申请日2012.06.13
公开(公告)日2014.01.01
IPC分类号C02F11/12
摘要
本发明公开了一种太阳能热泵联合污泥干化系统，包括太阳能供热子系统、热泵子系统和干燥装置子系统，所述热泵子系统包括空气源热泵子系统和中水源热泵子系统;所述太阳能供热子系统，包括用于采集太阳辐射能量的集热器、储热水箱、第一水泵和热水盘管;所述储热水箱和所述第一水泵以及所述热水盘管通过管道连接成一个封闭的水循环系统。本发明能够充分利用太阳能的热量，并回收湿空气中水蒸气的潜热，同时通过太阳能供热子系统和中水源热泵子系统来保证夜间或太阳能不足情况下的污泥干化所需能量。
权利要求书
1.一种太阳能热泵联合污泥干化系统，包括太阳能供热子系统、 热泵子系统和干燥装置子系统，所述热泵子系统包括空气源热泵子系 统和中水源热泵子系统;其特征在于，所述太阳能供热子系统，包括 用于采集太阳辐射能量的集热器(2)、储热水箱(1)、第一水泵(23) 和热水盘管(20);所述储热水箱(1)和所述第一水泵(23)以及所 述热水盘管(20)通过管道连接成一个封闭的水循环系统。
2.如权利要求1所述的太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征 在于，所述空气源热泵子系统包括第一压缩机(21)、第一风冷式冷 凝器(16)、第一节流阀(6)以及除湿蒸发器(22)，所述第一压缩 机(21)、所述风冷式冷凝器(16)、所述第一节流阀(6)和所述除 湿蒸发器(22)通过相应的管道构成一个封闭的制冷剂循环系统。
3.如权利要求1所述的太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征 在于，还包括中水源热泵子系统，所述中水源热泵子系统包括水源热 泵机组(19)、中水池(15)、第二水泵(18)以及第二风冷式冷凝器 (17)。
4.如权利要求3所述的太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征 在于，所述水源热泵机组(19)包括第一壳管式蒸发器(24)、第二 壳管式蒸发器(28)、第二压缩机(26)、第二节流阀(25)以及第三 节流阀(27)组成。所述第一壳管式蒸发器(24)、所述第二压缩机 (25)、所述第二风冷式冷凝器(17)与所述第二节流阀(25)通过 相应的管道连接成一个封闭的制冷剂循环系统。所述第二壳管式蒸发 器(28)、所述第二压缩机(26)、所述第二风冷式冷凝器(17)与所 述第三节流阀(27)通过相应的管道连接成一个封闭的制冷剂循环系 统。
5.如权利要求4所述的太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征 在于，所述第一壳管式蒸发器(24)与所述第一水泵(23)以及所述 蓄热水箱(1)连接构成一个封闭的水循环系统;所述第二壳管式蒸 发器(28)与第二水泵(18)以及中水池(15)连接构成另一个封闭 的水循环系统。
6.如权利要求1所述的太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征 在于，所述干燥装置子系统包括空气处理箱(E)和干燥箱(F)，所 述空气处理箱(E)和所述干燥箱(F)以及风机(8)通过第一风管 (9)和第二风管(7)以及第三风管(14)相连。
7.如权利要求6所述的太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征 在于，所述空气处理箱(E)包括所述空气源热泵子系统全部设备和 所述热水盘管(20)以及所述第二风冷式冷凝器(17)。
