用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的制作方法

本实用新型涉及净化和热回收系统，更具体地涉及用于污泥干化的废气的净化和热回收系统。

背景技术：

污泥干化，是指通过渗滤或蒸发等作用降低污泥含水率的过程。目前，污泥干化处理是一种有效的污泥处理方法。现今干化处理通常都会采用直接式干化，在污泥热干化过程中会释放出大量的废气，其成分复杂多样，是各种有机无机气体的混合物，如直接排放会对周围环境造成严重的二次污染，对人类生活环境危害严重。另外，在污泥干化处理中，排出的废气温度也比较高。因此，直接排放这样的废气导致大量热量的损失。

对于污泥干化处理产生的废气，已经发展出一些处理方式，例如生物过滤法，或者利用废气吸收塔、除尘器等。废气经过处理后即排放，而废气携带的热量没有被回收和再利用，从而增加了干化能耗成本。

在现有技术中也已经发展出一些对废气进行热量回收的方式，例如转轮式换热、板翅式换热、热管式换热、中间媒体式换热等。例如，在中国专利公开文献CN101618931A中，公开污泥干燥器的载气出口通入热泵系统中的蒸发器，为蒸发器中的吸热蒸发提供热量，然后将尾气从蒸发器排出。类似地，在另一份中国专利公开文献CN101774743A中，公开对污泥干化产生的尾气中的蒸汽热量通过潜热回收热泵进行热回收。然而，这些热回收方式的效率都比较低，而且废气中含有的污泥杂质会堵塞热回收设备并且造成腐蚀。

在污泥干化中产生的废气的上述处理方式都难以同时实现有效的废气处理和热回收功能。

因此，存在进一步改进废气处理的需求。

技术实现要素：

为了实现上述目标，本实用新型提供一种用于污泥干化的废气的净化和热回收系统，其包括：第一热交换流路，所述第一热交换流路包括第一换热器和第二换热器，第一换热介质在所述第一热交换流路中循环，并且在所述第一换热器中加热用于供应给污泥干化装置的处理气体；第二净化和热交换流路，所述第二净化和热交换流路包括容纳第二液体换热介质的热交换箱，从污泥干化装置排出的废气被输入所述热交换箱，使得所述废气受到所述第二液体换热介质的清洗并且将热量传递给所述第二液体换热介质以被降温,其中，所述第二液体换热介质向在第二换热器中的所述第一换热介质传递热量；以及第三浊液分离流路，所述第三浊液分离流路包括浊液分离箱，所述浊液分离箱的浊液进口接收从所述热交换箱的浊液出口排出的浊液，分离所述浊液，并且将获得的清液返回到所述热交换箱中。

从污泥干化装置排出的废气被输入热交换箱，不仅受到热交换箱中的第二液体换热介质的清洗，并且与热交换箱中的第二液体换热介质进行热交换，从而能够把热量转移到第二液体换热介质中以达到降温的目的。所述第二液体换热介质因此升温，升温后的第二液体换热介质再与第二换热器中的第一换热介质进行热交换，把热量转移到第一换热介质中，第一换热介质再把热量传递给要供应给污泥干化装置的处理气体，由此提高热回收效率，实现更好的节能效果。通过废气和第二液体换热介质、第二液体换热介质和第一换热介质的热量转换，能够充分回收热量，减少热损失。同时，废气也受到液体的充分清洗，去除其中的污泥杂质。

同时，在第三浊液分离流路中，浊液分离箱能够接收从热交换箱排出的浊液，并且通过重力作用将浊液分离成清液和污泥，清液被返回到热交换箱。由于清液仍然携带一部分热量，这进一步提高了热回收效率。

本实用新型用于污泥干化的废气的净化和热回收系统，来自外部环境的空气经由压缩机到达第一换热器。第一换热器将空气加热，随后加热的空气沿路径流到通风装置。经过通风装置加压的热空气沿路径进入污泥干化装置。热空气在污泥干化装置中对污泥进行干化处理后形成尾气或废气，该废气沿路径流向气体分配装置。废气经由废气进气管由气体分配装置均匀地排入热交换箱中的第二液体换热介质内，以便利用第二液体换热介质对废气进行清洗，并将废气中的热量传递到第二液体换热介质中，实现气-液热交换，从而实现废气热量的回收。集气装置收集从热交换箱排出的废气并利用该废气向第三换热器中的第一换热介质传递热量，这样能进一步回收废气所携带的部分热量。经过净化和降温的废气上升形成排气，被排放到环境中或者其他处理装置。

