CN103962374A - 一种环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其目的在于提供一种节能、环保、高效的有机污染土壤热脱附修复处理系统。本发明包括进料系统、热脱附系统、土壤出料系统、燃烧及尾气处理系统、烟气控温系统、尾气降温除尘系统和尾气排放系统，所述进料系统通向所述热脱附系统，所述热脱附系统分别通向土壤出料系统和所述燃烧及尾气处理系统，所述燃烧及尾气处理系统通向所述烟气控温系统，所述烟气控温系统通向所述热脱附系统，所述热脱附系统通向尾气降温除尘系统，所述尾气降温除尘系统通向尾气排放系统。

Description

一种环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统

技术领域

本发明涉及土壤修复领域，特别是涉及一种有机污染土壤热脱附修复处理系统。

背景技术

热脱附技术是修复挥发性/半挥发性有机污染土壤的有效技术之一，已被成功运用于多环芳烃、非氯代挥发性和半挥发性有机污染物、苯系物、有机农药、除草剂等污染土壤的修复。国内最早的热脱附修复工艺是一种挥发性和半挥发性有机物污染土壤的治理工艺及装置（ZL200410056888.7），该工艺采用低温直接加热的方式可使土壤较为快速升温，但该系统不能连续进料，处理效率偏低；清华大学发明了一种滚筒式逆向直接加热热脱附设备（ZL201010598161.7），采用热气和土壤逆流的方式，提高了热利用率，但由于干净的热气流与土壤中的污染气体混合后成为污染气体，无形中增大了后续的尾气处理负荷。间接热解析设备（CN101780467A）采用了具有双层结构的回转窑对土壤进行间接加热，减少了尾气处理量，但该系统的热源仅用于加热回转窑，热利用率低。

尾气处理技术是热脱附技术的关键技术之一。现有的热脱附尾气的处理方法有二燃室燃烧法、活性炭吸附法、有机溶剂分离回收法、紫外光催化/O3氧化法、低温等离子法等。活性炭吸附法和有机溶剂法处理前均需对高温气体降温，一般采用洗涤冷却塔或冷凝器降温，由于热脱附过程中尾气量大、温度高导致降温成本高，效率低，吸附饱和的活性炭属于危险废物，需要运输到有相关处理资质的机构统一处理，运输和处理手续复杂且成本高。紫外光催化/O3氧化法主要利用紫外光辐射破坏污染物，但紫外光能量较低，只能处理简单且容易氧化的有机气体，如甲硫醇。低温等离子体具有较高的能量，能够破坏绝大部分有机气体的分子，但是该技术主要是用来处理常温气体，对于高温的回转窑尾气需要进行大幅降温，且设备一次性投资较大。二燃室燃烧法可彻底分解有害物质，当尾气在炉温≥1000℃，停留时间≥2.0s，对有机污染物的去除率可达99.999%；但二燃室燃烧法能耗大，根据一般污染土壤处理经验，传统热脱附系统中二燃室所耗能量约是回转窑加热所耗能量的1.5倍。尽管二燃室燃烧法处理效率高，但是巨大能量消耗限制了该法的应用，一般用于有机气体含量高的尾气处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，包括进料系统、热脱附系统、土壤出料系统、燃烧及尾气处理系统、烟气控温系统、尾气降温除尘系统和尾气排放系统，所述进料系统通向所述热脱附系统，所述热脱附系统分别通向土壤出料系统和所述燃烧及尾气处理系统，所述燃烧及尾气处理系统通向所述烟气控温系统，所述烟气控温系统通向所述热脱附系统，所述热脱附系统通向尾气降温除尘系统，所述尾气降温除尘系统通向尾气排放系统。

其中所述进料系统通向所述热脱附系统尾部入口，所述热脱附系统头部出口分别通向所述土壤出料系统和所述燃烧及尾气处理系统，所述烟气控温系统通向所述热脱附系统头部入口，所述热脱附系统尾部出口通向所述尾气降温除尘系统，所述尾气降温除尘系统通向尾气排放系统。

其中所述热脱附系统包括双筒回转窑，所述双筒回转窑为内外筒的双筒结构，所述双筒回转窑设有内筒窑头罩、内筒窑尾罩、外筒窑头罩、外筒窑尾罩，所述进料系统通向所述内筒窑尾罩，所述内筒窑头罩下端通向所述土壤出料系统，所述内筒窑头罩上端通向所述燃烧及尾气处理系统；所述烟气控温系统通向所述外筒窑头罩，所述外筒窑尾罩通向所述尾气降温除尘系统，所述尾气降温除尘系统通向尾气排放系统。

