热泵污泥干燥系统原理及流程优化！

在污泥的干燥技术中，热干燥是目前很常用的干燥手段。按照对污泥的加热方式分类，有对流、传导和辐射干燥三种类型。

在对流干燥中，干燥介质和污泥在同一个空间内发生热湿传递作用，干燥介质将热量传递给污泥使其内部的水分蒸发扩散，进入到干燥介质中去被带离污泥。一般情况下需将被降温加湿的干燥介质排放至设备外，导致能源利用率较低，此外在干燥过程中干燥介质与污泥直接作用，干燥过程中产生的一些有毒有害物质也会随着尾气排出，因此要对干燥产生的废水和尾气做没有危害化处理；

在传导干燥中，湿污泥和加热媒介不直接接触，加热媒介（通常为油或蒸汽）可回收利用，但仍需对干燥介质进行后续的尾气处理，同时由于是间接传热，湿污泥中水分的蒸发效率和设备的传热效率都较低，导致其整体的效率不高。

热泵污泥干燥技术作为污泥低温对流干燥工艺中的一种，可以在保证较高的蒸发效率和传热效率的同时，回收干燥废气中的热量，同时大幅降低污泥干燥过程中的有毒有害物质排放，能够达到节能减排的有益效果。

热泵干燥系统分类

图1 开敞式热泵干燥设备原理图

针对热泵干燥系统，其按干燥介质的在系统内的循环工作方式分类，可分为封闭式、半封闭式以及开敞式三种。 

其中开敞式系统内的干燥介质在对干燥物料进行除湿之后直接排放至室外大气内，原理如图1 所示。一般的处理过程为环境空气先经过热泵的冷凝器进行等湿升温，干燥介质空气被加热后经过风机送至干燥箱内吸湿降温，然后进入热泵蒸发器同制冷剂换热被冷却除湿，同时回收这部分空气的显热和潜热，之后再将其排至环境大气内，这种热泵干燥系统一般适用于室外空气湿度不大、温度较高的干热条件下，同时系统除湿性能、能耗水平受制于外界空气条件的影响，不利于大规模使用。

对于半封闭式系统。其工作原理如图2 所示，其干燥介质在对干燥物料进行除湿之后部分排放至室外大气内，同时还需要从室外大气内重新补充等量的冷空气至系统内。该系统的处理过程为干燥箱出口的干燥介质空气一部分直接排放至大气内，而另一部分旁通进入热泵蒸发器，被降温除湿后同新吸入的环境空气进行混合，而后两部分空气一同进入热泵冷凝器被加热，经风机加压后进入干燥箱对干燥物料进行除湿干燥，循环往复。在这种系统构型中，干燥箱出口的干燥介质空气的旁通率是一个影响系统性能的至关重要的参数，合理的旁通率能够保证系统较高的处理能力和能效水平。

图2 半封闭式热泵干燥设备原理图

图3 封闭式热泵干燥设备原理图

图4 散热设备后置原理图

图5 蒸发器前预冷原理图

图6 两级串联式热泵污泥干燥系统原理图

图7 多台热泵并联式热泵污泥干燥系统原理图

热泵污泥干燥系统原理

在热泵污泥干燥系统中，干燥物料为污泥，干燥介质一般为空气，本质上热泵污泥干燥同常规的污泥热干燥的作用机理类似，均为通过干燥介质同干燥物料的热湿交换，使物料中的水分向外蒸发扩散，从而降低物料的含水率。但在处理吸湿干燥介质的方法上，热泵干燥同常规干燥手段有着明显的不同，常规的干燥手段一直接将含湿量高的干燥介质排放至大气内。

如图8所示，在这种处理方案中，干燥介质先通过加热器加热（一般为蒸汽或者电加热），然后通过风机进入干燥箱内，通过与被干燥物料进行热量和湿量的交换，将干燥物料加热并吸收来自被干燥物料中的湿分，而后定期从干燥室内排出一部分高含湿量的干燥介质，同时还需补充等量的冷介质来维持干燥循环。

图8 常规污泥热干燥设备原理图

图9 热泵污泥干燥设备原理图

结论

本文总结梳理了热泵污泥干燥系统的分类、原理以及技术特点等内容，并在此基础上对热泵污泥干燥的系统流程进行了特定的优化，得到了以下结论：

（1）目前应用于实际生产的热泵干燥系统按干燥介质的循环方式分类，主要有封闭式、半封闭式以及开敞式三种类型，其各自适用的范围不甚相同，适用于污泥干燥的主要为封闭式和半封闭式热泵干燥系统；

（2）热泵污泥干燥系统相比于常规的污泥热干燥系统具有较大的优势，具有低能耗、低污染、低损失和高保障性的特点，但也存在一些如干燥时间长、设备容量小以及投资费用高等问题。

针对常规的热泵污泥干燥系统工作过程的流程设计不合理，本节总结提出了散热设备后置热泵污泥干燥系统、蒸发器前预冷热泵污泥干燥系统、两级串联式热泵污泥干燥系统以及多台热泵并联式热泵污泥干燥系统等多种优化方案。

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