一種汙泥低溫幹化裝置的製作方法

2023-11-06 07:14:42

本發明屬於環保設備設計技術領域，尤其屬於城市汙水處理過程中汙泥處理設備的設計技術領域，具體為一種針對汙水處理過程產生的汙泥進行除溼乾燥的汙泥低溫幹化裝置。

背景技術：

我國城市汙水處理廠產生的汙泥因含水率高、粘性大、含有細菌、病原體等而難以進行資源化利用，對其進行適當的幹化處理之後再用於堆肥或者焚燒等後續處理，可實現汙泥減量化，節省汙泥處置費用及運輸成本，而幹化技術中的熱幹化技術具有佔地小，幹化效率高，對環境造成的汙染小的獨特優勢。

常用的熱幹化技術有漿葉式幹化工藝，薄層幹化機和帶式幹化機兩段式組合工藝、流化床幹化工藝、低溫真空脫水幹化工藝及低溫除溼幹化工藝等。其中低溫除溼幹化工藝的能耗較低、安全性高，其設備具有安裝較靈活，使用壽命長、故障率低的優勢，因而廣受關注。

傳統的汙泥幹化機存在的問題有：

能耗較高：大多數工藝需要將水分加熱到100℃，蒸發能耗大，且能源利用率低。

造成二次汙染：傳統的工藝在幹化過程中存在尾氣排放的二次汙染問題，需要對臭氣進行收集和處理，增加了處理成本。

安全性差：傳統汙泥幹化工藝因產生粉塵，且工作環境溫度較高，存在一定的安全隱患。

幹化效果不理想：由於汙泥粘性較大，在進行幹化前須進行有效的預處理，目前市場上的設備在預處理時大多採用孔板擠壓技術，但該技術受泥質影響較大，成型效果不好，造成汙泥透氣性差，幹化效果不理想。

設備佔地面積大：目前市場上的設備大多數是幹化系統和熱泵系統分離，因此設備不夠緊湊，佔地面積較大。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服傳統熱幹化設備的不足，提供一種高效、節能、安全、可靠的汙泥低溫幹化裝置。

本發明通過以下技術方案實現：

汙泥低溫幹化裝置，包括汙泥運行系統和乾熱空氣運行系統，其特徵在於：

所述汙泥運行系統包括全封閉的汙泥幹化室，汙泥幹化室由上至下設置汙泥入口、首尾銜接的多層輸送網帶和汙泥出口；

所述乾熱空氣運行系統包括熱泵系統、乾熱空氣發生室和風機，熱泵系統和乾熱空氣發生室對汙泥幹化室產生的熱、溼氣體降溫、除溼、加熱後封閉循環利用，並通過風機形成汙泥幹化室內由下至上的循環幹化氣流。

本發明幹化裝置內循環幹化氣流的溫度為40-50℃，相對溼度15％-20％。

所述汙泥入口封閉連接汙泥成型布料機，汙泥成型布料機設置於幹化室外側、第一層輸送網帶的開始端上方，將進入幹化室前的汙泥進行破碎成型，並均勻鋪設於輸送網帶上。

所述的成型布料機包含依次由上向下布置的一個進料鬥、一對破碎輥、一對制泥輥和制泥輥下方的一對刮泥刀，兩制泥輥平行接觸設置，制泥輥表面有凹槽，兩制泥輥表面凹槽相互交錯並部分嵌入設置。

所述成型布料機的進料鬥、破碎輥和制泥輥均橫向布置並與汙泥入口和輸送網帶的寬度匹配，進料鬥、破碎輥和制泥輥的橫向長度不大於汙泥入口的長度和輸送網帶的寬度。

所述汙泥出口設置汙泥出料螺旋，所述出料螺旋為有軸雙向螺旋用於將掉入螺旋上的汙泥送至螺旋中間並擠出出料口。

所述的汙泥幹化室至少包括首尾銜接的兩層輸送網帶，第一輸送網帶的末端與第二輸送網帶的始端錯開距離，相鄰兩層輸送網帶的運動方向相對，第一輸送網帶的汙泥從網帶末端掉入第二輸送網帶的始端。

