一种基于吸收式热泵的污泥烘干除湿系统

苏盈贺 刘明军 陈涛

摘 要：介绍了一种基于吸收式热泵的污泥烘干除湿系统，包括干燥机、空气降温除湿装置、空气循环风机、空气加热装置、溴化锂吸收式热泵。干燥机、空气降温除湿装置、空气循环风机、空气加热装置依次串联;空气降温除湿装置及空气加热装置分别与溴化锂吸收式热泵相连;设置冷却装置，当溴化锂吸收式热泵需要停机检修时备用。将溴化锂吸收式热泵作为污泥烘干除湿的动力热源和动力冷源，可以实现污泥烘干除湿的同时，回收污泥冷凝除湿过程中的热量，降低污泥烘干除湿过程中的能源消耗，提高了污泥烘干除湿的效率。系统运行经济，未造成空气的二次污染。

关键词：吸收式热泵;污泥;烘干;除湿

0  引言

近年来我国大力推进节能减排工作，各领域的节能减排事业都得到了较大发展，特别是各领域的余热回收利用发展迅速，今后需要对各领域的余热进行深度挖掘，且需要对各领域的工艺进行研究，使余热回收设备既能进行余热回收又能适应工艺的要求。本文通过对溴化锂吸收式热泵在污泥烘干除湿系统中的应用分析，希望为今后的余热深度回收利用及节能减排工作提供参考。

1  项目背景

随着我国城市化进程的加快和工业的快速发展，城市污水和工业污水处理水平日益提升，在城市污水和工业污水的收集及处置过程中，必然会产生大量的污泥，污泥具有有机质含量多、易腐烂发臭、含水量高的特点，并含有各种有毒、有害物质，极大地威胁人们的生活与健康。

目前对污泥进行无害化处理的主要方法就是污泥焚烧，例如掺入电厂燃煤中焚烧，污泥焚烧是一种减量化、稳定化、无害化的处理方法，采用焚烧方式对污泥进行处理，能将污泥中的有机质全部碳化生成稳定的无机物，焚烧后的残渣无臭无菌无害，可用来制砖、制作水泥添加料等。虽然污泥焚烧可以最大程度地减容，但污泥的含水量高达95%～98%，直接对其进行焚烧能耗较高。按照相关标准要求含水率80%以上的湿污泥需干化至含水率10%～30%的干泥，然后再进行气化、掺烧、堆肥等无害资源化处置，因此需要先对污泥进行烘干除湿处理。

目前我国的污泥烘干除湿主要采用直接加热式居多，即使用蒸汽、烟气、电加热等形式将污泥加热至100 ℃以上，使污泥的水分变为水蒸气直接排放到大气中，该种烘干方式存在能源消耗高、易产生二次污染、烘干效率低等问题。

2  技术方案

为解决现有污泥烘干除湿系统能源消耗大、运行成本高、污染环境、烘干效率低等问題，本文提出了一种基于吸收式热泵的污泥烘干除湿系统，该系统包括干燥机、空气降温除湿装置、空气循环风机、空气加热装置、溴化锂吸收式热泵。干燥机、空气降温除湿装置、空气循环风机、空气加热装置依次串联;空气降温除湿装置及空气加热装置分别与溴化锂吸收式热泵相连;设置冷却装置，当溴化锂吸收式热泵需要停机检修时备用。将溴化锂吸收式热泵作为污泥烘干除湿的动力热源和动力冷源，可以实现污泥烘干除湿的同时，回收污泥冷凝除湿过程中的热量，降低污泥烘干除湿过程中的能源消耗，提高污泥烘干除湿的效率。系统运行经济，未造成空气的二次污染。基于吸收式热泵的污泥烘干除湿系统，在市政污泥和工业污泥（印染、造纸、电镀、化工、皮革、制药等）等烘干领域应用广泛。

3  技术原理

3.1  吸收式热泵技术情况

热泵是利用高品位能源驱动实现热量从低温向高温输送的设备，主要分为压缩式热泵和吸收式热泵，压缩式热泵用电力驱动，制取温水温度一般小于65 ℃，且温度越高效率越低;吸收式热泵是用热能（蒸汽、燃料、热水等）驱动，可以制取95 ℃以下热水，效率较高，性能系数（COP）一般为1.6～2.4，采用溴化锂溶液为吸收剂、水为制冷剂，对环境无污染，单机容量较大，最大可达66 MW，基于以上特点，在污泥烘干除湿系统中吸收式热泵可以替代电热泵，利用吸收式热泵对污泥烘干过程进行冷凝除湿和热量回收，降低热源蒸汽的消耗，具有显著的经济效益和社会效益。

污泥烘干除湿系统中的吸收式热泵主要是蒸汽型，机组主要包括蒸发器、吸收器、冷凝器、再生器、热交换器等。如图1所示，低温驱动热源进入蒸发器管程，蒸发器壳程为负压，壳程的冷剂水在传热管外表面蒸发，吸收低温驱动热源的气化潜热余热;吸收器中浓溶液在传热管外表面滴淋，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽气化潜热，并将该潜热释放给吸收器管内的温水，温水实现一次升温，与此同时，在吸收器内浓溶液变成稀溶液，经过热交换器升温后进入再生器;再生器中驱动热源蒸汽加热溴化锂溶液，水蒸气蒸发，溴化锂溶液变为浓溶液，浓溶液经热交换器后进入吸收器进行吸收;再生器中蒸发的冷剂蒸汽进入冷凝器加热管内的温水，实现温水的二次升温，冷剂蒸汽冷凝成液态冷剂水进入蒸发器。如此反复，实现热泵循环。

吸收式热泵的主要特性：余热水温度越高，温水温度越高;蒸汽压力越高，温水温度越高。

吸收式热泵升温特性：在温水出口温度一定的条件下，温水入口温度决定热源水出口温度，因此，温水入口温度非常重要。吸收式热泵升温特性曲线如图2所示（以热源水出入口温度差△T=10 ℃为例）。

3.2  吸收式热泵在污泥烘干中的应用

吸收式热泵在污泥烘干中的应用如图3所示。

3.3  基于吸收式热泵的污泥烘干除湿系统

如图4所示，基于吸收式热泵的污泥烘干除湿系统包括溴化锂吸收式热泵1、干燥机2、空气加热装置3、空气降温除湿装置4、空气循环风机5、冷却装置6、阀门A7、阀门B8、阀门C9、阀门D10、阀门E11、阀门F12、阀门G13、阀门H14、阀门I15、阀门J16、冷却水泵17、热水泵18、空气凝结水出口管道19、冷却水管道A20、冷却水管道B21、热水管道A22、热水管道B23、热水管道C24、蒸汽管道A25、蒸汽凝水管道A26、蒸汽管道B27、蒸汽凝水管道B28。其中，干燥机2、空气降温除湿装置4、空气循环风机5、空气加热装置3依次串联;空气降温除湿装置4、空气加热装置3与溴化锂吸收式热泵1相连;溴化锂吸收式热泵1包括蒸发器1-1、吸收器1-2、冷凝器1-3、再生器1-4;干燥机2包括湿污泥入口2-1、干污泥出口2-2、干热空气进口2-3、温湿空气出口2-4、污泥输送装置2-5。