一种空心桨叶污泥干燥装置和方法

申请人： 山东达源环保工程有限公司

技术领域
[0001] 本发明属于污泥干燥技术领域，具体涉及一种空心桨叶污泥干燥装置和方法。
背景技术
[0002] 公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003] 污泥作为污水处理厂污水处理后的附属产品，因富含有机腐质、细菌菌体、寄生虫卵和重金属等有害物质，如果不经过无害化处理，是污水处理过程形成的最主要的二次污染源，对环境污染较大。
[0004] 传统的污泥处理方法有稳定填埋、堆肥、填海和焚烧等。污泥焚烧是最彻底的污泥处理方法，污泥焚烧可以大大减少污泥的体积和重量，因而最终需要处理的物质很少，不存在重金属离子的问题。由于污泥中含有较多的水分，在焚烧前需要进行污泥的干燥。现有的污泥干燥装置，在干燥过程中，污泥中的水分成为水蒸气带走了加热干化及焚烧过程中的大部分能量。所以污泥处理和焚烧过程的需要大量的能量，处理的成本较高。
发明内容
[0005] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种空心桨叶污泥干燥装置和方法。
[0006] 为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：第一方面，一种空心桨叶污泥干燥装置，包括干燥箱，干燥箱内包括上层干燥箱和下层干燥箱，上层干燥箱横向分隔为第一污泥干燥箱和煤粉干燥箱，下层干燥箱分为换热箱和第二污泥干燥箱，换热箱位于第一污泥干燥箱的下方，第二污泥干燥箱分别与第一污泥干燥箱和煤粉干燥箱相对；
第二污泥干燥箱内设置加热管，第一污泥干燥箱内设置浆叶搅拌轴，煤粉干燥箱内设置换热管，第一污泥干燥箱的顶部设置开口与换热管的进口相通；
换热管的排出口与换热箱连接，换热箱的热风出口与加热管连通；
第一污泥干燥箱的底部设置出料口，出料口与第二污泥干燥箱连通；
煤粉干燥箱的上部设置气箱，下部设置煤粉换热箱。
[0007] 本发明涉及一种空心浆叶污泥干燥装置，污泥通过污泥干燥箱进行干燥后，与煤粉混合，由于污泥干燥的过程中，污泥中的水分蒸发为水蒸气，所以水蒸气以汽化潜热的形式带走了加热干化过程中的大部分能量，之后水蒸气进入到煤粉干燥箱，煤粉被水蒸气加热，利用水蒸气的热量加热煤粉。
[0008] 煤粉干燥箱的换热管排出的气体进入换热箱进行冷凝然后加热，之后进入第二污泥干燥箱中的加热管中，通过加热管对污泥进行再次加热。进行第二次干燥，然后再排出。
[0009] 由于煤粉和污泥后期混合后进行焚烧，煤粉温度升高后与污泥混合，煤粉使污泥的温度升高，相当于提高了污泥的温度，这样有利于污泥及时的散发出水蒸气，污泥在污泥干燥箱中，接触浆叶搅拌轴使污泥的温度升高，在散发出水蒸气的过程中温度降低，到污泥出口时，污泥中的水蒸气只散发出去一小部分，因为污泥的热量因为水变为水蒸气吸收了，所以温度降低。而污泥与煤粉的混合，又将汽化潜热利用回来，升高了污泥的温度，所以污泥的温度又会升高一些，这样污泥的水分会降低一些，提高干燥效果。
[0010] 当污泥进入下一步焚烧时，污泥具有较高的温度，有利于后续污泥中水分进一步蒸发，并且，与煤粉混合，煤粉的热值较高，煤粉燃烧的热量可以促进污泥中的水分的蒸发，可以使污泥在短时间内完成焚烧，提高污泥的焚烧率，降低能耗。
[0011] 第二方面，利用上述的空心桨叶污泥干燥装置进行干燥污泥的方法，具体步骤为：污泥通过进料箱顶部的进料口进入到进料箱的内部，然后通过螺旋输送机输送到进料箱的污泥出口，通过污泥出口进入到第一污泥干燥箱，在进料箱中物料与热介质通道中的热介质进行间接换热，热介质通道的热介质进入到气箱中；
