CN112062441A - 一种节能型污泥烘干系统及污泥干化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污泥干化技术领域，特指一种节能型污泥烘干系统及污泥干化方法。在节能型污泥烘干系统中，把干化单元分成若干个干化空间，各个干化空间中配设有独立运行的加压风机和外部热源，能独立调整每个干化空间中的空气温度、空气湿度和空间内压力，可以对低温热源污泥干化系统的运行参数进行精细化分区控制，在保证污泥干化需求的状态下，在污泥干化的过程中实现能效最大化，降低能耗成本的效果。利用不同含水率时污泥干化的特性控制污泥干化时的供热量与风量，利用实时检测方式检测污泥干化的热量需求变化与需风量，根据对污泥干化系统进行联动调节控制，以到达智能化调节控制、趋势预判、节能管理、降低能耗，减少营运成本等效果。
Description
技术领域
本发明涉及污泥干化技术领域，特指一种节能型污泥烘干系统及污泥干化方法。
背景技术
污水处理所产生的污泥具有较高的含水量，由于水分与污泥颗粒结合的特性，采用机械方法脱除具有一定的限制，污泥中的有机质含量、灰分比例特别是絮凝剂的添加量对于最终含固率有着重要影响。一般来说，采用机械脱水可以获得20％－30％的含固率，所形成的污泥也被称为泥饼。泥饼的含水率仍然较高，具有流体性质，其处置难度和成本仍然较高，因此有必要进一步减量。污泥在不同含水率中有不同的形态，通常含水率在85％以上时，污泥呈流态；65％～85％时呈塑态；低于60％时则呈固态。污泥在不同含水率时期挥发性存在一定的差异。需求一种高效低能耗的方式进一步对污泥进行脱水，将机械脱水后80％含水率污泥脱水至30％的含水率污泥，以便于之后的污泥的利用。
发明内容
本发明的发明目的在于：为了解决现有技术中所存在的由于机械脱水有一定的限制性，经过脱水后的污泥的含水量不同，影响了泥饼在后的使用的问题，本发明提供了一种节能型污泥烘干系统及污泥干化方法。
为了解决现有技术中所存在的问题，本发明采用以下技术方案：
一种节能型污泥烘干系统，包括有干化单元和中央控制单元，所述干化单元包括有用于传输污泥的传输履带，所述传输履带上形成若干个干化空间，每个所个干化空间中可放置有所述污泥；所述传输履带的下方设置有若干台独立运行的加压风机和为所述加压风机提供热量的外部热源，所述外部热源置于所述加压风机外，一台所述加压风机对应一个所述干化空间，每台所述加压风机对应地置于所述干化空间的下方；
所述中央控制单元用于监测和采集每个所述干化空间中的环境数据以及每个干化空间中所述污泥的湿度，计算每个所述干化空间中的污泥干化所需的风量和热量，并根据所述风量和热量调整所述干化空间对应的加压风机的转速和温度以及传输履带的运行速度。
作为本发明节能型污泥烘干系统的技术方案的一种改进，所述每个干化空间中的环境数据包括有空气温度、空气湿度和空间内压力；
所述中央控制单元包括有控制器，还包括有分别与所述控制器相连接的若干个温度传感器、若干个空间湿度传感器、若干个压力传感器、若干个污泥湿度传感器和变频器；
每个所述干化空间中对应设置有一个所述温度传感器、一个所述空间湿度传感器、一个所述压力传感器和一个所述污泥湿度传感器，所述温度传感器、所述空间湿度传感器、所述压力传感器和所述污泥湿度传感器分别用于采集所述空气温度、空气湿度、所述空间内压力和所述污泥的湿度数据；
所述变频器与所述传输履带相连接，所述控制器通过所述变频器控制所述传输履带的运行速度；所述控制器控制所述加压风机的转速和温度。
作为本发明节能型污泥烘干系统的技术方案的一种改进，所述传输履带包括有多层履带，相邻的上下两层履带分别为第一履带和第二履带，所述第一履带的末端置于所述第二履带的前端的上方，所述污泥从所述第一履带的末端掉落到所述第二履带的前端。
作为本发明节能型污泥烘干系统的技术方案的一种改进，所述第一履带和所述第二履带的运行方向相反。
作为本发明节能型污泥烘干系统的技术方案的一种改进，所述干化单元还包括有若干块用于划分所述若干个干化单元成为若干个所述干化空间的隔断板，所述若干块隔断板竖向置于所述传输履带的下方，每块所述隔断板置于相邻的两台所述加压风机之间。
一种污泥干化方法，使用如上述的节能型污泥烘干系统，包括有以下步骤：
