CN111397400A - 污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置及方法，包括干燥系统和换热闪蒸乏汽余热回收系统，将污泥过热蒸汽干燥器中产生的乏汽通入缓冲罐去除杂质与液滴后，通过罗茨压缩机将蒸汽进行初步压缩，采用管壳式换热器与闪蒸罐组合对乏汽余热进行一级回收，解决乏汽中混有不凝气体对后续间接加热干燥换热效率低的问题。在换热闪蒸过程中运用温度节流控制系统来提高换热闪蒸效率。将经过换热器后的尾汽再次通入夹套式污泥输送管路中，对污泥进行预热处理，进一步回收污泥过热蒸汽干燥乏汽的余热。污泥过热蒸汽干燥过程排出乏汽的潜热和大部分显热得到回收利用，节能效果显著。

Description

污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置及方法

技术领域

本发明涉及蒸汽余热回收技术领域，特别是涉及一种污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置及方法。

背景技术

在过热蒸汽干燥过程中，过热蒸汽干燥后产生的乏汽中含有大量的显热和潜热。如果直接将乏汽作为废气排放，将会损失大量的热能，降低过热蒸汽干燥的能效率，提高污泥干燥成本。采用换热闪蒸组合技术对过热蒸汽干燥乏汽余热进行回收利用，实现污泥过热蒸汽干燥过程蒸发潜热与凝结潜热互换，极大降低了污泥干燥过程的能耗。

目前对蒸汽余热回收的装置与方法如下：

中国专利CN105085900A公开了一种过热蒸汽回收及余热利用装置，该装置主要包括过热蒸汽供给系统、蒸汽饱和填料塔以及浓缩槽加热系统。将尼龙66生产中产生的过热蒸汽进行回收通过过热蒸汽供给系统通入到蒸汽饱和填料塔，在塔内过热蒸汽与冷却水进行换热产生的饱和蒸汽通入浓缩槽加热系统进行供热。该装置有效的将生产过程产生的过热蒸汽进行回收利用，并有效控制了污染物。但该装置没有设置密封系统，存在空气等不可凝气体进入装置中影响降低换热效率等问题。

中国专利CN108343942A公开了一种蒸汽余热回收装置，该装置内设有加热台与增压器组件，加热筒顶部与增压器组件相通，实现自动控制蒸汽再利用加热加压达到所需温度气压，充分利用蒸汽中余热提高节能效率，并在腔内设有水冷壁，便于进一步回收蒸汽余热。但是该装置没有除杂系统，所得蒸汽中混有不凝气体与杂质，影响加热加压效果。而且加热加压过程中能耗较大，只达到了部分节能效果。

中国专利CN103123107A公开了一种多级扩容闪蒸回收余热并提供蒸汽的装置，以热水为循环介质吸收装置中的高温余热，经闪蒸、扩容闪蒸、蒸汽喷射式热泵增压后变成可供装置使用压力能级的蒸汽。该装置不仅能够充分吸收能量，而且能适应用热单元用热变化的余热回收及供应蒸汽。

中国专利CN108731512A公开了一种锅炉蒸汽余热利用装置，通过该装置内的吸热管和翅片吸收蒸汽的余热，通过吸附板和吸附球的配合可以更快的将蒸汽中的水汽液化，通过收集板和收集槽的配合使用可以将液态蒸汽进行吸收，对蒸汽余热进行了有效利用，该装置设置合理，推广性强。但不适用于过热蒸汽干燥乏汽余热回收。

中国专利CN108534579A公开了一种蒸汽余热再利用的节能系统及方法，该节能系统包括四个换热单元以及冷凝水循环回流装置，实现了蒸汽余热再利用，避免了热量流失与资源浪费。该方法不适用于过热蒸汽干燥乏汽余热回收。

发明内容

本发明的目的是提供一种污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置及方法，解决污泥过热蒸汽干燥乏汽余热回收困难导干燥能耗过高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置，包括干燥系统和换热闪蒸乏汽余热回收系统，所述干燥系统包括污泥输送泵、过热蒸汽干燥器、分气缸、蒸汽发生器、无轴螺旋输送机以及密封出料装置，所述换热闪蒸乏汽余热回收系统包括缓冲罐、罗茨蒸汽压缩机、螺杆式压缩机、管壳式换热器和闪蒸罐；

