CN113754233A - 利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污泥干化技术领域，公开了一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置及方法；装置包括用于干化污泥的第一干化装置，设置在所述第一干化装置下方用于二次干化污泥的第二干化装置，与所述第一干化装置、第二干化装置连接用于提供热量的热泵组件，以及与第一干化装置连接用于补偿热量的鼓风余热收集管；方法为热泵组件在第一干化装置内对污泥进行加热处理，同时将鼓风余热收集管输送的热气流通过热气流喷嘴从外壳的下部注入；热气流贯穿污泥从热源收集管导出；再将热源收集管导出的气流通入第二干化装置，进行热对流干化；本发明能够有效减小热泵干化污泥的能耗，提高污泥干化的处理效率。
Description
技术领域
本发明涉及污泥干化技术领域，具体是涉及利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置及方法。
背景技术
根据住房和城乡建设部发布的2019年城市建设统计年鉴，我国污水处理厂干污泥产量约11020000t，但是我国不到20％的污泥能得到安全处理，因此存在着严重的处置能力不足的问题。
现有技术中通常采用热泵加热污泥，进行污泥干化；针对含水率80％～85％的污泥进行干化处理时需要将含水率降至30％以下，才能进行后续处理；由于采用热泵加热过程中单纯依靠热泵单一热源进行处理，在污泥量大的背景下，热泵处理这种方案的能源消耗是巨大的。
并且现有技术提供的热泵干化设备其处理效率也较低，进一步加剧了能源的损耗；由此可见开发一种能耗低，处理效率高的污泥干化装备是及其迫切的社会需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：减小热泵干化污泥能耗，提高污泥干化的处理效率。
本发明的技术方案是：一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，包括用于干化污泥的第一干化装置，设置在所述第一干化装置下方用于二次干化污泥的第二干化装置，与所述第一干化装置、第二干化装置连接用于提供热量的热泵组件，以及与第一干化装置连接用于补偿热量的鼓风余热收集管；
所述第一干化装置包括设置在地面上的支架，设置在所述支架上且为圆柱状的外壳，活动设置在所述外壳内部的旋转干燥组件，活动套设在所述旋转干燥组件外部且位于壳体内部的离心加热组件；
所述外壳下端部为锥台形空腔；
所述离心加热组件包括设置在锥台形空腔内且高度与锥台形空腔上端面齐平的隔水环，固定在所述隔水环上的环状支撑台，活动设置在所述支撑台上且套设在旋转干燥组件外围的离心格栅，以及设在所述支撑台上与所述热泵组件、鼓风余热收集管连接的铜制热导环；所述热导环上均匀设有向旋转干燥组件提供热源的热气流喷嘴；
所述外壳上端部设有与热气流喷嘴能够连通的热源收集管；
所述第二干化装置包括设置在地面上的保护罩，水平设置在所述保护罩内的运输带，套设在所述运输带与污泥接触部外围的扁平环状加热组件，设置在所述扁平状加热组件上与热泵组件连接的导热管，以及设置在所述保护罩上且与热源收集管连通的扁平状出风口；
所述扁平状出风口水平出风方向与运输带方向相反，且扁平状出风口的高度与扁平环状加热组件的高度一致。
进一步地，所述外壳包括设置在所述支架上的外壳体本体，设置在所述外壳体本体上端的第一污泥进料仓，以及设置在所述外壳体本体底部的第一排泥口，以及设置锥台形空腔上的排水槽。锥台形空腔、隔水环的设置能够将离心得到的部分水通过排水槽排出，减小需要加热处理的时长，提高第一干化装置的处理效率。
进一步地，所述保护罩上端面一侧设有与第一排泥口连通的第二污泥进料仓；保护罩下端面的另一侧设有第二排泥口；所述运输带两端分别与第二污泥进料仓、第二排泥口连通。
第二污泥进料仓位于第一排泥口正下方，能够直接将第一干化装置排出的污泥送进运输带上，便于快速、高效进行二次干化处理。
进一步地，所述旋转干燥组件包括垂直设置在所述外壳中心的第一转轴，活动套设在所述第一转轴外部的第二转轴，活动套设在所述第二转轴外部的第三转轴，以及三个分别设置在所述第一转轴、第二转轴、第三转轴上的加热磨盘，以及设置在所述外壳外部向所述第一转轴、第二转轴、第三转轴提供动力的动力组件。
旋转干燥组件上有三个加热磨盘，通过第一转轴、第二转轴、第三转轴分别进行控制能够使的加热磨盘反向转动或者差速转动，使得污泥得到充分干燥，能够大大提高干化效率，降低热能损耗。
进一步地，所述加热磨盘上均匀设有过泥孔；所述离心格栅上设置有分离污泥与水的过水小孔。过泥孔的设置能够使干化的污泥依次贯穿加热磨盘，在加热的同时，能够对污泥进行切割搅拌，提高干化质量与效率。
