CN111069262A - 一种相变传热土壤热修复系统 - Google Patents

Abstract

一种相变传热土壤热修复系统，包括：热脱附系统、除尘装置、可燃物燃烧装置、土壤出料装置、余热回收装置和尾气处理装置，热脱附系统连通除尘装置，除尘装置连通土壤出料装置和可燃物燃烧装置，可燃物燃烧装置连通热脱附系统，热脱附系统连通余热回收装置，余热回收装置连通尾气处理装置和可燃物燃烧装置，本发明用于解决燃烧复杂，分离出的有机污染物未加以利用而浪费了资源，和物质燃烧困难，烟气热量未进一步利用，降低系统热效率的问题。

Description

一种相变传热土壤热修复系统

技术领域

本发明涉及环境和能源领域，具体的涉及一种相变传热土壤热修复系统。

背景技术

热脱附也叫热解吸，作为一种非燃烧技术，是修复挥发性/半挥发性有机污染土壤的有效技术之一；热脱附技术由于具有处理范围广，可异地修复等特点，已被成功应用于含氯有机污染物、多环芳氢、有机农药、除草剂等污染土壤的修复。

清华大学发明了一种滚筒式逆向直接加热设备（ZL201010598161.7），采用热烟气与土壤直接接触加热，提高了热效率，但由于烟气与土壤混合，使得尾气处理负担加大；一种污染土壤热脱附修复系统（CN 204769860 U），该系统采用回转窑间接加热方式，使得尾气处理量大大减少，但是由于以煤为燃料使得燃烧系统变得复杂不易操作，且分离出的有机污染物未加以利用，浪费了资源；；一种环保节能有机污染土壤热脱附修复处理系统（CN203578349 U），该系统采用天然气与有机污染物的混合物做为燃料，减少了能耗，但分离出的有机污染物未经除尘就送入燃烧室燃烧，一方面使得物质燃烧困难，另一方面含尘烟气易损坏燃烧室及其管道，且尾部烟气的热量未进一步回收利用，降低了系统热效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种相变传热土壤热修复系统，用于解决燃烧复杂，分离出的有机污染物未加以利用而浪费了资源，和物质燃烧困难，烟气热量未进一步利用，降低系统热效率的问题。

为了解决上述问题，本发明要解决的技术方案为：

一种相变传热土壤热修复系统，包括：热脱附系统、除尘装置、可燃物燃烧装置、土壤出料装置、余热回收装置和尾气处理装置，热脱附系统连通除尘装置，除尘装置连通土壤出料装置和可燃物燃烧装置，可燃物燃烧装置连通热脱附系统，热脱附系统连通余热回收装置，余热回收装置连通尾气处理装置和可燃物燃烧装置。

所述热脱附系统包括双筒回转窑，双筒回转窑由外窑和内窑，外窑两端设有烟气入口和烟气出口，内窑两端设有土壤进料口和土壤出料口，土壤出料口连通连通除尘装置；在双筒回转窑内设有多块空心扬料板，扬料板由烟气侧相变管和土壤侧相变管，烟气侧相变管与外窑连接，土壤侧相变管与内窑连接。

热脱附系统还包括设置在双筒回转窑两端的固定支架和可调支架。

所述除尘装置包括沉降炉、旋风除尘器和除尘引风机，所述沉降炉通过连通双筒回转窑土壤出料口，所述旋风除尘器连通沉降炉有机污染物出口，所述除尘引风机连通旋风除尘器出口。

沉降炉内设有若干挡板，挡板沿土壤流动方向依次错列布置，挡板下设有若干蛇形管，蛇形管内通入海水。

沉降炉底为凹形，并在凹形炉底中间凸出设一仓门。

所述可燃物燃烧装置包括天然气排、开关阀、流量计、混合器、燃烧室和点火器，混合器通过两根进气管分别接通天然气排和除尘装置排气口、通过排气管连通燃烧室，开关阀和流量计安装在混合器连通天然气排的进气管上，燃烧室设有可燃物入口、助燃空气入口和高温烟气出口，点火器安装在燃烧室内。

所述余热回收装置主要包括热交换器和送风机，热交换器包括烟气仓、空气仓和多根相变管，各根相变管两端分别位于烟气仓和空气仓内，烟气仓两端分别连通热脱附系统和尾气处理装置，空气仓两端分别连通送风机和可燃物燃烧装置。

所述尾气处理装置包括喷淋塔、排气引风机和烟囱，喷淋塔连通余热回收装置，喷淋塔出口通过排气引风机连通烟囱。

本发明的技术效果为：

1、本发明采用一种相变传热方式加热土壤，大大提高了传热效率和土壤处理速率。

2、本发明在双筒回转窑后接一沉降炉，含尘有机污染物在沉降炉内经过挡板和重力双重作用下，除去了大部分尘土，减轻了后续除尘系统负担。

3、本发明在所述沉降炉挡板下设有若干蛇形空心管，管内通有海水，沉降炉内尘土降落过程中与蛇形管进行热交换，受热后的海水变为浓海水用于制盐，同时对土壤起到了冷却作用。

