CN104261647B - 一种薄膜太阳能电池发电直接烘干污泥的装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种薄膜太阳能电池发电直接烘干污泥的装置及控制方法，污泥烘干室的室内底部从左至右均匀排列有多个导热油箱，导热油箱上表面涂有导热硅胶层，导热硅胶层上固定有铁板；在污泥进料口下方和铁板之间设有导轨，导轨上有可左右移动的行车，行车连接桁架上端，桁架下端连接刮泥板，使刮泥板升高一定的高度后控制行车进行布料，实现污泥分布的均匀性；每个油箱内部放置四根加热管，其中三根加热管分别与三块薄膜太阳能电池区域输出电缆连接，第四根加热管与电网输出电缆连接，实现薄膜太阳能电池发电量的均匀性，采用薄膜太阳能电池发电直接向加热管供电烘干污泥，减少逆变以及蓄电池存储环节，有效降低成本。

Description

一种薄膜太阳能电池发电直接烘干污泥的装置及控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电应用领域和污泥烘干技术，特别涉及一种利用薄膜太阳能电池发电烘干污泥的装置及控制方法。

背景技术

未经适当处理的污泥进入环境后，直接会给水体和大气带来二次污染。目前污泥焚烧可节省大量土地，减少二次污染，同时还充分利用了再生能源，达到了对污泥处理的减容化、无害化、资源化的目的。然而污泥经过机械脱水其含水率依然很高，无法用于直接焚烧。因此，必须对初步脱水后的污泥进一步作干化处理才可用于焚烧。目前，污泥干化的设备主要分为直接加热式、间接加热式以及直接和间接联合式干燥设备，不管哪一种都是通过燃烧室或燃烧锅炉产生的热蒸汽来运行的，但是燃烧室或工业锅炉需要大量的燃油或燃煤等不可再生资源，且燃烧时易对环境造成污染。

太阳能电池作为有潜力的可再生资源逐步得到推广与发展。太阳能发电技术主要是一种通过太阳能电池组将太阳能转换成电能的发电技术。目前，太阳能电池主要有晶体硅以及薄膜太阳能电池，而薄膜太阳能电池凭借低成本、材料消耗少以及不断提高的转换效率，在未来的光伏电池技术发展中占有越来越重要的位置。

中国申请号为201310299355.0的专利文献涉及一种复合型太阳能污泥干化设备，该设备采用太阳能集热器和太阳能发电装置，湿污泥经过进料口进入烘干设备，均匀分布在履带上，在电机带动下履带沿托辊旋转的方向依此向前移动，在履带末端跌落至下一级履带。在履带下部设置有均匀排列的与太阳能集热器相连的循环热管和进风支管，从而烘干湿污泥，经过多道烘干工序后形成干污泥从出料口排出。同时，太阳能发电装置是用来提供循环泵、风机、出液泵的运转，能将多余的能量储存在太阳能蓄电装置中。但是该设备存在以下缺点：第一，该设备入料时无法保证污泥能够均匀分布在履带上，同时用来带动履带传送的电机速度无法调节，因此无法保证污泥烘干的质量。第二，该设备设置有多级履带传送，多台太阳能集热器，以及太阳能蓄电装置，而蓄电池装置是一种消耗性器件，需要定期的维护与更换，从而增加了该设备的成本及操作的复杂性。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前污泥烘干设备的结构和操作复杂、烘干质量无法保证、烘干过程中能源损耗大的不足，充分利用太阳能资源的丰富性以及薄膜太阳能电池的优良特性，提出一种结构简单、操作方便、烘干稳定性好效率高、人工成本投入少的薄膜太阳能电池发电直接烘干污泥的装置及控制方法。

本发明一种薄膜太阳能电池发电直接烘干污泥的装置采用的技术方案是：包括薄膜太阳能电池、污泥烘干室，污泥烘干室顶部左端设有污泥进料口，污泥烘干室的室内底部从左至右均匀排列有多个导热油箱，导热油箱上表面涂有导热硅胶层，导热硅胶层上固定有铁板；在污泥进料口下方和铁板之间设有导轨，导轨上有可左右移动的行车，行车连接桁架的上端，桁架的上端连接控制桁架的升高或降低的电磁开关装置，电磁开关装置连接外部开关控制柜中的电路控制系统模块，桁架的下端连接刮泥板，刮泥板与铁板上表面相贴合；铁板、导热硅胶层及导热油箱的最左端均与污泥烘干室的左侧内壁相贴、最右端处设有出料口；薄膜太阳能电池经开关控制柜中的开关连接各导热油箱，电路控制系统模块连接并控制各个开关。