用户设定节能型污泥烘干系统的运行初始参数；
中央控制单元分别采集各个干化空间中的环境数据和干化空间中的污泥的湿度，并通过环境数据和污泥的湿度计算污泥的含水率值以及干化污泥所需风量和热量；
中央控制单元基于所需风量和热量控制加压风机的转速、温度和传输履带的运行速度，以改变各个干化空间中的环境至适合干化污泥的状态。
作为本发明污泥干化方法的技术方案的一种改进，还包括有以下步骤：
步骤1、设定污泥干化系统运行初始参数；
步骤2、采集各个干化空间内污泥的湿度；
步骤3、计算各个干化空间内污泥干化的需风量与温度值；
步骤4、调整干化单元的最下层各干化空间内加压风机至最佳需风量的转速；
步骤5、采集各个干化空间的空间内压力；
步骤6、根据各个干化空间的空间内压力，进行需风量调整；
步骤7、根据各个干化空间的风量调整各个干化空间的外部热源输入功率；
步骤8、采集各个干化空间的空气湿度；
步骤9、当干化空间内空气湿度大于设定值时，增大当前干化空间的风量；当干化空间内空气湿度小于设定值时，改变传输履带的运行速度。
作为本发明污泥干化方法的技术方案的一种改进，在步骤5中，
中央控制单元中预设有试验压力值PT和平均压力值PK；
中央控制单元采集每个干化空间中的空气温度、空气湿度和空间内压力；
当出现同一层的相邻干化空间的空间压力值的差值小于试验压力值PT时或上下两层干化空间的空间压力值的差值大于平均压力值PK时，中央控制单元需要对风量进行调整。
作为本发明污泥干化方法的技术方案的一种改进，在步骤8中，
中央控制单元中预设有参考湿度；
中央控制单元采集每个干化单元中的空气湿度；
当干化单元中的空气湿度大于参考湿度时，增大当前干化单元中的风量；
当干化单元中的空气湿度小于参考湿度时，分成两种情况：
当所有干化空间内含水率值大于设定范围时，降低传输履带的运行速度；
当所有干化空间内含水率值均小于设定范围时，加快传输履带的运行速度；
控制器根据各个干化空间的风量调整该干化空间外部热源的输入功率。
作为本发明污泥干化方法的技术方案的一种改进，在步骤8中，
中央控制单元中预设有参考湿度；
中央控制单元采集每个干化单元中的空气湿度；
当干化单元中的空气湿度大于参考湿度时，增大当前干化单元中的风量；
当干化单元中的空气湿度小于参考湿度时，分成两种情况：
当所有干化空间内含水率值大于设定范围时，降低传输履带的运行速度；
当所有干化空间内含水率值均小于设定范围时，加快传输履带的运行速度；
控制器根据各个干化空间的风量调整该干化空间外部热源的输入功率。
本发明的有益效果：
在本发明节能型污泥烘干系统中，把干化单元分成若干个干化空间，各个干化空间中配设有独立运行的加压风机和外部热源，能独立调整每个干化空间中的空气温度、空气湿度和空间内压力，可以对低温热源污泥干化系统的运行参数进行精细化分区控制，在保证污泥干化需求的状态下，在污泥干化的过程中实现能效最大化，降低能耗成本的效果，解决了现有技术中所存在的由于机械脱水有一定的限制性，经过脱水后的污泥的含水量不同，影响了泥饼在后的使用的问题。同时，本发明利用不同含水率时污泥干化的特性控制污泥干化时的供热量与风量，利用实时检测方式检测污泥干化的热量需求变化与需风量，根据对污泥干化系统进行联动调节控制，以到达智能化调节控制、趋势预判、节能管理、降低能耗，减少营运成本等效果。
附图说明
图1是本发明节能型污泥烘干系统的工艺流程示意图；
图2是本发明节能型污泥烘干系统的结构示意图，不包含中央控制单元；
图3是图2的左视图；
图4是本发明节能型污泥烘干系统中中央控制单元组成示意图；
图5是本发明污泥烘干方法的控制逻辑示意图。
附图标记说明：1-干化单元；2-加压风机；3-隔断板；4-传输履带；101-污泥。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚，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。
如图1至图4所示，一种节能型污泥烘干系统，包括有干化单元1和中央控制单元，干化单元1包括有用于传输污泥101的传输履带4，传输履带4上形成若干个干化空间，每个干化空间中可放置有污泥101。
