CN102381826A - 温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统及方法 - Google Patents

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耿飞
张银丰
傅大放
朱暗强
沈勇林
王宙
马振杰
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Abstract

本发明涉及一种太阳能的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统及方法。该系统包括进料仓（11）、太阳能温室（2）、太阳能空气集热器（1）、管道风机（3）、通风设备；该太阳能干燥污泥系统还包括一个三通管，该三通管的第一端通过第一阀门（14）与外界大气相通，第二端通过第二阀门（15）与太阳能温室（2）相通，第三端与太阳能空气集热器（1）的热风进口相通，太阳能空气集热器（1）的热风出口通过上述管道风机（3）与太阳能温室热风进口相通；上述太阳能温室底面铺有储热层，太阳能温室内还安装有布料机和翻泥设备。本发明运营成本低、零排放、技术效果好，可实现工业化自动化运行，对污泥的减量化和资源化利用具有积极的支撑作用。

Description

温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统及方法，属于污泥干化处置技术领域。
背景技术
目前我国拥有已建成及在建、拟建的自来水厂和污水处理厂近千家，这些水厂在运营过程中会产生大量污泥，对其进行科学处理与利用已成为一个迫切需要解决的难题。污泥资源化利用的关键首先在于污泥内部水分的去除，同时实现减量化。污泥经过干化，其臭味、病原物、粘度、不稳定等负面特性得到显著改善，可用于填埋、焚烧、堆肥和制备建材等。20世纪90年代以来，运用脱水和干化技术处理污泥得到迅速发展，主要有离心法、压滤法、真空法、微波法和红外法等。其中离心法、压滤法等机械脱水方式的运营成本较低，通常能将污泥含水率降至50%~80%，此时污泥的含水率仍较高，资源化利用受到很大限制。微波和红外技术的干化效果较好，可将污泥的含水率降低10%以下，但干燥成本很高，每吨污泥需要几百元，很难推广应用。
鉴于技术和经济性的制约，绝大多数污泥在使用前仍采用自然摊晒或利用锅炉、电厂余热进行深度干燥。自然摊晒的干燥周期长，占地面积大，易受天气影响而难以实现连续化作业；锅炉、电厂余热对污泥进行干燥可实现废热的回收利用，但是其使用范围和数量受到很大限制。我国很多地区太阳能资源丰富，利用清洁、取之不尽用之不竭的太阳能进行污泥干燥，设计相应的干燥系统，对节省能源和保护环境具有十分深远的意义。
利用太阳能干燥污泥的系统不多，现有技术主要有以下几种：
授权公开号为CN 100439839C的专利《用于干燥产品、尤其是如净化站污泥的设备》，该系统为温室型太阳能干燥系统，其优点是结构简单造价低，操作方便。但是仅靠温室吸收太阳能，昼夜温差大，干燥速度慢。
授权公开号为CN 101216243A的专利《利用太阳能干燥污泥的系统》，该系统为集热器型太阳能干燥系统，污泥干燥热量全部来自太阳能集热器，利用太阳能加热导热油，导热油与干燥箱内的污泥进行二次交换后才能干燥污泥，且导热油在工程应用中要注意渗漏问题，同时干燥箱内的空气处于自然流动状态，干燥效果不会很好。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统及方法，以实现高效、节能和环保地干燥污泥，适合企业大规模化生产运作。
一种温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：该系统包括进料仓、太阳能温室、太阳能空气集热器、管道风机、通风设备；该太阳能干燥污泥系统还包括一个三通管，该三通管的第一端通过第一阀门与外界大气相通，第二端通过第二阀门与太阳能温室相通，第三端与太阳能空气集热器的热风进口相通，太阳能空气集热器的热风出口通过上述管道风机与太阳能温室热风进口相通；上述太阳能温室底面铺有储热层，太阳能温室内还安装有布料机和翻泥设备。
所述温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统的干燥方法，其特征在于包括以下过程：（1）、将污泥通过进料仓送入太阳能温室，利用布料机将污泥均匀平摊在太阳能温室内的地面上，进行污泥干燥；同时利用翻泥设备每隔2~5h翻动一次污泥，采用通风设备进行强制通风干燥；（2）、上述污泥干燥经历以下工况：上午8~9时到下午17~18时，主要由太阳能空气集热器向太阳能温室供热，同时太阳能温室本身也直接吸收太阳能；下午17~18时到18~21时主要由储热层向干燥室供热，直到储热层的温度下降至室温；夜晚和阴雨天则通过通风设备对污泥进行风干；（3）、上述通风过程经历以下工况：在污泥干燥的初期，水分蒸发量大，太阳能温室内湿度大，使第一阀门打开，太阳能温室内的通风设备运行；在干燥中后期，污泥水分蒸发量少，为减少排气散热损失，打开第一阀门、第二阀门，回流部分热空气，根据太阳能温室内温湿度大小调节第一阀门、第二阀门来控制进、排气量大小。
