立式干化造粒一体化设备及其工作方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种用于污泥或絮凝污泥等干化处理的设备，特别是一种立式干化造粒一体化设备及其工作方法。

背景技术：
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随着城市人口的增多，需要亟待处理的城市污水、污泥日益增多，而目前也出现了多种多样的污泥烘干、污泥干化设备。

如专利申请号201810125063.8提出的一种立式加压的污泥干化处理装置，其包括壳体，所述壳体顶部中央固定连接有进料管，进料管上方固定连接有盖板，所述壳体内部上端固定连接有水平连杆，水平连杆内端均固定连接有加热箱，加热箱外侧固定连接有若干电加热管，壳体1上方固定连接有电机，电机输出端固定连接有传动转轴，传动转轴左端固定连接有主动锥齿轮，所述加热箱内部上方固定连接有固定连杆，固定连杆中部转动连接有纵向转轴，纵向转轴顶部固定连接有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮与主动锥齿轮相啮合，纵向转轴底部固定连接有搅拌叶片，所述搅拌叶片为螺旋状搅拌叶片，虽然该设备的污泥经过筛孔的分筛后进入加热箱内部更佳均匀，避免外侧污泥干燥，内侧依旧是潮湿的干化不均匀的情况，但其干化完全依靠电加热管的热传递来实现干化，干化效率低下能耗大成本高，且无法干化的同时实现造粒。

另外还有专利申请号201811187924.1，一种干化与焚烧立式一体化连续处理污泥油泥粪料设备，其由进料口、搅拌器、出气口、支托、炉条、接渣斗、出渣器、支撑、加温口、焚烧室、烘干室、落料网格、凹槽、叶片组成，其中，烘干室顶部设置有出气口和进料口；烘干室下部设置有燃烧室，烘干室与燃烧室之间设置有支托；燃烧室下部设有炉条；炉条下部设有接渣斗；接渣斗底部设置有出渣器；在接渣斗的一侧设有加温口；支撑固定在烘干室下部外侧；烘干室内设置有搅拌器，搅拌器上部固定在烘干室顶部，下部插入支托上的凹槽中；在搅拌器的轴上设置有多层叶片，在叶片的下面相对应的设置有落料网格，该落料网格与内壁固定；其通过燃烧室来实现烘干室内污泥的干化，不仅热效率低，而且干化效率也很低，且无法干化的同时实现造粒。

同时现有设备运行过程中，往往结构比较复杂，容易影响设备运行的可靠性。

技术实现要素：
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鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种立式干化造粒一体化设备，该装置结构简单、设计合理，干化效率高，在干化的同时实现造粒。

本发明立式干化造粒一体化设备，其特征在于：包括立式罐体和设在立式罐体内的刀轴总成，所述刀轴总成上布设有断续的螺旋带状形的刀片，在每个刀片的低位端边设有刃口，各个刀片通过连接杆或刀片直接连接在刀轴总成上。

进一步的，上述刀轴总成包括竖立在立式罐体内的主轴和多个间隔连接在主轴上的刀组，每个刀组包括可拆装连接在主轴上的轴套和均布在轴套上的刀片，所述刀片与轴套之间通过所述连接杆连接或刀片直接连接在轴套上。

进一步的，每个轴套上均布有2-10个的刀片，即在刀轴总成上形成2-10条的断续螺旋面。

进一步的，同一螺旋面上相邻组的刀片，其下一组刀片的高位与上一组刀片低位之间的高度落差在-50mm至+100mm之间。

进一步的，上述刀片形状为面螺旋形。

进一步的，上述刀片具有两段，分别是前段和后段，前段上设有用于与连接杆自由端连接固定的沉孔，后段的宽度小于或等于前段，刀片采用结构钢、合金钢、不锈钢制成，其刃口部位是通过另焊有高硬度金属或堆焊高硬度合金修磨形成。

