一种二氧化碳热泵污泥干化系统

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，特别涉及一种二氧化碳热泵污泥干化系统。

背景技术

污水处理会产生大量污泥，这种污泥有毒同时含有大量有机物，如何无害化处理这种污泥，成为当今我国一个重要的课题。现有的污泥处理方式主要是填埋和干燥后无公害焚烧。填埋的方式处理污泥既浪费土地资源又会对环境造成二次污染。所以无害化焚烧污泥是目前最有效的一种污泥处理方式。焚烧前一般要对污泥进行预干燥，使其含水量降到一定范围，以改善燃烧条件，达到无害化焚烧的目的。另一方面对于企业来说，污泥属于危险废弃物，按照污泥重量进行计算，处理成本极高，企业负担加重，采用污泥干化设备可有效的对污泥进行减量化处理，降低处理成本。

现有的污泥干燥设备有多种，如转盘式、闪蒸式、桨叶式及热泵式等干燥设备，其中转盘式、闪蒸式、桨叶式等都存在能耗高、热量损失大的缺点，而现有的污泥热泵干燥设备虽然是一种新型节能的污泥干燥设备，但目前存在的问题是：普通热泵制热温度较低，通常只能达到70℃左右，用于污泥烘干时，由于温度较低，烘干不彻底，烘干后污泥含水率仍然较高，污泥干燥效率低；

传统污泥干化设备，采用压泥辊轧平泥饼，使泥饼摊开，但是这种方法干燥过程中污泥无法充分摊开、摊薄，容易结成大团块、污泥与热空气接触面积少，导致干燥速率慢，干燥过程产生的恶臭及有害气体易溢出，操作条件差等，特别是当摊开的污泥表面迅速干化后，容易形成硬皮，阻碍污泥内部的水分进一步挥发，若不将污泥进一步粉碎，将使干燥速率减小，热利用率下降；传统污泥干化设备，采用传送带输送污泥，不仅占地面积大，而且由于污泥一般具有一定的粘性，易粘附在输送带上，甚至堵塞传送通道；传送带传送不仅会使热空气的流动受到限制，不能使污泥与热空气之间形成强烈的对流，还会使污泥与传送带接触部分的水分挥发受到阻碍，干燥速率减小，热利用率下降。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明的目的在于提供一种二氧化碳热泵污泥干化系统。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种二氧化碳热泵污泥干化系统，所述二氧化碳热泵污泥干化系统包括：污泥干燥单元，所述污泥干燥单元用于对污泥进行干燥，得到干化污泥和湿热空气；

和二氧化碳热泵机组，所述二氧化碳热泵机组用于将从所述污泥干燥单元流入所述二氧化碳热泵机组的所述湿热空气形成为干燥的高温空气，之后将所述干燥的高温空气返回所述污泥干燥单元，所述干燥的高温空气用作对污泥进行干燥的热源。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述二氧化碳热泵机组为超临界二氧化碳热泵机组，优选地，所述二氧化碳热泵机组中的工质为二氧化碳。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述所述二氧化碳热泵机组包括蒸发器和冷凝器，所述蒸发器用于使其中流动的CO

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述所述二氧化碳热泵机组还包括CO

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述蒸发器为翅片式蒸发器，所述冷凝器为翅片式冷凝器。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述污泥干燥单元包括多级锤头式污泥干燥机。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述多级锤头式污泥干燥机包括壳体和位于所述壳体内的多个旋转锤头。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述多个旋转锤头在所述多级锤头式污泥干燥机内由上至下交错排布；优选地，所述旋转锤头包括转子和沿所述转子旋转方向排布的多个锤头。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，每个所述旋转锤头的旋转方向与相邻旋转锤头的旋转方向相反。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述多级锤头式污泥干燥机上设有污泥入口、排泥口和用于控制所述排泥口开启的刀闸阀；优选地，所述多级锤头式污泥干燥机下方设有干化污泥收集槽，用于收集所述述多级锤头式污泥干燥机排出的污泥。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述多级锤头式污泥干燥机顶部设有出风口，底部设有进风口，所述出风口通过风管与所述蒸发器、冷凝器和进风口依次首尾相连，与所述多级锤头式污泥干燥机内部腔体相贯通而共同构成热空气循环通路。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述出风口与蒸发器之间设有引风机；优选地，所述出风口与引风机之间设有过滤器，所述过滤器优选为活性炭过滤器。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述二氧化碳热泵污泥干化系统还包括泥饼粉碎机和螺旋输送机，所述螺旋输送机用于将经过所述泥饼粉碎机粉碎的泥饼送入所述污泥干燥单元；优选地，所述泥饼粉碎机和螺旋输送机之间设置有排泥斗。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述泥饼粉碎机内设有主动轴、从动轴和固定于所述主动轴、从动轴上的铣刀；优选地，所述泥饼粉碎机上设置有用于驱动所述主动轴的驱动部件，所述驱动部件优选为电机。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述螺旋输送机为无轴螺旋输送机。

