申请日2014.02.21
公开(公告)日2017.03.08
IPC分类号F26B3/08; F26B17/10; F26B23/10; F23G5/04; F23G5/30
摘要
本发明涉及用于干燥潮湿污泥的循环物质干燥器。根据本发明，循环物质干燥器包括相互热交换连通的两个相邻的循环物质系统，其中第一循环物质系统为污泥干燥侧，并且第二循环物质系统为放热侧，并且第一和第二循环物质系统各自包括至少一根细长的提升管(3、16)，并且第一循环物质系统的提升管(3)和第二循环物质系统的提升管(16)以在其间形成共用的热交换表面的方式相邻。另外，本发明涉及相应的方法。
权利要求书
1.用于干燥潮湿污泥的循环物质干燥器，其特征在于：所述循环物质干燥器包括相互热交换连通的两个相邻的循环物质系统，其中第一循环物质系统是污泥干燥侧，并且第二循环物质系统为放热侧，并且所述第一循环物质系统和所述第二循环物质系统各自包括至少一根细长的提升管(3、16)，并且所述第一循环物质系统的所述提升管(3)和所述第二循环物质系统的所述提升管(16)以在其间形成共用的热交换表面的方式相邻。
2.根据权利要求1所述的干燥器，其特征在于：所述第一循环物质系统包括第一流化材料供给装置(12)，其用于将流化材料供给至所述第一循环物质系统的流化室(2);潮湿污泥供给装置(13)，其用于将污泥供给至所述流化室(2);气体供给装置(1、31)，其用于将气体供给至所述流化室(2);至少一根细长的第一提升管(3)，在所述提升管中，潮湿污泥在被干燥的同时连同所述流化材料和气体一起被向上输送;第一组返回通道(10、11)，其用于将由固体流化材料和干燥污泥形成的混合物返回至所述流化室(2);和干燥污泥排出装置(14)，其用于将所述干燥污泥从所述干燥器中排出。
3.根据权利要求1或2所述的干燥器，其特征在于：所述第一循环物质系统包括第一分离器部分(5、6、7、8、9)，其用于将由干燥污泥和流化材料形成的混合物与剩余悬浮物分离。
4.根据权利要求3所述的干燥器，其特征在于：所述第一分离器部分(5、6、7、8、9)包括分离器装置，所述分离器装置包括基本上垂直的分离器入口通道(5)、导流板(6)、基本上水平的分离器室(7)、基本上水平的中心管(8)和所述分离器的锥形部分(9)。
5.根据权利要求1或2所述的干燥器，其特征在于：所述第二循环物质系统包括第二流化材料供给装置(26)，其用于将流化材料供给至所述第二循环物质系统的流化室(25);放热材料供给装置(15)，其用于将放热材料供给至所述流化室(25);至少一根细长的第二提升管(16)，在所述提升管中，放热材料连同所述流化材料一起被向上流化;第二组返回通道(22、23、24)，其用于将所述流化材料返回至所述流化室(25);和流化材料出口装置(27)，其用于从所述干燥器排出所述流化材料。
6.根据权利要求5所述的干燥器，其特征在于：所述第二循环物质系统包括第二分离器部分(18、19、191、20、21)，其用于将所述放热材料和流化材料相互分离。
7.根据权利要求6所述的干燥器，其特征在于：所述第二分离器部分(18、19、191、20、21)包括分离器装置，所述分离器装置包括基本上垂直的分离器入口通道(18)、导流板(19)、基本上水平的分离器室(191)和基本上水平的中心管(20)和所述分离器的锥形部分(21)。
8.根据权利要求6所述的干燥器，其特征在于：所述第二循环物质系统包括由所述流化室(25)、所述第二分离器部分(18、19、191、20、21)和所述第二组返回通道(22、23、24)形成的组件，并且所述第二循环物质系统包括安装在所述返回通道(22)中的调节设备(23)，其用于调节所述返回通道中的流化材料流。
9.根据权利要求5所述的干燥器，其特征在于：使用热气体作为所述放热材料。
10.根据权利要求9所述的干燥器，其特征在于：所述热气体是烟道气。
11.根据权利要求1或2所述的干燥器，其特征在于：所述第一循环物质系统和所述第二循环物质系统形成管状热交换器，其中所述第一循环物质系统设置在所述热交换器的管侧，并且所述第二循环物质系统设置在所述热交换器的罩侧。
