一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热耦合集热系统

本发明属于环境工程，具体涉及一种利用太阳能和闪蒸蒸汽来干燥污泥的系统。

背景技术：

1、我国污泥的处置技术主要有土地填埋、土地利用、焚烧等。土地利用或填埋进行的最终处置，不仅面临土地紧张的问题，而且重金属等有害物质会对土地造成二次污染，国家也开始出台相关政策限制此类处理方式。焚烧需对污泥进行预干燥以去除污泥中的水分，导致能耗增加，且存在产生粉尘、二噁英等有害污染物的风险。因此，具有对污泥含水率要求低、运行中期短、能耗低等特点的水热碳化技术是近些年来的研究热点。

2、专利号为cn201410576499公开了太阳能聚光集热器和辅助加热器为供热装置，并利用导热油作为供热装置的传热介质，但是仍有余热未充分利用。

3、专利号为cn202210757393公开了先通过细胞破碎仪对污泥与去离子水的混合物进行超声处理，再将混合物在特定温度下进行水热碳化，水热碳化过程进一步破坏污泥中的胞外聚合物和细胞壁并进行碳化，但是并未对水热碳化的装置及效果进行详细的阐述，也未涉及到余热利用。

4、目前，水热碳化技术在污泥中的研究与应用已取得较大进展，但当前该技术在余热利用方面仍有很大的进步空间。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是在处理污泥的过程中，充分利用闪蒸的方式，达到余热利用的效果；本发明的目的之二是利用太阳能集热系统进一步降低能耗。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，包括(1)污泥水热碳化子系统、(2)太阳能集热子系统、(3)余热利用子系统。

4、作为优选方案，所述污泥水热碳化子系统，包括污泥预热部分、污泥水热转化部分，所述污泥预热部分包括预热罐，所述污泥水热转化部分包括水热碳化罐。

5、作为优选方案，所述太阳能集热子系统，包括槽式太阳能集热器、相变水箱、电加热器。

6、作为优选方案，所述余热利用子系统，包括高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、机械脱水装置、废水处理池、烘干装置。

7、作为优选方案，所述污泥水热碳化子系统，水热碳化的反应温度为200-250℃。

8、作为优选方案，所述太阳能集热子系统，槽式集热器通过聚焦、反射、吸收过程，实现光能到热能的转化，进而加热传热介质导热油。

9、作为优选方案，所述太阳能集热子系统，导热油温维持在280-320℃。

10、作为优选方案，所述太阳能集热子系统，采用电加热器，电加热器可以自动开启或关闭。

11、作为优选方案，所述余热利用子系统，可以使余热利用两次或多次。

12、作为优选方案，当水热碳化反应温度为200-250℃，高温闪蒸蒸汽温度为179.9-204.3℃，闪蒸压力为1-1.7mpa，低温闪蒸蒸汽温度为114.8-130.2℃，闪蒸压力为0.12-0.2mpa。

13、太阳能集热子系统，槽式集热器通过聚焦-反射-吸收等过程实现光能到热能的转化，进而加热传热介质导热油。当太阳辐射不足时，电加热器自动开启，使导热油维持在280-320℃，待温度稳定后，电加热器自动关闭。槽式集热器搭配相变水箱，满足昼夜供能的需求。将满足要求的导热油输送到水热碳化罐和半干碳化污泥的烘干装置进行间壁式换热，满足水热碳化和烘干需求。

14、余热利用子系统，经水热碳化处理后的浆料输送到高压闪蒸罐发生闪蒸，产生了高温闪蒸蒸汽，高温闪蒸蒸汽输送到烘干装置中用以烘干半干碳化污泥。经过高温闪蒸后的浆料输送到低压闪蒸罐，产生了低温闪蒸蒸汽，低温闪蒸蒸汽输送进预热罐预热污泥原料，将两次闪蒸后的浆料送入脱水装置进行固液分离，形成半干碳化污泥和滤液，滤液排放至废水处理池，半干碳化污泥输送到烘干装置进行烘干。

