CN107285593A - 一种污水源热泵与污泥干化联用的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，右至左依次设有原水池、污水源热泵、水气换热装置和污泥干化装置，污水源热泵包括蒸发器、冷凝器及压缩机，蒸发器和冷凝器右侧通过水流管道与原水池连接，压缩机通过冷媒管道与蒸发器和冷凝器连接；水汽换热装置包括空气冷凝换热器及空气加热换热器，空气冷凝换热器右侧通过水流管道与蒸发器左侧连接，空气加热换热器右侧通过水流管与冷凝器左侧连接；污泥干化装置包括带式干化机，带式干化机内设有进料口、网带输送机和出料口，进料口和出料口分别设置于带式干化机的两端，空气加热换热器左侧通过气流通道与带式干化机下侧连接，空气冷凝换热器左侧通过气流通道与带式干化机上侧连接。

Description

一种污水源热泵与污泥干化联用的设备

技术领域

本发明涉及污水处理厂节能降耗技术领域，具体来说，涉及一种污水源热泵与污泥干化联用的设备。

背景技术

随着我国污水处理厂大规模的建设运行，污泥产量也大幅增加，污泥处理问题愈加突出。由于污泥含水率通常在80%至99%，且含有大量有毒有害物质，性质不稳定，不利于运输。因此，在进行污泥填埋、焚烧等稳定化处理前，需要对其进行脱水干化，使其含水率降至40%以下。

现有污水处理厂主要采用污泥热干化技术，主要分为高温干化、中温干化和低温干化，通过降低空气湿度来发挥干燥潜能。其中低温干化的温度为100℃以下，可以有效避免恶臭气体的挥发，最大限度地减少苯系物的释放，具有良好的节能和环保效益。

但是，现有技术中低温对污泥进行干化需要消耗大量的能量，如何更好地做到节能、降耗、环保是本领域一直以来追求的目标。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，能够将未经处理的污水中回收的热能通过换热装置用于污泥的低温干化处理，实现降低污泥干化成本、能源回收的目的。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，从右至左依次设有原水池、污水源热泵、水气换热装置和污泥干化装置，所述污水源热泵包括蒸发器、冷凝器及压缩机，所述蒸发器和冷凝器右侧均通过水流管道与所述原水池连接，所述压缩机通过冷媒管道分别与所述蒸发器和冷凝器连接；所述水汽换热装置包括空气冷凝换热器及空气加热换热器，所述空气冷凝换热器右侧通过水流管道与所述蒸发器左侧连接，所述空气加热换热器右侧通过水流管道与所述冷凝器左侧连接，所述空气冷凝换热器和所述空气加热换热器通过蒸汽管道连接；所述污泥干化装置包括带式干化机，所述带式干化机内设有进料口、网带输送机和出料口，所述进料口和出料口分别设置于所述带式干化机的两端，所述空气加热换热器的左侧通过气流通道与所述带式干化机的下侧连接，所述空气冷凝换热器的左侧通过气流通道与所述带式干化机的上侧连接。

进一步地，连接带式干化机下侧和空气加热换热器的气流通道上设有送风机。

进一步地，连接带式干化机上侧和空气冷凝换热器的气流通道上设有过滤器。

进一步地，所述网带输送机包括位于所述带式干化机上半部的第一层网带输送机及位于所述带式干化机下半部的第二层网带输送机，进料口位于所述第一层网带输送机的上方并靠近所述第一层网带输送机的左侧；出料口位于所述第二层网带输送机的下方并靠近所述第二层网带输送机的左侧。

进一步地，所述空气冷凝换热器连接有冷凝水排水管。

进一步地，所述空气冷凝换热器通过水流管道与所述原水池连接，所述空气加热换热器通过水流管道与所述原水池连接。

进一步地，所述原水池内设有提升泵。

本发明的有益效果：

(1)低运行成本:本设备利用污水中的热量通过污水源热泵系统加热和冷凝循环空气，其电耗是传统工艺设备的1/4；

(2)高安全性能：处理过程的温度控制在40-50℃，避免了刺激性气味气体、有害气体的产生，低温干化降低了可能点火源的点火能量，从而避免了爆炸危险；

(3)进水无需深度处理：通入污水源热泵的污水为提升泵出水，与二级出水相比具有更高的热能，进一步节省了运行费用；

(4)优质的冷凝水水质：由于蒸发温度低，冷凝水无需再处理，避免了二次污染；

(5)占地面积小，容易安装和操作：设备结构精密，集成度高，不需要外建平台，节省基建开支。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种污水源热泵与污泥干化联用的设备的设备工艺图；

