一種新型汙泥幹化系統的製作方法

2023-05-27 09:18:41 3

本發明涉及汙泥處理技術領域，具體涉及一種新型汙泥幹化系統。

背景技術：

近年來，伴隨著國內工業的不斷發展，在帶來國民生產總值不斷攀升的同時也帶來了大量的水體汙染，為了保證環境以及生態的健康，必須對排放的汙水進行有效的處理。而微生物活性汙泥法在當下依然是汙水處理過程中最為重要的處理方法，此方法的本質是利用微生物的生命活動將水體中的汙染物質如：COD、氨氮、磷轉移到活性汙泥當中，從而達到淨化水體的目的。汙水處理過程中產生的沉澱物質統稱為汙泥，由於汙泥在水處理過程中起到的作用是汙染的轉移，因此生化處理後的汙泥在本質上其實是一個新的汙染源，必須對其進行有效的治理。

2016年年初，由國家環境保護部聯合發改委、公安部聯合發布了新版的《國家危險廢物名錄》，新增加了80種危險廢物，在給危險廢物的治理提供了法律保障的同時也大大提升了危險廢物治理的市場需求。越來越多的環保企業也將研發的方向投向了這篇廣闊的市場。

降低含水率是汙泥綜合治理的核心要素，因為只有當汙泥的含水率降低至50％以下才能滿足混合填埋的需求，只有當汙泥的含水率降低至40％甚至更低的時候才可以自持焚燒以及作為建築輔材。生泥的含水率高達98％，經過機械壓濾脫水後可以有效地去除汙泥中的自由水和表面附著水，汙泥的含水率可以降低至80％；通過深度機械脫水之後，汙泥的含水率最多可以降低至60％，但是仍然無法滿足混合填埋、自持焚燒以及作為建築輔材的需求，汙泥中含有的間隙水、毛細水、內部的保留水仍然大量的存在，對此類水分的處理，傳統的機械脫水、深度機械脫水已經無法滿足要求，熱幹化法目前是一個主流的處理方法。

當前的熱幹化法主要分為兩種：第一是通過熱蒸汽對含水汙泥進行幹化，此類方法要依託於汙水廠有大量的餘熱和蒸汽管道，很顯然不是所有的汙水處理系統都能滿足此要求，因此，蒸汽脫水的適用性較差。另外一種重要的熱幹化法是利用除溼熱泵對溼熱空氣進行降溫脫溼，同時回收空氣水分凝結潛熱並加熱空氣的一種裝置。此裝置需要的能源供給只是電能，適用範圍廣，同時設備的體積相對較小。相對於蒸汽幹化法具有明顯的優勢。

但是傳統的熱泵系統在應用於汙泥幹化過程中的能耗還是偏高，其原因主要有如下兩點：第一、熱泵系統本身的設計缺乏創新；第二、熱泵系統和汙泥幹化承泥平臺的組合設計粗糙。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種新型汙泥幹化系統。本發明基於降低汙泥幹化過程中的能耗這一目標，採用新的設置方案，降低了汙泥幹活的能耗，節約了能源。

為了達到上述發明目的，本發明採用以下技術方案：

一種新型汙泥幹化系統，包括主箱體和位於主箱體外部的蒸發器，主箱體上設置有新風系統，主箱體內設置有多級汙泥傳送系統、熱泵系統、熱交換系統和若干個冷凝器，熱泵系統和熱交換系統均通過管路與蒸發器相連；多級汙泥傳送系統包括在豎直方向上多層交錯設置的傳送單元；熱泵系統包括由蒸發器引出的輸出管路、返回蒸發器的返回管路、設置在輸出管路上的壓縮機和設置在返回管路上的膨脹閥，輸出管路和返回管路與冷凝器聯通，冷凝器與傳送單元相配；熱交換系統包括由蒸發器引出的乾冷空氣排放管道和返回至蒸發器的溼熱空氣回排管道；蒸發器上引出設有冷凝水排放管道；主箱體上於頂層的傳送單元上方對應處設有汙泥進料口。

