УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СУШКИ ВОДОСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2012 года по МПК C02F11/12 

Изобретение относится к устройству и способу сушки водосодержащего материала, такого как навоз.

Свиная навозная жижа является в значительной степени водянистым побочным продуктом интенсивного свиноводства, как правило, характеризующимся содержанием твердой фазы 3-10%. Средняя откормленная на убой свинья ежегодно производит один кубометр навоза, а средняя свиноматка с поросятами - пять кубометров. Транспортировка навозной жижи представляет собой, по большей части, перевозку воды и, следовательно, расточительна. Таким образом, существует потребность в рентабельном способе уменьшения количества воды в навозной жиже. Целью настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа сушки водосодержащего материала, такого как навозная жижа, с затратой минимума энергии. Кроме того, целью настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа эффективной рекуперации (остаточного) тепла и его последующего повторного использования.

С этой целью настоящим изобретением обеспечивается устройство сушки водосодержащего материала посредством потока воздуха, как определено в пункте 1.

В одном из вариантов осуществления настоящим изобретением обеспечивается способ сушки водосодержащего материала посредством потока воздуха, как определено в пункте 20.

Данное устройство и данный способ высокоэффективны, так как выделяемая скрытая теплота (энергия конденсации) может быть использована в данном процессе, практически, при той же температуре для испарения воды из водосодержащего материала.

Данное устройство обеспечивает замкнутый тепловой контур, в котором остаточное тепло при относительно низкой температуре рекуперируется и повторно используется в первом мокром фильтре. Для эффективной рекуперации и повторного использования остаточного тепла разность температур между вторым потоком воздуха, выходящим из сушилки и насыщенным до второго уровня, и первой порцией водосодержащего материала нужно поддерживать равной, по меньшей мере, 10°С. Если разность температур меньше, потери тепла настолько велики, что его рекуперация и повторное использование практически неосуществимы. Для достижения такой разности температур воздух, выходящий со стеллажа сушилки, должен быть насыщен при наибольшей возможной температуре, что достижимо только путем нагревания ограниченного количества воздуха при помощи нагревательного устройства. В результате образуется поток нагретого воздуха, насыщенного до второго уровня, результатом чего, в свою очередь, является нагревание первой охлаждающей жидкости во втором теплообменнике. Нагретая первая охлаждающая жидкость имеет такую температуру, что, если нужно, эта жидкость может быть использована в дальнейшем в четвертом теплообменнике для нагревания первой порции водосодержащего материала. Она затем может быть использована для непосредственного нагревания воздуха в первом мокром фильтре.

Охлажденный второй поток воздуха, выходящий из второго теплообменника, все еще содержит некоторое количество остаточного тепла, подобно остаточному теплу в первой порции потока воздуха, каковую первую порцию направляют, например, в нейтрализатор и второй воздухоочиститель через байпас без дальнейшего нагревания. Следовательно, эти два потока воздуха можно без каких-либо проблем смешать. Разность температур между этим смешанным потоком воздуха и второй (самой холодной) охлаждающей жидкостью достаточна для снятия тепла потока воздуха посредством прямого контакта и при этом нагревания второй охлаждающей жидкости. Нагретая вторая охлаждающая жидкость затем становится первой охлаждающей жидкостью, которую дополнительно нагревают, как описано выше. В результате охлаждающая жидкость нагревается до максимально возможной температуры, и повторно используется максимальное количество остаточного тепла.

Далее настоящее изобретение более подробно описано со ссылкой на чертежи, которые приведены для примера. Эти чертежи не подразумевают ограничения объема настоящего изобретения, а являются только его иллюстрацией.

На фиг.1 схематически, в общих чертах показан вариант осуществления сушильного устройства и сопутствующего процесса в соответствии с настоящим изобретением;

На фиг.2 схематически, в общих чертах показаны потоки воздуха в сушильном устройстве, схематически показанном на фиг.1;

На фиг.3 схематически, в общих чертах показаны минеральные потоки в сушильном устройстве, схематически показанном на фиг.1;

На фиг.4 схематически, в общих чертах показаны энергетические потоки в сушильном устройстве, схематически показанном на фиг.1;

На фиг.5а показано схематическое поперечное сечение по единичному прессующему устройству, которое может быть использовано в вариантах осуществления настоящего изобретения;

На фиг.5b показано схематическое поперечное сечение по прессующему устройству, представленному на фиг.5а, с открытой нижней частью;

На фиг.5с показано схематическое поперечное сечение множественного прессующего устройства, которое может быть использовано в вариантах осуществления настоящего изобретения;

На фиг.6 представлено схематическое изображение разрыхляющего устройства, которое может быть использовано в вариантах осуществления настоящего изобретения;

На фиг.7а показано схематическое поперечное сечение множественного воздухоохладителя, который может быть использован в вариантах осуществления настоящего изобретения;

На фиг.7b показано схематическое изображение детали мокрого фильтра, которая также играет роль нейтрализатора и воздухоохладителя, соответствующего фиг.7а.

В приводимом ниже описании настоящее изобретение для примера описано со ссылкой на сушку навоза. Однако следует понимать, что описанные варианты осуществления изобретения, как в отношении устройства, так и в отношении способа, также могут быть использованы для сушки других водосодержащих материалов, таких как грунт, извлеченный при дноуглубительных работах, масса, получаемая при обработке растений, или остаточные потоки установок ферментации или пищевой промышленности.

На фиг.1 схематически, в общих чертах показан вариант осуществления сушильного устройства и сопутствующего процесса в соответствии с настоящим изобретением. Сушильное устройство включает первый мокрый фильтр 1, радиатор 3, стеллаж сушилки 5, второй мокрый фильтр 7, первый воздухоочиститель 9 и башенный охладитель 11. Все упомянутые части соединены друг с другом так, что воздух из первого мокрого фильтра 1 может поступать в радиатор 3 по линии 31, из радиатора 3 на стеллаж сушилки 5 по линии 33, со стеллажа сушилки 5 во второй мокрый фильтр 7 по линии 35, из второго мокрого фильтра 7 в первый воздухоочиститель 9 по линии 37 и из первого воздухоочистителя 9 в башенный охладитель 11 по линии 39. Конкретные положения, относящиеся к потоку воздуха, описаны со ссылкой на фиг.2. Вариант осуществления сушильного устройства, показанный на фиг.1, дополнительно включает генератор 13, нейтрализатор 15 и второй воздухоочиститель 17. Функции этих элементов и связи между ними описаны со ссылкой на фиг.2.

