CN113776314A - 一种热交换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热交换装置，目的是解决现有技术中通过热交换形式进行烘干时存在风机的能耗大的问题，提供一种热交换装置。该装置包括：烘干箱和设置在烘干箱内的隔板，烘干箱内分隔为烘干区和风循环处理区，所述隔板上设有上风循环口、中层风循环口和下风循环口；第一输送网带；第二输送网带；第三输送网带；上风循环机构及下风循环机构；其中，上风循环机构与第一输送网带之间形成上风循环，下风循环机构与第二输送网带和第三输送网带之间形成下风循环，上风循环与下风循环在对应中层风循环口处形成对流区。本发明通过中间回风减少下层风循环阻力，进而减少风机功率，达到节约能耗的问题。

Description

一种热交换装置
技术领域
本发明涉及热交换技术领域，尤其是涉及一种热交换装置。
背景技术
热交换是由于温差而引起的两个物体或同一物体各部分之间的热量传递过程。热交换一般通过热传导、热对流和热辐射三种方式来完成。
热交换常用于供热、制冷空调、生活热水、食品生产、工艺、热回收、自然能源的利用等行业均有应用，现有的热风烘干装置在进行多层烘干的时候存在风机能耗的大问题。
发明内容
本发明为解决现有技术中通过热交换形式进行烘干时存在风机能耗大的问题，提供一种热交换装置，通过中间回风减少下层风循环阻力，进而减少风机功率，达到节约能耗的问题。
本发明采用的技术方案是：
一种热交换装置，包括：
烘干箱；
隔板，设置在所述烘干箱内，将所述烘干箱内分隔为烘干区和风循环处理区，所述隔板上设有将烘干区和风循环处理区连通的上风循环口、中层风循环口和下风循环口；
第一输送网带，设置在烘干区内，且位于所述上风循环口的下方；
第二输送网带，设置在所述烘干区内，且位于所述下风循环口的上方；
第三输送网带，设置在所述烘干区内，且位于所述第二输送网带与中层风循环口之间；
上风循环机构，安装在所述风循环处理区内，且位于所述上风循环口处；及
下风循环机构，安装在所述风循环处理区内，且位于所述下风循环口处；
其中，所述上风循环机构与所述第一输送网带之间形成上风循环，所述下风循环机构与所述第二输送网带和第三输送网带之间形成下风循环，所述上风循环与所述下风循环在对应所述中层风循环口处形成对流区。
可选地，在进行烘干时，所述第一输送网带的输送速度大于所述第三输送网带的速度，以避免热交换介质的表面被过渡烘干；第三输送网带的输送速度大于第二输送网带的输送速度，以便于热交换介质在第三输送网带和第二输送网带上完成热交换。可选地，所述上风循环机构包括：
第一冷凝器，安装在所述风循环处理区内，其一端与所述隔板的侧壁连接；及
上风机，安装在第一冷凝器的上方，所述上风机的出风口朝向所述上风循环口设置。
可选地，所述下风循环机构包括：
下风机，设置在所述烘干区的底部，且位于所述下风循环口的一侧；
除尘器，安装在所述风循环处理区内，且位于所述上风循环机构远离所述隔板的一侧；
换热器，设置在所述除尘器的底部；
回热器，设置在所述换热器的下方；
蒸发器，设置在所述回热器的下方；
分隔板，设置在所述蒸发器靠近所述隔板的一侧，所述分隔板与所述隔板之间形成一安装区；及
第二冷凝器，安装在所述安装区内；
其中，所述下风机为热风提供驱动力，使得热风依次通过第二输送网带、第三输送网带、除尘器、换热器、回热器、蒸发器以及第二冷凝器后再次进入下风机内进行下一个循环。
可选地，在所述风循环处理区内的所述中层风循环口处设置了挡板，所述挡板倾斜设置，使得所述挡板的顶面与所述第一冷凝器之间形成第一风道，所述挡板的底面与所述分隔板以及隔板之间形成第二风道。
可选地，所述第一输送网带的进料口处设置了第一切条机，所述第三输送网带的进料口处设置了第二切条机。
可选地，所述蒸发器的下方设置有接水盘，所述接水盘上设有排水管道。
可选地，所述热交换装置进一步包括：
压缩机，安装在所述风循环处理区内；及
储液罐，设置在所述压缩机的一侧，且通过管道与所述压缩机连通；
其中，所述储液罐通过管道为所述第一冷凝器、换热器、回热器、蒸发器以及第二冷凝器提供介质。
可选地，该热交换装置进一步包括加热器，所述加热器安装在所述下风机的进风口处。
可选地，所述加热器为电加热器或微波加热器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过在中层循环风口进行回风处理，相比上回风可以减少下层风循环阻力进而减少风机功率，达到节省能耗的目的。
2、第一输送网带的速度大于第三输送网带的输送速度，第三输送网带的速度大于第二输送网带的速度，使得上层风快速将固体表面进行初步处理，随后进入第二输送网带上进行二次烘干，避免第一输送网带上的固体被过度烘干。
