CN106216382A - 一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本专利公开了一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，包括燃烧系统、热交换系统和热脱附系统；燃烧系统产生载热气体，载热气体流经热交换系统，部分或全部通入热脱附系统；在热脱附系统中，载热气体加热污染土壤，生成废气，废气流经热交换系统，通入燃烧系统，废气燃烧产生载热气体，再循环依次通入热交换系统和热脱附系统；其中，在热交换系统中，载热气体与废气进行热交换。本发明结构简单，能量消耗少，污染土壤修复效果优异。

Description

一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统及方法
技术领域
本发明属于土壤修复领域，尤其涉及一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统及方法。
背景技术
热脱附修复技术是通过直接或间接加热将有机污染土壤加热到一定的温度，使其所含的有机污染物得以挥发或分离的过程。热脱附是将污染物从一相转化为另一相的物理分离过程，通过控制热脱附系统的温度和污染土壤停留时间有选择的使目标污染物挥发。
目前，热脱附技术的主要适用范围是半挥发性和挥发性的有机污染物，包括多环芳烃、有机农药和杀虫剂、多氯联苯等。通常，热脱附技术可分为两步：一为加热污染土壤使其中的有机物挥发，二为热脱附后的尾气处理。虽然，热脱附技术具有处理效率高、污染物处理范围宽、修复后土壤可再利用等优点，但也存在运行能耗高、处理成本高等问题。
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，但干净的热源气体与挥发出的污染气体混合，增大了后续尾气处理成本。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。申请公布号为CN105537258A的发明专利申请文献公开了一种热脱附炉，该炉体内的挥发性气体进入辐射燃烧器燃烧处理，没有增设其他尾气处理设备，一方面会造成尾气不能达标排放，另一方面土壤加热温度与尾气燃烧处理温度不一致，不能精确控制各自的系统温度，且采用连续进料时，挥发性气体浓度较低，可通过燃烧节约的能耗有限。
发明内容
本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统及方法，以克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，包括燃烧系统、热交换系统和热脱附系统；燃烧系统产生载热气体，载热气体流经热交换系统，部分或全部通入热脱附系统；在热脱附系统中，载热气体加热污染土壤，生成废气，废气流经热交换系统，通入燃烧系统，废气燃烧产生载热气体，再循环依次通入热交换系统和热脱附系统；其中，在热交换系统中，载热气体与废气进行热交换。
进一步，本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，还可以具有这样的特征：其中，污染土壤经预处理，堆放在热脱附系统中，热脱附系统间歇处理污染土壤。
进一步，本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，还可以具有这样的特征：其中，热脱附系统包括若干个载热管道和若干个抽提管道；载热管道分布在污染土壤中，载热气体通入载热管道，加热污染土壤；抽提管道具有开口，分布在污染土壤中，抽提出废气，依次通入热交换系统和燃烧系统中。
进一步，本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，还可以具有这样的特征：其中，热脱附系统中，载热气体间接加热污染土壤。
进一步，本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，还可以具有这样的特征：还包括尾气排放系统；尾气排放系统与热脱附系统连通，载热气体加热污染土壤后，通入尾气排放系统，进行排放。
进一步，本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，还可以具有这样的特征：尾气排放系统还与热交换系统连通，载热气体换热后，一部分通入热脱附系统中，剩余部分通入尾气排放系统，进行排放。
进一步，本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，还可以具有这样的特征：还包括烟气控温系统；载热气体通入热脱附系统前，烟气控温系统向载热气体中加入气体，调整载热气体的温度。
进一步，本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，还可以具有这样的特征：还包括检测系统；检测系统包括废气检测系统，检测热脱附系统产生的废气；或/和，检测系统还包括载热气体检测系统，检测热交换系统排出的载热气体。
本发明还提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理方法，包括循环阶段，具体步骤为：步骤一、载热气体加热污染土壤，生成废气；步骤二、废气返回热交换系统，与载热气体进行热交换，废气温度升高；步骤三、废气燃烧，产生载热气体；步骤四、载热气体进入热交换系统，与废气进行热交换，载热气体温度降低，返回步骤一；步骤一至步骤四依序重复循环进行。