污泥在第一污泥干燥箱中，与浆叶搅拌轴进行接触换热，污泥被加热后，蒸发出蒸汽进入到气箱中，然后污泥通过第一污泥干燥箱底部一侧的出料口落入到排料通道；
在排料通道内的污泥通过排料口进入到第二污泥干燥箱，污泥与加热管进行换热后落到输送带上，然后被输送到晾干室；
在晾干室内，污泥蒸出的蒸汽进入到气箱；
煤粉干燥箱内，煤粉与换热管进行换热后排出，换热管内的热介质进入到换热箱。
[0012] 本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：污泥干燥装置通过设置煤粉干燥箱，将污泥干燥吸走的热量，进行充分的再利用，煤粉与污泥混合后，提高污泥的温度，避免加热干化过程中热量的流失，污泥温度升高后，进行焚烧，提高燃烧效果，并且有助于降低能耗；
通过设置第二污泥干燥箱，使污泥进行二次干燥，降低了去焚烧污泥的含水率，有利于降低污泥的燃烧时间和焚烧温度，降低能耗，并且，有利于迅速使污泥中的成分进行燃烧，提高燃烧效率。
[0013] 热载气通过换热箱进行换热后，再次作为热载气，可以实现热载气的循环利用。
附图说明
[0014] 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0015] 图1为实施例的空心浆叶污泥干燥装置的整体结构图；图2为实施例的空心浆叶污泥干燥装置的侧面剖视图；
图3为实施例的浆叶搅拌轴的结构图；
图4为实施例的第二干燥箱顶部的部分结构图；
图5为实施例的浆叶搅拌轴的局部结构图；
图6为实施例的进料箱的局部俯视结构图；
其中，1、第一污泥干燥箱，2、煤粉干燥箱，3、浆叶搅拌轴，4、第一热介质输入通道，5、第一凸起，6、第二热介质输出通道，7、换热管，8、加热管，9、煤粉进管，10、球壳，11、第二污泥干燥箱，12、浆叶，13、内旋转轴，14、外旋转壳，15、螺旋进料机，16、热介质通道，17、物料通道，18、排料通道，19、分配箱，20、冷凝器，21、气罐，22、加热器，23、输送带，24、排料口，25、第二凸起，26、气箱，27、挥发气通道。
具体实施方式
[0016] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0017] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0018] 如图1所示，空心桨叶污泥干燥装置，包括干燥箱，干燥箱内包括上层干燥箱和下层干燥箱，上层干燥箱横向分隔为第一污泥干燥箱和煤粉干燥箱，下层干燥箱分为换热箱和第二污泥干燥箱，换热箱位于第一污泥干燥箱的下方，第二污泥干燥箱分别与第一污泥干燥箱和煤粉干燥箱相对；第二污泥干燥箱内设置加热管，第一污泥干燥箱内设置浆叶搅拌轴，煤粉干燥箱内设置换热管，第一污泥干燥箱的顶部设置开口与换热管的进口相通；
换热管的排出口与换热箱连接，换热箱的热风出口与加热管连通；
第一污泥干燥箱的底部设置出料口，出料口与第二污泥干燥箱连通。
[0019] 煤粉与污泥混合，因为污泥干燥后需要进行燃烧，而污泥由于热值较低，通过掺杂一些煤粉可以提高热值。利用煤粉提高污泥的热值，煤粉充分燃烧产生较大的热量，提供污泥焚烧时的水分蒸发的热量，使污泥焚烧的速度更快，焚烧的更充分，能耗更低。
[0020] 由于第二污泥干燥箱位于出料口的下方，污泥通过出料口在重力的作用下进入到第二污泥干燥箱，并与加热管接触后进行第二次加热。然后污泥再通过第二污泥干燥箱排出，排出的污泥含水率降低。
[0021] 煤粉干燥箱换热后的热载气进入到换热箱再进行换热后，进入加热管。