传输履带4的下方设置有若干台独立运行的加压风机2和外部热源，外部热源置于加压风机2外，一台加压风机2对应一个干化空间，加压风机2对应地置于干化空间的下方。
中央控制单元用于监测和采集每个干化空间中的环境数据以及每个干化空间中污泥101的湿度，计算每个干化空间中的污泥101干化所需的风量和热量，并根据所需的风量和热量调整干化空间对应的加压风机2的转速和温度以及传输履带4的运行速度。每个干化空间中的环境数据包括有空气温度、空气湿度和空间内压力。
在本发明中，将干化单元1划分成若干个独立的干化空间，在中央控制单元的作用下，采集每个干化空间中的环境数据和每个干化空间中的污泥101的湿度，计算出每个干化空间的污泥101干化所需的风量和热量，调节当前干化空间的加压风机2的转速和温度，在每个干化空间中可以独立调节该干化空间的温度、湿度和压力，根据不同的污泥101在不同的干化空间中的水分蒸发的特性，控制每个干化空间的需风量，使每个干化空间的污泥101高效地吸收热量成为蒸汽，达到干化污泥101的效果。外部热源为加压风机2提供热量，通过加压风机2的吹风带动热量，以实现改变每个干化空间中的温度的效果，解决了现有技术中所存在的由于机械脱水有一定的限制性，经过脱水后的污泥101的含水量不同，影响了泥饼在后的使用的问题以及利用不同含水率时污泥101干化的特性控制污泥101干化时的供热量与风量，利用实时检测方式检测污泥101干化的热量需求变化与需风量，根据对节能型污泥烘干系统进行联动调节控制，以到达智能化调节控制、趋势预判、节能管理、降低能耗，减少营运成本等效果，在污泥101干化的过程中实现能效最大化，降低能耗成本的效果。
中央控制单元包括有控制器，还包括有分别与控制器相连接的若干个温度传感器、若干个空间湿度传感器、若干个压力传感器、若干个污泥湿度传感器和变频器。变频器与传输履带4相连接，控制器通过变频器控制传输履带4的运行速度。
控制器作为节能型污泥烘干系统的CPU，用于处理各种逻辑运算及发出控制信号，温度传感器用于采集在干化过程中干化空间中的空气温度，空间湿度传感器用于采集在干化过程中干化空间中的空气湿度，压力传感器用于采集在干化过程中干化空间的空间内压力值，污泥湿度传感器用于采集干化空间内的污泥101的湿度数据。每个干化空间中对应设置有一个温度传感器、一个空间湿度传感器、一个压力传感器和一个污泥湿度传感器，通过温度传感器、空间湿度传感器、压力传感器和污泥湿度传感器实现实时监测在干化过程中，干化空间的环境数据和污泥101的湿度，并且各传感器分别把数据传输到控制器中，控制器基于该数据计算每个干化空间中的污泥101干化所需的风量和热量，并根据各个干化空间中所需的风量和热量调整该干化空间中对应的加压风机2的转速和温度，以及调整传输履带4的运行速度，以在每个干化空间中可以独立调节该干化空间的温度、湿度和压力，根据不同的污泥101在不同的干化空间中的水分蒸发的特性，控制每个干化空间的需风量，使每个干化空间的污泥101高效地吸收热量成为蒸汽，达到干化污泥101的效果。
传输履带4包括有多层履带，相邻的上下两层履带分别为第一履带和第二履带，第一履带的末端置于第二履带的前端的上方，污泥101从第一履带的末端掉落到第二履带的前端,传输履带4带动污泥101移动与逐层跌落，使污泥101在不同的干化空间进行干化。优选的，第一履带和第二履带的运行方向相反，这样可以保证在污泥101在传输履带4上的传输效果，也延长了污泥101在传输履带4上的时间，保证对污泥101的干化的效果。
干化单元1还包括有若干块用于划分干化单元1成为若干个独立的干化空间的隔断板3，若干块隔断板3置于竖向置于传输履带4的下方，每块隔断板3置于相邻的两台加压风机2之间，热风竖向向上吹出，这样不仅可以保证相邻的干化空间的加压风机2所吹出来的热风不会相互混合，保证了热风对对应干化空间中的污泥101的干化效果，还可以根据各个独立的干化空间的污泥101所需的风量和热量的特性实现独立调控的效果。
在使用的时候，加压风机2将高温干空气送入到干化空间中，增加了水汽界面的水汽压差，有利于水面的蒸发。同时由于本发明包括有若干台独立运行的加压风机2，每台加压风机2独立运行控制，加热热源由外部提供，可使用工业余热或热泵等供热量，并由中央控制单元进行调节控制。
