CN109297265B - 一种喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置 - Google Patents

一种喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，包括烘干室以及设置在烘干室上的进料口、卸料口和排风口，本发明的烘干室由两个不同类型的流化床组成，分别是中心区域的喷动床以及外围环形区域为鼓泡床，烘干气体分别在喷动床和鼓泡床内完成气固之间的热交换。本发明的装置特别适合含水率较高的粘性颗粒物料的烘干作业，烘干气体首先在喷动床内进行热交换，经过高速射流气体的强力作用，促使该类物料发生内部循环流动，实现气固之间有效的换热，降低颗粒的含水率，为后续烘干段的鼓泡流态化要求创造了良好的条件，本发明的装置还可实现了干燥与除粉的一体化双重功效。

Description

一种喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置
技术领域
本发明属于节能环保技术领域，具体涉及一种喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置。
背景技术
在各种固体废弃物综合利用过程中，将其作为各类骨料应用于制备各种建筑材料是实现其规模化应用的关键技术措施。同时，这些骨料本身或在其加工生产过程中，通常含有较高的水分。一般而言，在其循环利用过程中，对这些骨料的含水率通常有明确的要求。例如，对于各类工业尾矿、建筑固体废弃物细骨料等颗粒状材料的处理及再利用过程中，通常要求这些颗粒状材料产品含水率应控制在较低的水平。例如生产干混砂浆时所使用的散粒体材料的含水率应控制在0.5％以内，为此应对表面自由水及其内部所含水分进行烘干处理。烘干作业是最为常见的单元操作之一。
现有散粒体材料干燥分级处理技术常为回转式干燥器，主要装备从气、固接触角度来看，为气固呈堆积态的静态干燥方式，在该类方式中，代表性的处理装备主要为各类规格的单筒烘干机或三回程烘干机。
传统烘干机的干燥单元通过烘干机筒体按设定速率转动，借助筒体内部的扬料板在内部形成料幕，烘干气体与原料接触后进行热交换完成烘干作业。在此类干燥器中，物料大部分时间处于静止或非悬浮状态，仅颗粒堆积表面与气流相接触，未能与烘干气体形成完全有效的接触，能耗高，体积大，换热效率较低。对于含水率在3％～5％左右散粒体材料，为满足含水率低于0.5％的技术要求，通常需要烘干气流的温度高达500℃～700℃左右。另外，从换热机理方面看，该类床层气固之间总体而言呈堆积态的换热方式，该类换热方式总体存在传热、传质性能差，干燥效率低，能源消耗大，产品质量不稳定等固有缺陷。当然，伴随着技术进步，也出现了立式鼓泡床干燥器。大幅度提高了气固换热效率，成为一种干燥装置的新选择。但这类干燥器要求物料含水率不能太高，一般应控制在3％～5％之内。超出这一范围将因颗粒粘性较高，而难以实现鼓泡流态化作业。
另外，将各类固体废弃物等作为细集料时，通常对其0.075mm以下的细粉含量有严格的要求和规定，按照目前情况，多数地区工业尾矿、建筑垃圾再生细骨料等细粉含量均较高。为满足细骨料中细粉含量的控制要求，通常采用选粉机、除尘风机等，降低骨料中的细粉含量，但当骨料中水分含量较高时，细粉除粉效率将显著降低。通常情况下，细骨料的烘干和选粉分别采用不同的处理工艺，设备投资较大，生产流程及组织复杂，难以满足砂等散粒体材料烘干及除粉的双重要求。因此开发处理含水率较高(6％～9％)的物料的烘干除粉一体化的干燥设备，具有十分的必要性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，解决现有的烘干设备难以满足散粒体材料烘干及除粉的双重要求的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，包括烘干室以及设置在烘干室上的进料口、卸料口和排风口，所述的烘干室包括喷动烘干室和鼓泡烘干室，所述的喷动烘干室设置在鼓泡烘干室内，所述的喷动烘干室的室壁与鼓泡烘干室的室壁之间形成环形鼓泡烘干区域，所述的喷动烘干室内的物料在气流作用下溢入鼓泡烘干室内；
