CN115540578A - 热泵式间接干化装置 - Google Patents
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Abstract
一种热泵式间接干化装置,包括:间接式干化机;废汽冷凝器,与废汽出口流体连通,使废汽降温而形成冷凝废水,使冷却水被加热至第一温度;热泵,具有:蒸发器,流体连通至废汽冷凝器,使蒸发器中流动的工质液体气化为处于相同温度下的工质气体;压缩机,流体连通至蒸发器,接收工质气体并将其压缩成温度更高的工质气体;冷凝器,流体连通至压缩机,接收工质气体并使其与冷凝器中的冷却水发生热交换,使得冷却水被加热至第二温度,同时工质气体冷凝为处于相同温度下的工质液体;闪蒸罐,流体连通至热泵的冷凝器,接收冷凝器中加热的冷却水并使其变成闪蒸蒸汽,闪蒸蒸汽被进一步输送至间接式干化机的蒸汽进口。
Description
技术领域
本申请涉及一种热泵式间接干化装置,尤其涉及热泵式间接污泥干化装置。
背景技术
在工业生产过程中,热能干化是一种应用非常广泛的工艺过程,通过输入热能加热物料将其所含水分转变成水蒸汽、与物料分离,使物料的水分降低、干度提高。在环境行业,用热能干化处理污水处理厂产生的污泥,是一种主流的污泥减量化手段。
由于水从液态转变成气态需要吸收大量热量用于相变(在100℃时,1 吨水变成水蒸汽需要吸收热量627kWh),因此,热干化工艺是一个高能耗的过程。热工化工艺有两种型式,一种是间接干化,热媒(常用蒸汽)与物料不接触,通过导热体加热物料,使物料水分降低;另一种是直接干化,热媒(常用热空气)与物料直接接触,使物料水分降低。间接干化以热传导方式传递热量,传热系数高,热能利用率较高,以典型的间接型污泥干化设备(薄层、桨叶、转盘等)为例,去除1吨水分需要消耗热能 800~850kWh。直接干化以对流方式传递热量,传热系数低,热能利用率较低,以典型的直接型污泥干化设备(带式、转鼓等)为例,去除1吨水分需要消耗热能1000~1100kWh。
当干化工艺的应用现场仅能提供电能时,需要将电能转换热能,有两种方式供选择:一种是电热锅炉产生蒸汽、热油或热水,供干化设备使用, 这种方式的电热能量转换率约1:1,即1kWh的电能大致能够产出1kWh 的热能,热能成本非常高;另一种是电热泵,利用废余热能,通过机械做功把较低品位热能转换成较高品位热能,供干化设备使用,这种方式的电热能量转换率可以达到1:3~5,即1kWh的电能能够产出3~5kWh的热能,热能成本较低。因此,从经济性角度来看,电热泵方式具有压倒性的优势。
目前,市场上尚未出现热泵作为热源的间接干化工艺,已经出现热泵作为热源的直接干化工艺。一种有代表性的热泵直接干化工艺是低温带式污泥干化工艺,以50~60℃的循环空气对污泥干化,热泵利用干化后排出的湿空气的冷凝过程获得低位热能,通过机械做功转换为高位热能,加热除湿之后的空气再次用于干化,完成热能的循环利用。
以热泵为热源的低温带式污泥干化工艺,操作温度低,对物料的适应性弱,具有如下主要问题:处理效果不稳定,污泥的消毒不彻底,产品品质难保证;低温腐蚀严重,处理能力会随着腐蚀逐渐下降;干化速率低,设备体量大,难以实现负压运行因而难以控制臭气,操作环境恶劣,难以保障操作人员的健康。
污泥间接干化工艺的操作温度高,对物料的适应性较强,处理效果有保证,污泥的消毒彻底,产品品质有保证;干化速率高,设备紧凑,封闭性好,易于实现负压运行因而易于控制臭气,能够保证清洁的操作环境,保障操作人员的健康。但现有的间接干化工艺大都以蒸汽为热源对物料进行干化,当现场仅能提供电能时,目前缺乏经济的电热转换方式,限制了其应用。
发明内容
蒸汽用于污泥间接干化工艺时,有两种废热形式:
1)间接干化仅能利用到蒸汽的凝结潜热,从干化机排出的蒸汽凝液,仍然是高温的饱和水、具有可观的显热,这部分热量不能被间接干化设备再利用,最后会释放到环境中。此部分热量约占干化热能消耗总量的 5~10%。
2)物料经过间接干化后排出的废汽,由水分蒸发形成的水蒸汽和少量不可冷凝的载气组成,温度通常在90~105℃之间,具有大量的蒸汽冷凝潜热,此部分热量约占干化热能消耗总量的80%,一般需要通过冷却水转移到环境中,不能被间接干化设备再利用。
因此,本申请提供了一种热泵式间接干化装置,其能够回收利用上述两种废汽中的至少一种,从而降低干化的热能消耗。
根据本申请,提供了一种热泵式间接干化装置,包括:
间接式干化机,用于干化物料,具有物料进口、物料出口、蒸汽进口和废汽出口;
废汽冷凝器,与废汽出口流体连通,接收废汽并使废汽与冷却水发生热交换,使废汽降温而形成冷凝废水,使冷却水被加热至第一温度;
