CN103438678A - 高效节能的纸浆脱水干燥设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效节能的纸浆脱水干燥设备，它主要由带热辊压结构的双辊挤浆机、两段式干燥室、微波发生器、导热油锅炉、空气预热器和换热器等组成。所述的带有热辊压结构的双辊挤浆机特点是可利用***排气余热对纸浆板进行接触传热，起到优化纸浆干燥条件的作用；所述的两段式干燥室分别对纸浆进行匀速干燥和减速干燥；所述的微波发生器安装并工作在纸浆从匀速脱水阶段到减速脱水阶段的拐点附近，作用是提高纸浆减速干燥段的干燥速率，减小能耗。所述的空气预热器用于回收导热油锅炉排放的烟气余热，预热***所补充的新鲜空气。本发明具有设备简单、干燥速率快、能源利用率高、应用范围广等特点。

Description

高效节能的纸浆脱水干燥设备

技术领域

本发明属于工业干燥技术领域，同时也可以应用于其它工业干燥领域，是针对纸浆的干燥而设计的一种工艺及设备，特别是涉及一种高效节能的纸浆脱水干燥设备。

背景技术

我国每年进口了大量的纸浆，对纸浆进行干燥可以使纸浆便于保存及运输。目前，纸浆干燥常用的技术主要有气流干燥和热风干燥（即闪急干燥）。

气流干燥的主要流程是：干度大约为3%的纸浆经过挤浆机的挤压过后，干度达到50%左右；挤浆过后的浆板被送入疏解机中进行打散，打散后的纸浆呈直径几毫米的团絮状；纸浆团絮被送入竖直的干燥塔底部，在塔中被热风从下往上吹动，当到达一定干度时，纸浆随热风排出干燥塔，进入旋风分离器中。纸浆团絮被旋风分离器分离出来后，被送入下一级干燥塔再次进行干燥，直至达到所要求的干度。气流干燥的热效率比较高，干燥速度也较快，但它的设备较复杂，安装和维修较困难；而且运行需要消耗大量的机械功。

热风干燥是目前采用最为广泛的一种干燥方式，主要是通过换热器加热空气，用热空气带走纸浆的水份。它具有处理量大、成本低、易于实现自动化等优点，但同时也存在有能耗大、产品品质较差等缺点。

微波干燥是物料在电磁场中由介质损耗而引起的体加热，在干燥过程中，湿物料内部的含水率往往比表面高，致使物料内部水分大量吸收微波能并转化为热能，因此物料内部的温度比表面高。同时，由于物料内部受热升温而使水迅速汽化，产生水蒸气，形成了压力梯度；这时的湿物料温度梯度和压力梯度与水的扩散方向是一致的，这就大大地改善了干燥过程中水分的迁移条件，从而有效地提高了水分的扩散速率，加快了干燥速度。同时，由于压力梯度的存在，使微波干燥具有由内向外的干燥特点：对物料整体而言，物料内层首先被干燥，因而克服了在热风循环干燥中因物料外层首先被干燥而形成皮芯结构，阻碍物料内部水分继续向外迁移的缺点，大大改善了干燥过程中水分的迁移条件，从而提高了水分的扩散速率，加快了干燥速度。

微波干燥具有加热速度快、能量利用率高、设备占地面积小等优点，其主要缺点是加热均匀性较差及干燥后期不易控制产品品质，而且生产能力有限，设备维修成本高等。

研究发现，纸浆脱水干燥过程存在有两个阶段：匀速干燥阶段和减速干燥阶段。在匀速干燥阶段，干燥速率与物料自身含水率没有多大的关系，提高外部气流的流速和温度，降低外部环境空气湿度是提高匀速干燥阶段干燥速率的关键；而在减速干燥阶段，快速提高物体内部温度是提高干燥速率行之有效的办法。

综合热风干燥和微波干燥各自的优缺点，结合纸浆脱水过程特点，考虑在热风干燥过程中耦合使用微波干燥：即在热风干燥到达临界含湿量点时，引入微波干燥以快速提高物体内部温度，达到提高干燥速率的目的。

如图1所示。纸浆脱水的匀速干燥阶段采用热风干燥，当干燥进行至匀速和减速临界点附近时，投入微波干燥，利用微波对物料进行整体加热特别是内部加热的特点，使得纸浆内部水分能够迅速蒸发排出，这样就有利于缩短干燥时间，提高干燥效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能量利用率高、生产效率高的高效节能的纸浆脱水干燥设备。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种高效节能的纸浆脱水干燥设备，它包括机架、纸浆切割机构、换热器、空气预热器、微波发生器、双辊挤浆机、热风循环管道、物料运输***、干燥室、导热油锅炉；在机架上自左向右依次安装有双辊挤浆机、干燥室、换热器、纸浆切割机构，导热油锅炉安装在机架的上且位于干燥室的下方，微波发生器安装在机架的上且位于干燥室的上方，其中，双辊挤浆机位于干燥室的开始端且与干燥室内的物料运输***对接；纸浆切割机构位于干燥室的末端，纸浆切割机构通过热风循环管道与干燥室内的物料运输***对接，所述的换热器分别与导热油锅炉、干燥室、空气预热器连接。