其中所述双筒回转窑内筒内壁设有扬料板，外筒内壁砌有高铝耐火砖，外筒外壁铺设一层保温材料。

其中还包括监控系统，所述监控系统分别与所述进料系统、所述热脱附系统、所述燃烧及尾气处理系统、所述烟气控温系统、所述尾气降温除尘系统、所述尾气排放系统及所述土壤出料系统相连，用于监控内部各设备运行状态。

其中所述进料系统包括喂料仓、破碎机、传送带、稳料仓和计量称，所述喂料仓中设置分级筛，所述喂料仓出口通向破碎机，所述传送带位于所述分级筛与所述破碎机下方，所述传送带出料端下设置所述稳料仓，所述稳料仓下设有计量称，所述计量称出料端通向所述热脱附系统。

其中所述燃烧及尾气处理系统包括燃烧器和燃烧室，所述燃烧器与燃烧室相连；所述热脱附系统头部出口通向所述燃烧器，所述燃烧室出口通向所述烟气控温系统。

其中所述土壤出料系统包括双轴搅拌机、高压喷淋加湿设备和料仓，所述内筒窑头罩通向所述双轴搅拌机入口，所述高压喷淋加湿器位于所述双轴搅拌机上部，所述双轴搅拌机出口通向所述料仓。

其中所述尾气降温除尘系统包括旋风除尘器与喷淋降温除尘设备，所述热脱附系统连接所述旋风除尘器入口，所述旋风除尘器出口连接所述喷淋降温除尘设备，所述喷淋降温除尘设备连接所述尾气排放系统。

其中还包括耐高温绝热材料的高温导气管，所述高温导气管用于热脱附系统与所述燃气及尾气处理系统、烟气控温系统、尾气降温除尘系统的连接以及燃烧及尾气处理系统与所述烟气控温系统的连接。

本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：

1、本发明提出了一种利用回转窑热源来处理热脱附过程产生的有机气体的热脱附系统，从而省去了能耗巨大的二燃室系统，大幅降低了系统的能耗；

2、本发明提供的间接加热双筒回转窑，可以降低有机废气的处理量；

3、双筒回转窑外筒内壁和外壁均铺设隔热材料，减少了热量的散失，提高了热量的利用率；

4、本发明提供的土壤出料系统，可以对高温土料降温防尘、调节水分，便于后续的运输回填或利用；

5、本系统中尾气处理采用喷淋塔设备，喷淋过程可对高温尾气降温以及去除尾气中的细小粉尘颗粒物和酸性气体（NOx、SO₂），确保尾气达标排放；

6、本系统全程有监控系统自动检测各设备的运行状态，实现了系统的自动化控制。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统框图；

图2为本发明环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统的结构示意图。

附图标记说明：1-进料系统；2-热脱附系统；3-燃烧及尾气处理系统；4-尾气降温除尘系统；5-尾气排放系统；6-土壤出料系统；7-烟气控温系统；8-监控系统；9-喂料仓；10-分级筛；11-破碎机；12-稳料仓；13-计量称；14-双筒回转窑；15-内筒窑尾罩；16-外筒窑尾罩；17-外筒窑头罩；18-内筒窑头罩；19-燃烧室；20-挡板；21-燃烧器；22-抽风机；23-烟气控温设备；24-旋风除尘器；25-喷淋塔；26-除雾器；27-喷淋器；28-填料；29-循环水处理系统；30-碱液供应装置；31-排风机；32-烟囱；33-双轴搅拌机；34-喷水器；35-供水加压设备；36-料仓;37-燃气；38-助燃空气；39-冷空气。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本发明提供一种环保节能的土壤间接热脱附系统。如附图1所示，该系统包括进料系统1、热脱附系统2、燃烧及尾气处理系统3、尾气降温除尘系统4、尾气排放系统5、土壤出料系统6、烟气控温系统7、监控系统8。其中进料系统1通向热脱附系统2，热脱附系统2分别通向土壤出料系统6和燃烧及尾气处理系统3，燃烧及尾气处理系统3通向烟气控温系统7，烟气控温系统7通向热脱附系统2，热脱附系统2通向尾气降温除尘系统4，尾气降温除尘系统4通向尾气排放系统5。监控系统8分别连接进料系统1、热脱附系统2、燃烧及尾气处理系统3、尾气降温除尘系统4、尾气排放系统5、土壤出料系统6以及烟气控温系统7，实现实时监控各设备运行状态；高温导气管用于热脱附系统与所述燃气及尾气处理系统、烟气控温系统、尾气降温除尘系统的连接以及燃烧及尾气处理系统与所述烟气控温系统的连接使用高温绝热材料的高温导气管连接。

