CN110220202A - 一种应用于土壤修复中的热脱附系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于土壤修复中的热脱附系统，其包括预处理子系统、热脱附子系统和废气处理子系统，该废气处理子系统包括依次相连通的二燃室、一级换热装置、急冷塔、烟气净化装置、第一除尘装置、引风机、二级换热装置和脱酸塔，即热脱附子系统排出的废气经过二燃室高温焚烧、两段式换热后，再通过管路通入脱酸塔脱酸后进入烟囱，使得最终进入烟囱的烟气温度能够与周围环境相适应，从而避免了“烟白”现象。

Description

一种应用于土壤修复中的热脱附系统

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种应用于土壤修复中的热脱附系统。

背景技术

随着经济升级、产业转移和转型，大批的钢铁、化工等工业用地、固体废物堆放场、军事基地等从城市中心地带向其他地区或者郊区搬迁，留下了大批受污染的场地。土壤中的污染物主要为总石油烃、多环芳烃等有机物，有些土壤还有汞、砷等重金属的污染物，受污染的土壤难以恢复，对农产品和人体健康造成危害。国家最新生态环境保护规划中，要求在部分污染地块集中分布的城市，要规范、有序开展再开发利用污染地块治理与修复烃类污染物。相关土壤修复技术中，热脱附技术具有一定的优势，热脱附技术是指通过直接或间接加热，将土壤中的游记污染物加热到沸点以上，以使有机污染物从污染介质上得以发挥，进入气体处理系统的过程，即其主要包含两个基本过程：一是加热待处理物质，将目标污染物挥发成气态分离；二是将含有污染物的尾气进行冷凝、收集以及焚烧等处理至达标后排放至大气中。热脱附技术包括异位热脱附和原位热脱附，其中，异位热脱附技术则用来处理一些适于开展异位环境修复的区域，将污染土壤提取出来并通过专门的热脱附系统进行处理。

异位热脱附系统可分为直接热脱附和间接热脱附，也可分为高温热脱附和低温热脱附。目前，热脱附技术中通常采用直接热脱附，其主要包括进料系统、脱附系统和尾气处理系统组成，其中，进料系统：通过筛分、脱水、破碎、磁选等预处理，将污染土壤从车间运送到脱附系统中；脱附系统：污染土壤进入热转窑(即煅烧炉)后，与热转窑燃烧器产生的火焰直接接触，被均匀加热至目标污染物气化的温度以上，达到污染物与土壤分离的目的；尾气处理系统：富集气化污染物的尾气通过旋风除尘、焚烧、冷却降温、布袋除尘、碱液淋洗等环节去除尾气中的污染物。

然而，由于尾气处理系统中采用的是空气换热器，其要求进入空气换热器的废气温度不能高于850℃，因此，加热时只能够加热到850℃左右。众所周知，要消除废气中的化学物质，只有加热到950℃以上才能够彻底消除化学物质，因此，若采用直接热脱附的方式废气中的化学物质污染物消除不够彻底，从而在加热过程中容易形成二噁英等二次污染物，并且烟气在烟囱口排入大气的过程中因温度降低，烟气中部分汽态水和污染物发生凝结，在烟囱口形成雾状水汽，雾状水汽会因天空背景色和天空光照、观察角度等原因发生颜色的细微变化，形成“有色烟羽”，通常为白色、灰白色或蓝色等颜色；另外，尾气热量较高，造成了大量热量的损失和能源的浪费，也增加了热脱附修复技术的成本。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种应用于土壤修复中的热脱附系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种应用于土壤修复中的热脱附系统，其包括预处理子系统、热脱附子系统、废气处理子系统和自动控制子系统，其中，所述废气处理子系统包括沿烟气流通方向依次设置的二燃室、一级换热装置、急冷塔、烟气净化装置、第一除尘装置、引风机、二级换热装置和脱酸塔，其中，

