CN104010977B - 脱水方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种脱水方法，所述方法包括：(i)采用马达(22)驱动的螺旋(12)将待脱水材料沿封闭壳体(14)的长度方向输送；(ii)监测马达(22)的功率需量的变化率；(iii)根据步骤(ii)获得的马达(22)的电流的变化率调整所述待脱水材料受到的背压的强度；及(iv)在所述壳体(14)的一端(20)形成脱水材料的残留堵塞物。本发明还描述了一种脱水装置(10)。

Description

脱水方法和装置
技术领域
本发明涉及一种脱水方法和装置。更特别地，本发明的脱水方法和装置目的在于在螺旋压力机中使用。
背景技术
在可输送材料的脱水中使用的已知的螺旋压力机通常不能在脱水过程进行中调整。结果是材料的水分含量和输送率需要在该方法执行前设置。然而，如果待输送材料的特性在该过程中显著变化，脱水的程度可能需要调整。这可能是在城市固体废物的有机部分(OFMSW，organicfractionofmunicipalsolidwaste)的生物转化过程中出现的情况，在该过程中，可输送材料从基本上干的材料明显变化为泥浆。
此外，已知的螺旋压力机通常不提供密闭环境。这限制了该装置在需要这种环境的方法中的使用。任何配置为允许在密闭条件下操作的装置都会导致不可能看到装置内部，这在对脱水过程的进展进行视觉评估方面存在问题。
利用厌氧消化和需氧堆肥在单个反应器中的交替阶段的OFMSW的生物转化过程可以得益于密闭条件下的操作。如前所述，这种过程通常需要对其有机产物进行脱水。这是在通气和需氧阶段之前的情况。在需氧阶段不希望有水聚积。
日本专利文献JP2007-237238中描述了一种驱动螺旋压力机的方法。该方法似乎是这样，一块被压缩的材料靠近弹性布置的挡板然后绕该挡板的移动。圆锥形的挡板绕螺旋的轴设置。需要达到的脱水程度通过控制挡板移动的弹簧来设定。此外，一圆锥形的轴也被用来参与该脱水过程。该方法不允许材料的特性明显变化。螺旋在所述螺旋压力机的整个长度延伸。
国际专利申请PCT/EP2006/067921描述了一种螺旋压力机，该压力机的出料口处配置有可旋转地安装的压缩结构，该压缩结构通过不可逆转的螺旋驱动。压力传感器设置在该压缩结构上，用来将待输送材料施加的压力反馈到微处理器，通过该压力传感器还可以监测驱动该螺旋压力机的螺旋的电机的电流。如果电机的电流超过预定值，压缩结构可以进一步打开。为了防止螺旋压力机的出料口内形成材料残留堵塞物，设置其中的旋转的螺旋的末端非常靠近该出料口。
日本专利文献JP2001-038490中描述了一种螺旋压力脱水器，其包括一螺旋，在通过设置在“泥饼”出料口的背压板施加背压的同时，该螺旋沿筒筛输送泥浆材料。其中还描述了促进“泥饼”的出料的自动开/关机构。在该背压板相对于“泥饼”出料口非常直接的刚性定位的情况下，该背压板通过螺旋传动驱动。此外，所述的螺旋贯穿出料口的长度直到出料口。
在文献2000-288596中显示了一个连续压力脱水器，其包括前集中区域、挠性连接管和倾斜的过滤器。集中区域和过滤器中均设有筛。待脱水的泥浆采用螺旋输送，通过集中区域但是不通过连接管和过滤器，这至少部分是因为它是倾斜的。倾斜的角度可以调整，以配合不同过滤性的泥浆。泥浆经过这些部分的移动通过被输送经过集中区域的材料的压力实现。过滤器在其出料口处配置有背压调整板，该板施加的压力通过控制器的控制信号调整。扭矩测定器和比较器用来比较检测到的负载电流和预置的扭矩值。其中还描述了过滤器的冲洗装置。该文献中描述的脱水器提供了解决脱水的问题的一种非常复杂的尝试，特别是在需要过滤器的倾斜可调节方面。
在文献06-000697中显示了用于分离器和脱水器的流量调节器。在许多方面，该布置与前文所述的JP2007-237238中的布置的相同。圆锥形的压缩环在排出孔中绕输送器的轴运动。此外，输送器的轴在脱水器的整个长度延伸。
本发明的脱水方法和装置的一个目的在于基本上克服现有技术的前述问题，或者至少提供一种有用的替代方案。
关于背景技术的前述讨论的目的仅在于便于理解本发明。该讨论并不是承认任何涉及到的材料是或曾经是在本申请的优先权日前的普通公知常识的一部分。
在本发明的说明书和权利要求书中，除非另有说明，“包括”一词或者其变形将被理解为包含一个或一组所述的个体，但并不排除还包括其它一个或一组个体。
发明内容
本发明提供了一种脱水方法，所述方法包括：
(i)采用马达驱动的螺旋将待脱水材料沿壳体的长度方向输送；
(ii)监测马达的电流的变化率；
(iii)根据步骤(ii)获得的马达的电流的变化率调整所述待脱水材料受到的背压的强度；及
(iv)在所述壳体的开口端形成脱水材料的残留堵塞物。
