熱泵技術(shù)干化污泥的設備

1、熱泵技術(shù)干化污泥的設備摘要：將熱泵作為熱源進展枯燥、干化和脫水等作業(yè)，是上世紀八十年代開展起來的新型枯燥技術(shù)。目前，該技術(shù)已應用于各個領(lǐng)域，如在木材、化工產(chǎn)品、食品枯燥、蔬菜脫水和污泥糞便干化等方面，都獲得了良好的效果。針對污泥和糞便干化問題，熱泵干化技術(shù)具有運行費用低和對環(huán)境無任何污染的兩大優(yōu)勢。早在上個世紀八十年代初日本已獲得成功的運用。關(guān)鍵詞：熱泵干化污泥脫水1前言將熱泵作為熱源進展枯燥、干化和脫水等作業(yè)，是上世紀八十年代開展起來的新型枯燥技術(shù)。目前，該技術(shù)已應用于各個領(lǐng)域，如在木材、化工產(chǎn)品、食品枯燥、蔬菜脫水和污泥糞便干化等方面，都獲得了良好的效果。針對污泥和糞便干化問題，熱泵干化技

2、術(shù)具有運行費用低和對環(huán)境無任何污染的兩大優(yōu)勢。早在上個世紀八十年代初日本已獲得成功的運用。2熱泵枯燥原理熱泵枯燥設備由熱泵的熱力循環(huán)系統(tǒng)和熱風枯燥循環(huán)系統(tǒng)組成。熱泵循環(huán)系統(tǒng)為熱風枯燥系統(tǒng)提供熱源和降低熱風濕度。熱風枯燥系統(tǒng)，通過循環(huán)熱風與物料直接接觸，提供蒸發(fā)水份熱量，帶走物料中的水份。所謂“熱泵，是耗用一定的機械功，汲取環(huán)境或廢棄物中低品位熱能，將其進步成為可利用的熱能的一種節(jié)能裝置。正如“水泵一樣，耗用一定機械功，將水從低水位進步到所需的水位。熱泵系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器組成，如圖一所示。系統(tǒng)內(nèi)運行的工質(zhì)，在蒸發(fā)器中汲取枯燥室排出濕熱空氣中的熱量，從低壓液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)成低壓蒸汽

3、，經(jīng)壓縮機增壓成為高溫高壓的蒸汽；在冷凝器中，高溫高壓的工質(zhì)蒸汽放出熱量加熱進入枯燥室的空氣，而工質(zhì)本身那么從氣體冷凝成高壓液體；通過節(jié)流裝置，液體工質(zhì)產(chǎn)生阻塞效應，降低了壓力和溫度，成為低壓低溫液體，再度進入蒸發(fā)器中吸收濕熱氣體的熱量，如此反復循環(huán)將低溫熱量輸送到高溫介質(zhì)中去，形成熱泵循環(huán)。從熱風枯燥循環(huán)系統(tǒng)來看，其熱風流程如圖二所示。枯燥室排出氣體，是含水份較高的濕熱氣體，其狀態(tài)如圖三h-d圖上的點a，其相對濕度在7080%左右，通過熱泵的蒸發(fā)器時，由于蒸發(fā)器外表溫度低于空氣露點溫度，不僅降低了空氣的溫度并且在蒸發(fā)器外表將水汽冷凝下來，以液體水的狀態(tài)排出系統(tǒng)外。氣體分開蒸發(fā)器變成低溫而潮濕

4、，如圖三上點b其相對濕度一般在=95-97%。脫濕后的氣體在熱泵冷凝器中得到等濕加熱，進步了氣體溫度，同時也降低了相對濕度，如圖三點成為干熱氣體進入枯燥室。在枯燥室中，干熱氣體與被枯燥物料直接接觸，提供物料干化的熱量，同時也帶走了水份。空氣在枯燥室內(nèi)為等焓增濕降溫過程，在分開枯燥室時又回復到圖三的a點。從圖三上可見每公斤氣體通過一個循環(huán)可以脫除水份ddad。從上述熱泵枯燥原理來看，與一般枯燥工藝差異是沒有濕熱氣體排放，通過二個密閉循環(huán)系統(tǒng)，物料中的水份最終以液態(tài)水排除。采用該原理干化污泥有二大優(yōu)點：1節(jié)約能源：在熱泵枯燥中。不排放濕熱氣體而將其顯熱和潛熱全部進展了回收，只耗用了一定的機械功。一