如图2所述，进料系统1由喂料仓9、分级筛10、破碎机11、稳料仓12和计量称13和皮带传送机组成。热脱附系统2能够处理的土壤类型包括粘土、砂、粉质粘土等，土壤含水率应小于20%。待处理的污染土壤首先被送入喂料仓9，经过喂料仓9中分级筛10的筛选，筛上物被送入破碎机11破碎，筛下物以及破碎后土壤进入位于分级筛10及破碎机11下方的传送带，被带入传送带出料端的稳料仓12，土壤经位于稳料仓12下方的计量称13，并通过计量称13出料端进入热脱附系统2，计量称13能够记录下进入双筒回转窑14的土壤重量，通过与监控系统8相连实时监测并控制进入双筒回转窑14的处理量。

热脱附系统2包括双筒回转窑14，双筒回转窑14由内筒窑尾罩15、外筒窑尾罩16、外筒窑头罩17以及内筒窑头罩18组成。双筒回转窑14为间接加热双筒回转窑14，经计量称13出料口的土壤经内筒窑尾罩15进入双筒回转窑14的内筒，外筒为热气流，窑筒与地面呈3-5°夹角。双筒回转窑14内筒中装有不同角度和间距的扬料板，能够保证双筒回转窑14转动过程中，土壤能充分分散并在重力作用下由窑尾向窑头运动，从而使土壤在筒内有足够的停留时间和充分的分散度，以便土壤在内筒中与外筒中的热气流进行充分的热交换。一般来说，土壤在回转窑内的停留时间为20±10min，可通过双筒回转窑14的转速来控制土壤停留时间。

由于本系统热脱附系统2可以与尾气处理共用一个热源，故可将热脱附系统2与燃烧及尾气处理系统3连在一起，内筒窑头罩18上端出气口连接燃烧及尾气处理系统3的燃烧器21入气口，双筒回转窑14中的土壤经过外筒中热气流的加热，挥发性/半挥发性有机气体挥发出来，挥发出的有机污染气体通过内筒窑头罩18的上端导气管并经抽风机22的辅助作用进入燃烧及尾气处理系统3的内、中、外三通道结构的燃烧器21，有机污染气体被输送至燃烧室19内在高温火焰下分解破坏；燃烧室19出气口连接烟气控温系统7的烟气控温设备23，烟气控温设备23连接外筒窑头罩17，燃烧室19内火焰燃烧产生的热气流经过烟气控温设备23并通过冷空气39控制到适宜温度后被高温导气管输送至双筒回转窑14的外筒中加热内筒中土壤。

为保证挥发性/半挥发性有机气体在高温下完全分解为CO₂和H₂O去除，燃烧室19内的温度需保持在1000-1300℃且有机污染气体的燃烧时间>2s。燃烧室19内温度可通过调节燃烧器21内燃气37和助燃空气38的通入量控制燃烧火焰的温度;燃烧室19利用两块挡板20设置为S型结构，在外部排风机31作用下，气流沿S型路线流动且在燃烧室内停留时间>2s，以保证有机污染气体被彻底分解。

燃烧室19出气口烟气温度一般在1000℃左右，通过烟气控温设备23鼓入冷空气39降温，根据需要控制热气流的温度控制在400-800℃范围。热气流通过高温导气管进入双筒回转窑14外筒并充满整个外筒，在排风机31的作用下，热气流由窑头向窑尾流动；由于热气流不断的补给与流出，热气流温度稳定，双筒回转窑14外筒中热气流就可以作为内筒的稳定热源加热土壤。双筒回转窑14的加热温度可根据土壤中的有机污染气体的种类确定，通常可以把土壤加热到200-600℃，一般在此温度下可脱附所有的半挥发/挥发性有机物。在双筒回转窑14中，热气流不断的在回转窑外筒中由窑头向窑尾流动，保证了热源的稳定，且料流和气流为逆向流动，提高了热交换效率。

