申请日2018.02.09
公开(公告)日2018.06.29
IPC分类号C02F11/12; F24S20/00; F24S10/40; F24S10/30; F24S60/10; F24S80/00; F24D15/02
摘要
公开了一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统及其污泥干燥方法，聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括太阳能利用模块、污泥干燥模块和家用供暖模块，太阳能利用模块包括分频蓄热部分和配电控制部分，分频蓄热部分包括聚光器1、光伏电池2、分频器3、真空集热管4、光伏电池余热集热管5、相变储热箱6和热交换器7，第一泵29驱动载热介质在真空集热管4、光伏电池余热集热管5和热交换器7构成的载热介质循环流路中流动;污泥干燥室5包括经由风机20输入由分频器3产生的热空气的空气进口25、用于输入待干燥污泥的污泥进口26、排出热空气的空气出口27和排出干燥污泥的污泥出口28。
权利要求书
1.一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括太阳能利用模块、污泥干燥模块和家用供暖模块，其特征在于：
所述太阳能利用模块包括分频蓄热部分和配电控制部分，其中，
分频蓄热部分包括：
聚光器(1)，其聚集太阳光到分频器(3)以提高光的能量密度，
光伏电池(2)，其吸收经由分频器(3)反射的短波长光能且光电转换成电能，
分频器(3)，分频器(3)反射短波段太阳光进入光伏电池(2)和透射长波段太阳光进入真空集热管(4)，
真空集热管(4)，其吸收透射分频器(3)的光能以加热载热介质输出热能，
光伏电池余热集热管(5)，连接光伏电池(2)的光伏电池余热集热管(5)吸收光伏电池(2)发出的热能，
相变储热箱(6)，其经由第一阀(31)和第二阀(32)连接所述真空集热管(4)、光伏电池余热集热管(5)、热交换器(7)和储水箱(35)，通过第一阀(31)或第二阀(32)的开关以存储多余热能或向外输出热能;
热交换器(7)，其将流经真空集热管(4)、光伏电池余热集热管(5)的载热介质的热能交换形成用于干燥污泥的热空气，
储水箱(35)，将载热介质流路下游的低温热能存储，供家用和供暖，
第一泵(29)，其驱动载热介质在所述真空集热管(4)、光伏电池余热集热管(5)、热交换器(7)和储水箱(35)构成的载热介质循环流路中流动，
配电控制部分包括控制电路运行的电路控制器(19)、存储光伏电池(2)产生的多余电能以及向外补给电能的锂电池蓄电组(20)、将直流电转变为交流电的逆变器(18)和整流分配电能的配电箱(17)，配电箱(17)连接所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统的供电线路，
污泥干燥模块包括：
污泥干燥室(8)，其包括经由风机(30)输入由热交换器(7)产生的热空气的空气进口(25)、用于输入待干燥污泥的污泥进口(26)、排出热空气的空气出口(27)和排出干燥污泥的污泥出口(28)，
分离器(9)，连接所述污泥 出口(28)的分离器(9)将排出的干燥污泥中的热空气分离并返回热交换器(7)，
筛分器(11)，连接分离器(9)的筛分器(11)筛分干燥污泥且将小于预定粒径的干燥污泥输送到干污泥存储器(13)，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室(12)破碎后输入压碎污泥存储室(14)，
混合器(15)，其将压碎污泥存储室(14)中的干燥污泥和脱水污泥混合后经由第二泵(34)输送污泥进口(26)。
2.根据权利要求1所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于：优选的，所述污泥干燥室(8)包括用于输送污泥的多层传送带和垂直传送带的多个导流板(24)，其中，多层传送带间在水平方向上相错一定距离，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，用于引导热空气干燥的导流板(24)在所述污泥干燥室中呈倒“弓”型排列，用于对流干燥的热空气从空气进口(25)进入，在污泥干燥室(8)内经由导流板(24)呈倒“弓”型流动，最终从空气出口(27)排出，待干燥污泥经由污泥进口(26)输入第一层传送带(21)，在第一层传送带(21)末端自由下落入第二层传送带(22)，第二层传送带(22)反方向运输，最终由最后一层传送带(23)从污泥出口(28)排出，传送带包括网状结构，所述网状结构含有多个微孔，导流板(24)和传送带嵌套连接，导流板(24)的宽度大于传送带的宽度。
3.根据权利要求1所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于：所述载热介质循环流路下游的低温热能加热储水箱(35)中的水以热交换家用供暖模块，所述家用供暖模块包括水流通的地暖模块(36)、厨房水路(37)和淋浴模块(38)。
