申请日2018.10.07
公开(公告)日2019.01.18
IPC分类号C02F11/13
摘要
本发明公开了一种智能化污泥除湿干化装置，包括：进泥装置(1)、干燥箱(2)、除湿加热装置(3)、除尘装置(4)和气体管道，所述进泥装置设置在干燥箱上方并与干燥装置(2)相连接，所述的干燥箱(2)通过气体管道与除湿加热装置连接，所述的除尘装置(4)设置在干燥箱(2)与除湿加热装置之间，在干燥箱的底部设有污泥出料口(2‑5)，还包括自动取样装置及含水率在线检测装置，所述的自动取样装置及含水率在线检测装置均设置在干燥箱内部;自动取样装置对干燥箱内污泥的进行自动取样，所述含水率在线检测装置检测样本污泥的含水率。本发明具有能源利用率高，且通过含水率在线检测装置和图像处理技术实时监测污泥含水率变化的优点。
权利要求书
1.一种智能化污泥除湿干化装置，包括：进泥装置(1)、干燥箱(2)、除湿加热装置(3)、除尘装置(4)和气体管道，所述进泥装置(1)设置在干燥箱(2)上方并与干燥装置(2)相连接，所述的干燥箱(2)通过气体管道与除湿加热装置(3)连接，所述的除尘装置(4)设置在干燥箱(2)与除湿加热装置(3)之间，在干燥箱(2)的底部设有污泥出料口(2-5)，其特征在于：所述的智能化污泥除湿干化装置还包括污泥状态在线图像识别装置(6)，所述的污泥状态在线图像识别装置(6)设置在干燥箱(2)内部;
所述污泥状态在线图像识别装置(6)对干燥箱(2)内污泥的进行图像识别，并据此检测污泥的含水率，根据图像识别检测到的含水率，来调节所述干燥箱(2)的污泥传送速度。
2.根据权利要求1所述的一种智能化污泥除湿干化装置，其特征在于：所述的干燥箱(2)包括干燥箱体(2-1)、物料传送带(2-2)、减速电机(2-3)、污泥进料口(2-4)和污泥出料口(2-5)，物料传送带(2-2)呈多层布置，每层的所述物料传送带(2-2)均与减速电机(2-3)相连接，所述的污泥进料口(2-4)设置在干燥箱体(2-1)的顶部，所述的污泥出料口(2-5)设置在干燥箱体的底端，在所述的污泥出料口(2-4)处设置有物料开启阀门(2-6)，所述的干燥箱体(2-1)上分别设置有湿空气排风管道(5-1)和干空气进风管道(5-2)。
3.根据权利要求1或2所述的一种智能化污泥除湿干化装置，其特征在于：所述的污泥状态在线图像识别装置(6)包括若干个CCD相机(6-1)和信号处理系统(6-2)，所述CCD相机(6-1)固定在干燥箱体(2-1)上，在每层物料传送带(2-2)的正上方设置有多个CCD相机(6-1)，通过CCD相机(6-1)采集污泥表面的图像信息传送到信号处理系统(6-2)，信号处理系统(6-2)检测污泥含水率并控制干燥箱(2)内的减速电机的转速，进而控制污泥传送速度。
4.根据权利要求3所述的一种智能化污泥除湿干化装置，其特征在于：所述的污泥状态在线图像识别装置(6)的信号处理系统(6-2)包括图像处理模块和信息处理模块两个模块，所述的图像处理模块通过matlab读取出由各个位置相机(6-1)所采集的污泥表面上的色彩信息以及裂缝面积，所述的信息处理模块在原始数据建立的BP神经网络中输入图像处理模块中所获得的色彩信息以及裂缝面积来估测当前位置当前时刻泥饼的含水率，将含水率反馈给控制器，进而准确调节物料传送带(2-2)传送速度。
