常温常压非相变干燥微界面悬浮振荡调控方法和装置

本发明属于节能减排领域，具体涉及一种常温常压非相变干燥微界面悬浮振荡调控方法和装置。

背景技术：

1、干燥是一种用途广泛且必要的技术，在众多生活和工业领域中具有十分重要的先导性地位。如废弃农林生物质、垃圾、工业污泥以及畜禽粪便等都需要进行脱水，以便进一步处理或资源化。以工业污泥为例，污泥脱水可以最大限度地减少污泥体积，便于运输，污泥填埋、焚烧利用、土地利用、建筑材料等处置方式都对污泥含水率有一定的要求，一般要求含水率≤30％。

2、目前，主要的干燥方式包括污泥、生物质在内的物料干燥通常经过药剂调理，进一步利用压滤、离心机械脱水，甚至常压/真空相变热干化，这些过程需要消耗大量能源和药剂，并造成大量二氧化碳排放等二次污染问题。

3、例如：公开号为cn115060066a的中国发明专利申请公开了一种新型生物质非相变干燥方法及配套装置系统及其应用，其虽然利用湍流发生器的降粘打散可以降低风能与热能的消耗，降低生物质湿料的粘度与粒径，在1500～3000m3/h的风量、低于100℃的温度条件下便可实现对生物质的高效干化，但是其还是需要加热器进行加热来形成干燥热气流，干燥所需风能与热能的消耗依然较高；另外，其对含水率高的生物质湿料进行干燥需要设置多级湍流器，不仅使得设备结构更为复杂，干燥工序流程变得繁琐，而且设备占地面积较大，还进一步增加了能耗和污染风险。

4、在我们国家“双碳目标”背景下，减少包括物质处理处置过程中的能耗、药耗及温室气体排放和降低污染至关重要。开发低能耗、化学药剂近零消耗、反应条件温和、无二次污染及环境风险的物质深度脱水技术一直是科学工作者努力的方向，具有极强的现实意义。因此，本领域亟需一种低成本、低能耗、低碳排放的干燥装置及方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种常温常压非相变干燥微界面悬浮振荡调控方法和装置，可在不引入外部热源和药剂的条件下快速干燥物质，以节约能源、减少污染。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：常温常压非相变干燥微界面悬浮振荡调控装置，包括干燥单元、进料单元、供风单元和回收单元；

3、所述干燥单元包括干燥器；

4、所述进料单元包括进料斗和送料装置，所述送料装置的进料口与进料斗的出料口相连接，所述送料装置的出料口与干燥器的进料口相连接；

5、所述供风单元包括风机；

6、所述回收单元包括回收管道，所述回收管道的进料口与干燥器的出料口连接；

7、所述干燥器为微界面悬浮振荡干燥器，其包括干燥器主体、溢流出料管和提升管道；

8、所述干燥器主体包括上端封闭的直筒段、连接在直筒段下端的锥筒段、以及连接在锥筒段下端的多通连接头；所述直筒段的内腔下部与锥筒段的内腔上部共同组成物料悬浮区；所述多通连接头具有用作干燥器的进料口的第一连接口、可与第一连接口连通的第二连接口、以及可与第二连接口连通并与锥筒段的下端相连接的第三连接口；

9、所述溢流出料管与直筒段同轴设置，其上端管口为干燥器的出料口并高于直筒段的上端，其下端伸入至直筒段的内腔中并处于物料悬浮区的上侧，且与直筒段围成环形通道；

10、所述提升管道的下端管口与第二连接口连接，其上端管口沿直筒段的切向伸入环形通道中；

11、所述风机的出风口与第一连接口相连接。

12、进一步的，所述干燥器主体的柱锥比为1:1～3。

13、进一步的，所述提升管道呈字形，其具有至少两个弯头部分，所述弯头部分的弯曲角度为90°～150°。

14、进一步的，所述干燥单元还包括接料仓；

15、所述多通连接头还具有可与第三连接口连通的第四连接口；

16、所述接料仓的进料口通过可控卸料阀与第四连接口相连接。

17、进一步的，所述送料装置为密封式螺旋送料器，其包括送料电机、输料管道、以及带螺旋叶片的送料螺杆；

18、所述输料管道具有同轴的输料通道和输风通道；所述输料通道的进料口为送料装置的进料口，所述输料通道的出料口为送料装置的出料口；所述输风通道的出风口与第一连接口相连接；