15、槽式集热器搭配电加热器将导热油加热到较高的温度，导热油输送到水热碳化罐内进行间壁式换热，节约水热碳化过程能耗。

16、在脱水干化环节中，机械脱水后产生的半干碳化污泥输送到烘干装置进行烘干，烘干装置采用来自太阳能集热系统输送的部分热量。

17、将经过水热碳化反应后的浆料先输送到高压闪蒸罐发生闪蒸，产生的高温闪蒸蒸汽输送到烘干装置中用以烘干半干碳化污泥。经过高温闪蒸后的浆料输送到低压闪蒸罐，产生的低温闪蒸蒸汽输送至预热罐预热污泥原料。

18、本发明针对污泥水热碳化能耗方面做了进一步改良，增加了太阳能集热系统和闪蒸蒸汽进行供能，以达到高效节能的目的。经过水热碳化处理后的碳化浆料温度较高，其中蕴含了丰富的余热，可加以回收利用，进一步降低系统的能耗。在水热碳化浆料余热的回收方法上，目前以闪蒸、换热器为主。其中，闪蒸方式的余热回收效果更优。

19、本发明与现有技术相比，有益效果是：

20、(1)本发明采用了余热利用装置，对水热碳化处理后的余热进行阶梯式利用，把高压闪蒸蒸汽输送到烘干装置内，低压闪蒸蒸汽输送到预热罐，使余热充分利用，节约了能耗。

21、(2)从太阳能集热系统出来的导热油与水热碳化罐内的污泥进行间接传热，太阳能集热系统采用太阳能作为动力源，具有供应充足、无污染、稳定性高等特点，能量回收效率高。

技术特征：

1.一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，其特征在于，包括(1)污泥水热碳化子系统、(2)太阳能集热子系统、(3)余热利用子系统。

2.根据权利要求1所述一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，其特征在于：所述污泥水热碳化子系统，包括污泥预热部分、污泥水热转化部分，所述污泥预热部分包括预热罐，所述污泥水热转化部分包括水热碳化罐。

3.根据权利要求1所述一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，其特征在于：所述太阳能集热子系统，包括槽式太阳能集热器、相变水箱、电加热器。

4.根据权利要求1所述一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，其特征在于：所述余热利用子系统，包括高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、机械脱水装置、废水处理池、烘干装置。

5.根据权利要求1或2所述一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，其特征在于：所述污泥水热碳化子系统，水热碳化的反应温度为200-250℃。

6.根据权利要求1或3所述一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，其特征在于：所述太阳能集热子系统，槽式集热器通过聚焦、反射、吸收过程，实现光能到热能的转化，进而加热传热介质导热油。

7.根据权利要求3所述一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，其特征在于：所述太阳能集热子系统，导热油温维持在280-320℃。

8.根据权利要求1或3所述一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，其特征在于：所述太阳能集热子系统，采用电加热器，电加热器可以自动开启或关闭。

9.根据权利要求1或4所述一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，其特征在于：所述余热利用子系统，可以使余热利用两次或多次。

10.根据权利要求1所述一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统，其特征在于：水热碳化反应温度为200-250℃，当高温闪蒸蒸汽温度为179.9-204.3℃时，闪蒸压力为1-1.7mpa，当低温闪蒸蒸汽温度为114.8-130.2℃时，闪蒸压力为0.12-0.2mpa。

技术总结
本发明公开了一种用于污泥高效脱水的水热碳化余热利用耦合太阳能集热系统。此系统包括水热碳化子系统、太阳能集热子系统、余热利用子系统。其中，水热碳化子系统通过改善污泥的脱水性能，提高后续机械脱水能力，具有低能耗的脱水特点；太阳能集热子系统利用太阳能作为补充能源，给水热碳化罐和半干碳化污泥的烘干装置输送热量，节约水热碳化和烘干过程的能耗；余热利用子系统通过两级闪蒸方式回收水热碳化浆料产物余热，其中高温蒸汽用于烘干碳化污泥，低温蒸汽用于预热污泥原料，能量回收率高。

技术研发人员：王睿坤,吴宇坤,贾建东,赵争辉,尹倩倩,郝润龙
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14