CN106630539B - 一种污泥低温干化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥低温干化装置。包括：由全封闭的污泥干化室，其包括由上至下设置的污泥入口、首尾衔接的多层输送网带和污泥出口构成的污泥运行系统和由热泵系统、干热空气发生室和风机，并形成污泥干化室内由下至上的循环干化气流的干热空气运行系统。本发明将污泥干化室、干热空气发生室、风机、出料螺旋均在一个完全封闭的箱体内，避免了气味外逸，不对环境造成二次污染；成型布料机对干化前的污泥进行了有效的破碎、成型，形成互不粘连、透气性好的条状污泥，污泥干化效果大大提升；较低温度的干化条件确保了设备的安全可靠性；本发明具有能耗低、效果好、安全可靠、无二次污染、适用范围广、使用寿命长的优势。

Description

一种污泥低温干化装置

技术领域

本发明属于环保设备设计技术领域，尤其属于城市污水处理过程中污泥处理设备的设计技术领域，具体为一种针对污水处理过程产生的污泥进行除湿干燥的污泥低温干化装置。

背景技术

我国城市污水处理厂产生的污泥因含水率高、粘性大、含有细菌、病原体等而难以进行资源化利用，对其进行适当的干化处理之后再用于堆肥或者焚烧等后续处理，可实现污泥减量化，节省污泥处置费用及运输成本，而干化技术中的热干化技术具有占地小，干化效率高，对环境造成的污染小的独特优势。

常用的热干化技术有浆叶式干化工艺，薄层干化机和带式干化机两段式组合工艺、流化床干化工艺、低温真空脱水干化工艺及低温除湿干化工艺等。其中低温除湿干化工艺的能耗较低、安全性高，其设备具有安装较灵活，使用寿命长、故障率低的优势，因而广受关注。

传统的污泥干化机存在的问题有：

能耗较高：大多数工艺需要将水分加热到100℃，蒸发能耗大，且能源利用率低。

造成二次污染：传统的工艺在干化过程中存在尾气排放的二次污染问题，需要对臭气进行收集和处理，增加了处理成本。

安全性差：传统污泥干化工艺因产生粉尘，且工作环境温度较高，存在一定的安全隐患。

干化效果不理想：由于污泥粘性较大，在进行干化前须进行有效的预处理，目前市场上的设备在预处理时大多采用孔板挤压技术，但该技术受泥质影响较大，成型效果不好，造成污泥透气性差，干化效果不理想。

设备占地面积大：目前市场上的设备大多数是干化系统和热泵系统分离，因此设备不够紧凑，占地面积较大。

发明内容

本发明的目的在于克服传统热干化设备的不足，提供一种高效、节能、安全、可靠的污泥低温干化装置。

本发明通过以下技术方案实现：

污泥低温干化装置，包括污泥运行系统和干热空气运行系统，其特征在于：

所述污泥运行系统包括全封闭的污泥干化室，污泥干化室由上至下设置污泥入口、首尾衔接的多层输送网带和污泥出口；

所述干热空气运行系统包括热泵系统、干热空气发生室和风机，热泵系统和干热空气发生室对污泥干化室产生的热、湿气体降温、除湿、加热后封闭循环利用，并通过风机形成污泥干化室内由下至上的循环干化气流。

本发明干化装置内循环干化气流的温度为40-50℃，相对湿度15％-20％。

所述污泥入口封闭连接污泥成型布料机，污泥成型布料机设置于干化室外侧、第一层输送网带的开始端上方，将进入干化室前的污泥进行破碎成型，并均匀铺设于输送网带上。

所述的成型布料机包含依次由上向下布置的一个进料斗、一对破碎辊、一对制泥辊和制泥辊下方的一对刮泥刀，两制泥辊平行接触设置，制泥辊表面有凹槽，两制泥辊表面凹槽相互交错并部分嵌入设置。

