CN106517723B - 一种新型污泥干化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种新型污泥干化系统。包括主箱体和位于主箱体外部的蒸发器，主箱体内设置有多级污泥传送系统、热泵系统、热交换系统和若干个冷凝器，热泵系统和热交换系统均通过管路与蒸发器相连；多级污泥传送系统包括在竖直方向上多层交错设置的传送单元；热泵系统包括由蒸发器引出的输出管路、返回蒸发器的返回管路、设置在输出管路上的压缩机和设置在返回管路上的膨胀阀，热交换系统包括由蒸发器引出的干冷空气排放管道和返回至蒸发器的湿热空气回排管道；蒸发器上引出设有冷凝水排放管道；主箱体上于顶层的传送单元上方对应处设有污泥进料口。该系统不仅节省能源，处理效率较高。

Description

一种新型污泥干化系统

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种新型污泥干化系统。

背景技术

近年来，伴随着国内工业的不断发展，在带来国民生产总值不断攀升的同时也带来了大量的水体污染，为了保证环境以及生态的健康，必须对排放的污水进行有效的处理。而微生物活性污泥法在当下依然是污水处理过程中最为重要的处理方法，此方法的本质是利用微生物的生命活动将水体中的污染物质如：COD、氨氮、磷转移到活性污泥当中，从而达到净化水体的目的。污水处理过程中产生的沉淀物质统称为污泥，由于污泥在水处理过程中起到的作用是污染的转移，因此生化处理后的污泥在本质上其实是一个新的污染源，必须对其进行有效的治理。

2016年年初，由国家环境保护部联合发改委、公安部联合发布了新版的《国家危险废物名录》，新增加了80种危险废物，在给危险废物的治理提供了法律保障的同时也大大提升了危险废物治理的市场需求。越来越多的环保企业也将研发的方向投向了这篇广阔的市场。

降低含水率是污泥综合治理的核心要素，因为只有当污泥的含水率降低至50％以下才能满足混合填埋的需求，只有当污泥的含水率降低至40％甚至更低的时候才可以自持焚烧以及作为建筑辅材。生泥的含水率高达98％，经过机械压滤脱水后可以有效地去除污泥中的自由水和表面附着水，污泥的含水率可以降低至80％；通过深度机械脱水之后，污泥的含水率最多可以降低至60％，但是仍然无法满足混合填埋、自持焚烧以及作为建筑辅材的需求，污泥中含有的间隙水、毛细水、内部的保留水仍然大量的存在，对此类水分的处理，传统的机械脱水、深度机械脱水已经无法满足要求，热干化法目前是一个主流的处理方法。

当前的热干化法主要分为两种：第一是通过热蒸汽对含水污泥进行干化，此类方法要依托于污水厂有大量的余热和蒸汽管道，很显然不是所有的污水处理系统都能满足此要求，因此，蒸汽脱水的适用性较差。另外一种重要的热干化法是利用除湿热泵对湿热空气进行降温脱湿，同时回收空气水分凝结潜热并加热空气的一种装置。此装置需要的能源供给只是电能，适用范围广，同时设备的体积相对较小。相对于蒸汽干化法具有明显的优势。

但是传统的热泵系统在应用于污泥干化过程中的能耗还是偏高，其原因主要有如下两点：第一、热泵系统本身的设计缺乏创新；第二、热泵系统和污泥干化承泥平台的组合设计粗糙。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种新型污泥干化系统。本发明基于降低污泥干化过程中的能耗这一目标，采用新的设置方案，降低了污泥干活的能耗，节约了能源。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型污泥干化系统，包括主箱体和位于主箱体外部的蒸发器，主箱体上设置有新风系统，主箱体内设置有多级污泥传送系统、热泵系统、热交换系统和若干个冷凝器，热泵系统和热交换系统均通过管路与蒸发器相连；多级污泥传送系统包括在竖直方向上多层交错设置的传送单元；热泵系统包括由蒸发器引出的输出管路、返回蒸发器的返回管路、设置在输出管路上的压缩机和设置在返回管路上的膨胀阀，输出管路和返回管路与冷凝器联通，冷凝器与传送单元相配；热交换系统包括由蒸发器引出的干冷空气排放管道和返回至蒸发器的湿热空气回排管道；蒸发器上引出设有冷凝水排放管道；主箱体上于顶层的传送单元上方对应处设有污泥进料口。

