CN109351766B - 污染土壤燃气原位热脱附修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污染土壤燃气原位热脱附修复系统，包括燃气加热单元、尾气抽提单元以及与尾气抽提单元连接的尾气净化单元，燃气加热单元包括燃烧器和竖直加热主井，竖直加热主井通过第一隔板分隔为左右布置且底部连通的入口主井室和出口主井室，入口主井室与燃烧器的气体出口连通。本发明提供的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，通过将竖直加热主井分隔为左右两个井室，烟气在流通过程中可始终与该竖直加热主井的两侧井壁直接接触，有利于燃烧烟气热量的导出，有效地提高原位热脱附修复效果及效率，而且能显著地降低运行能耗，节约燃气资源。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种污染土壤燃气原位热脱附修复系统。
背景技术
污染土壤热脱附技术按是否需要开挖分为原位热脱附技术和异位热脱附技术，其中原位热脱附修复技术因其具有范围广、修复周期短、修复效果好、二次污染低等优点得到越来越多的关注和应用。
原位热脱附技术是采用电加热或燃料燃烧加热的方式，将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，使目标污染物与土壤颗粒分离、去除的修复技术，热脱附过程可以使土壤中的有机化合物挥发和裂解。当污染物转化为气态之后，其流动性将大大提高，挥发出来的气态产物通过收集和捕获后进行净化处理。
燃气原位热脱附技术是有机污染土壤原位修复技术中一项重要手段，特别适用于处理污染严重、不便于开挖、或二次污染防控要求高的场合。但目前原位热脱附系统的加热设备多数采用加热套管，能源不能得到充分高效的利用。
发明内容
本发明实施例涉及一种污染土壤燃气原位热脱附修复系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明实施例涉及一种污染土壤燃气原位热脱附修复系统，包括燃气加热单元、尾气抽提单元以及与所述尾气抽提单元连接的尾气净化单元，所述燃气加热单元包括燃烧器和竖直加热主井，所述竖直加热主井通过第一隔板分隔为左右布置且底部连通的入口主井室和出口主井室，所述入口主井室与所述燃烧器的气体出口连通。
作为实施例之一，该污染土壤燃气原位热脱附修复系统还包括至少一个竖直加热副井，所述出口主井室与各所述竖直加热副井通过水平加热井依次串接连通，末尾的所述竖直加热副井连接有排烟管且于所述排烟管上设有抽烟风机。
作为实施例之一，每一所述竖直加热副井通过第二隔板分隔为左右布置且底部连通的入口副井室和出口副井室，所述出口主井室与相邻的所述入口副井室连接导通，所述出口副井室与下一所述竖直加热副井的所述入口副井室连接导通，所述排烟管与末尾的所述出口副井室连接。
作为实施例之一，所述第二隔板的两侧板面上分别自上而下依次设有多个导流片，所述导流片与相邻的井壁之间具有间隙。
作为实施例之一，所述燃烧器连接有助燃空气管；
所述助燃空气管有部分管段敷设于所述排烟管中；
或者，所述助燃空气管和所述排烟管均与一烟气换热器连接；
或者，所述助燃空气管有部分管段敷设于末尾的所述水平加热井中。
作为实施例之一，所述第一隔板的两侧板面上分别自上而下依次设有多个导流片，所述导流片与相邻的井壁之间具有间隙。
作为实施例之一，所述尾气抽提单元包括水平抽提井和竖直抽提井，所述水平抽提井和所述竖直抽提井均与所述竖直加热主井间隔布置。
作为实施例之一，所述尾气净化单元包括通过尾气管道依次连接的旋风除尘器、气液分离器、补雾器、氧化还原罐和活性炭吸附机构。
作为实施例之一，该污染土壤燃气原位热脱附修复系统还包括铺设于污染土壤修复区域地表的保温层，所述保温层包括细砂层以及形成于所述细砂层上方的硅酸盐复合保温材料层。
作为实施例之一，该污染土壤燃气原位热脱附修复系统还包括形成于污染土壤修复区域周缘的竖直隔离层。
本发明实施例至少具有如下有益效果：
