將熱泵(beng)作為熱源進行(xing)干(gan)(gan)燥(zao)、干(gan)(gan)化(hua)(hua)和(he)(he)脫水等作業(ye)，是(shi)上(shang)(shang)世紀八(ba)十(shi)年代發展(zhan)起來的(de)新型(xing)干(gan)(gan)燥(zao)技(ji)術。目前，該(gai)技(ji)術已(yi)應用于各個(ge)領域，如在(zai)木材、化(hua)(hua)工產品(pin)、食品(pin)干(gan)(gan)燥(zao)、蔬菜脫水和(he)(he)污泥糞(fen)便干(gan)(gan)化(hua)(hua)等方面，都取得(de)了(le)良(liang)好的(de)效果。針對污泥和(he)(he)糞(fen)便干(gan)(gan)化(hua)(hua)問題，熱泵(beng)干(gan)(gan)化(hua)(hua)技(ji)術具有運行(xing)費(fei)用低和(he)(he)對環境無(wu)任何污染的(de)兩大優(you)勢。早在(zai)上(shang)(shang)個(ge)世紀八(ba)十(shi)年代初日本已(yi)取得(de)成功的(de)運用。

熱泵干燥原理

熱(re)(re)泵干燥(zao)設備由熱(re)(re)泵的熱(re)(re)力循環(huan)系(xi)統(tong)和(he)熱(re)(re)風(feng)(feng)干燥(zao)循環(huan)系(xi)統(tong)組成。熱(re)(re)泵循環(huan)系(xi)統(tong)為熱(re)(re)風(feng)(feng)干燥(zao)系(xi)統(tong)提(ti)供熱(re)(re)源(yuan)和(he)降低(di)熱(re)(re)風(feng)(feng)濕度。熱(re)(re)風(feng)(feng)干燥(zao)系(xi)統(tong)，通過循環(huan)熱(re)(re)風(feng)(feng)與物(wu)料(liao)直接(jie)接(jie)觸，提(ti)供蒸發水(shui)份(fen)熱(re)(re)量，帶走物(wu)料(liao)中的水(shui)份(fen)。

所謂“熱泵”，是耗用一定(ding)(ding)的機(ji)械功，吸取(qu)環(huan)境或廢棄物(wu)中低(di)品位(wei)(wei)熱能，將其(qi)提高成為(wei)可利用的熱能的一種節能裝置(zhi)。正如“水(shui)泵”一樣，耗用一定(ding)(ding)機(ji)械功，將水(shui)從低(di)水(shui)位(wei)(wei)提高到所需(xu)的水(shui)位(wei)(wei)。

熱(re)(re)(re)泵(beng)系統由壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮機、冷凝器、節流裝(zhuang)置和(he)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器組成(cheng)(cheng)(cheng)，系統內運行的工質(zhi)，在蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器中(zhong)(zhong)吸取干燥室排出濕(shi)熱(re)(re)(re)空氣中(zhong)(zhong)的熱(re)(re)(re)量，從低(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)液(ye)態工質(zhi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)成(cheng)(cheng)(cheng)低(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)，經壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮機增壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)成(cheng)(cheng)(cheng)為高(gao)溫(wen)(wen)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)的蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi);在冷凝器中(zhong)(zhong)，高(gao)溫(wen)(wen)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)的工質(zhi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)放出熱(re)(re)(re)量加熱(re)(re)(re)進入(ru)干燥室的空氣，而工質(zhi)本身則從氣體(ti)(ti)冷凝成(cheng)(cheng)(cheng)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)液(ye)體(ti)(ti);通過節流裝(zhuang)置，液(ye)體(ti)(ti)工質(zhi)產生阻塞(sai)效應，降低(di)(di)了壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力和(he)溫(wen)(wen)度(du)，成(cheng)(cheng)(cheng)為低(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)低(di)(di)溫(wen)(wen)液(ye)體(ti)(ti)，再度(du)進入(ru)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)器中(zhong)(zhong)吸收濕(shi)熱(re)(re)(re)氣體(ti)(ti)的熱(re)(re)(re)量，如此反復循(xun)環將(jiang)低(di)(di)溫(wen)(wen)熱(re)(re)(re)量輸送(song)到高(gao)溫(wen)(wen)介質(zhi)中(zhong)(zhong)去，形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)熱(re)(re)(re)泵(beng)循(xun)環。

