CN220602286U - 污泥干化机废热利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种污泥干化机废热利用系统，污泥干化机具有闭式换热器，闭式换热器通过循环管路与冷却水源和冷却塔连通，废热利用系统包括散热组件、换热组件、第一循环管路和第二循环管路，散热组件和换热组件分别通过第一循环管路和第二循环管路并接于闭式换热器和冷却塔之间；散热组件安装在垃圾仓内，用于给垃圾升温；换热组件安装在垃圾焚烧炉的一次风机入口，用于给一次风加热。本实用新型在闭式换热器和冷却塔之间设计了并联的第一循环管路和第二循环管路，将污泥干化后的废热引入布置于垃圾仓中的散热组件或安装于一次风机入口处的换热组件，以此实现污泥干化机废热、垃圾仓加热和一次风加热三者之间热能的协同转换利用。

Description

污泥干化机废热利用系统

技术领域

本实用新型属于污泥干化废热利用技术领域，尤其涉及一种污泥干化机废热利用系统。

背景技术

通常污泥干化间会配备工业循环水泵，循环工业水通过循环工业水泵送至污泥干化机的闭式水板式换热器进行换热，以冷凝污泥干化过程中产生的蒸汽，换热前循环水温度接近室温，通过闭式水板式换热器对闭式水进行吸热后，循环水回至冷却塔仍有37℃-51℃的余热，由于是低品质热源，现有技术的热力循环设计中未对这部分热量加以利用，直接排到冷却塔进行冷却，造成了一定的热量损失，如何将这部分余热进行合理利用对实际生产的节能降耗具有重要意义。

垃圾发酵是生物菌种在一定温度水分条件下进行的，发酵的快慢主要从生物菌种繁殖的速度上反应出来，垃圾发酵是一个放热过程，但是环境温度低，生物菌种活性差，发酵不容易发生，只有在适宜的温度下，生物菌种活性才强，温度过高过低都可能抑制垃圾发酵。垃圾发酵的时长会因温度不适宜而增加，对垃圾焚烧效果以及垃圾焚烧量都有着举足轻重的影响。夏季垃圾坑的温度较高，接近垃圾发酵的适宜温度，垃圾发酵较容易发生，而冬季垃圾处理厂的垃圾坑内温度较低(通常低于10℃，在北方地区更低)，难以发酵，为了更快更好的发酵垃圾，目前也有一些给垃圾加热的方案，如用蒸汽加热，用热一次风或热二次风加热，用蒸汽加热后的渗滤液回喷垃圾，还有用炉排污水喷入垃圾堆，前三种方式的热源都是蒸汽，以蒸汽为热源成本较高，降低了整体经济效益；炉排污水虽然是废热利用，但是增加了垃圾的湿度，进而增加了设备的腐蚀风险和渗滤液的处理量。由此可见，上述垃圾加热的方式都存在一定的缺点，目前还没有经济环保的加热方式来解决冬天垃圾难以发酵的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种设计合理、节能环保的污泥干化机废热利用系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种污泥干化机废热利用系统，污泥干化机具有闭式换热器，所述闭式换热器通过循环管路与冷却水源和冷却塔连通，废热利用系统包括散热组件、换热组件、第一循环管路和第二循环管路，所述散热组件和换热组件分别通过第一循环管路和第二循环管路并接于闭式换热器和冷却塔之间；所述散热组件安装在垃圾仓内，用于给垃圾升温；所述换热组件安装在垃圾焚烧炉的一次风机入口，用于给一次风加热。

上述的污泥干化机废热利用系统，优选的，所述散热组件包括第一进水口、第一出水口和多个平行排布的中空散热板，所述中空散热板的上端通过分水管与第一进水口连通，下端通过集水管与第一出水口连通，所述散热组件有多组，多组所述散热组件并接于第一循环管路上，各所述散热组件的第一进水口设有截止阀。

