CN103743196B - 一种热风封闭循环高效干燥节能工艺及系统 - Google Patents

Abstract

一种热风封闭循环高效干燥节能工艺及系统，包括有热风减温、除湿、热能转移、升温、干燥和热能回收综合利用六个工艺环节；在减温环节将回风温度减至水蒸气露点之下；在除湿环节分离并去除凝结的水分；在热能转移环节通过所设置的热能转移环路吸收转移热能；在升温环节利用回馈的热能和冷凝水显热升温干进风；在干燥环节以升温后的高温干进风对湿物料进行干燥；在热能回收综合利用环节通过所设置的余热收集回用环路、冷凝水显潜热收集回用环路和热水收集综合利用网路收集热能转移环节转移来的热能，并按热能介质分类加以利用。本发明干燥效率高，减少或不外排回风，能够充分利用干燥过程中产生的各种余能，特别是对易于损失的热能进行回收利用。

Description

一种热风封闭循环高效干燥节能工艺及系统

技术领域

本发明属于热风干燥技术领域。

背景技术

传统的热风干燥工艺系统，是将部分或全部高湿回风(吸纳水分后从干燥装置出来的热风)排放到系统外，再通过补充新热源加热新“干”空气维持干燥系统正常运行，能耗大，运行费用高。现有技术中已有利用热泵除湿干燥原理，使回风在干燥室与热泵干燥机间闭式循环，减小热能消耗的技术，但缺少充分的热能回收与综合利用手段，存在热能损失，总体能源利用率低、节能效果差。此外，在干燥过程中，未回收利用系统热风降温使用、干燥中断或终(中)止等情况时除湿的热能，充分利用冷凝水的潜热、显热困难，往往外排较高温度的冷凝水，造成热能的损失和浪费。

发明内容

本发明的目的解决现有技术存在的不足，提供一种干燥效率高，减少或不外排回风，能够充分利用干燥过程中产生的各种余能，特别是对易于损失的热能进行回收利用的热风封闭循环干燥节能工艺及系统。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种热风封闭循环高效干燥节能工艺，包括有热风减温、除湿、热能转移、升温、干燥和热能回收综合利用六个工艺环节；在减温环节将回风温度减至水蒸气露点之下；在除湿环节分离并去除凝结的水分；在热能转移环节通过所设置的热能转移环路吸收转移热能，包括转移吸收减温环节的热能直接回馈给升温环节，转移冷凝水的显热给升温环节，将吸收减温环节的热能转移至热能回收综合利用环节；在升温环节利用回馈的热能和冷凝水显热升温干进风；在干燥环节以升温后的高温干进风对湿物料进行干燥；在热能回收综合利用环节通过所设置的余热收集回用环路、冷凝水显潜热收集回用环路和热水收集综合利用网路收集热能转移环节转移来的热能，并按热能介质分类加以利用，包括回收除湿环节凝结水及系统内外的余能,对汽、水进行分离，高温冷凝水潜热闪蒸为二次蒸汽经蒸汽品质提升过程成为次高压蒸汽用于升温环节或其他用汽点，高温冷凝水显热由热能转移环节转移至升温环节使用，最后的低温水再用于浸泡原料。

本发明工艺在减温环节将回风温度控制在30～260℃，升温环节将进风温度控制在40～280℃。

一种热风封闭循环高效干燥节能工艺的系统，该系统包括有封闭热风干燥节能环路、热能转移环路、余热收集回用环路、冷凝水显潜热收集回用环路、热水收集综合利用网路；

所述封闭热风干燥节能环路包括有由风管顺序串接于循环回路上的干燥箱、减温器、除湿器、升温器、增温热交换器、循环风机，在升温器上串联显热升温器；

所述热能转移环路包括有由热介质管顺序串接于循环回路上的压缩式热泵的第一蒸发器、第一压缩机、第一三通切换阀、第一冷凝器、第二三通切换阀、第一节流阀；第一蒸发器内置于减温器中，第一冷凝器内置于升温器中；

所述余热收集回用环路包括有由热介质管顺序串接于循环回路上的第一蒸发器、第一压缩机、第一三通切换阀、第二三通切换阀、第一节流阀，连接于第一三通切换阀且置于储水罐内的水冷凝器；

