CN108237143B - 一种低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺 - Google Patents

一种低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,间接异位热脱附设备处理后的高温土壤回收热量产生高温水,热脱附尾气喷淋污水回收热量产生高温水。在热脱附设备前设立带式干燥机,高温水作为热源对土壤进行干燥,降低进入热脱附设备土壤的含水率,提高能源利用效率,降低运行成本,提高热脱附设备的处理能力。由于采用干燥机对土壤进行干燥预处理,提高了土壤预处理的处理效率,减小了预处理工艺占地面积。同时采用焚烧法对干燥尾气和热脱附尾气进行最终处理,彻底分解污染物。

Description

一种低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺
技术领域
本发明涉及环保、土壤修复的领域,尤其涉及一种低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺。
背景技术
由于粗放式经济发展模式以及人们对环境的不重视,化工厂、农药厂、钢铁厂、电镀厂等企业的土壤往往受到污染。随着城市发展,这些企业搬迁后土地都要再次利用,为此需要对土壤进行修复以达到再利用的标准。对于有机污染土壤,异位热脱附以其高效、处理范围广、修复标准高、技术可靠而受到广泛关注,是土壤修复中的主流技术之一。
异位热脱附是以燃气或燃油燃烧产生的高温烟气将土壤加热,土壤中挥发性、半挥发性有机物从土壤中脱附生成尾气从而土壤得到净化,尾气进行吸附、焚烧等后续处理后达标排放。
专利201410474990.2将土壤进行风干、破碎、筛分后通过皮带输送机送至热脱附系统,在400-600℃高温下进行处理,处理后的土壤后经间接降温后排出。预处理在大棚中进行,大棚的建设周期长,土壤的自然风干较慢,影响整个项目工程进度。并且大棚作业空间较大,增加了尾气处理量。
专利201510207851.8公开一种土壤间接热脱附装置,以天然气、柴油或生物质燃料,用两段式蛟龙间接热脱附装置对土壤进行处理,第一段蛟龙主要对土壤进行干燥,第二段蛟龙对土壤进行热脱附,热脱附温度为200~650℃。高温烟气依次对第一蛟龙、第二蛟龙进行加热,烟气充分利用,但是未进行热量回收。
专利201510947520.8公开了一种具有能量回收的直接加热热脱附系统,利用热脱附后的尾气对土壤进行干燥,干燥尾气与热脱附尾气一起处理,仍属于对烟气的充分利用。由于直接加热热脱附尾气量大,造成后续尾气处理量较大,并且增加了尾气处理难度。高温土壤采用风冷换热,热风对于进料土壤进行间接预热,热风能量未利用。
为了降低热脱附的运行能耗,专利201510749335.8将热脱附与生物质流化床耦合,使用条件比较苛刻,推广难度较大。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,在热脱附设备前设立干燥机,热脱附设备处理后的高温土壤换热产生的高温水,热脱附尾气喷淋污水回收热量产生高温水,高温水作为干燥机的热源。干燥机对土壤进行干燥预处理,将土壤的含水率降低,同时提高能源回收利用率,降低了异位热脱附的运行成本,提高了整个处理工艺的处理能力。同时采用焚烧法对干燥尾气和热脱附尾气进行最终处理,彻底分解污染物。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供了一种低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,包括以下具体步骤:
a、土壤经过振动筛去除其中大体积的石块或建筑垃圾,再经磁选去除铁杂质后进入干燥机;
b、干燥机内,热空气对土壤进行直接加热,将土壤中的水分蒸发,经过干燥预处理后,土壤中含水率控制在5-10%,加热过土壤降温后的空气经风机送至换热器,换热升温后再次用于加热土壤;
c、从干燥机内定期抽取尾气,尾气经旋风除尘、换热冷凝后进入热脱附设备的燃烧加热室,经焚烧后彻底分解有机物;
