CN103253845B - 一种异聚能污泥干化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异聚能污泥干化系统。该污泥干化系统包括温室（1）、异聚能供热单元（2）、除湿单元（3），异聚能供热单元（2）并联有第一热风装置（4），第一热风装置（4）位于温室（1）的内壁上；除湿单元（3）包括设置在温室（1）外的除湿室（30），除湿单元（3）包括由第二热泵蒸发器（31）、第二内部换热器（32）、第二压缩机（33）、第二节流阀（34）和第二地暖盘管（35）组成的第一除湿回路，除湿室（30）的除湿室出口（37）位于污泥干燥床（10）的下方，污泥干燥床（10）上设置有透气孔（12），除湿室出口（37）出来的载气穿过透气孔（12）回到温室（1）。该发明能提高该系统中温室内的除湿效率和污泥的干化效率。

Description

一种异聚能污泥干化系统

技术领域

本发明涉及一种污泥处理系统，尤其涉及一种利用太阳能异聚态能量供热的污泥干化系统。

背景技术

随着人类社会的不断进步，人类共同面临环境污染与资源短缺的两大问题。据不完全统计，我国拥有已建成的及在建、拟建的自来水厂和污水处理厂近千家，这些自来水厂的污水经过现有技术处理后会产生大量的污泥，污泥的体积约占污水体积总量的0.5%—10%。这些污泥的体积庞大，且污水中去除的污染物大部分集聚在污泥之中，大量的污泥若是不加以妥善处置，势必会造成严重的二次污染。目前，污泥处置的方式主要有填埋、土地利用和焚烧等。直接填埋会占用大量的土地，同时滤液会污染地下水；土地利用因污泥含水率高、运输量大、分散困难、污泥中含有有害成分等原因而受到很大的限制；焚烧方式作为一种资源化利用的方式将污泥作为燃料供能，但这种处理方式需要将污泥的含水率降低至30%—40%，否则高含水率的污泥则会因为其本身含固率低而导致热值低，进而需要耗费大量的辅助燃料，处理成本明显偏高。因此，目前为止，对城市污泥进行干化处理、降低含水率是目前污泥后续处理过程中的主要关键问题。

目前污泥干化处理装置和方法包括传统污泥干化床工艺和现代化的干化工艺。

传统的污泥干化工艺采用污泥干化场的形式，将污泥平铺在室外的干化场，通过自然通风和太阳能辐射对污泥进行干化。这种干化方式占地面积大，易受气候影响，且干化效率低。

现代化的干化工艺主要为热干化。其中热干化主要包括直接加热式、间接加热式和辐射加热式，即通过外加热源将污泥中水分蒸发。直接加热式和间接加热式污泥干化工艺，具有占地面积小、减量化明显、产品用途灵活等特点，但投资与运行成本高、设备运行能耗高，并且具有粉尘爆炸安全隐患。辐射加热式有红外干化、微波干化和太阳能干化工艺，其中以太阳能干化工艺不消耗化石能源受到人们的特别关注，太阳能污泥干化是指利用太阳能为主要能源对污泥进行干化处理。该工艺借助传统温室干燥技术，结合传统的污泥干化工艺，将其应用于污泥处理领域，主要目的是利用太阳能这种清洁能源作为污泥干化的其中一个主要能量来源。但是传统的太阳能干化工艺受天气和季节性条件的约束，干化工艺的热源单一且不稳定，污泥干化速度慢，连续运行困难，限制了污泥太阳能干化系统在我国的大面积推广应用。

作为太阳能干化工艺的一种优化，储热式太阳能干化工艺和热泵式太阳能干化工艺因其在一定程度上克服了传统的温室太阳能干化工艺受天气和季节性条件的约束而受到特别关注。

储热式太阳能干化工艺是在传统的太阳能干化工艺的基础上，进一步利用太阳能集热器将低品位的太阳能清洁能源转变为蕴藏在水中的高品位的热能，间接为污泥干化提供热源。在夜晚、阴雨天气等情况下为干化系统提供辅助热源，在一定程度上克服了天气和季节性条件的约束。

