兰炭烘干系统的制作方法

本发明涉及一种炭材烘干设备，特别涉及一种兰炭烘干系统。

背景技术：
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传统烘干设备包括转筒型烘干机、立式烘干机和箱式烘干机，其中，转筒型烘干机具有占地面积大、单位截面产量低、物料破损率高以及要求的烘干入口温度高等缺点，立式烘干机具有物料破碎率高、要求的烘干入口温度高、炭材适应性差、无法控制烘干质量、易发生卡料及堵料情况等缺点，箱式烘干机具有内部结构复杂、运行和维护费用较高以及系统密封较复杂等缺点。

技术实现要素：
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为克服上述问题，本发明提供一种布料均匀、烘干效果好且均匀以及能耗低的兰炭烘干系统将是有利的。

为此，本发明提供一种兰炭烘干系统，其包括：外筒、内筒、固定式布料器、上分料室、下分料室、夹层隔板、烟气接收室、烟气混合室、循环烟气管道、喷射器、废气管道、低温烘干烟气管道、冷空气管道、导料锥、多个出料机、位于多个出料机上方的多个分料板、下料锥斗，其中，外筒的内侧设置有外筒气流夹层，内筒的上部外侧设置有内筒气流夹层，该内筒与外筒同心布置从而在二者之间形成物料层；固定式布料器固定于外筒顶部并由料仓和多个布料管组成；上分料室和下分料室都位于外筒和内筒之间并都设置为多个，多个上分料室和多个下分料室都沿物料层圆周分布；夹层隔板装设于外筒气流夹层内并位于多个下分料室下方；物料层在多个上分料室和多个下分料室之间构成为预热烘干段，多个下分料室和夹层隔板之间构成为循环烘干段、在夹层隔板和内筒底部之间构成低温烘干段、在内筒底部和多个出料机之间构成为冷却下料段；烟气接收室设置成适于接收来自外界的高温烟气；循环烟气管道设置成适于从内筒接收经过循环烘干段和低温烘干段后排出的循环烟气；烟气混合室位于烟气接收室上方，并设置成适于将来自烟气接收室的一部分高温烟气、来自循环烟气管道的循环烟气和由喷射器喷射的外部空气混合成高温混合烟气后分别通往预热烘干段和循环烘干段进行物料烘干；废气管道设置成适于从内筒气流夹层接收经由预热烘干段之后排出的烟气；低温烘干烟气管道设置成适于接收来自冷空气管道的冷空气和来自烟气接收室的另一部分高温烟气并将它们混合成低温混合烟气后通往低温烘干段，该冷空气管道设置成从外部接收冷空气并对冷却下料段进行冷却后将冷空气通往低温烘干烟气管道。

在本发明中，由于从上到下设置有多个布料管、多个上分料室和多个下分料室，使得物料在烘干的整个向下运动过程中，进行多次分料，使物料分布更均匀，提高了物料的受热均匀度；由于从上到下设置有预热烘干段、循环烘干段和低温烘干段，这种分段分级干燥能够有效控制各段物料含水量，使得兰炭水分含量低、烘干均匀；一方面因设置有烟气混合室故能接受较高温度的外界烟气，提高了热利用率；另一方面采用烘干段内循环气体回流等形式回收热量，可进一步降低热耗。

进一步地，上述外筒气流夹层在面对上述物料层一侧具有通风孔，上述内筒气流夹层在面对上述物料层一侧具有通风孔，上述内筒的下部外壁上也具有通风孔，在上述物料层内在这些通风孔的上方均设置有导料板。

通过通风孔的设置，可以使得烟气穿过物料层来对物料进行烘干；通风孔上方导料板的设置一方面可避免物料通过通风口落入内筒或各气流夹层，另一方面可进一步对物料进行均匀布料。

再进一步地，上述烟气混合室设置成与上述预热烘干段的上述物料层以及上述外筒气流夹层相连通，并且上述废气管道与上述内层气流夹层相连通，从而使得上述烟气混合室的一部分上述高温混合烟气部分直接进入上述物料层、部分进入上述外筒气流夹层，在对物料进行烘干后经由上述通风孔进入上述内筒气流夹层，然后经由上述废气管道排出。