进一步地，所述运输带上还均匀设置有滚压装置；
所述滚压装置包括垂直设置在所述运输带两侧的支架板，水平设置在所述支架板下端且与运输带下表面接触的滚压支撑台，滑动设置在所述支架板上端的滑块，水平设置在所述滑块上且位于运输带上方的滚压转轴，以及设置在所述滚压转轴上能够与运输带上表面接触的滚筒。
通过滚压装置能够将部分水从污泥中压出，实现水与污泥的快速脱离，减小热干化处理的能源损耗。
进一步地，所述滚筒、滚压转轴之间是通过均匀设置的弹性连接件连接。通过弹性连接件的设置能够使的滚筒对污泥进行充分的挤压，有效加快水分与污泥的分离，强化干化效率。
进一步地，所述扁平环状加热组件包括均匀设置的环状金属加热件；所述环状金属加热件上设有与导热管连接的进气孔。
环状金属加热件能够提供集中的热源，紧贴环绕在运输带外围，能够有效降低热源的损耗，有效集中热源加热污泥。
上述装置进行鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的方法，包括以下步骤：
S1：第一次污泥干化
将污泥通入第一污泥进料仓，热泵组件通过离心加热组件对污泥进行加热处理，同时将鼓风余热收集管输送的热气流通过热气流喷嘴从外壳的下部注入，对污泥进行加热处理；热气流贯穿旋转干燥组件与污泥从热源收集管导出；温度环境条件为130～160℃；
在进行加热处理时，离心加热组件先转动通过离心作用分离部分水量，然后旋转干燥组件转动对污泥进行切割加热；
S2：第二次污泥干化
将步骤S1处理得到的污泥通入运输带，热泵机组通过扁平环状加热组件二次加热污泥，同时从热源收集管导出的气流通过扁平状出风口贯穿扁平环状加热组件，且气流运动方向与运输带污泥行进方向相反，进行热对流干化；温度环境条件为90～120℃；最终将污泥排出。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，本发明通过鼓风余热收集管能够将鼓风曝气产生的余热直接通入第一干化装置，补偿热泵组件对污泥进行干化处理；通过热气流自下向上运动贯穿需要干化的污泥，能够进行高效的热交换；通过上端的热源收集管将残余热气流再次通入第二干化装置，在扁平环状加热组件的集中加热下使气流与运输带上的污泥形成对流，进行二次干化加热；本发明通过在第一干化装置内设置离心加热组件、旋转干燥组件以及在第二干化装置内设置滚压装置能够通过机械方式有效提高干化效率，降低热泵的能源损耗。
附图说明
图1是本发明实施例1整体的的结构示意图；
图2是本发明实施例1第一干化装置的结构示意图；
图3是本发明实施例1第二干化装置的结构示意图；
图4是本发明实施例1外壳的结构示意图；
图5是本发明实施例1扁平环状加热组件的结构示意图；
图6是本发明实施例1旋转干燥组件的结构示意图；
图7是本发明实施例2滚压装置的结构示意图；
其中，1-第一干化装置、10-支架、11-外壳、110-外壳体本体、111-第一污泥进料仓、112-第一排泥口、113-排水槽、12-旋转干燥组件、120-第一转轴、121-第二转轴、122-第三转轴、加123-热磨盘、124-动力组件、125-泥孔、13-离心加热组件、130-隔水环、131-环状支撑台、132-离心格栅、133-铜制热导环、134-热气流喷嘴、14-锥台形空腔、15-热源收集管、2-第二干化装置、20-保护罩、21-运输带、22-扁平环状加热组件、220-环状金属加热件、221-进气孔、23-导热管、24-扁平状出风口、20-第二污泥进料仓、201-第二排泥口、3-热泵组件、4-鼓风余热收集管、5-滚压装置、50-支架板、51-滚压支撑台、52-滑块、53-滚压转轴、54-滚筒、55-弹性连接件。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示的一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，包括用于干化污泥的第一干化装置1，设置在第一干化装置1下方用于二次干化污泥的第二干化装置2，与第一干化装置1、第二干化装置2连接用于提供热量的热泵组件3，以及与第一干化装置1连接用于补偿热量的鼓风余热收集管4；
第一干化装置1包括设置在地面上的支架10，设置在支架10上且为圆柱状的外壳11，活动设置在外壳11内部的旋转干燥组件12，活动套设在旋转干燥组件12外部且位于壳体11内部的离心加热组件13；
如图2所示，外壳11下端部为锥台形空腔14；
离心加热组件13包括设置在锥台形空腔14内且高度与锥台形空腔14上端面齐平的隔水环130，固定在隔水环130上的环状支撑台131，活动设置在支撑台131上且套设在旋转干燥组件12外围的离心格栅132，以及设在支撑台131上与热泵组件3、鼓风余热收集管4连接的铜制热导环133；热导环133上均匀设有向旋转干燥组件12提供热源的热气流喷嘴134；
