專利名稱：電場(chǎng)作用下的物料干燥方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于干燥技術(shù)，特別涉及一種電場(chǎng)作用下的物料干燥方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)各行各業(yè)均取得了前所未有的高速發(fā)展。在發(fā)展的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的有機(jī)廢棄污染物，如污水處理過程中產(chǎn)生的大量生物污泥，食品及制藥行業(yè)產(chǎn)生的廢渣等，由于這些物料含有糖類、蛋白質(zhì)、脂肪或各種微生物，長(zhǎng)久放置極易腐敗，產(chǎn)生臭氣，有時(shí)候還含有病原菌等有害微生物及重金屬等有毒物質(zhì)，隨意堆放必然會(huì)產(chǎn)生臭氣和污染地下水，造成嚴(yán)重的污染。在國(guó)外，這些廢棄物料主要是用來干燥生產(chǎn)有機(jī)肥料和焚燒。但如果物料的含水率較高時(shí)(如污泥壓濾后含水率仍然高達(dá)80％左右)，焚燒過程中耗費(fèi)的能源很大。我國(guó)目前主要是以簡(jiǎn)單堆放和填埋為主，污染十分嚴(yán)重，對(duì)其進(jìn)行無污染處理和處置已經(jīng)刻不容緩。
在這些廢棄物料的處理方面，除制造肥料與焚燒外，還有燃料利用等方式曾被嘗試，但無論填埋、焚燒、農(nóng)業(yè)利用，還是熱能利用，對(duì)其進(jìn)行熱干化是必須的步驟，熱干化技術(shù)就是利用熱能將物料烘干，它是前處理的主要技術(shù)。
熱干化技術(shù)促進(jìn)了污泥資源化、減量化與無害化的發(fā)展，但熱干化過程耗能很大，致使成本很高。人們?cè)噲D嘗試用間接干燥方式以回收廢蒸汽再利用，求得減少能源消耗，但這些有機(jī)物料在干燥過程中極易結(jié)塊，且粘附在加熱壁面上，不易清除，嚴(yán)重降低傳熱速率，加劇設(shè)備的磨損與能量消耗，對(duì)操作運(yùn)行造成嚴(yán)重阻礙。因此人們不得不普遍采用直接干燥方式，在高耗能狀態(tài)下運(yùn)行。在我國(guó)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)實(shí)力下，這樣的高處理成本難于承受，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單堆放，從而造成污染。因此解決粘壁問題是熱干化技術(shù)得以廣泛使用和推廣的一個(gè)關(guān)鍵課題。
目前，解決粘壁問題主要有兩種辦法(1)干料反混工藝西格斯(Seghers)的“珍珠工藝”濕污泥在進(jìn)料前先與一定比例的干物料混合，使混合物料的含水率降至30％～40％，直接越過膠粘水份段，大大減輕了物料在干燥器內(nèi)的粘結(jié)性，然后才進(jìn)入干燥器，產(chǎn)品為球狀顆粒，是結(jié)合干燥與造粒為一體的工藝。此工藝被廣泛應(yīng)用在直接與間接式污泥干燥工藝中，取得了一定效果，但大量返混增大了系統(tǒng)的體積，而且物料及加熱面需要較大的機(jī)械作用力才能運(yùn)行，增加了系統(tǒng)的動(dòng)力消耗和復(fù)雜性，難以徹底解決粘壁問題。
(2)間接回轉(zhuǎn)室(IRC系列)Fenton的專利仍采用濕物料直接進(jìn)料，但其重點(diǎn)解決了粘結(jié)的問題它采用雙螺旋推進(jìn)器，兩套螺旋之間互相清潔表面，并且采用不等螺距設(shè)計(jì)，盡量避免設(shè)備表面的粘結(jié)。實(shí)踐表明，此方法取得了一定的效果，并使整套干化系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量大為精簡(jiǎn)，但對(duì)于物料結(jié)塊、粘壁層增厚、壁面的薄層粘結(jié)等問題均未從根本上解決問題，傳熱速率仍然降低很多，并且系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加工與運(yùn)行操作難度較大，用于推進(jìn)的能量消耗較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種既不用干料反混工藝，也不用間接回轉(zhuǎn)室的方法，可以又快又方便的干燥方法及設(shè)備，可以從根本上解決粘壁問題，并有助于加強(qiáng)污泥的干燥。