所述的进料口设置在喷动烘干室的上方，所述的卸料口设置在鼓泡烘干室上，物料由进料口进入喷动烘干室进行一次烘干后溢入鼓泡烘干室进行二次烘干，并经卸料口流出；
所述的喷动烘干室的底部设置有第一篦孔，所述的鼓泡烘干室的底部设置有第二篦孔；所述的喷动烘干室的底部和鼓泡烘干室的底部均与进风装置连接，所述的排风口连接有排风装置；所述的进风装置送出的烘干气流分别由第一篦孔和第二篦孔进入喷动烘干室和鼓泡烘干室烘干物料后进入排风装置。
具体的，所述的鼓泡烘干室内设置有第一布风板，所述的第一布风板将鼓泡烘干室分割为鼓泡腔和鼓泡气室，所述的第一布风板上设置有第一篦孔，所述的鼓泡气室和所述的进风装置连接；所述的喷动烘干室设置在鼓泡烘干室的中部区域，所述的第一布风板将喷动烘干室分为喷动腔和喷动气室，且喷动腔设置在鼓泡腔的中间区域，喷动气室设置在鼓泡气室的中间区域，所述的喷动气室和进风装置连接；所述的喷动烘干室内部的第一布风板上设置有射流孔，喷动气室内的烘干气体通过所述的射流孔喷入喷动腔内。
具体的，所述的喷动气室与进风装置的连接处设置有第二布风板，所述的第二布风板上设置有第二篦孔，进风装置送出的烘干气流通过第二篦孔进入喷动气室。
进一步的，所述第一布风板上的第一篦孔的开孔率为4％～6％；所述的第二布风板上的第二篦孔的开孔率为10％～15％。
具体的，所述的喷动腔为沿射流孔至腔口处腔径逐渐增大的倒锥形结构。
进一步的，所述的倒锥形结构的锥角为50°～60°，喷动腔底部的射流孔的直径为30mm～50mm，喷动腔锥形段出口处直径为350mm～500mm。
具体的，所述的鼓泡腔为沿第一布风板至腔口处腔径逐渐增大的倒锥形结构。
进一步的，所述的卸料口设置在靠近第一步风板的鼓泡烘干室的室壁上，所述的卸料口处连接有卸料通道，所述的卸料通道倾斜向下设置，所述的卸料通道对称设置；所述的卸料通道末端连接有集料室。
具体的，所述的进风装置包括热风炉、正压风机、进风总管、均压室、第一进风支管和第二进风支管，所述的正压风机通过进风总管连接在热风炉和均压室之间，所述的均压室分别通过第一进风支管和第二进风支管与鼓泡烘干室和喷动烘干室连接。
进一步的，所述的排风装置包括排风总管，所述排风总管上沿气体流动方向依次设置的旋风除尘器、布袋除尘器和负压风机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的烘干室由两个不同类型的流化床组成，分别是中心区域的喷动床以及外围环形区域的鼓泡床，烘干气体分别在喷动床和鼓泡床内完成气固之间的热交换。本发明的装置特别适合含水率较高的粘性颗粒物料的烘干作业，烘干气体首先在喷动床内进行热交换，经过高速射流气体的强力作用，促使该类物料发生内部循环流动，实现气固之间有效的换热，降低颗粒的含水率，为后续烘干段的鼓泡流态化要求创造了良好的条件。
(2)含水颗粒在本发明装置的喷动床内发生向下的内循环运动时，与烘干气体的运动方向相反，使得气固之间在密相环隙区形成逆流交换方式，提高了气流与物料流的换热效率；在鼓泡床内，烘干气体与颗粒物料形成速度差，进一步提高了对流换热效率，与传统的堆积态换热方法相比，本发明装置的烘干效果明显增强。
(3)在烘干气体与物料在本发明装置的喷动床和鼓泡床的流态化换热的过程中，物料中的细粉，特别是粒径在0.075mm以下的粉尘颗粒，大部分由烘干尾气携带进入排风总管，并通过后续的旋风除尘器及布袋除尘器捕集粉尘，以降低环境污染，实现了干燥与除粉的一体化双重功效。
