申请日2013.04.24
公开(公告)日2013.09.25
IPC分类号C02F11/12
摘要
本实用新型涉及一种用于污泥干化的机械蒸汽再压缩热泵系统。所述系统包括空心桨叶式干燥机和蒸汽压缩机;所述空心桨叶式干燥机的二次蒸汽出口(4)与蒸汽压缩机的二次蒸汽入口连通，所述蒸汽压缩机的再压缩蒸汽出口分别通过空心热轴蒸汽入口(1)和夹套蒸汽入口(13)连入空心桨叶式干燥机内。本实用新型回收污泥干燥过程中产生的二次蒸汽的全部潜热，将二次蒸汽再压缩提高焓值后，用作污泥干化的再压缩蒸汽热源，节约了一次能源，大大降低了污泥干化的能源消耗，同时避免了锅炉等设备带来的污染。
权利要求书
1.一种用于污泥干化的机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于，所述系统 包括空心桨叶式干燥机和蒸汽压缩机;所述空心桨叶式干燥机的二次蒸汽出口 (4)与蒸汽压缩机的二次蒸汽入口连通，所述蒸汽压缩机的再压缩蒸汽出口分 别通过空心热轴蒸汽入口(1)和夹套蒸汽入口(13)连入空心桨叶式干燥机内。
2.如权利要求1所述的机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于，在所述空 心桨叶式干燥机的二次蒸汽出口(4)与蒸汽压缩机的二次蒸汽入口之间设有二 次蒸汽分离器(22)，其下方设有渣液收集槽(24)。
3.如权利要求1所述的机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于，所述蒸汽 压缩机为单螺杆水蒸汽压缩机(15);所述空心桨叶式干燥机连接冷凝水箱(25); 所述冷凝水箱(25)同时连入单螺杆水蒸汽压缩机(15)中内螺杆和星轮副啮 合的吸气闭合位置，其连通管路上依次设置有流量计(38)、截止阀(19)、喷 水泵(18)和冷却系统电磁阀(17)。
4.如权利要求3所述的机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于，所述冷凝 水箱(25)内设有第一辅助电加热器(26);其侧部设有不凝汽排气口，其与压 力调节电磁阀(27)相连。
5.如权利要求1所述的机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于，所述空心 桨叶式干燥机的二次蒸汽出口经二次蒸汽电磁阀(39)连通蒸汽压缩机的二次 蒸汽入口;所述蒸汽压缩机的再压缩蒸汽出口经再压缩蒸汽电磁阀(35)连通 空心桨叶式干燥机。
6.如权利要求5所述的机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于，所述蒸汽 压缩机的再压缩蒸汽出口连通空心桨叶式干燥机的管路上通过第一三通阀(36) 设有蒸汽补偿水箱(31)。
7.如权利要求1所述的机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于，所述空心 桨叶式干燥机包括空心热轴和相连接的干燥机驱动机构;所述空心热轴上设置 有空心桨叶，所述的空心桨叶呈倾斜状固定连接在空心热轴上。
8.如权利要求7所述的机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于，所述空心 桨叶式干燥机的壳体上设有夹套，所述的空心桨叶和空心热轴置于所述的夹套 内;所述的夹套内侧与所述的空心热轴形成W型的蒸汽腔。
说明书
一种用于污泥干化的机械蒸汽再压缩热泵系统
技术领域