图2是水气换热装置原理图。

图中：1.蒸发器；2. 冷凝器；3.压缩机；4.空气冷凝换热器；5.空气加热换热器；6.过滤器；7.进料口；8.网带输送机；9.出料口；10.带式干化机；11.送风机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~2所示，根据本发明实施例所述的一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，从右至左依次设有原水池、污水源热泵、水气换热装置和污泥干化装置，所述污水源热泵包括蒸发器1、冷凝器2及压缩机3，所述蒸发器1和冷凝器2右侧均通过水流管道与所述原水池连接，所述压缩机3通过冷媒管道分别与所述蒸发器1和冷凝器2连接；所述水汽换热装置包括空气冷凝换热器4及空气加热换热器5，所述空气冷凝换热器4右侧通过水流管道与所述蒸发器1左侧连接，所述空气加热换热器5右侧通过水流管道与所述冷凝器2左侧连接，所述空气冷凝换热器4和所述空气加热换热器5通过蒸汽管道连接；所述污泥干化装置包括带式干化机10，所述带式干化机10内设有进料口7、网带输送机8和出料口9，所述进料口7和出料口9分别设置于所述带式干化机10的两端，所述空气加热换热器5的左侧通过气流通道与所述带式干化机10的下侧连接，所述空气冷凝换热器4的左侧通过气流通道与所述带式干化机10的上侧连接。

将污水收集于原水池中，水温约为15-20℃，分两路进入水流管路，从水流管路进入污水源热泵中，一路污水与蒸发器1中的冷媒进行换热变为5-10℃，同时压缩机3对冷媒做功后在冷凝器2中与另一路污水进行换热，使污水变为50-55℃，此时产生的冷凝水可直接外排。5-10℃的污水进入空气冷凝换热器4，50-55℃的水进入空气加热换热器5。

污泥经脱水、切条后经进料口7进入污泥干化装置，分布于网带输送机8表面，热干空气（温度40-50℃，相对湿度20-30%）从下至上通过带式干化机10空间，蒸发污泥中的水分后变为冷湿空气（温度25-30℃，相对湿度75-85%）进入水气换热装置的空气冷凝换热器4与5-10℃的污水进行换热，变为12-17℃饱和水蒸气，5-10℃的污水升温至10-15℃；12-17℃饱和水蒸气进入空气加热换热器5与50-55℃的污水进行换热，变为热干空气后进入带式干化机10底部，50-55℃的污水降温至40-45℃。至此，冷热空气在水气换热装置和污泥干化装置中实现循环，污水中的热量通过污水源热泵在水气换热装置中实现循环。

为了加快冷热空气的循环效率，连接带式干化机10下侧和空气加热换热器5的气流通道上设有送风机11。饱和水蒸气与50-55℃的污水在空气加热换热器5中进行间接换热，变为热干空气通过送风机11输送至带式干化机10底部。

热干空气对污泥进行干化后难免带出一些粉尘、杂质，为了去除空气中的粉尘、杂质，连接带式干化机10上侧和空气冷凝换热器4的气流通道上设有过滤器6。冷湿空气（温度25-30℃，相对湿度75-85%）先经过过滤器6过滤，再进入空气冷凝换热器4，以免污染空气冷凝换热器4。

带式干化机10内的各部件排列关系为，所述网带输送机8包括位于所述带式干化机10上半部的第一层网带输送机及位于所述带式干化机10下半部的第二层网带输送机，进料口7位于所述第一层网带输送机的上方并靠近所述第一层网带输送机的左侧；出料口9位于所述第二层网带输送机的下方并靠近所述第二层网带输送机的左侧。从进料口7进入的污泥向右移动，至第一层网带输送机的最右端，落入第二层网带输送机的最右端，再向左移动，最后落入出料口9内。这种设置方式，能使污泥在移动过程中一直通过从下至上运动的热干空气进行充分的烘干，结构排布更加合理，干化效率高。

为了便于排出空气冷凝换热器4产生的冷凝水，所述空气冷凝换热器4连接有冷凝水排水管。

空气冷凝换热器4通过水流管道与所述原水池连接，空气加热换热器5通过水流管道与所述原水池连接。5-10℃的污水升温至10-15℃后通过水流管道回到原水池，50-55℃的污水降温至40-45℃后通过水流管道回到原水池。

