CN1458488A - 电场作用下的物料干燥方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电场作用下的物料干燥方法和设备。提出了一种又快又方便的干燥方法及设备，可以从根本上解决干燥过程中的粘壁问题，并有助于加强物料的干燥。本发明是在干燥过程中附加电场。附加电场是干燥加热面与电源负输出端连接形成阴极；阳极是干燥设备的其它部件与电源的正极连接形成的。同时对电场的供电方式、控制条件及设备作了阐述。利用此方法有望解决现有国内外生物污泥热干化及含淀粉、糖类等物质的干燥工艺中普遍存在的粘壁问题，为干燥领域提供一条新思路、新方法。

Description

电场作用下的物料干燥方法和设备

                              技术领域

本发明属于干燥技术，特别涉及一种电场作用下的物料干燥方法和设备。

                              背景技术

随着我国国民经济的飞速发展，我国各行各业均取得了前所未有的高速发展。在发展的同时也产生了大量的有机废弃污染物，如污水处理过程中产生的大量生物污泥，食品及制药行业产生的废渣等，由于这些物料含有糖类、蛋白质、脂肪或各种微生物，长久放置极易腐败，产生臭气，有时候还含有病原菌等有害微生物及重金属等有毒物质，随意堆放必然会产生臭气和污染地下水，造成严重的污染。在国外，这些废弃物料主要是用来干燥生产有机肥料和焚烧。但如果物料的含水率较高时(如污泥压滤后含水率仍然高达80％左右)，焚烧过程中耗费的能源很大。我国目前主要是以简单堆放和填埋为主，污染十分严重，对其进行无污染处理和处置已经刻不容缓。

在这些废弃物料的处理方面，除制造肥料与焚烧外，还有燃料利用等方式曾被尝试，但无论填埋、焚烧、农业利用，还是热能利用，对其进行热干化是必须的步骤，热干化技术就是利用热能将物料烘干，它是前处理的主要技术。

热干化技术促进了污泥资源化、减量化与无害化的发展，但热干化过程耗能很大，致使成本很高。人们试图尝试用间接干燥方式以回收废蒸汽再利用，求得减少能源消耗，但这些有机物料在干燥过程中极易结块，且粘附在加热壁面上，不易清除，严重降低传热速率，加剧设备的磨损与能量消耗，对操作运行造成严重阻碍。因此人们不得不普遍采用直接干燥方式，在高耗能状态下运行。在我国现有经济实力下，这样的高处理成本难于承受，只能进行简单堆放，从而造成污染。因此解决粘壁问题是热干化技术得以广泛使用和推广的一个关键课题。

目前，解决粘壁问题主要有两种办法：

(1)干料反混工艺：

西格斯(Seghers)的“珍珠工艺”：湿污泥在进料前先与一定比例的干物料混合，使混合物料的含水率降至30％～40％，直接越过胶粘水份段，大大减轻了物料在干燥器内的粘结性，然后才进入干燥器，产品为球状颗粒，是结合干燥与造粒为一体的工艺。此工艺被广泛应用在直接与间接式污泥干燥工艺中，取得了一定效果，但大量返混增大了系统的体积，而且物料及加热面需要较大的机械作用力才能运行，增加了系统的动力消耗和复杂性，难以彻底解决粘壁问题。

(2)间接回转室(IRC系列)：

Fenton的专利：仍采用湿物料直接进料，但其重点解决了粘结的问题：它采用双螺旋推进器，两套螺旋之间互相清洁表面，并且采用不等螺距设计，尽量避免设备表面的粘结。实践表明，此方法取得了一定的效果，并使整套干化系统的设备数量大为精简，但对于物料结块、粘壁层增厚、壁面的薄层粘结等问题均未从根本上解决问题，传热速率仍然降低很多，并且系统的设计加工与运行操作难度较大，用于推进的能量消耗较多。

                              发明内容

本发明提出了一种既不用干料反混工艺，也不用间接回转室的方法，可以又快又方便的干燥方法及设备，可以从根本上解决粘壁问题，并有助于加强污泥的干燥。

本发明首先提出了一种在干燥过程中附加电场的干燥方法。

干燥加热面与电源负输出端连接形成阴极。通过将电源负输出端与干燥加热面连接，使干燥加热面的电位发生变化，从而改变其表面特性，并利用电渗透作用使水分和物料发生运动，使粘壁现象得到缓解。同时，由于在阴极上发生还原反应，产生H₂小气泡，可以剥离粘在壁面上的固体物。同时，物料中的水分子向阴极移动，这样加速了水分移动，提高了加热速度。另外，在电场作用下由于水分从固体颗粒表面脱离移动，使含水物料的性状发生改变，这种改变本身可能对物料的干燥特性产生改善性效果。

