CN110207484A - 物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法 - Google Patents

物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，包括（1）真空干燥机封闭环境中产生的较为纯净的蒸发气体经（2）除尘器除尘，再经（3）汽水分离器去除水滴和抽除不凝气体成为洁净干蒸汽，洁净干蒸汽被（4）蒸汽压缩机提升数倍压力后到（5）集汽箱与外源新蒸汽混合送回（1）真空干燥机作干燥机热源，所述的真空干燥机中的干燥蒸汽放热后产生疏水经（7）疏水箱减压闪蒸，闪蒸蒸汽到（3）汽水分离器中回用，低温疏水作（2）除尘器的清洁水。通过应用本发明，可使物料干燥的外源新蒸汽使用量降到传统干燥工艺流程使用量的三分之一以下，与传统干燥工艺相比，基本消除了蒸发尾气的处理环节，解决了干燥系统蒸发尾气处理的难题。

Description

物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法
技术领域
本发明涉及节能环保技术领域，具体涉及一种物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法。
背景技术
在化工、钢铁、电力等行业都会产生大量的高温高湿蒸发气体直接排放到环境中，此外，物料干燥也大量存在于环境治理处置以及工业和农牧业加工生产中，如污泥、固废、食品药品等干燥工艺，在现有的物料干燥工艺中，也都把所产生的高温高湿蒸发气体稍加处理后直接排放到环境中，这些含有大量水蒸汽的高温高湿蒸发气体直接排放，不仅会给环境造成热、粉尘、臭味等污染，还会白白损失大量可再生的热能，大幅增加了生产成本。
以物料干燥处理处置系统为例，在物料干燥中产生的蒸发气体主要以水蒸汽为主，蒸发气体中含有少量的粉尘和不凝气体，在传统工艺中高温高湿蒸发气体直接排放或经冷却后排放等措施，这些措施不仅对环境造成污染，而且为处理高温高湿蒸发气体需要建造庞大的除尘、冷却、除臭等设备，消耗大量的电能和冷却水来维持运行；以城市污泥干燥系统为例，现有干燥机每干燥1吨含水率80％的湿污泥至40％时，需要使用0.5MPa、160℃的加热蒸汽0.9吨左右，蒸发产生常压下的水蒸汽0.75吨左右，传统干燥工艺由于有大量的空气与蒸发的水蒸汽混合，增加了混合气体提纯为水蒸汽的难度，在(1)真空干燥机中产生的蒸发气体，由于蒸发气体产生于封闭环境中，蒸发气体本身就是只含有少量不凝气体的较为纯净的水蒸汽，经特殊工艺流程的净化纯化处理，洁净干蒸汽经(4)蒸汽压缩机压缩后，可以作为(1)真空干燥机的加热热源循环利用，上述0.9吨左右高压加热蒸汽可从物料中蒸发产生0.75吨左右水蒸汽，在经过除尘净化、抽不凝气提纯后约能得到0.65吨以上的洁净干蒸汽，可见，蒸发蒸汽循环利用的替代率在72％以上，也即可节约蒸汽72％以上，同时每干燥1吨含水率80％的湿污泥可节约冷却水15吨左右。
迄今为止，我国还没有完整成熟的物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，特别在污泥干燥等需要大量低温热源对湿物料进行干燥，随后又产生大量蒸汽的系统中，现均采用对产生的蒸发气体冷凝处理，浪费了大量的冷凝水资源，产生大量的冷凝污水，耗费大量的蒸汽，运行成本居高不下。
发明内容
