本发明涉及一种污泥干燥技术领域，特别是一种太阳池式太阳能污泥干燥系统及其污泥干燥方法。
背景技术：
污泥是指在生产生活中产生的以及排水管渠中沉积的固体和水的混合物或胶体物，是一种由有机物质残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。近年来，随着我国人民生活水平的提高和工业的发展，污泥排放总量越来越大。而目前，对污泥的处理方式主要为污泥填埋、污泥堆肥、海洋弃置等方法，这都对生态环境造成巨大影响。所谓污泥干燥就是把污泥含水量从70％左右降至30％以下，以适应流化床的焚烧或熔融处理，为污泥处理的关键技术因素。目前，主要的干燥技术为热干燥，但是，以燃料燃烧作为热源的成本较高、落后的干燥模式以及较长距离运输污泥的能耗较大，导致其能源利用率和干燥效率均较低。因此，一种高效的热干燥污泥方法变得十分重要。
太阳能作为人类最大的可再生自然资源，具有清洁、廉价、永不枯竭的特点，已成为解决能源与环境双重危机的重要方向。将太阳能作为污泥干燥的能量来源具有深远的应用价值，因此，寻找新型高效、低能、可靠、可持续的太阳能污泥干燥方式已成为必然趋势。
针对太阳能污泥干燥技术，有许多实施方案。如CN 106517725A等专利中，提出了将太阳能应用在污泥干燥领域的方式。但其利用形式为直接蒸晒，太阳能利用效率较低，且因天气的影响导致系统运行稳定性、可靠性受限，污泥的异味亦会造成一定的环境污染。而以太阳池式太阳能利用装置，如专利CN 105841365A等，未能将其与太阳能电池结合达到光电光热多级利用；如专利CN 202692209U等，与本专利主要差别在于太阳池中未曾掺杂纳米颗粒且侧壁未倾斜，导致其太阳池辐射吸收面积与效率较低，且其吸收波段与太阳能电池吸收波段重叠较多，太阳能电池效率较低。
以上专利均存在太阳能利用不充分，光电光热转换效率低等问题，出于系统整体考虑，提升太阳能转化效率，实现热电自给自足具有较大意义。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光热光电多级利用的太阳池式太阳能污泥干燥系统及其污泥干燥方法。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
本发明的一个方面，一种太阳池式太阳能污泥干燥系统包括太阳池模块和污泥干燥模块。
所述太阳池模块包括太阳池蓄热换热部分和配电控制部分，其中，
太阳池蓄热换热部分包括：
太阳池，其吸收太阳光转换成热能，
光伏电池，其吸收经由太阳池聚集的短波长光能且光电转换成电能，
换热器，其将太阳池产生的热能传递给在换热器中流动的空气，
相变储热箱，其经由第一阀和第二阀连接所述换热器，通过第一阀或第二阀的开关以存储多余热能或向外输出热能；
配电控制部分包括控制电路运行的电路控制器、存储光伏电池产生的多余电能以及向外补给电能的锂电池蓄电组、将直流电转变为交流电的逆变器和整流分配电能的配电箱，配电箱电连接所述太阳池式太阳能污泥干燥系统的供电线路，
污泥干燥模块包括：
污泥干燥室，其包括经由风机输入由换热器产生的热空气的空气进口用于输入待干燥污泥的污泥进口、排出热空气的空气出口和排出干燥污泥的污泥出口，
分离器，连接所述污泥出口的分离器将排出的干燥污泥中的热空气分离并返回换热器，
筛分器，连接分离器的筛分器筛分干燥污泥且将小于预定粒径的干燥污泥输送到干污泥存储器，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室破碎后输入压碎污泥存储室，
混合器，其将压碎污泥存储室中的干燥污泥和脱水污泥混合后经由泵输送污泥进口。
在所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统中，所述污泥干燥室包括用于输送污泥的多层传送带和垂直传送带的多个导流板，其中，多层传送带间在水平方向上相错一定距离，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，用于引导热空气干燥的导流板在所述污泥干燥室中呈倒“弓”型排列，用于对流干燥的热空气从空气进口进入，在污泥干燥室内经由导流板呈倒“弓”型流动，最终从空气出口排出，待干燥污泥经由污泥进口输入第一层传送带，在第一层传送带末端自由下落入第二层传送带，第二层传送带反方向运输，最终由最后一层传送带从污泥出口排出。
