太阳能温室日处理20吨污泥项目

1、太阳能温室日处理20吨污泥项目整体设计方案设 计：菏泽天一太阳能科技有限公司日 期：2010年9月16日引言 随着人类社会的不断进步，到上个世纪末，人类共同面临环境污染和资源短缺两大可持续发展障碍。如何克服这两大障碍，实现可持续发展是摆在全人类面前的重大问题。据不完全统计，目前全国日污水排放量已达133.7亿吨，污水经过处理后其体积的0.5%-10%将转化为污泥。随着我国污水处理设施的普及、处理率的提高，产生的污泥量将继续增大。由于污泥的成分很复杂，如不妥善处置将未经处理的污泥随处堆放和排出则会对人类环境造成巨大的威胁。目前在我国，污泥处理设备大约占污水处理厂的40%-60%基建投资，污泥处理

2、则占50%左右的处理费用，也造成了和其经济费用不成比例的处理难度。如何实现污泥处理高效化，变废为宝，实现能源的充分利用是一个值得所有人关注的问题。国际上，西方发达国家经济雄厚、技术先进、处理程度较高。例如，西欧主要以间接热干化为主，美、英、北爱尔兰三国以填埋、农用为主，而日本主要采用焚烧。间接热干化在发达国家已成为一条重要的途径，欧洲如德国、荷兰等国建有大型污泥预干化厂，预干化的污泥含水达到60%后，进入电厂焚烧，或者堆肥农用，实现能源再利用。1 设计目的及意义1.1 污泥的资源化道路探究污泥主要成分包含有机质和矿物质，处置主要采用堆肥农用、填埋和综合利用等多种形式。堆肥处理是一种比较适宜的处

3、理方式，它通过堆肥使污泥变为沼气，在一定程度上实现废物的可回收利用。填埋也是较符合中国国情的处置方法。而污泥如果含水率能降到20%左右，燃烧就是可行的。在我国动力用商品煤中，其发热量以褐煤的为最低，平均仅14.34MJ/kg，约为3430kcal/kg，其热值与干化后的污泥相近。如表1-1。因此经过适宜的脱水处理降低含水率后，污泥固化，此时的污泥是可以作为低热值的固体燃料加以利用。既可以实现能源的节约，又可以变废为宝创造污泥新的价值。表1-1干化污泥与褐煤的工业分析及其对比1污泥褐煤可燃分65.63%可燃分50%灰分34.37%灰分7.43%低位发热值3030kcal/kg低位发热值3430k

4、cal/kg1.3 太阳能干燥在污泥干化中应用的必要性污泥处理单位对污泥进行了浓缩脱水处理，往往达不到要求，污泥的含水率仍较高，污泥处理的不到位不仅增加了运输的难度，而且给后续的污泥处置带来极大的不便，因此污泥的干化处理非常重要。而目前我国污水污泥的干化处理处置费用较高要采取先进的污泥干化工艺，又要降低运行成本，确实难度很大，但是面对每天产出的大量污泥，这条道路必须继续走下去。太阳能是一种清洁、安全、可持续发展的绿色能源，我国有丰富的太阳能资源，大约2/3国土的太阳能年辐射量接近或超过5000MJ/m2，利用太阳能对污泥进行干燥具有节能降耗的现实意义2-3。结合太阳能在木材、药材干燥中的应用，

5、我们设计了一套适合污泥的太阳能污泥干燥工艺。2太阳能污泥干燥处理工艺2.1 干燥装置及工艺流程设计了一套新型污泥干化系统，通过采用集热器-温室型太阳能干燥装置实现污泥的干化，其工艺流程如图2-1所示：2-1 太阳能污泥干燥流程太阳能空气集热器主要有吸热面、框架和背板组成。背板与吸热板之间形成一道空气间层，背板上留有出风口，通过风管与风机相连，出风口处装有温度传感器。随着太阳辐射强度的增加，吸热板温度不断上升，空气间层内的空气通过与吸热板之间的对流换热不断被加热，当空气温度达到设定温度后，温度传感器发送信号启动风机，在风机作用下，空气间层中形成负压，外部空气通过吸热板上的空气入口被吸入空气间层，

