太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統的製作方法
2023-10-27 10:39:22
專利名稱：太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統的製作方法
技術領域：
太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統技術領域[0001]本實用新型涉及汙泥乾燥技術領域，尤其涉及一種太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統。
背景技術：
根據《國務院關於落實科學發展觀加強環境保護的決定》，至2010年，城市汙水處理率不低於70%。^一五」末，全國城鎮汙水處理能力將達1. OX 108m3/d，全年的汙水處理量達3. OX 10lclm3，汙泥產量將達3. OX 107t (80%含水率)。隨著汙水處理率和處理深度的增加，汙泥排放量在以每年10-15%以上的速度增長。汙泥的處理處置已經成為城市發展的環境瓶頸問題。汙泥的資源化利用已經成為汙泥處理處置重要手段。[0003]汙泥幹化(也稱乾燥)是實現汙泥無害化、減量化、資源化處理的關鍵環節，對於實現汙泥的穩定化、減量化，減少儲存和運輸的體積，對汙泥的資源化利用起到越來越重要的作用。利用便宜可再生能源的太陽能幹化技術具有清潔、環保、無汙染的特點。但太陽能本身是間歇性能源，其能流密度低、不連續、不穩定；太陽能的這些特性，使其難於滿足汙泥等物料乾燥動力學的能量需求，因而直接影響到太陽能幹燥技術的推廣應用。熱泵乾燥技術是一種節能的乾燥技術，其能夠回收乾燥廢氣的顯熱和水蒸氣潛熱，因而現有的汙泥幹化技術將太陽能技術與熱泵乾燥技術相結合，形成了太陽能熱泵聯合汙泥幹化技術，其能夠克服單一太陽能熱源的缺點，又能夠降低汙泥幹化的能耗。[0004]但是，現有的太陽能與熱泵聯合的汙泥幹化設備中的太陽能系統只有集熱設備， 而沒有蓄熱設備。這樣可能出現夏季太陽能吸收的熱負荷大於乾燥設備所需熱負荷的情況，造成夏季的能量利用率較低。[0005]其次，現有太陽能與熱泵聯合的汙泥幹化設備中的熱泵幹化系統採用空氣源熱泵，但由於我國北方冬季寒冷，當室外環境溫度降到了 o°c以下時如果仍採用空氣源熱泵供熱，會出現熱泵性能明顯降低甚至無法工作的情況，另外，由於蒸發器管壁和空氣之間的換熱係數很小，造成採用空氣源熱泵的太陽能與熱泵聯合的汙泥幹化設備佔地面積較大。發明內容[0006](一)要解決的技術問題[0007]本實用新型要解決的技術問題是提供一種太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統及幹化方法，其能夠提高系統的能源利用率，保證夜間或太陽能不足情況下的汙泥幹化所需能量， 並能降低汙泥幹化過程的碳排放強度。[0008](二)技術方案[0009]為解決上述問題，本發明提供了一種太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，包括太陽能供熱子系統、熱泵子系統和乾燥裝置子系統，所述熱泵子系統包括空氣源熱泵子系統和中水源熱泵子系統；所述太陽能供熱子系統，包括用於採集太陽輻射能量的集熱器、儲熱水箱、第一水泵和熱水盤管；所述儲熱水箱和所述第一水泵以及所述熱水盤管通過管道連接成一個封閉的水循環系統。[0010]更好地，所述空氣源熱泵子系統包括第一壓縮機、第一風冷式冷凝器、第一節流閥以及除溼蒸發器，所述第一壓縮機、所述風冷式冷凝器、所述第一節流閥和所述除溼蒸發器通過相應的管道構成一個封閉的製冷劑循環系統。[0011 ] 更好地，還包括中水源熱泵子系統，所述中水源熱泵子系統包括水源熱泵機組、中水池、第二水泵以及第二風冷式冷凝器。[0012]更好地，所述水源熱泵機組包括第一殼管式蒸發器、第二殼管式蒸發器、第二壓縮機、第二節流閥以及第三節流閥組成。所述第一殼管式蒸發器、所述第二壓縮機、所述第二風冷式冷凝器與所述第二節流閥通過相應的管道連接成一個封閉的製冷劑循環系統。所述第二殼管式蒸發器、所述第二壓縮機、所述第二風冷式冷凝器與所述第三節流閥通過相應的管道連接成一個封閉的製冷劑循環系統。[0013]更好地，所述第一殼管式蒸發器與所述第一水泵以及所述儲熱水箱連接構成一個封閉的水循環系統；所述第二殼管式蒸發器與第二水泵以及中水池連接構成另一個封閉的水循環系統。[0014]更好地，所述乾燥裝置子系統包括空氣處理箱和乾燥箱，所述空氣處理箱和所述乾燥箱以及風機通過第一風管和第二風管以及第三風管相連。