大约280~300℃的高温混合烟气经过预热烘干段后，兰炭中的汽化水份由高温混合烟气带走，兰炭水分可下降至7%~10%，热交换后的废气温度约为90~110℃，经废气管道排出兰炭烘干系统外。

又进一步地，上述烟气混合室设置成还同时与上述循环烘干段的上述外筒气流夹层相连通，上述循环烟气管道设置成适于与上述内筒连通，从而使得上述烟气混合室的另一部分上述高温混合烟气进入上述循环烘干段的上述外筒气流夹层，经由上述通风孔穿过并烘干物料后进入上述内筒内，然后通过上述内筒进入上述循环烟气管道。

通过上述结构设置，使得烟气混合室的另一部分高温混合烟气可以对循环烘干段的物料进行烘干，经过循环烘干段的物料水分可以降低至2%~3%。

又再进一步地，上述低温烘干烟气管道设置成一端与上述低温烘干段的上述外筒气流夹层连通，另一端分别与上述烟气接收室和用于输送上述冷空气的冷空气管道连通，从而使得上述低温混合烟气通往上述低温烘干段，经上述通风孔穿过并干燥物料后进入上述内筒内，然后通过上述内筒进入上述循环烟气管道。

由于物料经过循环烘干段之后温度进一步升高，故在物料进入下部的低温烘干段时采用温度约为120-140℃的低温混合烟气进行烘干,这部分烟气由高温烟气及冷空气混合而成，一方面避免物料持续高温而自燃，并利用物料表面水蒸汽分压大于低温混合烟气中水蒸气分压进行传质，吸收物料自身热量，达到降低物料温度的目的，另一方面低温混合烟气经该低温烘干段后吸收物料的部分热量后参与烟气循环。

优选地，上述导料板设置成向下并向上述物料层内倾斜一定角度布置以阻止物料在下落过程中经由上述通风孔从上述物料层泄出。

进一步优选地，上述导料板倾斜的上述角度大于物料的粉尘安息角度，可有效避免粉灰堆积于其上。

又进一步优选地，上述导料板在上述物料层的两侧间错布置，这种设置可以实现更加均匀地布料。

优选地，上述多个布料管与上述多个上分料室、上述多个上分料室与上述多个下分料室之间、上述多个下分料室与位于上述多个出料机上方的多个上述分料板之间，均是错位布置，从而使得物料在下落过程中多次以一定角度侧向再分配。这种布置方式使得物料分布更均匀，提高了物料受热均匀度。

优选地，上述多个下料管、多个上分料室、多个下分料室及多个出料机数量一致，均各设置有2~7个。通过多个上分料室或多个下分料室在兰炭烘干系统物料层的同一环形空间内的分布，使得下落中的物料被更加均匀地得以二次分配，可以保证物料得以均匀地烘干。