详细地说，如图1所示，湿污泥101从左端在传输履带4的作用下移动，依次经过第1-1干化空间至第1-n干化空间，继而掉落到第二层传输履带4上，依次经过第2-n干化空间至第2-1干化空间，继而再次掉落到第三层传输履带4上，依次经过第3-1干化空间至第3-n干化空间，如此类推。在第1-1干化空间对应有第1-1加压风机2，由于加压风机2置于传输履带4的下方，第1-1加压风机2向第1-1干化空间提供第1-1增压热风，第1-1增压热风穿透过污泥101后形成第1-1穿透热风，实现在每个独立的干化空间中，加压风机2独立地实现调控风量和热量的效果，继而实现加压风机2对该干化空间中污泥101的实现干化效果。
在本发明中还提供了一种污泥干化方法，使用如上述的节能型污泥烘干系统，包括有以下步骤：
用户设定节能型污泥烘干系统的运行初始参数；
中央控制单元分别采集各个干化空间中的环境数据和干化空间中的污泥101的湿度，并通过环境数据和污泥101的湿度计算污泥101的含水率值以及干化污泥101所需风量和热量；
中央控制单元基于所需风量和热量控制加压风机2的转速、温度和传输履带4的运行速度，以改变各个干化空间中的环境至适合干化污泥101的状态。
详细地说，在进行污泥101干化的时候，包括有以下步骤：
步骤1、设定污泥干化系统运行初始参数；
步骤2、采集各个干化空间内污泥101的湿度；
步骤3、计算各个干化空间内污泥101干化的需风量与温度值；
步骤4、调整干化单元1的最下层各干化空间内加压风机2至最佳需风量的转速；
步骤5、采集各个干化空间的空间内压力；
步骤6、根据各个干化空间的空间内压力，进行需风量调整；
步骤7、根据各个干化空间的风量调整各个干化空间的外部热源输入功率；
步骤8、采集各个干化空间的空气湿度；
步骤9、当干化空间内空气湿度大于设定值时，增大当前干化空间的风量；当干化空间内空气湿度小于设定值时，改变传输履带4的运行速度。
在步骤5中，中央控制单元中预设有试验压力值PT和平均压力值PK；中央控制单元采集每个干化空间中的空气温度、空气湿度和空间内压力；当出现同一层的相邻干化空间的空间压力值的差值小于试验压力值PT时或上下两层干化空间的空间压力值的差值大于平均压力值PK时，中央控制单元需要对风量进行调整。
在在步骤8中，中央控制单元中预设有参考湿度；中央控制单元采集每个干化单元1中的空气湿度；当干化单元1中的空气湿度大于参考湿度时，增大当前干化单元1中的风量；当干化单元1中的空气湿度小于参考湿度时，分成两种情况：
1、当所有干化空间内含水率值大于设定范围时，降低传输履带4的运行速度；
2、当所有干化空间内含水率值均小于设定范围时，加快传输履带4的运行速度；控制器根据各个干化空间的风量调整该干化空间外部热源的输入功率。
在步骤9中，当所有干化空间内各实时数据其中之一大于设定范围时，降低传输履带4的移动速度；当所有干化空间内各实时数据均小于设定范围时，加快传输履带4移动速度。
结合图5详细地对本发明污泥干化方法进行说明，本发明的工作原理如下：
首先用户设定节能型污泥烘干系统的运行初始参数，在传输履带的作用下输送至干化空间中，随着传输履带的运行，污泥会进入到不同的干化空间中。
当污泥进入到一个干化空间中后，通过污泥湿度传感器地采集该干化空间中的污泥的湿度数据，基于该污泥的湿度数据计算该干化空间对应的需风量和温度值，并根据需风量和温度值调整加压风机对干化空间的进风量，继而通过压力传感器采集干化空间中的空间内压力，并根据该空间内压力细调加压风机对干化空间的风量，使整个节能型污泥烘干系统的压力均衡。然后通过温度传感器采集干化空间中的温度，并通过外部热源调整干化空间内的温度至最优的烘干污泥的温度，继而通过湿度传感器采集干化空间内的空间湿度，根据空间湿度通过变频器调整传输履带的速度。若空间湿度大于参考湿度时，提升加压风机的风量，并重新进行采集空间内压力等步骤。当污泥进入到下一个干化空间中后，循环通过污泥湿度传感器采集干化空间中的污泥的湿度数据等步骤。
基于本发明的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种节能型污泥烘干系统，包括有干化单元和中央控制单元，其特征在于，所述干化单元包括有用于传输污泥的传输履带，所述传输履带上形成若干个干化空间，每个所个干化空间中可放置有所述污泥；所述传输履带的下方设置有若干台独立运行的加压风机和为所述加压风机提供热量的外部热源，所述外部热源置于所述加压风机外，一台所述加压风机对应一个所述干化空间，每台所述加压风机对应地置于所述干化空间的下方；