所述的干燥室分为两段，它由第一干燥室和第二干燥室构成；第一干燥室和第二干燥室相互衔接且安装在机架的中部，两段干燥室之间以隔板隔开，第一干燥室和第二干燥室之间通过热风循环管道连通；在第一干燥室和第二干燥室内分别安装有物料运输***。

所述的微波发生器安装在第一干燥室和第二干燥室之间且位于干燥室的上方，微波发生器所产生的微波作用于第一干燥室的末端和第二干燥室的起始端。

所述的换热器为空气—导热油换热器，换热器的本体上设有导热油入口和出口、热风入口和热风出口；所述的导热油入口与导热油锅炉连接，导热油来自导热油锅炉；热风出口通过热风循环管道通向干燥室，热风入口与空气预热器连接，利用锅炉的高温烟气对新鲜空气进行预热以提高能源利用率。

所述的双辊挤浆机包括料斗、辊压箱、第一输送带、辊压筒、第二输送带、热辊压管；所述的料斗安装在辊压箱的入口处且料斗的出口与安装在辊压箱内的第一输送带相对，两个对称安装在辊压箱内，第一输送带的输出端和第二输送带的输入端分别于两个辊压筒输入端和输出端衔接，第二输送带的输出端与若干排对称布置的热辊压管的输入端衔接，该热辊压管为中空辊子，辊子内部布置有加强对流传热的翅片，辊子一端通过热风循环管道与干燥室热风入口连接，另一端为热风出口。

所述空气预热器由壳体和中心转子组成，中心转子可旋转的安装在外部壳体内，壳体起到外部密封和气体导流的作用，中心转子起到热交换器的作用。

采用上述方案后，本发明具有如下优点：

1、本发明充分发挥了热风干燥和微波干燥各自所具有的的优势，耦合利用微波加热和热风加热技术对纸浆进行干燥，以微波干燥的高效率弥补热风干燥效率较低的不足；同时以热风干燥成本低、产量大的优点弥补微波干燥无法进行大批量生产的不足。

2、本发明尽可能回收利用***的余热，实现***能量的高效利用：一是利用空气预热器对导热油锅炉排放的烟气余热进行回收；二是创新设计了利用湿空气余热的热辊压机构，用热辊回收利用***外排热湿空气所具有的余能，用于提升纸浆板初温；三是让含热废气按一定比例进行了再循环。因此，整个烘干设备具有较高的能量利用效率。

3、本发明采用半自动化控制，可以根据不同种类的纸浆设置不同的传送速率、热风温度和热风风量等工作参数，以提高装置生产效率和能源利用率。

综上所述，本发明的优点是设备结构简单、适用对象广泛，能量利用率高、生产效率高，能够很好地替代现有的纸浆气流干燥技术，为企业带来节能减排效益。若对本案设备进行一定的改造，甚至也可以将本发明应用到其它工农业产品的脱水干燥中去。因此，本发明不仅具有节能高效的特点，而且有着广泛的应用拓展空间。

下面结合附图和具体实施范例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是热风干燥过程中耦合微波干燥原理示意图；

图2是本发明的结构框图；

图3A是本发明的正面剖视图；

图3B是本发明的俯视图；

图4A是本发明换热器的轴测图；

图4B是本发明换热器的正视图；

图4C是本发明换热器的俯视图；

图5是本发明热风流经各设备的顺序图；

图6是本发明双辊挤浆机内部的结构示意图；

图7A、图7B是本发明空气预热器的轴测图和三视图。

具体实施方案

如图2、图3A、图3B所示，本发明是一种高效节能的纸浆脱水干燥设备，它主要由机架1、纸浆切割机构2、换热器3、空气预热器4、微波发生器5、双辊挤浆机6、热风循环管道71、72、73、物料运输***81、82、干燥室9、导热油锅炉10、等组成。

所述的干燥室9分为两段，它由第一干燥室91和第二干燥室92构成。第一干燥室91和第二干燥室92相互衔接且安装在机架1的中部，两段干燥室之间以隔板隔开，第一干燥室91和第二干燥室92之间通过热风循环管道73连通。在第一干燥室91和第二干燥室92内分别安装有物料运输***81、82，干燥室9的外部包裹保温材料以减少散热损失。纸浆在第一干燥室91中进行匀速干燥，在第二干燥室92中进行减速干燥。