4.根据权利要求1所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于：太阳能分频利用模块包括先聚光后分频模式和先分频后聚光模式，先聚光后分频模式中，聚光器(1)聚光到分频器(3)，分频器(3)反射短波段太阳光进入光伏电池(2)产生电能，透射短波段之外波段的太阳光进入真空集热管(4)来加热空气;先分频后聚光模式中，分频器(3)位于聚光器(1)上部，短波段太阳光经过分频器(3)反射到光伏电池(2)，短波段之外波段的太阳光透射到聚光器(1)，再经聚光器(1)反射入空气集热器(4)加热空气。
5.根据权利要求1所述的一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于，所述导流板(24)下端距传送带上表面大致10mm以控制污泥厚度，所述空气进口(25)设在所述污泥干燥室(8)的前壁面，所述污泥进口(26)设在所述污泥干燥室(8)的左侧上部，空气出口(27)设在所述污泥干燥室(8)的后壁面和污泥出口(28)设在所述污泥干燥室(8)的右侧下部。
6.根据权利要求1所述的一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于，热交换器(7)中的空气吸收热量后经风机(30)送至污泥干燥室(8)干燥污泥，然后分别经由空气出口(27)、分离器(9)和空气调节器(10)返回到热交换器(7)形成闭环的空气循环管路。
7.根据权利要求1所述的一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于，污泥干燥模块还包括对污泥脱水的脱水污泥存储室(16)，脱水污泥存储室(16)包括用于脱水的脱水设备，所述压碎室(12)包括破碎设备，混合器(15)包括搅拌设备。
8.根据权利要求2所述的一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于，空气调节器(10)，包括空气除湿和杀菌设备，通过第三阀(33)与大气相连，所述载热介质为导热油。
9.根据权利要求1所述的一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统，其特征在于，所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括用于控制太阳能利用模块和污泥干燥模块运行的控制器(19)，所述控制器包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述控制器包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的污泥干燥方法，其步骤包括：
聚光器(1)聚光到分频器(3)，分频器(3)反射短波段太阳光进入光伏电池(2)产生电能，透射短波段之外波段的太阳光进入真空集热管(4)来加热空气，或者，短波段太阳光经过位于聚光器(1)上部的分频器(3)反射到光伏电池(2)，光伏电池(2)吸收经由分频器(3)反射的短波长光能且光电转换成电能，短波段之外波段的太阳光透射到聚光器(1)，再经聚光器(1)反射入空气集热器(4)加热空气;
连接光伏电池(2)的光伏电池余热集热管(5)吸收光伏电池(2)发出的热能，第一泵(29)驱动载热介质在所述真空集热管(4)、光伏电池余热集热管(5)、热交换器(7)和储水箱(35)构成的载热介质循环流路中流动，其中，相变储热箱(6)通过第一阀(31)或第二阀(32)的开关以存储多余热能或向外输出热能，所述载热介质循环流路首先加热热交换器(7)中的空气供后续污泥干燥，再加热储水箱(35)中的水以热交换家用供暖模块;
热交换器(7)将流经真空集热管(4)、光伏电池余热集热管(5)的载热介质的热能交换形成用于干燥污泥的热空气，热空气经风机(30)送至污泥干燥室(8)干燥污泥，然后分别经由空气出口(27)和分离器(9)返回到热交换器(7)以形成闭环的空气循环管路，空气循环管路中的热空气经由空气进口(25)进入污泥干燥室(8)，在污泥干燥室(8)内的热空气经由导流板(24)呈倒“弓”型流动，最终从空气出口(27)排出;
储水箱(35)收集热交换器(7)下游的热能进行厨房用水、淋浴以及家用供暖的流路循环;
光伏电池(2)产生的电能经由逆变器(18)转变为交流电以及配电箱(17)整流分配到系统的供电线路中，设在所述供电线路的电路控制器(19)控制电路运行，设在供电线路中的锂电池蓄电组(20)存储多余电能和向供电线路补给电能;
混合器(15)将压碎污泥存储室(14)中的干燥污泥与脱水污泥混合形成待干燥污泥，然后经由第二泵(34)输送污泥进口(26)以进入污泥干燥室(8)，待干燥污泥经由污泥进口(26)输入第一层传送带(21)，在第一层传送带(21)末端自由下落入第二层传送带(22)，第二层传送带(22)反方向运输，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，最终由最后一层传送带(23)从污泥出口(28)将干燥污泥输送到分离器(9)分离出热空气，所述热空气导入空气循环管路，干燥污泥输送到筛分器(11)，筛分器(11)将小于预定粒径的干燥污泥筛分到干污泥存储器(13)，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室(12)破碎后输入压碎污泥存储室(14)。
说明书
聚光分频式太阳能污泥干燥、家用供暖一体化系统、方法