6、并在其中被加热，加热后的热空气由出风口通过风管送至污泥干燥室4。干燥仓带有通风地板，并配备一个风机和排湿口污泥从干燥室上方进料口进入经若干链条传送带传输至下端出料口排出。在操作过程中，热空气与污泥直接接触，并以一定速度流过污泥层，在此过程中吸收污泥中的水分，并将湿气排出，排出的湿废气经无害化后排放。干燥装置如图2-2示：图2-2 集热器-温室型太阳能干燥装置示意图由于太阳能空气集热器的使用面积很大，为便于运输和安装，设计采用单元制作，现场拼装。同时在安装透明盖板时一定要注意密封，密封性将直接影响集热器热效率。2.2 太阳能干燥工作原理太阳能污泥干化系统以干燥的空气作为热载体，采用太阳能空气集热

7、器直接将太阳能转化为热能，储存在空气中使空气温度升高，用热空气进行污泥干燥作业。脱水后的污泥在温室中主要存在两种干燥工艺：1，辐射干燥。当室温内的污泥接受太阳光线有效辐射温度升高，使其内部水分得以向周围空气加速蒸发，从而增加了污泥表面的空气湿度，甚至达到饱和；2.通过自然循环和热风冲刷，将温度内的湿空气排出，使污泥表面的湿度由原来的饱和状态进入非饱和状态，从而促使污泥内部水分进一步向周围空气蒸发。为了增强集热器效率和温室的保温隔热能力，采用主要设备材料如表2-2所示。表2-2干燥装置主要设备材料主要设备材料 空气集热器吸热板材料铝合金吸热网盖板材料普通平板玻璃(厚度约3mm)涂层涂料多层(渐变

8、)Al-N/Al选择性吸收涂层透明干燥仓干燥仓保温材料聚苯泡沫塑料(厚度为50mm)透明盖板PC中空板2.3太阳能干燥工艺技术依据2.3.1 涂层技术太阳能热利用装置中，用来吸收太阳辐射的吸收部件是关键，而该部件吸收表面的热辐射性能对集热器的性能起重要作用。采用磁控溅射技术运用单靶磁控溅射镀膜机，以纯铝为基材，制备一种多层（渐变）Al-N/Al选择性吸收涂层后，再沉积一薄层氧化铝作为减反射层。同时制做一种高性能的太阳光选择性吸收薄膜。在薄膜背面涂有丙烯粘合剂，可任意粘贴到铝、铜或塑料制品上。将涂层加图在连续塑料薄膜上，能制成一种大面积应用的廉价光谱选择性吸收涂层。该工艺制备的集热器，在夏季太阳

9、辐射为900W/m2时，集热器内空晒温度可达270°C，并且耐磨耐腐蚀6。将该涂层技术应用到太阳能空气集热器上可以保持管内空气处于较高温度使污泥保持表面蒸发控制，及恒速干燥阶段，并且不会产生热分解的臭味，肥分不会降低，客服了太阳能干燥受气候影响大的弱点。2.3.2 阳光板在温室的设计中，对透明盖板的选择很关键，本设计采用的PC(阳光板)中空板具有良好的隔热性能，能够有效地阻止室内外热量的传导，保持室内温度均衡。其主要技术参数：冲击强度（J/m）:850；透光率：88%；比重（g/cm3）：1.2；传热系数（W/（m2.°C）2.33.6；热变形温度（°C）140。

10、2.3 太阳能干燥装置的创新应用(1).集热器背面设有储热室可以暂存污泥，通过集热器底部的孔板将多余的热量传到储热室，对脱水后的污泥进行预热，可以充分利用太阳能。(2).干燥仓内运输带设计为上下交错的导轨，污泥在各传送带上交替波浪式移动，既防治板结现象发生，又能与热空气充分接触。(3).污泥传输方向与热空气形成逆流，这样保证了出口处干化污泥不受上方湿热空气的影响，同时储仓顶部的进料口安装有污泥均布器，以便使污泥均匀铺平，受热均匀。(4).采用的多层Al-N/Al选择性吸收涂层，具有很高的太阳光吸收能力和很低的红外辐射能力，有效提高太阳能系统集热温度和集热效率一年四季均可在同一条件下运行，干燥质

