CN110526546A - 污泥干化设备及污泥干化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥干化设备及污泥干化处理方法。设备包括封闭的干化室、热泵***、太阳能***、水冷凝器；干化室顶部设落料斗，干化室下部侧面设出料螺旋，干化室内设带滚轴的传动网带；热泵***包括蒸发器、冷凝器、膨胀阀、压缩机；太阳能***包括由依次连接的集热器、储热水箱、循环泵、换热器、控制阀、冷却器构成的回路；干化室底部设干热空气入口分别与冷凝器出口、换热器出口连接；干化室顶部设湿冷空气出口分别与蒸发器入口、换热器入口连接；蒸发器出口与冷凝器入口连接；膨胀阀、压缩机分别与蒸发器入口、冷凝器出口连接。该污泥干化设备借助对太阳能的有效利用，可有效提高低温干化机的处理能力，降低运行费用,减少占地面积。
Description
技术领域
本发明属于污泥干化处理技术领域，涉及一种污泥干化设备及污泥干化处理方法。
背景技术
污泥是污水处理过程的副产物，主要由有机残片、无机颗粒、胶体、细菌等组成的复杂非均质胶体。随污水处理量的逐年增大，排放标准的不断提高，污泥产量也逐年增多，处理要求更加严格。除去离心机、板框机等传统式机械压滤方式进行污泥减量处理外，近年来，以蒸汽干化或热泵干化的热处理方式对污泥减量已逐渐成为市场青睐的处理方式。
蒸汽干化，因为是以天然气或煤炭等能源来提供热空气，是一般的城市污水处理厂或部分工业行业污水处理站所难以达到的条件，以热电联产的企业或自身拥有剩余蒸汽的企业较为适用。故蒸汽干化的应用受到一定限制。
热泵干化，是依靠电能转化成热能，对污泥进行烘干的技术。由于其外形美观，安装方便，操作简单，而为更多的客户所接受。热泵干化的设备，最常采用带式输送形式，也有厢式、多层带式等形式。由于普遍采用60℃-80℃左右的工作温度，故称为低温干化机。
低温干化机的工作原理主要是利用热泵将低位热能转换为高位热能，依靠电能消耗转换为热能。由于能量转换设施的效率限制，会导致很多电能被浪费。由于热泵机组的限制，低温干化机的处理能力比较低；随处理量提高，需要过分增大设备尺寸。目前市场成熟的低温干化机可以做到用1度电烘干(蒸发)1.5-3公斤水。
总之，传统低温干化机的能效比偏低，电能转换为热能的过程中，受限于能量传递效率，会造成对能源的浪费。又因为热泵机组的限制，导致低温干化机处理效率不高。随处理量增大，整机的占地面积也会过分增大。为提高低温干化机的工作效率，减小占地面积，需要设计一款低温干化机，利用太阳能与电能两种能源形式，实现干化作用。借助对太阳能的有效利用，可以降低对电能的消耗量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有效利用太阳能，可降低对电能的消耗量的污泥干化设备及污泥干化处理方法。该污泥干化设备可将太阳能与电能同时作为热能的转换来源，也可将太阳能单独作为热能的转换来源。
本发明的技术方案如下：
一种污泥干化设备(低温干化机)，它包括：封闭的干化室、热泵***、太阳能***、水冷凝器；干化室顶部设有落料斗，干化室下部侧面设有出料螺旋，干化室内设有带滚轴的传动网带；热泵***包括蒸发器、冷凝器、膨胀阀、压缩机；太阳能***包括由依次连接的集热器、储热水箱、循环泵、换热器、控制阀、冷却器构成的水循环回路；干化室底部设有干热空气入口；干化室顶部设有湿冷空气出口；干化室顶部的湿冷空气出口分别与蒸发器入口、水冷凝器入口连接；蒸发器出口与冷凝器入口连接；冷凝器出口与干化室底部的干热空气入口连接；膨胀阀、压缩机分别与蒸发器入口、冷凝器出口连接；换热器入口和水冷凝器出口连接，换热器出口与干化室底部的干热空气入口连接。
