СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОСУШИВАНИЯ ПАСТООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ, В ЧАСТНОСТИ, ИЛИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЙ СТАНЦИЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, С ВЫРАБОТКОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2015 года по МПК C02F11/12 C05F7/00 F26B21/04 F26B20/00 

Предлагаемое изобретение относится к способу просушивания пастообразных материалов, в частности, илистых отложений, поступающих из станций очистки сточных вод, энергетический и тепловой коэффициент полезного действия которого является улучшенным.

Техника теплового просушивания илистых отложений, поступающих из станций очистки городских сточных вод, в принципе известна. Существуют различные технологии, позволяющие получить конечный продукт, финальная сухость которого равна или даже превышает 85%. Эта сухость илистых отложений может быть определена как отношение массы сухого материала (MS) в этих илистых отложениях к полной массе этих отложений (то есть к общей массе MS + вода) или как соотношение: MS/(MS+H₂O).

Принципиальный подход к тепловому просушиванию состоит в мощном энергетическом рассеивании, необходимом для такого просушивания, что влечет за собой высокие эксплуатационные расходы. В патентных документах ЕР 0781741 В1 или ЕР 0889014 В1 описан способ просушивания пастообразных продуктов, в частности илистых отложений станций очистки сточных вод, имеющий целью повысить тепловой коэффициент полезного действия. В соответствии с этими патентными документами способ просушивания таких пастообразных материалов содержит две ступени просушивания, а именно:

- первую ступень просушивания непрямого типа при помощи являющейся теплоносителем текучей среды, причем эта первая ступень обеспечивает получение на ее выходе предварительно просушенных илистых отложений и водяного пара;

- этап формования предварительно просушенных илистых отложений на выходе из первой ступени просушивания;

- вторую ступень просушивания уже предварительно просушенных илистых отложений, которые на этой ступени подвергаются нагреванию при помощи нагревающего газа, в частности воздуха, причем эта вторая ступень дает на выходе просушенные илистые осаждения.

Техническая задача данного изобретения в основном состоит в том, чтобы разработать способ, который позволяет уменьшить количество энергии, необходимой для просушивания илистых отложений.

В соответствии с предлагаемым изобретением способ просушивания пастообразных материалов, в частности, илистых отложений станций очистки сточных вод, включает две ступени просушивания, а именно:

- первую ступень просушивания, реализуемую первым устройством для просушивания непрямого типа, питаемого являющейся теплоносителем текучей средой, причем эта первая ступень обеспечивает получение на выходе предварительно просушенных илистых отложений и водяного пара;

- этап формования илистых отложений, полученных на выходе из упомянутого первого устройства для просушивания;

- вторую, реализуемую вторым устройством для просушивания, ступень просушивания уже предварительно просушенных илистых отложений, которые подвергается нагреванию при помощи нагревающего газа, в частности воздуха, причем эта вторая ступень дает на выходе просушенные илистые отложения,

и отличается тем, что:

- предварительно просушенные илистые отложения, поступающие из первого устройства для просушивания, вводятся в экструдер этих илистых отложений, имеющий возможность формировать шнуры из этих илистых отложений или подобные им формы, которые падают во второе устройство для просушивания;

- просушенные илистые отложения, поступающие из второго устройства для просушивания, подвергаются механическому воздействию для того, чтобы придать им гранулированную форму, и, по меньшей мере, часть полученных таким образом гранул подвергается сжиганию для выработки тепловой энергии;

- и, по меньшей мере, часть этой тепловой энергии используется для нагревания являющейся теплоносителем текучей среды в первом устройстве для просушивания.

Предпочтительно, чтобы водяной пар с выхода первого устройства для просушивания, направлялся в конденсатор для того, чтобы обеспечить в нем нагревание газа, используемого для нагревания во втором устройстве для просушивания.

Предпочтительно также, чтобы являющаяся теплоносителем текучая среда, используемая для нагревания в первом устройстве для просушивания, циркулировала в замкнутом контуре и подвергалась нагреванию при помощи сжигания илистых отложений. Эта являющаяся теплоносителем текучая среда может быть образована минеральным маслом или водяным паром.

Упомянутый замкнутый контур может содержать ответвление с устройством нагревания, располагающееся между являющейся теплоносителем текучей средой этого контура и газом нагревания, который будет поступать во второе устройство для просушивания. Тепловая энергия, получаемая в результате сжигания илистых отложений, может быть дополнена при помощи внешней энергии, поступающей от одного или нескольких источников этой энергии, выбранных среди газа, минерального масла, биогаза, водяного пара или дымовых газов.

