CN116750942B - 低温污泥（煤泥）干化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低温污泥（煤泥）干化工艺，应用于能源利用领域，其包括以下步骤：S1：将污泥（煤泥）放进封闭的烘干房内；S2：烘干房烘干过程产生的高温尾气经三流体热管换热器降温降湿;S3：经三流体热管换热器降温降湿后的尾气与热泵机组的冷凝器连接，在冷凝器处吸收冷凝介质放出的热量后温度升高，升温后的气体送回烘干房加热、烘干其中的污泥（煤泥）；本发明采用三流体热管换热器与热泵机组组合，通过闭式的气循环、水循环和工质循环为烘干房内的污泥（煤泥）加热，通过烘干过程高温尾气的回收循环利用，乏风余热为热泵机组蒸发器提供稳定持续的低温热源，提高热泵系统的能效比，整个运行过程除湿、除热，且低能耗、无污染，能量利用率高。

Description

低温污泥（煤泥）干化工艺

技术领域

本发明涉及能源利用领域，具体的说是低温污泥（煤泥）干化工艺。

背景技术

随着工业发展和生活水平的提高,产生越来越多的生活污水和工业废水,这些污水、废水经水质净化处理后会产生大量含水率99%的污泥，经常规脱水后含水率为80-85%的污泥，有必要进一步对污泥进行干化处理。

国内外污泥（煤泥）干燥设备有：链式滚筒干燥机、管式干燥机、井筒式干燥机、沸腾床式干燥机、煤泥滤饼碎干机，以上传统煤泥干燥技术和运行系统，虽都能实现污泥（煤泥）干化，但存在共同的缺点：系统复杂，耗能大，运行成本高，特别是干燥介质与被干燥物料直接接触，容易造成污染。

同时，在我国环保风暴的压力下，锅炉取消，导致部分污泥（煤泥）只能用天然气和电烘干，成本高昂难以承受。烘干过程产生的高温尾气直接排向大气，热能白白浪费，久而久之环境温度升高不利于环保，有必要对已有污泥（煤泥）低温干化工艺进行改进。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供低温污泥（煤泥）干化工艺，通过三流体热管换热器和热泵机组组合为低温污泥（煤泥）干燥祛湿实现煤泥烘干，烘干过程产生的高温尾气循环再利用，烘干后的污泥（煤泥）含水率符合要求，且能耗低，无污染。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

本发明公开的低温污泥（煤泥）干化工艺，包括以下步骤：S1：将污泥（煤泥）放进封闭的烘干房内；S2：烘干房内污泥（煤泥）烘干过程产生的高温尾气经三流体热管换热器降温降湿;S3：经三流体热管换热器降温降湿后的尾气与热泵机组的冷凝器连接，在冷凝器处吸收冷凝介质放出的热量后温度升高，升温后的气体送回烘干房为其中的污泥（煤泥）加热、烘干；所述热泵机组包括蒸发器和冷凝器,所述烘干房的高温尾气通过风道送入三流体热管换热器的蒸发端降温降湿后，经三流体热管换热器的冷凝端二次降温降湿后通过送风道进入冷凝器内吸收热量温度升高，升温后的气体通过抽风机送回烘干房干化其中的污泥（煤泥）。

进一步的，所述三流体热管换热器设置在U型风道内，所述三流体热管换热器包括内部设有工质的热管和贯穿所述热管中心的水管，所述热管的蒸发端与烘干房的出口连接，所述热管的冷凝端与冷凝器的进口连接，所述水管的进水口与蒸发器的出水口连接，所述蒸发器的进水口与水管的出水口连接。

进一步的，所述水管的进水口依次通过集水管、进水管与蒸发器的出水口连接，所述水管的出水口依次通过集水箱、循环泵与蒸发器的进水口连接。

进一步的，所述热管的外壁上均匀设有起换热作用的翅片管，所述热管的绝缘端设置在U型风道中心的支撑板处。

进一步的，所述热管的蒸发端设置在支撑板下方的U型风道内，所述冷凝端设置在支撑板上方的U型风道内，与乏风进口对应的U型风道上设有风阀，与乏风出口对应的U型风道上设有调风阀，所述支撑板与U型风道的连接处设有通风阀。

进一步的，所述乏风进口与蒸发端连接，所述冷凝端通过乏风出口与冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口通过节流阀与蒸发器的进口连接，所述蒸发器的出口通过压缩机与冷凝器的进口连接。

进一步的，所述调风阀与调节风机连接。

进一步的，所述U型风道的底部设有冷凝水箱，所述冷凝水箱的底部设有排水阀。

进一步的，所述风道内设有将烘干房内的乏风送入U型风道的引风机。

进一步的，所述U型风道内设有两个以上的三流体热管换热器。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：

