CN113979614A - 一种防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，由热风循环烘干系统和双极热泵除湿系统组成，本申请通过改变污泥形状和强化热风烘干系统内部空气流动，有效改善了污泥由内至外的热湿交换率，造粒品质显著提高，而且有利于降低除湿热泵的运行温度，保证压缩机吸排气温度运行在最佳区间，系统运行效率显著提高，压缩机电机烧毁和机械故障的可能性降低，同时，通过降低与热空气接触的换热器的管内运行压力和改变换热器材质，有效降低了换热器泄漏概率，大大延长了设备部件使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及空气能热泵技术领域，具体的为一种防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺。
背景技术
低温污泥干化技术是一种除湿热泵技术。除湿热泵是利用制冷系统使湿热空气降温脱湿同时通过热泵原理回收空气水份凝结潜热加热空一种装置。除湿热泵=除湿(去湿干燥)+热泵(能量回收)结合。污泥除湿干化机是利用除湿热泵对污泥采用热风循环冷凝除湿烘干；除湿干化是回收排风中水蒸汽潜热和空气显热，除湿干化过程没有任何废热排放；该设备由热风循环烘干系统和带热回收热泵除湿系统两部分组成。
核心过程有二，其一：污泥水份吸热(干燥热空气的热量)汽化=湿空气+干料(汽化)；其二：湿空气经过冷凝升温除湿=冷凝水+干燥热空气。
目前市面上的低温污泥干化机组存在的主要缺点是：1、运行稳定性较差、设备故障率较高，主要原因是压缩机损毁和换热器泄漏。2、能效还有待提高，主要是除湿热泵的干燥热空气与污泥之间的热湿交换效率不高。
压缩机损毁原因分析：为了使污泥含水量小于20%，除湿热泵送风温度要在70℃-80℃左右，R22压缩机和R134a压缩机都会长期在极限工况下工作，回气和排气温度都较高。一方面导致压缩机电机线圈得不到冷却，绝缘性能变差导致电机烧毁，另一方面也会引起润滑油高温碳化，润滑效果变差，压缩机因机械部分故障而损坏。
换热器泄漏原因分析：一方面除湿热泵系统运行介质为R22和R134a，冷凝器运行管内压力较高（压力在2.8MPa左右）,另一方面空气中含有腐蚀性物质（例如：硫化氢）对换热器的腐蚀，两方面原因叠加会导致冷凝器泄漏。设备部件使用寿命较短，设备运行故障率高。
除湿热泵干燥热空气与污泥之间热湿交换的效率不高原因分析：
原因1：
干燥热空气与污泥之间的湿交换都是依靠水蒸气分压力差作为动力传递的，只有当污泥的水蒸气分压力大于干热空气的水蒸气分压力时，污泥中的水才会传递给干热空气，二者水蒸气分压力差越大传递的速度越快，单位面积湿交换效率就越高。
污泥水蒸气分压力的大小随着温度的升高而增加，而污泥温度的提高又是靠干燥热空气传递的热量对污泥升温，热空气对污泥的加热效率决定了低温污泥干化机的除湿效率。
而现有的造粒机出来的污泥粒都为实芯粒，随着污泥表面的干化，一方面实芯粒内部加热的热阻增加，导致内部温升较慢，另一方面实芯粒内部的水分要传递给干燥热空气的阻力会越来越大，要求内部污泥水蒸气分压力与干热空气的分压力压差越大。这两方面都要求只有通过提高干热空气的温度才能实现污泥干化目标。
原因2：
低温污泥干化机的除湿效率同污泥与干热空气的接触面积的大小和干热空气的风速有关，接触面越大、风速越高热湿传热效率就高。显然现有产品在这两方面都有欠缺。
基于此，若要要求干化污泥含水率越低，除湿热泵运行的温度就要求越高，随着除湿热泵运行温度越高，系统运行能效就会降低，同时伴随设备故障率会提高。对此，本申请提出一种防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，通过改变污泥形状和强化热风烘干系统内部空气流动，有效改善了污泥由内至外的热湿交换率，造粒品质显著提高，而且有利于降低除湿热泵的运行温度，保证压缩机吸排气温度运行在最佳区间，系统运行效率显著提高，压缩机电机烧毁和机械故障的可能性降低，同时，通过降低与热空气接触的换热器的管内运行压力和改变换热器材质，有效降低了换热器泄漏概率，大大延长了设备部件使用寿命。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，由热风循环烘干系统和双极热泵除湿系统组成。