通过参考下面所描述的实施例，本发明的上述这些方面和其他方面将会得到更清晰地阐述。

附图说明：

发明的结构以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：

图1是根据本发明的一个具体实施方式的兰炭烘干系统的结构示意图；

图2是图1所示兰炭烘干系统的预热干燥段的外筒内壁从内向外看的展开图，其中示出了四个上分料室和四个下分料室以及通风孔，为清楚起见去除了通风孔上方设置的导料板；

图3是图1所示兰炭烘干系统的预热干燥段的内筒外壁从外向内看的展开图，其中示出了四个上分料室和四个下分料室以及通风孔，为清楚起见去除了通风孔上方设置的导料板；

图4是图1所示兰炭烘干系统的循环干燥段的外筒内壁从内向外看的展开图，其中示出了其上设置的通风孔，为清楚起见去除了通风孔上方设置的导料板；

图5是图1所示兰炭烘干系统的循环干燥段的内筒外壁从外向内看的展开图，其中示出了其上设置的通风孔，为清楚起见去除了通风孔上方设置的导料板。

具体实施方式：

下面将结合附图描述本发明的具体实施方式。

如图1所示并参考图2至图4，根据本发明一个具体实施方式的兰炭烘干系统包括外筒1、内筒2、固定式布料器3、上分料室11、下分料室13、夹层隔板15、烟气接收室10、烟气混合室12、循环烟气管道14、喷射器4、废气管道20、低温烘干烟气管道16、冷空气管道18、导料锥5、分料板（图未示）、出料机6和下料锥斗7，其中，外筒1的内侧设置有外筒气流夹层17，内筒2的上部外侧设置有内筒气流夹层27，该内筒2与外筒1同心布置，从而在二者之间形成物料层26；固定式布料器3固定于外筒1的顶部，并由料仓31和四个布料管33组成；上分料室11和下分料室13都位于外筒1和内筒2之间并都为四个，四个上分料室11和四个下分料室13沿物料层26圆周分布；夹层隔板15装设于外筒气流夹层17内并位于下分料室13下方；分料板和出料机6都是四个，分料板位于出料机6的上方。

在本实施方式中，下料管、上分料室、下分料室及出料机数量一致，均设置有四个。上述四个布料管33与上述四个上分料室11之间、上述四个上分料室11与上述四个下分料室13之间、上述四个下分料室13与位于上述四个出料机6上方的四个分料板之间，均是错位布置，从而使得物料在下落过程中多次以一定角度侧向再分配。尽管在本实施方式中，如图2和图3所示，上分料室11共设置有4个，但应当理解的是，上分料室11和下分料室13可以各设置有2~7。

继续如图1所示，物料层26在上分料室11和下分料室13之间构成为预热烘干段260，下分料室13和夹层隔板15之间构成为循环烘干段262、在夹层隔板15和内筒2的底部之间构成低温烘干段264、在内筒2的底部和出料机6之间构成为冷却下料段266；烟气接收室10设置成适于接收来自外界的高温烟气100；循环烟气管道14设置成适于从内筒2接收经过循环烘干段262和低温烘干段264后排出的循环烟气200；烟气混合室12位于烟气接收室10上方，并设置成适于将来自烟气接收室10的一部分高温烟气100、来自循环烟气管道14的循环烟气200和由喷射器4喷射的外部空气600混合成高温混合烟气300后分别通往预热烘干段260和循环烘干段262进行物料烘干，其中喷射器4装设有适于接收外部空气600并通过喷射外部空气600将循环烟气200引射至烟气混合室12的喷射管40。废气管道20设置成适于从内筒气流夹层27接收经由预热烘干段260之后排出的烟气；低温烘干烟气管道16设置成适于接收来自冷空气管道18的冷空气400和来自烟气接收室10的另一部分高温烟气并将它们混合后通往低温烘干段264。

再如图1所示，在上述预热烘干段260，上述外筒气流夹层17在面对上述物料层26一侧具有通风孔170，上述内筒气流夹层27在面对上述物料层26一侧具有通风孔270；在循环烘干段262和低温烘干段264中，上述外筒气流夹层17在面对物料层26一侧也具有通风孔170，上述内筒2的下部外壁上也具有通风孔270，在上述物料层26内在这些通风孔的上方均设置有导料板172、272。优选地，上述导料板172、272设置成向下并向上述物料层26内倾斜一定角度布置，以阻止物料在下落过程中经由上述通风孔170、270从物料层26中泄出，即落入外筒气流夹层17和内筒气流夹层27。这些导料板倾斜的角度要大于物料的粉尘安息角度，以有效避免粉灰堆积于其上。进一步优选地，上述导料板在上述物料层的两侧间错布置，这种设置可以实现更加均匀地布料。

如图1所示，上述烟气混合室12设置成与上述预热烘干段260的上述物料层26以及上述外筒气流夹层17相连通，并且上述废气管道20与上述内层气流夹层27相连通，从而使得上述烟气混合室12的一部分上述高温混合烟气300部分直接进入上述物料层26、部分进入上述外筒气流夹层17，在对物料进行烘干后经由上述通风孔170、270进入上述内筒气流夹层27，然后经由上述废气管道20排出。