從熱(re)(re)風干(gan)(gan)(gan)燥(zao)循(xun)環(huan)系統來看，干(gan)(gan)(gan)燥(zao)室(shi)排出(chu)(chu)氣體，是含水(shui)份較(jiao)高(gao)的(de)(de)濕(shi)熱(re)(re)氣體，其相(xiang)對(dui)(dui)濕(shi)度(du)在(zai)(zai)ψ=70～80%左右，通過(guo)熱(re)(re)泵(beng)的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)發器時(shi)，由于蒸(zheng)(zheng)發器表(biao)面溫度(du)低(di)于空(kong)氣露點溫度(du)，不僅(jin)降低(di)了(le)(le)空(kong)氣的(de)(de)溫度(du)并且在(zai)(zai)蒸(zheng)(zheng)發器表(biao)面將水(shui)汽冷凝(ning)(ning)下來，以液體水(shui)的(de)(de)狀(zhuang)態(tai)排出(chu)(chu)系統外。氣體離(li)開蒸(zheng)(zheng)發器變成低(di)溫而(er)濕(shi)潤，其相(xiang)對(dui)(dui)濕(shi)度(du)一(yi)般在(zai)(zai)ψ=95-97%。脫(tuo)濕(shi)后的(de)(de)氣體在(zai)(zai)熱(re)(re)泵(beng)冷凝(ning)(ning)器中得(de)到等濕(shi)加熱(re)(re)，提高(gao)了(le)(le)氣體溫度(du)，同(tong)時(shi)也(ye)降低(di)了(le)(le)相(xiang)對(dui)(dui)濕(shi)度(du)，。在(zai)(zai)干(gan)(gan)(gan)燥(zao)室(shi)中，干(gan)(gan)(gan)熱(re)(re)氣體與被干(gan)(gan)(gan)燥(zao)物料直接接觸，提供物料干(gan)(gan)(gan)化的(de)(de)熱(re)(re)量，同(tong)時(shi)也(ye)帶走(zou)了(le)(le)水(shui)份。空(kong)氣在(zai)(zai)干(gan)(gan)(gan)燥(zao)室(shi)內為等焓增濕(shi)降溫過(guo)程，。每公(gong)斤氣體通過(guo)一(yi)個(ge)循(xun)環(huan)可以脫(tuo)除水(shui)份△d=da-dc。

從上述(shu)熱(re)泵干(gan)燥原理(li)來(lai)看，與一般干(gan)燥工藝差別是(shi)沒有濕熱(re)氣體排放，通過二個密閉(bi)循(xun)環系統，物料中的水份最終以液(ye)態水排除。采(cai)用該原理(li)干(gan)化污泥(ni)有二大優(you)點：

(1)節約能源：在(zai)熱(re)(re)(re)泵干(gan)燥中。不(bu)排(pai)放(fang)濕熱(re)(re)(re)氣體而將其顯(xian)熱(re)(re)(re)和潛熱(re)(re)(re)全部進行了回收，只耗用(yong)(yong)了一定的機械功。一般衡量熱(re)(re)(re)泵熱(re)(re)(re)回收能力常用(yong)(yong)熱(re)(re)(re)泵性能系數來表(biao)征，即

COP=冷凝器(qi)提供熱量/壓縮(suo)機(ji)的(de)功耗(hao)=QC/W0

在(zai)污泥設(she)備干燥中(zhong)COP=4.0～5.0，既熱(re)(re)泵提供的熱(re)(re)量(liang)是電耗熱(re)(re)量(liang)的4～5倍。

衡量干燥設備耗能另一重要(yao)指標熱泵比(bi)脫水率WPE

WPE=脫水量(liang)/熱泵(beng)能耗=kg(水)/kw.H(電(dian))

在目前設備中熱泵WPE=5.0～6.0。即每度電可脫水5～6公(gong)斤。

(2)不污染環境(jing)：由于(yu)熱泵(beng)干(gan)化(hua)污泥在封閉的(de)環境(jing)中進(jin)行(xing)，在干(gan)化(hua)過程(cheng)中產生的(de)一(yi)切有臭有害氣體(ti)可以做到不外泄，對周圍環境(jing)可以減(jian)少(shao)到最低的(de)污染，有利在居民點附近(jin)進(jin)行(xing)干(gan)化(hua)操作。

熱泵干化污泥(ni)裝置簡介(jie)

