專利名稱：一種兩相換熱器及利用水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及污泥處理和處置領(lǐng)域，尤其涉及一種兩相換熱器及利用水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
城市污水污泥的處理處置問題是伴隨著污水處理廠的產(chǎn)生而產(chǎn)生的。污泥是城市污水處理過程中產(chǎn)生的體積最大的副產(chǎn)品，含水率高、不易脫水。污泥中既含有易腐敗的有機物質(zhì)和無機營養(yǎng)元素，也含有大量的病原菌、寄生蟲(卵)，還有CU、Zn、Cr和Hg等重金屬， 以及部分有害的難降解有機物，如多環(huán)芳香族碳氫化合物等。這些化學物質(zhì)不僅會污染地表水和地下水源，污泥散發(fā)的臭氣也會污染空氣，病原體對人類健康也是潛在的威脅。過去我國一直“重水輕泥”，污泥在我國目前尚無妥善的最終處置方法，許多污水廠污泥隨意堆放造成二次污染，污泥發(fā)臭引起居民不滿，帶來了嚴重的環(huán)境和社會問題。目前我國污泥的處理處置所依據(jù)的原則是“減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化”。脫水污泥的處理處置方法有多種，國內(nèi)常見的脫水污泥的處理工藝有熱干化、堆肥和焚燒，最終處置工藝有衛(wèi)生填埋、農(nóng)業(yè)利用和建材利用等。脫水污泥的含水率高，一般在75 85%， 如果將脫水污泥直接用于上述處理處置工藝，存在很多問題1)濕污泥水份高導致污泥熱值低，利用價值降低；2)污泥本身的特性使其難于干化，耗能高，增加了利用成本；3)污泥黏性大，易粘結(jié)器壁，堵塞和腐蝕設(shè)備；4)濕污泥狀態(tài)不穩(wěn)定在儲存中容易產(chǎn)生沼氣，以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生粉塵和揮發(fā)性可燃物，帶來自燃和爆炸等安全隱患。可以說脫水污泥的含水率高是其進一步處理處置的障礙，這就要求污泥必須進行干化降低含水率，以滿足減量化和資源化的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述問題提出的一種兩相換熱器及利用水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)技術(shù)方案，該方案。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種封閉兩相換熱器，包括蒸發(fā)段和凝結(jié)段，蒸發(fā)段和凝結(jié)段通過管路相互串聯(lián)連通形成一個封閉的環(huán)路空間，從所述環(huán)路空間抽取空氣形成真空環(huán)路，在環(huán)路中放置純凈水， 所述蒸發(fā)段和凝結(jié)段分別是由多個垂直排列的金屬管組成，金屬管之間相互并聯(lián)連通。一種用水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)，包括垃圾處理水泥窯排煙管道和污泥干燥機，所述污泥干燥機有一個通過污泥的干燥箱段，一個熱風輸送管道與干燥箱段接通，所述排煙管道和熱風輸送管道之間設(shè)置有一個封閉兩相換熱器；所述換熱器包括蒸發(fā)段和凝結(jié)段，蒸發(fā)段和凝結(jié)段通過管路相互串聯(lián)連通形成一個封閉的環(huán)路空間，從所述環(huán)路空間抽取空氣形成真空環(huán)路，在環(huán)路中放置純凈水，所述蒸發(fā)段和凝結(jié)段分別是由多個垂直排列的金屬管組成，金屬管之間相互并聯(lián)連通；所述凝結(jié)段設(shè)置在熱風輸送管中，熱風輸送管中流動的氣流從凝結(jié)段的金屬管之間穿過，所述蒸發(fā)段設(shè)置在排煙管道中，排煙管道中的煙氣從蒸發(fā)段的金屬管之間穿過。所述排煙管道包括排煙主管道和排煙分管道，所述高處換熱箱設(shè)置在排煙分管道中，在排煙管道中設(shè)置有分管道煙流量調(diào)節(jié)閥門。所述干燥箱段包括相互串聯(lián)的干燥段和冷卻段，所述熱風輸送管道是一個與干燥箱段和冷卻段順序連通的循環(huán)管道，在所述冷卻段設(shè)有循環(huán)風管路，在循環(huán)風管路上設(shè)置有冷凝除水器。所述熱風輸送管中流動的氣流進入干燥箱段后的流速是lm/s。本發(fā)明與已有技術(shù)相比產(chǎn)生的有益效果是
