CN111504007B - 一种蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统 - Google Patents

一种蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于干燥装置领域；尤其涉及一种蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，其结构为：脉动移动床干燥设备为立式结构，包括壳体及设置在该壳体上的进料部、出气口、出料斗和设置在壳体内的脉动干燥单元、移动床干燥单元。出气口与除尘器、引风机、余热回收装置依次连接，余热回收装置与蒸汽再热器连接，蒸汽再热器与脉动布气装置连接，物料冷却器与出料斗连接。且脉动干燥单元和移动床干燥单元之间以及移动床干燥单元下方均设置有布风口朝向进料部的脉动布气装置。上述系统实现了湿物料在恒速干燥阶段的高效快速除湿和在降速干燥阶段的低能耗深度脱湿，有效降低了生产单位产品的能量消耗。

Description

一种蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统
技术领域
本发明属于干燥技术领域；尤其涉及一种蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
工业生产中，有很多种类高湿物料所含湿分需要降低至较低湿分含量。常规的干燥高湿物料的设备和方法是采用：高温热烟气作为热源直接加热物料，(如空气、氮气、烟道气等)作为干燥介质或载体，多采用开路系统，产生了大量含高湿蒸汽的废气，使处理系统负荷大、能耗高，且对于燃点低的物料(例如褐煤)容易起火燃烧，存在安全隐患。或热蒸汽作为热源间接加热物料，采用闭路循环系统，蒸汽的热值高，工艺安全可靠。
目前常用的闭路脱水循环系统包括：流化床干燥、穿流床干燥等。然而，本发明人发现：流化床需要将待干燥物料保持在流化状态，需要大量的流化气体消耗；穿流床依靠重力与流化介质相向运动，床层高阻力大，整体移动床，需要流化介质流量高，动力消耗大，运动形式单一。并且大多数湿物料的干燥过程分为：恒速干燥阶段和降速干燥阶段。湿物料在恒速干燥阶段采用内加热流化床干燥效率较高；然而，到了降速干燥阶段，湿物料的运动状态对其脱水速率影响不大，在“流态化”的状态下能耗较高的问题。而脉动技术可以有效降低气量消耗，增加物料湍流，提高换热效率。
发明内容
本发明从干燥方法的安全性、经济性和高效性角度综合考虑，针对湿物料的干燥特性规律设计了一种蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，实现湿物料在恒速干燥阶段的高效快速除湿和在降速干燥阶段的低能耗深度脱湿，有效降低了生产单位产品的能量消耗。为实现上述目的，本发明公开如下技术方案。
一种蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，包括脉动移动床干燥设备、除尘器、引风机、余热回收装置、蒸汽再热器和物料冷却器。所述脉动移动床干燥设备为立式结构，包括具有腔室的壳体及设置在该壳体上端的进料部、出气口和该壳体下端的出料斗，还包括脉动干燥单元和移动床干燥单元。所述出气口、除尘器、引风机、余热回收装置依次连接，引风机的出口分为两路，一路与余热回收装置了解，另一路所述蒸汽再热器的进口连接，蒸汽再热器的出口与脉动干燥单元的脉动布气装置连接，所述物料冷却器与出料斗连接。
所述脉动干燥单元设置在壳体内进料部下方，所述移动床干燥单元设置在脉动干燥单元下方，脉动床和移动床干燥单元可以为一组或多组，多组脉动床、移动床单元垂直排布，且脉动干燥单元和移动床干燥单元之间以及移动床干燥单元下方均设置有布风口朝向进料部的脉动布气装置。
在本发明的一些实施例中，所述进料部包括旋转进料阀、旋转布料器和电机-减速机系统，所述旋转进料阀固定安装在壳体的顶面上，所述旋转布料器位于壳体内，且安装在旋转进料阀上，所述电机-减速机系统与旋转进料阀、旋转布料器均机械传动连接。
在本发明的一些实施例中，所述旋转进料阀上设置有逃逸出口，其与除尘器连接，逃逸的蒸汽进入除尘器，避免逃逸蒸汽泄露到原料储仓内冷凝后引起粘结架桥。
在本发明的一些实施例中，所述余热回收装置为换热器，其与冷源连接，所述冷源为待干燥的湿物料或冷却水，其可以与来自出气口的蒸汽进行换热，对水蒸气的能量进行回收。
在本发明的一些实施例中，所述物料冷却器为换热器，可以与来自出料斗的被干燥的热物料进行换热，对其能量进行回收。