所述成型布料机的进料斗、破碎辊和制泥辊均横向布置并与污泥入口和输送网带的宽度匹配，进料斗、破碎辊和制泥辊的横向长度不大于污泥入口的长度和输送网带的宽度。

所述污泥出口设置污泥出料螺旋，所述出料螺旋为有轴双向螺旋用于将掉入螺旋上的污泥送至螺旋中间并挤出出料口。

所述的污泥干化室至少包括首尾衔接的两层输送网带，第一输送网带的末端与第二输送网带的始端错开距离，相邻两层输送网带的运动方向相对，第一输送网带的污泥从网带末端掉入第二输送网带的始端。

所述的干热空气发生室位于污泥干化室上方，设置干化气流依次通过的金属网空气过滤器、中效空气过滤器、蒸发器和冷凝器。

所述的热泵系统连接位于污泥干化室上方的蒸发器和冷凝器，包括位于干燥箱体外部、通过管道与蒸发器、冷凝器相连接的压缩机、板式换热器、膨胀阀。

所述输送网带的网带面有透气孔，网带面两边边界设置用于密闭的平面混拼结构。

与现有的技术相比，本发明的优点是：

设备能耗低：每脱除1kg水的能耗可低至0.33kw.h，干燥后污泥含水率最低可至10％，且可根据工艺要求调整干化时间，达到不同的含水率要求。

无二次污染：将成型布料机、污泥干化室、干热空气发生室、出料螺旋及风机集中到一个完全封闭的箱体，利用热干空气带走污泥中水分，利用蒸发器和冷凝器对空气除湿加热，并在风机的作用下形成循环风系统，相比传统的直接对污泥进行加热干化的工艺，该工艺可降低污泥干化的温度，低温干化条件下污泥不会产生有害气体，封闭的箱体不会让气味逸出，因此对环境不造成二次污染。成型布料机与污泥入口封闭连接，成型布料机依次由上向下布置进料斗、一对破碎辊、一对制泥辊和制泥辊下方的一对刮泥刀，两制泥辊平行接触设置，制泥辊表面有凹槽，两制泥辊表面凹槽相互交错并部分嵌入设置，该结构利用各部分叠加性能，同时通过制泥辊表面凹槽相互交错并部分嵌入设置结构减少了气体泄漏通道，能够在污泥成型的同时最大限定地降低入口的废气排放；结合污泥出料螺旋对出口的封闭，整体装置封闭性能优异，废气排放控制效果更好。

安全可靠：干化过程需要控制的安全因素是氧气含量<12％；粉尘浓度<60g/m³，颗粒温度<110℃，而本发明采用低温(40-50℃)干化技术，安全可靠，无爆炸危险。

干化效果好：传统的污泥没有进行有效的预处理，存在泥块大、泥过度挤压、透气性差，干化效果差的问题，本发明采用的成型布料机能对污泥进行有效的破碎、成型，形成互不粘连的细条形污泥，增大了污泥与空气的接触面积，泥条疏松、透气性好，干化效果好；本发明成型布料机的进料斗、破碎辊和制泥辊均横向布置并与污泥入口和输送网带的宽度匹配，进料斗、破碎辊和制泥辊的横向长度不大于污泥入口的长度和输送网带的宽度，该结构使污泥成型更均匀，避免了伞形敞口成型可能存在的挤压不足等问题，同时对输送网带的布料也更均匀，进一步提高干化效果。装置针对叠螺脱水机、离心机和带式脱水机脱水的污泥都具有很好的成型效果。同时本发明采用输送网带的网带面设置透气孔，网带面两边边界设置用于密闭的平面混拼结构使热干空气流动更有序，进一步提高污泥的干化效果。

结构紧凑：将风机直接安装在污泥干化室下方，干空气发生室位于干化室上方，缩短了风机与干化室之间的连接距离，结构更为紧凑。

本发明污泥低温干化机包括污泥成型布料机，包括运输网带的污泥干化室，热泵系统，干热空气发生室，风机及干泥出料螺旋；风机直接安装在污泥干化室下方，缩短了风机与干化室之间的连接距离，结构更为紧凑；污泥干化室、干热空气发生室、风机、出料螺旋均在一个完全封闭的箱体内，避免了气味外逸，不对环境造成二次污染；成型布料机对干化前的污泥进行了有效的破碎、成型，形成互不粘连、透气性好的条状污泥，污泥干化效果大大提升；较低温度的干化条件确保了设备的安全可靠性；本发明具有能耗低、效果好、安全可靠、无二次污染、适用范围广、使用寿命长的优势。

