CN115342598A - 一种低温热风联合冷冻的干燥方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温热风联合冷冻的干燥方法，属于热干燥和冷冻干燥技术领域，解决现有煤泥直接燃烧会降低其热值的利用率且不利于运输、污泥不易处置利用、除湿热泵能耗高、结构复杂、设备投资大的问题。该方法包括对空气进行第一次冷热分流，分为第一热气体和第一冷气体；对第一热气体进行第二冷热分流，分为第二热气体和第二冷气体；第二热气体通入热干燥器，对物料进行热干燥；第二冷气体与第一冷气体混合后进行第三次冷热分流，分为第三冷气体和第四冷气体，第三冷气体低于第四冷气体的温度；第三冷气体对热干燥后的物料进行冷冻干燥。方法可用于物料的热干燥和冷冻干燥。

Description

一种低温热风联合冷冻的干燥方法
技术领域
本发明属于热干燥和冷冻干燥技术领域，尤其涉及一种低温热风联合冷冻的干燥方法。
背景技术
城市污泥含水率高、有恶臭、占地面积大，不易处置利用。煤泥具有灰分高、水分大、粒度细、易粘结等特点，直接燃烧会降低其热值的利用率，且不利于运输；因此，采用干燥技术对煤泥和污泥进行脱水处理非常重要，可实现煤泥和污泥的高效、洁净化利用。由于近期环保政策要求严格、部分地区缺少高温烟气，因此，低温热干燥是现阶段应用较为广泛的干燥技术。
除湿热泵是低温热干燥系统常用的热源，但是，存在能耗高、结构复杂、设备投资大等缺点。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供一种低温热风联合冷冻的干燥系统和方法，解决了现有技术中煤泥直接燃烧会降低其热值的利用率且不利于运输、污泥不易处置利用、除湿热泵能耗高、结构复杂、设备投资大中的至少一个问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种低温热风联合冷冻的干燥方法包括如下步骤：
对空气进行第一次冷热分流，分为第一热气体和第一冷气体；
对第一热气体进行第二冷热分流，分为第二热气体和第二冷气体；
第二热气体对物料进行热干燥；
第二冷气体与第一冷气体混合后进行第三次冷热分流，分为第三冷气体和第四冷气体，第三冷气体低于第四冷气体的温度；
第三冷气体对热干燥后的物料进行冷冻干燥。
进一步地，空气的温度为10～30℃。
进一步地，第一热气体的温度为35～55℃，第一冷气体的温度为-5～5℃。
进一步地，第二热气体的温度为85～105℃，第二冷气体的温度为-10～10℃。
进一步地，第二冷气体与第一冷气体混合后的温度为-8～15℃。
进一步地，第三冷气体的温度为-40℃以下；第四冷气体的温度为0～25℃。
进一步地，第一次冷热分流的工作压力＜第三冷热分流的工作压力＜第二冷热分流的工作压力。
进一步地，第一冷热分流、第二冷热分流和第三冷热分流的冷流比为0.3～0.7。
进一步地，第一冷热分流的冷流比为0.45～0.55；
和/或，第三冷热分流的冷流比为0.3～0.4；
和/或，第二冷热分流的冷流比为0.6～0.7。
进一步地，该干燥方法采用低温热风联合冷冻的干燥系统；
干燥系统包括第一冷热分流器、第二冷热分流器、第三冷热分流器、热干燥器和冷冻干燥器；第一冷热分流器的热端与第二冷热分流器的进气口连接，第一冷热分流器的冷端和第二冷热分流器的冷端分别与第三冷热分流器的进气口连接；第二冷热分流器的热端与热干燥器的进气口连接，第三冷热分流器的热端与第一冷热分流器的进气口连接；第三冷热分流器的冷端与冷冻干燥器的进气口连接。
进一步地，第一冷热分流器、第二冷热分流器、第三冷热分流器均包括沿气体流动方向依次连接的压缩机和涡流管。
进一步地，涡流管还包括设于进气管进气端的密封连接件。
进一步地，密封连接件包括密封圈、卡箍以及多个转杆，密封圈设于涡流管与与其连接的流体管路之间，多个转杆通过卡箍相互连接构成整体，转杆的枢转端与涡流管的外壁转动连接，转杆的连接端设有朝向流体管路的连接凸起，流体管路上设有与连接凸起位置相对应的连接凹槽，沿逐渐远离转杆的方向，连接凸起朝向涡流管的侧面向远离涡流管方向倾斜。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