阳极是干燥设备的其它部件与电源的正极连接形成的，如其它加热面或搅拌部分等。在加热干燥过程中一般来说要有搅拌机构。这种情况下，将加热面接电源负输出端作阴极，搅拌部分接正输出端作阳极，使物料置于电场中。有些干燥器如夹板—通道式干燥器，在物料的两侧都是加热面，这时可以在一侧接阴极，一侧接阳极，而阳极可能会结焦，通过交互使其阴阳极互换，可以剥离阳极部分形成的结焦。采用单侧加热方式也可以通过阴阳极互换的供电方式解决粘壁问题。这种电极的阴阳极交互变换可以通过电源的电路部分实现，操作方便。

在干燥过程中物料逐渐被干燥，水分减少，但由于水分蒸发产生的水蒸气常常会通过干燥层，造成水蒸气凝结而再次进入被干燥的物料中。特别是在本方法中由于水分定向移动，靠近阳极的物料水分首先降低，如果在阴极部分的水分蒸发产生的蒸汽进入靠近阳极附近的干燥区，则水蒸气有可能凝结形成新的水分，降低干燥速度和效率。此时，用微负压操作使水蒸气从阴极附近导出将有利于提高干燥速度和效率。其中，微负压一般设置为10-100mmHg，一般通过连接抽气装置实现，如真空泵、引射器等。

本发明附加电场是由直流电源或脉冲式电源提供，其供给方式是连续方式或间歇方式。电源除直流供电方式外，也可以是脉冲式供电方式。在实际干燥过程中粘壁过程不会瞬间完成，所以防粘壁也可以在一定时间段施加作用即可实现，这样有利于节能。间歇式通电方式中的脉冲方式比较理想。水分向阴极移动，也是由于扩散与电渗透两方面的作用共同实现。因此，在水分很多时，可以尽量通过扩散实现。电渗透只作协同辅助作用之用。同时，通电重在防粘壁，所以脉冲方式效果较佳。

各种方式中的脉冲供电方式可以以最简单的商业电源作电源，脉冲波形无特别要求，占空比可依具体情况调节。一般控制在10％-90％。当污泥的含水率较高、搅拌强度较小、加热强度较小时占空比可以降低以减少有效通电时间；当污泥的含水率较低、搅拌强度较大、加热强度较大时占空比可以提高以增加有效通电时间。当然，也可以用直流电间隔通断的方式来实现间歇式通电，即在某一时间段通电，某一时间段断电的方式。本发明中用于为干燥提供电场支持的电源也可以采用交变电源，对其波形没有要求，但其频率不易过高，要低于50Hz。可以采用简单的商业电源进行变压、波形变换和频率调整。

另外，供电电压可根据阴阳极距离、物料水分等调节，一般在50V以下为宜，最佳在30V以下，如10-20V之间，阴阳极距离很近的装置中可以在10V以下。

本发明提供一种电场作用下的物料干燥方法的设备：它是由干燥设备和供电设备组成；其特征是供电设备的电源的负输出端与干燥设备的干燥加热面连接形成阴极；供电设备的电源的正输出端与干燥设备的其它部件连接形成阳极。其中，干燥设备是只要是能够连接电源形成附加电场，任何干燥设备都可以适用。主要选用间接加热方式的干燥设备或直接加热方式的干燥设备或辐射加热方式的干燥设备或这几种加热方式相结合的干燥设备。将电源的负极与干燥设备的加热面连接。供电设备是由电源、电极和连接导线组成。

物料的流向可以是规则的从一端流向另一端，也可以是无规则流动。

电极的配置可以是水平的，也可以是垂直或其他方式。

加热源可以是水蒸汽，也可以是热水、热油、电或其它方式，也可以直接加热与间接加热的混合型。

与加热面阴极相对的阳极可以是板，也可以是棒，还可以是网。对阴极和阳极的材料无特殊要求，只要能够满足设备其他要求即可。

不言而喻，在干燥器中被作为阴极和阳极的部分之间需要绝缘，绝缘材料需要具有绝缘、绝热、耐高温、耐磨、耐腐蚀等特性，通常使用的绝缘材料为聚酰亚胺、聚四氟乙烯等。

当然也包括在此基础上附加的强化干燥装置或方法及进行扩展，如安装能量回收装置、气体净化装置等。加热部分负责对污泥进行加热，采用直接加热、间接加热或其它加热方式。直接加热方式是通过污泥与加热介质如空气、蒸汽、氮气、惰性气体等的直接接触完成热量传递的加热方式。间接加热方式是污泥与加热介质不直接接触，介质与污泥是通过加热面完成热量传递的加热方式。其它加热方式包括各种加热方式，如微波加热、电磁加热、远红外加热等。传动及搅拌部分负责污泥的推进、搅拌、破碎等过程，布置在中心轴上如螺旋推进及搅拌装置，或布置在转筒上，或采用传输带传动方式，或各种方式的综合使用。此部分可以与加热部分进行综合布置，即传动及搅拌部分同时作为加热部分使用。供电设备部分负责为污泥干燥过程提供电场，电源为直流方式或脉冲方式，可以是连续方式供应也可以是间歇方式供应，也可以采用变频交变方式，电极为独立电极即不利用干燥设备上的部件而单独布置，或利用干燥设备的其它部件如加热部分、传动及搅拌部分等作为电极。

