CN108218180A - 聚光分频式太阳能污泥干燥、家用供暖一体化系统、方法 - Google Patents

聚光分频式太阳能污泥干燥、家用供暖一体化系统、方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统及其污泥干燥方法，聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括太阳能利用模块、污泥干燥模块和家用供暖模块，太阳能利用模块包括分频蓄热部分和配电控制部分，分频蓄热部分包括聚光器1、光伏电池2、分频器3、真空集热管4、光伏电池余热集热管5、相变储热箱6和热交换器7，第一泵29驱动载热介质在真空集热管4、光伏电池余热集热管5和热交换器7构成的载热介质循环流路中流动；污泥干燥室5包括经由风机20输入由分频器3产生的热空气的空气进口25、用于输入待干燥污泥的污泥进口26、排出热空气的空气出口27和排出干燥污泥的污泥出口28。

Description

聚光分频式太阳能污泥干燥、家用供暖一体化系统、方法
技术领域
本发明涉及一种污泥干燥技术领域，特别是一种聚光分频式太阳能污泥干燥、家用供暖一体化系统、污泥干燥方法。
背景技术
随着城市污水处理厂不断增加，城市污泥的产量也大幅度增长。城市污泥含水率高，处理难度大，已成为城市发展所面临的严重问题。污泥干燥一方面可以使污泥稳定和减容，另一方面也为污泥的资源化利用奠定基础，是解决污泥问题的有效途径。目前，主要的干燥技术为热干燥，但是，由于燃料燃烧产生热源的成本较高以及污泥输运所需的能耗较大，导致其能源利用率和干燥效率均较低。太阳能作为人类最大可再生自然资源，已成为解决能源与环境问题双重危机的重要方向，将其作为污泥干燥的能量来源具有深远的应用价值，但是目前将太阳能应用在污泥干燥领域的方式多为直接蒸晒，导致其利用效率极其低下，且由于太阳光不稳定，导致系统运行稳定性受限，以及低温余热的利用也有待关注。专利CN101708942A，将污泥干化焚烧产生的高温烟气热能与太阳能一起为污泥干燥提供热源，仅对焚烧干污泥过后的烟气余热进行了利用。专利CN101240976A和专利CN103145311A中，利用太阳能集热器辅助热泵提供热源，污泥经传送带进入干燥室与热空气接触进行干燥，干燥后的空气回收到热泵系统进行余热循环，但是，系统未对太阳能进行高效分频利用，未对余热进行分级利用，且在干燥室中未对空气流道进行设计，以至于效率有待提高。此外，污泥干燥过程中提高干燥效率的方法也有待进一步提高。因此，寻找新型高效、低能耗、可靠性、可持续性的太阳能污泥干燥方式变得十分重要。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能广谱利用太阳能、能量梯级利用、强化干燥过程、安全稳定运行、可家用供暖的聚光分频式太阳能污泥干燥系统及其污泥干燥方法。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
本发明的一个方面，一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括太阳能利用模块、污泥干燥模块和家用供暖模块；
所述太阳能利用模块包括分频蓄热部分和配电控制部分，其中，
分频蓄热部分包括：
聚光器，其聚集太阳光到分频器以提高光的能量密度，
光伏电池，其吸收经由分频器反射的短波长光能且光电转换成电能，
分频器，分频器反射短波段太阳光进入光伏电池和透射长波段太阳光进入真空集热管，
真空集热管，其吸收透射分频器的光能以加热载热介质输出热能，
光伏电池余热集热管，连接光伏电池的光伏电池余热集热管吸收光伏电池发出的热能，
相变储热箱，其经由第一阀和第二阀连接所述真空集热管、光伏电池余热集热管、热交换器和储水箱，通过第一阀或第二阀的开关以存储多余热能或向外输出热能；
热交换器，其将流经真空集热管、光伏电池余热集热管的载热介质的热能交换形成用于干燥污泥的热空气，
储水箱，将载热介质流路下游的低温热能存储，供家用和供暖，
第一泵，其驱动载热介质在所述真空集热管、光伏电池余热集热管、热交换器和储水箱构成的载热介质循环流路中流动，
配电控制部分包括控制电路运行的电路控制器、存储光伏电池产生的多余电能以及向外补给电能的锂电池蓄电组、将直流电转变为交流电的逆变器和整流分配电能的配电箱，配电箱连接所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统的供电线路，
污泥干燥模块包括：
