CN108435776B - 利用热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污染土壤处理技术，旨在提供一种利用热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的装置及方法。包括直接热脱附回转窑和余热利用装置，后者的容器内部空腔被竖向隔板分隔为冷段腔体和热段腔体；水平设置的转动轴内部设置导热油循环通道，隔板两侧桨叶的朝向相反，使两个腔体中的土壤能在桨叶驱动下朝隔板的方向移动；冷段腔体的土壤出口接至回转窑，回转窑的土壤排出口与余热利用装置热段腔体的土壤进口相连；两者的烟气排放至烟气分离系统。本发明中，高含水量的待处理污染土壤经过干化预热，提高了回转窑进料的稳定性和可靠性；装置结构紧凑、布置合理、余热利用效率高；具备模块化生产的可能，与现有回转窑具有很好的兼容性。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤处理技术，特别涉及利用热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的装置及方法。本发明提出采用热脱附后土壤余热干化湿污染土壤，保证入窑土壤水分低于20％，减少热脱附装置能耗的同时提升土壤进料系统的稳定性。
背景技术
异位热脱附是目前常用的一种污染土壤修复技术。该技术通过直接或间接加热，将污染土壤加热至一定的温度，通过控制系统温度和物料停留时间有选择性地促使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离、去除。据《2014－2020年中国土壤修复市场》的统计分析，我国的场地修复的发展可以分为关注阶段(1995-2000年)、准备阶段(2000-2005年)、启动阶段(2005-2010年)、快速发展(2010-)和稳定发展阶段五个阶段，目前正处于快速发展阶段。截止到2014年7月的数据表明，国内环境修复项目共335个，涵盖了24个省、直辖市和自治区。其中土壤修复项目有192个，占总修复项目数量的57％，表明土壤修复在环境修复中占据重要位置。但是，我国污染场地修复技术起步较晚，现在仍处于起步阶段，热脱附装置主要靠进口，而进口的装置往往针对水分低于20％的污染土壤，水分过高容易造成装置能耗急剧增大，同时雨季时污染土壤因水分高黏性大而容易出现无法正常入窑的问题。另一方面，刚经过热脱附的土壤的温度通常高于300℃，具备了很好的余热利用价值。因此，如果能够高效地利用热脱附后的土壤余热干化入窑土壤，不仅能够降低热脱附装置的能耗，还能够提升装置运行的稳定性和可靠性。
综上可知，寻找一种能够有效利用热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的装置及方法对于降低装置能耗、提升装置可靠性显得很有必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种利用热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的装置及方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种利用热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的装置，包括直接热脱附回转窑，还包括余热利用装置，其主体为卧式容器，内部的空腔被竖向隔板分隔为冷段腔体和热段腔体；在两个腔体的外侧端部各设置一个土壤进口，在内侧端部下方各设置一个土壤出口，在冷段腔体的内侧端部上部设置气体出口；一根水平设置的转动轴通过轴承组件安装在隔板上，转动轴两侧分别位于两个腔体中；在转动轴外侧面均布中空的桨叶，转动轴内部设置导热油循环通道并与桨叶内部连通；位于同一个腔体中的桨叶具有相同的朝向，且隔板两侧桨叶的朝向相反，使两个腔体中的土壤能在桨叶驱动下朝隔板的方向移动并由土壤出口排出；