在机架1上自左向右依次安装有双辊挤浆机6、干燥室9、换热器3、纸浆切割机构2，导热油锅炉10安装在机架的上且位于干燥室9的下方，其中，双辊挤浆机6位于第一干燥室91的开始端且与第一干燥室91内的物料运输***81对接；纸浆切割机构2位于第二干燥室92的末端，即出料口处，纸浆切割机构2与第二干燥室92内的物料运输***82对接。所述的纸浆切割机构2由电脑控制按一定的时间间隔切割纸板，使纸板尺寸方便打包装箱。纸板切割机构2设有防止微波泄漏的微波短路装置，以防止微波泄漏对工人产生伤害。

所述的微波发生器5安装在机架1上，位于第一干燥室91和第二干燥室92之间和干燥室9的上方，微波发生器5所产生的微波作用于第一干燥室91的末端和第二干燥室92的起始端。微波发生器5内共含若干个功率相同的磁控管，其中一些磁控管产生的微波作用于第一干燥室91的起始端，另外一些磁控管产生的微波作用于第二干燥室92的末端。实际工作中，可根据具体的工作参数来决定磁控管开启的个数和位置；并通过调节微波作用功率的大小和作用位置来适应不同的生产需求。所述的微波发生器5工作于纸浆的临界含湿量点附近，其作用是在减速干燥的初始阶段投入工作以迅速提高浆板内部水分的温度，从而提高减速干燥阶段的干燥速率。

所述的物料运输***81主要由驱动装置811、传送带812、辊轮813等组成，传送带812绕接在辊轮813上，驱动装置811为传送带812为干燥室9中的传送带812提供动力，根据生产需要可由计算机控制其传送速度。

如图4A、图4B、图4C 参考图3A所示，所述的换热器3为空气—导热油换热器。换热器3的本体上设有导热油入口31和导热油出口32、热风入口33和热风出口34。所述的导热油入口31与导热油锅炉10连接，导热油来自导热油锅炉10；热风出口34通过热风循环管道71通向第一干燥室91。热风入口33与空气预热器4连接，利用锅炉的高温烟气对新鲜空气进行预热以提高能源利用率。

如图6所示，所述的双辊挤浆机6包括料斗61、辊压箱62、第一输送带63、辊压筒64、第二输送带65、热辊压管66。所述的料斗61安装在辊压箱62的入口处且料斗61的出口与安装在辊压箱62内的第一输送带63相对，两个对称安装在辊压箱62内，第一输送带63的输出端和第二输送带65的输入端分别于两个辊压筒64输入端和输出端衔接，第二输送带65的输出端与若干排对称布置的热辊压管66的输入端衔接，该热辊压管66为中空辊子66，辊子66内部布置有加强对流传热的翅片。辊子66一端通过热风循环管道72与第一干燥室91热风入口连接，另一端为热风出口。热风由第二干燥室92排气口引入；换热后的热风由辊子66的另一端排出，排出后的热风有部分与新鲜空气按一定比例混合后又进入换热器3加热，再投入到下一干燥循环过程中。所述的双辊挤浆机6用来对湿纸浆（干度约为3%）进行辊压，使得纸浆中的部分水分得以去除，辊压过后纸浆的干度大约在50%左右。与现有工业中常用的挤浆机不同的是，本设备的挤浆机增加了主要由热辊压管66构成的热辊压机构，以利用干燥后潮湿热风的热能，该热辊压机构对纸浆板进行接触传热，使其温度升高，方便后期的加热干燥。

如图7A、图7B所示，所述空气预热器4为一种回转式空气预热器，它由壳体41、中心转子42、支架43组成，中心转子42可旋转的安装在外部壳体41内，壳体41起到外部密封和气体导流的作用，中心转子42起到热交换器的作用。在中心转子42上下面的对应位置分别划分出烟气流通区、空气流通区和密封区，而外部壳体41则在这些区域的一定范围内形成一次风仓、二次风仓和烟气仓。其中一次和二次风仓形成冷风侧，烟气仓形成热风侧。各个仓体上下端分别由外部壳体和风管形成各自的气体流通风道。

如图5所示，为热风流经各个设备的顺序图。新鲜空气与一定比例（量）的潮湿热空气混合后，进入空气预热器4预热，预热后的空气进入空气-导热油换热器3中加热，从换热器3出来的热空气（风）分为两股，一股直接进入第一干燥室中对纸浆进行减速干燥；另一股与从第一干燥室中排出的热风混合后进入第二干燥室，对纸浆进行匀速干燥；两股热空气汇拢于管道10处。