本实用新型涉及污泥干化回收处理技术领域，具体地说，涉及一种用于污 泥干化的机械蒸汽再压缩热泵系统。
背景技术
随着城市环境污染问题的日益严重，作为城市污染治理主要内容的污水和 污泥处理处置逐渐得到越来越多的重视。“十一五”期间，全国城镇污水处理能 力达1.0×108m3/d，全年的污水处理量达3.0×1010m3，污泥产量将达3.0×107t (80%含水率)。随着污水处理率和处理深度的增加，污泥排放量在以每年10-15% 以上的速度增长，但是配套的污泥处理处置却没有取得较大进展。由于技术、 政策等原因，国内大部分城市污水污泥都是利用填埋处置方式，没有进行无害 化处理，污泥的二次污染问题极为严重。高含水率污泥的大量填埋导致占用宝 贵的土地资源，以至许多城市找不到填埋场。污泥渗滤液在许多地区成为地下 水的污染源，填埋场也成了蚊虫滋生地，填埋气则成为了大气的污染源。欧洲 和北美等发达国家污泥处理处置逐步转向以污泥干化为基础的资源化循环利用 为主，焚烧逐步减少，污泥填埋的比例逐渐下降，甚至禁止污泥土地填埋。而 污泥干化是污泥实现无害化、减量化、资源化处理处置的关键环节，是污泥资 源化利用的前提。
CN202610089U公开了一种污泥干化处理系统，包括干燥室，与干燥室连 接的热空气管道，所述热空气管道与热源装置连接设置，所述热源装置包括控 制中心、风机和风道，所述风道上设有排气口。
CN102180578A涉及一种污泥干化焚烧系统，包括污泥干化机、以及热源; 污泥干化机包括至少一个第一污泥干化模块;第一污泥干化模块包括封闭的第 一外壳、导热的第一污泥支承板、刮泥机构、第一风机、蒸发冷凝装置以及与 热源连接的第一表冷器。蒸发冷凝装置包括连接成回路的压缩机、冷凝器和蒸 发器、在回路内循环的冷媒、以及排水器。通过冷凝器将热量传递至第一污泥 支承板，对污泥进行加热;通过第一风机进行送风，在污泥表面形成加速蒸发 的气流，并由蒸发器对循环风进行冷凝脱水，含湿量低的热风使得污泥能够快 速的节能干化。
作为一个能量净支出的过程，传统污泥干燥工艺往往直接利用一次能源， 或使用锅炉烟气余热，甚至直接采用电加热干燥，其能量高达到3200-3500kJ/kg 水，并消耗电能45-90kW/t水，需要的附加设备复杂、投资成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的问题，提供一种用于污泥干化的机 械蒸汽再压缩热泵系统，本实用新型利用蒸气压缩机驱动的机械蒸汽再压缩机 技术MVR处理污泥，能够减少能源消耗，避免污染。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种用于污泥干化的机械蒸汽再压缩热泵系统，所述系统包括空心桨叶式 干燥机和蒸汽压缩机;所述空心桨叶式干燥机的二次蒸汽出口与蒸汽压缩机的 二次蒸汽入口连通，所述蒸汽压缩机的再压缩蒸汽出口分别通过空心热轴蒸汽 入口和夹套蒸汽入口连入空心桨叶式干燥机内。
在本实用新型中，湿污泥通过所述的空心桨叶式干燥机干燥处理后产生二 次蒸汽，该二次蒸汽进入蒸汽压缩机进行压缩成为再压缩蒸汽;然后再压缩蒸 汽流回空心桨叶式干燥机内。
在所述空心桨叶式干燥机的二次蒸汽出口与蒸汽压缩机的二次蒸汽入口之 间设有二次蒸汽分离器，其下方设有渣液收集槽。所述的二次蒸汽流经二次蒸 汽分离器过滤分离出渣液。
所述的二次蒸汽分离器包括分离器筒体，所述的分离器筒体上设有分离器 进汽管，所述分离器进汽管的轴向与分离器筒体的筒身圆周相切。
所述的二次分离器内部设有多层不锈钢丝网，不锈钢丝网可分离二次蒸汽 中夹带的粉尘和液滴。