所述污泥输送泵与过热蒸汽干燥器的进料口相连；所述过热蒸汽干燥器出料口通过无轴螺旋输送机与密封出料装置相连；所述过热蒸汽干燥器设有乏汽出口，所述的乏汽出口与缓冲罐进气口相连，所述缓冲罐出气口与罗茨压缩机相连；所述管壳式换热器进气口与罗茨压缩机相连，所述管壳式换热器出水口与闪蒸罐热水进口相连，所述闪蒸罐出气口与螺杆式压缩机相连；所述螺杆式压缩机与热补偿器相连并通过管道与蒸汽发生器的出气口汇合后经过分气缸与过热蒸汽干燥器连通；所述污泥输送泵在输送管路上设有夹套式污泥输送管路。

优选的，所述污泥输送泵通过夹套式污泥输送管路与所述污泥过热蒸汽干燥器的进料口相连；所述污泥过热蒸汽干燥器的出料口与所述无轴螺旋输送机相连。

优选的，所述夹套式污泥输送管路分内外两层，并在最外侧设有保温材料。

优选的，所述污泥过热蒸汽干燥器的两侧设有冷凝水出口、对流过热蒸汽进口、蒸汽管道入口一、蒸汽管道入口二和蒸汽管道入口三；所述分气缸的蒸汽出口二与所述污泥过热蒸汽干燥器的三个蒸汽管道入口相连，所述分气缸的蒸汽出口一与对流过热蒸汽进口通过管路相连；所述蒸汽发生器与分气缸的蒸汽进口相连；所述冷凝水出口经过管道疏水阀和自来水进口管路汇合后与所述闪蒸罐的进水口相连。

优选的，所述管壳式换热器的出气口经过乏汽管道进入所述夹套式污泥输送管路的进口；所述管壳式换热器的进水口与所述闪蒸罐的出水口经过强制循环泵相连，且两者连接的管路中设有温控阀；所述管壳式换热器的热水出口与所述闪蒸罐的热水进口相连，连接的管路中设有温度传感器；控制器与所述温控阀以及温度传感器相连。

本发明还提供一种污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用方法，应用于上述的污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置，包括以下步骤：

(1)乏汽回收之前先通入缓冲罐中进行除杂之后再通入经过罗茨压缩机进行初步压缩；

(2)经过初步压缩后的乏汽通入管壳式换热器经过换热后再通入夹套式污泥输送管路，对输送过程中的污泥进行预热；

(3)在管壳式换热器的出水口与进水口的管路上使用温度传感器、温控阀、控制器组成的节流控制系统，控制水流速度以及换热时间；

(4)使用螺杆式压缩机与缓冲罐蒸汽出口相连，对闪蒸罐进行降压处理；

(5)经闪蒸罐出气口出来的纯净蒸汽通入螺杆式压缩机与热补偿器，从闪蒸罐出来的低压低焓纯净蒸汽经螺杆式压缩机压缩与热补偿器加热后成为高温高压的饱和蒸汽，通入干燥器中的蒸汽管道入口滚筒内作污泥干燥的热源；

(6)经过热蒸汽干燥器干燥后的污泥进入无轴螺旋输送机和密封出料装置，防止空气进入污泥过热蒸汽干燥器。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明的污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置及方法，在污泥输送过程当中，应用乏汽的余热对污泥进行预热，增加了污泥的流动性，减少了污泥输送的阻力，同时避免污泥刚进入干燥器时产生的冷凝现象。对过热蒸汽干燥产生的乏汽进行两次余热回收，最大限度地降低干燥能耗。

2.污泥输送过程中采用夹套式输送管路，外层通入乏汽及换热过程产生的凝结水，内层通入污泥，并在管路外侧增加保温材料，组成污泥预热装置，缩小了预热装置的占地空间，扩大了预热的传热面积，增强了预热效果。

3.将过热蒸汽干燥器三层对辊中排出的冷凝水以及未冷凝的蒸汽通入到闪蒸罐中作为热源补充，降低了干燥过程的热能损耗。

4.采饱和蒸汽通入过热蒸汽干燥器对辊中进行间接干燥的同时，在干燥器中自下而上通入过热蒸汽对污泥进行直接加热干燥，加快污泥中水分的蒸发，提高干燥效率。

5.在乏汽进入罗茨压缩机之前使用缓冲罐去掉乏汽中的粉尘、液滴和可溶性杂质，避免了粉尘与液滴对罗茨压缩机的影响，又起到了稳压卸荷作用，使乏汽回收系统具有一定的稳定性。

