的量大大降低，这降低了所述第一干燥器1内的绝对含氧量，又降低了爆炸的危险，此外由于所用的气体减少，因此也减小了所述干燥和相关设备如管道、风机和热交换设备等的尺寸。
从第一干燥器1的出口端5出来的物料进入另一个粉碎机6中，该粉碎机6再次将任何大块粒料粉碎至粒径约为5～15mm。所述粉碎机6中可设有一根或两根慢速(例如3～30rpm)旋转轴，该旋转轴上装有刀具或刀片。对于某些淤泥，可用挤出机来代替粉碎机6，所述挤出机可产生相同的物料条，该物料条可被切成选择长度的产物。通常这种情况下的颗粒尺寸为直径约2～8mm，长度约5～20mm。
因此，从所述粉碎机6中出来的物料颗粒大致具有相同的尺寸。
从粉碎机6中出来的物料进入第二干燥器10，该第二干燥器10同样可以是单程或多程干燥器。第二干燥器10在比第一干燥器低的温度下工作，且也是不结块型的干燥器，这种干燥器的一个典型例子是带式干燥器。可用热气加热所述带式干燥器，热气温度在30～150℃之间；所述第二干燥器10足够长，因此其出口处的淤泥具有的干燥固体含量可达90～95wt％。将第二干燥器中的温度选择到足够低，以排除粉尘爆炸的危险或使危险最小化。
在本发明的一个优选实施方式中，用于第二干燥器10的热能由来自干燥器1的蒸出水和气体中所含的热量供给，可用热交换器系统11来浓缩和/或冷却所述蒸出水和气体，以提供温度约35～95℃的热水。如果需要，可将来自干燥器1的所述蒸出水和气体中所含的热量交换给空气，以产生第二干燥器10所需的热空气。因此，使从管道12出来的约100℃的气体通过热交换器13，以在14处提供热水，该热水的温度例如为80℃。热交换器15在16处提供的气体例如为70℃，且如果需要的话，可设置辅助或补充的气体加热器17，以在18处提供约90℃的气体，该气体在19处输入干燥器10中。从第二干燥器10出来的物料在冷却部分中被冷却至约40℃，该冷却部分位于所述第二干燥器10内部或外部。可在气体换热器21中，用来自大气的冷空气(该冷空气的温度例如为5～30℃)来冷却所述最终干燥物料。
风机、冷凝器和热泵的使用使得热量可被保存起来。引风机(ID fan)30使从第二干燥器10排出的温度约40～105℃的湿气能够通过气/水冷凝器31，最后，如果需要，可在生物过滤器或任何其它的气味处理装置(图中32处)中对所述的被(冷凝器31)冷却除湿的气体进行处理，以除去排气中的臭味。
从第二干燥器10中排出的气体中的一部分在气/水换热器15中被加热，并再用于第二干燥器10中。从干燥器1中排出的水汽和气体通过冷凝器13，该冷凝器13为气/水换热器，所述除湿后的气体被用作第一干燥器1的输入气。气体换热装置如热泵40和41、换热器42及引风机43被用来平衡所述热回收系统11。来自第一干燥器1中的最终废气在50处被送入生物过滤器(图中51处)。
对于某些淤泥比较有利的是，脱水处理之前先在粉碎机55中将湿淤泥预碎为粒度约为25～50mm的颗粒。
这些颗粒接着可在加热器56中预热，该加热器56可为传送带式干燥器，该干燥器利用来自下游干燥过程的回收热量。加热的其它形式如红外、微波或电热等。目标是加热所述预碎颗粒的外部、使其形成硬壳，以防止淤泥成团或使成团最小化，否则这种团块就会出现在粉碎机2或干燥器1中。这使得粉尘的产生最小化，使输入的湿淤泥中的粉尘含量低至1wt％。这种预热形成了至少部分覆盖每个淤泥颗粒的表面的硬壳，优选全部覆盖。
因此，本发明提供了用于干燥膏状物料的方法和/或装置，至少在本发明的优选实施方式中，所述方法和/或装置具有优势即可以以有效率的方式干燥膏状物料，以减少能量消耗、使膏状物料在干燥过程中结块的风险降到最小，从而使养护要求降到最小，特别地，这也使粉尘爆炸的危险降到最小。所述装置在养护效率高的同时，空间效率和能效也高。
由于干燥过的物料不需要再循环，因此能量需求降低且不需要被干燥物料的循环路径，从而使所述操作过程的“足迹”缩短。
通过使用从第一干燥阶段排出的热量，能量需求可被降到最低。相信与现有系统相比，本发明可大大降低热能和电能的消耗。
在所述过程的开始提供高热量输入可(使产物)满足相关标准的要求。