上述的污泥干化机废热利用系统，优选的，所述散热组件安装于垃圾仓内的任意空闲位置。

上述的污泥干化机废热利用系统，优选的，所述散热组件安装在垃圾仓内的检修平台上。

上述的污泥干化机废热利用系统，优选的，所述换热组件包括壳体和位于壳体内的往返水道，所述往返水道之间留有过风间隙，所述壳体两端分别设有进风口和出风口，所述出风口与一次风机入口卡紧配合或螺纹配合，所述往返水道的两端分别是第二进水口和第二出水口，所述第二进水口靠近出风口设置，所述第二出水口靠近进风口设置，所述第二进水口通过第二循环管路与闭式换热器连通，所述第二出水口通过第二循环管路与冷却塔连通。

上述的污泥干化机废热利用系统，优选的，所述出风口与一次风机入口配合处设有密封垫圈。

上述的污泥干化机废热利用系统，优选的，所述闭式换热器和散热组件之间的第一循环管路上设有第一截止阀，所述闭式换热器和换热组件之间的第二循环管路上设有第二截止阀。

上述的污泥干化机废热利用系统，优选的，所述循环管路上设有循环泵。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)针对现有技术中污泥干化的废热未有效利用和冬天垃圾发酵困难两个问题，本实用新型在污泥干化机的闭式换热器和冷却塔之间设计了并联的第一循环管路和第二循环管路，根据热传递原理以循环水作为热量传递介质，将污泥干化后的废热引入布置于垃圾仓中的散热组件或安装于一次风机入口处的换热组件，以此实现污泥干化机废热、垃圾仓加热和一次风加热三者之间热能的协同转换利用。由于并联的第一循环管路和第二循环管路可以根据不同季节的实际需要进行切换使用，在寒冷的冬天切换使用第一循环管路，用污泥干化机的废热加热垃圾以促进垃圾发酵，即散热组件中的热水通过自然对流方式与垃圾坑内部空气进行换热，从而提高垃圾坑内部温度，减少了热量损失，达到加快垃圾发酵的效果，换热后的水回水至冷却塔进行循环利用，在一定程度上也减轻冷了却塔的负担。在炎热的夏天切换使用第二循环管路，用污泥干化机的废热加热一次风，由此实现了污泥干化废热的全年有效利用。

(2)本实用新型通过合理利用了通常被本领域舍弃的低品质废热(污泥干化废热)，不但有效解决了冬天垃圾难以发酵的问题，还大大节省了一次风加热的蒸汽量，尤其是夏天对干化污泥废热的利用更容易被忽视，被认为没有利用价值，因为带有干化污泥废热的循环水温度通常不高于51℃，夏天大部分地区环境温度普遍高，如垃圾坑的温度可达39℃左右，自然风温也普遍有36℃以上，循环水与风的温差甚少(通常不足15℃)，能够有效利用的热量较少，本实用新型的申请人经反复研究与实践设计了夏天用干化污泥废热加热一次风的系统，并获得了出乎预料的技术效果，真正实现了节能降耗的同时提高了经济效益(如实施例中污泥干化车间的4台污泥干化机的废热通过本实用新型的系统利用，节省的蒸汽量换算为发电量相当于可增加约200万度/年发电量)。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例中污泥干化机废热利用系统的结构示意图。

图2是本实用新型具体实施例中散热组件的放大示意图。

图3是本实用新型具体实施例中换热组件的放大示意图。

图例说明：1、污泥干化机；2、闭式换热器；3、循环管路；4、散热组件；41、第一进水口；42、第一出水口；43、中空散热板；44、分水管；45、集水管；5、换热组件；51、壳体；511、进风口；512、出风口；52、往返水道；521、第二进水口；522、第二出水口；6、第一循环管路；61、第一截止阀；7、第二循环管路；71、第二截止阀；8、检修平台；9、垃圾坑。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1-图3示出了本实用新型污泥干化机废热利用系统的一种具体实施例，污泥干化机1具有闭式换热器2如闭式水板式换热器，闭式换热器2通过循环管路3与冷却水源和冷却塔连通，废热利用系统包括散热组件4、换热组件5、第一循环管路6和第二循环管路7，散热组件4和换热组件5分别通过第一循环管路6和第二循环管路7并接于闭式换热器2和冷却塔之间；散热组件4安装在垃圾仓内，用于给垃圾升温；换热组件5安装在垃圾焚烧炉的一次风机入口，用于给一次风加热。