如图3A、图3B所示，本发明的热风循环***由鼓风机、送风管、引风机、热风循环管道71、72、73和阀门等组成。所述的鼓风机用于向空气预热器4输送新鲜空气；所述送风机用于向干燥室内提供加热后的空气；所述热风循环管道71、72、73和阀门用于热风的输送以及风量的控制；所述的引风机用于排除干燥***中含湿量较高的湿空气。

所述的控制***采用半自动化运行，由人工设定，控制整套设备的正常运行：主要控制小型导热油锅炉的运行；控制微波发生***的微波辐射强度和辐射时间；控制热风循环***的热风温度、热风风速；控制物料输运***的物料输送方向和速度等参数。

本发明的工作原理：

如图3A、图3B所示，湿稀纸浆经过双辊挤浆机6挤压呈浆板状后，进入主要由热辊压管66构成的热辊压装置中，由热辊压装置对浆板进行接触传热，热辊压装置的热能来自***排出的潮湿空气所含余热。被加热后的纸浆板被送入第二干燥室92中，在传送带上由热风对其进行匀速干燥，直至纸浆达到其临界含湿量点。在纸浆匀速干燥即将结束、减速干燥即将开始时，将微波发生器5的微波干燥耦合到干燥室9中，利用微波对纸浆内部的水分进行加热，使纸浆内部的水分蒸发，从而大大提升干燥速度，减少纸浆的升温耗能。在第一干燥室91中，温度较高，干度较大的热风对纸浆进行减速干燥，使纸浆的干度最终达到生产要求。最后，在干燥室9的出口处由纸浆切割机构2对浆板进行切割，使得产出的干纸浆板的外形尺寸都一致。

以上所述，仅为本发明较佳实施案例而已，各管路的布置可有多种方式，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种高效节能的纸浆脱水干燥设备，其特征在于：它包括机架、纸浆切割机构、换热器、空气预热器、微波发生器、双辊挤浆机、热风循环管道、物料运输***、干燥室、导热油锅炉；在机架上自左向右依次安装有双辊挤浆机、干燥室、换热器、纸浆切割机构，导热油锅炉安装在机架的上且位于干燥室的下方，微波发生器安装在机架的上且位于干燥室的上方，其中，双辊挤浆机位于干燥室的开始端且与干燥室内的物料运输***对接；纸浆切割机构位于干燥室的末端，纸浆切割机构通过热风循环管道与干燥室内的物料运输***对接，所述的换热器分别与导热油锅炉、干燥室、空气预热器连接。

2.根据权利要求1所述的高效节能的纸浆脱水干燥设备，其特征在于：所述的干燥室分为两段，它由第一干燥室和第二干燥室构成；第一干燥室和第二干燥室相互衔接且安装在机架的中部，两段干燥室之间以隔板隔开，第一干燥室和第二干燥室之间通过热风循环管道连通；在第一干燥室和第二干燥室内分别安装有物料运输***。

3.根据权利要求2所述的高效节能的纸浆脱水干燥设备，其特征在于：所述的微波发生器安装在第一干燥室和第二干燥室之间且位于干燥室的上方，微波发生器所产生的微波作用于第一干燥室的末端和第二干燥室的起始端。

4.根据权利要求1所述的高效节能的纸浆脱水干燥设备，其特征在于：所述的换热器为空气—导热油换热器，换热器的本体上设有导热油入口和出口、热风入口和热风出口；所述的导热油入口与导热油锅炉连接，导热油来自导热油锅炉；热风出口通过热风循环管道通向干燥室，热风入口与空气预热器连接，利用锅炉的高温烟气对新鲜空气进行预热以提高能源利用率。

5.根据权利要求1所述的高效节能的纸浆脱水干燥设备，其特征在于：所述的双辊挤浆机包括料斗、辊压箱、第一输送带、辊压筒、第二输送带、热辊压管；所述的料斗安装在辊压箱的入口处且料斗的出口与安装在辊压箱内的第一输送带相对，两个对称安装在辊压箱内，第一输送带的输出端和第二输送带的输入端分别于两个辊压筒输入端和输出端衔接，第二输送带的输出端与若干排对称布置的热辊压管的输入端衔接，该热辊压管为中空辊子，辊子内部布置有加强对流传热的翅片，辊子一端通过热风循环管道与干燥室热风入口连接，另一端为热风出口。

6.根据权利要求1所述的高效节能的纸浆脱水干燥设备，其特征在于：所述空气预热器由壳体和中心转子组成，中心转子可旋转的安装在外部壳体内，壳体起到外部密封和气体导流的作用，中心转子起到热交换器的作用。

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