具体的操作方法是，物料进入干燥装置后，通过电场改变加热面电位和物料性状，使水分在电场作用下有趋向加热面的运动，加强水分向加热面的移动，以及利用电场作用产生的H₂小气泡等综合作用加强物料的干燥并防止粘壁发生。干燥过程需要的热量通过加热部分直接或间接的传递到污泥中，以供水份蒸发使用。传动及搅拌部分对污泥进行推进、搅拌、破碎以加快污泥干燥速度。

利用此方法有望解决现有国内外生物污泥热干化及含淀粉、糖类等物质的干燥工艺中普遍存在的粘壁问题，为干燥领域提供一条新思路、新方法。根据物料的含水率及干燥后含水率的不同，其阴阳极的配置、加热面的位置、抽吸真空的方向均可有不同的方式，可以进行综合优化，特别是阴阳极的交互变换或通过电源作正负极的配置变换，操作简单，方便易行。本研究对于推动干燥技术及其应用具有重大意义。

                              附图说明

图1：实施例1示意图；

图2：实施例2示意图；

图3a：实施例3示意图；

图3b：实施例3侧视示意图；

图4：实施例4示意图；

图5：实施例5示意图；

图6：实施例6示意图；

图7：实施例7示意图。

                              具体实施方式

实施例1：

如图1所示装置。干燥器1内装有搅拌翼5，由马达10驱动。圆筒外部设有蒸汽夹套4，水蒸汽由进口7进入夹套放热凝结后作为凝结水从出口8排出。搅拌翼5与直流电源9的正输出端向连。干燥器外壁与直流电源负输出端相连。物料从干燥器入口2进入干燥器，在电场作用下边搅拌边干燥，产生的水蒸气由出口11排出，干燥后的物料从物料排出口6排出。本实施例的电场电源为直流，电压为30V。在搅拌轴3与干燥器之间的轴承处用聚酰亚胺绝缘套绝缘。此例中的加热介质还可以为热水或热油。

实施例2：

如图2所示装置为卧式干燥器，物料从进料口2进入，在干燥器1内被搅拌向出口移动。在移动过程中，被干燥器外壁加热面及输送搅拌浆16的加热面加热，产生的水蒸气由出口11排出，干燥后的物料从排出口6排出。加热介质热水由进口14进入外壁夹套，放热后由排出口15排出。搅拌轴3为中空，热水从进口12进入搅拌轴，放热后从出口13排出。由于双面加热，所以干燥器的外壳及其内部的推料搅拌浆分别与正负输出端交互变换的直流电源9相连接。其直流电源9的输出电压、交换频率等均可调节，本实施例的电源正负输出端交换频率为每5分钟交换一次，电压为50V。在搅拌轴3与干燥器之间的轴承处用聚四氟乙烯绝缘套绝缘。此例中的加热介质还可以为蒸汽或热油。

实施例3：

如图3a和图3b所示装置。干燥器1内装有搅拌翼5，由马达10通过传动轴3驱动。圆筒外部顶端设有夹套4，以热油为加热介质，热油由进口17进入夹套放热后从出口18排出。干燥器的两端加热夹套与电源9负输出端相连，传动轴3与电源9的正输出端连接。物料从干燥器入口2进入干燥器，在电场作用下边由搅拌翼19搅拌边进行干燥，产生的水蒸气由出口11排出，干燥后的物料从物料排出口6排出。在两电极之间需要用聚酰亚胺材料绝缘。本实施例的电源为脉冲方式，周期时间为5分钟，占空比为70％，电压为20V。此例中的加热介质还可以为热水或蒸汽。

实施例4：

如图4所示装置。干燥器1内装有网状传送带20和打孔传送带21，均为金属材料制成，并分别与电源9的正负输出端连接。物料从干燥器入口2进入干燥器，在电场作用下进行干燥，并通过传送带向出口6移动，产生的水蒸气与加热介质空气一起由出口22排出，干燥后的物料从物料排出口6排出。加热介质为热空气，从进口23进入，从出口22排出。电源9的正负输出端可以交互变换，采用直流方式。本实施例的电源正负输出端的交换周期为10分钟，其中网状传送带20与电源正输出端连接的时间为8分钟，供电电压为10V。在两电极之间需要用聚四氟乙烯材料绝缘。

