CN105859093B - 一种能量回收利用的低能耗污泥冷冻真空干燥方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能量回收利用的低能耗污泥冷冻真空干燥方法。本发明方法主要包括冷冻室热回收过程、真空室热回收过程以及真空室热量不足部分的热源补偿过程。由于本发明有效地回收利用了待干燥污泥中的水分从液态转变为固态时的相变热，同时也回收利用了污泥从常温到低温时的热量，以及通过真空泵抽取利用了真空干燥室内的高温空气和高温水蒸气的热量，因此污泥干燥过程中的热能消耗大为节省，有效地降低了污泥干燥过程中的能量消耗，降低运行费用。

Description

一种能量回收利用的低能耗污泥冷冻真空干燥方法
技术领域
本发明属于一种污泥冷冻真空干燥过程中的能量回收利用技术，具体涉及一种在废水处理后剩余污泥的干燥过程中，冷冻需要的时间较长以及高温真空干燥过程时间较长的能量回收利用方法，以降低污泥冷冻真空干燥过程中的能量消耗。
背景技术
在废水处理后剩余污泥的冷冻真空干燥技术中，首先要将含水率较高的污泥进行冷冻，使污泥中的水分在低温作用下由液态转变为固态冰晶。通常情况污泥在干燥前温度为常温，在将其由10-20℃的常温状态冷冻到-20℃～-30℃的过程中，污泥由于温度降低将会放出大量的热量，此热量一般包括两部分，一是水分由常温降低到-20℃～-30℃的过程中温降所释放出的热量，另一部分是水从液态转变为固态过程中释放出的相变潜热，水的相变热较大。在传统的冷冻真空干燥机中，待干燥物质在冷冻过程中所释放出的热量一般均没有回收利用。
而在真空干燥过程中，水从固态冰晶转变为气态的水蒸气过程中需要大量的升华潜热，在干燥时采用将其加热的方法来补偿水的升华潜热，否则水的升华速度缓慢。传统冷冻干燥过程中一般采用外加热源将待干燥物质加热到一定的温度，此过程需要消耗大量的热量。此热量的需求由两部分组成，一部分是水由固态的冰晶升华到气态水蒸汽过程中的升华潜热，另一部分是将待干燥物质从-20℃～-30℃的冷冻状态加热到干燥所需温度时所需要的热量，因此，传统的冷冻真空干燥技术中对能量的需求非常大，使得干燥能耗及费用上升。
在污泥冷冻真空干燥过程中，如果能将污泥冷冻时释放出的热量加以回收，将其用于在污泥干燥过程中所需要的热量，将可以大大节省污泥干燥过程中的能量消耗，对降低污泥干燥费用具有较大的影响。
发明内容
本发明的目的在于针对传统真空冷冻干燥过程中，需要大量的外加能量来加热冷冻后的物质，以致冷冻真空干燥过程中能耗过高的问题，而提供一种能量回收利用的低能耗污泥冷冻真空干燥方法。
本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该能量回收利用的低能耗冷冻真空干燥方法，它包括冷冻室热回收过程、真空室热回收过程以及真空室热量不足部分的热源补偿过程。
具体的，所述冷冻室热回收过程是：在冷冻室内设置蒸发器，用于降低冷冻室内的温度；利用制冷剂通过蒸发器时由液态转变为气态的过程中吸收热量，之后的气态制冷剂通过制冷剂循环管到达压缩机，在压缩机内被压缩为液态高温状态，液态高温制冷剂在压缩机的驱动下进入第一换热器，第一换热器将热量传递给制热循环侧的热媒后，制冷循环侧的制冷剂被冷却，制冷循环结束；该段制冷剂的循环由压缩机驱动；
在真空干燥室内设置第一散热器，用于提高真空干燥室内的温度；冷冻室回收的热量由第一换热器传递给制热循环侧的热媒后，热媒通过热媒循环管到达第一散热器，来自第一换热器的高温液体热媒经真空干燥室内第一散热器降温后，由第一循环泵驱动回到第一换热器吸收热量以进行下一次循环，制热循环结束；该段热媒的循环由第一循环泵驱动；
所述真空室热回收过程是：在真空干燥室内设置第二散热器和真空管，第二散热器用于提高真空干燥室内的温度，真空管与真空泵连接；真空干燥室回收的热量来自于真空泵所抽取的高温热；真空泵通过真空管抽取真空干燥室内的高温水蒸气，使泵体温度升高；在泵体壳内安装第二换热器，第二换热器将泵体热量传递给热媒循环管内的热媒，高温液体热媒由第二循环泵驱动到达第二散热器，热媒由真空干燥室内第二散热器降温后，回到第二换热器以进行下一次循环，制热循环结束，同时，对真空泵进行了降温；该段热媒的循环由第二循环泵驱动；
所述真空室热量不足部分的热源补偿过程是：在真空干燥室内设置热源补偿器，热源补偿器与外部电源控制器连接；当真空干燥室内热量不足时，不足部分由电加热补偿热源供给，以满足干燥过程中热量的需求。
本发明方法在污泥的冷冻真空干燥过程中两次热量回收，可保证干燥所需要热量的70－80％，能大幅降低干燥所需能量，节省运行费用。
附图说明
图1是本发明的原理结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
参见图1，本发明的低能耗污泥冷冻真空干燥过程如下：
冷冻室1的热量由制冷剂在蒸发器3内吸收热量后从液态转变为气态，冷冻室1温度降低到冷冻需求，气态制冷剂经由制冷剂循环管7通过压缩机8压缩为高温液态，高温液态制冷剂在第一换热器9内将热量传递到低温一侧即制热循环侧的热媒，经加热后的热媒经由热媒循环管10在第一循环泵11的驱动下进入第一散热器4，在第一散热器4内将热量传递给真空干燥室2内的污泥，其温度降低后回到第一换热器9进入下一次热量循环过程。
真空泵14经由真空管16抽取真空干燥室2内的高温空气和高温水蒸气的混合物以满足真空要求，所抽取的气体为高温气体，高温气体的热量传递给真空泵14的泵壳，真空泵14在做功的过程中也会产生大量的热量，这两种热量通过安装在泵壳内的第二换热器15将热量传递给在第二换热器15内流动的热媒，热媒在第二循环泵13的驱动下经由热媒循环管12流动至第二散热器5，通过第二散热器5将热量传递给真空干燥室2内的待干燥污泥，热媒温度降低，降温后的热媒回流至第二换热器15进入下一次热量循环过程。
在真空干燥室内，一般要将温度为-20℃～-30℃的待干燥污泥加热到50℃～90℃，从而使污泥内的水分快速升华，达到干燥的目的。当真空干燥室2内的热量不足时，不足部分由热源补偿器6如电热管通过电加热补偿热源供给，从而满足污泥干燥过程中热量的需求。
由于本发明有效地回收利用了待干燥污泥中的水分从液态转变为固态时的相变热，同时也回收利用了污泥从常温到低温时的热量，以及通过真空泵抽取利用了真空干燥室内的高温空气和高温水蒸气的热量，因此污泥干燥过程中的热能消耗大为节省，有效地降低了污泥干燥过程中的能量消耗，降低运行费用。