本发明设计新颖，结构合理，且工艺创新性好，顺利实现高温尾气的除湿、除热，能量利用率高。其采用三流体热管换热器与热泵机组组合，通过闭式的气循环、水循环和工质循环为烘干房内的污泥（煤泥）加热，将回收尾部的乏风余热为热泵机组蒸发器提供稳定持续的低温热源，提高了热泵系统的能效比，整个运行过程低能耗、无污染。彻底解决了污泥（煤泥）在烘干过程排出的高温、高湿气体的除湿和热能的循环高效利用。

所述三流体热管换热器内热管的蒸发端利用工质蒸发相变吸热为烘干房抽来的尾气降温、降湿，冷凝端内蒸发的工质冷凝相变放热为热管内的水加热，温度升高，热量增加，经加热的高温水在蒸发器内放热后的低温水再次吸收冷凝端的相变放出的热量，同时在蒸发端降温后的尾气进入U型风道的冷凝端内再次放热降温、降湿，为热管中心水管内的低温水加热，经两次降湿降温后的乏风通过乏风出口被送进冷凝器内，冷凝器内的介质冷凝放出的热量被乏风吸收乏风温度升高，温度升高后的乏风被送回烘干房，用于烘干污泥（煤泥）。

本发明首次将热管内工质相变与热泵机组结合用于烘干污泥（煤泥），同一台热泵完成水-风热能交换，实现了闭式除湿除热，能量利用率高。与现有的空气能、水源热泵低温烘干设备相比，三流体热管换热器实现了一种设备两样换热，同样换热量的情况下，COP大大增加，中间环节减少，设备体积小，造价低，实用价值高。还可实现模块化生产，其体积小，便于拆装和运输。

附图说明

图1是本发明低温污泥（煤泥）干化系统的结构示意图；

图2是本发明三流体热管换热器的内部结构示意图。

其中，1、乏风出口；2、集水管；3、引风机；4、三流体热管换热器；5、通风阀；6、进水管；7、送风道；8、节流阀；9、风道；10、烘干房；11、冷凝器；12、抽风机；13、乏风进口；14、压缩机；15、蒸发器；16、调节风机；17、调风阀；18、风阀；19、U型风道；20、循环泵；21、支撑板；22、冷凝水箱；23、集水箱；24、水管；25、排水阀；42、热管；43、冷凝端；44、翅片管；45、绝缘端；46、蒸发端。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

低温污泥（煤泥）干化工艺，如图1和图2所示，其包括以下步骤：

S1：将污泥（煤泥）放进封闭的烘干房10内；

S2：烘干房10内污泥（煤泥）烘干过程产生的高温尾气经三流体热管换热器4降温降湿; 从烘干房10出来尾气温度为35～45℃之间的乏风，在所述风道9内引风机3的导流下经风道9被送入三流体热管换热器4内，在三流体热管换热器4的蒸发端放热，乏风气体进行第一次降温、降湿，然后进入三流体热管换热器4的冷凝端，第一次降温、降湿后的乏风气体进行第二次降温、降湿。

S3：经三流体热管换热器4降温降湿后的尾气与热泵机组的冷凝器11连接，在冷凝器11处吸收介质冷凝放出的热量后温度升高，升温后的气体送入烘干房10为其中的污泥（煤泥）加热、烘干；二次降温降湿的尾气从三流体热管换热器4冷凝端出来后，进入水-风热泵机组冷凝器11，在冷凝器11内吸收冷凝器11内部循环介质冷凝放出的热量后，温度升高达到55～65℃，湿度为10～20%后在抽风机12的作用下送回到烘干房10为烘干房10内的污泥（煤泥）干化除湿，完成风取热、降湿循环过程。

该低温污泥（煤泥）干化工艺通过低温污泥（煤泥）干化系统干化，如图1所示，所述低温污泥（煤泥）干化系统包括内部设有污泥（煤泥）的烘干房10、与所述烘干房10连接的三流体热管换热器4和与所述三流体热管换热器4连接的热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器15和冷凝器11,所述烘干房10的出口通过风道9与三流体热管换热器4的进口连接，所述三流体热管换热器4的出口通过送风道7与冷凝器11的进口连接，所述冷凝器11的出口通过抽风机12与烘干房10的进口连接。所述烘干房10的高温尾气通过风道9送入三流体热管换热器4的蒸发端46降温降湿后，经三流体热管换热器4的冷凝端43二次降温降湿后通过送风道7进入冷凝器11内吸热升温后，通过抽风机12送入烘干房10干化其中的污泥（煤泥）。实现了乏风在烘干房10、三流体热管换热器4和冷凝器11之间的闭式气循环，乏风内的余热完成了热管42内工质由液态变为气态的相变和水管24内的水温升高，乏风余热得到了合理的利用。