技术领域
本发明涉及一种污泥干燥技术领域，特别是一种聚光分频式太阳能污泥干燥、家用供暖一体化系统、污泥干燥方法。
背景技术
随着城市污水处理厂不断增加，城市污泥的产量也大幅度增长。城市污泥含水率高，处理难度大，已成为城市发展所面临的严重问题。污泥干燥一方面可以使污泥稳定和减容，另一方面也为污泥的资源化利用奠定基础，是解决污泥问题的有效途径。目前，主要的干燥技术为热干燥，但是，由于燃料燃烧产生热源的成本较高以及污泥输运所需的能耗较大，导致其能源利用率和干燥效率均较低。太阳能作为人类最大可再生自然资源，已成为解决能源与环境问题双重危机的重要方向，将其作为污泥干燥的能量来源具有深远的应用价值，但是目前将太阳能应用在污泥干燥领域的方式多为直接蒸晒，导致其利用效率极其低下，且由于太阳光不稳定，导致系统运行稳定性受限，以及低温余热的利用也有待关注。专利CN101708942A，将污泥干化焚烧产生的高温烟气热能与太阳能一起为污泥干燥提供热源，仅对焚烧干污泥过后的烟气余热进行了利用。专利CN101240976A和专利CN103145311A中，利用太阳能集热器辅助热泵提供热源，污泥经传送带进入干燥室与热空气接触进行干燥，干燥后的空气回收到热泵系统进行余热循环，但是，系统未对太阳能进行高效分频利用，未对余热进行分级利用，且在干燥室中未对空气流道进行设计，以至于效率有待提高。此外，污泥干燥过程中提高干燥效率的方法也有待进一步提高。因此，寻找新型高效、低能耗、可靠性、可持续性的太阳能污泥干燥方式变得十分重要。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能广谱利用太阳能、能量梯级利用、强化干燥过程、安全稳定运行、可家用供暖的聚光分频式太阳能污泥干燥系统及其污泥干燥方法。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
本发明的一个方面，一种聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括太阳能利用模块、污泥干燥模块和家用供暖模块;
所述太阳能利用模块包括分频蓄热部分和配电控制部分，其中，
分频蓄热部分包括：
聚光器，其聚集太阳光到分频器以提高光的能量密度，
光伏电池，其吸收经由分频器反射的短波长光能且光电转换成电能，
分频器，分频器反射短波段太阳光进入光伏电池和透射长波段太阳光进入真空集热管，
真空集热管，其吸收透射分频器的光能以加热载热介质输出热能，
光伏电池余热集热管，连接光伏电池的光伏电池余热集热管吸收光伏电池发出的热能，
相变储热箱，其经由第一阀和第二阀连接所述真空集热管、光伏电池余热集热管、热交换器和储水箱，通过第一阀或第二阀的开关以存储多余热能或向外输出热能;
热交换器，其将流经真空集热管、光伏电池余热集热管的载热介质的热能交换形成用于干燥污泥的热空气，
储水箱，将载热介质流路下游的低温热能存储，供家用和供暖，
第一泵，其驱动载热介质在所述真空集热管、光伏电池余热集热管、热交换器和储水箱构成的载热介质循环流路中流动，
配电控制部分包括控制电路运行的电路控制器、存储光伏电池产生的多余电能以及向外补给电能的锂电池蓄电组、将直流电转变为交流电的逆变器和整流分配电能的配电箱，配电箱连接所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统的供电线路，
污泥干燥模块包括：
污泥干燥室，其包括经由风机输入由热交换器产生的热空气的空气进口、用于输入待干燥污泥的污泥进口、排出热空气的空气出口和排出干燥污泥的污泥出口，
分离器，连接所述污泥出口的分离器将排出的干燥污泥中的热空气分离并返回热交换器，
筛分器，连接分离器的筛分器筛分干燥污泥且将小于预定粒径的干燥污泥输送到干污泥存储器，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室破碎后输入压碎污泥存储室，
混合器，其将压碎污泥存储室中的干燥污泥和脱水污泥混合后经由第二泵输送污泥进口。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，所述污泥干燥室包括用于输送污泥的多层传送带和垂直传送带的多个导流板，其中，多层传送带间在水平方向上相错一定距离，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，用于引导热空气干燥的导流板在所述污泥干燥室中呈倒“弓”型排列，用于对流干燥的热空气从空气进口进入，在污泥干燥室内经由导流板呈倒“弓”型流动，最终从空气出口排出，待干燥污泥经由污泥进口输入第一层传送带，在第一层传送带末端自由下落入第二层传送带，第二层传送带反方向运输，最终由最后一层传送带从污泥出口排出，传送带包括网状结构，所述网状结构含有多个微孔，导流板和传送带嵌套连接，导流板的宽度大于传送带的宽度。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，所述载热介质循环流路下游的低温热能加热储水箱中的水以热交换家用供暖模块，所述家用供暖模块包括水流通的地暖模块、厨房水路和淋浴模块。