附图说明

图1为热泵系统工作原理图；

图2为本发明的污泥低温干化机的主视结构示意图；

图3为本发明的污泥低温干化机的右视结构示意图；

图4为本发明的污泥低温干化机的主视气流运形流程示意图；

图5为本发明的污泥低温干化机的污泥和气流运行流程示意图；

图6为本发明的成型布料机立体结构示意图；

图7为本发明的成型布料机的左视剖面图。

图中，1是压缩机，2是高压传感器，3是油气分离器，4是冷凝器，5是板式换热器，6是过滤阀、7是稳压阀，8是压力调节阀，9是储液罐，10是干燥过滤器、11是视镜，12是电磁阀，13是气液分离器，14是膨胀阀，15是蒸发器，16是低压传感器；20是进料斗，21是污泥挡板，22是破碎辊，23是制泥辊，24是成型凹槽，25是刮泥刀，26是刮泥刀基座，27是调节螺杆，28是弹簧，29是减速电机，30是驱动齿轮，31是成型布料机，32是第一输送网带，33是第二输送网带，34是托架，35是托辊，36是毛刷，37是风机，38是金属网空气过滤器，39是中效空气过滤器，40是接水盘，41是冷凝水出水管,42是风道，43是出料螺旋，A是冷却水出口，B是冷却水进口。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。

结合图1至图7。

如图所示，污泥低温干化装置包括污泥成型布料机31，含两层输送网带的污泥干化室，热泵系统，干热空气发生室，风机37及设置于污泥出口的污泥出料螺旋43；污泥成型布料机31设置于污泥干化室外侧、第一输送网带32的开始端上方，用于将进入污泥干化室前的污泥进行破碎成型，并均匀铺设于网带上，热泵系统包含位于污泥干化室上方的蒸发器15和冷凝器4，以及位于干燥箱体外部、通过管道与蒸发器15、冷凝器4相连接的压缩机1、板式换热器5、膨胀阀14等，干热空气发生室位于污泥干化室上方，包括污泥干化室正上方的金属网空气过滤器38、中效空气过滤器39、蒸发器15及位于污泥干化室侧上方的冷凝器4。风机位于污泥干化室下方，其出风口与污泥干化室相连，其进风口通过一个倾斜向上的风道42与侧上方干热空气发生室的冷凝器4一侧相连，污泥出料螺旋43位于污泥干化室最下层网带的下方，用于将完成干化的污泥输送至箱体外，所述的污泥干化室、干热空气发生室、风机37、出料螺旋43均在一个封闭的箱体内。

成型布料机31包含由上向下布置的进料斗20，一对破碎辊22、一对制泥辊23及制泥辊23下方的一对刮泥刀25，待干化的湿污泥经进料斗20进入破碎辊22进行破碎，再在破碎辊22上叶片的压力下进入制泥辊23，污泥在制泥辊23的成型槽24中形成条状，并在制泥辊23下方的刮泥刀25作用下被切断成互不粘连的长条形污泥。

成型布料机的刮泥刀25通过一个带弹簧28的调节螺杆27连接，可有效避免因成型布料机长期运行导致的刮泥刀25磨损变形，造成污泥成型效果变差的问题，确保成型布料机使用寿命更长。

污泥干化室包含两层输送网带，第一输送网带32的末端与第二输送网带33的始端错开一定距离，相邻两层输送网带的运动方向相对，第一输送网带31的污泥从网带末端掉入第二输送网带33的始端，每层输送网带均由单独的变频电机控制网带速度。

热泵系统的蒸发器15和冷凝器4集中封闭于干燥箱体内，与污泥干化室上方的空气过滤网及空气过滤器一起组成干热空气发生室。热泵系统的其他元件集中于干燥箱体外部，通过管道与蒸发器15、冷凝器4连接。

风机37采用无蜗壳离心风机，通过风道连接封闭于干燥箱体内的干热空气发生室上方及污泥干化室下方，形成循环风系统，风机37位于污泥干化室下方，出风口直接连接污泥干化室，进风口则通过倾斜向上的风道42直接与上方的干热空气发生室的冷凝器4一侧相连。