我所(suo)科技(ji)人員自(zi)八十年代(dai)以來(lai)，對熱(re)泵干燥(zao)技(ji)術(shu)進行(xing)(xing)了(le)系統的(de)研究與開發。采用(yong)(yong)了(le)高(gao)溫熱(re)力性(xing)能良好(hao)的(de)工(gong)質R142b和獨特的(de)熱(re)風循(xun)環(huan)系統(專利號：ZL97222358.4)開發了(le)系列的(de)高(gao)溫熱(re)泵除濕機。該機組的(de)干化溫度(du)在50～85℃范圍內(nei)均(jun)可(ke)工(gong)作，至今已有500～600臺(套)設(she)(she)備(bei)投入運(yun)行(xing)(xing)，尤(you)其在木材(cai)干燥(zao)方面取得了(le)優異成效;如上海的(de)優質木制(zhi)品一半(ban)以上，均(jun)用(yong)(yong)我所(suo)設(she)(she)備(bei)進行(xing)(xing)干燥(zao)處理。出(chu)口名(ming)牌木制(zhi)品，幾乎悉數采用(yong)(yong)我所(suo)設(she)(she)備(bei)進行(xing)(xing)干燥(zao)加(jia)工(gong)。2000年獲得了(le)《國家重點新(xin)(xin)產品》稱號，自(zi)1997年以來(lai)我所(suo)被評為《上海市(shi)高(gao)新(xin)(xin)技(ji)術(shu)企(qi)業》。

而與(yu)熱泵干(gan)(gan)燥機組相(xiang)匹配的(de)干(gan)(gan)燥室有連續干(gan)(gan)燥和(he)間(jian)歇干(gan)(gan)燥兩種方式(shi)。一般(ban)物料比較(jiao)粗大，干(gan)(gan)燥周期較(jiao)長(chang)或物料不(bu)形成批(pi)量的(de)多(duo)用(yong)間(jian)歇干(gan)(gan)燥，即物料是采用(yong)間(jian)歇載入和(he)卸(xie)出的(de)。如木(mu)材(cai)、農副產品、藥材(cai)、工(gong)藝品多(duo)用(yong)此方式(shi)。

對于污泥(ni)干(gan)(gan)化周期相對短，批量又較(jiao)大(da)，成(cheng)(cheng)型(xing)后物料(liao)細小(xiao)而顆(ke)粒度又較(jiao)均一故宜采用連(lian)(lian)(lian)續進(jin)料(liao)和出料(liao)的(de)(de)(de)連(lian)(lian)(lian)續式干(gan)(gan)燥(zao)方式。我(wo)所研制的(de)(de)(de)一臺污泥(ni)干(gan)(gan)化連(lian)(lian)(lian)續式熱泵干(gan)(gan)燥(zao)裝置的(de)(de)(de)樣(yang)機。熱泵干(gan)(gan)燥(zao)機仍沿用我(wo)所卓有成(cheng)(cheng)效，成(cheng)(cheng)熟的(de)(de)(de)機組(zu)。干(gan)(gan)燥(zao)室內裝有傳(chuan)送速度可(ke)調的(de)(de)(de)不銹鋼網帶的(de)(de)(de)傳(chuan)送帶組(zu)。為了(le)(le)干(gan)(gan)化工(gong)藝過(guo)程全(quan)部在封閉環(huan)境中進(jin)行，在干(gan)(gan)燥(zao)室內配置了(le)(le)兩套成(cheng)(cheng)型(xing)機。

經(jing)過(guo)發(fa)酵后(hou)含(han)水量為(wei)60～65%的(de)粉狀污泥(ni)(ni)通(tong)過(guo)封閉輸送(song)筒(tong)，進入干(gan)燥(zao)室(shi)內，為(wei)了易于(yu)干(gan)化(hua)(hua)，防止干(gan)化(hua)(hua)后(hou)污泥(ni)(ni)飛揚，經(jing)過(guo)初步成(cheng)型，傾在傳(chuan)送(song)帶上(shang)，傳(chuan)送(song)帶按設定速度帶著(zhu)物(wu)料(liao)轉運(yun)(yun)，經(jing)數層傳(chuan)送(song)帶來(lai)回(hui)運(yun)(yun)送(song)使污泥(ni)(ni)干(gan)化(hua)(hua)到(dao)(dao)含(han)水率40%左右再(zai)(zai)進行第二次成(cheng)型成(cheng)顆(ke)粒肥料(liao)，再(zai)(zai)經(jing)數次傳(chuan)送(song)帶來(lai)回(hui)運(yun)(yun)送(song)干(gan)化(hua)(hua)，最后(hou)達到(dao)(dao)含(han)水率20%成(cheng)品(pin)的(de)顆(ke)粒肥料(liao)送(song)出(chu)干(gan)燥(zao)室(shi)，再(zai)(zai)通(tong)過(guo)封閉傳(chuan)送(song)機(ji)構送(song)到(dao)(dao)包裝(zhuang)(zhuang)車(che)間(jian)，盛袋裝(zhuang)(zhuang)出(chu)。

