一种干化系统及方法与流程

1.本发明涉及干燥技术领域，尤其涉及一种干化系统及方法。


背景技术：

2.污泥干化是污泥处理的重要环节，主要有自然干化、太阳能干化、热干化等干化方式。自然干化和太阳能干化占地面积大，不适合大面积推广，热干化速率高，但能耗也高，制约了它的大面积推广。低温热泵除湿干化本质上是直接接触式的带式干化，采用了热泵技术，充分利用了干化设备的排气余热，基本可以不用蒸汽，能效较高，近年来发展较好。
3.然而，低温热泵除湿干化的蒸发器及冷凝器均为热媒与污空气换热，传热系数低，需较高传热温差，热媒温升高、压缩比大、热泵电耗高。此外，该系统不回收出料余热，还需要借助外界循环冷却水对热媒蒸汽进行辅助降温冷凝，以维持热媒循环，损失部分热量，导致电耗依旧较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种干化系统及方法，减少了干化能耗，节约了生产成本。
5.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供如下技术方案：
6.一种干化系统，包括：进料组件、干化装置、出料组件、蒸汽转化装置以及蒸汽压缩装置，所述蒸汽转化装置包括换热或洗涤装置，所述进料组件与所述干化装置的进料口连通，所述出料组件与所述干化装置的出料口连通；
7.所述干化装置的蒸汽出口与所述蒸汽转化装置的蒸汽入口连通，所述蒸汽转化装置的蒸汽出口通过所述蒸汽压缩装置与所述干化装置的蒸汽入口连通，所述干化装置的冷凝水出口与所述蒸汽转化装置的冷凝水入口连通；
8.所述进料组件和所述出料组件分别与所述干化装置密封，所述干化装置的干燥腔内的汽压与外界大气压相同；
9.与现有技术相比，本发明提供的干化系统中，进料组件与干化装置的进料口以密封方式连通，出料组件与干化装置的出料口以密封方式连通。因此，可以利用进料组件向干化装置输送湿料并实现密封进料，干燥完成后将干料通过出料组件排出并实现密封出料。由于蒸汽转化装置的蒸汽出口通过蒸汽压缩装置与干化装置的蒸汽入口连通，在干燥之前，蒸汽转化装置可以通过蒸汽压缩装置向干化装置输送干净蒸汽，利用干净蒸汽对湿料进行干燥，此时，湿料中的水分以蒸汽的形式排放至蒸汽转化装置。蒸汽在干燥湿料后，至少部分以冷凝水的形式排出，由于干化装置的冷凝水出口与蒸汽转化装置的冷凝水入口连通，冷凝水可以排放至蒸汽转化装置中，在蒸汽转化装置中转化为干净蒸汽，然后再利用蒸汽压缩装置进行压缩升温，将压缩升温后的蒸汽通入干化装置中继续对湿料进行干燥，形成了一个循环。也就是说，本发明实施例的干化系统只需要在开机后将蒸汽转化装置中的水进行短时间物理加热形成少量水蒸汽后，再利用蒸汽压缩装置500进行压缩升温后通入干化装置对湿料进行干燥，即可实现湿料中蒸汽的回收利用，因此，不需要持续对蒸汽转化
装置进行加热，减少了电耗，节约了生产成本。
10.另外，本发明提供的进料组件和出料组件分别与干化装置密封，干化装置的干燥腔内的气压与外界大气压相同。通过利用进料组件和出料组件对干化装置进行物理密封，同时将干化装置的干燥腔内的汽压与外界大气压保持相同，可以使得干燥腔内的汽压与外界环境的压力平衡，进而使得空气不会进入干化装置的干燥腔和第二蒸汽中，第二蒸汽也不会外漏，实现了蒸汽转化装置的正常运行。
11.由上可见，本发明实施例的干化系统减少了蒸汽的消耗量以及电耗，节约了生产成本。
12.第二方面，本发明实施例还提供一种干化方法，包括：
13.利用进料组件向干化装置输送湿料，所述干化装置利用第一蒸汽对所述湿料进行干燥，获得干料；
14.其中，所述干化装置利用第一蒸汽对所述湿料进行干燥的过程中，所述湿料中的水分以第二蒸汽的形式排放至蒸汽转化装置，所述第一蒸汽在干燥所述湿料后，至少部分以冷凝水的形式排放至所述蒸汽转化装置，当所述蒸汽转化装置为换热装置时，所述冷凝水在所述蒸汽转化装置吸收所述第二蒸汽的热量，转换为第三蒸汽，当所述蒸汽转化装置为洗涤装置时，所述冷凝水在所述蒸汽转化装置中闪蒸汽化，与所述第二蒸汽共同转化为第三蒸汽，利用所述蒸汽压缩装置对所述第三蒸汽进行压缩升温，将压缩升温后的第三蒸汽通入所述干化装置中。
15.与现有技术相比，本发明实施例提供的干化方法的有益效果与第一方面干化系统的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。
17.图1示出了本发明实施例提供的第一种干化系统的工艺流程图；
18.图2示出了本发明实施例提供的第二种干化系统的工艺流程图；
19.图3示出了本发明实施例的干化系统日处理100吨湿污泥的污泥干化能量平衡图；
20.图4示出了本发明实施例的干化系统日处理100吨湿污泥的余热回收系统能量平衡图。
21.附图标记：