热泵,具有:蒸发器,流体连通至废汽冷凝器,接收加热的冷却水并使蒸发器中流动的第二温度的工质液体气化为处于相同温度下的工质气体,第一温度大于第二温度;压缩机,流体连通至蒸发器,接收工质气体并将其压缩成第三温度的工质气体,第三温度大于第二温度;冷凝器,流体连通至压缩机,接收工质气体并使其与冷凝器中的冷却水发生热交换,使得冷却水被加热至第四温度,同时工质气体冷凝为处于相同温度下的工质液体,第三温度大于第四温度;膨胀阀,流体连接至冷凝器,接收处于第三温度的工质液体并将其降温至第二温度,重新进入蒸发器循环使用;闪蒸罐,流体连通至热泵的冷凝器,接收冷凝器中加热的冷却水并使其变成闪蒸蒸汽,闪蒸蒸汽被进一步输送至间接式干化机的蒸汽进口。
有利地,所述间接式干化机还包括蒸汽凝液出口,以排出蒸汽在干化机内释放热量后形成的蒸汽凝液。
有利地,所述闪蒸罐还流体连通至蒸汽凝液出口,接收蒸汽凝液并使其变为闪蒸蒸汽。
有利地,还包括除尘器,其设置在废汽出口和废汽冷凝器之间,以对废汽进行除尘。
有利地,还包括冷凝废水罐,其流体连通至废汽冷凝器,接收冷凝废水,冷凝废水罐上还安装有不凝气风机,用于将冷凝废汽中的不可凝气体排出。
有利地,还包括蒸汽压缩机,其设置在闪蒸罐的下游,并流体连通至闪蒸罐,从闪蒸罐接收闪蒸蒸汽并将其升温变成过热蒸汽。
有利地,还包括降温器,其设置在蒸汽压缩机的下游,并流体连通至蒸汽压缩机,从蒸汽压缩机接收过热蒸汽并将其变成处于第五温度下的饱和蒸汽,饱和蒸汽用于供应至间接式干化机的蒸汽进口。
有利地,第一温度为65℃至85℃,第四温度为105℃至125℃。
有利地,所述第五温度为150℃至160℃。
附图说明
图1示出根据本申请的热泵式间接干化装置的示意图。
具体实施方式
将参照附图详细描述根据本发明的各个实施例。这里,需要注意的是,在附图中,将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分,并且将省略关于它们的重复描述。术语“依次包括A、B、C 等”仅指示所包括的部件A、B、C等的排列顺序,并不排除在A和B之间和/或B和C之间包括其它部件的可能性。
本说明书的附图为示意图,辅助说明本发明的构思,示意性地表示各部分的形状及其相互关系。
图1示出根据本申请的热泵式间接干化装置的示意图。热泵式间接干化装置包括间接式干化机1,用于干化物料(例如污泥),具有物料进口 11、物料出口12、蒸汽进口13和废汽出口14。物料进口11用于接收干化前的物料,物料出口12用于排出干化后的物料,蒸汽进口13用于接收对物料进行干化的饱和蒸汽,废汽出口14用于排出经干化后产生的废汽,一般包括经干化物料产生的水蒸汽以及一定量的不可凝气。
由于废汽中包含粉尘,因此可选地,除尘器21设置在废汽出口14的下游并与其流体连通,用于去除废汽中的粉尘,并将粉尘收集在集灰罐21 中。
经过除尘之后的废汽通向废汽冷凝器3,在废汽冷凝器3中,废汽与冷却水(经由循环水泵33进行循环)发生热交换,从而废汽降温形成冷凝废水,同时冷却水吸收热量而被加热至第一温度(例如65℃至85℃)。冷凝废水可被收集在冷凝废水罐31中,冷凝废水罐上还可以安装有不凝气风机32,用于将废汽中的不可凝气排出,同时也用于维持间接式干化机的负压操作(这对于本领域技术人员来说是熟知的)。
热泵4设置在废汽冷凝器3的下游,具有蒸发器41、压缩机42、冷凝器43。蒸发器41与废汽冷凝器3流体连通,其中冷却水通过循环水泵33 在两者之间循环。经加热的冷却水进入蒸发器41中,使得在蒸发器中流动的工质液体气化为工质气体(该工质气体的温度与工质液体的温度相同)。然后,工质气体经过压缩机42的压缩,形成第三温度的工质气体(第三温度大于第二温度)。该工质气体接着进入冷凝器43,与冷凝器42中的冷却水发生热交换,释放热量加热冷却水至第四温度(例如105℃至125℃),同时冷凝成工质液体(该工质流体与工质气体的温度相同)。工质流体经过膨胀阀44,变回第二温度的工质液体,重新进入蒸发器循环使用。在冷凝器42中被加热的冷却水在增压泵45的作用下被泵送至闪蒸罐5。在闪蒸罐 5内,加热的冷却水气化成闪蒸蒸汽。
另外,间接式干化机还包括蒸汽凝液出口14,以排出蒸汽在干化机内释放热量后形成的蒸汽凝液。该蒸汽凝液经过疏水阀15后也进入闪蒸罐 5,变成闪蒸蒸汽。
蒸汽压缩机6设置在闪蒸罐5的下游,并流体连通至闪蒸罐。由此,由闪蒸罐排出的闪蒸蒸汽进入蒸汽压缩机6,从而升温形成过热蒸汽。