所述冷凝水显潜热收集回用环路包括有冷凝水显热收集回用环路和冷凝水潜热收集回用环路；冷凝水显热收集回用环路包括有由热介质管顺序串接于循环回路上的第二冷凝器、第二压缩机、第二蒸发器、第二节流阀；第二冷凝器内置于显热升温器中；所述冷凝水潜热收集回用环路包括有由管道顺序串接于循环回路上的增温热交换器、第一闪蒸罐、第一喷射式热泵；

所述热水收集综合利用网路包括有通过水管分别与除湿器连接的储水罐和增温热交换器，在增温热交换器出水端通过水管顺序连接有第一闪蒸罐和与第二喷射式热泵连接的第二闪蒸罐，第二蒸发器内置于第二闪蒸罐中。

相比现用技术，本发明热风“干度”大、吸湿性强，干燥效率高，可控性强，系统设备投资小，可以有效利用干燥过程中产生的各种余能，显著提高能源利用率，降低干燥费用和系统运行成本。

附图说明

图1是全热风除湿封闭循环干燥工艺流程框图；

图2是旁路式热风除湿封闭循环干燥工艺流程框图；

图3是热风封闭循环干燥节能工艺的一种造纸用干燥系统组成图；

图4是热风封闭循环干燥节能工艺的另一种造纸用干燥系统组成图；

图5是热风封闭循环干燥节能工艺的一种松散物料干燥系统组成图。

具体实施方式

本发明的热风封闭循环高效干燥节能工艺包括有热风减温、除湿、热能转移、升温、干燥和热能回收综合利用六个工艺环节；在减温环节将回风温度减至水蒸气露点之下，在除湿环节分离并去除凝结的水分，在热能转移环节吸收转移热能，将热能直接回馈使用或转移再利用，在升温环节利用回馈的热能和冷凝水显热升温干进风，在干燥环节以升温后的高温干进风对湿物料进行干燥；在热能回收综合利用环节收集除湿凝结的较高温度的水分，回收工艺系统发生热风降温、干燥中断或终止/中止时的热能，同时收集系统内外产生的其它余能，并按热能介质分类加以利用。

本发明回风温度控制在30～260℃，进风温度控制在40～280℃，依据干燥物料的性质和要求确定干燥适宜温度，并按照环境条件和单位时间物料干燥量，通过计算具体选择风量、风压和风速等参数。对于松散物料需要进行风、料分离，连续干燥的物料应减少热风和热能外漏，保持干燥总体处于适当的负压状态下。

本发明节能工艺分为二种形式：一为全热风除湿封闭循环干燥工艺，二为旁路式热风除湿封闭循环干燥工艺。

如图1所示，全部回风通过热风减温环节、除湿环节、升温(增温)环节，并在干燥环节中循环使用。热能转移环节：除转移吸收减温环节的热能直接回馈给升温(增温)环节外，还转移高温冷凝水的显热给升温(增温)环节，另可将吸收减温环节的热能转移至热能回收综合利用环节；热能回收综合利用环节：收集热能转移环节转移来的热能，回收除湿环节凝结水及系统内外的余能,对汽、水进行分离，高温冷凝水潜热闪蒸为二次蒸汽经蒸汽品质提升过程成为次高压蒸汽用于升温(增温)环节或其他用汽点，高温冷凝水显热由热能转移环节转移至升温(增温)环节使用，最后的低温水再用于浸泡原料等。新热源(电、蒸汽)用于低压蒸汽品质提升，其热能补充物料带走和不可回收损失的热能，保持工艺热能需求平衡。

图2所示为图1的另一种扩展工艺，该工艺适用于对部分热风除湿、在进风中混合使用除湿热风的情况。回风分为两部分，一部分回风经过除湿环节除湿，另一部分不需除湿，两部分混合增温成为高温进风循环使用。升温(增温)环节分为针对除湿部分的升温环节和混合进风的增温环节。在回风湿度低而不需除湿时，全部回风直接增温后循环使用。

