一种节能流化床和无粉化成品干燥系统

 
摘要：一种节能流化床系统，涉及流化床干燥节能技术和成品无粉尘化技术领域，流化床主体内设置有恒速段干燥区和降速段干燥区，流化床主体上设置有进风口、高湿排风口、低湿排风口，其特征在于：恒速段干燥区对应的进风口连接有恒速段进风系统，降速段干燥区对应的进风口对应连接有降速段进风系统，高湿排风口连接有与新风换热的出风换热系统，出风换热系统换热新风的出口与恒速段进风系统或/和降速段进风系统连接，低湿排风口的出口与恒速段进风系统或/和降速段进风系统连接。本系统能降低流化床尾气排空量，可尽量利用流化床排风的排空热量，出口物料无粉尘飞扬，达到排空尾气环保性提高、生产线能耗降低、出口物料无粉、物料收率提高、运行稳定安全的效果、投资性价比高、维护和运行费用低的效果。
关键词：干燥设备¹；热能利用²；流化床³
中图分类号: TU522.063          文献标志码：A       文章编号：
  Abstract：The utility model relates to an energy-saving fluidized bed system, which relates to the technical field of fluidized bed drying energy saving technology and finished products without dust. The fluidized bed main body is provided with a constant speed drying area and a speed reduction drying area. The main body of the fluidized bed is provided with an air inlet, a high humidity exhaust outlet and a low humidity exhaust outlet. Constant rate period of drying area corresponds to the period of ventilation system, air inlet connection has permanently speed slow down period of dry area corresponding to the air inlet corresponds to the connection with slow down period of intake system, high humidity air outlet connection with fresh air in hot air heat exchange system, fresh air to air heat exchange system heat transfer of exporting and constant speed into the wind system and/or slow down period of intake system, The outlet of the low wet exhaust outlet is connected with the air intake system in the constant speed section or/and the air intake system in the decreasing speed section. This system can reduce the amount of fluidized bed tail gas emptying, can make the most of fluidized bed heat exhaust of emptying, export material no dust float in the sky, to improve emptying exhaust environmental protection, production line to reduce energy consumption, export materials without powder, the effect of material yield and improve the operation safety, low investment and high cost performance, maintenance and operation cost.
 
Keywords：Drying equipment; Heat energy utilization；Fluidized bed。

      1、流化床干燥技术和排空热量损失     
        新风处理得到洁净空气，经热交换器后温度上升，得到热工艺风，也可通过除湿得到干燥冷工艺风，新风也可不处理直接作为热工艺风或冷工艺风，进入流化床进风室，经过分风网板后在流化床层内进行热质交换；原湿物料进入流化床内，物料在热或冷工艺风作用下，在分风网板上形成流态化，工艺风与物料充分接触，提高了热质交换效率，促使物料中的水份蒸发分离或稳定冷却；物料粒子从进口到出口形成一定的梯度，经过不同流化床形式，可实现连续干燥或批次式使用；工艺风和物料热质交换后从流化床出来、经过除尘系统，可直接排空形成开路循环系统，可通过闭路循环装置接到进口、形成闭路循环系统，除尘系统包括不限于旋风分离器、布袋除尘器、静电除尘器、粉尘下料阀、调节门、温湿度压力等测量、尾气处理（包括不限于喷淋塔、除味装置），流化床包括现有振动流化床、沸腾流化床、内热流化床、脉动流化床、喷动流化床等各种公开的形式，设备组成根据具体需要而不同。
        根据物料具体干燥特性，流化床从进口到出口，在不同位置所需工艺风温湿度不同，物料含水率会逐渐降低，物料温度通常是从低到高再低，实现经济能耗和优异产品，可选配专门的控制系统、内换热系统、进风系统、工艺配方，达到技术与设备的优良结合，内换热器的节能效果比较好、也有煅烧的效果，可实现诸如以下工艺：固体物料及吸潮性大物料连续干燥、冷却的工艺，粉态原料连续制得颗粒、烘干的工艺，结晶性湿物料的连续干燥、煅烧、冷却工艺，液态原料连续制得雪花状到实心状颗粒的工艺。
      连续生产的特点：因为是连续性生产，产品工艺重复性好，生产效率高；适用于连续烘干、制粒时使用，最终产品可以无尘，性能很好；对于不希望中间过程人工的参与及防止污染的产生，连续式是较好的选择；能耗低；结构紧凑；因为料层温度可以低，安全标准高，同时适用于热敏性物料的处理；运行可靠；蒸发强度大，体积为喷雾干燥塔的1/15～1/30；适用于粘性物料、强吸潮性物料的连续干燥和制粒；特别在产量比较大时，与批次式设备相比，具有能耗、质量的明显优点。
        湿物料在热风干燥过程中，主要有恒速干燥阶段和降速干燥阶段，在恒速干燥阶段，从流化床出来的空气，单位干燥用空气带走的水比较多、湿度比较大，经气固分离后，热量难以直接回用，可直接排空；在降速干燥阶段，从流化床出来的空气，单位干燥用空气带走的水份从高到低，直到零达到平衡段、湿度比较小，经气固分离后，如直接排空，所含的热量就全部损失，排空尾气需要经环保处理，增加了环保压力，传统流化床的恒速段和降速段前段的高湿排风和降速段后段的低湿排风，通常是混合在一起，导致排风所含热量难以利用。

