CN105080957B - 一种余热再利用的污染土壤热脱附修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种余热再利用的污染土壤热脱附修复系统，包括：热脱附装置、供热供气装置、尾气处理装置及表面式热交换装置，表面式热交换装置设置在热脱附装置、供热供气装置及尾气处理装置之间。该热脱附修复系统通过表面式热交换装置，采用修复过程中产生的高温尾气对常温的燃烧用空气进行预热，实现了尾气余热的再利用；通过余热交换的形式对尾气进行初次冷却降温，降低了二次冷却的负担，降低了二次冷却设备的投入成本；本发明的土壤热脱附修复系统结构合理，操作简单，使用方便，无二次污染，实现了尾气余热再利用，具有广阔的应用前景和实用价值。

Description

一种余热再利用的污染土壤热脱附修复系统

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，特别涉及一种余热再利用的污染土壤热脱附修复系统。

背景技术

热脱附技术具有修复周期短、修复速度快，对VOCs类型及浓度有着良好的适应性等优点被广泛应用于有机污染土壤修复中，但由于有机污染物往往具有较高的沸点，热脱附修复过程中需要对土壤进行较高温度的加热，加热后会产生大量的高温尾气，高温尾气带来热量流失和尾气处理困难的问题，因此，科研人员和技术开发人员正在努力通过完善修复方法和改善系统设计来解决修复过程中的热量流失和余热再利用问题。

现有技术中的修复系统缺少尾气余热利用的部件，造成了修复过程中的热量散失，特别是排放的尾气往往高达几百甚至上千摄氏度，造成余热流失的同时，也给尾气的后处理增加了难度，导致热脱附修复过程的高成本性。

发明内容

本申请提供的一种余热再利用的污染土壤热脱附修复系统，解决了或部分解决了现有技术中热脱附修复过程中尾气余热流失，尾气后处理难度大，修复过程成本高的技术问题，实现了尾气余热的再利用，降低尾气后处理难度，降低修复过程成本的技术效果。

本申请提供了一种余热再利用的污染土壤热脱附修复系统，包括：热脱附装置、供热供气装置及尾气处理装置；所述供热供气装置通过管道连通所述热脱附装置，用于提供高温气体；所述尾气处理装置用于处理所述热脱附装置产生的尾气；所述热脱附修复系统还包括：

表面式热交换装置，设置在所述热脱附装置、供热供气装置及尾气处理装置之间；所述表面式热交换装置包括：热交换仓及热交换管；

所述热交换仓上设置有尾气进口及尾气出口，内部设置容置空间；所述尾气进口通过管道连通所述热脱附装置；所述尾气出口通过管道连通所述尾气处理装置；

所述热交换管设置在所述容置空间内；所述热交换管的一端为常温空气入口，通过管道连通鼓风机；所述热交换管的另一端为高温空气出口，通过管道连通所述供热供气装置；

其中，所述热交换管内部和外部形成两个封闭且独立的气体通道，所述热交换管内部的所述气体通道通过热交换使常温空气变成高温空气，所述热交换管外部的所述气体通道通过热交换使所述热脱附装置产生的高温尾气变成低温尾气；所述高温空气供给所述供热供气装置；所述低温尾气引入所述尾气处理装置。

