CN109368977A - 一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，包括太阳能供热子系统、干燥装置子系统、光伏供电子系统、太阳能热水热泵子系统和除湿热泵子系统，太阳能供热子系统分别为干燥装置子系统和太阳能热水热泵子系统提供高温的湿热空气；干燥装置子系统对湿污泥进行干燥，并且将排除的湿热空气输入到除湿热泵子系统，所述除湿热泵子系统对湿空气进行干燥后输入到太阳能供热子系统，循环利用余热；太阳能热水热泵子系统接收太阳能供热子系统输入的湿热空气，并将湿热空气转换为高温干热空气后输入到干燥装置子系统内；光伏供电子系统分别为太阳能热水热泵子系统和除湿热泵子系统供能，能够提高系统的能源利用率，降低污泥干化成本。
Description
技术领域
本发明属于污泥干化处理技术领域，尤其涉及一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统。
背景技术
污泥干化(也称干燥)是实现污泥无害化、减量化、资源化处理的关键环节，对于实现污泥的稳定化、减量化，减少储存和运输的体积，对污泥的资源化利用起到越来越重要的作用。利用便宜可再生能源的太阳能干化技术具有清洁、环保、无污染的特点。但太阳能本身是间歇性能源，其能流密度低、不连续、不稳定；太阳能的这些特性，使其难于满足污泥等物料干燥动力学的能量需求，因而直接影响到太阳能干燥技术的推广应用。热泵干燥技术是一种节能的干燥技术，其能够回收干燥废气的显热和水蒸气潜热，因而现有的污泥干化技术将太阳能技术与热泵干燥技术相结合，形成了太阳能热泵联合污泥干化技术，其能够克服单一太阳能热源的缺点，又能够降低污泥干化的能耗。
对污泥干化的过程一般是通过高温加热或者自然干化完成。如公告号为CNI01148309 的专利，该专利公开了一种带式污泥干燥机，该专利的缺点在于:在干燥污泥的过程中，会将大量的热湿空气排出，故需一直补充自然风和热空气，使厢体内维持在工作温度。而将热空气加热到可使厢体内维持在工作温度的温度时，需大量热量，即需消耗大量的能源。导致能源利用率低，成本高。再如公告号为CN202744432U的专利，该专利公开了一种太阳能热泵污泥干燥房，该专利缺点是占地面积大，干燥污泥的效率低下，在温度较低的冬季以及没有阳光的阴雨天和夜晚无法工作，受天气影响大。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提出了一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，能够提高系统的能源利用率，降低污泥干化成本，保证夜间或太阳能不足情况下的污泥干化所需能量，并能降低污泥干化过程的碳排放强度。
本发明所采用的技术方案如下：
一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，包括热泵供热子系统、太阳能供热子系统、干燥装置子系统和光伏供电子系统；所述热泵供热子系统包括太阳能热水热泵子系统和除湿热泵子系统，
所述太阳能供热子系统太阳光的辐射能转化为热能，分别为干燥装置子系统和太阳能热水热泵子系统提供高温的湿热空气；
所述干燥装置子系统对湿污泥进行干燥，并且将排除的湿热空气输入到除湿热泵子系统，所述除湿热泵子系统对湿空气进行干燥后输入到太阳能供热子系统，循环利用余热；
所述太阳能热水热泵子系统接收太阳能供热子系统输入的湿热空气，并将湿热空气转换为高温干热空气后输入到干燥装置子系统内；
所述光伏供电子系统将太阳能转换为电能，分别为太阳能热水热泵子系统和除湿热泵子系统供能。
进一步，所述太阳能供热子系统包括太阳能集热器，所述太阳能集热器包括空气集热箱和储热水箱，冷空气通过冷空气进口管道进入空气集热箱加热后，通过气泵a把热空气通过热空气出口管道进入干燥装置子系统；同时，储热水箱中的水被加热后，通过气泵b将产生的湿热空气通过热空气出口管道输入太阳能热水热泵子系统。
进一步，所述太阳能热水热泵子系统包括依次连接的蒸发器、第二压缩机、第二冷凝器和第二节流阀，形成冷凝剂的循环回路；所述蒸发器和第二冷凝器之间通过管路形成湿空气干燥管道，对湿热空气干燥后获得高温干热空气，并与太阳能供热子系统中的热空气汇合，一同通入干燥装置子系统；
进一步，所述干燥装置子系统包括圆筒干燥室，所述圆筒干燥室的输入端连接热空气出口管道，输入端还设有污泥进口，所述圆筒干燥室的输出端通过湿空气进口管道连接除湿热泵子系统，输出端还设有污泥出口，所述圆筒干燥室内部设有螺旋进料器；所述圆筒干燥室的圆筒外壁选用聚光材料，所述圆筒干燥室的圆筒空腔与圆筒外壁之间抽真空。
进一步，所述除湿热泵子系统包括依次连接的除湿蒸发器、第一压缩机、第一冷凝器和第一节流阀，形成冷凝剂的循环回路；所述除湿蒸发器与第一冷凝器之间通过管路形成湿空气干燥管道，对湿热空气干燥后获得高温干热空气，并将高温干热空气输入到太阳能集热器，循环利用余热。
