CN109127700B - 一种有机污染土壤的修复设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机污染土壤的修复设备，包括焚烧单元、旋风除尘单元、二燃室、换热单元以及固体物料收集单元和排放单元；所述换热单元包括有助燃空气预热器，所述助燃空气预热器通过余热利用单元分别与焚烧单元和二燃室连接，所述余热利用单元包括高温烟气管道和预热空气管道，其中高温烟气管道连通二燃室的排烟口和助燃空气预热器的进烟口，所述预热空气管道连通助燃空气预热器的出风口以及焚烧单元和二燃室的进风口，通过二燃室的高温烟气加热助燃空气预热器输送至焚烧单元内部的助燃空气。本发明既能节约土壤修复成本，又能提高干燥窑的工作效率，还可以避免烟气净化时产生的二次污染，保护了生态环境，利于推广应用。

Description

一种有机污染土壤的修复设备

技术领域

本发明属于土壤修复技术，具体涉及一种采用热脱附技术的有机污染土壤修复设备。

背景技术

热脱附技术是目前国内修复有机污染土壤的主要技术之一，已被成功用于下列污染物相关的污染场地修复项目中：多环芳烃、其他非卤代半挥发性有机物、苯系物、其他非卤代挥发性有机物、有机农药和除草剂、其他卤代半挥发性有机物、卤代挥发性有机物、多氯联苯。可以清楚地看到，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。

热脱附技术是用直接或间接的热交换加热污染土壤，使土壤中的有机挥发物和半挥发物达到足够高的温度，使其蒸发并与土壤媒介相分离的过程。热脱附器中的热量传递媒介为空气、燃烧气、惰性气体等，热脱附过程是土壤中污染组分从固相(液相)热传递进入气相的物理过程。但是脱附后的烟气净化容易产生二次污染，土壤加热需要消耗大量的燃料，并且现有采用共热脱附技术处理有机污染土壤的设备在针对高温烟气的热交换过程中存在热能浪费大，成本高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的热脱附技术处理有机污染土壤存在的上述脱附烟气处理缺陷，提供一种改进的有机污染土壤的修复设备，以在实现余热回收利用的同时，避免烟气净化时产生的二次污染。

本发明采用如下技术方案实现：

一种有机污染土壤的修复设备，包括焚烧单元3、旋风除尘单元4、二燃室 5、换热单元6、固体物料收集单元9、引风机12和排放单元13；其中，所述焚烧单元3的排烟口依次通过烟道连接旋风除尘单元4、二燃室5、换热单元6和排放单元13，所述引风机12设置在排放单元13的前端，提供烟气流通的负压，所述焚烧单元3、旋风除尘单元4以及二燃室5的出灰口与固体物料收集单元9 连接；

所述换热单元6包括有助燃空气预热器61，所述助燃空气预热器61通过余热利用单元7分别与焚烧单元3和二燃室5连接，所述余热利用单元7包括高温烟气管道71和预热空气管道72，其中高温烟气管道71连通二燃室5的排烟口和助燃空气预热器61的进烟口，所述预热空气管道72连通助燃空气预热器 61的出风口以及焚烧单元3和二燃室5的进风口，通过二燃室5的高温烟气加热助燃空气预热器61输送至焚烧单元内部的助燃空气。

进一步的，所述换热单元6还包括烟气降温器62和散热器63，所述烟气降温器62与助燃空气预热器61之间采用模块串联拼接，所述散热器63对换热单元6内部进行空气降温。

进一步的，所述焚烧单元3包括至少两级串联的回转窑33，其中前端回转窑设置进料斗31和螺旋输送器32作为焚烧进料结构，末端回转窑设置焚烧出灰口39，将加热脱附后的土壤输出到固体物料收集单元9，所述预热空气管道 72分别从每一级回转窑33内部的点火器37处引入。

进一步的，所述焚烧单元3的进料斗31通过自动进料单元2与筛分、破碎土壤的预处理单元1连接。

进一步的，所述旋风除尘单元4包括串联设置的旋风除尘器41和多管旋风除尘器42，所述焚烧单元3的排烟口通过烟道与旋风除尘器41的进烟口连通，所述旋风除尘器41的排烟口与多管旋风除尘器42的进烟口连通，所述多管旋风除尘器42的排烟口与二燃室5的进烟口连通。