在上述二氧化碳热泵污泥干化系统中，作为一种优选实施方式，所述出风口和进风口之间依次设置有所述引风机和高温干热空气形成管路。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明污泥先经过泥饼粉碎机粗碎后再进入干燥机，可增加污泥与热空气接触面积，减小后续处理难度，有利于污泥干化效率的提高。

(2)本发明采用无轴螺旋输送机代替传送带，避免了污泥粘附和堵塞问题，同时污泥中残留的水分在重力和螺旋离心力的作用下从底部排出，减少干燥机负荷。

(3)本发明污泥进入干燥机后，干燥的同时，在机内锤头作用下进一步使污泥粉碎，使泥块外形成的硬皮能及时破碎，充分提高干化效率。

(4)本发明采用多级旋转锤头，使热风与污泥颗粒充分混合并形成强烈的对流，大大提高了污泥干化的效率。

(5)本发明采用超临界CO

(6)本发明干燥机污泥进口与螺旋输送机出口封闭连接，污泥出口采用刀闸阀封闭，系统形成封闭的空气循环，防止挥发性恶臭及有害气体溢出。

附图说明

图1为一种二氧化碳热泵污泥干化系统的结构图。

其中，1为泥饼粉碎机，2为排泥斗，3为螺旋输送机，4为多级锤头式污泥干燥机，5为污泥入口，6为保温壳体，7为转子，8为锤头，9为刀闸阀，10为进风口，11为出风口，12为过滤器，13为引风机，14为翅片式蒸发器，15为冷凝水滴水盘，16为CO2压缩机，17为节流膨胀机，18为翅片式冷凝器，19为排泥口，20为滴水盘，21为干化污泥收集槽，22为高温干热空气形成管路。

具体实施方式

为了突出表达本发明的目的、技术方案及优点，下面结合实施例对本发明进一步说明，示例通过本发明的解释方式表述而非限制本发明。本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

参见图1，本发明提供一种二氧化碳热泵污泥干化系统，该二氧化碳热泵污泥干化系统包括泥饼粉碎机1、螺旋输送机3、污泥干燥单元和二氧化碳热泵机组(优选为超临界二氧化碳热泵机组)；泥饼粉碎机1用于对泥饼进行粗粉碎；螺旋输送机3用于将粗粉碎后的泥饼送入污泥干燥单元；污泥干燥单元用于将通过螺旋输送机3对送入其中的污泥进行干燥，得到干化污泥和湿热空气；超临界二氧化碳热泵机组用于将从污泥干燥单元流入超临界二氧化碳热泵机组的湿热空气形成为干燥的高温空气，之后将干燥的高温空气返回所述污泥干燥单元，干燥的高温空气用作对污泥进行干燥的热源。

作为一种优选实施方式，泥饼粉碎机1内设有主动轴、从动轴和固定于主动轴、从动轴上的铣刀；泥饼粉碎机上1设置有用于驱动主动轴的驱动部件，所述驱动部件优选为电机；优选地，在泥饼粉碎机1的下方设置有位于泥饼粉碎机1和螺旋输送机3之间的排泥斗2，泥饼粉碎机1可对经过压滤机脱水后的污泥进行初步粉碎处理，其中由电机驱动主动轴旋转，同时主动轴通过精密齿轮带动从动轴转动，使固定于两轴上的铣刀呈逆向旋转，从而使泥饼绞挤破碎，经过初步粉碎的泥饼通过排泥斗2，进入螺旋输送机3。

作为一种优选实施方式，螺旋输送机3为无轴螺旋输送机，螺旋输送机3采用无中心轴设计，扭矩大、转速低、运行平稳，采用全封闭输送和易清洗的螺旋表面，适用高含水率、高粘性污泥的输送。

优选地，排泥斗2和螺旋输送机3连接处的下方设置有滴水盘20，在泥饼在泥饼粉碎机1内粉碎和通过螺旋输送机3向上输送过程中，污泥中的水分靠螺旋的绞力挤出水分，泥饼中残留的水分在重力作用下，汇集到螺旋输送机3的底部即上述连接处，通过滴水盘20收集并排放。

