本发明涉及污泥干化处理技术领域，具体涉及一种基于多级热利用的污泥低温干化系统。
技术背景
随着经济的发展和城镇化的进程，我国市政污泥的产量也大幅度增加，污泥的无害化、减量化处理已经成为当今的环境热点问题。而传统的机械脱水得到的污泥含水率一般在75%~85%，不能满足后续处理的标准。因此，如果要进一步降低污泥的含水率，就必须进行热干化。
在污泥干化处理技术领域，中国专利申请cn201410536566.6公开了一种污泥干化平台装置，利用热水通过散热器与空气换热，再用热空气来干燥污泥，制造成本低、使用简单，然而由于没有对热量进行多级利用，因此能耗较大，系统运营成本偏高。
中国专利申请cn200920062589.2公开了一种复合加热盘式污泥干化机，在普通盘式干化机的基础上同时导入废热蒸汽和高温烟道尾气来干燥污泥，干化效率较高；但是，较高的干化温度会导致污染物排放量的增加，对环境产生二次危害。
中国专利申请cn201210194963.0公开了一种太阳能热泵联合污泥干化系统及干化方法，利用太阳能加热水并与空气换热，再用热空气进行干化，用热泵作为备用热源。虽然节约了成本，但是热量经过多次传递导致干化效率有所下降，干化时间增长。
中国专利申请cn201710590244.3公开了一种基于能量梯级利用的污泥干化系统，该系统利用热蒸汽作为热源，并用圆盘干化系统产生的热水加热压滤系统中的污泥，提升了能量利用效率，但同时依赖于电厂、锅炉厂提供热源，存在一定的地域限制。
结合上述对比文献，且通过对现有技术即污泥干化相关技术的整体分析，申请人发现，目前常规的污泥干化方法和相关设备主要存在以下几个问题：
1.利用废热蒸汽、导热油等作为热源在高温下（180-200℃）进行干化，能耗较高，增加干化成本。
2.高温干化会产生大量含硫含氮污染物，工作时会排放恶臭气体，对环境造成二次污染，得不偿失。
3.由于干燥介质温度低、与物料接触不充分等原因，导致干化效率偏低、干化时间增长。
4.干燥介质多使用废热烟气、饱和蒸汽等作为热源，依赖于电厂和锅炉厂，在技术使用上存在一定的地域限制。
技术实现要素：
为了克服现有技术存在的种种问题，本发明提供了一种热利用效率高、污染物排放少、干化效果好，且无臭无污染的污泥低温干化系统。
本发明通过以下技术方案实现，一种基于多级热利用的污泥低温干化系统，包括热处理装置、导流装置、脱水装置、干燥装置、低温干化装置和尾气处理装置；所述热处理装置包括加热器、进料口和自动温控装置；所述导流装置包括控制阀、电泵和导流管路；所述干燥装置包括热污泥管路和污泥传送装置，所述低温干化装置包括空气源热泵，所述尾气处理装置包括净化器和除湿器。原泥在热处理装置进行加热，形成加热污泥，所述加热污泥经导流管路流经热污泥管路，再进入脱水装置。所述脱水装置包括板框压滤机和粉碎机，经板框压滤机脱水后的脱水污泥送入粉碎机粉碎后送回污泥传送装置，与热污泥管路中的加热污泥换热。从干燥装置排出的尾气和水蒸气进入尾气处理装置进行净化和除湿，净化后的尾气通入低温干化装置，经空气源热泵加热后，再次通入干燥装置中，对污泥传送装置中的脱水污泥进行干化，构成尾气循环。
优选的，上述污泥传送装置包括多级换热盘和设置于所述换热盘上方的耙，脱水污泥置于所述换热盘上，所述耙在电机带动下翻动脱水污泥；且所述换热盘具有空腔，所述热污泥管路包括所述空腔，所述空腔与所述导流装置连通，加热污泥通过所述导流装置流入所述空腔后可与所述换热盘上的脱水污泥进行热交换。