作为本发明进一步优选，热风循环烘干系统包括污泥输送进料机、造粒机、污泥颗粒传输带、搅拌风机、活性炭空气过滤器、干污泥颗粒出料机；
湿污泥通过污泥输送进料机导入造粒机内造粒，造粒完成后的湿污泥颗粒进入污泥颗粒传输带，过程中，湿污泥颗粒与由双极热泵除湿系统导入的热干空气进行热湿交换完成干燥，且搅拌风机对热气流进行搅动，活性炭空气过滤器对热湿空气中吸附的污泥有害物质进行滤除。
作为本发明进一步优选，造粒机造粒为空心颗粒，颗粒形状选自但不限于空心圆柱体、空心棱柱体、空心圆台、空心棱台中的任意一种。
作为本发明进一步优选，双极热泵除湿系统包括高温侧热泵除湿系统、低温侧热泵除湿系统；
高温侧热泵除湿系统由高温侧压缩机、高温侧板式水冷冷凝器、高温侧蒸发器、高温侧膨胀阀、高温侧加热换热器、高温侧热水循环水泵组成；
低温侧热泵除湿系统由低温侧压缩机、低温侧板式水冷冷凝器、低温侧蒸发器、低温侧膨胀阀、低温侧加热换热器、低温侧热水循环水泵组成。
作为本发明进一步优选，高温侧蒸发器管内循环介质为R134a，低温侧蒸发器管内循环介质为R22；高温侧加热换热器、低温侧加热换热器管内循环介质均为水。
作为本发明进一步优选，高温侧加热换热器、低温侧加热换热器管均采用不锈钢管套防腐铝翅片换热器。
作为本发明进一步优选，双极热泵除湿系统还包括热回收系统，热回收系统由热回收器和热回收循环水泵组成，用于热湿空气的预冷和低温饱和空气的预热；
由热风循环烘干系统流回的热湿空气通过热回收器预降温，再通过高温侧蒸发器和低温侧蒸发器双极降温除湿变成低温的饱和空气,低温饱和空气经过热回收器预热，再通过低温侧加热器和高温侧加热器加热，低温饱和空气变成干热空气流出进入热风循环烘干系统，以此循环。
传统低温污泥干化造粒为，热风循环烘干系统由污泥输送进料机+造粒机（实芯颗粒）+污泥颗粒传输带+干污泥颗粒出料机等组成。来自除湿热泵的高温的干燥空气进入热风循环烘干系统与污泥进行热湿交换，变成潮湿空气流出，进入除湿热泵再次升温除湿，如此循环不断地吸收污泥中的水分，污泥得到干化。传统低温污泥干化系统干燥空气温度在70℃-80℃左右，湿空气的温度在45℃-60℃左右，热泵除湿过程中，热泵循环介质（R22和R134a)换热器（蒸发器和冷凝器）直接与循环空气接触，冷凝器运行压力较高（2.8MPa左右），极易引发设备故障、泄露等，应用性差。
基于传统技术，本申请具有如下优点：
1、提高污泥粒与干热空气的热湿交换效率，干热空气与污泥粒间的传热温差减小，热泵除湿系统运行温度降低，解决了压缩机易损毁问题，同时也提高了设备的能效，降低了运行成本。
1）、自主研发的全新的造粒机构，污泥粒形状为空心的圆柱状，该形状污泥粒一方面增加了污泥与干热空气的接触面积，另一方面空心粒内侧与干热空气也可进行充分热湿交换，污泥内部水分更容易传递到空气中，从两方面改善了污泥粒与干热空气的热湿交换效率。热湿传递温差得到减小，要达到相同技术指标（干化后污泥含水率），热泵除湿系统运行温度要低于现有的实芯污泥粒。
2）、在热风循环烘干系统内部增加了搅拌风机，强化了污泥粒与干热空气之间的热湿传递。热湿传递的温差减小，热泵除湿系统运行温度得到降低。
2、与空气接触的换热器管内均低压运行，换热器均采用不锈钢管套防腐铝翅片换热器。同时空气通过活性炭过滤器的不断循环过滤，有害物质（腐蚀性）浓度降低。通过以上方案解决了换热器泄漏问题。
通过上面技术的应用，热泵除湿系统的运行温度比市面上相同产品大约会低5℃-10℃，确保了设备的稳定、安全运行，减少了设备维护维修费用，同时设备运行的能效也可提高20%，有效提高设备的出勤率、降低了设备运行费用和维护维修费用，设备整体运行的投资回报率得到大幅提高。