5.根据权利要求2所述的一种智能化污泥除湿干化装置，其特征在于：所述的除湿加热装置(3)包括回热器(3-1)、蒸发器(3-2)、冷凝器(3-3)和水冷凝器(3-4)，所述的回热器(3-1)内有热风通道和冷风通道，所述回热器(3-1)内部通过热传导翅片对内部风进行热交换，所述干燥箱体(2-1)通过湿空气排风管道(5-1)与所述热风通道连通，所述热风通道经过热传导片对冷风通道进行加热，所述的蒸发器(3-2)和冷凝器(3-3)分别与回热器(3-1)固定连接，对热风两次冷凝，冷风两次加热，所述的除湿加热装置(3)通过除湿电磁阀(3-5)、排湿电磁阀(3-6)的开闭连接不同的管道，实现除湿和排湿两种不同的工况，所述的蒸发器(3-2)产生的冷凝水和回热器的冷凝水通过管道流入水冷凝器(3-4)。
6.根据权利要求2所述的一种智能化污泥除湿干化装置，其特征在于：所述智能化污泥除湿干化装置还包括负压真空装置，所述的负压真空装置与干燥箱(2)相连接，所述的负压真空装置包括负压风机(8-1)、气阀(8-2)和气压检测装置(8-3)，所述的气压检测装置(8-3)安装于干燥箱体(2-1)内实时检测空气气压值，所述的负压风机(8-1)设置在干燥装置(2)的气体出口，所述的负压风机(8-1)与湿空气排风管道(5-1)相连接，通过负压真空装置增大干燥箱体(2-1)内的空气饱和湿度。
7.根据权利要求6所述的一种智能化污泥除湿干化装置，其特征在于：所述的进泥装置(1)包括污泥暂存装置(1-1)、电动阀(1-2)和挤条机(1-3)，所述的污泥先进入污泥暂存装置(1-1)，通过挤条机(1-3)将污泥挤成面条状，以利于污泥在干燥时形成架空层，增大污泥与干燥空气的传热传质效果，所述电动阀(1-2)用于控制污泥暂存装置(1-1)出口处的开闭，所述电动阀(1-2)关闭时与负压真空装置协同作用，在干燥箱体内形成负压状态。
8.根据权利要求5所述的一种智能化污泥除湿干化装置，其特征在于：所述的除尘装置(4)包括旋风分离器(4-1)和除尘布袋(4-2)，所述的除尘布袋设置在旋风分离器(4-1)的后端，含有灰尘的湿空气通过湿空气排风管道(5-1)先进入旋风分离器(4-1)，利用离心力原理将空气中大部分灰尘进行分离，之后再经过除尘布袋(4-2)进行再次除尘，除尘后的湿空气进入所述回热器(3-1)。
9.根据权利要求4所述的一种智能化污泥除湿干化装置，其特征在于：将采集到的图像经过图像增强、去噪后提取图像RGB特征，再通过颜色空间转换将RCB特征转换为HIS特征，所述的泥饼上表面裂缝面积计算通过将阈值分割法与区域生长法相结合构建了感兴趣区域，所述的感兴趣区域用于识别泥饼上表面裂缝，通过计算感兴趣区域面积来获得泥饼上表面裂缝面积。
说明书
智能化污泥除湿干化装置
技术领域
本发明涉及污泥干燥设备领域，具体地说是一种智能化污泥除湿干化装置。
背景技术
污泥所含的污染物一般均有很高的热值，但是由于大量水分的存在，使得这部分热值无法得到利用。如果焚烧高含水率的污泥，不但得不到热值，还需要大量补充燃料才能完成燃烧。如果将污泥的含水率降到一定程度，燃烧就是可能的，而且，燃烧所得到的热量可以满足部分甚至全部进行干化的需要。同样的道理，在其他应用场合中，减少含水率也是关键。因此，污泥干化或半干化是污泥资源化利用的第一步。