所述的乾熱空氣發生室位於汙泥幹化室上方，設置幹化氣流依次通過的金屬網空氣過濾器、中效空氣過濾器、蒸發器和冷凝器。

所述的熱泵系統連接位於汙泥幹化室上方的蒸發器和冷凝器，包括位於乾燥箱體外部、通過管道與蒸發器、冷凝器相連接的壓縮機、板式換熱器、膨脹閥。

所述輸送網帶的網帶面有透氣孔，網帶面兩邊邊界設置用於密閉的平面混拼結構。

與現有的技術相比，本發明的優點是：

設備能耗低：每脫除1kg水的能耗可低至0.33kw.h，乾燥後汙泥含水率最低可至10％，且可根據工藝要求調整幹化時間，達到不同的含水率要求。

無二次汙染：將成型布料機、汙泥幹化室、乾熱空氣發生室、出料螺旋及風機集中到一個完全封閉的箱體，利用熱幹空氣帶走汙泥中水分，利用蒸發器和冷凝器對空氣除溼加熱，並在風機的作用下形成循環風系統，相比傳統的直接對汙泥進行加熱幹化的工藝，該工藝可降低汙泥幹化的溫度，低溫幹化條件下汙泥不會產生有害氣體，封閉的箱體不會讓氣味逸出，因此對環境不造成二次汙染。成型布料機與汙泥入口封閉連接，成型布料機依次由上向下布置進料鬥、一對破碎輥、一對制泥輥和制泥輥下方的一對刮泥刀，兩制泥輥平行接觸設置，制泥輥表面有凹槽，兩制泥輥表面凹槽相互交錯並部分嵌入設置，該結構利用各部分疊加性能，同時通過制泥輥表面凹槽相互交錯並部分嵌入設置結構減少了氣體洩漏通道，能夠在汙泥成型的同時最大限定地降低入口的廢氣排放；結合汙泥出料螺旋對出口的封閉，整體裝置封閉性能優異，廢氣排放控制效果更好。

安全可靠：幹化過程需要控制的安全因素是氧氣含量<12％；粉塵濃度<60g/m3，顆粒溫度<110℃，而本發明採用低溫(40-50℃)幹化技術，安全可靠，無爆炸危險。

幹化效果好：傳統的汙泥沒有進行有效的預處理，存在泥塊大、泥過度擠壓、透氣性差，幹化效果差的問題，本發明採用的成型布料機能對汙泥進行有效的破碎、成型，形成互不粘連的細條形汙泥，增大了汙泥與空氣的接觸面積，泥條疏鬆、透氣性好，幹化效果好；本發明成型布料機的進料鬥、破碎輥和制泥輥均橫向布置並與汙泥入口和輸送網帶的寬度匹配，進料鬥、破碎輥和制泥輥的橫向長度不大於汙泥入口的長度和輸送網帶的寬度，該結構使汙泥成型更均勻，避免了傘形敞口成型可能存在的擠壓不足等問題，同時對輸送網帶的布料也更均勻，進一步提高幹化效果。裝置針對疊螺脫水機、離心機和帶式脫水機脫水的汙泥都具有很好的成型效果。同時本發明採用輸送網帶的網帶面設置透氣孔，網帶面兩邊邊界設置用於密閉的平面混拼結構使熱幹空氣流動更有序，進一步提高汙泥的幹化效果。

結構緊湊：將風機直接安裝在汙泥幹化室下方，幹空氣發生室位於幹化室上方，縮短了風機與幹化室之間的連接距離，結構更為緊湊。

本發明汙泥低溫幹化機包括汙泥成型布料機，包括運輸網帶的汙泥幹化室，熱泵系統，乾熱空氣發生室，風機及幹泥出料螺旋；風機直接安裝在汙泥幹化室下方，縮短了風機與幹化室之間的連接距離，結構更為緊湊；汙泥幹化室、乾熱空氣發生室、風機、出料螺旋均在一個完全封閉的箱體內，避免了氣味外逸，不對環境造成二次汙染；成型布料機對幹化前的汙泥進行了有效的破碎、成型，形成互不粘連、透氣性好的條狀汙泥，汙泥幹化效果大大提升；較低溫度的幹化條件確保了設備的安全可靠性；本發明具有能耗低、效果好、安全可靠、無二次汙染、適用範圍廣、使用壽命長的優勢。

