一种污泥低温干化控制系统及控制方法与流程

本发明属于污泥干化处理，具体涉及一种污泥低温干化控制系统及控制方法。

背景技术：

1、污泥是污水处理过程中的必然产物，其减量化、稳定化、无害化和资源化处理是环境保护领域的重要课题。污泥低温干化技术因其能耗较低、运行安全、环境友好等优点，正逐渐成为主流的污泥深度脱水技术之一。

2、典型的污泥低温干化系统主要由污泥干化室和热泵系统构成。目前应用最广泛的空气源热泵通常包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。其工作原理为：湿污泥在污泥干化室内，系统内的空气作为干燥介质循环流动。携带污泥水分的湿热空气（即回风）从干化室流出后，首先经过热泵系统的蒸发器，空气被冷却至露点以下，其中的水蒸气冷凝成水被排出，从而实现空气的除湿。降温除湿后的干燥冷空气接着流经热泵系统的冷凝器，吸收制冷剂释放的热量而被加热成干热空气，最后返回污泥干化室，利用其与湿污泥之间的温差与湿度差再次吸收污泥中的水分。

3、在上述循环过程中，为了达到除湿目的，全部回风都必须经过蒸发器进行深度冷却。然而，这也导致进入冷凝器的空气温度过低，为了将其加热到干化工艺所需的目标温度，冷凝器需要提供大量的热量，这直接导致压缩机需要消耗更多的电能来做功，增加了整个系统的运行成本和能耗。

4、中国实用新型专利cn202411093921.7公开了一种环保型市政污泥干化系统，该系统也采用回风循环模式，但其热源来自于热风炉直接加热，而非采用热泵。虽然实现了干化目的，但其直接电加热的方式能效比较低，与采用压缩式热泵技术的低温干化系统相比，在节能和低碳方面存在明显不足。

5、因此，如何在现有的基于热泵的污泥低温干化系统中，进一步优化能量利用效率，降低压缩机的运行功耗，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种污泥低温干化控制系统及控制方法，旨在解决现有基于热泵的污泥低温干化系统中，因全部回风需经蒸发器深度冷却而导致压缩机能耗过高的问题。

2、具体地，本发明提供以下技术方案：

3、一种污泥低温干化控制系统，包括污泥干化室和热泵系统；所述热泵系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀和换热器；

4、所述污泥干化室、蒸发器、换热器、冷凝器依次连接组成风循环回路；且所述污泥干化室与蒸发器连接的管路上设置分流管路，所述分流管路与所述换热器连接，所述分流管路上设置有第一阀门；

5、所述蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀依次连接组成冷媒循环回路。

6、本发明提供的污泥低温干化控制系统中，所述污泥干化室用于进行污泥干化，干化后产生湿热空气；湿热空气分为两路，一路输送至所述蒸发器进行换热降温处理，析出湿冷空气中的水分，产生干冷空气，另一路直接通过分流管路输送至换热器，通过调节第一阀门的开度，从而调节进入蒸发器的湿热空气和进入换热器的湿热空气的流量比例；所述换热器用于将从分流管路输送来的湿热空气和从蒸发器输送来的干冷空气进行混合换热；所述冷凝器用于对从换热器输送来的混合空气加热，产生干热空气；所述干热空气再返回所述污泥干化室进行污泥干化。

7、本发明提供的污泥低温干化控制系统，可将少量的回风越过蒸发器后，在换热器处进行混合，通过热工计算，根据污泥干化所需脱水量、蒸发器冷凝除湿能力、污泥干化室进出风温度与湿度，计算回风越过蒸发器的合适比例。避免占比过高，导致混合风湿度过高，经过冷凝器后难以达到污泥干化所需的湿度差和热量；或占比过低，导致混合风温度过低，压缩机为了保证冷凝器提供足够热量而过载工作。

8、作为优选，还包括控制装置，所述控制装置与所述第一阀门连接，用于根据预设控制逻辑动态调节进入蒸发器的湿热空气和进入换热器的湿热空气的流量比例。

9、进一步优选的，还包括多个温湿度传感器，设置在所述风循环回路的关键节点，用于实时监测空气的温度和湿度；

10、所述控制装置与所述温湿度传感器电连接，用于接收所述温湿度传感器的监测数据。

11、最优选的，所述温湿度传感器设置在以下位置中的多处：所述污泥干化室的进风口、所述污泥干化室的出风口、所述蒸发器的进风口、所述蒸发器的出风口、所述冷凝器的进风口、所述冷凝器的出风口。

12、作为优选，还包括冷却水塔，用于辅助所述冷凝器散热或对所述风循环回路中的空气进行预冷。具体的，

13、当进入污泥干化室的回风温度高于设定温度时，来自冷却水塔1的冷却水与冷凝器的高温高压冷媒隔着管道接触后返回冷却水塔，解决环境温度等原因引发的冷凝器散热过载问题；