所述的分离器筒体分为分离器上筒体和分离器下筒体，所述的分离器上筒 体比分离器下筒体的筒体直径大;所述的分离器进汽管设置在分离器下筒体筒 身上，所述的不锈钢丝网层设置在分离器上筒体和下筒体的交接处。
所述分离器进汽管的结构设计能够保证二次蒸汽进入二次蒸汽分离器的筒 体后形成旋流。二次蒸汽分离器的底部预留足够液体空间，并在筒体外部设置 第一液位计;二次蒸汽分离器顶部设置分离器出汽口，二次蒸汽分离器筒体底 部设置分离渣液出口，并设置渣液收集槽。所述二次蒸汽分离器采用了多种分 离方式。一方面二次蒸汽通过分离器进汽口，进入二次蒸汽分离器产生旋流而 分离杂质，另一方面二次蒸汽通过内设不锈钢丝网进一步分离二次蒸汽中夹带 的粉尘和液滴。最后，过滤后的二次蒸汽通过分离器二次蒸汽出口排出，并通 过二次蒸汽电磁阀进入蒸汽压缩机。
所述蒸汽压缩机为单螺杆水蒸汽压缩机。所述空心桨叶式干燥机连接冷凝 水箱;所述冷凝水箱同时连入单螺杆水蒸汽压缩机中内螺杆和星轮副啮合的吸 气闭合位置，其连通管路上依次设置有流量计、截止阀、喷水泵和冷却系统电 磁阀。冷凝水箱收集空心桨叶式干燥机中冷凝后的冷凝水，该冷凝水用于对单 螺杆水蒸汽压缩机进行雾化喷水。单螺杆水蒸汽压缩机工作时，从二次蒸汽入 口抽吸二次蒸汽进入单螺杆水蒸汽压缩机压缩，在螺杆和星轮副啮合的吸气闭 合位置通过雾化喷水口进行雾化喷水。喷入单螺杆水蒸汽压缩机的冷凝水一方 面由于螺杆的高速转动形成水膜，进行密封，并起到一定润滑作用;另一方面 在蒸汽的压缩过程中蒸发，消除蒸汽压缩后产生的过热度，起冷却的作用。
所述冷凝水箱内设有第一辅助电加热器，用以调节冷凝水箱内的冷凝水温 度;其侧部设有不凝汽排气口，其与压力调节电磁阀相连。或者，所述不凝汽 排气口依次与压力调节电磁阀和水环真空泵相串联。
所述冷凝水箱上还安装有排水电磁阀，冷凝水箱内多余的冷凝水通过排水 电磁阀排放。所述的冷凝水箱还设有冷凝水余热回收板式换热器，该冷凝水余 热回收板式换热器与所述排水电磁阀相连。
对蒸汽压缩机的雾化喷水直接取自冷凝水箱中的冷凝水;冷凝水箱中，设 置了第一辅助电加热器，以补偿冷凝水在运送管路过程中的温度损失，在对所 述的单螺杆水蒸汽压缩机进行雾化喷水时，能够使喷水温度接近蒸汽压缩机的 排气温度，增强了再压缩汽体的压缩效果。运行过程中，需要通过液位控制， 使冷凝水箱中水位高于辅助电加热器一定的高度;冷凝水箱上的水环真空泵和 压力调节电磁阀用于调节冷凝水箱内的压力，并排除其中积累的不凝汽。多余 的冷凝水通过冷凝水箱排水电磁阀排放。
所述空心桨叶式干燥机的二次蒸汽出口经二次蒸汽电磁阀连通蒸汽压缩机 的二次蒸汽入口;所述蒸汽压缩机的再压缩蒸汽出口经再压缩蒸汽电磁阀连通 空心桨叶式干燥机。
所述蒸汽压缩机的再压缩蒸汽出口连通空心桨叶式干燥机的管路上通过第 一三通阀设有蒸汽补偿水箱。蒸汽补偿水箱内设有第二辅助电加热器，所述蒸 汽补偿水箱通过第二辅助电加热器产生蒸汽，并且该蒸汽补充进流向空心桨叶 式干燥机的再压缩蒸汽中。蒸汽补偿水箱中，通过第二辅助电加热器对其中的 水加热产生蒸汽，产生的蒸汽用于补偿由于再压缩蒸汽输送管路中漏热而冷凝 损失的蒸汽，同时起到维持系统压力的作用。蒸汽补偿水箱的水可以来自外接 水源，也可以直接采用冷凝水箱中的冷凝水，或者采用回收冷凝水热量后的外 界水源。蒸汽补偿水箱中压力的调节和不凝汽的排放通过蒸汽补偿水箱电磁阀 来实现。
所述空心桨叶式干燥机包括空心热轴和相连接的干燥机驱动机构;所述空 心热轴上设置有空心桨叶，所述的空心桨叶呈倾斜状固定连接在空心热轴上。
所述的空心桨叶式干燥机包括至少一个空心热轴和干燥机驱动机构，且至 少一个所述的空心热轴与所述的干燥机驱动机构相连接;所述的每个空心热轴 上设置有至少一个空心桨叶。
