高效節能的紙漿脫水干燥設備的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高效節能的紙漿脫水干燥設備，它主要由帶熱輥壓結構的雙輥擠漿機、兩段式干燥室、微波發生器、導熱油鍋爐、空氣預熱器和換熱器等組成。所述的帶有熱輥壓結構的雙輥擠漿機特點是可利用系統排氣余熱對紙漿板進行接觸傳熱，起到優化紙漿干燥條件的作用；所述的兩段式干燥室分別對紙漿進行勻速干燥和減速干燥；所述的微波發生器安裝并工作在紙漿從勻速脫水階段到減速脫水階段的拐點附近，作用是提高紙漿減速干燥段的干燥速率，減小能耗。所述的空氣預熱器用于回收導熱油鍋爐排放的煙氣余熱，預熱系統所補充的新鮮空氣。本發明具有設備簡單、干燥速率快、能源利用率高、應用范圍廣等特點。
【專利說明】高效節能的紙漿脫水干燥設備
【技術領域】
[0001]本發明屬于工業干燥【技術領域】，同時也可以應用于其它工業干燥領域，是針對紙漿的干燥而設計的一種工藝及設備，特別是涉及一種高效節能的紙漿脫水干燥設備。
【背景技術】
[0002]我國每年進口了大量的紙漿，對紙漿進行干燥可以使紙漿便于保存及運輸。目前，紙漿干燥常用的技術主要有氣流干燥和熱風干燥(即閃急干燥)。
[0003]氣流干燥的主要流程是:干度大約為3%的紙漿經過擠漿機的擠壓過后，干度達到50%左右；擠漿過后的漿板被送入疏解機中進行打散，打散后的紙漿呈直徑幾毫米的團絮狀；紙漿團絮被送入豎直的干燥塔底部，在塔中被熱風從下往上吹動，當到達一定干度時，紙漿隨熱風排出干燥塔，進入旋風分離器中。紙漿團絮被旋風分離器分離出來后，被送入下一級干燥塔再次進行干燥，直至達到所要求的干度。氣流干燥的熱效率比較高，干燥速度也較快，但它的設備較復雜，安裝和維修較困難；而且運行需要消耗大量的機械功。
[0004]熱風干燥是目前采用最為廣泛的一種干燥方式，主要是通過換熱器加熱空氣，用熱空氣帶走紙漿的水份。它具有處理量大、成本低、易于實現自動化等優點，但同時也存在有能耗大、廣品品質較差等缺點。
[0005]微波干燥是物料在電磁場中由介質損耗而引起的體加熱，在干燥過程中，濕物料內部的含水率往往比表面高，致使物料內部水分大量吸收微波能并轉化為熱能，因此物料內部的溫度比表面高。同時，由于物料內部受熱升溫而使水迅速汽化，產生水蒸氣，形成了壓力梯度；這時的濕物料溫度梯度和壓力梯度與水的擴散方向是一致的，這就大大地改善了干燥過程中水分的遷移條件，從而有效地提高了水分的擴散速率，加快了干燥速度。同時，由于壓力梯度的存在，使微波干燥具有由內向外的干燥特點:對物料整體而言，物料內層首先被干燥，因而克服了在熱風循環干燥中因物料外層首先被干燥而形成皮芯結構，阻礙物料內部水分繼續向外遷移的缺點，大大改善了干燥過程中水分的遷移條件，從而提高了水分的擴散速率，加快了干燥速度。
[0006]微波干燥具有加熱速度快、能量利用率高、設備占地面積小等優點，其主要缺點是加熱均勻性較差及干燥后期不易控制產品品質，而且生產能力有限，設備維修成本高等。
[0007]研究發現，紙漿脫水干燥過程存在有兩個階段:勻速干燥階段和減速干燥階段。在勻速干燥階段，干燥速率與物料自身含水率沒有多大的關系，提高外部氣流的流速和溫度，降低外部環境空氣濕度是提高勻速干燥階段干燥速率的關鍵；而在減速干燥階段，快速提高物體內部溫度是提高干燥速率行之有效的辦法。
[0008]綜合熱風干燥和微波干燥各自的優缺點，結合紙漿脫水過程特點，考慮在熱風干燥過程中耦合使用微波干燥:即在熱風干燥到達臨界含濕量點時，引入微波干燥以快速提高物體內部溫度，達到提高干燥速率的目的。
