在污泥干燥技術(shù)中，熱干燥是目前最常用的干燥方法。根據(jù)污泥的加熱方法，有三種類型：對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射干燥。在對(duì)流干燥中，干燥介質(zhì)和污泥在同一空間內(nèi)傳遞熱量和濕度。干燥介質(zhì)將熱量傳遞給污泥，蒸發(fā)和擴(kuò)散擴(kuò)散其內(nèi)部水分，并將其帶入干燥介質(zhì)并將其帶離污泥。一般來(lái)說(shuō)，冷卻和加濕的干燥介質(zhì)應(yīng)排放到設(shè)備外，導(dǎo)致能源利用率低。此外，干燥介質(zhì)在干燥過(guò)程中直接作用于污泥，干燥過(guò)程中產(chǎn)生的一些有毒有害物質(zhì)也會(huì)隨廢氣排出。因此，應(yīng)對(duì)干燥產(chǎn)生的廢水和廢氣進(jìn)行無(wú)害化處理；在傳導(dǎo)干燥過(guò)程中，濕污泥與加熱介質(zhì)不直接接觸。加熱介質(zhì)（通常是油或蒸汽）可回收利用，但干燥介質(zhì)仍需進(jìn)行后續(xù)廢氣處理。同時(shí)，由于間接傳熱，濕污泥中水分的蒸發(fā)效率和設(shè)備的傳熱效率較低，整體效率不高。

熱泵污泥干燥技術(shù)作為污泥低溫對(duì)流干燥工藝之一，可以在保證高蒸發(fā)效率和傳熱效率的同時(shí)回收干燥廢氣中的熱量，大大降低污泥干燥過(guò)程中有毒有害物質(zhì)的排放，達(dá)到節(jié)能減排的有益效果。

1 熱泵干燥系統(tǒng)分類

對(duì)于熱泵干燥系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中干燥介質(zhì)的循環(huán)工作模式，可分為封閉式、半封閉式和開(kāi)放式。

其中，開(kāi)放式系統(tǒng)中的干燥介質(zhì)在除濕干燥材料后直接排放到室外大氣中，原理如圖1 所示。一般處理過(guò)程是環(huán)境空氣通過(guò)熱泵冷凝器等濕加熱，干燥介質(zhì)空氣通過(guò)風(fēng)扇加熱到干燥箱吸濕冷卻，然后進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器和制冷劑冷卻除濕，回收空氣熱和潛熱，然后排放到環(huán)境大氣中，熱泵干燥系統(tǒng)一般適用于室外空氣濕度低、高溫干熱條件，系統(tǒng)除濕性能、能耗水平受外部空氣條件影響，不利于大規(guī)模使用。

對(duì)于半封閉系統(tǒng)，其工作原理如圖2 所示。除濕干燥材料后，干燥介質(zhì)部分排放到室外大氣中，同時(shí)需要從室外大氣中補(bǔ)充等量的冷空氣。系統(tǒng)的處理過(guò)程是干燥箱出口的部分干燥介質(zhì)空氣直接排放到大氣中，另一部分進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器，冷卻除濕后與新吸入的環(huán)境空氣混合，然后兩部分空氣進(jìn)入熱泵冷凝器加熱，風(fēng)扇壓力進(jìn)入干燥箱除濕干燥，循環(huán)。在該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，干燥箱出口干燥介質(zhì)空氣的旁通率是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵參數(shù)，合理的旁通率可以保證系統(tǒng)的高處理能力和能效水平。

半封閉式熱泵干燥設(shè)備原理圖

對(duì)于封閉式熱泵干燥系統(tǒng)，干燥介質(zhì)在系統(tǒng)中回收，原理如圖3 所示，干燥箱出口干燥介質(zhì)空氣進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器，冷卻除濕進(jìn)入熱泵冷凝器加熱，通過(guò)風(fēng)扇進(jìn)入干燥箱和材料傳熱濕度，循環(huán)，該結(jié)構(gòu)在工作過(guò)程中熱損失小，能有效降低干燥過(guò)程中的能耗水平，受外部環(huán)境溫濕度影響小，區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)，也適用于污泥干燥，熱泵干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛。

