公布日：2023.08.11
申請(qǐng)日：2023.07.10
分類號(hào)：C02F11/13(2019.01)I
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于水源熱泵梯級(jí)增熱的污泥低溫干化系統(tǒng)及方法，屬于污泥干化的技術(shù)領(lǐng)域，污泥低溫干化系統(tǒng)包括低溫帶式干化機(jī)、干化余熱回收單元、水源熱泵梯級(jí)增熱單元以及熱氣回收單元；低溫帶式干化機(jī)與干化余熱回收單元通過(guò)送冷卻回風(fēng)管路相連接，水源熱泵梯級(jí)增熱單元與干化余熱回收單元通過(guò)余熱回收循環(huán)管路相連接，水源熱泵梯級(jí)增熱單元與污水池水路相連接；干化余熱回收單元包括水-空氣回?zé)崞�、�?/span>-空氣加熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)以及加熱送風(fēng)管路；低溫帶式干化機(jī)、水-空氣加熱器、水-空氣回?zé)崞�、加熱送風(fēng)管路、冷卻回風(fēng)管與水源熱泵梯級(jí)增熱單元共同構(gòu)成循環(huán)回路。本發(fā)明具有降低現(xiàn)有污泥干化過(guò)程中的碳排放和能源消耗的效果。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種基于水源熱泵梯級(jí)增熱的污泥低溫干化系統(tǒng)，其特征在于，包括：低溫帶式干化機(jī)(1)、干化余熱回收單元、水源熱泵梯級(jí)增熱單元以及熱氣回收單元；所述低溫帶式干化機(jī)(1)與干化余熱回收單元通過(guò)送冷卻回風(fēng)管路相連接，所述水源熱泵梯級(jí)增熱單元與干化余熱回收單元通過(guò)余熱回收循環(huán)管路相連接，所述水源熱泵梯級(jí)增熱單元與污水池(14)水路相連接，所述熱氣回收單元通過(guò)污水循環(huán)管路與污水池(14)相連接；所述干化余熱回收單元包括水-空氣回?zé)崞?/span>(2)、水-空氣加熱器(3)、循環(huán)風(fēng)機(jī)(4)以及加熱送風(fēng)管路；所述低溫帶式干化機(jī)(1)、水-空氣加熱器(3)、水-空氣回?zé)崞?/span>(2)、加熱送風(fēng)管路、冷卻回風(fēng)管與水源熱泵梯級(jí)增熱單元共同構(gòu)成循環(huán)回路；所述熱氣回收單元包括風(fēng)閥(5)、熱氣-水換熱器(6)、電動(dòng)三通閥(9)以及污水泵(10)，所述水源熱泵梯級(jí)增熱單元包括第一級(jí)熱泵(13)；所述熱氣-水換熱器(6)分別與低溫帶式干化機(jī)(1)以及水-空氣回?zé)崞?/span>(2)相連接；所述第一級(jí)熱泵(13)通過(guò)電動(dòng)三通閥(9)、污水泵(10)與污水池(14)相連接；所述水源熱泵梯級(jí)增熱單元還包括第二級(jí)熱泵(7)，所述第二級(jí)熱泵(7)與水-空氣加熱器(3)的輸出端相連接，所述第二級(jí)熱泵(7)通過(guò)制熱循環(huán)制取用于加熱空氣的高溫?zé)崴?/span>
2.一種基于水源熱泵梯級(jí)增熱的污泥低溫干化方法，采用權(quán)利要求1所述的污泥低溫干化系統(tǒng)，其特征在于：所述第二級(jí)熱泵(7)通過(guò)循環(huán)產(chǎn)生85℃~90℃熱水并送至水-空氣加熱器(3)，所述水-空氣加熱器(3)中經(jīng)過(guò)升溫的熱空氣通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)(4)輸送至低溫帶式干化機(jī)(1)；所述低溫帶式干化機(jī)(1)中加熱完污泥并帶有水蒸氣的廢熱空氣回到水-空氣回?zé)崞?/span>(2)，并將水-空氣回?zé)崞?/span>(2)內(nèi)的水加熱成40℃~45℃熱源水，隨后廢熱空氣進(jìn)入第二級(jí)熱泵(7)進(jìn)行后續(xù)的熱循環(huán)步驟；所述第一級(jí)熱泵(13)將污水池(14)中的水作為溫度較低的熱源，通過(guò)制熱循環(huán)將水加熱至40℃~45℃，其中一部分用來(lái)為第二級(jí)熱泵(7)補(bǔ)熱，另外一部分向外輸出用于區(qū)域供熱；所述第二級(jí)熱泵(7)利用第一級(jí)熱泵(13)和水-空氣回?zé)崞?