CN102072627A - 固体颗粒物料高效干燥设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固体颗粒物料高效干燥设备，由气密的干燥塔与开放式的预热塔两级组成，干燥塔顶部的抽真空口通过管道与蒸气喷射压缩器的吸入口连通，蒸气喷射压缩器的进气口与蒸气炉的工作蒸气连接，蒸气喷射压缩器的混合气体排出口通过密闭增压泵与干燥塔内部设置的换热管入口相连通，换热管出口与预热塔内部设置的预热管入口相连通，预热管出口端设置真空泵。本发明巧妙的利用了水巨大的相变蓄热与放热能力，利用蒸气压缩器在此工作数据段蒸气消耗小、抽气能力大的特性，与密闭风泵大风量且增压的功能相结合，从而使低压水蒸气在换热管内液化放热，显著的提高了小温差蒸发的热效率，极大的降低了能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及将热泵设备应用于蒸发领域，是一种固体颗粒物料高效干燥设备。
背景技术
物料的干燥是将如粮食谷物、煤炭矿石等固体颗粒物料内含有的水分加热为气态，属于蒸发的一种，由于水的气化需要吸收大量的热，因此蒸发属于高能耗的产业。目前常用的干燥手段是采用热风加热方法，通过燃烧或者电热将空气加热后，鼓风吹过物料，使其内部水分气化实现干燥脱水；但是这种热交换方法的热效率很低，通常只有20%～40%。而且蒸发出来的水蒸气由于温度与被蒸发物料相近，根据热力学定律，等温介质无法与物料实现热交换，因此在工业中无法对这种小温差低压力的蒸气进行有效利用，通常只能直接排放，导致这些吸蓄了巨大气化热的水蒸气不能被回收利用。这种粗放式的低端技术造成了热能的严重浪费，对于大蒸发量的生产工艺，没有办法降低煤电的刚性成本支出，也不能实施节能减碳的重大目标。而且热风干燥技术应用于热敏干燥物料如玉米的干燥过程中，往往会发生风温过热而产生黑糊颗粒超标，淀粉和部分有益物质变性而丧失生物活性，这种困扰粮食储备企业几十年的问题一直没有能够得到解决。热风干燥在粮食企业生产工艺末端必须设置物料冷却段，而此段风机降温的结构必然消耗高端的电力资源，否则粮食无法仓储保管。
在一些真空蒸发干燥工艺中，需要大抽气量真空泵，但是现有的普通真空泵由于吸气量有限，因此无法使用于巨大水蒸发容量的干燥设备，更无法实现对水蒸气的再利用。蒸气喷射压缩器，又称热泵，工作介质主要是水蒸气，工作时高压气流从喷嘴高速喷出，引射喷嘴周围的低压气体，两股气流在混合室和扩压器内混合增压，在消耗了一定工作气体的条件下，提高了从吸入口进入喷射器的低压气体压力和温度。喷射压缩器结构简单实用，在工业上广泛应用于制造和保持真空、低压蒸气再利用以及制冷领域。当喷射压缩器在压缩比1.2，膨胀比大于10的工作参数段应用时，具有抽气量巨大、消耗的工作蒸气极低、能效比极高等显著优点，但是同样由于压缩比过低、排出口压力低，因此抽出的大量小温差低压力条件的水蒸气不能在后段换热管的介质管路内液化放热，具体的说，从喷射压缩器的混合气体出口输出的低温水蒸气，在换热管里面受限制于管道内外小温差和管道内低压力两个具体条件限制，无法在换热管管路内冷凝放热，而以气态跑到换热管之外，因此无法将被喷射压缩器所聚集回收获得的宝贵水蒸气吸蓄的巨大气化热热能利用。所以，喷射压缩器在此工况下只是单纯的作为大抽气量的真空泵进行应用，而热能被白白的浪费，根本没有发挥热泵的作用，不能达到既真空蒸发又热泵换热的双重工艺目的。
发明内容
本申请人针对上述现有干燥工艺中热能利用率低，无法对大气量、小温差、低压力的水蒸气进行有效利用等缺点，提供一种结构合理的固体颗粒物料高效干燥设备，从而可以对小温差低压力大气量的水蒸气进行回收利用，充分利用水的液化放热，实现高效、低成本的蒸发生产目的。
本发明所采用的技术方案如下：
