CN109127701B - 一种微波热脱附土壤修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波热脱附土壤修复装置，属于固体污染物修复处理技术，解决了现有技术中微波热脱附装置无法移动、处理规模小或加热温度过高的问题。上述装置包括多个依次连接的修复模块，修复模块包括热脱附单元和多组微波发生单元；每组微波发生单元包括依次连接的微波发生器、导波连接段和馈口组件，馈口组件设于热脱附单元顶部；馈口组件包括四个馈口，四个馈口沿馈口的长度方向的中心线构成正方形。上述装置可用于土壤微波热脱附。

Description

一种微波热脱附土壤修复装置

技术领域

本发明涉及一种固体污染物修复处理技术，尤其涉及一种微波热脱附土壤修复装置。

背景技术

随着土壤有机污染的日益加剧有机污染固废的修复是土壤有机污染恢复的关键手段之一。

现有的有机污染固废的修复采用的技术包括：生物学(微生物或植物)修复工艺、化学淋洗工艺、气相抽提技术和热脱附法。其中，生物学修复工艺处理的有机污染固废在浓度、种类上有较大限制，且对环境要求较高，处理的周期长，不适合大宗修复；化学淋洗工艺的处理周期较短，适用范围较广，但是会产生大量的水二次污染；气相抽提技术处理成本低、修复周期短，二次污染较小，但是只适用挥发性有机污染的处理。

目前，投入工业化生产应用最广的处理工艺是热脱附法，例如，回转窑热脱附或间接热脱附。其中，回转窑热脱附的处理规模大，技术相对成熟，但是工艺复杂、设备投资及运行成本大，且设备不能实现移动，尤其是对天然气的依赖性非常大，极大的限制了设备的应用。间接热脱附的处理规模小，设备小且可移动，但是同样无法摆脱对天然气的依赖，其最大的问题是设备对投加的物料要求严格，而且极易造成运行不畅，运行和维护的成本高。

此外，上述两种热脱附工艺的加热温度均在550℃以上，土壤容易出现陶粒化，对土壤的再生利用产生不利影响。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种微波热脱附土壤修复装置，解决了现有技术中微波热脱附装置无法移动、处理规模小或加热温度过高的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明的一个实施例提供了一种微波热脱附土壤修复装置，包括多个依次连接的修复模块，修复模块包括热脱附单元和多组微波发生单元；每组微波发生单元包括依次连接的微波发生器、导波连接段和馈口组件，馈口组件设于热脱附单元顶部；馈口组件包括四个馈口，四个馈口沿馈口的长度方向的中心线构成正方形。

在一种可能的设计中，正方形的一边与热脱附单元长度方向的夹角α为45°。

在一种可能的设计中，热脱附单元包括微波箱体、设于微波箱体内的轨道以及设于轨道上的载料台车。

在一种可能的设计中，还包括卡扣，卡扣设于微波箱体的两端，相邻微波箱体通过卡扣连接。

在一种可能的设计中，微波箱体的底部设有多个调平螺栓。

在一种可能的设计中，相邻微波箱体之间设有抑波网。

在一种可能的设计中，微波箱体的内壁设有透波保温层。

在一种可能的设计中，还包括用于测量微波箱体内温度的温度传感器以及用于测量微波箱体内压力的压力传感器。

在一种可能的设计中，微波发生单元还包括发生箱体和控制组件，控制组件和微波发生器位于发生箱体内。

在一种可能的设计中，微波发生器的微波功率为10kW～75kW，微波发生单元的微波总功率为80kW～600kW。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

a)本发明提供的微波热脱附土壤修复装置，基于微波热脱附技术，利用了微波选择性、穿透性和即时性的加热优势，将微波能直接作用于有机物污染物，使有机物脱附的同时固体基质产生较小升温和影响，从而快速、高效的实现土壤的修复。

b)本发明提供的微波热脱附土壤修复装置，采用模块化结构，以可移动的修复模块作为基础设计单元，所有功能结构集成在可整体吊装的箱体结构内。每个修复模块集成了热脱附单元和微波发生单元，可独立作业也可将多组模块拼接作业，集成度高且小型、灵活，可随意运输至任何场地使用；修复效果好、处理温度低、产生烟气量小且几乎无粉尘，修复后的土壤能够满足公园、住宅用地要求，可恢复种植。

c)本发明提供的微波热脱附土壤修复装置中，四个馈口沿长度方向的中心线构成正方形，正方形的一边与热脱附单元长度方向的夹角α为45°，采用此种分布方式能够在保证相邻两个馈口之间的微波不发生干扰的基础上，提高馈口的布置密度，进而提高微波辐射功率和热脱附效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例一提供的微波热脱附土壤修复装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的微波热脱附土壤修复装置中馈口的分布示意图；

图3为本发明实施例一提供的微波热脱附土壤修复装置中微波箱体和透波保温层的分布示意图。

附图标记：

1-微波发生器；2-导波连接段；3-馈口；4-微波箱体；5-轨道；6-载料台车；7-透波保温层；8-管线接口；9-排烟口；10-暖通照明单元；11-检修窗；12-发生箱体；13-控制柜；14-卡扣；15-机架；16-冷却组件；17-线缆。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