尾气降温除尘系统4包括旋风除尘器24和喷淋降温除尘设备，旋风除尘器24主要去除直径大于6μm的颗粒，即尾气中大颗粒物。所述喷淋降温除尘设备包括喷淋塔25、循环水处理系统29和碱液供应装置30，外筒尾窑罩16连接旋风除尘器24入气口，旋风除尘器24上部出气口连接喷淋塔25下方进气口，喷淋塔25由除雾器26、喷淋器27和填料28组成。尾气从喷淋塔25下方的进气口进入塔中，由塔顶排气口排出。喷淋器27采用碱液循环喷淋对高温气体降温；同时，喷淋碱液与填料28形成水膜，一方面水膜可除去尾气中的细小颗粒物，另一方面碱液可吸收尾气中的酸性气体（SO₂、NO_x等），确保尾气的达标排放。循环水处理系统29用于对喷淋塔25下方排出的循环水降温冷却、去除所述循环水中的颗粒物等杂质；碱液供应装置30可通过检测循环水的酸碱度配置碱液，用于喷淋塔25中的碱液喷淋；喷淋塔25中的喷淋液循环使用，节约了水资源。另外，喷淋塔25排气口装有除雾器26，除雾器26可去除处理后的尾气中夹带的水雾等，确保进入尾气排放系统5的尾气达标。

尾气排放系统5包括排风机31及烟囱32，排风机31一端与喷淋器27塔顶排气口相连，另一端连接烟囱32，尾气经尾气降温除尘系统4处理后经排风机31作用将尾气排入烟囱32后进入大气。

土壤出料系统6与双筒回转窑14的内筒窑头罩18下端出料口漏斗相接，内筒中处理后的土壤在重力作用下通过内筒窑头罩18下端出料口漏斗排入双轴搅拌机33中，双轴搅拌机33上部设有钢质防尘盖，外部设有防护栏，防止人员烫伤；钢质防尘盖内部顶端装有喷水器34，喷水器34上设有若干喷头用于喷淋降温，在双轴搅拌机33外部设有供水高压设备35，通过高压喷淋对土料降温，并搅拌使土料含水量均匀，通过控制喷淋量使得从双轴搅拌机33的末端排放的土壤温度小于100℃，便于土壤进入传送带并装车，最后运至料仓36装车，进行回填或其他处理。

燃烧器21的燃气进入量可通过燃气供应装置控制，通过控制燃气37进入速度控制火力大小；通过控制助燃空气38的进气速度，保证供氧充足以及燃烧室19内有足够的热气体用于向双筒回转窑14提供热气流；燃烧室19装有温度感应装置，可检测燃烧室19内的温度；双筒回转窑14可通过转速控制土料在窑内的处理停留时间；双筒回转窑14的内筒窑头罩18的出料口安装有温度检测器，实时检测排出土料的温度；在双轴搅拌机33尾部设置土料温度检测器，用于确定双轴搅拌机33内的喷水量的控制；尾气排放系统5安装有尾气检测设备，实时检测尾气，确保尾气达标排放。以上部分的检测均连接监控系统8，通过监控系统8的中控系统全程监控各部分的运行状态，实现故障报警和自动控制。

如利用本发明设备处理主要成分为萘的多环芳烃（PAHs）污染的粉土和粉质粘土，总浓度为1700mg/kg，土壤含水量<20%。由于PAHs的沸点一般为200-550℃，回转窑内土壤需要加热到它们的沸点以上方可把污染物从土壤中脱附出来。

首先，待处理的污染土壤进入喂料仓9，经过分级筛10和破碎机11，处理土壤颗粒<1cm，然后土壤经过稳料仓12、计量称13，由双筒回转窑14的内筒窑尾罩15上端进料口进入回转窑内筒14中。如图2所示，内筒中土壤与外筒中的热气流保持逆向流动，热气流温度为750℃左右，内筒土壤加热至500-600℃。土壤在内筒中停留20min，即可去除97%以上的多环芳烃。经过热脱附的土壤由内筒窑头罩18下端漏斗排入双轴搅拌机33中，通过高压喷水器34对土壤降温加湿处理，并控制从双轴搅拌机33中排放出土壤温度<100℃，便于土壤的装车运输回填等。