热泵式太阳能干化工艺是在储热式太阳能干化工艺的基础上，更进一步增加热泵供能系统利用逆卡诺循环原理从水源、地源、空气源中获取低品位热能，经过电力做功，提供高品位热能。

2012年7月4日公开的申请号为201210018795.X的发明创造公开了一种太阳能异聚态热利用系统及其工作方法，其在蒸发器上设有能量吸收装置，能量吸收装置为翘式太阳能板或板式太阳能板或套管式太阳能吸收装置，可吸收环境中各种能量，将其变为热能后与水箱中的水进行热交换，以充分利用环境中的热能。2012年7月4日申请号为201110448750.1的发明创造公开了一种新式节能污泥干燥系统，该系统包括太阳能温室、太阳能集热器系统、热泵系统、吸热除湿蒸发器、蓄热装置和污泥干燥装置，它将太阳能集热器系统结合到热泵系统中，太阳能集热器系统位于太阳能温室外，热泵位于太阳能温室内，热泵系统中的蒸发器吸收室外太阳能以及太阳能温室内湿热蒸汽中的低品质热源，供污泥干化使用，亦属于异聚能的利用。另外，系统利用设置在温室内的吸热除湿蒸发器对温室内的空气进行除湿处理。该新式节能污泥干燥系统也存在以下不足：（1）温室系统为封闭式系统，温室内的蒸汽流动性差，温室地面铺设的污泥表面的高湿度空气不能快速离开污泥表面，在污泥表面形成一层高湿度的水膜，污泥中的水分难以从污泥中脱离蒸发出来，污泥中的水分蒸发慢；（2）利用设置在温室内的吸热除湿蒸发器将室内的高湿度蒸汽中的水分除去，随着污泥中的水分渐渐蒸发至温室内，温室内的湿度升高，该蒸发器除湿能力有限，不能及时将温室内的湿度降至理想湿度，温室内的湿度偏高，污泥的水分不能快速蒸发，温室内湿度高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种异聚能污泥干化系统，以提高该系统中温室内的除湿效率。

本发明解决所述技术问题的方案是： 一种异聚能污泥干化系统，包括温室、异聚能供热单元、除湿单元，温室内有污泥干燥床，异聚能供热单元包括异聚能集热蒸发器、第一内部换热器、第一压缩机、第一节流阀和第一地暖盘管组成的回路，第一地暖盘管位于污泥干燥床的底部，温室的上部设置有载气出口，所述异聚能供热单元的回路上并联有第一热风装置，第一热风装置位于温室的内壁上；所述除湿单元包括设置在温室外的除湿室，载气出口通过管路与除湿室连通，除湿单元包括由第二热泵蒸发器、第二内部换热器、第二压缩机、第二节流阀和第二地暖盘管组成的第一除湿回路，第二热泵蒸发器位于除湿室内，第二地暖盘管位于污泥干燥床的底部，第二热泵蒸发器上连接有冷凝水接收器，除湿室的除湿室出口位于污泥干燥床的下方，污泥干燥床上设置有透气孔，除湿室出口出来的载气穿过透气孔回到温室。

作为改进，所述温室的载气出口与所述除湿室之间的管路上设置排风扇。

作为改进，所述除湿单元的第一除湿回路上并联有第二热风装置，第二热风装置位于温室内。

作为改进，所述第二热风装置与第一热风装置位于温室的同一侧。

作为进一步的改进，所述除湿单元包括由第三热泵蒸发器、第三内部换热器、第三压缩机、第三节流阀和第三地暖盘管组成的第二除湿回路，第三地暖盘管位于污泥干燥床的底部，第三热泵蒸发器位于温室内，第三热泵蒸发器连接有冷凝水接盘。

