CN109368976A - 一种空心桨叶式干燥机及其用于污泥干化的烘干系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空心桨叶式干燥机及其用于污泥干化的烘干系统，包括空心桨叶干燥机上设有空心热轴、空心桨叶、干空气入口、湿空气出口、热介质出入口以及污泥出入口。污泥经与热轴及桨叶中的热介质换热以达到合适的湿度，其中的水分在干燥室内蒸发产生湿热空气。所述的湿热空气进入热泵供热系统换热变为干空气，经风机回到干燥室继续干燥湿污泥，热泵系统中的制冷剂经蒸发器吸收所述湿热空气的热量，经压缩后与热轴和桨叶中的热介质换热，以保持热介质较高的温度。该本发明主要通过回收污泥干燥过程中产生的蒸汽尾气的全部余热，来提高干燥过程干燥效率、大大降低了污泥干化的能耗，节约了能源的消耗。
Description
技术领域
本发明属于含水污泥减量、干燥的技术领域，尤其涉及一种空心桨叶式干燥机及其用于污泥干化的烘干系统。
背景技术
污水处理厂污泥经常规处理之后其含水量仍较大(含水率约80％)，这将不利于污泥的运输及后续的处置工作。在对污泥采取各种处置方式如农用、填埋、焚烧、建材利用等过程中，其前提是污泥的含水率必须要符合相关要求。污泥干化可实现污泥的减容，同时也使污泥的运输及后续处理更加方便。干化后的污泥因其含水分较少、所含的病原微生物也较少，因此性质也相对稳定。因此污泥干化是污泥实现无害化、减量化、资源化处理处置的关键环节，是污泥资源化利用的前提。
传统污泥干燥工艺往往直接利用一次能源，或使用锅炉烟气余热，甚至直接采用电加热干燥，其能量高达到4000～6000kJ/kg水，并消耗电能45-90kW/t水，需要的附加设备复杂、投资成本高。并且污泥干燥工艺中，余热量大，直排或简单处理后直排造成很大程度的能源浪费和污染，常规余热回收只能结合工艺本身将尾气或冷凝水回用加热物料或冷介质，余热回收量少。为此，污泥的资源化利用及其干化中避免高能耗，有效利用余热也就成为了节能环保技术的重要内容，其对于社会的可持续发展有着重要的意义。
发明内容
本发明根据现有技术存在的问题，提出了一种空心桨叶式干燥机及其用于污泥干化的烘干系统，利用高效、高温热泵节能技术以空气为热源，结合桨叶式干燥室以达到减少能源消耗、避免污染目的的污泥干化系统。
本发明所采用的技术方案如下：
一种空心桨叶式干燥机，包括机壳和顶盖，所述机壳内部水平设有2根同轴设置的热管，且2根热管同步转动；外圈热管上设有若干空心桨叶，且相邻的空心桨叶之间交错安装；所述机壳一端设有空心热轴蒸汽入口，另一端设有空心热轴冷凝水出口，所述空心热轴蒸汽入口与空心热轴冷凝水出口通过热管连通，所述顶盖的一端设有湿污泥进口，在机壳底部远离湿污泥进口的一端设有干污泥出口；在污泥进口端的机壳底部设有湿热空气入口，在污泥出口端的顶盖上设有湿热空气出口。
内圈热管内部为中心流道，外圈热管与内圈热管之间为环形流道，每个空心桨叶的内部空腔通过冷凝水管与环形流道连通，所述中心流道通过蒸汽管与空心桨叶的内部空腔连通。
进一步，所述空心桨叶的侧面由两块扇形钢板制成，扇形钢板之间形成密闭的空腔。
进一步，所述空心桨叶上沿径向向外设有矩形不锈钢刮板，用于将机壳内部的污泥刮起，避免沉积。
进一步，所述空心热轴冷凝水出口端设置有空心热轴不凝汽排气阀。
进一步，所述机壳内可以贴壁设有蒸汽夹套，所述蒸汽夹套两端分别与空心热轴蒸汽入口、空心热轴冷凝水出口连通，将高温蒸汽沿着机壳内壁输入，提高干燥机内部的温度。
一种污泥干化的烘干系统，包括空心桨叶式干燥机、蒸汽循环通道和湿热空气循环通道；所述蒸汽循环通道包括冷凝器，所述冷凝器的两端分别连接空心热轴蒸汽入口、空心热轴冷凝水出口；湿热空气循环通道包括依次连接的除尘器、蒸发器和风机，所述除尘器连接湿热空气出口，所述风机湿热空气入口。
进一步，所述冷凝器与蒸发器之间通过压缩机连接成一个回路，将蒸发器排出的传热介质经过压缩机加压升温后进入冷凝器，在冷凝器内放热为空心桨叶式干燥机提供高温热蒸汽，放热完成后的传热介质再流入蒸发器作为制冷剂对排出的湿空气进行降温。
进一步，所述压缩机可以设置两级。
本发明的有益效果：