本发明提供的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，通过将竖直加热主井分隔为左右两个井室，烟气在流通过程中可始终与该竖直加热主井的两侧井壁直接接触，有利于燃烧烟气热量的导出，有效地提高原位热脱附修复效果及效率，而且能显著地降低运行能耗，节约燃气资源。较常规的采用套管式的加热管的原位热脱附修复系统，本发明例提供的污染土壤燃气原位热脱附修复系统可提高能源利用率达30％左右。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
图1为本发明实施例提供的污染土壤燃气原位热脱附修复系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的尾气净化单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，本发明实施例提供一种污染土壤燃气原位热脱附修复系统，包括燃气加热单元、尾气抽提单元以及与所述尾气抽提单元连接的尾气净化单元，所述燃气加热单元包括燃烧器1和竖直加热主井2，所述竖直加热主井2通过第一隔板4分隔为左右布置且底部连通的入口主井室和出口主井室，所述入口主井室与所述燃烧器1的气体出口连通。
上述燃烧器1为本领域常规设备，本实施例中优选为采用天然气燃烧器1，具体结构此处不作赘述。其还配置有燃烧控制箱12，可以对燃烧器1的工作进行控制，如控制燃烧器1是否工作、控制燃烧温度、控制燃烧效率等，这是本领域常规技术，此处不作详述。
上述第一隔板4的板面优选为是与竖向平行，当然，上下倾斜布置的第一隔板4也适用于本实施例中；燃烧烟气经一侧的入口主井室进入，而从另一侧的出口主井室排出该竖直加热主井2。
本实施例提供的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，通过将竖直加热主井2分隔为左右两个井室，烟气在流通过程中可始终与该竖直加热主井2的两侧井壁直接接触，有利于燃烧烟气热量的导出，有效地提高原位热脱附修复效果及效率，而且能显著地降低运行能耗，节约燃气资源。较常规的采用套管式的加热管的原位热脱附修复系统，本实施例提供的污染土壤燃气原位热脱附修复系统可提高能源利用率达30％左右。
可以理解地，上述竖直加热主井2一般为埋入污染土壤中的加热管，且一般为金属管，保证传热效果以及提高使用寿命。上述第一隔板4也未金属板，可直接焊接在金属管内；作为本实施例的一种优选结构，该竖直加热主井2包括圆管井筒和两根半圆管，该两根半圆管插入至圆管井筒内且圆弧板段与圆管井筒的内壁贴合，其中一根半圆管的底端与另一半圆管的顶端抵接，则两根半圆管的平板段对接构成上述的第一隔板4，该竖直加热主井2结构简单、易于制备，无需在圆管井筒内壁进行焊接操作。
进一步优选地，如图1，所述第一隔板4的两侧板面上分别自上而下依次设有多个导流片41，所述导流片41与相邻的井壁之间具有间隙，即导流片41与井壁之间/上述的圆管井筒内壁之间能够形成气流通道，容许燃烧烟气通过。通过设置上述导流片41，既有利于增加高温烟气在竖直加热主井2内的停留时间，又有利于增加竖直加热主井2与高温烟气的接触面积，从而利于烟气热量的导出。在另外的实施例中，可以在第一隔板4上以及井壁/圆管井筒内壁上分别安设导流片41，从而分别在入口主井室和出口主井室内形成折返式阶梯状的烟气导流结构，烟气热量的导出效果更佳。本实施例中，相邻导流片41之间的竖直间距按0.2～0.3m布置，可以获得较好的烟气导流效果，同时避免烟气运行阻力过大的问题。
进一步优化上述污染土壤燃气原位热脱附修复系统的结构，如图1，该污染土壤燃气原位热脱附修复系统还包括至少一个竖直加热副井3，所述出口主井室与各所述竖直加热副井3通过水平加热井31依次串接连通，末尾的所述竖直加热副井3连接有排烟管5且于所述排烟管5上设有抽烟风机。采用竖直加热主井2与竖直加热副井3串联的结构，一方面相当于增大了燃烧烟气与污染土壤换热的面积及时间，从而提高污染土壤修复效率及效果，另一方面，充分地利用燃烧烟气的热量，节能降耗；另外，采用竖直加热井与水平加热井31的组合加热井结构，可以多方位、多维度地对污染土壤进行加热，提高热脱附效果。
