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一文看懂工程商为什么要挖掘热泵污泥烘干潜力?怎么挖?
2022-11-10       来源:OAOSM燃气模块炉容积炉专家

在污泥的干燥技术中,热干燥是目前最常用的干燥手段。按照对污泥的加热方式分类,有对流、传导和辐射干燥三种类型。在对流干燥中,干燥介质和污泥在同一个空间内发生热湿传递作用,干燥介质将热量传递给污泥使其内部的水分蒸发扩散,进入到干燥介质中去被带离污泥。一般情况下需将被降温加湿的干燥介质排放至设备外,导致能源利用率较低,此外在干燥过程中干燥介质与污泥直接作用,干燥过程中产生的一些有毒有害物质也会随着尾气排出,因此要对干燥产生的废水和尾气做无害化处理;在传导干燥中,湿污泥和加热媒介不直接接触,加热媒介(通常为油或蒸汽)可回收利用,但仍需对干燥介质进行后续的尾气处理,同时由于是间接传热,湿污泥中水分的蒸发效率和设备的传热效率都较低,导致其整体的效率不高。

  

  热泵污泥干燥技术作为污泥低温对流干燥工艺中的一种,可以在保证较高的蒸发效率和传热效率的同时,回收干燥废气中的热量,同时大幅降低污泥干燥过程中的有毒有害物质排放,能够达到节能减排的有益效果。

  热泵污泥干燥系统技术特点  

  利用热泵对污泥进行干燥处理目前已经得到了一定的应用,结合其工作原理和方式,该系统具有如下的特点:  

  (1) 低能耗。采用闭式热风循环与热泵的热回收技术,可以有效降低干燥过程中的能耗水平,同时受外界环境温度、湿度影响小,地域适应性强; 

  (2) 低污染。干燥温度在 100°C 以下的低温干燥条件下可以避免带臭味的有机物挥发,同时闭式热风循环也可显著降低系统内循环空气的外溢,因此一般可不做尾气、废水的处理; 

  (3) 低损失。污泥干燥过程中由于温度不高,其有机质损失小,利用潜力大;  

  (4) 高安全性。污泥干燥过程中运行环境温度不高,在合理控制风速的条件下又可避免扬尘,热泵污泥干燥系统完全可以满足污泥干燥的安全要求,从而大大提高系统运行的安全性;  

  (5) 干燥时间较长。由于热泵出风温度一般为 65°C~80°C,污泥干燥时间一般长达几十分钟至几个小时,且出料含水率要求较低时可能无法满足要求;  

  (6) 设备容量较小。受制于干燥时间长的因素,一般情况下热泵污泥干燥设备的单机处理能力不高,大规模使用不便;  

  (7) 投资成本较高。同传统热干燥设备相比,热泵污泥干燥设备结构复杂,系统组件较多,其初投资相应较高。

  

  热泵污泥干燥流程优化  

  由前述分析可知,目前常规的热泵污泥干燥系统的流程设计仍有其不合理之处,尚不能充分利用热泵干燥潜力。本文结合热泵运行的特点,提出以下可行的优化方案:  

  (1) 散热设备后置热泵污泥干燥系统:系统运行过程中采用在制冷剂侧进行散热时,可考虑将散热设备设置在冷凝器后,以便有效提高送风温度,从而提高系统的干燥能力,但可能存在所需散热面积增大的情况,原理图如图1所示。

图1  散热设备后置原理图

  (2) 蒸发器前预冷热泵污泥干燥系统:将系统的散热设备设置在湿热空气经过回热器后,进入蒸发器前,在有效排出设备内多余热量外还可对循环空气进行冷却去湿,原理图如图2所示。

  图2  蒸发器前预冷原理图 

  (3) 两级串联式热泵污泥干燥系统:采用两级热泵串联,一方面可降低干燥空气中的含湿量,同时也可适当提高干燥空气温度,但在系统运行中存在诸多耦合问题,同时由于蒸发器与冷凝器之间温差加大,若想充分冷却、加热空气需要增大设备的换热面积,原理图如图3所示。

图3 两级串联式热泵污泥干燥系统原理图

  (4) 多台热泵并联式热泵污泥干燥系统:考虑采用多台热泵并联运行,多台热泵接力冷却湿热空气,同时接力加热干冷空气,在充分换热的同时可以提高设备的处理能力,原理图如图4所示。

  图4 多台热泵并联式热泵污泥干燥系统原理图 

  在多组热泵并联运行过程中,各个热泵可单独运行,不存在相互影响的问题,同时可将每个热泵的蒸发温度和冷凝温度单独设置,可以充分冷却、加热空气,提高设备的容量。

  

  由此,对于热泵污泥干燥的系统流程的优化,我们得到了以下结论:  

  (1) 目前应用于实际生产的热泵干燥系统按干燥介质的循环方式分类,主要有封闭式、半封闭式以及开敞式三种类型,其各自适用的范围不甚相同,适用于污泥干燥的主要为封闭式和半封闭式热泵干燥系统;  

  (2) 热泵污泥干燥系统相比于常规的污泥热干燥系统具有较大的优势,具有低能耗、低污染、低损失和高安全性的特点,但也存在一些如干燥时间长、设备容量小以及投资费用高等问题。


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