进一步的，所述换热单元6和排放单元13之间还设有内部填装吸附剂的半干反应器8，所述半干反应器8的进烟口与换热单元6的排烟口连通，所述半干反应器8的排烟口与排放单元13连通。

进一步的，所述半干反应器8和排放单元13之间还设有过滤除尘单元11，所述半干反应器8的排烟口与过滤除尘单元11的进烟口连通，所述过滤除尘单元11的排烟口与排放单元13连通。

进一步的，所述过滤除尘单元11的进烟口设置活性炭添加装置10。

进一步的，所述过滤除尘单元11为单列形式排布的布袋除尘器。

在本发明的一种有机污染土壤的修复设备中，所述固体物料收集单元9 包括喷淋系统91和平板输送机92，所述平板输送机92分别与焚烧单元3、旋风除尘单元4以及二燃室5的出灰口对接，所述喷淋系统91设置在平板输送机 92的输送末端。

本发明的处理设备在处理背景技术中所提有机污染场地的土壤时，焚烧单元排烟口排出的尾气往往含有大量半挥发性和挥发性有机污染物，在二燃室通过添加尿素等药剂，点火燃烧以对尾气进行处理，使得有机污染物转化为无害物质，使得尾气中含硫、含硝物质转化成固体无害物富集在二燃室底部，在二燃室经过处理后的尾气温度变得更高，烟气进入换热设备高温段后，进入助燃空气预热器内，烟气部分热量用于加热助燃空气，随后进入烟气降温器降至200℃进入后续系统。本发明为了回收烟气中的余热，在换热单元内设置了助燃空气预热器，当助燃空气预热器投运时，可以节约燃料消耗，当不投运时，烟气-水冷却系统仍能保证降温效果。

预热后的助燃空气也可直接进入焚烧系统的回转窑内，对待处理的有机污染土壤进行预热，提升待处理土壤温度并降低含水率，在一定程度上降低待处理土壤的体量，焚烧单元的处理压力降低，点火频率和时间均减少，燃油等燃料的用料减少，从而节约土壤修复成本；另外，从换热设备出来的尾气，进入半干反应器，有害物质进一步被半干反应器内的石灰、活性炭等药剂吸附，尾气得到进一步净化。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)热量利用率高，燃料燃烧产生的热量基本没有浪费，尾气余热被用于土壤预热，焚烧单元燃料消耗量降低，有效降低有机污染土壤修复成本；

(2)二燃室前采用多级旋风除尘，有效降低烟气中的粉尘浓度，减少换热单元中的积灰发生；

(3)空气预热采用独立的余热利用单元，与高温烟气的烟气降温器为模块化拼装，可以投用也可以从系统中切出，不影响整体工艺，切出是完全靠水冷装置冷却烟气；

(4)系统中的设备驱动电机均可采用变频电机，运行过程中根据需求调节其输出功率，有效降低运行过程中的设备负荷。

本发明能大面积高效的对有机污染土壤进行修复。通过换热设备进行热交换所产生的预热空气进入焚烧单元和二燃室。采用高温烟气加热助燃空气可以有效回收余热资源，在焚烧单元和二燃室同样热负荷的条件下，有效节约燃料消耗；高温空气进焚烧单元助燃，可以改善燃烧条件，减少不完全燃烧损失，增加火焰稳定性。采用高温烟气加热助燃空气减少了冷却系统的负荷，减少了循环介质消耗和循环水泵电耗。通过以上技术措施，既能节约土壤修复成本，又能提高干燥窑的工作效率，还可以避免烟气净化时产生的二次污染，保护了生态环境，利于推广应用。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的有机污染土壤修复设备的整体结构示意图。