本发明提供了物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，使产生的蒸发气体经特殊的工艺处理流程重新回收利用，大幅降低系统能耗，减少污水的产生，消除水资源的消耗，实现节能减排，可使系统的运行费用降低约50％。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括(1)真空干燥机、(2)除尘器、(3)汽水分离器、(3-A)水汽分离装置、(4)蒸汽压缩机、(5)集汽箱、(6)减温减压器、(7)疏水箱、(8)干物料输送机、(9)疏水泵、(10)抽气风机、(11)进料机、(12)出料机、(13)温度传感器、(14)压力传感器、(15)废水池、(16)控制阀以及若干管道、阀门、水泵、风机等设施；所述的(1)真空干燥机设置有湿物料进口、干物料出口、蒸发气体出口、干燥蒸汽进口、疏水出口，这些端口各自与其它设备相连接，湿物料进口连接(11)进料机，干物料出口连接(12)出料机，蒸发气体出口连接(2)除尘器，干燥蒸汽进口连接(5)集汽箱，疏水出口连接(7)疏水箱；所述的(1)真空干燥机中物料与干燥蒸汽分隔在传热面的二侧空间中，湿物料通过(11)进料机从湿物料进口进入传热面一侧的空腔中吸收热量加热物料，物料吸热升高温度使物料中的水蒸发逐渐变干，逐渐变干的物料被缓慢推送到干物料出口并经(12)出料机送入到(8)干物料输送机中，最后被送到后续干物料处置设备中，干燥蒸汽从(1)真空干燥机干燥蒸汽进口进入传热面另一侧空间，干燥蒸汽通过传热面把热量传导给物料，干燥蒸汽释放汽化潜热凝结成疏水，干燥机疏水从(1)真空干燥机疏水出口通过疏水阀门的控制自流到(7)疏水箱中；所述的(1)真空干燥机的物料侧物料被加热蒸发出了大量的蒸发气体，蒸发气体经(1)真空干燥机蒸发气体出口，通过管道流入(2)除尘器；所述的(2)除尘器由单体或多种形式单体除尘设备组成，如可由喷淋填料洗涤塔单体或旋风除尘器加喷淋填料洗涤塔串联组成(2)除尘器等，以喷淋填料洗涤塔单体组成的(2)除尘器为例，蒸发气体通过管道从(2)除尘器气体进口进入，蒸发气体与喷淋清洗水在(2)除尘器内的填料层中密切接触，有效地进行了传质传热和除尘，清洗后的水排入(15)废水池，除尘后的湿蒸汽进入(3)汽水分离器；所述的(3)汽水分离器由外壳体和内部(3-A)水汽分离装置组成，湿蒸汽经内部(3-A)水汽分离装置的作用，把湿蒸汽中质量较大的水滴和尘分离后沿外壳内壁下流到底部集液区并控制排放，除去水分后的洁净干蒸汽被(4)蒸汽压缩机吸入；所述的(4)蒸汽压缩机把洁净干蒸汽的压力提升数倍后送入(5)集汽箱；所述的(5)集汽箱一端连接(4)蒸汽压缩机，输入经(4)蒸汽压缩机提压后的洁净干蒸汽，一端连接(6)减温减压器，输入经(6)减温减压器调节后的新蒸汽，(5)集汽箱出口通过管道及阀门连接到(1)真空干燥机的干燥蒸汽进口，为(1)真空干燥机提供干燥热源；所述的(6)减温减压器内包含喷水减温装置和调压装置，(6)减温减压器一端连接外源新蒸汽，一端连接(5)集汽箱，(5)集汽箱上的(13)温度传感器和(14)压力传感器传送的温度和压力值经过工业控制系统控制喷水减温装置和调压装置输出设定温度、压力的新蒸汽，(5)集汽箱顶端开设一出口，通过管道连接(16)控制阀，用以排放不凝气体；所述的(10)抽气风机与(3)汽水分离器顶端出口相连接，根据检测(3)汽水分离器顶端不凝气体的含量有控制地把不凝气体从系统中抽除，以提高水蒸汽纯度，抽出的不凝气体送到另外处置设备中进一步处理；所述的(7)疏水箱一端与(1)真空干燥机的疏水出口连接，干燥机疏水在(7)疏水箱中减压后部分闪蒸成了蒸汽，经(7)疏水箱顶端进入(3)汽水分离器重新利用，(7)疏水箱底端连接(9)疏水泵把低温疏水送至(2)除尘器作为喷淋清洗水使用。