作为优选，所述表面式热交换装置还包括：

隔板组，设置在所述容置空间内，与所述热交换仓固定连接；所述隔板组包括多块金属板；所述多块金属板左右交替的固定在所述热交换仓的内壁。

作为优选，所述热交换仓为空心圆筒体结构；所述尾气进口设置在所述热交换仓的顶部；所述尾气出口设置在所述热交换仓的底部；

所述热交换管为竖直设置的螺旋形管；

所述多块金属板沿所述热交换仓的轴心等间距竖直排布；所述金属板为设置有缺口的圆形板；所述金属板水平设置，圆弧边与所述热交换仓内壁固定连接。

作为优选，所述热交换管的材质为铜；

所述金属板的缺口面积不大于所述热交换仓横截面的一半。

作为优选，所述热交换管的材质为铝；

所述金属板的缺口面积不大于所述热交换仓横截面的一半。

作为优选，所述热交换管的常温空气入口与所述鼓风机之间设置有流量控制阀；

所述常温空气入口设置在所述热交换仓的底部。

作为优选，所述供热供气装置包括：燃料仓及燃烧室；

所述燃料仓通过燃料输送管与所述燃烧室连通，用于提供燃料；

所述燃烧室通过管道连通所述热交换管的高温空气出口；

其中，所述热交换管为所述燃烧室提供所述高温空气，所述燃烧室通过燃烧所述燃料加热所述高温空气，产生高温燃气，所述高温燃气通过管道通入所述热脱附装置。

作为优选，所述热脱附装置包括：热脱附仓、搅拌器及电机；

所述搅拌器设置在所述热脱附仓内；所述电机的输出端与所述搅拌器固定连接；

所述热脱附仓上设置有进料口、出料口、进气口及出气口；

所述进气口位于所述热脱附仓的一端，通过管道连通所述燃烧室的高温燃气出口；

所述出气口位于所述热脱附仓另一端的底部；所述出气口连通所述热交换仓的所述尾气进口；

所述进料口靠近所述出气口，位于所述热脱附仓的顶部，用于加入污染土壤；

所述出料口靠近所述进气口，位于所述热脱附仓的底部，用于排出处理后的所述污染土壤；

其中，所述高温燃气通过所述进气口进入所述热脱附仓内，所述高温燃气在所述搅拌器的搅拌混合作用下与所述污染土壤完成脱附过程，产生高温尾气；所述高温尾气通过所述尾气管道及所述旋风除尘器进入所述热交换仓内。

作为优选，所述表面式热交换装置还包括：旋风除尘器；

所述出气口通过尾气管道连通所述热交换仓的所述尾气进口；所述旋风除尘器设置在所述尾气管道上。

作为优选，所述尾气处理装置包括：二次冷却塔、除湿器、吸附器及真空泵；

所述二次冷却塔的进口连通所述热交换仓的尾气出口；

所述除湿器通过管道连通所述二次冷却塔；

所述吸附器通过管道连通所述除湿器；

所述真空泵通过管道连通所述吸附器；

其中，所述二次冷却塔将所述热交换仓送出的所述低温尾气冷却至室温；所述除湿器去除尾气中的水份；所述吸附器吸附所述尾气中的有害气体；所述真空泵将去除有害气体后的所述尾气排到外界。

本发明提供的余热再利用的污染土壤热脱附修复系统通过在常规的热脱附装置、供热供气装置及尾气处理装置中增加表面式热交换装置，采用修复过程中产生的高温尾气对常温的燃烧用空气进行预热，实现了尾气余热的再利用，其中，表面式热交换装置中的螺旋式热交换管和左右交替固定设置的隔板组，增加了常温空气与高温尾气的间接接触时间和接触面积，使余热交换更充分，提高了余热利用率的同时确保高温尾气被冷却到较低的温度，降低尾气处理装置的处理难度，通过热交换的形式对高温尾气进行初次冷却降温，降低了尾气处理装置中二次冷却塔的负担，降低了尾气处理装置的投入成本。本发明的热脱附修复系统结构合理，操作简单，使用方便，无二次污染，具有广阔的应用前景和实用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的余热再利用的污染土壤热脱附修复系统的总装图；

图2为图1中金属板的结构示图。

附图中标号代表的部件依次为：1燃料仓、2燃烧室、3热脱附仓、4搅拌器、5电机、6进料口、7出料口、8进气口、9出气口、10旋风除尘器、11热交换仓、12热交换管、13隔板组、14二次冷却塔、15除湿器、16吸附器、17真空泵、18尾气进口、19高温空气出口、20尾气出口、21常温空气入口、22鼓风机、23流量控制阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述：

本申请实施例提供了一种余热再利用的污染土壤热脱附修复系统，解决了或部分解决了现有技术中热脱附修复过程中尾气余热流失，尾气后处理难度大，修复过程成本高的技术问题，通过在常规的热脱附装置、供热供气装置及尾气处理装置中增加表面式热交换装置，实现了尾气余热的再利用，降低尾气后处理难度，降低修复过程成本的技术效果。