作为进一步的改进，所述第三热泵蒸发器位于第一热风装置和第二热风装置的相对一侧，第三热泵蒸发器的位置高于第一热风装置和第二热风装置的位置。

作为进一步的改进，所述除湿单元的第二除湿回路上并联有第三热风装置，第三热风装置位于温室内，第三热风装置位于第一热风装置和第二热风装置的相对一侧，第三热风装置所处的高度与第一热风装置和第二热风装置所处的高度一致。

作为进一步的改进，所述载气出口位于温室的屋顶，载气出口位于第一热风装置和第二热风装置的同一侧。

作为再进一步的改进，所述异聚能供热单元的回路上并联有污水废热回收回路，污水废热回收回路的蒸发器位于一污水池内。

作为更进一步的改进，所述温室的底层设置保温层，除湿单元的除湿室出口位于保温层与污泥干燥床之间。

本发明的有益效果是：

（1）使用了异聚能集热蒸发器，将太阳能集热器与热泵系统中的蒸发器相结合，有效将低品位能源太阳能与空气能结合使用，同时增加了废热污水热能的利用，第一除湿回路、第二除湿回路的热能也被用来加热各自的地暖盘管，系统能量来源丰富；系统可靠性高，能够实现全天候连续运行干燥，克服了普通太阳能热泵工艺系统可靠性及稳定性偏低的缺点，保证系统能在恶劣的环境下正常运行干燥；

（2）系统排湿速度快，单独设置的除湿室克服了现有的太阳能热泵污泥干燥系统中温室内湿度偏高、温室内热泵蒸发器的工作负荷满足不了除湿要求的问题，除湿室内的第二热泵蒸发器与温室内的第三热泵蒸发器同时对系统进行有效除湿，系统除湿能力大大提高，温室内的湿度明显降低；

（3）系统增设热风装置，污泥干燥床的底部、侧面均有热风鼓吹，有利于破坏污泥表面的高湿度水膜；由于大部分湿气被抽到除湿室处理，温室内的湿气密度大大降低，加速了污泥脱水蒸发的速度；

（4）除湿单元的除湿室出口、第一热风装置、第二热风装置、第三热风装置，第三热风装置的布置，在温室内形成了螺旋形气团，使温室内、污泥上方各个位置的湿度趋于一致，有利于污泥内的水汽向温室内蒸发，进一步加速了污泥脱水蒸发的速度；

（5）本发明污泥干燥系统运行稳定，设备简单，初投资少，能耗和运行成本低，干化后的污泥实现了稳定化、减量化、无害化、资源化，污泥处理效果好。

综上所述，本发明具有节能环保、运行可靠、污泥干化效率高的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的示意图；

图2为本发明实施例2的示意图；

图3为本发明实施例2温室内气体循环的示意图。

图中：1、温室；10、污泥干燥床；11、载气出口；12、透气孔；13、保温层；2、异聚能供热单元；21、异聚能集热蒸发器；22、第一内部换热器；23、第一压缩机；24、第一节流阀；25、第一地暖盘管；3、除湿单元；30、除湿室；31、第二热泵蒸发器；32、第二内部换热器；33、第二压缩机；34、第二节流阀；35、第二地暖盘管；36、冷凝水接收器；37、除湿室出口；38、第二热风装置；4、第一热风装置；5、排风扇；61、第三热泵蒸发器；62、第三内部换热器；63、第三压缩机；64、第三节流阀；65、第三地暖盘管；66、冷凝水接盘；67、第三热风装置；7、污水废热回收回路；71、污水池；8、截止阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种异聚能污泥干化系统，包括温室1、异聚能供热单元2、除湿单元3。

温室1的底层设置保温层13，温室1内有污泥干燥床10，污泥干燥床10上设置有透气孔12。温室1的上部设置有载气出口11，作为优选，可以将载气出口11设置在温室1的屋顶。