在所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统中，传送带包括网状结构，所述网状结构含有多个微孔，导流板和传送带嵌套连接，导流板的宽度大于传送带的宽度。
在所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统中，所述太阳池包括隔热层、设在所述隔热层上的掺杂纳米颗粒的盐水池和覆盖在所述盐水池上方的聚光透射板，太阳池侧壁依照纬度不同倾斜一定角度，光伏电池铺设于太阳池侧壁与底部，换热器设在所述太阳池的底部。
在所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统中，所述导流板下端距传送带上表面大致10mm以控制污泥均匀度，所述空气进口设在所述污泥干燥室的前壁面，所述污泥进口设在所述污泥干燥室的左侧上部，空气出口设在所述污泥干燥室的后壁面和污泥出口设在所述污泥干燥室的右侧下部。
在所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统中，换热器中的空气吸收热量后经风机送至污泥干燥室干燥污泥，然后分别经由空气出口、分离器和空气调节器返回到换热器形成闭环的空气循环管路。
在所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统中，污泥干燥模块还包括对污泥脱水的脱水污泥存储室，脱水污泥存储室包括用于脱水的脱水设备，所述压碎室包括破碎设备，混合器包括搅拌设备。
在所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统中，空气调节器通过第三阀与大气相连，所述纳米颗粒由半导体或金属材料制成以提高盐水池的辐射吸收率。
在所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统中，所述太阳池式太阳能污泥干燥系统包括用于控制太阳池模块和污泥干燥模块运行的控制器，所述控制器包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述控制器包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
根据本发明的另一方面，一种所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统的污泥干燥方法步骤包括：
太阳池吸收太阳光转换成热能，光伏电池吸收经由太阳池聚集的短波长光能且光电转换成电能，换热器将太阳池产生的热能传递给在换热器中流动的空气；
换热器中的热空气经风机送至污泥干燥室干燥污泥，然后分别经由空气出口、分离器和空气调节器返回到换热器以形成闭环的空气循环管路，其中，设在所述空气循环管路中的相变储热箱通过第一阀或第二阀的开关以存储多余热能或向空气循环管路输出热能；
光伏电池产生的电能经由逆变器转变为交流电以及配电箱整流分配到系统的供电线路中，设在所述供电线路的电路控制器控制电路运行，设在供电线路中的锂电池蓄电组存储多余电能和向供电线路补给电能；
空气循环管路中的热空气经由空气进口进入污泥干燥室，在污泥干燥室内的热空气经由导流板呈倒“弓”型流动，最终从空气出口排出；
混合器将压碎污泥存储室中的干燥污泥与脱水污泥混合形成待干燥污泥，然后经由泵输送污泥进口以进入污泥干燥室，待干燥污泥经由污泥进口输入第一层传送带，在第一层传送带末端自由下落入第二层传送带，第二层传送带反方向运输，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，最终由最后一层传送带从污泥出口将干燥污泥输送到分离器分离出热空气，所述热空气导入空气循环管路，干燥污泥输送到筛分器，筛分器将小于预定粒径的干燥污泥筛分到干污泥存储器，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室破碎后输入压碎污泥存储室。