22.100-进料组件；101-进料预热单元；102-进料单元；200-干化装置；300-出料组件；301-出料单元；302-出料放热单元；400-蒸汽转化装置；500-蒸汽压缩装置；600-加热装置；700-冷媒容器；800-冷媒温度调节组件；801-第一冷媒温度调节装置；802-第二冷媒温度调节装置；900-可控阀门；1000-自动控制阀门；1100-温度传感器；1200-温度感应组件；1300-多级闪蒸单元；1400-气液分离装置；1500-废液管路；。
具体实施方式
23.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅
用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
25.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.干化装置广泛应用于食品、化工、石化、染料等领域以及垃圾干化焚烧、生物质燃料干化、污泥干化等诸多领域，干化设备能耗高、运行成本高。污泥是污水处理中的“世界难题”，污泥干化是污泥处理的重要环节，主要有自然干化、太阳能干化、热干化等干化方式。自然干化和太阳能干化占地面积大，不适合大面积推广，热干化速率高，但能耗也高，制约了它的大面积推广。低温热泵除湿干化本质上是直接接触式的带式干化，采用了热泵技术，充分利用了干化设备的排气余热，基本可以不用蒸汽，能效很高，近年来发展较好。
29.低温热泵除湿干化本质上是直接接触式的带式干化，由于其采用了热泵技术，充分利用了干化设备的排气余热，基本可以不用蒸汽，能效很高，近年来发展较好。然而，低温热泵除湿干化的蒸发器及冷凝器均为热媒与污空气换热，传热系数低，需较高传热温差，热媒温升高、压缩比大、热泵电耗高。此外，该系统不回收干料余热，还需要借助外界循环冷却水对热媒蒸汽进行辅助降温冷凝，以维持热媒循环，损失部分热量，导致电耗依旧较高。
30.针对上述问题，本发明实施例提供一种干化系统，以减少蒸汽的消耗量以及电耗，节约生产成本，解决了现有技术中采用低温热泵除湿干化传热系数低，需较高传热温差，热媒温升高、压缩比大、热泵电耗高的问题。应理解，该干化系统不仅可以干化污泥，也可以干化食品、化工原料、石油产品、染料或生物质燃料，此处不做限定。
31.图1示出了本发明实施例提供的第一种干化系统的工艺流程图。如图1所示，本发明实施例的一种干化系统包括：进料组件100、干化装置200、出料组件300、蒸汽转化装置400以及蒸汽压缩装置500，进料组件100与干化装置200的进料口连通，出料组件300与干化装置200的出料口连通，干化装置200的蒸汽出口与蒸汽转化装置400的蒸汽入口连通，蒸汽转化装置400的蒸汽出口通过蒸汽压缩装置500与干化装置200的蒸汽入口连通，干化装置200的冷凝水出口与蒸汽转化装置400的冷凝水入口连通。其中，蒸汽转化装置400可以预先储存有水，蒸汽转化装置400底部还可以设置加热器，用于对蒸汽转化装置400中的水进行
加热。干化装置200可以为间接式热传导干化机，干化装置具有夹层，用于通入蒸汽。
32.如图1所示，本发明的第一种实施例的蒸汽转化装置400为水汽换热器，例如：降膜蒸发器，用于对第二蒸汽进行换热，降膜蒸发器的传热温差不高于5℃。干化装置可以为立式圆盘干化设备、桨叶干化设备、卧式圆盘干化设备、薄层干化设备等间接式干化设备，优选立式圆盘干化设备。
33.具体实施时，可以利用加热器对蒸汽转化装置400中的水进行短时间加热，使得蒸汽转化装置400中的水至少一部分转化为蒸汽，为了方便说明，可以将该部分的蒸汽定义为第一蒸汽。第一蒸汽通过蒸汽压缩装置500时，蒸汽压缩装置500可以对第一蒸汽进行压缩升温，使得第一蒸汽的温度升至120～180℃，优选为135℃，随后将第一蒸汽通入干化装置200具有的夹层中。同时，进料组件100可以将湿料输送至干化装置200。基于此，可以利用第一蒸汽对干化装置200中的湿料进行干燥，在干燥过程中，湿料中的水分会转化为蒸汽，为了方便说明，可以将该部分的蒸汽定义为第二蒸汽。此时，可以将第二蒸汽排放至蒸汽转化装置400，将从干燥装置中排出的冷凝水转化为干净蒸汽继续利用蒸汽压缩装置500进行压缩升温至120～180℃，优选为135℃后，通入干化装置200继续干燥湿料。应理解，该湿料为需要干燥的原料，湿料可以为湿污泥，湿化工原料，湿食品，湿染料，也可以为其它需要干燥的湿料，此处不做赘述。
34.在此基础上，不同于mvr的二次蒸汽再压缩技术，本发明实施例采用的是热泵原理，蒸汽压缩装置压缩的是蒸汽转化装置400排出的热媒蒸汽，作为干燥热源的热媒蒸汽中无不凝气体，因此干化设备传热效率远高于mvr干化系统。本发明实施例中，以蒸汽转化装置为蒸发器，水为热媒，蒸汽压缩装置为热泵、干化装置为冷凝器形成封闭循环系统进行热量回收，减少了能耗。
