熱泵技術(shù)干化污泥的設(shè)備

1、熱泵技術(shù)干化污泥的設(shè)備摘要：將熱泵作為熱源進(jìn)展枯燥、干化和脫水等作業(yè)，是上世紀(jì)八十年代開(kāi)展起來(lái)的新型枯燥技術(shù)。目前，該技術(shù)已應(yīng)用于各個(gè)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(duì)污泥和糞便干化問(wèn)題，熱泵干化技術(shù)具有運(yùn)行費(fèi)用低和對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染的兩大優(yōu)勢(shì)。早在上個(gè)世紀(jì)八十年代初日本已獲得成功的運(yùn)用。關(guān)鍵詞：熱泵干化污泥脫水1前言將熱泵作為熱源進(jìn)展枯燥、干化和脫水等作業(yè)，是上世紀(jì)八十年代開(kāi)展起來(lái)的新型枯燥技術(shù)。目前，該技術(shù)已應(yīng)用于各個(gè)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(duì)污泥和糞便干化問(wèn)題，熱泵干化技

2、術(shù)具有運(yùn)行費(fèi)用低和對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染的兩大優(yōu)勢(shì)。早在上個(gè)世紀(jì)八十年代初日本已獲得成功的運(yùn)用。2熱泵枯燥原理熱泵枯燥設(shè)備由熱泵的熱力循環(huán)系統(tǒng)和熱風(fēng)枯燥循環(huán)系統(tǒng)組成。熱泵循環(huán)系統(tǒng)為熱風(fēng)枯燥系統(tǒng)提供熱源和降低熱風(fēng)濕度。熱風(fēng)枯燥系統(tǒng)，通過(guò)循環(huán)熱風(fēng)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(jī)械功，汲取環(huán)境或廢棄物中低品位熱能，將其進(jìn)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(jī)械功，將水從低水位進(jìn)步到所需的水位。熱泵系統(tǒng)由壓縮機(jī)、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(yùn)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(jī)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(jìn)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(guò)節(jié)流裝置，液體工質(zhì)產(chǎn)生阻塞效應(yīng)，降低了壓力和溫度，成為低壓低溫液體，再度進(jìn)入蒸發(fā)器中吸收濕熱氣體的熱量，如此反復(fù)循環(huán)將低溫?zé)崃枯斔偷礁邷亟橘|(zhì)中去，形成熱泵循環(huán)。從熱風(fēng)枯燥循環(huán)系統(tǒng)來(lái)看，其熱風(fēng)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(diǎn)a，其相對(duì)濕度在7080%左右，通過(guò)熱泵的蒸發(fā)器時(shí)，由于蒸發(fā)器外表溫度低于空氣露點(diǎn)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(lái)，以液體水的狀態(tài)排出系統(tǒng)外。氣體分開(kāi)蒸發(fā)器變成低溫而潮濕

4、，如圖三上點(diǎn)b其相對(duì)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(jìn)步了氣體溫度，同時(shí)也降低了相對(duì)濕度，如圖三點(diǎn)成為干熱氣體進(jìn)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(shí)也帶走了水份?？諝庠诳菰锸覂?nèi)為等焓增濕降溫過(guò)程，在分開(kāi)枯燥室時(shí)又回復(fù)到圖三的a點(diǎn)。從圖三上可見(jiàn)每公斤氣體通過(guò)一個(gè)循環(huán)可以脫除水份ddad。從上述熱泵枯燥原理來(lái)看，與一般枯燥工藝差異是沒(méi)有濕熱氣體排放，通過(guò)二個(gè)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(diǎn)：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(jìn)展了回收，只耗用了一定的機(jī)械功。一

5、般衡量熱泵熱回收才能常用熱泵性能系數(shù)來(lái)表征，即P=冷凝器提供熱量壓縮機(jī)的功耗Q/0在污泥設(shè)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(shè)備耗能另一重要指標(biāo)熱泵比脫水率PEPE=脫水量/熱泵能耗=kg(水)/k.H(電在目前設(shè)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(jìn)展，在干化過(guò)程中產(chǎn)生的一切有臭有害氣體可以做到不外泄，對(duì)周?chē)h(huán)境可以減少到最低的污染，有利在居民點(diǎn)附近進(jìn)展干化操作。3熱泵干化污泥裝置簡(jiǎn)介我所科技人員自八十年代以來(lái)，對(duì)熱泵枯燥技術(shù)進(jìn)展了系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)。采用了高溫?zé)崃π阅芰己玫墓べ|(zhì)R142b和獨(dú)特的熱風(fēng)循

6、環(huán)系統(tǒng)專(zhuān)利號(hào)：ZL97222358.4開(kāi)發(fā)了系列的高溫?zé)岜贸凉駲C(jī)。該機(jī)組的干化溫度在5085范圍內(nèi)均可工作，至今已有500600臺(tái)套設(shè)備投入運(yùn)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(shè)備進(jìn)展枯燥處理。出口名牌木制品，幾乎悉數(shù)采用我所設(shè)備進(jìn)展枯燥加工。2000年獲得了?國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品?稱(chēng)號(hào)，自1997年以來(lái)我所被評(píng)為?上海市高新技術(shù)企業(yè)?。而與熱泵枯燥機(jī)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(zhǎng)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(duì)于污泥干化周期相對(duì)短，批量又較

