CN107628740B - 一种适用多种形态物料的真空低温干化系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用多种形态物料的真空低温干化系统，包括物料加热干化装置和尾气除尘冷凝装置，物料加热干化装置包括全封闭的中空轴干化机，中空轴干化机上仅设湿物料入口、干物料出口和尾气排放口三个开口，湿物料入口和干物料出口分别设于中空轴干化机两端，中空轴干化机的中空轴在湿物料入口所在端设有热源疏水口，中空轴干化机的中空轴在干物料出口所在端设有热源输入口，尾气除尘冷凝装置包括凝汽器和真空装置，凝汽器内设有立式布置的冷凝管，凝汽器与尾气排放口相连，真空装置与凝汽器连接。本发明还公开了该真空低温干化系统的工作方法。本发明具有能耗低，效率高，不易造成二次污染，安全性好等优点。

Description

一种适用多种形态物料的真空低温干化系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种环保设备及其工作方法，更具体地说，它涉及一种针对浆状、膏状、粉状等形态物料的干化，特别是污水处理过程产生的污泥进行除湿干燥的适用多种形态物料的真空低温干化系统及其工作方法。

背景技术

我国城市污水处理厂产生的污泥因含水率高、粘性大、含有细菌、病原体等而难以进行资源化利用，对其进行适当的干化处理之后再用于堆肥或者焚烧等后续处理，可实现污泥减量化，节省污泥处置费用及运输成本，而干化技术中的热干化技术具有占地小，干化效率高，对环境造成的污染小的独特优势。

常用的热干化技术有浆叶式干化工艺，薄层干化机和带式干化机两段式组合工艺、流化床干化工艺、低温真空脱水干化工艺及低温除湿干化工艺等。传统的污泥干化机存在如下一些问题：

1.能耗较高。大多数工艺需要将水分加热到100℃左右，蒸发能耗大，且能源利用率低。

2.效率低。干化过程中加热源温度不能太高，一般控制在130-150℃，否则会引起污泥碳化，造成设备影响异常、甚至堵塞，而常规生产条件下污泥中的水分必须在100℃左右才会蒸发，因此干化机所允许达到的加热温度范围很窄，干化机换热端温差较低，造成干化机换热效率低下，处理速度较慢。

3.可造成二次污染。传统的工艺在干化过程需要不断补充空气，做为载气来携带干化过程中产生的水蒸气，增加尾气排放的二次污染问题，需要对臭气进行收集和处理，增加了处理成本。

4.安全性差。传统污泥干化工艺因产生粉尘，且工作环境温度较高，挥发性气体与进入的空气混合，在一定浓度情况下，准在爆炸的风险，存在一定的安全隐患。

相对而言，低温除湿干化工艺的能耗较低、安全性高，其设备具有安装较灵活，使用寿命长、故障率低的优势，因而广受关注。针对上述传统污泥干化机不足，污泥低温干化设备也在持续改进中。

发明内容

现有的污泥干化机存在能耗高、效率低、可造成二次污染及安全性差的不足，为克服这些缺陷，本发明提供了一种高效、节能、安全、可靠的适用多种形态物料的真空低温干化系统，以及该系统的工作方法。

本发明的技术方案是：一种适用多种形态物料的真空低温干化系统，包括物料加热干化装置和尾气除尘冷凝装置，物料加热干化装置包括全封闭的中空轴干化机，中空轴干化机上仅设湿物料入口、干物料出口和尾气排放口三个开口，湿物料入口和干物料出口分别设于中空轴干化机两端，中空轴干化机的中空轴在湿物料入口所在端设有热源疏水口，中空轴干化机的中空轴干物料出口所在端设有热源输入口，尾气除尘冷凝装置包括凝汽器和真空装置，凝汽器内设有立式布置的冷凝管，凝汽器与尾气排放口相连，真空装置与凝汽器连接。湿物料从湿物料入口加入中空轴干化机中，中空轴干化机的中空轴中通入加热工质，对中空轴外的湿物料进行加热。所述真空装置同时在中空轴干化机和凝汽器中形成并维持真空环境，可将中空轴干化机内湿物料中水的蒸发温度降低，与所述中空轴内的加热工质形成较大的温度差，在同等换热面积下提高中空轴干化机换热出力及干化出力，湿物料中随着水分不断蒸发而逐渐被干化，最后通过所述干物料出口排出中空轴干化机。凝汽器冷凝尾气中的水蒸气，减少尾气排放量。真空装置抽取凝汽器中的不凝气体，排出物料干化过程中产生的挥发性不凝气体。