附图说明
图1是本发明系统流程示意图。
图中所示1真空干燥机；2除尘器；3汽水分离器；3-A水汽分离装置；4蒸汽压缩机；5集汽箱；6减温减压器；7疏水箱；8干物料输送机；9疏水泵；10抽气风机；11进料机；12出料机；13温度传感器；14压力传感器；15废水池；16控制阀
图2是本发明具体实施方式系统流程示意图。
图中所示1圆盘真空干燥机；2-A除尘器；2-B除尘器；3汽水分离器；3-A水汽分离装置；4蒸汽压缩机；5集汽箱；6减温减压器；7疏水箱；8干物料输送机；9疏水泵；10抽气风机；11进料机；12出料机；13温度传感器；14压力传感器；15-A废水池；15-B废水池；16控制阀；17水泵
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图2所示，(1)圆盘真空干燥机实现干燥功能主要由外壳体和圆盘中轴组成的本体，物料在外壳体与圆盘中轴之间的干燥空腔中，干燥蒸汽作为热源在外壳体夹层和圆盘中轴的内部，圆盘中轴在动力装置的带动下作旋转运动，物料在圆盘中轴的带动下与圆盘和外壳体内的干燥蒸汽进行热交换，在此过程中物料中水分蒸发变干，同时被中轴圆盘外缘的推进搅拌片推送至干燥物料出口，由(12)出料机输出到(8)干物料输送机，外壳体夹层和圆盘中轴内部的干燥蒸汽释放汽化潜热后凝结成为疏水，并由疏水出口经疏水阀门自排到(7)疏水箱中，湿物料经(11)进料机从(1)圆盘真空干燥机的湿物料进口进入干燥机的干燥空腔中，湿污泥在(1)圆盘真空干燥机中吸热蒸发产生大量的水蒸汽和少量的不凝性气体，这些蒸发气体在离开(1)圆盘真空干燥机时携带了少量干燥机内的粉尘，携带粉尘的蒸发气体主要在(1)圆盘真空干燥机尾部的干物料段，(1)圆盘真空干燥机中、前段由于物料处于含水率较高状态，蒸发气体基本不会携带粉尘但蒸发气体占70％以上，所以(1)圆盘真空干燥机在尾段和中段间的上部有一隔板把上部滞留气室分隔成二部分，每个滞留气室各设置有一个蒸发气体出口A和蒸发气体出口B，从蒸发气体出口A和蒸发气体出口B流出的蒸发气体分别进入(2-A)除尘器和(2-B)除尘器，(7)疏水箱的低温疏水经(9)疏水泵把清洗水送到(2-A)除尘器，清洗后的水排入(15-A)废水池，(15-A)废水池内的水经(17)水泵送到(2-B)除尘器作为清洗水，清洗后的水排入(15-B)废水池，经(2-B)除尘器除尘后的湿蒸汽再进入(2-A)除尘器与来自(1)圆盘真空干燥机蒸发气体出口A的蒸发气体一起进行除尘，除尘后的湿蒸汽经(2-A)除尘器的出汽口到(3)汽水分离器，同时到(3)汽水分离器的蒸汽还有来自(7)疏水箱的闪蒸蒸汽，经(3)汽水分离器的(3-A)水汽分离装置的作用，水滴和尘落入底部集液区经排液口排出到(15-B)废水池，蒸发气体中携带的不凝气体经(3)汽水分离器的抽气口被(10)抽气风机抽送到外界的处理装置中，分离了水滴后的洁净干蒸汽到机械式(4)蒸汽压缩机进口，经(4)蒸汽压缩机提升数倍压力后输送到(5)集汽箱中，(5)集汽箱上安装有测量并传送温度和压力信号的(13)温度传感器和(14)压力传感器，(13)温度传感器和(14)压力传感器分别检测(5)集汽箱内蒸汽温度和压力，并把测量的数据反馈到控制系统，控制系统作用下(6)减温减压器内部的喷水减温装置和调压装置根据(5)集汽箱的温度和压力信号把新蒸汽的温度和压力调整到设定范围并进入(5)集汽箱与来自(4)蒸汽压缩机的洁净干蒸汽混合，混合蒸汽作为(1)真空干燥机的干燥蒸汽汽源进入(1)真空干燥机，(5)集汽箱顶部不凝气体排气口连接(16)控制阀，(16)控制阀根据排出气体中的不凝气体含量进行排气流量的控制，以保证(5)集汽箱输出的干燥蒸汽的纯度。