污泥干燥室，其包括经由风机输入由热交换器产生的热空气的空气进口、用于输入待干燥污泥的污泥进口、排出热空气的空气出口和排出干燥污泥的污泥出口，
分离器，连接所述污泥出口的分离器将排出的干燥污泥中的热空气分离并返回热交换器，
筛分器，连接分离器的筛分器筛分干燥污泥且将小于预定粒径的干燥污泥输送到干污泥存储器，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室破碎后输入压碎污泥存储室，
混合器，其将压碎污泥存储室中的干燥污泥和脱水污泥混合后经由第二泵输送污泥进口。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，所述污泥干燥室包括用于输送污泥的多层传送带和垂直传送带的多个导流板，其中，多层传送带间在水平方向上相错一定距离，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，用于引导热空气干燥的导流板在所述污泥干燥室中呈倒“弓”型排列，用于对流干燥的热空气从空气进口进入，在污泥干燥室内经由导流板呈倒“弓”型流动，最终从空气出口排出，待干燥污泥经由污泥进口输入第一层传送带，在第一层传送带末端自由下落入第二层传送带，第二层传送带反方向运输，最终由最后一层传送带从污泥出口排出，传送带包括网状结构，所述网状结构含有多个微孔，导流板和传送带嵌套连接，导流板的宽度大于传送带的宽度。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，所述载热介质循环流路下游的低温热能加热储水箱中的水以热交换家用供暖模块，所述家用供暖模块包括水流通的地暖模块、厨房水路和淋浴模块。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，太阳能分频利用模块包括先聚光后分频模式和先分频后聚光模式，先聚光后分频模式中，聚光器聚光到分频器，分频器反射短波段太阳光进入光伏电池产生电能，透射短波段之外波段的太阳光进入真空集热管来加热空气；先分频后聚光模式中，分频器位于聚光器上部，短波段太阳光经过分频器反射到光伏电池，短波段之外波段的太阳光透射到聚光器，再经聚光器反射入空气集热器加热空气。聚光器对太阳光聚光，提高能量密度，再通过分频器分频，高能光子被光伏电池吸收，发生光电转换，产生电能，低能光子被真空集热管吸收，产生热能，分频利用不同波段太阳光，提升能源利用品味，实现有效的广谱利用。此外，电池余热集热管吸收光伏电池产生的余热，收集热能，更大程度提高能量利用率。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，所述导流板下端距传送带上表面大致10mm以控制污泥厚度，所述空气进口设在所述污泥干燥室的前壁面，所述污泥进口设在所述污泥干燥室的左侧上部，空气出口设在所述污泥干燥室的后壁面和污泥出口设在所述污泥干燥室的右侧下部。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，热交换器中的空气吸收热量后经风机送至污泥干燥室干燥污泥，然后分别经由空气出口、分离器和空气调节器返回到热交换器形成闭环的空气循环管路。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，污泥干燥模块还包括对污泥脱水的脱水污泥存储室，脱水污泥存储室包括用于脱水的脱水设备，所述压碎室包括破碎设备，混合器包括搅拌设备。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，空气调节器，包括空气除湿和杀菌设备，通过第三阀与大气相连，所述载热介质为导热油。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括用于控制太阳能利用模块和污泥干燥模块运行的控制器，所述控制器包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述控制器包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
根据本发明的另一方面，一种所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的污泥干燥方法步骤包括：
聚光器聚光到分频器，分频器反射短波段太阳光进入光伏电产生电能，透射短波段之外波段的太阳光进入真空集热管来加热空气，或者，短波段太阳光经过位于聚光器上部的分频器反射到光伏电池，光伏电池吸收经由分频器反射的短波长光能且光电转换成电能，短波段之外波段的太阳光透射到聚光器，再经聚光器反射入空气集热器加热空气；