Вариант осуществления сушильного устройства, показанный на фиг.1, дополнительно включает теплообменник 19. Теплообменник 19 соединен с башенным охладителем 11 посредством линий 41 и 43 и с первым мокрым фильтром посредством линий 45 и 47. Расположение и функция теплообменника 19 в настоящем сушильном устройстве более подробно поясняются со ссылкой на фиг.3 и 4.

Наконец, вариант осуществления сушильного устройства, показанный на фиг.1, дополнительно включает отделительное устройство 21, буфер 23, прессующее устройство 25 и вибросито 27. Эти элементы используются в настоящем сушильном устройстве для обработки минеральных потоков. Связи между этими элементами и другими элементами в сушильном устройстве и функции различных частей более подробно будут описаны со ссылкой на фиг.4.

На фиг.2 схематически, в общих чертах показаны потоки воздуха в сушильном устройстве, схематически показанном на фиг.1. Окружающий воздух всасывается генератором 13 по линии 51. Кроме того, окружающий воздух может всасываться в различных местах сушильного устройства при помощи вентиляторов (не показаны). В генераторе 13 некоторое количество воздуха используется для превращения топлива, подаваемого по линии 53 (показана на фиг.1), в полезную энергию, например, в форме электроэнергии или тепла. Генератор 13 представляет собой, предпочтительно, теплоэлектростанцию (СНР), которая, помимо электроэнергии, также обеспечивает некоторое количество остаточного тепла. Это остаточное тепло может быть использовано в различных местах данного сушильного устройства. Другими возможными источниками тепла для радиатора 3 вместо генератора 13 являются биомасса, тепло животных и коллектор солнечных лучей.

Помимо окружающего воздуха, который подается в генератор 13, некоторое количество окружающего воздуха также подается посредством, например, вентилятора (не показан), по линии 55 в первый мокрый фильтр 1 и проходит сквозь него. В первом мокром фильтре 1 поток воздуха вступает в непосредственный контакт с жидкой водянистой фракцией навоза, далее именуемой жидкая фракция навоза. Более подробное описание выражения «жидкая фракция навоза» дано при описании фиг.3. В результате непосредственного контакта воздух поглощает из жидкой фракции навоза влагу и летучие составляющие, такие как аммиак, и становится до некоторой степени насыщенным ими. Легко может быть достигнута степень насыщения 95% или более относительно атмосферной влажности, однако настоящее изобретение этим не ограничивается. Кроме того, воздух нагревается более горячей фракцией навоза и, таким образом, играет роль теплообменника.

Воздух, выходящий из первого мокрого фильтра, может быть разделен на первую порцию, которую направляют в нейтрализатор 15 по линии 57, выполняющей функцию байпаса, и вторую порцию, которую направляют в радиатор 3 по линии 31 и оттуда - на стеллаж сушилки 5 по линии 33. Функция байпаса 57 будет разъяснена далее. Сначала описывается поток воздуха, относящийся ко второй порции потока воздуха. Дымовые газы, образующиеся в генераторе 13, также могут быть примешаны ко второй порции потока воздуха по линии 59, которая имеется между генератором 13 и стеллажом сушилки 5. Температура потока воздуха увеличивается в результате прохождения радиатора 3, а также, если дымовые газы добавляют по линии 59, в результате этого добавления. На стеллаже сушилки 5 воздух поглощает влагу и летучие составляющие, такие как аммиак, и становится до некоторой степени насыщенным ими, например, до уровня 85% относительно атмосферной влажности. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается.

В результате прохождения воздуха через стеллаж сушилки 5 температура воздуха уменьшается. Часть воздуха, выходящего со стеллажа сушилки 5, может быть возвращена в радиатор 3 по линии 61 с тем, чтобы ему снова было сообщено тепло, таким образом, организуется процесс рециркуляции. Сушильное устройство может быть сконструировано таким образом, чтобы процесс рециркуляции повторялся несколько раз, что увеличивает эффективность сушильного устройства. Порцию воздуха, выходящего со стеллажа сушилки 5, не участвующую в процессе рециркуляции по линии 61, направляют по линии 35 во второй мокрый фильтр 7. Во втором мокром фильтре 7 поток воздуха вступает в непосредственный контакт с жидкой фракцией навоза, в результате которого происходит удаление твердых частиц, захваченных потоком воздуха, и, кроме того, насыщение потока воздуха влагой.

Затем, этот поток воздуха подают по линии 37 в первый воздухоочиститель 9. В первом воздухоочистителе 9 имеющийся в воздухе аммиак удаляется из потока воздуха в результате непосредственного контакта с сильно кислым раствором, имеющим рН, например, в диапазоне 2,0-2,5, который может быть подан по линии 63 (показана на фиг.1). Кислый раствор, подаваемый по линии 63, может содержать серную кислоту. Наконец, поток воздуха из первого воздухоочистителя 9 подают по линии 39 в башенный охладитель.

