本实用新型涉及一种污泥处理设备，具体涉及一种能够有效减少污泥真空冷冻干燥技术中升华再干燥阶段能耗的污泥冷冻干燥装置，属于污泥处理领域。
背景技术：
随着我国工业化进程的深入发展，各种农药厂大量出现，并由此产生了大量的有毒污水。这些污水在经过处置之后，大量有毒有害、难以降解的有毒物质，如汞、砷、酚、铅及农药、农药中间体等都存在于污泥中，此类污泥不仅毒性大而且恶臭味大，若采用传统的板框压滤的方式对其进行处理只能压滤到70%左右。且此类污泥属于高危废类型，处置成本较高，因此为了减少后续处置成本，就需要对此类污泥进行减量处理。由于此类污泥属于热敏性物质，在50℃左右即会出现熔融状态，所以热干化、低温干化等传统的污泥处理方式都不适用。目前对于此类污泥的处理，主要采用的是冷冻干燥技术，这一技术不仅能够有效地完成污泥的干化处理，并且不会产生较难闻的气味，对环境的危害较小。
冷冻干燥技术又称升华技术，该技术能够将物料冻至共熔点以下，并置于高真空的容器中，再通过供热使物料中的水分直接从固态冰升华为水汽。与发达国家相比，我国现阶段关于真空冷冻干燥技术的基础理论研究显得滞后和薄弱。目前我国常见的污泥冷冻干燥装置不仅耗电量较大，并且干燥时间长。
从上述冷冻干燥技术的原理中我们可以看出，冷冻干燥技术可以简单地分为两个过程：1、冷冻到共熔点以下；2、升华再干燥。在实际的应用过程中，为了使冻结后制品中的水蒸气不断地从冰晶中升华，就必须提供水蒸气升华所需的足够热量，因此在装置内部就需要配置必要的加热组件。整套加热组件中除了较为常见的加热板以外，还包括有用于对热媒进行加热的部件。具体而言，目前常用的热媒加热方式有电加热，蒸汽加热，微波加热等，但是这些加热方式耗能都比较大。以溶剂水为例，在25℃条件下，每千克水冻成冰，放出的热量为438千焦，而每千克冰完全升华成水蒸气约吸收2800千焦耳的热量。由此可以看出，真空冷冻干燥技术的第1阶段耗能较少，第2阶段耗能较多。 因此，冷冻干燥技术中升华再干燥阶段的能耗，决定了整个冷冻干燥过程的效率。
综上所述，如何设计出一种能够有效减少污泥真空冷冻干燥技术中升华再干燥阶段能耗的污泥冷冻干燥装置，就成为了本领域内的技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
鉴于现有技术存在上述缺陷，本实用新型的目的是提出一种能够有效减少污泥真空冷冻干燥技术中升华再干燥阶段能耗的污泥冷冻干燥装置。
本实用新型的目的，将通过以下技术方案得以实现：
一种污泥冷冻干燥装置，包括用于实现待处理污泥冷冻的污泥冷冻组件，以及用于实现冻结污泥干燥的污泥升华干燥组件，还包括用于完成降温冷却、为所述污泥冷冻组件供能的制冷组件，以及用于实现热量交换及传导的热交换组件 ，所述制冷组件在运行过程中所产生的热量借助所述热交换组件被传导至所述污泥升华干燥组件内、并为冻结污泥的升华干燥过程供能。
优选地，所述污泥冷冻组件包括污泥冷冻箱以及设置于所述污泥冷冻箱内、用于实现污泥分散破碎的污泥破碎器，所述污泥冷冻箱底部还设置有可开关的、用于完成冻结污泥排出的活动挡板。
优选地，所述污泥升华干燥组件包括固定设置于所述污泥冷冻箱下方的升华干燥箱，当所述活动挡板开启时，所述污泥冷冻箱与所述升华干燥箱二者的内部空间相连通，所述升华干燥箱的内侧底部固定设置有用于升温加热的带孔加热板，所述污泥冷冻箱的侧壁上还开设有便于污泥残渣排出的污泥出料口。
优选地，所述制冷组件包括制冷器、盘管、冷阱、冷却水管路以及制冷剂管路，所述制冷器内设置有用于制冷的冷凝器，所述冷却水管路及所述制冷剂管路均与所述制冷器相连接，所述制冷组件还包括用于向所述制冷器内供水的水泵及水箱，所述水泵设置于所述制冷器与所述水箱之间。
优选地，所述盘管固定设置于所述污泥冷冻箱内、并借助所述制冷剂管路与所述制冷器相连通，所述污泥冷冻箱内还固定设置有与所述盘管相匹配、用于收集冷凝水的集水盘，所述集水盘设置于所述盘管的下方、并借助排水管与所述水箱相连通。
优选地，所述热交换组件包括热交换器、热交换进水管及热交换回水管，所述热交换器固定设置于所述带孔加热板的下方，所述热交换器上分别开设有进水口及出水口，所述进水口借助所述热交换进水管与所述制冷器相连通，所述出水口借助所述热交换回水管与所述水箱相连通。