本发明一种薄膜太阳能电池发电直接烘干污泥的装置的控制方法采用的技术方案是包括以下步骤：

步骤1：湿污泥从污泥进料口进入行车中，刮泥板位于铁板的最左端，电路控制系统模块给电磁开关装置供电，使桁架及刮泥板的高度上升，行车向右移动从而将湿污泥均匀平铺在铁板上；当刮泥板移动至铁板的最右端时完成布料，行车返回并停止运行，并停止给电磁开关装置供电，使桁架及刮泥板的高度下降；

步骤2：薄膜太阳能电池给开关控制柜供电，电路控制系统模块控制开关控制柜中的开关使各导热油箱工作，对湿污泥烘干；

步骤3：湿污泥烘干后，行车向右移动，利用刮泥板将烘干后的污泥收集到出料口。

进一步地，将所述薄膜太阳能电池在东西方向上平均分为A、B、C三组，各组分别通过各自的输出电缆接入到开关控制柜中；将三组的每一组都平均划分为和导热油箱个数相同的多块电池小区域，并且每个电池小区域均有各自的输出线；在每个导热油箱中均充满了导热油并平行放置四根加热管，每个导热油箱中的第一至第三根加热管分别连接薄膜太阳能电池A、B、C三组，并且与相应组中的一块相应的电池小区域输出线连接，每个导热油箱中的第四根加热管均连接电网电缆，只在其中一个导热油箱中设有温度检测模块以检测导热油箱中的导热油温度。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明采用薄膜太阳能电池发电直接向油箱加热管供电进行烘干污泥，做到即采即用，减少了逆变以及蓄电池存储环节，从而有效地降低设备成本。

2、本发明将薄膜太阳能电池按照在同一时间段内，薄膜太阳能电池的不同区域所接收到的太阳辐射能量的强弱划分为三块区域，同时再将每块区域划分为与导热油箱个数相同的薄膜太阳能电池小区域，并保证每个薄膜太阳能电池小区域在受到正常的光照下的输出电压都是相同，而且每个油箱内部放置4根加热管，其中3根加热管分别与3块薄膜太阳能电池区域输出电缆连接，第4根加热管与电网输出电缆连接，实现薄膜太阳能电池发电量的均匀性。

3、本发明根据污泥烘干装置的面积以及单次所处理的污泥量来确定导热油箱的数量，并将导热油箱均匀排布。每个油箱内部放置4根加热管，其中3根加热管分别与3块薄膜太阳能电池区域输出电缆连接，第4根加热管与电网输出电缆连接，这样保证在每个时间段内每个导热油箱中的加热管工作状态的一致性。这样能够保证每个油箱的油温是相同的，进而保证污泥受热的均匀性。

4、本发明采用行车式刮泥机结合电磁开关装置均匀布料。布料时由电路控制系统接通电磁开关装置，使刮泥板升高一定的高度（即单次处理污泥所铺设的厚度）后控制行车进行布料，有效地实现了污泥分布的均匀性。

5、本发明采用薄膜太阳能电池发电为主，电网补助为辅的供电模式以及采用电路控制系统智能化模块。利用温度检测模块来检测油温，当导热油箱中的导热油的温度已达到额定温度时，由薄膜太阳能电池单独向导热油箱中的加热管供电来烘干污泥。当导热油箱中的导热油的温度没有达到额定温度时，由电路控制系统模块将各导热油箱中第4根加热管接到电网中，从而实现薄膜太阳能电池和电网同时向加热管供电，有效地保证了污泥烘干的稳定性，同时实现污泥烘干的智能化管理，有效减少人工成本的投入。