本发明可以回收污泥干燥过程中产生的蒸汽尾气的全部余热，闭合桨叶干燥室中的尾气系统，形成循环。将干燥室出口的尾气经过热泵的蒸发器后通往桨叶干燥室，利用低位热能作为干燥设备热源之一，并降低空气进口湿度促进干燥过程中带出更多水分，节约了一次能源，提高干燥过程干燥效率、大大降低了污泥干化的能耗；减少了干燥室尾气排放量，降低了臭气等的二次污染，并且节省了尾气处理的设备；空心桨叶式干燥机能够有效对其内污泥进行干化处理，充分利用了热能对污泥进行加热干化。利用R245fa工质提高热泵提供的运行温度，以加快污泥干化过程干燥速率，也可使用其他高温工质替换；利用空气及干燥室尾气为热源，并结合热泵节能技术，实现污泥干化过程节能、低碳，降低其运行成本，同时免除了锅炉等供热设备及其带来的污染。
附图说明
图1是空心桨叶式干燥机结构示意图；
图2是空心桨叶结构侧视图；
图3是一种污泥干化的烘干系统；
图中，1、空心热轴蒸汽入口，2、皮带轮，3、湿热空气出口，4、顶盖，5、湿污泥进口，6、空心热轴不凝汽排气阀，7、空心热轴冷凝水出口，8、湿热空气入口，9、蒸汽夹套，10、空心桨叶，101、矩形不锈钢刮板，102、三角形钢板，103、扇形钢板，10a、蒸汽管，10b、冷凝水管，11、热管，11a、套轴环形流道，11b、套轴中心流道，12、干污泥出口，13a、一级压缩机，13b、二级压缩机，14、电磁阀，15、冷凝器，16、蒸发器，17、除尘器，18、风机，19、节流阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明为一种空心桨叶式干燥机包括机壳和顶盖4，所述机壳内部水平设有2根同轴设置的热管11，且2根热管11通过皮带轮2驱动，内外圈的热管11可以同步转动。
机壳的左端设有空心热轴蒸汽入口1，该入口与左端内圈热管连通，内圈热管的右端封闭，机壳的右端设有空心热轴冷凝水出口7，该出口与外圈热管的右端连通，外圈热管的左端封闭；在空心热轴冷凝水出口7端设置有空心热轴不凝汽排气阀6，用于将未液化的蒸汽排出。机壳内可以贴壁设有蒸汽夹套9，所述蒸汽夹套9两端分别与空心热轴蒸汽入口1、空心热轴冷凝水出口7连通，将高温蒸汽沿着机壳内壁输入，提高干燥机内部的温度。
如图2所示，外圈热管上固定设有若干空心桨叶10，且相邻的空心桨叶10之间交错安装；每个空心桨叶10是由两块扇形钢板制成，扇形钢板的内弧贴着外圈热管，一端的两块钢板相连形成锋面，另外一端的两个扇形钢板之间用短竖板封闭，顶部再进行封闭后形成密闭的空腔，空心桨叶10上沿径向向外设有矩形不锈钢刮板101，用于将机壳内部的污泥刮起，避免沉积；内圈热管内部为中心流道11b，外圈热管与内圈热管之间为环形流道11a，每个空心桨叶10的内部空腔通过冷凝水管10b与环形流道11a连通，中心流道11b通过蒸汽管10a与空心桨叶10内部空腔连通；高温蒸汽从空心热轴蒸汽入口1通入内圈热管后，经过蒸汽管10a进入空心桨叶10内部空腔，使得空心桨叶10升温进而对污泥加热干燥；空心桨叶10内部冷却的蒸汽或液滴经过冷凝水管10b进入环形流道11a后从空心热轴冷凝水出口7排出。
在顶盖4的右端设有污泥进口5，湿的污泥从污泥进口5进入干燥机内腔后经过空心桨叶10的转动输送后，通过机壳左端底部的干污泥出口12排出。在机壳右端底部设有湿热空气入口8，湿热空气进入干燥机内腔后通过顶盖4左端的湿热空气出口3排出。
如图3所示，基于本发明所提出的空心桨叶式干燥机而设计了一种污泥干化的烘干系统，包括空心桨叶式干燥机、蒸汽循环通道和湿热空气循环通道；蒸汽循环通道包括冷凝器15，冷凝器15的两端分别连接空心热轴蒸汽入口1、空心热轴冷凝水出口7；湿热空气循环通道包括依次连接的除尘器17、蒸发器16和风机18，除尘器17连接湿热空气出口3，风机18湿热空气入口8。
蒸发器16的输出端通过一级压缩机13a、二级压缩机13b连接冷凝器15的输入端，冷凝器15的输出端再经过一个节流阀19连接蒸发器16的输入端；二级压缩机13b并联1个电磁阀20，可以采用双螺杆压缩机，依据干燥要求设定、变更参数，由温度遥感等控制条件，根据相应干燥条件切换单-双级压缩运行模；将蒸发器16排出的传热介质经过压缩机加压升温后进入冷凝器15，在冷凝器15内放热为空心桨叶式干燥机提供高温热蒸汽，放热完成后的传热介质再流入蒸发器16作为制冷剂对排出的湿空气进行降温。