图2为实施例中的焚烧单元结构示意图。

图3为实施例中的旋风除尘单元结构示意图。

图4为实施例中的二燃室、换热单元以及余热利用单元的结构示意图。

图5为实施例中的固体物料收集单元的结构示意图。

图中标号：1-预处理单元，2-自动进料单元，3-焚烧单元，31-进料斗，32- 螺旋输送器，33-回转窑，34-温度传感器，35-回转驱动装置，36-回转托轮组， 37-点火器，38-焚烧排烟口，39-焚烧出灰口，4-旋风除尘单元，41-旋风除尘器， 42-多管旋风除尘器，43-除尘排烟口，44-除尘出灰口，5-二燃室，51-二燃室出灰口，6-换热单元，61-助燃空气预热器，62-烟气降温器，63-散热器，7-余热利用单元，71-高温烟气管道，72-预热空气管道，8-半干反应器，9-固体物料收集单元，91-喷淋系统，92-平板输送机，10-活性炭添加装置，11-过滤除尘单元， 12-引风机，13-排放单元。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的一种有机污染土壤的修复设备为本发明的优选方案，具体包括与预处理单元1、自动进料单元2、焚烧单元3、旋风除尘单元4、二燃室5、换热单元6、余热利用单元7、半干反应器8、固体物料收集单元9、活性炭添加装置10、过滤除尘单元11、引风机12和排放单元13。其中，预处理单元1通过自动进料单元2与焚烧单元3连接，实现治理土壤的进料，焚烧单元3的排烟口依次通过烟道与旋风除尘单元4、二燃室5、换热单元6、半干反应器8、活性炭添加装置10、过滤除尘单元11、引风机12和排放单元13串联连接，对焚烧产生的烟气进行治理并排放，焚烧单元3、旋风除尘单元4、二燃室5以及半干反应器8的出灰口均与固体物料收集单元9连接，对焚烧、过滤后的固体物料进行统一收集。

结合参见图2，本实施例中的焚烧单元采用两级串联的回转窑33作为有机污染土壤热脱附的干燥窑，第一级回转窑布置在第二级回转窑上方，通过钢架结构和法兰相连其中第一级回转窑前端设置进料斗31和螺旋输送器32作为焚烧单元的焚烧进料结构，通过进料斗31与自动进料单元2连接，将通过预处理单元1筛分、破碎后的治理土壤送入到焚烧单元内进行加热脱附，第二级回转窑的末端设置焚烧出灰口39，将加热脱附后的土壤输出到固体物料收集单元9。

在实际应用中，回转窑的设置数量以及设置长度可根据实际需要处理的有机污染土壤工作量来选择设计。

每个回转窑33的窑身滚筒均通过回转驱动装置35和回转托轮组36支撑旋转装配，内部均设置有温度传感器34以及点火器37进行点火加热以及温控，回转窑33的窑身内部连接有供风系统，用于向回转窑内部提供用于燃烧加热的空气。以上均属于回转窑的常规设置，本实施例在此不做赘述。回转窑33的焚烧排烟口38通过烟道引出连接至图3中的旋风除尘单元4。

结合参见图3，本实施例中的旋风除尘单元4包括串联设置的旋风除尘器41和多管旋风除尘器42，其中旋风除尘器采用模块化拼装的多级普通旋风除尘器串联，焚烧单元3的焚烧排烟口38通过烟道与旋风除尘器41的进烟口连通，旋风除尘器41的排烟口与多管旋风除尘器42的进烟口连通，多管旋风除尘器 42的除尘排烟口43与图4中的二燃室5的进烟口连通，旋风除尘器41和多管旋风除尘器42底部灰斗的除尘出灰口44均与固体物料收集单元9连接，将高温烟气中通过旋风除尘单元分离的土壤粉尘统一收集。

本实施例中采用的旋风除尘器41和多管旋风除尘器42均为常见的旋风除尘设备，本实施例在此不对其内部结构进行赘述。

结合参见图4，本实施例中的二燃室5用于对高温烟气中的有机物进行二次燃烧去除，并加入尿素等药剂和空气进行脱硫、脱硝处理，降低排放烟气中的有害物质。二燃室5底部设置有燃烧后的颗粒物收集筒，该收集筒底部设置的二燃室出灰口51与固体物料收集单元9连接，将燃烧过程中形成的灰烬颗粒进行统一收集。

二燃室5的排烟口通过烟道连接到换热单元6，对二次燃烧后的高温烟气进行降温。由于二次燃烧后的高温烟气具有较高的热量，本实施例为了浪费该部分高温烟气的热能，通过设置余热回收单元7，通过余热利用单元7分别与焚烧单元3和二燃室5连接，对二燃室5的高温烟气加热焚烧单元以及二燃室供风系统的空气进行助燃。