Claims (8)

1.物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，包括 （1）真空干燥机、（2）除尘器、（3）汽水分离器、（3-A）水汽分离装置、（4）蒸汽压缩机、 （5）集汽箱、（6）减温减压器、（7）疏水箱、（8）干物料输送机、（9）疏水泵、（10）抽气风机、（11）进料机、（12）出料机、（13）温度传感器、（14）压力传感器、（15）废水池、（16）控制阀，其特征在于：所述的（1）真空干燥机设置有湿物料进口、干物料出口、蒸发气体出口、干燥蒸汽进口、疏水出口，这些端口各自与其它设备相连接，湿物料进口连接（11）进料机，干物料出口连接（12）出料机，蒸发气体出口连接（2）除尘器，干燥蒸汽进口连接（5）集汽箱，疏水出口连接（7）疏水箱；所述的（1）真空干燥机中物料与干燥蒸汽分隔在传热面的二侧空间中，湿物料通过（11）进料机从湿物料进口进入传热面一侧的空腔中吸收热量加热物料，物料吸热升高温度使物料中的水蒸发逐渐变干，干物料被传送到干物料出口并进入（12）出料机送到（8）干物料输送机中，最后被输送到后续干物料处置设备中；干燥蒸汽从干燥蒸汽进口进入传热面另一侧空间，干燥蒸汽通过传热面把热量传导给物料，干燥蒸汽释放出汽化潜热凝结成饱和疏水，饱和疏水从（1）真空干燥机疏水出口通过管道和疏水阀门控制自排到（7）疏水箱中，饱和疏水在（7）疏水箱中减压后部分饱和疏水闪蒸后成为闪蒸蒸汽流入（3）汽水分离器中重新回用，部分成为低温疏水经（9）疏水泵加压后成为2）除尘器的清洗水；所述的（1）真空干燥机物料侧物料加热蒸发产生了大量的蒸发气体，蒸发气体经（1）真空干燥机蒸发气体出口通过管道、阀门从（2）除尘器进气口进入（2）除尘器，蒸发气体与来自（9）疏水泵的清洗水密切接触，有效地进行了传质传热和除尘，清洗后的水排入（15）废水池，蒸发气体在（2）除尘器中除去粉尘后从（2）除尘器出气口通过管道到（3）汽水分离器进气口，进入（3）汽水分离器的湿蒸汽在（3-A）水汽分离装置的作用下湿蒸汽中的水滴和尘被分离下流到底部集液区并在有控制下排出（3）汽水分离器，经分离后产生的洁净干蒸汽经（3）汽水分离器出气口通过管道被吸入（4）蒸汽压缩机，（4）蒸汽压缩机把洁净干蒸汽压力提高数倍后送入（5）集汽箱，（5）集汽箱上安装有（13）温度传感器和（14）压力传感器，（13）温度传感器和（14）压力传感器分别检测（5）集汽箱内蒸汽温度和压力，并把测量的数据反馈到控制系统，（5）集汽箱另一进口与（6）减温减压器连接,（6）减温减压器另一端口连接外源新蒸汽，（6）减温减压器内部设置有喷水减温装置和调压装置，（6）减温减压器在控制系统作用下，根据（5）集汽箱的温度和压力信号把新蒸汽的温度和压力分别通过喷水减温装置和调压装置调整到设定范围并进入（5）集汽箱与洁净干蒸汽混合，混合蒸汽成为（1）真空干燥机的干燥蒸汽从（5）集汽箱出口通过管道到（1）真空干燥机干燥蒸汽进口进入（1）真空干燥机作为干燥热源，（5）集汽箱顶部有一出口与（16）控制阀相连用以排放（5）集汽箱顶部聚集的不凝气体。