参见附图1，本申请实施例提供了余热再利用的污染土壤热脱附修复系统，包括：热脱附装置、供热供气装置及尾气处理装置；供热供气装置通过管道连通热脱附装置，用于提供高温气体；尾气处理装置处理热脱附装置产生的尾气；热脱附修复系统还包括：表面式热交换装置。表面式热交换装置设置在热脱附装置、供热供气装置及尾气处理装置之间；

表面式热交换装置包括：热交换仓11及热交换管12；热交换仓11上设置有尾气进口18及尾气出口20，内部设置容置空间；尾气进口18通过管道连通热脱附装置；尾气出口20通过管道连通尾气处理装置；热交换管12设置在容置空间内；热交换管12的一端为常温空气入口21，常温空气入口21设置在热交换仓11的底部，通过管道连通鼓风机22，常温空气入口21与鼓风机22之间设置有流量控制阀23，修复过程中，通过流量控制阀23控制空气的进入量，使修复系统内的气体量保持平衡；热交换管12的另一端为高温空气出口19，通过管道连通供热供气装置。

其中，热交换管12内部和外部形成两个封闭且独立的气体通道，热交换管12内部的气体通道通过热交换使常温空气变成高温空气，将高温空气提供给燃料的燃烧，能提高燃烧温度；热交换管12外部的气体通道通过热交换使热脱附装置产生的高温尾气变成低温尾气。高温空气供给供热供气装置；低温尾气引入尾气处理装置，这样实现尾气余热的再利用。

进一步的，参见附图1，表面式热交换装置还包括：隔板组，设置在容置空间内，与热交换仓11固定连接；隔板组包括多块金属板13，多块金属板13左右交替的固定在热交换仓11的内壁。多块金属板13沿热交换仓11的轴心等间距竖直排布；参见附图2，金属板13为设置有缺口的圆形板；金属板13水平设置，圆弧边与热交换仓11内壁固定连接，金属板13的缺口面积不大于热交换仓11横截面的一半。上述布置的多块金属板13能延长高温尾气在热交换仓11内的流通路径和流通时间。

进一步的，热交换仓11为空心圆筒体结构；尾气进口18设置在热交换仓11的顶部；尾气出口20设置在热交换仓11的底部；热交换管12为竖直设置的螺旋形管；热交换管12的材质为导热性能优良的铜或铝。螺旋式的设计延长了空气在热交换仓11内的流通路径和流通时间。螺旋形热交换管12和左右交替固定设置的金属板13增加了常温空气与高温尾气的间接接触时间和接触面积，使余热交换更充分。

进一步的，供热供气装置包括：燃料仓1及燃烧室2；燃料仓1通过燃料输送管与燃烧室2连通，用于提供燃料；燃烧室2通过管道连通热交换管12的高温空气出口19；其中，热交换管12为燃烧室2提供高温空气，燃烧室2通过燃烧燃料加热高温空气，产生高温燃气，高温燃气通过管道通入热脱附装置。

进一步的，热脱附装置包括：热脱附仓3、搅拌器4及电机5；搅拌器4设置在热脱附仓3内；电机5的输出端与搅拌器4固定连接；热脱附仓3上设置有进料口6、出料口7、进气口8及出气口9；进气口8位于热脱附仓3的一端，通过管道连通燃烧室2的高温燃气出口；出气口9位于热脱附仓3另一端的底部；出气口9连通热交换仓11的尾气进口18；表面式热交换装置还包括：旋风除尘器10；出气口9通过尾气管道连通热交换仓11的尾气进口18；旋风除尘器10设置在尾气管道上。旋风除尘器10能对进入热交换仓11内的高温尾气进行除尘预处理，以防止灰尘在热交换仓11内的堆积和堵塞。进料口6靠近出气口9，位于热脱附仓3的顶部，用于加入污染土壤；出料口7靠近进气口8，位于热脱附仓3的底部，用于排出处理后的污染土壤。

其中，高温燃气通过进气口8进入热脱附仓3内，高温燃气在搅拌器4的搅拌混合作用下与污染土壤完成脱附过程，产生高温尾气；高温尾气通过尾气管道及旋风除尘器10进入热交换仓11内。

