溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統及方法
2023-05-08 09:23:06
專利名稱：溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統及方法，屬於汙泥幹化處置技術領域。
背景技術：
目前我國擁有已建成及在建、擬建的自來水廠和汙水處理廠近千家，這些水廠在運營過程中會產生大量汙泥，對其進行科學處理與利用已成為一個迫切需要解決的難題。 汙泥資源化利用的關鍵首先在於汙泥內部水分的去除，同時實現減量化。汙泥經過幹化，其臭味、病原物、粘度、不穩定等負面特性得到顯著改善，可用於填埋、焚燒、堆肥和製備建材等。20世紀90年代以來，運用脫水和幹化技術處理汙泥得到迅速發展，主要有離心法、壓濾法、真空法、微波法和紅外法等。其中離心法、壓濾法等機械脫水方式的運營成本較低，通常能將汙泥含水率降至509Γ80%，此時汙泥的含水率仍較高，資源化利用受到很大限制。微波和紅外技術的幹化效果較好，可將汙泥的含水率降低10%以下，但乾燥成本很高，每噸汙泥需要幾百元，很難推廣應用。鑑於技術和經濟性的制約，絕大多數汙泥在使用前仍採用自然攤曬或利用鍋爐、 電廠餘熱進行深度乾燥。自然攤曬的乾燥周期長，佔地面積大，易受天氣影響而難以實現連續化作業；鍋爐、電廠餘熱對汙泥進行乾燥可實現廢熱的回收利用，但是其使用範圍和數量受到很大限制。我國很多地區太陽能資源豐富，利用清潔、取之不盡用之不竭的太陽能進行汙泥乾燥，設計相應的乾燥系統，對節省能源和保護環境具有十分深遠的意義。利用太陽能幹燥汙泥的系統不多，現有技術主要有以下幾種
授權公開號為CN 100439839C的專利《用於乾燥產品、尤其是如淨化站汙泥的設備》， 該系統為溫室型太陽能幹燥系統，其優點是結構簡單造價低，操作方便。但是僅靠溫室吸收太陽能，晝夜溫差大，乾燥速度慢。授權公開號為CN 101216243Α的專利《利用太陽能幹燥汙泥的系統》，該系統為集熱器型太陽能幹燥系統，汙泥乾燥熱量全部來自太陽能集熱器，利用太陽能加熱導熱油，導熱油與乾燥箱內的汙泥進行二次交換後才能幹燥汙泥，且導熱油在工程應用中要注意滲漏問題，同時乾燥箱內的空氣處於自然流動狀態，乾燥效果不會很好。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統及方法，以實現高效、節能和環保地乾燥汙泥，適合企業大規模化生產運作。—種溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於該系統包括進料倉、太陽能溫室、太陽能空氣集熱器、管道風機、通風設備；該太陽能幹燥汙泥系統還包括一個三通管，該三通管的第一端通過第一閥門與外界大氣相通，第二端通過第二閥門與太陽能溫室相通，第三端與太陽能空氣集熱器的熱風進口相通，太陽能空氣集熱器的熱風出口通過上述管道風機與太陽能溫室熱風進口相通；上述太陽能溫室底面鋪有儲熱層，太陽能溫室內還安裝有布料機和翻泥設備。所述溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統的乾燥方法，其特徵在於包括以下過程(1)、將汙泥通過進料倉送入太陽能溫室，利用布料機將汙泥均勻平攤在太陽能溫室內的地面上，進行汙泥乾燥；同時利用翻泥設備每隔2、h翻動一次汙泥，採用通風設備進行強制通風乾燥；(2)、上述汙泥乾燥經歷以下工況上午8、時到下午17 18時，主要由太陽能空氣集熱器向太陽能溫室供熱，同時太陽能溫室本身也直接吸收太陽能；下午17 18時到If 21時主要由儲熱層向乾燥室供熱，直到儲熱層的溫度下降至室溫；夜晚和陰雨天則通過通風設備對汙泥進行風乾；(3)、上述通風過程經歷以下工況在汙泥乾燥的初期，水分蒸發量大，太陽能溫室內溼度大，使第一閥門打開，太陽能溫室內的通風設備運行；在乾燥中後期，汙泥水分蒸發量少，為減少排氣散熱損失，打開第一閥門、第二閥門，回流部分熱空氣，根據太陽能溫室內溫溼度大小調節第一閥門、第二閥門來控制進、排氣量大小。所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於所述太陽能溫室為直角梯形結構，且直角體形的斜面為向陽面。太陽能溫室坐北向南，一般午後太陽輻射總量比午前大，氣溫高，太陽輻射能利用率也較高。溫室的方位以南偏西5 10度為宜，採光面傾角為當地緯度較好，以最大限度利用當地的太陽能。溫室牆體和屋面材料宜採用聚碳酸酯 (PC)耐力板，透光率優良，可達80%左右；其在較寬的溫、溼度範圍內具有良好而恆定的導熱性，是優良的保溫材料。同時，PC耐力板具有良好的抗衝擊性、耐候性、尺寸穩定性和易加工性，比建築業傳統使用的無機玻璃具有明顯的技術性能優勢。