附图说明

图1是本发明薄膜太阳能电池烘干污泥装置的整体结构示意图；

图2是图1中薄膜太阳能电池1的小区域划分示意图；

图3是图1中单个加热管的结构图；

图4是图1所有加热管的电气控制原理图；

图5是图1中电磁开关装置8放大的结构图；

图6是本发明装置的工作流程图。

附图中各部件的序号和名称：1.薄膜太阳能电池，2.电网，3.电网电缆，4.薄膜太阳能电池C组输出电缆，5.薄膜太阳能电池B组输出电缆，6.薄膜太阳能电池A组输出电缆，7.污泥进料口，8.电磁开关装置，9.行车，10.污泥烘干室，11.导轨，12.废气排出口，13.湿污泥，14.刮泥板，15.桁架，16.铁板，17.导热油箱，18.导热硅胶层，19.干污泥出料口，20.电路控制系统模块，21.太阳，22.温度检测模块，23.导热油，24.第一个导热油箱中第一加热管，25.第一个导热油箱中的第二加热管，26.第一个导热油箱中的第三加热管，27.第一个导热油箱中的第四加热管，28.第二个导热油箱中的第一加热管，29.第二个导热油箱中的第二加热管，30.第二个导热油箱中的第三加热管，31.第二个导热油箱中的第四加热管，32.第i个导热油箱中的第一加热管，33.第i个导热油箱中的第二加热管，34.第i个导热油箱中的第三加热管，35.第i个导热油箱中的第四加热管，36.模拟地线，37.开关控制柜，38.弹簧，39.衔铁；40.电磁铁，41.连接绳。

具体实施方式

参见图1，本发明薄膜太阳能电池烘干污泥装置包括薄膜太阳能电池1、污泥烘干室10和电路控制系统模块20等。采用薄膜太阳能电池1发电为主，电网2供电为辅的供电模式。将位于太阳21之下的薄膜太阳能电池1在东西方向上平均分为三组，分别是薄膜太阳能电池A组、B组和C组，各组分别通过各自的输出电缆接入到开关控制柜37中，即薄膜太阳能电池A组通过薄膜太阳能电池A组输出电缆6接入到开关控制柜37中，薄膜太阳能电池B组通过薄膜太阳能电池B组输出电缆5接入到开关控制柜37中，薄膜太阳能电池C组通过薄膜太阳能电池C组输出电缆4接入到开关控制柜37中。电网2通过电网电缆3也接入到开关控制柜37中，在开关控制柜37中设有电路控制系统模块20，开关控制柜37的各个开关均连接电路控制系统模块20，通过电路控制系统模块20来控制各个开关，确保电路控制系统有效地进行控制各设备正常运行。

污泥烘干室10顶部设有污泥进料口7和设有废气排出口12，污泥进料口7在污泥烘干室10顶部的左端。污泥烘干室10的室内底部从左至右均匀排列放置多个导热油箱17，图中显示的是i个导热油箱17，在导热油箱17上表面涂有导热硅胶层18，导热硅胶层18上固定铁板16。铁板16的上表面上用来平铺湿污泥13。导热硅胶层18将铁板16与导热油箱17连接起来，以减少热量传递过程中的损失。其中导热油箱17的个数i是由铁板16的左右长度L及导热油箱17的左右长度W来决定，即i=L/W。

在污泥烘干室10的室内，在污泥进料口7下方和铁板16之间设有导轨11，导轨11上有可左右来回移动的行车9，行车9来回移动由电路控制系统模块20控制。行车9连接桁架15的上端，桁架15的下端连接刮泥板14，刮泥板14与铁板16上表面相贴合，桁架15可上下升高或降低。

铁板16、导热硅胶层18以及导热油箱17的最左端均与污泥烘干室10的左侧内壁相贴合，铁板16、导热硅胶层18以及导热油箱17的左右长度相等，在铁板16、导热硅胶层18以及导热油箱17的最右端处有出料口19。行车9的初始位置位于污泥进料口7的正下方入料处，刮泥板14的初始位置位于铁板16等的最左端位置处。桁架15的上端连接电磁开关装置8，电磁开关装置8控制桁架15的升高或降低。电磁开关装置8同时连接外部开关控制柜37中的电路控制系统模块20。布料时，由电路控制系统模块20接通电磁开关装置8，使得与行车9相连接的桁架15及刮泥板14升高，再控制行车9向前移动，将湿污泥13均匀平铺在铁板16上，保证污泥烘干的均匀性。完成布料之后，行车9返回至入料处。待污泥烘干后，由电路控制系统模块20断开电磁开关装置8，使得与行车9相连接的桁架15及刮泥板14降低至与铁板16贴合，控制行车9向右移动，由刮泥板14将烘干后的污泥收集到出料口19。污泥烘干室10室内的废气经废气排出口12排出。

