CN111333301A - 燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，包括污泥烘箱、热泵循环模块和燃气内燃机加热模块，污泥烘箱内的空气通过污泥烘箱烘干污泥后，一路导入热泵循环模块降温除湿、再重新被加热后回到污泥烘箱内，另一路经过燃气内燃机加热模块直接被加热后回到污泥烘箱内，热泵循环模块通过螺杆压缩机将氟利昂增压后循环载热，螺杆压缩机由燃气内燃机驱动，燃气内燃机产生的余热对经过燃气内燃机加热模块的空气加热。本发明通过燃气内燃机带动螺杆式的压缩机驱动氟利昂载热，和采用电热泵的干化系统相比，有效减少了用电功率，较好的解决了工厂因变压器容量不足而无法运行干化系统的问题。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理装置技术领域，特别涉及一种燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统。
背景技术
改革开放以来我国经济取得了巨大成就，城市化水平不断提高，城市污水的处理量和处理率每年不断上升，作为污泥处理的必然伴生物，城市污泥的产量亦随之日益增长。据统计，我国的污水处理能力达到了1.62亿m3/d，污泥(含水率80％)产量为15万t/d。污泥的处理处置工作面临巨大压力。
现有的污泥处理处置方式主要包括卫生填埋、污泥农用和污泥焚烧三种，其中污泥焚烧是将污泥作为燃料在焚烧炉内燃烧，它可以使污泥的有机物全部碳化并杀死里面的病原体，最大程度的减小污泥的体积，是污泥处理处置方式中最为彻底的方法。污泥在未干化减量前热值较低，直接焚烧需要加热大量燃料，导致焚烧运行费用较高，阻碍了焚烧工艺的推广应用。污泥焚烧之前需要做干化处理，目前常用的传统干化机有转筒干化机、圆盘干化机、桨叶干化机及薄层干化机。
传统的污泥干化技术存在以下问题：单位脱水能耗不低于0.85kWh/kgH2O，能源消耗较高，能源综合利用率偏低，运行费用偏高；设备运行时粉尘含量较高，易磨损设备，在高温高湿环境中，粉尘中的酸性成分易附着在设备表面，造成设备腐蚀严重；不环保，传统干化技术都有尾气排放，需要配备辅助的除臭系统。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种能源利用率高、污泥烘干效率高、环保的污泥烘干系统。
为了达到上述目的，本发明提供了一种燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，包括污泥烘箱、热泵循环模块和燃气内燃机加热模块，所述污泥烘箱内的空气通过所述污泥烘箱烘干污泥后，一路导入所述热泵循环模块降温除湿、再重新被加热后回到所述污泥烘箱内，另一路经过所述燃气内燃机加热模块直接被加热后回到所述污泥烘箱内，所述热泵循环模块通过蒸发器的氟利昂吸收空气热量使空气降温除湿，吸热气化的氟利昂经螺杆压缩机增压后，进入冷凝器被除湿后的空气冷却，冷却后的液态氟利昂经节流阀后再次进入所述蒸发器循环，所述螺杆压缩机其工作驱动力由所述燃气内燃机通过齿轮传动提供，实现无电驱动；所述燃气内燃机产生的余热对经过所述燃气内燃机加热模块的空气加热。
进一步地，所述污泥烘箱上设置有一湿泥进料口和一干泥出料口，所述污泥烘箱的顶端设置有一回风管，底端设置有一外循环送风管，侧壁上设置有一内循环送风管；所述热泵循环模块包括回热器、冷却器、所述蒸发器以及所述冷凝器，均设置在一个密闭的箱体内，所述回风管与所述箱体的顶端连通，所述内循环送风管与所述箱体的底端连通，所述回风管中的空气依次经过所述回热器、所述冷却器、所述蒸发器、再次通过所述回热器、最后经过所述冷凝器，从所述内循环送风管导出箱体并进入所述污泥烘箱；所述燃气内燃机加热模块包括一热水循环回路，所述外循环送风管经过所述热水循环回路后与所述回风管连通。
进一步地，所述热泵循环模块的箱体采用铝型材框架，80mm厚度的岩棉保温板制成，所述回热器、所述冷却器、所述蒸发器以及所述冷凝器均为镍白铜材质，内部设置的翅片为铝箔，采用环氧树脂防腐涂层处理。
进一步地，所述热泵循环模块还包括一冷却塔，所述冷却塔与所述冷却器通过冷却水循环管连通。
进一步地，所述热水循环回路包括板式换热器、中温热水箱、烟气水换热器、高温热水箱、加热器和热水循环管，所述热水循环管依次经过所述板式换热器、所述中温热水箱、所述烟气水换热器、所述高温热水箱、所述加热器后重新经过所述板式换热器形成循环回路，所述燃气内燃机的缸套水与所述板式换热器进行换热，所述燃气内燃机上设置的烟气管经过所述烟气水换热器后与一烟囱连通，所述外循环送风管经过所述加热器设置。