降温器7设置在蒸汽压缩机6的下游,并流体连通至蒸汽压缩机6,从蒸汽压缩机接收过热蒸汽并将其变成处于第五温度(例如150℃至160℃) 下的饱和蒸汽,饱和蒸汽用于供应至间接式干化机的蒸汽进口13。可选地,在降温器内补充一定量的水与过热蒸汽混合。降温器可以选择水浴式或管道式,但不限于此。
通过本申请的热泵式间接干化装置,占干化热能消耗总量的85%的废热得到回收并再利用于干化,可以使间接干化用于仅具有电能的现场,同时可以使间接干化去除1吨水分的热能消耗降低至250kWhe~350kWhe,节能效果十分突出。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种热泵式间接干化装置,其特征在于,包括:
间接式干化机,用于干化物料,具有物料进口、物料出口、蒸汽进口和废汽出口;
废汽冷凝器,与废汽出口流体连通,接收废汽并使废汽与冷却水发生热交换,使废汽降温而形成冷凝废水,使冷却水被加热至第一温度;
热泵,具有:
蒸发器,流体连通至废汽冷凝器,接收加热的冷却水并使蒸发器中流动的第二温度的工质液体气化为处于相同温度下的工质气体,第一温度大于第二温度;
压缩机,流体连通至蒸发器,接收工质气体并将其压缩成第三温度的工质气体,第三温度大于第二温度;
冷凝器,流体连通至压缩机,接收工质气体并使其与冷凝器中的冷却水发生热交换,使得冷却水被加热至第四温度,同时工质气体冷凝为处于相同温度下的工质液体,第三温度大于第四温度;
膨胀阀,流体连接至冷凝器,接收处于第三温度的工质液体并将其降温至第二温度,重新进入蒸发器循环使用;
闪蒸罐,流体连通至热泵的冷凝器,接收冷凝器中加热的冷却水并使其变成闪蒸蒸汽,闪蒸蒸汽被进一步输送至间接式干化机的蒸汽进口。
2.如权利要求1所述的热泵式间接干化装置,其特征在于,所述间接式干化机还包括蒸汽凝液出口,以排出蒸汽在干化机内释放热量后形成的蒸汽凝液。
3.如权利要求2所述的热泵式间接干化装置,其特征在于,所述闪蒸罐还连通至蒸汽凝液出口,接收蒸汽凝液并使其变为闪蒸蒸汽,该闪蒸蒸汽也被进一步输送至间接式干化机的蒸汽进口。
4.如权利要求1所述的热泵式间接干化装置,其特征在于,还包括除尘器,其设置在废汽出口和废汽冷凝器之间,以对废汽进行除尘。
5.如权利要求1所述的热泵式间接干化装置,其特征在于,还包括冷凝废水罐,其流体连通至废汽冷凝器,接收冷凝废水,冷凝废水罐上还安装有不凝气风机,用于将冷凝废汽中的不可凝气体排出。
6.如权利要求1所述的热泵式间接干化装置,其特征在于,还包括蒸汽压缩机,其设置在闪蒸罐的下游,并流体连通至闪蒸罐,从闪蒸罐接收闪蒸蒸汽并将其升温变成过热蒸汽。
7.如权利要求6所述的热泵式间接干化装置,其特征在于,还包括降温器,其设置在蒸汽压缩机的下游,并流体连通至蒸汽压缩机,从蒸汽压缩机接收过热蒸汽并将其变成处于第五温度下的饱和蒸汽,饱和蒸汽用于供应至间接式干化机的蒸汽进口,第五温度大于第四温度。
8.如权利要求1所述的热泵式间接干化装置,其特征在于,第一温度为65℃至85℃,第四温度为105℃至125℃。
9.如权利要求7所述的热泵式间接干化装置,其特征在于,所述第五温度为150℃至160℃。
10.如权利要求7所述的热泵式间接干化装置,其特征在于,还包括电能能源,其提供电能以作为间接干化的唯一能源,使得蒸发1吨水分的热能消耗为250kWhe~350kWhe。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Country or region after: China Address after: 3101, 27th Floor, Building 1, Yard 38, East 3rd Ring North Road, Chaoyang District, Beijing, 100026 Applicant after: Suez Environmental Technology (Beijing) Co.,Ltd. Address before: 100026 31 / F, Taikang financial building, building 1, courtyard 38, East Third Ring Road North, Chaoyang District, Beijing Applicant before: Suez Water Treatment Co,.Ltd. Country or region before: China |
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CB02 | Change of applicant information |