CN109133571A - 用于污泥干化的废气的净化和热回收系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开用于污泥干化的废气的净化和热回收系统，其包括：第一热交换流路，所述第一热交换流路包括第一换热器和第二换热器，第一换热介质在所述第一热交换流路中循环，并且在所述第一换热器中加热用于供应给污泥干化装置的处理气体；第二净化和热交换流路，所述第二净化和热交换流路包括容纳第二液体换热介质的热交换箱，从污泥干化装置排出的废气被输入所述热交换箱，使得所述废气受到所述第二液体换热介质的清洗并且将热量传递给所述第二液体换热介质以被降温；以及所述第二液体换热介质向在所述第二换热器中的所述第一换热介质传递热量。
Description
技术领域
本发明涉及净化和热回收系统及方法，更具体地涉及用于污泥干化的废气的净化和热回收系统及方法。
背景技术
污泥干化，是指通过渗滤或蒸发等作用从污泥中去除大部分含水量的过程。目前，污泥干化处理是一种有效的污泥处理方法。现今干化处理通常都会采用直接式干化，在污泥热干化过程中会释放出大量的废气，其成分复杂多样，是各种有机无机气体的混合物，如直接排放会对周围环境造成严重的二次污染，对人类生活环境危害严重。另外，在污泥干化处理中，排出的废气温度也比较高。因此，直接排放这样的废气导致大量热量的损失。
对于污泥干化处理产生的废气，已经发展出一些处理方式，例如生物过滤法，或者利用废气吸收塔、除尘器等。废气经过处理后即排放，而废气携带的热量没有被回收和再利用，从而增加了干化能耗成本。
在现有技术中也已经发展出一些对废气进行热量回收的方式，例如转轮式换热、板翅式换热、热管式换热、中间媒体式换热等。例如，在中国专利公开文献CN101618931A中，公开污泥干燥器的载气出口通入热泵系统中的蒸发器，为蒸发器中的吸热蒸发提供热量，然后将尾气从蒸发器排出。类似地，在另一份中国专利公开文献CN101774743A中，公开对污泥干化产生的尾气中的蒸汽热量通过潜热回收热泵进行热回收。然而，这些热回收方式的效率都比较低，而且废气中含有的污泥杂质会堵塞热回收设备并且造成腐蚀。
在污泥干化中产生的废气的上述处理方式都难以同时实现有效的废气处理和热回收功能。
因此，存在进一步改进废气处理的需求。
发明内容
为了实现上述目标，本发明提供一种用于污泥干化的废气的净化和热回收系统，其包括：第一热交换流路，所述第一热交换流路包括第一换热器和第二换热器，第一换热介质在所述第一热交换流路中循环，并且在所述第一换热器中加热用于供应给污泥干化装置的处理气体；第二净化和热交换流路，所述第二净化和热交换流路包括容纳第二液体换热介质的热交换箱，从污泥干化装置排出的废气被输入所述热交换箱，使得所述废气受到所述第二液体换热介质的清洗并且将热量传递给所述第二液体换热介质以被降温；以及所述第二液体换热介质向在所述第二换热器中的所述第一换热介质传递热量。
从污泥干化装置排出的废气被输入热交换箱，不仅受到热交换箱中的第二液体换热介质的清洗，并且与热交换箱中的第二液体换热介质进行热交换，从而能够把热量转移到第二液体换热介质中以达到降温的目的。所述第二液体换热介质因此升温，升温后的第二液体换热介质再与第二换热器中的第一换热介质进行热交换，把热量转移到第一换热介质中，第一换热介质再把热量传递给要供应给污泥干化装置的处理气体。由此提高热回收效率，实现更好的节能效果。通过废气和第二液体换热介质、第二液体换热介质和第一换热介质的热量转换，能够充分回收热量，减少热损失。同时，废气也受到液体的充分清洗，去除其中的污泥杂质。