进一步地，所述蒸发器的出口位置还设置有一除雾网，所述除雾网用于除去内循环回风中的水滴，减少无效水分在所述污泥烘箱中蒸发以及所述蒸发器处的无效冷凝。
进一步地，所述内循环送风管和所述外循环送风管上分别设置有一内循环风机和一外循环风机，所述热水循环管上设置有一加压水泵，所述冷凝器与所述蒸发器之间的热泵循环管上设置所述节流阀。
进一步地，所述污泥烘箱内由上至下设置有第一层、第二层及第三层的网带，上一层所述网带的末端下部为下一层所述网带的始端，所述内循环送风管设置在所述污泥烘箱的第二层与第三层所述网带之间位置。
进一步地，所述回风管上还设置有一布袋除尘器，所述布袋除尘器用于除去所述回风管中的粉尘。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明通过燃气内燃机带动螺杆式的压缩机，和采用电热泵的干化系统相比，有效减少了用电功率，较好的解决了工厂因变压器容量不足而无法运行干化系统的问题；
本发明的干化系统能源综合利用率较高，采用燃气内燃机与热泵联合干化的方式，既有了热泵系统较高的能效比，也保持了燃气内燃机较高的能源综合利用率，实现了能源的梯级利用，其单位脱水能耗不高于0.456kWh/kgH2O；
本发明根据污泥的“在恒速干化阶段影响污泥干化速率因素主要是风温、热风相对湿度、热风速度及污泥比表面积，在降速阶段主要受温度影响”的干化特性，采用分级干化方式，污泥含水率最低的最下层网带采用由燃气内燃机加热模块提供的高温热风干化，既有利于减少下层网带的风量，也有利于提高下层网带污泥干化速度，而上面两层网带采用内循环与外循环风混合风干化，在较大的风量及相对湿度较小的环境下，有利于上两层网带污泥干化；另外本发明设置的多层网带，可延长污泥在烘箱的干化时间，减少烘箱干化风量，经过布袋除尘器后，其回风中的粉尘量大大减少，有利于防止设备磨损与腐蚀；
最后，本发明的干化系统在密闭空间内干化，干化空气在密闭箱体内部循环，无臭气排放，无需设置臭气处理系统。
附图说明
图1为本发明的整体结构和管路连接示意图。
【附图标记说明】
1-污泥烘箱；2-燃气内燃机；3-螺杆压缩机；4-湿泥进料口；5-干泥出料口；6-回风管；7-外循环送风管；8-内循环送风管；9-回热器；10-冷却器；11-蒸发器；12-冷凝器；13-热泵循环管；14-冷却塔；15-冷却水循环管；16-板式换热器；17-中温热水箱；18-烟气水换热器；19-高温热水箱；20-加热器；21-热水循环管；22-烟气管；23-烟囱；24-除雾网；25-冷凝水管；26-内循环风机；27-外循环风机；28-加压水泵；29-节流阀；30-网带；30a-第一层网带；30b-第二层网带；30c-第三层网带；31-布袋除尘器。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，包括污泥烘箱1、热泵循环模块和燃气内燃机加热模块。在本系统中污泥烘箱1内的高温空气通过污泥烘箱1烘干污泥后，一路导入热泵循环模块降温除湿、再重新被加热后回到污泥烘箱1继续烘干污泥。而另一路经过燃气内燃机加热模块直接被加热后回到污泥烘箱1内继续烘干污泥，从而可以回收利用燃气内燃机2产生的余热。热泵循环模块通过蒸发器11的氟利昂吸收空气热量使空气降温除湿，吸热气化的氟利昂经螺杆压缩机3增压后，进入冷凝器12被除湿后的空气冷却，冷却后的液态氟利昂经节流阀29后再次进入蒸发器11，形成氟利昂的循环利用。其中，螺杆压缩机3通过燃气内燃机2直接驱动，因此系统在运行时的能源主要是燃气内燃机2消耗的天然气，简化了系统控制并提高了能源利用率。
具体地，在污泥烘箱1上设置有一湿泥进料口4和一干泥出料口5，湿污泥从上层的湿泥进料口4进入污泥烘箱1内，通过网带30逐渐向下层移动，被烘干后从下层的干泥出料口5排出。同时，污泥烘箱1的顶端设置有一回风管6，底端设置有一外循环送风管7，在烘箱的第二层网带30b与第三层网带30c之间位置的侧壁上设置有一内循环送风管8，干热空气从污泥烘箱1的底端和侧壁进入污泥烘箱1，吹除并带走湿污泥所含的水分，最后吸湿降温的空气在污泥烘箱1顶端聚集并进入回风管6内。