附圖說明

圖1為熱泵系統工作原理圖；

圖2為本發明的汙泥低溫幹化機的主視結構示意圖；

圖3為本發明的汙泥低溫幹化機的右視結構示意圖；

圖4為本發明的汙泥低溫幹化機的主視氣流運形流程示意圖；

圖5為本發明的汙泥低溫幹化機的汙泥和氣流運行流程示意圖；

圖6為本發明的成型布料機立體結構示意圖；

圖7為本發明的成型布料機的左視剖面圖。

圖中，1是壓縮機，2是高壓傳感器，3是油氣分離器，4是冷凝器，5是板式換熱器，6是過濾閥、7是穩壓閥，8是壓力調節閥，9是儲液罐，10是乾燥過濾器、11是視鏡，12是電磁閥，13是氣液分離器，14是膨脹閥，15是蒸發器，16是低壓傳感器；20是進料鬥，21是汙泥擋板，22是破碎輥，23是制泥輥，24是成型凹槽，25是刮泥刀，26是刮泥刀基座，27是調節螺杆，28是彈簧，29是減速電機，30是驅動齒輪，31是成型布料機，32是第一輸送網帶，33是第二輸送網帶，34是託架，35是託輥，36是毛刷，37是風機，38是金屬網空氣過濾器，39是中效空氣過濾器，40是接水盤，41是冷凝水出水管,42是風道，43是出料螺旋，A是冷卻水出口，B是冷卻水進口。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行具體的描述，本實施例只用於對本發明進行進一步的說明，但不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術人員根據上述本發明的內容作出的一些非本質的改進和調整也屬於本發明保護的範圍。

結合圖1至圖7。

如圖所示，汙泥低溫幹化裝置包括汙泥成型布料機31，含兩層輸送網帶的汙泥幹化室，熱泵系統，乾熱空氣發生室，風機37及設置於汙泥出口的汙泥出料螺旋43；汙泥成型布料機31設置於汙泥幹化室外側、第一輸送網帶32的開始端上方，用於將進入汙泥幹化室前的汙泥進行破碎成型，並均勻鋪設於網帶上，熱泵系統包含位於汙泥幹化室上方的蒸發器15和冷凝器4，以及位於乾燥箱體外部、通過管道與蒸發器15、冷凝器4相連接的壓縮機1、板式換熱器5、膨脹閥14等，乾熱空氣發生室位於汙泥幹化室上方，包括汙泥幹化室正上方的金屬網空氣過濾器38、中效空氣過濾器39、蒸發器15及位於汙泥幹化室側上方的冷凝器4。風機位於汙泥幹化室下方，其出風口與汙泥幹化室相連，其進風口通過一個傾斜向上的風道42與側上方乾熱空氣發生室的冷凝器4一側相連，汙泥出料螺旋43位於汙泥幹化室最下層網帶的下方，用於將完成幹化的汙泥輸送至箱體外，所述的汙泥幹化室、乾熱空氣發生室、風機37、出料螺旋43均在一個封閉的箱體內。

成型布料機31包含由上向下布置的進料鬥20，一對破碎輥22、一對制泥輥23及制泥輥23下方的一對刮泥刀25，待幹化的溼汙泥經進料鬥20進入破碎輥22進行破碎，再在破碎輥22上葉片的壓力下進入制泥輥23，汙泥在制泥輥23的成型槽24中形成條狀，並在制泥輥23下方的刮泥刀25作用下被切斷成互不粘連的長條形汙泥。

成型布料機的刮泥刀25通過一個帶彈簧28的調節螺杆27連接，可有效避免因成型布料機長期運行導致的刮泥刀25磨損變形，造成汙泥成型效果變差的問題，確保成型布料機使用壽命更長。

汙泥幹化室包含兩層輸送網帶，第一輸送網帶32的末端與第二輸送網帶33的始端錯開一定距離，相鄰兩層輸送網帶的運動方向相對，第一輸送網帶31的汙泥從網帶末端掉入第二輸送網帶33的始端，每層輸送網帶均由單獨的變頻電機控制網帶速度。

熱泵系統的蒸發器15和冷凝器4集中封閉於乾燥箱體內，與汙泥幹化室上方的空氣過濾網及空氣過濾器一起組成乾熱空氣發生室。熱泵系統的其他元件集中於乾燥箱體外部，通過管道與蒸發器15、冷凝器4連接。

風機37採用無蝸殼離心風機，通過風道連接封閉於乾燥箱體內的乾熱空氣發生室上方及汙泥幹化室下方，形成循環風系統，風機37位於汙泥幹化室下方，出風口直接連接汙泥幹化室，進風口則通過傾斜向上的風道42直接與上方的乾熱空氣發生室的冷凝器4一側相連。

汙泥出料螺旋43為有軸雙向螺旋，網帶上掉下的泥可以同時從兩邊向中間輸送，相對於單向螺旋可減少汙泥輸送距離，更快速的將汙泥輸送出去，同時採用汙泥出料螺旋對出口封閉，整體裝置封閉性能優異，廢氣排放控制效果更好，也降低汙泥堆積堵塞出口的風險。

汙泥幹化室、乾熱空氣發生室、風機37及出料螺旋43均在密閉的乾燥箱內，乾燥箱體採用聚氨酯硬泡的保溫門板及發泡橡膠密封條密封技術，密封性較好，不會有臭氣逸出，同時保溫門板能減少汙泥幹化室的熱量損失，提高幹化效率。