如图2所示，所述三流体热管换热器4包括内部设有工质的热管42和贯穿所述热管42中心的水管24，所述热管42的蒸发端46与烘干房10的出口连接，所述热管42的冷凝端43与冷凝器11的进口连接，热管42内的工质吸收烘干房10出口乏风余热后由液态变为气态在热管42内蒸发上升至冷凝端43，冷凝端43处水管24内10-15℃的水吸热，工质由蒸发的气态变为液态放热，液态的工质沿热管42的内壁在重力作用下回到蒸发端46继续吸收乏风余热，这样将乏风余热转移到水管24内的水中为热泵机组提供低温热源。工质在热管42的蒸发端46中蒸发相变液变气吸热；在冷凝端43内冷凝相变气变液放热，形成了工质在热管43内液变气相变吸热、气变液相变放热的闭式循环过程。

如图1所示，所述三流体热管换热器4设置在U型风道19内，为满足换热需要。可在所述U型风道19内设有两个以上的三流体热管换热器4。所述U型风道19的底部设有冷凝水箱22，烘干房10内的乏风在蒸发端46处进行第一次降温、降湿，然后在蒸发端46降温后的乏风经通风阀5，进入冷凝端43进行第二次降温、降湿，这样乏风在U型风道19内两次降温、降湿产生的冷凝水沿热管42的外壁汇集到冷凝水箱22内，由冷凝水箱22底部的排水阀25排出。所述热管42的外壁上均匀设有起换热作用的翅片管44，翅片管44充分吸收乏风的余热并传递给热管42内的工质和水管24内的水。

所述热管42的绝缘端45设置在U型风道19中心的支撑板21处。所述热管42的蒸发端46设置在支撑板21下方的U型风道19内，所述冷凝端43设置在支撑板21上方的U型风道19内，与乏风进口13对应的U型风道19上设有风阀18，与乏风出口1对应的U型风道19上设有调风阀17，所述调风阀17与调节风机16连接。所述支撑板21与U型风道19的连接处设有通风阀5。为防止夏季环境温度高，热量无法排出增加了热能调节装置，当夏季环境温度高于30℃时，外界温度高于U型风道19内的乏风温度时，关闭通风阀5，打开风阀18、调风阀17和调节风机16，从蒸发端46出来的气体由风阀18排出，外界30℃的新风经调节风机16和调风阀17给冷凝端43为系统供风。

所述乏风进口13与蒸发端46连接，所述冷凝端43通过乏风出口1与冷凝器11的进口连接，所述冷凝器11的出口通过节流阀8与蒸发器15的进口连接，所述蒸发器15的出口通过压缩机14与冷凝器11的进口连接。蒸发器15内低温低压的液态介质R134a吸收循环泵20送来15-20℃的水温余热后变为低温低压的气态进入压缩机14，经过压缩机14压缩后变为高温高压的气态，高温高压的气态制冷剂在冷凝器11内放热，加热二次降温后的乏风后再次送入烘干房10内干化污泥（煤泥）。高温高压的气态制冷剂在冷凝器11内放出热量后变为高温高压的液态，经过节流阀8变为低温低压的气态进入蒸发器15，在蒸发器15内吸收热量变为低温低压的气态，周而复始的循环，利用介质R134a的相变不断的将15-20℃的水温余热转移到降温后的乏风，降温后的乏风在冷凝端吸收余热后，温度达到55～65℃，湿度为10～20%后回到烘干房，用于干化烘干房10内的污泥（煤泥），完成风取热、降湿循环过程。

所述水管24的进水口与蒸发器15的出水口连接，所述蒸发器15的进水口与水管24的出水口连接。所述水管24的进水口依次通过集水管2、进水管6与蒸发器15的出水口连接，所述水管24的出水口依次通过集水箱23、循环泵20与蒸发器15的进水口连接。从蒸发器15出来的放热后的冷水经进水管6、集水管2进入热管42的冷凝端43内，在冷凝端43内吸收热量升温从蒸发端46出来，经过循环泵20被送入蒸发器15进口，在蒸发器15中放热后，从蒸发器15的出口送回水管24内吸热，在水管24与蒸发器15之间完成水升温、降温的循环过程。

综上，三流体热管换热器中的三流体分别为风、工质、水，风在热管42外壁的翅片管44进行热交换，工质在热管42的内壁与水管24外壁之间的环管内发生相变实现热交换，水在最里面水管24内进行热交换，与普通热管的区别是：在热管42的蒸发端46与翅片管44通过乏风进行热交换，工质蒸发相变吸热液变气，同时在蒸发端46工质与水也进行交换，工质在冷凝端43相变放热气变液，且在蒸发端46蒸发相变吸热大于冷凝相变放热；同样在冷凝端43也一样，冷凝相变放热大于蒸发相变吸热，系统热能保持平衡。总之，三流体热管换热器的蒸发端46存在蒸发相变，冷凝端43存在冷凝相变，这是与普通热管换热器的最大区别。

