在污泥干燥技术中，热干燥是目前最常用的干燥方法。根据污泥的加热方法，有三种类型：对流、传导和辐射干燥。在对流干燥中，干燥介质和污泥在同一空间内传递热量和湿度。干燥介质将热量传递给污泥，蒸发和扩散扩散其内部水分，并将其带入干燥介质并将其带离污泥。一般来说，冷却和加湿的干燥介质应排放到设备外，导致能源利用率低。此外，干燥介质在干燥过程中直接作用于污泥，干燥过程中产生的一些有毒有害物质也会随废气排出。因此，应对干燥产生的废水和废气进行无害化处理；在传导干燥过程中，湿污泥与加热介质不直接接触。加热介质（通常是油或蒸汽）可回收利用，但干燥介质仍需进行后续废气处理。同时，由于间接传热，湿污泥中水分的蒸发效率和设备的传热效率较低，整体效率不高。

热泵污泥干燥技术作为污泥低温对流干燥工艺之一，可以在保证高蒸发效率和传热效率的同时回收干燥废气中的热量，大大降低污泥干燥过程中有毒有害物质的排放，达到节能减排的有益效果。

1 热泵干燥系统分类

对于热泵干燥系统，根据系统中干燥介质的循环工作模式，可分为封闭式、半封闭式和开放式。

其中，开放式系统中的干燥介质在除湿干燥材料后直接排放到室外大气中，原理如图1 所示。一般处理过程是环境空气通过热泵冷凝器等湿加热，干燥介质空气通过风扇加热到干燥箱吸湿冷却，然后进入热泵蒸发器和制冷剂冷却除湿，回收空气热和潜热，然后排放到环境大气中，热泵干燥系统一般适用于室外空气湿度低、高温干热条件，系统除湿性能、能耗水平受外部空气条件影响，不利于大规模使用。

对于半封闭系统，其工作原理如图2 所示。除湿干燥材料后，干燥介质部分排放到室外大气中，同时需要从室外大气中补充等量的冷空气。系统的处理过程是干燥箱出口的部分干燥介质空气直接排放到大气中，另一部分进入热泵蒸发器，冷却除湿后与新吸入的环境空气混合，然后两部分空气进入热泵冷凝器加热，风扇压力进入干燥箱除湿干燥，循环。在该系统结构中，干燥箱出口干燥介质空气的旁通率是影响系统性能的关键参数，合理的旁通率可以保证系统的高处理能力和能效水平。

半封闭式热泵干燥设备原理图

对于封闭式热泵干燥系统，干燥介质在系统中回收，原理如图3 所示，干燥箱出口干燥介质空气进入热泵蒸发器，冷却除湿进入热泵冷凝器加热，通过风扇进入干燥箱和材料传热湿度，循环，该结构在工作过程中热损失小，能有效降低干燥过程中的能耗水平，受外部环境温湿度影响小，区域适应性强，也适用于污泥干燥，热泵干燥系统结构应用最广泛。

 封闭式热泵干燥设备原理图

2 热泵污泥干燥系统原理

在热泵污泥干燥系统中，干燥材料为污泥，干燥介质一般为空气。本质上，热泵污泥干燥的作用机制与传统的污泥热干燥相似它们通过干燥介质与干燥材料之间的热湿交换，使材料中的水蒸发和扩散，从而降低材料的含水量。然而，在吸湿干燥介质的处理方法中，热泵干燥与传统干燥方法明显不同。传统的干燥方法通常是直接将含湿量高的干燥介质排放到大气中，如图4 所示。在这种处理方案中，干燥介质首先通过加热器加热（通常是蒸汽或电加热），然后通过风扇进入干燥箱，通过 ** 干燥材料交换热量和湿度，从 加热和吸收干燥材料** 干燥材料中的湿度，然后定期从干燥室排出一些高湿度的干燥介质，同时补充等量的冷介质来维持干燥循环。这种干燥过程最大的缺点是系统的热损失相当大，因为需要定期排出高温高湿的干燥介质，其热损失可达 40%，废气中往往含有大量有毒有害成分。如果不处理，会造成严重的空气污染。

