一項(xiàng)發(fā)表于《Cleaner Engineering and Technology》的研究報(bào)道了熱泵輔助低溫帶式干燥機(jī)在市政污泥干化領(lǐng)域的仿真優(yōu)化與全尺寸工程驗(yàn)證成果。該系統(tǒng)通過閉路循環(huán)與熱泵余熱回收技術(shù)，將干化溫度控制在90攝氏度以下，有效抑制硫化氫等氣體排放，并大幅降低能耗。

傳統(tǒng)污泥干化能耗通常在每噸800至1400千瓦時之間。新系統(tǒng)核心在于熱量回收：熱泵捕獲污泥水分蒸發(fā)釋放的潛熱，用于重新加熱循環(huán)空氣。設(shè)備采用三層網(wǎng)狀網(wǎng)帶結(jié)構(gòu)配合二次切割工序，提升物料比表面積。針對傳統(tǒng)底部進(jìn)風(fēng)導(dǎo)致上層干燥驅(qū)動力減弱的問題，團(tuán)隊(duì)改用上下進(jìn)風(fēng)、中部回風(fēng)的氣流組織方式，縮短氣流路徑，改善傳熱傳質(zhì)并降低風(fēng)機(jī)功耗。

研究人員基于計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）對干燥室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)進(jìn)行建模優(yōu)化。通過在干燥機(jī)兩端加裝氣流導(dǎo)流板，下層網(wǎng)帶末端風(fēng)量下降46.43%，上層下降31.65%，局部風(fēng)速同步降低，有助于減少粉塵夾帶。將風(fēng)機(jī)從出口側(cè)移至中央位置后，流速變異系數(shù)降至52.8%，各層風(fēng)速分布更均勻。

耦合熱泵性能與污泥干化動力學(xué)的熱力學(xué)模型在良渚污水處理廠原型機(jī)上得到驗(yàn)證，干化后污泥含水率相對誤差約2.28%，噸污泥能耗誤差為3.81%，滿足設(shè)計(jì)級精度要求。參數(shù)掃描顯示，增加冷凝器出口再生器僅使能耗微降且增加系統(tǒng)復(fù)雜度，建議省略；冷卻水流量在1.2至4.1千克/秒范圍內(nèi)對散熱影響有限。制冷劑充注量需控制，R134a充注量在9至12千克區(qū)間可在滿足含水率目標(biāo)的同時保持較低能耗。

運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化揭示了系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)的必要性。在10千克制冷劑固定充注量下，蒸發(fā)溫度從32.6攝氏度升至36.8攝氏度時，系統(tǒng)比含水率提取率呈先升后降趨勢，在36攝氏度時達(dá)到峰值3.84千克水/千瓦時，此時模擬能耗Zui低（173.6千瓦時/噸）。值得注意的是，熱泵Zui高能效比對應(yīng)的蒸發(fā)溫度并非系統(tǒng)整體Zui優(yōu)解。降低回風(fēng)溫度雖可提升能效并降耗，但會導(dǎo)致出料含水率上升，實(shí)際應(yīng)用中需以達(dá)標(biāo)干度為前提選取Zui低回風(fēng)溫度。

按優(yōu)化參數(shù)制造的全尺寸設(shè)備于2025年8月在某集中式污泥處理廠開展工程規(guī)模測試。該廠將污泥深度脫水至約70%含水率后送入干燥機(jī)，Zui終含水率降至40%以下并送往垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同焚燒。測試期間單機(jī)日處理量介于65至88噸，出料含水率穩(wěn)定低于40%（8月12日Zui低達(dá)24%），日除水量在37.8至49.5噸之間，實(shí)測比含水率提取率為3.5至4.5千克水/千瓦時（8月8日峰值4.5）。進(jìn)料速率、進(jìn)料含水率及出料含水率等關(guān)鍵指標(biāo)的變異系數(shù)分別為8.8%、1.5%和13.1%，多數(shù)核心指標(biāo)波動控制在10%以內(nèi)。

作者指出，36攝氏度的Zui優(yōu)蒸發(fā)溫度僅適用于本次研究的工況條件，不同污泥特性或操作環(huán)境可能導(dǎo)致參數(shù)偏移。173.6千瓦時/噸的Zui低能耗數(shù)據(jù)源自模擬計(jì)算而非現(xiàn)場試驗(yàn)，系統(tǒng)的碳足跡與實(shí)際運(yùn)營成本留待未來定量評估。該研究通過建立經(jīng)驗(yàn)證的熱力學(xué)耦合模型，打通了干化動力學(xué)與熱泵子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壁壘，并為市政運(yùn)營方提供了經(jīng)全尺寸驗(yàn)證的低能耗干化技術(shù)路徑。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-29。本文為資料編譯。