CN116067161B - 一种干燥进料装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种干燥进料装置。该装置包括给料系统、螺旋送料系统、微波加热系统和水蒸气导向系统。螺旋送料系统包括螺旋管，螺旋管分为进料区、第一密封区、干燥区、第二密封区和出料区，各区内旋转轴上设置有连续的螺旋叶片。物料进入螺旋管后，经螺旋叶片的搅拌推动，穿过第一密封区进入干燥区，经微波加热系统持续加热及螺旋叶片翻动升温脱水，并膨化疏松；干燥区的水蒸气自动通过水蒸气导向系统经净化后排空，以维持装置内的安全压力；脱水物料经第二密封区和出料区后被送入反应室，发生后续反应。本装置加热均匀、节能、耐压、调控响应快、适应性强、空间利用率高，可实现有机固废物料快速、高效、安全地干燥脱水。

Description

一种干燥进料装置

技术领域

本发明属于有机固废干燥技术领域，特别涉及一种干燥进料装置。

背景技术

社会生产、生活会产生大量的有机固废（有机固体废弃物），这些有机固废如果得不到有效处理，不仅会造成一系列严重的环境污染问题，还会导致大量的资源浪费，有机固废通过热解、燃烧等技术手段可以转化为燃料、化学品或热量被进一步利用，实现变废为宝。然而，很多种类的有机固废含水量高，特别是生活垃圾、工业糟渣、市政污泥、养殖粪便等，其热处理过程会受到水分的显著影响：一方面，水分含量高不利于有机固废原料受热升温；另一方面，大量水分的析出也会干扰反应过程或影响产品质量，降低处理效率，并最终增加处理成本。因此，对有机固废原料进行处理前进行有效的干燥是十分必要的。

热风干燥是最常见的干燥手段，间接加热的空气可以与有机固废原料直接接触，使原料升温并带走水蒸气。然而热风干燥系统的流动阻力较大，必须选用高压或中压通风机，动力消耗较大。由于热空气的气速高，流量大，经常需要选用尺寸大的旋风分离器、袋式除尘器等后续处理设备，造成尾气难处理、装置结构复杂、占地面积大等问题。相比热风、火焰、电加热等外部干燥方法，微波加热干燥是一种更高效的干燥手段，通过微波形成高频电场，使原料内部极性的水分子剧烈往复振动产生热量，最终使水的温度升高而直接离开原料。与热风等外部加热干燥方法不同，微波干燥属于内部加热方法，无需热传导过程即可直接加热原料内部的水分子，升温速率快且均匀，同时降低能量的损失。微波干燥技术具有高效、快速、节能等特点，在各领域获得越来越多的应用。

目前，大部分微波干燥过程都是采用独立的微波干燥设备。如中国专利文献CN109879576A中设计了利用微波实现干燥和热解两段式的处理工艺，禽畜粪便需要先经过微波干燥，再送入热解系统中进行后续分解反应。然而这种独立的干燥过程，需要同时配备干燥、输送、干料储存等装置，结构复杂、占地面积大，不利于技术的推广。由于微波加热效率高、干燥速率快，而螺旋进料器具有结构简单、工作可靠等特点，是热解、燃烧等装置主要的进料设备，微波加热具有和螺旋进料器直接结合的潜力。但是目前微波加热与螺旋进料器技术结合仍存在诸多问题。如中国专利文献CN102538425A公开的一种连续真空微波干燥装置，其微波干燥室的空间大，有利于水分的受热膨胀，但反而会导致微波的耗散，热量难以集中，干燥效率低；而在中国专利文献CN106738435A和CN111226577A中，螺旋叶片外缘紧贴干燥室管道壁面，仅通过小排气管释放水蒸气，可以降低热量的损失，但是这种排气过程只适用于含水率低的原料或慢速的传统加热方式，如果原料含水率较高，微波的迅速加热，会导致水分急剧释放，体积突增，无法及时排除，最终压力过大，堵塞管路并损害设备。