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，太阳能分频利用模块包括先聚光后分频模式和先分频后聚光模式，先聚光后分频模式中，聚光器聚光到分频器，分频器反射短波段太阳光进入光伏电池产生电能，透射短波段之外波段的太阳光进入真空集热管来加热空气;先分频后聚光模式中，分频器位于聚光器上部，短波段太阳光经过分频器反射到光伏电池，短波段之外波段的太阳光透射到聚光器，再经聚光器反射入空气集热器加热空气。聚光器对太阳光聚光，提高能量密度，再通过分频器分频，高能光子被光伏电池吸收，发生光电转换，产生电能，低能光子被真空集热管吸收，产生热能，分频利用不同波段太阳光，提升能源利用品味，实现有效的广谱利用。此外，电池余热集热管吸收光伏电池产生的余热，收集热能，更大程度提高能量利用率。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，所述导流板下端距传送带上表面大致10mm以控制污泥厚度，所述空气进口设在所述污泥干燥室的前壁面，所述污泥进口设在所述污泥干燥室的左侧上部，空气出口设在所述污泥干燥室的后壁面和污泥出口设在所述污泥干燥室的右侧下部。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，热交换器中的空气吸收热量后经风机送至污泥干燥室干燥污泥，然后分别经由空气出口、分离器和空气调节器返回到热交换器形成闭环的空气循环管路。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，污泥干燥模块还包括对污泥脱水的脱水污泥存储室，脱水污泥存储室包括用于脱水的脱水设备，所述压碎室包括破碎设备，混合器包括搅拌设备。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，空气调节器，包括空气除湿和杀菌设备，通过第三阀与大气相连，所述载热介质为导热油。
在所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统中，所述聚光分频式太阳能污泥干燥系统包括用于控制太阳能利用模块和污泥干燥模块运行的控制器，所述控制器包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述控制器包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
根据本发明的另一方面，一种所述的聚光分频式太阳能污泥干燥系统的污泥干燥方法步骤包括：
聚光器聚光到分频器，分频器反射短波段太阳光进入光伏电产生电能，透射短波段之外波段的太阳光进入真空集热管来加热空气，或者，短波段太阳光经过位于聚光器上部的分频器反射到光伏电池，光伏电池吸收经由分频器反射的短波长光能且光电转换成电能，短波段之外波段的太阳光透射到聚光器，再经聚光器反射入空气集热器加热空气;
连接光伏电池的光伏电池余热集热管吸收光伏电池发出的热能，第一泵驱动载热介质在所述真空集热管、光伏电池余热集热管、热交换器和储水箱构成的载热介质循环流路中流动，其中，相变储热箱通过第一阀或第二阀的开关以存储多余热能或向外输出热能，所述载热介质循环流路首先加热热交换器(7)中的空气供后续污泥干燥，再加热储水箱中的水以热交换家用供暖模块;
热交换器将流经真空集热管、光伏电池余热集热管的载热介质的热能交换形成用于干燥污泥的热空气，热空气经风机送至污泥干燥室干燥污泥，然后分别经由空气出口和分离器返回到热交换器以形成闭环的空气循环管路，空气循环管路中的热空气经由空气进口进入污泥干燥室，在污泥干燥室内的热空气经由导流板呈倒“弓”型流动，最终从空气出口排出;
储水箱收集热交换器下游的热能进行厨房用水、淋浴以及家用供暖的流路循环;
光伏电池产生的电能经由逆变器转变为交流电以及配电箱整流分配到系统的供电线路中，设在所述供电线路的电路控制器控制电路运行，设在供电线路中的锂电池蓄电组存储多余电能和向供电线路补给电能;
混合器将压碎污泥存储室中的干燥污泥与脱水污泥混合形成待干燥污泥，然后经由第二泵输送污泥进口以进入污泥干燥室，待干燥污泥经由污泥进口输入第一层传送带，在第一层传送带末端自由下落入第二层传送带，第二层传送带反方向运输，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，最终由最后一层传送带从污泥出口将干燥污泥输送到分离器分离出热空气，所述热空气导入空气循环管路，干燥污泥输送到筛分器，筛分器将小于预定粒径的干燥污泥筛分到干污泥存储器，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室破碎后输入压碎污泥存储室。
本发明通过太阳能的聚光分频利用，实现能量利用的提高，通过合理分配高温热源供污泥干燥，低温热源给家用供暖，实现能质的梯级利用。系统能同时输出热能、电能，满足系统的电力、热源需求，补给风机、泵等的功耗，且有储热、蓄电部分保证系统连续运行，在一定程度上实现自给自足。安放有空气导流板的多层网状交替传输干燥方式又增大了污泥与热空气的换热面积，进而提高干燥效率。因此，本发明具有环保、高效、安全、稳定的特点，具有显著的社会效益和循环经济效益，可广泛应用于污泥干燥领域。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。