CN105234165A - 一种异位土壤热脱附方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异位土壤热脱附方法。本发明通过热管换热方式利用生物质循环流化床锅炉底渣的热量预热待修复土壤，然后通过直接换热方式利用生物质循环流化床锅炉循环灰的热量来脱附土壤中的污染物，同时利用循环灰中的活性成分提高修复后土壤的肥力，而脱附产生的气态污染物则引入锅炉焚烧分解。本发明基于锅炉底渣废热实现了土壤的热脱附，同时通过掺混活性成分提高了土壤的肥力，脱附产生的挥发性污染物被送入锅炉直接焚烧，避免了二次污染。

Description

一种异位土壤热脱附方法
技术领域
本发明涉及一种异位土壤热脱附方法，属于土壤污染治理技术领域。
背景技术
土壤热脱附是修复污染土壤的有效方法之一，是通过直接或间接加热，将土壤中有机污染物加热至足够高温度，使其与土壤分离的过程。很显然，土壤热脱附需要消耗大量热量，脱附后的气态污染物需要经过专门的设备净化处理后才能排放至大气。因此，实际土壤热脱附方法往往存在设备能耗高、设备结构复杂、运行费用昂贵等问题。
生物质循环流化床锅炉是循环流化床锅炉横向功能拓展的典型设备，该设备不仅能处理秸秆类农林废弃物，而且能产出蒸汽，用蒸汽驱动汽轮发电机发电，在目前生物质能源的规模化利用中承担了重要角色。当生物质秸秆进入生物质循环流化床锅炉燃烧后，固体组份通常以三种形式存在，一种是底渣，一种是循环灰，另一种是飞灰，其中，底渣温度高，含碳量低，循环飞灰温度高，含碳量高，活性好，而飞灰温度低，含碳量低。底渣从锅炉底部排出时，通常采用滚筒换热器回收一部分热量，但由于是间接换热，效率较低，而且由于底渣对滚筒的磨损，常常发生管式换热器的泄漏现象，影响设备的正常运行。对于带有外置换热器的生物质循环流化床锅炉，控制循环灰的入炉量不仅能够调节炉膛整体的温度均匀性，而且可以调整主蒸汽的温度，因此，循环灰自身具有较大的可控性和调节性。
如果能将生物质循环流化床锅炉底渣的显热直接回收，用于土壤热脱附的预热阶段，使土壤表面污染物快速蒸发，同时将生物质循环流化床锅炉循环灰的显热直接回收，用于土壤热脱附的解析阶段，使颗粒内部污染物向外扩散，并且将活性好的生物质炭直接掺混于土壤中，使修复后的土壤提高活性成分，而且将修复后产生的污染性气体送入生物质循环流化床锅炉燃烧，那么，土壤热脱附的能耗将大大降低，设备将大大简化，土壤肥力将得到显著提高。本发明内容就是基于以上背景提出的一种创新性方法。
发明内容
发明目的：本发明针对常规土壤热修复过程中需要消耗大量热量，修复后的土壤由于PH值降低导致肥力下降，产生的热解析气体因含有污染性有机物质易引起二次污染等问题，提供了一种异位土壤热脱附方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种异位土壤热脱附方法，包括：一种异位土壤热脱附方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将来自生物质循环流化床锅炉的温度为700～800℃的底渣通过直接换热的方式将热量传递给一热管，使热管中的给水加热后变为水蒸气，得到一级降温后的底渣；
(2)将从生物质循环流化床锅炉引出的150～180℃的二次风与步骤(1)得到的一级降温后的底渣进行流化作用，使一级降温后的底渣进一步降温，得到二级降温后的底渣，同时，所述二次风被加热成为一级加热二次风；
(3)所述二级降温后的底渣进一步通过直接换热的方式将热量传递给一蛇形管，使蛇形管内的给水吸收热量，同时，使所述二级降温后的底渣与从生物质循环流化床锅炉一次风冷端引出的温度为10～35℃的一次风进行流化作用，得到三级降温后的底渣和一级加热一次风，所述三级降温后的底渣随后排出系统；
(4)将步骤(2)得到的一级加热二次风与步骤(3)得到的一级加热一次风和另外的从生物质循环流化床锅炉一次风冷端引出的温度为10～35℃的一次风混合，经气固分离后，得到的气体作为待修复土壤的预热风，固体返回到步骤(3)中与二级降温后的底渣混合；
(5)将待修复土壤与步骤(4)得到的预热风进行流化作用，同时在所述预热风的作用下使待修复的土壤与步骤(1)中的加热后的热管进行换热，使待修复的土壤温度升高；
(6)将步骤(5)处理后的待修复的土壤与来自生物质循环流化床锅炉的温度为650～800℃的循环灰在解析风的作用下进行流化作用，通过直接换热的方式将循环灰的热量传递给待修复土壤，在此过程中，待修复土壤在升温后发生热解析，其中的挥发性和半挥发性有机污染物析出并扩散至热解析风而形成解析气体；