鉴于现有技术存在的以上问题，为了充分结合微波加热和螺旋进料的优势，实现有机固废原料的快速干燥，提高空间利用率，有必要开发新型的干燥装置。

发明内容

本发明要解决的是现有的微波装置无法在保证能量损耗小、干燥速率快且空间紧凑的前提下，实现有机固废原料快速、高效、安全脱水的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种干燥进料装置，包括给料系统、螺旋送料系统、微波加热系统和水蒸气导向系统，其中：

所述螺旋送料系统包括螺旋管、旋转轴、螺旋驱动单元和螺旋叶片，所述螺旋管为横向设置的空心圆管；所述螺旋管自一端向另一端分为依次连通的进料区、第一密封区、干燥区、第二密封区和出料区；所述螺旋管内同轴布置有从所述进料区贯通至所述出料区的所述旋转轴；所述旋转轴由所述螺旋驱动单元驱动，以所述旋转轴为轴固定设置有连续的所述螺旋叶片；所述螺旋叶片在所述进料区和所述出料区内的部分设置为用于推动物料的推料叶片，在所述第一密封区和所述第二密封区内的部分设置为用于保持密封的密封叶片，在所述干燥区的部分设置为用于搅拌物料的恒压叶片；所述密封叶片边缘设置有与所述螺旋管内壁贴合的密封片，在所述第一密封区和所述第二密封区内所述密封叶片与所述螺旋管内壁形成局部的密封结构；所述恒压叶片上开有作为水蒸气通道的恒压孔；

所述给料系统出口连通所述进料区顶部用于输入物料；所述水蒸气导向系统连接在所述干燥区顶部用于排出所述干燥区内物料产生的水蒸气；

所述水蒸气导向系统包括箱体、透气隔板和水蒸气导向管；透气隔板设置在箱体内，分隔箱体内部空腔与干燥区，可阻挡干燥区内的物料并可供水蒸气通过，透气隔板在所述箱体内部的位置可上下调节，能根据物料膨胀体积设置高度，用于维持所述干燥区内的安全压力和控制物料的密度；所述水蒸气导向管设置于所述箱体顶部靠近所述出料区一端，用于将所述箱体内的水蒸气排出；

若干所述微波加热系统沿所述螺旋管轴向排列设置于所述干燥区侧部，用于向所述干燥区内的物料发射微波；所述出料区设置有出口，用于将物料输出至反应器进行后续反应。

优选地，所述干燥区温度设置为100~200°C。

优选地，所述螺旋叶片外径与所述螺旋管的内径相差不超过2mm。

优选地，所述第一密封区和/或所述第二密封区的长度不小于所述密封叶片的螺距。

作为微波加热系统的优选，所述微波加热系统包括微波发生器、微波导向管、法兰连接管、厚陶瓷片、密封圈和沉孔法兰；所述微波发生器用于生成微波；所述微波导向管一端连接所述微波发生器，另一端连接所述法兰连接管；所述法兰连接管依次通过所述厚陶瓷片和所述密封圈与所述沉孔法兰一端连接，所述沉孔法兰的另一端连通所述干燥区。

作为给料系统的优选，所述给料系统包括内径上大下小的料斗，所述料斗内部水平设置有搅拌器，所述搅拌器由搅拌轴、多根均布在搅拌轴上的搅拌桨叶及驱动装置构成。

本发明技术方案提供的一种干燥进料装置，其核心是实现干燥区域密封的密封叶片、允许水蒸气连通的恒压叶片、辅助水蒸气及时排出的水蒸气导向系统以及有效避免能量耗散的微波加热系统。作为物料的有机固废原料受推料叶片推动穿过密封区进入微波加热系统中，经微波加热和恒压叶片翻动迅速均匀脱除水分，物料自身膨胀，水蒸气通过恒压孔泄压以维持干燥区内压力的平衡；水蒸气由水蒸气导向系统排出，水蒸气中裹挟的有害物质，可在净化系统中被进一步催化分解后排空；无法穿过透气隔板的脱水物料，在螺旋叶片的推动作用下从出料区排出，进入反应室，发生后续反应。

