一種基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統

蘇盈賀 劉明軍 陳濤

摘 要：介紹了一種基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統，包括干燥機、空氣降溫除濕裝置、空氣循環風機、空氣加熱裝置、溴化鋰吸收式熱泵。干燥機、空氣降溫除濕裝置、空氣循環風機、空氣加熱裝置依次串聯;空氣降溫除濕裝置及空氣加熱裝置分別與溴化鋰吸收式熱泵相連;設置冷卻裝置，當溴化鋰吸收式熱泵需要停機檢修時備用。將溴化鋰吸收式熱泵作為污泥烘干除濕的動力熱源和動力冷源，可以實現污泥烘干除濕的同時，回收污泥冷凝除濕過程中的熱量，降低污泥烘干除濕過程中的能源消耗，提高了污泥烘干除濕的效率。系統運行經濟，未造成空氣的二次污染。

關鍵詞：吸收式熱泵;污泥;烘干;除濕

0? 引言

近年來我國大力推進節能減排工作，各領域的節能減排事業都得到了較大發展，特別是各領域的余熱回收利用發展迅速，今后需要對各領域的余熱進行深度挖掘，且需要對各領域的工藝進行研究，使余熱回收設備既能進行余熱回收又能適應工藝的要求。本文通過對溴化鋰吸收式熱泵在污泥烘干除濕系統中的應用分析，希望為今后的余熱深度回收利用及節能減排工作提供參考。

1? 項目背景

隨著我國城市化進程的加快和工業的快速發展，城市污水和工業污水處理水平日益提升，在城市污水和工業污水的收集及處置過程中，必然會產生大量的污泥，污泥具有有機質含量多、易腐爛發臭、含水量高的特點，并含有各種有毒、有害物質，極大地威脅人們的生活與健康。

目前對污泥進行無害化處理的主要方法就是污泥焚燒，例如摻入電廠燃煤中焚燒，污泥焚燒是一種減量化、穩定化、無害化的處理方法，采用焚燒方式對污泥進行處理，能將污泥中的有機質全部碳化生成穩定的無機物，焚燒后的殘渣無臭無菌無害，可用來制磚、制作水泥添加料等。雖然污泥焚燒可以最大程度地減容，但污泥的含水量高達95%～98%，直接對其進行焚燒能耗較高。按照相關標準要求含水率80%以上的濕污泥需干化至含水率10%～30%的干泥，然后再進行氣化、摻燒、堆肥等無害資源化處置，因此需要先對污泥進行烘干除濕處理。

目前我國的污泥烘干除濕主要采用直接加熱式居多，即使用蒸汽、煙氣、電加熱等形式將污泥加熱至100 ℃以上，使污泥的水分變為水蒸氣直接排放到大氣中，該種烘干方式存在能源消耗高、易產生二次污染、烘干效率低等問題。

2? 技術方案

為解決現有污泥烘干除濕系統能源消耗大、運行成本高、污染環境、烘干效率低等問題，本文提出了一種基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統，該系統包括干燥機、空氣降溫除濕裝置、空氣循環風機、空氣加熱裝置、溴化鋰吸收式熱泵。干燥機、空氣降溫除濕裝置、空氣循環風機、空氣加熱裝置依次串聯;空氣降溫除濕裝置及空氣加熱裝置分別與溴化鋰吸收式熱泵相連;設置冷卻裝置，當溴化鋰吸收式熱泵需要停機檢修時備用。將溴化鋰吸收式熱泵作為污泥烘干除濕的動力熱源和動力冷源，可以實現污泥烘干除濕的同時，回收污泥冷凝除濕過程中的熱量，降低污泥烘干除濕過程中的能源消耗，提高污泥烘干除濕的效率。系統運行經濟，未造成空氣的二次污染。基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統，在市政污泥和工業污泥（印染、造紙、電鍍、化工、皮革、制藥等）等烘干領域應用廣泛。

3? 技術原理

3.1? 吸收式熱泵技術情況

熱泵是利用高品位能源驅動實現熱量從低溫向高溫輸送的設備，主要分為壓縮式熱泵和吸收式熱泵，壓縮式熱泵用電力驅動，制取溫水溫度一般小于65 ℃，且溫度越高效率越低;吸收式熱泵是用熱能（蒸汽、燃料、熱水等）驅動，可以制取95 ℃以下熱水，效率較高，性能系數（COP）一般為1.6～2.4，采用溴化鋰溶液為吸收劑、水為制冷劑，對環境無污染，單機容量較大，最大可達66 MW，基于以上特點，在污泥烘干除濕系統中吸收式熱泵可以替代電熱泵，利用吸收式熱泵對污泥烘干過程進行冷凝除濕和熱量回收，降低熱源蒸汽的消耗，具有顯著的經濟效益和社會效益。

污泥烘干除濕系統中的吸收式熱泵主要是蒸汽型，機組主要包括蒸發器、吸收器、冷凝器、再生器、熱交換器等。如圖1所示，低溫驅動熱源進入蒸發器管程，蒸發器殼程為負壓，殼程的冷劑水在傳熱管外表面蒸發，吸收低溫驅動熱源的氣化潛熱余熱;吸收器中濃溶液在傳熱管外表面滴淋，吸收來自蒸發器的冷劑蒸汽氣化潛熱，并將該潛熱釋放給吸收器管內的溫水，溫水實現一次升溫，與此同時，在吸收器內濃溶液變成稀溶液，經過熱交換器升溫后進入再生器;再生器中驅動熱源蒸汽加熱溴化鋰溶液，水蒸氣蒸發，溴化鋰溶液變為濃溶液，濃溶液經熱交換器后進入吸收器進行吸收;再生器中蒸發的冷劑蒸汽進入冷凝器加熱管內的溫水，實現溫水的二次升溫，冷劑蒸汽冷凝成液態冷劑水進入蒸發器。如此反復，實現熱泵循環。

吸收式熱泵的主要特性：余熱水溫度越高，溫水溫度越高;蒸汽壓力越高，溫水溫度越高。

吸收式熱泵升溫特性：在溫水出口溫度一定的條件下，溫水入口溫度決定熱源水出口溫度，因此，溫水入口溫度非常重要。吸收式熱泵升溫特性曲線如圖2所示（以熱源水出入口溫度差△T=10 ℃為例）。

3.2? 吸收式熱泵在污泥烘干中的應用

吸收式熱泵在污泥烘干中的應用如圖3所示。

3.3? 基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統

如圖4所示，基于吸收式熱泵的污泥烘干除濕系統包括溴化鋰吸收式熱泵1、干燥機2、空氣加熱裝置3、空氣降溫除濕裝置4、空氣循環風機5、冷卻裝置6、閥門A7、閥門B8、閥門C9、閥門D10、閥門E11、閥門F12、閥門G13、閥門H14、閥門I15、閥門J16、冷卻水泵17、熱水泵18、空氣凝結水出口管道19、冷卻水管道A20、冷卻水管道B21、熱水管道A22、熱水管道B23、熱水管道C24、蒸汽管道A25、蒸汽凝水管道A26、蒸汽管道B27、蒸汽凝水管道B28。其中，干燥機2、空氣降溫除濕裝置4、空氣循環風機5、空氣加熱裝置3依次串聯;空氣降溫除濕裝置4、空氣加熱裝置3與溴化鋰吸收式熱泵1相連;溴化鋰吸收式熱泵1包括蒸發器1-1、吸收器1-2、冷凝器1-3、再生器1-4;干燥機2包括濕污泥入口2-1、干污泥出口2-2、干熱空氣進口2-3、溫濕空氣出口2-4、污泥輸送裝置2-5。