進一步的優選方案，所述新風系統包括設於主箱體不同側的新風入口和新風出口。

進一步的優選方案，所述輸出管路包括與蒸發器相連的輸出主管和由輸出主管分支出的輸出支管，壓縮機位於輸出主管上，輸出支管端頭均與冷凝器相連，返回管路包括與蒸發器相連的返回主管和匯集於返回主管的返回支管，返回支管的端頭與冷凝器相連，膨脹閥位於返回主管上。

進一步的優選方案，所述冷凝器數量與傳送單元相配，且冷凝器兩層傳送單元之間的一側。

進一步的優選方案，所述乾冷空氣排放管道包括由蒸發器引出的排放主管和由排放主管分支出的排放支管，排放主管上設有風機，排放支管的出口與冷凝器對應且相配。

進一步的優選方案，溼熱空氣回排管道入口位於主箱體內一側的上部。

進一步的優選方案，所述傳送單元包括履帶轉軸和由履帶轉軸驅動的承泥履帶，相鄰傳送單元的履帶轉軸轉向相反。

進一步的優選方案，所述承泥履帶為網狀結構。

進一步的優選方案，所述傳送單元至少為3層。

進一步的優選方案，所述傳送單元為3層。

本發明與現有技術相比，有益效果是：節省能源，效率較高。

附圖說明

圖1是本發明的一種新型汙泥幹化系統的結構示意圖；

圖2是本發明的一種新型汙泥幹化系統的熱風流場分布圖；

圖3是本發明的一種新型汙泥幹化系統的熱泵系統原理圖；

圖4是本發明的一種新型汙泥幹化系統的承泥履帶的結構示意圖。

圖中：1主箱體，2汙泥進料口，3新風入口，4新風出口，5待幹化汙泥，6承泥履帶，7履帶轉軸，8冷凝器，9壓縮機，10蒸發器，11膨脹閥，12風機，13溼熱空氣回排管道，14冷凝水排放管道，15乾冷空氣排放管道。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明的技術方案作進一步描述說明。

如果無特殊說明，本發明的實施例中所採用的原料均為本領域常用的原料，實施例中所採用的方法，均為本領域的常規方法。

實施例：

一種新型汙泥幹化系統，包括主箱體1和位於主箱體1外部的蒸發器10，主箱體1上設置有新風系統，所述新風系統包括設於主箱體1不同側的新風入口3和新風出口4。

主箱體1內設置有多級汙泥傳送系統、熱泵系統、熱交換系統和若干個冷凝器8。熱泵系統和熱交換系統均通過管路與蒸發器10相連；

多級汙泥傳送系統包括在豎直方向上多層交錯設置的傳送單元；所述傳送單元包括履帶轉軸7和由履帶轉軸7驅動的承泥履帶6，相鄰傳送單元的履帶轉軸7轉向相反，承泥履帶6為網狀結構，所述傳送單元至少為3層，所述傳送單元優選為3層。所述冷凝器8數量與傳送單元相配，且冷凝器8兩層傳送單元之間的一側。承泥履帶6採用的是精緻的碳塑鏈條，質量輕，受力能力強。碳素鏈條板上設有圓形、方形、平行四邊形、菱形、梯形等等形狀的孔隙，使得熱風能夠充分的通過碳素鏈條板，和溼冷的汙泥進行充分的接觸，提高幹化的效果。

熱泵系統包括由蒸發器10引出的輸出管路、返回蒸發器10的返回管路、設置在輸出管路上的壓縮機9和設置在返回管路上的膨脹閥11，輸出管路和返回管路與冷凝器8聯通，冷凝器8與傳送單元相配；熱交換系統包括由蒸發器10引出的乾冷空氣排放管道15和返回至蒸發器10的溼熱空氣回排管道13；所述乾冷空氣排放管道15包括由蒸發器10引出的排放主管和由排放主管分支出的排放支管，排放主管上設有風機12，排放支管的出口與冷凝器8對應且相配，溼熱空氣回排管道13入口位於主箱體1內一側的上部。

蒸發器10上引出設有冷凝水排放管道14；主箱體1上於頂層的傳送單元上方對應處設有汙泥進料口2。所述輸出管路包括與蒸發器10相連的輸出主管和由輸出主管分支出的輸出支管，壓縮機9位於輸出主管上，輸出支管端頭均與冷凝器8相連，返回管路包括與蒸發器10相連的返回主管和匯集於返回主管的返回支管，返回支管的端頭與冷凝器8相連，膨脹閥11位於返回主管上。