在本发明的一些实施例中，所述脉动干燥单元包括脉动干燥器、布气装置、脉动旋转阀，所述脉动旋转阀安装在脉动干燥器和移动床干燥单元之间的布气装置的进口上共同构成脉动布气装置，且脉动干燥器的下方和移动床干燥单元下方均设置有所述脉动布气装置。
优选地，所述脉动干燥器为立式板式换热器，这种换热器有助于保证脉动床层的纵向混合相对独立，使区域内粉体混合充分，维持传热传质良好工况。脉动干燥单元可为一组或多组，多组脉动床垂直排布。
在本发明的一些实施例中，所述布气装置包括若干根间隔排布的布气管。
在本发明的一些实施例中，所述移动床干燥单元为水平管式、U型管式、蛇管式或板式换热器，其下部为排管式布气管，且换热器与布气管组成一个移动床单元组，根据干燥工艺需要移动床可包括一个或多个单元组垂直排布，在保证床层混合充分的同时，维持传热传质优良工况。
在本发明的一些实施例中，所述出料斗的下端口安装有密封卸料器，以便于将干燥后的物料卸出，同时保证脉动移动床干燥设备的气密性。
与现有技术相比，本发明取得了以下几方面的有益效果：
(1)本发明的工艺、系统采用的间接加热技术，适用性强，工艺过程采用惰性溶剂的过热蒸汽为工作介质，密闭操作，是一个无氧过程，无处理有机产品燃烧和爆炸危险，系统安全可靠。适用于易燃、易爆粉体产品的有机溶剂分离。
(2)脉动干燥单元实现湿物料在恒速干燥阶段的高效快速除湿，和移动穿流干燥单元相比在降速干燥阶段的能耗低，可以深度脱湿，降低了生产单位产品的能量消耗。
(3)与流化床相比，本发明利用重力完成物料传流，脉动气流耗气量低，无需高流量的流化介质，动力消耗低，且粉体分散混合均匀。
(4)本发明可以通过调节过热器及装置内部换热器的输入热量比例，增大对不同物料的适用范围，尤其是对某些易粘附在干燥器内置换热器表面或有强腐蚀性，需要昂贵耐蚀换热器材料时，可以通过干燥器外的过热器提供大部分热量，减少干燥装置内换热器面积来保证工艺安全和降低投资。
(5)本发明能够通过冷凝装置几乎完全回收所述可凝结惰性工质蒸汽和对VOCs选择性吸收的可凝结溶剂，然后重复利用，提高了能量利用效率。另外，采用惰性溶剂过热蒸汽循环闭路工艺，可精准控制干燥装置中的气氛条件，减少氧气等对物料质量的影响，提高质量。
(6)相比常规的桨叶干燥、蒸汽回转干燥相比，系统简单、安全可靠，装置集成度高，占地面积小、投资低、运行费用低。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中脉动移动床干燥设备的结构示意图。
上述附图中标记分别代表：1-脉动移动床干燥设备、2-除尘器、3-引风机、4-余热回收装置、5-蒸汽再热器、6-物料冷却器、7-脉动干燥单元、8-移动床干燥单元、9-卸料器；101-壳体、102-进料部、103-出气口、104-出料斗、105-旋转进料阀、106-旋转布料器、107-电机-减速机系统、108-逃逸出口、701-脉动干燥器、702-布气装置、703-脉动旋转阀。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述，湿物料的干燥过程到了降速干燥阶段，由于干燥速率主要取决于水分在物料内部的迁移速率，如果继续内加热流化床的技术方案，由于湿物料的运动状态对其脱水速率影响不大，同时还要将褐煤这类待干燥的物料通过较高能耗维持在“流态化”的状态之下，造成生产单位产品能耗较高的问题。因此，本发明提出了一种蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，现结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
参考图1和2，一种蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，包括：脉动移动床干燥设备1、除尘器2、引风机3、余热回收装置4、蒸汽再热器5和物料冷却器6。湿物料经进料部102进入壳体101内进行干燥，而后经出料斗104排出，然后进入物料冷却器6冷却后成为干物料。
开机时，首先利用可凝结循环水蒸汽将闭路系统内的空气置换出来，并完成闭路循环装置的升温，而后加入湿物料。而从湿物料中脱出的水分形成的蒸汽夹杂着粉尘依次经过除尘器2、引风机3后分为两路，一路进入余热回收装置4进行余热回收后，冷凝分离出从湿物料中脱出的水分成为干燥的低温不凝汽进行排空。而另一路进入再经过蒸汽加热器升温后，进入脉动旋转阀703中成为脉动蒸汽，然后由布气装置702布气后开始下一个干燥循环。
进一步地，为了实现上述的目的，对于所述脉动移动床干燥设备1而言，其为固定在地面上的一立式结构，包括具有腔室的壳体101、进料部102、出气口103和出料斗104、脉动干燥单元7和移动床干燥单元8。其中，所述壳体101具有一平面状的顶面和锥形底面，所述进料部102和出气口103均设置在壳体101的顶面上且与壳体101的腔室连通，以便于将物料送入脉动移动床干燥设备1中进行干燥，同时，排出脱除后的蒸汽。