4、本发明将分离出的有机污染物与天然气混合，送入燃烧室燃烧，有效地利用了有机污染物的热值，减少了能耗。

5、本发明在回转窑后设有余热回收系统，利用冷空气与余烟换热，既提高了助燃空气初温，又降低了余烟温度，减轻了尾气处理负担。

6、本发明在双筒回转窑下设有固定支架和可调支架，通过调节可调支架可使回转窑与水平地面成一定的夹角，土壤在重力和扬料板双重作用下前移，减少了回转窑功耗；同时，在回转窑异常情况下，也可以通过调节可调支架进行土壤卸料。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为一种相变传热土壤热修复系统框图；

图2为一种相变传热土壤热修复系统设备结构示意图；

图3为双筒回转窑外窑侧相变管；

图4为双筒回转窑内窑侧空心扬料板；

图5为沉降炉内蛇形管；

图6为沉降炉内挡板；

图中：1—热脱附系统；2—除尘装置；3—土壤出料装置；4—可燃物燃烧装置；5—余热回收装置；6—尾气处理装置；7—土壤进料口；8—空心扬料板；9—上端烟气进口；10—下端烟气进口；11—烟气出口；12—固定支架；13—可调支架；14—双筒回转窑；15—固定螺栓；16—挡板；17—空心蛇形管；18—蛇形管支架；19—仓门；20—沉降炉；21—有机污染物出口；22—旋风除尘器；23—除尘器土壤出口；24—除尘引风机；25—引风机出口；26—混合器出口；27—混合器天然气入口；28—混合器；29—流量计；30—开关阀；31—天然气排；32—点火器；33—助燃空气入口；34—燃烧室；35—燃烧室烟气出口；36—可燃物入口；37—热交换器热空气出口；38—热交换器冷空气入口；39—送风机；40—热交换器相变管；41—热交换器烟气入口；42—热交换器烟气出口；43—喷淋塔；44—排气引风机；45—烟囱；46—回转窑烟气侧相变管上端螺栓；47—回转窑烟气侧相变管下端螺栓；48—回转窑烟气侧相变管；49—回转窑土壤侧相变管上端螺栓；50—压力检测器；51—回转窑土壤侧相变管；52—蛇形管；53—沉降炉挡板；54—挡板穿孔；55—蛇形管入口；56—蛇形管出口；56—热交换器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点做更详细的说明。

本发明实施例提供了一种相变传热土壤热修复系统，采用相变换热方式对土壤进行加热，提高了换热效率；热脱附后的土壤首先进入沉降炉进行初级除尘，减小了旋风除尘器的运行负担，并提高了除尘效果；本发明在沉降炉内设有空心蛇形管，蛇形管内通入海水，降落的土壤与蛇形管换热，起到了对土壤降温冷却的作用，同时浓缩后的海水送到制盐厂作为原料。

参见图1，本实施例提供了一种相变传热土壤热修复系统，包括热脱附系统1、除尘装置2、土壤送料装置3、可燃物燃烧装置4、余热回收装置5和尾气处理装置6；

所述热脱附系统1连通除尘装置2，所述除尘装置2分别连通可燃物燃烧装置4和土壤送料装置3，所述可燃物燃烧装置4连通热脱附系统1，所述热脱附系统1连通余热回收装置5，所述余热回收装置5连通尾气处理装置6。

所述热脱附系统1主要包括双筒回转窑14、固定支架12和可调支架13，双筒回转窑14包括外窑和内窑，外窑套设在内窑外，外窑与内窑之间夹套内流通高温烟气，内窑里流通需热处理的土壤，土壤与高温烟气相向流动；

所述外窑首部设有两个高温烟气入口，分别为上端高温烟气入口9及下端高温烟气入口10，所述外窑尾部设有烟气出口11；所述内窑的尾部设有土壤进料口7，内窑首部设有土壤出料口；土壤进料口7连通土壤预处理装置，土壤出料口连通连通除尘装置；

所述双筒回转窑14内设有若干特殊的空心扬料板8，所述扬料板8由烟气侧相变管48及土壤侧相变管51构成，所述烟气侧相变管48通过上端螺栓46和下端螺栓47固定在外窑侧，所述土壤侧相变管51通过上端螺栓49固定在内窑侧，所述烟气侧相变管48和土壤侧相变管51采用无缝对接。空心扬料板内充入有相变液。