进一步地，所述的污泥干化设备还包括PLC控制***，PLC控制***包括PLC控制器、温度变送器；所述换热器的干热空气出口设有温度变送器，该温度变送器与PLC控制器的输入端连接；所述控制阀与PLC控制器的输出端连接；PLC控制器可根据从温度变送器传来的信号通过控制控制阀的开度来控制经换热器换热后的干热空气的温度。
进一步地，所述的集热器包括太阳能板，太阳能板下面焊接有集热水管。
进一步地，在所述的干化室底部的干热空气入口设有风扇，以推动空气流动，进入干化室内。
进一步地，在所述的干化室内靠近干热空气入口处设有斜角坡度导流结构，以使干热空气能够导流进入传动网带下面。
本发明所述的污泥干化设备(低温干化机)的工作原理及运行方式如下：
(1)污泥首先经由落料斗进入干化室，掉落在传动网带上；
(2)当污泥随着传动网带的传动而被移动时，传动网带下面的干热空气穿过传动网带，在与污泥的接触过程中，发生热交换，从而带走污泥中的水分，将污泥干燥；
(3)与污泥热交换后带有水分的湿冷空气从干化室顶部出来，一路经管路输送至热泵***的蒸发器，另一路经水冷凝器冷凝后输送至太阳能***的换热器；
(4)热泵***：进入蒸发器的湿冷空气经蒸发器作用，水汽凝结成冷凝水被排出，湿冷空气进一步降温成为干冷空气，进入冷凝器，在冷凝器内吸热而形成干热空气，之后再经管路循环回到传动网带下面并重新加热污泥；因压缩机的作用，冷媒在蒸发器与冷凝器之间形成循环，并与空气发生两次热交换；
(5)进入水冷凝器的湿冷空气先进行冷凝，湿冷空气中的湿气经水冷凝器作用形成冷凝水被排出后，再进入换热器，与太阳能***中的热水发生热交换，形成干热空气，之后再经管路循环回到传动网带下面并重新加热污泥；
(6)太阳能***：由集热器对太阳能进行吸收并转换成热水的热量，储存在储热水箱之中；通过循环泵作用，储热水箱中的水进入换热器，并与湿冷空气发生热交换；降温(热量转移)后的温水经控制阀进入冷却器被冷却，形成冷水并重新进入集热器。
本发明一种利用上述污泥干化设备(低温干化机)进行的污泥干化处理方法如下：
污泥通过螺旋输送机送至干化室的落料斗内，进入干化室，掉落在传动网带上；在滚轴的带动下，传动网带以一定的速度稳定且连续地运转，污泥也随之移动；传动网带下端不停地有干热空气(温度为50-70℃和/或50-80℃)进入，穿过传动网带，向上端移动；干热空气在穿过传动网带的过程中，与污泥发生接触，发生热交换，将污泥中的水分蒸发进入到干热空气中，使污泥含水率降低；
与污泥热交换后带有水分的湿冷空气(温度30-35℃)从干化室顶部出来，一路经管路输送至热泵***的蒸发器，另一路经水冷凝器冷凝后输送至太阳能***的换热器；
进入蒸发器的湿冷空气，经蒸发器作用，水汽凝结成冷凝水被排出，空气降温成为干冷空气(温度20℃以下)，再进入冷凝器；在冷凝器内吸热而形成干热空气(温度50-70℃)，并经管路循环回到传动网带下面并重新加热污泥；
进入水冷凝器的湿冷空气，其中的湿气经水冷凝器作用形成冷凝水被排出，成为干冷空气(温度20℃以下)，再进入换热器，与太阳能***中的热水发生热交换，形成干热空气(温度50-80℃)，并经管路循环回到传动网带下面并重新加热污泥。
进一步地，太阳能***中，由集热器对太阳能进行吸收并转换成热水的热量，储存在储热水箱之中；储热水箱中温度为85-100℃的热水通过循环泵进入换热器，与湿冷空气发生热交换降温成为温度30-40℃的温水，经控制阀进入冷却器被冷却成温度15-25℃的冷水后，重新进入集热器，吸收太阳能后转换成85-100℃的热水，储存在储热水箱中。