针对现有技术中污泥干化的废热未有效利用，冬天垃圾坑9温度低，发酵困难两个问题，本实施例在污泥干化机1的闭式换热器2和冷却塔之间设计了并联的第一循环管路6和第二循环管路7，根据换热原理以循环水作为热量传递介质将污泥干化后的废热引入布置于垃圾仓中的散热组件4或安装于一次风机入口处的换热组件5，以此实现污泥干化机1的废热、垃圾仓加热和一次风加热三者之间的热能协同利用，由于并联的第一循环管路6和第二循环管路7可以根据不同季节的实际需要进行切换使用，在寒冷的冬天切换使用第一循环管路6，用污泥干化机1的废热加热垃圾以促进垃圾发酵，在炎热的夏天切换使用第二循环管路7，用污泥干化机1的废热加热一次风，由此实现了污泥干化废热的全年有效利用，通过低品质废热的合理利用有效解决了冬天垃圾难以发酵的问题，同时大大节省了一次风加热的蒸汽量，真正实现了节能降耗和同时提高了经济效益。

本实施例中，散热组件4包括第一进水口41、第一出水口42和多个平行排布的中空散热板43，中空散热板43的上端通过分水管44与第一进水口41连通，下端通过集水管45与第一出水口42连通；散热组件4有多组，多组散热组件4并接于第一循环管路6上，各散热组件4的第一进水口41设有截止阀。实际应用中可以根据垃圾仓的空间大小设置多组散热组件4，并将各组散热组件4并接在第一循环管路6上，升温后的循环水通过多组散热组件4分布在垃圾仓内的不同角落，由于散热板为扁平的中空结构，散热面积大，散热效果好，并且在各组散热组件4第一进水口41设截止阀可以控制单组散热组件4的投退，便于在运营状态下对个别散热组件4进行检修或更换。

本实施例中，散热组件4可安装于垃圾仓内的任意空闲位置，垃圾仓通常由垃圾坑9及其上盖结构组成，除了垃圾车卸料时需要打开卸料门外，通常是密闭的空间，将散热组件4直接布置在垃圾仓内的空闲位置，直接给空间升温，施工简单可行，对处于正常运营期间的垃圾仓也能进行改造施工，布置散热组件4及循环管路3。相比于设置于垃圾坑9的底壁或侧壁的方式，大大降低了施工难度和施工成本，也更安全耐用，因为垃圾坑9的底壁或侧壁通常需要设置防渗、防漏、导排渗滤液等功能结构，并不适合直接布置散热组件4，容易破坏防渗、防漏膜层，导致渗漏，污染环境。

本实施例中，散热组件4安装在垃圾仓内的检修平台8上，检修平台8为垃圾仓现成的闲置平台，用于布置散热组件4位置合理，安装方便。

本实施例中，换热组件5包括壳体51和位于壳体51内的往返水道52，往返水道52之间留有过风间隙，壳体51两端分别设有进风口511和出风口512，出风口512与一次风机入口卡紧配合或螺纹配合，往返水道52的两端分别是第二进水口521和第二出水口522，第二进水口521靠近出风口512设置，第二出水口522靠近进风口511设置，第二进水口521通过第二循环管路7与闭式换热器2连通，第二出水口522通过第二循环管路7与冷却塔连通。本实施例分别在壳体51两端设置进风口511和出风口512，并在靠近出风口512的位置设置第二进水口521，在靠近进风口511的位置设置第二出水口522，使往返水道52中水流的整体推进方向与壳体51中风的流动方向相反，有利于水流将污泥干化的废热充分传递给一次风，达到加热一次风的目的。

本实施例中，出风口512与一次风机入口配合处设有密封垫圈，可以避免加热后的一次风泄漏导致的热量损失。

本实施例中，闭式换热器2和散热组件4之间的第一循环管路6上设有第一截止阀61，闭式换热器2和换热组件5之间的第二循环管路7上设有第二截止阀71，由此，便于根据不同的季节切换投用不同的循环管路及设备。当然，在其它实施例中，第一截止阀61和第二截止阀71也可以设置在其它位置，只要可以实现第一循环管路6和第二循环管路7自如切换即可。