[0009]如圖1所示。紙漿脫水的勻速干燥階段采用熱風干燥，當干燥進行至勻速和減速臨界點附近時，投入微波干燥，利用微波對物料進行整體加熱特別是內部加熱的特點，使得紙漿內部水分能夠迅速蒸發排出，這樣就有利于縮短干燥時間，提高干燥效率。

【發明內容】

[0010]本發明的目的在于提供一種能量利用率高、生產效率高的高效節能的紙漿脫水干燥設備。
[0011]為實現上述目的，本發明的技術解決方案是:
本發明是一種高效節能的紙漿脫水干燥設備，它包括機架、紙漿切割機構、換熱器、空氣預熱器、微波發生器、雙輥擠漿機、熱風循環管道、物料運輸系統、干燥室、導熱油鍋爐；在機架上自左向右依次安裝有雙輥擠漿機、干燥室、換熱器、紙漿切割機構，導熱油鍋爐安裝在機架的上且位于干燥室的下方，微波發生器安裝在機架的上且位于干燥室的上方，其中，雙輥擠漿機位于干燥室的開始端且與干燥室內的物料運輸系統對接；紙漿切割機構位于干燥室的末端，紙漿切割機構通過熱風循環管道與干燥室內的物料運輸系統對接，所述的換熱器分別與導熱油鍋爐、干燥室、空氣預熱器連接。
[0012]所述的干燥室分為兩段，它由第一干燥室和第二干燥室構成；第一干燥室和第二干燥室相互銜接且安裝在機架的中部，兩段干燥室之間以隔板隔開，第一干燥室和第二干燥室之間通過熱風循環管道連通；在第一干燥室和第二干燥室內分別安裝有物料運輸系統。
[0013]所述的微波發生器安裝在第一干燥室和第二干燥室之間且位于干燥室的上方，微波發生器所產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。
[0014]所述的換熱器為空氣一導熱油換熱器，換熱器的本體上設有導熱油入口和出口、熱風入口和熱風出口 ；所述的導熱油入口與導熱油鍋爐連接，導熱油來自導熱油鍋爐；熱風出口通過熱風循環管道通向干燥室，熱風入口與空氣預熱器連接，利用鍋爐的高溫煙氣對新鮮空氣進行預熱以提高能源利用率。
[0015]所述的雙輥擠漿機包括料斗、輥壓箱、第一輸送帶、輥壓筒、第二輸送帶、熱輥壓管；所述的料斗安裝在輥壓箱的入口處且料斗的出口與安裝在輥壓箱內的第一輸送帶相對，兩個對稱安裝在輥壓箱內，第一輸送帶的輸出端和第二輸送帶的輸入端分別于兩個輥壓筒輸入端和輸出端銜接，第二輸送帶的輸出端與若干排對稱布置的熱輥壓管的輸入端銜接，該熱輥壓管為中空輥子，輥子內部布置有加強對流傳熱的翅片，輥子一端通過熱風循環管道與干燥室熱風入口連接，另一端為熱風出口。
[0016]所述空氣預熱器由殼體和中心轉子組成，中心轉子可旋轉的安裝在外部殼體內，殼體起到外部密封和氣體導流的作用，中心轉子起到熱交換器的作用。
[0017]采用上述方案后，本發明具有如下優點:
1、本發明充分發揮了熱風干燥和微波干燥各自所具有的的優勢，耦合利用微波加熱和熱風加熱技術對紙漿進行干燥，以微波干燥的高效率彌補熱風干燥效率較低的不足；同時以熱風干燥成本低、產量大的優點彌補微波干燥無法進行大批量生產的不足。
[0018]2、本發明盡可能回收利用系統的余熱，實現系統能量的高效利用:一是利用空氣預熱器對導熱油鍋爐排放的煙氣余熱進行回收；二是創新設計了利用濕空氣余熱的熱輥壓機構，用熱輥回收利用系統外排熱濕空氣所具有的余能，用于提升紙漿板初溫；三是讓含熱廢氣按一定比例進行了再循環。因此，整個烘干設備具有較高的能量利用效率。[0019]3、本發明采用半自動化控制，可以根據不同種類的紙漿設置不同的傳送速率、熱風溫度和熱風風量等工作參數，以提高裝置生產效率和能源利用率。