/span>(2)分別產(chǎn)生的40℃~45℃熱源水，再通過(guò)制熱循環(huán)將水加熱至85℃~90℃，而后第二級(jí)熱泵(7)中85℃~90℃的熱水被輸送至水-空氣加熱器(3)，用于加熱空氣；所述低溫帶式干化機(jī)(1)排出的濕熱空氣與污水池(14)中的水在熱氣-水換熱器(6)中換熱，濕熱空氣中的水蒸氣凝結(jié)成水，被排放至污水池(14)；污水池(14)中的水在吸收凝結(jié)熱后升溫，最后被中水輸送管路輸送至污水池(14)；所述干化余熱回收單元在啟機(jī)階段，冷卻回風(fēng)管路中的空氣溫度較低，所述水-空氣回?zé)崞?/span>(2)可回收的熱量很少，若是造成第二級(jí)熱泵(7)壓縮機(jī)的氣壓低報(bào)警，則啟動(dòng)第一級(jí)熱泵(13)對(duì)第二級(jí)熱泵(7)進(jìn)行補(bǔ)熱；當(dāng)進(jìn)入低溫帶式干化機(jī)(1)的污泥溫度較低時(shí)，污泥帶走的熱量較多，通過(guò)低溫帶式干化機(jī)(1)后的回氣空氣溫度較低，水-空氣回?zé)崞?/span>(2)可回收的熱量也會(huì)降低，若是僅運(yùn)行第二級(jí)熱泵(7)不足以將污泥干化到所需的含水率，則需要運(yùn)行第一級(jí)熱泵(13)，將第一級(jí)熱泵(13)冷凝器中的一部分水輸送至第二級(jí)熱泵(7)的蒸發(fā)器，作為第二級(jí)熱泵(7)的補(bǔ)熱來(lái)源，同時(shí)將第一級(jí)熱泵(13)產(chǎn)生的剩余熱量輸出用于區(qū)域供暖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于水源熱泵梯級(jí)增熱的污泥低溫干化方法，其特征在于：所述污水池(14)中的水在5℃~15℃。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于水源熱泵梯級(jí)增熱的污泥低溫干化系統(tǒng)及方法，降低現(xiàn)有污泥干化過(guò)程中的碳排放和能源消耗，降低初投資和運(yùn)行成本，極大程度再利用可再生的污水資源。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：
一種基于水源熱泵梯級(jí)增熱的污泥低溫干化系統(tǒng)，包括低溫帶式干化機(jī)、干化余熱回收單元、水源熱泵梯級(jí)增熱單元以及熱氣回收單元；所述低溫帶式干化機(jī)與干化余熱回收單元通過(guò)送冷卻回風(fēng)管路相連接，所述水源熱泵梯級(jí)增熱單元與干化余熱回收單元通過(guò)余熱回收循環(huán)管路相連接，所述水源熱泵梯級(jí)增熱單元與污水池水路相連接，所述熱氣回收單元通過(guò)污水循環(huán)管路與污水池相連接；
所述干化余熱回收單元包括水-空氣回?zé)崞�、�?/span>-空氣加熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)以及加熱送風(fēng)管路；所述低溫帶式干化機(jī)、水-空氣加熱器、水-空氣回?zé)崞�、加熱送風(fēng)管路、冷卻回風(fēng)管與水源熱泵梯級(jí)增熱單元共同構(gòu)成循環(huán)回路；
所述熱氣回收單元包括風(fēng)閥、熱氣-水換熱器、電動(dòng)三通閥以及污水泵，所述水源熱泵梯級(jí)增熱單元包括第一級(jí)熱泵；所述熱氣-水換熱器分別與低溫帶式干化機(jī)以及水-空氣回?zé)崞飨噙B接；所述第一級(jí)熱泵通過(guò)電動(dòng)三通閥、污水泵與污水池相連接；
所述水源熱泵梯級(jí)增熱單元還包括第二級(jí)熱泵，所述第二級(jí)熱泵與水-空氣加熱器的輸出端相連接，所述第二級(jí)熱泵通過(guò)制熱循環(huán)制取用于加熱空氣的高溫?zé)崴?/span>
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，干化系統(tǒng)工作時(shí)，80%~85%含水率的濕污泥進(jìn)入低溫帶式干化機(jī)中，被低溫帶式干化機(jī)內(nèi)75℃的高溫干熱空氣干化為含水率30%左右的干污泥，濕污泥中的水分被加熱成水蒸氣，干熱空氣吸收這部分水蒸氣后轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>55℃左右的濕空氣。而后55℃左右的濕空氣通過(guò)冷卻回風(fēng)管路與水-空氣回?zé)崞髦械难h(huán)水換熱，變成50℃左右的干冷空氣，此時(shí)，水-空氣回?zé)崞髦械乃羝淠笸ㄟ^(guò)排水管路排放至污水池中，水-空氣回?zé)崞髦械难h(huán)水從38℃被加熱到45℃。本發(fā)明的干化系統(tǒng)采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，利用污水池中水對(duì)熱濕空氣進(jìn)行熱回收，可以充分利用烘干后的廢熱空氣能源以及污水廠處理過(guò)的大量廢水資源，同時(shí)減少了廢熱排放，降低現(xiàn)有污泥干化過(guò)程中的碳排放和能源消耗，降低初投資和運(yùn)行成本。