Воздух, направленный по байпасу 57 из первого мокрого фильтра 1 в нейтрализатор 15, в нейтрализаторе 15 вступает в непосредственный контакт с кислой сточной водой, выходящей из первого воздухоочистителя 1 по линии 91 и второго воздухоочистителя 17 по линии 93. Целью этого является нейтрализация любого количества кислоты, еще присутствующей в сточной воде. В нейтрализаторе 15 также собирается часть аммиака, присутствующего в потоке воздуха. Из нейтрализатора 15 поток воздуха подают по линии 65 во второй воздухоочиститель 17. Во втором воздухоочистителе 17 воздух вступает в непосредственный контакт с сильно кислым раствором, имеющим рН, например, в диапазоне 2,0-2,5, аналогично описанному в отношении первого воздухоочистителя 1, с целью удаления оставшегося аммиака. Сильно кислый раствор подают во второй воздухоочиститель 17 по линии 94. Воздух, выходящий из второго воздухоочистителя 17, является насыщенным, его подают по линии 67 в башенный охладитель 11.

В башенном охладителе 11 насыщенный воздух, выходящий из первого воздухоочистителя 1, смешивают с насыщенным воздухом, выходящим из второго воздухоочистителя 17. Насыщенный воздух выводят из башенного охладителя 11 по линии 107. Кроме того, оба потока воздуха охлаждают, в ходе этого процесса образуется конденсационная вода. Возможный вариант осуществления башенного охладителя 11 описан со ссылкой на фиг.7а.

На фиг.3 схематически, в общих чертах показаны минеральные потоки в сушильном устройстве, схематически показанном на фиг.1. Исходный навоз, поступающий из резервуара для хранения (не показан), например, по линии 71, в отделительном устройстве 21 разделяют на жидкую фракцию навоза, имеющую относительно большой объем, иными словами, фракцию навоза с содержанием твердой фазы, примерно, 2-3%, и густую фракцию навоза, имеющую относительно небольшой объем, иными словами, фракцию навоза с содержанием твердой фазы, примерно, 15-35%. В отделительное устройство может входить один или более компонент из группы, включающей сито, барабанный сепаратор и центрифугу.

Жидкую фракцию навоза подают в первый мокрый фильтр 1 и второй мокрый фильтр 7 по линии 73 и линии 75 соответственно. В указанных мокрых фильтрах 1, 7 жидкая фракция навоза вступает в непосредственный контакт с окружающим воздухом (первый мокрый фильтр 1) и воздухом, поступающим со стеллажа сушилки (второй мокрый фильтр 7), соответственно. В ходе этого контакта в результате испарения влага из жидкой фракции навоза переходит в воздух, как уже было описано выше. В результате жидкая фракция навоза загустевает до максимального содержания твердой фазы, приблизительно, 15%. Фракция, сгущенная в первом мокром фильтре 1 и втором мокром фильтре 7, соответственно, выходит из первого мокрого фильтра 1 и второго мокрого фильтра 7, соответственно, по линии 77 и линии 78, соответственно, которые, если нужно, сходятся в линию 79.

Загущенная таким образом фракция может быть затем возвращена в резервуар для хранения исходного навоза по линиям 77, 78, 79 или, как показано на фиг.1 и 3, быть добавлена к исходному навозу, подаваемому в отделительное устройство 21 по линии 71. Поскольку по своей природе загущенная фракция является липкой, она прилипает к твердым частицам, присутствующим в свежем исходном навозе, когда их смешивают друг с другом. Это приводит к образованию отделяемой густой фракции, которую можно отделить при помощи отделительного устройства 21. В одном из вариантов осуществления сушильного устройства загущенную фракцию не подают в отделительное устройство 21, а добавляют непосредственно (не показано) к густой фракции, выходящей из отделительного устройства 21 по линии 81. Однако тогда существует риск, что содержание твердой фазы в густой фракции станет слишком низким для предполагаемой дальнейшей обработки, более подробное описание которой приведено ниже.

После отделения в отделительном устройстве 21 густую фракцию навоза подают в буфер 23 по линии 81. В буфере 23 густую фракцию навоза смешивают с тонкодисперсным навозом, например, в виде тонкодисперсных частиц, которые подают с вибросита 27 по линии 85, и получают смешанную густую фракцию навоза. Смешанную густую фракцию навоза подают из буфера 23 в прессующее устройство 25 по линии 83. Возможные варианты осуществления такого прессующего устройства 25 описаны ниже со ссылкой на фиг.5а и 5с.

Посредством прессующего устройства 25 куски навоза, например, в форме прессованных мокрых жгутов навоза и кусков навоза в форме стержней, также именуемых «мокрые гранулы», могут быть помещены на стеллаж сушилки 5. Это осуществляют при помощи линии 87 между прессующим устройством 25 и стеллажом сушилки 5, каковая линия 87 показана на фиг.3. Размещенные на стеллаже сушилки 5 куски навоза образуют массив навоза для сушки. Как только куски навоза в массиве навоза высыхают до содержания твердой фазы, по меньшей мере, 85%, их снимают со стеллажа сушилки 5. Это осуществляют, предпочтительно, при помощи разрыхляющего устройства, как показано и описано со ссылкой на фиг.6. Разрыхленные сухие куски навоза, наконец, оказываются в конвейерном желобе (не показан), из которого их направляют при помощи передающих устройств по линии 89 на вибросито 27. Затем их направляют на склад (не показан). Передающие устройства могут включать винтовой подъемник, который может быть расположен в полуоткрытой или закрытой трубе. Вибросито 27 предназначено для отделения крупных и тонкодисперсных частиц навоза друг от друга. Вибросито 27 может иметь форму трубы, снабженной тонкой металлической сеткой для отделения тонкодисперсного материала, например, тонкодисперсных частиц, в трубе. На фиг.3 показано, как тонкодисперсный материал, отделенный на вибросите 27, такой как тонкодисперсные частицы, может быть возвращен в буфер 23 по линии 85 с целью смешивания там с густой фракцией, поступающей из отделительного устройства 21. Гранулированный навоз отводят с вибросита 27 по линии 97.

Помимо содержащей минеральные вещества части потока, представляющей собой жидкую фракцию навоза, и содержащей минеральные вещества части потока, представляющей собой густую фракцию навоза, которые, обе, были описаны выше, в вариантах осуществления сушильного устройства, соответствующего настоящему изобретению, существует третья содержащая минеральные вещества часть потока. Указанная третья содержащая минеральные вещества часть потока образуется аммиаком, который извлекают из воздуха в первом воздухоочистителе 1 и втором воздухоочистителе 7 так, как описано со ссылкой на фиг.2. Возможный вариант осуществления первого воздухоочистителя и/или второго воздухоочистителя подробно описан со ссылкой на фиг.7b.