具体的，本实施例首先在换热单元6内设置有助燃空气预热器61，该助燃空气预热器连接供风系统，从外界进入到焚烧单元以及二燃室内部的空气均要经过助燃空气预热器61进行加热，然受将余热利用单元中的高温烟气管道71 连通二燃室5的排烟口和助燃空气预热器61的进烟口，预热空气管道72连通助燃空气预热器61的出风口以及焚烧单元3和二燃室5的进风口，二燃室5排放的高温烟气进入助燃空气预热器61内，与通过助燃空气预热器61内的空气发生热交换，将供风系统的空气加热后通过预热空气管道分别输送至焚烧单元3 的回转窑和二燃室5内部进行有机污染土壤预热以及烟气的助燃，预热空气管道72分别从每一级回转窑33内部的点火器37处引入，以及二燃室5内部的点火单元处引入。

在此参见图4，本实施例的换热单元6还包括烟气降温器62和散热器63，烟气降温器62与助燃空气预热器61之间采用模块串联拼接，经过余热利用后的高温烟气再次通过烟气降温器62进行水冷或风冷降温，降温后的烟气通过烟道进入后续的半干反应器8内。散热器63对换热单元6内部进行空气降温。

内部填装吸附剂的半干反应器8设置在换热单元6和排放单元13之间，其中半干反应器8的进烟口与换热单元6的排烟口连通，半干反应器8的排烟口与排放单元13连通。过滤除尘单元11设置在半干反应器8和排放单元13之间，采用单列形式排布的布袋除尘器，对降温烟气进行排放前的过滤除尘处理，半干反应器8的排烟口与过滤除尘单元11的进烟口连通，过滤除尘单元11的排烟口与排放单元13连通。在过滤除尘单元11的进烟口设置活性炭添加装置10，通过向烟气中喷入活性炭粉末对烟气进行吸附净化处理，然后再利用布袋除尘器将吸附后的活性炭颗粒过滤。

本实施例中的排放单元13采用烟囱排放，引风机12的进烟口与布袋除尘器排烟口连通；烟囱的进烟口与引风机排烟口连通，烟囱排烟口连通大气，引风机12提供烟气流通的负压以及烟气排放的动力。

结合参见图5，本实施例的固体物料收集单元9包括喷淋系统91和平板输送机92，板式输送机92位于回转窑33、旋风除尘器41、多管旋风除尘器42、二燃室5和半干反应器8下方，平板输送机92分别与焚烧单元3的焚烧出灰口 39、旋风除尘单元4的除尘出灰口44以及二燃室5的二燃室出灰口51对接，并且半干反应器8底部的排灰口也可以与平板输送机92对接，喷淋系统91设置在平板输送机92的输送末端。从焚烧系统的回转窑33、旋风除尘器41、多管旋风除尘器42、二燃室5和半干反应器8出来的干净土壤、以及回收颗粒物通过板式输送机92分别输送到干净土壤存放处存放，并在板式输送机92末端处增加喷淋系统91，对土壤进行进一步的降温和除尘。

从焚烧单元3的回转窑33出来的烟气进入到旋风除尘器41，再进入到多管旋风除尘器42、再进入到二燃室5，再进入到助燃空气预热器61，再进入到烟气降温器62，再进入到半干反应器8，再进入到过滤除尘单元11，再进入到引风机12和排放单元13，其中引风机12对整个管道单元提供负压，便于烟气有效流动。

从焚烧单元3的回转窑33、旋风除尘器41、多管旋风除尘器42、二燃室5 和半干反应器8出来的干净土壤或回收颗粒物通过板式输送机92分别输送到干净土壤存放处存放，并在板式输送机92末端处增加喷淋系统91，对土壤进行进一步的降温和除尘。