本发明的太阳池式太阳能污泥干燥系统太阳池模块对太阳能进行多级利用，利用掺杂纳米颗粒的太阳池吸收一部分可见光、红外光等波段的太阳能并通过换热器加热空气，通入污泥干燥系统；利用安放于太阳池壁面的光伏电池板吸收其他波段太阳光进行发电，向污泥干燥系统中的泵、风机等耗电设备供电。污泥干燥系统采用安放有空气导流板的多层传送带交错传输直接接触对流干燥方式，污泥从左上方传送带输入污泥干燥室，经交错式传送带一层层传递出干燥室；热空气由干燥室前壁面左侧进入，沿导流板呈倒“弓”型流道直接流过污泥表面，之后从干燥室后壁面右侧流出，后经空气调节器调压、除湿，最后流回换热器形成空气循环回路。经过干燥室干燥的污泥进入筛分器进行筛分，大块的污泥通过压碎室压碎后与脱水污泥混合重新进入干燥室干燥。
上述技术方案中太阳池模块可以对太阳光不同波长能量进行分级处理，同时供给整个系统的电力和热源需求。通过上述设计的太阳池结构能够提升能量品味、提高能量利用率，从而达到对太阳光全光谱高效多级利用的目的。
上述技术方案中传送带交错排布有利于污泥的脱落，有效的防止了污泥的板结；传送带呈网状结构有利于增大污泥与热空气的接触面积；热空气因空气导流板引流作用，与污泥接触的次数与时间大大增加；同时，空气导流板将污泥厚度保持在最佳干燥厚度10mm处，大大提升了污泥干燥的效率。
本发明通过优化太阳池结构和性能，达到高效利用太阳能，在加热空气的同时发电；提出并设计了新的污泥干燥模式，不仅增加了污泥与热空气的接触面积和接触时间，还有效防止了污泥板结现象的发生，从而减少污泥干燥时间，提高污泥干燥效率，达到节能减排的目的。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的太阳池式太阳能污泥干燥系统的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的太阳池式太阳能污泥干燥系统的太阳池结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的太阳池式太阳能污泥干燥系统的安放有空气导流板、多层交错传输对流干燥的污泥干燥室的流路示意图；
图4是根据本发明一个实施例的太阳池式太阳能污泥干燥系统的安放有空气导流板、多层交错传输对流干燥的污泥干燥室的结构示意图；
其中，1-太阳池；2-光伏电池；3-换热器；4-相变储热箱；5-污泥干燥室；6-分离器；7-空气调节器；8-筛分器；9-压碎室；10-干污泥存储室；11-压碎污泥存储室；12-混合器；13-脱水污泥存储室；14-配电箱；15-逆变器；16-电路控制器；17-锂电池蓄电组；18-第一阀；19-第二阀；20-风机；21-第一层传送带；22-第二层传送带；23-最后一层传送带；24-导流板；25-空气进口；26-污泥进口；27-空气出口；28-污泥出口；29-泵；30-第三阀；31-隔热层；32-掺杂纳米颗粒的盐水池；33-聚光透射板。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，图1是根据本发明一个实施例的太阳池式太阳能污泥干燥系统的结构示意图，如图1所示，一种太阳池式太阳能污泥干燥系统包括太阳池模块和污泥干燥模块。
所述太阳池模块包括太阳池蓄热换热部分和配电控制部分，其中，
太阳池蓄热换热部分包括：
太阳池1，其吸收太阳光转换成热能，
光伏电池2，其吸收经由太阳池1聚集的短波长光能且光电转换成电能，
换热器3，其将太阳池1产生的热能传递给在换热器中流动的空气，
相变储热箱4，其经由第一阀18和第二阀19连接所述换热器3，通过第一阀18或第二阀19的开关以存储多余热能或向外输出热能；
配电控制部分包括控制电路运行的电路控制器16、存储光伏电池2产生的多余电能以及向外补给电能的锂电池蓄电组17、将直流电转变为交流电的逆变器15和整流分配电能的配电箱14，配电箱14电连接所述太阳池式太阳能污泥干燥系统的供电线路，
污泥干燥模块包括：
污泥干燥室5，其包括经由风机20输入由换热器3产生的热空气的空气进口25、用于输入待干燥污泥的污泥进口26、排出热空气的空气出口27和排出干燥污泥的污泥出口28，
分离器6，连接所述污泥出口28的分离器6将排出的干燥污泥中的热空气分离并返回换热器3，
筛分器8，连接分离器6的筛分器8筛分干燥污泥且将小于预定粒径的干燥污泥输送到干污泥存储器10，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室9破碎后输入压碎污泥存储室11，
混合器12，其将压碎污泥存储室11中的干燥污泥和脱水污泥混合后经由泵29输送污泥进口26。