为了能让薄膜太阳能电池1受到的太阳辐射能量的有效面积最大，本发明将薄膜太阳能电池1安装在自东向西建造的污水处理池的池顶，可以有效节省占地面积。参见图2，由于在同一时间段内，薄膜太阳能电池1不同区域所接收到的太阳辐射能量的强度是不一样。薄膜太阳能电池A组位于最东，在早上时间段所接收的辐射能量最强，薄膜太阳能电池B组在中间，在中午时间段所接收的辐射能量最强，薄膜太阳能电池C组在最西，下午时间段所接收的辐射能量最强。根据导热油箱17的个数i，将薄膜太阳能电池A、B、C三组的每一组都平均划分为i块电池小区域，每一组的电池小区域的数量与导热油箱17的个数相同，每一组中电池小区域的编号分别为1、2、3···i。每个电池小区域均有各自的输出线，薄膜太阳能电池A组中的所有电池小区域输出线汇成薄膜太阳能电池A组输出电缆6，薄膜太阳能电池B组中的所有电池小区域输出线汇成薄膜太阳能电池B组输出电缆5，薄膜太阳能电池C组中的所有电池小区域输出线汇成薄膜太阳能电池C组输出电缆4。

参见图3的单个导热油箱17的结构，其余导热油箱17的结构与之相同。每个导热油箱17中均充满了导热油23，并平行放置4根加热管，依次分别是加热管24、25、26、27。只在其中一个导热油箱17中设有温度检测模块22，其余导热油箱17中均不设温度检测模块22。每个导热油箱17中的第一至第三根加热管分别连接薄膜太阳能电池A、B、C组，并且与相应组中一块相应的电池小区域输出线连接，也就是，第i个导热油箱17中的第一至第三根加热管分别连接薄膜太阳能电池A、B、C组中的第i块电池小区域输出线。例如：第一个导热油箱17中的第一加热管24连接薄膜太阳能电池A组中的第1块电池小区域输出线，第一个导热油箱17中的第二加热管25连接薄膜太阳能电池B组中的第1块电池小区域输出线，第一个导热油箱17中的第三加热管26连接薄膜太阳能电池C组中的第1块电池小区域输出线。具体连接方式再参见图4的加热管电气控制原理图，第二个导热油箱17中的第一加热管28连接薄膜太阳能电池A组中的第2块电池小区域输出线，第二个导热油箱17中的第二加热管29连接薄膜太阳能电池B组中的第2块电池小区域输出线，第二个导热油箱17中的第三加热管30连接接薄膜太阳能电池C组中的第2块电池小区域输出线，以此类推，第几个导热油箱与相应的第几块电池小区域相对应，第i个导热油箱与相应的第i块电池小区域相对应，即第i个导热油箱17中的第一加热管32连接薄膜太阳能电池A组中的第i块电池小区域输出线，第i个导热油箱17中的第二加热管33连接薄膜太阳能电池B组中的第i块电池小区域输出线，第i个导热油箱17中的第三加热管34连接接薄膜太阳能电池C组中的第i块电池小区域输出线。

每个导热油箱17中的第四根加热管均连接电网电缆3，具体连接方式再参见图4，第一个导热油箱中的第四根加热管27、第二个导热油箱中的第四根加热管31、第i个导热油箱17中的第四根加热管35均连接电网电缆3。

薄膜太阳能电池A组电缆6、薄膜太阳能电池B组电缆5、薄膜太阳能电池C组电缆4以及电网电缆3都接入开关控制柜37中，并作为开关控制柜37的输入端。而开关控制柜37输出端则与导热油箱中的加热管相连接，所有加热管的另一侧均与模拟地线36连接。由电路控制系统模块20来控制开关控制柜37中的开关，进而控制相应加热管的工作状态。