35.示例性的，上述蒸汽压缩装置可以为蒸汽压缩机，蒸汽压缩机可采用单级、双级压缩或两台压缩机串联，视蒸发量大小，蒸汽压缩机可采用离心蒸汽压缩机、罗茨蒸汽压缩机或螺杆蒸汽压缩机，此处不做限定。蒸汽压缩装置的饱和温升为20℃以上，低于90℃(优选40℃)。
36.示例性的，上述蒸汽转化装置400的热媒入口还与蒸汽压缩装置500的蒸汽进口连通。当蒸汽压缩装置500内的蒸汽温度大于设定值，例如140℃时，可以采用蒸汽转化装置400的热媒水作为蒸汽压缩装置的蒸汽减温水，用于对蒸汽压缩装置内的蒸汽进行减温。应理解，蒸汽减温水的通入位置可以根据实际需要设置在系统的合适位置。例如：减温水的加入位置可以由压缩机厂家设定。
37.在一种可选方式中，上述进料组件100和出料组件300分别与干化装置200密封。当进料组件100和出料组件300分别与干化装置200密封，进料组件100向干化装置200输送湿料时，可以避免空气进入干化装置，干化装置200向出料组件300输送干料时，同样可以避免空气进入干化装置，从而使得干化装置200干燥湿料时产生的第二蒸汽不会掺入空气，减少了干化装置200向蒸汽转化装置400输送第二蒸汽时带入的不凝气体量。同时，进料组件100和出料组件300分别与干化装置200密封，还可以避免干化装置中的湿料干燥过程中产生的蒸汽通过出料组件或进料组件流失，一方面减少了环境污染，另一方面，可以更有效的对干化装置200中的余热(第二蒸汽)进行回收利用，使得干化系统的余热可以循环利用，减少了生产成本。
38.另外，本发明提供的干化装置的干燥腔内的汽压与外界大气压相同，例如：干化装置的干燥腔内的气汽可以为1个大气压。通过利用进料组件和出料组件对干化装置进行物理密封，同时将干化装置的干燥腔内的汽压与外界大气压保持相同，可以使得干燥腔内的汽压与外界环境的压力平衡，进而使得空气不会进入干化装置的干燥腔和第二蒸汽中，第二蒸汽也不会外漏，实现了蒸汽转化装置的正常运行。
39.示例性的，上述干化装置200排至蒸汽转化装置400的第二蒸汽的温度为100℃，可以在第二蒸汽的出口处设置温度控制装置，温度控制装置包括自动控制阀1000和温度传感器1100，当温度传感器监测到第二蒸汽的出口处的温度小于100℃时，控制阀门关小，当温度传感器监测到第二蒸汽的出口处的温度大于100℃时，控制阀门开大，使得第二蒸汽输送至蒸汽转化装置400。基于此，可以使得干化装置200干燥腔内的蒸汽压力与外部大气压基本保持一致，在湿料进出干化装置200密封系统效果不佳时，也能再次将第二蒸汽中混入空气的比例降到最低。除干化装置的蒸汽出口的第二蒸汽设定为100℃左右，以便使干化装置内的汽压与环境压力保持平衡外，本发明实施例中其他温度设置的高低只与能效、设备选型、设备投资等有关，并不用于限制本发明，在本发明的基础上对各个部分的温度进行调整所获得的方案，均属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内。
40.由上可见，本发明实施例的干化系统只需要在开机后将蒸汽转化装置400中的水进行短时间物理加热形成少量水蒸汽后，再利用蒸汽压缩装置500进行压缩升温后通入干化装置对湿料进行干燥，即可实现湿料中第二蒸汽的回收利用，因此，不需要持续对干化系统进行加热，减少了加热能耗，节约了生产成本。
41.在一种可选方式中，如图1所示，本发明实施例的一种干化系统还包括冷媒容器700和冷媒温度调节组件800，干化装置200还具有冷凝单元，干化装置200可以作为冷凝器将夹层中的蒸汽进行冷凝后排出，干化装置200的冷凝水出口经冷媒温度调节组件800与蒸汽转化装置400的蒸汽入口连通，冷媒温度调节组件800可以通过换热方式调节冷媒容器700排出的冷媒的温度，干化装置200的冷凝水出口的冷凝水温度大于进料组件100的吸热腔出口的冷媒温度。应理解，冷媒容器700可以用来存储冷媒介质，例如：软水或除盐水，也可以为其它冷媒介质，此处不做限定。进料组件100的吸热腔可以为设在进料组件上的夹层，夹层用于将湿料和冷媒隔离开。
42.示例性的，如图1所示，上述冷媒容器700和干化装置200的出口连通，冷媒容器700和出料组件的放热腔入口连通，出料组件300的放热腔出口与冷媒温度调节组件800的冷媒入口连通，冷媒温度调节组件800的冷媒出口与进料组件的吸热腔入口连通。应理解，出料组件300的放热腔可以为设在出料组件300上的夹层，夹层用于将干料和冷媒隔离开。同时，干化装置200作为冷凝器，用于将第一蒸汽进行冷凝，获得冷凝水，冷凝水的出口经过冷媒温度调节组件800，并通过换热方式提高冷媒的温度，冷媒温度调节组件800的冷凝水出口与蒸汽转化装置400的冷凝水入口连通。也就是说，干化装置200的冷凝水还可以利用冷媒温度调节组件800进行降温后进入蒸汽转化装置400，使得进入蒸汽转化装置400的冷凝水温低于第二蒸汽的温度，方便利用冷凝水对第二蒸汽进行换热。