污泥出料螺旋43为有轴双向螺旋，网带上掉下的泥可以同时从两边向中间输送，相对于单向螺旋可减少污泥输送距离，更快速的将污泥输送出去，同时采用污泥出料螺旋对出口封闭，整体装置封闭性能优异，废气排放控制效果更好，也降低污泥堆积堵塞出口的风险。

污泥干化室、干热空气发生室、风机37及出料螺旋43均在密闭的干燥箱内，干燥箱体采用聚氨酯硬泡的保温门板及发泡橡胶密封条密封技术，密封性较好，不会有臭气逸出，同时保温门板能减少污泥干化室的热量损失，提高干化效率。

如图2、图3所示,包括成型布料机，含两层网带的污泥干化室，干热空气发生室，热泵系统，风机37及干泥出料螺旋43；待干化的污泥经过管道泵进入布料成型机30，经破碎成型后形成透气性好、互不粘连的泥条掉入第一输送网带32；布料成型机出泥速度及每层网带的运行速度分别由单独的变频电机控制，可灵活调节速度，实现不同厚度的污泥铺设；随着第一输送网带32的缓慢移动，污泥从第一输送网带32的末端掉至第二输送网带33的始端，两层网带缓慢运行的过程中，污泥逐步被干化，干化后的污泥经第二输送网带33末端掉至污泥出料螺旋43上，出料螺旋43为有轴双向螺旋，掉入螺旋上的污泥从两端输送至螺旋中间的出料口；安装在第二输送网带33下方的风机37将干热空气(温度40-50℃，相对湿度15％-20％)送入污泥干化室，干热空气从小往上的流动的过程中将两层网带上的湿污泥中的水分带出，成为含湿量较大的湿热空气，湿热空气经过金属网空气过滤器38和中效空气过滤器39过滤，除去空气中夹带的粉尘颗粒及不凝结有机物后进入蒸发器15，湿热空气与蒸发器15中冷媒进行热交换，空气被降温除湿，产生的冷凝水通过蒸发器15下方的接水盘40收集，从冷凝水出水管41排出干化箱外；除湿的空气变为冷干空气穿过冷凝器4，与冷凝器4中的高温冷媒进行热交换，空气被加热为热干空气，热干空气进入倾斜风道42，被风机37再次送入干化室，形成循环风系统。

成型布料机，如图6，图7所示，主要包含一个进料斗20，一对破碎辊22、一对制泥辊23及制泥辊23下方的一对刮泥刀25；污泥通过螺杆泵，经管道输送入进料斗20，安装在进料斗20内的料位计可控制螺杆泵的启停；进料斗20内的污泥落入破碎辊22中，在破碎辊22的叶片作用下，一方面将污泥剪切破碎，一方面将破碎的污泥下压至制泥辊23，制泥辊23上成型沟槽24将污泥挤压成宽度不大于5mm，厚度不大于5.5mm的泥条，位于制泥辊23下方的刮泥刀25将成型的泥条从斜向上，角度不大于45度的方向切断，最大化的减少了泥条与刮泥刀25的挤压变形，避免变形后污泥相互粘连，刮泥刀25固定于刮泥刀基座26上，两刮泥刀25通过带弹簧28的调节螺杆27连接，该设计可避免因刮泥刀25长期使用后磨损变形，造成其与成型沟槽24不能紧密贴合，污泥成型效果变差的问题，进而延长了成型布料机的使用寿命；破碎辊22和制泥辊23的轴与驱动轮30相连接，并通过一个减速电机29控制轴的转速；通过设置各驱动轮尺寸的大小比例，将破碎辊22与制泥辊23的转速设置为转速比不小于2:1，通过调节电机频率可实现成型布料机31不同的出料速度。