作为一种优选实施方式，污泥干燥单元包括多级锤头式污泥干燥机4，多级锤头式污泥干燥机4包括保温壳体6和位于保温壳体6内的多个旋转锤头(例如3、4、5、6、7、8个等，旋转锤头的个数优选为偶数，使得旋转锤头为成对的锤头)；旋转锤头在多级锤头式污泥干燥机4内由上至下交错排布；每个旋转锤头由转子7和沿转子旋转方向排布的若干锤头8组成。每个旋转锤头在电机的驱动下同时高速旋转，每个旋转锤头的旋转方向与相邻锤头旋转方向相反，污泥在落入多级锤头式污泥干燥机4后，在高温干燥空气的作用下，污泥外表被热空气迅速干化并在表面形成硬皮，外层干化的污泥在经过上级旋转锤头击碎后，立即被下级反向旋转的锤头再次击碎，同时污泥颗粒之间反向相互碰撞，相互击打，经过多级旋转锤头的过程中，污泥不断干化形成硬皮，又不断的被粉碎，污泥颗粒在多级锤头式污泥干燥机4腔体内反复的翻转、粉碎和干化。本发明中采用多个上至下交错排布的旋转锤头，使热风与污泥颗粒充分混合并形成强烈的对流，大大提高了污泥干化的效率。另外，旋转的锤头加强了污泥干燥机4内部热空气的扰动，同时污泥颗粒在锤头的作用下不停的翻转，使污泥与热空气充分接触，大大提高了干化效率。相邻的两个旋转锤头各自所在的壳体相连通，且形成葫芦形，相接处变细；而且从多个旋转锤头中两端之外的中间锤头看，每一个中间锤头与其上游的锤头之间的中心连线和该每一个中间锤头与其下游的锤头之间的中心连线并不在一条线上，优选二者之间呈一定角度，更优选为90°，中心连线与铅垂线成一定角度，优选为45°。

优选地，多级锤头式污泥干燥机4顶部具有污泥入口5，污泥入口5与螺旋输送机3相连通，多级锤头式污泥干燥机底部具有排泥口19，并安装刀闸阀9，经过粗碎的污泥在多级锤头式污泥干燥机4内反复的翻转和粉碎的同时被干化，最后在重力作用下落到排泥口19附近，刀闸阀9定时开启，使聚集的干化污泥排出，排出的干化污泥落入多级锤头式污泥干燥机4下方的干化污泥收集槽21。污泥入口5经过一段筒部与第一个旋转锤头所在壳体的开口相连通，优选从污泥入口5垂直落下的污泥在遇到上述筒部后开始倾斜向下并滚入保温壳体6，开始由锤头8进行击打，即污泥入口5的轴线与筒部的轴线成一定夹角。

优选地，多级锤头式污泥干燥机4顶部具有出风口11，底部具有进风口10，其中出风口11设置在筒部的侧壁上，进风口10位于最后两个旋转锤头的中心线的延长线上。

作为一种优选实施方式，超临界二氧化碳热泵机组包括蒸发器、冷凝器CO

经过粗碎的污泥在多级锤头式污泥干燥机4腔体内与高温二氧化碳热泵机组产生的热空气进行热质交换作用，从而被干化。在这个过程中污泥外表被热空气迅速干化并在表面形成硬皮，随后表层硬皮被旋转锤头迅速粉碎，使潮湿的污泥颗粒内部能够继续与热空气相接触，形成持续的深度干化作用，旋转锤头带动污泥颗粒与热空气不停的翻转搅拌，形成强烈的对流热质交换，使污泥当中的水分挥发并进入热空气中，热空气的含湿量上升，形成为湿热空气。

优选地，翅片式蒸发器14、CO

具体地，翅片式蒸发器14、CO

翅片式蒸发器14与从多级锤头式污泥干燥机4腔体出来的湿热空气进行热质交换，湿热空气放出热量温度降低，空气中的水分发生凝结，凝结水由位于翅片式蒸发器14下方的冷凝水滴水盘15收集和排放，二氧化碳制冷剂则吸收湿热空气中的热量，由低温低压的气、液两相CO

翅片式冷凝器18与经过翅片式蒸发器14除湿冷却后的空气进行热质交换，空气吸收热量，温度升高，从而被加热为高温干燥的空气，由进风口10返回多级锤头式污泥干燥机4，翅片式冷凝器18内高温高压的二氧化碳蒸汽处于超临界状态，在放热过程中发生温度滑移从而释放大量热量，高压的二氧化碳蒸汽温度降低，然后经过节流膨胀机17变成低温低压的二氧化碳气体，再返回翅片式蒸发器14，从而形成超临界二氧化碳热泵循环。

从结构上看，在多级锤头式污泥干燥机4的出风口11和进风口10之间依次设置有引风机13，高温干热空气形成管路22(也可叫：空气热交换管路)。其中引风机13的入口通过风管与出风口11相连，作为风管，是一段钝角弯曲的管路，管路内设置有过滤器12，优选在靠近引风机13的管路段设置该过滤器12。引风机13的出口与高温干热空气形成管路22相连，在高温干热空气形成管路靠近引风机13的一端内部设置有翅片式蒸发器14，高温干热空气形成管路22靠近进风口10一端内部设置有翅片式冷凝器18，翅片式蒸发器14与翅片式冷凝器18之间的管路为风管，使得翅片式蒸发器14排出冷凝水；优选地，翅片式蒸发器14与翅片式冷凝器18之间的管路形成有7字形的一段。在翅片式蒸发器14的出口与翅片式冷凝器18的入口之间通过管路连接设置有二氧化碳压缩机16，在翅片式冷凝器18的出口与翅片式蒸发器14的入口之间通过管路连接设置节流膨胀机17，由翅片式蒸发器14、二氧化碳压缩机16、节流膨胀机17、翅片式冷凝器18形成高温二氧化碳热泵机组。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。