其中，热泵循环模块包括回热器9、冷却器10、蒸发器11和冷凝器12，均设置在一个密闭的箱体内，回风管6与箱体的顶端连通，内循环送风管8与箱体的底端连通，回风管6中的湿空气沿箱体风道依次经过回热器9、冷却器10、蒸发器11、再次经过回热器9、最后经过冷凝器12并通过内循环送风管8从箱体导入污泥烘箱1，因此回风管8中的湿空气一路分支导入内循环送风管8，经过回热器9时被冷却，经过冷却器10时被进一步冷却，经过蒸发器11时再次被冷却，空气中的水分部分发生冷凝后被降温除湿。随后空气再次经过回热器9，与回热器9除湿之前的较高温空气发生换热，在导入冷凝器12之前进行一次预热，最后导入冷凝器12中重新被加热生成干热空气，由内循环送风管8导入污泥烘箱1。
同时，热泵循环模块的蒸发器11、螺杆压缩机3、冷凝器12及节流阀29通过铜制的热泵循环管13连接，蒸发器11的氟利昂吸收空气热量使空气降温除湿，吸热气化的氟利昂经螺杆压缩机3增压后，进入冷凝器12被除湿后的空气冷却，冷却后的液态氟利昂经节流阀29后再次进入蒸发器11，形成氟利昂的循环利用。
燃气内燃机加热模块包括一热水循环回路，外循环送风管7经过热水循环回路后与回风管6连通，因而回风管6中湿冷空气的另一路导入外循环送风管7中，经过热水循环回路被加热后，直接导入污泥烘箱1内，与内循环送风管8中的干热空气混合，对污泥进行干化。
进一步地，热泵循环模块还包括一冷却塔14，冷却塔14与冷却器10通过冷却水循环管15连通。冷却水将内循环送风管8中的空气降温，自身升温后的冷却水回流至冷却塔14中，通过冷却塔14散热。
进一步地，热水循环回路包括板式换热器16、中温热水箱17、烟气水换热器18、高温热水箱19、加热器20。其中热水循环管13依次经过板式换热器16、中温热水箱17、烟气水换热器18、高温热水箱19、加热器20后重新经过板式换热器16，形成循环回路。因此热水经过板式换热器16后被燃气内燃机2缸套水加热，升温至中温热水并保存在中温热水箱17中，再导入烟气水换热器18内被燃气内燃机2高温排烟进一步加热生成高温热水，保存在高温热水箱19中，高温热水通过加热器20时与外循环送风管7中的空气换热，换热后的热水温度降低，经过板式换热器16后被燃气内燃机2缸套水加热后中再次循环载热。
同时，燃气内燃机2上设置的烟气管22经过烟气水换热器18后与一烟囱23连通，因此燃气内燃机2运行产生的高温烟气热量同样可以再次利用，将中温热水加热成高温热水，最后烟气通过烟囱23处理后排放。
进一步地，箱体内蒸发器11的出口位置还设置有一除雾网24，用于除去除湿后的内循环回风中的水滴，减少无效水分在污泥烘箱1中蒸发以及蒸发器11处无效冷凝。
进一步地，内循环送风管8和外循环送风管7上分别设置有一内循环风机26和一外循环风机27，通过风机驱动空气在送风管以及各模块中流通。热水循环管21上设置有一加压水泵28，驱动热水在热水循环回路中流动，并对热水进行一定的加压，在本实施例中加压水泵28设置在高温热水箱19和烟气水换热器18之间。另外冷凝器12与蒸发器11之间的热泵循环管13上设置节流阀29，使得高压氟利昂在冷凝器12中放热冷凝后，节流降压而进入蒸发器11，冷却蒸发器11外面的空气。
进一步地，污泥烘箱1内由上至下设置有第一层网带30a、第二层网带30b及第三层网带30c，上一层网带30的末端下部为下一层网带30的始端，污泥从上层的网带30散布式流动、下落至下层的网带30。同时，内循环送风管8设置在第二层网带30b与第三层网带30c之间的侧壁上，干热空气通过内循环送风管8进入第二层网带3b与第三层网带30c之间，与外循环送风管7的热空气混合进行除湿。
进一步地，回风管6上还设置有一布袋除尘器31，用于吸收、除去回风管6中的粉尘，防止粉尘进入热泵循环模块等。
其中，燃气内燃机2通过齿轮传动带动螺杆压缩机3旋转做功，实现无电的驱动方式，以减少整个系统的耗电功率。
其中，回热器9、冷却器10、蒸发器11和冷凝器12均为镍白铜(B10)材质，耐氯离子腐蚀性优良，内部设置的翅片为铝箔，采用环氧树脂防腐涂层处理，具有很高的耐腐蚀等级。
其中，热泵循环模块的箱体采用铝型材框架、80mm厚度的岩棉保温板。内循环风在密闭箱体内，先降温除湿，然后加热成75℃后，经内循环送风管8进入污泥烘箱1。
其中，热泵循环模块采用氟利昂作为冷媒，氟利昂在蒸发器9中吸收主回风的热量，使回风降温除湿，吸热气化后的氟利昂进入压缩机3，经增压后进入冷凝器12，加热除湿后的回风，将35℃左右的主回风加热成75℃左右的主送风，冷凝成液态的氟利昂经节流阀29后再次回到蒸发器11，反复循环。
其中，冷却器10的冷却水进水温度为30℃，出水温度为45℃。