本发明所述热风封闭循环高效干燥节能系统由热风除湿干燥构件与热能综合利用组件组合而成，包括有封闭热风干燥节能环路、热能转移环路、余热收集回用环路、冷凝水显潜热收集回用环路、热水收集综合利用网路；系统中包括至少二组位于封闭热风干燥节能环路、余热收集回用环路、冷凝水显热收集回用环路内的压缩式热泵，通过三通切换阀切换热介质流向；系统中还包括至少一组喷射式热泵及闪蒸罐，至少一个闪蒸罐内置蒸发器。

图3所示为采用热风封闭循环干燥节能工艺的一种造纸用干燥系统。该系统包含干燥箱1、减温器2、除湿器3、升温器4、显热升温器5、增温热交换器6、循环风机7、第一蒸发器8、第一冷凝器9、第二冷凝器10、第一压缩机11、第一节流阀12、第一三通切换阀13、第二三通切换阀14、水冷凝器15、储水罐16、第二压缩机17、第二节流阀18、第一闪蒸罐19、第一喷射式热泵20、第二蒸发器21、第二闪蒸罐22、第二喷射式热泵23、电控设备24、烘缸27、托辊28、毛毯29及其它用于收集利用热能的设备。干燥箱1是一种造纸和造纸法再造烟叶行业普遍使用的干燥装置箱，由上箱体1a、下箱体1b组成。湿纸页25从上箱体1a、下箱体1b中间结合部一端引入，在由循环风机7从上箱体1a、下箱体1b一端侧吹入的干热进风的作用下，发生热冷交换、水分蒸发，含较高水分的低温热风以循环风机7抽力从上箱体1a、下箱体1b另一端侧抽出为回风，干纸页26从上箱体1a、下箱体1b中间结合部另一端进入引出。

系统中，干燥箱1、减温器2、除湿器3、升温器4、显热升温器5、增温热交换器6、循环风机7和若干风管、阀等组成封闭热风干燥节能环路，封闭热风干燥节能环路上串联显热升温器5。由压缩式热泵的第一蒸发器8、第一冷凝器9、第一压缩机11、第一节流阀12、第一三通切换阀13、第二三通切换阀14和若干热介质管等组成热风热能转移环路。由第一蒸发器8、第一压缩机11、第一节流阀12、第一三通切换阀13、第二三通切换阀14、水冷凝器15和若干热介质管等组成余热收集环路。由显热升温器5、第二蒸发器21、第二冷凝器10、第二压缩机17、第二节流阀18和若干热介质管等组成冷凝水显热收集回用环路。由第一喷射式热泵20与第一闪蒸罐19、增温热交换器6和若干管道、阀等组成冷凝水潜热收集回用环路。由除湿器3与储水罐16、第一闪蒸罐19、第二闪蒸罐22、增温热交换器6和若干凝结(冷凝)水管等组成热水收集综合利用网路。第一蒸发器8、第一冷凝器9分别内置于减温器2、升温器4中，第二冷凝器10内置于显热升温器5中，水冷凝器15内置于储水罐16中，第二蒸发器21内置于第二闪蒸罐22中，第一三通切换阀13、第二三通切换阀14用于切换热风热能转移环路和余热收集回用环路。由第一闪蒸罐19收集来自增温热交换器6的高温冷凝水，此处冷凝水显热最大，因而由喷射式热泵20使用新高压蒸汽提升第一闪蒸罐19出来的二次蒸汽成为次高压蒸汽，供增温热交换器6使用。第二闪蒸罐22使用来自第一闪蒸罐19较低温度的冷凝水，其潜热产生的二次蒸汽由冷凝水潜热收集回用环路第二喷射式热泵23通过新高压蒸汽提升供其它用汽压力低的用汽点使用，其显热由冷凝水显热收集回用环路供封闭热风干燥节能环路使用，因第二闪蒸罐22内置第二蒸发器21的吸热作用实现冷凝水再次减温，最终变为低温热水与储水罐16的出来的热水混合供原料浸泡等使用。

图4所示为采用热风封闭循环干燥节能工艺的另一种造纸用干燥系统。干燥箱1是造纸工业和再造烟叶行业普遍使用的高速热风罩(又称呼吸罩、杨克罩)，该节能系统与图3主要不同之处在于：仅采用一个内置第二蒸发器21的第二闪蒸罐22，第二闪蒸罐22收集来自增温热交换器6的高温冷凝水，其潜热产生的二次蒸汽经冷凝水潜热收集回用环路的喷射式热泵20再用于增温热交换器6，显热经冷凝水显热收集回用环路显热升温器5用于封闭热风干燥节能环路。