随做设备正常使用率的提高，维护维修的降低以及设备运行能耗的降低，设备单位产出的经济效益得到大幅提高，同时低温污泥干化机组应用范围得到大幅拓展。
本发明的有益效果在于：本申请通过改变污泥形状和强化热风烘干系统内部空气流动，有效改善了污泥由内至外的热湿交换率，造粒品质显著提高，而且有利于降低除湿热泵的运行温度，保证压缩机吸排气温度运行在最佳区间，系统运行效率显著提高，压缩机电机烧毁和机械故障的可能性降低，同时，通过降低与热空气接触的换热器的管内运行压力和改变换热器材质，有效降低了换热器泄漏概率，大大延长了设备部件使用寿命。
附图说明
图1为热风循环烘干-热泵除湿系统；
图2为传统热风循环烘干系统；
图3为传统热泵除湿系统；
图4为本申请热风循环烘干系统；
图5为本申请热泵除湿系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例1：
一种防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，由热风循环烘干系统和双极热泵除湿系统组成。
其中，热风循环烘干系统包括污泥输送进料机、造粒机、污泥颗粒传输带、搅拌风机、活性炭空气过滤器、干污泥颗粒出料机；
双极热泵除湿系统包括高温侧热泵除湿系统、低温侧热泵除湿系统；
高温侧热泵除湿系统由高温侧压缩机、高温侧板式水冷冷凝器、高温侧蒸发器、高温侧膨胀阀、高温侧加热换热器、高温侧热水循环水泵组成；
低温侧热泵除湿系统由低温侧压缩机、低温侧板式水冷冷凝器、低温侧蒸发器、低温侧膨胀阀、低温侧加热换热器、低温侧热水循环水泵组成。
实施例2：
双极热泵除湿系统还包括热回收系统，热回收系统由热回收器和热回收循环水泵组成，用于热湿空气的预冷和低温饱和空气的预热。
实施例3：
基于实施例1、2，进一步的，对工艺中各项设备参数进行优化设计，如下：
造粒机造粒为空心颗粒，颗粒形状选自但不限于空心圆柱体、空心棱柱体、空心圆台、空心棱台中的任意一种，优选为空心圆柱体。具体的，空心颗粒的比表面积可根据设备功率和产品需求设计，在此不作限定。
高温侧蒸发器管内循环介质为R134a，低温侧蒸发器管内循环介质为R22；高温侧加热换热器、低温侧加热换热器管内循环介质均为水。
高温侧加热换热器、低温侧加热换热器管均采用不锈钢管套防腐铝翅片换热器。
基于上述实施例的工艺设备、参数设计，在此给出相应系统工作过程和原理：
1）热风循环烘干系统：
湿污泥通过污泥输送进料机导入造粒机内造粒，造粒完成后的湿污泥颗粒进入污泥颗粒传输带，过程中，湿污泥颗粒与由双极热泵除湿系统导入的热干空气进行热湿交换完成干燥，且搅拌风机对热气流进行搅动，活性炭空气过滤器对热湿空气中吸附的污泥有害物质进行滤除。
具体的，
圆柱空心状湿污泥粒从造粒机出来进入污泥颗粒输送带，由热泵除湿系统进入的干热空气与污泥粒进行热湿交换，污泥粒的水分在水蒸气分压力差的作用下由污泥粒传递给干热空气，干热空气由于温度降低，含水量增加变成热湿空气流出烘干系统进入热泵除湿系统进行升温除湿，污泥粒通过输送带传送不断与干热空气进行热湿交换，最终变成干污泥粒。为了强化热湿传递和减少污泥带来的有害物质，热风循环烘干系统增加了空气搅拌风机和活性炭空气过滤器。
2）带热回收双极热泵除湿系统：
由热风循环烘干系统流回的热湿空气通过热回收器预降温，再通过高温侧蒸发器和低温侧蒸发器双极降温除湿变成低温的饱和空气,低温饱和空气经过热回收器预热，再通过低温侧加热器和高温侧加热器加热，低温饱和空气变成干热空气流出进入热风循环烘干系统，以此循环。
具体的，
空气侧的循环系统工作过程和原理：由热风循环烘干系统流回的热湿空气通过热回收器（管内循环介质为水）预降温，再通过高温侧蒸发器（管内循环介质为R134a)和低温侧蒸发器(管内循环介质为R22)双极降温除湿变成低温的的饱和空气，低温饱和空气经过热回收器(管内循环介质为水）预热，再通过低温侧加热器（管内循环介质为水）和高温侧加热器加热（管内循环介质为水)，低温饱和空气变成干热空气流出进入热风循环烘干系统。
