CN113387536A - 基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统 - Google Patents

基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于烘干系统技术领域，具体涉及一种基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统。本发明提供了一种基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，包括烘干机、吸收器、蒸发器；所述烘干机产生的冷凝水流入所述吸收器，经过所述吸收器变为蒸汽返回所述烘干机；所述蒸发器与所述吸收器之间循环流动有吸湿性溶液。利用第二类吸收式热泵原理，充分利用冷凝水、蒸汽、吸湿性溶液之间的热量差，在最低限度能耗的条件下实现最好的烘干效果，针对污泥、粮食、中药等物料，单位能耗脱水量可达4kg/(kW·h)，针对污水等物料单位能耗脱水量可达16kg/(kW·h)，同时，解决了烘干过程中产生的臭气、酸腐蚀以及尘飞扬等问题。

Description

基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统
技术领域
本发明属于烘干系统技术领域，具体涉及一种基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统。
背景技术
干燥脱水是生产实践中常见的一道工序，针对产品物料的干燥脱水可以延长其储存期限，同时降低体积和重量，降低运输和存储成本；针对含水污泥的干燥脱水由于可将湿污泥大幅度缩减体积和质量，进而减少企业排放负担。常见的干化设备有直接加热型和间接加热型，从节能和减轻后续污染处理负担的角度考虑，间接加热的技术更受重视，间接加热是指将热量通过蒸汽、热油介质传递，加热器壁，从而使器壁另一侧的湿污泥受热、水分蒸发而加以去除，有转鼓式、转盘式、多重盘管式等。但在实际应用中，常会遇到为达到目标烘干率，能源消耗大的问题，能耗费用高给企业带来了很大的经济负担，造成污泥干化技术推广受限，例如城市污水处理厂，日产生污泥量大，无天然气，依靠电加热进行污泥干化，电耗太大；若采用天然气制取蒸汽，再用蒸汽加热干化的方式，干化1吨湿污泥(含水率从80％降到30％)需要约0.8吨160℃的蒸汽，每吨6kg/cm2的蒸汽需要天然气约86m3，工业天然气价格3元/吨，则干化一吨物料需要约206.4元的天然气，运行费用高且不节能。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，包括烘干机、吸收器、蒸发器；所述烘干机产生的冷凝水流入所述吸收器，经过所述吸收器变为蒸汽返回所述烘干机；所述蒸发器与所述吸收器之间循环流动有吸湿性溶液。
作为一种优选的技术方案，所述烘干机包括烘干区和加热区，所述加热区产生的冷凝水流入所述吸收器，从所述吸收器返回的蒸汽进入所述加热区，所述烘干区产生的二次蒸汽进入所述吸收器。
作为一种优选的技术方案，所述烘干机和吸收器之间设置有第一闪蒸罐，从所述烘干机流入所述吸收器的冷凝水在所述吸收器中变为饱和态，流经所述第一闪蒸罐闪蒸为蒸汽后返回所述烘干机。
作为一种优选的技术方案，所述吸收器和所述蒸发器之间设置有电加热器，所述电加热器用于加热从所述吸收器流向所述蒸发器的吸湿性溶液。
作为一种优选的技术方案，所述蒸发器和所述吸收器之间设置有第二闪蒸罐，所述第二闪蒸罐用于浓缩从所述蒸发器流向所述吸收器的吸湿性溶液。
作为一种优选的技术方案，所述蒸发器中设置有蒸发室和冷凝管，所述蒸发室包括溶液进口和溶液出口，所述冷凝管包括蒸汽入口和冷凝水出口。
作为一种优选的技术方案，还包括水蒸汽压缩机，所述水蒸汽压缩机的两端分别连接所述第二闪蒸罐和所述蒸汽入口。
作为一种优选的技术方案，所述吸湿性溶液为溴化锂溶液、溴化钙溶液、乙二醇中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案，所述吸收器设置有排气口。
作为一种优选的技术方案，还包括溶液处理装置，所述溶液处理装置设置在所述吸收器和电加热器之间，所述溶液处理装置中设置有溶液储槽、加碱中和机构、旋流压滤机构。
有益效果：
(1)本发明提供了一种基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，利用第二类吸收式热泵原理，充分利用冷凝水、蒸汽、吸湿性溶液之间的热量差，在最低限度能耗的条件下实现最好的烘干效果，针对污泥、粮食、中药等物料，单位能耗脱水量可达4kg/(kW·h)，针对污水等物料单位能耗脱水量可达16kg/(kW·h)，同时，解决了烘干过程中产生的臭气、酸腐蚀以及尘飞扬等问题。
