一種基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統(tǒng)

蘇盈賀 劉明軍 陳濤

摘 要：介紹了一種基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統(tǒng)，包括干燥機(jī)、空氣降溫除濕裝置、空氣循環(huán)風(fēng)機(jī)、空氣加熱裝置、溴化鋰吸收式熱泵。干燥機(jī)、空氣降溫除濕裝置、空氣循環(huán)風(fēng)機(jī)、空氣加熱裝置依次串聯(lián);空氣降溫除濕裝置及空氣加熱裝置分別與溴化鋰吸收式熱泵相連;設(shè)置冷卻裝置，當(dāng)溴化鋰吸收式熱泵需要停機(jī)檢修時(shí)備用。將溴化鋰吸收式熱泵作為污泥烘干除濕的動(dòng)力熱源和動(dòng)力冷源，可以實(shí)現(xiàn)污泥烘干除濕的同時(shí)，回收污泥冷凝除濕過(guò)程中的熱量，降低污泥烘干除濕過(guò)程中的能源消耗，提高了污泥烘干除濕的效率。系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，未造成空氣的二次污染。

關(guān)鍵詞：吸收式熱泵;污泥;烘干;除濕

0? 引言

近年來(lái)我國(guó)大力推進(jìn)節(jié)能減排工作，各領(lǐng)域的節(jié)能減排事業(yè)都得到了較大發(fā)展，特別是各領(lǐng)域的余熱回收利用發(fā)展迅速，今后需要對(duì)各領(lǐng)域的余熱進(jìn)行深度挖掘，且需要對(duì)各領(lǐng)域的工藝進(jìn)行研究，使余熱回收設(shè)備既能進(jìn)行余熱回收又能適應(yīng)工藝的要求。本文通過(guò)對(duì)溴化鋰吸收式熱泵在污泥烘干除濕系統(tǒng)中的應(yīng)用分析，希望為今后的余熱深度回收利用及節(jié)能減排工作提供參考。

1? 項(xiàng)目背景

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)的快速發(fā)展，城市污水和工業(yè)污水處理水平日益提升，在城市污水和工業(yè)污水的收集及處置過(guò)程中，必然會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，污泥具有有機(jī)質(zhì)含量多、易腐爛發(fā)臭、含水量高的特點(diǎn)，并含有各種有毒、有害物質(zhì)，極大地威脅人們的生活與健康。

目前對(duì)污泥進(jìn)行無(wú)害化處理的主要方法就是污泥焚燒，例如摻入電廠燃煤中焚燒，污泥焚燒是一種減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化的處理方法，采用焚燒方式對(duì)污泥進(jìn)行處理，能將污泥中的有機(jī)質(zhì)全部碳化生成穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物，焚燒后的殘?jiān)鼰o(wú)臭無(wú)菌無(wú)害，可用來(lái)制磚、制作水泥添加料等。雖然污泥焚燒可以最大程度地減容，但污泥的含水量高達(dá)95%～98%，直接對(duì)其進(jìn)行焚燒能耗較高。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求含水率80%以上的濕污泥需干化至含水率10%～30%的干泥，然后再進(jìn)行氣化、摻燒、堆肥等無(wú)害資源化處置，因此需要先對(duì)污泥進(jìn)行烘干除濕處理。

目前我國(guó)的污泥烘干除濕主要采用直接加熱式居多，即使用蒸汽、煙氣、電加熱等形式將污泥加熱至100 ℃以上，使污泥的水分變?yōu)樗魵庵苯优欧诺酱髿庵?，該種烘干方式存在能源消耗高、易產(chǎn)生二次污染、烘干效率低等問(wèn)題。

2? 技術(shù)方案

為解決現(xiàn)有污泥烘干除濕系統(tǒng)能源消耗大、運(yùn)行成本高、污染環(huán)境、烘干效率低等問(wèn)題，本文提出了一種基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括干燥機(jī)、空氣降溫除濕裝置、空氣循環(huán)風(fēng)機(jī)、空氣加熱裝置、溴化鋰吸收式熱泵。干燥機(jī)、空氣降溫除濕裝置、空氣循環(huán)風(fēng)機(jī)、空氣加熱裝置依次串聯(lián);空氣降溫除濕裝置及空氣加熱裝置分別與溴化鋰吸收式熱泵相連;設(shè)置冷卻裝置，當(dāng)溴化鋰吸收式熱泵需要停機(jī)檢修時(shí)備用。將溴化鋰吸收式熱泵作為污泥烘干除濕的動(dòng)力熱源和動(dòng)力冷源，可以實(shí)現(xiàn)污泥烘干除濕的同時(shí)，回收污泥冷凝除濕過(guò)程中的熱量，降低污泥烘干除濕過(guò)程中的能源消耗，提高污泥烘干除濕的效率。系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，未造成空氣的二次污染。基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統(tǒng)，在市政污泥和工業(yè)污泥（印染、造紙、電鍍、化工、皮革、制藥等）等烘干領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