参见图5，为本发明调节刮泥板14高度的电磁开关装置8的示意图。电磁开关装置8包括电磁铁40、弹簧38和衔铁39，衔铁39的一端上方连接弹簧38，衔铁39的一端下方是电磁铁40，衔铁39的另一端下方通过连接绳41连接桁架15。电磁铁40上绕有线圈，线圈电连接电路控制系统模块20，由电路控制系统模块20给电磁铁40的线圈通电，通电后电磁铁40将与弹簧38连接的衔铁39一端吸下来，同时，衔铁39另一端将会通过连接绳41带动桁架15上升。假设所铺设的湿污泥13的厚度设为h，当每次有一定量的湿污泥13从污泥进料口7进入后堆积在铁板16时，电路控制系统模块20给电磁铁40的线圈通电，使桁架13上升一定的高度为h，从而使刮泥板14上升高度也为h，要求刮泥板14的高度H>h。然后电路控制系统模块20控制行车9移动将堆积的污泥均匀的铺设在铁板16上。当铺设均匀后，行车9返回至入料处，电路控制系统模块20控制行车9停止运行，并且停止给线圈供电后，电磁铁40没有磁性，衔铁39因为弹簧38的伸缩性被恢复到原来的位置，使得桁架15与刮泥板14高度下降，与铁板16接触。待污泥烘干后，电路控制系统模块20控制行车9移动，利用刮泥板14将干污泥收集到出料口19处。

参见图6，本发明主要工作于白天有正常太阳光照的时候。当晴天有正常太阳光照时，将工作时间段分为早上、中午、下午三个时间段，在每个时间段需确保每一块薄膜太阳能电池小区域在受到正常的光照下的输出电压U都是相同的，并且与加热管正常工作电压相同，这样就有利于保证在正常光照下的每个时间段，每个导热油箱中至少有一个加热管正常工作以及每个油箱中的加热管的工作状态是一样的，进而能够保证每个导热油箱油温的相同，以实现烘干污泥的均匀性和稳定性。其工作流程如下：

步骤1：薄膜太阳能电池1给开关控制柜37供电，电路控制系统模块20控制开关控制柜37中的开关，使各导热油箱工作，对湿污泥13烘干，同时温度检测模块22检测导热油箱中的导热油温度。各导热油箱工作时，由电路控制系统模块20通过控制开关控制柜37将每个导热油箱中的第一根加热管连接到薄膜太阳能电池A组电缆6，第二根加热管连接到薄膜太阳能电池B组电缆5，以及第三根加热管连接到薄膜太阳能电池C组电缆4，并断开各导热油箱第四根加热管与电网电缆3之间的连接开关。

步骤2：由温度检测模块22检测导热油箱中的导热油温度信号，并判断导热油箱17中的油温是否已经达到额定的温度，若温度没有达到额定温度，电路控制系统模块20控制开关控制柜37将各导热油箱第四根加热管连接到电网电缆3，若温度已达到额定温度，则各导热油箱中第四根加热管无需连接到电网电缆3。

步骤3：待温度稳定后，开始入料，行车9位于入料口7正下方，且刮泥板14位于铁板16的最左端。湿污泥13从污泥进料口7进入行车9中，由电路控制系统模块20给电磁开关装置8供电，使得与行车9相连接的桁架15及刮泥板14的高度上升h后，控制行车9向右移动从而将湿污泥13均匀平铺在铁板16上；当刮泥板14移动至铁板16的最右端时，如图1的虚线所示，表示一次布料结束；完成布料之后，电路控制系统模块20控制行车9返回到初始位置后停止运行，并且停止给电磁开关装置8供电，使得与行车9相连接的桁架15及刮泥板14的高度下降。

步骤4：待污泥烘干后，电路控制系统模块20控制行车9向右移动，利用刮泥板14将烘干后的污泥收集到出料口19后，为确保污泥收集完全，本发明进行二次收集。由电路控制系统模块20给电磁开关装置8供电，使得与行车9相连接的桁架15及刮泥板14的高度上升h后，控制行车9返回至初始位置后，停止给电磁开关装置8供电，使得与行车相连接的桁架15及刮泥板14的高度下降，控制行车9向右移动进行2次收集。