如图1所示，上述烟气混合室12设置成还同时与上述循环烘干段262的上述外筒气流夹层17相连通，上述循环烟气管道14设置成适于与上述内筒2连通，从而使得上述烟气混合室12的另一部分上述高温混合烟气300进入上述循环烘干段262的上述外筒气流夹层17，经由上述通风孔170穿过并烘干物料后进入上述内筒2内，然后通过上述内筒2进入上述循环烟气管道14。

又再进一步地，上述低温烘干烟气管道16设置成一端与上述低温烘干段264的上述外筒气流夹层17连通，另一端分别与上述烟气接收室10和用于输送冷空气400的冷空气管道18连通，从而使得冷空气400和高温烟气100的低温混合烟气500通往上述低温烘干段264，经上述通风孔170、270穿过并干燥物料后进入上述内筒内，然后通过上述内筒2进入上述循环烟气管道262。

本发明具有如下特点及优势：

1）布料均匀：由于顶部固定式布料管与上分料室之间、上分料室与下分料室之间、下分料室与出料机上方分料板之间，均是错位布置，使得进入物料层内的物料在向下运动的过程中，多次以一定角度侧向再分配，使物料分布更均匀，提高了物料受热均匀度；

2）烘干效果好且均匀：兰炭烘干系统在同一个环形空间内（即物料层内）分段分级干燥，控制各段物料含水量，稳定高效烘干兰炭，兰炭水分含量低、烘干均匀；

3）密封性能好：兰炭烘干系统顶部采用具有四个布料管的固定式布料器，在保证物料层顶部布料均匀的同时，有效解决了顶部漏风问题；

4）能耗低：一方面因设置有烟气混合室故能接受较高温度的外界烟气，提高了热利用率；另一方面采用循环烘干段和低温烘干段内循环气体回流等形式回收热量，可进一步降低热耗；

5）其它优势：作业率高、适应性强、操作简单。

下面参考图1简要介绍一下本实施方式的兰炭烘干系统的工作原理：

湿兰炭经原料仓底部的皮带秤称量后进入斗式提升机，斗式提升机将湿兰炭送入振动筛进行筛分，合格粒度的湿兰炭进入兰炭烘干系统顶部的固定式布料器3中，不合格粒度的兰炭直接经专用刮板输送机进入碎兰炭仓(除固定式布料器3外图未示)。

固定式布料器3的料仓31可设置有料位计，与湿兰炭原料仓底部给料系统形成连锁控制，当处于低料位时，则加快湿兰炭仓下料速度；当处于高料位时，则降低湿兰炭原料仓下料速度。布料管33在本实施方式中为四根，四根布料管33均匀分布于物料层26顶部，伸入物料层26内的高度约500mm，料仓31内的湿兰炭通过布料管33在物料层26内使物料形成完整的料柱。固定式布料器3可有效保证顶部料面的均匀性以及密封性，同时由于加料过程为料柱的缓慢移动过程，避免了落差式加料造成的兰炭破碎问题。

物料自上而下经过物料层26的预热烘干段260、循环烘干段262、低温烘干段264及冷却下料段266（各烘干段统称烘干区域），进入冷却下料段266的物料在导料锥5的导流作用下，均匀进入四个出料机6，随后进入底部下料锥斗7，由振动出料机（图未示）排出兰炭烘干系统，用胶带输送机送至成品仓贮存。

兰炭烘干系统是由钢制的外筒1和与其同心布置的内筒2组成，其内设有一层共四个烟气混合室12，该四个烟气混合室12沿圆周均布，烟气混合室12通过下分料室13与内筒2相连接。兰炭烘干系统烘干所用的热量由外界提供（沸腾炉或/及套筒窑烟气），高温烟气100首先进入烟气接收室10（该烟气接收室10在本实施方式中为环形），一部分进入烟气混合室12，一部分与冷空气400混合后进入低温烘干段264。进入烟气混合室12的高温烟气100，与循环烟气200以及经由喷射器4喷射的外部空气600混合后成为高温混合烟气300，经过下分料室13下部形成的空间和外筒气流夹层17进入物料层26，为兰炭烘干系统内的物料干燥提供热量。进入预热烘干段260的高温混合烟气300穿过物料层26后进入内筒气流夹层27，随后进入废气管道20排放。循环烘干段262的烘干用高温混合烟气300穿过外筒1上的通气孔170、经物料层26对物料进行烘干后，通过内筒2上的通气孔270进入内筒2内，成为循环气体200的一部分。

