技术特征：
1.基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统，其特征在于：它包括用于对污泥进行干化的污泥干化工艺系统；污泥干化工艺系统与用于提供热源的二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统（30）相连；二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统（30）与清洁电力系统（40）和空气质能循环工艺系统相连。2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统，其特征在于：所述污泥干化系统包括干化前处理系统（10）和扩容式闪蒸干化系统（20）；所述干化前处理系统（10）包括沉淀池（12），沉淀池（12）与重力浓缩池（11）相连，重力浓缩池（11）与卧式离心干化装置（13）相连；所述扩容式闪蒸干化系统（20）包括用于和卧式离心干化装置（13）相连的低温低压干化罐（21），低温低压干化罐（21）与中温低压初级干化罐（22）相连，中温低压初级干化罐（22）与中温低压二级干化罐（23）相连，中温低压二级干化罐（23）与物料冷却回收罐（24）相连。3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统，其特征在于：所述二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统（30）包括一级二氧化碳蒸发器（34），一级二氧化碳蒸发器（34）与一级二氧化碳压缩机（35）相连，一级二氧化碳压缩机（35）与二级二氧化碳蒸发器（36）相连，二级二氧化碳蒸发器（36）与二级二氧化碳压缩机（37）相连，二级二氧化碳压缩机（37）与三级二氧化碳蒸发器（38）相连，三级二氧化碳蒸发器（38）与三级二氧化碳压缩机（39）相连。4.根据权利要求3所述的基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统，其特征在于：所述二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统（30）的二氧化碳三级冷凝器内置于污泥干化系统的中温低压二级干化罐（23）的内部，二氧化碳三级冷凝器与三级二氧化碳膨胀机（33）相连，二氧化碳二级冷凝器内置于中温低压初级干化罐（22）中，二氧化碳二级冷凝器与二级二氧化碳膨胀机（32）相连，二氧化碳一级冷凝器内置于低温低压干化罐（21）中，二氧化碳一级冷凝器与一级二氧化碳膨胀机（31）相连，一级二氧化碳膨胀机（31）与一级二氧化碳蒸发器（34）相连。5.根据权利要求1所述的基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统，其特征在于：所述清洁电力系统（40）包括新能源电源（41）和水介质电储热系统（42），新能源电源（41）的不稳定部分通过电加热以热水的形式储存，优质电力向污水处理厂各工艺环节供电。6.根据权利要求1所述的基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统，其特征在于：所述空气质能循环工艺系统是以空气为载体的质能交换系统，包括低温低压干化系统和中温低压干化系统；所述低温低压干化系统包括低温段空气压缩机（80），低温段空气压缩机（80）与污泥干化系统的低温低压干化罐（21）相连，低温段空气压缩机（80）与空气冷却器（60）的低温低压冷却器（62）相连，低温低压冷却器（62）同时与污泥干化系统的沉淀池（12）相连并收集冷凝水；所述中温低压干化系统包括中温段空气压缩机（70）和中温段空气透平（90），中温段空气压缩机（70）与空气冷却器（60）的中温中压冷却器（61）相连，中温段空气压缩机（70）同时与污泥干化系统的物料冷却回收罐（24）相连。
7.采用权利要求1-6任意一项所述基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统进行污泥干化的方法，其特征在于，包括污泥干化工艺、热泵工艺、清洁电力系统工艺和空气质能循环工艺。8.