        2、流化床干燥现有技术的其余不足
        2.1收率减少和能耗增加
        传统的流化床干燥排出气体经除尘系统分离后，得到的固体粒径较小，不符合成品粒径范围，通常需要加液体回溶、重结晶处理，而重结晶直接会有重结晶损失量，同时所加液体需重复干燥，导致整体能耗增加；传统除尘系统中的旋风分离器所收集的物料中，因还是含有部份成品粒径范围物料和含水份超标，通常需返回到流化床体内，导致旋风分离器内物料多次反复磨损，增加了流化床中的细粉量，再次加重了上述收率减少和能耗增加的缺点。
2.2湿料结团，烘干不均
        流化床干燥现有技术中，湿原料上道工艺可以是离心机、压滤机、浓缩蒸发器等方式得到的松散或团块形湿料，对湿原料进行流化床烘干作业时，采用传统流化床经常出现的缺点有：湿料进入流化床后，因为来不及烘干、分散，造成在床内结团、粘糊分风网板和壳壁造成破坏流化的现象和死床，特别是分风网板随着连续生产时间延长，存在网板堵塞、无法再生产，甚至容易出现起火、爆炸重大事故。
2.3排风系统加干燥器或换热器，代价和运行费用高
        专利文献ZL200720077144.2《一种节能流化床》，采用在排风系统设置了干燥器，在干燥器中设置可更换的干燥剂方式，以利用排空尾气的热能，但缺点是干燥剂难以选择、代价高、更换不方便，并且干燥剂并不足以吸收排风尾气中的水份、吸收从开始随时间延长、吸收能力越来越小，导致生产条件难以控制、流化床干燥能力越来越小。
        专利文献ZL201720223838.6《一种制粒干燥节能系统》，在进口工艺风系统和排风系统中设置有热管换热装置，采用尾气的热能对进口工艺风进行加热，缺点是需要设置两组热管换热装置，导致投资翻了一倍、换热效率降了一倍、风系统阻力增加了一倍，而风系统阻力的增加、直接决定了系统风机功率的增加，并且因排风系统中有微粉、导致无法采用翅片式换热器、又增加了排风系统间热管换热装置的尺寸和投资，用户在权衡投资性价比、维护费用、风机功率运行费用后，觉得不划算而放弃。
2.4尾气直接回流，干燥能力下降
        专利文献ZL201220224409.8《一种节能流化床》，采用把排空尾气通过回流管，直接回用一部份到工艺风进口的方式，缺点是排空尾气中含有大量水份，回到进口工艺风中，增加了进风湿度、降低了干燥能力，回用比例越大、对生产线干燥能力降低程度越大，甚至导致无法干燥。