优选地，还包括用于冷却水循环再利用的冷凝组件，所述冷凝组件包括水蒸气捕集冷凝仓，所述水蒸气捕集冷凝仓的侧壁上开设有水蒸气进气口，借助于所述水蒸气进气口，所述水蒸气捕集冷凝仓与所述升华干燥箱二者的内部空间相连通，所述冷阱固定设置于所述水蒸气捕集冷凝仓内、并借助所述制冷剂管路与所述制冷器相连通。
优选地，所述水蒸气捕集冷凝仓的侧壁上还开设有出风口及化霜排水口，所述化霜排水口与所述水箱相连通。
优选地，还包括用于对所述升华干燥箱内部进行辅助供热的真空组件，所述真空组件包括真空泵、进风管及出风管，所述真空泵借助所述进风管与所述出风口相连通，所述真空泵排出的热空气借助所述出风管被输送至所述升华干燥箱内。
优选地，所述带孔加热板的板体表面开设有多个用于热空气流通的热风孔，所述热风孔的孔径为500～700um。
本实用新型的突出效果为：本实用新型利用了制冷组件在运行过程中所产生的热量，并以水为媒介完成了对装置内部带孔加热板的加热，使得整个加热过程无需额外耗能。这样的设置方式，不仅充分保证了本实用新型在使用过程中能够高效地实现对冻结污泥中冰晶的升华干燥，且与现有的冷冻干燥装置相比，节约了至少40%的电能。除上述节能效果外，本实用新型结构明晰，使用者可以通过对现有设备的组装、改造而获得，设备制造成本相对较低，为其后续的大规模推广使用提供了基础。
总体而言，本实用新型使用效果良好、节能效果优异，具有很高的使用及推广价值。
以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
其中：11、污泥冷冻箱；12、污泥破碎器；13、活动挡板；14、集水盘；21、升华干燥箱；22、带孔加热板；23、污泥出料口；31、制冷器；32、盘管；33、冷阱；34、冷却水管路；35、制冷剂管路；36、水泵；37、排水管；38、水箱；41、热交换器；42、热交换进水管；43、热交换回水管；44、进水口；45、出水口；51、水蒸气捕集冷凝仓；52、水蒸气进气口；53、出风口；54、化霜排水口；61、真空泵；62、进风管；63、出风管。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型揭示了一种能够有效减少污泥真空冷冻干燥技术中升华再干燥阶段能耗的污泥冷冻干燥装置。
一种污泥冷冻干燥装置，包括用于实现待处理污泥冷冻的污泥冷冻组件，以及用于实现冻结污泥干燥的污泥升华干燥组件，还包括用于完成降温冷却、为所述污泥冷冻组件供能的制冷组件，以及用于实现热量交换及传导的热交换组件 ，所述制冷组件在运行过程中所产生的热量借助所述热交换组件被传导至所述污泥升华干燥组件内、并为冻结污泥的升华干燥过程供能。
所述污泥冷冻组件包括污泥冷冻箱11以及设置于所述污泥冷冻箱11内、用于实现污泥分散破碎的污泥破碎器12，所述污泥冷冻箱11底部还设置有可开关的、用于完成冻结污泥排出的活动挡板13。
所述污泥升华干燥组件包括固定设置于所述污泥冷冻箱11下方的升华干燥箱21，当所述活动挡板13开启时，所述污泥冷冻箱11与所述升华干燥箱21二者的内部空间相连通，所述升华干燥箱21的内侧底部固定设置有用于升温加热的带孔加热板22，所述污泥冷冻箱11的侧壁上还开设有便于污泥残渣排出的污泥出料口23。
在本实施例中，所述污泥破碎器12固定设置于所述污泥冷冻箱11的顶部位置，在实际的使用过程中，所述污泥破碎器12能够将污泥破碎成粒径为3~4cm大小的颗粒。这样的操作方式可以进一步提升污泥的冷冻效果、缩短污泥的冷冻时间。所述活动挡板13通过气压能够从中间向两侧打开，从而使得污泥能够顺利地落入所述升华干燥箱21内。当已完成冻结的污泥落入所述升华干燥箱21后，所述活动挡板13随即关闭。
所述制冷组件包括制冷器31、盘管32、冷阱33、冷却水管路34以及制冷剂管路35，所述制冷器31内设置有用于制冷的冷凝器图中未示出，所述冷却水管路34及所述制冷剂管路35均与所述制冷器31相连接，所述制冷组件还包括用于向所述制冷器31内供水的水泵36及水箱38，所述水泵36设置于所述制冷器31与所述水箱38之间。