所述二燃室的烟气出口通过烟气管道与所述一级换热装置相连通，所述一级换热装置还通过烟气管道分别与所述急冷塔和热脱附装置的助燃供风管道相连通，所述急冷塔通过烟气管道与所述烟气净化装置相连通，所述烟气净化装置通过烟气管道与所述第一除尘装置相连通，所述第一除尘装置通过烟气管道和所述引风机与所述二级换热装置相连通，所述二级换热装置还通过烟气管道分别与所述脱酸塔和所述二燃室的助燃供风管道相连通，所述脱酸塔的出气口通过烟气管道外接烟囱。

其中，所述急冷塔内设置有碱液喷淋机构，所述碱液喷淋机构通过雾化器连接至碱液池；和/或，所述脱酸塔为湿法脱酸塔；第一除尘装置为旋风除尘器；和/或，所述第二除尘装置为布袋除尘装置。

其中，所述烟气净化装置包括干式脱酸塔和活性炭喷射塔，所述干式脱酸塔的入气口与所述急冷塔的出气口相连，所述干式脱酸塔的出气口与所述活性炭喷射塔的入气口相连，所述活性炭喷射塔的出气口与所述第一除尘装置的入气口相连。

进一步地，所述热脱附系统还包括设置在所述热脱附子系统和所述废气处理子系统之间的第二除尘装置，所述第二除尘装置通过烟气管道分别与所述热脱附子系统的回转窑和所述废气处理子系统的二燃室相连通。

其中，所述热脱附子系统包括所述热脱附子系统包括螺旋输送机、回转窑、回转窑风机和回转窑助燃器，其中，所述螺旋输送机分别与所述预处理子系统的出料口和所述回转窑的进料口相连通，所述回转窑与所述回转窑助燃器相连，所述回转窑助燃器与所述回转窑风机相连，且所述回转窑助燃器还与所述一级换热装置和/或所述二级换热装置相连通。

其中，所述回转窑为内热式热脱附回转窑反应器。

进一步地，所述热脱附系统还包括螺旋加湿机，所述螺旋加湿机的进料口与所述回转窑的出料口相连，所述螺旋加湿机的进水口通过冷却泵连接有循环水罐。

其中，所述土壤预处理子系统包括：筛分机、上料车、给料器和输送装置，待修复土壤被输送至所述筛分机进行破碎、筛分和脱水处理后再经所述上料车输送至给料器，所述给料器的出料口对应于所述输送装置，所述输送装置与所述螺旋输送机的进料口相连。

本实施例中，通过将一级换热装置与热脱附过程中回转窑的助燃供风管的相连通，充分利用废气余热对回转窑的助燃气体进行预热，避免了大量热量的损失和能源的浪费，也降低了热脱附修复技术的成本。

其中，所述一级换热装置和所述二级换砖装置均采用空气换热器，且均通过管路外接冷空气供应设备，如冷空气引风机。

本实施例中，通过将一级换热装置与热脱附过程中回转窑的助燃供风管路相连通，将二级换热装置与二燃室的助燃供风管路相连通，从而分别对净化前和净化后的废气进行热交换的同时充分利用热交换产生的热空气(400℃左右)对回转窑的助燃气体和二燃室的助燃气体进行预热，避免了大量热量的损失和能源的浪费，也降低了热脱附修复技术的成本。

本发明的有益之处在于：

本发明公开了一种应用于土壤修复中的热脱附系统，通过在废气处理子系统中设置一级换热装置和二级换热装置对废气进行两段式热交换，即分别在净化前和净化后进行热交换后再进入脱酸塔后排入烟囱，使得废气经过充分降温后再脱酸排入烟囱，从而避免排出的废气与周期环境温度差异较大而导致的烟白现象；同时利用热交换产生的热空气对回转窑和二燃室的助燃气体进行预热，从而对废气的预热进行充分回收利用，避免了大量热量的损失和能源的浪费，也降低了热脱附修复技术的成本。

附图说明

图1为本发明的一种应用于土壤修复中的热脱附系统的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的一种应用于土壤修复中的热脱附系统的又一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