进一步，所述光伏供电子系统通过光伏板发电供给第一压缩机和第二压缩机。
进一步，所述光伏板下面安装有微管集热器，通过导热管道连接蒸发器，将光伏电池产生的废热导入热泵系统进行利用，既达到给光伏板降温的目的又能提高热泵效率。
进一步，所述光伏板选用高效单晶硅电池板。
本发明的有益效果：
本发明通过将太阳能供热技术、光伏发电技术和热泵技术有效结合，形成了稳定高效节能的污泥太阳能热泵干化系统。本发明能够充分利用太阳能的热量，并回收湿空气中水蒸气的潜热，同时通过太阳能供热子系统的储热水箱来保证夜间或太阳能不足情况下的污泥干化所需能量，其中热泵的压缩泵通过光伏发电供能，光伏发电产生的废热通过微管集热技术有效利用，不仅对光伏发电系统有效降温并且进一步提高热泵效率。通过太阳能蓄热与热泵技术的使用，以及干燥室采用聚光圆筒螺旋式，最大限度利用太阳能的优势，并通过光伏发电利用太阳能发电，进一步节约能源，因此该系统在实现污泥干化过程中一次能源消耗大幅度降低，同时大幅度降低了污泥干化过程的碳排放强度。
附图说明
图1本发明的系统连接图；
图中，1、第一压缩机；2、第一冷凝器；3、第一节流阀；4、除湿蒸发器；5、湿空气进口管道；6、干热空气出口管道a；7、太阳能集热器；8、储热水箱；9、空气集热箱；11、湿热空气管道；12、热空气出口管道；13、气泵a；14、气泵b；15、冷空气进口管道；16、第二压缩机；17、第二冷凝器；18、第二节流阀；19、蒸发器；20、干热空气出口管道b； 21、圆筒干燥室；22、圆筒空腔；23、螺旋进料器；24、热空气管道；25、湿空气管道；26、污泥进口；27、污泥出口；28、圆筒外壁；29、光伏供电子系统；30、对第一压缩机供电31、对第二压缩机供电。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，包括热泵供热子系统、太阳能供热子系统、干燥装置子系统和光伏供电子系统；热泵供热子系统包括太阳能热水热泵子系统和除湿热泵子系统，
太阳能供热子系统包括太阳能集热器7，太阳能集热器7包括空气集热箱9和储热水箱8将太阳光的辐射能转化为热能，若环境空气约25℃，冷空气通过冷空气进口管道15进入空气集热箱9并被加热到100℃以上，通过气泵a13把热空气通过热空气出口管道进入圆筒干燥室21；同时，储热水箱8中的水被加热到接近100℃，通过气泵b14将产生的湿热空气通过热空气出口管道11输入太阳能热水热泵子系统。
太阳能热水热泵子系统包括依次连接的蒸发器19、第二压缩机16、第二冷凝器17和第二节流阀18，形成冷凝剂的循环回路；蒸发器19和第二冷凝器17之间通过管路形成湿空气干燥管道，蒸发器19接收湿热空气后，蒸发器19将湿热空气中的大部分水凝结，并且湿热空气中的部分热量传递给冷凝剂，冷凝剂通过第二压缩机16后进入第二冷凝器17 放出大量的热，把之前经过蒸发器19的湿热空气加热为高温干热空气，并通过干热空气出口管道b20与太阳能供热子系统中的热空气出口管道12(热空气管道24)汇合，一同通入干燥装置子系统的圆筒干燥室21。
干燥装置子系统包括圆筒干燥室21，圆筒干燥室21是污泥干燥的场所，圆筒干燥室 21的输入端连接热空气出口管道12，输入端还设有污泥进口26，湿污泥通过污泥进口26送入圆筒空腔22，并经过干燥后，被螺旋进料器23按一定速率从污泥出口27处送出；圆筒干燥室21的输出端通过湿空气进口管道5(湿空气管道25)连接除湿蒸发器4，给污泥加热干燥并且将湿污泥中的水分带出后输入到除湿蒸发器4，圆筒干燥室21的圆筒外壁28 选用聚光材料，具有良好的透光性以及具有较强的反辐射能力，并且圆筒外壁28和圆筒空腔22之间是抽成真空状态，具有很强的保温作用。
除湿热泵子系统包括依次连接的除湿蒸发器4、第一压缩机1、第一冷凝器2和第一节流阀3，形成冷凝剂的循环回路；除湿蒸发器4与第一冷凝器2之间通过管路形成湿空气干燥管道，将圆筒干燥室21内出来的湿热空气经过湿空气进口管道5进入除湿蒸发器4的湿空气进行干燥，湿空气经过除湿蒸发器4时，湿空气的水分凝结并将热量传递给冷凝剂，冷凝剂通过第一压缩机1进入第一冷凝器2，把经过除湿蒸发器4的湿空气加热成为干热空气，干热空气通过干热空气出口管道a6进入太阳能集热子系统中的空气集热器，循环利用余热。
光伏供电子系统29包括光伏板和微管集热器，其中，所述光伏板选用高效单晶硅电池板，微管集热器安装在光伏板下面，并安装有导热管道，连接到热泵子系统内的蒸发器19，将光伏电池产生的废热导入热泵系统进行利用，既达到给光伏板降温的目的又能提高热泵效率。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征在于，包括热泵供热子系统、太阳能供热子系统、干燥装置子系统和光伏供电子系统；所述热泵供热子系统包括太阳能热水热泵子系统和除湿热泵子系统；