连接光伏电池的光伏电池余热集热管吸收光伏电池发出的热能，第一泵驱动载热介质在所述真空集热管、光伏电池余热集热管、热交换器和储水箱构成的载热介质循环流路中流动，其中，相变储热箱通过第一阀或第二阀的开关以存储多余热能或向外输出热能，所述载热介质循环流路首先加热热交换器(7)中的空气供后续污泥干燥，再加热储水箱中的水以热交换家用供暖模块；
热交换器将流经真空集热管、光伏电池余热集热管的载热介质的热能交换形成用于干燥污泥的热空气，热空气经风机送至污泥干燥室干燥污泥，然后分别经由空气出口和分离器返回到热交换器以形成闭环的空气循环管路，空气循环管路中的热空气经由空气进口进入污泥干燥室，在污泥干燥室内的热空气经由导流板呈倒“弓”型流动，最终从空气出口排出；
储水箱收集热交换器下游的热能进行厨房用水、淋浴以及家用供暖的流路循环；
光伏电池产生的电能经由逆变器转变为交流电以及配电箱整流分配到系统的供电线路中，设在所述供电线路的电路控制器控制电路运行，设在供电线路中的锂电池蓄电组存储多余电能和向供电线路补给电能；
混合器将压碎污泥存储室中的干燥污泥与脱水污泥混合形成待干燥污泥，然后经由第二泵输送污泥进口以进入污泥干燥室，待干燥污泥经由污泥进口输入第一层传送带，在第一层传送带末端自由下落入第二层传送带，第二层传送带反方向运输，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，最终由最后一层传送带从污泥出口将干燥污泥输送到分离器分离出热空气，所述热空气导入空气循环管路，干燥污泥输送到筛分器，筛分器将小于预定粒径的干燥污泥筛分到干污泥存储器，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室破碎后输入压碎污泥存储室。
本发明通过太阳能的聚光分频利用，实现能量利用的提高，通过合理分配高温热源供污泥干燥，低温热源给家用供暖，实现能质的梯级利用。系统能同时输出热能、电能，满足系统的电力、热源需求，补给风机、泵等的功耗，且有储热、蓄电部分保证系统连续运行，在一定程度上实现自给自足。安放有空气导流板的多层网状交替传输干燥方式又增大了污泥与热空气的换热面积，进而提高干燥效率。因此，本发明具有环保、高效、安全、稳定的特点，具有显著的社会效益和循环经济效益，可广泛应用于污泥干燥领域。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的先分频后聚光模式的示意图；
图3是根据本发明一个实施例的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的安放有空气导流板、多层交错传输对流干燥的污泥干燥室的流路示意图；
图4是根据本发明一个实施例的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的安放有空气导流板、多层交错传输对流干燥的污泥干燥室的结构示意图；
其中，1-聚光器；2-光伏电池；3-分频器；4-真空集热管；5-电池余热集热管；6-相变储热箱；7-热交换器；8-污泥干燥室；9-分离器；10-空气调节器；11-筛分器；12-压碎室；13-干污泥存储室；14-压碎污泥存储室；15-混合器；16-脱水污泥存储室；17-配电箱；18-逆变器；19-电路控制器；20-锂电池蓄电组；21-第一层传送带；22-第二层传送带；23-最后一层传送带；24-导流板；25-空气进口；26-污泥进口；27-空气出口；28-污泥出口；29-第一泵；30-风机；31-第一阀；32-第二阀；33-第三阀；34-第二泵；35-储水箱；36-地暖模块；37-厨房水路；38-淋浴模块。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，图1是根据本发明一个实施例的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的结构示意图，如图1所示，一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括太阳能利用模块、污泥干燥模块和家用供暖模块。
所述太阳能利用模块包括分频蓄热部分和配电控制部分，其中，
分频蓄热部分包括：
聚光器1，其聚集太阳光到分频器3以提高光的能量密度，
光伏电池2，其吸收经由分频器3反射的短波长光能且光电转换成电能，
分频器3，分频器3反射短波段太阳光进入光伏电池2和透射长波段太阳光进入真空集热管4，