43.具体实施时，冷媒容器700将冷媒输送至出料组件300的夹层，此时，冷媒可以吸收出料组件300中干料的热量，使得冷媒升温，升温后的冷媒进入冷媒温度调节组件800中。上述干化装置200作为冷凝器可以将第一蒸汽进行冷凝，获得冷凝水，将冷凝水输送至冷媒温
度调节组件800。此时，由于干化装置200的冷凝水出口的冷凝水温度大于进料组件100的吸热腔出口的冷媒温度，可以利用冷媒温度调节组件800对冷媒和冷凝水进行冷热交换，使得冷媒被冷凝水进一步加热，冷凝水被冷媒降温。此外，升温后的冷媒从冷媒温度调节组件800排出并输送至进料组件100中对湿料进行预热，预热的过程中湿料可以吸收冷媒的热量，同时冷媒可以冷却下来排至冷媒容器中继续使用。
44.示例性的，如图1所示，上述冷媒温度调节组件800可以包括第一冷媒温度调节装置801和第二冷媒温度调节装置802，第一冷媒温度调节装置801的冷媒入口与出料组件的放热腔出口连通，第一冷媒温度调节装置冷媒出口与第二冷媒温度调节装置的冷媒入口连通，第二冷媒温度调节装置的冷媒出口与进料组件的夹层入口连通。其中，第一冷媒温度调节装置801和第二冷媒温度调节装置802可以采用板式换热器，也可以采用其它换热器，此处不做限定。
45.具体实施时，上述从出料组件300的放热腔排出的冷媒可以进入第一冷媒温度调节装置801，进行进一步提升温度后排至第二冷媒温度调节装置802，然后再利用干化装置排至第二冷媒温度调节装置802中的冷凝水继续提升温度，获得加热后的冷媒。此时，将加热后的冷媒通入进料组件的夹层，对湿料进行预热。利用第一冷媒温度调节装置801中和第二冷媒温度调节装置802对出料组件300的放热腔排出的冷媒进行换热以使冷媒具有较高的温度从而对湿料进行预热，从而可以降低干化装置200干燥时的蒸汽用量，实现了能量的梯级利用，节省了蒸汽压缩装置的电耗。
46.可见，本发明实施例不仅可以利用封闭循环的冷媒容器排出的冷媒对出料组件中干料的余热进行回收，还可以利用干化装置排出的冷凝水的余热以及蒸汽转化装置排出的废液的热量对从出料组件放热腔排出的冷媒进行进一步加热，加热的冷媒用于预热进料组件中的湿料，湿料吸收热量后使得冷媒降温，降温后的冷媒可以继续进行前述操作。
47.示例性的，如图1所示，冷媒容器700的出口依次经出料组件300的吸热腔、冷媒温度调节组件800和进料组件100的吸热腔与冷媒容器700的入口连通。
48.基于此，本发明实施例的干化系统实现了一个闭环系统，冷凝水和冷媒都可以循环使用，冷媒水作为热回收介质，回收干料及污冷凝水的余热对湿料进行预热，湿料干燥过程中产生的第二蒸汽也可以继续排出至蒸汽转化装置进行循环利用。在整个系统运行过程中，只有蒸汽转化装置开机时和蒸汽压缩装置压缩升温时会产生少量电耗，其余的能量均来自于系统本身，大大减少了干化系统的能耗和电耗，节约了生产成本。
49.示例性的，如图1所示，本发明实施例的进料组件100还可以包括进料预热单元101和密封进料单元102，出料组件300可以包括密封出料单元301和出料放热单元302。进料预热单元101的出料口和密封进料单元102的进料口连通，密封进料单元102的出料口与干化装置200的进料口密封连通，干化装置200的出料口与密封出料单元301的进料口密封连通，密封出料单元301的出料口与出料放热单元302的进料口连通。
50.举例来说，如图1所示，上述进料组件100和出料组件300可以以任何密封方式与干化装置200进行密封。例如：上述进料预热单元101和出料放热单元302可以设置为螺旋式进料预热器，密封进料单元102可以为具有脱水功能的密封进料单元，例如料塞螺旋式进料器或其它具有脱水功能的密封进料单元，此处不做限定。密封出料单元302可以为料塞螺旋式出料器。也可以选择其它密封装置进行密封，此处不做限定。应理解，当密封进料单元102为
料塞螺旋式进料器时，料塞螺旋式进料器对于某些物料，如生活垃圾，具有挤压脱水作用，特别是经预热后，脱水更加容易，这样进入干化装置的水分会进一步降低，从而可以进一步减少干化能耗。进料预热单元101和出料放热单元302均具有夹层，为了方便描述，进料预热单元101的夹层可以定义为吸热腔，出料放热单元101的夹层可以定义为放热腔。
51.本发明实施例的进料预热单元以加热螺旋为例，但不限于加热螺旋，可以是任何采用热水为热源的进料预热单元，例如：热水型盘式干燥机、螺旋干燥机等，此处不做限定。应理解，如果进料预热单元101与干化装置200可以密封，则不需要设置进料单元。应理解，出料组件采用冷却螺旋(优选有轴冷却螺旋)、进料组件采用污泥加热螺旋(优选无轴加热螺旋)，可以兼顾输送及换热。