(4)本发明装置的两个烘干室内外设置，与普通卧式烘干装置和立式烘干装置相比，设备更为紧凑，有效降低了烘干设备的整体投资。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明的烘干装置的整体结构示意图。
图2是烘干室气流与颗粒运动示意图。
图中各标号表示为：1-烘干室，2-进风装置，3-排风装置，4-集料室；
101-喷动烘干室，102-鼓泡烘干室，103-进料口，104-卸料口，105-排风口，106-第一篦孔，107-第二篦孔，108-第一布风板，109-鼓泡腔，110-鼓泡气室，111-喷动腔，112-喷动气室，113-射流孔，114-第二布风板，115-卸料通道；
201-热风炉，202-正压风机，203-进风总管，204-均压室，205-第一进风支管，206-第二进风支管；
301-排风总管，302-旋风除尘器，303-布袋除尘器，304-负压风机。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。
如图1所示，本发明的喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，包括烘干室1以及设置在烘干室1上的进料口103、卸料口104和排风口105，烘干室1包括喷动烘干室101和鼓泡烘干室102，喷动烘干室101设置在鼓泡烘干室102内，喷动烘干室101的室壁与鼓泡烘干室102的室壁之间形成环形鼓泡烘干区域，喷动烘干室101内的物料在气流作用下溢入鼓泡烘干室102内；进料口103设置在喷动烘干室101的上方，物料由进料口103直接喂入喷动烘干室101内，卸料口104设置在鼓泡烘干室102上，物料由进料口103进入喷动烘干室101进行一次烘干后溢入鼓泡烘干室102进行二次烘干，并经卸料口104流出。
喷动烘干室101的底部设置有第一篦孔106，鼓泡烘干室102的底部设置有第二篦孔107；喷动烘干室101的底部和鼓泡烘干室102的底部均与进风装置2连接，排风口105连接有排风装置3；进风装置2送出的烘干气流分别由第一篦孔106和第二篦孔107进入喷动烘干室101和鼓泡烘干室102烘干物料后进入排风装置3。
物料由进料口103喂入喷动烘干室101后，经过喷动流态化干燥除粉作业，物料由喷动烘干室101的出口处喷出，进入鼓泡烘干室102中。最后物料由设置在鼓泡床外壁上的卸料通道115卸出，进入集料室4中。
本发明的装置的烘干室由两个不同类型的流化床组成，分别是中心区域为喷动床，外围环形区域为鼓泡床，烘干气体分别在喷动床和鼓泡床内完成气固之间的热交换。本发明的装置特别适合含水率较高的粘性颗粒物料含水率在6％～9％的烘干作业，将气、固之间的换热方式由堆积态改为依次经喷动流态化、鼓泡流态化两个阶段的流态化换热方式，烘干气体与含水颗粒之间热交换效率显著提高。烘干气体首先在喷动床内进行热交换，经过高速射流气体的强力作用，促使该类物料发生内部循环流动，实现气固之间有效的换热，降低颗粒的含水率，为后续烘干段的鼓泡流态化要求创造了良好的条件。
为此，本发明的装置能够实现首先让物料经喷动流态化过程，气体在喷动床内产生的高剪切力可强制分散含水率较高的颗粒，使其能够在喷动床内部发生有规律的内循环运动并与高温气体发生热交换，将物料含水率降低至2％～4％之间，以满足鼓泡床对物料含水率的要求。然后，再经鼓泡流态化过程，将物料烘干至含水率为0.5％以下。较高含水率的物料先后历经喷动床和鼓泡床，显著提高了高含水率物料的烘干效率。