异聚能供热单元2包括异聚能集热蒸发器21、第一内部换热器22、第一压缩机23、第一节流阀24和第一地暖盘管25组成的回路。第一地暖盘管25位于污泥干燥床10的底部。异聚能集热蒸发器21的热泵工质出口通过第一内部换热器22连接第一压缩机23和第一地暖盘管25，第一地暖盘管25通过第一节流阀24连接异聚能集热蒸发器21，回路的传输管道容纳有气体传热介质。异聚能集热蒸发器21上设有能量吸收装置，能量吸收装置可以为翘式太阳能板或板式太阳能板或套管式太阳能吸收装置，根据使用场合的光照条件来从中选择吸热效果最佳的，增加传热介质的吸热效率。

异聚能供热单元2的回路上并联有第一热风装置4，第一热风装置4位于温室1的内壁上。第一压缩机23的出来的管道通过一截止阀8后分成两路，每路上又各有一截止阀8，其中一路连接第一地暖盘管25，另一路连接第一热风装置4，从第一地暖盘管25和从第一热风装置4出来的管道连通，经过第一节流阀24后回到异聚能集热蒸发器21形成回路。第一热风装置4为风机盘管，风机盘管主要依靠其内的风机提高温室1的空气对流，温室1内的空气通过风机盘管的表面时被加热。

除湿单元3包括设置在温室1外的除湿室30，温室1的载气出口11通过管路与除湿室30连通，载气出口11与除湿室30之间的管路上设置排风扇5。除湿单元3包括由第二热泵蒸发器31、第二内部换热器32、第二压缩机33、第二节流阀34和第二地暖盘管35组成的第一除湿回路。第二热泵蒸发器31的热泵工质出口通过第二内部换热器32连接第二压缩机33和第二地暖盘管35的盘管进口，第二地暖盘管35的盘管出口通过第二节流阀34连接第二热泵蒸发器31。第二热泵蒸发器31位于除湿室30内，第二地暖盘管35位于污泥干燥床10的底部，第二热泵蒸发器31上连接有冷凝水接收器36，除湿室30的除湿室出口37位于保温层13与污泥干燥床10之间，除湿室出口37位于污泥干燥床10的下方，除湿室出口37出来的载气穿过透气孔12回到温室1。

除湿单元3的第一除湿回路上并联有第二热风装置38，第二热风装置38的布置原理和方式与第一热风装置4相同。第二热风装置38位于温室1内，第二热风装置38与第一热风装置4位于温室1的同一侧，温室1的载气出口11位于第一热风装置4和第二热风装置38的同一侧。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施例1的不同之处在于：除湿单元3还包括由第三热泵蒸发器61、第三内部换热器62、第三压缩机63、第三节流阀64和第三地暖盘管65组成的第二除湿回路，第三地暖盘管65位于污泥干燥床10的底部，第三热泵蒸发器61位于温室1内，第三热泵蒸发器61连接有冷凝水接盘66。第三热泵蒸发器61位于第一热风装置4和第二热风装置38的相对一侧，第三热泵蒸发器61的位置高于第一热风装置4和第二热风装置38的位置。

除湿单元3的第二除湿回路上并联有第三热风装置67，第三热风装置67的布置原理和方式与第一热风装置4相同。第三热风装置67位于温室1内，第三热风装置67位于第一热风装置4和第二热风装置38的相对一侧，第三热风装置67所处的高度与第一热风装置4和第二热风装置38所处的高度一致。

异聚能供热单元2的回路上还并联有污水废热回收回路7，污水废热回收回路的蒸发器位于一污水池71内。

图3为温室内气体循环的示意图，温室1的载气出口11位于第一热风装置4和第二热风装置38的上方，在排风扇5的作用下在载气出口11处形成负压，在除湿室出口自下而上的载气、第一热风装置、第二热风装置、第三热风装置、载气出口的负压的协同作用下，在温室内形成强烈的螺旋形气团，有利于温室内的气体有序循环，使温室内各个位置的湿度趋于一致，螺旋形气团还起到破坏污泥表面水膜的作用，有助于污泥内的水汽向温室内蒸发，加速污泥脱水蒸发的速度。