(2)利用低压的溶液沸点较高的特性，能够在低压情况下吸收蒸汽，达到较高的温度，从而在通过间壁换热产生较高压力的蒸汽。
(3)利用电加热器，作为启动热源和运行时的必要补热，传统的MVR蒸汽压缩技术在启动时需要外部蒸汽进行驱动，运行时也需要少量蒸汽作为补充，在完全没有蒸汽条件的厂区并不适用，本技术适用于缺少蒸汽的场合。
(4)在蒸发器中设置冷凝管，充分利用蒸汽中的热量，将从吸湿性溶液中蒸发出来的水蒸汽压缩后升温升压，反过来将温度传递给后面的溶液，尽可能地利用热量，降低烘干系统的能源消耗。
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，下面将对实施例或现有技术描述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。
本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。
图1是本发明提供的基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统的系统结构示意图；
图2是蒸发器的结构示意图；
其中，1-烘干机、2-吸收器、21-排气口、3-蒸发器、31-蒸发室、311-溶液进口、312-溶液出口、32-冷凝管、321-蒸汽入口、322-冷凝水出口、4-第一闪蒸罐、5-电加热器、6-第二闪蒸罐、7-水蒸汽压缩机。
具体实施方式
结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。
当描述本申请的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
在本文中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他辩题已在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的部件、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种不见、装置或者设备所固有的要素。
当部件、元件或层被称为“位于”、“结合至”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时，其可直接位于、结合至、连接至或联接至该另一部件、元件或层，或可存在中间元件或中间层。相反，当元件被称为“直接位于”、“直接结合至”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件或层时，可能不存在中间元件或中间层。其他用于描述元件之间的关系的词语应当以类似的方式来进行解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“邻近”与“直接邻近”等)。
本实施例中对含水污泥进行烘干，所述烘干机1中，污泥进料5t/h，含水率80％，出料1.67t/h，含水率40％；所述电加热器补热量490.8kW；单位能耗脱水量4.2076kg/kW·h。
根据图1所示的一种基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，包括烘干机1、吸收器2、蒸发器3；所述烘干机1产生的冷凝水流入所述吸收器2，经过所述吸收器2变为蒸汽返回所述烘干机1；所述蒸发器3与所述吸收器2之间循环流动有吸湿性溶液。
优选的，所述吸收器内设置有换热器。
所述烘干机1包括烘干区和加热区，所述加热区产生的冷凝水流入所述吸收器2内换热器，从所述吸收器2返回的蒸汽进入所述加热区，所述烘干区产生的二次蒸汽进入所述吸收器2，被溶液吸收。
所述烘干机1和吸收器2之间设置有第一闪蒸罐4，从所述烘干机1流入所述吸收器2内换热器的冷凝水在所述吸收器2中变为饱和态，流经所述第一闪蒸罐4闪蒸为蒸汽后返回所述烘干机1。
实施原理1：所述烘干机1、闪蒸罐、吸收器2用于实现烘干蒸汽流程；所述烘干机1用于对物料进行烘干，烘干的物料包括含水污泥、粮食作物、棉麻制品或其他需要烘干的物品；所述烘干机1在烘干过程中产生的冷凝水由烘干蒸汽冷凝产生进入所述吸收器2，在所述吸收器2中经过间壁式换热吸收所述吸湿性溶液的热量，变为饱和态，随后进入闪蒸罐闪蒸出蒸汽烘干蒸汽，继续进入烘干机1进行烘干，形成循环。
实施原理2：所述烘干机1产生的二次蒸汽在所述吸收器2内被所述吸湿性溶液吸收，吸收过程中释放大量热量加热从所述烘干机1流入所述吸收器2的冷凝水。使其变为饱和态。在此过程中，冷凝水中的少量不凝气体等从所述排气口21排出。
所述吸收器2和所述蒸发器3之间设置有电加热器5，所述电加热器5用于加热从所述吸收器2流向所述蒸发器3的吸湿性溶液。