优选的，上述污泥传送装置包括多级传送带，所述热污泥管路包括换热管；脱水污泥置于所述多级传送带上，所述换热管位于每一级传送带下方且紧贴传送带，加热污泥通过所述导流装置流入所述换热管后可与所述每一级传送带上的脱水污泥进行热交换。
优选的，上述污泥传送装置包括传动轴和设置于所述传动轴上的多级桨叶；所述传动轴在电机带动下旋转，带动多级桨叶翻动脱水污泥；所述传动轴以及干燥装置外壳的内壁均呈中空结构，形成空腔；所述热污泥管路包括所述空腔，所述空腔与所述导流装置连通，加热污泥通过所述导流装置流入所述空腔后可与脱水污泥进行热交换。
优选的，所述热处理装置可以为密闭长方体结构，加热器采用的加热方式可以是电阻丝加热、太阳能加热或微波加热。
优选的，所述导流装置中的导流管路对称排布于干燥装置的两侧；导流管路设有若干根支管，并且每一根支管分别与干燥装置中的各级热污泥管路相连接。
更优选的，所述脱水装置还包括搅拌桶，且所述搅拌桶中搅拌器为桨式搅拌器，没有调理需求时搅拌桶可以去掉，污泥直接导入板框压滤机。污泥可以根据需要选择在搅拌桶中调理，或者跳过调理部分（不需要搅拌桶），直接流入板框压滤机进行脱水。
优选的，所述干燥装置为长方体构型，侧壁设有保温层。
优选的，所述低温干化装置包括空气源热泵，其可将净化后的尾气加热至60-100℃。
优选的，所述尾气处理装置中的净化器采用喷淋塔结构，内部喷洒弱酸性或弱碱性洗涤液进行洗气。
另一方面，本发明提供了利用上述的一种基于多级热利用的污泥低温干化系统进行污泥低温干化的方法，具体包括：
（1）加热污泥作为间接干化热源
在干燥装置中用携带有大量热量的加热污泥代替其它加热源，对脱水污泥进行干化：原泥在热处理装置中经过40-120℃的加热处理后变为携带有大量热量的加热污泥（45-100℃），其通过导流装置导入所述干燥装置的热污泥管路中，并与其脱水后形成的脱水污泥进行热交换，达到干化目的，且产生尾气和水蒸气；散失热量的加热污泥再由导流装置导入脱水装置，由此实现了热处理中热量的多级高效利用，降低了干化能耗，节约运营成本。
（2）空气源热泵作为次级干化热源
利用空气源热泵将尾气处理装置净化后的尾气加热至60-100℃，热的净化尾气再次与脱水污泥进行热交换并带走干燥装置中的水蒸气，使脱水污泥干化。尾气和水蒸气流入尾气处理装置进行净化和除湿，并导回低温干化系统，构成尾气循环。空气源热泵作为次级热源，与作为间接干化热源的加热污泥协同作用达到低温干化的效果，从而降低了污染物的释放；同时两种热源共同作用，能够快速蒸发并带走污泥中的水分，提升了干燥效率。
本发明的工作过程如下：
首先，将含水率为99%的原泥从热处理装置的进料口导入加热器中，启动热源（电阻丝加热、太阳能加热或微波加热技术）在45-120℃温度下对原泥进行热调理，实现第一级热利用。打开导流装置的控制阀，让具有较高温度的加热污泥（45-100℃）通过导流管路进入干燥装置中的热污泥管路；加热污泥顺着热污泥管路流动，并且与干燥装置中已送回的脱水污泥进行热交换，达到干化的目的，实现第二级热利用。散失热量的加热污泥经由导流装置汇集到脱水装置。为了进一步增强污泥的脱水性能，可以在脱水前向污泥中投入某些化学药品进行化学调理：首先在搅拌桶中加入氧化钙、芬顿试剂、木屑或稻壳对污泥进行改性，然后采用搅拌等物理手段使调理剂与污泥充分混合、反应完全，随后调理污泥顺着导流管路流入板框压滤机进行机械脱水；污泥也可以不进行化学调理（不需要搅拌桶的参与），从而直接导入板框压滤机进行机械脱水。