(7)将从生物质循环流化床锅炉一次风冷端引出的温度为10～35℃的一次风作为回热风，使经步骤(6)处理后的修复后的土壤与所述回热风进行流化作用，并在所述回热风的作用下使所述修复后的土壤通过直接换热的方式将热量传递给回热蛇形管，从而使修复后的土壤降温，然后排出系统，而加热后的回热风则扩散至步骤(6)中的解析气体中，并进一步引入到生物质循环流化床锅炉，作为二次风补充炉内生物质燃烧，并分解其中的有机污染物，回热蛇形管内的给水换热后则变为回热水蒸气后进入生物质循环流化床锅炉的水汽系统。
其中，步骤(1)中，所述的底渣经直接换热后得到的一级降温后的底渣的温度为400～500℃。
步骤(2)中，所述的二次风经加热后形成的一级加热二次风的温度为100～250℃。
步骤(3)中，所述的蛇形管的初始给水温度为15～20℃，与二级降温后的底渣换热后温度升至120～200℃。
步骤(3)中，所述的一级加热一次风的温度为60～150℃，所述二级降温后的底渣经流化作用后降温至60～90℃的三级降温后的底渣并排出系统。
步骤(4)中，所述的预热风的温度为80～200℃。
步骤(5)中，所述待修复土壤温度升高至150～250℃。
步骤(6)中，待修复土壤在升温至550～650℃后发生热解析。
步骤(7)中，修复后的土壤降温至40～70℃后排出系统。
有益效果：与常规的土壤修复方法相比，本发明具有如下的特色及优点：
1、常规土壤热修复方法基本都采用专门的能源为热修复提供需要的热量，而本发明利用生物质循环流化床锅炉底渣的显热预热待修复土壤，采用循环飞灰的显热为热修复提供热量，这种方式充分利用了废热能量，大大减少了常规能源的使用。
2、常规热修复方法修复后的土壤由于结构受到破坏而肥力明显降低，本发明将含有较大含碳量的循环飞灰直接掺杂在修复后的土壤中，这样可以大大提高了土壤的肥沃程度，有助于土壤的修复再利用。
3、常规土壤热修复方法常将热解析气体直排大气，这样虽然修复了土壤，但污染了大气环境，本发明将热解析气体全部送入生物质循环流化床锅炉中进行直接焚烧，完全分解了含有挥发性污染物的热解析气体，避免了二次污染。
4、本发明借助热管实现了相邻设备间热源底渣与冷源待修复土壤的间接换热，这种布置方法可以减少复杂换热设备的布置，有利于整体设备的紧凑性，而且在热量传递过程中避免了物质的直接交换，保证了土壤成分结构的完整性。
5、本发明最大程度实现了高温热源能量的回收梯级利用；
6、本发明充分利用了热源的残余热量，也最大程度回收了修复后土壤的显热。
具体实施方式
本实施例在以本技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例提供了一种土壤异位热修复方法，作用对象为某石化企业污染的土壤，具体方法如下：
(1)将来自生物质循环流化床锅炉的温度为700～800℃的底渣通过直接换热的方式将热量传递给一热管(初始给水温度15～25℃)，使热管中的给水加热后变为水蒸气，得到一级降温后的底渣，温度在400～500℃左右；
(2)将从生物质循环流化床锅炉引出的150～180℃的二次风与步骤(1)得到的一级降温后的底渣进行流化作用，使一级降温后的底渣进一步降温，得到二级降温后的底渣，同时，所述二次风被加热成为一级加热二次风，温度在100～250℃；
(3)所述二级降温后的底渣进一步通过直接换热的方式将热量传递给一蛇形管(进水给水温度为15～20℃)，使蛇形管内的给水吸收热量升温至120～200℃左右，同时，使所述二级降温后的底渣与从生物质循环流化床锅炉一次风冷端引出的温度为10～35℃的一次风进行流化作用，得到三级降温后的底渣(温度降至60～90℃左右)和一级加热一次风(温度在60～150℃左右)，所述三级降温后的底渣随后排出系统；
(4)将步骤(2)得到的一级加热二次风与步骤(3)得到的一级加热一次风和另外的从生物质循环流化床锅炉一次风冷端引出的温度为10～35℃的一次风混合，混合后温度在80～200℃，经气固分离后，得到的气体作为待修复土壤的预热风，固体返回到步骤(3)中与二级降温后的底渣混合；
(5)将待修复土壤与步骤(4)得到的预热风进行流化作用，同时在所述预热风的作用下使待修复的土壤与步骤(1)中的加热后的热管进行换热，使待修复的土壤温度升高至150～250℃；
(6)将步骤(5)处理后的待修复的土壤与来自生物质循环流化床锅炉的温度为650～800℃的循环灰在解析风的作用下进行流化作用，通过直接换热的方式将循环灰的热量传递给待修复土壤，在此过程中，待修复土壤在升温至550～650℃后发生热解析，其中的挥发性和半挥发性有机污染物析出并扩散至热解析风而形成解析气体；