进一步的优选方案，所述新风系统包括设于主箱体不同侧的新风入口和新风出口。

进一步的优选方案，所述输出管路包括与蒸发器相连的输出主管和由输出主管分支出的输出支管，压缩机位于输出主管上，输出支管端头均与冷凝器相连，返回管路包括与蒸发器相连的返回主管和汇集于返回主管的返回支管，返回支管的端头与冷凝器相连，膨胀阀位于返回主管上。

进一步的优选方案，所述冷凝器数量与传送单元相配，且冷凝器两层传送单元之间的一侧。

进一步的优选方案，所述干冷空气排放管道包括由蒸发器引出的排放主管和由排放主管分支出的排放支管，排放主管上设有风机，排放支管的出口与冷凝器对应且相配。

进一步的优选方案，湿热空气回排管道入口位于主箱体内一侧的上部。

进一步的优选方案，所述传送单元包括履带转轴和由履带转轴驱动的承泥履带，相邻传送单元的履带转轴转向相反。

进一步的优选方案，所述承泥履带为网状结构。

进一步的优选方案，所述传送单元至少为3层。

进一步的优选方案，所述传送单元为3层。

本发明与现有技术相比，有益效果是：节省能源，效率较高。

附图说明

图1是本发明的一种新型污泥干化系统的结构示意图；

图2是本发明的一种新型污泥干化系统的热风流场分布图；

图3是本发明的一种新型污泥干化系统的热泵系统原理图；

图4是本发明的一种新型污泥干化系统的承泥履带的结构示意图。

图中：1主箱体，2污泥进料口，3新风入口，4新风出口，5待干化污泥，6承泥履带，7履带转轴，8冷凝器，9压缩机，10蒸发器，11膨胀阀，12风机，13湿热空气回排管道，14冷凝水排放管道，15干冷空气排放管道。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。

如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例：

一种新型污泥干化系统，包括主箱体1和位于主箱体1外部的蒸发器10，主箱体1上设置有新风系统，所述新风系统包括设于主箱体1不同侧的新风入口3和新风出口4。

主箱体1内设置有多级污泥传送系统、热泵系统、热交换系统和若干个冷凝器8。热泵系统和热交换系统均通过管路与蒸发器10相连；

多级污泥传送系统包括在竖直方向上多层交错设置的传送单元；所述传送单元包括履带转轴7和由履带转轴7驱动的承泥履带6，相邻传送单元的履带转轴7转向相反，承泥履带6为网状结构，所述传送单元至少为3层，所述传送单元优选为3层。所述冷凝器8数量与传送单元相配，且冷凝器8两层传送单元之间的一侧。承泥履带6采用的是精致的碳塑链条，质量轻，受力能力强。碳素链条板上设有圆形、方形、平行四边形、菱形、梯形等等形状的孔隙，使得热风能够充分的通过碳素链条板，和湿冷的污泥进行充分的接触，提高干化的效果。

热泵系统包括由蒸发器10引出的输出管路、返回蒸发器10的返回管路、设置在输出管路上的压缩机9和设置在返回管路上的膨胀阀11，输出管路和返回管路与冷凝器8联通，冷凝器8与传送单元相配；热交换系统包括由蒸发器10引出的干冷空气排放管道15和返回至蒸发器10的湿热空气回排管道13；所述干冷空气排放管道15包括由蒸发器10引出的排放主管和由排放主管分支出的排放支管，排放主管上设有风机12，排放支管的出口与冷凝器8对应且相配，湿热空气回排管道13入口位于主箱体1内一侧的上部。

蒸发器10上引出设有冷凝水排放管道14；主箱体1上于顶层的传送单元上方对应处设有污泥进料口2。所述输出管路包括与蒸发器10相连的输出主管和由输出主管分支出的输出支管，压缩机9位于输出主管上，输出支管端头均与冷凝器8相连，返回管路包括与蒸发器10相连的返回主管和汇集于返回主管的返回支管，返回支管的端头与冷凝器8相连，膨胀阀11位于返回主管上。

多个排列的冷凝器8有利于对低温干空气的均匀加热。目前冷凝器8放置在热泵系统(热泵系统)内部是主流做法，缺点是一方面热量会消耗在热泵系统内部，也就是整个系统的一个角落里，其次，由于要保证蒸发器和冷凝器的温差，蒸发器和冷凝器直接必要要有隔热性能很好的隔热层来使得两部分分开。将冷凝器8放置在热泵系统的外部且在主箱体1的内部，并位于污泥干化部分，可以将冷凝器8部分的热量充分释放到干化主箱体1内部；这样的设置，利用热泵系统主箱体1本身就成为了一个隔热层，有效节约了成本。

