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热泵技术干化污泥的设备_不锈钢网带应用行业案例

1 前言

  将热泵作为热源进行干燥、干化和脱水等作业,是上世纪八十年代发展起来的新型干燥技术。目前,该技术已应用于各个领域,如在木材、化工产品、食品干燥、蔬菜脱水和污泥粪便干化等方面,都取得了良好的效果。针对污泥和粪便干化问题,热泵干化技术具有运行费用低和对环境无任何污染的两大优势。早在上个世纪八十年代初日本已取得成功的运用。

2 热泵干燥原理

  热泵干燥设备由热泵的热力循环系统和热风干燥循环系统组成。热泵循环系统为热风干燥系统提供热源和降低热风湿度。热风干燥系统,通过循环热风与物料直接接触,提供蒸发水份热量,带走物料中的水份。
  所谓“热泵”,是耗用一定的机械功,吸取环境或废弃物中低品位热能,将其提高成为可利用的热能的一种节能装置。正如“水泵”一样,耗用一定机械功,将水从低水位提高到所需的水位。
  热泵系统由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器组成,如图一所示。系统内运行的工质,在蒸发器中吸取干燥室排出湿热空气中的热量,从低压液态工质蒸发成低压蒸汽,经压缩机增压成为高温高压的蒸汽;在冷凝器中,高温高压的工质蒸汽放出热量加热进入干燥室的空气,而工质本身则从气体冷凝成高压液体;通过节流装置,液体工质产生阻塞效应,降低了压力和温度,成为低压低温液体,再度进入蒸发器中吸收湿热气体的热量,如此反复循环将低温热量输送到高温介质中去,形成热泵循环。
  从热风干燥循环系统来看,其热风流程如图二所示。干燥室排出气体,是含水份较高的湿热气体,其状态如图三h-d图上的点a,其相对湿度在ψ=70~80%左右,通过热泵的蒸发器时,由于蒸发器表面温度低于空气露点温度,不仅降低了空气的温度并且在蒸发器表面将水汽冷凝下来,以液体水的状态排出系统外。气体离开蒸发器变成低温而湿润,如图三上点b其相对湿度一般在ψ=95-97%。脱湿后的气体在热泵冷凝器中得到等湿加热,提高了气体温度,同时也降低了相对湿度,如图三C点成为干热气体进入干燥室。在干燥室中,干热气体与被干燥物料直接接触,提供物料干化的热量,同时也带走了水份。空气在干燥室内为等焓增湿降温过程,在离开干燥室时又回复到图三的a点。从图三上可见每公斤气体通过一个循环可以脱除水份△d=da-dc。

  从上述热泵干燥原理来看,与一般干燥工艺差别是没有湿热气体排放,通过二个密闭循环系统,物料中的水份最终以液态水排除。采用该原理干化污泥有二大优点:
  (1)节约能源:在热泵干燥中。不排放湿热气体而将其显热和潜热全部进行了回收,只耗用了一定的机械功。一般衡量热泵热回收能力常用热泵性能系数来表征,即

           COP=LENGNINGQITIGONGRELIANG/YASUOJIDEGONGHAO=QC/W0

  在污泥设备干燥中COP=4.0~5.0,既热泵提供的热量是电耗热量的4~5倍。
  衡量干燥设备耗能另一重要指标热泵比脱水率WPE

           WPE=TUOSHUILIANG/REBENGNENGHAO=kg(SHUI)/kw.H(DIAN)

  在目前设备中热泵WPE=5.0~6.0。即每度电可脱水5~6公斤。
  (2)不污染环境:由于热泵干化污泥在封闭的环境中进行,在干化过程中产生的一切有臭有害气体可以做到不外泄,对周围环境可以减少到最低的污染,有利在居民点附近进行干化操作。