3、将烘干箱进行分区处理，使得该热交换装置的整体结构更加紧凑。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为热交换装置的整体平面结构示意图一。
图2为热交换装置的平面结构示意图二。
图3为热交换装置的热风流向结构示意图。
图4方案一干燥室风场图。
图5方案二干燥室风场图。
图6方案三干燥室风场图。
图7扰流板优化安装示意图。
附图标记：
1、烘干箱；11、烘干区；12、风循环处理区；2、隔板；21、上风循环口；22、中层风循环口；23、下风循环口；3、第一输送网带；4、第二输送网带；5、第三输送网带；6、上风循环机构；61、第一冷凝器；62、上风机；7、下风循环机构；71、下风机；72、除尘器；73、换热器；74、回热器；75、蒸发器；76、分隔板；77、第二冷凝器；8、挡板；81、第一风道；82、第二风道；9、第一切条机；100、第二切条机；110、接水盘；120、压缩机；130、储液罐；140、加热器；A、上风循环区域；B、下风循环区域；C、对流区。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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。
此外，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“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”、“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，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供了一种热交换装置，包括：烘干箱1，烘干箱1内被隔板2分隔为烘干区11和风循环处理区12，烘干区11从上至下依次设置有第一输送网带3、第三输送网带5、第二输送网带4和下风机71，位于所述第一输送网带3上方的隔板2上设有上风循环口21；位于第一输送网带3和第三输送网带5之间的隔板2上设有中层风循环口22，位于第二输送网带4下方的隔板2上设有下风循环口23，下风机71设置在下风循环口23的一侧；
风循环处理区12内设有上风机62、第一冷凝器61、除尘器72、换热器73、回热器74、蒸发器75和第二冷凝器77，上风机62和第一冷凝器61安装在上风循环口21的一侧，且上风机62位于第一冷凝器61的上方，上风机62的出口风口朝向烘干区11一侧设置，通过下风机71吹上的风经过中层风循环口22进入风循环处理区12内，一部分风经过第一冷凝器61进行冷凝处理后进入上风机62进行上风循环，其中上风循环区域A（如图3所示）；上风机62循环的热风与下风机71循环的热风在第一输送网带3和第三输送网带5之间形成对流，使得上层风循环与下层风循环在第一输送网带3和第三输送网带5之间的对流区域C（如图3所示）内进行会合。热风在第一输送网带3和第三输送网带5之间进行回流循环，降低上风机62和下风机71的工作功率，以达到节省能源的目的。
除尘器72和换热器73安装在上风机62的进风口一侧，在中层风循环口22处设置了挡板8，该挡板8倾斜设置，使得从中层风循环口22进入的热风顶部，一部分热风通过安装在顶部靠近烘干区11一侧的上风机62吸入进行上层风循环，另一部分风通过安装远离烘干区11一侧的侧壁上除尘器72和换热器73进行处理，热风经除尘器72处理后进入换热器73内进行换热处理，换热后的热风经安装在换热器73下方的回热器74和蒸发器75进行处理，第二冷凝器77安装在蒸发器75的一侧，且靠近烘干区11一侧，第二冷凝器77与蒸发器75之间通过分隔板76进行隔挡，热风经回热器74进行回热处理后进入蒸发器75进行蒸发处理，经蒸发处理后的热风又经回热器74进入第二冷凝器77进行加热，此时经回热器74处理后的热风经挡板8的底部进入第二冷凝器77内进行加热处理，加热处理后的热风又经下风机71进行下一个循环，此处的热风途径的各个部件为下风循环区B（如图3所示），冷凝后的液体通过设置在蒸发器75下方的接水盘110进行收集，并引流至该设备外，设置在风循环处理区12左侧下方的压缩机120和出液罐为各个元器件提供冷媒介质。
在使用过程中，本实施例中所述第一输送网带的输送速度大于所述第三输送网带的速度，以避免热交换介质的表面被过渡烘干；第三输送网带的输送速度大于第二输送网带的输送速度，以便于热交换介质在第三输送网带和第二输送网带上完成热交换。
更具体的是：第一输送网带3的输送速度为0.34米/分钟-0.4米/分钟，其中优选的为：0.34米/分钟、0.35米/分钟、0.36米/分钟、0.37米/分钟、0.38米/分钟、0.39米/分钟、0.4米/分钟，其中最优的为0.36米/分钟；
