熱泵耦合帶式干化技術在酒廠污泥減量中的應用研究

摘要：以某酒廠污泥低溫干化項目為研究對象，介紹了熱泵耦合帶式干化技術在污泥減量中的應用。對熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術的性能進行了測試，通過改變運行工況研究了系統在不同條件下的運行特性。結果表明，技術運行穩定性良好，當送風溫度為65 ℃、送風量為100%、目標出泥含水率為30%時，平均單位能耗除水量（Specific Water Extraction Rate，SWER）為3.47 kg H2O/（kW·h），能效比較優。在該能效下，干化1 t酒廠污泥的成本為107.04元，污泥減重比例達57.1%。該項目的建設和穩定運行對其他酒廠污泥干化減量項目有著一定的指導作用。

關鍵詞：酒廠污泥；熱泵；低溫干化

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）03-00-05

Application Research of Heat Pump Coupled Belt Drying Technology in Reducing the Volume of Winery Sludge

WANG Xu

（Department of Architecture and Engineering， Taiyuan University， Taiyuan 030032， China）

Abstract： Taking the low-temperature sludge drying project of a certain distillery as the research object， the application of heat pump coupled belt drying technology in sludge reduction is introduced. The performance of the heat pump coupled belt type low-temperature sludge drying technology was experimentally tested， and the operating characteristics of the system under different conditions were studied by changing the operating conditions. The results show that the technical operation stability is good. When the supply air temperature is 65 ℃， the supply air volume is 100%， and the target sludge moisture content is 30%， the average Specific Water Extraction Rate （SWER） per unit energy consumption is 3.47 kg H2O/（kW·h）， and the energy efficiency is relatively good. At this energy efficiency， the cost of drying 1 ton of distillery sludge is 107.04 yuan，

and the sludge weight reduction ratio reaches 57.1%. The construction and stable operation of this project have a certain guiding role for other distillery sludge drying and reduction projects.

Keywords： distillery sludge; heat pump; low temperature drying

隨著人們生活水平的日益提高，釀酒行業也快速發展[1]。酒廠生產過程會產生大量廢水，據估計，每產出1 t白酒，會產生15～18 t廢水[2]。在酒廠廢水處理過程中，副產物污泥的產量占廢水產量的3%[3]，在0.45～1.44 t，產量十分巨大，若無法有效處置這些污泥，將會制約釀酒行業的發展。污泥的處置方式包括土地填埋、堆肥、焚燒等[4-5]，而污泥干化減量是污泥處置前的重要一環，可顯著降低污泥處置成本。熱泵耦合帶式污泥低溫干化[6-7]是近年來開發的新技術，干化過程可使廢氣中的水蒸氣放熱冷凝，冷凝器將潛熱轉化為顯熱，加熱循環空氣干化污泥。熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術運行安全可靠，節能效益顯著，已廣泛應用于市政污泥減量處理，并達到了污泥穩定化、減量化、無害化及資源化的處置目標[8]。

以某酒廠污泥低溫干化項目為研究對象，介紹了熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術的運行原理，并通過測試，驗證了技術運行的穩定性，探究了不同運行溫度時對技術能效的影響，并分析了技術連續運行性能，旨在為酒廠污泥干化減量提供一定參考。

1 項目概況

某酒廠生產過程中產生的污水經預處理沉淀、厭氧消化、重力濃縮及管道輸送程序流至污泥儲存槽，而后由輸送泵送至污泥機械脫水裝置，經板框壓濾后污泥含水率降至55%～85%，后繼續輸送至帶式污泥低溫干化設備進行干化，進而將污泥含水率降至30%以下。脫出的水排放至生活污水池同生活污水一并進入生化系統進行處理，干化后的污泥送至附近的電廠焚燒處置。酒廠污泥經干化處理后，污泥減量效果顯著，降低該酒廠污泥轉運過程中的成本和濕污泥存儲堆放環境風險。

對本項目中機械脫水后的新鮮污泥特性進行分析測定，具體污泥特性如下：含水率為71.33%；有機物含量為45.74%；pH值為7.7；氯離子濃度為0.21 g/kg；初始污泥（含水率71.33%）的低位熱值為3 843 kJ/kg；干化污泥（含水率30%）的低位熱值為8 822 kJ/kg。