本工艺的气循环、工质相变和水循环均为闭式循环，既除湿又回收热能，其能耗小，无污染。利用乏风的放热、吸热干化污泥（煤泥），利用工质相变的吸热和放热使水温增加，利用水的吸热和放热为热泵机组提供低温热源，与现有空气能、水源热泵低温烘干设备相比，三流体热管换热器是一种设备两样换热，在同样换热量的情况下，COP大大增加，能达到5.6，一般的COP为4.5，中间环节减少，设备体积小，造价低。本工艺采用三流体热管换热器、热泵一体化低温污泥（煤泥）干化系统，可实现模块化生产，一套设备可分2～4个模块、体积小，便于拆装和运输。

所述热管42可与乏风、水两路流体同时进行热交换，其换热面积大，且热管42两面都在换热，设备制造成本低，换热效率高。其在保护环境的前提下，能量利用率大大提高，在实现污泥（煤泥）烘干的前提下，二次粉尘污染少，在经济成本和运行管理上具有很大的优势，烘干后的污泥（煤泥）含水率符合要求。

最后应该说明的是：上述实施例只是为清楚说明本发明而做的举例，绝非对实施方式的限定。对所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，在此无法对所有的实施方式进行穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.低温污泥（煤泥）干化工艺，其特征在于包括以下步骤：

S1：将污泥（煤泥）放进封闭的烘干房（10）内；

S2：烘干房（10）内污泥（煤泥）烘干过程产生的高温尾气经三流体热管换热器（4）降温降湿;

S3：经三流体热管换热器（4）降温降湿后的尾气与热泵机组的冷凝器（11）连接，在冷凝器（11）处吸收冷凝介质放出的热量后温度升高，升温后的气体送回烘干房（10）为其中的污泥（煤泥）加热、烘干；

所述三流体热管换热器（4）设置在U型风道（19）内，所述三流体热管换热器（4）包括内部设有工质的热管（42）和贯穿所述热管（42）中心的水管（24），所述热管（42）的蒸发端（46）与烘干房（10）的出口连接，所述热管（42）的冷凝端（43）与冷凝器（11）的进口连接，所述水管（24）的进水口与蒸发器（15）的出水口连接，所述蒸发器（15）的进水口与水管（24）的出水口连接，所述水管（24）的进水口依次通过集水管（2）、进水管（6）与蒸发器（15）的出水口连接，所述水管（24）的出水口依次通过集水箱（23）、循环泵（20）与蒸发器（15）的进水口连接;

所述热泵机组包括蒸发器（15）和冷凝器（11）,所述烘干房（10）的高温尾气通过风道（9）送入三流体热管换热器（4）的蒸发端（46）降温降湿后，经三流体热管换热器（4）的冷凝端（43）二次降温降湿后通过送风道（7）进入冷凝器（11）内吸收热量温度升高，升温后的气体通过抽风机（12）送回烘干房（10）干化其中的污泥（煤泥）；

所述蒸发端（46）与乏风进口（13）连接，所述冷凝端（43）通过乏风出口（1）与冷凝器（11）的进口连接，所述冷凝器（11）的出口通过节流阀（8）与蒸发器（15）的进口连接，所述蒸发器（15）的出口通过压缩机（14）与冷凝器（11）的进口连接。

2.根据权利要求1所述的低温污泥（煤泥）干化工艺，其特征在于：所述热管（42）的外壁上均匀设有起换热作用的翅片管（44），所述热管（42）的绝缘端（45）设置在U型风道（19）中心的支撑板（21）处。

3.根据权利要求2所述的低温污泥（煤泥）干化工艺，其特征在于：所述热管（42）的蒸发端（46）设置在支撑板（21）下方的U型风道（19）内，所述冷凝端（43）设置在支撑板（21）上方的U型风道（19）内，与乏风进口（13）对应的U型风道（19）上设有风阀（18），与乏风出口（1）对应的U型风道（19）上设有调风阀（17），所述支撑板（21）与U型风道（19）的连接处设有通风阀（5）。

4.根据权利要求3所述的低温污泥（煤泥）干化工艺，其特征在于：所述调风阀（17）与调节风机（16）连接。

5.根据权利要求3所述的低温污泥（煤泥）干化工艺，其特征在于：所述U型风道（19）的底部设有冷凝水箱（22），所述冷凝水箱（22）的底部设有排水阀（25）。

6.根据权利要求1-5任一项所述的低温污泥（煤泥）干化工艺，其特征在于：所述风道（9）内设有将烘干房（10）内的乏风送入U型风道（19）的引风机（3）。

7.根据权利要求6所述的低温污泥（煤泥）干化工艺，其特征在于：所述U型风道（19）内设有两个以上的三流体热管换热器（4）。