本发明实施例的上述技术方案的有益效果如下：1. 采用微波作为加热方式，能渗透进物料内部均匀加热，对于原料的尺寸和形状的要求较低，可降低破碎预处理的功耗，加热速率快、热量集中，穿透性强；即使针对含水率低于30%的低含水物料，也能通过微波快速干燥，能耗低；物料水分直接吸收微波升温，无需额外的换热工质，避免工质的二次污染，同时大大简化装置结构，清洁环保，空间利用率高，降低了设备和用地成本；微波仅能加热目标水分子，因此热惯性小，无热滞后效应，易于控制，可以及时调控温度和快速启停，灵活改变装置的工作状态，以适应物料组分的变化。

2. 微波加热系统的圆弧管道利于微波反射，将微波限制在管道内，热损失小，加热效率高，加热范围集中，能量利用率高；物料内部水分直接被微波加热，迅速升温产生大量水蒸气并形成许多微小孔道，使原料膨胀变得疏松，不易出现粘结或堆积，可保证设备稳定运行，同时利于后续反应的发生；同时物料加热过程中保持持续翻动，避免局部过热，实现整体均匀升温。

3. 该干燥进料装置采用独立的微波加热系统，避免由于单体微波设备出现问题影响装置的运行，易于更换与维修。

4. 该干燥进料装置通过设置密封叶片形成密封区，能够有效阻止水分膨胀产生的压力溢散到螺旋管的干燥区外，抗压能力强；

5. 该干燥进料装置可实现自动排气，保障安全运行，其利用物料水分加热后自身的膨胀作用，水蒸气通过恒压孔和透气隔板自动从水蒸气导向系统中排出，有效降低螺旋管内的气体压力；同时通过调节透气隔板的位置，控制物料的膨胀高度，避免由于压力过大，堵塞管路、损害设备。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种干燥进料装置的主视图；

图2为图1所示干燥进料装置的俯视图；

图3为本发明实施例提供的干燥进料装置中一种螺旋叶片的结构示意图；

图4为本发明实施例提供干燥进料装置中一种微波加热系统的结构示意图；

图5为图4所示微波加热系统的连接示意图；

图6为图4所示微波加热系统中的一种法兰连接管的结构示意图；

图7为图4所示微波加热系统中的一种厚陶瓷片的结构示意图；

图8为图4所示微波加热系统中的一种密封圈的结构示意图；

图9为本发明实施例提供干燥进料装置中一种微波发生器的结构示意图；

图中元件符号说明：

1-给料系统；11-料斗；12-搅拌器；

2-螺旋送料系统；21-螺旋管；211-进料区；212-第一密封区；213-干燥区；214-第二密封区；215-出料区；22-旋转轴；23-螺旋驱动单元；24-螺旋叶片；241-推料叶片；242-密封叶片；2421-密封片；243-恒压叶片；2431-恒压孔；

3-微波加热系统；31-微波发生器；311-电源；312-微波管；313-磁铁；314-微波输出器；32-微波导向管；33-法兰连接管；34-厚陶瓷片；35-密封圈；36-沉孔法兰；

4-水蒸气导向系统；41-箱体；42-透气隔板；43-水蒸气导向管；

5-反应器。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及具体实施例进行详细描述。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明针对现有微波装置存在的技术问题，提供一种干燥进料装置，如图1至图3所示，包括给料系统1、螺旋送料系统2、微波加热系统3和水蒸气导向系统4。螺旋送料系统2由螺旋管21、旋转轴22、螺旋驱动单元23和螺旋叶片24组成。螺旋管21为横向设置的空心圆管；螺旋管21自一端向另一端分为依次连通的进料区211、第一密封区212、干燥区213、第二密封区214和出料区215；螺旋管21内同轴布置有从进料区211贯通至出料区215的旋转轴22；旋转轴22在螺旋驱动单元23驱动下转动，螺旋驱动单元23通常为电机，可以安装在螺旋管21内，也可以如图1、图2所示，安装在进料区211端部，旋转轴22可以从螺旋管21的进料区211端部伸出与电机相连。

如图1和图3所示，以旋转轴22为轴固定设置有连续的螺旋叶片24；螺旋叶片24在进料区211和出料区215内的部分设置为用于推动物料前进的推料叶片241；螺旋叶片24在第一密封区212和第二密封区214内的部分设置为用于保持密封的密封叶片242，密封叶片242边缘设置有与螺旋管21内壁贴合的密封片2421，在第一密封区212和第二密封区214内密封叶片242与螺旋管21内壁形成局部的密封结构；螺旋叶片24在干燥区213的部分设置为用于搅拌物料的恒压叶片243；恒压叶片243上开有作为水蒸气通道的恒压孔2431；不同类型的螺旋叶片24之间按顺序无缝连接。

