CN1719170A - 一种具有余热回收的内燃机驱动热泵流化床干燥装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有余热回收的内燃机驱动热泵流化床干燥装置，属于流化床干燥技术领域。热泵冷凝器(8)、热泵膨胀阀(9)、热泵蒸发器(14)和热泵压缩机(10)依次相连，构成热泵系统。循环风机(5)出口与流化床干燥室3底部的循环空气A入口相连，冷却风机(4)出口与流化床干燥室(3)底部的冷却空气入口相连，排气控制装置(2)的入口与流化床干燥室(3)顶部的排气口相连，除尘器(1)的入口与流化床干燥室(3)顶部的循环空气A出口相连，除尘器(1)的出口与热泵冷凝器(8)的入口相连，新风补充口(7)位于除尘器(1)和热泵冷凝器(8)之间的风管。上述优点在于：提高了干燥效率、降低了运营干燥成本。
Description
技术领域
本发明属于流化床干燥技术领域，特别是提供了一种具有余热回收的内燃机驱动热泵流化床干燥装置。
背景技术
干燥技术对国民经济的发展具有重要意义，在工农业生产各个部门都有广泛应用。随着科学技术和经济的进步，新材料和新产品与日俱增，其中有相当一部分都需要干燥工艺进行处理；随着企业集团化经营和产品质量要求的提高，许多过去一直靠自然干燥的产品或半成品，也趋向于采用机械化干燥。
对农业而言，干燥不仅是保证粮食长时间贮存的手段，而且是提高粮食质量的重要方法。据联合国粮农组织调查，全球生产的粮食因收获后干燥和储藏不当造成的损失约为5～10％；文献统计表明，2004年我国年产四亿吨粮食，而损失约达三千万吨。目前，国内的干燥机械和工艺还远不能满足农业现代化生产的要求。因此，如何减少收获后粮食的损失已成为一项十分紧迫而艰巨的任务。从某种意义上讲，开发出经济实用的干燥设备比耗费大量人力和物力从事粮食增产更具有现实意义。
在饲料加工部门，若使用人工干燥方法，饲料中所含养料和维生素几乎可以不受破坏、完全保留；而采用自然干燥时，一般要损失60～80％。所以近年来国内外逐渐重视饲料干燥工艺的研究，以便提高饲料的产量和质量。
由此可见，提高机械化干燥能力和干燥质量是我国农业急需解决的问题，开发一种高效、节能、符合环保要求和安装移动灵活的干燥设备，以配合机械化专业收割已成为社会和农业发展的迫切需要。
流化床具有床层温度均匀、易于控制、热质传递强度大、物料易于输送、设备简单、操作灵活等特点。开发流化床干燥装置进行谷物、牧草和食品的干燥，具有很大的发展前景。
热泵系统是节能高效的干燥装置。采用热泵作为流化床干燥器的热源，具有热效率高、干燥产品质量好、不污染环境、使用方便、自动化程度高等优点，特别是随着农业机械化的发展、能源危机的出现以及环保意识的增强，热泵用于干燥，已成为当今世界干燥领域的重要发展趋势。
内燃机工作时，需要冷却系统(包括循环水泵、节温器、水箱和风扇等)进行散热，同时通过排气管排出高温废气，这两种直接排入大气的余热约占燃料完全燃烧产生总热量的2/3，浪费能源同时造成环境污染。
具有余热回收的内燃机驱动热泵流化床干燥装置，将流化床干燥的高效率和热泵供热的高效率结合起来，同时回收驱动内燃机的余热，使一次能源的利用率大幅度提高，干燥成本大幅度降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有余热回收功能的内燃机驱动热泵流化床干燥装置。该方法能够节约能耗，增大热泵系统的性能系数，提高干燥效率和一次能源利用率；装置可以车载移动，改善了干燥设备机动性，提高了设备利用率；而且这种干燥方法与装置可以用于各种散状物料的干燥。
本发明的装置包括：除尘器1、排气控制装置2、流化床干燥室3、冷却风机4、循环风机5、烟气换热器6、新风补充口7、热泵冷凝器8、热泵膨胀阀9、热泵压缩机10、内燃机主体12、内燃机冷却水散热器13、热泵蒸发器14。若采用电驱动，装置还包括：交流发电机11；若采用内燃机直接驱动，装置还包括：驱动冷却风机的传动机构15、驱动循环风机的传动机构16、驱动热泵蒸发器风扇的传动机构17。
特征在于：热泵冷凝器8、热泵膨胀阀9、热泵蒸发器14和热泵压缩机10依次相连，构成热泵系统；循环风机5的出口与流化床干燥室3底部的循环空气A入口相连；冷却风机4的出口与流化床干燥室3底部的冷却空气入口相连；排气控制装置2的入口与流化床干燥室3顶部的排气口相连；除尘器1的入口与流化床干燥室3顶部的循环空气A出口相连；除尘器1的出口与热泵冷凝器8的空气入口相连；新风补充口7位于除尘器1和热泵冷凝器8之间的风管上；整个装置可落地使用或安装于车辆底盘上车载移动使用。
本发明还可以用以下8种方式连接，每种方式对内燃机余热回收的流程不同。
1、热泵冷凝器8的空气出口与烟气换热器6的空气入口相连；烟气换热器6的空气出口与循环风机5入口相连；内燃机冷却水散热器13的空气出口与热泵蒸发器14的空气入口相连；内燃机主体12的排气管与烟气换热器6的烟气入口相连。
