在污泥的干燥技術中，熱干燥是目前很常用的干燥手段。按照對污泥的加熱方式分類，有對流、傳導和輻射干燥三種類型。

在對流干燥中，干燥介質和污泥在同一個空間內發生熱濕傳遞作用，干燥介質將熱量傳遞給污泥使其內部的水分蒸發擴散，進入到干燥介質中去被帶離污泥。一般情況下需將被降溫加濕的干燥介質排放至設備外，導致能源利用率較低，此外在干燥過程中干燥介質與污泥直接作用，干燥過程中產生的一些有毒有害物質也會隨著尾氣排出，因此要對干燥產生的廢水和尾氣做沒有危害化處理；

在傳導干燥中，濕污泥和加熱媒介不直接接觸，加熱媒介（通常為油或蒸汽）可回收利用，但仍需對干燥介質進行后續的尾氣處理，同時由于是間接傳熱，濕污泥中水分的蒸發效率和設備的傳熱效率都較低，導致其整體的效率不高。

熱泵污泥干燥技術作為污泥低溫對流干燥工藝中的一種，可以在保證較高的蒸發效率和傳熱效率的同時，回收干燥廢氣中的熱量，同時大幅降低污泥干燥過程中的有毒有害物質排放，能夠達到節能減排的有益效果。

熱泵干燥系統分類

圖1 開敞式熱泵干燥設備原理圖

針對熱泵干燥系統，其按干燥介質的在系統內的循環工作方式分類，可分為封閉式、半封閉式以及開敞式三種。 

其中開敞式系統內的干燥介質在對干燥物料進行除濕之后直接排放至室外大氣內，原理如圖1 所示。一般的處理過程為環境空氣先經過熱泵的冷凝器進行等濕升溫，干燥介質空氣被加熱后經過風機送至干燥箱內吸濕降溫，然后進入熱泵蒸發器同制冷劑換熱被冷卻除濕，同時回收這部分空氣的顯熱和潛熱，之后再將其排至環境大氣內，這種熱泵干燥系統一般適用于室外空氣濕度不大、溫度較高的干熱條件下，同時系統除濕性能、能耗水平受制于外界空氣條件的影響，不利于大規模使用。

對于半封閉式系統。其工作原理如圖2 所示，其干燥介質在對干燥物料進行除濕之后部分排放至室外大氣內，同時還需要從室外大氣內重新補充等量的冷空氣至系統內。該系統的處理過程為干燥箱出口的干燥介質空氣一部分直接排放至大氣內，而另一部分旁通進入熱泵蒸發器，被降溫除濕后同新吸入的環境空氣進行混合，而后兩部分空氣一同進入熱泵冷凝器被加熱，經風機加壓后進入干燥箱對干燥物料進行除濕干燥，循環往復。在這種系統構型中，干燥箱出口的干燥介質空氣的旁通率是一個影響系統性能的至關重要的參數，合理的旁通率能夠保證系統較高的處理能力和能效水平。

圖2 半封閉式熱泵干燥設備原理圖

圖3 封閉式熱泵干燥設備原理圖

圖4 散熱設備后置原理圖

圖5 蒸發器前預冷原理圖

圖6 兩級串聯式熱泵污泥干燥系統原理圖

圖7 多臺熱泵并聯式熱泵污泥干燥系統原理圖

熱泵污泥干燥系統原理

在熱泵污泥干燥系統中，干燥物料為污泥，干燥介質一般為空氣，本質上熱泵污泥干燥同常規的污泥熱干燥的作用機理類似，均為通過干燥介質同干燥物料的熱濕交換，使物料中的水分向外蒸發擴散，從而降低物料的含水率。但在處理吸濕干燥介質的方法上，熱泵干燥同常規干燥手段有著明顯的不同，常規的干燥手段一直接將含濕量高的干燥介質排放至大氣內。

如圖8所示，在這種處理方案中，干燥介質先通過加熱器加熱（一般為蒸汽或者電加熱），然后通過風機進入干燥箱內，通過與被干燥物料進行熱量和濕量的交換，將干燥物料加熱并吸收來自被干燥物料中的濕分，而后定期從干燥室內排出一部分高含濕量的干燥介質，同時還需補充等量的冷介質來維持干燥循環。

圖8 常規污泥熱干燥設備原理圖

圖9 熱泵污泥干燥設備原理圖

結論

本文總結梳理了熱泵污泥干燥系統的分類、原理以及技術特點等內容，并在此基礎上對熱泵污泥干燥的系統流程進行了特定的優化，得到了以下結論：

（1）目前應用于實際生產的熱泵干燥系統按干燥介質的循環方式分類，主要有封閉式、半封閉式以及開敞式三種類型，其各自適用的范圍不甚相同，適用于污泥干燥的主要為封閉式和半封閉式熱泵干燥系統；

（2）熱泵污泥干燥系統相比于常規的污泥熱干燥系統具有較大的優勢，具有低能耗、低污染、低損失和高保障性的特點，但也存在一些如干燥時間長、設備容量小以及投資費用高等問題。

針對常規的熱泵污泥干燥系統工作過程的流程設計不合理，本節總結提出了散熱設備后置熱泵污泥干燥系統、蒸發器前預冷熱泵污泥干燥系統、兩級串聯式熱泵污泥干燥系統以及多臺熱泵并聯式熱泵污泥干燥系統等多種優化方案。

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