[0015]更好地，所述空氣處理箱包括所述空氣源熱泵子系統全部設備和所述熱水盤管以及所述第二風冷式冷凝器。[0016]更好地，所述乾燥箱包括乾燥箱殼體、多層速度可控的網帶、進料口和出料口，所述網帶與傳動裝置連接。[0017]更好地，所述第二風管上有第一支管和第二支管，內部裝有聯動風閥，所述支管和空氣處理箱相連。[0018]更好地，所述第一支管位於所述除溼蒸發器和空氣處理箱左壁之間，所述第二支管位於所述除溼蒸發器和熱水盤管之間。[0019](三)有益效果[0020]本實用新型通過將太陽能供熱技術和熱泵技術有效結合，形成了穩定高效節能的汙泥太陽能熱泵幹化系統。本實用新型能夠充分利用太陽能的熱量，並回收溼空氣中水蒸氣的潛熱，同時通過太陽能供熱子系統和中水源熱泵子系統來保證夜間或太陽能不足情況下的汙泥幹化所需能量。通過太陽能蓄熱與熱泵技術的使用，最大限度利用太陽能的優勢， 並充分結合汙水處理廠資源特點，回收低品位汙水能源和廢氣能量，因此該系統在實現汙泥幹化過程中一次能源消耗大幅度降低，同時大幅度降低了汙泥幹化過程的碳排放強度。
[0021]圖1為本實用新型實施方式中所述太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統的結構示意圖；[0022]圖2為本實用新型實施方式中所述水源熱泵機組的結構示意圖；[0023]圖3為本實用新型實施方式中所述進行汙泥幹化的方法的流程圖；[0024]其中，1:儲熱水箱，2 :集熱器，3 :第一支管，4 :聯動風閥，5 :第二支管，6 :第一節流閥，7 :第二風管，8 :風機，9 :第一風管，10` :進料口，11 :乾燥箱殼體，12 :網帶，13 :出料口，14:第三風管，15 :中水池，16 :第一風冷式冷凝器，17 :第二風冷式冷凝器，18 :第二水泵，19 :水源熱泵機組，20 :熱水盤管，21 :第一壓縮機，22 :除溼蒸發器，23 :第一水泵，24 第一殼管式蒸發器；25 :第二節流閥；26 :第二壓縮機；27 :第三節流閥；28 :第二殼管式蒸發器；E :空氣處理箱；F :乾燥箱。
具體實施方式
[0025]
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的範圍。[0026]如圖1所示，本發明所述的一種太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，包括太陽能供熱子系統、熱泵子系統和乾燥裝置子系統，所述熱泵子系統包括空氣源熱泵子系統和中水源熱泵子系統。所述太陽能供熱子系統，包括用於採集太陽輻射能量的集熱器2、儲熱水箱1、 第一水泵23和熱水盤管20 ;所述儲熱水箱I和所述第一水泵23以及所述熱水盤管20通過管道連接成一個封閉的水循環系統。所述儲熱水箱中的水吸收從太陽能集熱器收集的熱量，溫度升高，然後經水泵的作用被輸送至所述熱水盤管加熱從乾燥箱出來的空氣。[0027] 所述空氣源熱泵子系統包括第一壓縮機21、第一風冷式冷凝器16、第一節流閥6 以及除溼蒸發器22，所述第一壓縮機21、所述第一風冷式冷凝器16、所述第一節流閥6和所述除溼蒸發器22通過相應的管道構成一個封閉的製冷劑循環系統。[0028]如圖2所示，所述水源熱泵機組19包括第一殼管式蒸發器24、第二殼管式蒸發器 28、第二壓縮機26、第二節流閥25以及第三節流閥27組成。所述第一殼管式蒸發器24、所述第二壓縮機28、所述第二風冷式冷凝器17與所述第二節流閥25通過相應的管道連接成一個封閉的製冷劑循環系統。所述第二殼管式蒸發器28、所述第二壓縮機26、所述第二風冷式冷凝器17與所述第三節流閥27通過相應的管道連接成一個封閉的製冷劑循環系統。[0029]所述第一殼管式蒸發器24與所述第一水泵23以及所述儲熱水箱I連接構成一個封閉的水循環系統；所述第二殼管式蒸發器24與第二水泵18以及中水池15連接構成另一個封閉的水循環系統。[0030]所述乾燥裝置子系統包括空氣處理箱E和乾燥箱F，所述空氣處理箱E和所述乾燥箱F以及風機8通過第一風管9和第二風管7以及第三風管14相連。[0031]所述空氣處理箱E包括所述空氣源熱泵子系統全部設備和所述熱水盤管20以及所述第二風冷式冷凝器17。[0032]所述乾燥箱F包括乾燥箱體11、多層速度可控的網帶12、進料口 10和出料口 13， 所述網帶與傳動裝置連接。[0033]所述第二風管7上有第一支管3和第二支管5，內部裝有聯動風閥4，所述支管和空氣處理箱E相連。