所述蒸发器3和所述吸收器2之间设置有第二闪蒸罐6，所述第二闪蒸罐6用于浓缩从所述蒸发器3流向所述吸收器2的吸湿性溶液。
如图2所示，所述蒸发器3中设置有蒸发室31和冷凝管32，所述蒸发室31包括溶液进口311和溶液出口312，所述冷凝管32包括蒸汽入口321和冷凝水出口322。
还包括水蒸汽压缩机7，所述水蒸汽压缩机7的两端分别连接所述第二闪蒸罐6和所述蒸汽入口321。
所述吸湿性溶液可选为任意一种或多种具有吸湿性能的溶液；优选的，所述吸湿性溶液为溴化锂溶液、溴化钙溶液、乙二醇中的一种或多种。
所述吸湿性溶液，吸收二次蒸汽中携带的粉尘、酸、油脂等杂质，
所述吸收器2设置有排气口21。
还包括溶液处理装置8，所述溶液处理装置8设置在所述吸收器2和电加热器5之间，所述溶液处理装置8中设置有溶液储槽、加碱中和机构、旋流压滤机构，用于去除溶液吸收或酸碱中和产生的固体废弃物。。
实施原理3：从所述第二闪蒸罐6中流出的吸湿性溶液高温浓溶液在所述吸收器2中吸收二次蒸汽，同时释放能量加热所述第一闪蒸罐4内的蒸汽冷凝水使其蒸发；吸湿性溶液在所述吸收器2中温度降低、浓度降低，变为低温稀溶液，而后经过所述电加热器5进入所述蒸发器3的所述蒸发室31；在所述蒸发室31中，吸湿性溶液经过升温、蒸发后得到浓缩，再经过所述第二闪蒸罐6进行蒸发后重新变成高温浓溶液，进入所述吸收器2中循环；而吸湿性溶液在所述蒸发器3和所述第二闪蒸罐6中蒸发出的水分进入所述水蒸汽压缩机7，由压缩机压缩后升温升压，变为更高品质的蒸汽，驱动所述蒸发器3内的溶液浓缩，释放热量后变为蒸汽冷凝水排出。
作为一种优选的实施方式，还包括驱动泵，所述吸湿性溶液和水在本系统内流动的过程通过所述驱动泵驱动。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，其特征在于，包括烘干机(1)、吸收器(2)、蒸发器(3)；所述烘干机(1)产生的冷凝水流入所述吸收器(2)，经过所述吸收器(2)变为蒸汽返回所述烘干机(1)；所述蒸发器(3)与所述吸收器(2)之间循环流动有吸湿性溶液。
2.根据权利要求1所述的基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，其特征在于，所述烘干机(1)包括烘干区和加热区，所述加热区产生的冷凝水流入所述吸收器(2)，从所述吸收器(2)返回的蒸汽进入所述加热区，所述烘干区产生的二次蒸汽进入所述吸收器(2)。
3.根据权利要求1或2所述的基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，其特征在于，所述烘干机(1)和吸收器(2)之间设置有第一闪蒸罐(4)，从所述烘干机(1)流入所述吸收器(2)的冷凝水在所述吸收器(2)中变为饱和态，流经所述第一闪蒸罐(4)闪蒸为蒸汽后返回所述烘干机(1)。
4.根据权利要求1所述的基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，其特征在于，所述吸收器(2)和所述蒸发器(3)之间设置有电加热器(5)。
5.根据权利要求1所述的基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，其特征在于，所述蒸发器(3)和所述吸收器(2)之间设置有第二闪蒸罐(6)。
6.根据权利要求5所述的基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，其特征在于，所述蒸发器(3)中设置有蒸发室(31)和冷凝管(32)，所述蒸发室(31)包括溶液进口(311)和溶液出口(312)，所述冷凝管(32)包括蒸汽入口(321)和冷凝水出口(322)。
7.根据权利要求6所述的基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，其特征在于，还包括水蒸汽压缩机(7)，所述水蒸汽压缩机(7)的两端分别连接所述第二闪蒸罐(6)和所述蒸汽入口(321)。
8.根据权利要求1所述的基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，其特征在于，所述吸湿性溶液为溴化锂溶液、溴化钙溶液、乙二醇中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，其特征在于，所述吸收器(2)设置有排气口(21)。
10.根据权利要求1所述的基于溶液吸收及水蒸汽压缩热泵原理的高效烘干系统，其特征在于，还包括溶液处理装置(8)，所述溶液处理装置(8)设置在所述吸收器(2)和电加热器(5)之间，所述溶液处理装置(8)中设置有溶液储槽、加碱中和机构、旋流压滤机构。
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