直接热脱附回转窑上设有土壤进口、土壤排出口、脱附气体进口和烟气排放口，其中：土壤进口与余热利用装置中冷段腔体的土壤出口相连，直接热脱附回转窑的土壤排出口与余热利用装置中热段腔体的土壤进口相连；直接热脱附回转窑的烟气排放口与烟气分离系统相连，余热利用装置中冷段腔体的气体出口与烟气净化系统相连。
本发明中，所述烟气净化系统包括依次连接的旋风分离器、二燃室、急冷塔、除尘布袋和淋洗塔；其中，直接热脱附回转窑上的烟气排放口与旋风分离器的入口相连，余热利用装置中冷段腔体的气体出口与除尘布袋的入口相连，淋洗塔顶部设排气口。
本发明中，所述转动轴的两端通过管路连接至循环泵，用于驱动导热油在转动轴内部循环流动。
本发明中，所述循环管路附着在余热利用装置的容器壁上，使得循环管路中的导热油最大程度地实现热量交换以避免能量浪费。
本发明进一步提供了利用前述装置实现热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的方法，包括：
(1)从余热利用装置冷段腔体的土壤进口引入含水量在25～40％质量比之间的待处理污染土壤，从热段腔体的土壤进口引入来自直接热脱附回转窑的洁净土壤，洁净土壤的温度高于250℃；
(2)转动轴中的导热油在动力循环下实现与热洁净土壤之间的热量传递，使导热油被加热；被加热后的导热油在动力循环下实现与待处理污染土壤之间的热量传递，使待处理污染土壤被加热至100℃以上且水分含量低于20％质量比；降温后的洁净土壤和干化预热后的待处理污染土壤在转动轴桨叶的带动下分别自两个土壤出口排出，待处理污染土壤在加热过程中产生的干化气从气体出口排出后，被引至烟气净化系统进一步处理；
(3)干化预热后的待处理污染土壤被引入直接热脱附回转窑，在直接热脱附回转窑中由脱附气体加热至300℃以上，进行热脱附处理；完成脱附的洁净土壤自土壤排出口排出，被引入余热利用装置的热段腔体进一步进行换热以回收余热；
上述过程中，余热利用装置和直接热脱附回转窑保持连续进料与排料运行。
本发明中，在直接热脱附回转窑中进行热脱附处理时产生的烟气被引至烟气净化系统，依次经旋风分离、二次燃烧、急冷降温、布袋除尘和水淋洗脱酸之后，最终排放至大气。
本发明中，在干化预热待处理污染土壤过程中产生的干化气经布袋除尘和水淋洗脱酸之后，最终排放至大气。
发明原理描述：
污染土壤经过回转炉窑的热脱附后温度基本高于300℃，余热利用价值高，同时由设备排出的热土壤与进料所需湿污染土壤的质量流量相当，因此热土壤的余热具备了预热湿污染土壤的前提条件。浆叶污泥干化机的热效率高达90％，浆叶干化机能够处置水分高且粘度大的污泥，因此对土壤也具有很好的适用性。基于热土壤较高的余热量和浆叶干化机较高的热效率，湿污染土壤经过预热后其温度高于100℃(通常会被控制在不高于200℃)、水分低于20％且黏性明显降低。在干化预热待处理污染土壤过程中产生的尾气主要是SO2、水蒸气等气体，因此不需要通入到二燃室进行高温处理，直接送至布袋除尘处理并经淋洗塔脱酸后，即可直接排放到大气中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)高含水量的待处理污染土壤经过余热利用装置干化预热后，水分被降低至20％以下，土壤黏性得到有效控制，提高了直接热脱附回转窑进料的稳定性和可靠性；
(2)该装置具备模块化生产的可能，能够根据回转炉窑的处理能力进行产量放大，与现有的热脱附装置具有很好的兼容性；
(3)待处理污染土壤在干化过程产生的尾气被抽至回转炉窑本身已配置的烟气净化系统进行处理，与常用的污泥干化装置相比结构更加简单；
(4)本发明的装置结构紧凑、布置合理、余热利用效率高，有效地实现了土壤热脱附的节能降耗。
附图说明
图1为利用热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的装置的结构示意图；