3 热泵干化污泥装置简介

  我所科技人员自八十年代以来,对热泵干燥技术进行了系统的研究与开发。采用了高温热力性能良好的工质R142b和独特的热风循环系统(专利号:ZL  97222358.4)开发了系列的高温热泵除湿机。该机组的干化温度在50~85℃范围内均可工作,至今已有500~600台(套)设备投入运行,尤其在木材干燥方面取得了优异成效;如上海的优质木制品一半以上,均用我所设备进行干燥处理。出口名牌木制品,几乎悉数采用我所设备进行干燥加工。2000年获得了《国家重点新产品》称号,自1997年以来我所被评为《上海市高新技术企业》。
  而与热泵干燥机组相匹配的干燥室有连续干燥和间歇干燥两种方式。一般物料比较粗大,干燥周期较长或物料不形成批量的多用间歇干燥,即物料是采用间歇载入和卸出的。如木材、农副产品、药材、工艺品多用此方式。

  DUIYUWUNIGANHUAZHOUQIXIANGDUIDUAN,PILIANGYOUJIAODA,CHENGXINGHOUWULIAOXIXIAOERKELIDUYOUJIAOJUNYIGUYICAIYONGLIANXUJINLIAOHECHULIAODELIANXUSHIGANZAOFANGSHI。WOSUOYANZHIDEYITAIWUNIGANHUALIANXUSHIREBENGGANZAOZHUANGZHIDEYANGJI,GONGZUOYUANLIRUTUSISUOSHI,QIWAIXINGCANJIANZHAOPIAN1。REBENGGANZAOJIRENGYANYONGWOSUOZHUOYOUCHENGXIAO,CHENGSHUDEJIZU。GANZAOSHINEIZHUANGYOUCHUANSONGSUDUKEDIAODEBUXIUGANGWANGDAIDECHUANSONGDAIZU。WEILEGANHUAGONGYIGUOCHENGQUANBUZAIFENGBIHUANJINGZHONGJINXING,ZAIGANZAOSHINEIPEIZHILELIANGTAOCHENGXINGJI。

  JINGGUOFAJIAOHOUHANSHUILIANGWEI60~65%DEFENZHUANGWUNITONGGUOFENGBISHUSONGTONG,JINRUGANZAOSHINEI,WEILEYIYUGANHUA,FANGZHIGANHUAHOUWUNIFEIYANG,JINGGUOCHUBUCHENGXING,QINGZAIBUXIUGANGWANGDAISHANG,CHUANSONGDAIANSHEDINGSUDUDAIZHEWULIAOZHUANYUN,JINGSHUCENGCHUANSONGDAILAIHUIYUNSONGSHIWUNIGANHUADAOHANSHUILV40%ZUOYOUZAIJINXINGDIERCICHENGXINGCHENGKELIFEILIAO,ZAIJINGSHUCICHUANSONGDAILAIHUIYUNSONGGANHUA,ZUIHOUDADAOHANSHUILV20%CHENGPINDEKELIFEILIAO(CANJIANZHAOPIAN2)SONGCHUGANZAOSHI,ZAITONGGUOFENGBICHUANSONGJIGOUSONGDAOBAOZHUANGCHEJIAN,SHENGDAIZHUANGCHU。

  从热泵干燥机组送出的热风,经循环风机向网带(传送带)垂向送风,穿过数层盛载污泥不锈钢网带时,吸收物料水份返回到热泵中除湿,这种干燥方式亦称热泵穿流干燥。采用这种方式也曾对未经发酵含水率80%的排水污泥,成功地干化到60%含水率。当然在干化过程中成型比较困难,但这也为进一步扩大处理污泥的范围创造了条件。
输送带(不锈钢网带分类):网带,不锈钢网带,金属网带,长城网带,乙型网带,输送网带,人字型网带,马蹄网带,曲轴网带,链条网带,串杆网带等