所述太阳能供热子系统太阳光的辐射能转化为热能，分别为干燥装置子系统和太阳能热水热泵子系统提供高温的湿热空气；
所述干燥装置子系统对湿污泥进行干燥，并且将排除的湿热空气输入到除湿热泵子系统，所述除湿热泵子系统对湿空气进行干燥后输入到太阳能供热子系统，循环利用余热；
所述太阳能热水热泵子系统接收太阳能供热子系统输入的湿热空气，并将湿热空气转换为高温干热空气后输入到干燥装置子系统内；
所述光伏供电子系统将太阳能转换为电能，分别为太阳能热水热泵子系统和除湿热泵子系统供能。
2.根据权利要求1所述的一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征在于，所述太阳能供热子系统包括太阳能集热器(7)，所述太阳能集热器(7)包括空气集热箱(7)和储热水箱(8)，冷空气通过冷空气进口管道(15)进入空气集热箱(9)加热后，通过气泵a(13)把热空气通过热空气出口管道(12)进入干燥装置子系统；同时，储热水箱(8)中的水被加热后，通过气泵b(14)将产生的湿热空气通过湿空气出口管道(11)输入太阳能热水热泵子系统。
3.根据权利要求2所述的一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征在于，所述太阳能热水热泵子系统包括依次连接的蒸发器(19)、第二压缩机(16)、第二冷凝器(17)和第二节流阀(18)，形成冷凝剂的循环回路；所述蒸发器(19)和第二冷凝器(17)之间连通形成湿空气干燥管道，将湿热空气干燥后获得高温干热空气，并与太阳能供热子系统中的热空气一同通入干燥装置子系统。
4.根据权利要求3所述的一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征在于，所述干燥装置子系统包括圆筒干燥室(21)，所述圆筒干燥室(21)的输入端连接热空气出口管道(12)，输入端还设有污泥进口(26)，所述圆筒干燥室(21)的输出端通过湿空气进口管道(5)连接除湿热泵子系统，输出端还设有污泥出口(27)，所述圆筒干燥室(21)内部设有螺旋进料器(23)。
5.根据权利要求4所述的一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征在于，所述圆筒干燥室(21)的圆筒外壁(28)选用聚光材料。
6.根据权利要求4所述的一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征在于，所述圆筒干燥室(21)的圆筒空腔(22)与圆筒外壁(28)之间抽真空。
7.根据权利要求4所述的一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征在于，所述除湿热泵子系统包括依次连接的除湿蒸发器(4)、第一压缩机(1)、第一冷凝器(2)和第一节流阀(3)，形成冷凝剂的循环回路；所述除湿蒸发器(4)与第一冷凝器(2)之间连通形成湿空气干燥管道，对湿热空气干燥后获得高温干热空气，并将高温干热空气输入到太阳能集热器(7)，循环利用余热。
8.根据权利要求1、3或7所述的一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征在于，所述光伏供电子系统通过光伏板发电供给第一压缩机(1)和第二压缩机(16)。
9.根据权利要求8所述的一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征在于，所述光伏板下面安装有微管集热器，通过导热管道连接蒸发器(19)。
10.根据权利要求1所述的一种新型太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征在于，所述光伏板选用高效单晶硅电池板。
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| CN110395875A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-01 | 东北大学 | 一种新型污泥干燥系统及方法 |
| CN115682653A (zh) * | 2022-09-26 | 2023-02-03 | 广西科学院 | 一种光伏干燥装置 |
| CN115682653B (zh) * | 2022-09-26 | 2024-06-04 | 广西科学院 | 一种光伏干燥装置 |
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