当阴天，晚上等无正常太阳光照时刻，电路控制系统模块20控制开关控制柜37的开关全部打开，系统其他设备停止供电。

Claims (6)

1.一种薄膜太阳能电池发电直接烘干污泥的装置，包括薄膜太阳能电池（1）、污泥烘干室（10），污泥烘干室（10）顶部左端设有污泥进料口（7），其特征是：

污泥烘干室（10）的室内底部从左至右均匀排列有多个导热油箱（17），导热油箱上表面涂有导热硅胶层（18），导热硅胶层（18）上固定有铁板（16）；在污泥进料口（7）下方和铁板（16）之间设有导轨（11），导轨（11）上有可左右移动的行车（9），行车（9）连接桁架（15）上端，桁架（15）上端还连接控制桁架（15）升高或降低的电磁开关装置（8），电磁开关装置（8）连接外部开关控制柜（37）中的电路控制系统模块（20），桁架（15）下端连接与铁板（16）上表面相贴合的刮泥板（14）；铁板（16）、导热硅胶层（18）及导热油箱（17）的最左端均与污泥烘干室（10）的左侧内壁相贴合、最右端处设有出料口（19）；薄膜太阳能电池（1）经开关控制柜（37）中的开关连接各导热油箱，电路控制系统模块（20）连接并控制各个开关。

2.根据权利要求1所述薄膜太阳能电池发电直接烘干污泥的装置，其特征是：

电磁开关装置（8）包括电磁铁（40）、弹簧（38）和衔铁（39），衔铁（39）的一端上方连接弹簧（38），衔铁（39）的一端下方有绕有线圈的电磁铁（40），线圈电连接电路控制系统模块（20），衔铁（39）的另一端下方通过连接绳连接桁架（15），线圈通电后，电磁铁（40）使与弹簧（38）连接的衔铁（39）一端吸下来，衔铁（39）另一端通过连接绳带动桁架（15）上升。

3.一种如权利要求1所述薄膜太阳能电池发电直接烘干污泥的装置的控制方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1：湿污泥从污泥进料口（7）进入行车（9）中，刮泥板（14）位于铁板（16）的最左端，电路控制系统模块（20）给电磁开关装置（8）供电，使桁架（15）及刮泥板（14）的高度上升，行车（9）向右移动从而将湿污泥均匀平铺在铁板（16）上；当刮泥板（14）移动至铁板（16）的最右端时完成布料，行车（9）返回并停止运行，并停止给电磁开关装置（8）供电，使桁架（15）及刮泥板（14）的高度下降；

步骤2：薄膜太阳能电池（1）给开关控制柜（37）供电，电路控制系统模块（20）控制开关控制柜（37）中的开关使各导热油箱（17）工作，对湿污泥（13）烘干；

步骤3：湿污泥（13）烘干后，行车（9）向右移动，利用刮泥板（14）将烘干后的污泥收集到出料口（19）。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征是：将所述薄膜太阳能电池（1）在东西方向上平均分为A、B、C三组，各组分别通过各自的输出电缆接入到开关控制柜（37）中；将三组的每一组都平均划分为和导热油箱个数相同的多块电池小区域，并且每个电池小区域均有各自的输出线；在每个导热油箱中均充满了导热油并平行放置四根加热管，每个导热油箱中的第一至第三根加热管分别连接薄膜太阳能电池A、B、C三组，并且与相应组中的一块相应的电池小区域输出线连接，每个导热油箱中的第四根加热管均连接电网电缆（3），只在其中一个导热油箱（17）中设有温度检测模块（22）以检测导热油箱中的导热油温度。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征是：当白天有正常太阳光照时，在早上、中午、下午的每个时间段，每一块薄膜太阳能电池小区域的输出电压都与加热管工作电压相同，每个导热油箱中至少有一个加热管正常工作。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征是：若温度检测模块（22）检测的导热油箱中的温度没有达到额定温度，电路控制系统模块（20）控制开关控制柜（37）将各导热油箱中第四根加热管连接到电网电缆（3），若温度已达到额定温度，则各导热油箱第四根加热管无需连接到电网电缆（3）。