A)本发明提供的低温热风联合冷冻的干燥方法采用冷热分流技术，能够产生冷热两股气流，同时实现热干燥和冷冻干燥，能够在高温环境下工作，内部无制冷器等化学物质，具有寿命长、结构简单、能耗低等优点，有利于实现工业化；同时，本发明的干燥方法的内部空气循环利用，只需要从外部补充少量的气体来弥补泄漏的问题即可，系统的整体能耗低；此外，通过调节冷热分流时的工作压力和冷流比，能够保证干燥方法整个过程中内部的质量和热量基本守恒。
B)本发明提供的低温热风联合冷冻的干燥方法中，在对涡流管与流体管路的连接过程中，将密封圈置于涡流管与流体管路之间，转动转杆使得连接凸起初步插入连接凹槽中，收紧卡箍，随着卡箍的不断收紧，连接凸起不断地插入连接凹槽中，连接凸起的倾斜侧壁会不断挤压连接凹槽的侧壁，使得流体管路向涡流管方向移动，进而挤压密封圈形成有效的密封连接，提高涡流管与连接管路之间的连接密封性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明提供的低温热风联合冷冻的干燥方法中干燥系统的结构示意图；
图2为本发明提供的低温热风联合冷冻的干燥方法中涡流管与流体管路的连接示意图。
附图标记：
1-冷凝器；2-预热器；3-第一压缩机；4-第一涡流管；5-第二压缩机；6-第二涡流管；7-热干燥器；8-第三压缩机；9-第三涡流管；10-冷冻干燥器；11-换热器；12-转杆；13-连接凸起；14-刚性刃圈；15-弹性环圈。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明提供了一种低温热风联合冷冻的干燥方法，包括如下步骤：
对空气进行第一次冷热分流，分为第一热气体和第一冷气体；
对第一热气体进行第二次冷热分流，分为第二热气体和第二冷气体；
第二热气体对物料进行热干燥；
第二冷气体与第一冷气体混合后进行第三次冷热分流，分为第三冷气体和第四冷气体，所述第三冷气体低于第四冷气体的温度；
所述第三冷气体对热干燥后的物料进行冷冻干燥。
与现有技术相比，本发明提供的低温热风联合冷冻的干燥方法采用冷热分流技术，能够产生冷热两股气流，同时实现热干燥和冷冻干燥，能够在高温环境下工作，内部无制冷器等化学物质，具有寿命长、结构简单、能耗低等优点，有利于实现的工业化；同时，本发明的干燥方法的内部空气循环利用，只需要从外部补充少量的气体来弥补泄漏的问题即可，系统的整体能耗低；此外，通过调节冷热分流时的工作压力和冷流比，能够保证干燥方法整个过程中内部的质量和热量基本守恒。
示例性地，上述低温热风联合冷冻的干燥方法采用低温热风联合冷冻的干燥系统，参见图1至图2，包括冷凝器1、预热器2、第一冷热分流器、第二冷热分流器、第三冷热分流器、热干燥器7、冷冻干燥器10和换热器11，其中，空气从冷凝器1的热管流入干燥系统，冷凝器1的热管的出气口分别与换热器11的冷风入口和预热器2的热管的进气口连接，预热器2的出气口与第一冷热分流器的进气口连接，换热器11的冷风出口与预热器2的进气口连接，第一冷热分流器的热端与第二冷热分流器的进气口连接，第一冷热分流器的冷端和第二冷热分流器的冷端分别与第三冷热分流器的进气口连接，第二冷热分流器的热端与热干燥器7的进气口连接，第三冷热分流器的热端与第一冷热分流器的进气口连接，第三冷热分流器的冷端与冷冻干燥器10的进气口连接，冷冻干燥器10的出气口与冷凝器1的冷管的进气口连接，热干燥器7的出气口通过预热器2的冷管与换热器11的热风入口连接，换热器11的热风出口与第二冷热分流器的进气口连接。
具体来说，结合干燥系统，上述干燥方法包括如下具体步骤：
温度为10～30℃的空气依次经过冷凝器1、预热器2和第一冷热分流器；
在冷凝器1中，冷凝器1能够将常温空气降低至0℃以下，有效去除空气中的水分，在第一冷热分流器中，在低工作压力下对空气进行冷热分流，使其分为一股热气体和一股冷气体，称为第一热气体和第一冷气体，第一热气体的温度为35～55℃，第一冷气体的温度为-5～5℃；
第一热气体进入第二冷热分流器，第一冷气体进入第三冷热分流器；第一热气体经过第二冷热分流器后，分为第二热气体和第二冷气体，其中，第二热气体相较于第一热气体温度更高，能够达到85～105℃，第二冷气体的温度为-10～10℃，第二冷气体与第一冷气体混合后温度变为-8～15℃，进入第三冷热分流器；