另一方面，本發(fā)明提供一種基于水源熱泵梯級(jí)增熱的污泥低溫干化方法采用如下的技術(shù)方案：
一種基于水源熱泵梯級(jí)增熱的污泥低溫干化方法，使用了上述的一種基于水源熱泵梯級(jí)增熱的污泥低溫干化系統(tǒng)，包括以下步驟：
所述第二級(jí)熱泵通過(guò)循環(huán)產(chǎn)生85℃~90℃熱水并送至水-空氣加熱器，所述水-空氣加熱器中經(jīng)過(guò)升溫的熱空氣通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)輸送至低溫帶式干化機(jī)；所述低溫帶式干化機(jī)中加熱完污泥并帶有水蒸氣的廢熱空氣回到水-空氣回?zé)崞�，并將�?/span>-空氣回?zé)崞鲀?nèi)的水加熱成40℃~45℃熱源水，隨后廢熱空氣進(jìn)入第二級(jí)熱泵進(jìn)行后續(xù)的熱循環(huán)步驟；
所述第一級(jí)熱泵將污水池中的水作為溫度較低的熱源，通過(guò)制熱循環(huán)將水加熱至40℃~45℃，其中一部分用來(lái)為第二級(jí)熱泵補(bǔ)熱，另外一部分向外輸出用于區(qū)域供熱；所述第二級(jí)熱泵利用第一級(jí)熱泵和水-空氣回?zé)崞鞣謩e產(chǎn)生的40℃~45℃熱源水，再通過(guò)制熱循環(huán)將水加熱至85℃~90℃，而后第二級(jí)熱泵中85℃~90℃的熱水被輸送至水-空氣加熱器，用于加熱空氣；
所述低溫帶式干化機(jī)排出的濕熱空氣與污水池中的水在熱氣-水換熱器中換熱，濕熱空氣中的水蒸氣凝結(jié)成水，被排放至污水池；污水池中的水在吸收凝結(jié)熱后升溫，最后被中水輸送管路輸送至污水池；
所述干化余熱回收單元在啟機(jī)階段，冷卻回風(fēng)管路中的空氣溫度較低，所述水-空氣回?zé)崞骺苫厥盏臒崃亢苌�，若是造成第二�?jí)熱泵壓縮機(jī)的氣壓低報(bào)警，則啟動(dòng)第一級(jí)熱泵對(duì)第二級(jí)熱泵進(jìn)行補(bǔ)熱；
當(dāng)進(jìn)入低溫帶式干化機(jī)的污泥溫度較低時(shí)，污泥帶走的熱量較多，通過(guò)低溫帶式干化機(jī)后的回氣空氣溫度較低，水-空氣回?zé)崞骺苫厥盏臒崃恳矔?huì)降低，若是僅運(yùn)行第二級(jí)熱泵不足以將污泥干化到所需的含水率，則需要運(yùn)行第一級(jí)熱泵，將第一級(jí)熱泵冷凝器中的一部分水輸送至第二級(jí)熱泵的蒸發(fā)器，作為第二級(jí)熱泵的補(bǔ)熱來(lái)源，同時(shí)將第一級(jí)熱泵產(chǎn)生的剩余熱量輸出用于區(qū)域供暖。
進(jìn)一步的，所述污水池中的水在5℃~15℃。
綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案的有益效果是：
本發(fā)明所述的一種基于水源熱泵梯級(jí)增熱的污泥低溫干化系統(tǒng)，工作時(shí)，80%~85%含水率的濕污泥進(jìn)入低溫帶式干化機(jī)中，被低溫帶式干化機(jī)內(nèi)75℃的高溫干熱空氣干化為含水率30%左右的干污泥，濕污泥中的水分被加熱成水蒸氣，干熱空氣吸收這部分水蒸氣后轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>55℃左右的濕空氣。而后55℃左右的濕空氣通過(guò)冷卻回風(fēng)管路與水-空氣回?zé)崞髦械难h(huán)水換熱，變成50℃左右的干冷空氣，此時(shí)，水-空氣回?zé)崞髦械乃羝淠笸ㄟ^(guò)排水管路排放至污水池中，水-空氣回?zé)崞髦械难h(huán)水從38℃被加熱到45℃。通過(guò)采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，利用污水池中水對(duì)熱濕空氣進(jìn)行熱回收，可以充分利用烘干后的廢熱空氣能源以及污水廠處理過(guò)的大量廢水資源，同時(shí)減少了廢熱排放，降低現(xiàn)有污泥干化過(guò)程中的碳排放和能源消耗，降低初投資和運(yùn)行成本。
（發(fā)明人：杜國(guó)良;王發(fā)忠;趙鑫;孟凡斌;王樂(lè)民;劉金鶴;張浩）