[0020]綜上所述，本發明的優點是設備結構簡單、適用對象廣泛，能量利用率高、生產效率高，能夠很好地替代現有的紙漿氣流干燥技術，為企業帶來節能減排效益。若對本案設備進行一定的改造，甚至也可以將本發明應用到其它工農業產品的脫水干燥中去。因此，本發明不僅具有節能高效的特點，而且有著廣泛的應用拓展空間。
[0021]下面結合附圖和具體實施范例對本發明作進一步的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是熱風干燥過程中耦合微波干燥原理示意圖；
圖2是本發明的結構框圖；
圖3A是本發明的正面剖視圖；
圖3B是本發明的俯視圖；
圖4A是本發明換熱器的軸測圖；
圖4B是本發明換熱器的正視圖；
圖4C是本發明換熱器的俯視圖；
圖5是本發明熱風流經各設備的順序圖；
圖6是本發明雙輥擠漿機內部的結構示意圖；
圖7A、圖7B是本發明空氣預熱器的軸測圖和三視圖。
具體實施方案
[0023]如圖2、圖3A、圖3B所示，本發明是一種高效節能的紙漿脫水干燥設備，它主要由機架1、紙漿切割機構2、換熱器3、空氣預熱器4、微波發生器5、雙輥擠漿機6、熱風循環管道71、72、73、物料運輸系統81、82、干燥室9、導熱油鍋爐10、等組成。
[0024]所述的干燥室9分為兩段，它由第一干燥室91和第二干燥室92構成。第一干燥室91和第二干燥室92相互銜接且安裝在機架I的中部，兩段干燥室之間以隔板隔開，第一干燥室91和第二干燥室92之間通過熱風循環管道73連通。在第一干燥室91和第二干燥室92內分別安裝有物料運輸系統81、82，干燥室9的外部包裹保溫材料以減少散熱損失。紙漿在第一干燥室91中進行勻速干燥，在第二干燥室92中進行減速干燥。
[0025]在機架I上自左向右依次安裝有雙輥擠漿機6、干燥室9、換熱器3、紙漿切割機構2，導熱油鍋爐10安裝在機架的上且位于干燥室9的下方，其中，雙輥擠漿機6位于第一干燥室91的開始端且與第一干燥室91內的物料運輸系統81對接；紙漿切割機構2位于第二干燥室92的末端，即出料口處，紙漿切割機構2與第二干燥室92內的物料運輸系統82對接。所述的紙漿切割機構2由電腦控制按一定的時間間隔切割紙板，使紙板尺寸方便打包裝箱。紙板切割機構2設有防止微波泄漏的微波短路裝置，以防止微波泄漏對工人產生傷害。
[0026]所述的微波發生器5安裝在機架I上，位于第一干燥室91和第二干燥室92之間和干燥室9的上方，微波發生器5所產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。微波發生器5內共含若干個功率相同的磁控管，其中一些磁控管產生的微波作用于第一干燥室91的起始端，另外一些磁控管產生的微波作用于第二干燥室92的末端。實際工作中，可根據具體的工作參數來決定磁控管開啟的個數和位置；并通過調節微波作用功率的大小和作用位置來適應不同的生產需求。所述的微波發生器5工作于紙漿的臨界含濕量點附近，其作用是在減速干燥的初始階段投入工作以迅速提高漿板內部水分的溫度，從而提高減速干燥階段的干燥速率。
[0027]所述的物料運輸系統81主要由驅動裝置811、傳送帶812、輥輪813等組成，傳送帶812繞接在輥輪813上，驅動裝置811為傳送帶812為干燥室9中的傳送帶812提供動力，根據生產需要可由計算機控制其傳送速度。