4 热泵技术干化污泥的特点

  经过热泵干燥装置的研制试验与分析,热泵干燥污泥具有以下优点:
  (1)能耗费用低
  热泵干化污泥装置在运行中能回收湿热空气的显热和潜热,能量得到充分而合理利用,是一种公认的高效节能设备。按目前上海地区的能源价格计算,热泵运行的能源费用,是用煤气和燃油作热源进行供热干燥的一半左右(详见经济分析)。
  (2)不污染环境
  由于热泵干化污泥的全过程是在封闭系统中进行,不需向周围环境排湿,同时也会排出有害、有臭味的气体。若将进出料系统全部封闭在管道中,会使整个操作保持清洁环境。干化后的污泥已成为无臭颗粒肥料。干燥污泥后打开干燥室清理时,也无明显臭味溢出。这与其他干燥方法相比,是一个独特的优点。
  (3)污泥干化质量好
  热泵干燥装置中的干燥介质是在封闭的空间循环;不受外界气候条件的影响,一年四季均在同一条件下平稳运行,所以干燥质量稳定。污泥是城市排水经过絮凝剂沉淀出来的胶状固体微团,成分结构复杂,亲水力较强。热泵干化温度不仅可在50~85℃调节,而且可以控制干燥室的湿度,满足有机污泥干化的理想条件,不会造成污泥微团外壁结壳,造成难以脱水的现象。试验证明,干燥成品的含水率均匀,又能保持颗粒肥料中的有机成分。另外,由于循环是在封闭的空间内进行,不受外界气候条件的影响,一年四季均在同一条件下运行,干燥质量很稳定。
  (4)易形成现代化的产业
  目前研制的日处理一吨污泥热泵干化装置的样机,在宽1.5米、高2.3米、长3.5米的封闭空间内已含了热源、干燥室、鼓风设备和控制等设备,非常紧凑。若扩大到日处理五吨污泥的设备,其体积不会超过B×H×L=2米×3米×5米。其占地面积非常有限。此外,本装置可以组合式运行。如需日处理20吨污泥量,则可以使4台机组紧密并列运行,总的占地面积很小,当然,在日处理量有波动时还可以调整运行台数。由于热泵干燥操作为单一的电能,自动化程度高,非常适宜配套在现代化城市应用。

5 热泵干燥能耗的经济性

  热泵是用电力驱动的装置,一般误认为耗电成本高,不易被接受。现分别就采用煤、燃油、煤气和热泵作为供热源的干燥装置,进行经济性比较,对各种热源的热值和价格作如下设定:
  (1)煤热值:6700大卡/公斤,价格:0.35元/公斤。
  (2)煤气热值:3500大卡/M3,价格: 0.8元/M3
  (3)燃油热值:10800大卡/kg,价格:2.4元/kg。
  (4)电热值:860大卡/kWh,平均电价:0.45 元/kWh。
  (白天0.6元/kWh,夜间0.3元/kWh)
  若以处理一吨含水率60%污泥干化成含水率20%的颗粒肥料为例,提供相等的干化热量,其能耗成本计算结果如下表所示:

干燥热源

能源转换效率

干燥效率

处理一吨污泥成本

ηT=0.7

η=0.9

25元

煤气

ηT=0.85

η=0.9

89元

燃油

ηT=0.8

η=0.9

93元

热泵

Cop=4.0

η=0.96

41元

  YOUSHANGBIAOKEJIAN,GEZHONGREYUANDEGANZAOZHUANGZHI,CHUMEIWAI,CAIYONGREBENGGANZAO,BIRANYOU、MEIQICHENGBENJUNDI。DANSHIYONGMEIDESHIJICHENGBEN,BISHANGBIAOSUOLIEYAOGAO,YINWEICHUGANZAOSHEBEIWAI,HAIXUYAOTOUZIPANGDADEGUOLUFANG、GUOLUSHEBEIHEZHIFUFANZADEGUANLIFEIYONG,RUZENGJIAHUANBAOSHESHI、GUANLICAOZUORENYUAN、MEIDEDUICHANG,MEIHEZHADEYUNSHUDENG。

6 小结

  JIANGWUNIGANHUACHENGKELIFEILIAO,CAIYONGREBENGCHUSHIGANZAOZHUANGZHIYUQITAGONGREFANGSHIDEGANZAOZHUANGZHIBIJIAO,QIYOUQUEDIANRUXIABIAOSUOSHI:

不同热源干燥

能耗成本比例

操作简易性

环境污染

干燥质量控制

热泵

1

0.61

较复杂

较重

不易稳定

煤气

2.17

一般

较轻

较好

燃油

2.27

一般

较轻

较好

  YINCI,SUIZHEHUANBAOYAOQIUTIGAO,TEBIESHIRENKOUMIDUJIAOGAODECHENGSHILI,CAIYONGREBENGLAIGANHUAWUNIJUYOUDUTEDEYOUSHI。

 
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