成型布料机31下方为污泥干化室的第一输送网带32，网带采用pp材质，中间部分的网带为透气的网格，两边的边界采用平面混拼方式，平面混拼方式是指在同一个平面上将透气的网格和不透气的网格进行混合拼接，本发明中最中间的网格全部为透气网格，靠近两边缘的网格为透气网格与不透气网格交替拼接，最外边的网格全部为不透气网格，这种拼接方式可改变空气流态，避免空气从污泥与两侧箱体边缘接触的空隙穿过，从而提高干空气的利用效率；网带下方设有托架34及不锈钢圆托辊35，可确保网带不被污泥压变形；网带末端上方设有尼龙毛刷36，当铺设好污泥后，尼龙毛刷36与污泥层的上表面接触，在网带正上方形成一个密闭环境，从而确保向上的干空气只能从网带的透气孔穿过污泥层，避免其从网带两端外侧绕过污泥层，进一步提高干空气的利用效率；整个污泥干化室的设计均为了确保热空气全部从污泥层穿过，提高了热空气的利用效率。

金属网空气过滤器38位于第一输送网带32正上方，其滤料可采用波折铝网或不锈钢波折网；金属网空气过滤器38上方为标准V型中效空气过滤器39，其滤料采用超细玻璃纤维或pp棉。

本发明的干燥箱体的门板均采用不锈钢材质，采用钣金成型工艺加工，组装方便，外形美观；门板内部采用聚氨酯硬泡填充，具有保温、隔音、阻燃、轻便、强固箱体的优点，门板周边采用发泡橡胶密封条密封技术，进一步保证了箱体的良好密封性，确保干化中产生的臭气不外泄，不对环境造成二次污染，同时尽最大可能的减少了干化箱体内热量的散失，保证了污泥干化的效果。

热泵系统，如图1所示，其工作原理为：压缩机1将冷媒压缩成高温高压的气态先进入到油气分离器3，通过油气分离，气态冷媒进入到冷凝器4，分离出来的冷冻油重新回到压缩机1中；高温气态冷媒与经过冷凝管外部的冷干空气进行热交换，使空气被加热，形成热干空气，进入循环风机；经冷凝器4出来的冷媒进入到一个外置的板式换热器5(外置冷凝器)。冷却水经过过滤阀6、稳压阀7和压力调节阀8，进入到板式换热器5与冷媒换热，将冷媒多余的热量带走，冷媒变为液态；从板式换热器5出来的冷媒进入储液罐9，再通过干燥过滤器10、视镜11及电磁阀12进入一个低温热交换式气液分离器13，将剩余的少量气态冷媒继续转化为液态；冷媒经过热力膨胀阀14，变成低温低压的两相状态进入到蒸发器15，经过蒸发器管道外部的湿热空气与管道内的冷媒进行热交换，湿热空气变为冷干空气，冷媒蒸发变为低温低压的过热气态；气态冷媒从蒸发器15出来后，进入到热交换式气液分离器13，分离加热后，气态冷媒进入到压缩机1中，进行下一次循环；压缩机1出口端的高压传感器2和进口端的低压传感器16可实时采集压缩机1进出口压力，压缩机1进出口压力直接影响整个热泵系统的运行情况。

本发明的热泵系统的压缩机1为半封闭四汽缸往复式压缩机，压缩机带有两个启动绕阻，压缩机电机的启动方式可采用直接启动或部分绕阻启动，部分绕阻启动的启动电流可降低至直接启动电流的65％左右；热泵系统的制冷剂采用三元混合制冷剂R407F(R134a、R125、R32混合剂)，比国内常用的R22型制冷剂更加环保，是R22制冷剂的良好替代品；压缩机1的排气口设有油气分离器3，可分离冷媒排气带出的冷冻油，重新将带出的冷冻油送回压缩机1，从而有效解决压缩机1回油问题，避免了热泵系统运行时，压缩机1油位变低，对热泵系统安全可靠运行带来不利影响的问题；蒸发器15和冷凝器4为翅片管式，翅片为铝箔材质，两端的基管材质采用不锈钢或铜；蒸发器15下方的接水盘40采用耐腐蚀的不锈钢板；板式换热器5采用硬焊式板式换热器，其波纹板片可增加换热效率，换热器采用循环冷却水作为换热介质。