19、所述送料螺杆可转动地设置在输料通道中，并与送料电机的动力输出端传动连接；

20、所述输料管道内设置有挡风板，所述挡风板处于输风通道的进风口的上游；

21、所述供风单元还包括气流稳定器，所述风机的出风口通过气流稳定器与输风通道的进风口相连接。

22、进一步的，所述回收单元还包括旋流分离振荡器和收料仓；

23、所述旋流分离振荡器具有切向进料口、顶部溢流管和底流口；

24、所述回收管道的出料口与切向进料口连接；

25、所述收料仓的进料口与底流口相连接。

26、进一步的，所述溢流出料管的下端比提升管道的上端管口的下缘低2～3cm；

27、所述旋流分离振荡器的当量直径为干燥器主体的当量直径的1/2～2/3；

28、所述旋流分离振荡器的柱锥比为1～3:1；

29、所述顶部溢流管的下端比切向进料口的下缘低2～3cm。

30、本发明还提供了一种常温常压非相变干燥微界面悬浮振荡调控方法，该方法采用上述的常温常压非相变干燥微界面悬浮振荡调控装置对湿料进行干燥；该方法包括以下步骤：

31、s1、通过供风单元供风，在第一连接口处形成常温气流；

32、s2、通过进料单元供给湿料，在第一连接口处湿料与常温气流混合形成料流；

33、s3、料流通过多通连接头进入提升管道中，并沿提升管道由直筒段的切向进入干燥器主体中；

34、s4、调控常温气流的气量和干燥单元的压力，使随料流进入干燥器主体中的湿料，在旋流场多种力的作用下悬浮于物料悬浮区并做自公转运动；

35、s5、物料悬浮区处的湿料在微界面振荡离心力的作用下，内部的水分被甩出并从溢流出料管进入回收单元被外排；物料悬浮区处的湿料，含水率降低到一定值后被干化为干料，干料无法维持悬浮状态从溢流出料管进入回收单元被收集。

36、进一步的，所述湿料为生物质、工业物料或其他含水物质，其颗粒的粒径为0.1～10mm；

37、步骤s4中，将常温气流的气量控制在500～1000m3/h，将干燥单元的压力控制在0.3～0.6mpa。

38、进一步的，步骤s4中，通过以下公式进行调控和判断；

39、

40、当满足条件ω≥1时，表示进行干燥的湿料的颗粒在旋流场多种力的作用下，稳定悬浮于物料悬浮区并做自公转运动；

41、上式中，u表示常温气流的速度，r表示干燥器主体的直筒段的内部半径，r表示进行干燥的湿料的颗粒半径，μ表示动力粘度，α表示干燥器主体的锥角；

42、ρ表示进行干燥的湿料的颗粒密度，其计算公式为：

43、ρ＝(1-n)×ρsolid+n×ρwater；

44、其中，n表示颗粒的含水率，ρsolid表示颗粒固体部分的密度，ρwater表示水的密度；

45、fd表示进行干燥的湿料的颗粒在旋流场所受阻力，其计算公式为：

46、fd＝1/2×cd×ρ×a×u2；

47、其中，cd表示阻力系数，a表示颗粒的迎流面积。

48、本发明的有益效果如下：

49、1)该装置利用风机供风可形成常温气流，以携带送料装置送出的湿料形成料流进入微界面悬浮振荡干燥器中；微界面悬浮振荡干燥器主要由干燥器主体、溢流出料管和提升管道组成，料流可通过多通连接头进入提升管道中，并沿提升管道由直筒段的切向进入干燥器主体中；料流依托干燥器主体的结构特性在其内部产生气旋，随料流进入干燥器主体中的湿料，在旋流场多种力的作用下，产生高速的自转和公转运动，且以自公转耦合的形式悬浮于物料悬浮区；物料悬浮区处的湿料，在旋流场内发生的微界面振荡现象将其表面和内部的水分依靠微界面振荡离心力甩出，甩出的水分被气流携带从溢流出料管进入回收单元被外排，实现对湿料的干化；物料悬浮区处的湿料，含水率降低到一定值后被干化为干料，由于其质量和密度等物理性质发生变化，干料无法维持悬浮状态从溢流出料管进入回收单元被收集，实现了在不引入外部热源和药剂的条件下快速干燥物质。利用该装置对湿料进行干燥处理，通常在1000m3/h以下的气量及常温条件下便可实现对湿料的高效干燥处理，能耗更低，成本也更低，且基本不会产生热污染、二氧化碳排放过多排放等二次污染。

50、2)与传统的干燥装置和方法相比，本发明能够在不进行外部加热、不引入蒸汽和/或不添加药剂的条件下实现物质内部水分的高效脱除，利于节约能源，降低成本，减少污染。

51、3)与其他基于流场的调控方法相比，本发明能够利用气流的振荡效应和流动效应，实现对颗粒悬浮-流动的双重调控，利于提高干燥效率和质量。

52、4)本发明还具有结构简单，操作方便，可调性强，适用范围广等优点，可广泛用于各种生物质、工业物料等各类湿料的干燥过程。