Как показано на фиг.3, так называемый, процесс очистки имеет место в двух воздухоочистителях, то есть, первом воздухоочистителе 9 и втором воздухоочистителе 17. Как только некоторое количество аммиака растворяется в сильно кислом растворе в воздухоочистителе 9 или воздухоочистителе 17, которое соответствует, главным образом, растворимости образующейся соли аммония, подачу кислого раствора в указанный воздухоочиститель прекращают. Кислую сточную воду, образующуюся в первом воздухоочистителе 9 и втором воздухоочистителе 17, затем подают в нейтрализатор 15 по линии 91 и линии 93 соответственно. В результате поглощения аммиака сильно кислый раствор нейтрализуется, поэтому за относительно короткое время рН указанного раствора достигает 8,5-9,0. В одном из вариантов осуществления сушильного устройства, который не показан на фиг.3, между вторым мокрым фильтром 7 и первым воздухоочистителем 9 дополнительно установлен второй нейтрализатор.

Преимущество осуществления нейтрализации в отдельном нейтрализаторе, таком как нейтрализатор 15, состоит в том, что никакая нейтрализация не должна происходить в первом воздухоочистителе 9 и/или втором воздухоочистителе 17 самих по себе. В результате становится возможным поддерживать и в первом воздухоочистителе 9, и во втором воздухоочистителе 17 неизменно низкий рН и обеспечить относительно высокую постоянную эффективность извлечения аммиака из воздуха, равную 95-98%. Нейтрализованный водный раствор, выходящий из нейтрализатора 15, может быть утилизирован, возвращен на склад для исходного навоза или, как показано на фиг.3, добавлен по линии 95 к потоку навоза загущенной фракции навоза, который подают по линии 79 в отделительное устройство 21. Преимущество этого варианта в том, что кислота не вызывает коррозии.

Конечный результат обработки указанных содержащих минеральные вещества частей потока состоит в том, что имеется один исходный продукт, то есть, исходный навоз, который подают в отделительное устройство 21 по линии 71, и один конечный продукт, то есть, высушенные куски навоза, или «гранулированный навоз», выгружаемый с вибросита 27 по линии 97. На фиг.3 показано, что исходный навоз подают по линии 71, гранулированный навоз выгружают по линии 97.

На фиг.4 схематически, в общих чертах показаны энергетические потоки в сушильном устройстве, схематически показанном на фиг.1. Роль источника тепла для данного процесса играет генератор 13. Предпочтительно, генератор 13 представляет собой теплоэлектростанцию, которая в результате сжигания топлива, которое может быть подано по линии 53, помимо электроэнергии, генерирует относительно постоянное количество остаточного тепла. В результате указанного выше сжигания образуются горячие дымовые газы. Кроме того, генератор 13 охлаждают водой. Охлаждающая вода, поглотившая тепло в генераторе 13, может быть подана по линии 101 в радиатор 3. В радиаторе 3 указанная охлаждающая вода отдает это поглощенное тепло относительно холодному и насыщенному потоку воздуха, поступающего по линии 31 из первого мокрого фильтра 1. В результате этого поток воздуха нагревается, а вода охлаждается. Охлажденная вода может быть возвращена из радиатора 3 в генератор 13 по линии 103 для повторного использования в качестве охлаждающей воды. Нагретый в радиаторе 3 воздух может быть смешан с частью горячих дымовых газов, которые могут быть направлены непосредственно на стеллаж сушилки 5 по линии 59. Однако предпочтительно смешивать с нагретым воздухом из радиатора 3 все дымовые газы перед их поступлением на стеллаж сушилки 5 и только затем направлять смешанный воздух на стеллаж сушилки по линии 33, так как дымовые газы всегда горячее, чем радиатор 3. Другими возможными источниками тепла, которые могут выполнять функцию генератора 13, являются пополняемые источники, такие как биомасса, тепло животных и коллектор солнечных лучей.

Как было описано выше со ссылкой на фиг.2, порция воздуха, выходящего со стеллажа сушилки 5 по линии 61, то есть, контуру циркуляции, возвращается в радиатор 3. В радиаторе 3 указанный воздух может быть снова нагрет, снова введен вместе с горячими дымовыми газами и затем снова пройти через стеллаж сушилки 5. Таким образом, эффективность процесса сушки может быть значительно увеличена, так как поток воздуха достигает в насыщенном состоянии более высокой температуры, чем была бы возможна без контура рециркуляции. Было обнаружено, что при использовании контура рециркуляции можно испарять, приблизительно, 1000 литров воды в час с тепловой мощностью 1000 кВт.

Кроме того, путем снятия тепла с горячего воздуха, выходящего со стеллажа сушилки 5 и насыщенного во втором мокром фильтре 7 и первом воздухоочистителе 9, и последующего возвращения этого снятого тепла в теплообменник 19 возможно значительно увеличить эффективность процесса сушки. Эффективный способ снятия тепла с потока горячего насыщенного воздуха состоит в использовании башенного охладителя 11. Возможный вариант осуществления такого башенного охладителя 11 описан далее со ссылкой на фиг.7а.

Как было описано, вода, нагретая в башенном охладителе 11, в том числе конденсационная вода, может быть подана по линии 41 в теплообменник 19. Теплообменник 19 может представлять собой трубчатый теплообменник или пластинчатый теплообменник, в котором происходит нагревание жидкой фракции навоза перед подачей в первый мокрый фильтр 1 в процессе рециркуляции по линии 45 с целью нагревания окружающего воздуха, также поданного туда, как описано со ссылкой на фиг.2 и 3. После охлаждения в результате теплопередачи и испарения жидкая фракция навоза из первого мокрого фильтра 1 может быть снова возвращена в теплообменник 19 по линии 47. Благодаря нагреванию жидкой фракции навоза в теплообменнике 19 и, таким образом, приведения окружающего воздуха в непосредственный контакт с этой нагретой фракцией навоза обеспечивается очень эффективная передача тепла.