52.具体实施时，将需要干燥的湿料输送至进料预热单元101进行预热，预热完成后输送至进料单元102，再利用进料单元102输送至干化装置200对湿料进行干燥。干燥完成后，可以将干料通过干化装置200输送至出料单元，再输送至出料放热单元302进行放热，从而输出干料。本发明实施例通过设置进料预热单元101和出料放热单元302，可以使得湿料进入干化装置200前已经吸收部分热量具有了一定的温度，从而在干化装置200中可以更快速的干燥，减少了干燥湿料所用的蒸汽量和干化的时间，缩短了生产周期，出料放热单元302可以将热量输出之后再排出干料。
53.示例性的，如图1所示，本发明实施例还包括可控阀门900，干化装置200的冷凝水出口通过可控阀门900与蒸汽转化装置400的冷凝水入口连通。冷媒温度调节组件800还包括温度感应组件1200以及与温度感应组件1200和可控阀门900电连接的控制装置，温度感应组件1200用于检测进料组件100的吸热腔出口的冷媒温度。
54.具体实施时，当温度感应组件1200检测到进料组件100的吸热腔出口的冷媒温度高于设定温度，例如40℃时，说明进入冷媒温度调节组件800的冷凝水量过多，此时，可以利用控制器控制可控阀门开度变大，使得冷凝水直接进入蒸汽转化装置400的流量更大，冷凝水直接进入冷媒温度调节组件800的流量更小，从而调节流出冷媒温度调节组件800的冷媒的温度变低，进而使得进入进料组件夹层的冷媒温度降低。
55.当温度感应组件1200检测到进料组件100的吸热腔出口的冷媒温度低于设定温度，例如40℃时，说明进入冷媒温度调节组件800的冷凝水量过低，此时，可以利用控制器控制可控阀门开度变小，使得冷凝水直接进入蒸汽转化装置400的流量变小，冷凝水直接进入冷媒温度调节组件800的流量变大，从而调节流出冷媒温度调节组件800的冷媒的温度升高，进而使得进入进料组件100夹层的冷媒温度升高。
56.示例性的，如图1所示，本发明实施例的干化系统还包括与蒸汽转化装置400的冷凝水入口连通的多级闪蒸单元1300，可控阀门900的出口与多级闪蒸单元1300的冷凝水入口连通，多级闪蒸单元1300的蒸汽出口经过蒸汽压缩装置500与干化装置200的蒸汽入口连通。应理解，多级闪蒸单元1300的冷凝水出口的温度为95℃左右。为了方便蒸汽的利用，当本发明实施例的干化系统包括多级闪蒸单元1300时，可以将加热装置600设置在容积更小的多级闪蒸单元1300上，在开机前将水放在多级闪蒸单元内，此时，可以进一步减少开机产生的电耗。
57.具体实施时，上述多级闪蒸单元1300可以先将干化装置200排出的高温冷凝水进行闪蒸，闪蒸后的水汽直接进入蒸汽压缩装置500进行压缩升温，然后输送至干化装置200
干燥湿料。同时，多级闪蒸单元1300闪蒸后的冷凝水温度降低，再输送至蒸汽转化装置400。本发明实施例通过设置多级闪蒸单元1300，可以避免干化装置200排出的冷凝水温度过高破坏蒸汽转化装置400的传热温差。
58.示例性的，上述多级闪蒸单元1300的冷凝水出口还与蒸汽压缩装置500的蒸汽出口连通。当蒸汽压缩装置500的蒸汽出口的蒸汽温度大于140℃时，可以采用多级闪蒸单元1300排出的冷凝水作为蒸汽压缩装置500的蒸汽出口处的蒸汽减温水，用于对蒸汽压缩装置500内或出口处的蒸汽进行减温。
59.示例性的，如图1所示，多级闪蒸单元包括第一闪蒸单元1301和第二闪蒸单元1302，第一闪蒸单元1301的液体入口与干化装置200的冷凝水出口连通，第一闪蒸单元1301的液体出口与第二闪蒸单元1302的液体入口连通，第一闪蒸单元1301的蒸汽出口与蒸汽压缩装置500的入口连通，第二闪蒸单元1302的液体入口与蒸汽转化装置400的液体入口连通，第二闪蒸单元1302的蒸汽出口与蒸汽压缩装置500的入口连通。
60.具体实施时，上述第一闪蒸单元1301可以先将干化装置200排出的高温冷凝水进行闪蒸，闪蒸后的水汽直接进入蒸汽压缩装置500进行压缩升温，然后输送至干化装置200干燥湿料。上述第一闪蒸单元1301将干化装置200排出的高温冷凝水进行闪蒸后剩余的冷凝水可以输送至第二闪蒸单元1302，第二闪蒸单元1302继续进行闪蒸，闪蒸后的气体直接进入蒸汽压缩装置500进行压缩升温，闪蒸后的剩余的冷凝水一部分输送至蒸汽转化装置400进行换热，一部分输送至蒸汽压缩装置500对蒸汽进行降温。应理解，蒸汽压缩装置500的出口可以设置温度监控组件，当蒸汽压缩装置500内的蒸汽温度大于设定温度，例如140℃时，控制蒸汽转化装置或者多级闪蒸单元中的冷凝水输送至蒸汽压缩装置500的入口。应理解，蒸汽减温水的通入位置可以根据实际需要设置在系统的合适位置。例如：减温水的加入位置可以由压缩机厂家设定。
61.在一种可选方式中，如图1所示，本发明实施例的干化系统还包括气液分离装置1400，蒸汽转化装置400的废液出口依次经气液分离装置1400和废液管路1500与冷媒温度调节组件800连通。应理解，此处的废液为污冷凝水，污冷凝水的温度大于出料组件300的放热腔排出的冷媒的温度。