[0022] 实现了污泥的二次干燥和污泥蒸发出的蒸汽的再利用。降低污泥的含水率和降低能耗。
[0023] 在本发明的一些实施方式中，浆叶搅拌轴包括搅拌轴和浆叶，搅拌轴为柱体结构，搅拌轴包括内旋转轴和外旋转壳，外旋转壳套在内旋转轴的外侧，外旋转壳为圆柱壳体结构，浆叶设置在外旋转壳的外侧壁上，内旋转轴和外旋转壳之间设置第一热介质通道和第二热介质通道，第一热介质通道和第二热介质通道之间设置隔板，并且第一热介质通道和第二热介质通道一端相通，内旋转轴和外旋转壳通过隔板连接。
[0024] 在本发明的一些实施方式中，第一热介质通道位于与浆叶的相接的区域，热介质通道沿着轴向设置。
[0025] 在本发明的一些实施方式中，浆叶的内部为空心的壳体结构，第一热介质通道与浆叶相通，搅拌轴上设置若干第一凸起，分别与若干浆叶相对应，第一凸起延伸至浆叶的内部，第一凸起与浆叶的侧壁和顶部之间设置空隙。
[0026] 在本发明的一些实施方式中，浆叶搅拌轴上的浆叶的高度为20cm-30cm。
[0027] 在本发明的一些实施方式中，浆叶内部的第一凸起与浆叶的顶部之间的距离为10-25cm。
[0028] 在本发明的一些实施方式中，第二热介质通道位于浆叶之间的区域，浆叶之间的区域为沿着径向相对的两个浆叶之间的位置，第二热介质通道沿着轴向设置。
[0029] 在本发明的一些实施方式中，第一污泥干燥箱和第二污泥干燥箱之间设置排料通道，排料通道的底部设置若干方形排料口，排料口与第二污泥干燥箱连通，排料通道的底部设置热载气层，热载气层具有空腔结构，排料口与热载气层之间密封设置。
[0030] 在本发明的一些实施方式中，第二污泥干燥箱设置晾干室和加热室，晾干室位于煤粉干燥箱的下方，加热室位于第一污泥干燥箱的下方，加热室为空腔结构。
[0031] 在本发明的一些实施方式中，晾干室的上方设置挥发气通道，挥发气通道的顶部与气箱连通。
[0032] 在本发明的一些实施方式中，加热管位于加热室，加热管与热载气层连通，加热管为弯折管，弯折管具有横向上形成弯折的结构，分为第一弯折部和第二弯折部，第一弯折部的加热管形成由下至上的阶梯状结构，第二弯折部的底部形成向晾干室弯折的结构，第一弯折部的阶梯状夹角的位置设置气孔。
[0033] 在本发明的一些实施方式中，换热箱与第一污泥干燥箱之间设置分配箱，换热箱内设置依次连接的冷凝器、气罐、加热器，冷凝器与热载气总管连通。换热箱通过热载气总管与换热管的底部连通，加热器与分配箱连通，分配箱与排料通道的热载气层连通。
[0034] 在本发明的一些实施方式中，第一污泥干燥箱的底部设置第二凸起，凸起具有空腔结构，第二凸起与浆叶搅拌轴的方向一致，第二凸起的顶部延伸到两个搅拌浆叶的底部之间，第二凸起的顶面具有圆弧面，第二凸起的侧面为向内凹进的弧面，分配箱的顶部第一污泥干燥箱底部的凸起相通，第二凸起的侧壁靠近顶部的位置设置透气孔。
[0035] 在本发明的一些实施方式中，第一污泥干燥箱的顶部设置进料箱，进料箱位于煤粉干燥箱的一侧，进料箱的顶部设置进料口，底部设置污泥出口，污泥出口与第一干燥箱连通进料口和污泥出口分别位于进料箱的两端，污泥出口位于远离煤粉干燥箱的一侧，气箱的底部一侧设置开口与第一污泥干燥箱连通，进料箱内设置螺旋输送机。
[0036] 在本发明的一些实施方式中，进料箱中设置两个热介质通道和物料通道，两个热介质通道相对于物料通道封闭隔离设置，物料通道位于两个热介质通道之间的位置，热介质通道的出口与气箱连通。
[0037] 在本发明的一些实施方式中，煤粉换热箱中的若干换热管纵向设置，换热管的顶部与气箱连通，换热管的底部穿过第二污泥干燥箱的晾干室与热载气总管连通；煤粉干燥箱设置煤粉进管，煤粉进管穿过气箱与煤粉换热箱之间连通。