图2为余热利用装置的结构示意图。
图中的附图标记为：1直接热脱附回转窑；2旋风分离器；3二燃室；4急冷塔；5布袋除尘器；6淋洗塔；7余热利用装置；8气体出口；9导热油循环系统；10循环泵；11隔板；12浆叶；13干污染土壤出口；14冷洁净土壤出口；15转动轴。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行描述。
本发明中，利用直接热脱附回转窑进行土壤热脱附和利用烟气分离系统进行烟气净化处理均为本领域技术人员熟知的技术内容，对于这些内容本发明不再详细表述。
本发明所述利用热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的装置，包括直接热脱附回转窑1和余热利用装置7。余热利用装置7的主体为卧式容器，内部的空腔被竖向隔板11分隔为冷段腔体和热段腔体；在两个腔体的外侧端部各设置一个土壤进口，在内侧端部(即靠近隔板位置)下方各设置一个土壤出口13、14，在冷段腔体的内侧端部上部设置气体出口8。
一根水平设置的转动轴15通过轴承组件安装在隔板11上，转动轴15两侧分别位于两个腔体中；在转动轴15外侧面均布中空的桨叶12，转动轴15内部设置导热油循环通道并与桨叶12内部连通；在转动轴15的两个端部通过循环管路连接至循环泵，用于驱动导热油在转动轴15内部循环流动。循环管路可选择附着在余热利用装置7的容器壁上，使得循环管路中的导热油最大程度地实现热量交换以避免能量浪费。转动轴15、桨叶12、循环管路和循环泵10共同构成了导热油循环系统9。位于同一个腔体中的桨叶12具有相同的朝向，且隔板10两侧桨叶12的朝向相反，使两个腔体中的土壤能在桨叶12驱动下朝隔板11的方向移动，并最终由土壤出口13、14排出。
在直接热脱附回转窑1上设有土壤进口、土壤排出口、脱附气体进口和烟气排放口，其中：土壤进口与余热利用装置7中冷段腔体的土壤出口13相连，直接热脱附回转窑1的土壤排出口与余热利用装置7中热段腔体的土壤进口相连；直接热脱附回转窑1的烟气排放口与烟气分离系统相连，余热利用装置7中冷段腔体的气体出口8与烟气净化系统相连。
烟气净化系统包括依次连接的旋风分离器2、二燃室3、急冷塔4、除尘布袋5和淋洗塔6；其中，直接热脱附回转窑1上的烟气排放口与旋风分离器2的入口相连，余热利用装置7中冷段腔体的气体出口8与除尘布袋5的入口相连，淋洗塔6顶部设排气口。
本发明中，余热利用装置7的各壁面可采用绝热保温，尽可能地提高余热利用效率。位于冷段腔体和热段腔体中的浆叶12布置方向相反，是为了保证待处理污染土壤和热的洁净土壤在转动轴15的作用下同时进入装置中部。浆叶12同轴布置且方向相反，能够保证土壤连续进料的同时简化了传动装置。冷段中污染土壤在干化过程中尾气被抽至烟气净化系统进行处理能防止二次污染。两个腔体之间设置的隔板11用于防止洁净土壤重新被污染。最终，高含水的待处理污染土壤被加热至100℃以上且水分低于20％，可直接进入直接热脱附回转窑1进行处置，且不容易出现进料困难的问题；
本发明中，利用前述装置实现热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的方法，包括：
(1)从余热利用装置7冷段腔体的土壤进口引入含水量在25～40％质量比之间的待处理污染土壤，从热段腔体的土壤进口引入来自直接热脱附回转窑1的洁净土壤，洁净土壤的温度高于250℃；
(2)转动轴15中的导热油在动力循环下实现与热洁净土壤之间的热量传递，使导热油被加热；被加热后的导热油在动力循环下实现与待处理污染土壤之间的热量传递，使待处理污染土壤被加热至100℃以上且水分含量低于20％质量比；降温后的洁净土壤和干化预热后的待处理污染土壤在转动轴15上桨叶12的带动下分别自两个土壤出口13、14排出，在干化预热待处理污染土壤过程中,产生的干化气从气体出口8排出后，被引至烟气净化系统进一步处理；