第二热气体通入热干燥器7，对热干燥器7内的物料进行热干燥；对物料进行热干燥后的第二热气体变成湿热气体(温度为50～70℃，湿度为60～100％)；
湿热气体依次经过预热器2和换热器11进行降温除湿变成常温气体(参数近似于常温空气，温度为10～30℃)，在换热器11中，第五冷气体的温度升高，并进入第一冷热分流管循环利用，湿热气体的温度和湿度降低，并进入第二冷热分流器循环利用；
混合后的第二冷气体与第一冷气体经过第三冷热分流器后，分流产生第三冷气体(温度为-40℃以下)和第四冷气体(温度为0～25℃)，第三冷气体为第三冷热分流器的冷端流出的气体，第四冷气体为第三冷热分流器的热端流出的气体，第四冷气体返回至第一冷热分流器的进气口进行循环利用；
第三冷气体进入冷冻干燥器10对热干燥后的物料进行进一步地冷冻干燥，第三冷气体变成第五冷气体(温度为-25～-35℃)；
第五冷气体在干燥系统内通入冷凝器1的冷管进行循环利用。
为了能够对气体进行有效的压缩，上述第一压缩机3、第二压缩机5和第三压缩机8的工作压力为1.0-10bar。
为了能够有效节约用电量，第一压缩机3的工作压力＜第三压缩机8的工作压力＜第二压缩机5的工作压力。这是因为，第一涡流管4的主要作用是预降温和预升温，得到第一热气体和第一冷气体，第二涡流管6的作用是产生大流量的第二热气体，用于热干燥，第三涡流管9的作用是产生小流量的第三冷气体和第四冷气体。通过对第一压缩机3的工作压力、第三压缩机8的工作压力和第二压缩机5的工作压力的合理分配，能够有效节约用电量。
同样地，为了能够对气体进行有效的冷热分流，上述第一涡流管4、第二涡流管6和第三涡流管9的冷流比为0.3～0.7。示例性地，第一涡流管4产生的第一热气体和第一冷气体的相近，其冷流比为0.45～0.55；为了达到更好的降温效果，第三涡流管9可以采用较小的冷流比，其冷流比为0.3～0.4；为了产生更多的第二热流体，第二涡流管6的采用较大的冷流比，其冷流比为0.6～0.7。
对于第一冷热分流器、第二冷热分流器、第三冷热分流器的结构，三者基本相同，均包括沿气体流动方向依次连接的压缩机和涡流管。
也就是说，第一冷热分流器包括第一压缩机3和第一涡流管4，第二冷热分流器包括第二压缩机5和第二涡流管6，第三冷热分流器包括第三压缩机8和第三涡流管9，第一冷热分流器的进气口是指第一压缩机3的进气口，第一冷热分流器的冷端是指第一涡流管4的冷端，第一冷热分流器的热端是指第一涡流管4的热端，第二冷热分流器的进气口是指第二压缩机5的进气口，第二冷热分流器的冷端是指第二涡流管6的冷端，第二冷热分流器的热端是指第二涡流管6的热端，第三冷热分流器的进气口是指第三压缩机8的进气口，第三冷热分流器的冷端是指第三涡流管9的冷端，第三冷热分流器的热端是指第三涡流管9的热端。
需要说明的是，一股空气进入涡流管后分成两股空气，一股热气体和一股冷气体，其中，热气体从涡流管的热端流出，冷气体从涡流管的冷端流出；如果冷气体流量大(即冷流比较大时)，冷气体降温幅度小；如果冷气体流量小(即冷流比较小时)，冷气体降温幅度大；热气体同理。
对于涡流管的结构，具体来说，其包括进气管、与进气段连接的涡流室以及分别与涡流室两端连通的热端和冷端。
为了能够实现涡流管与其他管路之间的密封连接，示例性地，涡流管还包括设于进气管进气端的密封连接件。
示例性地，密封连接件结构如下：密封连接件包括密封圈、卡箍以及多个转杆12，密封圈设于涡流管与与其连接的流体管路之间，多个转杆12通过卡箍相互连接构成整体，定义转杆12的一端为枢转端，另一端为连接端，转杆12的枢转端与涡流管的外壁转动连接，转杆12的连接端设有朝向流体管路的连接凸起13，流体管路上设有与连接凸起13位置相对应的连接凹槽，沿逐渐远离转杆12的方向，连接凸起13朝向涡流管的侧面向远离涡流管方向倾斜，示例性地，连接凸起13的形状可以为梯形，梯形的长边与转杆12连接，梯形的短边插入连接凹槽中。这样，在对涡流管与流体管路的连接过程中，将密封圈置于涡流管与流体管路之间，转动转杆12使得连接凸起13初步插入连接凹槽中，收紧卡箍，随着卡箍的不断收紧，连接凸起13不断地插入连接凹槽中，连接凸起13的倾斜侧壁会不断挤压连接凹槽的侧壁，使得流体管路向涡流管方向移动，进而挤压密封圈形成有效的密封连接，提高涡流管与连接管路之间的连接密封性。