[0038] 在本发明的一些实施方式中，换热管的中部上设置若干球壳，球壳与换热管相通，位于顶部的相邻的两个球壳之间相互连通。
[0039] 在本发明的一些实施方式中，污泥干燥箱内设置2个或四个浆叶搅拌轴，相邻的浆叶搅拌轴之间的浆叶相互交叉设置。
[0040] 如图1、图2和图3所示的浆叶搅拌轴部分：内旋转轴和外旋转壳之间设置第一热介质通道4和第二热介质通道6，第一热介质通道
4和第二热介质通道6之间设置隔板，内旋转轴13和外旋转壳14通过隔板连接。内旋转轴通过隔板带动外旋转壳转动，第一热介质通道4和第二热介质通道6分别用于输入和输出热介质，热介质输入第一热介质通道4后，第一热介质通道4和第二热介质通道6一端相通，从第二热介质通道6返回。热介质可以通过热介质加热器提供，返回的热介质与输入的热介质隔离，并返回到热介质加热器，进行再次加热，整个过程中热介质并没有接触污泥。
[0041] 沿着第一热介质通道4输入气体热介质，由于第一热介质通道4与桨叶12相通，热介质沿着第一热介质通道4进入各个桨叶12中。
[0042] 浆叶12的内部设置第一凸起5，可以阻挡气态热介质，提高气态热介质通过浆叶12进行散热的效率。气态热介质遇到第一凸起5向上运动，然后再向下运动，气态介质爬坡的过程中，加强了与浆叶顶部和侧壁之间的分子碰撞，在碰撞的过程中，提高了换热效果，气态分子在不断的上下反复运动过程中，内能不断减少，动能不断变小，温度不断降低。
[0043] 本发明的浆叶的高度小于现有的浆叶搅拌轴3的高度，因为本申请主要是为了能够提高换热效果。如果浆叶的高度太大，将会造成内空，热介质在空腔中积累，与浆叶侧壁（包括顶部和侧面的侧壁）的碰撞较少，不利于与浆叶侧壁的换热。
[0044] 浆叶12内部的第一凸起与浆叶12的顶部之间设置空隙，并且距离相当于大于等于一半的浆叶的高度，可以更好的方便热介质通过。特别是气态的热介质，如果第一凸起5的高度较大，与浆叶顶部之间的距离较短，则不利于气态热介质顺利通过，如果第一凸起5的设置高度较小，则不利于热介质充分的进行散热。
[0045] 第一凸起5的高度相当于一个势垒，如果势垒的高度太大，将会造成气态介质分子无法跃迁或跃迁后，能量消耗较大，也不利于与浆叶侧壁的换热。
[0046] 煤粉干燥箱2的上部设置气箱，下部设置煤粉换热箱。
[0047] 如图1和图4所示，第二污泥干燥箱部分：第一污泥干燥箱1和第二污泥干燥箱11之间设置排料通道18，当污泥从污泥进口进入后，经过浆叶搅拌轴3从一端移动到另一端，然后从出料口排出。这里我们知道污泥进口和出料口分别位于第一污泥干燥箱1的两端。污泥经过第一污泥干燥箱1的过程中进行干燥，受热干燥后产生的水蒸气向上到污泥干燥箱的上方空间，进入到煤粉干燥箱。
[0048] 然后物料通过出料口排到排料通道18。
[0049] 由于排料通道18的底部设置热载气层，并且热载气层与排料口24之间密封设置，所以物料和热载气之间互不影响。
[0050] 热载气层与加热管连通，热载气进入加热管8，通过加热管8的气孔进入到污泥中。
[0051] 加热管的第一弯折部设置为阶梯状结构的原因为，避免污泥影响气孔的出气，污泥向下落的过程中，将气体裹在污泥中，气体可以更好的加热污泥，然后污泥落到输送带上，被输送到晾干室，由于污泥受热后水蒸气并不会一下子排出，所以在晾干室，使污泥中的水分进一步蒸出，经过一段时间后从第二污泥干燥箱排出。