进一步的，上述刀片的长度为立式罐体内直径的0.2-0.6倍。

进一步的，上述立式罐体的罐壳具有夹层，其内通入热源，在立式罐体的下部一侧具有物料进口，在立式罐体的下部另一侧具有物料出口，所述刀轴总成的中心线与立式罐体的中心线重合，刀轴总成上端由电机驱动转动，在立式罐体内部靠近上端设有水平的防溅板，所述防溅板呈圆环形，其外圈与立式罐体的内壁固定连接，防溅板的内圈为大于刀轴直径小于刀组上刀片内径的通口，在立式罐体的上部具有负压抽吸口。

进一步的，上述立式罐体的内径为d，刀片外缘线速度为v，当0.5m≤d≤1m时，v=2d+5.5m/s，当1m≤d≤2m时，v=2.5d+5m/s，当2m≤d≤2.5m时，v=4d+2m/s，且刀片外缘与立式罐体内壁面之间的间距为1-16mm。

进一步的，上述立式罐体的内壁且位于刀轴总成最上一层刀片上方设有挡板，所述挡板包括斜板和与斜板端头固定连接的底板，所述底板上设有用于与立式罐体内壁面固定连接的长圆通孔，在长圆通孔内穿入螺钉旋入罐壁上的螺纹盲孔将挡板固定于罐壁。

进一步的，上述斜板与底板之间设有支撑筋板。

进一步的，上述斜板与立式罐体的径向形成0-80度的夹角。

进一步的，上述斜板为矩形板，底板为与立式罐体内壁面贴合的弧形板。

本发明立式干化造粒一体化设备的工作方法，其特征在于：所述立式干化造粒一体化设备包括立式罐体和设在立式罐体内的刀轴总成，所述刀轴总成上布设有断续的螺旋带状形的刀片，在每个刀片的低位端边设有刃口，各个刀片通过连接杆连接在主轴上；工作时，刀轴总成在立式罐体内高速转动，输入到立式罐体内的泥状物料被螺旋带状形的刀片不断抛送、贴壁、切割和下落；物料在刀片的离心力、向上、向前推力的作用下不断被抛起并向上向罐壁方向运动，同时在刀片外缘与立式罐体内壁的间隙之间形成附着在罐壁上的薄层，在罐壁的高温作用下，该薄层被迅速干化并脱落；又随着连续向上抛送的湿物料混合继续向上抛送,而物料抛送至高位后，在挡板的导向下从刀片内缘与刀轴总成的刀轴之间的空间落下，落下的物料又经下层刀组推向罐壁并再次被抛送、切割，依此反复循环,在此循环中物料中的水份形成水汽不断挥发，这些水汽经负压抽吸口被抽排出罐外，使罐内物料的含水率不断降低；上述循环运动物料在立式罐体内的整个时间段内，由于物料在被抛送的同时在刀面上被滚搓和含水率降低的原因，物料从泥状逐步形成大直径的球状，此球状被随之而来的上层刀片切割并打散成小直径颗粒，使包裹在球状物内难以挥发的水份快速蒸发，散成小直径颗粒后再逐步干化。

进一步的，上述立式罐体的罐壳具有夹层，其内通入热源使其加热；在立式罐体的下部一侧具有物料进口，在立式罐体的下部另一侧具有物料出口，所述刀轴总成的中心线与立式罐体的中心线重合，刀轴上端由电机减速机驱动转动，在立式罐体内部靠近上端设有水平的防溅板，所述防溅板呈圆环形，其外圈与立式罐体的内壁固定连接，防溅板的内圈为大于刀轴直径小于刀组上刀片内径的通口；在立式罐体的上部具有负压抽吸口；工作前，在罐壳夹层内通入热源加热罐体；同时物料从物料进口输入到罐体内后，关闭物料进口和物料出口，电机驱动刀轴总成的刀轴高速转动，负压抽吸口通过抽吸泵及管路负压抽气，物料在上、下循环运动过程中与高温的立式罐体内壁面接触，使物料得以干化，物料在被高速抛送、贴壁、切割过程中产生大量的高温水汽，通过防溅板内圈与刀轴之间的空间散发，并由负压抽吸口排出。