得到的含水率在75%-85%之间的脱水污泥在粉碎机粉碎后，直接由干燥装置的进料口送回干燥装置，落到污泥传送装置上进行干化，干污泥从底部掉落至出料口，待积累到1000kg后触发重力感应装置，出料口自动打开，干污泥掉入收集箱内被运走。与此同时，空气源热泵工作使净化后的尾气升温，并通过左边的轴流风扇将加热后的净化尾气（60-100℃）不断吹入干燥装置中，加速脱水污泥中剩余水分的蒸发，并带走干燥装置中的水蒸气。右边的轴流风扇将干燥装置中的尾气和水蒸气导入净化器，在弱酸或弱碱溶液的作用下净化，之后进入除湿器，再送回低温干燥装置，构成尾气循环。在作为间接干燥热源的加热污泥和空气源热泵的共同作用下，系统工作1-2小时即可得到含水率降至10%-20%的干污泥。
本发明污泥干化装置的特点在于：
1、采用热处理后具有较高温度（45-100℃）的加热污泥作为间接干化热源，不仅实现了在调理前对污泥进行降温，还显著提升了整个系统的热利用效率，降低了系统的运营成本。
2、联合空气源热泵作为次级热源对污泥进行加热，双重热源共同作用提高了干化效率，缩短了污泥干化所需的时间。
3、整个系统采用45-100℃的低温进行干化，显著减少了干化过程中污染物的生成，对环境友好。
4、系统运行主要依靠电能，干燥介质采用热污泥和空气源热泵，不存在地域限制。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于多级热利用的污泥低温干化系统的整体示意图；
其中，对应的数字标号分别为：1、热处理装置，2、导流管路一，3、干燥装置，4、导流管路二，5、搅拌桶，6、板框压滤机，7、粉碎机，8、除湿器，9、净化器，10、尾气管道一，11、尾气管道二，12、尾气管道三，13、空气源热泵。
图2为本发明实施例1的部分示意图；
其中，对应的数字标号分别为：101、电阻丝，102、自动温控系统一，103、进料口一，301、多级换热盘，302、出料口一，303、轴流风扇一，304、进料口二，305、耙，306、轴流风扇二。
图3为本发明实施例2的部分示意图；
其中，对应的数字标号分别为：104、进料口三，105、自动温控系统二，106、太阳能集热器，307、出料口二，308、换热管，309、多级传送带，310、轴流风扇三，311、进料口四，312、轴流风扇四。
图4为本发明实施例3的部分示意图；
其中，对应的数字标号分别为：107、进料口五，108、自动温控系统三，109、微波调理器，313、多级桨叶，314、传动轴，315、出料口三，316、轴流风扇五，317、干燥装置外壳，318、进料口六，319、轴流风扇六。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种基于多级热利用的圆盘式污泥低温干化系统，采用电阻丝加热作为加热方式，调理时加入氧化钙试剂作为调理剂。图1为整个系统的示意图，图2为实施例1的部分示意图。整个系统包括热处理装置、导流装置、脱水装置、干燥装置、低温干化装置和尾气处理装置；所述热处理装置1设有电阻丝101、自动温控系统一102和进料口一103；所述导流装置包括导流管路一2和导流管路二4，两者均设有4根支管，并对称排布于干燥装置两侧。所述脱水装置包括搅拌桶5、板框压滤机6和粉碎机7；所述圆盘式污泥干化系统的干燥装置3上部设有轴流风扇一303、轴流风扇二306和进料口二304，中部设有多级换热盘301和耙305，下部设有出料口一302；尾气处理装置，包括除湿器8、净化器9和尾气管道一10，除湿器8通过尾气管道二11与空气源热泵13连通。空气源热泵13通过尾气管道三12与干燥装置3连通。