6.采用管壳式换热器对乏汽进行第一次回收，并将换热后的热水通入闪蒸罐进行闪蒸，有效的避免了蒸汽中混有不凝气体对后续间接加热干燥换热效率的影响。

7.采用温度传感器、温控阀与温度控制器组成的温度节流控制系统，实现换热时间和水流速度可调节，提高换热器换热效率，降低系统能耗。

8.采用螺杆式压缩机和热补偿器对闪蒸罐出汽口排出的蒸汽加热加压，提高蒸汽温度与压力，使闪蒸罐闪蒸出来的低温低压蒸汽变成可以使用高温高压的过热蒸汽，形成了蒸汽的循环，提高干燥能效。

9.热水在闪蒸罐内降温后从闪蒸罐下方的热水出水口在强制循环泵的作用下流入管壳式换热器的进水口，形成循环加热闪蒸过程。

10.螺杆式蒸汽压缩机一方面降低了闪蒸罐压力，实现热水在较低温环境下沸腾蒸发，另一方面对闪蒸罐闪蒸出来的蒸汽升温加压，提高蒸汽的压力和对应饱和状态下的温度，使其成为可以利用蒸汽。

11.采用密封出料装置避免在出料过程中空气进入污泥过热蒸汽干燥器，减少不凝气体(空气)进入换热闪蒸回收利用装置。

12.采用换热闪蒸结合机械蒸汽再压缩技术，将乏汽中的热量进行充分回收利用，节能效果显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置的结构示意图；

其中，1污泥输送泵；2过热蒸汽干燥器；2a冷凝水出口；2b出料口；2c对流过热蒸汽进气口；2d进料口；2e乏汽出口；2-1蒸汽管道入口一；2-2蒸汽管道入口二；2-3蒸汽管道入口三；3分气缸；3a蒸汽出口一；3b蒸汽出口二；3c蒸汽进口；4缓冲罐；4a进气口；4b出气口；5罗茨压缩机；6蒸汽发生器；7管壳式换热器；7a乏汽进口；7b乏汽出口；7c进水口；7d热水出口；8温度传感器；9控制器；10温控阀；11闪蒸罐；11a热水进口；11b进水口；11c出水口；11d蒸汽出口；12螺杆式压缩机；13热补偿器；14密封出料装置；14a出料口；15无轴螺旋输送机；16热补偿器；17疏水阀；18夹套式污泥输送管路；a夹套式污泥输送管路外层进口；b自来水进口；c夹套式污泥输送管路外层出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置及方法，解决污泥过热蒸汽干燥乏汽余热回收困难导干燥能耗过高的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置，其中包括干燥系统和换热闪蒸乏汽余热回收系统。干燥系统包括污泥输送泵1、过热蒸汽干燥器2、分气缸3、蒸汽发生器6、无轴螺旋输送机15以及密封出料装置14。污泥输送泵1通过夹套式污泥输送管路18与污泥过热蒸汽干燥器2的进料口2d相连；污泥过热蒸汽干燥器2的出料口2b与无轴螺旋输送机15相连；污泥过热蒸汽干燥器2的两侧设有冷凝水出口2a、对流过热蒸汽进口2c、蒸汽管道入口一2-1、蒸汽管道入口二2-2和蒸汽管道入口三2-3；分气缸3的蒸汽出口二3b与三个蒸汽管道入口相连，分气缸的蒸汽出口一3a与对流过热蒸汽进气口2c通过管路相连；蒸汽发生器6与分气缸3的蒸汽进口3c相连。

换热闪蒸乏汽热回收系统当中的缓冲罐4的进气口4a与污泥过热蒸汽干燥器2的乏汽出口2e相连，缓冲罐4的出气口4b与罗茨压缩机5相连，罗茨压缩机5另一端与管壳式换热器7的进气口7a相连。

管壳式换热器7的出气口7b经过乏汽管道进入夹套式污泥输送管路18的进口a，管壳式换热器7的进水口7c与闪蒸罐11的出水口11c经过强制循环泵相连，管路中设有温控阀10；管壳式换热器7的热水出口7d与闪蒸罐11的热水进口11a相连，管路中设有温度传感器8；控制器9与温控阀10以及温度传感器8相连。

