專利名稱：太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污泥干化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
污泥干化是市政 污水處理的重要環(huán)節(jié)，也是一個能耗較大的工藝過程。通過干化處理來降低污泥的含水率可以達到資源化、穩(wěn)定化、減量化和無害化的目的。目前有利用太陽能來干化污泥的技術(shù)思路，由于可以無償?shù)厥褂秘S富的太陽能資源，因此能夠節(jié)約大量的常規(guī)能源，具有較大的經(jīng)濟與環(huán)境效益。其中，太陽能利用的主要特點包括:(I)普遍性:太陽光普照大地，無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且無須開采和運輸；(2)無污染性:開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的；(3)能源巨大:每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億噸的標煤，其總量是現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源；(4)長久性:根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。但同時，在目前的現(xiàn)有技術(shù)條件下，應用太陽能也同樣存在如下幾點缺陷:(I)分散性:到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向I平方米的面積上接收到的太陽能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1/5左右，這樣的能流密度是很低的；(2)不穩(wěn)定性:由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應用增加了難度?；谏鲜鲈?，正是由于太陽能存在能流密度低、非連續(xù)性以及受天氣影響大等各項缺點，所以僅使用太陽能則無法保證在一段時間內(nèi)完成所需的污泥處理量。由此，如何更加合理并有效地利用太陽能進行污泥干化處理，是目前市政污水處理系統(tǒng)中一個非常有價值的課題與待完善的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高太陽能污泥干化技術(shù)的能量利用率。(二)技術(shù)方案
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，包括:太陽能暖房子系統(tǒng)，其包括暖房圍護模塊、底板模塊及氣體導流模塊；所述暖房圍護模塊構(gòu)成所述太陽能暖房子系統(tǒng)的外部框架，所述底板模塊用于承載待干化的污泥，所述氣體導流模塊用于從外部向太陽能暖房子系統(tǒng)內(nèi)部導入熱空氣并將太陽能暖房子系統(tǒng)內(nèi)部的濕空氣排出；熱泵子系統(tǒng)，其熱源包括外部環(huán)境大氣以及中水，其與所述氣體導流模塊相連接，內(nèi)設(shè)有由蒸發(fā)器組、膨脹閥組、冷凝器、定頻壓縮機及相應的管道構(gòu)成的封閉循環(huán)系統(tǒng)，用于通過所述氣體導流模塊向所述太陽能暖房子系統(tǒng)內(nèi)導入熱空氣并對從太陽能暖房子系統(tǒng)排出的濕空氣進行除濕。其中，所述暖房圍護模塊包括由對太陽光具有選擇透過性的保溫材料組成的圍護結(jié)構(gòu)。其中，所述底板模塊包括兩層，下層為保溫層，上層為污泥承載層。其中，所述太陽能暖房子系統(tǒng)還包括保溫膜層，所述保溫膜層設(shè)置于所述暖房圍護模塊上方，所述保溫膜層連接有用于將其攤開或收起的驅(qū)動裝置。其中，所述太陽能暖房子系統(tǒng)還包括翻泥模塊，所述翻泥模塊設(shè)置于污泥層上方，其中心部位設(shè)置有轉(zhuǎn)筒，所述轉(zhuǎn)筒上固定安裝有螺紋梳刀，并連接驅(qū)動電機以在電機驅(qū)動下進行自轉(zhuǎn)及直線方向上的移動。