作为优选，中空轴干化机的湿物料入口连接有物料输送机，物料输送机连接在一湿物料仓的输出口上。湿物料可大量存储在湿物料仓内，结合物料输送机，可以实现湿物料的持续自动供料，有助于提高工作效率，同时还封闭湿物料入口，维持中空轴干化机内低压环境。

作为优选，中空轴干化机的干物料出口设有螺旋排料机。螺旋排料机用于将从干物料出口排出的干化物料持续收集并转移，并起到封闭的作用，利于保持中空轴干化机内的低压环境。

作为优选，中空轴干化机的尾气排放口通过一倾斜向下的尾气排放管道与凝汽器连通，凝汽器底部低于中空轴干化机的尾气排放口位置。凝汽器与中空轴干化机的尾气排放口错落布置可以防止凝汽器冷凝水随着连接管再次进入到中空轴干化机中。

作为优选，凝汽器为立式管壳式换热器，凝汽器的管程连接干化尾气，凝汽器的壳程连接冷却水，凝汽器底部设有一凝结水收集池，凝结水收集池上设有凝结水排放口。凝结水收集池便于集中收集自然留下的凝结水。

作为优选，凝汽器中的冷凝管出口处设有不凝气体收集腔，不凝气体收集腔通过管道与所述真空装置相连。尾气中的不凝气体在不凝气体收集腔中汇集，并在真空装置产生的负压驱动下排到凝汽器外。

作为优选，凝汽器顶部设有水冲洗喷淋装置。尾气中的粉尘会随着水蒸气的冷凝而附着在冷凝管内壁上，通过水冲洗喷淋装置喷水冲洗，可防止冷凝管内粉尘积聚而堵塞。

作为优选，凝结水收集池与水冲洗喷淋装置通过管道连通。用尾气中冷凝而成的水清洗冷凝管内壁，减少物料消耗，降低生产成本。

作为优选，热源输入口所引入的加热工质为低压蒸汽或低温热水。加热工质通入干化机中空轴，通过中空轴旋转加热物料，蒸发物料中的水分。

一种所述的适用多种形态物料的真空低温干化系统的工作方法，包括以下步骤：

A. 从中空轴干化机的湿物料入口加入湿物料；

B.通过所述真空装置在中空轴干化机内形成的20-80kpa的真空环境，将湿物料中水的蒸发温度降低到60-93℃，与所述中空轴内的热源形成较大的温度差，在同等换热面积下提高中空轴干化机换热出力及干化出力，湿物料中随着水分不断蒸发而逐渐被干化，最后通过所述干物料出口排出中空轴干化机；

C.中空轴干化机3排出的尾气通入冷凝管，冷凝管与凝汽器的壳体间流通冷却水，冷凝管中的尾气与外部进行热交换，逐步冷却，尾气中的水蒸气凝结成水，尾气中大部分的粉尘在水蒸气凝结过程中附着在冷凝管的内表面上，凝结水携带着附着的粉尘并沿冷凝管下流，汇集到到凝汽器底部，尾气中的不凝气体继续上升，集中到凝汽器上部，在所述真空装置作用下不断被吸出凝汽器；

D.步骤C产生的凝结水引流回凝汽器顶部，用来冲洗冷凝管内表面，或用外部水源冲洗冷凝管内表面。

本发明的有益效果是：

能耗低。本发明通过真空装置在中空轴干化机内形成真空环境，降低湿物料中水的蒸发温度，蒸发物料水分所需能耗更低。

效率高。本发明通过真空装置在中空轴干化机内形成真空环境，降低湿物料中水的蒸发温度，更易与中空轴内的加热工质形成较大的温度差，在同等换热面积下提高中空轴干化机换热出力及干化出力，因而效率更高。

不易造成二次污染。本发明不设补气口，工作过程中无需补充空气，中空轴干化机生成的尾气全部进入凝汽器，不会直接从中空轴干化机泄漏造成二次污染。

安全性好。本发明中中空轴干化机和凝汽器形成较封闭的环境，中空轴干化机产生的粉尘可随尾气在凝汽器中得到妥善处理，且在真空环境下工艺温度降低，因此安全性更好。

使用范围广。适用于各种浆状、膏状物料，也适用于各种粉状、颗粒状物料。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的另一种结构示意图；