图3是根据本发明一个实施例的太阳池式太阳能污泥干燥系统的安放有空气导流板、多层交错传输对流干燥的污泥干燥室的流路示意图，在本发明所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，所述污泥干燥室5包括用于输送污泥的多层传送带和垂直传送带的多个导流板24，其中，多层传送带间在水平方向上相错一定距离，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，用于引导热空气干燥的导流板24在所述污泥干燥室中呈倒“弓”型排列，用于对流干燥的热空气从空气进口25进入，在污泥干燥室5内经由导流板24呈倒“弓”型流动，最终从空气出口27排出，待干燥污泥经由污泥进口26输入第一层传送带21，在第一层传送带21末端自由下落入第二层传送带22，第二层传送带22反方向运输，最终由最后一层传送带23从污泥出口28排出。
在本发明所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，传送带包括网状结构，所述网状结构含有多个微孔，导流板24和传送带嵌套连接，导流板24的宽度大于传送带的宽度。
图2是根据本发明一个实施例的太阳池式太阳能污泥干燥系统的太阳池示意图，在本发明所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，所述太阳池1包括隔热层31、设在所述隔热层31上的掺杂纳米颗粒的盐水池32和覆盖在所述盐水池32上方的聚光透射板33，太阳池侧壁依照纬度不同倾斜一定角度，光伏电池2铺设于太阳池侧壁与底部，换热器3设在所述太阳池1的底部。
图4是根据本发明一个实施例的太阳池式太阳能污泥干燥系统的安放有空气导流板、多层交错传输对流干燥的污泥干燥室的结构示意图，在本发明所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，所述导流板24下端距传送带上表面大致10mm以控制污泥均匀度，所述空气进口25设在所述污泥干燥室5的前壁面，所述污泥进口26设在所述污泥干燥室5的左侧上部，空气出口27设在所述污泥干燥室5的后壁面和污泥出口28设在所述污泥干燥室5的右侧下部。
在本发明所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，换热器3中的空气吸收热量后经风机20送至污泥干燥室5干燥污泥，然后分别经由空气出口27和分离器6返回到换热器3形成闭环的空气循环管路。
在本发明所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，污泥干燥模块还包括对污泥脱水的脱水污泥存储室13，脱水污泥存储室13包括用于脱水的脱水设备，所述压碎室9包括破碎设备，混合器12包括搅拌设备。
在本发明所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，空气调节器7通过第三阀30与大气相连，所述纳米颗粒由半导体或金属材料制成以提高盐水池的辐射吸收率。
在本发明所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统的优选实施例中，所述太阳池式太阳能污泥干燥系统包括用于控制太阳池模块和污泥干燥模块运行的控制器，所述控制器包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述控制器包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
为了进一步说明本发明，在一个实施例中，太阳池模块分为太阳池蓄热换热部分和配电控制部分，其中太阳池蓄热换热部分包括：太阳池1、光伏电池2、换热器3、相变储热箱4；配电控制部分包括：配电箱14、逆变器15、电路控制器16、锂电池蓄电组17；污泥干燥模块包括：污泥干燥室5、分离器6、空气调节器7、筛分器8、压碎室9、干污泥存储室10、压碎污泥存储室11、混合器12、脱水污泥存储室13。