一种基于热泵的污泥烘干系统及其热力学优化设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于热泵的污泥烘干系统及其热力学优化设计方法，所述基于热泵的污泥烘干系统中，压缩机的出口依次经第一冷凝器的制冷剂通道、第二冷凝器的制冷剂通道、膨胀阀、蒸发器的制冷剂通道与压缩机的进口相连通；烘干室内，污泥进口经烘干传送带与污泥出口相连，上部风口与中部风口相连通，中部风口与下部风口相连通；中部风口经泄热器的风道后分为两路，一路经第一冷凝的风道与上部风口相连通，另一路依次经显热换热器的高温侧风道、蒸发器的风道、显热换热器的低温侧风道、第二冷凝的风道与下部风口相连通。本发明专利技术的方法可在确定的运行工况、污泥需求及结构特征下完成热泵烘干系统的整体优化设计。热泵烘干系统的整体优化设计。热泵烘干系统的整体优化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热泵的污泥烘干系统及其热力学优化设计方法


[0001]本专利技术属于热泵应用
，特别涉及一种基于热泵的污泥烘干系统及其热力学优化设计方法。

技术介绍

[0002]随着经济、社会的不断发展，交通领域及工、商业、民用领域内的冷、热能源供应总量逐年持续增加，考虑到传统一次能源直接燃烧式供热的低效率、高污染特性，现代生活中工、商业及民用领域内对于制冷、制热领域的技术进步、产业变革提出了强烈需求。
[0003]在分布式烘干领域，一次能源直接燃烧式供热方法仍然占据绝对的主导地位，不仅能量直接利用效率远不到100％，并且在分布式燃烧的条件下造成了大量废气、废渣的排放，因此热泵技术在该领域的推广具有十分重要的节能和环保意义。
[0004]与在传统热泵热水器、热泵供暖等应用背景下的技术要点不同，烘干领域中的热泵系统不仅要依靠冷凝器对外输出热量，同时还要依靠蒸发器为循环风提供制冷量，从而析出循环风中的水分，并保证以低湿状态进入烘干室中并保证烘干效果，这需要按照热泵烘干系统流程进行全新的系统优化设计。
[0005]综上所述，鉴于烘干领域的工况要求比较特殊，按照常规的热泵设计方法(热泵热水器、热泵供暖等)无法满足烘干系统里的需求，亟需提出新的设计方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于热泵的污泥烘干系统及其热力学优化设计方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的方法，可在确定的运行工况、污泥需求及结构特征下完成热泵烘干系统的整体优化设计，找到最优运行热力学参数并保证运行过程的吨泥能耗最低。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术提供的一种基于热泵的污泥烘干系统，包括：压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、显热换热器、蒸发器、膨胀阀、泄热器以及烘干室；
[0009]所述压缩机的出口依次经所述第一冷凝器的制冷剂通道、所述第二冷凝器的制冷剂通道、膨胀阀、所述蒸发器的制冷剂通道与所述压缩机的进口相连通；
[0010]所述烘干室设置有污泥进口、污泥出口、上部风口、中部风口、下部风口和烘干传送带；所述烘干室内，所述污泥进口经所述烘干传送带与所述污泥出口相连，所述上部风口与所述中部风口相连通，所述中部风口与所述下部风口相连通；所述中部风口经所述泄热器的风道后分为两路，一路经所述第一冷凝的风道与所述上部风口相连通，另一路依次经所述显热换热器的高温侧风道、所述蒸发器的风道、所述显热换热器的低温侧风道、所述第二冷凝的风道与所述下部风口相连通。
[0011]本专利技术的进一步改进在于，还包括：
[0012]水冷却塔，所述水冷却塔的水路出口经所述泄热器的水路通道与所述水冷却塔的
水路进口相连通。
[0013]本专利技术的进一步改进在于，所述烘干传送带分层设置。
[0014]本专利技术的进一步改进在于，运行时：
[0015]一部分循环风从烘干室的上部风口进入烘干室内，经过若干层烘干传送带之后到达中部风口；另一部分循环风从烘干室的下部风口进入烘干室内，经过若干层烘干传送带之后到达中部风口；
[0016]两部分循环风混合后统一进入泄热器内向循环冷却水散热，散热之后的中温循环风分为两部分，其中一部分通入所述第一冷凝器中吸收制冷剂的热量，之后回到烘干室的上部风口；另外一部分首先经过所述显热换热器的高温侧放出部分热量，之后通入蒸发器内放出热量且析出水分，随后再次经过显热换热器的低温侧并吸收高温侧的热量，升温之后的循环风再经过所述第二冷凝器提升温度达到高温低湿状态，最终回到烘干室下部风口。
[0017]本专利技术的进一步改进在于，制冷剂通道内的介质为R134a。
[0018]本专利技术提供的一种基于热泵的污泥烘干系统的热力学优化设计方法，包括以下步骤：
[0019]获取污泥产品的需求边界条件、工况条件、污泥烘干系统几何结构以及烘干室内的结构形式；
[0020]设定压缩机转速、循环风总体流量、上下两层风量比、压缩机的容积效率与等熵效率、热泵系统过冷度、热泵系统排气压力、热泵系统吸气压力、热泵系统过热度以及余热回收后低温侧出口温度；基于设定条件，计算获得热泵系统的制热量、COP、两层进口的循环风温度、蒸发器除水量，以及烘干系统的泄热器换热后温度、SMER、吨泥能耗信息；