本发明用于污泥干化的废气的净化和热回收系统，来自外部环境的空气经由压缩机到达第一热交换器。第一热交换器将空气加热，随后加热的空气沿路径流到通风装置。经过通风装置加压的热空气沿路径进入污泥干化装置。热空气在污泥干化装置中对污泥进行干化处理后形成尾气或废气，该废气沿路径流向气体分配装置。废气经由进气管路由气体分配装置均匀地排入热交换箱中的第二液体换热介质内，以便利用第二液体换热介质对废气进行清洗，并将废气中的热量传递到第二液体换热介质中，实现气-液热交换，从而实现废气热量的回收，经过净化和降温的废气上升并通过路径排放到环境中或者其他处理装置。与此同时，第一换热介质通过第一热交换器向空气释放热量而实现在第一热交换器中第一换热介质与气体之间的热交换过程后，经过节流阀而来到第二热交换器。热交换箱中的第二液体换热介质吸收了废气中的热量导致温度上升，第一换热介质在第二换热器中吸收第二液体换热介质中的热量，从而降低第二液体换热介质的温度，进而实现第二液体换热介质与在第二热交换器中的第一换热介质之间的另一热交换过程。通过对废气热量转换到第二液体换热介质，再由第二液体换热介质将热能传递给第二换热器，从而实现多相变的热能转换，大大地提升热能的传递效率；通过废气、第二液体换热介质和第一换热介质的热能转换，能够充分回收热量，减少热损失，从而降低能耗。从上述流程可以看出，本发明流程巧妙，通过独特的热交换方式，能够快速有效实现热回收，使制热能效比COP达到3.0~8.0，从而提高干化速度，污泥干化效果好。另外，本发明利用第二液体换热介质对废气进行清洗，使废气中的污泥杂质得到有效的洗涤，更好地保证设备寿命，防止废气在热交换过程中堵塞或腐蚀设备，提高废气热回收的效率。
作为本发明的第一个优选实施例，热交换箱包括用于引入干净的第二液体换热介质的清液进口、用于排出废液的废液出口和用于排出浊液的浊液出口，其中，清液进口和废液出口分别设置靠近热交换箱的底部，而浊液出口设置靠近所述热交换箱的上部。这样在需要时，可以从热交换箱排走废液和/或浊液，并向热交换箱注入新的（干净的）第二液体换热介质。
作为本发明的第二个优选实施例，所述净化和热回收系统还包括第三压缩气体流路，所述第三压缩气体流路包括用于引入压缩气体的压缩气体进口、气管以及位于所述压缩气体进口处的控制阀，其中，所述压缩气体进口设置靠近所述热交换箱的底部，而所述气管布置在所述热交换箱内靠近所述热交换箱的底部并且具有多个排气孔，使得压缩气体经由所述多个排气孔喷射到所述第二液体换热介质中。在需要时，将压缩气体喷入第二液体换热介质中，可以帮助将沉积在热交换箱底部的污泥杂质搅动起来，从而有助于污泥杂质从浊液出口排出。
作为本发明的第三个优选实施例，第一热交换流路由热交换回路构成，包括压缩机和节流阀，所述压缩机用于压缩来自第二换热器的所述第一换热介质，并将压缩后的第一换热介质排给所述第一换热器，所述第一换热介质在所述第一换热器中加热所述处理气体，然后经由所述节流阀流入所述第二换热器。
作为本发明的第四个优选实施例，所述处理气体在流过所述第一换热器之前先流过所述压缩机。
优选地，所述第二液体换热介质是水、清洗液和离子液体的一种或多种。
作为本发明的第五个优选实施例，所述第二换热器置于所述热交换箱内部。优选地，废气在所述热交换箱内在液面以下排入所述热交换箱。
作为本发明的第六个优选实施例，废气在所述热交换箱内经过清洗和降温后直接排到环境中。
优选地，所述处理气体是空气。
作为本发明的第七个优选实施例，气体分配装置被提供，用于均匀分配废气进入热交换箱。
优选地，所述处理气体由通风装置从所述第一换热器送入污泥干化装置。
作为本发明的第八个优选实施例，在所述热交换箱中，所述废气还直接向所述第二换热器中的所述第一换热介质传热。
为了实现上述目标，本发明还提供一种用于污泥干化的废气的净化和热回收方法，其包括：提供第一热交换流路，所述第一热交换流路包括第一换热器和第二换热器，第一换热介质在所述第一热交换流路中循环，并且在所述第一换热器中加热用于供应给污泥干化装置的处理气体；提供第二净化和热交换流路，所述第二净化和热交换流路包括容纳第二液体换热介质的热交换箱；设置所述第二换热器以使得所述第二液体换热介质向在所述第二换热器中的所述第一换热介质传递热量；给所述热交换箱填充所述第二液体换热介质；以及启动所述第一热交换流路和所述第二热交换流路，从而使得处理气体在所述第一换热器中被加热，然后被输送给污泥干化装置，并且从污泥干化装置排出的废气被输入所述热交换箱，使得所述废气受到所述第二液体换热介质的清洗并且将热量传递给所述第二液体换热介质以被降温。