太阳光首先经太阳池1吸收转化为热能，由换热器3将热能传递给器内空气，剩余太阳光经光伏电池2吸收转化为电能，此外，相变储热箱4来储存太阳光高峰时的多余热能和补给太阳光低谷时的不足热能，通过第一阀18、第二阀19控制其存取，维持污泥干燥过程的连续运行；光伏电池2生的电能通过外电路与配电箱14、逆变器15、电路控制器16、锂电池蓄电组17连接，电路控制器16控制整个电路的运行，逆变器15将光伏电池2产生的直流电转变为交流电，再经由配电箱14整流分配给空气循环管路的风机电力需求和污泥物料输送过程的电力需求，锂电池蓄电组17用来储存光伏电池产生的多余电能以及补给不足电能，保证电路稳定连续运行；换热器3产生的热空气由风机通过管道进入污泥干燥室5，在导流板限制的流道内对污泥进行充分的干燥，干燥污泥后的冷空气进入空气调节器7调压、除湿，再返回换热器3进行循环加热；脱水污泥从脱水污泥存储室13送出，与从压碎污泥存储室11出的干燥压碎污泥，在混合器12中先进行预混合，然后进入污泥干燥室5，经由多层交替传输装置，与热空气充分接触干燥，在多层交替传输时污泥与传送带震动分离，预防污泥结块，干燥后的污泥进入分离器6，将填充在内部的空气分离出，分离后的空气进入空气调节器7与干燥污泥后的冷空气汇合后进入空气循环管路，返回换热器3，从分离器6送出的干燥污泥进入筛分器8筛分，大块不合格污泥经压碎室9压碎后送入压碎污泥存储室11，用来与需要干燥的污泥进行预混合，另一部分则为合格的干燥污泥，送入干污泥存储室10存储。
本发明采用的太阳池如图2所示，包括聚光透射板33、掺杂纳米颗粒的盐水池32、隔热层31、光伏电池2、换热器3。太阳光经聚光透射板33聚光后射入池中，掺杂纳米颗粒的盐水池32将一部分可见光以及红外光的能量转化为热能储存于盐水池底部，光伏电池2吸收短波段光能产生电能，隔热层31隔绝土壤等环境因素的影响，空气经换热器3加热后进入与图1相同的后续循环过程。
本发明采用的污泥干燥室结构如图3所示，热空气从污泥干燥室5前壁面进入，在污泥干燥室5内经由导流板26形成的流道呈倒“弓”型流动，直接接触污泥表面，最终从干燥室后壁面右侧部流出。脱水污泥由第一层传送带21从干燥室左上部进入，在传送带末端因重力和传送速度抛入第二层传送带22，偶数层传送带与奇数层运输方向相反，最终由最后一层传送带23从干燥室右下侧送出。传送带采用微型网状结构，有利于增加污泥与热空气的接触面积，传送带层间自由下落有利于防止污泥板结。导流板下侧与传送带之间留有10mm空隙，具有挡泥板的作用，使污泥厚度保持至最佳干燥厚度，有利于污泥干燥。同时，导流板和传送带之间采用嵌套模式，导流板比传送带宽，这样既可以保证热空气顺利沿着导流板流动，导流板又能支撑传送带，减少传送带的附加支撑。因此，这种污泥干燥室设计方案，在同等干燥时间内，增大污泥与热空气的接触面积与接触时间，从而大大提高了污泥干燥效率。
根据本发明一个实施例，一种所述的太阳池式太阳能污泥干燥系统的污泥干燥方法步骤包括：
太阳池1吸收太阳光转换成热能，光伏电池2吸收经由太阳池1聚集的短波长光能且光电转换成电能，换热器3将太阳池1产生的热能传递给在换热器中流动的空气；
换热器3中的热空气经风机20送至污泥干燥室5干燥污泥，然后分别经由空气出口27和分离器6返回到换热器3以形成闭环的空气循环管路，其中，设在所述空气循环管路中的相变储热箱4通过第一阀18或第二阀19的开关以存储多余热能或向空气循环管路输出热能；
光伏电池2产生的电能经由逆变器15转变为交流电以及配电箱14整流分配到系统的供电线路中，设在所述供电线路的电路控制器16控制电路运行，设在供电线路中的锂电池蓄电组17存储多余电能和向供电线路补给电能；
空气循环管路中的热空气经由空气进口25进入污泥干燥室5，在污泥干燥室5内的热空气经由导流板24呈倒“弓”型流动，最终从空气出口27排出；
混合器12将压碎污泥存储室11中的干燥污泥与脱水污泥混合形成待干燥污泥，然后经由泵29输送污泥进口26以进入污泥干燥室5，待干燥污泥经由污泥进口26输入第一层传送带21，在第一层传送带21末端自由下落入第二层传送带22，第二层传送带22反方向运输，其中，奇数层传送带与偶数层传送带传送方向相反，最终由最后一层传送带23从污泥出口28将干燥污泥输送到分离器6分离出热空气，所述热空气导入空气循环管路，干燥污泥输送到筛分器8，筛分器8将小于预定粒径的干燥污泥筛分到干污泥存储器10，大于预定粒径的干燥污泥经由压碎室9破碎后输入压碎污泥存储室11。
本发明与现有技术相比，通过太阳池收集太阳能同时产热产电，供给污泥干燥所需热能和系统运行所需电能，实现太阳能的多级阶梯式利用，提高太阳能广谱利用率、减小系统功率消耗，具有显著社会效益和循环经济效益，可广泛应用于污泥干燥领域。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。