蒸发器10是位于主箱体外部，是低温部分，温度在0-10度，而冷凝器8在主箱体1内部多个排列，冷凝器8是热泵系统的高温部分，温度范围为70-80度，用于对干冷空气排放管道15排出的空气进行加热。

湿热空气在蒸发器10部分快速降温至露点温度以下就可以析出冷凝水，而在同时，冷凝水通过排放到外部箱体表面蒸发降低蒸发器10的周围环境的温度，可以提高热泵系统的效率，而冷凝器8放在干化部分，呈多个排列的优点如下：多个排列的冷凝器8有利于对低温干空气的均匀加热，将冷凝器8放置在热泵系统的外部及污泥干化部分即主箱体1的内部，可以将冷凝器8部分的热量充分释放到干化主箱体1内部；目前放置在热泵系统内部是主流做法，缺点是一方面热量会消耗在热泵系统内部，也就是整个系统的一个角落里，其次，由于要保证蒸发器10和冷凝器8的温差，蒸发器10和冷凝器10直接要有隔热性能很好的隔热层来使得两部分分开，而将蒸发器10放置在热泵系统箱体的外部，热泵系统箱体本身就成为了一个隔热层，有效节约了成本。

如图2和图3所示，在上述整个系统中，蒸发器10、膨胀阀11、冷凝器8和压缩机9通过管道连接组成了一个循环系统，内部有压缩性和膨胀性良好的工质。工质在进入蒸发器10之前的工质是低温低压的液体，经过蒸发器10之后变为了，低温低压的蒸汽；低温低压的蒸汽，经过压缩机9的压缩之后变为高温、高压的蒸汽；高温高压的蒸汽在冷凝器8内进行热交换，变为高温高压的液体；高温高压的液体经过膨胀阀11的作用变为低温低压的液体；然后低温低压的液体再次进入蒸发器10，往复循环。整个热泵系统，压缩机和膨胀阀是动力来源，由电能来驱动，冷凝器和蒸发器是热交换设备。

工质进入蒸发器10之前的温度是很低的，蒸发器10温度虽然在热泵系统是低温部分，10度左右，但是比起进入蒸发器10之前的低温低压的液体工质的温度是高的，所以液体工质在蒸发器10部分是吸热的，也就是说，热泵的作用使得蒸发器10部分的温度降低，那么我们把蒸发器10附件的温度通过排放的冷凝水的蒸发，对其进行进一步的降温，是在某种意义上可以补充热泵系统想要对蒸发器10附近的温度进行降低。

压缩机9压缩之后的高温高压的蒸汽温度是比较高的，远远高于冷凝器8的温度，所以在经过冷凝器8的时候会对外放热，那么在对于热风循环的系统里，冷凝器8就是一个热源了，经过冷凝器8能够将含水的风中的水分析出，然后干的温度低的风经过冷凝器8就能够使其加热，变为干热的空气，进一步对于湿污泥进行干化，再次变为湿热的空气，然后遇到蒸发器10急速降温，气体含水的能力降低了，那么就会析出水分。然后再次加热，循环往复。

热交换系统引出的干冷空气排放管道15带来的干燥冷风在冷凝器8的热交换下，变成干热的空气，干热空气通过和低温含水污泥进行不断的热交换带走污泥中的水分，干燥热风由此变成了相对低温和潮湿的空气；低温潮湿的空气进入湿热空气回排管道13，湿热空气回排管道13通过蒸发器10，因为热泵系统在蒸发器10部分放出大量的热量，因此，低温潮湿的空气会吸收此部分热量，然后变为高温，干燥气体，水分以冷凝水的形式排放出去。

该系统为连续式进料，第一层传送单元的承泥履带6是顺时针转动，污泥会自然滑动到第二层的承泥履带6上，第二层的承泥履带6以逆时针转动，污泥由此会滑动到第三层承泥履带6上，第三层承泥履带6为顺时针转动。

该系统为密闭式，当干化到一定的时间段的时候，虽然水分的大部分会以冷凝水的性质排放出去，但是主箱体1内的湿度还是不可避免的会越来越高，此时系统会停止运行数分钟，打开新风入口3和新风出口4排出湿气，使得相对湿度更低的新风进入主箱体1内部，然后系统再次工作。