本发明立式干化造粒一体化设备在工作时，刀轴总成在立式罐体内高速转动，输入到立式罐体内的泥状物料被螺旋带状形的刀片不断抛送、贴壁、切割和下落。而物料抛至高位后，在挡板的导向作用下从刀片与刀轴总成的刀轴之间的空间落下，物料依此循环运动；依上述循环运动物料在立式罐体内的整个时间段内，物料从泥状逐步干化形成大直径的球状，又从球状被刀片切割并打散成小直径颗粒，散成小直径颗粒后再逐步干化，实现污泥或絮凝状污泥干化和造粒在一台设备内完成，且干化和造粒的效率高。

附图说明：

图1是本发明立式干化造粒一体化设备的立体透视构造示意图；

图2是刀轴总成的立体构造示意图；

图3是刀轴总成的主视构造示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是刀组的立体构造示意图；

图6是刀片的主视构造示意图；

图7是刀片的m向示意图；

图8是铲料刀的立体构造示意图；

图9是立式罐体内的局部立体视图；

图10是挡板与立式罐体的安装剖面构造示意图；

图11是挡板侧视图（也即图10的省略罐体内壁面的右视图）；

图12是罐体的内径与刀片外缘线速度的关系图；

图13、14是图1的局部视图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明方法作进一步的详细说明。需要特别说明的是，本发明的保护范围应当包括但不限于本实施例所公开的技术内容。

本发明立式干化造粒一体化设备包括立式罐体1和设在立式罐体1内的刀轴总成a，所述刀轴总成a上布设有断续的螺旋带状形的刀片b（或称之为断、续的带形的具有螺旋状表面的刀片），在每个刀片b的低位端边k设有刃口b1，各个刀片b通过连接杆a1连接在刀轴总成a上，上述断续的螺旋带状形指该刀轴总成a上的刀片不连续，即中间具有间隔。

上述刀轴总成a包括竖立在立式罐体1内的主轴a2和多个间隔连接在主轴上的刀组a3，所述低位端边k即指刀具总成的每个刀片最早迎击泥球的边。

对于同一螺旋面上相邻组的刀片，其下一组刀片的高位与上一组刀片低位之间的高度落差在-50mm至+100mm之间，第一种实施例是，在竖设的刀轴总成高度方向上，下一组刀片向高位处延伸可与上一组一个刀片重合，形成完整的连续的螺旋或螺旋面；第二种实施例是，在竖设的刀轴总成高度方向上，下一组刀片向高位处延伸不与上一组一个刀片重合，形成上、下错位的螺旋或螺旋面，两种实施例均可能产生上述落差-50mm至+100mm之间的数值，本申请较佳的实施例是第一种实施例。

污泥或絮凝状污泥在干化过程中，随着其含水率的降低，污泥会形成球状（泥球直径在80mm-200mm以上，该种现象在卧式或立式的干化设备中均会发生，该泥球外表面较光滑，在其体内被包裹的水分很难进一步被干化），泥球在以往的污泥干化设备中，特别是有使用搅拌叶片的设备中，一方面，搅拌叶片受到该泥球的冲击力巨大，致使搅拌叶片不能高速运行（通常只能在1-5m/s的线速度下运行，使效率较为低下），一旦搅拌叶片超过5m/s线速度后，搅拌叶片容易被冲击变形甚至断裂，而如果采用更高强度的金属或增加搅拌叶片的厚度等，虽然增加刚度，但同时也增加了制作成本和重量，搅拌时旋转的离心力增加，也使设备运行不稳定、噪音巨大、安全性能差；另一方面，泥球包裹着其体内的水分很难挥发的，而桨叶无法将泥球打碎，故无论以往是哪种的污泥干化设备，该些泥球在设备中经过一个小时以上的高温处理，都难以使泥球干化，从而使干化效率极为低下，耗能巨大，据本申请人长期试验发现在形成泥球后需要至少1.5小时才能使泥球干化。