真空集热管4，其吸收透射分频器3的光能以加热载热介质输出热能，
光伏电池余热集热管5，连接光伏电池2的光伏电池余热集热管5吸收光伏电池2发出的热能，
相变储热箱6，其经由第一阀31和第二阀32连接所述真空集热管4、光伏电池余热集热管5、热交换器7和储水箱35，通过第一阀31或第二阀32的开关以存储多余热能或向外输出热能；
热交换器7，其将流经真空集热管4、光伏电池余热集热管5的载热介质的热能交换形成用于干燥污泥的热空气，
储水箱35，将载热介质流路下游的低温热能存储，供家用和供暖，
第一泵29，其驱动载热介质在所述真空集热管4、光伏电池余热集热管5、热交换器7和储水箱35构成的载热介质循环流路中流动，
配电控制部分包括控制电路运行的电路控制器19、存储光伏电池2产生的多余电能以及向外补给电能的锂电池蓄电组20、将直流电转变为交流电的逆变器18和整流分配电能的配电箱17，配电箱17连接所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统的供电线路，
污泥干燥模块包括：
污泥干燥室8，其包括经由风机30输入由热交换器7产生的热空气的空气进口25、用于输入待干燥污泥的污泥进口26、排出热空气的空气出口27和排出干燥污泥的污泥出口28，
分离器9，连接所述污泥出口28的分离器9将排出的干燥污泥中的热空气分离并返回热交换器7，
筛分器11，连接分离器9的筛分器11筛分干燥污泥且将小于预定粒径的干燥污泥输送到干污泥存储器13，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室12破碎后输入压碎污泥存储室14，
混合器15，其将压碎污泥存储室14中的干燥污泥和脱水污泥混合后经由第二泵34输送污泥进口26。
图3是根据本发明一个实施例的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的安放有空气导流板、多层交错传输对流干燥的污泥干燥室的流路示意图，在本发明所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，所述污泥干燥室8包括用于输送污泥的多层传送带和垂直传送带的多个导流板24，其中，多层传送带间在水平方向上相错一定距离，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，用于引导热空气干燥的导流板24在所述污泥干燥室中呈倒“弓”型排列，用于对流干燥的热空气从空气进口25进入，在污泥干燥室8内经由导流板24呈倒“弓”型流动，最终从空气出口27排出，待干燥污泥经由污泥进口26输入第一层传送带21，在第一层传送带21末端自由下落入第二层传送带22，第二层传送带22反方向运输，最终由最后一层传送带23从污泥出口28排出，传送带包括网状结构，所述网状结构含有多个微孔，导流板24和传送带嵌套连接，导流板24的宽度大于传送带的宽度。
在本发明所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，所述载热介质循环流路下游的低温热能加热储水箱35中的水以热交换家用供暖模块，所述家用供暖模块包括水流通的地暖模块36、厨房水路37和淋浴模块38。
图2是根据本发明一个实施例的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的先分频后聚光模式的示意图，在本发明所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，太阳能分频利用模块包括先聚光后分频模式和先分频后聚光模式，先聚光后分频模式中，聚光器1聚光到分频器3，分频器3反射短波段太阳光进入光伏电池2产生电能，透射短波段之外波段的太阳光进入真空集热管4来加热空气；先分频后聚光模式中，分频器3位于聚光器1上部，短波段太阳光经过分频器3反射到光伏电池2，短波段之外波段的太阳光透射到聚光器1，再经聚光器1反射入空气集热器4加热空气。
图4是根据本发明一个实施例的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的安放有空气导流板、多层交错传输对流干燥的污泥干燥室的结构示意图，在本发明所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，所述导流板24下端距传送带上表面大致10mm以控制污泥厚度，所述空气进口25设在所述污泥干燥室8的前壁面，所述污泥进口26设在所述污泥干燥室8的左侧上部，空气出口27设在所述污泥干燥室8的后壁面和污泥出口28设在所述污泥干燥室8的右侧下部。