其中，所述氣體導流模塊包括軸流風機、暖房排風口及暖房進風口。其中，所述膨脹閥組的第一膨脹閥與所述蒸發(fā)器組的第一蒸發(fā)器串聯(lián)設(shè)置、所述膨脹閥組的第二膨脹閥與所述蒸發(fā)器組的第二蒸發(fā)器串聯(lián)設(shè)置、所述膨脹閥組的第三膨脹閥與所述蒸發(fā)器組的第三蒸發(fā)器串聯(lián)設(shè)置，從而形成三組串聯(lián)子管道。其中，所述三組串聯(lián)子管道并聯(lián)設(shè)置，形成并聯(lián)子管道。其中，所述并聯(lián)子管道與冷凝器、定頻壓縮機串聯(lián)設(shè)置，所形成的管道與所述氣體導流模塊的暖房排風口及暖房進風口分別連通。(三)有益效果本發(fā)明技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具備如下幾點特征:(I)本發(fā)明采用太陽能暖房作為污泥干化的場所，維護簡單，可靠性高，且利用氣體導流模塊來與熱泵子系統(tǒng)之間作濕氣外排、熱氣內(nèi)輸?shù)墓ぷ鳎到y(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，并利用熱泵的加熱、除濕功能，從而提高了污泥干化過程的能量利用率。(2)進一步地，本發(fā)明采用充分利用空氣以及污水廠中水熱能的熱泵子系統(tǒng)，采用一臺定頻壓縮機工作就能完成加熱和除濕功能，其僅需要消耗少量電能或燃料能就可將干化暖房內(nèi)的廢氣或周邊環(huán)境中蘊含的大量免費熱能變成滿足要求的高溫熱能來用于加熱暖房的進氣，其制取的有用熱能總是大于其所消耗的電能或燃料能，即熱泵子系統(tǒng)的熱效率總是大于1，從而進一步實現(xiàn)了節(jié)能，進而提高能量利用率。(3)更進一步地，根據(jù)熱泵子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同季節(jié)、不同熱源需求下污泥干化系統(tǒng)的全年高效運行。從而克服現(xiàn)有的太陽能利用過程中所存在的因太陽能自身導致的諸項不足，從而滿足處理污泥所需要的熱負荷要求，并盡可能的利用太陽能、夕卜界空氣熱源及中水熱源， 因此，顯然更進一步提高了能量利用率。


圖1為本發(fā)明所提供的太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中:1、暖房排風口 ；2、風機；3、蒸發(fā)器；4、蒸發(fā)器；5、水泵；6、進中水口 ；7、蒸發(fā)器；8、風機；9、室外大氣進風口 ；10、室外大氣出風口 ；11、定頻壓縮機；12、膨脹閥；13、出中水口 ；14、膨脹閥；15、膨脹閥；16、冷凝器；17、暖房進風口 ；18、驅(qū)動裝置；19、保溫膜層；20、圍護結(jié)構(gòu)；21、軸流風機；22、翻泥模塊；23、污泥層；24、污泥承載層；25、保溫層。圖2是本發(fā)明的污泥干化系統(tǒng)在以環(huán)境空氣為熱源的熱泵子系統(tǒng)運行情況下的系統(tǒng)不意圖。圖3是本發(fā)明的污泥干化系統(tǒng)在以中水為熱源的熱泵子系統(tǒng)運行情況下的系統(tǒng)示意圖。圖4是本發(fā)明的污泥干化系統(tǒng)在除濕運行狀態(tài)下的系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。為了提高太陽能污泥干化技術(shù)的能量利用率，本發(fā)明提供一種太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括:太陽能暖房子系統(tǒng)及熱泵子系統(tǒng)；其中，所述太陽能暖房子系統(tǒng)包括暖房圍護模塊、底板模塊、氣體導流模塊、保溫膜層19以及翻泥模塊22。所述暖房圍護模塊構(gòu)成所述太陽能暖房子系統(tǒng)的外部框架，其包括由對太陽光具有選擇透過性的保溫材料組成的圍護結(jié)構(gòu)20，所述保溫材料優(yōu)選為玻璃或塑料薄膜或聚碳酸酯中空板，當太陽光照射到這類材料上時，由于這類材料對小波長，比如波長低于2.2 μ m的輻射能的穿透比很大，從而使大部分太陽能可以進入暖房。