本申请中刀片b呈螺旋带状形的作用是使刀片螺旋面在抛送物料时是向上向前和向罐壁方向，螺旋面刀片对物料作用的离心力、向前、向上的推力较为稳定一致，使得物料的运动有利于干化；而如果采用刀片b为平面的环形带状时，即表面为平面，物料在刀片上不同部位所受的力是不一致且方向是紊乱的，这样的运动方式不利于干化的进程，且抛送物料时使物料直接撞击罐体内壁面，严重时产生巨大的冲击力和撞击噪音，会对罐体产生巨大损坏，且也会影响竖立罐体的稳定性；而刀片采用断、续的刀组结构不仅有利于降低整体的重量，而且可以根据不同的使用要求需要调节上、下刀片的间距,而如果在整个刀轴上的刀片螺旋面是连续的，就不能安装刃口b1，不仅不能对泥球产生切割作用，对干化的效率和成本将产生重大的不利影响；同时要对连续型刀片增加多处加固，使得刀轴总成的重量增大结构变得复杂，在制造上难以保证精度；对刀片损坏较大、缩短刀片使用寿命，而且重量较大、且无法根据需要对刀片就行调整。

进一步的，为了更好稳定高效的运行，上述刀轴总成a包括竖立在立式罐体1内的主轴a2和多个间隔连接在主轴上的刀组a3，每个刀组a3包括可拆装连接在主轴上的轴套a4和均布在轴套上的刀片b，所述刀片b与轴套a4之间通过所述连接杆a1连接（该连接杆a1或者是连接片，该连接片可以是与刀片b独立制作的，或者是一体制作的），主轴为阶梯轴（也可以是无缝钢管和实心棒料制成），其断截面为圆形，轴套a4为圆环，其上均布焊接固定有连接杆a1，而错开连接杆a1的位置设有螺纹通孔a5，通过紧定螺钉旋入螺纹通孔抵靠在主轴表面（也可以使用其他方法如涨套等），使轴套可以固定在主轴上，而通过旋松紧定螺钉即可移动轴套，通过轴套的移动可以实现对不同刀组a3位置的调节，以实现更好的搅拌、抛送、物料和切割泥球，连接杆a1之间通过加固杆拉a6连接，以增加强度。

进一步的，为了满足使用要求，每个轴套上可以均布有2-10个的刀片，每个刀片均有连接杆连接，但当罐体直径较小时也可以制成刀片内缘直接连接上轴套上，因此，各个刀片通过连接杆或刀片直接连接在刀轴总成上均是可实施的例子，在刀轴总成上即形成2-10条的断续螺旋；对于同一螺旋上相邻组的刀片，其下一组刀片的高位与上一组刀片低位之间的高度落差在-50mm至+100mm之间。

进一步的，为了对物料和泥球的抛送、贴壁、切割的效果更好，上述刀片形状为螺旋面形，通过螺旋面形的刀片，才能较好实现对污泥自下而上的抛送、贴壁、切割，实现循环运动的目的，以使物料在循环过程可以更好的干化。

进一步的，上述刀片可以具有两段，分别是前段b2和后段b3，前段上设有用于与连接杆a1自由端连接固定的沉孔b4，后段b3的宽度可以小于或等于前段b2，此处的宽度指得是沿罐体或主轴的径向方向的尺寸；本申请的刀片采用结构钢（如45#钢、合金钢、不锈钢等）制成，其刃口b1部位是通过另焊有高硬度金属（如硬质合金、刀具钢等，当然采用表面堆焊处理等使刃口的硬度提高的方式也可），经修磨形成刃口b1。