14、当污泥干化所需脱水量大于蒸发器最大冷凝除湿能力时，来自冷却水塔2的冷却水与回风隔着预冷管道接触，在大温差下回风显热被吸收，此时回风全部通过第一分流进入蒸发器，保障脱水量。

15、本发明还提供了一种基于上述污泥低温干化控制系统的污泥低温干化控制方法，包括以下步骤：

16、分流步骤：将从污泥干化室排出的回风，分流为进入蒸发器的第一气流和进入换热器的第二气流；

17、除湿步骤：在蒸发器中对所述第一气流进行降温除湿处理；

18、混合步骤：将降温除湿处理后的第一气流送入换热器，与所述第二气流混合，形成混合气流；

19、加热步骤：将所述混合气流送入冷凝器中进行加热，得到干热空气；

20、干化步骤：将所述干热空气送回至所述污泥干化室中，对污泥进行干化。

21、作为优选，还包括：

22、计算步骤：根据湿污泥的进料量、初始含水率，以及干污泥的目标含水率，计算出所需脱水量；计算公式如下：

23、gω=g0(ω1-ω2)/(1-ω2)

24、gω：系统小时所需总脱水量，kg/h；

25、g0：湿污泥小时进料量，kg/h；

26、ω1：湿污泥初始含水率（无量纲，如 80wt% 填 0.8）；

27、ω2：干污泥目标含水率（无量纲，如 30wt % 填 0.3）。

28、进一步优选的，还包括：

29、监测步骤：实时监测蒸发器进出口的空气含湿量，并计算所述蒸发器的冷凝除湿能力；

30、w=ρqv(d1d2)

31、w：蒸发器小时冷凝除湿量，kg/h；

32、ρ：湿空气密度，常温常压取 1.2 kg/m3；

33、qv：蒸发器循环风量，m3/h；

34、d1：蒸发器进口空气含湿量，kg/kg干空气；

35、d2：蒸发器出口空气含湿量，kg/kg干空气。

36、调节步骤：基于所述所需脱水量、所述空气含湿量及所述冷凝除湿能力，计算出所述第一气流与第二气流的最优分流比例，并通过第一阀门进行调节；

37、x=[gω+ρq(dout-ds)]/[w+ρq(dout-ds)]

38、x：第一气流（流经蒸发器）分流比例，无量纲（即第一气流的流量占总气流流量的百分比，第一气流分流比例+第二气流分流比例=1）；

39、q：干化室总循环风量，m3/h；

40、dout：干化室出风口实时空气含湿量，kg/kg干空气；

41、ds：系统设定标准平衡含湿量，kg/kg干空气。

42、系统设定标准平衡含湿量ds是指污泥稳定干化成目标含水率时，此时空气的含湿量，和此时的相对湿度直接相关。可以采用实测法，连续多次采集恒定满足污泥干化目标含水率要求时的干化室出风口含湿量dout，取稳定平均值，直接作为设定值；可以用密闭的烘箱复现低温干化过程，ds为污泥达到目标含水率且恒定时的循环空气含湿量。

43、该方法的优选控制逻辑为：首先根据污泥的初始状态和干化目标计算出总脱水量；然后，通过实时监测系统关键点的温湿度，结合蒸发器的除湿能力，计算出为达到目标脱水量所需的最优分流比例；最后，通过控制装置执行调节，确保系统总除湿量与污泥脱水量精准匹配，实现动态闭环控制。当污泥含水率偏离目标时，自动调整以强化或减弱除湿效果，即提升和降低回风进入蒸发器的比例，实现稳定达标与能效优化的协同控制。

44、本发明提供了一种污泥低温干化控制系统及控制方法，与现有技术相比，有益效果至少在于：

45、1）显著降低能耗：由于部分湿热回风绕过了蒸发器，使得进入冷凝器前的混合气流温度高于现有技术。这意味着冷凝器无需将空气从一个非常低的温度开始加热，从而显著降低了冷凝器的加热负荷。热泵系统中，冷凝器的热负荷直接关联压缩机的做功量，因此，本发明有效降低了压缩机的功耗，节约了大量的电能；

46、2）提升系统能效比：在保证相同脱水量的条件下，由于系统总输入功率（主要是压缩机功率）下降，整个污泥干化系统的能效比得到显著提升，运行经济性更好；

47、3）实现精确与柔性控制：通过动态调节分流管路上第一阀门的开度，可以精确控制系统的总除湿能力，使其与不同含水率、不同批次污泥的干化需求精准匹配。这种柔性控制能力避免了“大马拉小车”式的能源浪费，同时保证了出泥品质的稳定性；

48、4）结构简单，易于改造：本发明主要通过增加一条分流管路和相应的第一阀门来实现，对现有干化设备主体结构改动小，易于在新建或已有设备上实施和改造，具有很高的工程应用价值。