7、大，成型后物料細(xì)小而顆粒度又較均一故宜采用連續(xù)進(jìn)料和出料的連續(xù)式枯燥方式。我所研制的一臺(tái)污泥干化連續(xù)式熱泵枯燥裝置的樣機(jī)，工作原理如圖四所示，其外形參見(jiàn)照片1。熱泵枯燥機(jī)仍沿用我所卓有成效，成熟的機(jī)組。枯燥室內(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(guò)程全部在封閉環(huán)境中進(jìn)展，在枯燥室內(nèi)配置了兩套成型機(jī)。經(jīng)過(guò)發(fā)酵后含水量為6065%的粉狀污泥通過(guò)封閉輸送筒，進(jìn)入枯燥室內(nèi)，為了易于干化，防止干化后污泥飛揚(yáng)，經(jīng)過(guò)初步成型，傾在傳送帶上，傳送帶按設(shè)定速度帶著物料轉(zhuǎn)運(yùn)，經(jīng)數(shù)層傳送帶來(lái)回運(yùn)送使污泥干化到含水率40%左右再進(jìn)展第二次成型成顆粒肥料，再經(jīng)數(shù)次傳送帶來(lái)回運(yùn)送干化，最后到達(dá)含水率20%

8、成品的顆粒肥料參見(jiàn)照片2送出枯燥室，再通過(guò)封閉傳送機(jī)構(gòu)送到包裝車(chē)間，盛袋裝出。從熱泵枯燥機(jī)組送出的熱風(fēng)，經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)向傳送帶垂向送風(fēng)，穿過(guò)數(shù)層盛載污泥不銹鋼網(wǎng)帶時(shí)，吸收物料水份返回到熱泵中除濕，這種枯燥方式亦稱(chēng)熱泵穿流枯燥。采用這種方式也曾對(duì)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(dāng)然在干化過(guò)程中成型比擬困難，但這也為進(jìn)一步擴(kuò)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(diǎn)經(jīng)過(guò)熱泵枯燥裝置的研制試驗(yàn)與分析，熱泵枯燥污泥具有以下優(yōu)點(diǎn)：1能消耗用低熱泵干化污泥裝置在運(yùn)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(rèn)的高效節(jié)能設(shè)備。按目前上海地區(qū)的能源價(jià)格計(jì)算，

9、熱泵運(yùn)行的能源費(fèi)用，是用煤氣和燃油作熱源進(jìn)展供熱枯燥的一半左右詳見(jiàn)經(jīng)濟(jì)分析。2不污染環(huán)境由于熱泵干化污泥的全過(guò)程是在封閉系統(tǒng)中進(jìn)展，不需向周?chē)h(huán)境排濕，同時(shí)也會(huì)排出有害、有臭味的氣體。假設(shè)將進(jìn)出料系統(tǒng)全部封閉在管道中，會(huì)使整個(gè)操作保持清潔環(huán)境。干化后的污泥已成為無(wú)臭顆粒肥料?？菰镂勰嗪蠓_(kāi)枯燥室清理時(shí)，也無(wú)明顯臭味溢出。這與其他枯燥方法相比，是一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。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(yùn)行，所以枯燥質(zhì)量穩(wěn)定。污泥是城市排水經(jīng)過(guò)絮凝劑沉淀出來(lái)的膠狀固體微團(tuán)，成分構(gòu)造復(fù)雜，親水力較強(qiáng)。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(jī)污泥干化的理想條件，不會(huì)造成污泥微團(tuán)外壁結(jié)殼，造成難以脫水的現(xiàn)象。試驗(yàn)證明，枯燥成品的含水率均勻，又能保持顆粒肥料中的有機(jī)成分。另外，由于循環(huán)是在封閉的空間內(nèi)進(jìn)展，不受外界氣候條件的影響，一年四季均在同一條件下運(yùn)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(jī)，在寬1.5米、高2.3米、長(zhǎng)3.5米的封閉空間內(nèi)已含了熱源、枯燥室、鼓風(fēng)設(shè)備和控制等設(shè)備，非常緊湊。假設(shè)擴(kuò)大到日處理五噸污泥的設(shè)備，其體積不會(huì)超過(guò)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(yùn)行。如需日處理20噸污泥量，那么可以使4臺(tái)機(jī)組嚴(yán)密并列

11、運(yùn)行，總的占地面積很小，當(dāng)然，在日處理量有波動(dòng)時(shí)還可以調(diào)整運(yùn)行臺(tái)數(shù)。由于熱泵枯燥操作為單一的電能，自動(dòng)化程度高，非常適宜配套在現(xiàn)代化城市應(yīng)用。5熱泵枯燥能耗的經(jīng)濟(jì)性熱泵是用電力驅(qū)動(dòng)的裝置，一般誤認(rèn)為耗電本錢(qián)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(jìn)展經(jīng)濟(jì)性比擬，對(duì)各種熱源的熱值和價(jià)格作如下設(shè)定：1煤熱值：6700大卡公斤，價(jià)格：0.35元公斤。2煤氣熱值：3500大卡3，價(jià)格：0.8元3。3燃油熱值：10800大卡kg，價(jià)格：2.4元kg。4電熱值：860大卡kh，平均電價(jià)：0.45元kh。白天0.6元kh，夜間0.3元kh假設(shè)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(qián)計(jì)算結(jié)果如下表所示：由上表可見(jiàn)，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(qián)