所述中央控制单元用于监测和采集每个所述干化空间中的环境数据以及每个干化空间中所述污泥的湿度，计算每个所述干化空间中的污泥干化所需的风量和热量，并根据所述风量和热量调整所述干化空间对应的加压风机的转速和温度以及传输履带的运行速度。
2.根据权利要求1所述的节能型污泥烘干系统，其特征在于，
所述每个干化空间中的环境数据包括有空气温度、空气湿度和空间内压力；
所述中央控制单元包括有控制器，还包括有分别与所述控制器相连接的若干个温度传感器、若干个空间湿度传感器、若干个压力传感器、若干个污泥湿度传感器和变频器；
每个所述干化空间中对应设置有一个所述温度传感器、一个所述空间湿度传感器、一个所述压力传感器和一个所述污泥湿度传感器，所述温度传感器、所述空间湿度传感器、所述压力传感器和所述污泥湿度传感器分别用于采集所述空气温度、空气湿度、所述空间内压力和所述污泥的湿度数据；
所述变频器与所述传输履带相连接，所述控制器通过所述变频器控制所述传输履带的运行速度；所述控制器控制所述加压风机的转速和温度。
3.根据权利要求1所述的节能型污泥烘干系统，其特征在于，所述传输履带包括有多层履带，相邻的上下两层履带分别为第一履带和第二履带，所述第一履带的末端置于所述第二履带的前端的上方，所述污泥从所述第一履带的末端掉落到所述第二履带的前端。
4.根据权利要求3所述的节能型污泥烘干系统，其特征在于，所述第一履带和所述第二履带的运行方向相反。
5.根据权利要求4所述的节能型污泥烘干系统，其特征在于，所述干化单元还包括有若干块用于划分所述若干个干化单元成为若干个所述干化空间的隔断板，所述若干块隔断板竖向置于所述传输履带的下方，每块所述隔断板置于相邻的两台所述加压风机之间。
6.一种污泥干化方法，其特征在于，使用如权利要求1-5任意一项所述的节能型污泥烘干系统，包括有以下步骤：
用户设定节能型污泥烘干系统的运行初始参数；
中央控制单元分别采集各个干化空间中的环境数据和干化空间中的污泥的湿度，并通过环境数据和污泥的湿度计算污泥的含水率值以及干化污泥所需风量和热量；
中央控制单元基于所需风量和热量控制加压风机的转速、温度和传输履带的运行速度，以改变各个干化空间中的环境至适合干化污泥的状态。
7.根据权利要求6的污泥干化方法，其特征在于，还包括有以下步骤：
步骤1、设定污泥干化系统运行初始参数；
步骤2、采集各个干化空间内污泥的湿度；
步骤3、计算各个干化空间内污泥干化的需风量与温度值；
步骤4、调整干化单元的最下层各干化空间内加压风机至最佳需风量的转速；
步骤5、采集各个干化空间的空间内压力；
步骤6、根据各个干化空间的空间内压力，进行需风量调整；
步骤7、根据各个干化空间的风量调整各个干化空间的外部热源输入功率；
步骤8、采集各个干化空间的空气湿度；
步骤9、当干化空间内空气湿度大于设定值时，增大当前干化空间的风量；当干化空间内空气湿度小于设定值时，改变传输履带的运行速度。
8.根据权利要求7的污泥干化方法，其特征在于，在步骤5中，
中央控制单元中预设有试验压力值PT和平均压力值PK；
中央控制单元采集每个干化空间中的空气温度、空气湿度和空间内压力；
当出现同一层的相邻干化空间的空间压力值的差值小于试验压力值PT时或上下两层干化空间的空间压力值的差值大于平均压力值PK时，中央控制单元需要对风量进行调整。
9.根据权利要求7的污泥干化方法，其特征在于，在步骤8中，
中央控制单元中预设有参考湿度；
中央控制单元采集每个干化单元中的空气湿度；
当干化单元中的空气湿度大于参考湿度时，增大当前干化单元中的风量；
当干化单元中的空气湿度小于参考湿度时，分成两种情况：
当所有干化空间内含水率值大于设定范围时，降低传输履带的运行速度；
当所有干化空间内含水率值均小于设定范围时，加快传输履带的运行速度；
控制器根据各个干化空间的风量调整该干化空间外部热源的输入功率。
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