为了进一步提高涡流管与连接管路之间的连接密封性，对于密封圈的结构，示例性地，密封圈包括刚性刃圈14以及刚性刃圈14的弹性环圈15，流体管路朝向涡流管的端面设有与刚性刃圈14位置相对应的刃槽，在密封圈的挤压过程中，刚性刃圈14会驱动弹性环圈15发生弹性形变，逐渐进入刃槽中，从而形成多截面的密封连接，进一步提高涡流管与连接管路之间的连接密封性。
实施例一
第一涡流管的工作压力为1.4bar，冷流比为0.5；第二涡流管的工作压力为5.5bar，冷流比为0.4；第三涡流管的工作压力为2.8bar，冷流比为0.6。
正常工作时，第一压缩机加压后的400m3/h、25℃干空气经第一涡流管产生200m3/h、-3℃的冷气体和200m3/h、52℃的热气体；200m3/h、52℃的热气体和从换热器流出的300m3/h、52℃的热气体混合后，经第二压缩机加压后，进入第二涡流管产生300m3/h、87℃的热气体和200m3/h、-3℃的冷气体；300m3/h、87℃的热干气体进入热干燥器对煤泥进行热干燥，从热干燥器流出的气体温度不小于55℃，湿度为100％的湿热气体；该空气经预热器和换热器降温除湿后进入第二压缩机循环利用。第一涡流管产生200m3/h、-3℃的冷气体与第二涡流管产生200m3/h、-3℃的冷气体混合后，经第三压缩机加压后，进入第三涡流管产生160m3/h、-45℃的冷气体和240m3/h、25℃的常温气体；常温气体进入第一压缩机循环使用；-45℃的冷气体进入冷冻干燥器对煤泥进行冷冻干燥，从冷冻干燥器流出的气体，经冷凝器和换热器升温后，进入第一压缩机循环使用。
实际应用中，采用本实施例的低温热风联合冷冻的干燥系统，每吨煤泥的含水率从30％降低到20％，用电量大约25度，能够大大节约用电量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温热风联合冷冻的干燥方法，其特征在于，包括如下步骤：
对空气进行第一次冷热分流，分为第一热气体和第一冷气体；
对第一热气体进行第二冷热分流，分为第二热气体和第二冷气体；
所述第二热气体对物料进行热干燥；
所述第二冷气体与第一冷气体混合后进行第三次冷热分流，分为第三冷气体和第四冷气体，所述第三冷气体低于第四冷气体的温度；
所述第三冷气体对热干燥后的物料进行冷冻干燥。
2.根据权利要求1所述的低温热风联合冷冻的干燥方法，其特征在于，所述空气的温度为10～30℃。
3.根据权利要求1所述的低温热风联合冷冻的干燥方法，其特征在于，所述第一热气体的温度为35～55℃，所述第一冷气体的温度为-5～5℃。
4.根据权利要求1所述的低温热风联合冷冻的干燥方法，其特征在于，所述第二热气体的温度为85～105℃，所述第二冷气体的温度为-10～10℃。
5.根据权利要求1所述的低温热风联合冷冻的干燥方法，其特征在于，所述第二冷气体与第一冷气体混合后的温度为-8～15℃。
6.根据权利要求1所述的低温热风联合冷冻的干燥方法，其特征在于，所述第三冷气体的温度为-40℃以下；
所述第四冷气体的温度为0～25℃。
7.根据权利要求1所述的低温热风联合冷冻的干燥方法，其特征在于，所述第一次冷热分流的工作压力＜第三冷热分流的工作压力＜第二冷热分流的工作压力。
8.根据权利要求1所述的低温热风联合冷冻的干燥方法，其特征在于，所述第一冷热分流、第二冷热分流和第三冷热分流的冷流比为0.3～0.7。
9.根据权利要求8所述的低温热风联合冷冻的干燥方法，其特征在于，所述第一冷热分流的冷流比为0.45～0.55；
和/或，所述第三冷热分流的冷流比为0.3～0.4；
和/或，所述第二冷热分流的冷流比为0.6～0.7。
10.根据权利要求1至9任一项所述的低温热风联合冷冻的干燥方法，其特征在于，所述方法采用低温热风联合冷冻的干燥系统；
所述干燥系统包括第一冷热分流器、第二冷热分流器、第三冷热分流器、热干燥器和冷冻干燥器；
所述第一冷热分流器的热端与第二冷热分流器的进气口连接，所述第一冷热分流器的冷端和第二冷热分流器的冷端分别与第三冷热分流器的进气口连接；
所述第二冷热分流器的热端与热干燥器的进气口连接，所述第三冷热分流器的热端与第一冷热分流器的进气口连接；
所述第三冷热分流器的冷端与冷冻干燥器的进气口连接。
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