同時由于暖房中的物體溫度較低，其輻射能絕大部分位于波長大于3 μ m的紅外范圍內(nèi)。而玻璃或塑料薄膜對于波長大于3 μ m的輻射能穿透比很小，從而阻止了輻射能向暖房外的散失。因此采用太陽能暖房作為污泥干化的場所，一方面可以使大部分太陽能穿過它們進入暖房，另一方面又能阻止暖房內(nèi)物體的輻射能向暖房外散失，從而達到保溫效果。所述底板模塊位于暖房的底面，用于承載待干化的污泥，其分為上下兩層，下層為優(yōu)選由聚苯乙烯板鋪成的保溫層25，可以有效防止熱量通過地下大量散失，上層為優(yōu)選由混凝土構(gòu)成的污泥承載層24，所述污泥承載層24上放置待干化的污泥層23。所述氣體導流模塊用于從外部向太陽能暖房子系統(tǒng)內(nèi)部導入熱空氣并將太陽能暖房子系統(tǒng)內(nèi)部的濕空氣排出；其包括軸流風機21、暖房排風口 I及暖房進風口 17。所述保溫膜層19設(shè)置于所述暖房圍護模塊上方，所述保溫膜層19連接有用于將其攤開或收起的驅(qū)動裝置18。優(yōu)選地，所述保溫膜層19為保溫被，所述驅(qū)動裝置18為卷簾機；在保溫被收起狀態(tài)下，其包裹于卷簾機的電動軸承上，白天讓陽光直接透過圍護結(jié)構(gòu)20，加熱暖房內(nèi)的空氣。加熱后的空氣通過安裝在暖房中部的軸流風機21被源源不斷地送到污泥層23的表層上方，和污泥層23進行熱濕交換。傍晚則通過操作卷簾機將保溫被攤開，覆蓋在圍護結(jié)構(gòu)20的外側(cè)，可以有效減少暖房內(nèi)熱量的散失，延緩室內(nèi)空氣的降溫速度。為了強化污泥和空氣的熱濕交換過程，暖房內(nèi)還設(shè)置有翻泥模塊22，所述翻泥模塊22設(shè)置于污泥層23上方，其中心部位設(shè)置有轉(zhuǎn)筒，所述轉(zhuǎn)筒上固定安裝有螺紋梳刀用來翻動污泥，并連接頻率驅(qū)動電機以在電機驅(qū)動控制下進行自轉(zhuǎn)及直線方向上的移動。所述熱泵子系統(tǒng)與所述氣體導流模塊相連接，用于通過所述氣體導流模塊向所述太陽能暖房子系統(tǒng)內(nèi)導入熱空氣并對從太陽能暖房子系統(tǒng)排出的濕空氣進行除濕。其中，所述熱泵子系統(tǒng)的熱源包括外部環(huán)境大氣以及中水，其包括由蒸發(fā)器組、膨脹閥組、冷凝器16、定頻壓縮機11及相應的管道構(gòu)成的封閉循環(huán)系統(tǒng)。所述蒸發(fā)器組包括蒸發(fā)器3、蒸發(fā)器4及蒸發(fā)器7 ;所述膨脹閥組包括膨脹閥12、膨脹閥14及膨脹閥15。其中，所述膨脹閥15與所述蒸發(fā)器3串聯(lián)設(shè)置、所述膨脹閥組的膨脹閥14與所述蒸發(fā)器4串聯(lián)設(shè)置、所述膨脹閥12與所述蒸發(fā)器7串聯(lián)設(shè)置，從而形成三組串聯(lián)子管道，然后，所述三組串聯(lián)子管道并聯(lián)設(shè)置，形成并聯(lián)子管道，最后，所述并聯(lián)子管道與冷凝器16、定頻壓縮機11串聯(lián)設(shè)置，所形成的管道與所述氣體導流模塊的排風口 I及進風口 17分別連通。下面，結(jié)合附圖對該系統(tǒng)的工作流程進行具體描述。為了保證在一段時間內(nèi)完成所需的污泥處理量，在干化過程開始時必須一次性輸入足夠的熱量。因此除了太陽能提供部分熱負荷之外，本發(fā)明還設(shè)置有熱泵子系統(tǒng)作為輔助熱源來提高能量的利用效率。下面，根據(jù)不同的應用情況來說明本系統(tǒng)的工作流程。首先，在我國夏季當環(huán)境大氣溫度比污水處理廠中水的溫度高時，空氣源熱泵子系統(tǒng)運行。如圖2所示，開啟風機2和風機8，分別從暖房排出濕空氣并從室外導入熱空氣，然后打開膨脹閥12，保持膨脹閥14和膨脹閥15處于關(guān)閉狀態(tài)。