一种固体颗粒物料高效干燥设备，由气密的干燥塔与开放式的预热塔两级组成，干燥塔顶部的抽真空口通过管道与蒸气喷射压缩器的吸入口连通，蒸气喷射压缩器的进气口与蒸气炉的工作蒸气连接，蒸气喷射压缩器的混合气体排出口通过密闭增压泵与干燥塔内部设置的换热管入口相连通，换热管出口与预热塔内部设置的预热管入口相连通，预热管出口端设置真空泵，在换热管与预热管的较低部位设置有冷凝水收集口。其进一步特征在于：
所述密闭增压泵为密闭风泵或密闭风机，采用变频器或调磁电机进行调控。
所述干燥塔顶部入料口与底部出料口均设置高气密泄料器，高气密泄料器与一真空泵连接保持外面进入泄料器气压小于或等于蒸发室内压力。
所述干燥塔内部的换热管与所述预热塔内部的预热管分解为若干路并联的换热模组。
所述蒸气喷射压缩器压缩比为1.2，膨胀比大于或等于10。
所述换热管与预热管管路内部保持为恒定的低压状态3.0～70Kpa，优选为5.0～5.6Kpa。
所述密闭增压泵的出口端气体压力比进口端压力大1.38～68Kpa，优选为4.3～4.5Kpa。
本发明的有益效果如下：
本发明巧妙的利用了水巨大的相变蓄热与放热能力，利用蒸气压缩器在此工作数据段蒸气消耗小、抽气能力大的特性，与密闭风泵大风量且增压的功能相结合，从而使低压水蒸气在换热管内液化放热，显著的提高了小温差蒸发的热效率，极大的降低了能源消耗，在完成真空蒸发的同时实现了热泵换热的双重工艺目的。根据实际运行，100KG工作蒸气投入，通过混合提高了吸入的蒸发水蒸气温度，然后通过风泵增压调节出口混合蒸气的压力，可以使约400KG混合气体在换热管内发生冷凝，从而使初期水分蒸发时保留并积蓄在蒸发水蒸气内的气化热，重新进入换热管液化释放热能，从而使现有技术中被排放浪费掉的蒸发水蒸气的气化热能量得到循环反复有效的再利用。
本发明在干燥塔前端设置了预热塔，利用干燥塔的换热管内没有充分液化的水蒸气对物料进行预热，更加高效的利用了热能，避免了热能损耗。对比数据表明，传统的热风加热方法每吨煤可以干燥30～40吨粮食谷物颗粒，而本发明的干燥设备利用每吨煤可以干燥150吨粮食谷物颗粒，干燥效率大大提高，煤电的刚性成本支出显著减少；本发明的推广使用可以为国家每年节省规模可观的煤炭资源，还可以减少相对应的巨额碳排放。本发明的14℃～20℃低温蒸发工艺，避免过热热风破坏物料的有益成分，可以解决粮食企业多年的困惑；同时也不需要设置尾端降温设施，可以减少设备投入，降低宝贵的电力成本支出。
附图说明
图1为本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明由气密的干燥塔9与开放式的预热塔11两级组成，干燥塔9内部设置的换热管7出口与预热塔11内部设置的预热管12入口相连通；在干燥塔顶部设置有抽真空口6，通过管道与蒸气喷射压缩器2的吸入口3相连通；蒸气喷射压缩器2的进气口1与蒸气炉16的工作蒸气连接，蒸气喷射压缩器2的混合气体出口4通过密闭风泵5或密闭风机与换热管7的入口相连通，换热管7在干燥塔9内部分解为若干路并联的换热模组；在预热管12的出口设置有冷凝水收集口17与真空泵15，冷凝水收集口17与储水桶连接；密闭风泵5或密闭风机采用变频器或调磁电机进行调节，为现有技术。干燥塔9顶部入料口与底部出料口均设置高气密泄料器8，高气密泄料器8与一真空泵连接,一方面保证固体颗粒的连续输入输出，同时保证干燥塔9内部的气密性. 保持外面进入泄料器气压小于或等于蒸发室内压力。本发明通过初级提升机13将物料输送至预热塔11的顶部敞口，并通过二级提升机10将预热后的物料提升至干燥塔9顶部的输入管道。
实际工作时，先通过初级提升机13将物料输送至预热塔11的顶部敞口实现加料，物料落入预热塔11，在自重作用下下行并与预热管12相接触实现换热；物料颗粒从预热塔11的底部流出并通过二级提升机10提升至干燥塔9顶部的输入管道。输入管道上设置的高气密泄料器8，一方面保证固体颗粒的连续输入，同时保证干燥塔9内部的气密性，不允许空气混入内部。固体颗粒物料在干燥塔9内堆积，在自重作用下缓慢下行并充分与换热管7的外壁接触实现换热，物料内的水分受热蒸发为水蒸气挥发，干燥后的物料通过干燥塔9底部的输出管道与高气密泄料器8输出。