外壳11上端部设有与热气流喷嘴能够连通的热源收集管15；
如图3所示，第二干化装置2包括设置在地面上的保护罩20，水平设置在保护罩20内的运输带21，套设在运输带21与污泥接触部外围的扁平环状加热组件22，设置在扁平状加热组件22上与热泵组件3连接的导热管23，以及设置在保护罩20上且与热源收集管15连通的扁平状出风口24；
扁平状出风口24水平出风方向与运输带21方向相反，且扁平状出风口24的高度与扁平环状加热组件22的高度一致。
如图4所示，外壳11包括设置在支架10上的外壳体本体110，设置在外壳体本体110上端的第一污泥进料仓111，以及设置在外壳体本体110底部的第一排泥口112，以及设置锥台形空腔14上的排水槽113。
如图5所示，保护罩20上端面一侧设有与第一排泥口112连通的第二污泥进料仓200；保护罩20下端面的另一侧设有第二排泥口201；运输带21两端分别与第二污泥进料仓200、第二排泥口201连通。
如图6所示，旋转干燥组件12包括垂直设置在外壳11中心的第一转轴120，活动套设在第一转轴120外部的第二转轴121，活动套设在第二转轴121外部的第三转轴122，以及三个分别设置在第一转轴120、第二转轴121、第三转轴122上的加热磨盘123，以及设置在外壳11外部向第一转轴120、第二转轴121、第三转轴122提供动力的动力组件124。
加热磨盘123上均匀设有过泥孔125；离心格栅132上设置有分离污泥与水的过水小孔。
扁平环状加热组件22包括均匀设置的环状金属加热件220；环状金属加热件220上设有与导热管23连接的进气孔221。
其中，鼓风余热收集管4、热泵组件3、动力组件124、运输带21均采用现有技术的市售产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。
采用上述装置进行鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的方法，包括以下步骤：
S1：第一次污泥干化
将含水率为80％的污泥通入第一污泥进料仓111，热泵组件3通过离心加热组件13对污泥进行加热处理，同时将鼓风余热收集管4输送的热气流通过热气流喷嘴134从外壳11的下部注入，对污泥进行加热处理；热气流贯穿旋转干燥组件12与污泥从热源收集管15导出；
在进行加热处理时，离心加热组件13先转动通过离心作用分离部分水量，然后旋转干燥组件12转动对污泥进行切割加热；温度环境条件为130℃；
S2：第二次污泥干化
将步骤S1处理得到的污泥通入运输带21，热泵机组4通过扁平环状加热组件22二次加热污泥，同时从热源收集管15导出的气流通过扁平状出风口24贯穿扁平环状加热组件22，且气流运动方向与运输带污泥行进方向相反，进行热对流干化；温度环境条件为90℃；
最终将污泥排出。
实施例2：
如图1所示的一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，包括用于干化污泥的第一干化装置1，设置在第一干化装置1下方用于二次干化污泥的第二干化装置2，与第一干化装置1、第二干化装置2连接用于提供热量的热泵组件3，以及与第一干化装置1连接用于补偿热量的鼓风余热收集管4；
第一干化装置1包括设置在地面上的支架10，设置在支架10上且为圆柱状的外壳11，活动设置在外壳11内部的旋转干燥组件12，活动套设在旋转干燥组件12外部且位于壳体11内部的离心加热组件13；
外壳11下端部为锥台形空腔14；
离心加热组件13包括设置在锥台形空腔14内且高度与锥台形空腔14上端面齐平的隔水环130，固定在隔水环130上的环状支撑台131，活动设置在支撑台131上且套设在旋转干燥组件12外围的离心格栅132，以及设在支撑台131上与热泵组件3、鼓风余热收集管4连接的铜制热导环133；热导环133上均匀设有向旋转干燥组件12提供热源的热气流喷嘴134；
外壳11上端部设有与热气流喷嘴能够连通的热源收集管15；
第二干化装置2包括设置在地面上的保护罩20，水平设置在保护罩20内的运输带21，套设在运输带21与污泥接触部外围的扁平环状加热组件22，设置在扁平状加热组件22上与热泵组件3连接的导热管23，以及设置在保护罩20上且与热源收集管15连通的扁平状出风口24；
扁平状出风口24水平出风方向与运输带21方向相反，且扁平状出风口24的高度与扁平环状加热组件22的高度一致。
外壳11包括设置在支架10上的外壳体本体110，设置在外壳体本体110上端的第一污泥进料仓111，以及设置在外壳体本体110底部的第一排泥口112，以及设置锥台形空腔14上的排水槽113。