进一步的，尾气处理装置包括：二次冷却塔14、除湿器15、吸附器16及真空泵17；二次冷却塔14的进口连通热交换仓11的尾气出口20；除湿器15通过管道连通二次冷却塔14；吸附器16通过管道连通除湿器15；真空泵17通过管道连通吸附器16；其中，二次冷却塔14将热交换仓11送出的低温尾气冷却至室温；除湿器15去除尾气中的水份；吸附器16吸附尾气中的有害气体；真空泵17将去除有害气体后的尾气排到外界。作为一种优选的实施例，二次冷却塔14为淋洗式二次冷却塔，通过冷却水使低温尾气冷却至室温，吸附器16通过活性炭进行吸附工作。

下面结合具体实施例对本申请提供的余热再利用的污染土壤热脱附修复系统的工作原理及各个装置的运行特征进行详细说明：

先通过进料口6向热脱附仓3中加入污染土壤，打开真空泵17，从燃料仓1中向燃烧室2中输送燃油，点燃燃油，使其产生高温气体，并进入到热脱附仓3中。

然后启动电机5，在搅拌器4的搅拌和输运作用下，污染土壤逐渐从热脱附仓3一端输运到另一端，并与逆向流动的高温燃气相互接触，污染土壤中的污染物被挥发和脱附出来；通过控制搅拌器4的转速，控制土壤的搅拌和输运速度，从而控制热脱附过程的停留时间。

修复过程中产生的高温尾气经出气口9进入旋风除尘器10，进行除尘处理，然后经尾气进口18进入热交换仓11内。同时，常温的空气经常温空气入口21进入螺旋形热交换管12内。高温尾气的热量通过螺旋形热交换管12交换给常温空气，使常温空气被加热成高温空气。螺旋形的热交换管12延长了空气的流通路径，隔板组的设置也延长了高温尾气在热交换仓11内的停留时间，使热量得到充分交换。

最后，经热交换初步冷却的低温尾气通过尾气出口20依次进入喷淋式二次冷却塔14、除湿器15和尾气活性炭吸附器16进行冷却至室温、去除水分和吸附处理达标后，经真空泵17排放。其中，被加热的高温空气进入燃烧室2中，参与下一轮的土壤修复；修复完成后的土壤经出料口7排出。修复过程中，通过流量控制阀23控制空气的进入量，使修复系统内的气体量保持平衡。

循环上述过程即可实现有机污染土壤的连续热脱附修复。由于在传统的热脱附系统上增加了表面式热交换装置，使得尾气的余热得到了再利用。同时，螺旋形的热交换管12和隔板组的设置增加了常温空气与高温尾气在热交换仓11内的停留时间，使热交换更加充分。

本发明提供的余热再利用的污染土壤热脱附修复系统通过在常规的热脱附装置上增加表面式热交换装置，采用修复过程中产生的高温尾气对常温的燃烧用空气进行预热，实现了尾气余热的再利用，其中，表面式热交换装置中的螺旋式热交换管12和左右交替固定设置的隔板组，增加了常温空气与高温尾气的间接接触时间和接触面积，使余热交换更充分，提高了余热利用率的同时确保高温尾气被冷却到较低的温度，降低尾气处理装置的处理难度，通过热交换的形式对高温尾气进行初次冷却降温，降低了尾气处理装置中二次冷却塔14的负担，降低了尾气处理装置的投入成本。本发明的热脱附修复系统结构合理，操作简单，使用方便，无二次污染，具有广阔的应用前景和实用价值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种余热再利用的污染土壤热脱附修复系统，包括：热脱附装置、供热供气装置及尾气处理装置；所述供热供气装置通过管道连通所述热脱附装置，用于提供高温气体；所述尾气处理装置用于处理所述热脱附装置产生的尾气；其特征在于，所述热脱附修复系统还包括：

表面式热交换装置，设置在所述热脱附装置、供热供气装置及尾气处理装置之间；所述表面式热交换装置包括：热交换仓及热交换管；

所述热交换仓上设置有尾气进口及尾气出口，内部设置容置空间；所述尾气进口通过管道连通所述热脱附装置；所述尾气出口通过管道连通所述尾气处理装置；

所述热交换管设置在所述容置空间内；所述热交换管的一端为常温空气入口，通过管道连通鼓风机；所述热交换管的另一端为高温空气出口，通过管道连通所述供热供气装置；

其中，所述热交换管内部和外部形成两个封闭且独立的气体通道，所述热交换管内部的所述气体通道通过热交换使常温空气变成高温空气，所述热交换管外部的所述气体通道通过热交换使所述热脱附装置产生的高温尾气变成低温尾气；所述高温空气供给所述供热供气装置；所述低温尾气引入所述尾气处理装置。