62.具体实施时，上述蒸汽转化装置400中的第二蒸汽与冷凝水进行换热，第二蒸汽冷凝为废液，废液和少量不凝气进入气液分离装置1400进行气体和液体分离，分离出来的不凝气通过风机抽吸排至处理装置进行处理，分离出来的废液通过废液管路1100排入冷媒温度调节组件800对从出料组件300的放热腔排出的冷媒进行进一步加热，使得冷媒的温度进一步升高。另外，可以利用降温后的污冷凝水对不凝气进行洗涤，避免了使用新鲜水，减少了污水排放量。
63.具体实施时，上述废液管路1500将废液排至第一冷媒温度调节装置801，此时，从出料组件300的放热腔排出的冷媒可以进入第一冷媒温度调节装置801，利用废液进行进一步提升温度后排至第二冷媒温度调节装置802，然后再利用干化装置排至第二冷媒温度调节装置802中的冷凝水继续提升温度，获得加热后的冷媒。此后，将加热后的冷媒通入进料组件的夹层，对湿料进行预热。利用第一冷媒温度调节装置801中的污冷凝水和第二冷媒温度调节装置802中的冷凝水对出料组件300的放热腔排出的冷媒进行加热以使冷媒具有较高的温度从而对湿料进行预热，从而可以降低干化装置200干燥时的蒸汽用量，实现了能量
的梯级利用，节省了蒸汽压缩装置的电耗。
64.在另一种示例中，图2示出了本发明实施例的第二种干化系统的工艺流程图。如图2所示，本发明实施例的第二种干化系统包括：进料组件100、干化装置200、出料组件300、蒸汽转化装置400、蒸汽压缩装置500、加热装置600、冷媒容器700和冷媒温度调节组件800、自动控制阀1000、温度传感器1100和废液管路1500。其中，进料组件100包括进料预热单元101和密封进料单元102，出料组件300包括密封出料单元301和出料放热单元302，冷媒温度调节组件800包括第一冷媒温度调节装置801和第二冷媒温度调节装置802。
65.在此基础上，本发明实施例的第二种干化系统与图1的第一种干化系统的区别在于，第二种干化系统的蒸汽转化装置400可以为蒸汽洗涤塔，蒸汽洗涤塔用于将第二蒸汽进行净化后输送至蒸汽压缩装置500，以使得进入蒸汽压缩装置的第二蒸汽中的杂质减少，进而使得整个系统内残留的杂质变少，提高了干化系统的使用寿命。同时，第二种干化系统也可以不设置多级闪蒸单元、可控阀门900和温度感应组件1200，直接利用干化装置200排出的冷凝水经冷媒温度调节装置进行换热后输送至蒸汽洗涤塔，蒸汽洗涤塔的废液出口经废液管路与冷媒温度调节组件连通。
66.本发明实施例还提供一种干化方法，该干化方法包括：利用进料组件向干化装置输送湿料，干化装置利用第一蒸汽对所述湿料进行干燥，获得干料。其中，干化装置利用第一蒸汽对所述湿料进行干燥的过程中，湿料中的水分以第二蒸汽的形式排放至蒸汽转化装置，第一蒸汽在干燥所述湿料后，至少部分以冷凝水的形成排放至蒸汽转化装置，冷凝水在蒸汽转化装置吸收所述第二蒸汽的热量，转换为第三蒸汽，利用蒸汽压缩装置对第三蒸汽进行压缩升温，将压缩升温后的第三蒸汽通入所述干化装置中。
67.示例性的，当上述干化系统包括冷媒容器和冷媒温度调节组件，本发明实施例干化方法还包括：利用温度调节组件对冷媒容器提供的冷媒与冷凝水进行冷热交换，使得冷媒被冷凝水预热，冷凝水被所述冷媒降温。将经过降温的冷凝水通入所述蒸汽转化装置，利用经过加热的冷媒对进料组件中的湿料进行预热。
68.举例来说，当上述干化系统包括可控阀门、温度感应组件以及与温度感应组件和可控阀门电连接的控制装置，干化方法还包括：当进料组件的吸热腔出口的冷媒温度大于预设温度时，控制可控阀门调节冷凝水进入冷媒温度调节组件的流量减少。当进料组件的吸热腔出口的冷媒温度小于预设温度时，控制可控阀门调节冷凝水进入冷媒温度调节组件的流量增大。
69.在一种可选方式中，本发明实施例的干化系统中，任意冷凝水管路和冷媒管路都可以设置水泵，用于输送冷凝水或冷媒。
70.由上可见，本发明实施例可以利用进料组件以密封方式向干化装置输送湿料，所述干化装置利用第一蒸汽对所述湿料进行干燥，获得干料，利用出料组件以密封方式从干化装置输出干料的同时对干料进行降温，回收干料余热，利用冷媒循环依次回收干料、蒸汽转化装置废液(湿料蒸发冷凝液)、干化装置冷凝液余热，用于对湿料预热。
71.综上所述，本发明实施例的干化系统只需要在开机后将蒸汽转化装置400中的水进行物理加热形成水蒸汽后，再利用蒸汽压缩装置500进行压缩升温后通入干化装置对湿料进行干燥，即可实现湿料中第二蒸汽的回收利用，因此，不需要持续对干化系统进行加热，减少了电耗，节约了生产成本。同时，本发明实施例的干化系统实现了一个闭环系统，冷