[0028]如圖4A、圖4B、圖4C參考圖3A所示，所述的換熱器3為空氣一導熱油換熱器。換熱器3的本體上設有導熱油入口 31和導熱油出口 32、熱風入口 33和熱風出口 34。所述的導熱油入口 31與導熱油鍋爐10連接，導熱油來自導熱油鍋爐10 ;熱風出口 34通過熱風循環管道71通向第一干燥室91。熱風入口 33與空氣預熱器4連接，利用鍋爐的高溫煙氣對新鮮空氣進行預熱以提高能源利用率。
[0029]如圖6所示，所述的雙輥擠漿機6包括料斗61、輥壓箱62、第一輸送帶63、輥壓筒64、第二輸送帶65、熱輥壓管66。所述的料斗61安裝在輥壓箱62的入口處且料斗61的出口與安裝在棍壓箱62內的第一輸送帶63相對,兩個對稱安裝在棍壓箱62內，第一輸送帶63的輸出端和第二輸送帶65的輸入端分別于兩個棍壓筒64輸入端和輸出端銜接，第二輸送帶65的輸出端與若干排對稱布置的熱棍壓管66的輸入端銜接,該熱棍壓管66為中空棍子66，輥子66內部布置有加強對流傳熱的翅片。輥子66 —端通過熱風循環管道72與第一干燥室91熱風入口連接，另一端為熱風出口。熱風由第二干燥室92排氣口引入；換熱后的熱風由輥子66的另一端排出，排出后的熱風有部分與新鮮空氣按一定比例混合后又進入換熱器3加熱，再投入到下一干燥循環過程中。所述的雙輥擠漿機6用來對濕紙漿(干度約為3%)進行輥壓，使得紙漿中的部分水分得以去除，輥壓過后紙漿的干度大約在50%左右。與現有工業中常用的擠漿機不同的是，本設備的擠漿機增加了主要由熱輥壓管66構成的熱輥壓機構，以利用干燥后潮濕熱風的熱能，該熱輥壓機構對紙漿板進行接觸傳熱，使其溫度升高，方便后期的加熱干燥。
[0030]如圖7A、圖7B所示，所述空氣預熱器4為一種回轉式空氣預熱器，它由殼體41、中心轉子42、支架43組成，中心轉子42可旋轉的安裝在外部殼體41內，殼體41起到外部密封和氣體導流的作用，中心轉子42起到熱交換器的作用。在中心轉子42上下面的對應位置分別劃分出煙氣流通區、空氣流通區和密封區，而外部殼體41則在這些區域的一定范圍內形成一次風倉、二次風倉和煙氣倉。其中一次和二次風倉形成冷風側，煙氣倉形成熱風側。各個倉體上下端分別由外部殼體和風管形成各自的氣體流通風道。
[0031]如圖5所示，為熱風流經各個設備的順序圖。新鮮空氣與一定比例(量)的潮濕熱空氣混合后，進入空氣預熱器4預熱，預熱后的空氣進入空氣-導熱油換熱器3中加熱，從換熱器3出來的熱空氣(風)分為兩股，一股直接進入第一干燥室中對紙漿進行減速干燥；另一股與從第一干燥室中排出的熱風混合后進入第二干燥室，對紙漿進行勻速干燥；兩股熱空氣匯攏于管道10處。
[0032]如圖3A、圖3B所示，本發明的熱風循環系統由鼓風機、送風管、引風機、熱風循環管道71、72、73和閥門等組成。所述的鼓風機用于向空氣預熱器4輸送新鮮空氣；所述送風機用于向干燥室內提供加熱后的空氣；所述熱風循環管道71、72、73和閥門用于熱風的輸送以及風量的控制；所述的引風機用于排除干燥系統中含濕量較高的濕空氣。
[0033]所述的控制系統采用半自動化運行，由人工設定，控制整套設備的正常運行:主要控制小型導熱油鍋爐的運行；控制微波發生系統的微波輻射強度和輻射時間；控制熱風循環系統的熱風溫度、熱風風速；控制物料輸運系統的物料輸送方向和速度等參數。
[0034]本發明的工作原理:
如圖3A、圖3B所示，濕稀紙漿經過雙輥擠漿機6擠壓呈漿板狀后，進入主要由熱輥壓管66構成的熱輥壓裝置中，由熱輥壓裝置對漿板進行接觸傳熱，熱輥壓裝置的熱能來自系統排出的潮濕空氣所含余熱。被加熱后的紙漿板被送入第二干燥室92中，在傳送帶上由熱風對其進行勻速干燥，直至紙漿達到其臨界含濕量點。在紙漿勻速干燥即將結束、減速干燥即將開始時，將微波發生器5的微波干燥耦合到干燥室9中，利用微波對紙漿內部的水分進行加熱，使紙漿內部的水分蒸發，從而大大提升干燥速度，減少紙漿的升溫耗能。在第一干燥室91中，溫度較高，干度較大的熱風對紙漿進行減速干燥，使紙漿的干度最終達到生產要求。最后，在干燥室9的出口處由紙漿切割機構2對漿板進行切割，使得產出的干紙漿板的外形尺寸都一致。
[0035]以上所述，僅為本發明較佳實施案例而已，各管路的布置可有多種方式，故不能以此限定本發明實施的范圍，即依本發明申請專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋的范圍內。
【權利要求】
1.一種高效節能的紙漿脫水干燥設備，其特征在于:它包括機架、紙漿切割機構、換熱器、空氣預熱器、微波發生器、雙輥擠漿機、熱風循環管道、物料運輸系統、干燥室、導熱油鍋爐；在機架上自左向右依次安裝有雙輥擠漿機、干燥室、換熱器、紙漿切割機構，導熱油鍋爐安裝在機架的上且位于干燥室的下方，微波發生器安裝在機架的上且位于干燥室的上方，其中，雙輥擠漿機位于干燥室的開始端且與干燥室內的物料運輸系統對接；紙漿切割機構位于干燥室的末端，紙漿切割機構通過熱風循環管道與干燥室內的物料運輸系統對接，所述的換熱器分別與導熱油鍋爐、干燥室、空氣預熱器連接。
2.根據權利要求1所述的高效節能的紙漿脫水干燥設備，其特征在于:所述的干燥室分為兩段，它由第一干燥室和第二干燥室構成；第一干燥室和第二干燥室相互銜接且安裝在機架的中部，兩段干燥室之間以隔板隔開，第一干燥室和第二干燥室之間通過熱風循環管道連通；在第一干燥室和第二干燥室內分別安裝有物料運輸系統。
3.根據權利要求2所述的高效節能的紙漿脫水干燥設備，其特征在于:所述的微波發生器安裝在第一干燥室和第二干燥室之間且位于干燥室的上方，微波發生器所產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.根據權利要求1所述的高效節能的紙漿脫水干燥設備，其特征在于:所述的換熱器為空氣一導熱油換熱器，換熱器的本體上設有導熱油入口和出口、熱風入口和熱風出口 ；所述的導熱油入口與導熱油鍋爐連接，導熱油來自導熱油鍋爐；熱風出口通過熱風循環管道通向干燥室，熱風入口與空氣預熱器連接，利用鍋爐的高溫煙氣對新鮮空氣進行預熱以提高能源利用率。
5.根據權利要求1所述的高效節能的紙漿脫水干燥設備，其特征在于:所述的雙輥擠漿機包括料斗、輥壓箱、第一輸送帶、輥壓筒、第二輸送帶、熱輥壓管；所述的料斗安裝在輥壓箱的入口處且料斗的出口與安裝在輥壓箱內的第一輸送帶相對，兩個對稱安裝在輥壓箱內，第一輸送帶的輸出端和第二輸送帶的輸入端分別于兩個棍壓筒輸入端和輸出端銜接，第二輸送帶的輸出端與若干排對稱布置的熱輥壓管的輸入端銜接，該熱輥壓管為中空輥子，輥子內部布置有加強對流傳熱的翅片，輥子一端通過熱風循環管道與干燥室熱風入口連接，另一端為熱風出口。
6.根據權利要求1所述的高效節能的紙漿脫水干燥設備，其特征在于:所述空氣預熱器由殼體和中心轉子組成，中心轉子可旋轉的安裝在外部殼體內，殼體起到外部密封和氣體導流的作用，中心轉子起到熱交換器的作用。
【文檔編號】F26B15/12GK103438678SQ201310368502
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】何宏舟, 陳智杰, 鄒世超 申請人:集美大學