11、量稳定。(5).采用集热器、联合作业，使污泥在干燥室内同时进行对流和辐射，以加快干燥速度。3 太阳能干燥的理论热值计算3.1 部件参数表3-1各部件主要设计参数 集热器设计参数干燥仓设计参数风机设计参数单元集热器外型尺寸：1500mm×1010mm×200mmm有效极热面积:1m3集热器效率40%55%涂层太阳能吸收率：0.927集热器安装高角度：45°干燥仓内腔尺寸：2000mm×400mm×150mm链条传送带尺寸：1.76m×0.14m透光面积：0.8m2除湿风机功率：2×0.4kW除湿机风量：6000m3/h集热器风

12、机功率：3×0.75kW集热器风量：3000m3/h3.2热值的理论设计计算3.2.1污泥干燥所需热量的计算处理每吨原污泥蒸发水分（含水率有80%降为0）0.8t，可得到干污泥（含水率为0）0.2t。相当于将0.8t水由室温20加热成100的水蒸气需耗费的热能为：80(显热)+619（潜热）×800=559200kcal=2337.456KJ(1kcal=4.18J下同)83.2.2 太阳能单元集热器所产热量的计算学术界认为，地球大气外层的太阳光能量密度约为1kw/，经大气吸收、散射、折射、反射，到达地面后的阳光能量密度约为630w/。单元集热器接收阳光的实际透光面积为1，

13、本装置的理论功率为：P=w0×s=0.63×1=0.63kw单元集热器效率以40%55%计，则得热功率为：P得热=P×40%P×55%=0.2520.3465kw在透明顶板的温室效应下，集热器的效率会显著提高，实际得热功率P得热>P得热。假设该集热器每天工作8h，则该集热器一天内可转化有效热能为：Q日=P得热×60×60×8=7257.69979.2KJ。3.2.3 太阳能集热器面积的计算以日处理污泥量为20吨的污水处理厂为例，需耗费的热量为：Q=20×2337.456KJ=46749.12KJ设该太阳能集热

14、器实际透光面积为A，则：A=Q/Q日=46749.12/9979.246749.12/7257.64.686.44以平均计，A实际=5.66，即需要6块单元集热器。4太阳能干燥的节能分析4.1节能效益：由于阳光的不连续性和气候的影响，我们假设一个月中太阳能集热器的有效工作日为1030d，一年中有效工作日约为120360d，该集热器一年中所收集的热能为:Q年min=6Q日×d1=6（7257.6×1209979.2×120）=52254727185024KJQ年max=6Q日×d2=6（7257.6×3609979.2×360）=156

15、7641621555072KJ已知：标煤的热值为20920KJ/kg，煤炉效率为0.3；液化气的热值为45614KJ/kg，天然气炉效率为0.6。经换算（按平均计）：该太阳能集热器一年所获能量相当于640.07kg标煤或293.56kg液化气。若按行市计算，标煤600元/t，液化气6.6元/kg（按80元/罐）该集热器每年可节省煤价384.042元或液化气费用1937.496元。假设太阳能集热器的使用寿命为15年，则该集热器在寿命期内可替代煤价5760.63元或替代液化气价29062.44元。日处理污泥量为20吨的污泥处理厂干燥污泥日耗能为Q=46749.12KJ，则年耗能为17063428.

16、8KJ，相当于燃煤约0.82吨，燃液化气374.08kg。其节省煤炭费用或液化气费用如表4-1所示。表4-1 节能效益一览表 名称总量折合费（元）平均总计（15年）燃煤/吨2468.9280.8249222206.96燃液化/kg1480.4640.82374.0822206.964.2环保效益：与燃煤供热干燥污泥相比，采用太阳能集热器供热，可节约煤炭，减少有害气体排放量，且无需消耗资金、人力及设备来治理其引起的环境污染。其环境效益如表4-2所示。表4-2 环境效益一览表名称减少排放量节约治理费用年总量单价总价（元）SO224.6kg27.0630kg/吨原煤1.1元/kgNOx7.38kg17.7129kg/吨原煤2.4元/kgCO20.6314m31.26280.77m3/吨原煤2元/m3煤尘量5.744.5927kg/吨原煤0.8元/kg合计（15年）759.4025 结语（1）太阳能干燥虽然受太阳辐射强度周期变化的影响，但只要注意合理利用太阳能辐射强度的变化，对污泥干燥的影响只是时间长短的不同。采用中高温太阳光谱选择性吸收涂层，干燥室温