[0021]判断污泥出口参数是否满足前馈需求，如果不满足则反馈调整热泵系统压缩机转速，从当前值开始增加一个步长，并继续运算；如果污泥出口干度满足需求，则判断系统吨泥能耗与预设值之间的大小，若小于预设值，则保存当前所有假设热力学参数及热力学计算结果作为当前运算阶段的已有最优值；若大于等于预设值，则跳过保存步骤并直接判断余热回收后的低温侧出口温度是否已经到达最大值，若还未到达最大值，则增加余热回收后的低温侧出口温度，增加值为一个步长，继续进行计算；若已经到达最大值，则判断热泵系统过热度是否到达最大值，若还未到达最大值，则增加过热度，增加值为一个步长，继续进行计算；若已经到达最大值，则判断热泵系统吸气压力否已经到达最大值，若还未到达最大值，则增加吸气压力，增加值为一个步长，继续进行计算；若已经到达最大值，则判断热泵系统风量比否已经到达最大值，若还未到达最大值，则增加风量比，增加值为一个步长，继续进行计算；若已经到达最大值，则判断热泵系统总风量否已经到达最大值，若还未到达最大值，则增加总风量，增加值为一个步长，继续进行计算；若已经到达最大值，则结束整个运算过程，最终输出的结果为所有迭代运算步骤中最低吨泥能耗所对应的系统最佳运行状态。
[0022]本专利技术的进一步改进在于，所述污泥产品的需求边界条件包括污泥处理量、污泥进口含湿量及污泥出口含湿量；所述工况条件包括环境温度和环境湿度；所述烘干室内的结构形式包括烘干传送带数目、进风、出风信息。
[0023]本专利技术的进一步改进在于，所述压缩机转速包含转速下限、转速上限与调整步长；
所述循环风总体流量包含总风量下限、总风量上限与调整步长；所述两层风量比包含风量比下限、风量比上限与调整步长；所述热泵系统吸气压力包含吸气压力下限、吸气压力上限与调整步长；所述热泵系统过热度包含过热度下限、过热度上限与调整步长；所述余热回收后低温侧出口温度包含出口温度下限、出口温度上限与调整步长。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术提供的技术方案中，创新性的提出了两进一出的双层并联式烘干室结构，通过分段式热风进口的结构性创新，不仅显著提升了烘干室内的平均热风温度，而且有效降低了烘干室内空气流动过程引发的空气阻力，大幅降低了循环风机的功耗。
[0026]现有常规热泵中，蒸发侧(制冷侧)与冷凝侧(制热侧)处在两个不同的环境区域中，分别与不同的换热介质换热，两边分别设计并且优化即可；本专利技术中，针对烘干应用领域特殊工况需求，提出了一种与常规热泵系统不同的优化设计方法，蒸发侧(制冷侧)与冷凝侧(制热侧)与同一个循环回路中的空气换热，这部分湿空气先被冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热泵的污泥烘干系统，其特征在于，包括：压缩机(1)、第一冷凝器(2)、第二冷凝器(3)、显热换热器(4)、蒸发器(5)、膨胀阀(6)、泄热器(7)以及烘干室；所述压缩机(1)的出口依次经所述第一冷凝器(2)的制冷剂通道、所述第二冷凝器(3)的制冷剂通道、膨胀阀(6)、所述蒸发器(5)的制冷剂通道与所述压缩机(1)的进口相连通；所述烘干室设置有污泥进口、污泥出口、上部风口、中部风口、下部风口和烘干传送带；所述烘干室内，所述污泥进口经所述烘干传送带与所述污泥出口相连，所述上部风口与所述中部风口相连通，所述中部风口与所述下部风口相连通；所述中部风口经所述泄热器(7)的风道后分为两路，一路经所述第一冷凝的风道与所述上部风口相连通，另一路依次经所述显热换热器(4)的高温侧风道、所述蒸发器(5)的风道、所述显热换热器(4)的低温侧风道、所述第二冷凝的风道与所述下部风口相连通。2.根据权利要求1所述的一种基于热泵的污泥烘干系统，其特征在于，还包括：水冷却塔(8)，所述水冷却塔(8)的水路出口经所述泄热器(7)的水路通道与所述水冷却塔(8)的水路进口相连通。3.根据权利要求1所述的一种基于热泵的污泥烘干系统，其特征在于，所述烘干传送带分层设置。4.根据权利要求1所述的一种基于热泵的污泥烘干系统，其特征在于，运行时：一部分循环风从烘干室的上部风口进入烘干室内，经过若干层烘干传送带之后到达中部风口；另一部分循环风从烘干室的下部风口进入烘干室内，经过若干层烘干传送带之后到达中部风口；两部分循环风混合后统一进入泄热器(7)内向循环冷却水散热，散热之后的中温循环风分为两部分，其中一部分通入所述第一冷凝器(2)中吸收制冷剂的热量，之后回到烘干室的上部风口；另外一部分首先经过所述显热换热器(4)的高温侧放出部分热量，之后通入蒸发器(5)内放出热量且析出水分，随后再次经过显热换热器(4)的低温侧并吸收高温侧的热量，升温之后的循环风再经过所述第二冷凝器(3)提升温度达到高温低湿状态，最终回到烘干室下部风口。5.根据权利要求1所述的一种基于热泵的污泥烘干系统，其特征在于，制冷剂通道内的介质为R134a。6.一种权利要求1所述的基于热泵的污泥烘干系统的热力学优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：获取污泥产品的需求边界条件、工况条件、污泥烘干系统几何结构以及烘干室内的结构形式；设定压缩机转速、循环风总体流量、上下两层风量比...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋昱龙，曹锋，蒋红光，崔策，任纪霖，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：