目前，常用的干化系统主要以直接干燥转鼓式工艺、多层台阶式干化工艺、转盘式干化工艺、流化床干化工艺等为主。常用的干化设备包括电加热污泥干化机、热水污泥干化机、蒸汽薄膜干化机、阳能污泥干化场、天然气污泥干化机、炉窑烟气余热污泥干化机等。然而目前市场上应用非常广泛的干燥设备是带式干燥机，其可适合食品、蔬菜等农产品、污泥、化工材料等多个行业。污泥带式干燥因对湿污泥适应性强、维修部件少、使用寿命长、干燥温度低等优势，受到广泛关注，具有很好的市场应用前景;但是目前带式干燥机一般采用蒸汽、热风炉或电加热为热源，采用开放排湿方式，去湿同时带走大量的热量，能源利用率低，一般只有20-40%，运行费用高;且均在较高温度条件下进行脱湿，干燥成品质量不易控制，易受人为操作的影响;采用蒸汽锅炉或热风炉作为热源均有不安全隐患因素，对操作工要求高，日常维护工作高;且需建造独立的锅炉房，占地面积大。因此产生了热泵除湿结合网带式干燥污泥干化技术为污泥带式干燥，其在节能性、环保性等方面具有很大的优势，污泥热泵除湿干化技术将主导污泥带式干燥。
通过以上分析，可以看出，要实现污泥的节能高效干化，目前干化设备还存在以下几个主要问题：(1)污泥干化是能量净消耗过程，能源利用率低;(2)在污泥干化过程中没有实时检测污泥的含水率，致使部分污泥未能充分干化，同时也存在部分污泥过干化的情况浪费热能，整个过程中排放大量臭气，需建造负责的尾气处理系统;(3)一般除湿热泵工作状态单一，无法实现两种工况(除湿、排湿)的实时的切换;(4)热泵除湿产生大量的冷凝水直接排出去，未对其进行资源化利用，通过外加风机冷却除湿热泵的方式噪声大能耗高。
发明内容
有鉴于此，本发明针对上述现有技术存在的能耗高，环境污染大、干化过程污泥含水率无法实时检测的技术问题，提出一种能源利用率高，且通过含水率在线检测装置和图像处理技术实时监测污泥含水率的变化的智能化污泥除湿干化装置。
本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构智能化污泥除湿干化装置，包括进泥装置、干燥箱、除湿加热装置、除尘装置和气体管道，所述进泥装置设置在干燥箱上方并与干燥装置相连接，所述的干燥箱通过气体管道与除湿加热装置连接，所述的除尘装置设置在干燥箱与除湿加热装置之间，在干燥箱的底部设有污泥出料口，所述的智能化污泥除湿干化装置还包括污泥状态在线图像识别装置，所述的污泥状态在线图像识别装置设置在干燥箱内部;
所述污泥状态在线图像识别装置对干燥箱内污泥的进行图像识别，并据此检测污泥的含水率，根据图像识别检测到的含水率，来调节所述干燥箱的污泥传送速度。
可选的，所述的干燥箱包括干燥箱体、物料传送带、减速电机、污泥进料口和污泥出料口，物料传送带呈多层布置，每层的所述物料传送带均与减速电机相连接，所述的污泥进料口设置在干燥箱体的顶部，所述的污泥出料口设置在干燥箱体的底端，在所述的污泥出料口处设置有物料开启阀门，所述的干燥箱体上分别设置有湿空气排风管道和干空气进风管道。
可选的，所述的污泥状态在线图像识别装置包括若干个CCD相机和信号处理系统，所述CCD相机固定在干燥箱体上，在每层物料传送带的正上方设置有多个CCD相机，通过CCD相机采集污泥表面的图像信息传送到信号处理系统，信号处理系统检测污泥含水率并控制干燥箱内的减速电机的转速，进而控制污泥传送速度。