5、般衡量熱泵熱回收才能常用熱泵性能系數(shù)來表征，即P=冷凝器提供熱量壓縮機的功耗Q/0在污泥設備枯燥中P4.05.0，既熱泵提供的熱量是電耗熱量的45倍。衡量枯燥設備耗能另一重要指標熱泵比脫水率PEPE=脫水量/熱泵能耗=kg(水)/k.H(電在目前設備中熱泵PE5.06.0。即每度電可脫水56公斤。2不污染環(huán)境：由于熱泵干化污泥在封閉的環(huán)境中進展，在干化過程中產(chǎn)生的一切有臭有害氣體可以做到不外泄，對周圍環(huán)境可以減少到最低的污染，有利在居民點附近進展干化操作。3熱泵干化污泥裝置簡介我所科技人員自八十年代以來，對熱泵枯燥技術(shù)進展了系統(tǒng)的研究與開發(fā)。采用了高溫熱力性能良好的工質(zhì)R142b和獨特的熱風循

6、環(huán)系統(tǒng)專利號：ZL97222358.4開發(fā)了系列的高溫熱泵除濕機。該機組的干化溫度在5085范圍內(nèi)均可工作，至今已有500600臺套設備投入運行，尤其在木材枯燥方面獲得了優(yōu)異成效；如上海的優(yōu)質(zhì)木制品一半以上，均用我所設備進展枯燥處理。出口名牌木制品，幾乎悉數(shù)采用我所設備進展枯燥加工。2000年獲得了?國家重點新產(chǎn)品?稱號，自1997年以來我所被評為?上海市高新技術(shù)企業(yè)?。而與熱泵枯燥機組相匹配的枯燥室有連續(xù)枯燥和間歇枯燥兩種方式。一般物料比擬粗大，枯燥周期較長或物料不形成批量的多用間歇枯燥，即物料是采用間歇載入和卸出的。如木材、農(nóng)副產(chǎn)品、藥材、工藝品多用此方式。對于污泥干化周期相對短，批量又較

7、大，成型后物料細小而顆粒度又較均一故宜采用連續(xù)進料和出料的連續(xù)式枯燥方式。我所研制的一臺污泥干化連續(xù)式熱泵枯燥裝置的樣機，工作原理如圖四所示，其外形參見照片1。熱泵枯燥機仍沿用我所卓有成效，成熟的機組?？菰锸覂?nèi)裝有傳送速度可調(diào)的不銹鋼網(wǎng)帶的傳送帶組。為了干化工藝過程全部在封閉環(huán)境中進展，在枯燥室內(nèi)配置了兩套成型機。經(jīng)過發(fā)酵后含水量為6065%的粉狀污泥通過封閉輸送筒，進入枯燥室內(nèi)，為了易于干化，防止干化后污泥飛揚，經(jīng)過初步成型，傾在傳送帶上，傳送帶按設定速度帶著物料轉(zhuǎn)運，經(jīng)數(shù)層傳送帶來回運送使污泥干化到含水率40%左右再進展第二次成型成顆粒肥料，再經(jīng)數(shù)次傳送帶來回運送干化，最后到達含水率20%