进一步，本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理方法，还可以具有这样的特征：还包括启动阶段，燃料燃烧产生载热气体，用于步骤一。
本专利的有益效果在于：本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统及方法，燃烧系统产生载热气体，流经热交换系统后，通入热脱附系统，加热污染土壤，生成含有机污染物的废气，该废气流经热交换系统后，通入燃烧系统，燃烧处理为无污染的高温载热气体，再依次通入热交换系统和热脱附系统，形成循环。在燃烧系统高效处理热脱附废气保证尾气达标排放的同时节约大量能耗，提高热利用率。其中，在热交换系统中，燃烧系统产生的载热气体与热脱附系统生成的废气进行热交换。载热气体加热废气，降低后续燃烧系统处理废气能耗；同时，废气降低载热气体的热量，使之接近热脱附系统的预设温度，合理利用系统热量。
热脱附系统采用间歇处理污染土壤方式，污染土壤经预处理堆放在热脱附系统中，热脱附系统通过与热交换系统和燃烧系统多次循环，对同一批污染土壤进行多次热脱附处理，结构简单，并保证土壤修复效果。同时，间歇处理的土壤批次处理量大，生成废气中有机污染物浓度高，提高废气自身热值，使其在燃烧时无需燃料或仅需要较少的辅助燃料，节约产生载热气体的能耗。另外，热脱附系统中，载热气体与污染土壤隔离，间接加热污染土壤，降低废气处理量。
尾气排放系统与热交换系统连通，排放部分废气处理产生的无污染的载热气体，控制载热气体通入热脱附系统的流量，使载热气体提供热脱附系统的预设温度，同时，避免由于过量引入载热气体而导致热脱附系统温度不稳定、影响修复效果。本发明结构简单，能量消耗少，污染土壤修复效果优异。
附图说明
图1是一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统的示意图；
图2是热脱附系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，包括燃烧系统100、热交换系统200、烟气控温系统300、热脱附系统400、尾气排放系统500、检测系统和监控系统700。
燃烧系统100产生载热气体，载热气体流经热交换系统200，然后由调节阀810和流量计820控制，一部分通入热脱附系统400，使其达到预设温度，加热污染土壤，生成含有机污染物的废气；剩余部分通入尾气排放系统500，经除尘处理后排放。其中，调节阀810可以为蝶阀。热脱附系统400的预设温度根据土壤的污染情况采用低温热脱附(120-315℃)或高温热脱附(315-530℃)而确定。
热脱附系统400生成的废气流经热交换系统200，通入燃烧系统100。在燃烧系统100中，含有机污染物的废气燃烧产生无污染、具有热量的载热气体，再循环依次通入热交换系统200及热脱附系统400和尾气排放系统500中。
其中，在热交换系统200中，燃烧系统100产生的载热气体与热脱附系统400生成的废气进行热交换。载热气体加热废气，降低后续燃烧系统100处理废气能耗；同时，废气降低载热气体的热量，使之接近热脱附系统400的预设温度。热交换系统200为一级或多级换热器，根据处理需求而设置。
烟气控温系统300设于载热气体通入热脱附系统400前，烟气控温系统300向载热气体中加入空气等气体，调整载热气体的温度至热脱附系统400的预设温度。
检测系统包括废气检测系统610和载热气体检测系统620。废气检测系统610设于热脱附系统400和热交换系统200之间，检测热脱附系统400产生的废气，确认热脱附系统400对污染土壤的修复效果。载热气体检测系统620设于热交换系统200后，检测进入热脱附系统400和尾气排放系统500的载热气体，确保最终排放的气体中有机污染物浓度达到排放标准。
监控系统700由中央控制柜、PLC、仪表及附属设备组成，监测探头分别连接至燃烧系统100、烟气控温系统300、热脱附系统400和尾气排放系统500，监测各系统的运行压力、温度及流量等，实现对整套系统的实时监控。
热脱附系统400采用间歇处理污染土壤方式，污染土壤经破碎、筛分等预处理，分层均匀堆放在热脱附系统400中，修复完成后更换下一批污染土壤。如图2所示，热脱附系统400包括若干个载热管道410、减压阀420、若干个抽提管道430、真空表440、调节阀450、流量计460和抽风机470。
载热管道410分布在污染土壤中，一端与热交换系统200连通，载热气体通入载热管道410，间接加热污染土壤，污染土壤中的有机污染物受热挥发，生成废气。载热管道410的另一端与尾气排放系统500连通，还设有减压阀420，当载热管道410中的压力超过其管道设计压力的80-90％时，打开减压阀420，载热气体排入尾气排放系统500。
抽提管道430具有开口，分布在污染土壤中，一端与抽风机470连接，真空抽提出废气，依次通入热交换系统200和燃烧系统100。抽提管道430上还设有用于指示真空压力的真空表440、用于控制系统风量的调节阀450及用于指示系统风量的流量计460，调节阀450可以为闸阀。
间接加热污染土壤可以将载热气体与生成的废气隔离，减少抽提管道420的气体抽出量，从而减少燃烧系统100的处理量。
本实施例中，热脱附系统400还可以直接加热污染土壤，载热管道410设置开口、无需与尾气排放系统500连通，其内部的载热气体排入污染土壤中，直接加热。