图3为本发明的一种使用状态示意图；

图4为本发明的另一种使用状态示意图。

图中，1-湿物料仓，2-物料输送机，3-中空轴干化机，4-螺旋排料机，5-热源输入口，6-尾气排放管道，7-凝汽器，8-冷凝管，9-凝结水收集池，10-不凝气体收集腔，11-水冲洗喷淋装置，12-真空泵，13-凝结水循环输送泵，14-凝结水外排阀，15-沉淀池，16-壳程冷却水，17-热源疏水口，18-电厂制水系统，19-电厂上煤皮带，20-发电汽轮机，21-电厂送风风机，22-中水池，23-除臭装置，24-外运车辆。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1、图3所示，一种适用多种形态物料的真空低温干化系统，应用于火力发电厂，用来处理浆状的污泥。该真空低温干化系统包括物料加热干化装置和尾气除尘冷凝装置，物料加热干化装置包括全封闭的中空轴干化机3，中空轴干化机3为圆盘式干化机或桨叶式干化机。中空轴干化机3上仅设湿物料入口、干物料出口和尾气排放口三个开口，湿物料入口和干物料出口分别设于中空轴干化机3两端，中空轴干化机3的中空轴在湿物料入口所在端设有热源疏水口17，中空轴干化机3的中空轴在干物料出口所在端设有热源输入口5，尾气除尘冷凝装置包括凝汽器7和真空装置，凝汽器7内设有立式布置的冷凝管8，凝汽器7与尾气排放口相连，真空装置与凝汽器7连接，真空装置包括真空泵12和配套管道。中空轴干化机3的湿物料入口连接有物料输送机2，物料输送机2连接在一湿物料仓1的输出口上。中空轴干化机3的干物料出口设有螺旋排料机4。中空轴干化机3的尾气排放口通过一倾斜向下的尾气排放管道6与凝汽器7下部的侧面进气口相连通，凝汽器7底部低于中空轴干化机3的尾气排放口位置。凝汽器7为立式管壳式换热器，凝汽器7的管程连接干化尾气，凝汽器7的壳程连接冷却水，凝汽器7底部设有一凝结水收集池9，凝结水收集池9上设有凝结水排放口。凝汽器7引入尾气的侧面进气口位于凝结水收集池9与冷凝管8管束之间。凝汽器7中的冷凝管出口处设有不凝气体收集腔10，不凝气体收集腔10通过管道与所述真空装置相连。凝汽器7顶部设有水冲洗喷淋装置11。热源输入口5所接的加热工质为低压蒸汽或低温热水。

一种所述的物料真空低温干化系统的工作方法，包括以下步骤：

A. 从中空轴干化机3的湿物料入口加入湿物料；

B.通过所述真空装置在中空轴干化机3内形成20kpa气压的真空环境，将湿物料中水的蒸发温度降低到60℃，与所述中空轴内的热源形成较大的温度差，在同等换热面积下提高中空轴干化机3换热出力及干化出力，湿物料中随着水分不断蒸发而逐渐被干化，最后通过所述干物料出口排出中空轴干化机3；

C.中空轴干化机3排出的尾气通入冷凝管8，冷凝管8与凝汽器7的壳体间流通冷却水，冷凝管8中的尾气与外部进行热交换，逐步冷却，尾气中的水蒸气凝结成水，尾气中大部分的粉尘在水蒸气凝结过程中附着在冷凝管8的内表面上，凝结水携带着附着的粉尘并沿冷凝管8下流，汇集到到凝汽器7底部，尾气中的不凝气体继续上升，集中到凝汽器7上部，在所述真空装置作用下不断被吸出凝汽器7；

D.步骤C产生的凝结水引流回凝汽器7顶部，用来冲洗冷凝管8内表面。

从外部污水厂用车拉来的浆状污泥存储在湿物料仓1内，湿物料仓1内湿污泥通过物料输送机2送入到中空轴干化机3中，中空轴干化机3的中空轴中通入抽取的发电汽轮机20的低品位热源蒸汽作为加热工质，加热中空轴干化机3的盘片或桨叶，随着中空轴不停旋转，中空轴干化机3中的污泥不断被搅动，并挤向干物料出口方向，污泥与热的中空轴及盘片或桨叶进行热交换，污泥中的水不断蒸发，达到干化目的，最后通过螺旋排料机4排出中空轴干化机3。螺旋排料机4排出的干污泥通过电厂上煤皮带19，送入电厂锅炉进行焚烧，干化过程中蒸发的水蒸气、散发的不凝挥发分以及部分粉尘通过尾气出口尾气排放管道6斜向下从侧面排入到凝汽器7中，其中为防止尾气在尾气排放管道6上冷凝结露，尾气排放管道6上设置伴热和保温，防止因结露引起粉尘粘结堵塞。冷却后的加热工质从热源疏水口17排出中空轴，完成热源与物料间的连续热交换。冷却后的加热工质排到电厂制水系统18中再利用，中空轴干化机3除了湿物料入口、干物料出口和尾气排放口外，其它部位全部密封，大幅减少空气漏入，减少尾气排放热损失，中空轴干化机3内保持真空环境下运行，可以有效杜绝物料臭味外泄。