В теплообменнике 19 смесь охлаждающей воды и конденсационной воды, поступающая из башенного охладителя 11, охлаждается. Охлажденная конденсационная вода может быть выведена из теплообменника 19 по линии 43 и, затем, по линии 105, в результате чего потери тепла посредством конденсации воды уменьшаются до минимума. Некоторое количество охлажденной конденсационной воды также может быть выпущено в башенный охладитель 11 по линии 43.

Ниже более подробно описаны возможные варианты осуществления некоторых элементов сушильного устройства, описанного со ссылкой на фиг.1-4.

На фиг.5а показано схематическое поперечное сечение прессующего устройства 25. На фиг.5b показано схематическое поперечное сечение прессующего устройства, представленного на фиг.5а, с открытой нижней частью. Прессующее устройство 25 представляет собой единичное прессующее устройство, включающее накопительный бак 151, снабженный снизу лотком 153, поддающимся повторному закрыванию. Необязательно использовать поддающийся повторному закрыванию лоток 153 данного типа, однако практикой доказана его пригодность. Этот лоток может быть вытянутым и полукруглым, как показано на фиг.5а-5с. Нижняя часть лотка 153 по всей длине снабжена отверстиями 155, расположенными, предпочтительно, с одинаковыми интервалами. В полукруглом лотке установлено вытянутое зубчатое колесо 157. Зубчатое колесо 157 сконструировано так, чтобы иметь возможность свободного вращения вокруг оси вращения и в первом направлении вращения, например, против часовой стрелки, и во втором направлении вращения, например, по часовой стрелке. Выражение «свободное вращение» означает, что лоток 153 при вращении не затрагивается. Вращательный вал зубчатого колеса 157 может быть приведен в движение такими средствами привода, как электродвигатель, хорошо известным специалистам в данной области способом. В результате вращения зубчатого колеса 157 попеременно в первом направлении вращения и, затем, во втором направлении вращения, например, сначала против часовой стрелки, а затем по часовой стрелке, густая фракция навоза продавливается сквозь отверстия 155. Кроме того, это предотвращает ориентацию волосков и т.п., имеющихся в густой фракции навоза, в направлении вращения зубчатого колеса 157, что может привести к закупориванию отверстий 155. Если, тем не менее, зубчатое колесо 157 оказывается блокированным относительно большим, твердым объектом, таким как камень, он может быть легко удален путем открывания поддающегося повторному закрыванию лотка 153. В варианте осуществления изобретения, поясняемом фиг.5а и 5b, лоток поддается повторному закрыванию благодаря наличию стопорной гайки 159. Если, например, нужно удалить камень, поддающийся повторному закрыванию лоток 153 можно просто открыть, ослабляя стопорную гайку 159, как показано на фиг.5b. После удаления камня поддающийся повторному закрыванию лоток 153 снова закрывают, завинчивая стопорную гайку 159. Следует понимать, что существует множество других, известных специалистам в данной области способов обеспечения возможности повторного закрывания лотка 153 помимо показанного сочетания болт/гайка со стопорной гайкой 159.

На фиг.5с показано схематическое поперечное сечение другого варианта осуществления прессующего устройства 25. Этот вариант осуществления прессующего устройства 25 относится ко множественному прессующему устройству. Такое множественное прессующее устройство особенно пригодно для густой фракции навоза с относительно большим содержанием твердой фазы, например, >30%. Во множественном прессующем устройстве, показанном на фиг.5с, над зубчатым колесом 157 в поддающемся повторному закрыванию лотке 153 с отверстиями 155, закрывающем нижнюю часть накопительного бака 151, имеется два вытянутых зубчатых колеса 161, 163, идущих параллельно ему. Эти два зубчатых колеса 161, 163 сконструированы так, что могут вращаться вокруг соответствующей оси вращения в противоположных направлениях вращения. В результате одновременного вращения двух зубчатых колес 161, 163 повышается давление на дно прессующего устройства 25. Благодаря увеличению давления становится возможным продавливание зубчатым колесом 157 густой фракции навоза через отверстия 155 даже, если содержание в ней твердой фазы относительно большое.

В одном из вариантов осуществления прессующих устройств, как показано на фиг.5а-5с, отверстия 155 в поддающемся повторному закрыванию лотке 153 представляют собой круглые отверстия. В варианте осуществления прессующего устройства 25, показанном на фиг.5с, накопительный бак 151 имеет прямые стенки. Конечно, такое прессующее устройство также может иметь конические стенки, как в варианте осуществления прессующего устройства 25, поясняемого фиг.5а и 5b, и наоборот.

В различных вариантах осуществления изобретения прессующее устройство 25 размещено на раме, снабженной колесами (не показаны). Благодаря раме с колесами прессующее устройство 25 можно передвигать то в одном, то в другом направлении вдоль стеллажа сушилки 5. В результате прессованные мокрые жгуты навоза и куски навоза в форме стержней могут быть равномерно распределены по стеллажу сушилки. В одном из вариантов осуществления прессующее устройство 25 соединено с блоком управления, обеспечивающим своевременное наполнение прессующего устройства 25 из буфера 23.

На фиг.6 представлено схематическое изображение разрыхляющего устройства 181, которое может быть использовано в вариантах осуществления сушильного устройства, соответствующего настоящему изобретению. Как было описано выше, его целью является отделение кусков навоза от стеллажа сушилки 5, как только они высохли на этом стеллаже сушилки до содержания твердой фазы, по меньшей мере, 85%. Это может быть осуществлено с помощью разрыхляющего устройства 181, показанного на фиг.6. Разрыхляющее устройство 181 может быть прикреплено к прессующему устройству 25 (не показано), например, к его раме, снабженной колесами. Разрыхляющее устройство 181 включает один или более вращающийся стержень 183, снабженный веерообразными элементами 185. Один или более вращающийся стержень 183 может быть приведен в движение по отдельности или совместно, например, при помощи электродвигателя 187.