上述竖直加热副井3的结构可与上述竖直加热主井2的结构相同，此处不作详述；则所述出口主井室与相邻的所述入口副井室连接导通，所述出口副井室与下一所述竖直加热副井3的所述入口副井室连接导通，所述排烟管5与末尾的所述出口副井室连接，700～1000℃的高温燃烧烟气通过多次折返换热后温度可降低至300～500℃。
可以理解地，竖直加热副井3的数量可根据燃烧烟气的温度进行选择，本实施例中，如图1，采用一个竖直加热主井2+水平加热井31+一个竖直加热副井3的结构，可获得较好的原位热脱附效果。
在另外的实施例中，对于在污染土壤区域设置有多个竖直加热主井2的系统，可以设置为各竖直加热主井2环形布置，并在中央处设置一竖直加热副井3，该竖直加热副井3采用套管式结构，其中，各竖直加热主井2的出口主井室分别通过水平加热井31与该竖直加热副井3的外管连通，而该竖直加热副井3的内管与排烟管5连接，可以实现对污染土壤区域的均匀热脱附，以及综合回收各燃烧烟气的余热及综合处理各燃烧烟气。
上述的竖直加热主井2和竖直加热副井3的插入深度优选为比污染土壤底层深度深0.2～0.5m；埋入地下的管体周围可填充导热性能优良的砂石等。
进一步优化上述污染土壤燃气原位热脱附修复系统的结构，上述燃烧器1连接有助燃空气管11，助燃空气与燃气在燃烧器1内混合后再进行燃烧或喷入竖直加热主井2内进行燃烧。优选地，可利用上述排烟管5流通的排烟对助燃空气进行预热，具体地，可以有如下方式：所述助燃空气管11有部分管段敷设于所述排烟管5中，通过排烟管5中的排烟与助燃空气管11进行换热，从而预热助燃空气；或者，所述助燃空气管11和所述排烟管5均与一烟气换热器连接，即将排烟与助燃空气导入至烟气换热器内进行间接换热，具体结构此处不作赘述。在另外的优选实施例中，所述助燃空气管11有部分管段敷设于末尾的所述水平加热井31中，对助燃空气的预热效果更佳，该助燃空气管11可进一步从该末尾水平加热井31的入口端进入相邻的出口副井室或出口主井室内，进一步与燃烧烟气换热后穿出井外。
接续上述污染土壤燃气原位热脱附修复系统的结构，如图1，所述尾气抽提单元包括水平抽提井61和竖直抽提井62，所述水平抽提井61和所述竖直抽提井62均与所述竖直加热主井2间隔布置，采用水平抽提井61与竖直抽提井62相结合的方式，能够从水平和竖直方向高效地捕捉从土壤中脱附出来的污染物质，实现对污染物质的多层次捕捉。上述水平抽提井61和竖直抽提井62可采用埋入地下的抽提管，并在抽提管上设割缝，在抽提管割缝外包覆钢丝网，本实施例中，割缝尺寸3mm、割缝间距50mm，钢丝网采用120目的网状结构。
接续上述污染土壤燃气原位热脱附修复系统的结构，如图2，所述尾气净化单元包括通过尾气管道依次连接的旋风除尘器71、气液分离器72、补雾器73、氧化还原罐74和活性炭吸附机构；其中，可以理解地，气液分离器72的气体出口与补雾器73连接，液体出口可通过液体管道与污染处理系统连接；上述活性炭吸附机构出口侧可设置风机76和烟囱77进行达标尾气的排放。
进一步优选地，如图2，上述活性炭吸附机构包括两组活性炭吸附箱75，两组活性炭吸附箱75的入口端分别与氧化还原罐74连接，两组活性炭吸附箱75的出口端分别与上述风机76连接，在氧化还原罐74的入口侧设置切换阀(例如蝶阀)，实现两组活性炭吸附箱75的切换使用，确保始终有活性炭吸附箱75处于工作状态。
接续上述污染土壤燃气原位热脱附修复系统的结构，如图1，该污染土壤燃气原位热脱附修复系统还包括铺设于污染土壤修复区域地表的保温层，所述保温层包括细砂层91以及形成于所述细砂层91上方的硅酸盐复合保温材料层92。该双保温层的保温结构可保证对污染土壤修复区的隔热效果，保证燃烧烟气的原位热脱附效果；上述硅酸盐复合保温材料层92的厚度优选为在50～80mm范围内，以60mm较佳，可获得所需的保温效果。另外，该污染土壤燃气原位热脱附修复系统还包括形成于污染土壤修复区域周缘的竖直隔离层，进一步提高对污染土壤修复区的隔热效果，以及防止相邻土壤区域的污染物质及水体等向污染修复区渗透而影响修复效果；该竖直隔离层可采用旋喷桩等结构，具体结构此处从略。