首先，将含水率为99%的原泥从热处理装置的进料口一103导入加热装置1中，启动热源，预热电阻丝101并在120℃对原泥进行热调理，实现第一级热利用。打开导流装置的控制阀，让具有较高温度（45-100℃）的加热污泥通过导流管路一2进入干燥装置；加热污泥顺着导流管路一2流入空心的多级换热盘301，并且与多级换热盘301上的脱水污泥进行热交换，达到干化的目的，实现第二级热利用。散失热量的污泥经由导流管路二4汇集到脱水装置，首先在搅拌桶5中加入氧化钙进行化学调理并不断搅拌，充分混合、反应完全后再顺着导流管路二4流入板框压滤机6进行机械脱水；得到的含水率为75%的脱水污泥在粉碎机7粉碎后，直接由干燥装置的进料口304加入干燥装置，落到多级换热盘301上进行干化，耙305由电机带动不断来回对污泥进行翻炒。干污泥从底部掉落至出料口一302，待积累到1000kg后触发重力感应装置，出料口一302自动打开，干污泥掉入收集箱内被运走。与此同时，空气源热泵13工作使净化后的尾气升温，并通过左边的轴流风扇二306将热的净化尾气（60-100℃）不断吹入干燥装置中，加速脱水污泥中剩余水分的蒸发，并带走干燥装置中的水蒸气。右边的轴流风扇一303将干燥装置中的尾气和水蒸气导入净化器9，在弱酸或弱碱溶液的作用下净化，之后进入除湿器8，再送回空气源热泵13，空气源热泵13将净化后的尾气加热后导入干燥装置3中，构成尾气循环。在作为间接干燥热源的热污泥和空气源热泵13的共同作用下，系统工作1小时即可得到含水率降至20%的干污泥。
实施例2
一种基于多级热利用的带式污泥低温干化系统，采用太阳能作为加热方式，污泥不需要进行调理直接进行机械脱水。图1为整个系统的示意图，图3为实施例2的部分示意图。整个系统包括热处理装置、导流装置、脱水装置、干燥装置、低温干化装置和尾气处理装置；所述热处理装置1设有进料口三104、自动温控系统二105和太阳能集热器106；所述导流装置主要包括导流管路一2和导流管路二4，两者均设有4根支管，并对称排布于干燥装置的两侧。所述脱水装置由板框压滤机6和粉碎机7组成（由于不需要进行调理，搅拌桶5从系统中去除，导流管路二4直接接到板框压滤机6）；所述带式污泥干化装置的干燥装置3上部设有进料口四311、轴流风扇三310和轴流风扇四312，中部设有换热管308和多级传送带309，下部设有出料口二307；尾气处理装置，包括除湿器8、净化器9和尾气管道一10，除湿器8通过尾气管道二11与空气源热泵13连通。空气源热泵13通过尾气管道三12与干燥装置3连通。
首先，将含水率为99%的原泥从热处理装置的进料口三104导入加热装置中，太阳能集热板106收集太阳光中的能量并在100℃对原泥进行热调理，实现第一级热利用。打开导流装置的控制阀，让具有较高温度（45-100℃）的加热污泥通过导流管路一2进入干燥装置；干燥装置中的换热管308位于每一级传送带下方并紧贴传送带，加热污泥顺着干燥装置中的换热管308缓慢流动，在此过程中与多级传送带309上的脱水污泥进行热交换，达到干化的目的，实现第二级热利用。散失热量的污泥经由导流管路二4汇集到脱水装置，顺着导流管路二4流入板框压滤机6进行机械脱水；得到的含水率为85%的脱水污泥在粉碎机7粉碎后，送回污泥传送装置，由干燥装置的进料口四311加入干燥装置，落到多级传送带309上进行干化；多级传送带309由电机带动缓慢运行，污泥不断从较高的传送带落到较低的传送带上，最后干污泥从底部掉落至出料口307，待积累到1000kg后触发重力感应装置，出料口二307自动打开，干污泥掉入收集箱内被运走。