 封閉式熱泵干燥設(shè)備原理圖

2 熱泵污泥干燥系統(tǒng)原理

在熱泵污泥干燥系統(tǒng)中，干燥材料為污泥，干燥介質(zhì)一般為空氣。本質(zhì)上，熱泵污泥干燥的作用機(jī)制與傳統(tǒng)的污泥熱干燥相似它們通過(guò)干燥介質(zhì)與干燥材料之間的熱濕交換，使材料中的水蒸發(fā)和擴(kuò)散，從而降低材料的含水量。然而，在吸濕干燥介質(zhì)的處理方法中，熱泵干燥與傳統(tǒng)干燥方法明顯不同。傳統(tǒng)的干燥方法通常是直接將含濕量高的干燥介質(zhì)排放到大氣中，如圖4 所示。在這種處理方案中，干燥介質(zhì)首先通過(guò)加熱器加熱（通常是蒸汽或電加熱），然后通過(guò)風(fēng)扇進(jìn)入干燥箱，通過(guò) ** 干燥材料交換熱量和濕度，從 加熱和吸收干燥材料** 干燥材料中的濕度，然后定期從干燥室排出一些高濕度的干燥介質(zhì)，同時(shí)補(bǔ)充等量的冷介質(zhì)來(lái)維持干燥循環(huán)。這種干燥過(guò)程最大的缺點(diǎn)是系統(tǒng)的熱損失相當(dāng)大，因?yàn)樾枰ㄆ谂懦龈邷馗邼竦母稍锝橘|(zhì)，其熱損失可達(dá) 40%，廢氣中往往含有大量有毒有害成分。如果不處理，會(huì)造成嚴(yán)重的空氣污染。

熱泵污泥干燥系統(tǒng)采用熱泵循環(huán)，通過(guò)熱泵低溫除濕法降低廢氣含濕量，吸收廢氣中的熱量加熱干燥介質(zhì)，有效利用廢氣中的熱量，提高能源利用效率，同時(shí)熱泵污泥干燥溫度低，干燥過(guò)程環(huán)保安全，原理如圖5 所示。主要由熱泵、干燥箱、風(fēng)機(jī).html'>風(fēng)機(jī)等組成，一般采用封閉空氣循環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)與外部環(huán)境隔離，干燥介質(zhì)為空氣，干熱空氣進(jìn)入干燥箱與污泥接觸，空氣冷卻濕熱空氣，污泥水分，然后通過(guò)熱泵蒸發(fā)器冷卻濕冷凝水進(jìn)入干冷空氣，干冷空氣進(jìn)入冷凝器加熱干熱空氣，完成循環(huán)過(guò)程。熱泵側(cè)制冷劑壓縮后，其溫度壓力等參數(shù)升高，室外散熱設(shè)備散熱后，將熱量分散到冷凝器中，然后將熱量分散到冷凝器中。

 熱泵污泥干燥設(shè)備原理圖

熱泵污泥干燥系統(tǒng)的能泵污泥干燥系統(tǒng)的能源及分配示意如圖6 所示：

 熱泵污泥干燥系統(tǒng)能流圖

事實(shí)上，在熱泵污泥干燥系統(tǒng)中，其輸入能量主要是壓縮機(jī)消耗的電能?？紤]到濕污泥在干燥過(guò)程中的吸熱和設(shè)備本身的散熱，其余的熱量需要從散熱設(shè)備中排出。

3 熱泵污泥干燥系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

目前，利用熱泵干燥污泥已得到一定的應(yīng)用。結(jié)合其工作原理和方法，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1） 能耗低。采用閉式熱風(fēng)循環(huán)和熱泵熱回收技術(shù)，可有效降低干燥過(guò)程中的能耗水平，受外部環(huán)境溫濕度影響小，區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)；

(2)低污染。干燥溫度為 100°c 在以下低溫干燥條件下，可避免氣味有機(jī)物揮發(fā)，閉式熱空氣循環(huán)也可顯著減少系統(tǒng)循環(huán)空氣溢出，一般不處理廢氣和廢水；

(3)損失低。由于污泥干燥過(guò)程中溫度低，有機(jī)質(zhì)損失小，利用潛力大；

（4） 安全性高。污泥干燥過(guò)程中的運(yùn)行環(huán)境溫度不高，在合理控制風(fēng)速的條件下可避免粉塵。熱泵污泥干燥系統(tǒng)可完全滿足污泥干燥的安全要求，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性；