2、热泵冷凝器8的空气出口与烟气换热器6的空气入口相连；烟气换热器6的空气出口与循环风机5入口相连；内燃机主体12的排气管与烟气换热器6烟气入口相连。
3、热泵冷凝器8的空气出口与内燃机冷却水散热器13的空气入口相连；内燃机冷却水散热器13的空气出口与循环风机5的入口相连；内燃机主体12的排气管与烟气换热器6烟气入口相连；烟气换热器6的空气出口与热泵蒸发器14的空气入口相连。
4、热泵冷凝器8的空气出口与内燃机冷却水散热器13的空气入口相连；内燃机冷却水散热器13的空气出口与循环风机5的入口相连，环境空气直接进入热泵蒸发器14，再排入大气。
5、热泵冷凝器8的空气出口与循环风机5的入口相连；内燃机冷却水散热器13的空气出口与热泵蒸发器14的空气入口相连。
6、热泵冷凝器8的空气出口与循环风机5的入口相连；内燃机主体12的排气管与烟气换热器6的烟气入口相连；烟气换热器6的空气出口与热泵蒸发器14的空气入口相连。
7、热泵冷凝器8的空气出口与内燃机冷却水散热器13的空气入口相连；内燃机冷却水散热器13的空气出口与烟气换热器6的空气入口相连；内燃机主体12的排气管与烟气换热器6的烟气入口相连；烟气换热器6的空气出口与循环风机5入口相连。
8、热泵冷凝器8的空气出口与循环风机5的入口相连；内燃机主体12的排气管与烟气换热器6的烟气入口相连；内燃机冷却水散热器13的空气出口与烟气换热器6的空气入口相连；烟气换热器6的空气出口与热泵蒸发器14的空气入口相连。
本发明可以由内燃机主体12驱动交流发电机11为热泵流化床干燥系统供电；也可以由内燃机主体12通过传动机构直接驱动热泵流化床干燥系统。
本发明的优点在于：使用具有余热回收的内燃机驱动热泵流化床干燥技术，提高干燥效率；具体内容如下：
1、通过对内燃机丰富余热资源的回收，对用于干燥的循环空气A进行多次加热，提高了干燥热风温度，使得循环空气在热泵系统中不需要加热到很高温度，降低了热泵压缩机的压缩比，放宽了对热泵系统的要求，提高了热泵性能系数。
2、对内燃机余热的回收利用，减少了内燃机热量的排放，降低了废热对环境的污染。
3、对内燃机余热的回收利用，提高了干燥设备的一次能源利用率，降低了设备运行成本，从而增强了采用热泵进行干燥的优势。
4、这种使用带有余热回收系统的内燃机来驱动发电机为热泵干燥系统供电和提供部分热量的技术，可实现车载式热泵干燥设备的产业化。
5、采用半封闭式空气循环，排出湿空气同时引入新风，可以充分利用循环空气的热量，降低能耗。
6、物料在流化床干燥室后部被冷却风机降温，有利于干燥后的直接仓储和余热回收。
附图说明
图1为本发明中采用电驱动的方式1的示意图。其中，除尘器1、排气控制装置2、流化床干燥室3、冷却风机4、循环风机5、烟气换热器6、新风补充口7、热泵冷凝器8、热泵膨胀阀9、热泵压缩机10、交流发电机11、内燃机主体12、内燃机冷却水散热器13、热泵蒸发器14。箭头A为循环空气，箭头B为环境空气，箭头C为内燃机烟气，箭头D为热泵工质。
图2为本发明中采用电驱动的方式2的示意图。
图3为本发明中采用电驱动的方式3的示意图。
图4为本发明中采用电驱动的方式4的示意图。
图5为本发明中采用电驱动的方式5的示意图。
图6为本发明中采用电驱动的方式6的示意图。
图7为本发明中采用电驱动的方式7的示意图。
图8为本发明中采用电驱动的方式8的示意图。
图9为本发明中采用内燃机直接驱动的方式1示意图。其中，驱动冷却风机的传动机构15、驱动循环风机的传动机构16、驱动热泵蒸发器风扇的传动机构17。线段E为传动联结。
图10为本发明中采用内燃机直接驱动的方式2示意图。
图11为本发明中采用内燃机直接驱动的方式3示意图。
图12为本发明中采用内燃机直接驱动的方式4示意图。
图13为本发明中采用内燃机直接驱动的方式5示意图。
图14为本发明中采用内燃机直接驱动的方式6示意图。
图15为本发明中采用内燃机直接驱动的方式7示意图。
图16为本发明中采用内燃机直接驱动的方式8示意图。
具体实施方式
附图1～8所示干燥装置为采用电驱动的方式1至8，电力由内燃机带动交流发电机提供或者在条件允许的情况下由电网供应。
附图1所示为采用电驱动的方式1，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，在烟气换热器6中被继续加热，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在内燃机冷却水散热器13中被加热后，在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图2所示为采用电驱动的方式2，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，在烟气换热器6中被继续加热，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