继续参考图2，所述出料斗104设置在壳体101的锥形底面上，且出料斗104中设置有卸料器9，所述卸料器9与物料冷却器6连接，经过干燥后物料由卸料器9排出后进入物料冷却器6中进行冷却，从而实现余热的回收，为了进一步利用这部分回收的余热，本发明的一些具体实施方式中将其用于待干燥物料的预热，物料经过预热后再由料部102进入壳体101内进行干燥。所述物料冷却器6以待干燥的湿物料为冷源，其能够与来自出料斗104的被干燥的热物料进行换热，对其能量进行回收后用于物料干燥前的预热。脉动干燥器701、布气装置702、脉动旋转阀703组成脉动干燥单元7；管式换热器8和下部布气装置702组成移动床干燥单元。脉动干燥单元可以为一组或多组，多组脉动床垂直排布。移动床单元组也可以根据干燥工艺需要，可由一个或多个单元组，多组移动床垂直排布。在一些实施例中，所述布气装置702为若干根间隔排布的布气管。
对于所述进料部102，其包括旋转进料阀105、旋转布料器106和电机-减速机系统107，所述旋转进料阀105固定安装在壳体101的顶面上，所述旋转布料器106位于壳体101内，且安装在旋转进料阀105上，所述电机-减速机系统107与旋转进料阀105、旋转布料器106均机械传动连接，以实现旋转进料阀105、旋转布料器106的启动、关闭、控制旋转速率等。通过在旋转进料阀105下部设有旋转布料器106，保证物料均匀地分布到整个脉动干燥单元7的床层上表面。
对于所述出气口103而言，其主要作用是排出从湿物料中脱除的水分以及夹杂的粉尘(以下简称为“排气”)。因此，所述出气口103、除尘器2、引风机3、余热回收装置4依次连接，且引风机3的出口分为两路，一路与所述余热回收装置4连接，另一路与蒸汽再热器5的进口连接。经过除尘的排气一路进入余热回收装置4与其中的冷却介质进行换热，从而实现余热回收；而另一路进入蒸汽再热器5加热后进入壳体101形成脉动蒸汽对物料进行脉动，相比传统流化床技术可减少动力消耗，且粉体分散混合均匀。
继续参考图2，对于所述脉动干燥单元7，其包括脉动干燥器701、布气装置702、脉动旋转阀703，脉动干燥器701设置在壳体101内进料部102下方。所述脉动旋转阀703安装在脉动干燥器701和移动床干燥单元8之间布气装置702的进口上共同构成脉动布气装置，所述蒸汽再热器5的出口与脉动旋转阀703连接，从而实现对蒸汽的内循环，并将蒸汽转换成脉动蒸汽对物料进行脉动。
继续参考图2，所述移动床干燥单元8设置在脉动干燥器701的下方，脉动干燥器701和移动床干燥单元8之间以及移动床干燥单元8的下方均设置有布气装置702，该布气装置702的布风口朝向进料部102，即在图1中表示为布风口向上。
可以看出，本发明在实施中将脉动移动床干燥设备1的蒸汽路线设计成过热蒸汽闭路循环，不仅可以脱出物料中大部分的水分，而且通过在系统内循环的过热蒸汽，且排放尾气为纯水蒸汽，可以全部回收热量和脱出水分，从而有效降低了运行成本和能耗。
另外，从脉动干燥单元7排出的中间物料进入移动床干燥单元8进行深度脱水，此时的干燥为降速干燥段，水分由内部扩散迁移控制，需要干燥时间长，脱水量低，通过采用移动床过热蒸汽密闭循环，过热蒸汽的温度可以通过再热器5进行调节，提供降速干燥段所需的热量，过热蒸汽循环量低。一部分脱出的水分生成的过热蒸汽与循环过热蒸汽除尘后经余热回收装置4冷凝排放，另一部分进入再热器5调节温度后再循环。
进一步地，对于所述脉动干燥器701，其在一些实现中是一种立式板式换热器，这种换热器有助于保证脉动床层的纵向混合相对独立，脉动床可以在局部较高气速下，使区域内粉体混合充分，防止可能发生的颗粒粘结、团聚，充分破坏物料与板式换热器之间的传热边界层，极大的提高表面传热传质效率2-5倍，维持传热传质良好工况。
进一步地，所述移动床干燥单元8，其在一些实现中是水平管式换热器，在保证床层的混合充分的同时，提高物料停留时间，热量可以由内置管式换热器和再热器同时提供，相对于静止物料，移动床极大的提高表面传热传质效率2-10倍，维持传热传质优良工况。
另外，在所述旋转进料阀105上还设置有逃逸出口108，其与除尘器2连接，通过在旋转进料阀105设置专门的排汽口，保证壳体101内的蒸汽不会在泄露到原料储仓内冷凝引起粘结架桥。
另外，为了实现能量的回收利用，在本发明的一些实际的实施中，采用板式或者管式换热器作为余热回收装置4，该换热器以待干燥的湿物料为冷源，其能够与来自出气口103的蒸汽进行换热，换热后作为冷源的物料再进入进料部102进行正式干燥，通过这种方式对能量进行回收后用于物料干燥前的预热。