多個排列的冷凝器8有利於對低溫幹空氣的均勻加熱。目前冷凝器8放置在熱泵系統(熱泵系統)內部是主流做法，缺點是一方面熱量會消耗在熱泵系統內部，也就是整個系統的一個角落裡，其次，由於要保證蒸發器和冷凝器的溫差，蒸發器和冷凝器直接必要要有隔熱性能很好的隔熱層來使得兩部分分開。將冷凝器8放置在熱泵系統的外部且在主箱體1的內部，並位於汙泥幹化部分，可以將冷凝器8部分的熱量充分釋放到幹化主箱體1內部；這樣的設置，利用熱泵系統主箱體1本身就成為了一個隔熱層，有效節約了成本。

蒸發器10是位於主箱體外部，是低溫部分，溫度在0-10度，而冷凝器8在主箱體1內部多個排列，冷凝器8是熱泵系統的高溫部分，溫度範圍為70-80度，用於對乾冷空氣排放管道15排出的空氣進行加熱。

溼熱空氣在蒸發器10部分快速降溫至露點溫度以下就可以析出冷凝水，而在同時，冷凝水通過排放到外部箱體表面蒸發降低蒸發器10的周圍環境的溫度，可以提高熱泵系統的效率，而冷凝器8放在幹化部分，呈多個排列的優點如下：多個排列的冷凝器8有利於對低溫幹空氣的均勻加熱，將冷凝器8放置在熱泵系統的外部及汙泥幹化部分即主箱體1的內部，可以將冷凝器8部分的熱量充分釋放到幹化主箱體1內部；目前放置在熱泵系統內部是主流做法，缺點是一方面熱量會消耗在熱泵系統內部，也就是整個系統的一個角落裡，其次，由於要保證蒸發器10和冷凝器8的溫差，蒸發器10和冷凝器10直接要有隔熱性能很好的隔熱層來使得兩部分分開，而將蒸發器10放置在熱泵系統箱體的外部，熱泵系統箱體本身就成為了一個隔熱層，有效節約了成本。

如圖2和圖3所示，在上述整個系統中，蒸發器10、膨脹閥11、冷凝器8和壓縮機9通過管道連接組成了一個循環系統，內部有壓縮性和膨脹性良好的工質。工質在進入蒸發器10之前的工質是低溫低壓的液體，經過蒸發器10之後變為了，低溫低壓的蒸汽；低溫低壓的蒸汽，經過壓縮機9的壓縮之後變為高溫、高壓的蒸汽；高溫高壓的蒸汽在冷凝器8內進行熱交換，變為高溫高壓的液體；高溫高壓的液體經過膨脹閥11的作用變為低溫低壓的液體；然後低溫低壓的液體再次進入蒸發器10，往復循環。整個熱泵系統，壓縮機和膨脹閥是動力來源，由電能來驅動，冷凝器和蒸發器是熱交換設備。

工質進入蒸發器10之前的溫度是很低的，蒸發器10溫度雖然在熱泵系統是低溫部分，10度左右，但是比起進入蒸發器10之前的低溫低壓的液體工質的溫度是高的，所以液體工質在蒸發器10部分是吸熱的，也就是說，熱泵的作用使得蒸發器10部分的溫度降低，那麼我們把蒸發器10附件的溫度通過排放的冷凝水的蒸發，對其進行進一步的降溫，是在某種意義上可以補充熱泵系統想要對蒸發器10附近的溫度進行降低。

壓縮機9壓縮之後的高溫高壓的蒸汽溫度是比較高的，遠遠高於冷凝器8的溫度，所以在經過冷凝器8的時候會對外放熱，那麼在對於熱風循環的系統裡，冷凝器8就是一個熱源了，經過冷凝器8能夠將含水的風中的水分析出，然後幹的溫度低的風經過冷凝器8就能夠使其加熱，變為乾熱的空氣，進一步對於溼汙泥進行幹化，再次變為溼熱的空氣，然後遇到蒸發器10急速降溫，氣體含水的能力降低了，那麼就會析出水分。然後再次加熱，循環往復。