2.如权利要求1所述的热脱附修复系统，其特征在于，所述表面式热交换装置还包括：

隔板组，设置在所述容置空间内，与所述热交换仓固定连接；所述隔板组包括多块金属板；所述多块金属板左右交替的固定在所述热交换仓的内壁。

3.如权利要求2所述的热脱附修复系统，其特征在于，

所述热交换仓为空心圆筒体结构；所述尾气进口设置在所述热交换仓的顶部；所述尾气出口设置在所述热交换仓的底部；

所述热交换管为竖直设置的螺旋形管；

所述多块金属板沿所述热交换仓的轴心等间距竖直排布；所述金属板为设置有缺口的圆形板；所述金属板水平设置，圆弧边与所述热交换仓内壁固定连接。

4.如权利要求3所述的热脱附修复系统，其特征在于，

所述热交换管的材质为铜；

所述金属板的缺口面积不大于所述热交换仓横截面的一半。

5.如权利要求3所述的热脱附修复系统，其特征在于，

所述热交换管的材质为铝；

所述金属板的缺口面积不大于所述热交换仓横截面的一半。

6.如权利要求1所述的热脱附修复系统，其特征在于，

所述热交换管的常温空气入口与所述鼓风机之间设置有流量控制阀；

所述常温空气入口设置在所述热交换仓的底部。

7.如权利要求1所述的热脱附修复系统，其特征在于，

所述供热供气装置包括：燃料仓及燃烧室；

所述燃料仓通过燃料输送管与所述燃烧室连通，用于提供燃料；

所述燃烧室通过管道连通所述热交换管的高温空气出口；

其中，所述热交换管为所述燃烧室提供所述高温空气，所述燃烧室通过燃烧所述燃料加热所述高温空气，产生高温燃气，所述高温燃气通过管道通入所述热脱附装置。

8.如权利要求7所述的热脱附修复系统，其特征在于，

所述热脱附装置包括：热脱附仓、搅拌器及电机；

所述搅拌器设置在所述热脱附仓内；所述电机的输出端与所述搅拌器固定连接；

所述热脱附仓上设置有进料口、出料口、进气口及出气口；

所述进气口位于所述热脱附仓的一端，通过管道连通所述燃烧室的高温燃气出口；

所述出气口位于所述热脱附仓另一端的底部；所述出气口连通所述热交换仓的所述尾气进口；

所述进料口靠近所述出气口，位于所述热脱附仓的顶部，用于加入污染土壤；

所述出料口靠近所述进气口，位于所述热脱附仓的底部，用于排出处理后的所述污染土壤；

其中，所述高温燃气通过所述进气口进入所述热脱附仓内，所述高温燃气在所述搅拌器的搅拌混合作用下与所述污染土壤完成脱附过程，产生高温尾气；所述高温尾气通过尾气管道及旋风除尘器进入所述热交换仓内。

9.如权利要求8所述的热脱附修复系统，其特征在于，

所述表面式热交换装置还包括：旋风除尘器；

所述出气口通过尾气管道连通所述热交换仓的所述尾气进口；所述旋风除尘器设置在所述尾气管道上。

10.如权利要求1所述的热脱附修复系统，其特征在于，

所述尾气处理装置包括：二次冷却塔、除湿器、吸附器及真空泵；

所述二次冷却塔的进口连通所述热交换仓的尾气出口；

所述除湿器通过管道连通所述二次冷却塔；

所述吸附器通过管道连通所述除湿器；

所述真空泵通过管道连通所述吸附器；

其中，所述二次冷却塔将所述热交换仓送出的所述低温尾气冷却至室温；所述除湿器去除尾气中的水份；所述吸附器吸附所述尾气中的有害气体；所述真空泵将去除有害气体后的所述尾气排到外界。