其中，热水经过板式换热器16被燃气内燃机缸套水加热后温度为90℃，放置在中温热水箱17中，90℃热水经加压水泵28在烟气水换热器18中吸收燃气内燃机2的400℃高温排烟余热制取130℃的高温热水并储存在高温热水箱19内，通过热水循环管21进入加热器20中，加热外循环风。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，其特征在于，包括污泥烘箱、热泵循环模块和燃气内燃机加热模块，所述污泥烘箱内的空气通过所述污泥烘箱烘干污泥后，一路导入所述热泵循环模块降温除湿、再重新被加热后回到所述污泥烘箱内，另一路经过所述燃气内燃机加热模块直接被加热后回到所述污泥烘箱内，所述热泵循环模块通过蒸发器的氟利昂吸收空气热量使空气降温除湿，吸热气化的氟利昂经螺杆压缩机增压后，进入冷凝器被除湿后的空气冷却，冷却后的液态氟利昂经节流阀后再次进入所述蒸发器循环，所述螺杆压缩机其工作驱动力由所述燃气内燃机通过齿轮传动提供，实现无电驱动；所述燃气内燃机产生的余热对经过所述燃气内燃机加热模块的空气加热。
2.根据权利要求1所述的燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，其特征在于，所述污泥烘箱上设置有一湿泥进料口和一干泥出料口，所述污泥烘箱的顶端设置有一回风管，底端设置有一外循环送风管，侧壁上设置有一内循环送风管；所述热泵循环模块包括回热器、冷却器、所述蒸发器以及所述冷凝器，均设置在一个密闭的箱体内，所述回风管与所述箱体的顶端连通，所述内循环送风管与所述箱体的底端连通，所述回风管中的空气依次经过所述回热器、所述冷却器、所述蒸发器、再次通过所述回热器、最后经过所述冷凝器，从所述内循环送风管导出箱体并进入所述污泥烘箱；所述燃气内燃机加热模块包括一热水循环回路，所述外循环送风管经过所述热水循环回路后与所述回风管连通。
3.根据权利要求2所述的燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，其特征在于，所述热泵循环模块的箱体采用铝型材框架，80mm厚度的岩棉保温板制成，所述回热器、所述冷却器、所述蒸发器以及所述冷凝器均为镍白铜材质，内部设置的翅片为铝箔，采用环氧树脂防腐涂层处理。
4.根据权利要求2所述的燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，其特征在于，所述热泵循环模块还包括一冷却塔，所述冷却塔与所述冷却器通过冷却水循环管连通。
5.根据权利要求2所述的燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，其特征在于，所述热水循环回路包括板式换热器、中温热水箱、烟气水换热器、高温热水箱、加热器和热水循环管，所述热水循环管依次经过所述板式换热器、所述中温热水箱、所述烟气水换热器、所述高温热水箱、所述加热器后重新经过所述板式换热器形成循环回路，所述燃气内燃机的缸套水与所述板式换热器进行换热，所述燃气内燃机上设置的烟气管经过所述烟气水换热器后与一烟囱连通，所述外循环送风管经过所述加热器设置。
6.根据权利要求2所述的燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，其特征在于，所述蒸发器的出口位置还设置有一除雾网，所述除雾网用于除去内循环回风中的水滴，减少无效水分在所述污泥烘箱中蒸发以及所述蒸发器处的无效冷凝。
7.根据权利要求2所述的燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，其特征在于，所述内循环送风管和所述外循环送风管上分别设置有一内循环风机和一外循环风机，所述热水循环管上设置有一加压水泵，所述冷凝器与所述蒸发器之间的热泵循环管上设置所述节流阀。
8.根据权利要求2所述的燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，其特征在于，所述污泥烘箱内由上至下设置有第一层、第二层及第三层的网带，上一层所述网带的末端下部为下一层所述网带的始端，所述内循环送风管设置在所述污泥烘箱的第二层与第三层所述网带之间位置。
9.根据权利要求2所述的燃气内燃机与热泵联合的污泥干化系统，其特征在于，所述回风管上还设置有一布袋除尘器，所述布袋除尘器用于除去所述回风管中的粉尘。
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