热泵污泥干燥系统采用热泵循环，通过热泵低温除湿法降低废气含湿量，吸收废气中的热量加热干燥介质，有效利用废气中的热量，提高能源利用效率，同时热泵污泥干燥温度低，干燥过程环保安全，原理如图5 所示。主要由热泵、干燥箱、风机.html'>风机等组成，一般采用封闭空气循环，整个系统与外部环境隔离，干燥介质为空气，干热空气进入干燥箱与污泥接触，空气冷却湿热空气，污泥水分，然后通过热泵蒸发器冷却湿冷凝水进入干冷空气，干冷空气进入冷凝器加热干热空气，完成循环过程。热泵侧制冷剂压缩后，其温度压力等参数升高，室外散热设备散热后，将热量分散到冷凝器中，然后将热量分散到冷凝器中。

 热泵污泥干燥设备原理图

热泵污泥干燥系统的能泵污泥干燥系统的能源及分配示意如图6 所示：

 热泵污泥干燥系统能流图

事实上，在热泵污泥干燥系统中，其输入能量主要是压缩机消耗的电能。考虑到湿污泥在干燥过程中的吸热和设备本身的散热，其余的热量需要从散热设备中排出。

3 热泵污泥干燥系统技术特点

目前，利用热泵干燥污泥已得到一定的应用。结合其工作原理和方法，该系统具有以下特点：

（1） 能耗低。采用闭式热风循环和热泵热回收技术，可有效降低干燥过程中的能耗水平，受外部环境温湿度影响小，区域适应性强；

(2)低污染。干燥温度为 100°c 在以下低温干燥条件下，可避免气味有机物挥发，闭式热空气循环也可显著减少系统循环空气溢出，一般不处理废气和废水；

(3)损失低。由于污泥干燥过程中温度低，有机质损失小，利用潜力大；

（4） 安全性高。污泥干燥过程中的运行环境温度不高，在合理控制风速的条件下可避免粉尘。热泵污泥干燥系统可完全满足污泥干燥的安全要求，大大提高系统运行的安全性；

(5) 干燥时间长。由于热泵出风温度一般为 65°c~80°c，污泥干燥时间一般长达几十分钟至几小时，出料含水量要求较低时可能不符合要求；

(6) 设备容量小。由于干燥时间长，热泵污泥干燥设备单机处理能力一般不高，大规模使用不方便；

(7) 投资成本高。与传统热干燥设备相比，热泵污泥干燥设备结构复杂，系统组件多，初始投资较高。

4 优化热泵污泥干燥工艺

根据上述分析，传统热泵污泥干燥系统的工艺设计仍不合理，热泵干燥潜力无法充分利用。结合热泵运行的特点，提出了以下可行的优化方案：

（1） 冷却设备后热泵污泥干燥系统：制冷剂侧冷却时，可考虑在冷凝器后设置冷却设备，有效提高送风温度，提高系统干燥能力，但可能增加所需的冷却面积，原理图如图 7 所示

 散热设备后部原理图

(2) 蒸发器前预冷热泵污泥干燥系统:湿热空气通过回热器设置系统散热设备，进入蒸发器前，循环空气除有效排出设备内多余热量外，还可冷却除湿。原理图如图8 所示

(3) 两级串联热泵污泥干燥系统:采用两级串联热泵，一方面可以降低干燥空气中的含湿量，同时也可以适当提高干燥空气的温度。但是，在系统运行中存在许多耦合问题。同时，由于蒸发器和冷凝器之间温差的增加，如果要充分冷却和加热空气，需要增加设备的换热面积。

（4） 多热泵并联热泵污泥干燥系统：考虑多热泵并联运行，多热泵接力冷却湿热空气，接力加热干冷空气，可提高设备的处理能力，原理图如图 10 所示

图10 多台热泵并联式热泵污泥干燥系统原理图

在多组热泵并联运行过程中，各个热泵可单独运行，不存在相互影响的问题，同时可将每个热泵的蒸发温度和冷凝温度单独设置，可以充分冷却、加热空气，提高设备的容量。

5 结论

本文总结了热泵污泥干燥系统的分类、原理和技术特点，优化了热泵污泥干燥系统的过程，得出以下结论：

（1） 目前应用于实际生产的热泵干燥系统按干燥介质的循环方式进行分类，主要包括封闭式、半封闭式和开放式。其适用范围不同。适用于污泥干燥的主要是封闭式和半封闭式热泵干燥系统；

（2） 热泵污泥干燥系统与传统污泥热干燥系统相比具有能耗低、污染低、损失低、安全性高等优点，但也存在干燥时间长、设备容量小、投资成本高等问题；

鉴于传统热泵污泥干燥系统工作过程设计不合理，总结了散热设备后热泵污泥干燥系统、蒸发器前预冷热泵污泥干燥系统、两级串联热泵污泥干燥系统、多个热泵并联热泵污泥干燥系统等优化方案。