作为一种较佳的实施方式，螺旋管21为水平设置的空心圆管，直径为150mm；旋转轴22轴径为50mm，螺旋管21内进料区211、第一密封区212、干燥区213、第二密封区214和出料区215长度分别设置为240mm、80mm、640mm、80mm和120mm；螺旋叶片24的外径与螺旋管21内径相差不超过2mm，螺旋叶片24的螺距均为80mm。本领域技术人员可根据实际需求选择相应的元件尺寸。

给料系统1出口连通进料区211顶部用于输入物料。如图1、图2所示，给料系统1包括内径上大下小的倒三角的料斗11，料斗11内部水平设置有搅拌器12，搅拌器12由搅拌轴、多根均布在搅拌轴上的搅拌桨叶及驱动装置构成。作为一种较佳的实施方式，搅拌器12可设置为与旋转轴22平行，搅拌桨叶可设置为七根，交替布置在搅拌轴上；搅拌器12可与旋转轴22联动，由螺旋驱动单元提供动力。本领域技术人员可根据实际需求选择其他的布置方式。

水蒸气导向系统4连接在干燥区213顶部用于排出干燥区213内物料产生的水蒸气。如图1、图2所示，水蒸气导向系统4包括箱体41、透气隔板42和水蒸气导向管43；透气隔板42设置在箱体41下部，分隔箱体41与干燥区213，干燥区213的水蒸气可通过透气隔板42进入箱体41内；水蒸气导向管43设置于箱体41顶部靠近出料区215一端，用于将箱体41内的水蒸气排出，水蒸气可通过负压风机引导快速穿过透气隔板42，进而经水蒸气导向管43排出至净化装置。

若干微波加热系统3沿螺旋管21轴向排列设置于干燥区213侧部，用于向干燥区213内的物料发射微波；如图1、图2所示，干燥区213两侧，每一侧均水平等距布置六套微波加热系统3，本领域技术人员可根据实际需求选择微波加热系统3布置数量；作为较佳的实施方式，设置微波强度将干燥区213温度保持在100~200°C。

作为微波加热系统3一种较佳的实施方式设置，如图4至图8所示，微波加热系统3包括微波发生器31、微波导向管32、法兰连接管33、厚陶瓷片34、密封圈35和沉孔法兰36，其中：微波发生器31用于生成微波；微波导向管32一端连接微波发生器31，另一端连接法兰连接管33；法兰连接管33依次通过厚陶瓷片34和密封圈35与沉孔法兰36一端连接，沉孔法兰36的另一端连通干燥区213。

作为微波发生器31一种较佳实施方式，如图9所示，微波发生器31由磁控管构成，主要包括电源311、微波管312、磁铁313和微波输出器314。

出料区215设置有出口，可以与反应器5直连，用于将物料输出至反应器5进行后续反应；反应器5可以是热解、燃烧、催化等反应器。

以下详细说明上述干燥进料装置的运行过程：

首先启动螺旋驱动单元，通常为电机，带动旋转轴旋转；旋转轴带动螺旋叶片和搅拌器一起旋转，同时启动微波发生器；生活垃圾物料送入给料系统，在搅拌器的辅助下均匀从进料区进入螺旋管和螺旋叶片的间隙中；受到推料叶片的推动作用，物料逐渐前进，依次通过密封叶片和恒压叶片，进入干燥区；在微波加热系统持续的微波加热以及恒压叶片的翻动下，生活垃圾急剧升温，含水率从55%迅速降低至10%，并使物料自身膨胀疏松，干燥区域温度维持在200°C；产生的水蒸气在负压风机的引导和自身的膨胀作用下，快速穿过透气隔板，从水蒸气导向系统中排出，降低螺旋管内的压力；水蒸气所裹挟的有害物质，在净化系统中被进一步催化分解后排空；而无法穿过透气隔板的脱水生活垃圾物料，在推料叶片的推动作用下从出料区排出，进入反应室，发生后续的反应。