        3.本技术的要点
        3. 1基本尾气排空热量利用方案
       一种节能流化床系统，包括流化床主体，流化床主体内设置有恒速段干燥区和降速段干燥区，流化床主体上设置有进风口、高湿排风口、低湿排风口，其特征在于：恒速段干燥区对应的进风口连接有恒速段进风系统，降速段干燥区对应的进风口对应连接有降速段进风系统，高湿排风口连接有与新风换热的出风换热系统，出风换热系统换热新风的出口与恒速段进风系统或/和降速段进风系统连接，低湿排风口的出口与恒速段进风系统或/和降速段进风系统连接
       高湿排风口的排风通过出风换热系统后接到排空口，此时高湿高温排风经过换热实现降温、降湿的作用，并且有利于后续尾气的环保处理，新风与出风换热系统换热升温后输入流化床主体对物料进行干燥，通常高湿高温排风的所含热量可以利用20-50%，热量利用可观，低湿排风口的排风湿度低、温度高，因此直接输入流化床主体对物料进行干燥，热量利用近乎全利用，从而使流化床主体的排风热量最大程度得以利用，生产线能耗降低。
       作为优选方案，低湿排风口的出口与恒速段进风系统连接，出风换热系统换热新风的出口与降速段进风系统连接。低湿排风口还是含有一定量的水，对降速干燥阶段有影响，可直接回到恒速干燥阶段利用，在降速干燥阶段，需要进风口工艺风的含水量越低越好，采用高湿排风口的出风换热系统换热新风，可起到更好的干燥效果。
       流化床主体内的上部为分离室，分离室内设置有分离室隔板，通过分离室隔板将分离室分隔为两个腔体，高湿排风口与靠近进料口一侧的腔体连接，低湿排风口与另一侧腔体连通。
       通过分离室隔板可以更好的将高湿排风口的排风、低湿排风口的排风隔离开来，防止混乱，更佳的方式是分离室隔板设置成活动调节型式，实现高湿排风口、低湿排风口排风比例的可调节。
       在实际工作过程中，高湿排风口的换热新风量和低湿排风口的排风量不一定等同于相应进风口的风量，在相应进风口可设置进风旁通，以调节补足风量。
3. 2成品的均匀化和安全运行方案
       在流化床主体进口上方有混合制粒系统，包括有刀片式制粒机，刀片式制粒机包括制粒机壳体以及两台驱动电机，制粒机壳体内设置有两根刀片轴，每台驱动电机连接一根刀片轴、并且转速可调，刀片轴上安装有若干多叶型刀片。即此种刀片式制粒机，起到连续瞬间分散进口原料、将进口湿原料瞬间制成小颗粒的作用，防止进口原料中有大块物料或进入流化床本体中结块，降低湿物料在流化床内结团、降低流化床内粉尘的效果。
       两组制粒机刀片采用两台制粒机动力驱动，并且旋转速度分别可调，可形成两组刀片速度差异化，形成更好的制粒效果，有利于粉尘与湿原料的混合制粒、粉尘湿润后自身的湿法制粒。一方面可以提高湿料进入流化床的分散效果，降低结团可能性，另一方面起到把湿原料制成小颗粒的功能、防止小颗料团聚形成大团，以得到小颗粒的成品。
       为了成品的更加均匀化和输送，流化床主体的出料口设置有出口物料系统，出口物料系统包括有筛分器和破碎机，筛分器用于将流化床本体输出的物料筛分为大颗粒、中颗粒，大颗粒通过破碎机破碎后回到流化床本体内，中颗粒作为成品。
        为更均匀，筛分器还可另设置小颗粒出口，以将小颗粒和少量的粉尘一并返回流化床内。
         输送系统在传输过程中可加入润湿剂，进行混合或团聚制粒工作，也可单独将粉尘制粒后输送到流化床主体内。
         在流化床主体的流化室内分别设置有内换热器，可通入热源、冷源，并可以对通入的热源和冷源流量进行控制调节。
         在流化床主体的进料口下方设置通孔挡网形成干湿料混合料层，进料时物料先进入干湿料混合料层、再通过通孔挡网进入流化床主体的流化室。
         进入干湿料混合料区的湿物料首先被混合料层的物料分散、初步烘干，并且此区可采用相比较较高的热风温度，有时难免会产生一些大团块，造成流化不良，此时在流化床体内的进料口下方设干湿料混合料层，湿原料先进入干湿料混合料层、再通过通孔挡网进入到流化料层，所以就算有团块，因为通孔挡网的作用，干湿料混合料区的团块进入不了旁边的流化料区，防止粘附分风网板，特别是带内换热器的区域，达到避免卡住内换热器和粘附内换热器产生团块，导致的流化不良、物料摩擦、物料自己堆积升温、引发起火爆炸事故，混合料区内挡住的团块在工作过程中因为流化物料的作用、可以慢慢磨碎，磨碎不了的可以定期停机清理，从而保证生产时的稳定。
3. 3设备的环保性能提高方案
          为提高设备的环保性、同时实现对高湿排风口、低湿排风口的排风中物料进行收集和提高物料收率，流化床系统包括第一除尘系统、第二除尘系统以及输送系统，高湿排风口通过第一除尘系统连接出风换热系统，低湿排风口通过第二除尘系统连接恒速段进风系统或/和降速段进风系统，输送系统与第一除尘系统和第二除尘系统连接，输送系统用于将第一除尘系统和第二除尘系统收集的物料输出。
          第一除尘系统、第二除尘系统可以布置在流化床主体内、也可以布置在流化床主体外，均可以起到除尘的效果。
          为了便于第一除尘系统、第二除尘系统收集的物料成粒，流化床主体的进料口设置有混合制粒系统，输送系统的出料端与混合制粒系统的进料端连接，通过输送系统将第一除尘系统、第二除尘系统收集的物料收集的物料输送至混合制粒系统进行长大。
3. 4带冷却段流化床的尾气热能利用方案
        为降低物料的出料温度和物料的均质稳定化作用，流化床主体还设置有靠近出料口的冷却段流化区，冷却段流化区对应的进风口连接有冷却段进风系统。
        流化床主体由多台流化床相互连接组成。