闪蒸罐11的蒸汽出口11d与螺杆式压缩机12相连；螺杆式压缩机12另一端与热补偿器13相连。

过热蒸汽干燥器2下方设有冷凝水出口2a经过管道疏水阀17和自来水进口a管路汇合后与闪蒸罐11的进水口11b相连。

热补偿器13经过蒸汽管路和蒸汽发生器6出口管路汇合后最终与分气缸3的蒸汽进口3c相连。

本实施例还提供一种污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用方法，利用上污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置进行乏汽的回收利用，具体包括如下步骤：

蒸汽发生器6中产生过热蒸汽通入分气缸3的蒸汽进口3c，由分气缸3的蒸汽出口二3b将一部分过热蒸汽通入蒸汽管道入口一2-1、蒸汽管道入口二2-2、蒸汽管道入口三2-3，进入污泥过热蒸汽干燥器2的对辊当中。与此同时分气缸3的蒸汽出口一3a将另一部分过热蒸汽通入过热蒸汽干燥器2的对流过热蒸汽进气口2c中。污泥进入污泥输送泵1经过夹套式污泥输送管路18进入过热蒸汽进料口2d中。在污泥过热蒸汽干燥器2中污泥经过三层对辊的间接干燥与对流过热蒸汽的直接干燥，自下而上，逐层下落从污泥过热蒸汽干燥器2的出料口2b掉落至无轴螺旋输送机15中再从无轴螺旋输送机15落入密封出料装置14进行出料，达到降低污泥含水率的目的。

过热蒸汽干燥器2中产生的乏汽从乏汽出口2e经蒸汽管道由缓冲罐4的进气口4a中进入缓冲罐4，经过缓冲罐4除去乏气中的粉尘、可溶性气体以及其他颗粒状杂质。经缓冲罐4处理后的乏汽从出气口4b通入罗茨压缩机5，此时乏汽的成分为蒸汽和不凝气体。

经过罗茨压缩机5初步压缩之后的乏汽经蒸汽管路由管壳式换热器7的进气口7a进入管壳式换热器7，与此同时自来水由a口进入与污泥过热蒸汽干燥器2的冷凝水出口2a中流出的冷凝水汇合一起通入闪蒸罐11的进水口11b，由强制循环泵将水从闪蒸罐11的出水口11c抽到管壳式换热器7的进水口7c中，与管壳式换热器7中的乏汽进行对流换热。换热后具有一定温度的热水从热水出口7d流向闪蒸罐11的热水进口11a进入闪蒸罐11进行闪蒸。

螺杆式压缩机12给闪蒸罐7提供负压条件，在闪蒸罐7内形成负压，热水温度达到70℃以上即可沸腾蒸发出低压蒸汽。闪蒸罐11中由于温度降低未能蒸发的热水与从进水口11b中补充的水汇合后经强制循环泵流入管壳式换热器7的进水口7c中，形成水路循环。

当温度传感器8感应到管路中水温未达到70度时，说明换热效果不明显，控制器9自动调节温控阀10减小进水口流量，使换热更充分使水温达到闪蒸条件(70℃以上)。当温度传感器8感应到管路中水温达到80摄氏度以上，说明换热效果十分显著，控制器9自动调节温控阀10增大进水口流量，提高闪蒸效率。

闪蒸罐11内产生的蒸汽从蒸汽出口11d中流出进入螺杆式压缩机12、热补偿器13进行升温加压，形成过热蒸汽，并与蒸汽发生器6中产生的过热蒸汽汇合，一同进入分气缸3，形成蒸汽的循环。

考虑到在管壳式换热器7中经过换热后从乏汽出口7b流出的水-汽混合液还具有一定的热量，将其通入夹套式污泥输送管路18外层的进口a中，对输送管路中的污泥进行预热。乏汽在管路外部，污泥在管路内部，最外侧包有保温材料以减少热损失，最后，水-汽混合液进一步冷凝后从夹套式污泥输送管路18外层的出口c排出。

