专利名称：能量回收的干燥设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于干燥纤维材料的干燥设备和方法，特别涉及但不限于用于干燥例如烟叶或烟叶的部分等纤维材料的干燥设备和方法。
背景技术：
在主要的烟草加工中，通过加工烟叶来制造香烟。层叠的烟叶部分被压缩，然后在切割机中切割，以生成适于香烟制造的烟草碎料。通常，从纤维烟草材料中去除水分，以改善烟草材料的处理和填充性质。在烟草工业内已知的是，采用气动传送干燥器，又称为气流干燥器，来将香烟填充材料的水分含量降低至例如适于香烟制造和包装的水平。这种干燥器中的一般原理是通过热气流沿通道传送烟草产品。该气流提供使烟草产品在通道内得到分散和干燥的环境。然后通过一些器件从气流中分离出烟草产品。产品干燥是由于气流与烟草产品之间的热量和质量转移而发生的。已知的是使用过热蒸汽、空气、空气和二氧化碳的混合物、或具有其它燃烧组分的空气作为传送气体。图1示出了一种常规的干燥设备100，其包括过程加热器(process heater) 10、产品供给装置1、用于实现材料的受控排出和释放的设备，在本示例中释放设备包括旋转空气锁2，所述干燥设备100还包括管道3、分离器，和另一旋转空气锁和排出设备5。通常，分离器是气旋分离器4。潮湿的烟草产品容纳在供给装置1中，然后从旋转空气锁2释放，产品分散在管道3中，并且气体和固体的混合物通过传送热气流沿管道3传送至气旋分离器4。 气旋分离器4使烟草产品的干燥固体与气流分离。干燥的烟草产品通过空气锁5排出，然后可根据需要传送到香烟制造工艺的下一阶段上。图1所示常规干燥设备还包括用于捕捉和再循环传送气流的部件。干燥设备还包括风扇6、出口 7、收集管道8和蒸汽注入设备。离开气旋分离器4的气流被传送至风扇6， 以再循环向该过程加热器10。经由适当的控制阀9和流量计量系统向系统中注入蒸汽。风扇6发挥作用以生成足以沿管道8传送气流的压力。过剩气体在出口7处排出。过剩气体是从空气在管道连接点处的不可避免的内向泄露和系统中空气锁处的蒸汽注入得到的，并且是从最初潮湿的烟草产品的水分的蒸发得到的。在图1所示示例中，过剩气体图示为排放至大气，然而气体也可在释放前被处理或净化。示例包括冷凝或清洗，例如化学清洗，以从蒸汽排放物中去除任何杂质、臭气和污染物。上述干燥设备和技术是低效和昂贵的。蒸汽生成和加热的步骤需要大量的能量输入。另外，空气在系统内各处的流入可导致不纯的废气产品。已有建议使用热交换器来回收从干燥工艺放出的废气和过剩气体的热能。然而，所回收能量的温度较低，对系统没有太大益处。
发明内容
希望提供一种能够避免上述问题的用于干燥例如烟草等纤维产品的替代设备和方法。根据第一方面，本发明提供一种用于干燥纤维材料的干燥设备，其包括加热器， 配置成加热第一气流和纤维材料，所述第一气流配置成在入口处进入所述干燥设备，所述气流包括蒸汽；分离器，用于使所述纤维材料与所述第一气流分离，以形成第二气流；热交换器，配置成从第二气流中冷凝并分离蒸汽组分和水份；和压缩机，配置成压缩所述蒸汽组分并使所述蒸汽组分返回所述入口。根据第二方面，本发明提供一种用于干燥纤维材料的干燥设备，其包括加热器， 配置成加热第一气流，所述第一气流包括蒸汽和所述纤维材料；分离器，用于使所述纤维材料与所述第一气流分离，以形成第二气流；压缩机，配置成压缩第二气流；热交换器，配置成从第二气流中冷凝并分离蒸汽组分和水份，并使所述蒸汽组分返回所述入口。本发明探索回收来自干燥设备或干燥器的废气的能量含量并将之返回干燥设备以便重新利用。根据本发明，如从第三方面看到的，提供了使用本发明的设备来干燥纤维产品的方法。本发明的其它优选特征在所附权利要求中限定出。产品质量考虑已趋于指示使用过热蒸汽作为烟草干燥器中的干燥介质。在这些干燥器中，干燥气体中的蒸汽的高浓度是通过使空气的流入最小化以及向工艺注入蒸汽以补充由烟草产品自身的湿气蒸发生成的蒸汽来获得的。希望的是在这种干燥器内维持低的氧水平，因为这能防止发生着火风险，并且能通过抑制产品的表面氧化来改善产品质量。来自干燥工艺的废气包括从产品蒸发的水份，再加上向内空气泄露和蒸汽注入。 废气的压力接近大气压，并且废气因从产品蒸发的水份的热函而具有大的能量含量。