12.用于干燥潮湿污泥的方法，其特征在于：利用循环物质干燥器干燥潮湿污泥，所述循环物质干燥器包括相互热交换连通的两个相邻的循环物质系统，并且其中第一循环物质系统为污泥干燥侧，并且第二循环物质系统为放热侧，并且其中所述第一循环物质系统和所述第二循环物质系统各自包括至少一根细长的提升管(3、16)，并且所述第一循环物质系统的所述提升管(3)和所述第二循环物质系统的所述提升管(16)以在其间形成共用的热交换表面的方式相邻，和将潮湿污泥供给至所述第一循环物质系统和将放热材料供给至所述第二循环物质系统。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：通过第一流化材料供给装置(12)供给流化材料、通过潮湿污泥供给装置(13)供给潮湿污泥、和通过气体供给装置(1、31)供给气体至所述第一循环物质系统的流化室(2)，在至少一根细长的第一提升管(3)中被干燥的同时将潮湿污泥连同所述流化材料和气体一起向上输送，通过第一组返回通道(10、11)将由固体流化材料和干燥污泥形成的混合物返回至所述流化室(2)，并且通过干燥污泥排出装置(14)从所述干燥器中排出干燥污泥。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于：利用所述第一循环物质系统中第一分离器部分(5、6、7、8、9)将由干燥污泥和流化材料形成的混合物与剩余悬浮物分离。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于：通过第二流化材料供给装置(26)供给流化材料和通过放热材料供给装置(15)供给放热材料至所述第二循环物质系统的流化室(25)，在至少一根细长的第二提升管(16)中将放热材料连同所述流化材料一起向上流化，通过第二组返回通道(22、23、24)将所述流化材料返回至所述流化室(25)，并且根据需要通过流化材料出口装置(27)从所述干燥器中排出流化材料。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：通过所述第二循环物质系统中第二分离器部分(18、19、191、20、21)将所述放热材料与流化材料分离。
17.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于：在所述第二循环物质系统的返回通道(22)中，利用安装在所述返回通道(22)中的调节设备(23)调节流化材料流，所述第二循环物质系统包括由流化室(25)、第二分离器部分(18、19、191、20、21)和第二组返回通道(22、23、24)形成的组件。
18.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于：使用热气体作为放热材料。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：使用的所述热气体是烟道气。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：在所述第二循环物质系统的所述流化室(25)中，起所述放热材料作用的气体的垂直自由表面速度被布置为在从0.5m/s至2m/s的范围内。
21.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于：到达所述第一分离器部分(5、6、7、8、9)和/或所述第二分离器部分(18、19、191、20、21)的气体的垂直自由表面速度被布置为在从5m/s-15m/s的范围内。
说明书
用于干燥潮湿污泥的循环物质干燥器和方法
发明领域
本发明涉及用于干燥潮湿污泥的循环物质干燥器，以及用于干燥潮湿污泥的方法。
发明背景
由现有技术已知用于不同种类方法的不同种类的干燥器。另外，已知基于流化床和循环物质技术的不同种类的干燥器。根据本发明，最接近的现有技术以流化床和循环物质干燥器为代表，其可恢复地使用热水或水蒸气作为热源。
在流化床干燥器的底部，流化材料的垂直速度为零，以及固体材料的体积分数通常在从0.2至0.5的范围内。在流化床以上的空间内，固体材料的体积分数通常<0.001，在此情况下，从干燥器排出的流化材料流是小的。在循环物质干燥器中，流化床中固体材料的体积分数通常在从0.1至0.3的范围内，并且在流化床以上的区域内，诸如在提升管中，在从0.005至0.05的范围内。由于提升管中的高固体材料含量，为循环物质干燥器提供分离器和返回通道，以便从提升管排出的固体材料能够返回至流化床。