從(cong)熱泵干燥(zao)機(ji)組送出的(de)熱風(feng)，經(jing)循環風(feng)機(ji)向傳送帶(dai)垂向送風(feng)，穿(chuan)過(guo)數層盛(sheng)載污(wu)泥不銹鋼網帶(dai)時，吸收物料水(shui)份返回到(dao)熱泵中除(chu)濕，這種(zhong)干燥(zao)方(fang)式亦稱熱泵穿(chuan)流干燥(zao)。采用這種(zhong)方(fang)式也曾(ceng)對未經(jing)發酵含水(shui)率80%的(de)排水(shui)污(wu)泥，成功地干化(hua)到(dao)60%含水(shui)率。當然在干化(hua)過(guo)程中成型(xing)比較困難，但這也為進(jin)一步擴大處理污(wu)泥的(de)范圍創造了條(tiao)件(jian)。

熱(re)泵技術(shu)干化(hua)污泥的(de)特點

經過熱泵干(gan)燥(zao)裝置的研制試驗與分(fen)析，熱泵干(gan)燥(zao)污泥具有以下優點：

(1)能(neng)耗費(fei)用低

熱(re)(re)泵(beng)干(gan)化(hua)污泥裝置在(zai)運行中(zhong)能回(hui)收濕熱(re)(re)空(kong)氣(qi)的顯熱(re)(re)和潛熱(re)(re)，能量得到充分而合理利用，是一(yi)種公認的高效(xiao)節(jie)能設備。按目前上(shang)海地區的能源(yuan)價(jia)格(ge)計算，熱(re)(re)泵(beng)運行的能源(yuan)費用，是用煤(mei)氣(qi)和燃油作熱(re)(re)源(yuan)進行供熱(re)(re)干(gan)燥(zao)的一(yi)半左右(詳見經濟(ji)分析)。

(2)不污染環境

由于(yu)熱泵(beng)干(gan)化污(wu)泥(ni)的(de)全過程是在(zai)封閉系統中(zhong)進(jin)行，不(bu)需向(xiang)周圍環(huan)境排濕，同時(shi)也會(hui)排出(chu)有(you)害、有(you)臭(chou)味(wei)的(de)氣體。若將進(jin)出(chu)料系統全部封閉在(zai)管道中(zhong)，會(hui)使整個操作(zuo)保持清潔環(huan)境。干(gan)化后(hou)的(de)污(wu)泥(ni)已成為無臭(chou)顆粒肥料。干(gan)燥污(wu)泥(ni)后(hou)打開(kai)干(gan)燥室(shi)清理時(shi)，也無明顯臭(chou)味(wei)溢出(chu)。這與其他(ta)干(gan)燥方(fang)法(fa)相比(bi)，是一個獨(du)特的(de)優點。

(3)污泥干化質量好

熱泵干(gan)(gan)燥(zao)(zao)(zao)裝(zhuang)置中(zhong)的(de)干(gan)(gan)燥(zao)(zao)(zao)介質(zhi)是在(zai)封閉(bi)(bi)的(de)空(kong)間(jian)循環;不受外(wai)(wai)界(jie)(jie)氣(qi)候(hou)條件(jian)的(de)影響(xiang)，一(yi)(yi)年四(si)季均(jun)在(zai)同一(yi)(yi)條件(jian)下(xia)平穩(wen)(wen)(wen)運(yun)行(xing)，所(suo)以(yi)干(gan)(gan)燥(zao)(zao)(zao)質(zhi)量穩(wen)(wen)(wen)定。污泥(ni)是城市排(pai)水經(jing)過絮凝劑沉淀(dian)出來(lai)的(de)膠狀固體微(wei)團，成分(fen)結構復雜，親水力較強。熱泵干(gan)(gan)化溫度不僅可(ke)在(zai)50～85℃調節，而且可(ke)以(yi)控制干(gan)(gan)燥(zao)(zao)(zao)室(shi)的(de)濕度，滿(man)足有機污泥(ni)干(gan)(gan)化的(de)理想條件(jian)，不會造成污泥(ni)微(wei)團外(wai)(wai)壁結殼，造成難以(yi)脫(tuo)水的(de)現象。試驗證(zheng)明，干(gan)(gan)燥(zao)(zao)(zao)成品的(de)含水率均(jun)勻(yun)，又能保(bao)持顆粒(li)肥(fei)料(liao)中(zhong)的(de)有機成分(fen)。另外(wai)(wai)，由于循環是在(zai)封閉(bi)(bi)的(de)空(kong)間(jian)內進行(xing)，不受外(wai)(wai)界(jie)(jie)氣(qi)候(hou)條件(jian)的(de)影響(xiang)，一(yi)(yi)年四(si)季均(jun)在(zai)同一(yi)(yi)條件(jian)下(xia)運(yun)行(xing)，干(gan)(gan)燥(zao)(zao)(zao)質(zhi)量很(hen)穩(wen)(wen)(wen)定。

