將熱泵作為熱源進行干燥、干化和脫水等作業,是上世紀八十年代發展起來的新型干燥技術。目前,該技術已應用于各個領域,如在木材、化工產品、食品干燥、蔬菜脫水和污泥糞便干化等方面,都取得了良好的效果。針對污泥和糞便干化問題,熱泵干化技術具有運行費用低和對環境無任何污染的兩大優勢。早在上個世紀八十年代初日本已取得成功的運用。
熱泵干燥原理
熱泵干燥設備由熱泵的熱力循環系統和熱風干燥循環系統組成。熱泵循環系統為熱風干燥系統提供熱源和降低熱風濕度。熱風干燥系統,通過循環熱風與物料直接接觸,提供蒸發水份熱量,帶走物料中的水份。
所謂“熱泵”,是耗用一定的機械功,吸取環境或廢棄物中低品位熱能,將其提高成為可利用的熱能的一種節能裝置。正如“水泵”一樣,耗用一定機械功,將水從低水位提高到所需的水位。
熱泵系統由壓縮機、冷凝器、節流裝置和蒸發器組成,系統內運行的工質,在蒸發器中吸取干燥室排出濕熱空氣中的熱量,從低壓液態工質蒸發成低壓蒸汽,經壓縮機增壓成為高溫高壓的蒸汽;在冷凝器中,高溫高壓的工質蒸汽放出熱量加熱進入干燥室的空氣,而工質本身則從氣體冷凝成高壓液體;通過節流裝置,液體工質產生阻塞效應,降低了壓力和溫度,成為低壓低溫液體,再度進入蒸發器中吸收濕熱氣體的熱量,如此反復循環將低溫熱量輸送到高溫介質中去,形成熱泵循環。
從熱風干燥循環系統來看,干燥室排出氣體,是含水份較高的濕熱氣體,其相對濕度在ψ=70~80%左右,通過熱泵的蒸發器時,由于蒸發器表面溫度低于空氣露點溫度,不僅降低了空氣的溫度并且在蒸發器表面將水汽冷凝下來,以液體水的狀態排出系統外。氣體離開蒸發器變成低溫而濕潤,其相對濕度一般在ψ=95-97%。脫濕后的氣體在熱泵冷凝器中得到等濕加熱,提高了氣體溫度,同時也降低了相對濕度,。在干燥室中,干熱氣體與被干燥物料直接接觸,提供物料干化的熱量,同時也帶走了水份。空氣在干燥室內為等焓增濕降溫過程,。每公斤氣體通過一個循環可以脫除水份△d=da-dc。
從上述熱泵干燥原理來看,與一般干燥工藝差別是沒有濕熱氣體排放,通過二個密閉循環系統,物料中的水份zui終以液態水排除。采用該原理干化污泥有二大優點:
(1)節約能源:在熱泵干燥中。不排放濕熱氣體而將其顯熱和潛熱全部進行了回收,只耗用了一定的機械功。一般衡量熱泵熱回收能力常用熱泵性能系數來表征,即
COP=冷凝器提供熱量/壓縮機的功耗=QC/W0
在污泥設備干燥中COP=4.0~5.0,既熱泵提供的熱量是電耗熱量的4~5倍。
衡量干燥設備耗能另一重要指標熱泵比脫水率WPE
WPE=脫水量/熱泵能耗=kg(水)/kw.H(電)
在目前設備中熱泵WPE=5.0~6.0。即每度電可脫水5~6公斤。
(2)不污染環境:由于熱泵干化污泥在封閉的環境中進行,在干化過程中產生的一切有臭有害氣體可以做到不外泄,對周圍環境可以減少到zui低的污染,有利在居民點附近進行干化操作。