所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：所述太阳能温室为直角梯形结构，且直角体形的斜面为向阳面。太阳能温室坐北向南，一般午后太阳辐射总量比午前大，气温高，太阳辐射能利用率也较高。温室的方位以南偏西5~10度为宜，采光面倾角为当地纬度较好，以最大限度利用当地的太阳能。温室墙体和屋面材料宜采用聚碳酸酯（PC）耐力板，透光率优良，可达80%左右；其在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的导热性，是优良的保温材料。同时，PC耐力板具有良好的抗冲击性、耐候性、尺寸稳定性和易加工性，比建筑业传统使用的无机玻璃具有明显的技术性能优势。温室主体采用高强度薄壁型钢作为承力结构，设置保证结构稳定性所需的支撑、连接件和坚固件等。由于温室长期处于高温和高湿环境下，型钢需用热浸镀锌表面防腐处理，且每年作一次表面防腐处理。主体结构设计至少可抗8级风荷载，雪荷载承载能力（根据使用地区稍有不同）不小于0.3kN/平方米，设计使用寿命在30年以上。
所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：上述通风设备包括安装于太阳能温室上的螺旋叶片式风机、安装于太阳能温室内的水平气流风机。为使物料干燥过程中湿空气排出顺畅，不会在采光盖板内壁上形成水滴，提高干燥速率，温室顶部安置的螺旋叶片式风机，将温室的湿气排除。同时，在温室顶部设置水平气流风机，保持温室内温度、湿度均匀一致，以保证温室干燥具有良好的空气动力特性。
所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：上述储热层由粒径为40~100mm的黑色卵石组成。为弥补日照的间歇性和不稳定性等缺陷，在温室底部铺有蓄热岩层，以提高太阳能利用率，缓解太阳能供求的不平衡。采用粒径为40~100mm的黑色卵石作为储能物质，平铺在温室底部，铺设厚度200~500mm，因为卵石具备较高的集热性能，能更快地提高温室内的温度。作为一种显热储能材料，卵石虽然不及水、石蜡等储能材料，但是其价格低廉、安装施工简单、无渗漏等副作用。
所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：上述翻泥设备为跨越式翻泥机。跨越式翻泥机能使污泥得到经常性的翻动并混合均一，以防止在干燥过程中污泥表面发生板结。
所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：上述太阳能空气集热器采用平板型太阳能空气集热器。集热器带有进风口和出风口，利用集热器把空气加热到20℃~80℃，然后利用管道风机将热空气通入太阳能温室，物料在温室内实现对流热质交换过程，达到干燥的目的。集热器的连接方式可根据现场情况选择并联或者串联。为减少占地面积，将太阳能集热器放置在温室屋面北边，其安置方向和角度与温室相同。
系统利用周末和节假日储存干燥物料以保证物料的持续供应。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）太阳能干燥与自然晾晒相比，大幅度缩短了干燥时间；
（2）太阳能干燥污泥节能效果非常明显，运行费用低，运行中除翻泥机和风机消耗电能外，太阳能是免费的。
（3）太阳能干燥装置各部分工作温度属中低温，操作简单、安全可靠。
太阳能干燥技术是高效利用太阳能、优化资源配置、保护生态环境的一项重要技术措施，其干燥效果明显，发展潜力巨大。
附图说明
图1为太阳能温室剖面图；
图2为污泥进料示意图；
图3为太阳能干燥污泥系统工艺流程示意图；
图4为翻泥设备；
图5为污泥波浪形平铺在温室内；
附图标记说明：1.太阳能空气集热器；2.太阳能温室；3.管道风机；4.水平气流风机；5.翻泥设备；6.透明PC板；7.污泥；8.储热层；9.卡车；10.机房；11.进料仓；12.进料仓盖；13.布料机；14.第一阀门；15.第二阀门；16.螺旋叶片式风机。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。本发明所述温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统及方法，主要由太阳能温室2、太阳能空气集热器1、翻泥设备5、通风设备、储热层8和管道风机3等组成。