每个空心桨叶由两块扇形钢板、一块三角形钢板和底部的矩形不锈钢刮板 焊接而成，且每个空心桨叶的两块扇形钢板呈斜面状固定连接在所述的空心热 轴上。空心桨叶的两块扇形钢板为两个主要传热侧面成斜面，当污泥与该斜面 接触时，随着空心桨叶的旋转，干化的污泥很快就从斜面表面滑开，使传热表 面不断更新，强化了传热。在空心桨叶的三角形底部的矩形不锈钢刮板用于将 沉积于空心桨叶式干燥机的壳底的污泥刮起，防止产生死角。空心桨叶在空心 热轴上呈一定的倾角安装，在运行过程中，起到输运污泥的作用。
所述的每个空心热轴包括套轴环形流道和套轴中心流道，且每个空心桨叶 上分别设有蒸汽管和冷凝水管;所述的蒸汽管一端设置在所述空心热轴内并与 所述的套轴中心流道相通，其另一端设置在空心桨叶内部;所述的冷凝水管一 端设置在空心热轴内并与所述的套轴环形流道相通，另一端设置在空心桨叶的 表面。
所述的空心热轴优选为两个;所述空心桨叶在所述的两个空心热轴上轴向 交错排列。所述空心桨叶式干燥机的壳体上设有夹套，所述的空心桨叶和空心 热轴置于所述的夹套内;所述的夹套内侧与所述的空心热轴形成W型的蒸汽腔， 换热面积大，从而使蒸汽加热更充分。
本实用新型所述的空心桨叶式干燥机上还设置有湿污泥进料仓，所述的湿 污泥进料仓包括两个独立的进料仓仓室，且所述的两个独立的进料仓仓室交替 运行。所述的每个进料仓仓室分别在其顶部和底部设有仓盖和喂料蝶阀;当所 述的仓盖开启时，对应的喂料蝶阀关闭;当该仓盖关闭时，对应的喂料蝶阀开 启。
两个仓盖交替开闭，在仓盖开启时候，进行湿污泥的进料存储;在闭合时， 该关闭的仓盖通过橡胶垫片与湿污泥进料仓的仓体紧密密封，避免外界不凝气 引入。所述两个蝶阀，交替闭开，在进料存储完毕、对应进料仓仓室的仓盖闭 合时，其开启，并对桨叶式干化机及时进行喂料，湿污泥通过干化机入口进入 干化机腔体;在喂料完毕、对应仓盖开启时关闭，进行下一次的进料存储。
与已有技术方案相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)回收污泥干燥过程中产生的二次蒸汽的全部潜热，将二次蒸汽再压缩 提高焓值后，用作污泥干化的再压缩蒸汽热源，节约了一次能源，大大降低了 污泥干化的能源消耗，同时避免了锅炉等设备及其带来的污染;
(2)无末效蒸汽或二次蒸汽的排放，避免了臭气等的二次污染，并且节省 了尾气处理的风机、冷凝水泵等设备;
(3)采用蒸汽补偿水箱，补充的蒸汽量小，起到调节系统热平衡作用，实 现了系统的稳定、高效运作;
(4)采用水环真空泵排除不凝汽，减少蒸汽损失，并进一步稳定系统压力;
(5)单螺杆水蒸汽压缩机采用喷水润滑、密封，减少了泄漏损失，提高压 缩机容积效率;
(6)单螺杆水蒸汽压缩机的喷水湿压缩过程，压缩过程中消除蒸汽过热度， 能量损失小，提高了压缩效率;
(7)采用固、液、气三相分离的分离器，分离二次蒸汽中夹带的渣液，提 高压缩机的寿命;
(8)干化后污泥的含水量可以通过调节空心桨叶式干燥机中空心热轴的转 速和喂料量在较大范围内进行控制;
(9)系统采用压缩机前后等百分比电磁阀及压缩机变频进行工况控制，系 统运行稳定，并且可以根据不同工况进行参数调整;
(10)空心桨叶式干燥机能够有效对其内污泥进行干化处理，充分利用了 蒸汽热能对污泥进行加热。
(11)两个进料仓室的交替使用，使污泥的喂料连续进行，保证系统的稳 定运行;同时仓室的交替封闭喂料，使得压缩机很快将封闭仓室内的不凝气抽 走，保证较长时间无不凝气或少不凝气的污泥进料，保证系统效率。