Некоторая газовая фракция может быть извлечена между первым устройством для просушивания и вторым устройством для просушивания и может быть направлена на вход для воздуха в системе нагревания для обеспечения сжигания.

Предпочтительно, чтобы сжигание гранул илистых отложений осуществлялось в устройстве для сжигания, выбранном из группы, содержащей устройства для сжигания в кипящем слое, устройства для сжигания циклонного типа, устройства для сжигания с подвижными решетками, устройства для сжигания с фиксированными решетками, устройства для сжигания со ступенчатыми решетками, вращающиеся устройства для сжигания или другие подобные типы устройств для сжигания.

Можно отбирать дополнительную тепловую энергию от дымовых газов, образующихся в процессе сжигания.

Предлагаемое изобретение также относится к технологической установке, предназначенной для просушивания пастообразных материалов, в частности илистых отложений, поступающих из станций очистки сточных вод, и используемой для осуществления определенного выше способа, причем эта установка содержит:

- первое устройство для предварительного просушивания непрямого типа при помощи являющейся теплоносителем текучей среды, причем это устройство выдает на своем выходе предварительно просушенные илистые отложения и водяной пар, который направляется в конденсатор для повышения в последнем температуры газа, обеспечивающего нагревание;

- устройство формования илистых отложений, получаемых на выходе первого устройства для просушивания;

- второе устройство для просушивания уже предварительно просушенных илистых отложений, обеспечивающее их нагревание при помощи нагревающего газа, в частности горячего воздуха,

причем эта установка отличается тем, что она содержит:

- блок сжигания, по меньшей мере, части илистых отложений, поступающих из второго устройства для просушивания, для того чтобы выработать тепловую энергию;

- средства теплового обмена, предназначенные для передачи, по меньшей мере, части этой произведенной тепловой энергии к являющейся теплоносителем текучей среде, используемой в первом устройстве для просушивания.

Предпочтительно, чтобы предлагаемая технологическая установка содержала, на выходе второго устройства для просушивания, редуктор, предназначенный для осуществления механического воздействия на просушенные илистые отложения и формования этих илистых отложений в виде более мелких гранул.

Средства теплового обмена, предпочтительно, содержат замкнутый контур, который имеет в своем составе ответвление с нагревательным устройством между являющейся теплоносителем текучей средой этого контура и газом нагревания, который будет входить во второе устройство для просушивания.

Предлагаемое изобретение содержит, кроме уже изложенных выше технических решений, и ряд других технических решений, которые более подробно будут рассмотрены ниже и которые выполнены на основе неограничительного варианта осуществления, приводимого со ссылками на единственную приведенную в приложении фигуру. Единственная приведенная в приложении фигура представляет собой схему технологической установки для просушивания, позволяющей реализовать способ в соответствии с предлагаемым изобретением. На этой единственной фигуре можно видеть технологическую установку, предназначенную для просушивания пастообразных материалов, в частности илистых отложений, поступающих из станций очистки сточных вод, которая содержит первое устройство 1 для просушивания, или устройство для предварительного просушивания, непрямого типа. Питание этого первого устройства 1 для просушивания илистыми отложениями обеспечивается при помощи насоса 2, подающего эти илистые отложения из бункера 3, содержащего эти подлежащие просушиванию илистые отложения. Являющаяся теплоносителем текучая среда циркулирует в трубопроводах 4, связанных с контуром 5, который более подробно будет описан в последующем изложении. Эта являющаяся теплоносителем текучая среда контура 5 предпочтительно представляет собой минеральное масло или водяной пар.

Здесь под устройством для просушивания непрямого типа следует понимать аппарат, в котором являющаяся теплоносителем текучая среда, используемая для просушивания илистых отложений, циркулирует в трубопроводах с обеспечением теплового обмена между этой являющейся теплоносителем текучей средой и подлежащими просушиванию илистыми отложениями без вхождения в непосредственный контакт с этими илистыми отложениями. Первое устройство 1 для просушивания может представлять собой устройство с тонким слоем, устройство с дисками или устройство с поддонами.

Первое устройство 1 для просушивания выдает на своем выходе 1а предварительно просушенные илистые отложения и выдает на другом своем выходе 1b водяной пар. Эти предварительно просушенные илистые отложения вводятся в экструдер 6 илистых отложений, способный формировать шнуры или другие подобные формы этих илистых отложений, которые через выходное отверстие 6а этого экструдера падают во второе устройство 7 для просушивания, например, ленточного типа с лентами 7а, как это проиллюстрировано на единственной приведенной в приложении фигуре. Второе устройство 7 просушивания представляет собой устройство для просушивания прямого типа. Это означает, что илистые отложения, движущиеся на лентах 7а, находятся в непосредственном контакте с нагревающим газом, в частности с горячим воздухом, подаваемым через входной канал 8.