本发明装置中污泥运行流程和循环风流程如图4，图5所示：

污泥流程：经进料斗20、破碎辊22、制泥辊23进入第一输送网带32、第二输送网33带，再由出口污泥出料螺旋43排出。图5中双箭头表示了污泥运行过程。单箭头表示了干热风流动方向。

循环风流程：干热循环风由风机送出，由下向上经第一输送网带32、第二输送网带33对污泥条进行干燥，后经金属网空气过滤器38、中效空气过滤器39、蒸发器15除水和冷凝器4交换加热回到风机实现循环。图4中各箭头表示了循环风流动方向。

本发明的污泥低温干化机采用模块化组装，可适应不同处理量的工艺要求；设备不受安装条件的限制，因此对地上及地下污水处理厂都适用，且对各种脱水机脱水后的污泥均有较好的干化效果，因此使用范围广泛；其控制系统采用西门子PLC，可实现全自动运行，操作管理方便。

Claims (1)

1.一种污泥低温干化装置，包括污泥运行系统和干热空气运行系统，其特征在于：

所述污泥运行系统包括全封闭的污泥干化室，污泥干化室由上至下设置污泥入口、首尾衔接的多层输送网带和污泥出口；

所述干热空气运行系统包括热泵系统、干热空气发生室和风机，热泵系统和干热空气发生室对污泥干化室产生的热、湿气体降温、除湿、加热后封闭循环利用，并通过风机形成污泥干化室内由下至上的循环干化气流；所述干化装置内循环干化气流的温度为40-50℃，相对湿度15％-20％；

所述污泥入口封闭连接污泥成型布料机，污泥成型布料机设置于干化室外侧、第一层输送网带的开始端上方，将进入干化室前的污泥进行破碎成型，并均匀铺设于输送网带上，所述的成型布料机包含依次由上向下布置的一个进料斗、一对破碎辊、一对制泥辊和制泥辊下方的一对刮泥刀，两制泥辊平行接触设置，制泥辊表面有成型凹槽，两制泥辊表面成型凹槽相互交错并部分嵌入设置；

待干化的污泥经过管道泵进入布料成型机，经破碎成型后形成互不粘连的泥条掉入第一输送网带；布料成型机出泥速度及每层网带的运行速度分别由单独的变频电机控制，随着第一输送网带的缓慢移动，污泥从第一输送网带的末端掉至第二输送网带的始端，两层网带缓慢运行的过程中，污泥逐步被干化，干化后的污泥经第二输送网带末端掉至污泥出料螺旋上，出料螺旋为有轴双向螺旋，掉入螺旋上的污泥从两端输送至螺旋中间的出料口；安装在第二输送网带下方的风机将干热空气温度40-50℃，相对湿度15％-20％送入污泥干化室，干热空气从下往上的流动的过程中将两层网带上的湿污泥中的水分带出，湿热空气经过金属网空气过滤器和中效空气过滤器过滤，除去空气中夹带的粉尘颗粒及不凝结有机物后进入蒸发器，湿热空气与蒸发器中冷媒进行热交换，空气被降温除湿，产生的冷凝水通过蒸发器下方的接水盘收集，从冷凝水出水管排出干化箱外；除湿的空气变为冷干空气穿过冷凝器，与冷凝器中的高温冷媒进行热交换，空气被加热为热干空气，热干空气进入倾斜风道，被风机再次送入干化室，形成循环风系统，所述污泥出口设置污泥出料螺旋，所述出料螺旋为有轴双向螺旋用于将掉入螺旋上的污泥送至螺旋中间并挤出出料口，所述的污泥干化室至少包括首尾衔接的两层输送网带，第一输送网带的末端与第二输送网带的始端错开距离，相邻两层输送网带的运动方向相对，第一输送网带的污泥从网带末端掉入第二输送网带的始端，所述的干热空气发生室位于污泥干化室上方，设置干化气流依次通过的金属网空气过滤器、中效空气过滤器、蒸发器和冷凝器，所述的热泵系统连接位于污泥干化室上方的蒸发器和冷凝器，包括位于干燥箱体外部、通过管道与蒸发器、冷凝器相连接的压缩机、板式换热器、膨胀阀，所述输送网带的网带面有透气孔，网带面两边边界设置用于密闭的平面混拼结构。