而且，本发明装置的两个烘干室内外设置构成，结构极为紧凑，所需占地空间明显减小，有效降低了烘干设备的整体投资；而且鼓泡烘干室能够形成环形鼓泡床结构，使得卸料容易，不需要辅助卸料设备。
具体的，如图2所示，在本发明的鼓泡烘干室(102内设置有第一布风板108，第一布风板108将鼓泡烘干室102分割为鼓泡腔109和鼓泡气室110，在第一布风板108上设置有第一篦孔106，鼓泡气室110和进风装置2连接；喷动烘干室101设置在鼓泡烘干室102的中部区域，第一布风板108将喷动烘干室101分为喷动腔111和喷动气室112，且喷动腔111设置在鼓泡腔109的中间区域，喷动气室112设置在鼓泡气室110的中间区域，喷动气室112和进风装置2连接；喷动烘干室内部的第一布风板108上设置有射流孔113，喷动气室112内的烘干气体通过射流孔113喷入喷动腔111内。
物料由进料口103进入喷动腔111内，并在喷动腔111内形成料床。通过射流孔108以射流方式进入喷动腔111内。当高温气体超过临界喷动速度时，空气射流将穿过料床，并在喷动床中形成稳定的稀相喷射区、喷泉区和密相环隙区。高温气体将最后由排风口105排出。密相环隙区内颗粒物料经不同内循环次数后卸入鼓泡腔109。第一布风板108上的第一篦孔106使得气流形成多股垂直于布风板108向上的射流，多股射流均匀流过鼓泡腔109底部的颗粒料层，气体鼓泡腔109的上方与喷动腔111流出气体汇总后由排风口105排出。当断面流化风速超过临界流化风速后，鼓泡腔内将形成稳定的鼓泡流态化，提高了颗粒与气体的传热效率。鼓泡床断面流化风速指的是通过第一篦孔106形成多股垂直于第一布风板108向上的射流单位时间的风量按照鼓泡床断面面积计算的风速，鼓泡床临界流化风速指的是使物料达到鼓泡流态化的最小风速。喷动床断面风速指的是通过射流孔113的单位时间的风量按照喷动床最大水平截面积计算的风速。
具体的，在喷动气室112与进风装置2的连接处设置有第二布风板114，第二布风板114上设置有第二篦孔107，进风装置2送出的烘干气流通过第二篦孔107进入喷动气室112。烘干气体经第一布风板108均匀进入喷动气室112后，再通过射流孔113以射流方式进入喷动腔111。
该过程对含水率为6％～9％的物料进行喷动搅拌及烘干，在此阶段，物料颗粒的含水率会降至2％～4％左右，此时物料颗粒表面的自由水开始出现加速蒸发现象。此阶段喷动操作流化数控制在1.5～1.8左右。在喷动烘干室烘干段经过首次烘干后的物料，含水率显著降低，满足了鼓泡流态化的要求。物料经数次内循环及热交换后到达鼓泡烘干段的第一布风板108上，进入鼓泡气室112内的烘干气体穿过第一布风板108，实现了鼓泡流态化。此时物料颗粒表面自由水分快速蒸发。此阶段的鼓泡操作流化数控制在1.3～1.5左右。经过鼓泡烘干段后，物料表面水分含量可控制在0.5％以下。
为实现气、固之间的高效接触，且保证布风板对烘干气体具有均布整流的作用，第一布风板上的第一篦孔106的开孔率为4％～6％；第二布风板上的第二篦孔107的开孔率为10％～15％。
喷动腔111为沿射流孔113至腔口处腔径逐渐增大的倒锥形结构。倒锥形结构的锥角为50°～60°，喷动腔底部的射流孔113的直径为30mm～50mm，喷动腔锥形段出口处直径为350mm～500mm。倒锥形结构使得喷动腔内的物料更容易溢入鼓泡腔内，避免出现死角区域。
本发明的进风装置2输送至喷动气室112的气体的温度为200～400℃，并通过射流孔113进入倒锥形喷动腔111内，经过上述结构的喷动腔内的气固换热之后，使得物料颗粒的含水率会降至2％～4％左右。
具体的，鼓泡腔109为沿第一布风板108至腔口处腔径逐渐增大的倒锥形结构。将将鼓泡腔109设计成倒锥形结构，一方面有利于增加颗粒在鼓泡腔内的停留时间，而且鼓泡腔内不易发生沟流等现象，保证了鼓泡腔均衡稳定的运行；另一方面由于鼓泡腔109上设置有卸料口104，将鼓泡腔设置为倒锥形结构可保证经过两次换热处理后的物料在气流与腔壁的作用下从卸料口进入卸料通道115。