Claims (10)

1.一种异聚能污泥干化系统，包括温室（1）、异聚能供热单元（2）、除湿单元（3），温室（1）内有污泥干燥床（10），异聚能供热单元（2）包括异聚能集热蒸发器（21）、第一内部换热器（22）、第一压缩机（23）、第一节流阀（24）和第一地暖盘管（25）组成的回路，第一地暖盘管（25）位于污泥干燥床（10）的底部，温室（1）的上部设置有载气出口（11），其特征在于：所述异聚能供热单元（2）的回路上并联有第一热风装置（4），第一热风装置（4）位于温室（1）的内壁上；所述除湿单元（3）包括设置在温室（1）外的除湿室（30），载气出口（11）通过管路与除湿室（30）连通，除湿单元（3）包括由第二热泵蒸发器（31）、第二内部换热器（32）、第二压缩机（33）、第二节流阀（34）和第二地暖盘管（35）组成的第一除湿回路，第二热泵蒸发器（31）位于除湿室（30）内，第二地暖盘管（35）位于污泥干燥床（10）的底部，第二热泵蒸发器（31）上连接有冷凝水接收器（36），除湿室（30）的除湿室出口（37）位于污泥干燥床（10）的下方，污泥干燥床（10）上设置有透气孔（12），除湿室出口（37）出来的载气穿过透气孔（12）回到温室（1）。

2.如权利要求1所述的一种异聚能污泥干化系统，其特征在于：所述温室（1）的载气出口（11）与所述除湿室（30）之间的管路上设置排风扇（5）。

3.如权利要求1所述的一种异聚能污泥干化系统，其特征在于：所述除湿单元（3）的第一除湿回路上并联有第二热风装置（38），第二热风装置（38）位于温室（1）内。

4.如权利要求3所述的一种异聚能污泥干化系统，其特征在于：所述第二热风装置（38）与第一热风装置（4）位于温室（1）的同一侧。

5.如权利要求1所述的一种异聚能污泥干化系统，其特征在于：所述除湿单元（3）包括由第三热泵蒸发器（61）、第三内部换热器（62）、第三压缩机（63）、第三节流阀（64）和第三地暖盘管（65）组成的第二除湿回路，第三地暖盘管（65）位于污泥干燥床（10）的底部，第三热泵蒸发器（61）位于温室（1）内，第三热泵蒸发器（61）连接有冷凝水接盘（66）。

6.如权利要求5所述的一种异聚能污泥干化系统，其特征在于：所述第三热泵蒸发器（61）位于第一热风装置（4）和第二热风装置（38）的相对一侧，第三热泵蒸发器（61）的位置高于第一热风装置（4）和第二热风装置（38）的位置。

7.如权利要求6所述的一种异聚能污泥干化系统，其特征在于：所述除湿单元（3）的第二除湿回路上并联有第三热风装置（67），第三热风装置（67）位于温室（1）内，第三热风装置（67）位于第一热风装置（4）和第二热风装置（38）的相对一侧，第三热风装置（67）所处的高度与第一热风装置（4）和第二热风装置（38）所处的高度一致。

8.如权利要求7所述的一种异聚能污泥干化系统，其特征在于：所述载气出口（11）位于温室（1）的屋顶，载气出口（11）位于第一热风装置（4）和第二热风装置（38）的同一侧。

9.如权利要求1所述的一种异聚能污泥干化系统，其特征在于：所述异聚能供热单元（2）的回路上并联有污水废热回收回路（7），污水废热回收回路的蒸发器位于一污水池（71）内。

10.如权利要求1所述的一种异聚能污泥干化系统，其特征在于：所述温室（1）的底层设置保温层（13），除湿单元（3）的除湿室出口（37）位于保温层（13）与污泥干燥床（10）之间。

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