2 系統工藝原理

熱泵耦合帶式污泥低溫干化設備按驅動能源可以分為電能型和余熱性。本項目中采用的設備為電能型，即利用電能驅動熱泵壓縮機，使制冷工質在熱泵系統內循環流動，從而為循環風提供熱源與除濕冷源，再由循環風將濕污泥中水分蒸發并冷凝成液態水排出，達到污泥干化減重的目的。熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術工藝主要包括熱泵循環、風循環、污泥輸運3個部分，工藝原理如圖1所示。其中，實線表示冷媒循環，虛線表示空氣循環。

第一，熱泵循環部分的工藝如下。熱泵機組主要包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥及蒸發器4個構件。首先，低溫低壓的氣態制冷工質經壓縮機壓縮后升溫升壓，而后進入冷凝器內放熱冷凝為液態；其次，液態工質經膨脹閥節流降壓后流入蒸發器，在蒸發器內吸收循環風的熱量汽化形成蒸汽；最后，蒸汽進入壓縮機開始下一循環，如此往復，制冷工質在此過程中不斷完成壓縮-冷凝-節流-蒸發的熱力循環。另外，熱泵循環中表冷器靠冷卻塔循環水冷卻，可以除去熱泵系統內多余的熱量，調節循環風出冷凝器的加熱溫度。

第二，風循環部分的工藝如下。首先，循環風經冷凝器加熱變為55～75 ℃的極干空氣，后在風機作用下從底部進入烘房，穿過濕污泥層并與其進行熱濕交換，濕污泥中的水分被不斷帶出，循環風的溫度開始下降，濕度增加；其次，高溫低濕的空氣流過過濾器除去雜質，再經回熱器回收熱量，溫度再次降低，到達蒸發器后降溫除濕；最后，依次在回熱器和冷凝器中吸熱升溫，達到送風溫度后再次由循環風機送入烘房。該工藝利用回熱器回收空氣的冷凝潛熱，使進入蒸發器的空氣溫度降低，進入冷凝器的空氣溫度升高，實現最大化節能。

第三，污泥輸運部分的工藝如下。首先，板框壓濾后的濕污泥由切條機進行切條預處理后，均勻平鋪到網帶上；其次，上層網帶緩慢進行往復運動，帶動污泥由上往下運動，使得污泥自下而上逐級干化；最后，通過出料輸送機得到干泥。

3 測試方案及分析方法

該項目中測試機型為ORX-3600，日除水量為3 600 L/d，風機額定風量為10 440 m3/h，額定功率為44 kW，電源為380 V/50 Hz，制冷劑為R134a。在測試過程中，先啟動機組，待內部送風溫度達到設定值并穩定后開始進泥，送風溫度分別設置為60、65、70 ℃，送風量為100%，網帶上泥層厚度為40 mm，進泥含水率為70%，出泥含水率為30%。機組運行過程中，由遠程運行數據采集系統采集電參數、送回風溫濕度等參數，通過人工取樣放入水分測試儀檢測含水率，可通過對進泥量和出泥量稱重得到污泥的減重量，單位能耗除水量（Specific Water Extraction Rate，SWER）為污泥減重量與耗電量的比值。

4 熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術運行分析

4.1 機組連續運行穩定性分析

當烘房內送風溫、濕度達到預設狀態且保持穩定時，開始進泥，進泥約1 h后，開始出泥。預設送風溫度分別為60、65、70 ℃時，烘房內實際送風溫度、送風濕度隨干化時間的變化如圖2所示，其中0～7 h為進泥階段，1～8 h為出泥階段。從圖2可以看出，機組的送風溫度波動范圍較小，偏差保持在1 ℃以內，送風濕度隨干化時間的增加出現動態變化。當濕污泥開始進入烘房，烘房冷負荷增大，空氣和污泥之間熱濕交換情況加劇，在保持送風溫度不變情況下，送風濕度隨著時間延長迅速增加，增至28%～32%，溫度越高，濕度增加越大；運行到第2小時開始逐漸趨于穩定，此時烘房網帶上濕污泥剛好鋪滿，機組進入連續進出泥狀態，送風濕度變化較小；運行到第7小時后，進泥停止，隨著污泥干化的進行，網帶上的濕污泥逐漸減少，干燥箱內冷負荷值減小，烘房內的送風濕度也逐漸下降。