本发明以上实施例提供的干燥进料装置，其具有干燥速率快、加热范围集中、加热均匀、快速启停、易于控制、空间利用率高、节能高效、抗压性强、原料和反应器适应性强等特点，可实现有机固废原料快速、高效、安全地脱水。

在以上本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“轴向”、“水平”、“横向”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量在本发明的描述中；术语“若干”、“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

对于上述的本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识未作过多描述；各实施例采用递进的方式描述，各实施例中所涉及到的技术特征在彼此之间不构成冲突的前提下可以相互组合。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种干燥进料装置，包括给料系统（1）、螺旋送料系统（2）和微波加热系统（3），其特征在于，还包括水蒸气导向系统（4），其中：

所述螺旋送料系统（2）包括螺旋管（21）、旋转轴（22）、螺旋驱动单元（23）和螺旋叶片（24），所述螺旋管（21）为横向设置的空心圆管；所述螺旋管（21）自一端向另一端分为依次连通的进料区（211）、第一密封区（212）、干燥区（213）、第二密封区（214）和出料区（215）；所述螺旋管（21）内同轴布置有从所述进料区（211）贯通至所述出料区（215）的所述旋转轴（22）；所述旋转轴（22）由所述螺旋驱动单元（23）驱动，以所述旋转轴（22）为轴固定设置有连续的所述螺旋叶片（24）；所述螺旋叶片（24）在所述进料区（211）和所述出料区（215）内的部分设置为用于推动物料的推料叶片（241），在所述第一密封区（212）和所述第二密封区（214）内的部分设置为用于保持密封的密封叶片（242），在所述干燥区（213）的部分设置为用于搅拌物料的恒压叶片（243）；所述密封叶片（242）边缘设置有与所述螺旋管（21）内壁贴合的密封片（2421）；所述恒压叶片（243）上开有作为水蒸气通道的恒压孔（2431）；所述第一密封区（212）和/或所述第二密封区（214）的长度不小于所述密封叶片（242）的螺距；

所述给料系统（1）出口连通所述进料区（211）顶部用于输入物料；

所述水蒸气导向系统（4）连接在所述干燥区（213）顶部用于排出所述干燥区（213）内的物料产生的水蒸气；所述水蒸气导向系统（4）包括箱体（41）、透气隔板（42）和水蒸气导向管（43）；所述透气隔板（42）设置在所述箱体（41）内，分隔所述箱体（41）内部空腔与所述干燥区（213），可阻挡所述干燥区（213）内的物料并可供水蒸气通过；所述水蒸气导向管（43）设置于所述箱体（41）顶部靠近所述出料区（215）一端，用于将所述箱体（41）内的水蒸气排出；

若干所述微波加热系统（3）沿所述螺旋管（21）轴向排列设置于所述干燥区（213）侧部，用于向所述干燥区（213）内的物料发射微波；

所述出料区（215）设置有出口，用于将物料输出至反应器进行后续反应。

2.根据权利要求1所述的干燥进料装置，其特征在于，所述干燥区（213）温度设置为100~200°C。

3.根据权利要求1所述的干燥进料装置，其特征在于，所述螺旋叶片（24）外径与所述螺旋管（21）的内径相差不超过2mm。

4.根据权利要求1至3任一项所述的干燥进料装置，其特征在于，所述微波加热系统（3）包括微波发生器（31）、微波导向管（32）、法兰连接管（33）、厚陶瓷片（34）、密封圈（35）和沉孔法兰（36），其中：

所述微波发生器（31）用于生成微波；所述微波导向管（32）一端连接所述微波发生器（31），另一端连接所述法兰连接管（33）；所述法兰连接管（33）依次通过所述厚陶瓷片（34）和所述密封圈（35）与所述沉孔法兰（36）一端连接，所述沉孔法兰（36）的另一端连通所述干燥区（213）。

5.根据权利要求1至3任一项所述的干燥进料装置，其特征在于，所述给料系统（1）包括内径上大下小的料斗（11），所述料斗（11）内部水平设置有搅拌器（12），所述搅拌器（12）由搅拌轴、多根均布在搅拌轴上的搅拌桨叶及驱动装置构成。