在下面将参考附图进一步详细解释本发明的细节，特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的一个优选实施例的示意图。
图2是根据本发明的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的另一个优选实施例的示意图。
附图标记：
1 污泥干化装置
2 第一热交换流路
21 压缩机
22 第一换热器
23 节流阀
24 第二换热器
3 第二净化和热交换流路
31 热交换箱
311 清液进口
312 第一控制阀
313 废液出口
314 第二控制阀
315 浊液出口
316 压缩气体进口
317 气管
318 第三控制阀
32 气体分配装置
321 进气管路
323 第二液体换热介质
322 出气
323 第二液体换热介质
4 通风装置
5 处理气体。
具体实施方式
参考图1和2，用于污泥干化的废气的净化和热回收系统包括第一热交换流路2和第二净化和热交换流路3。第一热交换流路2为污泥干化装置1提供热的处理气体，例如热的空气。来自外部环境的空气被引入第一热交换流路2中并且在其中被加热。加热后的空气由通风装置4送入污泥干化装置1中，用作处理气体。在污泥干化装置1内热的处理气体对污泥进行干化处理，从而产生尾气或废气。从污泥干化装置1排出的废气被输入第二净化和热交换流路3中以被净化和降温，然后直接排到环境中或者其他处理装置。
在一个优选实施例中，第一热交换流路2由热交换回路构成，其包括压缩机21，第一换热器22、节流阀23和第二换热器24。第一换热介质在该热交换回路中循环。压缩机21压缩处于气态的第一换热介质，并且将压缩后的高温高压的第一换热介质排给第一换热器22。第一换热介质在第一换热器22中被从第一换热器22上流过的处理气体5（例如来自外部的空气）冷凝，变成液体，处理气体因此被加热。在这里，第一换热器22相当于冷凝器。冷凝后的第一换热介质经过节流阀23以低温低压的液态形式进入第二换热器24。在第二换热器24中，第一换热介质从第二热交换流路3吸收热量进行蒸发。因此，第二换热器24相当于蒸发器。蒸发后的第一换热介质被压缩机21吸入以进行新的压缩循环。第一换热介质例如可以是R134a,R407c,R410a等。
优选地，处理气体在流过第一换热器22之前先流过压缩机21，帮助冷却压缩机21并且因此得到预加热，从而提高热量的回收效率。
在第一换热器22中被加热的处理气体则通过通风装置4，优选为鼓风装置和/或引风装置，送入污泥干化装置1。从污泥干化装置1排出的废气，即用过的处理气体，被输入第二热交换流路3中。第二净化和热交换流路3包括容纳第二液体换热介质323的热交换箱31。废气离开污泥干化装置1后经由进气管路321被排入热交换箱31。在热交换箱31内，废气受到第二液体换热介质323的充分清洗。同时，废气不仅直接与第二液体换热介质进行热交换，而且还直接与置于热交换箱31内的第二换热器24中的第一换热介质进行热交换。
可选地，根据需要可以在热交换箱31中设置有多个第二换热器24。该多个第二换热器24可以串联或并联布置，从而提高第二液体换热介质323的热量传递给第一换热介质的效率。
如图1,所示，在一个优选实施例中，热交换箱31包括用于引入干净的第二液体换热介质323的清液进口311、用于排出废液的废液出口313和用于排出浊液的浊液出口315，其中，清液进口311和废液出口313分别设置靠近热交换箱31的底部，而浊液出口315设置靠近所述热交换箱31的上部。另外，在清液进口311处还设有第一控制阀312，并且在废液出口313处设有第二控制阀314。这样的设置允许对热交换箱31进行清洁，以及补充或更换第二液体换热介质。例如在需要时，可以从热交换箱31排走废液（打开第二控制阀314）和/或浊液，并且通过打开第一控制阀312向热交换箱31注入新的（干净的）第二液体换热介质。