溫室主體採用高強度薄壁型鋼作為承力結構，設置保證結構穩定性所需的支撐、連接件和堅固件等。由於溫室長期處於高溫和高溼環境下，型鋼需用熱浸鍍鋅表面防腐處理，且每年作一次表面防腐處理。主體結構設計至少可抗8級風荷載，雪荷載承載能力(根據使用地區稍有不同)不小於0. 3kN/ 平方米，設計使用壽命在30年以上。所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於上述通風設備包括安裝於太陽能溫室上的螺旋葉片式風機、安裝於太陽能溫室內的水平氣流風機。為使物料乾燥過程中溼空氣排出順暢，不會在採光蓋板內壁上形成水滴，提高幹燥速率，溫室頂部安置的螺旋葉片式風機，將溫室的溼氣排除。同時，在溫室頂部設置水平氣流風機，保持溫室內溫度、溼度均勻一致，以保證溫室乾燥具有良好的空氣動力特性。所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於上述儲熱層由粒徑為4(Tl00mm的黑色卵石組成。為彌補日照的間歇性和不穩定性等缺陷，在溫室底部鋪有蓄熱巖層，以提高太陽能利用率，緩解太陽能供求的不平衡。採用粒徑為4(Tl00mm的黑色卵石作為儲能物質，平鋪在溫室底部，鋪設厚度20(T500mm，因為卵石具備較高的集熱性能，能更快地提高溫室內的溫度。作為一種顯熱儲能材料，卵石雖然不及水、石蠟等儲能材料，但是其價格低廉、安裝施工簡單、無滲漏等副作用。所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於上述翻泥設備為跨越式翻泥機。跨越式翻泥機能使汙泥得到經常性的翻動並混合均一，以防止在乾燥過程中汙泥表面發生板結。所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於上述太陽能空氣集熱器採用平板型太陽能空氣集熱器。集熱器帶有進風口和出風口，利用集熱器把空氣加熱到20°C 80°C，然後利用管道風機將熱空氣通入太陽能溫室，物料在溫室內實現對流熱質交換過程，達到乾燥的目的。集熱器的連接方式可根據現場情況選擇並聯或者串聯。為減少佔地面積，將太陽能集熱器放置在溫室屋面北邊，其安置方向和角度與溫室相同。系統利用周末和節假日儲存乾燥物料以保證物料的持續供應。與現有技術相比，本發明的有益效果是
(1)太陽能幹燥與自然晾曬相比，大幅度縮短了乾燥時間；
(2)太陽能幹燥汙泥節能效果非常明顯，運行費用低，運行中除翻泥機和風機消耗電能外，太陽能是免費的。(3)太陽能幹燥裝置各部分工作溫度屬中低溫，操作簡單、安全可靠。太陽能幹燥技術是高效利用太陽能、優化資源配置、保護生態環境的一項重要技術措施，其乾燥效果明顯，發展潛力巨大。
圖1為太陽能溫室剖面圖； 圖2為汙泥進料示意圖3為太陽能幹燥汙泥系統工藝流程示意圖； 圖4為翻泥設備； 圖5為汙泥波浪形平鋪在溫室內；
附圖標記說明1.太陽能空氣集熱器；2.太陽能溫室；3.管道風機；4.水平氣流風機； 5.翻泥設備；6.透明PC板；7.汙泥；8.儲熱層；9.卡車；10.機房；11.進料倉；12.進料倉蓋；13.布料機；14.第一閥門；15.第二閥門；16.螺旋葉片式風機。
具體實施例方式下面參照附圖對本發明進行詳細說明。本發明所述溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統及方法，主要由太陽能溫室2、太陽能空氣集熱器1、翻泥設備5、通風設備、儲熱層 8和管道風機3等組成。如圖1所示，溫室側面為梯形狀，向陽面傾角為32° (南京地區)，方位角南偏西 10°，牆體和屋面材料均採用透光聚碳酸酯板(PC)耐力板，溫室主體採用高強度薄壁型鋼作為承力結構。太陽能集熱器採用太陽能平板空氣集熱器，陣列組合後並聯，利用管道風機 3將熱空氣通入溫室，為減少佔地面積，將太陽能集熱器放置在溫室平屋面北邊，其安置方向和角度與溫室相同。如圖2所示，汙泥進料時，打開進料倉蓋12，用卡車9將含水率約509Γ70%的汙泥傾倒入溫室前的進料倉11，然後布料機13將汙泥7均勻平攤在溫室內的地面上。乾燥過程中，為防止汙泥的不均勻幹化和汙泥表面板結，在有陽光氣溫高的時候每隔利用翻泥設備(如圖4所示)翻動一次汙泥，在陰天可根據汙泥實際乾燥情況每隔3飛h翻動一次汙泥。如圖5所示，經翻動後的汙泥呈波浪形平鋪在溫室內的地面上，這樣可以增大汙泥與空氣的接觸面積。如圖3所示是太陽能幹燥汙泥系統工藝流程示意圖，在汙泥乾燥初期，水分蒸發量大，溫室內溼度大，使第一閥門14打開，溫室內的螺旋葉片式風機16和水平氣流風機4 運行；在乾燥中後期，汙泥水分蒸發量少，為減少排氣散熱損失，打開第一閥門14、第二閥門15，回流部分熱空氣，根據溫室內溫溼度大小調節第一閥門、第二閥門來控制進、排氣量大小。系統利用周末和節假日儲存乾燥物料以保證物料的持續供應。最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本發明的保護範圍並不局限於此，任何基於本發明技術方案上的改動或者等效變化均屬於本發明保護範圍之內。