所述过程也可生产出粒状、基本无粉尘的产物。

Claims (24)

1.干燥膏状物料的方法，该方法包括以下步骤：使膏状物料在第一温度下经过第一干燥阶段，接着使部分干燥的膏状物料在第二温度下经过第二干燥阶段，所述第二温度低于所述第一温度；其特征在于：所述方法进一步包括在所述第一干燥阶段之前使所述膏状物料粉碎成颗粒、并部分干燥所述颗粒的步骤，以及处于所述第一干燥阶段和第二干燥阶段之间的膏状物料粉碎步骤，并且，所述第一干燥阶段将所述颗粒干燥至干燥固体含量为40～60wt％，所述第二干燥阶段通过移动床干燥器进行。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一干燥阶段在滚筒干燥器中进行。
3.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述第二温度选低于在干燥过程中或干燥后所述物料的爆炸极限温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一干燥阶段将所述膏状物料的核心温度加热至至少50℃。
5.权利要求4所述的方法，其特征在于：所述第一干燥阶段将所述膏状物料的核心温度加热至至少100℃。
6.权利要求5所述的方法，其特征在于：所述第一干燥阶段将所述膏状物料的核心温度加热至180℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一干燥阶段包括加热杀菌过程。
8.权利要求7所述的方法，其特征在于：所述杀菌过程在膏状物料比较潮湿时开始。
9.权利要求8所述的方法，其特征在于：在所述第一干燥阶段之前，所述膏状物料的水分含量大于15wt％。
10.权利要求9所述的方法，其特征在于：所述水分含量为70～88wt％。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在进一步处理所述膏状物料之前，先将该膏状物料粉碎成颗粒并部分干燥，以形成至少部分覆盖每个颗粒的硬壳。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：来自所述第一干燥阶段的废气的热量至少部分地加热所述第二干燥阶段中的干燥器。
13.用于干燥膏状物料的装置，该装置包括可在第一温度下工作的第一干燥器(1)和在第二温度下工作的第二干燥器(10)，所述第一干燥器为旋转干燥器，所述第二干燥器为移动床干燥器，所述第二温度低于所述第一温度，并且，所述装置进一步包括位于所述第一和第二干燥器之间的粉碎机(2)。
14.权利要求13所述的装置，其特征在于：所述第一干燥器包括单程或多程干燥器。
15.权利要求13或14所述的装置，其特征在于：所述第二干燥器包括单程或多程干燥器。
16.权利要求13所述的装置，其特征在于：所述旋转干燥器包括滚筒干燥器。
17.权利要求13所述的装置，其特征在于：所述第二温度低于干燥器上待干燥或已干燥物料的爆炸极限温度。
18.权利要求13所述的装置，其特征在于：所述第一干燥器包括加热器，该加热器可使所述膏状物料的核心温度升至至少100℃。
19.权利要求13所述的装置，其特征在于：所述第一干燥器包括加热器，该加热器可使所述膏状物料的核心温度升至180℃。
20.权利要求13所述的装置，其特征在于：所述装置包括位于所述第一干燥器之前的另一个粉碎机。
21.权利要求20所述的装置，其特征在于：所述装置还包括位于所述另一个粉碎机之前的、用于粉碎所述膏状物料的再一个粉碎机。
22.权利要求20或21所述的装置，其特征在于：在所述另一个粉碎机之前设有至少部分干燥所述膏状物料的预干燥器。
23.权利要求13所述的装置，其特征在于：来自所述第一干燥器中的废气热量被用于给所述第二干燥器供热。
24.权利要求13所述的装置，其特征在于：还包括热交换设备，该热交换设备用于转移来自所述第一干燥器的废气中的热量，以至少部分加热所述第二干燥器。
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