高温混合烟气300是通过烟气混合室12将来自沸腾炉的500~600℃高温烟气100、循环烘干段262及低温烘干段264返回的150~200℃的循环烟气200以及来自喷射器4的外部空气600混合而成，温度在280~300℃，混合后的烟气分成两大部分进入烘干区域：

占总量60~70%的一大部分高温混合烟气300进入上部的预热烘干段260，并在废气引风机（图未示，可装设于废气管道20末端）的作用下通过下分料室13下部形成的空间和预热烘干段260处的外筒气流夹层17穿过物料层26，错流流动到内筒气流夹层27中，物料在向下流动过程中，与烘干用的高温混合烟气300呈一定角度的逆流烘干，其中一小部分高温混合烟气300在下分料室13的两侧直接进入物料层26，另一小部分高温混合烟气300经外筒气流夹层17进入上部物料层26，这两部分高温混合烟气300的走向可以在保证物料层周向均匀性的同时，提高上部物料层的烟气利用率，有效降低出口烟气的温度。物料烘干过程中的汽化水份由出口烟气带走，热交换后的废气700温度为90~110℃，经内筒2顶部的废气管道20进入废气引风机，然后经袋式除尘器除尘达到国家废气排放标准后，由烟囱排入大气。经过预热烘干段260后，兰炭水分可下降至7-10%；

占总量30~40%的另一大部分高温混合烟气300则会在喷射管40出口高速气流所产生的负压抽力作用下，向下流动进入循环烘干段262，经过循环烘干段262的物料水分降低至2-3%，高温混合烟气300与物料的换热将使物料温度进一步升高，故在物料进入下部的低温烘干段264时需要降低温度干燥。

低温烘干段264采用的烘干烟气由两部分组成，一部分为来自沸腾炉的高温烟气100，另一部分为来自冷空气管道18的冷空气400，二者在低温烘干烟气管道16内混合成低温混合烟气500。低温混合烟气500温度低，一方面利用物料表面水蒸汽分压大于低温混合烟气500中的水蒸气分压而进行传质，吸收物料自身热量，达到降低物料温度的目的，另一方面，低温混合烟气500经该低温烘干段264后吸收部分热量再去参与烟气循环。

因此，循环烟气200由进入内筒2的循环烘干段262及低温烘干段264排出的烟气混合而成，温度为150~200℃，在喷射管40高速喷射的外部空气600的引射作用下，经循环烟气管道14进入喷射器4，随后进入烟气混合室12与沸腾炉高温烟气100进行混合。

烘干后的兰炭进入冷却下料段266，冷却下料段266利用相邻下料仓壁（图未示）设置了四个冷却风室19，冷空气400经由冷空气管道18进入冷却风室19并利用下料仓壁与物料换热，物料与冷空气不直接接触，防止烘干的兰炭再次吸收水分，同时，避免增加烘干区域内烟气的氧含量从而降低起火的风险。另外需要说明的是，冷却风室19的壁面构成上述分料板。

本实施方式的兰炭烘干系统采用分级干燥的方式，由于在预热烘干段260和循环烘干段262的物料均接受280-300℃的高温混合烟气300，故通过工艺调节控制物料在下行至下分料室13附近时仍保持一定的水分（7~10%）。物料运行至循环烘干段262时，烘干热风即高温混合烟气300与物料运动方向呈一定角度进行错流烘干，进一步降低物料含水率。由于物料含水率的降低，干燥过程进入降速干燥第二阶段，物料内部水分的汽化界面将由表面进入物料内部，水分的汽化速率主要受控于内扩散速率，物料温度较高，进一步提高风温加快传质速度的方式将带来兰炭自燃的风险，也必将导致出料温度的提高，故在下部烘干段采用低温烟气烘干，既保证烘干效果，又可回收热量参与循环。