        4.本技术方案的工作过程     
          流化床主体有恒速段进风、降速段进风、冷工艺进风三种工艺风，其中恒速段进风配置有热工艺风进风旁通，各工艺风经过进风室、分风网板进入流化室与物料进行热质交换，之后输入第二除尘系统以及与第一除尘系统进行除尘。
         为了更有利于粉尘输送系统的物料收集后成粒，设置混合制粒系统，湿原料通过混合制粒系统制粒后进入流化床本体的进料口，具体是通过湿物料分级设备对湿原料进行分级，大颗粒进入大湿颗粒处理设备进行处理，合格湿料与输送系统输送的干物料进入干湿料混合器混合，之后再进入刀片式制粒机制粒后输入流化床本体内，可以起到把湿原料瞬间打散和瞬间制粒的效果，物料在各工艺空气作用下形成流态化；
        工艺风和物料热质交换后从流化床出来，分别进入第一除尘系统、第二除尘系统，第二除尘系统除尘，第二除尘系统的排风口接到恒速段进风系统的进口，可降低近一半的排空尾气量，同时也把第二除尘系统所含热量全部得以利用，排空尾气环保性提高、生产线能耗降低，第一除尘系统排风可直接排空。
        第一除尘系统、第二除尘系统分离出的物料在输送系统的作用下输送至混合制粒系统进行长大后进入流化床主体，不需加水回溶，从而出口物料系统的物料无粉尘飞扬、物料收率提高，流化床主体内粉量降低、运行稳定安全。
        本流化床系统还配置有出口物料系统，流化床壳体的输出物料先通过输送机构将物料输送至筛分器，再通过筛分器处理得到大颗粒、中颗粒、小颗粒，大颗粒通过破碎后和小颗粒细粉由返料口输入流化床主体内，中颗粒作为成品，经成品输送机输送至成品仓，最终通过包装器包装。

        5、结论     
        本文结合流化床现有的干燥技术，提出了一种新型节能流化床系统，列举出本新型节能流化床的几个技术要点，并给出了具体实施方案，以上实施方案方式和布置方案中的术语，均为现有技术。目的能降低流化床尾气排空量，可尽量利用流化床排风的排空热量，出口物料无粉尘飞扬，达到排空尾气环保性提高、生产线能耗降低、出口物料无粉、物料收率提高、运行稳定安全的效果、投资性价比高、维护和运行费用低的效果。
 
参考文献：
[1]王喜忠、于才渊、周才君，喷雾干燥[M]，北京：化学工业出版社,2003.
[2]陈林书，生物行业热风干燥设备的尾气热能利用研究[A]，中国饲料添加剂,2020,1（213）:24-30.
[3]郭宜祜、王喜忠，流化床基本原理及其工业应用[M]，北京：化学工业出版社，1980