(5) 干燥時(shí)間長(zhǎng)。由于熱泵出風(fēng)溫度一般為 65°c~80°c，污泥干燥時(shí)間一般長(zhǎng)達(dá)幾十分鐘至幾小時(shí)，出料含水量要求較低時(shí)可能不符合要求；

(6) 設(shè)備容量小。由于干燥時(shí)間長(zhǎng)，熱泵污泥干燥設(shè)備單機(jī)處理能力一般不高，大規(guī)模使用不方便；

(7) 投資成本高。與傳統(tǒng)熱干燥設(shè)備相比，熱泵污泥干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)組件多，初始投資較高。

4 優(yōu)化熱泵污泥干燥工藝

根據(jù)上述分析，傳統(tǒng)熱泵污泥干燥系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)仍不合理，熱泵干燥潛力無(wú)法充分利用。結(jié)合熱泵運(yùn)行的特點(diǎn)，提出了以下可行的優(yōu)化方案：

（1） 冷卻設(shè)備后熱泵污泥干燥系統(tǒng)：制冷劑側(cè)冷卻時(shí)，可考慮在冷凝器后設(shè)置冷卻設(shè)備，有效提高送風(fēng)溫度，提高系統(tǒng)干燥能力，但可能增加所需的冷卻面積，原理圖如圖 7 所示

 散熱設(shè)備后部原理圖

(2) 蒸發(fā)器前預(yù)冷熱泵污泥干燥系統(tǒng):濕熱空氣通過(guò)回?zé)崞髟O(shè)置系統(tǒng)散熱設(shè)備，進(jìn)入蒸發(fā)器前，循環(huán)空氣除有效排出設(shè)備內(nèi)多余熱量外，還可冷卻除濕。原理圖如圖8 所示

(3) 兩級(jí)串聯(lián)熱泵污泥干燥系統(tǒng):采用兩級(jí)串聯(lián)熱泵，一方面可以降低干燥空氣中的含濕量，同時(shí)也可以適當(dāng)提高干燥空氣的溫度。但是，在系統(tǒng)運(yùn)行中存在許多耦合問(wèn)題。同時(shí)，由于蒸發(fā)器和冷凝器之間溫差的增加，如果要充分冷卻和加熱空氣，需要增加設(shè)備的換熱面積。

（4） 多熱泵并聯(lián)熱泵污泥干燥系統(tǒng)：考慮多熱泵并聯(lián)運(yùn)行，多熱泵接力冷卻濕熱空氣，接力加熱干冷空氣，可提高設(shè)備的處理能力，原理圖如圖 10 所示

圖10 多臺(tái)熱泵并聯(lián)式熱泵污泥干燥系統(tǒng)原理圖

在多組熱泵并聯(lián)運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)熱泵可單獨(dú)運(yùn)行，不存在相互影響的問(wèn)題，同時(shí)可將每個(gè)熱泵的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度單獨(dú)設(shè)置，可以充分冷卻、加熱空氣，提高設(shè)備的容量。

5 結(jié)論

本文總結(jié)了熱泵污泥干燥系統(tǒng)的分類、原理和技術(shù)特點(diǎn)，優(yōu)化了熱泵污泥干燥系統(tǒng)的過(guò)程，得出以下結(jié)論：

（1） 目前應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的熱泵干燥系統(tǒng)按干燥介質(zhì)的循環(huán)方式進(jìn)行分類，主要包括封閉式、半封閉式和開(kāi)放式。其適用范圍不同。適用于污泥干燥的主要是封閉式和半封閉式熱泵干燥系統(tǒng)；

（2） 熱泵污泥干燥系統(tǒng)與傳統(tǒng)污泥熱干燥系統(tǒng)相比具有能耗低、污染低、損失低、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在干燥時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備容量小、投資成本高等問(wèn)題；

鑒于傳統(tǒng)熱泵污泥干燥系統(tǒng)工作過(guò)程設(shè)計(jì)不合理，總結(jié)了散熱設(shè)備后熱泵污泥干燥系統(tǒng)、蒸發(fā)器前預(yù)冷熱泵污泥干燥系統(tǒng)、兩級(jí)串聯(lián)熱泵污泥干燥系統(tǒng)、多個(gè)熱泵并聯(lián)熱泵污泥干燥系統(tǒng)等優(yōu)化方案。