本实施方式的兰炭烘干系统内上部和中部各设置了一组分料室，即：上分料室11及下分料室13，它们的作用主要是：1）改变物料流动方向，使物料混合均匀，提高烘干质量和效率；2）改变烘干区域气流截面，通过截面的变化引导烟气流向；3）卸载烘干区物料压力，减小兰炭烘干系统内各段的物料堆积密度的变化，使各段堆积密度基本一致，有利于物料和烟气更均匀的换热，减少堆积压力过高造成兰炭自燃的风险。

干燥后的兰炭经出料机6沿仓壁滑落至底部料仓，经皮带机输送至成品仓。

本实施方式的兰炭烘干系统内物料、烟气行程如下：

(1) 物料行程

原料仓→皮带秤→斗式提升机→位于兰炭烘干系统顶部的振动筛→固定式布料器3→上分料室11→预热烘干段260→下分料室13→循环烘干段262→低温烘干段264→冷却下料段266→成品胶带机→成品仓。

(2) 烟气行程

行程一：沸腾炉烟气/套筒窑尾气→烟气接收室10→部分进入烟气混合室12→部分直接进入物料层26、部分进入预热烘干段260的外筒气流夹层17→内筒气流夹层27→废气管道20；

行程二：沸腾炉烟气/套筒窑尾气→烟气接收室10→部分进入烟气混合室12→部分进入循环烘干段262的外筒气流夹层17→内筒2→循环烟气管道14→喷射器4→烟气混合室12

行程三：沸腾炉烟气/套筒窑尾气→烟气接收室10→部分进入低温烘干烟气管道16与冷空气混合→低温烘干段264的外筒气流夹层17→内筒2→循环烟气管道14→喷射器4→烟气混合室12。

需要说明的是，循环烟气200的存在是为避免下分料室13的温度出现剧烈的波动，使得烘干物料所用烟气升温缓和，即使由于外部条件的变化，如沸腾炉热风温度突然升高，也可避免进入料层的烟气温度过高；

通风孔170、270设置可有效防止气流短路，热风均匀通过料层，避免局部热量积聚；

工艺控制中，上部的预热烘干段260中烟气带走水分控制在10-12%之间，保证下分料室附近直接接触热风的物料仍含有7-10%的水分，避免因物料水分较少而快速升温的现象；

工艺控制中，根据物料温度和烟气水分的变化情况，通过主排烟变频风机及喷射器引射作用力的配合调整，改变烘干区域内压力场分布，调整预热烘干段260与循环烘干段262的烟气量和温度，烘干区温度过高时可通过减少沸腾炉热风量、降低循环气体的温度、增大循环强度、增加出料量改变出料速度的方法调整，及时有效的控制烘干区域内物料温度。

上分料室11、下分料室13的布置，使得物料从上至下的烘干过程中，经历二次分布，避免局部物料堆积；

烘干区顶部采用多点固定式布料、出料机下物料沿仓壁滑落等措施，减小兰炭的破损率及兰炭粉末量；

烘干区域内各处构件均设倒角（包括通风孔170、270），避免兰炭粉末的堆积；

烘干系统内各非垂直烟道的角度均为大于粉尘安息角度，避免烟道内粉灰的堆积。

通风孔170、270的布置遵循压力相等的原则，进行级差式布孔，保证物料层26各处气流进出口压差基本一致，烘干区顶部、分料室附近均设置料封，有效防止气流短路，即使由于氧化反应放出热量，也能及时被烟气稀释，避免局部高温；

物料层26的两侧设置有导料板，其作用是：a)引导气流走向，有效保证气流从夹层气流孔顺利进入料层，避免物料进入夹层；b)吸收部分料层间的垂直分力，减少上、下料层孔隙率的差别，改善料层的透气性及透气均匀性。需要说明的是，每个导料板的下方可设置一层或多层通风孔，通风孔的设置在图2至图4中有很清楚的示出。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，包括这里单独披露的或要求保护的技术特征的组合，以及明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。