3? 技術(shù)原理

3.1? 吸收式熱泵技術(shù)情況

熱泵是利用高品位能源驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱量從低溫向高溫輸送的設(shè)備，主要分為壓縮式熱泵和吸收式熱泵，壓縮式熱泵用電力驅(qū)動(dòng)，制取溫水溫度一般小于65 ℃，且溫度越高效率越低;吸收式熱泵是用熱能（蒸汽、燃料、熱水等）驅(qū)動(dòng)，可以制取95 ℃以下熱水，效率較高，性能系數(shù)（COP）一般為1.6～2.4，采用溴化鋰溶液為吸收劑、水為制冷劑，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，單機(jī)容量較大，最大可達(dá)66 MW，基于以上特點(diǎn)，在污泥烘干除濕系統(tǒng)中吸收式熱泵可以替代電熱泵，利用吸收式熱泵對(duì)污泥烘干過(guò)程進(jìn)行冷凝除濕和熱量回收，降低熱源蒸汽的消耗，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

污泥烘干除濕系統(tǒng)中的吸收式熱泵主要是蒸汽型，機(jī)組主要包括蒸發(fā)器、吸收器、冷凝器、再生器、熱交換器等。如圖1所示，低溫驅(qū)動(dòng)熱源進(jìn)入蒸發(fā)器管程，蒸發(fā)器殼程為負(fù)壓，殼程的冷劑水在傳熱管外表面蒸發(fā)，吸收低溫驅(qū)動(dòng)熱源的氣化潛熱余熱;吸收器中濃溶液在傳熱管外表面滴淋，吸收來(lái)自蒸發(fā)器的冷劑蒸汽氣化潛熱，并將該潛熱釋放給吸收器管內(nèi)的溫水，溫水實(shí)現(xiàn)一次升溫，與此同時(shí)，在吸收器內(nèi)濃溶液變成稀溶液，經(jīng)過(guò)熱交換器升溫后進(jìn)入再生器;再生器中驅(qū)動(dòng)熱源蒸汽加熱溴化鋰溶液，水蒸氣蒸發(fā)，溴化鋰溶液變?yōu)闈馊芤?，濃溶液?jīng)熱交換器后進(jìn)入吸收器進(jìn)行吸收;再生器中蒸發(fā)的冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝器加熱管內(nèi)的溫水，實(shí)現(xiàn)溫水的二次升溫，冷劑蒸汽冷凝成液態(tài)冷劑水進(jìn)入蒸發(fā)器。如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)熱泵循環(huán)。

吸收式熱泵的主要特性：余熱水溫度越高，溫水溫度越高;蒸汽壓力越高，溫水溫度越高。

吸收式熱泵升溫特性：在溫水出口溫度一定的條件下，溫水入口溫度決定熱源水出口溫度，因此，溫水入口溫度非常重要。吸收式熱泵升溫特性曲線如圖2所示（以熱源水出入口溫度差△T=10 ℃為例）。

3.2? 吸收式熱泵在污泥烘干中的應(yīng)用

吸收式熱泵在污泥烘干中的應(yīng)用如圖3所示。

3.3? 基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統(tǒng)

如圖4所示，基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統(tǒng)包括溴化鋰吸收式熱泵1、干燥機(jī)2、空氣加熱裝置3、空氣降溫除濕裝置4、空氣循環(huán)風(fēng)機(jī)5、冷卻裝置6、閥門A7、閥門B8、閥門C9、閥門D10、閥門E11、閥門F12、閥門G13、閥門H14、閥門I15、閥門J16、冷卻水泵17、熱水泵18、空氣凝結(jié)水出口管道19、冷卻水管道A20、冷卻水管道B21、熱水管道A22、熱水管道B23、熱水管道C24、蒸汽管道A25、蒸汽凝水管道A26、蒸汽管道B27、蒸汽凝水管道B28。其中，干燥機(jī)2、空氣降溫除濕裝置4、空氣循環(huán)風(fēng)機(jī)5、空氣加熱裝置3依次串聯(lián);空氣降溫除濕裝置4、空氣加熱裝置3與溴化鋰吸收式熱泵1相連;溴化鋰吸收式熱泵1包括蒸發(fā)器1-1、吸收器1-2、冷凝器1-3、再生器1-4;干燥機(jī)2包括濕污泥入口2-1、干污泥出口2-2、干熱空氣進(jìn)口2-3、溫濕空氣出口2-4、污泥輸送裝置2-5。