所述盘管32固定设置于所述污泥冷冻箱11内、并借助所述制冷剂管路35与所述制冷器31相连通，所述污泥冷冻箱11内还固定设置有与所述盘管32相匹配、用于收集冷凝水的集水盘14，所述集水盘14设置于所述盘管32的下方、并借助排水管37与所述水箱38相连通。这样的结构设置均是为了提升本装置的循环性能，提升节能效果。
所述热交换组件包括热交换器41、热交换进水管42及热交换回水管43，所述热交换器41固定设置于所述带孔加热板22的下方，所述热交换器41上分别开设有进水口44及出水口45，所述进水口44借助所述热交换进水管42与所述制冷器31相连通，所述出水口45借助所述热交换回水管43与所述水箱38相连通。
所述污泥冷冻干燥装置还包括用于冷却水循环再利用的冷凝组件，所述冷凝组件包括水蒸气捕集冷凝仓51，所述水蒸气捕集冷凝仓51的侧壁上开设有水蒸气进气口52，借助于所述水蒸气进气口52，所述水蒸气捕集冷凝仓51与所述升华干燥箱21二者的内部空间相连通，所述冷阱33固定设置于所述水蒸气捕集冷凝仓51内、并借助所述制冷剂管路35与所述制冷器31相连通。
所述水蒸气捕集冷凝仓51的侧壁上还开设有出风口53及化霜排水口54，所述化霜排水口54与所述水箱38相连通。
除上述结构外，所述污泥冷冻干燥装置还包括用于对所述升华干燥箱21内部进行辅助供热的真空组件，所述真空组件包括真空泵61、进风管62及出风管63，所述真空泵61借助所述进风管62与所述出风口53相连通，所述真空泵61排出的热空气借助所述出风管63被输送至所述升华干燥箱21内。
此处需要提供优选实施例的是，所述带孔加热板22的板体表面开设有多个用于热空气流通的热风孔，所述热风孔的孔径为500~700um。这样的孔径设置既能够保证热空气顺利地进入到所述升华干燥箱21内，同时又能保证污泥颗粒不会沿热风孔落下，从而进一步确保本实用新型的使用效果。
以下简述本实用新型的完整工作过程：
污泥进入污泥冷冻箱11内，经污泥破碎器12的破碎，变成污泥颗粒。随后开启制冷器31和水泵36，此时所述制冷器31与冷阱33之间的管路保持关闭状态，集水盘14可收集盘管32所产生的冷凝水，并通过排水管37将水直接排至水箱38中。经过1-2小时，污泥被完全冻结，然后打开活动挡板13，冻结污泥顺利落入升华干燥箱21中。当已完成冻结的污泥落入所述升华干燥箱21后，所述活动挡板13随即关闭。随后关闭所述制冷器31与所述盘管32之间的管路，开启所述制冷器31与所述冷阱33之间的管路，对所述冷阱33进行制冷。此时同时开启真空组件，对所述升华干燥箱21和水蒸气捕集冷凝仓51进行抽真空，由于冻结污泥中的冰晶需要足够的热量才能升华，所述制冷器31通过冷凝器放热，产生的热量将从水箱38中经过水泵36抽至制冷组件中的冷却水加热，被加热的冷却水经过热交换进水管42流入热交换器41内，对带孔加热板22进行加热，为冻结污泥中的冰晶升华提供热量。冷却下来的冷水借助热交换回水管43回送到水箱38内。在此过程中，污泥中大量的冰晶开始升华为水蒸气，大量的水蒸气进入水蒸气捕集冷凝仓51内，并被所述冷阱33捕集成霜，化霜之后的水通过化霜排水口54排出至所述水箱38内，整个过程中所述水箱38中的冷却水循环利用，直至干燥完成。需要说明的是，整个过程可以依据客户需要的最终污泥含水率调整升华干燥时间，污泥含水率可以在10%～40%之间任意调节。
此外，所述真空泵61产生的热空气会借助所述出风管63被输送至所述升华干燥箱21内，为冻结污泥中的冰晶升华辅助供热，从而进一步确保本实用新型的使用效果。整个干燥结束后，将污泥残渣可从污泥出料口23排出，然后打包以供后续处置。
本实用新型利用了制冷组件在运行过程中所产生的热量，并以水为媒介完成了对装置内部带孔加热板的加热，使得整个加热过程无需额外耗能。这样的设置方式，不仅充分保证了本实用新型在使用过程中能够高效地实现对冻结污泥中冰晶的升华干燥，且与现有的冷冻干燥装置相比，节约了至少40%的电能。除上述节能效果外，本实用新型结构明晰，使用者可以通过对现有设备的组装、改造而获得，设备制造成本相对较低，为其后续的大规模推广使用提供了基础。
总体而言，本实用新型使用效果良好、节能效果优异，具有很高的使用及推广价值。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。