[發明專利]一種太陽能-熱泵耦合溶液除濕干燥污泥的方法

有效

• 申請號: 201310197047.7
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103265158A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 吳薇;武文彬;張甜湉;蘇鵬飛;王玲瓏;李娜;魏麗申;陳健
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: C02F11/12
• 分類號: C02F11/12
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明涉及一種利用太陽能或熱泵耦合溶液除濕處理空氣用以干燥污泥的方法，具體可以說是采用太陽能集熱、部分冷凝熱利用、溶液蓄能除濕、以及熱空氣干燥污泥相結合的一種方法，屬于太陽能利用、熱泵技術與污泥干燥技術領域。

背景技術

污泥是污水處理過程中產生的固體沉淀物質。近年來，隨著城市污水管網的服務人口不斷增加和水質排放標準逐步嚴格，我國年廢水排放總量逐年上升，產生的污泥也以每年約10％的增長速度在攀升，到2011年污泥年排放量已超過3000萬噸。

目前，污泥的處理方法主要有農用、填埋、排海、干燥焚燒、作為建筑材料等，含水率過高、體積過大引起的運輸不便、燃燒困難是污泥處理過程中的主要問題。污泥所含的污染物一般均有很高的熱值，但由于大量水分的存在，使得這部分熱值無法利用。如果焚燒高含水率的污泥，不但得不到熱值，還需要補充大量燃料才能完成燃燒；而將污泥干燥后含水率降低到5％時，其熱值可達到8.4～19MJ/kg，且無需額外添加燃料。再者，經過機械脫水后的污泥，含水率為80％左右，其處理難度和成本較高。而干燥后的污泥含水率可達30％以下，處于穩定狀態，更不會因為微生物作用而發霉、發臭。因此，對污泥進行干燥、降低污泥含水率是污泥處理過程中的關鍵步驟。

熱干燥正發展為一種比較有效和環保的污泥處理方式，污泥經過混合、造粒后到達干燥機，利用熱空氣將污泥中的水分加熱后變成水蒸氣并攜帶走，提高污泥的干度。干燥后的污泥可填埋、制作農用肥、為園林和建材利用或直接焚燒。然而，熱干燥處理污泥需要消耗大量能量。處理成本高成為制約污泥熱干燥廣泛應用的瓶頸。因此，國內外研究者正在研究使用可持續能源或廢棄能源，以降低污泥熱干燥的能源消耗，從而降低熱干燥成本。

采用太陽能熱泵污泥干燥是一種節能高效的低溫干燥方法，該類系統的主要特點是將太陽能加熱干燥運行能源費用低以及熱泵干燥裝置工作穩定可靠的優點相結合起來。由于其較常規氣流干燥在能源消耗和干燥成本方面具有明顯優勢，太陽能熱泵污泥干燥技術已成為一種新型節能環保技術。但太陽能的不穩定性造成的系統干燥能力波動以及熱泵干燥方法中冷卻除濕帶來的冷卻后再熱造成的能量損失都是尚待解決的問題。

發明內容

本發明提供一種高效、節能、環保的基于對太陽能蓄能、熱泵系統冷凝熱調節利用和熱濕獨立處理系統以解決生產污泥干燥過程中所需的干燥熱空氣的方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是將傳統的蒸汽壓縮式熱泵系統、溶液除濕系統和熱空氣干燥污泥系統相耦合，并輔以輔助部件即可實現。該系統通過調節閥門來實現對系統熱源的切換，通過切換太陽能和熱泵系統的冷凝熱作為系統的熱源來適應不同天氣工況下的運行條件，保證了整個干燥污泥系統的穩定性、高效性、節能性以及環保性。

本發明實現的裝置由溶液循環回路、熱泵系統制冷劑循環回路及用于干燥污泥的空氣循環回路組成；溶液循環回路包括太陽能集熱器、三通調節閥、熱交換器、溶液再生器、濃溶液罐、溶液泵A、溶液除濕器、稀溶液罐、溶液泵B、截止閥B和截止閥C；太陽能集熱器和熱交換器的溶液管路并聯后通過三通調節閥與溶液再生器連接；溶液再生器出口的溶液管路和濃溶液罐相連，濃溶液罐及截止閥B的管路和稀溶液罐及截止閥C的管路并聯，然后依次和溶液泵A、溶液除濕器相連；溶液除濕器出口的管路和稀溶液罐相連，再通過溶液泵B與太陽能集熱器和熱交換器的并聯管路相連；熱泵制冷劑循環回路包括蒸發器、變頻壓縮機、熱交換器、截止閥A、冷凝器、膨脹閥A、膨脹閥B；由熱交換器的制冷劑管路和截止閥A、膨脹閥B組成的管路和冷凝器、膨脹閥A組成的制冷劑管路并聯，然后和蒸發器、變頻壓縮機串聯后形成一個回路；空氣循環回路包括風機A、風機B、干燥機和風管，風機A設在所述蒸發器旁，用于對環境空氣送風，風機B設在所述冷凝器旁，用于對干燥污泥的空氣送風，經過所述冷凝器的空氣進入干燥機中，再經過溶液除濕器除濕，最后通過風管送到風機B中循環。

本發明一種太陽能-熱泵耦合溶液除濕干燥污泥的方法，包括溶液循環、熱泵制冷劑循環和干燥污泥的熱空氣循環三個過程，其中溶液除濕循環和熱泵制冷劑循環分三種不同模式工作：