可选的，所述的污泥状态在线图像识别装置的信号处理系统包括图像处理模块和信息处理模块两个模块，所述的图像处理模块通过matlab读取出由各个位置相机所采集的污泥表面上的色彩信息以及裂缝面积，所述的信息处理模块在原始数据建立的BP神经网络中输入图像处理模块中所获得的色彩信息以及裂缝面积来估测当前位置当前时刻泥饼的含水率，将含水率反馈给控制器，进而准确调节物料传送带传送速度。
可选的，所述的除湿加热装置包括回热器、蒸发器、冷凝器和水冷凝器，所述的回热器内有热风通道和冷风通道，所述回热器内部通过热传导翅片对内部风进行热交换，所述干燥箱体通过湿空气排风管道与所述热风通道连通，所述热风通道经过热传导片对冷风通道进行加热，所述的蒸发器和冷凝器分别与回热器固定连接，对热风两次冷凝，冷风两次加热，所述的除湿加热装置通过除湿电磁阀、排湿电磁阀的开闭连接不同的管道，实现除湿和排湿两种不同的工况，所述的蒸发器产生的冷凝水和回热器的冷凝水通过管道流入水冷凝器。
可选的，所述智能化污泥除湿干化装置还包括负压真空装置，所述的负压真空装置与干燥箱相连接，所述的负压真空装置包括负压风机、气阀和气压检测装置，所述的气压检测装置安装于干燥箱体内实时检测空气气压值，所述的负压风机设置在干燥装置的气体出口，所述的负压风机与湿空气排风管道相连接，通过负压真空装置增大干燥箱体内的空气饱和湿度。
可选的，所述的进泥装置包括污泥暂存装置、电动阀、挤条机组成，所述的污泥先进入污泥暂存装置，通过挤条机将污泥挤成面条状，以利于污泥在干燥时形成架空层，增大污泥与干燥空气的传热传质效果，所述电动阀用于控制污泥暂存装置出口处的开闭，所述电动阀关闭时与负压真空装置协同作用，在干燥箱体内形成负压状态。
可选的，所述的除尘装置包括旋风分离器和除尘布袋，所述的除尘布袋设置在旋风分离器的后端，含有灰尘的湿空气通过湿空气排风管道先进入旋风分离器，利用离心力原理将空气中大部分灰尘进行分离，之后再经过除尘布袋进行再次除尘，除尘后的湿空气进入所述回热器。
可选的，将采集到的图像经过图像增强、去噪后提取图像RGB特征，再通过颜色空间转换将RCB特征转换为HIS特征，所述的泥饼上表面裂缝面积计算通过将阈值分割法与区域生长法相结合构建了感兴趣区域，所述的感兴趣区域用于识别泥饼上表面裂缝，通过计算感兴趣区域面积来获得泥饼上表面裂缝面积。
采用以上结构，本发明具有以下优点：(1)在干燥箱体内设置若干个CCD相机实现污泥干化全程的图像采集，通过神经网络的算法监测干化整个过程中污泥含水率的变化，并且不断的学习改进模型，优化污泥干化过程中的各个参数;(2)进料口的污泥含水率不确定会导致各个部分的污泥干化不均匀，本发明中设计了含水率在线检测装置，通过机械抓手抓取少量的污泥样品，放入水分仪中准确测定不同时刻带式干燥机上下来两层之间的污泥的含水率，与污泥含水率图像识别装置共同实现对污泥含水率的检测，并将该含水率数据输入到神经网络算法中，提高算法的精确性;(3)在负压的情况下空气中可携带更多的水蒸气，故本发明中通过抽去干燥箱体内的空气使得相同体积的空气携带更多的水分，从而提高污泥的干化效率，于此同时设计进料出料口的物料缓存以达到箱体密闭的目的;(4)本发明采用了旋风分离器装置配合除尘布袋，极大程度地降低了循环空气中粉尘颗粒的含量，避免了产生爆炸的风险;(5)采用热交换器实现饱和热空气和干燥冷空气的热传递，通过冷凝器和蒸发器实现空气的快速加热以及饱和空气的迅速冷凝，并将冷凝出来的水用于压缩机的冷却降温，实现资源的充分利用。