本發(fā)明首先提出了一種在干燥過程中附加電場(chǎng)的干燥方法。
干燥加熱面與電源負(fù)輸出端連接形成陰極。通過將電源負(fù)輸出端與干燥加熱面連接，使干燥加熱面的電位發(fā)生變化，從而改變其表面特性，并利用電滲透作用使水分和物料發(fā)生運(yùn)動(dòng)，使粘壁現(xiàn)象得到緩解。同時(shí)，由于在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生H2小氣泡，可以剝離粘在壁面上的固體物。同時(shí)，物料中的水分子向陰極移動(dòng)，這樣加速了水分移動(dòng)，提高了加熱速度。另外，在電場(chǎng)作用下由于水分從固體顆粒表面脫離移動(dòng)，使含水物料的性狀發(fā)生改變，這種改變本身可能對(duì)物料的干燥特性產(chǎn)生改善性效果。
陽極是干燥設(shè)備的其它部件與電源的正極連接形成的，如其它加熱面或攪拌部分等。在加熱干燥過程中一般來說要有攪拌機(jī)構(gòu)。這種情況下，將加熱面接電源負(fù)輸出端作陰極，攪拌部分接正輸出端作陽極，使物料置于電場(chǎng)中。有些干燥器如夾板—通道式干燥器，在物料的兩側(cè)都是加熱面，這時(shí)可以在一側(cè)接陰極，一側(cè)接陽極，而陽極可能會(huì)結(jié)焦，通過交互使其陰陽極互換，可以剝離陽極部分形成的結(jié)焦。采用單側(cè)加熱方式也可以通過陰陽極互換的供電方式解決粘壁問題。這種電極的陰陽極交互變換可以通過電源的電路部分實(shí)現(xiàn)，操作方便。
在干燥過程中物料逐漸被干燥，水分減少，但由于水分蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣常常會(huì)通過干燥層，造成水蒸氣凝結(jié)而再次進(jìn)入被干燥的物料中。特別是在本方法中由于水分定向移動(dòng)，靠近陽極的物料水分首先降低，如果在陰極部分的水分蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入靠近陽極附近的干燥區(qū)，則水蒸氣有可能凝結(jié)形成新的水分，降低干燥速度和效率。此時(shí)，用微負(fù)壓操作使水蒸氣從陰極附近導(dǎo)出將有利于提高干燥速度和效率。其中，微負(fù)壓一般設(shè)置為10-100mmHg，一般通過連接抽氣裝置實(shí)現(xiàn)，如真空泵、引射器等。
本發(fā)明附加電場(chǎng)是由直流電源或脈沖式電源提供，其供給方式是連續(xù)方式或間歇方式。電源除直流供電方式外，也可以是脈沖式供電方式。在實(shí)際干燥過程中粘壁過程不會(huì)瞬間完成，所以防粘壁也可以在一定時(shí)間段施加作用即可實(shí)現(xiàn)，這樣有利于節(jié)能。間歇式通電方式中的脈沖方式比較理想。水分向陰極移動(dòng)，也是由于擴(kuò)散與電滲透兩方面的作用共同實(shí)現(xiàn)。因此，在水分很多時(shí)，可以盡量通過擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)。電滲透只作協(xié)同輔助作用之用。同時(shí)，通電重在防粘壁，所以脈沖方式效果較佳。
各種方式中的脈沖供電方式可以以最簡(jiǎn)單的商業(yè)電源作電源，脈沖波形無特別要求，占空比可依具體情況調(diào)節(jié)。一般控制在10％-90％。當(dāng)污泥的含水率較高、攪拌強(qiáng)度較小、加熱強(qiáng)度較小時(shí)占空比可以降低以減少有效通電時(shí)間；當(dāng)污泥的含水率較低、攪拌強(qiáng)度較大、加熱強(qiáng)度較大時(shí)占空比可以提高以增加有效通電時(shí)間。當(dāng)然，也可以用直流電間隔通斷的方式來實(shí)現(xiàn)間歇式通電，即在某一時(shí)間段通電，某一時(shí)間段斷電的方式。本發(fā)明中用于為干燥提供電場(chǎng)支持的電源也可以采用交變電源，對(duì)其波形沒有要求，但其頻率不易過高，要低于50Hz?？梢圆捎煤?jiǎn)單的商業(yè)電源進(jìn)行變壓、波形變換和頻率調(diào)整。
另外，供電電壓可根據(jù)陰陽極距離、物料水分等調(diào)節(jié)，一般在50V以下為宜，最佳在30V以下，如10-20V之間，陰陽極距離很近的裝置中可以在10V以下。
