[发明专利]热泵式间接干化装置

说明书

一种热泵式间接干化装置，包括：间接式干化机；废汽冷凝器，与废汽出口流体连通，使废汽降温而形成冷凝废水，使冷却水被加热至第一温度；热泵，具有：蒸发器，流体连通至废汽冷凝器，使蒸发器中流动的工质液体气化为处于相同温度下的工质气体；压缩机，流体连通至蒸发器，接收工质气体并将其压缩成温度更高的工质气体；冷凝器，流体连通至压缩机，接收工质气体并使其与冷凝器中的冷却水发生热交换，使得冷却水被加热至第二温度，同时工质气体冷凝为处于相同温度下的工质液体；闪蒸罐，流体连通至热泵的冷凝器，接收冷凝器中加热的冷却水并使其变成闪蒸蒸汽，闪蒸蒸汽被进一步输送至间接式干化机的蒸汽进口。

技术领域

本申请涉及一种热泵式间接干化装置，尤其涉及热泵式间接污泥干化装置。

背景技术

在工业生产过程中，热能干化是一种应用非常广泛的工艺过程，通过输入热能加热物料将其所含水分转变成水蒸汽、与物料分离，使物料的水分降低、干度提高。在环境行业，用热能干化处理污水处理厂产生的污泥，是一种主流的污泥减量化手段。

由于水从液态转变成气态需要吸收大量热量用于相变(在100℃时，1 吨水变成水蒸汽需要吸收热量627kWh)，因此，热干化工艺是一个高能耗的过程。热工化工艺有两种型式，一种是间接干化，热媒(常用蒸汽)与物料不接触，通过导热体加热物料，使物料水分降低；另一种是直接干化，热媒(常用热空气)与物料直接接触，使物料水分降低。间接干化以热传导方式传递热量，传热系数高，热能利用率较高，以典型的间接型污泥干化设备(薄层、桨叶、转盘等)为例，去除1吨水分需要消耗热能 800～850kWh。直接干化以对流方式传递热量，传热系数低，热能利用率较低，以典型的直接型污泥干化设备(带式、转鼓等)为例，去除1吨水分需要消耗热能1000～1100kWh。

当干化工艺的应用现场仅能提供电能时，需要将电能转换热能，有两种方式供选择：一种是电热锅炉产生蒸汽、热油或热水，供干化设备使用, 这种方式的电热能量转换率约1：1，即1kWh的电能大致能够产出1kWh 的热能，热能成本非常高；另一种是电热泵，利用废余热能，通过机械做功把较低品位热能转换成较高品位热能，供干化设备使用，这种方式的电热能量转换率可以达到1：3～5，即1kWh的电能能够产出3～5kWh的热能，热能成本较低。因此，从经济性角度来看，电热泵方式具有压倒性的优势。

目前，市场上尚未出现热泵作为热源的间接干化工艺，已经出现热泵作为热源的直接干化工艺。一种有代表性的热泵直接干化工艺是低温带式污泥干化工艺，以50～60℃的循环空气对污泥干化，热泵利用干化后排出的湿空气的冷凝过程获得低位热能，通过机械做功转换为高位热能，加热除湿之后的空气再次用于干化，完成热能的循环利用。

以热泵为热源的低温带式污泥干化工艺，操作温度低，对物料的适应性弱，具有如下主要问题：处理效果不稳定，污泥的消毒不彻底，产品品质难保证；低温腐蚀严重，处理能力会随着腐蚀逐渐下降；干化速率低，设备体量大，难以实现负压运行因而难以控制臭气，操作环境恶劣，难以保障操作人员的健康。

污泥间接干化工艺的操作温度高，对物料的适应性较强，处理效果有保证，污泥的消毒彻底，产品品质有保证；干化速率高，设备紧凑，封闭性好，易于实现负压运行因而易于控制臭气，能够保证清洁的操作环境，保障操作人员的健康。但现有的间接干化工艺大都以蒸汽为热源对物料进行干化，当现场仅能提供电能时，目前缺乏经济的电热转换方式，限制了其应用。

发明内容

蒸汽用于污泥间接干化工艺时，有两种废热形式：

1)间接干化仅能利用到蒸汽的凝结潜热，从干化机排出的蒸汽凝液，仍然是高温的饱和水、具有可观的显热，这部分热量不能被间接干化设备再利用，最后会释放到环境中。此部分热量约占干化热能消耗总量的 5～10％。

2)物料经过间接干化后排出的废汽，由水分蒸发形成的水蒸汽和少量不可冷凝的载气组成，温度通常在90～105℃之间，具有大量的蒸汽冷凝潜热，此部分热量约占干化热能消耗总量的80％，一般需要通过冷却水转移到环境中，不能被间接干化设备再利用。