实施例一

本实施例提供了一种微波热脱附土壤修复装置，参见图1至图3，采用模块化设置，包括多个依次连接的修复模块，该修复模块包括热脱附单元和多组微波发生单元，每组微波发生单元包括依次连接的微波发生器1、导波连接段2和馈口组件，馈口组件设于热脱附单元顶部；馈口组件包括四个馈口3，四个馈口3沿馈口3的长度方向的中心线构成正方形，正方形的一边与热脱附单元长度方向的夹角α为45°，导波连接段2采用铝合金材料制成。

实施时，根据处理能力设计修复模块的个数，将多个修复模块依次组装，开启微波发生单元和热脱附单元，热脱附单元主要实现微波能向物料热能的转化，微波发生单元主要实现电能向微波能的转化，微波能通过导波连接段和馈口3向热脱附单元内辐射。物料均匀分布在热脱附单元内，接收微波后发热升温，污染物在微波辐照作用下逐渐升温、气化并从土壤中脱附出来，从而实现土壤修复。

与现有技术相比，本实施例提供的微波热脱附土壤修复装置，基于微波热脱附技术，利用了微波选择性、穿透性和即时性的加热优势，将微波能直接作用于有机物污染物，使有机物脱附的同时固体基质产生较小升温和影响，从而快速、高效的实现土壤的修复。上述微波热脱附土壤修复装置，采用模块化结构，以可移动的修复模块作为基础设计单元，所有功能结构集成在可整体吊装的箱体结构内。每个修复模块集成了热脱附单元和微波发生单元，可独立作业也可将多组模块拼接作业，集成度高且小型、灵活，可随意运输至任何场地使用；修复效果好、处理温度低、产生烟气量小且几乎无粉尘，修复后的土壤能够满足公园、住宅用地要求，可恢复种植。

同时，上述微波热脱附土壤修复装置中，四个馈口3沿长度方向的中心线构成正方形，正方形的一边与热脱附单元长度方向的夹角α为45°，采用此种分布方式能够在保证相邻两个馈口3之间的微波不发生干扰的基础上，提高馈口3的布置密度，进而提高微波辐射功率和热脱附效率。

示例性地，上述热脱附单元的数量可以为一个，微波发生单元的数量可以为两组，也就是说，一个热脱附单元可以配置两组微波发生单元。考虑到微波热脱附土壤修复装置的整体结构紧凑性，两组微波发生单元可以分别位于热脱附单元的两侧。

对于热脱附单元的结构，具体来说，其可以包括微波箱体4、设于微波箱体4内的轨道5以及设于轨道5上的载料台车6，载料台车6采用钢结构，上部铺设耐火砖和辅热材料。实施时，物料均匀分布在载料台车6上，载料台车6在轨道5上运行，从上一个热脱附单元运行至下一个热脱附单元，在此过程中，物料接收微波后发热升温，污染物在微波辐照作用下逐渐升温、气化并从土壤中脱附出来，从而实现土壤修复的连续作业。

为了实现相邻热脱附单元之间的稳固连接，上述装置还可以包括卡扣14，该卡扣14设于微波箱体4的两端，相邻的微波箱体4通过卡扣14连接。卡扣14结构简单，可以实现多个修复模块的快速组装和拆卸。

考虑到加工精度、组装精度以及安装平面的影响，相邻的微波箱体4有可能会处于不同水平面，因此，微波箱体4的底部可以设置多个调平螺栓(图中未示出)，通过调平螺栓可以进一步对微波箱体4的位置进行设置，弥补加工精度、组装精度以及安装平面等因素导致的相邻微波箱体4未处于同一平面的问题，减少载料台车6在相邻微波箱体4间移动产生的晃动和震动。

为了在保证微波穿透的同时实现箱内保温，上述微波箱体4的内壁可以铺设透波保温层7。这是因为，为了实现微波箱体4的整体保温，透波保温层7是整层的连续结构，也就是说，透波保温层7不具有缺口或空洞，但是，微波需要从馈口3辐射入箱体内部，因此，透波保温层7需要能够保证微波可以穿透。

考虑到，在连接过程中，相邻微波箱体4之间可能会存在间隙，使得微波溢出，因此，相邻微波箱体4之间可以设置抑波网。示例性地，抑波网可以设置在相邻微波箱体4的端面之间，或者，铺设在相邻微波箱体4的间隙上。通过抑波网能够避免微波从相邻微波箱体4的间隙之间溢出。

为了实时监测微波箱体4内的温度和压力，上述装置还可以包括用于测量微波箱体4内温度的温度传感器(例如，测温电偶，图中未示出)以及用于测量微波箱体4内压力的压力传感器(例如，压力表，图中未示出)。为了提高温度传感器和压力传感器的测量准确性，两者可以分布在多个馈口3的中心位置，也就是微波箱体4的中心位置，且可自动进行升降调节。这是因为，微波箱体4中心位置的温度和压力数据，更准确，有代表性。根据微波箱体4内的温度和压力，可以实时调节微波发生单元的微波功率和排烟流量。