此時室外空氣不斷地被吸入蒸發(fā)器7除濕，蒸發(fā)器7內(nèi)的制冷工質(zhì)吸收大氣環(huán)境中的熱量而蒸發(fā)，由低溫低壓的液體變成低溫低壓的氣體，經(jīng)定頻壓縮機11升壓后變成高溫高壓的氣體，在冷凝器16中高溫高壓的制冷工質(zhì)氣體放出熱量加熱暖房內(nèi)的空氣，工質(zhì)自身冷凝成液體，經(jīng)膨脹閥12節(jié)流后變成低溫低壓的液體進入蒸發(fā)器7開始下一次循環(huán)。暖房的空氣升溫后被送去干化污泥層23。然后，在我國冬季當環(huán)境大氣溫度比污水處理廠中水的溫度低時，以中水為熱源的熱泵子系統(tǒng)運行。如圖3所示，開啟風機2和水泵5，打開膨脹閥14，保持膨脹閥12和膨脹閥15處于關(guān)閉狀態(tài)。此時中水經(jīng)由水泵5不斷地送入蒸發(fā)器4，蒸發(fā)器4內(nèi)的制冷工質(zhì)吸收中水中的熱量而蒸發(fā)，由低溫低壓的液體變成低溫低壓的氣體，經(jīng)定頻壓縮機11升壓后變成高溫高壓的氣體，在冷凝器16中高溫高壓的制冷工質(zhì)氣體放出熱量加熱暖房內(nèi)的空氣，工質(zhì)自身冷凝成液體，經(jīng)膨脹閥14節(jié)流后變成低溫低壓的液體進入蒸發(fā)器4開始下一次循環(huán)。暖房的空氣升溫后被送去干化污泥層23。采用中水作為熱泵的低溫熱源是因為中水水質(zhì)好于污水，對熱泵蒸發(fā)器的腐蝕小，結(jié)垢慢，有利于系統(tǒng)長期可靠運行。由此可見，無論是在夏季還是冬季，都可以保證熱泵始終在一個較小的高低溫熱源溫差之間運行，提高了太陽能干化系統(tǒng)的能量利用率。此外，當暖房進風口 17的送風溫度達到設(shè)定值后，暖房需要除濕時，熱泵子系統(tǒng)的運行狀態(tài)切換至除濕運行模式，如圖4所示，開啟膨脹閥15，使膨脹閥12和膨脹閥14處于關(guān)閉狀態(tài)，暖房內(nèi)排出的濕空氣不斷地被吸入蒸發(fā)器3除濕，蒸發(fā)器3內(nèi)的制冷工質(zhì)吸收濕空氣中的熱量而蒸發(fā)，由低溫低壓的液體變成低溫低壓的氣體，經(jīng)定頻壓縮機11升壓后變成高溫高壓的氣體，在冷凝器16中高溫高壓的制冷工質(zhì)氣體放出熱量加熱除濕后的空氣，工質(zhì)自身冷凝成液體，經(jīng)膨脹閥15節(jié)流后變成低溫低壓的液體進入蒸發(fā)器3開始下一次循環(huán)。暖房的空氣升溫后被送去干化污泥層23，由此通過不斷回收暖房排氣中的熱量來提高能量利用率。綜上所述，本發(fā)明提出的太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，充分利用空氣以及污水廠中水的熱能，采用一臺定頻壓縮機進行工作就能完成熱泵的加熱和除濕功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，容易實現(xiàn)污泥干化系統(tǒng)的全年高效運行。采用太陽能暖房作為污泥干化的場所，維護簡單，可靠性高。整個系統(tǒng)節(jié)能明顯，能量利用率得到了很大的提高。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護 范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，其特征在于，包括: 太陽能暖房子系統(tǒng)，其包括暖房圍護模塊、底板模塊及氣體導流模塊；所述暖房圍護模塊構(gòu)成所述太陽能暖房子系統(tǒng)的外部框架，所述底板模塊用于承載待干化的污泥，所述氣體導流模塊用于從外部向太陽能暖房子系統(tǒng)內(nèi)部導入熱空氣并將太陽能暖房子系統(tǒng)內(nèi)部的濕空氣排出； 熱泵子系統(tǒng)，其熱源包括外部環(huán)境大氣以及中水，其與所述氣體導流模塊相連接，內(nèi)設(shè)有由蒸發(fā)器組(3、4、7)、膨脹閥組(12、14、15)、冷凝器(16)、定頻壓縮機(11)及相應的管道構(gòu)成的封閉循環(huán)系統(tǒng)，用于通過所述氣體導流模塊向所述太陽能暖房子系統(tǒng)內(nèi)導入熱空氣并對從太陽能暖房子系統(tǒng)排出的濕空氣進行除濕。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，其特征在于，所述暖房圍護模塊包括由對太陽光具有選擇透過性的保溫材料組成的圍護結(jié)構(gòu)(20)。