(4)易(yi)形成現(xian)代(dai)化的產業

目前研制(zhi)的(de)(de)日處理(li)一噸(dun)污泥熱泵干化(hua)裝置的(de)(de)樣機，在(zai)寬1.5米(mi)(mi)、高(gao)(gao)2.3米(mi)(mi)、長3.5米(mi)(mi)的(de)(de)封閉空間內已含了熱源、干燥室、鼓(gu)風設(she)備(bei)和控(kong)制(zhi)等(deng)設(she)備(bei)，非常(chang)緊(jin)湊。若擴大(da)到日處理(li)五噸(dun)污泥的(de)(de)設(she)備(bei)，其(qi)體積(ji)(ji)不會超過B×H×L=2米(mi)(mi)×3米(mi)(mi)×5米(mi)(mi)。其(qi)占地面(mian)積(ji)(ji)非常(chang)有限。此外(wai)，本裝置可以(yi)組(zu)合式(shi)運(yun)行。如需日處理(li)20噸(dun)污泥量(liang)，則可以(yi)使(shi)4臺機組(zu)緊(jin)密(mi)并列運(yun)行，總的(de)(de)占地面(mian)積(ji)(ji)很小，當然，在(zai)日處理(li)量(liang)有波(bo)動(dong)時(shi)還可以(yi)調整(zheng)運(yun)行臺數。由于熱泵干燥操作為單一的(de)(de)電(dian)能，自動(dong)化(hua)程度高(gao)(gao)，非常(chang)適宜(yi)配套在(zai)現(xian)代化(hua)城市應用。

熱(re)泵干燥能耗的經濟性

熱(re)泵(beng)是用電(dian)力(li)驅(qu)動的(de)裝(zhuang)置，一般誤認為(wei)耗電(dian)成本高，不(bu)易被接(jie)受。現(xian)分別就采用煤、燃油、煤氣和熱(re)泵(beng)作為(wei)供(gong)熱(re)源的(de)干(gan)燥裝(zhuang)置，進行經濟性比較，對各種(zhong)熱(re)源的(de)熱(re)值和價格(ge)作如下設定：

(1)煤(mei)熱值：6700大卡(ka)/公斤(jin)，價格(ge)：0.35元/公斤(jin)。

(2)煤氣熱值：3500大卡/M3，價格：0.8元/M3。

(3)燃油熱值：10800大卡/kg，價格：2.4元/kg。

(4)電熱值：860大卡/kWh，平均(jun)電價：0.45元/kWh。

(白天0.6元(yuan)(yuan)/kWh，夜間0.3元(yuan)(yuan)/kWh)

若以(yi)處(chu)理一(yi)噸含水率60%污泥干化成含水率20%的(de)顆粒肥料為例，提供相等的(de)干化熱(re)量(liang)，其能(neng)耗成本計算(suan)結果如(ru)下表(biao)所示：

由上表可見，各種熱(re)(re)源的干燥(zao)裝置，除煤(mei)外(wai)，采用熱(re)(re)泵干燥(zao)，比燃油、煤(mei)氣成本均(jun)低。但使用煤(mei)的實際成本，比上表所列要高，因為除干燥(zao)設(she)備外(wai)，還(huan)需要投資(zi)龐大的鍋(guo)爐房(fang)、鍋(guo)爐設(she)備和(he)支付(fu)繁雜的管理費用，如增加(jia)環保(bao)設(she)施、管理操作(zuo)人員、煤(mei)的堆場，煤(mei)和(he)渣的運輸(shu)等。

小結

將污泥干化成顆粒肥(fei)料(liao)，采用熱(re)(re)泵除濕干燥裝置(zhi)與其他供熱(re)(re)方式的干燥裝置(zhi)比(bi)較，其優缺點如下(xia)表所示：

因(yin)此，隨著環保(bao)要求提(ti)高(gao)，特別是人(ren)口密(mi)度較高(gao)的城市里(li)，采用熱(re)泵來干化污泥(ni)具有獨特的優勢。

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