进一步的，为了切割泥球的效果好，而刀片的厚度为8mm-20mm，刀片的宽度为30mm-100mm，刀片b的低位端边k与刀片旋转（行进）方向垂直或接近垂直，但也可以在65-90度之间；上述刀片的长度（指沿圆周方向）为立式罐体内直径的0.2-0.6倍，且刀片外缘与立式罐体内壁面之间的间距为1mm-16mm，该刀片安装在主轴上形成的螺旋升角为9°-30°；刀片b的低位端边k为刀片刃口，刃口的角度为20°-60°；刀片的外缘为弧形边，该边的面为弧形面或螺旋面均可，同时也可以在该外缘面上设有锯齿，该锯齿可以是在外缘面上布设三角形、矩形或梯形凹槽，内缘为阶梯直边，高位端和低位端均为直边，刀片的外缘为弧形。

进一步的，为了使物料在干化过程中可以迅速加热，从而提高干化速度，上述立式罐体呈圆柱形，上、下部中心通过轴承支撑刀轴总成，立式罐体的罐壳具有夹层，其内通入热源，该热源可以是蒸汽、导热油或导热水，该热源通过另外的供热设备进行持续的加热，保证在夹层罐壳内具有所要求的温度，通常立式罐体内的温度可以在常温到180摄氏度之间调整变化。

本申请在立式罐体1的下部一侧具有物料进口2，在立式罐体的下部另一侧具有物料出口3，所述刀轴总成a的中心线与立式罐体的中心线重合，刀轴总成上端由电机4驱动转动，在立式罐体内部靠近上端设有水平的防溅板5，所述防溅板5呈环形圈，其外圈与立式罐体的内壁固定连接，防溅板的内圈为大于轴套直径小于刀组上刀片内缘直径的通口6，该防溅板在能够满足防溅的条件下，尽量加大口径以利于蒸发水汽的排出；在立式罐体的上部具有负压抽吸口7，该负压抽吸口7与负压泵及其管路相连，以使在罐体内产生的高温水汽可以迅速排出，从而保证污泥的干化。

现有电机的功率和速度均可以达到高速（每分钟上千转）要求，但用于污泥干化设备的速度均较低，其原因是如前述的高速时泥球会对搅拌叶片产生冲击损坏，以及机械稳定性无法保证，而本申请即通过上述刀片及刀轴总成的改造，使得本申请刀轴总成和刀片可以在高速下运行，从而在没有增加制作成本的情况下大大提高干化效率。

本申请通过对刀轴总成和刀片的优化，设计有罐体的内径与刀片外缘（指刀片远离中心刀轴的边缘）线速度的关系：上述立式罐体的内径为d，刀片外缘线速度为v，当0.5m≤d≤1m时，v=2d+5.5m/s，当1m≤d≤2m时，v=2.5d+5m/s，当2m≤d≤2.5m时，v=4d+2m/s，如图所示，当d=2.5m，v=12m/s，在该速度下本申请的干化处理时间仅仅需要6min-15min。

进一步的，为了更好实现在物料（污泥）抛升至最高位时的下落，上述立式罐体的内壁上且位于刀轴总成最上一层刀片上方设有挡板8，也即挡板8位于防溅板5的下方。所述挡板8包括斜板9和与斜板端头固定连接的底板10，所述底板10上设有用于与立式罐体内壁面固定连接的长圆通孔11，在长圆通孔内穿入螺钉12旋入罐壁上的螺纹盲孔，将挡板8固定于罐壁。

进一步的，为了提高挡板8的刚性，上述斜板与底板之间设有支撑筋板13。

进一步的，为了使物料较好下落，上述斜板与立式罐体的径向形成0-80度的夹角，较佳的夹角为30度，在立式罐体的内周壁可以均布有3-8个的挡板8。

进一步的，为了设计合理，加工方便上述斜板为矩形板，底板为与立式罐体内壁面贴合的弧形板。

所述立式罐体的内内底部且位于刀轴总成的最低一层刀组下部设有铲料刀14，所述铲料刀14包括套设固定在主轴上的环圈15和均布在环圈上的支撑杆16，所述支撑杆的外端连接于螺旋线形铲刀片17的高位端底面，所述螺旋线形铲刀片17的低位端具有与环圈连接的铲刮刀片18，所述铲刮刀片18与铲刀片17的连接部具有水平设置的尖刀片19，该尖刀片有利于将位于罐底的物料铲起，并由螺旋带状形铲刀片带动上抛给刀组a3的刀片，上述环圈15结构与前述的轴套a4形状结构作用相同，而螺旋线形铲刀片17通过铲刮刀片18和支撑杆16，可以增加其连接强度，同时铲刮刀片18也起到铲起并将物料推向罐壁的作用。