进入到凝汽器7中的尾气沿着冷凝管8内上升，与冷凝管8产生热交换逐步冷却，水蒸气凝结成水，尾气中大部分的粉尘在水蒸气凝结过程中附着在冷凝管8的内表面上，凝结水携带着附着的粉尘并随着冷凝管8内表面下流，落入到凝汽器底部的凝结水收集池9中，尾气中的不凝气体继续上升，集中到凝汽器上部不凝气体收集腔10中，利用真空泵12通过顶部管道不断的吸出凝汽器7外部，并在凝汽器7和中空轴干化机3内部形成真空环境。真空泵12抽出的气体送到电厂送风风机21中，送入锅炉燃烧。底部凝结水收集池9中的的冷凝水通过凝结水循环输送泵13增压后，一部分水通过凝结水外排阀14排出到凝汽器7外部，另外大部分凝结水输送到凝汽器7顶部的水冲洗喷淋装置11中，均匀的喷在冷凝管8上出口处，不断冲洗冷凝管8内表面，增加冷凝管8内表面的水膜流量，防止粉尘粘结引起堵塞，同时保持冷凝管8内表面的湿润，增加换热效果。通过外排阀的凝结水送到电厂废水处理系统的沉淀池15中，处理后再利用。凝汽器7的壳体内流通电厂循环冷却水作为壳程冷却水16，使得冷凝管8不断冷却，凝结尾气中的水蒸气。

实施例2：

如图4所示，所述真空装置在中空轴干化机3内形成30kpa气压的真空环境，将湿污泥中水的蒸发温度降低到72℃。本实施例应用于污水处理厂，处理膏状、粉状污泥。其余同实施例1。

污水处理厂内压榨后的污泥存储在湿物料仓1内，仓内湿污泥通过螺旋输送机2送入到中空轴干化机3中，中空轴干化机3的中空轴中通入抽取的发电汽轮机20的低品位热源蒸汽，加热中空轴机盘片，随着中空轴不停旋转，中空轴干化机3中的污泥不断被搅动，并挤向出口方向，物料与热的中空轴及盘片或桨叶进行热交换，污泥中的水不断蒸发，达到干化目的，最后通过螺旋排料机4排出中空轴干化机3。螺旋排料机4干化减量后排出的干污泥通过外运车辆24送到焚烧炉焚烧或作为有机肥料。冷却后的加热工质输入排污水厂的中水池22中再利用。真空泵12抽出的气体送到污水厂现有除臭装置23中，除臭后排放。凝汽器7的壳体内流通进入沉淀池15前的污水作为作为壳程冷却水16，使得冷凝管8不断冷却，凝结尾气中的水蒸气，离开凝汽器7的壳程冷却水16回水返回到污水厂沉淀池15中，进行处理。

实施例3：

如图2所示，尾气排放管道6连接在凝汽器7顶部。所述真空装置在中空轴干化机3内形成80kpa气压的真空环境，将湿污泥中水的蒸发温度降低到93℃。其余同实施例1。

进入到凝汽器7中的尾气沿着冷凝管8内下降，与冷凝管8产生热交换逐步冷却，水蒸气凝结成水，尾气中大部分的粉尘在水蒸气凝结过程中附着在冷凝管8的内表面上，凝结水携带着附着的粉尘并随着冷凝管8内表面下流，落入到凝汽器底部的凝结水收集池9中，尾气中的不凝气体也下降，集中到凝汽器中部不凝气体收集腔10中，利用真空泵通过顶部管道不断的吸出凝汽器7外部，并在凝汽器7和中空轴干化机3内部形成真空环境。凝底部凝结水收集池9中的的冷凝水通过凝结水循环输送泵13增压后，一部分水通过凝结水外排阀12排出到凝汽器外部，另外大部分凝结水输送到凝汽器顶部的喷淋装置11中，均匀的喷在冷凝管8上出口处，不断冲洗冷凝管8内表面，增加冷凝管8内表面的水膜流量，冲洗内表面，防止粉尘粘结引起堵塞，同时保持冷凝管内表面的湿润，增加换热效果。凝汽器7的壳体内流通冷却水16，使得冷凝管8不断冷却，凝结尾气中的水蒸气。