与此同时，第一换热介质通过第一换热器向空气释放热量而实现在第一换热器中第一换热介质与气体之间的热交换过程后，经过节流阀而来到第二换热器。热交换箱中的第二液体换热介质吸收了废气中的热量导致温度上升，第一换热介质在第二换热器中吸收第二液体换热介质中的热量，从而降低第二液体换热介质的温度，进而实现第二液体换热介质与在第二换热器中的第一换热介质之间的另一热交换过程。通过对废气热量转换到第二液体换热介质，再由第二液体换热介质将热能传递给第二换热器，从而实现多相变的热能转换，大大地提升热能的传递效率；通过集气装置收集从热交换箱排出的废气并利用该废气向第三换热器中的第一换热介质传递热量，进一步回收废气中的热量；通过废气、第二液体换热介质和第一换热介质的热能转换，能够充分回收热量，减少热损失，从而降低能耗。从上述流程可以看出，本实用新型流程巧妙，通过独特的热交换方式，能够快速有效实现热回收，使制热能效比COP达到3.0~8.0，从而提高干化速度，污泥干化效果好。另外，本实用新型利用第二液体换热介质对废气进行清洗，使废气中的污泥杂质得到有效的洗涤，更好地保证设备寿命，防止废气在热交换过程中堵塞或腐蚀设备，提高废气热回收的效率。

通过浊液分离装置回收热交换箱中的浊液，由于浊液仍携带有一部分热量，通过浊液分离后的液体重新流入热交换箱中，由此不仅实现液体的循环利用，而且实现对液体携带的一部分热量再回收，从而进一步提高热回收效率。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述净化和热回收系统还包括第四压缩气体流路，所述第四压缩气体流路包括用于引入压缩气体的压缩气体进口、气管以及位于所述压缩气体进口处的控制阀，其中，所述压缩气体进口设置靠近所述热交换箱的底部，而所述气管布置在所述热交换箱内靠近所述热交换箱的底部并且具有多个排气孔，使得压缩气体经由所述多个排气孔喷射到所述第二液体换热介质中。在需要时，将压缩气体喷入第二液体换热介质中，可以帮助将沉积在热交换箱底部的污泥杂质搅动起来，从而有助于污泥杂质从浊液出口排出。

作为本实用新型的另一个优选实施例，所述第一热交换流路还包括第三换热器，其中，所述第三换热器与所述第二换热器串联或并联连接，置于所述热交换箱外部，并且所述第一换热介质在所述第三换热器中与所述热交换箱的排气进行热交换以进一步降温所述废气，其中，所述废气通过集气装置收集。

可选地，第二换热器和/或第三换热器可以包括多个换热器。

优选地，所述第一热交换流路由热交换回路构成，包括压缩机和节流阀，所述压缩机压缩来自第二换热器和/或第三换热器的所述第一换热介质并将压缩后的第一换热介质排给所述第一换热器，所述第一换热介质在所述第一换热器中加热所述处理气体，然后经由所述节流阀流入所述第二换热器和/或第三换热器。