保护罩20上端面一侧设有与第一排泥口112连通的第二污泥进料仓200；保护罩20下端面的另一侧设有第二排泥口201；运输带21两端分别与第二污泥进料仓200、第二排泥口201连通。
旋转干燥组件12包括垂直设置在外壳11中心的第一转轴120，活动套设在第一转轴120外部的第二转轴121，活动套设在第二转轴121外部的第三转轴122，以及三个分别设置在第一转轴120、第二转轴121、第三转轴122上的加热磨盘123，以及设置在外壳11外部向第一转轴120、第二转轴121、第三转轴122提供动力的动力组件124。
加热磨盘123上均匀设有过泥孔125；离心格栅132上设置有分离污泥与水的过水小孔。
扁平环状加热组件22包括均匀设置的环状金属加热件220；环状金属加热件220上设有与导热管23连接的进气孔221。
如图7所示，运输带21上还均匀设置有滚压装置5；
滚压装置5包括垂直设置在运输带21两侧的支架板50，水平设置在支架板50下端且与运输带21下表面接触的滚压支撑台51，滑动设置在支架板50上端的滑块52，水平设置在滑块52上且位于运输带21上方的滚压转轴53，以及设置在滚压转轴53上能够与运输带21上表面接触的滚筒54。
滚筒54、滚压转轴53之间是通过均匀设置的弹性连接件55连接。
弹性连接件55采用弹簧元件。
其中，滚筒54、滚压转轴53、鼓风余热收集管4、热泵组件3、动力组件124、运输带21均采用现有技术的市售产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。
采用上述装置进行鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的方法，包括以下步骤：
S1：第一次污泥干化
将含水率为80％的污泥通入第一污泥进料仓111，热泵组件3通过离心加热组件13对污泥进行加热处理，同时将鼓风余热收集管4输送的热气流通过热气流喷嘴134从外壳11的下部注入，对污泥进行加热处理；热气流贯穿旋转干燥组件12与污泥从热源收集管15导出；
在进行加热处理时，离心加热组件13先转动通过离心作用分离部分水量，然后旋转干燥组件12转动对污泥进行切割加热；温度环境条件为160℃；
S2：第二次污泥干化
将步骤S1处理得到的污泥通入运输带21，热泵机组4通过扁平环状加热组件22二次加热污泥，同时从热源收集管15导出的气流通过扁平状出风口24贯穿扁平环状加热组件22，且气流运动方向与运输带污泥行进方向相反，进行热对流干化；温度环境条件为120℃；最终将污泥排出。
试验例：采用实施例1、实施例2的装置与方法对含水率为80％的污泥进行干化处理，记录能耗数据，并与传统技术处理含水率80％能耗进行对比，得到实验数据，如下表1所示：
表1：实施例1～2与传统技术的能耗数据
对比上述实验数据能够看出实施例1～2不仅在能耗上优于传统技术，对于处理后污泥的含水率也小于传统技术；因此本发明能够在有效降低能耗的同时，确保污泥的干化质量；其中，实施例2为本发明公开的最佳实施方案。
Claims (10)
1.一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，其特征在于，包括用于干化污泥的第一干化装置(1)，设置在所述第一干化装置(1)下方用于二次干化污泥的第二干化装置(2)，与所述第一干化装置(1)、第二干化装置(2)连接用于提供热量的热泵组件(3)，以及与第一干化装置(1)连接用于补偿热量的鼓风余热收集管(4)；
所述第一干化装置(1)包括设置在地面上的支架(10)，设置在所述支架(10)上且为圆柱状的外壳(11)，活动设置在所述外壳(11)内部的旋转干燥组件(12)，活动套设在所述旋转干燥组件(12)外部且位于壳体(11)内部的离心加热组件(13)；
所述外壳(11)下端部为锥台形空腔(14)；
所述离心加热组件(13)包括设置在锥台形空腔(14)内且高度与锥台形空腔(14)上端面齐平的隔水环(130)，固定在所述隔水环(130)上的环状支撑台(131)，活动设置在所述支撑台(131)上且套设在旋转干燥组件(12)外围的离心格栅(132)，以及设在所述支撑台(131)上与所述热泵组件(3)、鼓风余热收集管(4)连接的铜制热导环(133)；所述热导环(133)上均匀设有向旋转干燥组件(12)提供热源的热气流喷嘴(134)；
所述外壳(11)上端部设有与热气流喷嘴能够连通的热源收集管(15)；
所述第二干化装置(2)包括设置在地面上的保护罩(20)，水平设置在所述保护罩(20)内的运输带(21)，套设在所述运输带(21)与污泥接触部外围的扁平环状加热组件(22)，设置在所述扁平状加热组件(22)上与热泵组件(3)连接的导热管(23)，以及设置在所述保护罩(20)上且与热源收集管(15)连通的扁平状出风口(24)；