本发明立式干化造粒一体化设备的工作方法，所述立式干化造粒一体化设备包括立式罐体和设在立式罐体内的刀轴总成，所述刀轴总成上布设有断续的螺旋带状形的刀片，在每个刀片的低位端边设有刃口，各个刀片通过连接杆和轴套连接在主轴上从而构成刀轴总成；工作时，刀轴总成在立式罐体内高速转动，输入到立式罐体内的泥状物料被螺旋带状的刀片不断抛送使其贴壁并切割，而物料抛送至高位后，在挡板的导向作用下从刀片与刀轴总成的轴套之间的空间落下，抛送、贴壁的过程物料与罐体内表面接触，将热能传递给物料，使物料升温，其内部的水份得以蒸发，物料依此循环运动；依上述循环运动物料在立式罐体内的整个时间段内，物料从泥状逐步干化和滚搓形成大直径的球状（泥球），又从球状被刀片切割并打散成小直径颗粒，使其内部难以蒸发的水份迅速挥发散，直至干化；对于大直径泥球，其内部包裹的水分很难挥发，而在被刀片切割打碎后，水分即会迅速挥发，实现高效的干化和造粒,避除了现有技术中长时间搅拌及加热而无法实现的低效干化现象。

当然如果仅仅通过刀片切割、掀送、贴壁的循环还无法实现高效的干化，而通过立式罐体的罐壳具有夹层，其内通入热源，通过热源将热能传递给与罐体内壁面接触的薄层污泥，使干化效率更高；在立式罐体的下部一侧具有物料进口，在立式罐体的下部另一侧具有物料出口，所述刀轴总成的中心线与立式罐体的中心线重合，刀轴总成上端由电机减速机驱动转动，在立式罐体内部靠近上端设有水平的防溅板，所述防溅板呈环形圈，其外圈与立式罐体的内壁固定连接，防溅板的内圈直径大于轴套直径而小于刀组上刀片的内圆直径从而形成蒸发水汽的通口。在立式罐体的上部具有负压抽吸口；工作前，先在罐壳夹层内通入热源，同时物料从物料进口输入到罐体内后，关闭物料进口和物料出口，电机驱动刀轴总成的刀轴高速转动，负压抽吸口通过抽吸泵及管路负压抽气，物料在上、下循环运动过程中与立式罐体内壁面接触，使物料得以干化，物料在被高速抛送、贴壁、切割过程中产生大量的高温水汽，通过防溅板内圈与刀轴之间的空间散发，并由负压抽吸口排出。而通过防溅板的作用，在干化中形成的粉尘被阻挡在防溅板下避免了粉尘与水汽一起被吸出。通过不断的上、下循环运动，罐内的泥得以快速的干化，形成粒状或粉状。

本发明立式干化造粒一体化设备在工作时，刀轴总成在立式罐体内高速转动，输入到立式罐体内的泥状物料被螺旋带状的刀片不断抛送、贴壁、切割和下落，而物料抛至高位后，在挡板的导向作用下从刀片内缘与刀轴总成的轴套之间的空间落下，物料依此循环运动；依上述循环运动物料在立式罐体内的整个时间段内，物料从泥状逐步干化形成大直径的球状，又从球状被刀片切割并打散成小直径颗粒，散成小直径颗粒后再逐步干化，实现污泥或絮凝状污泥干化和造粒在一台设备内完成，且干化和造粒的效率高。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。