进一步地，与污泥热交换后带有水分的湿冷空气温度为30-35℃，冷凝降温后的干冷空气的温度在20℃以下；热泵***的蒸发器可将冷凝降温后的干冷空气升温至50-70℃，太阳能***的换热器可将冷凝降温后的干冷空气升温至50-80℃；通过PLC控制***可实现温度的自动调节，即PLC控制器根据从温度变送器传来的信号通过控制控制阀的开度来控制经换热器换热后的干热空气的温度，亦即，PLC控制器通过控制温水的流量实现对经换热器换热后的干热空气的温度的控制。
进一步地，进入蒸发器的温度为30-35℃的湿冷空气，经蒸发器作用，水汽凝结成冷凝水被排出，湿冷空气进一步降温成为温度在20℃以下的干冷空气，再进入冷凝器，在冷凝器内吸热形成温度为50-70℃的干热空气，之后再经管路循环回到传动网带下面重新加热污泥。
进一步地，进入水冷凝器的温度为30-35℃的湿冷空气，经水冷凝器冷凝后，成为温度在20℃以下的干冷空气，再进入换热器，与太阳能***中的热水发生热交换，形成温度为50-80℃的干热空气，之后再经管路循环回到传动网带下面重新加热污泥。
本发明的有益效果：
本发明的污泥干化设备，有效利用太阳能，可降低对电能的消耗量。该污泥干化设备，可以利用太阳能与电能两种能源形式，实现污泥干化。以太阳能和电能作为能源的两组反应***，可以同时使用或单独使用。借助对太阳能的有效利用，可以有效提高低温干化机的处理能力，降低运行费用。
本发明的污泥干化设备(低温干化机)，与现有低温干化机对比的优势是:
1、有效提高设备处理效率，增大处理量。
2、利用太阳能，减少电能消耗，更加节能环保，且降低了运行费用。
3、同等处理能力下，整机占地面积减少。
4、本发明所涉及的低温干化机可做到1度电烘干5-6公斤水。
附图说明
图1是本发明一种污泥干化设备的结构示意图。
图中：1封闭的干化室，2落料斗，3传动网带(带滚轴)，4出料螺旋，5蒸发器，6冷凝器，7膨胀阀，8压缩机，9换热器，10循环泵，11储热水箱，12集热器，13控制阀，14冷却器，15干热空气入口，16湿冷空气出口，17风扇，18水冷凝器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本发明一种污泥干化设备(低温干化机)，它包括封闭的干化室1、热泵***、太阳能***、水冷凝器18；干化室1顶部设有落料斗2，干化室1下部侧面设有出料螺旋4，干化室1内设有带滚轴的传动网带3；热泵***包括蒸发器5、冷凝器6、膨胀阀7、压缩机8；太阳能***包括由依次连接的集热器12、储热水箱11、循环泵10、换热器9、控制阀13、冷却器14构成的水循环回路；干化室1底部设有干热空气入口15；干化室1顶部设有湿冷空气出口16；干化室1顶部的湿冷空气出口16分别与蒸发器5入口、水冷凝器18入口连接；蒸发器5出口与冷凝器6入口连接；冷凝器6出口与干化室底部的干热空气入口15连接；膨胀阀7、压缩机8分别与蒸发器5入口、冷凝器6出口连接；换热器9入口和水冷凝器18的出口连接，换热器9出口与干化室1底部的干热空气入口15连接。
所述的污泥干化设备还包括PLC控制***，PLC控制***包括PLC控制器、温度变送器、控制阀13；换热器9的干热空气出口设有温度变送器，该温度变送器与PLC控制器的输入端连接；控制阀13与PLC控制器的输出端连接；PLC控制器可根据从温度变送器传来的信号通过控制控制阀13的开度来控制经换热器9换热后的干热空气的温度。
集热器12包括太阳能板，太阳能板下面焊接有集热水管。
在干化室1底部的干热空气入口15处设有风扇17，以推动空气流动，进入干化室1内。
在干化室1内靠近干热空气入口15处设有斜角坡度导流结构，以使干热空气能够导流进入传动网带下面。