具体的，进风装置2包括热风炉201、正压风机202、进风总管203、均压室204、第一进风支管205和第二进风支管206，正压风机202为耐高温风机，正压风机202通过进风总管203连接在热风炉201和均压室204之间，均压室204分别通过第一进风支管205和第二进风支管206与鼓泡烘干室102和喷动烘干室101连接。在热风炉201的加热作用下，正压风机202送出200℃～400℃的高温烘干气体，并经过均压室204，保证流入第一进风支管205和第二进风支管206内的烘干气流稳定，第一进风支管205和第二进风支管206内的烘干气体分别流入对应的鼓泡气室110和喷动气室112。进入喷动腔111的烘干气体运动方向与其密相环隙区的物料运动方向相反，使得在喷动腔111中形成局部逆流的热交换方式，提高了气流与物料流的换热效率。进入鼓泡强109的烘干气体与大颗粒物料形成速度差，降低了热边界层，提高了对流换热系数，同样提高了气体与固体的热交换效率。
进一步地，在第一进风支管205和第二进风支管206上均设置有阀门，阀门的开启度可调，用于独立控制进入鼓泡气室110和喷动气室112内的进风量。
进一步的，卸料口104设置在靠近第一步风板108的鼓泡烘干室102的室壁上，卸料口104处连接有卸料通道115，卸料通道115倾斜向下设置，其中卸料通道115与外侧壁面的夹角为30°～40°，保证烘干后的物料顺利卸料。卸料通道115对称设置，卸料通道115末端连接有集料室4。本发明的环形鼓泡床结构使得卸料容易，不需要辅助卸料设备。
进一步的，排风装置3包括排风总管301和负压风机304。经过烘干室1烘干的气体的尾气，在负压风机304的作用下，经排风总管301排出。另外，本发明还在排风总管301上沿气体流动方向依次设置的旋风除尘器302和布袋除尘器303，在烘干气体与物料的两相流态化换热的过程中，物料中的细粉，特别是粒径在0.075mm以下的粉尘颗粒，经喷动流态化过程，约20～30％的粉尘颗粒由排风总管301排出。经鼓泡流态化过程，剩余的粉尘颗粒可基本由排风总管301排出。在烘干气体尾气的携带作用下，粉尘颗粒进入排风总管301，分别经旋风除尘器302及布袋除尘器303捕集，降低了物料中粉尘颗粒的含量，提高了产品质量，降低环境污染，实现了干燥与除粉的一体化双重功效。
在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，包括烘干室(1)以及设置在烘干室(1)上的进料口(103)、卸料口(104)和排风口(105)，其特征在于，所述的烘干室(1)包括喷动烘干室(101)和鼓泡烘干室(102)，所述的喷动烘干室(101)设置在鼓泡烘干室(102)内，所述的喷动烘干室(101)的室壁与鼓泡烘干室(102)的室壁之间形成环形鼓泡烘干区域，所述的喷动烘干室(101)内的物料在气流作用下溢入鼓泡烘干室(102)内；
所述的进料口(103)设置在喷动烘干室(101)的上方，所述的卸料口(104)设置在鼓泡烘干室(102)上，物料由进料口(103)进入喷动烘干室(101)进行一次烘干后溢入鼓泡烘干室(102)进行二次烘干，并经卸料口(104)流出；
所述的喷动烘干室(101)的底部设置有第一篦孔(106)，所述的鼓泡烘干室(102)的底部设置有第二篦孔(107)；所述的喷动烘干室(101)的底部和鼓泡烘干室(102)的底部均与进风装置(2)连接，所述的排风口(105)连接有排风装置(3)；所述的进风装置(2)送出的烘干气流分别由第一篦孔(106)和第二篦孔(107)进入喷动烘干室(101)和鼓泡烘干室(102)烘干物料后进入排风装置(3)；