本实施例中，尾气排放系统500与热交换系统200和热脱附系统400连通，尾气排放系统500还可以仅与热脱附系统400连通，废气经燃烧系统100处理后成为载热气体，全部用于热脱附系统400，最后通入尾气排放系统500排出。
本发明提供的高效节能的有机污染土壤热脱附处理方法，包括启动阶段和循环阶段。
启动阶段：燃烧系统100点火启动，燃料燃烧产生载热气体。载热气体通过热交换系统200，由烟气控温系统300调节至预设温度，然后全部通入热脱附系统400。此时，由于热脱附系统400还未运行，载热气体仅通过热交换系统200，未进行换热。
循环阶段：具体步骤为：
步骤一、在热脱附系统400中，载热气体间接加热污染土壤，污染土壤中有机污染物受热挥发，生成废气。
步骤二、废气返回热交换系统200，与燃烧系统100产生的载热气体进行热交换，废气温度升高，通入燃烧系统100。
步骤三、在燃烧系统100中，废气燃烧产生无污染、具有热量的载热气体。为保证挥发性/半挥发性有机废气在高温下完全分解为CO2和H2O，燃烧系统100将废气燃烧至800-1000℃，且使废气在燃烧系统100中停留0.5-2s。燃烧系统100可通过调节辅助燃料和辅助空气通入量控制燃烧温度。燃烧系统100出口处的载热气体温度为500-800℃。
步骤四、载热气体通入热交换系统200，与热脱附系统400生成的废气进行热交换，载热气体温度降低，为400-600℃。一部分载热气体由烟气控温系统300调节至预设温度，通入热脱附系统400，返回步骤一；剩余部分载热气体通入尾气排放系统500进行除尘排放。
步骤一至步骤四依序重复循环进行，至热脱附系统400中的污染土壤修复完成。
其中，步骤一中，由于热脱附系统400采用间接加热污染土壤的修复方式，载热气体聚集至一定压力后通入尾气排放系统500进行除尘排放。
启动阶段，燃烧系统100需要燃料燃烧产生载热气体，循环阶段，燃烧系统100用于处理热脱附系统400生成的废气，同时即可产生载热气体，无需再使用燃料。

Claims (10)

1.一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，其特征在于：包括燃烧系统、热交换系统和热脱附系统；
所述燃烧系统产生载热气体，所述载热气体流经所述热交换系统，部分或全部通入所述热脱附系统；
在所述热脱附系统中，所述载热气体加热污染土壤，生成废气，所述废气流经所述热交换系统，通入所述燃烧系统，所述废气燃烧产生所述载热气体，再循环依次通入所述热交换系统和所述热脱附系统；
其中，在所述热交换系统中，所述载热气体与所述废气进行热交换。
2.根据权利要求1所述的高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，其特征在于：
其中，所述污染土壤堆放在所述热脱附系统中，所述热脱附系统间歇处理所述污染土壤。
3.根据权利要求1所述的高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，其特征在于：
其中，所述热脱附系统包括若干个载热管道和若干个抽提管道；
所述载热管道分布在所述污染土壤中，所述载热气体通入所述载热管道，加热所述污染土壤；
所述抽提管道具有开口，分布在所述污染土壤中，抽提出所述废气，依次通入所述热交换系统和所述燃烧系统中。
4.根据权利要求1所述的高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，其特征在于：
其中，所述热脱附系统中，所述载热气体间接加热所述污染土壤。
5.根据权利要求4所述的高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，其特征在于：
还包括尾气排放系统；
所述尾气排放系统与所述热脱附系统连通，所述载热气体加热所述污染土壤后，通入所述尾气排放系统，进行排放。
6.根据权利要求5所述的高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，其特征在于：
其中，所述尾气排放系统还与所述热交换系统连通，所述载热气体换热后，一部分通入所述热脱附系统中，剩余部分通入所述尾气排放系统，进行排放。
7.根据权利要求1所述的高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，其特征在于：
还包括烟气控温系统；
所述载热气体通入所述热脱附系统前，所述烟气控温系统向所述载热气体中加入气体，调整所述载热气体的温度。
8.根据权利要求1所述的高效节能的有机污染土壤热脱附处理系统，其特征在于：
还包括检测系统；
所述检测系统包括废气检测系统，检测所述热脱附系统产生的所述废气；
或/和，所述检测系统还包括载热气体检测系统，检测所述热交换系统排出的所述载热气体。
9.一种高效节能的有机污染土壤热脱附处理方法，其特征在于：包括循环阶段，具体步骤为：
步骤一、载热气体加热污染土壤，生成废气；
步骤二、所述废气返回热交换系统，与所述载热气体进行热交换，所述废气温度升高；
步骤三、热交换后的所述废气燃烧，产生所述载热气体；
步骤四、所述载热气体进入所述热交换系统，与所述废气进行热交换，所述载热气体温度降低，返回步骤一；
步骤一至步骤四依序重复循环进行。
10.根据权利要求9所述的高效节能的有机污染土壤热脱附处理方法，其特征在于：
还包括启动阶段，燃料燃烧产生所述载热气体，用于步骤一。
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