所述扬料板8内装设有压力检测器50；

所述固定支架12设在双筒回转窑14尾部，所述可调支架13设在双筒回转窑14首部，通过调整可调支架13可使双筒回转窑与地面成一定的夹角。

所述除尘装置2包括沉降炉20、旋风除尘器22和除尘引风机24；所述沉降炉20通过螺栓15连通双筒回转窑土壤出料口，所述旋风除尘器22连通沉降炉有机污染物出口21，所述除尘引风机24连通旋风除尘器22出气口；

沉降炉20内设有若干挡板16，挡板16竖直悬空固定在沉降炉内；

所述挡板16下设有若干蛇形管17，通过支架18水平固定在沉降炉内，蛇形管入口55从沉降炉尾部穿入，蛇形管出口56从沉降炉首部穿出，蛇形管内通入海水；

所述沉降炉底为凹形，并在凹形炉底中间凸出设一仓门19，土壤在重力作用下聚集在仓门处并排出；

所述旋风除尘器与沉降炉有机污染物出口连通，旋风除尘器22设有两个出口，上端出口与引风机24连通，下端出口23通向土壤出料装置；所述引风机24出口通向可燃物燃烧装置；

所述可燃物燃烧装置包括：天然气排31、开关阀30、流量计29、混合器28、燃烧室34和点火器32；

所述混合器28包括有机污染物入口25、天然气入口27和混合器出口26，有机污染物入口25与引风机24出口连通，天然气入口27与天然气排31连通，混合器出口26通向燃烧室34；

天然气入口27连通天然气排31的管道上安装有开关阀30和流量计29，通过控制开关阀的开度来控制天然气流量；

所述燃烧室34设有可燃物入口36和助燃空气入口33，并设有一高温烟气出口35，所述燃烧室34内装由点火器32，用以引燃可燃物；

所述余热回收装置主要包括热交换器57和送风机39；所述热交换器57烟气仓和空气仓，烟气仓入口41与回转窑烟气出口11连通，热交换器烟气出口42连通尾气处理装置，空气仓入口38连通送风机39，空气仓出口37连通燃烧室助燃空气入口33；

所述热交换器57内水平设有若干换热器相变管40，换热器相变管40分别位于烟气仓和空气仓内，并使空气仓相变管略高于烟气仓，空气仓流通冷空气，烟气仓流通余烟；换热器相变管40内设有相变液。

所述尾气处理装置包括喷淋塔43、排气引风机44和烟囱45；喷淋塔43入口连通热交换器烟气仓出口42，喷淋塔出口连通排气引风机44，引风机出口连通烟囱45；冷却降温后的烟气在喷淋塔再次降温，并除去里面的酸性气体，使得尾气达标后排出。

下面结合具体实施例对本发明提供的一种相变传热土壤热修复系统的工作原理和各个装置的运行特征进行详细说明：

调节可调支架13使回转窑首部向下倾斜，启动电动机使回转窑转动起来，处理后的土壤通过双筒回转窑14土壤进料口7进入内窑，土壤在重力和扬料板8的搅拌作用下向前移动；

同时打开天然气排31上开关阀30，调节开关阀30至合适的开度使天然气以一定流量流出，天然气经混合器28后送入燃烧室34，与助燃空气混合，在点火器32引燃下燃烧产生高温烟气；

高温烟气经烟气入口送到回转窑14外窑，并使下端入口烟气量占烟气总量的70%左右，高温烟气在引风机24作用下与土壤相向流动，高温烟气流经烟气侧相变管48时，对烟气侧相变管48内液体加热，使其由液体变为气体，烟气侧相变管48内气体充满整个空心扬料板8空间，土壤侧相变管51接触到低温土壤时，土壤侧相变管51内物质由气相变为液相，物质在相变过程中释放大量的相变热；

由于双筒回转窑14不断转动，当扬料板8随回转窑转至下侧时，液体物质受重力流到烟气侧相变管48，并被外窑高温烟气加热为气相充满整个扬料板8，如此周而复始地利用物质的相变对土壤进行加热；

降温后的烟气经烟气出口11送到换热器，烟气流经换热器时，对热交换器相变管40加热，使热交换器相变管40内物质变为气相流向空气仓；

启动送风机39热交换器空气仓内流通冷空气，热交换器相变管40在冷空气作用下被冷却，使热交换器相变管40内物质由气相变为液相，由于空气仓热交换器相变管40略高于烟气侧热交换器相变管40，液体在重力作用下回流至烟气仓，如此周而复始利用物质的相变，对冷空气进行预热，并充分利用烟气余热；

烟气经换热器冷却降温后被送入喷淋塔43，烟气在排气引风机44作用下从下往上流动喷淋塔43内碱液从上而下流出，与烟气相向流动，烟气与喷淋液接触中和掉里面的酸性气体，同时对烟气降温，烟气达标后送到烟囱45排入大气；