可以理解的是，为了防止微波从热脱附单元内部溢出，可以在热脱附单元的两端设置用于防止微波溢出的封闭板(图中未示出)，使得热脱附单元的内部形成封闭的空间。

考虑到在热脱附过程中会产生烟气，为了便于微波箱体4的排烟，微波箱体4上可以开设排烟口9，排烟口9处设有烟量调节阀，根据热脱附过程中实际产生的烟量，通过烟量调节阀调节排烟口9的排烟量。通常情况下，烟气会向上升，因此，排烟口9可以设置在微波箱体4的上部或顶部。

为了保证设备运行环境，微波发生单元内设有暖通照明单元10，这是因为，对于上述土壤修复装置来说，其运行环境需要保证稳定的室温，夏季运行环境温度高时，可以采用暖通照明单元10对运行环境进行降温和排风；冬季运行环境温度低时，可以采用暖通照明单元10对运行环境进行升温。需要说明的是，暖通照明单元10与冷却水是不同的目的，冷却水是针对微波运行中的设备降温，暖通照明单元10是针对设备运行的环境调温。

为了方便设备检修，发生箱体12的侧面可以开设多个检修窗11，例如，3个检修窗11，通过检修窗11，检修人员可以实时了解。

为了能够有效地保护微波发生器1，上述微波发生单元还可以包括发生箱体12(例如，20GP标准集装箱)以及设于发生箱体12内的控制组件，微波发生器1位于发生箱体12内，控制组件包括四个控制柜13，可以理解的是，微波发生组件的组数、控制柜13的组数与馈口组件的组数相同，考虑到空间排布和检修方便，微波发生器1和控制柜13均呈2×2排布。控制柜13获取微波箱体4内的环境数据(例如，温度数据、湿度数据以及烟量数据)，实时调节微波发生器1的微波功率。

为了能够提供足够的微波辐射功率，提高热脱附效率，上述微波发生器1的微波功率控制在10kW～75kW，微波发生单元的微波总功率控制在80kW～600kW范围内。上述微波热脱附土壤修复装置，通过对馈口3和微波发生器1的合理布局，能够将微波总功率提高到80kW～600kW，从而能够有效地提高热脱附效率。

考虑到上述微波发生单元中，微波功率较大，为了进一步减少相邻馈口3之间微波的干扰，相邻馈口3中心的间距d可以控制在800mm～1200mm。

为了实现微波发生器1的稳定安装，其可以通过机架15固定在发生箱体12靠近热脱附单元一侧的内壁上，这样可以减少导波连接段2的长度，方便微波发生器1与馈口3的连接。同样地，对于控制柜13，从空间利用率的角度考虑，其可以设置在发生箱体12的底部。

由于微波发生器1在工作过程中会发热，使得发生箱体12内的温度升高，为了避免发生箱体12内的温度过高，上述微波发生单元还可以包括用于对微波发生器1进行降温的冷却组件16。

上述微波发生单元中，冷却组件以及微波发生器1和控制柜13所需的线缆17通过集成桥架敷设在箱体两侧，汇集到箱体端侧的管线接口8与外设公辅线路管路连接，采用快拆接口。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微波热脱附土壤修复装置，其特征在于，包括多个依次连接的修复模块，所述修复模块包括热脱附单元和多组微波发生单元；

每组微波发生单元包括依次连接的微波发生器、导波连接段和馈口组件，所述馈口组件设于热脱附单元顶部；

所述馈口组件包括四个馈口，四个馈口沿馈口的长度方向的中心线构成正方形。

2.根据权利要求1所述的微波热脱附土壤修复装置，其特征在于，所述正方形的一边与热脱附单元长度方向的夹角α为45°。

3.根据权利要求1所述的微波热脱附土壤修复装置，其特征在于，所述热脱附单元包括微波箱体、设于微波箱体内的轨道以及设于轨道上的载料台车。

4.根据权利要求3所述的微波热脱附土壤修复装置，其特征在于，还包括卡扣，所述卡扣设于微波箱体的两端，相邻微波箱体通过卡扣连接。

5.根据权利要求3所述的微波热脱附土壤修复装置，其特征在于，所述微波箱体的底部设有多个调平螺栓。

6.根据权利要求5所述的微波热脱附土壤修复装置，其特征在于，相邻微波箱体之间设有抑波网。

7.根据权利要求3所述的微波热脱附土壤修复装置，其特征在于，所述微波箱体的内壁设有透波保温层。

8.根据权利要求3所述的微波热脱附土壤修复装置，其特征在于，还包括用于测量微波箱体内温度的温度传感器以及用于测量微波箱体内压力的压力传感器。

9.根据权利要求1所述的微波热脱附土壤修复装置，其特征在于，所述微波发生单元还包括发生箱体和控制组件，所述控制组件和微波发生器位于发生箱体内。

10.根据权利要求1至9任一项所述的微波热脱附土壤修复装置，其特征在于，所述微波发生器的微波功率为10kW～75kW，所述微波发生单元的微波总功率为80kW～600kW。

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