Илистые отложения, выходящие из устройства 1 для просушивания и находящиеся еще в пластической фазе, экструдируются через перфорированную пластину, содержащую отверстия выбранного диаметра (экструдеры илистых отложений), для того чтобы сформировать элементы однородного и предварительно определенного размера. Газ из второго устройства 7 просушивания извлекается при помощи вентилятора 9 через выходное отверстие 10 для того, чтобы пройти, в случае необходимости, через блок 11 охлаждения, а затем через конденсатор 12. Там этот газ нагревается в результате конденсации водяного пара, который поступает из первого устройства 1 просушивания через отверстие 1b и который направляется при помощи трубопровода 13 в конденсатор 12. На выходе из этого конденсатора 12 нагретый газ, по меньшей мере, частично направляется через трубопровод 14 в направлении входа 8. В случае необходимости другая часть этого газа отводится в выхлопную трубу через выходное отверстие 15. Латентная теплота испарения воды рекуперируется в конденсаторе 12. Можно предусмотреть ответвление 16, оборудованное вентилятором 17 для того, чтобы обеспечить отбор газа во втором устройстве 7 для просушивания и повторное его введение в это устройство просушивания после его пропускания через блок 18 охлаждения.

Второе устройство 7 для просушивания содержит размещенный на выходе 7b для просушенных илистых отложений редуктор 19, или дробильную машину, способный создавать механическое воздействие на просушенные илистые отложения для того, чтобы выдавать эти илистые отложения на выходе 20 в форме гранул, которые имеют меньшие размеры, чем гранулы, получаемые на выходе из первого устройства 1 для просушивания. Уровень сухости этих илистых отложений, выходящих из второго устройства 7 для просушивания, может достигать 95%.

Гранулы, выходящие из редуктора 19, частично отводятся через устройство 21 питания, в частности шнекового типа, в направлении бункера хранения и отводятся, в другой своей части, через устройство 22 питания, в частности шнекового типа, в направлении устройства 23 сжигания, представляющего собой блок нагревания с входом 23а для воздуха и выходом 23b для дымовых газов.

Контур 5 являющейся теплоносителем текучей среды первого устройства 1 для просушивания содержит теплообменник 5а, располагающийся в устройстве 23 сжигания, который позволяет нагревать эту являющуюся теплоносителем текучую среду при помощи тепловой энергии, производимой в результате сжигания гранул просушенных илистых отложений.

Ветвь 24 выхода теплообменника 5а, предназначенная для уже нагретой являющейся теплоносителем текучей среды, разделяется на две ветви 24а и 24b, причем каждая из этих ветвей оборудована насосом 25а, 25b в том случае, когда эта текучая среда представляет собой минеральное масло, или другим средством регулирования подачи в том случае, когда эта текучая среда представляет собой водяной пар.

Ветвь 24а отводит эту уже нагретую являющуюся теплоносителем текучую среду в направлении трубопроводов 4 первого устройства 1 для просушивания. Возвращение являющейся теплоносителем текучей среды в устройство 23 сжигания обеспечивается при помощи трубопровода 26а, который соединяется с возвратной ветвью 26 теплообменника 5а. Ветвь 24b направляет являющуюся теплоносителем текучую среду во вторичный теплообменник 27, обеспечивающий нагревание газа, который будет входить во второе устройство 7 для просушивания, при помощи являющейся теплоносителем текучей среды, которая возвращается при помощи трубопровода 26b в направлении ветви 26.

Тепловая энергия, передаваемая являющейся теплоносителем текучей среде в контуре 5 путем сжигания гранул илистых отложений, может быть дополнена при помощи внешней тепловой энергии, поступающей от одного или нескольких источников этой энергии, выбранных, например, среди газа, минерального масла, биогаза, водяного пара, дымовых газов и т.п.

Выработка тепловой энергии, обеспечиваемая в результате сжигания просушенных илистых отложений, и непосредственное использование этой энергии в предлагаемой установке на уровне первого устройства 1 для просушивания с рекуперацией латентной теплоты испарения позволяет уменьшить потребность в поступлении тепловой энергии извне и существенно повысить тепловой коэффициент полезного действия предлагаемого способа просушивания илистых отложений. Просушенные гранулы, полученные из илистых отложений станций очистки сточных вод, представляют высокую теплотворную способность, которая зависит от отношения количества органических материалов в них к общему количеству твердого сухого вещества, свойств самих этих илистых отложений и содержания в них влаги. Эта характеристика означает, что просушенные надлежащим образом илистые отложения образуют вполне жизнеспособный источник тепловой энергии для упомянутого выше способа.