(7)将从生物质循环流化床锅炉一次风冷端引出的温度为10～35℃的一次风作为回热风，使经步骤(6)处理后的修复后的土壤与所述回热风进行流化作用，并在所述回热风的作用下使所述修复后的土壤通过直接换热的方式将热量传递给回热蛇形管，从而使修复后的土壤降温至40～70℃，然后排出系统，而加热后的回热风则扩散至步骤(6)中的解析气体中，并进一步引入到生物质循环流化床锅炉，作为二次风补充炉内生物质燃烧，并分解其中的有机污染物，回热蛇形管内的给水换热后则变为回热水蒸气后进入生物质循环流化床锅炉的水汽系统。
本发明利用生物质循环流化床锅炉底渣的显热预热待修复土壤，采用循环飞灰的显热为热修复提供热量，这种方式充分利用了废热能量，大大减少了常规能源的使用。

Claims (9)

1.一种异位土壤热脱附方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将来自生物质循环流化床锅炉的温度为700～800℃的底渣通过直接换热的方式将热量传递给一热管，使热管中的给水加热后变为水蒸气，得到一级降温后的底渣；
(2)将从生物质循环流化床锅炉引出的150～180℃的二次风与步骤(1)得到的一级降温后的底渣进行流化作用，使一级降温后的底渣进一步降温，得到二级降温后的底渣，同时，所述二次风被加热成为一级加热二次风；
(3)所述二级降温后的底渣进一步通过直接换热的方式将热量传递给一蛇形管，使蛇形管内的给水吸收热量，同时，使所述二级降温后的底渣与从生物质循环流化床锅炉一次风冷端引出的温度为10～35℃的一次风进行流化作用，得到三级降温后的底渣和一级加热一次风，所述三级降温后的底渣随后排出系统；
(4)将步骤(2)得到的一级加热二次风与步骤(3)得到的一级加热一次风和另外的从生物质循环流化床锅炉一次风冷端引出的温度为10～35℃的一次风混合，经气固分离后，得到的气体作为待修复土壤的预热风，固体返回到步骤(3)中与二级降温后的底渣混合；
(5)将待修复土壤与步骤(4)得到的预热风进行流化作用，同时在所述预热风的作用下使待修复的土壤与步骤(1)中的加热后的热管进行换热，使待修复的土壤温度升高；
(6)将步骤(5)处理后的待修复的土壤与来自生物质循环流化床锅炉的温度为650～800℃的循环灰在解析风的作用下进行流化作用，通过直接换热的方式将循环灰的热量传递给待修复土壤，在此过程中，待修复土壤在升温后发生热解析，其中的挥发性和半挥发性有机污染物析出并扩散至热解析风而形成解析气体；
(7)将从生物质循环流化床锅炉一次风冷端引出的温度为10～35℃的一次风作为回热风，使经步骤(6)处理后的修复后的土壤与所述回热风进行流化作用，并在所述回热风的作用下使所述修复后的土壤通过直接换热的方式将热量传递给回热蛇形管，从而使修复后的土壤降温，然后排出系统，而加热后的回热风则扩散至步骤(6)中的解析气体中，并进一步引入到生物质循环流化床锅炉，作为二次风补充炉内生物质燃烧，并分解其中的有机污染物，回热蛇形管内的给水换热后则变为回热水蒸气后进入生物质循环流化床锅炉的水汽系统。
2.根据权利要求1所述的异位土壤热脱附方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的底渣经直接换热后得到的一级降温后的底渣的温度为400～500℃。
3.根据权利要求1所述的异位土壤热脱附方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的二次风经加热后形成的一级加热二次风的温度为100～250℃。
4.根据权利要求1所述的异位土壤热脱附方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的蛇形管的初始给水温度为15～20℃，与二级降温后的底渣换热后温度升至120～200℃。
5.根据权利要求1所述的异位土壤热脱附方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的一级加热一次风的温度为60～150℃，所述二级降温后的底渣经流化作用后降温至60～90℃的三级降温后的底渣并排出系统。
6.根据权利要求1所述的异位土壤热脱附方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的预热风的温度为80～200℃。
7.根据权利要求1所述的异位土壤热脱附方法，其特征在于，步骤(5)中，所述待修复土壤温度升高至150～250℃。
8.根据权利要求1所述的异位土壤热脱附方法，其特征在于，步骤(6)中，待修复土壤在升温至550～650℃后发生热解析。
9.根据权利要求1所述的异位土壤热脱附方法，其特征在于，步骤(7)中，修复后的土壤降温至40～70℃后排出系统。
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