接续上述污染土壤燃气原位热脱附修复系统的结构，如图1，该污染土壤燃气原位热脱附修复系统还包括温度监测单元，用于对污染土壤区域进行温度监测，以实时地对燃烧温度等进行调整控制。优选地，该温度监测单元包括热电偶81、温度传感器82、监测单元控制箱等，优选为每深1m埋入一个热电偶81，即形成一个测温点；该监测单元控制箱可与上述的燃烧器1等实现联锁控制，这是常规的自动化控制方式，无需另外编程，此处不作赘述。
本实施例提供的污染土壤燃气原位热脱附修复系统适用于修复受挥发性和半挥发性有机物污染的土壤，具有适用范围广、修复周期短、修复效果好、能源利用率高、二次污染低等特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种污染土壤燃气原位热脱附修复系统，包括燃气加热单元、尾气抽提单元以及与所述尾气抽提单元连接的尾气净化单元，所述燃气加热单元包括燃烧器和竖直加热主井，其特征在于：所述竖直加热主井通过第一隔板分隔为左右布置且底部连通的入口主井室和出口主井室，所述入口主井室与所述燃烧器的气体出口连通；所述竖直加热主井为用于埋入污染土壤中的加热管，所述加热管为金属管。
2.如权利要求1所述的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，其特征在于：还包括至少一个竖直加热副井，所述出口主井室与各所述竖直加热副井通过水平加热井依次串接连通，末尾的所述竖直加热副井连接有排烟管且于所述排烟管上设有抽烟风机。
3.如权利要求2所述的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，其特征在于：每一所述竖直加热副井通过第二隔板分隔为左右布置且底部连通的入口副井室和出口副井室，所述出口主井室与相邻的所述入口副井室连接导通，所述出口副井室与下一所述竖直加热副井的所述入口副井室连接导通，所述排烟管与末尾的所述出口副井室连接。
4.如权利要求3所述的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，其特征在于：所述第二隔板的两侧板面上分别自上而下依次设有多个导流片，所述导流片与相邻的井壁之间具有间隙。
5.如权利要求2所述的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，其特征在于：所述燃烧器连接有助燃空气管；
所述助燃空气管有部分管段敷设于所述排烟管中；
或者，所述助燃空气管和所述排烟管均与一烟气换热器连接；
或者，所述助燃空气管有部分管段敷设于末尾的所述水平加热井中。
6.如权利要求1所述的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，其特征在于：所述第一隔板的两侧板面上分别自上而下依次设有多个导流片，所述导流片与相邻的井壁之间具有间隙。
7.如权利要求1所述的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，其特征在于：所述尾气抽提单元包括水平抽提井和竖直抽提井，所述水平抽提井和所述竖直抽提井均与所述竖直加热主井间隔布置。
8.如权利要求1或7所述的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，其特征在于：所述尾气净化单元包括通过尾气管道依次连接的旋风除尘器、气液分离器、补雾器、氧化还原罐和活性炭吸附机构。
9.如权利要求1所述的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，其特征在于：还包括铺设于污染土壤修复区域地表的保温层，所述保温层包括细砂层以及形成于所述细砂层上方的硅酸盐复合保温材料层。
10.如权利要求1所述的污染土壤燃气原位热脱附修复系统，其特征在于：还包括形成于污染土壤修复区域周缘的竖直隔离层。
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