用于干燥设备的废气条件是它在约150°C的温度和1巴绝对值的压力时，包括按体积计90%的蒸汽和10%的空气。使用热交换器，能够从这种气流中回收热能，但是回收能量的温度较低它将显著低于加工气体的凝结温度，在大气压下将低于100°C。希望将回收能量的温度升高至有用的水平，因此有必要向工艺中引入压缩阶段。 如以下在一优选实施例中描述的，可采用热交换器从低压水中生成蒸汽，然后可将所得的低于大气压的蒸汽压缩至适于向工艺中注射的压力。该实施例是优选的，因为以下事实压缩机只需处理未受来自加工废气的粘性物质和灰尘污染的干净蒸汽，但是需要较大的压缩机来适应入口处的较低气体密度。热交换器的使用确保了从回收热生成的蒸汽不受空气或可能影响被加工产品的质量的其它物质的污染。
现在将参考附图只通过示例方式来描述本发明的实施例，附图中图1是现有技术干燥设备的示意图；图2是本发明第一实施例的干燥设备的示意图；而图3是本发明第二实施例的干燥设备的示意性截面图。
具体实施方式
现在将参考图1、2和3的设备来描述一种常规已知的干燥设备和本发明的干燥设备。已知干燥设备的结构和操作的方法的一些详情在以上已经给出，细节总结如下。从在过热气流中传送和分散烟草产品的管道3中的潮湿烟草产品中移出水分。一气旋分离器发挥作用，以从废气中分离出烟草产品，而废气于是可被加工和净化或再循环。本发明第一和第二实施例的干燥设备200、300包括大致类似于图1所示设备的一些部件，因此相似特征使用相同的附图标记来进行标注。参考附图中的图2，其中示出了本发明第一实施例的干燥设备200。然而，如图2所示，本发明的干燥设备与常规设备的不同之处在于，设备200还包括用于冷凝废气流的热交换器12，并具有入口 11以及出口 13、14、 压缩机16和蒸汽监测装置17。在一优选实施例中，蒸汽监测装置是蒸汽流量计，而压缩机是旋转凸叶压缩机(rotary lobe compressor)。设备200还包括分离的独立蒸汽源19和用于向加工蒸汽注入管线15中提供附加蒸汽的蒸汽注入系统。蒸汽注入系统包括流量计 18和响应于蒸汽监测装置17的流量控制阀9。蒸汽是经由适当的控制阀和流量计量系统注入系统中的，以在干燥器中维持所需的低氧气浓度，其示例对本领域的技术人员来说是已知的。设备200按以上对于常规设备100描述的方式进行操作。与干燥设备100相比， 来自干燥设备200的在7处的废气被导向热交换器12，在这里它向在热交换器12的壳体侧供给至入口 11的蒸发水11提供热量。液位传感器控制器(未示出)维持热交换器12 内的水位，以使传热表面被覆盖，但是水份不可能从热交换器12排出而进入到加工蒸汽注入管线15中。热交换器12内的压力维持在大气压以下，在优选实施例中为0. 5巴绝对值。 通过压缩机16生成负压。在该低压下，通过热交换器在65-75°C之间的温度，约70°C，生成蒸汽，从而回收废气中的蒸汽的潜热含量。换言之，干燥工艺废气混合物中的热能用于通过热交换器12生成低压蒸汽。没有水份或其它含量的该低压蒸汽于是被压缩机16机械地压缩，并注入加工气流中，以维持期望的蒸汽浓度。低压蒸汽被压缩机16压缩至大于1巴绝对值的压力。1巴以上的压力已被发现适于将蒸汽注射回加工管线以及干燥工艺和过程加热器阶段10中。 通过根据来自蒸汽流量计17的反馈而改变压缩机16的速度，来控制向管道3和分离器4 中注入的蒸汽的流量。如果来自压缩机16的蒸汽流量小于期望的蒸汽流量，则可将由流量计18和流量控制阀9组成的独立蒸汽注入系统用于从一单独的源19供给适当流量的附加蒸汽。在本优选实施例中，单独的源19是中心锅炉厂，并提供蒸汽以使总的蒸汽注入流量达到预定的期望水平。并非所有的废气流均被热交换器冷凝。特别地，废气的空气含量从热交换器12的冷凝器经由出口 14排出。在出口 7和14处的废气和多余气体包括由于来自热交换器12的输出处于饱和状态而形成的蒸汽组分。如上所述，废气可能需要附加的处理，以净化气体和/或去除有气味的成分。水份还将从热交换器12在出口 13处排出，在这里它在给出其凝结潜热的同时发生冷凝。提到气流，我们是指在干燥设备中将烟草产品、气体、蒸汽、杂质和某些情况下的水份传送通过系统的流体流。