本实施例中，循环管路3上设有循环泵。

为了便于理解，下文结合附图及具体应用实例对本实施例污泥干化机废热利用系统的结构和工作过程进行详细阐述：

在中南地区的某垃圾处理厂，目前污泥干化间配备两台工业循环水泵，平常运行期间，循环工业水泵运行频率为27Hz，流量为125m³/h，循环工业水通过循环工业水泵送至4台污泥干化机闭式水板式换热器进行换热，换热前循环水温度为30.5℃管道压力为0.22Mpa、每台干化机闭式水板换流量约为31.25m³/h，通过闭式水板式换热器对闭式水进行吸热后，循环水回至冷却塔温度可达到50℃，通过本实施例的系统将污泥干化车间循环水余热用于加热冬季垃圾坑内部温度和夏季加热一次风入口风温，对此热量进行充分及有效的利用。

本实施例在原有循环水经闭式水板式换热器换热升温后回水去冷却塔的循环管路3上引出一条新增的第一循环管路6进入垃圾仓内的散热组件4中，通过布置在垃圾坑9东部检修平台8(检修平台标高26800mm，长38750mm，宽14200mm)上的多台7500mm*5000mm的散热组件4对垃圾坑9内部空气进行热辐射加热，换热之后的回水继续进入循环管路3至冷却塔。在接入垃圾仓的第一循环管路6上设置第一截止阀61，便于控制第一循环管路6的投退。在温度较低的季节，开启循环管路3，开启第一截止阀61和散热组件4第一进水口41的截止阀，使带着废热的循环水进入散热组件4，通过自然对流对垃圾仓内部空气进行加热，从而达到提高冬季垃圾坑9内部空气温度促进垃圾发酵的效果，换热之后的回水管继续并入原去冷却塔的循环管道。

由于夏季垃圾坑9的温度较高，通常可达39℃左右，垃圾能够较好的自行发酵，本实施例创造性的将带有污泥干化余热的循环水管路接至一次风入口，加热一次风入口风温，从而降低加热一次风蒸汽的使用量，达到降本增效的目的。

本实施例在一次风机入口安装换热组件5，利用带有污泥干化余热的水作为热源介质，通过新增的第二循环管路7引入换热组件5，该换热组件5的壳体51的主体长度尺寸为5000mm，内部往返水道52长度尺寸设计为3000mm宽为3000mm，进风口511和出风口512的直径设计为1820mm，带余热的循环水进入换热组件5后与内部一次风进行强制对流换热从而提高一次风入口风温，经过换热后的循环水经循环管路3回至冷却塔。

一次风入口的换热效果通过以下理论计算进行评估：

循环水的放热量＝冷空气的吸热量(换热组件5进水口温度约50℃，焓值h₁＝209.85KJ/Kg，换热组件5出水口温度约42℃，焓值h₂＝176.41KJ/Kg；换热组件5进风口511温度以实测t_进风口＝36.5℃为例)

按照换热器效能80％计算，则有：

Q_吸＝80％Q_放

Q_放＝△h*V_{水质量流量}＝(209.85-176.41)*31.25*1000＝1045000KJ/h

故Q_吸＝80％Q_放＝836000KJ/h

由Q_吸＝c*m*△t＝c*m*(t_出风口-t_进风口)可得(比容变化不大可作恒值处理c＝1.005KJ/(Kg*K)，风侧质量流量m＝103440Kg/h)，

t_风侧出口＝44.5℃

风侧吸热量折算为一抽蒸汽放热量，已知一抽蒸汽进口焓值h＝2920.9KJ/Kg，出口疏水焓值h＝741.2KJ/Kg，则有，

Q_一抽＝Q_吸

Q_一抽＝△h*V_{一抽质量流量}

V_{一抽质量流量}＝383Kg/h＝0.383t/h

以一抽的蒸汽焓值与排汽焓值之差，取效率0.8，1t一抽蒸汽继续做功发电可获得170度电量，所以每小时可增加65度电，按全天24小时全年估算，该厂的污泥干化间4台污泥干化机的废热利用一年可增加约200万度发电量。

通过以上理论计算夏季充分利用污泥干化余热水用于一次风入口空气热交换器，可使一次风机入口风温度理论上加热至44.5℃，通过换算可减少夏季用于加热一次风蒸汽量为0.383t/h，由此通过本设计用于一次风加热可达到显著的降本增效目的。