在本发明所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，热交换器7中的空气吸收热量后经风机30送至污泥干燥室8干燥污泥，然后分别经由空气出口27、分离器9和空气调节器10返回到热交换器7形成闭环的空气循环管路。
在本发明所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，污泥干燥模块还包括对污泥脱水的脱水污泥存储室16，脱水污泥存储室16包括用于脱水的脱水设备，所述压碎室12包括破碎设备，混合器15包括搅拌设备。
在本发明所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，空气调节器10，包括空气除湿和杀菌设备，通过第三阀33与大气相连，所述载热介质为导热油。
在本发明所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括用于控制太阳能利用模块和污泥干燥模块运行的控制器19，所述控制器包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述控制器包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
为了进一步说明本发明，在一个实施例中，在本发明所述的聚光分频式太阳能污泥干燥及家用供暖一体化系统包括太阳能利用模块、污泥干燥模块和家用供暖模块。所述的太阳能利用模块包括分频蓄热部分和配电控制部分：分频蓄热部分包括聚光器1、光伏电池2、分频器3、真空集热管4、电池余热集热管5、相变储热器6，热交换器7，储水箱35，载热介质采用导热系数较高的导热油，通过热交换器7将热量传递给污泥干燥模块的空气，光伏电池2通过外电路与配电部分连接；配电控制部分包括电路控制器19、锂电池蓄电组20、逆变器18、配电箱17。所述的污泥干燥模块包括污泥干燥室8、分离器9、空气调节器10、筛分器11、压碎室12、干污泥存储室13、压碎污泥存储室14、混合器15、脱水污泥存储室16。所述家用供暖模块包括供暖36、厨房用水37和淋浴38。
本发明通过以下技术方案实现：太阳光通过聚光器1聚集到分频器3上，被分频器3分频，短波长太阳光反射到光伏电池2，发生光电转换产生电能；长波长太阳光透射到真空集热器4，加热载热介质导热油，输出热能。光伏电池余热被电池余热集热管5内的导热油吸收，与真空集热器4输出的导热油汇合，共同输出热能。此外，相变储热箱6用来储存太阳光高峰时的多余热能和补给太阳光低谷时的不足热能，通过第一阀、第二阀控制其存取，维持污泥干燥过程的连续运行。光伏电池2产生的电能通过外电路与配电箱17、逆变器18、电路控制器19、锂电池蓄电组20连接，电路控制器19控制整个电路的运行，逆变器18将光伏电池2产生的直流电转变为交流电，再经由配电箱17整流分配给空气循环管路的风机功耗和污泥物料输送过程的泵等电力需求，锂电池蓄电组20用来储存光伏电池产生的多余电能以及补给不足电能，保证电路稳定连续的运行。真空集热管3和电池余热集热管5产生的热能由导热油在热交换器7内与空气进行换热，加热后的热空气进入污泥干燥室8，经过倒“弓”型流道与污泥充分接触，从干燥室上方流出，然后经空气调节器10流回热交换器7形成空气循环回路。经机械脱水后的污泥储存在脱水污泥存储室16中，与压碎污泥存储室14中的干污泥在混合器15中预混，输送至干燥室8上方传送带处，经交错形式传送带一层一层传递至下层传送带输出干燥室8，层与层之间污泥的跌落有利于防止污泥发生结块。送干燥室8送出的污泥进入分离器9，分离其内部填充的空气后的进入筛分器11，小块污泥直接进入干污泥存储室13，其他污泥进入压碎室12进行压碎处理，然后存储在压碎污泥存储室15中，供预混使用。从热交换器7流出的低温导热油再经过储水箱35，与水进行热交换，形成低温水，供地暖模块36、厨房用水37、淋浴模块38等家庭使用。从储水箱35流出的冷却导热油返回真空集热管4和电池余热集热管5中，再次利用，形成导热油循环回路。
本发明提出的聚光分频形式包括图1中A所示的先聚光后分频，以及如图2所示的先分频后聚光。图2的聚光分频形式包括聚光器1、分频器3、真空集热管4、光伏电池2、电池余热集热管5。分频器3位于聚光器1上部，太阳光先被分频3分频，短波段太阳光反射到光伏电池2，产生电能；长波段太阳光透射到聚光器1，经由聚光器1聚集到真空集热管4，加热载热介质导热油，输出热能。光伏电池余热被电池余热集热管5内的导热油吸收，与真空集热管4输出的导热油汇合，共同输出热能。