所述扁平状出风口(24)水平出风方向与运输带(21)方向相反，且扁平状出风口(24)的高度与扁平环状加热组件(22)的高度一致。
2.根据权利要求1所述的一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，其特征在于，所述外壳(11)包括设置在所述支架(10)上的外壳体本体(110)，设置在所述外壳体本体(110)上端的第一污泥进料仓(111)，以及设置在所述外壳体本体(110)底部的第一排泥口(112)，以及设置锥台形空腔(14)上的排水槽(113)。
3.根据权利要求1所述的一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，其特征在于，所述保护罩(20)上端面一侧设有与第一排泥口(112)连通的第二污泥进料仓(200)；保护罩(20)下端面的另一侧设有第二排泥口(201)；所述运输带(21)两端分别与第二污泥进料仓(200)、第二排泥口(201)连通。
4.根据权利要求1所述的一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，其特征在于，所述旋转干燥组件(12)包括垂直设置在所述外壳(11)中心的第一转轴(120)，活动套设在所述第一转轴(120)外部的第二转轴(121)，活动套设在所述第二转轴(121)外部的第三转轴(122)，以及三个分别设置在所述第一转轴(120)、第二转轴(121)、第三转轴(122)上的加热磨盘(123)，以及设置在所述外壳(11)外部向所述第一转轴(120)、第二转轴(121)、第三转轴(122)提供动力的动力组件(124)。
5.根据权利要求4所述的一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，其特征在于，所述加热磨盘(123)上均匀设有过泥孔(125)；所述离心格栅(132)上设置有分离污泥与水的过水小孔。
6.根据权利要求1所述的一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，其特征在于，所述运输带(21)上还均匀设置有滚压装置(5)；
所述滚压装置(5)包括垂直设置在所述运输带(21)两侧的支架板(50)，水平设置在所述支架板(50)下端且与运输带(21)下表面接触的滚压支撑台(51)，滑动设置在所述支架板(50)上端的滑块(52)，水平设置在所述滑块(52)上且位于运输带(21)上方的滚压转轴(53)，以及设置在所述滚压转轴(53)上能够与运输带(21)上表面接触的滚筒(54)。
7.根据权利要求6所述的一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，其特征在于，所述滚筒(54)、滚压转轴(53)之间是通过均匀设置的弹性连接件(55)连接。
8.根据权利要求1所述的一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，其特征在于，所述扁平环状加热组件(22)包括均匀设置的环状金属加热件(220)；所述环状金属加热件(220)上设有与导热管(23)连接的进气孔(221)。
9.根据权利要求1所述的一种利用鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的装置，其特征在于，所述外壳(11)下端部为锥台形空腔(14)。
10.根据权利要求1～9任意一项所述装置进行鼓风曝气余热降低热泵干化污泥能耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：第一次污泥干化
将污泥通入第一污泥进料仓(111)，热泵组件(3)通过离心加热组件(13)对污泥进行加热处理，同时将鼓风余热收集管(4)输送的热气流通过热气流喷嘴(134)从外壳(11)的下部注入，对污泥进行加热处理；热气流贯穿旋转干燥组件(12)与污泥从热源收集管(15)导出；
在进行加热处理时，离心加热组件(13)先转动通过离心作用分离部分水量，然后旋转干燥组件(12)转动对污泥进行切割加热；
S2：第二次污泥干化
将步骤S1处理得到的污泥通入运输带(21)，热泵机组(4)通过扁平环状加热组件(22)二次加热污泥，同时从热源收集管(15)导出的气流通过扁平状出风口(24)贯穿扁平环状加热组件(22)，且气流运动方向与运输带污泥行进方向相反，进行热对流干化；最终将污泥排出。
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