1、封閉兩相傳熱技術(shù)，即在一個抽成真空的封閉的體系內(nèi)，依賴裝入內(nèi)部的流體的相態(tài)變化來傳遞熱量的裝置，其熱效率為95%以上；
2、安全本發(fā)明系統(tǒng)可實現(xiàn)的工藝從控制粉塵含量入手確保系統(tǒng)安全污泥與烘干帶相對靜止，環(huán)流熱空氣以較低速度(lm/s)輕柔的穿過污泥層，因此裝置中粉塵含量 <<10mg / m3;帶式干燥裝置在運行中保持微負壓，確保了粉塵不會逸出到環(huán)境中，并且顆粒污泥在帶式干燥機末端被冷卻到30°C以下，通過皮帶輸送機至污泥貯倉，避免了污泥過干過熱帶來自燃風險；
3、節(jié)能本發(fā)明系統(tǒng)可實現(xiàn)的工藝所采用熱能均為溫度低于200度的水泥窯尾氣余熱，為廢棄熱源，可謂“零耗能”。干燥工藝利用第一階段產(chǎn)生熱量加熱第二階段的環(huán)流空氣，還可回收30%的熱能.因此綜合熱效率較高；
4、無臭氣該系統(tǒng)工藝從兩個方面避免臭氣產(chǎn)生一、污泥干化溫度較低(最高90°C)， 使得揮發(fā)性物質(zhì)溢出很少；二、干化污泥的所用空氣為封閉自循環(huán)氣體，只是解壓調(diào)整時釋放少量氣體，可經(jīng)簡易除臭裝置或直接通入水泥窯爐燒掉，對外部環(huán)境無影響。下面結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作一詳細描述。


圖1為本發(fā)明兩相換熱器結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1
一種封閉兩相換熱器實施例，參見圖1，所述換熱器包括兩個一高一低不在一個水平面上設(shè)置的蒸發(fā)段2和凝結(jié)段1，凝結(jié)段的底部高于蒸發(fā)段的頂部，蒸發(fā)段2和凝結(jié)段通過管路3相互串聯(lián)連通形成一個封閉的環(huán)路空間，從所述環(huán)路空間抽取空氣形成真空環(huán)路，在環(huán)路中放置純凈水或蒸餾水，純凈水充滿蒸發(fā)段，所述蒸發(fā)段2和凝結(jié)段分別是由多個垂直排列的金屬管4組成，金屬管之間相互并聯(lián)連通。上述換熱器結(jié)構(gòu)是一種封閉兩相流體傳熱技術(shù)，即在一個抽成真空的封閉的體系內(nèi)，依賴裝入內(nèi)部的流體的相態(tài)變化來傳遞熱量的裝置。其熱效率為95%以上，很好的實現(xiàn)了熱的有效利用。換熱器蒸發(fā)段和凝結(jié)段金屬管內(nèi)和連通管內(nèi)設(shè)置有管芯，管芯是一種緊貼管殼內(nèi)壁的毛細結(jié)構(gòu)，通常用多層金屬絲網(wǎng)或纖維等以襯里形式緊貼內(nèi)壁以減小接觸熱阻，襯里也可由多孔陶瓷或燒結(jié)金屬構(gòu)成。換熱器的工作液要有較高的汽化潛熱、導熱系數(shù)，合適的飽和壓力及沸點，較低的
4粘度及良好的穩(wěn)定性。工作液體還應(yīng)有較大的表面張力和潤濕毛細結(jié)構(gòu)的能力，使毛細結(jié)構(gòu)能對工作液作用并產(chǎn)生必須的毛細力。工作液還不能對毛細結(jié)構(gòu)和管壁產(chǎn)生溶解作用， 否則被溶解的物質(zhì)將積累在蒸發(fā)段破壞毛細結(jié)構(gòu)。當換熱器的一端受熱時毛細芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體在沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不已，熱量便從一端傳到了另一端！在這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中，具體包含了以下六個相互關(guān)聯(lián)的過程(1)熱量從熱源通過換熱器管壁和充滿工作液的吸液芯傳遞到液-氣分界面；(2)液體在蒸發(fā)段的液-氣分界面上蒸發(fā)；(3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段；(4)蒸汽在冷凝段內(nèi)的液-氣分界面上凝結(jié)；(5)熱量從液-氣分界面通過吸液芯、 液體和管壁傳給冷源；(6)在吸液芯內(nèi)由于毛細作用(或重力等)是冷凝后的工作也體回流到蒸發(fā)段。實施例2:
一種用水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)實施例，參見圖2和實施例1，所述系統(tǒng)包括垃圾處理水泥窯排煙管道5和污泥干燥機，所述污泥干燥機有一個通過污泥的干燥箱段6，一個熱風輸送管道7與干燥箱段接通，其中，所述排煙管道和熱風輸送管道之間設(shè)置有如實施例1 所述的封閉兩相換熱器；所述兩相換熱器包括兩個一高一低不在一個水平面上設(shè)置的蒸發(fā)段2和凝結(jié)段1，凝結(jié)段的底部高于蒸發(fā)段的頂部，蒸發(fā)段和凝結(jié)段通過管路串聯(lián)連通形成一個封閉的環(huán)路空間，從所述環(huán)路空間抽取空氣形成真空環(huán)路，在真空環(huán)路中放置純凈水， 純凈水水位充滿蒸發(fā)段并低于凝結(jié)段的底部，所述蒸發(fā)段和凝結(jié)段分別是由多個垂直排列的金屬管組成，金屬管之間相互并聯(lián)連通；其中，所述凝結(jié)段設(shè)置在熱風輸送管中，熱風輸送管中流動的氣流7-1從凝結(jié)段的金屬管之間穿過，所述蒸發(fā)段設(shè)置在排煙管道中，排煙管道中的煙氣5-1從蒸發(fā)段的金屬管之間穿過。本實施例系統(tǒng)可以實現(xiàn)利用余熱干化污泥的方法，該方法作為污泥全干化處理， 所得污泥含水率低于20%，所用熱源為鍋爐或回轉(zhuǎn)窯尾氣余熱，不耗用干凈能源，大大降低污泥干化能耗及最終處置和利用成本。本實施例利用煙氣余熱干化污泥系統(tǒng)中的污泥干燥機，在干燥箱段之前還包括造粒裝置8、輸送皮帶9以及干泥倉10、風機、冷凝段、除臭裝置、電機、自控和在線監(jiān)測裝置。自動監(jiān)測和自動控制包括進料、造粒、傳動、出料的全自動運行過程，并通過在線監(jiān)測判斷終點，無需人工，使用操作方便，實現(xiàn)了低速干化，大大減少能耗，同時減少設(shè)備磨損。本系統(tǒng)所采用的尾氣溫度(煙氣溫度)低于180°C，在當前技術(shù)水平下被認為是難于被利用的“廢棄熱源”。通過熱氣體穿透污泥層，帶走大量水分。由于是低溫干燥，不產(chǎn)生臭氣，大大降低臭氣處理費用及大大改善周邊環(huán)境。干化機能使污泥含水率降至20%以下。封閉兩相傳熱技術(shù)，即在一個抽成真空的封閉的體系內(nèi)，依賴裝入內(nèi)部的流體的相態(tài)變化來傳遞熱量的裝置。其熱效率為95%以上，很好的實現(xiàn)了廢熱的有效利用。為了實現(xiàn)對蒸發(fā)段溫度的控制，所述排煙管道包括排煙主管道和排煙分管道，所述高處換熱箱設(shè)置在排煙分管道中，在排煙管道中設(shè)置有分管道煙流量調(diào)節(jié)閥門5-4。為了式烘干的污泥加速冷卻，所述干燥箱段包括相互串聯(lián)的干燥段6-1和冷卻段 6-2，所述熱風輸送管道是一個與干燥箱段和冷卻段順序連通的循環(huán)管道，在所述冷卻段設(shè)有循環(huán)風管路11，在循環(huán)風管路上設(shè)置有冷凝除水器12。本實施例工藝從控制粉塵含量入手確保系統(tǒng)安全污泥與烘干帶相對靜止，環(huán)流熱空氣以較低速度(lm/s)輕柔的穿過污泥層，因此裝置中粉塵含量<<10mg / m3 ；干燥劑的輸送皮帶和干燥箱段處于一個封閉的結(jié)構(gòu)，在運行中保持微負壓，確保了粉塵不會逸出到環(huán)境中，并且顆粒污泥在干燥箱段末端被冷卻到30°C以下，通過皮帶輸送機至干泥倉，避免了污泥過干過熱帶來自燃風險。因此，所述熱風輸送管中流動的氣流進入干燥箱段后的流速是lm/s。本實施例通過以下步驟對污泥進行余熱干化
