[发明专利]基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统及方法

说明书

本发明涉及基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统及方法，它包括用于对污泥进行干化的污泥干化工艺系统；污泥干化工艺系统与用于提供热源的二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统相连；二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统与清洁电力系统和空气质能循环工艺系统相连。本系统中采用三级梯型串联循环高温热泵提供130℃热源对污泥进行干化，并通过热量回收作为热泵的低温热源；此外本系统采用中温干化，将污泥内氨进行分离，降低污泥作为燃料产品的总氮量，收集氨水提高经济效益。

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域，尤其涉及基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统及方法。

背景技术

污泥处置是城镇集中污水治理的末端工艺，原污泥中含有大量有机质，直接堆弃处置由于水的渗流不仅会造成自然水体污染隐患，有机质自然发酵过程中也可能造成污染物排放燃爆等危害。随着自然资源的日益紧缺，环境保护理念的逐渐深入人心，污泥的资源化无害化技术快速发展起来。污泥干化是污泥处置的重要环节，污泥目前后端处置一般采用按吨计费，通过对污泥的脱水处理可极大的控制后端处置成本，干化后的污泥不论气化还是掺烧均具备经济性且实现了污泥的无害化的极致减量。

污泥干化工艺是一个纯耗能型工艺，如何提高能源利用效率、提高污泥处置速率、不增加污水厂负担一直以来是行业攻关的重点和难点。专利CN109626791A提出通过将二氧化碳热泵低温风干技术应用于污泥干化，采用二氧化碳作为热泵循环介质可有益于热循环效能。专利CN210176712U提出了一种北方地区城市污泥二氧化碳空气源热泵烘干系统，借助二氧化碳工质的低温特性，将其作为冷媒介质克服传统空气源热泵冬季运行工况不佳的问题。但是利用二氧化碳作为工质的热泵，若采用低温干化技术则存在干化速度慢，空气流通量大和风机能耗大等问题。若仍保持中温进行干化则需要传统工质的空气源热泵辅助进行除湿。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明目的是提供基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统及方法，此系统与既有技术路线不同的是本系统首先建立了二氧化碳热泵的阶梯型循环，通过模块化设计可使通用型装备进行串联“增程”，根据需要可使设备提供60-200℃的中低温热源，本系统中采用三级梯型串联循环高温热泵提供130℃热源对污泥进行干化，并通过热量回收作为热泵的低温热源；此外本系统采用中温干化，将污泥内氨进行分离，降低污泥作为燃料产品的总氮量，收集氨水提高经济效益；本系统采用闭式多级闪蒸工艺通过空气输配流量极大减少了气体输送能耗，并通过系统热回收增加整体热效率。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统，它包括用于对污泥进行干化的污泥干化工艺系统；污泥干化工艺系统与用于提供热源的二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统相连；二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统与清洁电力系统和空气质能循环工艺系统相连。

所述污泥干化系统包括干化前处理系统和扩容式闪蒸干化系统；所述干化前处理系统包括沉淀池，沉淀池与重力浓缩池相连，重力浓缩池与卧式离心干化装置相连；

所述扩容式闪蒸干化系统包括用于和卧式离心干化装置相连的低温低压干化罐，低温低压干化罐与中温低压初级干化罐相连，中温低压初级干化罐与中温低压二级干化罐相连，中温低压二级干化罐与物料冷却回收罐相连。

所述二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统包括一级二氧化碳蒸发器，一级二氧化碳蒸发器与一级二氧化碳压缩机相连，一级二氧化碳压缩机与二级二氧化碳蒸发器相连，二级二氧化碳蒸发器与二级二氧化碳压缩机相连，二级二氧化碳压缩机与三级二氧化碳蒸发器相连，三级二氧化碳蒸发器与三级二氧化碳压缩机相连。

所述二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统的二氧化碳三级冷凝器内置于污泥干化系统的中温低压二级干化罐的内部，二氧化碳三级冷凝器与三级二氧化碳膨胀机相连，二氧化碳二级冷凝器内置于中温低压初级干化罐中，二氧化碳二级冷凝器与二级二氧化碳膨胀机相连，二氧化碳一级冷凝器内置于低温低压干化罐中，二氧化碳一级冷凝器与一级二氧化碳膨胀机相连，一级二氧化碳膨胀机与一级二氧化碳蒸发器相连。