优选地，所述处理气体在流过所述第一换热器之前先流过所述压缩机。

优选地，所述第二液体换热介质是水、清洗液或离子液体的一种或多种。

优选地，所述第二换热器置于所述热交换箱内部。优选地，废气在所述热交换箱内在液面以下排入所述热交换箱。

优选地，所述处理气体是空气。

优选地，气体分配装置被提供，用于均匀分配废气进入热交换箱。

优选地，所述处理气体由通风装置从所述第一换热器送入污泥干化装置。

优选地，在所述热交换箱中，所述废气还直接向所述第二换热器中的所述第一换热介质传热。

在下面将参考附图进一步详细解释本实用新型的细节，特征和优点。

附图说明

图1是根据本实用新型的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的第一个优选实施例的示意图。

图2是根据本实用新型的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的第二个优选实施例的示意图。

图3是根据本实用新型的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的第三个优选实施例的示意图。

图4是根据本实用新型的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的第四个优选实施例的示意图。

图5是根据本实用新型的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的第五个优选实施例的示意图。

附图标记：

1 污泥干化装置

2 第一热交换流路

21 压缩机

22 第一换热器

23 节流阀

24 第二换热器

25 第三换热器

3 第二净化和热交换流路

31 热交换箱

311 清液进口

312 第一控制阀

313 废液出口

314 第二控制阀

315 浊液出口

316 压缩气体进口

317 气管

318 第三控制阀

32 气体分配装置

321 进气管路

322 出气

323 第二液体换热介质

4 通风装置

5 处理气体

6 集气装置

7 第三浊液分离流路

71 浊液分离箱

701 浊液进口

702 排液口

703 补液口

704 污泥出口

705 第四控制阀

706 第五控制阀

72 泵。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实用新型用于污泥干化的废气的净化和热回收系统包括多个流路：第一热交换流路2，第二净化和热交换流路3，第三浊液分离流路7。可选地，该系统还可包括第四压缩气体流路8。

第一热交换流路2为污泥干化装置1提供热的处理气体，例如热的空气。来自外部环境的空气被引入第一热交换流路2中并且在其中被加热。加热后的空气由通风装置4送入污泥干化装置1中，用作处理气体。在污泥干化装置1内热的处理气体对污泥进行干化处理，从而产生尾气或废气。从污泥干化装置1排出的废气被输入第二净化和交换流路3中以被净化和降温。

在一个优选实施例中，第一热交换流路2由热交换回路构成，其包括压缩机21，第一换热器22、节流阀23、第二换热器24。替代地，该热交换回路还可包括第三换热器25。第一换热介质在该热交换回路中循环。压缩机21压缩处于气态的第一换热介质，并且将压缩后的高温高压的第一换热介质排给第一换热器22。第一换热介质在第一换热器22中被从第一换热器22上流过的处理气体5（例如来自外部的空气）冷凝，变成液态，处理气体因此被加热。在这里，第一换热器22相当于冷凝器。冷凝后的第一换热介质经过节流阀23以低温低压的液态形式进入第二换热器24和/或第三换热器25。在第二换热器24和/或第三换热器25中，第一换热介质从第二热交换流路3吸收热量进行蒸发。因此，第二换热器24和/或第三换热器25相当于蒸发器。蒸发后的第一换热介质被压缩机21吸入以进行新的压缩循环。第一换热介质例如可以是R134a,R407c,R410a等。

第二换热器24置于热交换箱31的内部，而第三换热器25置于热交换箱31的外部。从热交换箱31收集来的排气被用来向在第三换热器25内流动的第一换热介质传递热量。

优选地，处理气体在流过第一换热器22之前先流过压缩机21，帮助冷却压缩机21并且因此得到预加热，从而提高热量的回收效率。

在第一换热器22中被加热的处理气体则通过通风装置4，优选为鼓风装置和/或引风装置，送入污泥干化装置1。从污泥干化装置1排出的废气，即用过的处理气体，被输入第二净化和热交换流路3中。

第二净化和热交换流路3包括容纳第二液体换热介质323的热交换箱31。废气离开污泥干化装置1后经由进气管路321被排入热交换箱31。在热交换箱31内，废气受到第二液体换热介质323的充分清洗。同时，废气不仅直接与第二液体换热介质进行热交换，而且还直接与第二换热器24中的第一换热介质进行热交换。

如图1所示，在一个优选实施例中，热交换箱31包括用于引入第二液体换热介质323的清液进口311、用于排出废液的废液出口313和用于排出浊液的浊液出口315，其中，清液进口311和废液出口313分别设置靠近热交换箱31的底部，而浊液出口315设置靠近所述热交换箱31的上部。另外，在废液出口313处设有第二控制阀314，这样的设置允许对热交换箱31进行清洁，以及补充或更换第二液体换热介质，例如在需要时，可以从热交换箱31排走废液（打开第二控制阀314）和/或浊液，并且通过清液进口311向热交换箱31注入新的（干净的）第二液体换热介质。