2.根据权利要求1所述的物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，其特征在于：所述的（1）真空干燥机中产生的蒸发气体通过（2）除尘器、（3）汽水分离器、（4）蒸汽压缩机、（5）集汽箱等设备的处理,转变成了可循环使用的干燥蒸汽，所述的处理流程为最基本的流程，所述的物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法不拘泥于一种具体的工艺处理流程，实际工艺流程中所述的（2）除尘器、（3）汽水分离器、（4）蒸汽压缩机、（5）集汽箱等设备在系统中不限于一台，可根据系统实际的要求设置多台相同或功能相同但构造不同的设备，设备间可根据实际的需要进行串联、并联或串并联使用，系统中也不限于所述的（1）真空干燥机、（2）除尘器、（3）汽水分离器、（4）蒸汽压缩机、（5）集汽箱、（6）减温减压器、（7）疏水箱、（8）干物料输送机、（9）疏水泵、（10）抽气风机、（11）进料机、（12）出料机、（13）温度传感器、（14）压力传感器、（15）废水池、（16）控制阀等设备，可根据系统实际的需要增加或减少设备，所述的（1）真空干燥机、 （2）除尘器、（3）汽水分离器、（4）蒸汽压缩机、（5）集汽箱、（6）减温减压器、（7）疏水箱、（8）干物料输送机、（9）疏水泵、（10）抽气风机、（11）进料机、（12）出料机、（13）温度传感器、（14）压力传感器、（15）废水池、（16）控制阀等设备名称仅为更有效的阐述本发明的系统流程，实际工程中的设备名称与本发明的设备名称可能完全不同，但设备的功能与本发明中设备功能相同时，应视为与本发明中的设备相同。
3.根据权利要求1所述的物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，其特征在于：所述的（1）真空干燥机设置有湿物料进口、干物料出口、蒸发气体出口、干燥蒸汽进口、疏水出口，这些端口各自与其它设备相连接，（1）真空干燥机中物料与干燥蒸汽分隔在传热面的二侧空间中，湿物料通过（11）进料机从湿物料进口进入传热面一侧的空腔中吸收热量加热物料，物料吸热升高温度使物料中的水蒸发逐渐变干，干物料传送到干物料出口通过（12）出料机送到（8）干物料输送机中，最后被送到后续干物料处置设备中，干燥蒸汽从（1）真空干燥机干燥蒸汽进口进入传热面另一侧空间，干燥蒸汽通过传热面把热量传导给物料，干燥蒸汽释放汽化潜热后凝结成干燥机疏水，干燥机疏水从疏水出口经疏水阀门控制自流到（7）疏水箱中，干燥过程中物料侧蒸发产生了大量的蒸发气体，蒸发气体从（1）真空干燥机蒸发气体出口输送到（2）除尘器中处理，所述的（1）真空干燥机干燥蒸汽进口、疏水出口有多个连接端口，所述的（1）真空干燥机湿物料进口、蒸发气体出口可以根据干燥工艺的要求设置有多个连接端口，所述的（1）真空干燥机物料侧可分隔成多个蒸发气体的滞留空间和出口，以满足干燥工艺要求，所述的（1）真空干燥机所有与外界相通的检查孔、转动轴端等在工作时均处于密闭状态，所述的（1）真空干燥机的湿物料进口、干物料出口、蒸发气体出口、干燥蒸汽进口、疏水出口及其相连接的设备均与外界空气处于隔绝状态，物料侧可处于微正压到高负压的区间工作。
4.根据权利要求1所述的物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，其特征在于：所述的（2）除尘器用于去除蒸发气体中的粉尘，所述的（2）除尘器是指根据蒸发气体中的粉尘含量和性质而由单个或多个单体除尘设备组成，多个单体除尘设备组成的（2）除尘器可由同类型的单体除尘设备或不同类型的单体除尘设备通过串联、并联或串并联组成，如可单独由喷淋填料洗涤塔单体或旋风除尘器加喷淋填料洗涤塔串联组成（2）除尘器。