預設送風溫度分別為60、65、70 ℃，進泥含水率為70%時，出泥含水率隨干化時間的變化如圖3所示。從圖3可以看出，在第1小時內，烘房內處于進泥階段，濕污泥還未鋪滿網帶，烘房內熱量遠高于污泥干化所需熱量，因此在第2小時剛輸出干污泥時，干污泥含水率較低，在24%～27%，同時溫度越高，則初始出泥含水率越低；第2小時之后，濕污泥鋪滿網帶，出泥含水率也逐漸升高；第3小時后，出泥含水率逐漸趨于穩定，在26%～35%；第7小時進泥停止后，出泥含水率逐漸降低。在目標出泥含水率30%的條件下，濕污泥鋪滿網帶后，運行溫度為60 ℃時，出泥含水率偏高，運行溫度分別為65℃和70℃時，出泥含水率基本保持在26%～31%。

由圖2和圖3可知，在不同的運行溫度下，機組的送風溫度、濕度、進出泥含水率變化狀態較為相似，說明熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術運行穩定可靠。

4.2 運行溫度對SWER的影響

在機組運行過程中，記錄了運行溫度為60、65、70 ℃條件下機組進泥量、出泥量與耗電量的數據，結果如表1所示。通過表1中的數據即可計算得到機組在不同溫度下的SWER。

在100%送風量條件下，機組運行溫度對SWER的影響如圖4所示。由圖4可知，針對60～70 ℃機組運行溫度，隨著溫度的升高，機組運行SWER整體呈下降趨勢。由污泥低溫干化特性可知，送風溫度越高，污泥干化效率越大，當機組運行溫度低（60 ℃）時，雖然SWER值較高，但是所需干化時間長，出泥含水率波動較大。而機組運行溫度較高（70 ℃）時，循環風與濕污泥熱濕交換加強，污泥內部水分被迅速帶出干化時間縮短，但溫度升高也會導致需向污泥烘房持續提供較高的熱量，導致機組耗電量較大，能效比較低。因此，就能耗水平而言，選擇65 ℃的送風溫度較為適宜。

4.3 熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術連續運行性能分析

為研究該項目中熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術連續運行性能，測試了送風溫度為65℃、送風量為100%，目標出泥含水率為30%時熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術的運行工況，共連續運行3 d，每天運行9 h。

對熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術運行參數進行了匯總計算，得到結果如表2所示。在3 d的連續運行過程中，平均干化溫度為64.84 ℃，能保持較好的穩定性，出泥平均含水率為33.23%，略高于目標值，基本可以滿足干化需求。試驗時間為27 h，其中網帶上鋪滿泥的時間為22 h。整個過程共處理平均含水率為71.05%的濕污泥6 453 kg，得到干化后的污泥2 831.5 kg，減重量為3 621.5 kg，出泥理論含水率為34.02%。干化過程中共耗電1 043.2 kW，計算得到SWER為3.47 kg H2O/（kW·h）。據該SWER值計算，1 t濕污泥從70%干化到30%，消耗電能164.67 kW·h，按照平均電價0.65元/（kW·h）計算，干化1 t酒糟污泥需107.04元，污泥減重比例達57.1%。

5 結論

機組重復運行過程中，送風溫度、濕度能達到預設狀態，且呈現規律性變化，進出泥含水率的變化規律也較為一致，說明熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術具有良好的穩定性。機組送風溫度較低（60 ℃）時，干化效果較差；送風溫度較高（70 ℃）時，達到目標含水率所需干化時間越短，但能耗較大。結合能效綜合考慮，運行溫度為65 ℃左右，送風量為100%時，污泥干化效果較好，熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術運行能效比最優。機組在65 ℃的送風溫度下連續運行時，污泥減重量能達到目標干泥含水率要求且運行穩定，平均SWER為3.47 kg H2O/（kW·h），熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術性能較優。在該SWER值下，干化1 t酒糟污泥的成本為107.04元，污泥減重比例達57.1%。因此，將熱泵耦合帶式污泥低溫干化技術應用在酒廠污泥減量化中可取得較好的效果。

參考文獻

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