如图1所示，温室侧面为梯形状，向阳面倾角为32°(南京地区)，方位角南偏西10°，墙体和屋面材料均采用透光聚碳酸酯板（PC）耐力板，温室主体采用高强度薄壁型钢作为承力结构。太阳能集热器采用太阳能平板空气集热器，阵列组合后并联，利用管道风机3将热空气通入温室，为减少占地面积，将太阳能集热器放置在温室平屋面北边，其安置方向和角度与温室相同。
如图2所示，污泥进料时，打开进料仓盖12，用卡车9将含水率约50%~70%的污泥倾倒入温室前的进料仓11，然后布料机13将污泥7均匀平摊在温室内的地面上。干燥过程中，为防止污泥的不均匀干化和污泥表面板结，在有阳光气温高的时候每隔2h利用翻泥设备（如图4所示）翻动一次污泥，在阴天可根据污泥实际干燥情况每隔3~6h翻动一次污泥。如图5所示，经翻动后的污泥呈波浪形平铺在温室内的地面上，这样可以增大污泥与空气的接触面积。
如图3所示是太阳能干燥污泥系统工艺流程示意图，在污泥干燥初期，水分蒸发量大，温室内湿度大，使第一阀门14打开，温室内的螺旋叶片式风机16和水平气流风机4运行；在干燥中后期，污泥水分蒸发量少，为减少排气散热损失，打开第一阀门14、第二阀门15，回流部分热空气，根据温室内温湿度大小调节第一阀门、第二阀门来控制进、排气量大小。
系统利用周末和节假日储存干燥物料以保证物料的持续供应。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的改动或者等效变化均属于本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：该系统包括进料仓（11）、太阳能温室（2）、太阳能空气集热器（1）、管道风机（3）、通风设备；该太阳能干燥污泥系统还包括一个三通管，该三通管的第一端通过第一阀门（14）与外界大气相通，第二端通过第二阀门（15）与太阳能温室（2）相通，第三端与太阳能空气集热器（1）的热风进口相通，太阳能空气集热器（1）的热风出口通过上述管道风机（3）与太阳能温室热风进口相通；上述太阳能温室底面铺有储热层，太阳能温室内还安装有布料机和翻泥设备。
2.根据权利要求1所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：上述太阳能温室（2）为直角梯形结构，且直角体形的斜面为向阳面，其材料为透明PC板（6），温室顶面为平层，用于安装所述太阳能空气集热器（1）。
3.根据权利要求2所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：上述向阳面的倾角为当地纬度，方位以南偏西5~10°安置。
4.根据权利要求1所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：上述通风设备包括安装于太阳能温室上的螺旋叶片式风机（16）、安装于太阳能温室内的水平气流风机（4）。
5.根据权利要求1所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：上述储热层由粒径为40~100mm的黑色卵石组成，铺设厚度为200~500mm。
6.根据权利要求1所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：上述翻泥设备（5）为跨越式翻泥机。
7.根据权利要求1所述的温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统，其特征在于：上述太阳能空气集热器（1）为平板型太阳能空气集热器。
8.利用权利要求1所述温室-集热器型太阳能干燥污泥的系统的干燥方法，其特征在于包括以下过程：
（1）、将污泥通过进料仓（11）送入太阳能温室（2），利用布料机（13）将污泥均匀平摊在太阳能温室（2）内的地面上，进行污泥干燥；同时利用翻泥设备（5）每隔2~5h翻动一次污泥，采用通风设备进行强制通风干燥；
（2）、上述污泥干燥经历以下工况：上午8~9时到下午17~18时，主要由太阳能空气集热器（1）向太阳能温室（2）供热，同时太阳能温室本身也直接吸收太阳能；下午17~18时到18~21时主要由储热层（8）向干燥室供热，直到储热层的温度下降至室温；夜晚和阴雨天则通过通风设备对污泥进行风干；
（3）、上述通风过程经历以下工况：在污泥干燥的初期，水分蒸发量大，太阳能温室（2）内湿度大，使第一阀门（14）打开，太阳能温室内的通风设备运行；在干燥中后期，污泥水分蒸发量少，为减少排气散热损失，打开第一阀门（14）、第二阀门（15），回流部分热空气，根据太阳能温室内温湿度大小调节第一阀门（14）、第二阀门（15）来控制进、排气量大小。
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