第三输送网带5的输送速度为0.26米/分钟-0.3米/分钟，其中优选的为：0.26米/分钟、0.27米/分钟、0.28米/分钟、0.29米/分钟、0.3米/分钟，其中最优的为0.28米/分钟；
第二输送网带4的输送速度为0.18米/分钟-0.22米/分钟，其中优选的为0.18米/分钟、0.19米/分钟、0.2米/分钟、0.21米/分钟、0.22米/分钟，其中优选的为0.2米/分钟。在另外一个实施中，如图1所示，为了方便在冬天使用该设备，降低该设备的启动时间，在下风机71的进风口处设置了加热器140，该加热器140可是电加热器140，还是可以微波加热器140。
在另外一个实施例中，如图2所示，为了方便烘干处理类似于污泥这类材料，在第一输送网带3的入料口处设置了第一切条机9，第三输送网带5的入料口处设置了第二切条机100。通过将污泥进行切条，提高热风与污泥的接触面积，使得热风在循环过程中快速将污泥中的水分带走。
具体工作原理：
如图1、图2和图3所示，在南方的夏天该热交换装置可直接启动，通过下风机71进行循环送风，热风首先经第二输送带后，通过第三输送网带5与上风机62循环的风在第一输送网带3和第三输送网带5之间形成对流，使得对流的热风通过第一风道81进入第一冷凝器61和除尘器72内，进入除尘器72内的热风后又经过换热器73进行换热，换热后的热风通过回热器74和蒸发器75后通过第二风道82进入第二冷凝器77内进行加热，热风在蒸发器75内进行冷凝，冷凝后的水通过设置在蒸发器75下方的接水盘110进行收集，收集后的水通过管道排出该污泥烘干设备外侧，热风经第二冷凝器77加热后进行二次循环。
上风机62设置在上风循环口21处，上风机62的出风口朝向烘干区11设置，使得上风机62将进入第一风道81内的部分热风吸入，使得进入上风机62内的热风经第一冷凝器61进行加热后吹出，对第一输送网带3上的污泥进行初步烘干处理，为了避免第一输送网带3上的污泥的表面过烘干过度，将第一输送网带3的输送速度设置为大于其余两根输送网带的输送速度；为了避免二次切条后的污泥在第三输送网带5上被过渡烘干，第三输送网带5的输送速度大于第二输送网带4的输送速度，第二输送网带4的速度小于其余两根输送网带的输送速度，是为了使得污泥在第二输送网4上完成热交换。
如果在冬天使用的话，需要先通过加热器140对烘干箱1内的气体进行预热，避免启动时间过长。
其中，更具体的是本实施例以污泥为例进行说明。
针对9吨的市政污泥，进***水率为80%，出***水率为40%，以传统污泥干化设备下进上出的出风方式（（方案一）如图4所示）、侧进上回风出风方式（（方案二）如图5所示）以及侧进中间回风出风方式（（方案三）如图6所示）进行流场模拟，观察每层网带空气分布情况和分析空气阻力。
<i></i> 方案一 方案二 方案三
污泥量 9t 9t 9t
进***水率 80% 80% 80%
出***水率 40% 40% 40%
上风机风量 10000m3/h*4 10000 m3/h*4
下风机风量 15000 m3/h*4 5000 m3/h*4 5000 m3/h*4
上风机温度 75℃ 75℃
下风机温度 75℃ 80℃ 80℃
第一层网带空气速度Cv值 5% 35% 25%
第二层网带空气速度Cv值 20% 15% 10%
第三层网带空气速度Cv值 25% 20% 20%
上风机阻力 500Pa 150 Pa
下风机阻力 2000Pa 1500 Pa 500 Pa
上风机功率 1.1.2*4 kW 0.0.5*4 kW
下风机功率 3kW*4 2*4 kW 1.50*4 kW
风机总功率 12kW 12.8kW 8kW
由上表可知，（1）方案三网带入口空气速度Cv值均＜40%，满足工业上对入口网带均匀度的要求，计算风机总功率为8kW，传统污泥干化设备风机总功率为12kW，节省风机功率28.5%。方案三在节省风机总功率方面明显优于传统方案一。方案二由于上侧进风与下侧进风在第一层网带前混合，导致第一层网带进口速度Cv值=35%＞40%，并且方案二风机功率为12.8kW＞12kW，表明方案二在空气均匀度和节省风机功率方面并未优于传统方案一。
但根据模拟云图显示，方案三并未完全解决目前污泥干化设备干燥室中存在的网带处存在空气涡流和速度分布不均匀的情况，为消除空气涡流和速度不均匀度对换热效率的影响，对上侧送风与下侧送风处布置导流板与均流板，如图7所示。
以9吨的市政污泥，进***水率为80%，出***水率为40%为例，针对传统低温污泥干化设备下进上出方式、侧进上回风方式、侧进中间回风方式进行Dymola建模和模拟，得出结果如下：