熱交換系統引出的乾冷空氣排放管道15帶來的乾燥冷風在冷凝器8的熱交換下，變成乾熱的空氣，乾熱空氣通過和低溫含水汙泥進行不斷的熱交換帶走汙泥中的水分，乾燥熱風由此變成了相對低溫和潮溼的空氣；低溫潮溼的空氣進入溼熱空氣回排管道13，溼熱空氣回排管道13通過蒸發器10，因為熱泵系統在蒸發器10部分放出大量的熱量，因此，低溫潮溼的空氣會吸收此部分熱量，然後變為高溫，乾燥氣體，水分以冷凝水的形式排放出去。

該系統為連續式進料，第一層傳送單元的承泥履帶6是順時針轉動，汙泥會自然滑動到第二層的承泥履帶6上，第二層的承泥履帶6以逆時針轉動，汙泥由此會滑動到第三層承泥履帶6上，第三層承泥履帶6為順時針轉動。

該系統為密閉式，當幹化到一定的時間段的時候，雖然水分的大部分會以冷凝水的性質排放出去，但是主箱體1內的溼度還是不可避免的會越來越高，此時系統會停止運行數分鐘，打開新風入口3和新風出口4排出溼氣，使得相對溼度更低的新風進入主箱體1內部，然後系統再次工作。

熱交換系統引出的熱空氣排放管道15的熱風的溫度穩定維持在40攝氏度，是相對低的溫度。當蒸發溫度達到60到80攝氏度時，高溫會蒸發出大量汙泥中的汙染物質，造成冷凝水的汙染，冷凝水的COD可以達到840mg/L以上，總氮超過30mg/L，總磷可以達到1mg/L；當蒸發溫度在40到60攝氏度時，冷凝水的COD可以達到500mg/L以上，總氮超過20mg/L，總磷可以達到0.5mg/L；但是當蒸發的溫度維持在40攝氏度甚至更低的時候，冷凝水的COD可以達到150mg/L一下，總氮小於5mg/L，幾乎沒有總磷的產生。40攝氏度的高溫氣體在分上、中、下三個排放支管到達傳送單元處，能夠保證和三層汙泥的每一次進行充分的對流熱交換，保證幹化效果，同時整體幹化箱體內部的流場效果好。

將蒸發器10設計在主箱體1的外部，並設置在幹化箱體的內部，幹化箱體即為主箱體1外部右側的箱體，同時，也設置在新風出口的旁邊，這是本發明最大的亮點。在上述熱泵的基本工作原理中提到了，低溫、低壓的液體工質在蒸發器吸收熱量，變為低溫低壓蒸汽工質，因此，蒸發器附近需要相對較高的溫度，本發明把蒸發器的位置設在熱風出口旁邊，熱風的排出除了保證一個好的流場狀態，能夠對溼冷汙泥進行幹化的同時，也能夠對蒸發器提供熱量的補充，一舉兩得。

蒸發器10作為一個小的獨立個體，設計在整個主箱體的後下角。這樣做的目的是保障冷凝器8附近較低的溫度，因為高溫、高壓蒸汽工質在通過低溫冷凝器的時候發生熱交換，放出熱量，變為高溫、高壓的液體工質。在此基礎上，還把冷凝水引出到後下角箱體的上方，對小箱體進行噴灑冷卻，通過冷凝水的蒸發吸熱進一步帶走部分熱量。

一個熱泵系統的效率可以簡易計算為100％減去(蒸發器10附近的較低溫度/蒸發器附近的較高溫度)也就是說，溫差越高，上訴的低溫和高溫的比值就會越趨向於零，熱機的效率就越趨向於100％，雖然永遠沒有100％效率的熱機，但是通過各種手段，想辦法在不消耗更多能耗的基礎上儘可能地提高蒸發器附近的溫度，儘可能地降低冷凝器附近的溫度是熱機研發的重要方向，本發明最大的優點也在於此。