优选地，热交换箱31还提供气体分配装置32，分别通过管路与热交换箱31和污泥干化装置1形成气体连通。特别地，连接气体分配装置32和热交换箱31的进气管路321被插到热交换箱31内的第二液体换热介质的液面以下，进气管路321插入的深度足以保证气体和液体之间的充分热交换。
来自污泥干化装置11的废气被汇集到气体分配装置32中，并经过进气管路321排到热交换箱31中的第二液体换热介质内。在该实施例中，第二液体换热介质为水。但是，第二液体换热介质并不限于水，其它合适的液体也可被使用，例如清洗液、离子液体中的一种或多种。
废气在热交换箱31中被清洗并将热量传递给第二液体换热介质，因此被降温。由此实现了废气的净化和热量的回收。废气在降温后，在第二液体换热介质中自动地上升到第二液体换热介质的液面以上，进而被排放到环境中或者其他处理装置。
从废气获得热量的第二液体换热介质经由第二换热器24再将热量传递给在第二换热器24中流动的第一换热介质以蒸发第一换热介质。通过废气和第二液体换热介质、第二液体换热介质和第一换热介质的这两次热量转换，实现了热量的充分回收，并且降低了热量损失。
如图2所示，作为本发明的另一个优选实施例，热交换箱31还包括第三压缩气体流路，其包括用于引入压缩气体的压缩气体进口316、气管317以及设置在压缩气体进口316处的第三控制阀318，其中，所述气管317布置靠近热交换箱31的底部并且具有多个排气孔，使得压缩气体经由所述多个排气孔喷射到所述第二液体换热介质中。在需要时，打开第三控制阀318，让压缩气体喷入第二液体换热介质中，可以帮助将沉积在热交换箱底部的污泥杂质搅动起来，从而有助于污泥杂质从浊液出口315排出。
当上面所描述的净化和热回收系统被投入使用时，处理气体取自外部环境的空气，一般采用如下的操作步骤。
首先打开控制阀312，将第二液体换热介质，例如水，从清液进口311注入热交换箱31中。在正常情况下，第二液体换热介质在热交换箱31内要达到预定的液面高度。然后，控制阀312被关闭。
随后启动第一热交换流路2和第二净化和热交换流路3。
来自外部环境的空气经由压缩机21到达第一热交换器22。第一热交换器22将空气加热，随后加热的空气沿路径流到通风装置4。经过通风装置4加压的热空气沿路径进入污泥干化装置1。热空气在污泥干化装置1中对污泥进行干化处理后形成尾气或废气，该废气沿路径流向气体分配装置32。废气经由进气管路由气体分配装置32均匀地排入热交换箱31中的第二液体换热介质内，以便利用第二液体换热介质对废气进行清洗，并将废气中的热量传递到第二液体换热介质中，实现气-液热交换，从而实现废气热量的回收。经过净化和降温的废气上升并通过路径322排放到环境中或者其他处理装置。与此同时，第一换热介质通过第一热交换器22向空气释放热量而实现在第一热交换器中第一换热介质与气体之间的热交换过程后，经过节流阀23而来到第二热交换器24。热交换箱31中的第二液体换热介质吸收了废气中的热量导致温度上升，第一换热介质在第二换热器24中吸收第二液体换热介质中的热量，从而降低第二液体换热介质的温度，进而实现第二液体换热介质与在第二热交换器中的第一换热介质之间的另一热交换过程。
由于废气中含有污泥杂质，因而在热交换箱31中进行气-液相互作用的过程中，废气中的污泥杂质被第二液体换热介质清洗，而滞留在第二液体换热介质中。为了保持第二液体换热介质的清洁，可以打开第一控制阀312，将第二液体换热介质从位于热交换箱31的底部的清液进口311引入热交换箱31，当热交换箱31中的第二液体换热介质的液位达到浊液出口315时，浊液就从浊液出口315流出。随着液体中的污泥杂质的增加，热交换箱31中的第二液体换热介质变得浑浊，进而影响对后进入的废气的清洗。为此，可以打开第三控制阀318，使压缩气体从压缩气体气体进口进入位于热交换箱31内的底部附近的气管317。之后，压缩气体通过设置在气管317上的多个排气孔喷出，并将热交换箱31的底部的污泥杂质搅动起来，以有助于污泥杂质从浊液出口315排出。离开第二液体换热介质的压缩气体与经过清洗的废气一起经路径322排出。