Claims (2)

1.一种能量回收利用的低能耗污泥冷冻真空干燥方法，其特征在于：它包括冷冻室热回收过程、真空室热回收过程以及真空室热量不足部分的热源补偿过程；
所述冷冻室热回收过程是：在冷冻室内设置蒸发器，用于降低冷冻室内的温度；利用制冷剂通过蒸发器时由液态转变为气态的过程中吸收热量，之后的气态制冷剂通过制冷剂循环管到达压缩机，在压缩机内被压缩为液态高温状态，液态高温制冷剂在压缩机的驱动下进入第一换热器，第一换热器将热量传递给制热循环侧的热媒后，制冷循环侧的制冷剂被冷却，制冷循环结束；该段制冷剂的循环由压缩机驱动；
在真空干燥室内设置第一散热器，用于提高真空干燥室内的温度；冷冻室回收的热量由第一换热器传递给制热循环侧的热媒后，热媒通过热媒循环管到达第一散热器，来自第一换热器的高温液体热媒经真空干燥室内第一散热器降温后，由第一循环泵驱动回到第一换热器吸收热量以进行下一次循环，制热循环结束；该段热媒的循环由第一循环泵驱动；
所述真空室热回收过程是：在真空干燥室内设置第二散热器和真空管，第二散热器用于提高真空干燥室内的温度，真空管与真空泵连接；真空干燥室回收的热量来自于真空泵所抽取的高温热；真空泵通过真空管抽取真空干燥室内的高温水蒸气，使泵体温度升高；在泵体壳内安装第二换热器，第二换热器将泵体热量传递给热媒循环管内的热媒，高温液体热媒由第二循环泵驱动到达第二散热器，热媒由真空干燥室内第二散热器降温后，回到第二换热器以进行下一次循环，制热循环结束，同时，对真空泵进行了降温；该段热媒的循环由第二循环泵驱动。
2.根据权利要求1所述能量回收利用的低能耗污泥冷冻真空干燥方法，其特征在于：所述真空室热量不足部分的热源补偿过程是：在真空干燥室内设置热源补偿器，热源补偿器与外部电源控制器连接；当真空干燥室内热量不足时，不足部分由电加热补偿热源供给，以满足干燥过程中热量的需求。
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