權利要求
1.一種溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於該系統包括進料倉(11)、 太陽能溫室(2)、太陽能空氣集熱器(1)、管道風機(3)、通風設備；該太陽能幹燥汙泥系統還包括一個三通管，該三通管的第一端通過第一閥門(14)與外界大氣相通，第二端通過第二閥門(15)與太陽能溫室(2)相通，第三端與太陽能空氣集熱器(1)的熱風進口相通，太陽能空氣集熱器(1)的熱風出口通過上述管道風機(3)與太陽能溫室熱風進口相通；上述太陽能溫室底面鋪有儲熱層，太陽能溫室內還安裝有布料機和翻泥設備。
2.根據權利要求1所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於上述太陽能溫室(2)為直角梯形結構，且直角體形的斜面為向陽面，其材料為透明PC板(6)，溫室頂面為平層，用於安裝所述太陽能空氣集熱器(1)。
3 3、根據權利要求2所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於上述向陽面的傾角為當地緯度，方位以南偏西5 10°安置。
4.根據權利要求1所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於上述通風設備包括安裝於太陽能溫室上的螺旋葉片式風機(16)、安裝於太陽能溫室內的水平氣流風機(4)。
5.根據權利要求1所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於上述儲熱層由粒徑為4(Tl00mm的黑色卵石組成，鋪設厚度為20(T500mm。
6.根據權利要求1所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於上述翻泥設備(5)為跨越式翻泥機。
7.根據權利要求1所述的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統，其特徵在於上述太陽能空氣集熱器(1)為平板型太陽能空氣集熱器。
8.利用權利要求1所述溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統的乾燥方法，其特徵在於包括以下過程(1)、將汙泥通過進料倉(11)送入太陽能溫室(2)，利用布料機(13)將汙泥均勻平攤在太陽能溫室(2)內的地面上，進行汙泥乾燥；同時利用翻泥設備(5)每隔2、h翻動一次汙泥，採用通風設備進行強制通風乾燥；(2)、上述汙泥乾燥經歷以下工況上午8、時到下午17 18時，主要由太陽能空氣集熱器(1)向太陽能溫室(2)供熱，同時太陽能溫室本身也直接吸收太陽能；下午17 18時到 18^21時主要由儲熱層(8)向乾燥室供熱，直到儲熱層的溫度下降至室溫；夜晚和陰雨天則通過通風設備對汙泥進行風乾；(3)、上述通風過程經歷以下工況在汙泥乾燥的初期，水分蒸發量大，太陽能溫室(2) 內溼度大，使第一閥門(14)打開，太陽能溫室內的通風設備運行；在乾燥中後期，汙泥水分蒸發量少，為減少排氣散熱損失，打開第一閥門(14)、第二閥門(15)，回流部分熱空氣，根據太陽能溫室內溫溼度大小調節第一閥門(14)、第二閥門(15)來控制進、排氣量大小。
全文摘要
本發明涉及一種太陽能的溫室-集熱器型太陽能幹燥汙泥的系統及方法。該系統包括進料倉(11)、太陽能溫室(2)、太陽能空氣集熱器(1)、管道風機(3)、通風設備；該太陽能幹燥汙泥系統還包括一個三通管，該三通管的第一端通過第一閥門(14)與外界大氣相通，第二端通過第二閥門(15)與太陽能溫室(2)相通，第三端與太陽能空氣集熱器(1)的熱風進口相通，太陽能空氣集熱器(1)的熱風出口通過上述管道風機(3)與太陽能溫室熱風進口相通；上述太陽能溫室底面鋪有儲熱層，太陽能溫室內還安裝有布料機和翻泥設備。本發明運營成本低、零排放、技術效果好，可實現工業化自動化運行，對汙泥的減量化和資源化利用具有積極的支撐作用。
文檔編號C02F11/12GK102381826SQ20111021158
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者傅大放, 張銀豐, 朱暗強, 沈勇林, 潘龍, 王宙, 耿飛, 馬振傑 申請人:東南大學, 南京航空航天大學, 江蘇龍騰工程設計有限公司