为了更清楚的解释本发明的工作过程，以下结合本发明的工作过程作进一步解释：
湿热空气从湿热空气出口3排出后，经过除尘器17除尘处理后，送入蒸发器16，经过蒸发器16降温除湿后通过风机18送向湿热空气入口8，完成干燥空气循环；冷凝水从空心热轴冷凝水出口7排出后输入冷凝器15，经过换热后获得高温蒸汽输入到空心热轴蒸汽入口1。
蒸发器16高温制冷剂(R245fa)通过两级压缩机压缩，转变为高温高压气体，送入冷凝器15与空心桨叶干燥室的热轴中传热介质换热后，流过节流阀19进一步降压降温，低温低压的制冷剂送入蒸发器16中与湿热空气换热，促使湿热气体脱水降温，后复送进两级压缩机，如此完成制冷剂循环。传热介质经冷凝器15从制冷剂中吸热后，通入空心桨叶干燥机的内圈热管作为热源来加热湿污泥，从空心热轴冷凝水出口7流出后复经过冷凝器15再加热，从而维持湿污泥温度，如此完成空心桨叶干燥机内传热介质循环。湿污泥进入空心桨叶式干燥机，伴随空心桨叶10的搅拌，干空气流经湿污泥，污泥的含水量逐步降低并向干污泥出口侧输运，干冷空气转变为湿热空气。将湿热空气通过除尘器17，以避免对未经过除尘的高温高湿空气进行降温除湿，给热泵系统压缩机带来的额外能耗，通过蒸发器16处理后，湿热空气转变为干冷空气，由风机18送入空心桨叶干燥机内腔，继续带出污泥水分完成循环。继而传热给干燥机中污泥，继而产生湿热空气，持续带走水分，湿污泥逐渐干化，实现80％的湿污泥向20％转化
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种空心桨叶式干燥机，其特征在于，包括机壳和顶盖(4)，所述机壳内部水平设有2根同轴设置的热管，且2根热管同步转动；外圈热管上设有若干空心桨叶(10)，且相邻的空心桨叶(10)之间交错安装；所述机壳一端设有空心热轴蒸汽入口(1)，另一端设有空心热轴冷凝水出口(7)，所述空心热轴蒸汽入口(1)与空心热轴冷凝水出口(7)通过热管连通；所述顶盖(4)的一端设有湿污泥进口(5)，在机壳底部远离湿污泥进口(5)的一端设有干污泥出口(12)；在污泥进口端的机壳底部设有湿热空气入口(8)，在污泥出口端的顶盖(4)上设有湿热空气出口(3)。
2.根据权利要求1所述的一种空心桨叶式干燥机，其特征在于，内圈热管内部为中心流道(11b)，外圈热管与内圈热管之间为环形流道(11a)，每个空心桨叶(10)的内部空腔通过冷凝水管(10b)与环形流道(11a)连通，所述中心流道(11b)通过蒸汽管(10a)与空心桨叶(10)的内部空腔连通。
3.根据权利要求1所述的一种空心桨叶式干燥机，其特征在于，所述空心桨叶(10)的侧面由两块扇形钢板制成，扇形钢板之间形成密闭的空腔。
4.根据权利要求3所述的一种空心桨叶式干燥机，其特征在于，所述空心桨叶(10)上沿径向向外设有矩形不锈钢刮板(101)。
5.根据权利要求1所述的一种空心桨叶式干燥机，其特征在于，所述空心热轴冷凝水出口(7)端设置有空心热轴不凝汽排气阀(6)。
6.根据权利要求1所述的一种空心桨叶式干燥机，其特征在于，所述机壳内可以贴壁设有蒸汽夹套(9)，所述蒸汽夹套(9)两端分别与空心热轴蒸汽入口(1)、空心热轴冷凝水出口(7)连通。
7.一种基于权利要求1所述的污泥干化的烘干系统，其特征在于，包括空心桨叶式干燥机、蒸汽循环通道和湿热空气循环通道；所述蒸汽循环通道包括冷凝器(15)，所述冷凝器(15)的两端分别连接空心热轴蒸汽入口(1)、空心热轴冷凝水出口(7)；湿热空气循环通道包括依次连接的除尘器(17)、蒸发器(16)和风机(18)，所述除尘器(17)连接湿热空气出口(3)，所述风机(18)湿热空气入口(8)。
8.根据权利要求7所述的一种污泥干化的烘干系统，其特征在于，所述冷凝器(15)与蒸发器(16)之间通过压缩机连接成一个回路，将蒸发器(16)排出的传热介质经过压缩机加压升温后进入冷凝器(15)，在冷凝器(15)内放热为空心桨叶式干燥机提供高温热蒸汽，放热完成后的传热介质再流入蒸发器(16)作为制冷剂对排出的湿空气进行降温。
9.根据权利要求7所述的一种污泥干化的烘干系统，其特征在于，所述压缩机设置两级。
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