优选地，绕所述螺旋设置有一筛子，所述筛子至少设置在所述螺旋的一部分上，从而使得来自被输送的所述材料的液体能够从其中通过。
更优选地，所述壳体是密闭的。
在本发明的一种形式中，所述背压通过设置在所述螺旋输送机壳体的末端的背压结构设置。所述背压结构可在一系列位置间调节，在所述一系列位置，施加在所述被输送的材料上的背压的强度不同。所述背压结构优选地以可调节挡板的形式设置。
优选地，所述可调节挡板可转动地安装在所述壳体的开口端。所述转动安装优选地设置在所述壳体的所述开口端的顶部。
所述可调节挡板的运动优选地通过柱塞驱动。所述柱塞可以设置为气动柱塞。优选地，所述柱塞通过中间连接件驱动。
优选地，所述可调节挡板相对于所述壳体的所述开口端的位置能够被检测。该检测优选地通过感应器和/或传感器实现。
优选地，所述材料通过所述螺旋输送到所述壳体内正好比所述出口短的一点，从而便于所述残留堵塞物的形成。所述材料输送到的所述点比所述壳体出口短的距离优选地为所述螺旋的直径的0.5-1.25倍。
更优选地，所述残留堵塞物可以通过所述螺旋的反向和所述可调节挡板的关闭打散。
本发明还提供了一种脱水装置，该装置包括螺旋、壳体、筛子、用于驱动所述螺旋的马达、以及可调节的背压结构，其中，所述壳体围绕所述筛子设置，进而围绕所述螺旋的至少一部分设置，所述螺旋布置为向所述壳体的开口端输送材料，但是所述螺旋比所述壳体的所述开口端短，在所述开口端配置有所述背压结构，所述装置还包括用于监测所述马达的电流的变化率以相应调整所述背压结构的监测装置。
优选地，背压结构的调节改变通过所述脱水装置输送的材料的脱水程度。
所述脱水装置还包括用来驱动螺旋输送机的马达。优选地，关于所述马达还配置有能够监测所述马达的电流变化率的监测装置。
优选地，所述壳体是密闭的。
所述背压结构可在一系列位置间调节，在所述一系列位置，施加在所述被输送的材料上的背压的强度不同。所述背压结构优选地以可调节挡板的形式设置。所述背压结构优选以可调节挡板的形式设置。
优选地，所述可调节挡板可转动地安装在所述壳体的开口端。所述转动安装优选地设置在所述壳体的所述开口端的顶部。
所述可调节挡板的移动优选地通过柱塞驱动。所述柱塞可以为气动柱塞。优选地，所述柱塞通过中间连接件驱动。所述脱水装置优选地还包括传感器和/或感应器，通过所述传感器和/或感应器能够检测所述可调节挡板相对于所述壳体的所述开口端的位置。
在本发明的一种形式中，所述壳体配置有第一部分和第二部分。所述壳体的第一部分包括进料口、第一和第二端，所述进料口设置在所述第一端和所述第二端之间。螺旋马达底座设置在所述第一端。此外，所述进料口靠近所述壳体的所述第一部分的所述第一端设置。
所述壳体的所述第一部分的所述第二端配置为与所述壳体的所述第二部分的第一端连接。所述螺旋从所述壳体的所述第一部分延伸到所述壳体的所述第二部分。
优选地，所述壳体的所述第二部分内设有筛子，所述被输送的材料被送到所述筛子内。所述螺旋优选地比所述壳体的所述开口端短。
优选地，所述螺旋延伸至所述壳体内的正好比所述出口短的一点，进而便于形成所述残留堵塞物。所述材料输送到的所述点比所述壳体出口短的距离为所述螺旋的直径的0.5-1.25倍。
更优选地，所述螺旋的逆向和所述可调节挡板的关闭便于所述残留堵塞物的打散。
更优选地，所述壳体的所述第二部分设有液体出口。所述液体出口优选地配置为当液体在重力作用下相对于所述脱水装置向后部流动时截获所述液体，这是由于所述脱水装置是设置成能够倾斜向上输送所述材料的。
出口罩优选地紧接着所述壳体的所述开口端后设置，包括出料口，脱水后的材料可以通过所述出料口排出所述脱水装置。
附图说明
下面将结合本发明的一个实施例和附图，通过示例的方式描述本发明的脱水方法和装置，其中：
图1为本发明的脱水装置的底部的示意图；
图2为图1所示脱水装置的顶部的示意图；
图3为图1所示脱水装置的俯视图；
图4为图1所示脱水装置的侧视图；
图5为图1所示脱水装置的端视截面图，显示了出口罩的截面和可调节挡板；
图6为图1所示脱水装置的所述壳体的第二部分和出口罩的侧视截面图，显示了所述可调节挡板和出料口、以及驱动所述可调节挡板的柱塞和中间连接件；
图7为图1所示脱水装置的侧视截面图，显示了壳体内的螺旋和所述螺旋的末端比所述开口端短一定距离；和
图8为所述壳体的第一部分和第二部分之间的连接部分的侧视截面图，显示了第二部分内的筛子。
具体实施方式
图1-8中显示了本发明的脱水装置10。该脱水装置10包括螺旋12、壳体14、筛子15和可调节背压结构，例如可调节挡板18，最好地显示在图6和图7中。壳体14围绕筛子14设置，进而围绕螺旋12的至少一部分设置，螺旋12被布置为将材料(图未示)输送到壳体14的开口端20，可调节挡板18设置在该开口端20。