如圖2、圖3所示,包括成型布料機，含兩層網帶的汙泥幹化室，乾熱空氣發生室，熱泵系統，風機37及幹泥出料螺旋43；待幹化的汙泥經過管道泵進入布料成型機30，經破碎成型後形成透氣性好、互不粘連的泥條掉入第一輸送網帶32；布料成型機出泥速度及每層網帶的運行速度分別由單獨的變頻電機控制，可靈活調節速度，實現不同厚度的汙泥鋪設；隨著第一輸送網帶32的緩慢移動，汙泥從第一輸送網帶32的末端掉至第二輸送網帶33的始端，兩層網帶緩慢運行的過程中，汙泥逐步被幹化，幹化後的汙泥經第二輸送網帶33末端掉至汙泥出料螺旋43上，出料螺旋43為有軸雙向螺旋，掉入螺旋上的汙泥從兩端輸送至螺旋中間的出料口；安裝在第二輸送網帶33下方的風機37將乾熱空氣(溫度40-50℃，相對溼度15％-20％)送入汙泥幹化室，乾熱空氣從小往上的流動的過程中將兩層網帶上的溼汙泥中的水分帶出，成為含溼量較大的溼熱空氣，溼熱空氣經過金屬網空氣過濾器38和中效空氣過濾器39過濾，除去空氣中夾帶的粉塵顆粒及不凝結有機物後進入蒸發器15，溼熱空氣與蒸發器15中冷媒進行熱交換，空氣被降溫除溼，產生的冷凝水通過蒸發器15下方的接水盤40收集，從冷凝水出水管41排出幹化箱外；除溼的空氣變為冷幹空氣穿過冷凝器4，與冷凝器4中的高溫冷媒進行熱交換，空氣被加熱為熱幹空氣，熱幹空氣進入傾斜風道42，被風機37再次送入幹化室，形成循環風系統。

成型布料機，如圖6，圖7所示，主要包含一個進料鬥20，一對破碎輥22、一對制泥輥23及制泥輥23下方的一對刮泥刀25；汙泥通過螺杆泵，經管道輸送入進料鬥20，安裝在進料鬥20內的料位計可控制螺杆泵的啟停；進料鬥20內的汙泥落入破碎輥22中，在破碎輥22的葉片作用下，一方面將汙泥剪切破碎，一方面將破碎的汙泥下壓至制泥輥23，制泥輥23上成型溝槽24將汙泥擠壓成寬度不大於5mm，厚度不大於5.5mm的泥條，位於制泥輥23下方的刮泥刀25將成型的泥條從斜向上，角度不大於45度的方向切斷，最大化的減少了泥條與刮泥刀25的擠壓變形，避免變形後汙泥相互粘連，刮泥刀25固定於刮泥刀基座26上，兩刮泥刀25通過帶彈簧28的調節螺杆27連接，該設計可避免因刮泥刀25長期使用後磨損變形，造成其與成型溝槽24不能緊密貼合，汙泥成型效果變差的問題，進而延長了成型布料機的使用壽命；破碎輥22和制泥輥23的軸與驅動輪30相連接，並通過一個減速電機29控制軸的轉速；通過設置各驅動輪尺寸的大小比例，將破碎輥22與制泥輥23的轉速設置為轉速比不小於2:1，通過調節電機頻率可實現成型布料機31不同的出料速度。

成型布料機31下方為汙泥幹化室的第一輸送網帶32，網帶採用pp材質，中間部分的網帶為透氣的網格，兩邊的邊界採用平面混拼方式，平面混拼方式是指在同一個平面上將透氣的網格和不透氣的網格進行混合拼接，本發明中最中間的網格全部為透氣網格，靠近兩邊緣的網格為透氣網格與不透氣網格交替拼接，最外邊的網格全部為不透氣網格，這種拼接方式可改變空氣流態，避免空氣從汙泥與兩側箱體邊緣接觸的空隙穿過，從而提高幹空氣的利用效率；網帶下方設有託架34及不鏽鋼圓託輥35，可確保網帶不被汙泥壓變形；網帶末端上方設有尼龍毛刷36，當鋪設好汙泥後，尼龍毛刷36與汙泥層的上表面接觸，在網帶正上方形成一個密閉環境，從而確保向上的幹空氣只能從網帶的透氣孔穿過汙泥層，避免其從網帶兩端外側繞過汙泥層，進一步提高幹空氣的利用效率；整個汙泥幹化室的設計均為了確保熱空氣全部從汙泥層穿過，提高了熱空氣的利用效率。