所述的鼓泡烘干室(102)内设置有第一布风板(108)，所述的第一布风板(108)将鼓泡烘干室(102)分割为鼓泡腔(109)和鼓泡气室(110)，所述的第一布风板(108)上设置有第一篦孔(106)，所述的鼓泡气室(110)和所述的进风装置(2)连接；所述的喷动烘干室(101)设置在鼓泡烘干室(102)的中部区域，所述的第一布风板(108)将喷动烘干室(101)分为喷动腔(111)和喷动气室(112)，且喷动腔(111)设置在鼓泡腔(109)的中间区域，喷动气室(112)设置在鼓泡气室(110)的中间区域，所述的喷动气室(112)和进风装置(2)连接；所述的喷动烘干室内部的第一布风板(108)上设置有射流孔(113)，喷动气室(112)内的烘干气体通过所述的射流孔(113)喷入喷动腔(111)内；
所述的卸料口(104)设置在靠近第一布风板(108)的鼓泡烘干室(102)的室壁上，所述的卸料口(104)处连接有卸料通道(115)，所述的卸料通道(115)倾斜向下设置，所述的卸料通道(115)对称设置；所述的卸料通道(115)末端连接有集料室(4)。
2.如权利要求1所述的喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，其特征在于，所述的喷动气室(112)与进风装置(2)的连接处设置有第二布风板(114)，所述的第二布风板(114)上设置有第二篦孔(107)，进风装置(2)送出的烘干气流通过第二篦孔(107)进入喷动气室(112)。
3.如权利要求2所述的喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，其特征在于，所述第一布风板上的第一篦孔(106)的开孔率为4％～6％；所述的第二布风板上的第二篦孔(107)的开孔率为10％～15％。
4.如权利要求1所述的喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，其特征在于，所述的喷动腔(111)为沿射流孔(113)至腔口处腔径逐渐增大的倒锥形结构。
5.如权利要求4所述的喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，其特征在于，所述的倒锥形结构的锥角为50°～60°，喷动腔底部的射流孔(113)的直径为30mm～50mm，喷动腔锥形段出口处直径为350mm～500mm。
6.如权利要求1所述的喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，其特征在于，所述的鼓泡腔(109)为沿第一布风板(108)至腔口处腔径逐渐增大的倒锥形结构。
7.如权利要求1所述的喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，其特征在于，所述的进风装置(2)包括热风炉(201)、正压风机(202)、进风总管(203)、均压室(204)、第一进风支管(205)和第二进风支管(206)，所述的正压风机(202)通过进风总管(203)连接在热风炉(201)和均压室(204)之间，所述的均压室(204)分别通过第一进风支管(205)和第二进风支管(206)与鼓泡烘干室(102)和喷动烘干室(101)连接。
8.如权利要求1所述的喷动鼓泡流态化联合颗粒烘干装置，其特征在于，所述的排风装置(3)包括排风总管(301)，所述排风总管(301)上沿气体流动方向依次设置的旋风除尘器(302)、布袋除尘器(303)和负压风机(304)。
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