优选地，热交换箱31还提供气体分配装置32，分别通过管路与热交换箱31和污泥干化装置1形成气体连通。特别地，连接气体分配装置32和热交换箱31的进气管路321被插到热交换箱31内的第二液体换热介质的液面以下，进气管路321插入的深度足以保证气体和液体之间的充分热交换。

来自污泥干化装置11的废气被汇集到气体分配装置32中，并经过进气管路321排到热交换箱31中的第二液体换热介质内。在该实施例中，第二液体换热介质为水。但是，第二液体换热介质并不限于水，其它合适的液体也可被使用，例如清洗液和离子液体中的一种或多种。

废气在热交换箱31中被清洗并将热量传递给第二液体换热介质，因此被降温。由此实现了废气的净化和热量的回收。废气在降温后，在第二液体换热介质中自动地上升到第二液体换热介质的液面以上，进而被集气装置6收集。

从废气获得热量的第二液体换热介质经由第二换热器24再将热量传递给在第二换热器24中流动的第一换热介质以蒸发第一换热介质。

第三浊液分离流路7包括浊液分离箱71。浊液分离箱71分别设有浊液进口701，排液口702，补液口703和污泥出口704。浊液进口701，排液口702和补液口703均设在浊液分离箱71的上部，而污泥出口704设在浊液分离箱71的底部。在补液口703处设有第四控制阀705，并且在污泥出口704处设有第五控制阀706。浊液进口701与热交换箱31的浊液出口315流体连通以接收从热交换箱31排出的浊液。排液口702与热交换箱31的清液进口311流体连通，以将在浊液分离箱71中分离出的清液（除掉污泥的液体）返回到热交换箱31中。补液口703则用于向浊液分离箱71内注入新的液体（即第二液体换热介质）。

可选地，第三浊液分离流路7还可包括泵72，以将清液从浊液分离箱71泵送到热交换箱31中。

可选地，在热交换箱31的浊液出口315和浊液分离箱71的浊液进口701之间可以设置附加的换热器（图中未示出）。第一换热介质从该附加的换热器中流过，以便将从热交换箱31流出的浊液中的热量传递给该第一换热介质，进一步提高热回收效率。

第四压缩气体流路8包括用于引入压缩气体的压缩气体进口316、气管317以及设置在压缩气体进口316处的第三控制阀318，其中，气管317布置在热交换箱31内并且靠近热交换箱31的底部。该气管具有多个排气孔，使得压缩气体经由所述多个排气孔喷射到所述第二液体换热介质中。在需要时，打开第三控制阀318，让压缩气体喷入第二液体换热介质中，可以帮助将沉积在热交换箱底部的污泥杂质搅动起来，从而有助于污泥杂质从浊液出口315排出。

图1示出根据本实用新型的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的第一个优选实施例。

在该实施例中，用于污泥干化的废气的净化和热回收系统包括第一热交换流路2，第二净化和热交换流路3和第三浊液分离流路7。

第一热交换流路2包括压缩机21，第一换热器22、节流阀23和第二换热器24。第一换热介质在该热交换回路中循环。其中，第二换热器24置于第二净化和热交换流路3中的热交换箱31内。压缩机21压缩第一换热介质并将其输送到第一换热器22，在第一换热器22中第一换热介质向外部释放热量（即加热处理气体），之后经节流阀23调节流量进入到第二换热器24。在第二换热器24中，第一换热介质通过从第二液体换热介质吸收热量而蒸发为气体，然后返回到压缩机21中。

处理气体在流过第一换热器22之前先流过压缩机21，帮助冷却压缩机21并且因此得到预加热。预加热的处理气体然后进入第一换热器22以被进一步加热。加热后的处理气体经由通风装置4送入污泥干化装置1中。

可选地，根据需要在热交换箱31中可以设置多个第二换热器24。多个第二换热器24可以是串联或并联布置，从而提高第二液体换热介质323的热量传递给第一换热介质的效率。