金屬網空氣過濾器38位於第一輸送網帶32正上方，其濾料可採用波折鋁網或不鏽鋼波折網；金屬網空氣過濾器38上方為標準V型中效空氣過濾器39，其濾料採用超細玻璃纖維或pp棉。

本發明的乾燥箱體的門板均採用不鏽鋼材質，採用鈑金成型工藝加工，組裝方便，外形美觀；門板內部採用聚氨酯硬泡填充，具有保溫、隔音、阻燃、輕便、強固箱體的優點，門板周邊採用發泡橡膠密封條密封技術，進一步保證了箱體的良好密封性，確保幹化中產生的臭氣不外洩，不對環境造成二次汙染，同時盡最大可能的減少了幹化箱體內熱量的散失，保證了汙泥幹化的效果。

熱泵系統，如圖1所示，其工作原理為：壓縮機1將冷媒壓縮成高溫高壓的氣態先進入到油氣分離器3，通過油氣分離，氣態冷媒進入到冷凝器4，分離出來的冷凍油重新回到壓縮機1中；高溫氣態冷媒與經過冷凝管外部的冷幹空氣進行熱交換，使空氣被加熱，形成熱幹空氣，進入循環風機；經冷凝器4出來的冷媒進入到一個外置的板式換熱器5(外置冷凝器)。冷卻水經過過濾閥6、穩壓閥7和壓力調節閥8，進入到板式換熱器5與冷媒換熱，將冷媒多餘的熱量帶走，冷媒變為液態；從板式換熱器5出來的冷媒進入儲液罐9，再通過乾燥過濾器10、視鏡11及電磁閥12進入一個低溫熱交換式氣液分離器13，將剩餘的少量氣態冷媒繼續轉化為液態；冷媒經過熱力膨脹閥14，變成低溫低壓的兩相狀態進入到蒸發器15，經過蒸發器管道外部的溼熱空氣與管道內的冷媒進行熱交換，溼熱空氣變為冷幹空氣，冷媒蒸發變為低溫低壓的過熱氣態；氣態冷媒從蒸發器15出來後，進入到熱交換式氣液分離器13，分離加熱後，氣態冷媒進入到壓縮機1中，進行下一次循環；壓縮機1出口端的高壓傳感器2和進口端的低壓傳感器16可實時採集壓縮機1進出口壓力，壓縮機1進出口壓力直接影響整個熱泵系統的運行情況。

本發明的熱泵系統的壓縮機1為半封閉四汽缸往復式壓縮機，壓縮機帶有兩個啟動繞阻，壓縮機電機的啟動方式可採用直接啟動或部分繞阻啟動，部分繞阻啟動的啟動電流可降低至直接啟動電流的65％左右；熱泵系統的製冷劑採用三元混合製冷劑R407F(R134a、R125、R32混合劑)，比國內常用的R22型製冷劑更加環保，是R22製冷劑的良好替代品；壓縮機1的排氣口設有油氣分離器3，可分離冷媒排氣帶出的冷凍油，重新將帶出的冷凍油送回壓縮機1，從而有效解決壓縮機1回油問題，避免了熱泵系統運行時，壓縮機1油位變低，對熱泵系統安全可靠運行帶來不利影響的問題；蒸發器15和冷凝器4為翅片管式，翅片為鋁箔材質，兩端的基管材質採用不鏽鋼或銅；蒸發器15下方的接水盤40採用耐腐蝕的不鏽鋼板；板式換熱器5採用硬焊式板式換熱器，其波紋板片可增加換熱效率，換熱器採用循環冷卻水作為換熱介質。

本發明裝置中汙泥運行流程和循環風流程如圖4，圖5所示：

汙泥流程：經進料鬥20、破碎輥22、制泥輥23進入第一輸送網帶32、第二輸送網33帶，再由出口汙泥出料螺旋43排出。圖5中雙箭頭表示了汙泥運行過程。單箭頭表示了乾熱風流動方向。

循環風流程：乾熱循環風由風機送出，由下向上經第一輸送網帶32、第二輸送網帶33對汙泥條進行乾燥，後經金屬網空氣過濾器38、中效空氣過濾器39、蒸發器15除水和冷凝器4交換加熱回到風機實現循環。圖4中各箭頭表示了循環風流動方向。

本發明的汙泥低溫幹化機採用模塊化組裝，可適應不同處理量的工藝要求；設備不受安裝條件的限制，因此對地上及地下汙水處理廠都適用，且對各種脫水機脫水後的汙泥均有較好的幹化效果，因此使用範圍廣泛；其控制系統採用西門子PLC，可實現全自動運行，操作管理方便。