可调节挡板18的调节可以改变输送通过该脱水装置10的材料的脱水程度。
脱水装置10还包括用来驱动螺旋12的马达22。关于马达22还配置有能够监测所述马达的电流变化率的监测装置(图未示)。
壳体14基本上密闭设置。这有助于装置10在需要在密闭环境下脱水的情况下使用。
可调节挡板18可旋转地安装在壳体14的开口端20的顶部24。可调节挡板18的运动由柱塞机构(例如气动柱塞26)通过中间连接件28驱动。柱塞26的底座30安装在壳体14上的支架32上。
壳体14分别设置有第一部分34和第二部分36。壳体14的第一部分34包括进料口38、第一端40和第二端42，进料口38设置在第一端40和第二端42之间。螺旋马达22的安装座44设置在第一端40。此外，进料口38靠近壳体14的第一部分34的第一端40设置。
壳体14的第一部分34的第二端42布置为与壳体14的第二部分36的第一端46连接。螺旋12从壳体14的第一部分34延伸到壳体14的第二部分36中。
筛子15设置在壳体14的第二部分36中，被输送的材料被送往筛子15中，如图7和图8所示。相对于筛子设置在螺旋压力机的整个长度而言，将筛子的长度设置为仅沿材料输送的整个长度的一部分的目的是减小材料的摩擦和能量消耗。螺旋12比壳体14的开口端20短，如图7所示。取决于具体的实际应用，螺旋12的端部和壳体14的开口端20之间的距离为螺旋12的直径的约0.5～1.25倍。
液体出口48设置在壳体14的第二部分36。液体出口48配置为当液体在重力作用下相对于脱水装置10向后部流动时截获液体，这是由于脱水装置10是设置成能够倾斜向上(与水平面呈约5-50°夹角，例如36°)输送材料的。
出口罩50紧接着设置在壳体14的开口端20后，包括出料口52，脱水后的材料从该出料口52离开脱水装置10。第一检查口54设置在出口罩50的顶面上，第二检查口56设置在出口罩50的端面上。
柱塞26可转动地连接在中间连接件28的第一端58上。中间连接件28的第二端60与长杆62刚性连接，该长杆62可转动地贯穿出口罩50。长杆62形成可调节挡板18的一部分。长杆刚性连接在挡板面板64上，挡板面板64具有与壳体14的开口端20相同的大小和形状，如图5和图6所示。
在使用中，使用者(图未示)能够通过驱动螺旋12的马达22的电流变化率来监测本发明的装置10和方法的工作情况。电流的变化率反应了被输送材料的组成和进料速度，可以用来根据使用者设置的参数(在操作之前或操作过程中输入某些形式的可编程逻辑控制器(PLC)中)定位可调节挡板18。例如，如果被输送的材料非常容易输送，即电流非常小且变化率最小，则可以调节可调节挡板18使得被输送材料在壳体14内停留较长时间。在上述方式中，脱水结果、效率和材料粘度(consistency)可以通过使用本发明的装置和方法来控制。
可以想到的是，感应器或者线性或者角度传感器可以用来检测挡板面板64相对于壳体14的开口端20的位置。该信息反馈到前述PLC。能够由挡板面板64承担的背压的强度可以根据挡板面板64相对于壳体14的开口端20的不同角度位置预先设置。这为脱水以及材料的进给速度的变化提供了良好的控制。
PLC还用来控制螺旋12反向旋转。螺旋12的反向旋转与可调节挡板18的逐渐关闭有助于靠近壳体14的开口端20形成的材料的残留堵塞物的打散(relaxation)。这使得堵塞物尺寸及其固结程度能够最小化。堵塞物的打散在为脱水装置10将来的使用作准备方面来说十分方便。较小且较软的堵塞物有助于脱水装置10的操作控制。
残留堵塞物可以理解为在可调节挡板18和螺旋12一端输入的材料(待脱水)之间设置障碍/隔离物。这有助于初始的且最有效的材料固化和脱水在筛子15内进行。在没有堵塞物的情况下，一些材料的固化在可调节挡板18处发生，导致刚分离的水的一部分从开口20处排出，并在开口20处与刚脱水的材料混合。
还可以想到的是，气动柱塞26的使用与螺旋驱动器(screwactuator)或相似的机械结构完全不同，它为可调节挡板18提供了一些柔韧性。就设定的位置而言，螺旋驱动器是刚性的，任何与之连接的部件也刚性地保持在该位置。
可以想到的是，螺旋12可以为有轴的或者无轴的形式。螺旋12的靠近壳体14的开口端的端部还可以设置双倍螺纹(doubleflighted)。
残留堵塞物在被输送的材料中的形成通过这种方式支持，螺旋12的一端比壳体14的开口端20短。如前所述，取决于具体的实际应用，螺旋12的端部和壳体14的开口端20之间的距离为螺旋12的直径的约0.5～1.25倍。
还可以想到的是，本发明的装置10和方法特别应用于有机物(例如OFMSW)的生物转化。采用单个反应器中厌氧消化和需氧堆肥交替的OFMSW的生物转化过程得益于密闭条件下的操作。这种过程通常要求对其有机产物进行脱水。这是在通气和需氧阶段之前的情况。在需氧阶段不希望有水聚积。