8、成品的顆粒肥料參見照片2送出枯燥室，再通過封閉傳送機構(gòu)送到包裝車間，盛袋裝出。從熱泵枯燥機組送出的熱風，經(jīng)循環(huán)風機向傳送帶垂向送風，穿過數(shù)層盛載污泥不銹鋼網(wǎng)帶時，吸收物料水份返回到熱泵中除濕，這種枯燥方式亦稱熱泵穿流枯燥。采用這種方式也曾對未經(jīng)發(fā)酵含水率80%的排水污泥，成功地干化到60%含水率。當然在干化過程中成型比擬困難，但這也為進一步擴大處理污泥的范圍創(chuàng)造了條件。4熱泵技術(shù)干化污泥的特點經(jīng)過熱泵枯燥裝置的研制試驗與分析，熱泵枯燥污泥具有以下優(yōu)點：1能消耗用低熱泵干化污泥裝置在運行中能回收濕熱空氣的顯熱和潛熱，能量得到充分而合理利用，是一種公認的高效節(jié)能設備。按目前上海地區(qū)的能源價格計算，

9、熱泵運行的能源費用，是用煤氣和燃油作熱源進展供熱枯燥的一半左右詳見經(jīng)濟分析。2不污染環(huán)境由于熱泵干化污泥的全過程是在封閉系統(tǒng)中進展，不需向周圍環(huán)境排濕，同時也會排出有害、有臭味的氣體。假設將進出料系統(tǒng)全部封閉在管道中，會使整個操作保持清潔環(huán)境。干化后的污泥已成為無臭顆粒肥料。枯燥污泥后翻開枯燥室清理時，也無明顯臭味溢出。這與其他枯燥方法相比，是一個獨特的優(yōu)點。3污泥干化質(zhì)量好熱泵枯燥裝置中的枯燥介質(zhì)是在封閉的空間循環(huán)；不受外界氣候條件的影響，一年四季均在同一條件下平穩(wěn)運行，所以枯燥質(zhì)量穩(wěn)定。污泥是城市排水經(jīng)過絮凝劑沉淀出來的膠狀固體微團，成分構(gòu)造復雜，親水力較強。熱泵干化溫度不僅可在5085調(diào)

10、節(jié)，而且可以控制枯燥室的濕度，滿足有機污泥干化的理想條件，不會造成污泥微團外壁結(jié)殼，造成難以脫水的現(xiàn)象。試驗證明，枯燥成品的含水率均勻，又能保持顆粒肥料中的有機成分。另外，由于循環(huán)是在封閉的空間內(nèi)進展，不受外界氣候條件的影響，一年四季均在同一條件下運行，枯燥質(zhì)量很穩(wěn)定。4易形成現(xiàn)代化的產(chǎn)業(yè)目前研制的日處理一噸污泥熱泵干化裝置的樣機，在寬1.5米、高2.3米、長3.5米的封閉空間內(nèi)已含了熱源、枯燥室、鼓風設備和控制等設備，非常緊湊。假設擴大到日處理五噸污泥的設備，其體積不會超過BHL=2米3米5米。其占地面積非常有限。此外，本裝置可以組合式運行。如需日處理20噸污泥量，那么可以使4臺機組嚴密并列

11、運行，總的占地面積很小，當然，在日處理量有波動時還可以調(diào)整運行臺數(shù)。由于熱泵枯燥操作為單一的電能，自動化程度高，非常適宜配套在現(xiàn)代化城市應用。5熱泵枯燥能耗的經(jīng)濟性熱泵是用電力驅(qū)動的裝置，一般誤認為耗電本錢高，不易被承受?，F(xiàn)分別就采用煤、燃油、煤氣和熱泵作為供熱源的枯燥裝置，進展經(jīng)濟性比擬，對各種熱源的熱值和價格作如下設定：1煤熱值：6700大卡公斤，價格：0.35元公斤。2煤氣熱值：3500大卡3，價格：0.8元3。3燃油熱值：10800大卡kg，價格：2.4元kg。4電熱值：860大卡kh，平均電價：0.45元kh。白天0.6元kh，夜間0.3元kh假設以處理一噸含水率60%污泥干化成含水率20的顆粒肥料為例，提供相等的干化熱量，其能耗本錢計算結(jié)果如下表所示：由上表可見，各種熱源的枯燥裝置，除煤外，采用熱泵枯燥，比燃油、煤氣本錢