在第二净化和热交换流路3中，热交换箱31设有气体分配装置32，用于将来自污泥干化装置的废气均匀地排到热交换箱31内部的第二液体换热介质中。废气在热交换箱31内受到第二液体换热介质的清洗，并且向第二液体换热介质传递热量。同时，该废气也会直接向第二换热器24内的第一换热介质传递热量。经过清洗和降温后的废气上升到热交换箱31内的液面以上形成出气322，被直接排出。

当热交换箱31的底部的污泥杂质积蓄过多，影响到第二热交换器24的热交换效率时，可以关闭泵72，停止向热交换箱31内注入新液或清液，且打开第二控制阀314使液体从热交换箱31的底部经由废液出口313排出。

当热交换箱31内的液位超过浊液出口315时，第二液体换热介质（在这里称为浊液）从浊液出口315流向第三浊液分离流路7的浊液分离箱71的浊液进口701。浊液在浊液分离箱71内利用重力作用产生分层，污泥杂质沉淀在浊液分离箱71的底部，而清液形成在浊液分离箱71的上部。清液然后从排液口702离开浊液分离箱71并由泵72泵送到热交换箱31内，以重复利用第二液体换热介质以及回收其所携带的部分热量。

当浊液分离箱71内的液位低于预定液位时，打开第四控制阀705以补充清液（即新的第二液体换热介质）。

当上面所描述的净化和热回收系统被投入使用时，处理气体一般取自外部环境的空气，一般采用如下的操作步骤。

首先打开泵72，将第二液体换热介质，例如水，从清液进口311注入热交换箱31中。在正常情况下，第二液体换热介质在热交换箱31内要达到预定的液面高度。然后，泵72被关闭。

随后启动第一热交换流路2和第二热交换流路3。

来自外部环境的空气经由压缩机21到达第一换热器22。第一换热器22将空气加热，随后加热的空气沿路径流到通风装置4。经过通风装置4加压的热空气沿路径进入污泥干化装置1。热空气在污泥干化装置1中对污泥进行干化处理后形成尾气或废气，该废气沿路径流向气体分配装置32。废气经由废气进气管由气体分配装置32均匀地排入热交换箱31中的第二液体换热介质内，以便利用第二液体换热介质对废气进行清洗，并将废气中的热量传递到第二液体换热介质中，实现气-液热交换，从而实现废气热量的回收。经过净化和降温的废气上升形成排气322，被排放到环境中或者其他处理装置。与此同时，第一换热介质通过第一换热器22向空气释放热量而实现在第一换热器中第一换热介质与气体之间的热交换过程后，经过节流阀23而来到第二换热器24。热交换箱31中的第二液体换热介质吸收了废气中的热量导致温度上升，第一换热介质在第二换热器24中吸收第二液体换热介质中的热量，从而降低第二液体换热介质的温度，进而实现第二液体换热介质与在第二换热器中的第一换热介质之间的另一热交换过程。

由于废气中含有污泥杂质，因而在热交换箱31中进行气-液相互作用的过程中，废气中的污泥杂质被第二液体换热介质清洗，而滞留在第二液体换热介质中。为了保持第二液体换热介质的清洁，可以打开泵722，将第二液体换热介质从位于热交换箱31的底部的清液进口311引入热交换箱31，当热交换箱31中的第二液体换热介质的液位达到浊液出口315时，液体就从浊液出口315流出。

当热交换箱31的底部的污泥杂质积蓄过多，影响到第二热交换器24的热交换效率时，可以关闭泵72，并且打开第二控制阀314使废液从位于热交换箱31的底部的废液出口313排出。将热交换箱31内的废液排掉后，进行反向操作，即关闭第二控制阀314，并打开泵72以重新向热交换箱31内注入干净的或新的第二液体换热介质。可选地，可以在清液进口311处设置第一控制阀312，以更好地控制进入热交换箱31的第二液体换热介质的量。