热交换系统引出的热空气排放管道15的热风的温度稳定维持在40摄氏度，是相对低的温度。当蒸发温度达到60到80摄氏度时，高温会蒸发出大量污泥中的污染物质，造成冷凝水的污染，冷凝水的COD可以达到840mg/L以上，总氮超过30mg/L，总磷可以达到1mg/L；当蒸发温度在40到60摄氏度时，冷凝水的COD可以达到500mg/L以上，总氮超过20mg/L，总磷可以达到0.5mg/L；但是当蒸发的温度维持在40摄氏度甚至更低的时候，冷凝水的COD可以达到150mg/L一下，总氮小于5mg/L，几乎没有总磷的产生。40摄氏度的高温气体在分上、中、下三个排放支管到达传送单元处，能够保证和三层污泥的每一次进行充分的对流热交换，保证干化效果，同时整体干化箱体内部的流场效果好。

将蒸发器10设计在主箱体1的外部，并设置在干化箱体的内部，干化箱体即为主箱体1外部右侧的箱体，同时，也设置在新风出口的旁边，这是本发明最大的亮点。在上述热泵的基本工作原理中提到了，低温、低压的液体工质在蒸发器吸收热量，变为低温低压蒸汽工质，因此，蒸发器附近需要相对较高的温度，本发明把蒸发器的位置设在热风出口旁边，热风的排出除了保证一个好的流场状态，能够对湿冷污泥进行干化的同时，也能够对蒸发器提供热量的补充，一举两得。

蒸发器10作为一个小的独立个体，设计在整个主箱体的后下角。这样做的目的是保障冷凝器8附近较低的温度，因为高温、高压蒸汽工质在通过低温冷凝器的时候发生热交换，放出热量，变为高温、高压的液体工质。在此基础上，还把冷凝水引出到后下角箱体的上方，对小箱体进行喷洒冷却，通过冷凝水的蒸发吸热进一步带走部分热量。

一个热泵系统的效率可以简易计算为100％减去(蒸发器10附近的较低温度/蒸发器附近的较高温度)也就是说，温差越高，上诉的低温和高温的比值就会越趋向于零，热机的效率就越趋向于100％，虽然永远没有100％效率的热机，但是通过各种手段，想办法在不消耗更多能耗的基础上尽可能地提高蒸发器附近的温度，尽可能地降低冷凝器附近的温度是热机研发的重要方向，本发明最大的优点也在于此。

关于该系统的一些参数如下：

1.此危废污泥干化系统主箱体的长度范围为1.0米到8.5米，宽度范围为0.6米到2.5米，高度范围为1.2米到3.5米；

2.主箱体内部承泥履带的长度范围为0.8米到7.0米，宽度范围为0.65米到2.35米，承泥履带转轴直径的范围为0.1米到0.5米；

3.热泵系统总箱体的长度范围为0.5米到4.0米，宽度范围为0.6米到2.5米，高度范围为1.0米到3.0米；

4.热泵系统总箱体右下方承接冷凝器箱体的长度范围为0.1米到2.0米，宽度范围为0.6米到2.5米，高度范围为0.35米到1.5米；

5.此热泵系统每天的工作时间为20小时；

6.热泵系统的总功率的范围为2.0KW到480KW，热泵系统主要的能耗在于压缩机和风机；

7.热泵系统每天的除水量的范围为0.05吨到24吨。

具体的实际应用如下：

应用例1

选取无锡某项目现场的含油污泥，经过板框脱水的预处理工作之后，含水率达到80％。

1.此危废污泥干化系统主箱体的长度为1.91米，宽度为1.29米，高度为2.04米；

2.主箱体内部承泥履带的长度为1.46米，宽度为1.1米，承泥履带转轴的直径为0.15米，承泥履带的孔隙为正方形，边长为2厘米；

3.热泵系统总箱体的长度为0.7米，宽度为1.0米，高度为1.6米；

4.热泵系统总箱体右下方承接冷凝器箱体的长度为0.2米，宽度为0.8米到，高度为0.6米；

5.此热泵系统每天的工作时间为20小时；

6.此热泵系统每天的80％含水率污泥的进泥量为1.03吨；干化后的污泥的含水率为10％，因此每天除水的量约为0.8吨；

7.热泵系统的总功率为11kw，每天工作20小时，耗电量为220kw；

8.因为每天去除的污泥中的水量为0.8吨，耗电量为220kw，所以经过计算，去除污泥中一吨水所需要的电量约为275kw；

危废污泥在通常情况下的委外处理费用为800元每吨，日处理0.8吨的污泥费用为640元。而利用本发明所提供的干化系统，每天的耗电量为220kw，以每度电0.6元计算，每天的费用低至132元，大大缩减了危废污泥的处理费用；而传统的热泵污泥干化系统的吨水耗电量约为400度，本发明热泵系统的吨水耗电量为275度，节约耗电31.25％，大大节约了处理成本。