A、將含水率為80%的污泥經(jīng)造粒，擠成面條狀，送入帶式干化機；
B、在帶式干化機內(nèi)，污泥被均勻平鋪在皮帶機上，循環(huán)氣體穿過污泥層，帶走污泥水
分；
C、氣體通過強制循環(huán)，通過冷凝干燥器去除水汽，經(jīng)干燥的空氣經(jīng)加熱后再進入干化機內(nèi)；
D、干化機內(nèi)加熱空氣的熱源來自窯爐尾氣余熱，通過相變熱交換器取熱傳遞給干化機內(nèi)空氣；
E、通過空氣不斷循環(huán)，污泥被干化至含水率20%以下，干污泥被送入污泥儲倉以備后續(xù)利用。
權(quán)利要求
1.一種封閉兩相換熱器，其特征在于，所述換熱器包括蒸發(fā)段和凝結(jié)段，蒸發(fā)段和凝結(jié)段通過管路相互串聯(lián)連通形成一個封閉的環(huán)路空間，從所述環(huán)路空間抽取空氣形成真空環(huán)路，在環(huán)路中放置純凈水，所述蒸發(fā)段和凝結(jié)段分別是由多個垂直排列的金屬管組成，金屬管之間相互并聯(lián)連通。
2.一種用水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)，包括垃圾處理水泥窯排煙管道和污泥干燥機， 所述污泥干燥機有一個通過污泥的干燥箱段，一個熱風輸送管道與干燥箱段接通，其特征在于，所述排煙管道和熱風輸送管道之間設(shè)置有一個封閉兩相換熱器；所述換熱器包括蒸發(fā)段和凝結(jié)段，蒸發(fā)段和凝結(jié)段通過管路相互串聯(lián)連通形成一個封閉的環(huán)路空間，從所述環(huán)路空間抽取空氣形成真空環(huán)路，在環(huán)路中放置純凈水，所述蒸發(fā)段和凝結(jié)段分別是由多個垂直排列的金屬管組成，金屬管之間相互并聯(lián)連通；所述凝結(jié)段設(shè)置在熱風輸送管中，熱風輸送管中流動的氣流從凝結(jié)段的金屬管之間穿過，所述蒸發(fā)段設(shè)置在排煙管道中，排煙管道中的煙氣從蒸發(fā)段的金屬管之間穿過。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)，其特征在于，所述排煙管道包括排煙主管道和排煙分管道，所述高處換熱箱設(shè)置在排煙分管道中，在排煙管道中設(shè)置有分管道煙流量調(diào)節(jié)閥門。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)，其特征在于，所述干燥箱段包括相互串聯(lián)的干燥段和冷卻段，所述熱風輸送管道是一個與干燥箱段和冷卻段順序連通的循環(huán)管道，在所述冷卻段設(shè)有循環(huán)風管路，在循環(huán)風管路上設(shè)置有冷凝除水器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱風輸送管中流動的氣流進入干燥箱段后的流速是lm/s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩相換熱器及利用水泥窯余熱干化污泥的系統(tǒng)。包括垃圾處理水泥窯排煙管道和污泥干燥機，所述污泥干燥機有一個通過污泥的干燥箱段，一個熱風輸送管道與干燥箱段接通，所述排煙管道和熱風輸送管道之間設(shè)置有一個封閉兩相換熱器；換熱器凝結(jié)段設(shè)置在熱風輸送管中，換熱器蒸發(fā)段設(shè)置在排煙管道中。本發(fā)明封閉兩相傳熱依賴裝入內(nèi)部的流體的相態(tài)變化來傳遞熱量的裝置，其熱效率為95%以上；可回收30％的熱能；因此綜合熱效率較高。系統(tǒng)可從兩個方面避免臭氣產(chǎn)生1.污泥干化溫度較低，使得揮發(fā)性物質(zhì)溢出很少；2.干化污泥的所用空氣為封閉自循環(huán)氣體，只是解壓調(diào)整時釋放少量氣體，可經(jīng)簡易除臭裝置或直接通入水泥窯爐燒掉，對外部環(huán)境無影響。
文檔編號F28D15/02GK102435082SQ20111033399
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者李春萍, 殷杰, 蘆澍, 顧軍 申請人:北京建筑材料科學研究總院有限公司