本发明采用的污泥干燥室结构如图3所示，热空气从污泥干燥室前侧面进入，在污泥干燥室内经由导流板24形成的与污泥流动相垂直的流道，呈倒“弓”型流动，最终从干燥室后侧面流出。流道的设计，控制热空气从污泥表面横向通过，与污泥进行直接接触换热，减少换热热阻，延长了空气与污泥的接触时间。待干燥污泥由第一层传送带21从干燥室上部进入，在传送带末端自由下落入第二层传送带22，第二层传送22反方向运输，最终由最后一层传送带23从污泥干燥室下侧送出干燥室。传送带采用微型网状结构，有利于增加污泥与热空气的接触面积，传送带层间自由下落有利于防止污泥的板结产生。导流板下侧与传送带之间留有10mm空隙，具有挡泥板的作用，使污泥厚度保持均匀一致，有利于污泥干燥。同时，在宽度设计方面，导流板比传送带宽，在传送带两侧留有空隙，这样可以保证热空气顺利沿着导流板流动。因此，这种干燥室设计方案，延长污泥在干燥室内干燥时间，同时增大污泥与热空气的接触面积与接触时间，从而该方案能够高效的对污泥进行干燥。
根据本发明一个实施例，一种所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的污泥干燥方法步骤包括：
聚光器1聚光到分频器3，分频器3反射短波段太阳光进入光伏电池2产生电能，透射短波段之外波段的太阳光进入真空集热管4来加热空气，或者，短波段太阳光经过位于聚光器1上部的分频器3反射到光伏电池2，光伏电池2吸收经由分频器3反射的短波长光能且光电转换成电能，短波段之外波段的太阳光透射到聚光器1，再经聚光器1反射入空气集热器4加热空气；
连接光伏电池2的光伏电池余热集热管5吸收光伏电池2发出的热能，第一泵29驱动载热介质在所述真空集热管4、光伏电池余热集热管5、热交换器7和储水箱35构成的载热介质循环流路中流动，其中，相变储热箱6通过第一阀31或第二阀32的开关以存储多余热能或向外输出热能，所述载热介质循环流路首先加热热交换器(7)中的空气供后续污泥干燥，再加热储水箱35中的水以热交换家用供暖模块；
热交换器7将流经真空集热管4、光伏电池余热集热管5的载热介质的热能交换形成用于干燥污泥的热空气，热空气经风机30送至污泥干燥室8干燥污泥，然后分别经由空气出口27和分离器9返回到热交换器7以形成闭环的空气循环管路，空气循环管路中的热空气经由空气进口25进入污泥干燥室,8，在污泥干燥室8内的热空气经由导流板24呈倒“弓”型流动，最终从空气出口27排出；
储水箱(35)收集热交换器(7)下游的热能进行厨房用水、淋浴以及家用供暖的流路循环；
光伏电池2产生的电能经由逆变器18转变为交流电以及配电箱17整流分配到系统的供电线路中，设在所述供电线路的电路控制器19控制电路运行，设在供电线路中的锂电池蓄电组20存储多余电能和向供电线路补给电能；
混合器15将压碎污泥存储室14中的干燥污泥与脱水污泥混合形成待干燥污泥，然后经由第二泵34输送污泥进口26以进入污泥干燥室8，待干燥污泥经由污泥进口26输入第一层传送带21，在第一层传送带21末端自由下落入第二层传送带22，第二层传送带22反方向运输，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，最终由最后一层传送带23从污泥出口28将干燥污泥输送到分离器9分离出热空气，所述热空气导入空气循环管路，干燥污泥输送到筛分器11，筛分器11将小于预定粒径的干燥污泥筛分到干污泥存储器13，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室12破碎后输入压碎污泥存储室14。
本发明与现有技术相比，在全光谱上最大限度提高了太阳能的广谱利用率，产生的高温热能供污泥干燥，低温热能供家用供暖，同时有额外电能的输出满足系统电力需求，实现能量分级利用的同时，大大降低了热介质循环回路和污泥干燥过程中的能源消耗，具有显著社会效益和循环经济效益。所述的污泥干燥室采用安放有空气导流板的多层交替传输干燥方式，能预防结块，提高干燥效率。所述的家用供暖模块包括地暖、储水箱、厨房用水、淋浴，导热油通过储水箱将热量传递给水，热水通过循环回路进行家用供暖。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括太阳能利用模块、污泥干燥模块和家用供暖模块，其特征在于：
所述太阳能利用模块包括分频蓄热部分和配电控制部分，其中，
分频蓄热部分包括：
聚光器(1)，其聚集太阳光到分频器(3)以提高光的能量密度，