在基于可恢复的供热的流化床干燥器中，供热表面必须被安装至厚的流化床上，并因此经受由流化材料引起的严重磨损。为了避免堵塞，必须宽松地组装(pack)供热表面。为了能够将需要量的供热表面安装至流化床，其体积变大。由于这些原因，鼓泡流化床干燥器的内部消耗是高的。另外，安装至流化床的供热表面削弱流化床中固体材料的混合，并且特别是当污泥被干燥时，供热表面的污染和堵塞的风险是高的。鼓泡流化床干燥器的问题还包括着火和爆炸的风险，这是因为在流化床以上的固体材料的体积分数是小的，使得干燥粉尘在氧的存在下形成爆炸混合物。由于严重磨损，安装至流化床的热交换器需要大量的维护，其限制了干燥器的可用性。
为了弥补上面提到的鼓泡流化床干燥器的缺陷，已经开发了其中在流化床之上安装供热表面的循环物质干燥器。基于可恢复供热的第一循环物质干燥器在芬兰专利FI105853中被公开。发明的特征在于安装在流化床上面的循环物质干燥器的提升管，其在干燥器的底部具有圆柱体的形状，其由具有圆柱体形状的垂直管热交换器的管形成，并且放热水或蒸汽的热被输送至该热交换器的罩一侧。在专利FI105853的发明中，以位于热交换器的中间的管形成循环物质的返回通道的方式，循环物质干燥器的旋转对称的多开口的旋风分离器共轴地安装在热交换器上面。专利FI105853的干燥器和之后在其基础上形成的基于可恢复供热的循环物质干燥器弥补了上面提到的流化床干燥器的缺陷，但没有弥补不可避免地涉及水或蒸汽的可恢复使用的问题，最显著的问题是昂贵的加压热水或蒸汽系统，昂贵的加压的结构和高的内部消耗。如果为了生产热水或蒸汽，必须为干燥器建造单独的锅炉单元，那么进一步大大提高了干燥器的价格。
发明目的
本发明的目的是公开用于干燥潮湿污泥的新颖的干燥方案。另外，本发明的目的是公开新颖的循环物质干燥器。
发明概述
本发明基于用于干燥潮湿污泥的循环物质干燥器。根据本发明，循环物质干燥器包括彼此热交换连通的两个相邻的循环物质系统，优选地通过不可渗透材料的热交换表面，诸如可恢复地通过不可渗透材料的热交换表面，并且其中第一循环物质系统为污泥干燥侧以及第二循环物质系统为放热侧，并且第一和第二循环物质系统各自包括至少一根细长的提升管，并且第一循环物质系统的提升管和第二循环物质系统的提升管以在其间形成共用的不可渗透材料的热交换表面的方式相邻。
另外，本发明基于用于干燥潮湿污泥的方法。根据本发明，利用循环物质干燥器干燥潮湿污泥，该循环物质干燥器包括彼此热交换连通的两个相邻的循环物质系统，并且其中第一循环物质系统为污泥干燥侧以及第二循环物质系统为放热侧，并且其中第一和第二循环物质系统各自包括至少一根细长的提升管，并且第一循环物质系统的提升管和第二循环物质系统的提升管以在其间形成共用的热交换表面的方式相邻，并且潮湿污泥被供给至第一循环物质系统和放热材料被供给至第二循环物质系统。
在这一点上，干燥器侧的循环物质系统被称为第一循环物质系统，并且放热侧的循环物质系统被称为第二循环物质系统。
在这一点上，提升管可以为任何种类和形状的管状通道、管等，在其中干燥器中的材料组合物可以在封闭空间中被向上输送。
在这一点上，污泥表示由液体和固体材料形成的任何泥状原料。
根据本发明的循环物质干燥器由优选通过热交换表面热交换连通的两个循环物质系统形成，其中第一循环物质系统进行干燥过程，并且放热材料的热能，例如气体的热能，从第二循环物质系统通过热交换表面被转移至进行干燥过程的第一循环物质系统。
在一个实施方式中，第一循环物质系统包括第一流化材料供给装置，例如流化材料供给连接件，其用于将流化材料供给至第一循环物质系统的流化室;潮湿污泥供给装置，例如污泥供给连接件，其用于将污泥供给至流化室;气体供给装置，例如供给管;气体分配炉栅(grate)和/或分配喷嘴，其用于将气体供给至流化室;至少一根细长的第一提升管，其优选地以垂直方向提供，在该提升管中，潮湿污泥被流化，即在被干燥同时连同流化材料和气体一起被向上输送到流化空间中;第一组返回通道，其用于将由固体流化材料和干燥污泥形成的混合物返回至流化室;和干燥污泥排出装置，至少一个管连接件，利用该装置，将可能也包括流化材料的干燥污泥从干燥器中排出。