垃圾坑9空间较大，卸料门的启闭以及不同风源使空间内的空气运行轨迹较复杂，本实施例仅通过以下方式粗略估算垃圾坑9内能提高的温度：

垃圾仓散热采用大空间自然对流换热方式，散热组件4进水温度为50℃，焓值h₁＝209.85KJ/Kg，出水温度为30℃，焓值h₂＝126.28KJ/Kg

Q_放＝△h*V_质量流量＝83.57*31.25*1000KJ/h

因中空散热板43的竖直壁面温度沿垂直高度方向上并不是恒定不变的，为了方便计算和更好的拟合真实情况，将壁面中点温度作为整个中空散热板43的等效温度，即取其中点温度作为确定Gr数中的温差以及牛顿冷却公式中温差的壁面温度。又因空气温度随着与散热组件4距离的增加而逐步降低，直至等于环境温度，经过空气与散热组件4不断循环换热，理论上环境温度能够与散热组件4温度接近，故空气在热边界层内温度分布可视为线性分布，所以定性温度

t_m＝(t_L/2+t_∞)/2

其中，中空散热板43的竖直壁面中点温度t_L/2＝40℃，环境温度t_∞＝11℃

所以，t_m＝25.5℃

冬季期间将污泥干化余热水用于垃圾坑9内的散热组件4，采用大空间自然对流，以定性温度视为垃圾坑9内部能提高到的温度。粗略估算，通过本设计在一定程度上可在冬季将垃圾坑9内部温度提高至25.5℃，有效提高垃圾发酵速率的同时污泥干化废热得到充分利用。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种污泥干化机废热利用系统，污泥干化机(1)具有闭式换热器(2)，所述闭式换热器(2)通过循环管路(3)与冷却水源和冷却塔连通，其特征在于：废热利用系统包括散热组件(4)、换热组件(5)、第一循环管路(6)和第二循环管路(7)，所述散热组件(4)和换热组件(5)分别通过第一循环管路(6)和第二循环管路(7)并接于闭式换热器(2)和冷却塔之间；所述散热组件(4)安装在垃圾仓内，用于给垃圾升温；所述换热组件(5)安装在垃圾焚烧炉的一次风机入口，用于给一次风加热。

2.根据权利要求1所述的污泥干化机废热利用系统，其特征在于：所述散热组件(4)包括第一进水口(41)、第一出水口(42)和多个平行排布的中空散热板(43)，所述中空散热板(43)的上端通过分水管(44)与第一进水口(41)连通，下端通过集水管(45)与第一出水口(42)连通，所述散热组件(4)有多组，多组所述散热组件(4)并接于第一循环管路(6)上，各所述散热组件(4)的第一进水口(41)设有截止阀。

3.根据权利要求2所述的污泥干化机废热利用系统，其特征在于：所述散热组件(4)安装于垃圾仓内的任意空闲位置。

4.根据权利要求3所述的污泥干化机废热利用系统，其特征在于：所述散热组件(4)安装在垃圾仓内的检修平台(8)上。

5.根据权利要求4所述的污泥干化机废热利用系统，其特征在于：所述换热组件(5)包括壳体(51)和位于壳体(51)内的往返水道(52)，所述往返水道(52)之间留有过风间隙，所述壳体(51)两端分别设有进风口(511)和出风口(512)，所述出风口(512)与一次风机入口卡紧配合或螺纹配合，所述往返水道(52)的两端分别是第二进水口(521)和第二出水口(522)，所述第二进水口(521)靠近出风口(512)设置，所述第二出水口(522)靠近进风口(511)设置，所述第二进水口(521)通过第二循环管路(7)与闭式换热器(2)连通，所述第二出水口(522)通过第二循环管路(7)与冷却塔连通。

6.根据权利要求5所述的污泥干化机废热利用系统，其特征在于：所述出风口(512)与一次风机入口配合处设有密封垫圈。

7.根据权利要求1至6任一项所述的污泥干化机废热利用系统，其特征在于：所述闭式换热器(2)和散热组件(4)之间的第一循环管路(6)上设有第一截止阀(61)，所述闭式换热器(2)和换热组件(5)之间的第二循环管路(7)上设有第二截止阀(71)。

8.根据权利要求7所述的污泥干化机废热利用系统，其特征在于：所述循环管路(3)上设有循环泵。