因此，可以想到在该装置中输送的有机材料将脱水至约50％水分含量。
前述用于有机材料生物转化的过程大多数在密闭条件下操作才是有效的，原因如前所述。本发明的脱水装置10以这样一种方式构建，使得其可以在密闭环境下操作。由于密闭环境阻碍了观察出口罩50内部和检查被输送材料的质量或特性的能力，所以反馈马达22的电流或负载确定其变化率以使得所需的调整可以被识别并且可以通过重新定位背压结构(可调节挡板18)来实现。
可以想到的是，残留堵塞物的准备、在受到筛子的摩擦阻力的情况下沿筛子移动和可调节挡板的可调节的背压的结合，使得本发明的方法和装置是有效的。
本领域技术人员可以想到的各种修改和变化都属于本发明的范围。

Claims (42)

1.一种脱水方法，所述方法包括：
(i)采用马达驱动的螺旋将待脱水材料沿壳体的长度方向输送；
(ii)监测马达的电流的变化率；
(iii)根据步骤(ii)获得的马达的电流的变化率调整所述待脱水材料受到的背压的强度；及
(iv)在所述壳体的开口端形成脱水材料的残留堵塞物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，绕所述螺旋设置有一筛子，所述筛子至少设置在所述螺旋的一部分上，从而使得来自被输送的所述材料的液体能够从其中通过。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述壳体是密闭的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述背压通过设置在螺旋输送机壳体的开口端的背压结构设置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述背压结构可在一系列位置间调节，在所述一系列位置，施加在被输送的材料上的背压的强度不同。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述背压结构以可调节挡板的形式设置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可调节挡板转动安装在所述壳体的开口端。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述转动安装设置在所述壳体的所述开口端的顶部。
9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述可调节挡板通过柱塞驱动。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述柱塞设置为气动柱塞。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述柱塞通过中间连接件驱动。
12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可调节挡板相对于所述壳体的所述开口端的位置能够被检测。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述检测通过感应器和/或传感器实现。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料通过所述螺旋输送到所述壳体内正好比所述壳体的所述开口端短的一点，从而便于所述残留堵塞物的形成。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述材料输送到的所述点比所述壳体的所述开口端短的距离为所述螺旋的直径的0.5-1.25倍。
16.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述残留堵塞物能够通过所述螺旋的反向和所述可调节挡板的关闭打散。
17.一种脱水装置，包括螺旋、壳体、筛子、用于驱动所述螺旋的马达、以及可调节的背压结构，其中，所述壳体围绕所述筛子设置，进而围绕所述螺旋的至少一部分设置，所述螺旋布置为向所述壳体的开口端输送材料，但是所述螺旋比所述壳体的所述开口端短，在所述开口端配置有所述背压结构，其特征在于，所述装置还包括用于监测所述马达的电流的变化率以相应调整所述背压结构的监测装置。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述背压结构的调节改变通过所述脱水装置输送的材料的脱水程度。