如果热交换箱31的底部的污泥杂质积蓄过多，影响到第二换热器24的热交换效率，可以关闭第一控制阀312，并且打开第二控制阀314使废液从位于热交换箱31的底部的废液出口313排出。将热交换箱31内的废液排掉后，进行反向操作，即关闭第二控制阀314，并打开第一控制阀312以重新向热交换箱31内注入干净的或新的第二液体换热介质。
本发明大体具有以下的有益效果。
（1）废气先经受热交换箱31内的第二液体换热介质的清洗，能够防止废气在热交换过程中堵塞和腐蚀设备，提高了废气热回收的效率。
（2）节能效果好，通过本发明的净化和热回收系统，实现高效热回收，提高污泥干化的效率。
（3）多相变，传热效率高，污泥干化速度快。通过气体和液体、液体和中间介质的热量转换，能够充分回收热量，减少热损失。
（4）流程简单、干化效果好，能够快速有效实现热回收，提高效果和速度。
（5）进入废气净化和热回收系统的废气在密闭的环境下进行净化和热回收，防止臭气产生，杜绝二次污染，十分环保。
虽然本发明已经参考示例性实施方式被描述，但是本领域技术人员将理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可做出各种变化并且等同物可替代其元件。此外，可做出许多修改以使得具体情形或材料适合于本发明的教导而不偏离本发明的实质范围。因此，本发明旨在不局限于具体的实施方式，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的全部实施方式。
Claims (22)
1.一种用于污泥干化的废气的净化和热回收系统，其包括：
第一热交换流路，所述第一热交换流路包括第一换热器和第二换热器，第一换热介质在所述第一热交换流路中循环，并且在所述第一换热器中加热用于供应给污泥干化装置的处理气体；
第二净化和热交换流路，所述第二净化和热交换流路包括容纳第二液体换热介质的热交换箱，从污泥干化装置排出的废气被输入所述热交换箱，使得所述废气受到所述第二液体换热介质的清洗并且将热量传递给所述第二液体换热介质以被降温；以及
所述第二液体换热介质向在所述第二换热器中的所述第一换热介质传递热量。
2.根据权利要求1所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述热交换箱包括用于引入干净的第二液体换热介质的清液进口、用于排出废液的废液出口和用于排出浊液的浊液出口，其中，所述清液进口和废液出口分别设置靠近所述热交换箱的底部，而所述浊液出口设置靠近所述热交换箱的上部。
3.根据权利要求1或2所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述净化和热回收系统还包括第三压缩气体流路，所述第三压缩气体流路包括用于引入压缩气体的压缩气体进口、气管以及位于所述压缩气体进口处的控制阀，其中，所述压缩气体进口设置靠近所述热交换箱的底部，而所述气管布置在所述热交换箱内靠近所述热交换箱的底部并且具有多个排气孔，使得压缩气体经由所述多个排气孔喷射到所述第二液体换热介质中。
4.根据权利要求1所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述第一热交换流路由热交换回路构成，包括压缩机和节流阀，所述压缩机压缩来自第二换热器的所述第一换热介质并将压缩后的第一换热介质排给所述第一换热器，所述第一换热介质在所述第一换热器中加热所述处理气体，然后经由所述节流阀流入所述第二换热器。
5.根据权利要求4所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述处理气体在流过所述第一换热器之前先流过所述压缩机。
6.根据权利要求1所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述第二液体换热介质是水、清洗液和离子液体的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的净化和热回收系统，其特征在于，在所述热交换箱中，所述废气还直接向所述第二换热器中的第一换热介质传热。