所述原水池内设有提升泵，通入污水源热泵的污水为提升泵提升至原水池后的出水，与二级出水相比具有更高的热能，进一步节省了运行费用。

本发明充分利用污水中的热能，通过两次换热实现了水、气、能的优化配置，为污水处理厂的节能降耗及污泥减量化处理提供了新的途径。具体优势在于以下几点：

低运行成本：本设备利用污水中的热量通过污水源热泵系统加热和冷凝循环空气，每烘干出1Kg水仅需0.247 kwh，其电耗是传统工艺设备的1/4；

高安全性能：处理过程的温度控制在40-50℃，避免了刺激性气味气体、有害气体的产生，低温干化降低了可能点火源的点火能量，从而避免了爆炸危险；

进水无需深度处理：通入污水源热泵的污水为提升泵出水，与二级出水相比具有更高的热能，进一步节省了运行费用；

优质的冷凝水水质：由于蒸发温度低，冷凝水无需再处理，避免了二次污染；

占地面积小，容易安装和操作：设备结构精密，集成度高，不需要外建平台，节省基建开支。

利用该设备使用国内某污水处理厂脱水污泥建立处理规模为1t/d的中试系统，污泥含水率为80%，干化程度可通过自控系统调节（10%-40%），污水处理厂原水水温约为18℃。该系统设计循环风量为6000m³/h，每小时所需热量为29.94kw·h，每小时所需冷量为33.67kw·h，每小时所释放出的冷凝水量为31.16kg。每产生1kg冷凝水，需要消耗的电能为0.247kw，与现有空气源热泵功率比较（0.4kw/kg），节能38.25%。

在投资方面，污泥处理的投资占污水处理厂总投资的50%-70%，在运行方面，现有城市污水处理厂中电耗约占总能耗的60%以上，其中污泥处理的电耗约占总电耗的1/4。由此可见，污泥处理的投资和运行费用很高，本设备可同时实现污水热能的回收利用以及污泥的低温干化处理，为污水处理厂的节能降耗提供新的途径。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，其特征在于，从右至左依次设有原水池、污水源热泵、水气换热装置和污泥干化装置，所述污水源热泵包括蒸发器（1）、冷凝器（2）及压缩机（3），所述蒸发器（1）和冷凝器（2）右侧均通过水流管道与所述原水池连接，所述压缩机（3）通过冷媒管道分别与所述蒸发器（1）和冷凝器（2）连接；所述水汽换热装置包括空气冷凝换热器（4）及空气加热换热器（5），所述空气冷凝换热器（4）右侧通过水流管道与所述蒸发器（1）左侧连接，所述空气加热换热器（5）右侧通过水流管道与所述冷凝器（2）左侧连接，所述空气冷凝换热器（4）和所述空气加热换热器（5）通过蒸汽管道连接；所述污泥干化装置包括带式干化机（10），所述带式干化机（10）内设有进料口（7）、网带输送机（8）和出料口（9），所述进料口（7）和出料口（9）分别设置于所述网带输送机（8）的两端，所述空气加热换热器（5）的左侧通过气流通道与所述带式干化机（10）的下侧连接，所述空气冷凝换热器（4）的左侧通过气流通道与所述带式干化机（10）的上侧连接。

2.根据权利要求1所述的一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，其特征在于，连接带式干化机（10）下侧和空气加热换热器（5）的气流通道上设有送风机（11）。

3.根据权利要求1所述的一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，其特征在于，连接带式干化机（10）上侧和空气冷凝换热器（4）的气流通道上设有过滤器（6）。

4.根据权利要求1所述的一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，其特征在于，所述网带输送机（8）包括位于所述带式干化机（10）上半部的第一层网带输送机及位于所述带式干化机（10）下半部的第二层网带输送机，进料口（7）位于所述第一层网带输送机的上方并靠近所述第一层网带输送机的左侧；出料口（9）位于所述第二层网带输送机的下方并靠近所述第二层网带输送机的左侧。

5.根据权利要求1所述的一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，其特征在于，所述空气冷凝换热器（4）连接有冷凝水排水管。

6.根据权利要求1所述的一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，其特征在于，所述空气冷凝换热器（4）通过水流管道与所述原水池连接，所述空气加热换热器（5）通过水流管道与所述原水池连接。

7.根据权利要求1所述的一种污水源热泵与污泥干化联用的设备，其特征在于，所述原水池内设有提升泵。