本实施例的工作流程如下：引风机12启动后，依次启动过滤除尘单元11、二燃室的点火单器、焚烧单元3的回转窑33，回转窑33和二燃室5的温度达到设定目标值后，有机污染土壤经预处理单元1处理后，由自动进料单元2输送到第一级回转窑进行预热，回转窑内部的点火器以及或助燃预热空气对有机污染土壤进行预加热，加热的有机污染土壤进入第二级回转窑，该回转窑内部的点火器点火对有机污染土壤进行充分加热，挥发的气体经烟气引风机12产生的负压倒流经第一级回转窑33上的焚烧排烟口38进入到旋风除尘器41和多管旋风除尘器42中除尘，尾气进入二燃室5后内部的点火器点火加热，并加入药剂和空气进行脱硫、脱硝处理，处理后的尾气进入助燃空气预热器61，通过助燃空气预热器61预热所产生的热空气进入预热空气管道72，通过预热空气管道 72分别进入回转窑内部点火器以及二燃室，其中干燥热气体对预处理土壤进行预加热。通过以上技术措施，既能节约土壤修复成本，又提高干燥窑的工作效率，还可以避免烟气净化时产生的二次污染，保护了生态环境，利于推广应用。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种有机污染土壤的修复设备，其特征在于：包括焚烧单元(3)、旋风除尘单元(4)、二燃室(5)、换热单元(6)、固体物料收集单元(9)、引风机(12)和排放单元(13)；其中，所述焚烧单元(3)的排烟口依次通过烟道连接旋风除尘单元(4)、二燃室(5)、换热单元(6)和排放单元(13)，所述引风机(12)设置在排放单元(13)的前端，提供烟气流通的负压，所述焚烧单元(3)、旋风除尘单元(4)以及二燃室(5)的出灰口与固体物料收集单元(9)连接；

所述换热单元(6)包括有助燃空气预热器(61)，所述助燃空气预热器(61)通过余热利用单元(7)分别与焚烧单元(3)和二燃室(5)连接，所述余热利用单元(7)包括高温烟气管道(71)和预热空气管道(72)，其中高温烟气管道(71)连通二燃室(5)的排烟口和助燃空气预热器(61)的进烟口，所述预热空气管道(72)连通助燃空气预热器(61)的出风口以及焚烧单元(3)和二燃室(5)的进风口，通过二燃室(5)的高温烟气加热助燃空气预热器(61)输送至焚烧单元内部的助燃空气。

2.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤的修复设备，所述换热单元(6)还包括烟气降温器(62)和散热器(63)，所述烟气降温器(62)与助燃空气预热器(61)之间采用模块串联拼接，所述散热器(63)对换热单元(6)内部进行空气降温。

3.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤的修复设备，所述焚烧单元(3)包括至少两级串联的回转窑(33)，其中前端回转窑设置进料斗(31)和螺旋输送器(32)作为焚烧进料结构，末端回转窑设置焚烧出灰口(39)，将加热脱附后的土壤输出到固体物料收集单元(9)，所述预热空气管道(72)分别从每一级回转窑(33)内部的点火器(37)处引入。

4.根据权利要求3所述的一种有机污染土壤的修复设备，所述焚烧单元(3)的进料斗(31)通过自动进料单元(2)与筛分、破碎土壤的预处理单元(1)连接。

5.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤的修复设备，所述旋风除尘单元(4)包括串联设置的旋风除尘器(41)和多管旋风除尘器(42)，所述焚烧单元(3)的排烟口通过烟道与旋风除尘器(41)的进烟口连通，所述旋风除尘器(41)的排烟口与多管旋风除尘器(42)的进烟口连通，所述多管旋风除尘器(42)的排烟口与二燃室(5)的进烟口连通。

6.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤的修复设备，所述换热单元(6)和排放单元(13)之间还设有内部填装吸附剂的半干反应器(8)，所述半干反应器(8)的进烟口与换热单元(6)的排烟口连通，所述半干反应器(8)的排烟口与排放单元(13)连通。

7.根据权利要求6所述的一种有机污染土壤的修复设备，所述半干反应器(8)和排放单元(13)之间还设有过滤除尘单元(11)，所述半干反应器(8)的排烟口与过滤除尘单元(11)的进烟口连通，所述过滤除尘单元(11)的排烟口与排放单元(13)连通。

8.根据权利要求7所述的一种有机污染土壤的修复设备，所述过滤除尘单元(11)的进烟口设置活性炭添加装置(10)。

9.根据权利要求8所述的一种有机污染土壤的修复设备，所述过滤除尘单元(11)为单列形式排布的布袋除尘器。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种有机污染土壤的修复设备，所述固体物料收集单元(9)包括喷淋系统(91)和平板输送机(92)，所述平板输送机(92)分别与焚烧单元(3)、旋风除尘单元(4)以及二燃室(5)的出灰口对接，所述喷淋系统(91)设置在平板输送机(92)的输送末端。

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