光伏电池(2)，其吸收经由分频器(3)反射的短波长光能且光电转换成电能，
分频器(3)，分频器(3)反射短波段太阳光进入光伏电池(2)和透射长波段太阳光进入真空集热管(4)，
真空集热管(4)，其吸收透射分频器(3)的光能以加热载热介质输出热能，
光伏电池余热集热管(5)，连接光伏电池(2)的光伏电池余热集热管(5)吸收光伏电池(2)发出的热能，
相变储热箱(6)，其经由第一阀(31)和第二阀(32)连接所述真空集热管(4)、光伏电池余热集热管(5)、热交换器(7)和储水箱(35)，通过第一阀(31)或第二阀(32)的开关以存储多余热能或向外输出热能；
热交换器(7)，其将流经真空集热管(4)、光伏电池余热集热管(5)的载热介质的热能交换形成用于干燥污泥的热空气，
储水箱(35)，将载热介质流路下游的低温热能存储，供家用和供暖，
第一泵(29)，其驱动载热介质在所述真空集热管(4)、光伏电池余热集热管(5)、热交换器(7)和储水箱(35)构成的载热介质循环流路中流动，
配电控制部分包括控制电路运行的电路控制器(19)、存储光伏电池(2)产生的多余电能以及向外补给电能的锂电池蓄电组(20)、将直流电转变为交流电的逆变器(18)和整流分配电能的配电箱(17)，配电箱(17)连接所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统的供电线路，
污泥干燥模块包括：
污泥干燥室(8)，其包括经由风机(30)输入由热交换器(7)产生的热空气的空气进口(25)、用于输入待干燥污泥的污泥进口(26)、排出热空气的空气出口(27)和排出干燥污泥的污泥出口(28)，
分离器(9)，连接所述污泥出口(28)的分离器(9)将排出的干燥污泥中的热空气分离并返回热交换器(7)，
筛分器(11)，连接分离器(9)的筛分器(11)筛分干燥污泥且将小于预定粒径的干燥污泥输送到干污泥存储器(13)，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室(12)破碎后输入压碎污泥存储室(14)，
混合器(15)，其将压碎污泥存储室(14)中的干燥污泥和脱水污泥混合后经由第二泵(34)输送污泥进口(26)。
2.根据权利要求1所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于：优选的，所述污泥干燥室(8)包括用于输送污泥的多层传送带和垂直传送带的多个导流板(24)，其中，多层传送带间在水平方向上相错一定距离，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，用于引导热空气干燥的导流板(24)在所述污泥干燥室中呈倒“弓”型排列，用于对流干燥的热空气从空气进口(25)进入，在污泥干燥室(8)内经由导流板(24)呈倒“弓”型流动，最终从空气出口(27)排出，待干燥污泥经由污泥进口(26)输入第一层传送带(21)，在第一层传送带(21)末端自由下落入第二层传送带(22)，第二层传送带(22)反方向运输，最终由最后一层传送带(23)从污泥出口(28)排出，传送带包括网状结构，所述网状结构含有多个微孔，导流板(24)和传送带嵌套连接，导流板(24)的宽度大于传送带的宽度。
3.根据权利要求1所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于：所述载热介质循环流路下游的低温热能加热储水箱(35)中的水以热交换家用供暖模块，所述家用供暖模块包括水流通的地暖模块(36)、厨房水路(37)和淋浴模块(38)。
4.根据权利要求1所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于：太阳能分频利用模块包括先聚光后分频模式和先分频后聚光模式，先聚光后分频模式中，聚光器(1)聚光到分频器(3)，分频器(3)反射短波段太阳光进入光伏电池(2)产生电能，透射短波段之外波段的太阳光进入真空集热管(4)来加热空气；先分频后聚光模式中，分频器(3)位于聚光器(1)上部，短波段太阳光经过分频器(3)反射到光伏电池(2)，短波段之外波段的太阳光透射到聚光器(1)，再经聚光器(1)反射入空气集热器(4)加热空气。
5.根据权利要求1所述的一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于，所述导流板(24)下端距传送带上表面大致10mm以控制污泥厚度，所述空气进口(25)设在所述污泥干燥室(8)的前壁面，所述污泥进口(26)设在所述污泥干燥室(8)的左侧上部，空气出口(27)设在所述污泥干燥室(8)的后壁面和污泥出口(28)设在所述污泥干燥室(8)的右侧下部。