8.根据权利要求1所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述第二换热器置于所述热交换箱内部。
9.根据权利要求1所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述废气在所述热交换箱内在液面以下排入所述热交换箱。
10.根据权利要求1所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述废气在所述热交换箱内经过净化和换热降温后直接排到环境中。
11.根据权利要求1所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述处理气体是空气。
12.根据权利要求1所述的净化和热回收系统，其特征在于，气体分配装置被提供，用于均匀分配废气进入所述热交换箱。
13.根据权利要求12所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述热交换箱还设有进气管路，所述进气管路延伸到所述热交换箱内的液面以下一距离处。
14.根据权利要求1所述的净化和热回收系统，其特征在于，所述处理气体由通风装置从所述第一换热器送入所述污泥干化装置。
15.一种用于污泥干化的废气的净化和热回收方法，其包括：
提供第一热交换流路，所述第一热交换流路包括第一换热器和第二换热器，第一换热介质在所述第一热交换流路中循环，并且在所述第一换热器中加热用于供应给污泥干化装置的处理气体；
提供第二净化和热交换流路，所述第二净化和热交换流路包括容纳第二液体换热介质的热交换箱；
设置所述第二换热器以使得所述第二液体换热介质向在所述第二换热器中的所述第一换热介质传递热量；
给所述热交换箱填充所述第二液体换热介质；以及
启动所述第一热交换流路和所述第二净化和热交换流路，从而使得处理气体在所述第一换热器中被加热，然后被输送给污泥干化装置，并且从污泥干化装置排出的废气被输入所述热交换箱，使得所述废气受到所述第二液体换热介质的清洗并且将热量传递给所述第二液体换热介质以被降温。
16.根据权利要求15所述的净化和热回收方法，其特征在于，所述方法还包括在所述热交换箱上设置用于引入干净的第二液体换热介质的清液进口、用于排出废液的废液出口和用于排出浊液的浊液出口，其中，所述清液进口和废液出口分别设置靠近所述热交换箱的底部，而所述浊液出口设置靠近所述热交换箱的上部。
17.根据权利要求15或16所述的净化和热回收方法，其特征在于，所述方法还包括设置第三压缩气体流路，所述第三压缩气体流路包括用于引入压缩气体的压缩气体进口、气管以及位于所述压缩气体进口处的控制阀，其中，所述压缩气体进口设置靠近所述热交换箱的底部，而所述气管布置在所述热交换箱内靠近所述热交换箱的底部并且具有多个排气孔，使得压缩气体经由所述多个排气孔喷射到所述第二液体换热介质中。
18.根据权利要求15所述的净化和热回收方法，其特征在于，所述方法还包括在所述第一热交换流路中提供压缩机和节流阀，所述压缩机压缩来自所述第二换热器的所述第一换热介质并将压缩后的第一换热介质排给所述第一换热器，所述第一换热介质在所述第一换热器中将热量传递给所述处理气体，然后经由所述节流阀流入所述第二换热器。
19.根据权利要求15所述的净化和热回收方法，其特征在于，所述方法包括为所述热交换箱提供进气管路，所述进气管路延伸到所述热交换箱内的液面以下。
20.根据权利要求15所述的净化和热回收方法，其特征在于，所述废气在所述热交换箱中清洗和降温后被直接排入环境中。
21.根据权利要求15所述的净化和热回收方法，其特征在于，所述方法还提供气体分配装置，用于均匀分配废气进入所述热交换箱。
22.根据权利要求15所述的净化和热回收方法，其特征在于，所述方法包括使所述废气直接向所述第二换热器中的所述第一换热介质传热。
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