在根据本发明的一种方法中，通过第一流化材料供给装置将流化材料供给至第一循环物质系统的流化室，通过潮湿污泥供给装置供给潮湿污泥，并且通过气体供给装置供给气体，在至少一根细长的第一提升管中被干燥的同时，将潮湿污泥连同流化材料和气体一起向上流化，通过第一组返回通道将由固体流化材料和干燥污泥形成的混合物返回至流化室，并且通过干燥污泥排出装置将可能也包括流化材料的干燥污泥从干燥器中排出。
在一个实施方式中，第二循环物质系统包括第二流化材料供给装置，至少一个供给连接件，其用于将流化材料供给至第二循环物质系统的流化室;放热材料供给装置，例如一组供给管，气体分配炉栅和/或分配喷嘴，其用于将放热材料供给至第二循环物质系统的流化室;至少一根细长的第二提升管，优选地以垂直方向提供，在该提升管中，将放热材料连同流化材料一起向上流化;第二组返回通道，其用于将流化材料返回至流化室;和流化材料出口装置，至少一个管连接件，其用于从干燥器中排出流化材料。
在根据本发明的一种方法中，通过第二流化材料供给装置将流化材料供给至第二循环物质系统的流化室，并且通过放热材料供给装置供给放热材料，在至少一根细长的第二提升管中将放热材料连同流化材料一起向上流化，通过第二组返回通道将流化材料返回至流化室，并根据需要通过流化材料出口装置从干燥器中排出流化材料。
在一个实施方式中，热气体被用作放热材料。在一个实施方式中，气体的温度在从500至900℃的范围内，在优选的实施方式中从500至700℃。在一个实施方式中，通过热交换器将气体供给至干燥器，用于调节温度至适合的水平。
在一个实施方式中，循环物质干燥器的热源为气体，该气体可包括不同类型的颗粒，例如，污垢颗粒或凝结蒸汽，甚至达到显著的程度。在一个实施方式中，烟道气被用作气体。
在循环物质干燥器中使用热气体作为放热材料存在许多显著的优点。起到热交换器作用的设备的平均温度，和由此还有热流的密度相对于如果放热材料为水或水蒸气将可能的平均温度和热流密度可以是多倍的。因为干燥器侧的热交换数与气体侧的热交换数为相同数量级，所以使用热气体的循环物质干燥器中热交换所需要的供热表面可以仅为使用水作为热源的等效干燥器的供热表面的20-30%。因为循环物质干燥器的气流以及由此其内部消耗与循环气流直接成比例，所以在使用气体的循环物质干燥器中的内部消耗通常仅为使用水或蒸汽作为热源的等效干燥器的内部消耗的20-30%。根据本发明的干燥器可被实施为非超压结构，以便比使用水或蒸汽作为热源的等效干燥器具有更低的制造成本。另外，因为根据本发明的干燥器可被实施为非超压结构，所以其横截面表面可以为矩形，这在制造技术方面是有优势的。干燥器不需要被分类为压力容器，所以它的使用不受关于压力容器的规则限制。另外，为此所需的加压管系统或装备对干燥器不是必须的，这甚至进一步降低了根据本发明的干燥器设备的总成本。在许多情况下，还可能避免锅炉的昂贵的对流部分，因为其由循环物质干燥器的热交换器代替。包含污垢颗粒和蒸汽的气体的能源价格明显比热水或蒸汽的能源价格更低。
尽管具有上述列举的优点，但使用气体作为干燥器的热源在以前还没有可能，因为结构的过热或关于使用热气体的着火或爆炸风险从来没有以实用的方式解决。另外，以前从来没有为了可以利用包含大量颗粒和/或凝结蒸汽的气体的实用的结构方案。
涉及使用气体作为热源的潜在问题在根据本发明的循环物质干燥器中已经被解决，其通过在循环物质干燥器中放热流侧，在第二循环物质系统中循环粉状流化材料，流化材料最适合地具有0.1-0.5mm的颗粒大小，例如沙子。该布置提供许多优点。根据本发明在循环物质干燥器中运行作为热交换器的第二循环物质系统的底部的温度的最大温度可以通过第二循环物质系统的循环物质流被精确地限制至期望的值，无论供应的气体的温度如何，其通过迫使第二循环物质系统的循环物质流为干燥器中放热侧的循环物质系统的底部处的设定值。在根据发明的干燥器中，第二循环物质系统的受控循环材料流保持放热侧即气体侧的供热表面清洁，以便供热表面可以密集地组装并且热交换保持良好。与单独的气体相比，第二循环物质系统的循环物质流提高了热交换的传热系数。
在一个实施方式中，第一循环物质系统包括第一分离器部分，用于分离由干燥污泥和流化材料形成的混合物，该干燥污泥和流化材料来自在干燥中蒸发和气化的气体和成分的剩余悬浮物(suspension)，诸如蒸发的水，气态化合物等。在一个实施方式中，第一分离器部分包括分离器装置，其包括基本上垂直的分离器入口通道、导流板、基本上水平的分离器室、基本上水平的中心管和分离器的锥形部分。在根据本发明的一种方法中，放热材料利用第二循环物质系统中第二分离器部分从流化材料中分离。在根据本发明的一种方法中，由干燥污泥和流化材料形成的混合物通过第一循环物质系统中的第一分离器部分从剩余悬浮液中分离。