8.如权利要求6所述的太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征 在于，所述干燥箱(F)包括干燥箱壳体(11)、多层速度可控的网带 (12)、进料口(10)和出料口(13)，所述网带与传动装置连接。
9.如权利要求6所述的太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征 在于，所述第二风管(7)上有第一支管(3)和第二支管(5)，内部 装有联动风阀(4)，所述支管和空气处理箱(E)相连。
10.如权利要求9所述的太阳能热泵联合污泥干化系统，其特征 在于，所述第一支管(3)位于所述除湿蒸发器(22)和空气处理箱 左壁之间，所述第二支管(5)位于所述除湿蒸发器(22)和热水盘 管之间。
11.一种利用权利要求1-10中任一项所述的太阳能热泵联合污 泥干化系统进行污泥干化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：储热水箱(1)中存储的由太阳能集热器(2)产生的热水经 第一水泵(23)进入空气处理箱(E)中的热水盘管使空气加热;
B：干燥箱(F)排出的湿空气进入空气处理箱(E)后，除湿 蒸发器(22)和第一风冷式冷凝器(16)对湿空气进行除湿和加热;
C：经除湿和加热后的干燥空气进入干燥箱(F)对污泥进行干 化处理。
12.如权利要求11所述的进行污泥干化的方法，其特征在于， 所述污泥干化方法还包括：D：通过水源热泵机组(19)中制冷剂吸 收储热水箱中热水的能量，然后通过第二风冷式冷凝器(17)放出 热量加热循环空气。
13.如权利要求11所述的进行污泥干化的方法，其特征在于， 所述污泥干化方法还包括：D：通过水源热泵机组(19)中制冷剂吸 收中水池中水的能量，然后通过第二风冷式冷凝器(17)放出热量 加热循环空气。
说明书
太阳能热泵联合污泥干化系统及干化方法
技术领域
本发明涉及污泥干燥技术领域，尤其涉及一种太阳能热泵联合污 泥干化系统及干化方法。
背景技术
根据《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》，至2010 年，城市污水处理率不低于70%。“十一五”末，全国城镇污水处理能 力将达1.0×108m3/d，全年的污水处理量达3.0×1010m3，污泥产量将达 3.0×107t(80%含水率)。随着污水处理率和处理深度的增加，污泥排 放量在以每年10-15%以上的速度增长。污泥的处理处置已经成为城 市发展的环境瓶颈问题。污泥的资源化利用已经成为污泥处理处置重 要手段。
污泥干化(也称干燥)是实现污泥无害化、减量化、资源化处理 的关键环节，对于实现污泥的稳定化、减量化，减少储存和运输的体 积，对污泥的资源化利用起到越来越重要的作用。利用便宜可再生能 源的太阳能干化技术具有清洁、环保、无污染的特点。但太阳能本身 是间歇性能源，其能流密度低、不连续、不稳定;太阳能的这些特性， 使其难于满足污泥等物料干燥动力学的能量需求，因而直接影响到太 阳能干燥技术的推广应用。热泵干燥技术是一种节能的干燥技术，其 能够回收干燥废气的显热和水蒸气潜热，因而现有的污泥干化技术将 太阳能技术与热泵干燥技术相结合，形成了太阳能热泵联合污泥干化 技术，其能够克服单一太阳能热源的缺点，又能够降低污泥干化的能 耗。
但是，现有的太阳能与热泵联合的污泥干化设备中的太阳能系统 只有集热设备，而没有蓄热设备。这样可能出现夏季太阳能吸收的热 负荷大于干燥设备所需热负荷的情况，造成夏季的能量利用率较低。