与此同时空气源热泵13工作使净化后的尾气升温，并通过左边的轴流风扇四312将热的净化尾气（60-100℃）不断吹入干燥装置中，加速脱水污泥中剩余水分的蒸发，并带走干燥装置中的水蒸气。右边的轴流风扇三310将干燥装置中的尾气和水蒸气导入净化器9，在弱酸或弱碱溶液的作用下净化，之后进入除湿器8，再送回空气源热泵13，空气源热泵13将净化后的尾气加热后导入干燥装置3中，构成尾气循环。在作为间接干燥热源的热污泥和空气源热泵13的共同作用下，系统工作1.5小时即可得到含水率降至15%的干污泥。
实施例3
一种基于多级热利用的桨叶式污泥低温干化系统，采用微波热处理作为加热方式，污泥利用木屑进行调理后，再进行机械脱水。图1为整个系统的示意图，图4为实施例3的部分示意图。整个系统包括热处理装置、导流装置、脱水装置、干燥装置、低温干化装置和尾气处理装置；所述热处理装置1设有进料口五107、自动温控系统三108和微波调理器109；所述导流装置主要为导流管路一2和导流管路二4，两者均设有1根支管，并对称排布于干燥装置的两侧。所述脱水装置包括搅拌桶5、板框压滤机6和粉碎机7；所述桨叶式污泥干化装置的干燥装置3上部设有进料口六318、轴流风扇五316和轴流风扇六319，中部设有传动轴314和多级桨叶313，传动轴314为中空结构；下部设有出料口三315，干燥装置的外壳317的内壁为双层空腔结构；尾气处理装置，包括除湿器8、净化器9和尾气管道一10，除湿器8通过另一尾气管道二11与空气源热泵13连通。空气源热泵13通过尾气管道三12与干燥装置3连通。
首先，将含水率为99%的原泥从热处理装置的进料口五107导入加热装置中，启动微波调理器109在45℃对原泥进行热调理，实现第一级热利用。打开导流装置的控制阀，让45-100℃的加热污泥通过导流管路一2进入干燥装置；加热污泥顺着导流管路一2流入空心的传动轴314和干燥装置外壳317的内壁，并且与干燥装置中的脱水污泥进行热交换，达到干化的目的，实现第二级热利用。散失热量的污泥经由导流管路二4汇集到脱水装置，首先在搅拌桶5中加入木屑进行化学调理并不断搅拌，充分混合、反应完全后再顺着导流管路二4流入板框压滤机6进行机械脱水；得到的含水率为80%的脱水污泥在粉碎机7粉碎后，直接由干化装置的进料口六318加入干燥装置；干燥装置中传动轴314和多级桨叶313由电机带动不断搅拌翻动污泥，并同时进行换热，达到干化效果。干污泥从底部掉落至出料口三315，待积累到1000kg后触发重力感应装置，出料口三315自动打开，干污泥掉入收集箱内被运走。与此同时空气源热泵13工作使净化后的尾气升温，并通过左边的轴流风扇六319将热的净化尾气（60-100℃）不断吹入干燥装置中，加速脱水污泥中剩余水分的蒸发，并带走干燥装置中的水蒸气。右边的轴流风扇五316将干燥装置中的尾气和水蒸气导入净化器9，在弱酸或弱碱溶液的作用下净化，之后进入除湿器8，再送回空气源热泵13，空气源热泵13将净化后的尾气加热后导入干燥装置3中，构成尾气循环。在作为间接干燥热源的热污泥和空气源热泵13的共同作用下，系统工作2小时即可得到含水率降至10%的干污泥。
以上是对本发明基于多级热利用的污泥低温干化系统进行的阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。