[0034]所述第一支管3位於所述除溼蒸發器22和空氣處理箱左壁之間，所述第二支管5 位於所述除溼蒸發器22和熱水盤管之間。[0035]如圖3所示，本發明所述的利用前述的太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統進行汙泥幹化的方法，包括以下步驟[0036]A :儲熱水箱I中存儲的由太陽能集熱器2產生的熱水經第一水泵23進入空氣處理箱E中的熱水盤管使空氣加熱，也就是說所述儲熱水箱I中的水吸收從太陽能集熱器 2收集的熱量，溫度升高，然後經水泵的作用被輸送至所述熱水盤管加熱從乾燥箱出來的空氣;[0037]B :乾燥箱F排出的溼空氣進入空氣處理箱E後，除溼蒸發器22和第一風冷式冷凝器16對溼空氣進行除溼和加熱；由乾燥箱F排來的溼空氣先經過風機8加壓，經過風閥4， 一部分沿第一支管進入除溼蒸發器22前，另一部分經第二支管進入除溼蒸發器22後。進入除溼蒸發器22前部的溼空氣脫溼後和經第二支管進入除溼蒸發器22後的溼空氣混合， 依次被熱水盤管20、第二風冷式冷凝器17和第一風冷式冷凝器16加熱，最後通過第三風管 14進入乾燥箱F。乾燥空氣在乾燥箱中由下至上依次通過各層網帶，吸收汙泥水分後，進入第一風管，完成一個乾燥循環。[0038]C :經除溼和加熱後的乾燥空氣進入乾燥箱F對汙泥進行幹化處理。[0039]前述的進行汙泥幹化的方法，還包括D :通過水源熱泵機組19中製冷劑吸收儲熱水箱中熱水的能量，然後通過第二風冷式冷凝器17放出熱量加熱循環空氣的步驟。另外， 也可以通過水源熱泵機組19中製冷劑吸收中水池中水的能量，然後通過第二風冷式冷凝器17放出熱量加熱循環空氣的步驟。[0040]製冷劑在除溼蒸發器22吸收溼空氣的熱量蒸發為氣態，並使溼空氣降溫脫溼。氣態製冷劑被第二壓縮機26從第一管殼式蒸發器吸入並壓縮升溫後進入第二風冷式冷凝器 17，在第二風冷式冷凝器17中放出熱量，加熱循環空氣，自身凝結為液態製冷劑。液態製冷劑經過第二節流閥後，降壓降溫，進入蒸發器繼續用來除溼和降溫。由此完成熱泵循環和空氣脫溼與能量回收。造粒後的汙泥顆粒經過進料口 10落在第一層網帶上，經過多層網帶乾燥後，從帶式乾燥機另一端最下層網帶位置的出料口 13出料，完成汙泥乾燥過程。本發明的系統封閉循環，幾乎沒有廢氣排放，其主要排放物是冷凝水，對環境友好。[0041]太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統使用方法[0042]在本系統運行的啟動階段，需要開啟太陽能系統或汙水源熱泵系統對汙泥進行加熱，並根據要求成品含水率調節網帶運行速度。[0043]將造粒後的汙泥從乾燥機頂部的進料口 10送至乾燥箱F內最上層網帶。太陽能儲熱水箱I儲水量和水溫達到設定值後，開啟風機8和第一水泵23，對系統和少量進料進行預熱，直到風機8前迴風溫度達到設定溫溼度。開啟乾燥機網帶12，各層網帶按照設定速度運行，並通過進料口正常進料。啟動第一壓縮機21進行能量 回收和除溼。系統進入穩態運行前，根據除溼蒸發器22出風溫溼度調節旁通風量調節閥，調整除溼蒸發器22的進風量和旁通風量比例，直到系統進入穩態工作狀態。經過除溼的幹空氣和部分循環空氣混合後，經過熱水盤管20及第一風冷式冷凝器16加熱成為乾燥熱空氣。作為乾燥介質的乾燥熱空氣經第三風管14進入乾燥箱，然後由下到上比較穩定均勻穩定的通過各層網帶，吸收網帶上的汙泥水分，並加熱汙泥。空氣自身溫度降低，溼度增加，完成絕熱等焓加溼過程後，經過第二風管7後進入風機8入口，被風機8吸入加壓後，又進入空氣處理箱E進行除溼和能量回收、加熱作業，完成空氣乾燥循環。達到乾燥終了含水率的汙泥顆粒，通過最下層網帶一端的出料口 13出料，完成汙泥的幹化操作。[0044]用於說明本實用新型，而並非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本實用新型的範疇，本實用新型的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求1.一種太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，包括太陽能供熱子系統、熱泵子系統和乾燥裝置子系統，所述熱泵子系統包括空氣源熱泵子系統和中水源熱泵子系統；其特徵在於，所述太陽能供熱子系統，包括用於採集太陽輻射能量的集熱器(2)、儲熱水箱(I)、第一水泵(23 )和熱水盤管(20 );所述儲熱水箱(I)和所述第一水泵(23 )以及所述熱水盤管(20 )通過管道連接成一個封閉的水循環系統。