關於該系統的一些參數如下：

1.此危廢汙泥幹化系統主箱體的長度範圍為1.0米到8.5米，寬度範圍為0.6米到2.5米，高度範圍為1.2米到3.5米；

2.主箱體內部承泥履帶的長度範圍為0.8米到7.0米，寬度範圍為0.65米到2.35米，承泥履帶轉軸直徑的範圍為0.1米到0.5米；

3.熱泵系統總箱體的長度範圍為0.5米到4.0米，寬度範圍為0.6米到2.5米，高度範圍為1.0米到3.0米；

4.熱泵系統總箱體右下方承接冷凝器箱體的長度範圍為0.1米到2.0米，寬度範圍為0.6米到2.5米，高度範圍為0.35米到1.5米；

5.此熱泵系統每天的工作時間為20小時；

6.熱泵系統的總功率的範圍為2.0KW到480KW，熱泵系統主要的能耗在於壓縮機和風機；

7.熱泵系統每天的除水量的範圍為0.05噸到24噸。

具體的實際應用如下：

應用例1

選取無錫某項目現場的含油汙泥，經過板框脫水的預處理工作之後，含水率達到80％。

1.此危廢汙泥幹化系統主箱體的長度為1.91米，寬度為1.29米，高度為2.04米；

2.主箱體內部承泥履帶的長度為1.46米，寬度為1.1米，承泥履帶轉軸的直徑為0.15米，承泥履帶的孔隙為正方形，邊長為2釐米；

3.熱泵系統總箱體的長度為0.7米，寬度為1.0米，高度為1.6米；

4.熱泵系統總箱體右下方承接冷凝器箱體的長度為0.2米，寬度為0.8米到，高度為0.6米；

5.此熱泵系統每天的工作時間為20小時；

6.此熱泵系統每天的80％含水率汙泥的進泥量為1.03噸；幹化後的汙泥的含水率為10％，因此每天除水的量約為0.8噸；

7.熱泵系統的總功率為11kw，每天工作20小時，耗電量為220kw；

8.因為每天去除的汙泥中的水量為0.8噸，耗電量為220kw，所以經過計算，去除汙泥中一噸水所需要的電量約為275kw；

危廢汙泥在通常情況下的委外處理費用為800元每噸，日處理0.8噸的汙泥費用為640元。而利用本發明所提供的幹化系統，每天的耗電量為220kw，以每度電0.6元計算，每天的費用低至132元，大大縮減了危廢汙泥的處理費用；而傳統的熱泵汙泥幹化系統的噸水耗電量約為400度，本發明熱泵系統的噸水耗電量為275度，節約耗電31.25％，大大節約了處理成本。

應用例2

選取常熟某項目現場的氟化鈣汙泥，經過疊螺脫水的預處理工作之後，含水率達到65％。

1.此危廢汙泥幹化系統主箱體的長度為7.5米，寬度為2.5米，高度為3.2米；

2.主箱體內部承泥履帶的長度為5.2米，寬度為2.0米，承泥履帶轉軸的直徑為0.3米，承泥履帶的孔隙為正方形，邊長為1.2釐米；

3.熱泵系統總箱體的長度為1.5米，寬度為1.7米，高度為2.5米；

4.熱泵系統總箱體右下方承接冷凝器箱體的長度為0.5米，寬度為1.5米到，高度為0.9米；

5.此熱泵系統每天的工作時間為20小時；

6.此熱泵系統每天的65％含水率汙泥的進泥量為29.89噸；幹化後的汙泥的含水率為12％，因此每天除水的量約為18噸；

7.熱泵系統的總功率為217.8kw，每天工作20小時，耗電量為4356kw；

8.因為每天去除的汙泥中的水量為18噸，耗電量為4356kw，所以經過計算，去除汙泥中一噸水所需要的電量約為242kw；

危廢汙泥在通常情況下的委外處理費用為800元每噸，日處理29.89噸汙泥的費用高達24000元。而利用本發明所提供的幹化系統，每天的耗電量為4356kw，以每度電0.6元計算，每天的費用低至2613.6元，大大縮減了危廢汙泥的處理費用；而傳統的熱泵汙泥幹化系統的噸水耗電量約為400度，本發明熱泵系統的噸水耗電量為242度，節約耗電39.50％，大大節約了處理成本。