本發(fā)明提供一種電場(chǎng)作用下的物料干燥方法的設(shè)備它是由干燥設(shè)備和供電設(shè)備組成；其特征是供電設(shè)備的電源的負(fù)輸出端與干燥設(shè)備的干燥加熱面連接形成陰極；供電設(shè)備的電源的正輸出端與干燥設(shè)備的其它部件連接形成陽極。其中，干燥設(shè)備是只要是能夠連接電源形成附加電場(chǎng)，任何干燥設(shè)備都可以適用。主要選用間接加熱方式的干燥設(shè)備或直接加熱方式的干燥設(shè)備或輻射加熱方式的干燥設(shè)備或這幾種加熱方式相結(jié)合的干燥設(shè)備。將電源的負(fù)極與干燥設(shè)備的加熱面連接。供電設(shè)備是由電源、電極和連接導(dǎo)線組成。
物料的流向可以是規(guī)則的從一端流向另一端，也可以是無規(guī)則流動(dòng)。
電極的配置可以是水平的，也可以是垂直或其他方式。
加熱源可以是水蒸汽，也可以是熱水、熱油、電或其它方式，也可以直接加熱與間接加熱的混合型。
與加熱面陰極相對(duì)的陽極可以是板，也可以是棒，還可以是網(wǎng)。對(duì)陰極和陽極的材料無特殊要求，只要能夠滿足設(shè)備其他要求即可。
不言而喻，在干燥器中被作為陰極和陽極的部分之間需要絕緣，絕緣材料需要具有絕緣、絕熱、耐高溫、耐磨、耐腐蝕等特性，通常使用的絕緣材料為聚酰亞胺、聚四氟乙烯等。
當(dāng)然也包括在此基礎(chǔ)上附加的強(qiáng)化干燥裝置或方法及進(jìn)行擴(kuò)展，如安裝能量回收裝置、氣體凈化裝置等。加熱部分負(fù)責(zé)對(duì)污泥進(jìn)行加熱，采用直接加熱、間接加熱或其它加熱方式。直接加熱方式是通過污泥與加熱介質(zhì)如空氣、蒸汽、氮?dú)狻⒍栊詺怏w等的直接接觸完成熱量傳遞的加熱方式。間接加熱方式是污泥與加熱介質(zhì)不直接接觸，介質(zhì)與污泥是通過加熱面完成熱量傳遞的加熱方式。其它加熱方式包括各種加熱方式，如微波加熱、電磁加熱、遠(yuǎn)紅外加熱等。傳動(dòng)及攪拌部分負(fù)責(zé)污泥的推進(jìn)、攪拌、破碎等過程，布置在中心軸上如螺旋推進(jìn)及攪拌裝置，或布置在轉(zhuǎn)筒上，或采用傳輸帶傳動(dòng)方式，或各種方式的綜合使用。此部分可以與加熱部分進(jìn)行綜合布置，即傳動(dòng)及攪拌部分同時(shí)作為加熱部分使用。供電設(shè)備部分負(fù)責(zé)為污泥干燥過程提供電場(chǎng)，電源為直流方式或脈沖方式，可以是連續(xù)方式供應(yīng)也可以是間歇方式供應(yīng)，也可以采用變頻交變方式，電極為獨(dú)立電極即不利用干燥設(shè)備上的部件而單獨(dú)布置，或利用干燥設(shè)備的其它部件如加熱部分、傳動(dòng)及攪拌部分等作為電極。
具體的操作方法是，物料進(jìn)入干燥裝置后，通過電場(chǎng)改變加熱面電位和物料性狀，使水分在電場(chǎng)作用下有趨向加熱面的運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)水分向加熱面的移動(dòng)，以及利用電場(chǎng)作用產(chǎn)生的H2小氣泡等綜合作用加強(qiáng)物料的干燥并防止粘壁發(fā)生。干燥過程需要的熱量通過加熱部分直接或間接的傳遞到污泥中，以供水份蒸發(fā)使用。傳動(dòng)及攪拌部分對(duì)污泥進(jìn)行推進(jìn)、攪拌、破碎以加快污泥干燥速度。
利用此方法有望解決現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外生物污泥熱干化及含淀粉、糖類等物質(zhì)的干燥工藝中普遍存在的粘壁問題，為干燥領(lǐng)域提供一條新思路、新方法。根據(jù)物料的含水率及干燥后含水率的不同，其陰陽極的配置、加熱面的位置、抽吸真空的方向均可有不同的方式，可以進(jìn)行綜合優(yōu)化，特別是陰陽極的交互變換或通過電源作正負(fù)極的配置變換，操作簡(jiǎn)單，方便易行。本研究對(duì)于推動(dòng)干燥技術(shù)及其應(yīng)用具有重大意義。


圖1實(shí)施例1示意圖；圖2實(shí)施例2示意圖；圖3a實(shí)施例3示意圖；圖3b實(shí)施例3側(cè)視示意圖；圖4實(shí)施例4示意圖；圖5實(shí)施例5示意圖；圖6實(shí)施例6示意圖；圖7實(shí)施例7示意圖。
具體實(shí)施例方式
權(quán)利要求