2.如權利要求1所述的太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，其特徵在於，所述空氣源熱泵子系統包括第一壓縮機(21)、第一風冷式冷凝器(16)、第一節流閥(6)以及除溼蒸發器(22)，所述第一壓縮機(21)、所述風冷式冷凝器(16)、所述第一節流閥(6)和所述除溼蒸發器(22)通過相應的管道構成一個封閉的製冷劑循環系統。
3.如權利要求1所述的太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，其特徵在於，還包括中水源熱泵子系統，所述中水源熱泵子系統包括水源熱泵機組(19)、中水池(15)、第二水泵(18)以及第二風冷式冷凝器(17)。
4.如權利要求3所述的太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，其特徵在於，所述水源熱泵機組(19)包括第一殼管式蒸發器(24)、第二殼管式蒸發器(28)、第二壓縮機(26)、第二節流閥(25)以及第三節流閥(27)組成。所述第一殼管式蒸發器(24)、所述第二壓縮機(25)、所述第二風冷式冷凝器(17)與所述第二節流閥(25)通過相應的管道連接成一個封閉的製冷劑循環系統。所述第二殼管式蒸發器(28)、所述第二壓縮機(26)、所述第二風冷式冷凝器(17)與所述第三節流閥(27)通過相應的管道連接成一個封閉的製冷劑循環系統。
5.如權利要求4所述的太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，其特徵在於，所述第一殼管式蒸發器(24)與所述第一水泵(23)以及所述儲熱水箱(I)連接構成一個封閉的水循環系統；所述第二殼管式蒸發器(28)與第二水泵(18)以及中水池(15)連接構成另一個封閉的水循環系統。
6.如權利要求1所述的太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，其特徵在於，所述乾燥裝置子系統包括空氣處理箱(E)和乾燥箱(F)，所述空氣處理箱(E)和所述乾燥箱(F)以及風機(8)通過第一風管(9)和第二風管(7)以及第三風管(14)相連。
7.如權利要求4或5所述的太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，其特徵在於，所述空氣處理箱(E)包括所述空氣源熱泵子系統全部設備和所述熱水盤管(20)以及所述第二風冷式冷凝器(17)。
8.如權利要求6所述的太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，其特徵在於，所述乾燥箱(F)包括乾燥箱殼體(11)、多層速度可控的網帶(12)、進料口(10)和出料口(13)，所述網帶與傳動裝置連接。
9.如權利要求6所述的太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，其特徵在於，所述第二風管(7)上有第一支管(3)和第二支管(5)，內部裝有聯動風閥(4)，所述支管和空氣處理箱(E)相連。
10.如權利要求9所述的太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，其特徵在於，所述第一支管(3)位於所述除溼蒸發器(22)和空氣處理箱左壁之間，所述第二支管(5)位於所述除溼蒸發器(22)和熱水盤管之間。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能熱泵聯合汙泥幹化系統，包括太陽能供熱子系統、熱泵子系統和乾燥裝置子系統，所述熱泵子系統包括空氣源熱泵子系統和中水源熱泵子系統；所述太陽能供熱子系統，其特徵在於，包括用於採集太陽輻射能量的集熱器、儲熱水箱、第一水泵和熱水盤管；所述儲熱水箱和所述第一水泵以及所述熱水盤管通過管道連接成一個封閉的水循環系統。本實用新型能夠充分利用太陽能的熱量，並回收溼空氣中水蒸氣的潛熱，同時通過太陽能供熱子系統和中水源熱泵子系統來保證夜間或太陽能不足情況下的汙泥幹化所需能量。
文檔編號C02F11/12GK202881067SQ201220280039
公開日2013年4月17日 申請日期2012年6月13日 優先權日2012年6月13日
發明者張振濤, 楊魯偉, 呂君, 戴群特 申請人:中國科學院理化技術研究所