双筒回转窑14内筒土壤脱附出的污染气体由抽风机22导入燃烧器21中，燃气37、助燃空气38和污染气体一同在燃烧室19中燃烧，燃烧火焰温度为1000-1300℃，PAHs在该温度下停留时间>2s，其去除率达99.9%。燃烧室19中的高温烟气（1000℃左右）先经过烟气控温设备23调节温度至700-800℃，再由高温管道输送至双筒回转窑14的外筒窑头罩17，作为内筒中土壤加热的热源。双筒回转窑14外筒中高温烟气从外筒窑尾罩16排出，进入尾气降温除尘系统4处理，检测尾气处理合格后排入大气。

整个系统若密封性良好，土壤可全部回收利用，处理量为10t/h，PAHs的去除率为97-99.9%之间。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：包括进料系统、热脱附系统、土壤出料系统、燃烧及尾气处理系统、烟气控温系统、尾气降温除尘系统和尾气排放系统，所述进料系统通向所述热脱附系统，所述热脱附系统分别通向土壤出料系统和所述燃烧及尾气处理系统，所述燃烧及尾气处理系统通向所述烟气控温系统，所述烟气控温系统通向所述热脱附系统，所述热脱附系统通向尾气降温除尘系统，所述尾气降温除尘系统通向尾气排放系统。

2.根据权利要求1所述的环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述进料系统通向所述热脱附系统尾部入口，所述热脱附系统头部出口分别通向所述土壤出料系统和所述燃烧及尾气处理系统，所述烟气控温系统通向所述热脱附系统头部入口，所述热脱附系统尾部出口通向所述尾气降温除尘系统，所述尾气降温除尘系统通向尾气排放系统。

3.根据权利要求2所述的环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述热脱附系统包括双筒回转窑，所述双筒回转窑为内外筒的双筒结构，所述双筒回转窑设有内筒窑头罩、内筒窑尾罩、外筒窑头罩、外筒窑尾罩，所述进料系统通向所述内筒窑尾罩，所述内筒窑头罩下端通向所述土壤出料系统，所述内筒窑头罩上端通向所述燃烧及尾气处理系统；所述烟气控温系统通向所述外筒窑头罩，所述外筒窑尾罩通向所述尾气降温除尘系统，所述尾气降温除尘系统通向尾气排放系统。

4.根据权利要求3所述的环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述双筒回转窑内筒内壁设有扬料板，外筒内壁砌有高铝耐火砖，外筒外壁铺设一层保温材料。

5.根据权利要求1所述的环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：还包括监控系统，所述监控系统分别与所述进料系统、所述热脱附系统、所述燃烧及尾气处理系统、所述烟气控温系统、所述尾气降温除尘系统、所述尾气排放系统及所述土壤出料系统相连，用于监控内部各设备运行状态。

6.根据权利要求1所述的环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述进料系统包括喂料仓、破碎机、传送带、稳料仓和计量称，所述喂料仓中设置分级筛，所述喂料仓出口通向破碎机，所述传送带位于所述分级筛与所述破碎机下方，所述传送带出料端下设置所述稳料仓，所述稳料仓下设有计量称，所述计量称出料端通向所述热脱附系统。

7.根据权利要求1所述的环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述燃烧及尾气处理系统包括燃烧器和燃烧室，所述燃烧器与燃烧室相连；所述热脱附系统头部出口通向所述燃烧器，所述燃烧室出口通向所述烟气控温系统。

8.根据权利要求1所述的环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述土壤出料系统包括双轴搅拌机、高压喷淋加湿设备和料仓，所述内筒窑头罩通向所述双轴搅拌机入口，所述高压喷淋加湿器位于所述双轴搅拌机上部，所述双轴搅拌机出口通向所述料仓。

9.根据权利要求1所述的环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述尾气降温除尘系统包括旋风除尘器与喷淋降温除尘设备，所述热脱附系统连接所述旋风除尘器入口，所述旋风除尘器出口连接所述喷淋降温除尘设备，所述喷淋降温除尘设备连接所述尾气排放系统。

10.根据权利要求5所述的环保节能的有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：还包括耐高温绝热材料的高温导气管，所述高温导气管用于热脱附系统与所述燃气及尾气处理系统、烟气控温系统、尾气降温除尘系统的连接以及燃烧及尾气处理系统与所述烟气控温系统的连接。