5.根据权利要求1所述的物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，其特征在于：所述的（3）汽水分离器为外壳体与内部（3-A）水汽分离装置组成，外壳上设置有进汽口和出汽口，外壳顶端可设置有抽气口，下端设置有排液口和液位计，湿蒸汽从进汽口进入（3）汽水分离器，经过内部（3-A）水汽分离装置的作用，质量较大的水滴和尘被分离出来流落到（3）汽水分离器底部，底部液位超过设定时自动从排液口排出，所述的（3）汽水分离器可根据湿蒸汽流量及含水量设置单个或多个单体汽水分离器来完成汽水分离工作，可以由多个单体汽水分离器通过串联、并联或串并联组成（3）汽水分离器，分离了水滴和尘的洁净干蒸汽通过出汽口到（4）蒸汽压缩机，外壳顶端抽气口可根据进入的湿蒸汽中不凝气体的含量确定是否设置，不凝气体的含量高时需要设置抽气口并与（10）抽气风机连接，通过检测顶部不凝气的含量，有控制的抽除顶部的气体，以提高洁净干蒸汽的纯度。
6.根据权利要求1所述的物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，其特征在于：所述的（5）集汽箱至少有一个进汽口连接于（4）蒸汽压缩机，所述的（5）集汽箱至少有一个进汽口连接于（6）减温减压器，所述的（5）集汽箱至少有一个出汽口连接到（1）真空干燥机，所述的（5）集汽箱上安装有测量并传送温度和压力信号的（13）温度传感器和（14）压力传感器，（13）温度传感器和（14）压力传感器分别检测（5）集汽箱内蒸汽温度和压力，并把测量的数据反馈到控制系统，在控制系统作用下（6）减温减压器内部的喷水减温装置和调压装置根据（5）集汽箱的温度和压力信号把新蒸汽的温度和压力调整到设定范围并进入（5）集汽箱与来自（4）蒸汽压缩机的洁净干蒸汽混合，混合蒸汽成为（1）真空干燥机的干燥蒸汽从（5）集汽箱出口通过管道到（1）真空干燥机干燥蒸汽进口进入（1）真空干燥机中，所述的（5）集汽箱顶部可根据进入（5）集汽箱蒸汽的纯度设置不凝气排气口，连接不凝气排气口的管道上有一（16）控制阀，（16）控制阀根据排出气体中的不凝气含量进行排气流量的控制，以保证（5）集汽箱输出的干燥蒸汽的纯度。
7.根据权利要求1所述的物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，其特征在于：所述的（4）蒸汽压缩机为机械式或喷射泵式，所述的（4）蒸汽压缩机可以把蒸汽压力提高数倍，为了满足最终输出蒸汽压力参数的要求，所述的（4）蒸汽压缩机可由单个或多个单体蒸汽压缩机组成，根据对提升蒸汽压力温度和流量的要求，多个单体蒸汽压缩机可进行串联、并联或串并联组合的方法使用。
8.根据权利要求1所述的物料干燥蒸发气体循环利用系统及方法，其特征在于：所述的（7）疏水箱进口与（1）真空干燥机的疏水出口连接，（7）疏水箱的闪蒸蒸汽出口连接到（3）汽水分离器，来自（1）真空干燥机的干燥机疏水是处于高温高压状态的饱和水，由于（7）疏水箱连接的（3）汽水分离器处于低压状态，高温高压饱和疏水在低压状态下发生闪蒸现象，干燥机疏水在（7）疏水箱中部分闪蒸产生了蒸汽，经（7）疏水箱闪蒸蒸汽出口进入（3）汽水分离器，闪蒸后的低温疏水回落到（7）疏水箱底部经（9）疏水泵提压作为（2）除尘器的清洗水。
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