Стеллаж сушилки 5 включает сборный поддон 189 с вертикальными бортами и опорным листом 191, снабженным отверстиями. Отверстия позволяют кускам навоза падать со стеллажа сушилки под действием силы тяжести. Кроме того, эти отверстия обеспечивают свободное прохождение воздуха. Сборный поддон 189 сконструирован, предпочтительно, так, что возможно перемещение прессующего устройства 25, предпочтительно, опирающегося на один или более вертикальный борт сборного поддона 189, над вертикальными бортами при помощи колес, которые, предпочтительно, имеют направляющие кромки. Если колеса снабжены направляющими кромками, прессующее устройство 25 может перемещаться только вдоль вертикальных бортов сборного поддона 189 параллельно ему.

Один или более вращающийся стержень 183 разрыхляющего устройства 181 может быть опущен с рамы прессующего устройства 25 внутрь стеллажа сушилки 5. Предпочтительно, один или более стержень во время опускания вращается. Если веерообразный элемент 185 расположен на том уровне в массиве навоза на стеллаже сушилки 5, где навоз уже высушен до содержания твердой фазы, по меньшей мере, 85%, каковой уровень, обычно, находится вблизи опорного листа стеллажа сушилки 5, вращающиеся стержни 183 могут перемещаться вдоль всей длины стеллажа сушилки 5, если рама представляет собой подвижную раму, как описано выше. При размещении стеллажа сушилки 5 таким образом уплотненные куски сухого навоза отделяются друг от друга, эти несвязанные куски сухого навоза проходят сквозь отверстия в опорном листе стеллажа сушилки 5 и падают в транспортный желоб (не показан), расположенный под стеллажом сушилки 5, откуда их при помощи транспортных устройств через вибросито 27 направляют на склад (не показан).

Кроме того, массив навоза остается нетронутым, то есть, куски сухого навоза находятся, по существу, на дне стеллажа сушилки, а куски мокрого навоза располагаются, по существу, в верхней части стеллажа сушилки.

На фиг.7а показано схематическое поперечное сечение варианта осуществления множественного воздухоохладителя, иными словами, башенного охладителя 11. На фиг.7b показано схематическое изображение детали воздухоохладителя, соответствующего фиг.7а. В одном из вариантов осуществления изобретения в него включен, по меньшей мере, один из воздухоочистителей: первого воздухоочистителя 9 и второго воздухоочистителя 17. Тот же технический принцип, который использован в башенном охладителе 11, также может быть использован в первом мокром фильтре 1, втором мокром фильтре 7, воздухоочистителе 9, 17 и нейтрализаторе 15.

Как показано на фиг.7а, башенный охладитель 11 снабжен первым и вторым слоем насадочного материала 201а, 201b. Охлаждающий агент, в описываемом варианте осуществления изобретения - относительно холодную воду, подают по трубам 203, которые расположены над вторым слоем насадочного материала 201b. Трубы могут быть снабжены распылительными отверстиями, как показано на фиг.7b, при помощи которых вода может быть распределена по второму слою насадочного материала 201b и может течь через этот слой под действием силы тяжести в виде пленки жидкости. Со дна второго слоя насадочного материала 201b вода капает на первый слой насадочного материала 201а под действием силы тяжести и также течет через этот слой в виде пленки жидкости. Затем, со дна первого слоя насадочного материала 201а вода капает в сборный поддон 205. Под первым и вторым слоями насадочного материала 201а, 201b предусмотрены отдельные входные отверстия 207, 209 для потоков воздуха с разными температурами.

Как это часто имеет место, в башенном охладителе 11 не используется окружающий воздух для охлаждения относительно горячей охлаждающей воды данного процесса, когда охлаждение в некоторой степени обеспечивается за счет испарения. Напротив, в башенном охладителе, применяемом в вариантах осуществления сушильного устройства, соответствующего настоящему изобретению, для снятия физической и скрытой теплоты относительно горячего и насыщенного потока воздуха используется относительно холодная вода. В этом случае относительно холодная вода нагревается и смешивается с относительно горячей конденсационной водой.

Если башенный охладитель 11, показанный на фиг.7а, который, в принципе, также может быть использован в других конфигурациях, используют в сушильном устройстве, описанном со ссылкой на фиг.1-4, воздух, поступающий со стеллажа сушилки 5 через второй мокрый фильтр 7 (на фиг.2 показано как линия 39), подают во входное отверстие 207 под первым слоем насадочного материала 201а, далее именуемое первое входное отверстие 207. Воздух, поступающий из байпаса 57, подают во входное отверстие 209 под вторым слоем насадочного материала 201b, далее именуемое второе входное отверстие 209, через нейтрализатор 15 и второй воздухоочиститель 17 (на фиг.2 показано как линия 67). Воздух, который подают во второе входное отверстие 209, относительно холодный и, кроме того, насыщенный. Воздух, который подают в первое входное отверстие 207, относительно горячий и тоже насыщенный.

Если вода подается в башенный охладитель 11 так, как описано выше, и проходит сквозь два слоя насадочного материала 201а, 201b, относительно холодная вода, поступающая по трубам 203, в две стадии нагревается до температуры, которая непосредственно приближается к температуре относительно горячего потока воздуха, подаваемого в первое входное отверстие 207. Первый слой насадочного материала 201а играет роль теплообменника, в котором воздух, поступающий из второго мокрого фильтра 7, охлаждается. Два потока воздуха смешиваются друг с другом в пространстве между первым и вторым слоями насадочного материала 201а, 201b. Затем смешанный воздух охлаждается во втором слое насадочного материала 201b, поэтому второй слой насадочного материала также играет роль теплообменника. Таким образом, возможна очень эффективная теплопередача, и возможно испарять 5000-6000 литров воды в час с тепловой мощностью 1000 кВт.