图5所示为采用热风封闭循环干燥节能工艺的一种松散物料干燥系统。干燥箱1是用于干燥松散物料的工作箱，该节能系统与图3构成相似。实际应用中，根据物料性质、干燥要求，选用不同的组合形式。

本发明利用热风除湿干燥原理和热能综合利用技术，提供了一种适用性广、能耗低的热风封闭循环高效干燥节能工艺及系统。可广泛应用于造纸、木材、食品、制药、化工等行业。

Claims (3)

1.一种热风封闭循环高效干燥节能工艺，其特征在于，包括有热风减温、除湿、热能转移、升温、干燥和热能回收综合利用六个工艺环节；在减温环节将回风温度减至水蒸气露点之下；在除湿环节分离并去除凝结的水分；在热能转移环节通过所设置的热能转移环路吸收转移热能，包括转移吸收减温环节的热能直接回馈给升温环节，转移冷凝水的显热给升温环节，将吸收减温环节的热能转移至热能回收综合利用环节；在升温环节利用回馈的热能和冷凝水显热升温干进风；在干燥环节以升温后的高温干进风对湿物料进行干燥；在热能回收综合利用环节通过所设置的余热收集回用环路、冷凝水显潜热收集回用环路和热水收集综合利用网路收集热能转移环节转移来的热能，并按热能介质分类加以利用，包括回收除湿环节凝结水及系统内外的余能,对汽、水进行分离，高温冷凝水潜热闪蒸为二次蒸汽经蒸汽品质提升过程成为次高压蒸汽用于升温环节或其他用汽点，高温冷凝水显热由热能转移环节转移至升温环节使用，最后的低温水再用于浸泡原料。

2.根据权利要求1所述的一种热风封闭循环高效干燥节能工艺，其特征在于，在减温环节将回风温度控制在30～260℃，升温环节将进风温度控制在40～280℃。

3.采用如权利要求1所述一种热风封闭循环高效干燥节能工艺的系统，其特征在于，该系统包括有封闭热风干燥节能环路、热能转移环路、余热收集回用环路、冷凝水显潜热收集回用环路、热水收集综合利用网路；

所述封闭热风干燥节能环路包括有由风管顺序串接于循环回路上的干燥箱(1)、减温器(2)、除湿器(3)、升温器(4)、增温热交换器(6)、循环风机(7)，在升温器(4)上串联显热升温器(5)；

所述热能转移环路包括有由热介质管顺序串接于循环回路上的压缩式热泵的第一蒸发器(8)、第一压缩机(11)、第一三通切换阀(13)、第一冷凝器(9)、第二三通切换阀(14)、第一节流阀(12)；第一蒸发器(8)内置于减温器(2)中，第一冷凝器(9)内置于升温器(4)中；

所述余热收集回用环路包括有由热介质管顺序串接于循环回路上的第一蒸发器(8)、第一压缩机(11)、第一三通切换阀(13)、第二三通切换阀(14)、第一节流阀(12)，连接于第一三通切换阀(13)且置于储水罐(16)内的水冷凝器(15)；

所述冷凝水显潜热收集回用环路包括有冷凝水显热收集回用环路和冷凝水潜热收集回用环路；冷凝水显热收集回用环路包括有由热介质管顺序串接于循环回路上的第二冷凝器(10)、第二压缩机(17)、第二蒸发器(21)、第二节流阀(18)；第二冷凝器(10)内置于显热升温器5中；所述冷凝水潜热收集回用环路包括有由管道顺序串接于循环回路上的增温热交换器(6)、第一闪蒸罐(19)、第一喷射式热泵(20)；

所述热水收集综合利用网路包括有通过水管分别与除湿器(3)连接的储水罐(16)和增温热交换器(6)，在增温热交换器(6)出水端通过水管顺序连接有第一闪蒸罐(19)和与第二喷射式热泵(23)连接的第二闪蒸罐(22)，第二蒸发器(21)内置于第二闪蒸罐(22)中。