19.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述脱水装置还包括用来驱动螺旋的马达。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，关于所述马达还配置有能够监测所述马达的电流变化率的监测装置。
21.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述壳体是密闭的。
22.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述背压结构可在一系列位置间调节，在所述一系列位置，施加在被输送的材料上的背压的强度不同。
23.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述背压结构以可调节挡板的形式设置。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述可调节挡板可转动地安装在所述壳体的所述开口端。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述转动安装设置在所述壳体的所述开口端的顶部。
26.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述可调节挡板的移动通过柱塞驱动。
27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述柱塞为气动柱塞。
28.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述柱塞通过中间连接件驱动。
29.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述脱水装置还包括传感器和/或感应器，通过所述传感器和/或感应器能够检测所述可调节挡板相对于所述壳体的所述开口端的位置。
30.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述壳体配置有第一部分和第二部分。
31.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述壳体的所述第一部分包括进料口、第一端和第二端，所述进料口设置在所述第一端和所述第二端之间。
32.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述第一端设有螺旋马达底座。
33.根据权利要求31或32所述的装置，其特征在于，所述进料口靠近所述壳体的所述第一部分的所述第一端设置。
34.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述壳体的所述第一部分的所述第二端配置为与所述壳体的所述第二部分的第一端连接。
35.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述螺旋从所述壳体的所述第一部分延伸到所述壳体的所述第二部分。
36.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述壳体的所述第二部分内设有筛子，被输送的材料被送到所述筛子内。
37.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述螺旋延伸至所述壳体内的正好比所述开口端短的一点，从而便于所述材料的残留堵塞物的形成。
38.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述材料输送到的所述点比所述壳体的所述开口端短的距离为所述螺旋的直径的0.5-1.25倍。
39.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述螺旋的逆向和所述可调节挡板的关闭便于所述残留堵塞物的打散。
40.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述壳体的所述第二部分设有液体出口。
41.根据权利要求40所述的装置，其特征在于，所述液体出口配置为当液体在重力作用下相对于所述脱水装置向后部流动时截获所述液体，这是由于所述脱水装置是设置成能够倾斜向上输送所述材料的。
42.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，一出口罩紧接着所述壳体的所述开口端后设置，所述出口罩包括出料口，脱水后的材料从所述出料口排出所述脱水装置。
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