其次，现有太阳能与热泵联合的污泥干化设备中的热泵干化系统 采用空气源热泵，但由于我国北方冬季寒冷，当室外环境温度降到了 0℃以下时如果仍采用空气源热泵供热，会出现热泵性能明显降低甚 至无法工作的情况，另外，由于蒸发器管壁和空气之间的换热系数很 小，造成采用空气源热泵的太阳能与热泵联合的污泥干化设备占地面 积较大。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种太阳能热泵联合污泥干化 系统及干化方法，其能够提高系统的能源利用率，保证夜间或太阳 能不足情况下的污泥干化所需能量，并能降低污泥干化过程的碳排 放强度。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种太阳能热泵联合污泥干化系 统，包括太阳能供热子系统、热泵子系统和干燥装置子系统，所述热 泵子系统包括空气源热泵子系统和中水源热泵子系统;所述太阳能供 热子系统，包括用于采集太阳辐射能量的集热器、储热水箱、第一水 泵和热水盘管;所述储热水箱和所述第一水泵以及所述热水盘管通过 管道连接成一个封闭的水循环系统。
更好地，所述空气源热泵子系统包括第一压缩机、第一风冷式冷 凝器、第一节流阀以及除湿蒸发器，所述第一压缩机、所述风冷式冷 凝器、所述第一节流阀和所述除湿蒸发器通过相应的管道构成一个封 闭的制冷剂循环系统。
更好地，还包括中水源热泵子系统，所述中水源热泵子系统包括 水源热泵机组、中水池、第二水泵以及第二风冷式冷凝器。
更好地，所述水源热泵机组包括第一壳管式蒸发器、第二壳管式 蒸发器、第二压缩机、第二节流阀以及第三节流阀组成。所述第一壳 管式蒸发器、所述第二压缩机、所述第二风冷式冷凝器与所述第二节 流阀通过相应的管道连接成一个封闭的制冷剂循环系统。所述第二壳 管式蒸发器、所述第二压缩机、所述第二风冷式冷凝器与所述第三节 流阀通过相应的管道连接成一个封闭的制冷剂循环系统。
更好地，所述第一壳管式蒸发器与所述第一水泵以及所述蓄热水 箱连接构成一个封闭的水循环系统;所述第二壳管式蒸发器与第二水 泵以及中水池连接构成另一个封闭的水循环系统。
更好地，所述干燥装置子系统包括空气处理箱和干燥箱，所述空 气处理箱和所述干燥箱以及风机通过第一风管和第二风管以及第三 风管相连。
更好地，所述空气处理箱包括所述空气源热泵子系统全部设备和 所述热水盘管以及所述第二风冷式冷凝器。
更好地，所述干燥箱包括干燥箱壳体、多层速度可控的网带、进 料口和出料口，所述网带与传动装置连接。
更好地，所述第二风管上有第一支管和第二支管，内部装有联动 风阀，所述支管和空气处理箱相连。
更好地，所述第一支管位于所述除湿蒸发器和空气处理箱左壁之 间，所述第二支管位于所述除湿蒸发器和热水盘管之间。
一种利用上述的太阳能热泵联合污泥干化系统进行污泥干化的 方法，包括以下步骤：A：储热水箱中存储的由太阳能集热器产生的 热水经第一水泵进入空气处理箱中的热水盘管使空气加热;B：干燥 箱排出的湿空气进入空气处理箱后，除湿蒸发器和第一风冷式冷凝 器对湿空气进行除湿和加热;C：经除湿和加热后的干燥空气进入干 燥箱对污泥进行干化处理。
更好地，所述污泥干化方法还包括：D：通过水源热泵机组中制 冷剂吸收储热水箱中热水的能量，然后通过第二风冷式冷凝器放出 热量加热循环空气。
优选地，所述污泥干化方法还包括：D：通过水源热泵机组中制 冷剂吸收中水池中水的能量，然后通过第二风冷式冷凝器放出热量 加热循环空气
(三)有益效果
本发明通过将太阳能供热技术和热泵技术有效结合，形成了稳 定高效节能的污泥太阳能热泵干化系统。本发明能够充分利用太阳 能的热量，并回收湿空气中水蒸气的潜热，同时通过太阳能供热子 系统和中水源热泵子系统来保证夜间或太阳能不足情况下的污泥 干化所需能量。通过太阳能蓄热与热泵技术的使用，最大限度利用 太阳能的优势，并充分结合污水处理厂资源特点，回收低品位污水 能源和废气能量，因此该系统在实现污泥干化过程中一次能源消耗 大幅度降低，同时大幅度降低了污泥干化过程的碳排放强度。