本发明的污泥干化设备(低温干化机)的工作原理和运行方式是这样的：
1、污泥首先经由落料斗2进入干化室1，掉落在传动网带3上；
2、当污泥随着传动网带3的传动而被移动时，传动网带3下面的干热空气会穿过传动网带3，在与污泥的接触过程中，发生热交换，从而带走污泥中的水分，将污泥干燥；
3、与污泥热交换后带有水分的湿冷空气(温度30-35℃)从干化室顶部出来，一路经管路输送至热泵***的蒸发器，另一路经水冷凝器18冷凝后输送至太阳能***的换热器9；
4、热泵***：进入蒸发器5的湿冷空气(温度30-35℃)，经蒸发器5作用，水汽凝结成冷凝水被排出，湿冷空气进一步降温成为干冷空气(温度20℃以下)，再进入冷凝器6，在冷凝器6内吸热而形成干热空气(温度50-70℃)，之后再经管路循环回到传动网带3下面重新加热污泥；因压缩机8的作用，冷媒在蒸发器5与冷凝器6之间形成循环，并与空气发生两次热交换。
5、进入水冷凝器18的湿冷空气(温度30-35℃)，先在水冷凝器18中进行冷凝，湿冷空气中的湿气经水冷凝器18作用形成冷凝水被排出后，成为干冷空气(温度20℃以下)，再进入换热器9，与太阳能***中的热水发生热交换，形成干热空气(温度50-80℃)，之后再经管路循环回到传动网带3下面重新加热污泥。
6、太阳能***：由集热器12对太阳能进行吸收并转换成热水的热量，储存在储热水箱11之中；通过循环泵10作用，储热水箱11中的水(温度85-100℃)进入换热器9，并与湿冷空气发生热交换后成为温水(温度30-40℃)；热量转移后的温水经控制阀13(PLC控制器可通过控制温水的流量实现对经换热器9换热后的干热空气的温度的控制)进入冷却器14被冷却，形成冷水(温度15-25℃)后并重新进入集热器12。
设置冷却器14的作用，一是保护管路和后端设备(集热器12)，二是经过冷却器14进一步降温后再进入集热器12，***运行工况会更好，因为，对于集热器(太阳能板)来说，温差变化大，吸热速度会更快；如果本来就是30度到50度这样的温度，对太阳能热量的吸收可能会较慢。
实施例2
本发明一种利用实施例1的污泥干化设备(低温干化机)进行的污泥干化处理方法如下：
含水率80％以上的污泥通过螺旋输送机送至干化室1的落料斗2内；污泥以一定速度逐步掉落在传动网带3，在滚轴的带动下，传动网带3以一定的速度稳定且连续地运转，污泥也随之移动；传动网带3下端不停地有温度为50-70℃和/或50-80℃的干热空气进入，穿过传动网带3，向上端移动；干热空气在穿过传动网带3的过程中，与污泥发生接触，发生热交换，将污泥中的水分蒸发进入到干热空气中，使污泥含水率降低；污泥经过传动网带3传送直至进入干化室1下部的出料螺旋4时，污泥的含水率已降至30％以下；
与污泥热交换后带有水分的湿冷空气(温度30-35℃)从干化室1顶部出来，一路经管路输送至热泵***的蒸发器5，另一路经水冷凝器18冷凝后输送至太阳能***的换热器9；
进入蒸发器5的湿冷空气(温度30-35℃)，经蒸发器5作用，水汽凝结成冷凝水被排出，空气降温成为干冷空气(温度20℃以下)，再进入冷凝器6；在冷凝器6内吸热而形成干热空气(温度50-70℃)，并经管路循环回到传动网带3下面并重新加热污泥；
进入水冷凝器的18湿冷空气(温度30-35℃)，其中的湿气经水冷凝器18作用形成冷凝水被排出，成为干冷空气(温度20℃以下)，再进入换热器9，与太阳能***中的热水发生热交换，形成干热空气(温度50-80℃)，并经管路循环回到传动网带3下面并重新加热污泥。