1.一種電場(chǎng)作用下的物料干燥方法，其特征是在干燥過程中附加電場(chǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥方法，其特征是所述的附加電場(chǎng)是由供電設(shè)備提供，干燥加熱面與供電設(shè)備的電源負(fù)輸出端連接形成陰極；陽極是干燥設(shè)備的其它部件與電源的正極連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥方法，其特征是所述附加電場(chǎng)是由直流電源或脈沖式電源提供，其供給方式是連續(xù)方式或間歇方式。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥方法，其特征是所述電場(chǎng)通過陰陽極互換的供電方式提供，這種電極的陰陽極交互變換是通過電源的電路部分實(shí)現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥方法，其特征是所述附加電場(chǎng)的電源頻率是低于50Hz的交變電源。
6.如權(quán)利要求1或2所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥方法，其特征是所述附加電場(chǎng)供電電壓在50V-5V之間，優(yōu)選10-20V之間。
7.如權(quán)利要求1或2所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥方法，其特征是控制干燥設(shè)備內(nèi)部的真空度在100mmHg以下的微負(fù)壓狀態(tài)。
8.一種電場(chǎng)作用下的物料干燥設(shè)備，它是由干燥設(shè)備和供電設(shè)備組成；其特征是供電設(shè)備的電源的負(fù)輸出端與干燥設(shè)備的干燥加熱面連接形成陰極；供電設(shè)備的電源的正輸出端與干燥設(shè)備的其它部件連接形成陽極。
9.如權(quán)利要求8所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥設(shè)備，其特征是所述的干燥設(shè)備的其它部件是其它加熱面或攪拌部分。
10.如權(quán)利要求8所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥設(shè)備，其特征是所述的供電設(shè)備是由電源、電極和連接導(dǎo)線組成。
11.如權(quán)利要求9所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥設(shè)備，其特征是所述的電極為獨(dú)立電極，不利用干燥設(shè)備上部件單獨(dú)設(shè)置。
12.如權(quán)利要求8所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥設(shè)備，其特征是所述的干燥設(shè)備是能夠連接電源形成附加電場(chǎng)的干燥設(shè)備，優(yōu)選間接加熱方式的干燥設(shè)備或直接加熱方式的干燥設(shè)備或輻射加熱方式的干燥設(shè)備或這幾種加熱方式相結(jié)合的干燥設(shè)備。
13.如權(quán)利要求8所述的一種電場(chǎng)作用下的物料干燥設(shè)備，其特征是所述的干燥設(shè)備中物料蒸發(fā)出口處設(shè)置有控制真空度的微負(fù)壓的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電場(chǎng)作用下的物料干燥方法和設(shè)備。提出了一種又快又方便的干燥方法及設(shè)備，可以從根本上解決干燥過程中的粘壁問題，并有助于加強(qiáng)物料的干燥。本發(fā)明是在干燥過程中附加電場(chǎng)。附加電場(chǎng)是干燥加熱面與電源負(fù)輸出端連接形成陰極；陽極是干燥設(shè)備的其它部件與電源的正極連接形成的。同時(shí)對(duì)電場(chǎng)的供電方式、控制條件及設(shè)備作了闡述。利用此方法有望解決現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外生物污泥熱干化及含淀粉、糖類等物質(zhì)的干燥工藝中普遍存在的粘壁問題，為干燥領(lǐng)域提供一條新思路、新方法。
文檔編號(hào)F26B3/32GK1458488SQ03129748
公開日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2003年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者張書廷, 馬德剛 申請(qǐng)人:天津大學(xué)