根据权利要求7所述基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统进行污泥干化的方法，其特征在于，所述污泥干化工艺的具体工艺过程为：原污泥在沉淀池（12）中经过沉淀分层后抽入重力浓缩池（11），经过重力沉降与空气的对流换热使污泥出现饱和不饱和分界后；将表层含水90%-95%的污泥送入卧式离心干化装置（13），污泥经过初级预热和旋转离心工艺，含水降至80%-85%，温度提升至40℃-45℃后送入低温低压干化罐（21），此处污泥被加热并与干空气直接进行质能交换，含水降至60%-65%，温度提升至60℃-65℃后进入中温低压初级干化罐（22），此处污泥被再次加热并与干空气直接进行质能交换，含水降至40%-45%温度提升至80℃-85℃后进入中温低压二级干化罐（23），此处污泥被再次加热并与干空气直接进行质能交换，含水降至20%-25%，温度提升至100℃以上后进入物料冷却回收罐（24），此处干污泥冷却至60℃-65℃，湿空气冷却至65℃-70℃，其中干污泥能够进行进一步热回收或者采用开式堆放进行进一步干化，冷凝水进行热回收后进入污水处理初步工艺，物料冷却回收罐（24）中压力低于2.6mpa保证氨气不发生大量凝结情况。9.根据权利要求7所述基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统进行污泥干化的方法，其特征在于，所述热泵工艺的具体工艺过程为：一级二氧化碳蒸发器（34）中二氧化碳流体运行温度范围为0-20℃，并在10-25℃的环境条件下提热；后在一级二氧化碳压缩机（35）中升温升压，在二级二氧化碳蒸发器（36）中运行温度范围为40-60℃，并在50-65℃的环境条件下提热；后在二级二氧化碳压缩机（37）中升温升压，在三级二氧化碳蒸发器（38）中运行温度范围为75-95℃，并在65-90℃的环境条件下提热；后在三级二氧化碳压缩机（39）中升温升压；二氧化碳三级冷凝器内置于中温低压二级干化罐（23）中，其运行温度范围为120-140℃，将污泥由80-85℃加热到100℃以上，后在三级二氧化碳膨胀机（33）中进行膨胀，二氧化碳二级冷凝器内置于中温低压一级干化罐（22）中，其运行温度范围为90-110℃，将污泥由60-65℃加热到80℃以上，后在二级二氧化碳膨胀机（32）中进行膨胀，二氧化碳一级冷凝器内置于低温低压干化罐干化罐（21）中，其运行温度范围为60-80℃，将污泥由40-45℃加热到60℃以上，后在一级二氧化碳膨胀机（31）中进行膨胀，返回一级二氧化碳蒸发器（34）中完成热泵循环。10.根据权利要求7所述基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统进行污泥干化的方法，其特征在于，所述清洁电力系统工艺的具体工艺过程为：新能源电源（41）的不稳定部分通过电加热以热水的形式储存，并以超临界二氧化碳作为中间传热介质通过补热调节阀组（50）串联接入，先后为三级二氧化碳蒸发器（38）和二级二氧化碳蒸发器（36）两台换热器进行供热；优质电力向污水处理厂各工艺环节供电；所述空气质能循环工艺的具体工艺过程为：是以空气为载体的质能交换过程，包括低温低压干化和中温低压干化两个主要工艺；所述低温低压干化流程中低温低压的干燥空气在低温低压干化罐（21）采用负压运行中被加热并与污泥充分混合产生高湿湿空气后通过低温段空气压缩机（80）升压，升温过程中通过低温段空气压缩机（80）和换热器后阀门控制干燥和冷凝两侧的压力差，增压后的高
含湿空气进入空气冷却器（60）的低温低压冷却器（62）内进行冷凝放热过程，干燥后的低温低压干空气回到低温低压干化罐（21）完成循环，产生的冷凝水较为纯净返回至沉淀池（12）；所述中温低压干化过程中低温低压的干燥空气在中温低压初级干化罐（22）采用常压或负压运行中被加热并与污泥充分混合产生高湿湿空气，后通过中温低压二级干化罐（23）常压或负压运行，在此被加热与污泥充分混合产生高湿湿空气，后通过物料冷却回收罐（24）常压或负压运行，在此湿空气先放热冷凝产生高温冷凝水，其中冷凝水可进行热回收也可直接排放，后通过中温段空气压缩机（70）增压至2.6mpa以上，增压后的高含湿空气进入空气冷却器（60）的中温中压冷却器（61）内进行冷凝放热过程，干燥后的低温低压干空气回到中温低压二级干化罐（23）完成循环，此冷凝过程产生氨水混合物回收销售。
技术总结
本发明涉及基于二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵的污泥干化系统及方法，它包括用于对污泥进行干化的污泥干化工艺系统；污泥干化工艺系统与用于提供热源的二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统相连；二氧化碳阶梯型串联循环高温热泵系统与清洁电力系统和空气质能循环工艺系统相连。本系统中采用三级梯型串联循环高温热泵提供130℃热源对污泥进行干化，并通过热量回收作为热泵的低温热源；此外本系统采用中温干化，将污泥内氨进行分离，降低污泥作为燃料产品的总氮量，收集氨水提高经济效益。益。益。
技术研发人员：蔺新星 尹立坤 王先恺 谢宁宁 苏文
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2021.10.27
技术公布日：2022/1/14