d、热脱附设备采用间接加热方式,燃气燃烧产生的高温烟气作为热源,使挥发性、半挥发性物质从土壤中脱附,达到处理效果后排出热脱附设备,高温土壤从热脱附设备排入冷却螺旋,采用高压冷却水对土壤进行间接冷却, 换热得到高温水作为热源进入干燥机;土壤随后进入冷却螺旋进行二次冷却,采取水喷淋直接冷却;
e、热脱附设备产生的尾气经喷淋冷凝器后进入换热器,换热得到的热风进入热脱附焚烧室作为助燃空气,同时降温后的尾气经除雾器后进入热脱附设备的燃烧加热室进行最终焚烧;
f、喷淋冷凝器中的冷却水及冷凝水进入三相分离器,油、污泥、水进行分离,分离后的污水进一步经换热器换热冷却后进入污水处理设施,换热产生的热水进入干燥机,预热进入干燥机的空气;
g、焚烧产生的高温烟气与干燥尾气、热脱附尾气、空气进行换热,预热过的干燥尾气、热脱附尾气、空气进入热脱附设备的燃烧加热室与燃气混合进行燃烧,降温后的烟气经检测达标后排放。
在本发明一个较佳实施例中,所述热脱附设备采用空气对土壤进行直接加热,空气经过热脱附设备上的预热器后进入干燥机,预热器热源为污水换热所得热水。
在本发明一个较佳实施例中,所述干燥机内置换热器,换热器为翅片管式,管外为循环空气,管内通有高温高压水。
在本发明一个较佳实施例中,所述干燥机的尾气从干燥机排出后,经旋风除尘器去除粉尘,经换热器后温度降至50-60℃,然后与高温烟气换热后再进行焚烧。
在本发明一个较佳实施例中,所述的冷却螺旋为高压冷却水,进水温度为150℃,出水温度为250℃。
在本发明一个较佳实施例中,所述的二次冷却螺旋输送机为双轴螺旋输送机。
在本发明一个较佳实施例中,所述热脱附设备产生的尾气经过喷淋、换热后温度降至50-60℃,经除雾器后与高温烟气换热升温后再进行焚烧。
在本发明一个较佳实施例中,所述喷淋产生的污水经过换热得到热水,热水进入干燥机作为热源,污水温度降至50-60℃后进行处理后达标排放。
本发明的有益效果是:本发明的低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,在热脱附设备前设立干燥机,以热脱附工艺段回收的高温水为热源干燥土壤,降低了整个异位热脱附的运行成本,提高了整个处理工艺的处理能力。同时采用焚烧法对干燥尾气和热脱附尾气进行最终处理,尾气焚烧前充分去除其中的水分,燃烧充分,彻底分解污染物。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图,其中:
图1 是本发明低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺的一较佳实施例的流程示意图;
图2是本发明干燥机的一较佳实施例的结构示意图;
图3是本发明热脱附设备的一较佳实施例的结构示意图;
附图中的标记为:1、干燥进料口,2、干燥出料口,3、进风口,4、出风口,5、换热器,6、预热器,7、送风管,8、送风管,9、热脱附室,10、燃烧加热室,11、搅拌轴、12、空气预热器,13、热脱附进料口,14、热脱附出料口。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明实施例包括:
一种低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,包括以下具体步骤:
a、土壤经过振动筛去除其中大体积的石块或建筑垃圾,再经磁选去除铁杂质后进入干燥机;
b、干燥机内,热空气对土壤进行直接加热,将土壤中的水分蒸发,经过干燥预处理后,土壤中含水率控制在5-10%,加热过土壤降温后的空气经风机送至换热器,换热升温后再次用于加热土壤;
c、从干燥机内定期抽取尾气,尾气经旋风除尘、换热冷凝后进入热脱附设备的燃烧加热室,经焚烧后彻底分解有机物;
d、热脱附设备采用间接加热方式,燃气燃烧产生的高温烟气作为热源,使挥发性、半挥发性物质从土壤中脱附,达到处理效果后排出热脱附设备,高温土壤从热脱附设备排入冷却螺旋,采用高压冷却水对土壤进行间接冷却, 换热得到高温水作为热源进入干燥机;土壤随后进入冷却螺旋进行二次冷却,采取水喷淋直接冷却;
e、热脱附设备产生的尾气经喷淋冷凝器后进入换热器,换热得到的热风进入热脱附焚烧室作为助燃空气,同时降温后的尾气经除雾器后进入热脱附设备的燃烧加热室进行最终焚烧;