Насадочный материал, предпочтительно, обладает относительно большой площадью внутренней поверхности. Пригодным насадочным материалом может служить, например, 2Н Net 150. Такой насадочный материал позволяет получить пленку жидкости, распределенную во всем этом насадочном материале, которая движется противоточно или поперечно потоку воздуха.

Устройство, показанное на фиг.7а и 7b, может быть сконструировано так, чтобы, кроме того, выполнять функцию воздухоочистителя, например, первого воздухоочистителя 9 и/или второго воздухоочистителя 17. В этом случае жидкость, распределяемая посредством одной или более трубы 203, снабженной одной или более распылительной головкой, представляет собой орошающую жидкость, такую как кислый раствор, например, раствор серной кислоты. Эта жидкость может удалять аммиак из воздуха с образованием растворенного сульфата аммония, особенно, если используется пригодный насадочный материал, как описано выше. Описанный воздухоочиститель может извлекать аммиак из воздуха до тех пор, пока не будет достигнута величина растворимости сульфата аммония, после чего эту жидкость, представляющую собой кислый промывной раствор, нужно отводить.

Насыщенный воздух, подаваемый в башенный охладитель 11, может еще содержать небольшое количество аммиака. Если нужно, указанный аммиак можно удалить при помощи двухстадийного биологического фильтра (нитрификация/денитрификация) или фильтра с активированным углем. Конденсационная вода, которая может образоваться в башенном охладителе, может содержать небольшое количество летучих жирных кислот, таких как уксусная кислота, пропионовая кислота, масляная кислота, валериановая кислота и изовалериановая кислота, которые можно удалить при помощи биологической очистки, очистки посредством активированного угля или посредством методики разделения, такой как обратный осмос. Для удаления летучих жирных кислот в щелочном скруббере в качестве жидкости в контактном агенте жидкость/воздух может быть использована каустическая сода или другая щелочь.

Выше были описаны различные теплообменники: первый мокрый фильтр 1, второй мокрый фильтр 7, первый слой насадочного материала 201а, второй слой насадочного материала 201b и теплообменник 19. Могут быть использованы другие типы теплообменников, отличные от описанных. Однако в позиции первого мокрого фильтра 1, второго мокрого фильтра 7, первого слоя насадочного материала 201а и второго слоя насадочного материала 201b предпочтительно использовать открытые теплообменники, в которых обеспечивается непосредственный контакт водосодержащего материала или воды (охлаждающая жидкость), соответственно, и воздуха, тогда как теплообменник 19 относится к закрытому типу, в котором охлаждающая жидкость и водосодержащий материал физически разделены.

Как показано на фиг.7а, предпочтительно, чтобы первый слой насадочного материала 201а и второй слой насадочного материала 201b были совмещены, чтобы вся вода (или другая охлаждающая жидкость) нагревалась совмещенными первым и вторым потоками воздуха и затем подогревалась первым потоком воздуха.

Все теплообменники, предпочтительно, функционируют в соответствии с так называемым принципом противотока, то есть, относительно горячий и относительно холодный потоки протекают через теплообменники в противоположных направлениях.

В данном устройстве высокая эффективность достигается благодаря тому факту, что выделяемая скрытая теплота (энергия конденсации) используется для испарения, практически, при одинаковой температуре в любом месте процесса. Небольшая разность температур между испарением и конденсацией достигается, например, благодаря функционированию теплообменников только в режиме противотока и, кроме того, в результате использования части водосодержащего материала и конденсационной воды в качестве среды для переноса энергии.

Выше описано только несколько возможных вариантов осуществления настоящего изобретения. Легко видеть, что настоящее изобретение предусматривает множество альтернативных вариантов его осуществления, которые входят в объем настоящего изобретения. Последний определяется прилагаемой формулой изобретения и ее техническими эквивалентами.

Изобретение относится к устройству и способу сушки водосодержащего материала, такого как навоз. Способ и устройство сушки водосодержащего материала посредством потока воздуха заключаются в нагревании потока воздуха в первом теплообменнике в результате непосредственного контакта потока воздуха и первой порции водосодержащего материала, разделении нагретого потока воздуха на первый и второй потоки воздуха, нагревании второго потока воздуха в нагревательном устройстве, сушке второй порции водосодержащего материала в сушильном устройстве в результате непосредственного контакта нагретого второго потока воздуха и второй порции водосодержащего материала, охлаждении второго потока воздуха до температуры первой охлаждающей жидкости во втором теплообменнике с использованием первой охлаждающей жидкости, смешивании охлажденного второго потока воздуха и первого потока воздуха в смесительном устройстве и охлаждении смешанного потока воздуха посредством второй охлаждающей жидкости в третьем теплообменнике. Изобретение обеспечивает эффективную рекуперацию (остаточного) тепла и его последующее повторное использование, а также минимум затрат энергии. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство сушки водосодержащего материала посредством потока воздуха, каковое устройство включает:
первый теплообменник (1) для нагревания потока воздуха за счет непосредственного контакта этого потока воздуха и первой порции водосодержащего материала с получением нагретого потока воздуха, насыщенного до первого уровня;
устройство для разделения нагретого потока воздуха, насыщенного до первого уровня, на первый и второй потоки воздуха;
нагревательное устройство (3) для нагревания второго потока воздуха с получением нагретого второго потока воздуха;
сушильное устройство (5) для сушки второй порции водосодержащего материала за счет непосредственного контакта нагретого второго потока воздуха и второй порции водосодержащего материала с получением нагретого второго потока воздуха, насыщенного до второго уровня, и высушенного продукта;
второй теплообменник (201а) для охлаждения нагретого второго потока воздуха, насыщенного до второго уровня, используя первую охлаждающую жидкость, с получением второго потока воздуха, который, по существу, охлажден до температуры первой охлаждающей жидкости и насыщен до второго уровня, и нагретой первой охлаждающей жидкости;
смесительное устройство для смешивания второго потока воздуха, охлажденного до температуры первой охлаждающей жидкости и насыщенного до второго уровня, и первого потока воздуха с получением смешанного потока воздуха;
третий теплообменник (201b) для охлаждения смешанного потока воздуха посредством второй охлаждающей жидкости с получением охлажденного смешанного потока воздуха, насыщенного до третьего уровня, и нагретой второй охлаждающей жидкости.