图3所示为采用电驱动的方式3，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，在内燃机冷却水散热器13中被继续加热，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在烟气换热器6中被加热后，在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图4所示为采用电驱动的方式4，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，在内燃机冷却水散热器13中被继续加热，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图5所示为采用电驱动的方式5，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在内燃机冷却水散热器13中被加热后，在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图6所示为采用电驱动的方式6，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在烟气换热器6中被加热后，在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图7所示为采用电驱动的方式7，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，在内燃机冷却水散热器13中被继续加热，在烟气换热器6中被加热后，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图8所示为采用电驱动的方式8，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在内燃机冷却水散热器13中被加热，在烟气换热器6中被继续加热后，在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图9～16所示干燥装置为采用内燃机直接驱动的方式1至8，是内燃机通过机械传动机构直接驱动。
附图9所示为采用内燃机直接驱动的方式1，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，在烟气换热器6中被继续加热，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在内燃机冷却水散热器13中被加热后，在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图10所示为采用内燃机直接驱动的方式2，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，在烟气换热器6中被继续加热，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图11所示为采用内燃机直接驱动的方式3，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，在内燃机冷却水散热器13中被继续加热，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在烟气换热器6中被加热后，在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图12所示为采用内燃机直接驱动的方式4，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，在内燃机冷却水散热器13中被继续加热，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图13所示为采用内燃机直接驱动的方式5，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在内燃机冷却水散热器13中被加热后，在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图14所示为采用内燃机直接驱动的方式6，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在烟气换热器6中被加热后，在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图15所示为采用内燃机直接驱动的方式7，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，在内燃机冷却水散热器13中被继续加热，在烟气换热器6中被加热后，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