参考附图中的图3，其中示出了本发明第二实施例的干燥设备300。本发明第一和第二实施例的干燥设备200、300大致是相似的，因此使用相同的附图标记来标注相似的特征。干燥设备300的配置与干燥设备200的不同之处在于，压缩机16位于热交换器12的上游。压缩机16并因此干燥的压缩阶段在热交换器12前发生。在本实施例中，废气在作为蒸汽重新注入干燥工艺中稍前被再次压缩，并借助例如本优选实施例的热交换器12等器件从蒸汽中去除空气。因此，回收气体的温度以及能量均升高至用于干燥工艺的有用水平。 在不背离本发明的范围的情况下，可对上述实施例做出各种变型。可存在不同数量的干燥阶段或压缩机或热交换器件。分离器可以为多个。另外，可使用其它类型的独立蒸汽源，例如完全处于操作工厂外的金属罐或供给源。能量回收的效率能够按照需要得到最佳化，并且取决于许多具体设计情况。
权利要求
1.一种用于干燥纤维材料的干燥设备，包括加热器，配置成加热第一气流和纤维材料，所述第一气流配置成在入口处进入所述干燥设备，所述气流包括蒸汽，分离器，用于使所述纤维材料与所述第一气流分离，以形成第二气流，热交换器，配置成从第二气流中冷凝并分离蒸汽组分和水份，和压缩机，配置成压缩所述蒸汽组分并使所述蒸汽组分返回所述入口。
2.一种用于干燥纤维材料的干燥设备，包括加热器，配置成加热第一气流，所述第一气流包括蒸汽和所述纤维材料，分离器，用于使所述纤维材料与所述第一气流分离，以形成第二气流，压缩机，配置成压缩第二气流，热交换器，配置成从第二气流中冷凝并分离蒸汽组分和水份，并使所述蒸汽组分返回所述入口。
3.如权利要求1或2所述的干燥设备，其中，所述气流包括过热蒸汽。
4.如权利要求1、2或3所述的干燥设备，还包括配置成向第一气流中引入附加蒸汽的设备。
5.如上述权利要求中任一项所述的干燥设备，其中，所述附加蒸汽来源于所述干燥设备外的备用源。
6.如上述权利要求中任一项所述的干燥设备，其中，所述热交换器配置成具有小于1 巴的气流压力，优选在0.3巴到0.7巴压力的范围内。
7.如上述权利要求中任一项所述的干燥设备，其中，所述压缩机配置成压缩所述气流至大于1巴的压力，优选在1. 1巴到1.5巴压力的范围内。
8.一种用于干燥烟草产品的气动传送或气流干燥器，其中，加工气体是过热蒸汽，加工废气被再次压缩并用于生成注入所述干燥器中的蒸汽。
9.如权利要求8所述的干燥器，其中，所述加工废气的热含量用于通过热交换器生成低压蒸汽。
10.如权利要求8或9所述的干燥器，其中，所述低压蒸汽被机械地压缩并注入加工气流中，以在气体中维持期望的蒸汽浓度。
11.如权利要求8-10所述的干燥器，其中，能够从备用源引入附加蒸汽，以补充通过加热回收和压缩机系统生成的蒸汽。
12.如权利要求8所述的干燥器，其中，所述加工废气在传至热交换器并用于生成注入干燥器中的蒸汽前，被机械地压缩。
13.一种蒸汽再压缩系统，其中，来自加工气体是过热蒸汽和空气的混合物的干燥器的废气穿过热交换器，以生成没有空气含量的纯蒸汽，以这种方式生成的蒸汽然后可被机械地压缩，以获得用于加工工厂所需的压力。
14.一种干燥纤维材料的方法，使用如上述权利要求中任一项所述的设备。
15.一种大致如本文参考附图所描述的干燥设备。
全文摘要
描述了一种用于干燥纤维材料的干燥设备。所述干燥设备包括加热器，配置成加热第一气流和纤维材料，所述第一气流配置成在入口处进入所述干燥设备，所述气流包括蒸汽；分离器，用于使所述纤维材料与所述第一气流分离，以形成第二气流。所述干燥设备还包括热交换器，配置成从第二气流中冷凝并分离蒸汽组分和水份；和压缩机，配置成压缩所述蒸汽组分并使所述蒸汽组分返回所述入口。在一替代方式中，压缩机配置成在热交换器稍前压缩第二气流，所述热交换器配置成从第二气流冷凝并分离出蒸汽组分和水份，并使蒸汽组分返回入口。还描述了一种干燥方法。所公开的发明寻求回收来自干燥设备的废气的能量含量并将之返回干燥器以便重新利用。
文档编号F26B23/00GK102395851SQ201080016599
公开日2012年3月28日 申请日期2010年2月17日 优先权日2009年2月17日
发明者A.D.詹姆斯, M.法瓦罗, T.H.怀特 申请人:迪更生莱格公司