f、喷淋冷凝器中的冷却水及冷凝水进入三相分离器,油、污泥、水进行分离,分离后的污水进一步经换热器换热冷却后进入污水处理设施,换热产生的热水进入干燥机,预热进入干燥机的空气;
g、焚烧产生的高温烟气与干燥尾气、热脱附尾气、空气进行换热,预热过的干燥尾气、热脱附尾气、空气进入热脱附设备的燃烧加热室与燃气混合后进行燃烧,降温后的烟气经检测达标后排放。
本实施例中,所述的热空气的温度为70-80℃;所述的降温后的尾气的温度为50-60℃。
进一步的,所述的热脱附设备采用间接加热方式,分为燃烧加热室和热脱附室。其中,所述的燃烧加热室内以燃气作为燃料,干化尾气、热脱附尾气、空气作为助燃空气,高温1000-1200℃下燃烧彻底分解尾气中的有毒物质。
再进一步的,所述的干燥机采用带式干燥机,内置换热器,换热器为翅片管式,管外为循环空气,管内通有高温高压水。其中,干燥机产生的尾气从干燥机排出后,经旋风除尘器去除粉尘,经换热器后温度降至50-60℃,然后与高温烟气换热后再进行焚烧。
热脱附设备采用空气对土壤进行直接加热,空气经过预热器后进入带式干燥机,预热器热源为污水换热所得热水。其中,热脱附设备产生的尾气经过喷淋、换热后温度降至50-60℃,经除雾器后与高温烟气换热升温后再进行焚烧。
喷淋产生的污水经过换热得到热水,热水进入干燥机作为热源,污水温度降至50-60℃后进行处理后达标排放。
本实施例中,所述的冷却螺旋为高压冷却水,进水温度为150℃,出水温度为250℃;所述二次冷却螺旋输送机为双轴螺旋输送机。
如图2所示,所述的干燥机上设置有干燥进料口1、干燥出料口2、进风口3、出风口4、换热器5、预热器6、送风管7和抽风管8。如图3所示,所述的热脱附设备除包括热脱附室9和燃烧加热室10还设置有搅拌轴11、预热器12、热脱附进料口13和热脱附出料口14。
具体实施:
污染土壤从原场地挖掘出送至处理场所,土壤先用振动筛去除其中大体积的石块、建筑垃圾等,土壤粒径小于40mm,再经永磁铁去除铁杂质后经进料口1进入带式干燥机。干燥机进料器将土壤均匀分布置在传送带上,传送带由穿孔的不锈钢钢板组成,分为三层或多层。空气从进风口3经预热器6后进入干燥机,预热热源为污水换热产生的热水。空气加热土壤并将蒸发水分带出干燥机。干燥机内侧布置有换热器5,其中换热管为翅片管,管外为循环空气,管内通有高温土壤换热得到的高温水。随着干燥的进行,载气含湿量越来越大,定期从抽风口4抽取载气。干化产生的尾气经旋风除尘、冷凝,采用冷却水冷却,将尾气温度降至50-60℃进入热脱附燃烧加热室。经过干燥预处理后,土壤中含水率控制在5-10%,土壤温度控制在90-100℃,从出料口2排出。
土壤由螺旋输送机送至热脱附设备进料口13,热脱附设备采用间接加热方式,分为燃烧加热室10和热脱附室9。燃烧加热室内10以燃气作为燃料,干化尾气、热脱附尾气、空气作为助燃空气,高温下(1000-1200℃)燃烧彻底分解尾气中的有毒物质。热脱附设备内的热脱附室9内,土壤在搅拌轴11的翻动下不断变换换热面,同时向前运动,在高温烟气的加热下,土壤温度升至500-600℃。随着土壤温度升高,土壤中含有的挥发性、半挥发性污染物从土壤中脱附进入尾气。达到设定停留时间后土壤从热脱附设备出口14排出进入冷却螺旋,冷却螺旋夹套内通有高压冷却水,进水温度控制150℃,与热土壤换热后温度达到250℃,高温高压水进入干燥器中,作为热源干化土壤,降低土壤含水率。经冷却螺旋后土壤温度降至200℃,再进入二级冷却螺旋,采用冷却水直接喷淋冷却,为防止土壤在冷却螺旋上粘结,采用双轴螺旋输送机。
热脱附设备产生的尾气从热脱附设备顶部排出,经喷淋冷却后至90-100℃进入换热器,采用风冷换热进一步降低尾气温度至50-60℃,使尾气中的水蒸气与部分有机物冷凝,换热的热风作为作为助燃空气使用。降温后的尾气经除雾器后进入热脱附燃烧加热室。喷淋冷却水进入三相分离器,油、污泥、水进行分离。分离后的污水进一步换热冷却后进入污水处理设施,换热产生的热水进入干燥器使用。
焚烧产生的高温烟气经预热器12换热降温后排放,冷却介质为干燥尾气、热脱附尾气、空气,三者升温后与燃气混合燃烧。
本发明的低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺相比于现有技术具有如下优点:
1、采用带式干燥机作为预处理设备,干燥机内粉尘量小,运行安全;土壤预处理过程的时间易掌握,工期容易管理;
2、经过干燥预处理,减小了土壤的含水率,提高热脱附处理能力;
3、热脱附设备处理后的产生的高温水与高温空气,为干燥机提供热源,降低了系统运行能耗;
4、干燥尾气、热脱附经冷却换热后,其中的水蒸气及部分有机物冷凝,尾气量减小,水分含量降低,尾气的焚烧效果提高;
5、采用焚烧作为尾气的最终处理工艺,污染物彻底分解。
公开了一种低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,在热脱附设备前设立带式干燥机,热脱附回收的高温水作为热源对土壤进行干燥,降低进入热脱附设备土壤的含水率,提高能源利用效率,降低运行成本,提高热脱附设备的处理能力。由于采用干燥机对土壤进行干燥预处理,提高了土壤预处理的处理效率,减小了预处理工艺占地面积。同时采用焚烧法对干燥尾气和热脱附尾气进行最终处理,彻底分解污染物。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,其特征在于,包括以下具体步骤:
a、土壤经过振动筛去除其中大体积的石块或建筑垃圾,再经磁选去除铁杂质后进入干燥机;
b、干燥机内,热空气对土壤进行直接加热,将土壤中的水分蒸发,经过干燥预处理后,土壤中含水率控制在5-10%,加热过土壤降温后的空气经风机送至干燥机内的换热器,换热升温后再次用于加热土壤;
c、从干燥机内定期抽取尾气,尾气经旋风除尘、换热冷凝后进入热脱附设备的燃烧加热室,经焚烧后彻底分解有机物;
d、热脱附设备采用间接加热方式,燃气燃烧产生的高温烟气作为热源,使挥发性、半挥发性物质从土壤中脱附,达到处理效果后排出热脱附设备,高温土壤从热脱附设备排入冷却螺旋,采用高压冷却水对土壤进行间接冷却, 换热得到高温水作为热源进入干燥机;土壤随后进入冷却螺旋进行二次冷却,采取水喷淋直接冷却;
e、热脱附设备产生的尾气经喷淋冷凝器后进入换热器,换热得到的热风进入热脱附焚烧室作为助燃空气,同时降温后的尾气经除雾器后进入热脱附设备的燃烧加热室进行最终焚烧;
f、喷淋冷凝器中的冷却水及冷凝水进入三相分离器,油、污泥、水进行分离,分离后的污水进一步经换热器换热冷却后进入污水处理设施,换热产生的热水进入干燥机,预热进入干燥机的空气;
g、焚烧产生的高温烟气与干燥尾气、热脱附尾气、空气进行换热,预热过的干燥尾气、热脱附尾气、空气进入热脱附设备的燃烧加热室与燃气混合进行燃烧,降温后的烟气经检测达标后排放;
上述中,所述干燥机的尾气从干燥机排出后,经旋风除尘器去除粉尘,经换热器后温度降至50-60℃,然后与高温烟气换热后再进行焚烧;所述热脱附设备产生的尾气经过喷淋、换热后温度降至50-60℃,经除雾器后与高温烟气换热升温后再进行焚烧。
2.根据权利要求1所述的低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,其特征在于,所述热脱附设备采用空气对土壤进行直接加热,空气经过热脱附设备上的预热器后进入干燥机,预热器热源为污水换热所得热水。
3.根据权利要求1所述的低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,其特征在于,所述干燥机内置换热器,换热器为翅片管式,管外为循环空气,管内通有高温高压水。
4.根据权利要求1所述的低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,其特征在于,所述的冷却螺旋为高压冷却水,进水温度为150℃,出水温度为250℃。
5.根据权利要求1所述的低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,其特征在于,所述的二次冷却螺旋输送机为双轴螺旋输送机。
6.根据权利要求1所述的低能耗有机污染土壤异位热脱附工艺,其特征在于,所述喷淋产生的污水经过换热得到热水,热水进入干燥机作为热源,污水温度降至50-60℃后进行处理后达标排放。
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