该污泥过热蒸汽干燥器换热闪蒸乏汽余热回收装置主要由污泥干燥系统与换热闪蒸乏汽余热回收系统组成，其中加入了温度节流控制系统提高换热闪蒸效率。与传统的过热蒸汽干燥相比，加入了乏汽回收装置，将乏汽中大量的显热和潜热进行回收利用，可以减少干燥能耗。一般的过热蒸汽干燥乏汽回收利用主要使用MVR技术对乏汽进行再压缩，而没有考虑到乏汽中不凝气体对压缩效果影响。本发明利用换热闪蒸系统有效的将乏汽中的热能进行充分利用的同时，避免了蒸汽系统中混入不凝气体，这使得再压缩的效果将显著提高。本发明对乏汽中的热量进行两级回收利用，一级回收是通过管壳式换热器7进行换热，二级回收是将换热后的乏汽通入夹套式污泥输送管路18，对输送中的污泥进行预热的同时还可以达到热量回收的最大化。利用夹套式污泥输送管路18对污泥进行预热提高了污泥的流动性，使污泥更易于输送，还可以避免污泥在干燥初级阶段产生的冷凝现象，缩短干燥时间。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置，其特征在于：包括干燥系统和换热闪蒸乏汽余热回收系统，所述干燥系统包括污泥输送泵、过热蒸汽干燥器、分气缸、蒸汽发生器、无轴螺旋输送机以及密封出料装置，所述换热闪蒸乏汽余热回收系统包括缓冲罐、罗茨蒸汽压缩机、螺杆式压缩机、管壳式换热器和闪蒸罐；

所述污泥输送泵与过热蒸汽干燥器的进料口相连；所述过热蒸汽干燥器出料口通过无轴螺旋输送机与密封出料装置相连；所述过热蒸汽干燥器设有乏汽出口，所述的乏汽出口与缓冲罐进气口相连，所述缓冲罐出气口与罗茨压缩机相连；所述管壳式换热器进气口与罗茨压缩机相连，所述管壳式换热器出水口与闪蒸罐热水进口相连，所述闪蒸罐出气口与螺杆式压缩机相连；所述螺杆式压缩机与热补偿器相连并通过管道与蒸汽发生器的出气口汇合后经过分气缸与过热蒸汽干燥器连通；所述污泥输送泵在输送管路上设有夹套式污泥输送管路。

2.根据权利要求1所述的污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置，其特征在于：所述污泥输送泵通过夹套式污泥输送管路与所述污泥过热蒸汽干燥器的进料口相连；所述污泥过热蒸汽干燥器的出料口与所述无轴螺旋输送机相连。

3.根据权利要求1所述的污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置，其特征在于：所述夹套式污泥输送管路分内外两层，并在最外侧设有保温材料。

4.根据权利要求1所述的污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置，其特征在于：所述污泥过热蒸汽干燥器的两侧设有冷凝水出口、对流过热蒸汽进口、蒸汽管道入口一、蒸汽管道入口二和蒸汽管道入口三；所述分气缸的蒸汽出口二与所述污泥过热蒸汽干燥器的三个蒸汽管道入口相连，所述分气缸的蒸汽出口一与对流过热蒸汽进口通过管路相连；所述蒸汽发生器与分气缸的蒸汽进口相连；所述冷凝水出口经过管道疏水阀和自来水进口管路汇合后与所述闪蒸罐的进水口相连。

5.根据权利要求1所述的污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置，其特征在于：所述管壳式换热器的出气口经过乏汽管道进入所述夹套式污泥输送管路的进口；所述管壳式换热器的进水口与所述闪蒸罐的出水口经过强制循环泵相连，且两者连接的管路中设有温控阀；所述管壳式换热器的热水出口与所述闪蒸罐的热水进口相连，连接的管路中设有温度传感器；控制器与所述温控阀以及温度传感器相连。

6.污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用方法，应用于权利要求1-5中任一项所述的污泥过热蒸汽干燥乏汽余热换热闪蒸回收利用装置，其特征在于，包括以下步骤：

(1)乏汽回收之前先通入缓冲罐中进行除杂之后再通入经过罗茨压缩机进行初步压缩；

(2)经过初步压缩后的乏汽通入管壳式换热器经过换热后再通入夹套式污泥输送管路，对输送过程中的污泥进行预热；

(3)在管壳式换热器的出水口与进水口的管路上使用温度传感器、温控阀、控制器组成的节流控制系统，控制水流速度以及换热时间；

(4)使用螺杆式压缩机与缓冲罐蒸汽出口相连，对闪蒸罐进行降压处理；

(5)经闪蒸罐出气口出来的纯净蒸汽通入螺杆式压缩机与热补偿器，从闪蒸罐出来的低压低焓纯净蒸汽经螺杆式压缩机压缩与热补偿器加热后成为高温高压的饱和蒸汽，通入干燥器中的蒸汽管道入口滚筒内作污泥干燥的热源；

(6)经过热蒸汽干燥器干燥后的污泥进入无轴螺旋输送机和密封出料装置，防止空气进入污泥过热蒸汽干燥器。

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