6.根据权利要求1所述的一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于，热交换器(7)中的空气吸收热量后经风机(30)送至污泥干燥室(8)干燥污泥，然后分别经由空气出口(27)、分离器(9)和空气调节器(10)返回到热交换器(7)形成闭环的空气循环管路。
7.根据权利要求1所述的一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于，污泥干燥模块还包括对污泥脱水的脱水污泥存储室(16)，脱水污泥存储室(16)包括用于脱水的脱水设备，所述压碎室(12)包括破碎设备，混合器(15)包括搅拌设备。
8.根据权利要求2所述的一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于，空气调节器(10)，包括空气除湿和杀菌设备，通过第三阀(33)与大气相连，所述载热介质为导热油。
9.根据权利要求1所述的一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于，所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括用于控制太阳能利用模块和污泥干燥模块运行的控制器(19)，所述控制器包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述控制器包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的污泥干燥方法，其步骤包括：
聚光器(1)聚光到分频器(3)，分频器(3)反射短波段太阳光进入光伏电池(2)产生电能，透射短波段之外波段的太阳光进入真空集热管(4)来加热空气，或者，短波段太阳光经过位于聚光器(1)上部的分频器(3)反射到光伏电池(2)，光伏电池(2)吸收经由分频器(3)反射的短波长光能且光电转换成电能，短波段之外波段的太阳光透射到聚光器(1)，再经聚光器(1)反射入空气集热器(4)加热空气；
连接光伏电池(2)的光伏电池余热集热管(5)吸收光伏电池(2)发出的热能，第一泵(29)驱动载热介质在所述真空集热管(4)、光伏电池余热集热管(5)、热交换器(7)和储水箱(35)构成的载热介质循环流路中流动，其中，相变储热箱(6)通过第一阀(31)或第二阀(32)的开关以存储多余热能或向外输出热能，所述载热介质循环流路首先加热热交换器(7)中的空气供后续污泥干燥，再加热储水箱(35)中的水以热交换家用供暖模块；
热交换器(7)将流经真空集热管(4)、光伏电池余热集热管(5)的载热介质的热能交换形成用于干燥污泥的热空气，热空气经风机(30)送至污泥干燥室(8)干燥污泥，然后分别经由空气出口(27)和分离器(9)返回到热交换器(7)以形成闭环的空气循环管路，空气循环管路中的热空气经由空气进口(25)进入污泥干燥室(8)，在污泥干燥室(8)内的热空气经由导流板(24)呈倒“弓”型流动，最终从空气出口(27)排出；
储水箱(35)收集热交换器(7)下游的热能进行厨房用水、淋浴以及家用供暖的流路循环；
光伏电池(2)产生的电能经由逆变器(18)转变为交流电以及配电箱(17)整流分配到系统的供电线路中，设在所述供电线路的电路控制器(19)控制电路运行，设在供电线路中的锂电池蓄电组(20)存储多余电能和向供电线路补给电能；
混合器(15)将压碎污泥存储室(14)中的干燥污泥与脱水污泥混合形成待干燥污泥，然后经由第二泵(34)输送污泥进口(26)以进入污泥干燥室(8)，待干燥污泥经由污泥进口(26)输入第一层传送带(21)，在第一层传送带(21)末端自由下落入第二层传送带(22)，第二层传送带(22)反方向运输，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，最终由最后一层传送带(23)从污泥出口(28)将干燥污泥输送到分离器(9)分离出热空气，所述热空气导入空气循环管路，干燥污泥输送到筛分器(11)，筛分器(11)将小于预定粒径的干燥污泥筛分到干污泥存储器(13)，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室(12)破碎后输入压碎污泥存储室(14)。
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