在一个实施方式中，第一循环物质系统包括单独的排出装置，其用于排出在干燥中从污泥移除的成分，诸如来自第一循环物质系统的蒸发的和气化的成分。在一个实施方式中，在分离器部分之前提供这些排出装置。排出装置可包括例如排出管连接件和一组排出管。
在一个实施方式中，第二循环物质系统包括第二分离器部分，其用于将放热材料和流化材料相互分离。在一个实施方式中，第二分离器部分包括分离器装置，其包括基本上垂直的分离器入口通道、导流板、基本上水平的分离器室和基本上水平的中心管和分离器的锥形部分。在根据本发明的一种方法中，放热材料通过第二循环物质系统中的第二分离器部分从流化材料中分离。
在一个实施方式中，第二循环物质系统包括由流化室、第二分离器部分和第二组返回通道形成的组件，其包括安装在返回通道中的调节设备，用于调节返回通道的流化材料流。在根据本发明的一种方法中，流化材料流在第二循环物质系统的返回通道中利用安装在返回通道内的调节设备调节，该第二循环物质系统包括由流化室、第二分离器部分和第二组返回通道形成的组件。
根据本发明的可用于第一和第二循环物质系统两者中的分离器装置具有许多优点。在垂直向下定向的分离器入口通道中，重力加速度提高了待分离的固体材料的速度，其可以比根据入口通道的自由横截面表面所计算的气体的速度大从2m/s至5m/s。根据本发明的分离器装置提供有效的预分离，凭借其，甚至对于具有高固体材料含量的悬浮物，单级分离器提供有效的分离。在循环物质干燥器中该事实的重要性被更多地增进，因为循环物质干燥器中的固体材料的体积分数在提升管中——最合适地从1至10%——必须明显大于例如设计用于燃烧的循环物质反应器中的固体材料的体积分数，在循环物质反应器的提升管中，固体材料的体积分数最适合地<1%。总之，可以提出分离器系统的下述优点。凭借有效的预分离，甚至对于浓的悬浮物，单级分离器提供固体材料的有效分离。凭借有效的预分离，分离器的结构中磨损程度是小的。分离器不包括所谓的架型结构，该结构累积可以过热并甚至引起着火或爆炸的干燥材料。根据本发明的分离器装置提供紧凑的和廉价的结构。
在一个实施方式中，在第二循环物质系统的流化室(25)中，起到放热材料作用的气体的垂直自由表面速度被布置为在从0.5m/s至3m/s，更优选地从1m/s至2m/s的范围内。
在一个实施方式中，在入口通道中，供应至第一和/或第二分离器部分的气体的垂直自由表面速度被布置为在从5m/s至20m/s，更优选地从7m/s至15m/s的范围内。
在第一和第二循环物质系统中使用的流化材料可以为相同的流化材料。可选地，在第一和第二循环物质系统中可以使用不同的流化材料。使用的流化材料可以为本身已知并为了使用的目的可应用的任何流化材料，例如，沙子，粒状石灰或其它粒状材料，其中流化材料的颗粒大小在从0.1mm至1mm的范围内。
在一个实施方式中，布置第一和第二循环物质系统以形成管式热交换器，其中第一循环物质系统被设置在热交换器的管侧，并且第二循环物质系统被设置在热交换器的罩侧。在一个可选的实施方式中，布置第一和第二循环物质系统以形成管式热交换器，其中第一循环物质系统被设置在热交换器的罩侧，并且第二循环物质系统被设置在热交换器的管侧。
优选地，根据本发明的循环物质干燥器被用作连续运行设备。
另外，发明还涉及循环物质干燥器，其包括用于干燥污泥的循环物质系统和在其中循环放热材料的放热侧，和其间的热交换表面，其用于从放热侧转移热以干燥污泥。根据本发明，使用的放热材料为热气体。优选地，热气体例如烟道气的温度可以在从300℃至1000℃的范围内。用于干燥污泥的循环物质系统可以类似于本文公开的第一循环物质系统。在一个实施方式中，放热侧布置为围绕循环物质系统，优选地在所谓的罩侧上。在一个实施方式中，放热侧可以被设置在循环物质系统的内部，例如，通过热气体在其中流动的管。在一个实施方式中，放热侧可以被设置在管侧上，并且循环物质系统被设置在罩侧上。
根据本发明的循环物质干燥器和方法可用于干燥不同类型的污泥。在一个实施方式中，干燥废水净化厂的污泥。
利用根据本发明的循环物质干燥器和方法，可以有效地干燥不同类型的污泥，并且潮湿污泥可以变为有用的产品，例如，用于燃烧反应器。