应用例2

选取常熟某项目现场的氟化钙污泥，经过叠螺脱水的预处理工作之后，含水率达到65％。

1.此危废污泥干化系统主箱体的长度为7.5米，宽度为2.5米，高度为3.2米；

2.主箱体内部承泥履带的长度为5.2米，宽度为2.0米，承泥履带转轴的直径为0.3米，承泥履带的孔隙为正方形，边长为1.2厘米；

3.热泵系统总箱体的长度为1.5米，宽度为1.7米，高度为2.5米；

4.热泵系统总箱体右下方承接冷凝器箱体的长度为0.5米，宽度为1.5米到，高度为0.9米；

5.此热泵系统每天的工作时间为20小时；

6.此热泵系统每天的65％含水率污泥的进泥量为29.89吨；干化后的污泥的含水率为12％，因此每天除水的量约为18吨；

7.热泵系统的总功率为217.8kw，每天工作20小时，耗电量为4356kw；

8.因为每天去除的污泥中的水量为18吨，耗电量为4356kw，所以经过计算，去除污泥中一吨水所需要的电量约为242kw；

危废污泥在通常情况下的委外处理费用为800元每吨，日处理29.89吨污泥的费用高达24000元。而利用本发明所提供的干化系统，每天的耗电量为4356kw，以每度电0.6元计算，每天的费用低至2613.6元，大大缩减了危废污泥的处理费用；而传统的热泵污泥干化系统的吨水耗电量约为400度，本发明热泵系统的吨水耗电量为242度，节约耗电39.50％，大大节约了处理成本。

Claims (6)

1.一种新型污泥干化系统，其特征在于，包括主箱体（1）和位于主箱体（1）外部的蒸发器（10），主箱体（1）上设置有新风系统，主箱体（1）内设置有多级污泥传送系统、热泵系统、热交换系统和若干个冷凝器（8），热泵系统和热交换系统均通过管路与蒸发器（10）相连；多级污泥传送系统包括在竖直方向上多层交错设置的传送单元；热泵系统包括由蒸发器（10）引出的输出管路、返回蒸发器（10）的返回管路、设置在输出管路上的压缩机（9）和设置在返回管路上的膨胀阀（11），输出管路和返回管路与冷凝器（8）联通，冷凝器（8）与传送单元相配；热交换系统包括由蒸发器（10）引出的干冷空气排放管道（15）和返回至蒸发器（10）的湿热空气回排管道（13）；蒸发器（10）上引出设有冷凝水排放管道（14）；主箱体（1）上于顶层的传送单元上方对应处设有污泥进料口（2）；

所述冷凝器（8）数量与传送单元相配，且冷凝器（8）两层传送单元之间的一侧；

所述输出管路包括与蒸发器（10）相连的输出主管和由输出主管分支出的输出支管，压缩机（9）位于输出主管上，输出支管端头均与冷凝器（8）相连，返回管路包括与蒸发器（10）相连的返回主管和汇集于返回主管的返回支管，返回支管的端头与冷凝器（8）相连，膨胀阀（11）位于返回主管上；

所述干冷空气排放管道（15）包括由蒸发器（10）引出的排放主管和由排放主管分支出的排放支管，排放主管上设有风机（12），排放支管的出口与冷凝器（8）对应且相配；

湿热空气回排管道（13）入口位于主箱体（1）内一侧的上部。

2.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化系统，其特征在于，所述新风系统包括设于主箱体（1）不同侧的新风入口（3）和新风出口（4）。

3.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化系统，其特征在于，所述传送单元包括履带转轴（7）和由履带转轴（7）驱动的承泥履带（6），相邻传送单元的履带转轴（7）转向相反。

4.根据权利要求3所述的一种新型污泥干化系统，其特征在于，所述承泥履带（6）为网状结构。

5.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化系统，其特征在于，所述传送单元至少为3层。

6.根据权利要求1所述的一种新型污泥干化系统，其特征在于，所述传送单元为3层。