<i></i> 方案一 方案二 方案三
污泥量 9t 9t 9t
进***水率 80% 80% 80%
出***水率 40% 40% 40%
风机功率 12kW 12.8kW 8kW
压缩机功率 15kW 13kW 12kW
吨泥能耗 230 kW.h 200kW.h 180kW.h
SMER 3.261 3.445 3.7
基于Dymola模拟结果可知：方案一吨泥能耗为230 kW.h，方案二吨泥能耗为200kW.h，方案三侧进中间回风吨泥能耗为180 kW.h，方案三吨泥能耗比传统污泥干化设备下进上出方式吨泥能耗降低15.8%，方案二比传统设备吨泥能耗降低10.8%。侧进上回风与侧近中间回风在吨泥能耗方面均优于传统低温污泥干化设备下进上出方式。
基于数值模拟软件与Dymola传热学分析软件结果，侧进中间回风布置方案在风机功率、压缩机功率和吨泥能耗上均优于其他两个方案，且设备整体SMER=3.7＞3.5，可有效的降低低温污泥干化设备运行成本，具有较大的经济价值。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。

Claims (10)

1.一种热交换装置，其特征在于，包括：
烘干箱；
隔板，设置在所述烘干箱内，将所述烘干箱内分隔为烘干区和风循环处理区，所述隔板上设有将烘干区和风循环处理区连通的上风循环口、中层风循环口和下风循环口；
第一输送网带，设置在烘干区内，且位于所述上风循环口的下方；
第二输送网带，设置在所述烘干区内，且位于所述下风循环口的上方；
第三输送网带，设置在所述烘干区内，且位于所述第二输送网带与中层风循环口之间；
上风循环机构，安装在所述风循环处理区内，且位于所述上风循环口处；及
下风循环机构，安装在所述风循环处理区内，且位于所述下风循环口处；
其中，所述上风循环机构与所述第一输送网带之间形成上风循环，所述下风循环机构与所述第二输送网带和第三输送网带之间形成下风循环，所述上风循环与所述下风循环在对应所述中层风循环口处形成对流区。
2.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，在进行烘干时，所述第一输送网带的输送速度大于所述第三输送网带的速度，以避免热交换介质的表面被过渡烘干；第三输送网带的输送速度大于第二输送网带的输送速度，以便于热交换介质在第三输送网带和第二输送网带上完成热交换。
3.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，所述上风循环机构包括：
第一冷凝器，安装在所述风循环处理区内，其一端与所述隔板的侧壁连接；及
上风机，安装在第一冷凝器的上方，所述上风机的出风口朝向所述上风循环口设置。
4.根据权利要求3所述的热交换装置，其特征在于，所述下风循环机构包括：
下风机，设置在所述烘干区的底部，且位于所述下风循环口的一侧；
除尘器，安装在所述风循环处理区内，且位于所述上风循环机构远离所述隔板的一侧；
换热器，设置在所述除尘器的底部；
回热器，设置在所述换热器的下方；
蒸发器，设置在所述回热器的下方；
分隔板，设置在所述蒸发器靠近所述隔板的一侧，所述分隔板与所述隔板之间形成一安装区；及
第二冷凝器，安装在所述安装区内；
其中，所述下风机为热风提供驱动力，使得热风依次通过第二输送网带、第三输送网带、除尘器、换热器、回热器、蒸发器以及第二冷凝器后再次进入下风机内进行下一个循环。
5.根据权利要求4所述的热交换装置，其特征在于，在所述风循环处理区内的所述中层风循环口处设置了挡板，所述挡板倾斜设置，使得所述挡板的顶面与所述第一冷凝器之间形成第一风道，所述挡板的底面与所述分隔板以及隔板之间形成第二风道。
6.根据权利要求4所述的热交换装置，其特征在于，所述第一输送网带的进料口处设置了第一切条机，所述第三输送网带的进料口处设置了第二切条机。
7.根据权利要求4所述的热交换装置，其特征在于，所述蒸发器的下方设置有接水盘，所述接水盘上设有排水管道。
8.根据权利要求4所述的热交换装置，其特征在于，所述热交换装置进一步包括：
压缩机，安装在所述风循环处理区内；及
储液罐，设置在所述压缩机的一侧，且通过管道与所述压缩机连通；
其中，所述储液罐通过管道为所述第一冷凝器、换热器、回热器、蒸发器以及第二冷凝器提供介质。
9.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，该热交换装置进一步包括加热器，所述加热器安装在所述下风机的进风口处。
10.根据权利要求9所述的热交换装置，其特征在于，所述加热器为电加热器或微波加热器。
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