太阳能***中，由集热器12对太阳能进行吸收并转换成热水的热量，储存在储热水箱11之中；通过循环泵10作用，储热水箱11中温度为85-100℃的热水进入换热器9，与湿冷空气发生热交换降温成为温度30-40℃的温水，经控制阀13进入冷却器14被冷却成温度15-25℃的冷水后，重新进入集热器12，吸收太阳能后转换成85-100℃的热水，储存在储热水箱11中。
与污泥热交换后带有水分的湿冷空气温度为30-35℃，冷凝降温后的干冷空气的温度在20℃以下；热泵***的蒸发器可将冷凝降温后的干冷空气升温至50-70℃，太阳能***的换热器可将冷凝降温后的干冷空气升温至50-80℃；依靠电控***(通过PLC控制***)可实现温度的自动调节，即PLC控制器根据从温度变送器传来的信号通过控制控制阀的开度来控制经换热器换热后的干热空气的温度，亦即，PLC控制器通过控制温水的流量实现对经换热器换热后的干热空气的温度的控制。
实施例3
利用实施例1的低温干化机按实施例2的方法对污泥进行干化处理的应用实例：
浙江某污水处理厂，日产生污泥20吨，含水率为80％。
设计采用实施例1中的低温干化机进行处理。该低温干化机的结构包括封闭的干化室1、落料斗2、带滚轴的传动网带3、出料螺旋4、蒸发器5、冷凝器6、膨胀阀7、压缩机8、换热器9、循环泵10、储热水箱11、集热器12、控制阀13、冷却器14、风扇17、水冷凝器18。
干化处理过程如下：
现场含水率80％的污泥通过螺旋输送机送至干化室1的落料斗2内；污泥以一定速度逐步掉落在传动网带3上，在滚轴的带动下，传动网带3以一定的速度稳定且连续地运转，污泥也随之移动；传动网带3下端不停地有温度为65℃的干热空气进入，穿过传动网带3，向上端移动；干热空气在穿过传动网带3的过程中，与污泥发生接触，发生热交换，将污泥中的水分蒸发进入到干热空气中，使污泥含水率降低；污泥经过传动网带3传送直至进入干化室1下部的出料螺旋4时，污泥的含水率已降至30％以下；
与污泥热交换后带有水分的湿冷空气(温度30℃)从干化室顶部出来，一路经管路输送至热泵***的蒸发器5，另一路经水冷凝器18冷凝后输送至太阳能***的换热器9；
进入蒸发器5的湿冷空气(温度30℃)，经蒸发器5作用，水汽凝结成冷凝水被排出，空气降温成为干冷空气(温度20℃以下)，进入冷凝器6；在冷凝器6内吸热而形成干热空气(温度65℃)，并经管路循环回到传动网带3下面并重新加热污泥；
进入水冷凝器18的湿冷空气(温度30℃)，其中的湿气经水冷凝器18作用形成冷凝水被排出，成为干冷空气(温度20℃以下)，再进入换热器9，与太阳能***中的热水发生热交换，形成干热空气(温度65℃)，并经管路循环回到传动网带3下面并重新加热污泥；
太阳能***中，由集热器12对太阳能进行吸收并转换成热水的热量，储存在储热水箱11之中；储热水箱11中温度为95℃的热水通过循环泵10进入换热器9，与湿冷空气发生热交换降温成为温度40℃的温水，经控制阀13进入冷却器14被冷却成温度20℃的冷水后，重新进入集热器12，吸收太阳能后转换成95℃的热水，储存在储热水箱11中。
上述干化处理过程，依照普通低温干化机的能耗计算，需消耗5000度电，而采用本发明中的低温干化机，因有效利用了太阳能，所以，只需消耗2500度电。有效节约了运行费用。
Claims (10)
1.一种污泥干化设备，其特征在于，它包括：封闭的干化室、热泵***、太阳能***、水冷凝器；干化室顶部设有落料斗，干化室下部侧面设有出料螺旋，干化室内设有带滚轴的传动网带；热泵***包括蒸发器、冷凝器、膨胀阀、压缩机；太阳能***包括由依次连接的集热器、储热水箱、循环泵、换热器、控制阀、冷却器构成的水循环回路；干化室底部设有干热空气入口；干化室顶部设有湿冷空气出口；干化室顶部的湿冷空气出口分别与蒸发器入口、水冷凝器入口连接；蒸发器出口与冷凝器入口连接；冷凝器出口与干化室底部的干热空气入口连接；膨胀阀、压缩机分别与蒸发器入口、冷凝器出口连接；换热器入口和水冷凝器出口连接，换热器出口与干化室底部的干热空气入口连接。