蒸气炉16加热产生高温水蒸气（大于95℃）进入蒸气喷射压缩器2的进气口1，蒸气喷射压缩器2具有极强的抽真空能力，将干燥塔9内被蒸发出来的低温水蒸气（14～20℃）抽出。低温水蒸气从吸入口3吸入，在混合室和扩压器内与进气口1内吸入的高温水蒸气混合增压，然后通过密闭风泵5或密闭风机进行增压1.38～68Kpa、优选为4.3～4.5Kpa后进入换热管7内部；在换热管7中，混合蒸气与外部物料的温差为20度左右，而且在风泵增压作用下水蒸气在换热管加热管路内压力为3.0～70Kpa、优选为5.0～5.6Kpa等于该状态下对应的饱和蒸气压，因此在换热管7的管道中液化冷凝，通过冷凝水收集口17进行收集。水蒸气的液化冷凝产生大量的相变热，通过换热管7的管壁热交换给外部物料颗粒，使其内含水分受热蒸发，并被抽出吸入至蒸气喷射压缩器的吸入口。少部分没有液化的水蒸气继续进入预热塔11内部的预热管12，与管外较冷的物料实现热交换，液化冷凝放热，冷凝后的液态水通过冷凝水收集口17进行收集。在预热管12的出口端设置的真空泵15和阀门14将换热管7与预热管12的管道内部控制保持为恒定的低压状态3.0～70Kpa。
在一些气温比较高的地区，可以省略预热塔11的设置，从而降低设备成本。本发明不限于粮食的干燥应用，通过更换干燥塔9内部的物料，如矿石、煤炭等，也可以同样应用于相关干燥领域。
本发明利用具有极强抽真空能力的蒸气喷射压缩器对干燥塔进行抽真空，在蒸气喷射压缩器的出口端设置了密闭风泵或密闭风机，采用变频器或调磁电机进行调节，使风泵输出至换热管管道内的混合蒸气压力增压，使其等于饱和蒸气压，从而在换热管与预热管管道内液化并释放大量的相变热。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (9)
1.一种固体颗粒物料高效干燥设备，其特征在于：由气密的干燥塔与开放式的预热塔两级组成，干燥塔顶部的抽真空口通过管道与蒸气喷射压缩器的吸入口连通，蒸气喷射压缩器的进气口与蒸气炉的工作蒸气连接，蒸气喷射压缩器的混合气体排出口通过密闭增压泵与干燥塔内部设置的换热管入口相连通，换热管出口与预热塔内部设置的预热管入口相连通，预热管出口端设置真空泵，在换热管与预热管的较低部位设置有冷凝水收集口。
2.按照权利要求1所述的固体颗粒物料高效干燥设备，其特征在于：所述密闭增压泵为密闭风泵或密闭风机，采用变频器或调磁电机进行调控。
3.按照权利要求1所述的固体颗粒物料高效干燥设备，其特征在于：所述干燥塔顶部入料口与底部出料口均设置高气密泄料器。
4.按照权利要求1所述的固体颗粒物料高效干燥设备，其特征在于：所述干燥塔内部的换热管与所述预热塔内部的预热管分解为若干路并联的换热模组。
5.按照权利要求1所述的固体颗粒物料高效干燥设备，其特征在于：所述蒸气喷射压缩器压缩比为1.2，膨胀比大于或等于10。
6.按照权利要求1所述的固体颗粒物料高效干燥设备，其特征在于：所述换热管与预热管管路内部保持为恒定的低压状态3.0～70Kpa。
7.按照权利要求1所述的固体颗粒物料高效干燥设备，其特征在于：所述换热管与预热管管路内部保持为恒定的低压状态5.0～5.6Kpa。
8.按照权利要求1所述的固体颗粒物料高效干燥设备，其特征在于：所述密闭增压泵的出口端气体压力比进口端压力大1.38～68Kpa。
9.按照权利要求1所述的固体颗粒物料高效干燥设备，其特征在于：所述密闭增压泵的出口端气体压力比进口端压力大4.3～4.5Kpa。
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