[0052] 若干加热管8竖着设置，每个排料口24对应的下方设置两个加热管8，两个加热管8可以夹住部分污泥，使污泥顺着两个加热管8之间的部分落下，由于重力，污泥落下比较顺利，气体从阶梯状结构中冒出，上方落下来的污泥不断将气体裹住，经过第二弯折部，压缩污泥，使污泥和气体暂时不分离，然后在输送带23输送和晾干室停留的过程中会进一步蒸发。
[0053] 如图1所示的换热箱部分：换热箱部分设置依次连接的冷凝器20、气罐21、加热器22，使污泥中蒸发的水蒸气冷凝下来，然后在加热之后继续作为热载气。气罐21可以暂时存储一部分气体。并且换热箱中设置气体输送泵，热载气总管上也设置气泵，起到输送气体动力的作用。
[0054] 分配箱19可以将热载气分别分配到加热管和第一污泥干燥箱1的第一凸起5中。
[0055] 如图1和图5所示，第一污泥干燥箱1的第二凸起25部分：由于第一污泥干燥箱1的两个搅拌浆叶12之间的底部容易堵住污泥或者说，这个地方的污泥较为容易停留，降低干燥效果。
[0056] 第二凸起25设置为顶部为弧形，侧面为弧形的形状，可以使浆叶上落下的污泥被凸起挡住流至第二凸起25两侧。并且第二凸起25的侧部夹角的位置排出的气泡，可以和污泥混合，提高加热效果，并且，可以吹动一部分污泥，避免污泥堵塞，增加污泥的流动性。
[0057] 如图1和图6所示的第一污泥干燥箱1的顶部的进料箱部分：进料箱用于进料，物料从进料箱的一端通过螺旋进料机15流至另一端，两个热介质通道16分别位于物料通道17的两侧，热介质通道16和物料通道17沿着浆叶搅拌轴3的方向设置。
[0058] 浆叶搅拌轴3一端的热介质进入的位置可以设置分管与进料箱的热介质通道16连通，这样可以实现物料的预加热。
[0059] 热介质通道16从一端进气从另一端排气，并且排气进入气箱26，然后进入煤粉干燥箱2的换热管7内部。
[0060] 浆叶搅拌轴3的热介质温度较高，预加热污泥后，与气箱26中的气体混合，提高气箱26中气体的温度的作用，带动气箱26中的气体在煤粉干燥箱2中的换热管中的流动。
[0061] 晾干室污泥挥发的气体通过挥发气通道27进入到气箱26。
[0062] 如图1所示的煤粉换热箱部分：煤粉换热箱的若干换热管纵向设置，气体从上向下流动，经过球壳10后，进行短暂的停留然后继续向下流动，设置球壳10有助于提高换热效果。
[0063] 煤粉通过煤粉进管9进入到煤粉换热箱的壳层内，与换热管7进行换热，最后由煤粉换热箱底部一侧的煤粉出口排出。
[0064] 实施例1污泥（含水率为80%）通过进料箱顶部的进料口进入到进料箱的内部，然后通过螺旋输送机输送到进料箱的污泥出口，通过污泥出口进入到第一污泥干燥箱，在进料箱中物料与热介质通道中的热介质进行间接换热，热介质通道的热介质进入到气箱中；
污泥在第一污泥干燥箱中，与浆叶搅拌轴进行接触换热，污泥被加热后，蒸发出蒸汽进入到气箱中，然后污泥通过第一污泥干燥箱底部一侧的出料口落入到排料通道；
在排料通道内的污泥通过排料口进入到第二污泥干燥箱，污泥与加热管进行换热后落到输送带上，然后被输送到晾干室；
在晾干室内，污泥蒸出的蒸汽进入到气箱；
煤粉干燥箱内，煤粉与换热管进行换热后排出，换热管内的热介质进入到换热箱。
[0065] 热介质进入到换热箱中的冷凝器被冷凝，使热介质中的水冷凝下来，然后进入加热器进行加热，加热后进入到分配箱，分配箱的热介质分别进入到第一污泥干燥箱中的第一凸起和第二污泥干燥箱内的加热管中，热介质进入到污泥中，加热污泥，在第一干燥箱中，热介质随着污泥的蒸汽进入到气箱。
[0066] 晾干室出口的污泥的含水率为45%。
[0067] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。