2.如权利要求1所述的污泥干化设备，其特征在于，所述的污泥干化设备还包括PLC控制***，PLC控制***包括PLC控制器、温度变送器；所述换热器的干热空气出口设有温度变送器，该温度变送器与PLC控制器的输入端连接；所述控制阀与PLC控制器的输出端连接；PLC控制器可根据从温度变送器传来的信号通过控制控制阀的开度来控制经换热器换热后的干热空气的温度。
3.如权利要求1或2所述的污泥干化设备，其特征在于，所述的集热器包括太阳能板，太阳能板下面焊接有集热水管。
4.如权利要求1或2所述的污泥干化设备，其特征在于，在所述的干化室底部的干热空气入口设有风扇。
5.如权利要求1或2所述的污泥干化设备，其特征在于，在所述的干化室内靠近干热空气入口处设有斜角坡度导流结构。
6.一种利用如权利要求1-5任一所述的污泥干化设备进行的污泥干化处理方法，其特征在于，
污泥通过螺旋输送机送至干化室的落料斗内，进入干化室，掉落在传动网带上；在滚轴的带动下，传动网带以一定的速度稳定且连续地运转，污泥也随之移动；传动网带下端不停地有干热空气进入，穿过传动网带，向上端移动；干热空气在穿过传动网带的过程中，与污泥发生接触，发生热交换，将污泥中的水分蒸发进入到干热空气中，使污泥含水率降低；
与污泥热交换后带有水分的湿冷空气从干化室顶部出来，一路经管路输送至热泵***的蒸发器，另一路经水冷凝器冷凝后输送至太阳能***的换热器；
进入蒸发器的湿冷空气，经蒸发器作用，水汽凝结成冷凝水被排出，空气降温成为干冷空气，再进入冷凝器；在冷凝器内吸热而形成干热空气，并经管路循环回到传动网带下面并重新加热污泥；
进入水冷凝器的湿冷空气，其中的湿气经水冷凝器作用形成冷凝水被排出，成为干冷空气，再进入换热器，与太阳能***中的热水发生热交换，形成干热空气，并经管路循环回到传动网带下面并重新加热污泥。
7.如权利要求6所述的污泥干化处理方法，其特征在于，太阳能***中，由集热器对太阳能进行吸收并转换成热水的热量，储存在储热水箱之中；储热水箱中温度为85-100℃的热水通过循环泵进入换热器，与湿冷空气发生热交换降温成为温度30-40℃的温水，经控制阀进入冷却器被冷却成温度15-25℃的冷水后，重新进入集热器，吸收太阳能后转换成85-100℃的热水，储存在储热水箱中。
8.如权利要求6所述的污泥干化处理方法，其特征在于，与污泥热交换后带有水分的湿冷空气温度为30-35℃，冷凝降温后的干冷空气的温度在20℃以下；热泵***的蒸发器可将冷凝降温后的干冷空气升温至50-70℃，太阳能***的换热器可将冷凝降温后的干冷空气升温至50-80℃，通过PLC控制***对经换热器换热后的干热空气的温度进行自动调节。
9.如权利要求6所述的污泥干化处理方法，其特征在于，进入蒸发器的温度为30-35℃的湿冷空气，经蒸发器作用，水汽凝结成冷凝水被排出，湿冷空气进一步降温成为温度在20℃以下的干冷空气，再进入冷凝器，在冷凝器内吸热形成温度为50-70℃的干热空气，之后再经管路循环回到传动网带下面重新加热污泥。
10.如权利要求6所述的污泥干化处理方法，其特征在于，进入水冷凝器的温度为30-35℃的湿冷空气，经水冷凝器冷凝后，成为温度在20℃以下的干冷空气，再进入换热器，与太阳能***中的热水发生热交换，形成温度为50-80℃的干热空气，之后再经管路循环回到传动网带下面重新加热污泥。
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