实施例5：

如图5所示装置。干燥器1内装有和打孔传送带21，均为金属材料制成，并分别与电源9的正负输出端连接。物料从干燥器入口2进入干燥器，在电场作用下进行干燥，并通过传送带向出口6移动，产生的水蒸气由出口22排出，干燥后的物料从物料排出口6排出。采用远红外加热装置24从上方对物料进行加热。电源9的正负输出端可以交互变换，本实施例的电源正负输出端交换周期为10分钟，其中网状传送带20与电源负输出端连接的时间为8分钟，供电电压为10V。在两电极之间需要用聚酰亚胺材料绝缘。

实施例6：

如图6所示装置。干燥器1内装有网状传送带20和打孔传送带21，均为金属材料制成，并分别与电源9的正负输出端连接。物料从干燥器入口2进入干燥器，在电场作用下进行干燥，并通过传送带向出口6移动，产生的水蒸气与加热介质空气一起由出口22排出，干燥后的物料从物料排出口6排出。采用两种加热方式同时作用，一种为利用远红外加热装置24从上方对物料进行加热，另一种利用热空气(此装置还可以使用惰性气体、氮气、过热蒸汽等作为加热介质)对物料进行加热，热空气从进口23进入，从出口22排出。电源9的正负输出端可以交互变换，采用脉冲方式。电源9采用脉冲方式供电，并且正负输出端按一定时间进行交互变换，变换周期为10分钟，其中网状传送带20接电源正输出端的时间为3分钟。设定脉冲周期为1分钟，占空比为60％，电压为20V。在两电极之间需要用聚四氟乙烯材料绝缘。

实施例7：

如图7所示装置。干燥器1内装有网状传送带20和打孔传送带21，均为金属材料制成，并分别与电源9的正负输出端连接。物料从干燥器入口2进入干燥器，在电场作用下进行干燥，并通过传送带向出口6移动，产生的水蒸气由出口22排出，干燥后的物料从物料排出口6排出。出口22处要保证一定的负压，需要连接抽气装置，这里采用真空泵25进行抽吸，使干燥器下部空间保持80mmHg的真空度。采用远红外加热装置24从下方对物料进行加热。电源9采用脉冲方式，网状传送带20接电源的正输出端，打孔传送带21接电源的负输出端，设定脉冲周期时间为5分钟，占空比为60％，电压为20V。在两电极之间需要用聚酰亚胺材料绝缘。

Claims (13)

1.一种电场作用下的物料干燥方法，其特征是在干燥过程中附加电场。

2.如权利要求1所述的一种电场作用下的物料干燥方法，其特征是所述的附加电场是由供电设备提供，干燥加热面与供电设备的电源负输出端连接形成阴极；阳极是干燥设备的其它部件与电源的正极连接。

3.如权利要求1或2所述的一种电场作用下的物料干燥方法，其特征是所述附加电场是由直流电源或脉冲式电源提供，其供给方式是连续方式或间歇方式。

4.如权利要求1或2或3所述的一种电场作用下的物料干燥方法，其特征是所述电场通过阴阳极互换的供电方式提供，这种电极的阴阳极交互变换是通过电源的电路部分实现。

5.如权利要求1或2所述的一种电场作用下的物料干燥方法，其特征是所述附加电场的电源频率是低于50Hz的交变电源。

6.如权利要求1或2所述的一种电场作用下的物料干燥方法，其特征是所述附加电场供电电压在50V-5V之间，优选10-20V之间。

7.如权利要求1或2所述的一种电场作用下的物料干燥方法，其特征是控制干燥设备内部的真空度在100mmHg以下的微负压状态。

8.一种电场作用下的物料干燥设备，它是由干燥设备和供电设备组成；其特征是供电设备的电源的负输出端与干燥设备的干燥加热面连接形成阴极；供电设备的电源的正输出端与干燥设备的其它部件连接形成阳极。

9.如权利要求8所述的一种电场作用下的物料干燥设备，其特征是所述的干燥设备的其它部件是其它加热面或搅拌部分。

10.如权利要求8所述的一种电场作用下的物料干燥设备，其特征是所述的供电设备是由电源、电极和连接导线组成。

11.如权利要求9所述的一种电场作用下的物料干燥设备，其特征是所述的电极为独立电极，不利用干燥设备上部件单独设置。

12.如权利要求8所述的一种电场作用下的物料干燥设备，其特征是所述的干燥设备是能够连接电源形成附加电场的干燥设备，优选间接加热方式的干燥设备或直接加热方式的干燥设备或辐射加热方式的干燥设备或这几种加热方式相结合的干燥设备。

13.如权利要求8所述的一种电场作用下的物料干燥设备，其特征是所述的干燥设备中物料蒸发出口处设置有控制真空度的微负压的设备。

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