同样地，采用板式或管式换热器作为物料冷却器6，所述物料冷却器6的冷媒出口(以冷水为冷媒)与预热器连接，还包括物料预热器，其与物料冷却器6的换热介质出口连接，通过热介质进入预热器中作为热源，对物料进行预热后，物料再从进入进料部102进行正式干燥，而冷媒可以进行循环利用。应当理解的是，除了以前面实施方式中采用的待干燥的湿物料为冷源外，还可以本实施例中所述的冷水为冷源/冷媒，或者还可以采用低温空气为冷源/冷媒实现能量的回收率利用。
进一步地，以聚碳酸酯PC为待干燥的湿物料，采用上述的蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统对该湿物料进干燥试验，处理量为5t/h，湿物料水分为10％，物料堆密度：600Kg/m3。经过测试，经过立式板式换热器(脉动干燥器701)的脉动干燥后湿物料水分从10％下降为2％，经过水平管式换热器(移动床干燥单元8)干燥后得到的干物料中水分仅为0.03％，完全达到干燥指标要求，而且与采用过热蒸汽直接加热的流态化工艺技术相比较，可以降低脉动流态化所需要的总过热蒸汽循环量60％以上，最高可达80％，降低动力消耗。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，其特征在于，包括：
脉动移动床干燥设备，其为立式结构，包括：具有腔室的壳体，设置在该壳体上端的进料部、出气口，设置在该壳体下端的出料斗，设置在该壳体内的脉动干燥单元、移动床干燥单元，且脉动干燥单元位于进料部下方，移动床干燥单元位于脉动干燥单元下方；所述脉动干燥单元和/或移动床干燥单元均为一组或垂直排布的多组；
所述进料部包括旋转进料阀、旋转布料器和电机-减速机系统，所述旋转进料阀固定安装在壳体的顶面上，所述旋转布料器位于壳体内，且安装在旋转进料阀上；
所述旋转进料阀上设置有逃逸出口，其与除尘器连接，避免逃逸蒸汽泄露到原料储仓内冷凝后引起粘结架桥；
还包括除尘器、引风机、余热回收装置，所述出气口、除尘器、引风机、余热回收装置依次连接；所述引风机的出口分为两路，一路与所述余热回收装置连接，另一路与蒸汽再热器的进口连接，蒸汽再热器的出口与脉动干燥单元的脉动布气装置连接；
所述脉动干燥单元和移动床干燥单元之间以及移动床干燥单元下方均设置有布风口朝向进料部的脉动布气装置，所述脉动布气装置将蒸汽转换成脉动蒸汽对物料进行脉动；
还包括物料冷却器，其与出料斗连接。
2.根据权利要求1所述的蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，其特征在于，所述电机-减速机系统与旋转进料阀、旋转布料器均机械传动连接。
3.根据权利要求1所述的蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，其特征在于，所述余热回收装置为换热器，其与冷源连接，所述冷源为待干燥的湿物料。
4.根据权利要求1所述的蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，其特征在于，所述物料冷却器为换热器，还包括物料预热器，其与该换热器的换热介质出口连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，其特征在于，所述脉动干燥单元包括脉动干燥器、布气装置、脉动旋转阀，所述脉动旋转阀安装在脉动干燥器和移动床干燥单元之间的布气装置的进口上共同构成脉动布气装置，且移动床干燥单元下方也设置有脉动布气装置。
6.根据权利要求5所述的蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，其特征在于，所述脉动干燥器为立式板式换热器。
7.根据权利要求5所述的蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，其特征在于，所述布气装置包括若干根间隔排布的布气管。
8.根据权利要求1-4任一项所述的蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，其特征在于，所述移动床干燥单元为水平管式、U型管式、蛇管式或板式换热器，其下部为排管式布气管，且换热器与布气管组成一个移动床单元组。
9.根据权利要求1-4任一项所述的蒸汽闭路脉动移动组合干燥系统，其特征在于，所述出料斗的下端口安装有卸料器。
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