2. Устройство по п.1, в котором первая охлаждающая жидкость содержит, по меньшей мере, часть нагретой второй охлаждающей жидкости.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором первый уровень, второй уровень, третий уровень практически идентичны уровню полного насыщения.

4. Устройство по п.1, которое включает в себя четвертый теплообменник (19), в который поступает нагретая первая охлаждающая жидкость и в котором, тем самым, нагревается первая порция водосодержащего материала перед подачей ее в первый теплообменник (1).

5. Устройство по п.4, в котором четвертый теплообменник (19) является теплообменником закрытого типа.

6. Устройство по п.1, в котором первый теплообменник (1), второй теплообменник (201а) и третий теплообменник (20 lb) являются теплообменниками открытого типа.

7. Устройство по п.1, в котором второй теплообменник (201а) и третий теплообменник (201b) могут входить в состав башенного охладителя, причем второй теплообменник включает в себя первый слой набивочного материала (201а), а третий теплообменник включает второй слой набивочного материала (201b), который в ходе эксплуатации расположен над первым слоем набивочного материала (201а), при этом смесительное устройство содержит пространство между первым и вторым слоями набивочного материала (201а; 201b), а башенный охладитель включает в себя одну или более трубу (203) для подачи охлаждающей жидкости на верхнюю сторону второго слоя насадочного материала, и в башенном охладителе имеется первое отверстие под вторым теплообменником (201а), в которое подается нагретый второй поток воздуха, насыщенного до второго уровня, и второе отверстие, через которое первый поток воздуха подается в смесительное устройство.

8. Устройство по п.1, в котором все теплообменники являются теплообменниками противоточного типа.

9. Устройство по п.1, в котором нагревательное устройство (3) соединено с генератором (13), образующим дымовые газы, а сушильное устройство (5) выполнено с возможностью подачи в него, по меньшей мере, части этих дымовых газов.

10. Устройство по п.1, в котором устройство рециркуляции расположено между сушильным устройством (5) и нагревательным устройством (3) и предназначено для возвращения, по меньшей мере, части воздуха, проходящего через стеллаж сушилки, в нагревательное устройство (3).

11. Устройство по п.1, которое включает в себя отделительное устройство (21), которое сконструировано для подачи в него водосодержащего материала и отделения первой порции водосодержащего материала от второй порции водосодержащего материала, причем вторая порция характеризуется более высокой концентрацией твердых веществ, чем первая порция.

12. Устройство по п.1, которое включает в себя мокрый фильтр (7), расположенный между сушильным устройством (5) и вторым теплообменником (201а).

13. Устройство по п.12, которое включает в себя первый воздухоочиститель (9), расположенный между мокрым фильтром (7) и вторым теплообменником (201а).

14. Устройство по п.13, которое включает в себя второй воздухоочиститель (17), расположенный между первым теплообменником (1) и третьим теплообменником (20lb).

15. Устройство по п.14, которое выполнено с возможностью подачи во время эксплуатации кислоты в первый воздухоочиститель (9) и во второй воздухоочиститель (17) для нейтрализации оснований, присутствующих в воздухе, поступающем из мокрого фильтра (7), и в первом потоке воздуха.

16. Устройство по п.14 или 15, которое включает в себя нейтрализатор (15) для нейтрализации кислой сточной воды, выходящей из первого воздухоочистителя (9) и второго воздухоочистителя (17).

17. Устройство по п.1, которое дополнительно включает в себя фильтрующее устройство, предназначенное для удаления одной или более жирной кислоты из, по меньшей мере, одного из потоков: потока воздуха или конденсационной воды.

18. Устройство по п.17, в котором фильтрующее устройство включает в себя, по меньшей мере, один фильтр из группы, в которую входит биологический фильтр, фильтр с активированным углем и обратноосмотический фильтр.

19. Устройство по п.1, в котором водосодержащий материал представляет собой навоз.

20. Способ сушки водосодержащего материала посредством потока воздуха, согласно которому
нагревают поток воздуха в первом теплообменнике (1) за счет непосредственного контакта этого потока воздуха и первой порции водосодержащего материала с получением нагретого потока воздуха, насыщенного до первого уровня;
разделяют нагретый поток воздуха, насыщенный до первого уровня, на первый и второй потоки воздуха;
нагревают второй поток воздуха в нагревательном устройстве (3) с получением нагретого второго потока воздуха;
сушат вторую порцию водосодержащего материала в сушильном устройстве (5) за счет непосредственного контакта нагретого второго потока воздуха и второй порции водосодержащего материала с получением нагретого второго потока воздуха, насыщенного до второго уровня, и высушенного продукта;
охлаждают нагретый второй поток воздуха, насыщенный до второго уровня, во втором теплообменнике (201а), используя первую охлаждающую жидкость, с получением второго потока воздуха, который, по существу, охлажден до температуры первой охлаждающей жидкости и насыщен до второго уровня, и нагретой первой охлаждающей жидкости;
смешивают второй поток воздуха, охлажденный до температуры первой охлаждающей жидкости и насыщенный до второго уровня, и первый поток воздуха с получением смешанного потока воздуха;
охлаждают смешанный поток воздуха посредством второй охлаждающей жидкости в третьем теплообменнике (20lb) с получением охлажденного смешанного потока воздуха, насыщенного до третьего уровня, и нагретой второй охлаждающей жидкости.

21. Способ по п.20, согласно которому подают нагретую первую охлаждающую жидкость в четвертый теплообменник (19) и, тем самым, нагревают первую порцию водосодержащего материала перед подачей ее в первый теплообменник (1).