回转窑内土壤经加热和热脱附后，土壤内有机污染物分离出来，热处理后的土壤送入到沉降炉20，飘飞的土壤碰到挡板16后，土壤沉降下来，有机污染物呈气相漂浮在上层，并在引风机24作用下经有机污染物出口21送入到旋风除尘器22；

沉降炉20内水平设置若干蛇形管17，管内通入海水，海水从沉降炉20尾部通入，从沉降炉20首部流出，土壤在降落过程中与蛇形管17换热，使海水受热浓缩为浓盐水，送入制盐厂做原料，同时土壤得到初步冷却；

降落下来的土壤在重力作用下聚集在炉底，当达到一定量后打开仓门19排出，经土壤出料装置3送出；

从沉降炉20出来的有机污染物送入到旋风除尘器22，在旋风除尘器22作用下对其深度除尘，有机污染物含尘量达标后送到混合器28，与天然气混合为可燃物，送入到燃烧室34燃烧，以充分利用其热值。

Claims (9)

1.一种相变传热土壤热修复系统，其特征在于：包括热脱附系统（1）、除尘装置（2）、可燃物燃烧装置（4）、土壤出料装置（3）、余热回收装置（5）和尾气处理装置（6），热脱附系统（1）连通除尘装置（2），除尘装置（2）连通土壤出料装置（3）和可燃物燃烧装置（4），可燃物燃烧装置（4）连通热脱附系统（1），热脱附系统（1）连通余热回收装置（5），余热回收装置（5）连通尾气处理装置（6）和可燃物燃烧装置（4）。

2.根据权利要求1所述的一种相变传热土壤热修复系统，其特征在于：所述热脱附系统（1）包括双筒回转窑（14），双筒回转窑（14）包括外窑和内窑，外窑两端设有烟气入口和烟气出口（11），内窑两端设有土壤进料口（7）和土壤出料口，土壤出料口连通连通除尘装置（2）；在双筒回转窑（14）内设有多块空心扬料板（8），扬料板（8）由烟气侧相变管（48）和土壤侧相变管（51），烟气侧相变管（48）与外窑连接，土壤侧相变管（51）与内窑连接。

3.根据权利要求2所述的一种相变传热土壤热修复系统，其特征在于：热脱附系统（1）还包括设置在双筒回转窑（14）两端的固定支架（12）和可调支架（13）。

4.根据权利要求1所述的一种相变传热土壤热修复系统，其特征在于：所述除尘装置（2）包括沉降炉（20）、旋风除尘器（22）和除尘引风机（24），所述沉降炉（20）通过连通双筒回转窑（14）土壤出料口，所述旋风除尘器（22）连通沉降炉（20）有机污染物出口（21），所述除尘引风机（24）连通旋风除尘器（22）出口。

5.根据权利要求4所述的一种相变传热土壤热修复系统，其特征在于：沉降炉（20）内设有若干挡板（16），挡板（16）沿土壤流动方向依次错列布置，挡板（16）下设有若干蛇形管（17），蛇形管（17）内通入海水。

6.根据权利要求4所述的一种相变传热土壤热修复系统，其特征在于：沉降炉（20）底为凹形，并在凹形炉底中间凸出设一仓门（19）。

7.根据权利要求1所述的一种相变传热土壤热修复系统，其特征在于：所述可燃物燃烧装置（4）包括天然气排（31）、开关阀（30）、流量计（29）、混合器（28）、燃烧室（34）和点火器（32），混合器（28）通过两根进气管分别接通天然气排（31）和除尘装置（2）排气口、通过排气管连通燃烧室（34），开关阀（30）和流量计（29）安装在混合器（28）连通天然气排（31）的进气管上，燃烧室（34）设有可燃物入口（36）、助燃空气入口（33）和高温烟气出口（11），点火器（32）安装在燃烧室（34）内。

8.根据权利要求1所述的一种相变传热土壤热修复系统，其特征在于：所述余热回收装置（5）主要包括热交换器和送风机（39），热交换器包括烟气仓、空气仓和多根换热器相变管（40），各根换热器相变管（40）两端分别位于烟气仓和空气仓内，烟气仓两端分别连通热脱附系统（1）和尾气处理装置（6），空气仓两端分别连通送风机（39）和可燃物燃烧装置（4）。

9.根据权利要求1所述的一种相变传热土壤热修复系统，其特征在于：所述尾气处理装置（6）包括喷淋塔（43）、排气引风机（44）和烟囱（45），喷淋塔（43）连通余热回收装置（5），喷淋塔（43）出口通过排气引风机（44）连通烟囱（45）。

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