凝水和冷媒都可以循环使用，冷媒水作为热回收介质，回收干料及污冷凝水的余热对湿料进行预热，湿料干燥过程中产生的第二蒸汽也可以继续排出至蒸汽转化装置进行循环利用。在整个系统运行过程中，只有蒸汽转化装置开机时和蒸汽压缩装置压缩升温时会产生少量电耗，其余的能量均来自于系统本身，大大减少了干化系统的能耗和电耗，节约了生产成本。
72.本发明实施例的两种干化系统均采用密封进出料、干化装置腔室温度为100℃左右，汽压与环境气压相等，无空气混入，干化装置排不凝气热损失极少，干料及污冷凝水通过余热回收系统回收余热用于预热湿料，余热回收比例约为干料及污冷凝水所携热量的67％左右，所有设备、管道进行保温，使系统散热降低到最低水平，通过以上措施，可实现排出系统的总能量与蒸汽压缩装置输入系统的总能量基本平衡。
73.本发明实施例以含水率80％的污泥干化到含水率40％为例，能量平衡见表1。
74.表1：能量平衡(以干化1kg湿污泥为基准)
75.项目单位(kj/kg)余热量281.9干污泥中余热量59.0污冷凝水中余热量222.9余热回收量(湿污泥预热耗热量)188.4从干污泥中回收热量36.9从污冷凝水中回收热量151.5未利用的余热量93.5干污泥热损失22.1污冷凝水热损失71.4干化装置排不凝气及系统散热损失132.9排出系统总热量226.4蒸汽压缩机输入系统总能量(留有余量)310.8
76.本发明实施例的干化系统以桨叶干化设备或立式圆盘干化设备为干化装置200时，干化1吨污泥电耗指标见表2。
77.表2：干化1吨污泥电耗指标
[0078][0079][0080]
本发明实施例的干化系统以桨叶干化设备或立式圆盘干化设备为干化装置200
时，蒸发1吨水的电耗指标见表3。
[0081]
表3：蒸发1吨水电耗指标
[0082][0083]
现有技术中的低温热泵除湿干化技术、浆叶式干化设备、立式圆盘干化设备或中温带式干化设备，将含水率80％的污泥干化到含水率40％的能耗指标如表4。
[0084]
表4：现有技术干化1吨泥和1吨水的电耗指标
[0085]
能耗指标单位低温热泵浆叶式立式圆盘中温带式干化1t泥电耗kwh168-23534.58.635.3干化1t泥汽耗t-0.840.840.95蒸发1t水电耗kwh250-35051.812.953.0蒸发1t水汽耗t01.271.271.43
[0086]
图3示出了本发明实施例的干化系统日处理100吨湿污泥的污泥干化能量平衡图。图4示出了本发明实施例的干化系统日处理100吨湿污泥的余热回收系统能量平衡图。
[0087]
由上表可知，本发明实施例的干化系统采用桨叶干化设备为干化装置时，干化1吨污泥的总电耗为134kwh，蒸发1吨水的总电耗为201kwh，采用立式圆盘干化设备为干化装置时，干化1吨污泥的总电耗为103kwh，蒸发1吨水的总电耗为155kwh。现有技术中采用低温热泵除湿干化技术时，干化1吨污泥的总电耗为168kwh-235kwh、蒸发1吨水的总电耗为250kwh-350kwh，其他干化方式都需要使用蒸汽，干化一吨泥总能耗高于650kwh，蒸发一吨水总能耗高于970kwh。
[0088]
由上表和图3、图4可知，本发明实施例的干化系统的蒸汽损失量远远小于现有技术，大大减少了蒸汽能耗，采用热泵技术，由干化装置、蒸汽转化装置以及热媒蒸汽压缩装置、蒸汽系统、二次蒸汽及污冷凝水系统、余热回收系统组成，实现了一个闭环系统，二次蒸汽、冷凝水和冷媒都可以循环使用，大大减少了热量损耗，节约了生产成本。
[0089]
本发明实施例的干化系统主要采用了热泵技术、密封状态的连续干燥技术、出料余热回收及进料预热技术。通过热泵系统回收物料蒸发水分的汽化潜热回用于物料干化，通过换热装置回收冷凝水及干物料中的余热用于湿物料预热，使系统热损失与蒸汽压缩机输入的电能保持平衡。热泵系统中蒸汽压缩机为热泵，水为热媒，干化设备为冷凝器，干化设备排汽(二次蒸汽)与热媒水的蒸汽转化装置为蒸发器，在蒸发器中热媒水吸热汽化，经蒸汽压缩机压缩升温后送污泥干化设备使用，冷凝后的高温热媒水经余热回收系统换热降温后再返回蒸发器吸热汽化，如此往复循环，实现能量平衡。
[0090]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范