图2示出根据本实用新型的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的第二个优选实施例。

图2所示实施例与图1所示实施例的不同之处在于还包括第四压缩气体流路8，其余部分与图1所示实施例相同，因此不再赘述。

第四压缩气体流路8包括用于引入压缩气体的压缩气体进口316、气管317以及设置在压缩气体进口316处的第三控制阀318，其中，气管317布置在热交换箱31内并且靠近热交换箱31的底部。该气管具有多个排气孔，使得压缩气体经由所述多个排气孔喷射到所述第二液体换热介质中。

随着液体中的污泥杂质的增加，热交换箱31中的第二液体换热介质变得浑浊，进而影响对后进入的废气的清洗。为此，可以打开第三控制阀318，使压缩气体从压缩气体气体进口进入位于热交换箱31内的底部附近的气管317。之后，压缩气体通过设置在气管317上的多个排气孔喷出，并将热交换箱31的底部的污泥杂质搅动起来，以有助于污泥杂质从浊液出口315排出。离开第二液体换热介质的压缩气体与经过清洗的废气一起排出。

图3示出根据本实用新型的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的第三个优选实施例。

图3所示实施例与图2所示实施例的不同之处在于第一热交换流路2还包括第三换热器25以及为该第三换热器25设有集气装置6。当前实施例的其余部分与图2所示实施例相同，因此不再赘述。

在该实施例中，第三换热器25与第二换热器24形成串联，来自第一换热器22的第一换热介质经由节流阀23先流入第三换热器25中再流入第二换热器24中。集气装置6收集从热交换箱31排出的废气322并利用该废气向第三换热器25中的第一换热介质传递热量。这样能进一步回收废气322所携带的部分热量。替代地，从热交换箱31排出的废气不需经过集气装置，而是直接进入第三热交换器25。

第三换热器25位于热交换箱31的上方。可选地，可以设置多个第三换热器25。多个第三换热器25可以是串联或并联布置，以提高废气的热回收率。图4示出根据本实用新型的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的第四个优选实施例。

图4所示实施例与图3所示实施例的不同之处在于来自第一换热器22的第一换热介质经由节流阀23先流入第二换热器24中再流入第三换热器25中。当前实施例的其余部分与图3所示实施例相同，因此不再赘述。

图5示出根据本实用新型的用于污泥干化的废气的净化和热回收系统的第五个优选实施例。

图5所示实施例与图3和4所示实施例的不同之处在于第二换热器24和第三换热器25并联连接。当前实施例的其余部分与图3和4所示实施例相同，因此不再赘述。

在该实施例中，来自第一换热器22的第一换热介质经由节流阀23分别流入第二换热器24和第三换热器25中。第一换热介质在第二换热器24中不仅从第二液体换热介质吸收热量，而且还直接从分布在第二液体换热介质中的废气吸收热量。在第三换热器25中，第一换热介质则从集气装置6收集的排气中吸收热量。

本实用新型大体具有以下的有益效果。

（1）废气先经受热交换箱内的第二液体换热介质的清洗，能够防止废气在热交换过程中堵塞和腐蚀设备，提高了废气热回收的效率。

（2）节能效果好，通过本实用新型的净化和热回收系统，实现高效热回收，提高污泥干化的效率。

（3）多相变，传热效率高，污泥干化速度快。通过废气和第二液体换热介质、第二液体换热介质和第一换热介质的热量转换，能够充分回收热量，减少热损失。

（4）流程简单、干化效果好，能够快速有效实现热回收，提高效果和速度。

（5）进入废气净化和热回收系统的废气在密闭的环境下进行净化和热回收，防止臭气产生，杜绝二次污染，十分环保。

（6）利用浊液分离装置回收热交换箱中的浊液，由于浊液仍携带有一部分热量，通过浊液分离后的液体重新流入热交换箱中，由此不仅实现液体的循环利用，而且实现对液体携带的一部分热量再回收，从而进一步提高热回收效率。

虽然本实用新型已经参考示例性实施方式被描述，但是本领域技术人员将理解的是，在不偏离本实用新型的范围的情况下，可做出各种变化并且等同物可替代其元件。此外，可做出许多修改以使得具体情形或材料适合于本实用新型的教导而不偏离本实用新型的实质范围。因此，本实用新型旨在不局限于具体的实施方式，而是本实用新型将包括落入所附权利要求书范围内的全部实施方式。