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，其特征在于，所述底板模塊包括兩層，下層為保溫層(25)，上層為污泥承載層(24)。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽 能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能暖房子系統(tǒng)還包括保溫膜層(19)，所述保溫膜層(19)設(shè)置于所述暖房圍護模塊上方，所述保溫膜層(19)連接有用于將其攤開或收起的驅(qū)動裝置(18)。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能暖房子系統(tǒng)還包括翻泥模塊(22)，所述翻泥模塊(22)設(shè)置于污泥層(23)上方，其中心部位設(shè)置有轉(zhuǎn)筒，所述轉(zhuǎn)筒上固定安裝有螺紋梳刀，并連接驅(qū)動電機以在電機驅(qū)動下進行自轉(zhuǎn)及直線方向上的移動。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體導流模塊包括軸流風機(21)、暖房排風口(I)及暖房進風口 (17)。
7.如權(quán)利要求6所述的太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，其特征在于，所述膨脹閥組的第一膨脹閥(15)與所述蒸發(fā)器組的第一蒸發(fā)器(3)串聯(lián)設(shè)置、所述膨脹閥組的第二膨脹閥(14)與所述蒸發(fā)器組的第二蒸發(fā)器(4)串聯(lián)設(shè)置、所述膨脹閥組的第三膨脹閥(12)與所述蒸發(fā)器組的第三蒸發(fā)器(7)串聯(lián)設(shè)置，從而形成三組串聯(lián)子管道。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，其特征在于，所述三組串聯(lián)子管道并聯(lián)設(shè)置，形成并聯(lián)子管道。
9.如權(quán)利要求8所述的太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，其特征在于，所述并聯(lián)子管道與冷凝器(16)、定頻壓縮機(11)串聯(lián)設(shè)置，所形成的管道與所述氣體導流模塊的暖房排風口(I)及暖房進風口(17)分別連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能和多熱源熱泵聯(lián)合的污泥干化系統(tǒng)，屬于污泥干化技術(shù)領(lǐng)域。為提高太陽能污泥干化技術(shù)的能量利用率，所提供的系統(tǒng)包括太陽能暖房子系統(tǒng)，包括暖房圍護模塊、底板模塊及氣體導流模塊；該暖房圍護模塊構(gòu)成暖房子系統(tǒng)外部框架，底板模塊承載待干化的污泥，氣體導流模塊從外部向暖房子系統(tǒng)內(nèi)部導入熱空氣并將暖房子系統(tǒng)內(nèi)部的濕空氣排出；熱泵子系統(tǒng)，其與氣體導流模塊連接，通過氣體導流模塊向暖房子系統(tǒng)內(nèi)導入熱空氣并對暖房子系統(tǒng)排出的濕空氣除濕。該系統(tǒng)采用太陽能暖房進行污泥干化，維護簡單，可靠性高，且與熱泵子系統(tǒng)之間作濕氣外排、熱氣內(nèi)輸，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，并利用熱泵來加熱、除濕，從而提高了污泥干化過程的能量利用率。
文檔編號C02F11/18GK103145310SQ201110401579
公開日2013年6月12日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者楊魯偉, 呂君, 張振濤, 王傳奇, 龐衛(wèi)科 申請人:中國科學院理化技術(shù)研究所