围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明的意图包括这些改动和变型在内。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种干化系统，其特征在于，包括：进料组件、干化装置、出料组件、蒸汽转化装置以及蒸汽压缩装置，所述蒸汽转化装置可以是换热装置或洗涤装置，所述进料组件与所述干化装置的进料口连通，所述出料组件与所述干化装置的出料口连通；所述干化装置的蒸汽出口与所述蒸汽转化装置的蒸汽入口连通，所述蒸汽转化装置的蒸汽出口通过所述蒸汽压缩装置与所述干化装置的蒸汽入口连通，所述干化装置的冷凝水出口与所述蒸汽转化装置的冷凝水入口连通；所述进料组件和所述出料组件分别与所述干化装置密封，所述干化装置的干燥腔内的汽压与外界大气压相同。2.根据权利要求1所述的干化系统，其特征在于，所述干化系统还包括冷媒容器和冷媒温度调节组件，所述干化装置的冷凝水出口经所述冷媒温度调节组件与所述蒸汽转化装置的冷凝水入口连通，所述冷媒温度调节组件用于调节所述冷媒容器排出的冷媒温度以及进入所述蒸汽转化装置的冷凝水温度，所述进料组件的吸热腔出口的冷媒温度低于所述出料组件中的干料温度；当所述蒸汽转化装置为换热装置时，所述蒸汽转化装置的冷凝水入口温度低于所述蒸汽转化装置的蒸汽入口温度。3.根据权利要求2所述的干化系统，其特征在于，所述冷媒容器的出口依次经所述出料组件的吸热腔、所述冷媒温度调节组件和所述进料组件的吸热腔与所述冷媒容器的入口连通。4.根据权利要求3所述的干化系统，其特征在于，所述干化系统还包括：可控阀门，所述干化装置的冷凝水出口通过所述可控阀门与所述蒸汽转化装置的冷凝水入口连通。5.根据权利要求4所述的干化系统，其特征在于，所述干化系统还包括与所述蒸汽转化装置的冷凝水入口连通的多级闪蒸单元，所述可控阀门的出口与所述多级闪蒸单元的冷凝水入口连通，所述多级闪蒸单元的蒸汽出口经过所述蒸汽压缩装置与所述干化装置的蒸汽入口连通。6.根据权利要求5所述的干化系统，其特征在于，所述干化系统还包括温度感应组件以及与温度感应组件和所述可控阀门电连接的控制装置，所述温度感应组件用于检测所述进料组件的吸热腔出口的冷媒温度；所述控制装置用于在所述冷媒温度大于预设温度时，控制所述可控阀门的开度增大；所述控制装置用于在所述冷媒温度小于预设温度时，控制所述可控阀门的开度减小。7.根据权利要求1～6任一项所述的干化系统，其特征在于，当所述蒸汽转化装置为换热装置时，所述干化系统还包括气液分离装置，所述蒸汽转化装置的废液出口依次经所述气液分离装置和废液管路与所述冷媒温度调节组件连通，当所述蒸汽转化装置为洗涤装置时，所述蒸汽转化装置的废液出口经所述废液管路与冷媒温度调节组件连通。8.一种干化方法，其特征在于，应用于权利要求1～7任一项所述的干化系统，所述干化方法包括：利用进料组件以密封方式向干化装置输送湿料，所述干化装置利用第一蒸汽对所述湿料进行干燥，获得干料，利用出料组件以密封方式从干化装置输出干料；其中，所述干化装置利用第一蒸汽对所述湿料进行干燥的过程中，所述湿料中的水分以第二蒸汽的形式排放至蒸汽转化装置，所述第一蒸汽在干燥所述湿料后，至少部分以冷
凝水的形式排放至所述蒸汽转化装置；当所述蒸汽转化装置为换热装置时，所述冷凝水在所述换热装置吸收所述第二蒸汽的热量，转换为第三蒸汽，当所述蒸汽转化装置为洗涤装置时，所述冷凝水在所述洗涤装置中闪蒸汽化，与所述第二蒸汽共同转化为第三蒸汽，利用所述蒸汽压缩装置对所述第三蒸汽进行压缩升温，将压缩升温后的第三蒸汽通入所述干化装置中，所述干化装置的干燥腔内的汽压与外界大气压相同。9.根据权利要求8所述的干化方法，其特征在于，当所述干化系统包括冷媒容器和冷媒温度调节组件，所述干化方法还包括：利用冷媒容器提供的冷媒将出料组件中的干料进行冷却，得到加热后的冷媒；利用温度调节组件对蒸汽转化装置排放的废液以及所述冷凝水进行冷热交换，使得所述加热后的冷媒被所述废液及冷凝水进一步加热，所述废液及所述冷凝水被所述冷媒降温，降温后的废液排入外部污水处理系统；将经过降温的冷凝水通入所述蒸汽转化装置。利用经过进一步加热的冷媒对所述进料组件中的湿料进行预热。10.根据权利要求9所述的干化方法，其特征在于，当所述干化系统包括可控阀门、温度感应组件以及与温度感应组件和所述可控阀门电连接的控制装置，所述干化方法还包括：当所述进料组件的吸热腔出口的冷媒温度大于预设温度时，控制所述可控阀门调节所述冷凝水进入所述冷媒温度调节组件的流量减少；当所述进料组件的吸热腔出口的冷媒温度小于预设温度时，控制所述可控阀门调节所述冷凝水进入所述冷媒温度调节组件的流量增大。

技术总结
本发明公开一种干化系统及方法，涉及干燥领域，以解决低温热泵除湿干化的局限性和能耗依旧较高的问题。该干化系统包括：进料组件、干化装置、出料组件、蒸汽转化装置、蒸汽压缩装置，进料组件与干化装置的进料口连通，出料组件与干化装置的出料口连通，干化装置的蒸汽出口与蒸汽转化装置的蒸汽入口连通，蒸汽转化装置的蒸汽出口通过蒸汽压缩装置与干化装置的蒸汽入口连通，干化装置的冷凝水出口与蒸汽转化装置的冷凝水入口连通。本发明提供的干化系统及方法用于减少干化能耗，节约生产成本。节约生产成本。节约生产成本。


技术研发人员：赵心玥 赵宇 李可
受保护的技术使用者：赵心玥
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/7/26