(3)干化预热后的待处理污染土壤被引入直接热脱附回转窑1，在直接热脱附回转窑1中由脱附气体加热至300℃以上，进行热脱附处理；完成脱附的洁净土壤自土壤排出口排出，被引入余热利用装置7的热段腔体进一步进行换热以回收余热。
在直接热脱附回转窑1中进行热脱附处理时产生的烟气被引至烟气净化系统，依次经旋风分离、二次燃烧、急冷降温、布袋除尘和水淋洗脱酸之后，最终排放至大气；待处理污染土壤在干化预热过程中产生的干化气在经过布袋除尘和水淋洗脱酸之后，最终排放至大气。
上述过程中，余热利用装置7和直接热脱附回转窑1保持连续进料与排料运行。装置规模以及热土壤和湿污染土壤的进料速度(即浆叶的转动速度)根据直接热脱附回转窑1的处置能力进行调节；导热油循环系统9中导热油的整体流速应大于2.5米/秒。
Claims (3)
1.一种利用热脱附后的土壤余热干化入窑土壤的方法，其特征在于，该方法是基于下述装置而实现的：
该装置包括直接热脱附回转窑；还包括余热利用装置，其主体为卧式容器，内部的空腔被竖向隔板分隔为冷段腔体和热段腔体；在两个腔体的外侧端部各设置一个土壤进口，在内侧端部下方各设置一个土壤出口，在冷段腔体的内侧端部上部设置气体出口；一根水平设置的转动轴通过轴承组件安装在隔板上，转动轴的两侧分别位于两个腔体中；在转动轴外侧面均布中空的桨叶，转动轴内部设置导热油循环通道并与桨叶内部连通；所述转动轴的两端通过附着在余热利用装置的容器壁上的循环管路连接至循环泵，循环泵驱动导热油在转动轴内部循环流动；位于同一个腔体中的桨叶具有相同的朝向，且隔板两侧桨叶的朝向相反，使两个腔体中的土壤能在桨叶驱动下朝隔板的方向移动并由土壤出口排出；
直接热脱附回转窑上设有土壤进口、土壤排出口、脱附气体进口和烟气排放口，其中：土壤进口与余热利用装置中冷段腔体的土壤出口相连，直接热脱附回转窑的土壤排出口与余热利用装置中热段腔体的土壤进口相连；直接热脱附回转窑的烟气排放口与烟气分离系统相连，余热利用装置中冷段腔体的气体出口与烟气净化系统相连；烟气净化系统包括依次连接的旋风分离器、二燃室、急冷塔、除尘布袋和淋洗塔；其中，直接热脱附回转窑上的烟气排放口与旋风分离器的入口相连，余热利用装置中冷段腔体的气体出口与除尘布袋的入口相连，淋洗塔顶部设排气口；
所述方法具体包括：
（1）从余热利用装置冷段腔体的土壤进口引入含水量在25～40%质量比之间的待处理污染土壤；从热段腔体的土壤进口引入来自直接热脱附回转窑的洁净土壤，洁净土壤的温度高于250℃；
（2）转动轴中的导热油在动力循环下实现与洁净土壤之间的热量传递，使导热油被加热；被加热后的导热油在动力循环下实现与待处理污染土壤之间的热量传递，使待处理污染土壤被加热至100℃以上且水分含量低于20%质量比；降温后的洁净土壤和干化预热后的待处理污染土壤在转动轴桨叶的带动下分别自两个土壤出口排出，待处理污染土壤在加热过程中产生的干化气从气体出口排出后，被引至烟气净化系统进一步处理；
（3）干化预热后的待处理污染土壤被引入直接热脱附回转窑，在直接热脱附回转窑中由脱附气体加热至300℃以上，进行热脱附处理；完成脱附的洁净土壤自土壤排出口排出，被引入余热利用装置的热段腔体进一步进行换热以回收余热；
上述过程中，余热利用装置和直接热脱附回转窑保持连续进料与排料运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在直接热脱附回转窑中进行热脱附处理时产生的烟气被引至烟气净化系统，依次经旋风分离、二次燃烧、急冷降温、布袋除尘和水淋洗脱酸之后，最终排放至大气。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在干化预热待处理污染土壤过程中产生的干化气经布袋除尘和水淋洗脱酸之后，最终排放至大气。
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2018
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