附图16所示为采用内燃机直接驱动的方式8，具体实施方式为：循环空气A在热泵冷凝器8中被加热后，通过循环风机5进入流化床干燥室3；环境空气B在内燃机冷却水散热器13中被加热，在烟气换热器6中被继续加热后，在热泵蒸发器14中放热，然后排入大气。
除了在干燥室中的干燥作业以外，本发明的实现方法中所述的所有热交换均为非接触式换热。
在本发明技术的实施过程中，可以将流化床干燥室与振动器连接进行振动或者将内燃机与流化床干燥室安装在同一底盘上，内燃机运转时的振动带动流化床干燥室振动，实现振动流态化干燥。
Claims (9)
1、一种具有余热回收的内燃机驱动热泵流化床干燥装置，包括：除尘器(1)、排气控制装置(2)、流化床干燥室(3)、冷却风机(4)、循环风机(5)、烟气换热器(6)、新风补充口(7)、热泵冷凝器(8)、热泵膨胀阀(9)、热泵压缩机(10)、内燃机主体(12)、内燃机冷却水散热器(13)、热泵蒸发器(14)；其特征在于：热泵冷凝器(8)、热泵膨胀阀(9)、热泵蒸发器(14)和热泵压缩机(10)依次相连，构成热泵系统；循环风机(5)的出口与流化床干燥室(3)底部的循环空气A入口相连，冷却风机(4)的出口与流化床干燥室(3)底部的冷却空气入口相连，排气控制装置(2)的入口与流化床干燥室(3)顶部的排气口相连，除尘器(1)的入口与流化床干燥室(3)顶部的循环空气A出口相连，除尘器(1)的出口与热泵冷凝器(8)的空气入口相连，新风补充口(7)位于除尘器(1)和热泵冷凝器(8)之间的风管上，整个装置落地使用或安装于车斗上车载移动使用；内燃机主体(12)驱动发电机(11)为热泵流化床干燥系统供电；或内燃机主体(12)通过传动机构直接驱动热泵流化床干燥系统。
2、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：热泵冷凝器(8)的空气出口与烟气换热器6的空气入口相连，烟气换热器(6)的空气出口与循环风机(5)的入口相连，内燃机冷却水散热器(13)的空气出口与热泵蒸发器(14)的空气入口相连，内燃机主体(12)的排气管与烟气换热器(6)的烟气入口相连。
3、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：热泵冷凝器(8)的空气出口与烟气换热器(6)的空气入口相连，烟气换热器(6)的空气出口与循环风机(5)的入口相连，内燃机主体(12)的排气管与烟气换热器(6)的烟气入口相连。
4、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：热泵冷凝器(8)的空气出口与内燃机冷却水散热器(13)的空气入口相连，内燃机冷却水散热器(13)的空气出口与循环风机(5)的入口相连，内燃机主体(12)的排气管与烟气换热器(6)的烟气入口相连，烟气换热器(6)的空气出口与热泵蒸发器(14)的空气入口相连。
5、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：热泵冷凝器(8)的空气出口与内燃机冷却水散热器(13)的空气入口相连，内燃机冷却水散热器(13)的空气出口与循环风机(5)的入口相连。
6、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：热泵冷凝器(8)的空气出口与循环风机(5)的入口相连，内燃机冷却水散热器(13)的空气出口与热泵蒸发器(14)的空气入口相连。
7、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：热泵冷凝器(8)的空气出口与循环风机(5)的入口相连，内燃机主体(12)的排气管与烟气换热器(6)的烟气入口相连，烟气换热器(6)的空气出口与热泵蒸发器(14)的空气入口相连。
8、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：热泵冷凝器(8)的空气出口与内燃机冷却水散热器(13)的空气入口相连，内燃机冷却水散热器(13)的空气出口与烟气换热器(6)的空气入口相连，内燃机主体(12)的排气管与烟气换热器(6)的烟气入口相连，烟气换热器(6)的空气出口与循环风机(5)的入口相连。
9、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：热泵冷凝器(8)的空气出口与循环风机(5)的入口相连；内燃机主体(12)的排气管与烟气换热器(6)的烟气入口相连，内燃机冷却水散热器(13)的空气出口与烟气换热器(6)的空气入口相连，烟气换热器(6)的空气出口与热泵蒸发器(14)的空气入口相连。
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