管内侧冷热媒的循环系统工作过程和原理：热回收系统的热回收换热器管内介质为水，两个换热器通过管路与水泵连接，通过水的循环实现热湿空气的预冷和低温饱和空气的预热。
具体的，
R134a(R22)高压液体流经高温侧膨胀阀节流变成低温低压液体流入高温侧(低温侧）蒸发器，在蒸发器内蒸发吸收空气侧的热量变成低温低压的气体流回压缩机。空气侧的空气放出热量温度降低，含湿量降低。R134a(R22)低温低压气体经圧缩机压缩增压变成高温高压气体进入高温侧（低温侧）板式水冷冷凝器释放热量由高压气体冷凝成高压液体，同时高温侧（低温侧）板式水冷冷凝器中的水吸收热量温度升高，变成高温水，板式换热器流出的高温水通过高温侧（低温侧）水泵循环至高温侧（低温侧）加热器与空气进行热交换，降温后的水流回板式换热器继续升温。空气得到热量温度升高变成干热空气流入热风循环烘干系统。
本申请通过改变污泥形状和强化热风烘干系统内部空气流动，有效改善了污泥由内至外的热湿交换率，造粒品质显著提高，而且有利于降低除湿热泵的运行温度，保证压缩机吸排气温度运行在最佳区间，系统运行效率显著提高，压缩机电机烧毁和机械故障的可能性降低，同时，通过降低与热空气接触的换热器的管内运行压力和改变换热器材质，有效降低了换热器泄漏概率，大大延长了设备部件使用寿命。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，其特征在于：由热风循环烘干系统和双极热泵除湿系统组成。
2.根据权利要求1所述的防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，其特征在于：所述热风循环烘干系统包括污泥输送进料机、造粒机、污泥颗粒传输带、搅拌风机、活性炭空气过滤器、干污泥颗粒出料机；
湿污泥通过污泥输送进料机导入造粒机内造粒，造粒完成后的湿污泥颗粒进入污泥颗粒传输带，过程中，湿污泥颗粒与由双极热泵除湿系统导入的热干空气进行热湿交换完成干燥，且搅拌风机对热气流进行搅动，活性炭空气过滤器对热湿空气中吸附的污泥有害物质进行滤除。
3.根据权利要求2所述的防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，其特征在于：所述造粒机造粒为空心颗粒，颗粒形状选自但不限于空心圆柱体、空心棱柱体、空心圆台、空心棱台中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，其特征在于：所述双极热泵除湿系统包括高温侧热泵除湿系统、低温侧热泵除湿系统；
高温侧热泵除湿系统由高温侧压缩机、高温侧板式水冷冷凝器、高温侧蒸发器、高温侧膨胀阀、高温侧加热换热器、高温侧热水循环水泵组成；
低温侧热泵除湿系统由低温侧压缩机、低温侧板式水冷冷凝器、低温侧蒸发器、低温侧膨胀阀、低温侧加热换热器、低温侧热水循环水泵组成。
5.根据权利要求4所述的防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，其特征在于：所述高温侧蒸发器管内循环介质为R134a，低温侧蒸发器管内循环介质为R22；高温侧加热换热器、低温侧加热换热器管内循环介质均为水。
6.根据权利要求4所述的防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，其特征在于：所述高温侧加热换热器、低温侧加热换热器管均采用不锈钢管套防腐铝翅片换热器。
7.根据权利要求4-6任一项所述的防爆低能耗型低温污泥干化造粒工艺，其特征在于：所述双极热泵除湿系统还包括热回收系统，热回收系统由热回收器和热回收循环水泵组成，用于热湿空气的预冷和低温饱和空气的预热；
由热风循环烘干系统流回的热湿空气通过热回收器预降温，再通过高温侧蒸发器和低温侧蒸发器双极降温除湿变成低温的饱和空气,低温饱和空气经过热回收器预热，再通过低温侧加热器和高温侧加热器加热，低温饱和空气变成干热空气流出进入热风循环烘干系统。
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