实施例4：

中空轴干化机3的干物料出口设有排料斗，排料斗与中空轴干化机3间设有左右闸板门，排料斗出口设有排料闸板门。运行时关闭排料斗的排料闸板门，开启中空轴干化机3与排料斗间的左右闸板门，中空轴干化机3排料进入到排料斗中，当排料斗装满时，关闭中空轴干化机3与排料斗间的闸板门，开启排料斗排料闸板门，排空排料斗，排空后关闭排料斗排料闸板门，开启中空轴干化机3与排料斗间的左右闸板门，保持中空轴干化机3的密封性，如此反复，排出干污泥。中水池22中的水被引流回凝汽器7顶部的水冲洗喷淋装置11中，用来冲洗冷凝管8内表面。其余同实施例2。

Claims (10)

1.一种适用多种形态物料的真空低温干化系统，包括物料加热干化装置和尾气除尘冷凝装置，其特征是物料加热干化装置包括全封闭的中空轴干化机（3），中空轴干化机（3）上仅设湿物料入口、干物料出口和尾气排放口三个开口，湿物料入口和干物料出口分别设于中空轴干化机（3）两端，中空轴干化机（3）的中空轴在湿物料入口所在端设有热源疏水口（17），中空轴干化机（3）的中空轴在干物料出口所在端设有热源输入口（5），尾气除尘冷凝装置包括凝汽器（7）和真空装置，凝汽器（7）内设有立式布置的冷凝管（8），凝汽器（7）与尾气排放口相连，真空装置与凝汽器（7）连接，真空装置同时在中空轴干化机和凝汽器中形成并维持真空环境，可将中空轴干化机内湿物料中水的蒸发温度降低，在同等换热面积下提高中空轴干化机换热出力及干化出力。

2.根据权利要求1所述的适用多种形态物料的真空低温干化系统，其特征是中空轴干化机（3）的湿物料入口连接有物料输送机（2），物料输送机（2）连接在一湿物料仓（1）的输出口上。

3.根据权利要求1所述的适用多种形态物料的真空低温干化系统，其特征是中空轴干化机（3）的干物料出口设有螺旋排料机（4）。

4.根据权利要求1所述的适用多种形态物料的真空低温干化系统，其特征是中空轴干化机（3）的尾气排放口通过一倾斜向下的尾气排放管道（6）与凝汽器（7）连通，凝汽器（7）底部低于中空轴干化机（3）的尾气排放口位置。

5.根据权利要求1所述的适用多种形态物料的真空低温干化系统，其特征是凝汽器（7）为立式管壳式换热器，凝汽器（7）的管程连接干化尾气，凝汽器（7）的壳程连接冷却水，凝汽器（7）底部设有一凝结水收集池（9），凝结水收集池（9）上设有凝结水排放口。

6.根据权利要求5所述的适用多种形态物料的真空低温干化系统，其特征是凝汽器（7）顶部设有水冲洗喷淋装置（11）。

7.根据权利要求6所述的适用多种形态物料的真空低温干化系统，其特征是凝结水收集池（9）与水冲洗喷淋装置（11）通过管道连通。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的适用多种形态物料的真空低温干化系统，其特征是凝汽器（7）中的冷凝管（8）出口处设有不凝气体收集腔（10），不凝气体收集腔（10）通过管道与所述真空装置相连。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的适用多种形态物料的真空低温干化系统，其特征是热源输入口（5）所引入的加热工质为低压蒸汽或低温热水。

10.一种权利要求1所述的适用多种形态物料的真空低温干化系统的工作方法，其特征是包括以下步骤：

A. 从中空轴干化机（3）的湿物料入口加入湿物料；

B.通过所述真空装置在中空轴干化机（3）内形成20-80kpa气压的真空环境，将湿物料中水的蒸发温度降低到60-93℃，与所述中空轴内的热源形成较大的温度差，在同等换热面积下提高中空轴干化机（3）换热出力及干化出力，湿物料中随着水分不断蒸发而逐渐被干化，最后通过所述干物料出口排出中空轴干化机（3）；

C.中空轴干化机（3）排出的尾气通入冷凝管（8），冷凝管（8）与凝汽器（7）的壳体间流通冷却水，冷凝管（8）中的尾气与外部进行热交换，逐步冷却，尾气中的水蒸气凝结成水，尾气中大部分的粉尘在水蒸气凝结过程中附着在冷凝管（8）的内表面上，凝结水携带着附着的粉尘并沿冷凝管（8）下流，汇集到凝汽器（7）底部，尾气中的不凝气体继续上升，集中到凝汽器（7）上部，在所述真空装置作用下不断被吸出凝汽器（7）；

D.步骤C产生的凝结水引流回凝汽器（7）顶部，用来冲洗冷凝管（8）的内表面，或用外部水源冲洗冷凝管（8）内表面。

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