Питание установки этими илистыми отложениями может осуществляться вручную или автоматически. Сжигаемое их количество зависит от потребностей и может быть дополнено при помощи внешних источников энергии, таких как газ, минеральное масло, биогаз, твердое топливо и т.п., но не ограничивается этими источниками. Все обработанные илистые отложения, которые не потребовались для системы нагревания, удаляются любым предписанным способом.

Выхлопные газы, покидающие предлагаемую установку между первым устройством для просушивания и вторым устройством для просушивания или поступающие из любой другой части данной установки, могут быть направлены на вход 23а воздуха в систему нагревания 23, где они смешиваются с основным потоком воздуха, предназначенным для системы нагревания. Такое техническое решение позволяет повысить температуру воздуха на входе и практически ликвидировать неприятный запах выхлопных газов.

Система нагревания, образованная устройством 23 сжигания, может быть использована с применением, или без применения, системы обработки дымовых газов.

Система нагревания может включать в себя оборудование рекуперации дополнительной тепловой энергии, поступающей от дымовых газов. Тепловая энергия, производимая в результате сжигания гранул илистых отложений, может быть использована для повышения температуры любого средства, выбранного, без ограничения, среди минерального масла и воздуха, или для производства водяного пара, предназначенного для нагревания различного оборудования данной установки. Оборудование предлагаемой установки может быть предусмотрено в окружающей среде Atex или в окружающей среде Non-Atex. Управление осуществлением предлагаемого способа может быть автоматическим или ручным или же может представлять собой комбинацию двух этих способов управления. Осуществление предлагаемого способа может быть непрерывным или прерывистым или же может представлять собой сочетание двух этих характеристик. Способ в соответствии с предлагаемым изобретением также может быть применен к способу и/или к установке в соответствии с патентными документами ЕР 0781741 или ЕР 0889014.

Способ в соответствии с предлагаемым изобретением также может быть применен к способам просушивания и к установкам, отличным от способов и установок, описанных в упомянутых выше патентных документах ЕР 0781741 или ЕР 0889014.

Изобретение относится к сушильной технике. Способ просушивания пастообразных материалов, в частности илистых отложений станций очистки сточных вод, включает две ступени просушивания, в котором осуществляют первую ступень просушивания, реализуемую первым устройством (1) для просушивания непрямого типа, питаемого являющейся теплоносителем текучей средой, причем эта первая ступень обеспечивает получение на выходе (1a, 1b) предварительно просушенных илистых отложений и водяного пара, этап формования илистых отложений на выходе из упомянутого первого устройства для просушивания, вторую, реализуемую вторым устройством (7) для просушивания, ступень просушивания уже предварительно просушенных илистых отложений, которые подвергаются нагреванию при помощи нагревающего газа, в частности горячего воздуха, причем эта вторая ступень просушивания дает на выходе (7b) окончательно просушенные илистые отложения. При этом предварительно просушенные илистые отложения, поступающие из первого устройства (1) для просушивания, вводят в экструдер (б) для илистых отложений, имеющий возможность формировать шнуры из этих илистых отложений или подобные им формы, которые падают во второе устройство (7) для просушивания, просушенные илистые отложения, поступающие из второго устройства (7) для просушивания, подвергают механическому воздействию (19) для того, чтобы придать им гранулированную форму, и по меньшей мере часть полученных таким образом гранул подвергается сжиганию (23) для того, чтобы выработать тепловую энергию; и по, меньшей мере, часть этой тепловой энергии используют для нагревания являющейся теплоносителем текучей среды в первом устройстве для просушивания. Изобретение должно обеспечить снижение энергозатрат. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ просушивания пастообразных материалов, в частности илистых отложений станций очистки сточных вод, включающий две ступени просушивания, в котором осуществляют:
- первую ступень просушивания, реализуемую первым устройством (1) для просушивания непрямого типа, питаемого являющейся теплоносителем текучей средой, причем эта первая ступень обеспечивает получение на выходе (1a, 1b) предварительно просушенных илистых отложений и водяного пара;
- этап формования илистых отложений на выходе из упомянутого первого устройства для просушивания,
- вторую, реализуемую вторым устройством (7) для просушивания, ступень просушивания уже предварительно просушенных илистых отложений, которые подвергаются нагреванию при помощи нагревающего газа, в частности горячего воздуха, причем эта вторая ступень просушивания дает на выходе (7b) окончательно просушенные илистые отложения, отличающийся тем, что
- предварительно просушенные илистые отложения, поступающие из первого устройства (1) для просушивания, вводят в экструдер (б) для илистых отложений, имеющий возможность формировать шнуры из этих илистых отложений или подобные им формы, которые падают во второе устройство (7) для просушивания,
- просушенные илистые отложения, поступающие из второго устройства (7) для просушивания, подвергают механическому воздействию (19) для того, чтобы придать им гранулированную форму, и, по меньшей мере, часть полученных таким образом гранул подвергается сжиганию (23) для того, чтобы выработать тепловую энергию; и
- по меньшей мере, часть этой тепловой энергии используют для нагревания являющейся теплоносителем текучей среды в первом устройстве для просушивания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водяной пар, с выхода (1b) первого устройства для просушивания, направляют в конденсатор (12) для того, чтобы обеспечить в нем повышение температуры газа, используемого для нагревания во втором устройстве (7) для просушивания.

3. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что являющаяся теплоносителем текучая среда, используемая для нагревания в первом устройстве (1) для просушивания, циркулирует в замкнутом контуре (5) и подвергается нагреванию при помощи сжигания илистых отложений.

4. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что являющаяся теплоносителем текучая среда образована минеральным маслом или водяным паром.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что упомянутый замкнутый контур (5) снабжают ответвлением (24а, 24b) с устройством (27) нагревания между являющейся теплоносителем текучей средой этого контура (5) и газом нагревания, который поступает во второе устройство (7) для просушивания.

6. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что тепловую энергию, получаемую в результате сжигания илистых отложений, дополняют при помощи внешней энергии, поступающей от одного или нескольких источников этой энергии, выбираемых среди газа, минерального масла, биогаза, водяного пара или дымовых газов.

7. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что некоторую часть газа извлекают между первым устройством (1) для просушивания и вторым устройством (7) для просушивания и направляют на вход (23а) для воздуха системы нагревания для обеспечения сжигания.

8. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что сжигание илистых отложений осуществляют в устройстве сжигания, выбранном из группы, содержащей устройства сжигания в кипящем слое, устройства сжигания циклонного типа, устройства сжигания с подвижными решетками, устройства сжигания с фиксированными решетками, устройства сжигания со ступенчатыми решетками или вращающиеся устройства сжигания.

9. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что обеспечивают рекуперацию дополнительной тепловой энергии в дымовых газах, поступающих из процессов сжигания.

10. Технологическая установка, предназначенная для просушивания пастообразных материалов, в частности, илистых отложений, поступающих из станций очистки сточных вод, и используемая для осуществления способа в соответствии с любым из предшествующих пунктов, причем эта установка содержит
- первое устройство (1) для просушивания непрямого типа при помощи являющейся теплоносителем текучей среды, причем на выходе (1a, 1b) указанного первого устройства (1) для просушивания получают предварительно просушенные илистые отложения и водяной пар, который направляется в конденсатор (12) для повышения в нем температуры газа, обеспечивающего нагревание,
- экструдер (6) формования илистых отложений, получаемых на выходе первого устройства (1) для просушивания,
- второе устройство (7) для просушивания уже предварительно просушенных илистых отложений, обеспечивающее их нагревание при помощи нагревающего газа, в частности горячего воздуха, отличающаяся тем, что эта установка содержит
- на выходе первого устройства (1) для просушивания - экструдер (б) предварительно просушенных илистых отложений, имеющий возможность формировать шнуры или другие подобные формы этих илистых отложений, которые падают во второе устройство (7) для просушивания,
- на выходе (7b) второго устройства для просушивания - редуктор (19), предназначенный для осуществления механического воздействия на просушенные илистые отложения и формования этих илистых отложений в виде гранул,
- блок (23) сжигания, по меньшей мере, части гранул, выходящих из второго устройства для просушивания, для обеспечения выработки тепловой энергии,
- средства (5, 5а) теплового обмена, предназначенные для переноса, по меньшей мере, части этой произведенной тепловой энергии к являющейся теплоносителем текучей среде первого устройства (1) для просушивания.

11. Технологическая установка по п.10, отличающаяся тем, что упомянутые средства теплового обмена имеют в своем составе замкнутый контур (5), который содержит ответвление (24а, 24b) с устройством (27) повторного нагревания между являющейся теплоносителем текучей средой упомянутого контура и нагревающим газом, поступающим во второе устройство (7) для просушивания.