参见图1，为本发明的一种应用于土壤修复中的热脱附系统的一实施例的结构示意图，具体地，本实施例的热脱附系统包括预处理子系统1、热脱附子系统2、废气处理子系统3和自动控制子系统。

如图1所示，本实施例中，该预处理子系统1包括沿待修复土壤输送方向设置的筛分机11、上料车、给料器12和输送装置13，待修复土壤被挖机输送至筛分机11进行破碎、筛分和脱水处理后再经上料车输送至给料器12，给料器12的出料口对应于输送装置13，而输送装置13则与热脱附子系统2相连通。优选地，该输送装置13采用皮带输送机。在一具体实施例中，该给料器12采用定量给料器，且将其与自动控制子系统相连，从而通过使得定量给料器按自动控制系统设定的给料速度将待修复土壤输送至热脱附子系统的回转窑内，以与回转窑内燃烧器产生的火焰直接接触，被均匀加热至目标污染物挥发气化的温度以上，达到污染物与土壤分离的目的。

进一步地，本实施例中的该预处理子系统设置在一个预设的气膜大棚内，从而使得处置过程中可能产生的粉尘及尾气经活性炭吸附装置进行处理，同时，地面进行防渗处理。

如图1所示，本实施例中，该热脱附子系统2包括螺旋输送机21、回转窑22、回转窑风机23和回转窑助燃器24，其中，该螺旋输送机21的进料口通过土壤输送管路与上述预处理子系统中输送装置13相连通，该螺旋输送机21的出料口也通过土壤输送管路连接至回转窑22的进料口，该回转窑22通过助燃供风管路依次与回转窑助燃器24和回转窑风机23相连。

进一步地，该热脱附子系统2还包括该螺旋加湿机25，其通过土壤输送管路与回转窑22的出料口相连通，而螺旋加湿机25的进水口则通过冷却泵连接有循环水罐，使得回转窑热脱附处理后的高温土壤经螺旋加湿机25喷水降温后，可被输送至指定地点堆置。

参见图1，本实施例中，该废气处理子系统3包括通过管路沿烟气流通方向依次相设置的二燃室31、一级换热装置32、急冷塔33、烟气净化装置、第一除尘装置36、引风机37、二级换热装置38和脱酸塔39，其中，二燃室31通过助燃供风管路连接有助燃器(具体地，采用天然气助燃器)和二燃室风机(具体地，采用引风机)，且该二燃室31还通过烟气管路分别连接至上述热脱附子系统2的回转窑22和上述的一级换热装置32相连通，而该一级换热装置32还通过烟气管道分别与急冷塔33(具体地，该急冷塔33内设置有碱液喷淋机构，而碱液喷淋机构则通过雾化泵连接至碱液池)和热脱附子系统2中回转窑22的助燃供风管路相连通，而急冷塔33还通过烟气管道与烟气净化装置相连通，具体地，该烟气净化装置包括干式脱酸塔34和活性炭喷射塔35，且该干式脱酸塔34的入气口和出气口分别与上述急冷塔33的出气口和该活性炭喷射塔35的入气口相连通，而该活性炭喷射塔35的出气口则通过烟气管道与第一除尘装置36相连通，而该第一除尘装置36则通过烟气管道和引风机37与二级换热装置38相连通，该二级换热装置38还通过烟气管道分别与脱酸塔39和二燃室31的助燃供风管路相连通，脱酸塔39的出气口则通过烟气管道外接烟囱。具体地，该一级换热装置和二级换热装置均采用板式空气换热器，其冷空气入口可分别通过管道外接冷空气供应装置，如冷空气引风机。

在一具体实施例中，该干式脱酸塔141采用脱酸药剂(CaO)喷射系统，使烟气中的SO2、HCl、HF与由雾化喷入的CaO反应，生成CaSO4和CaSO3以及CaCl2和CaF2等反应产物，这些干态产物正常情况下小部分从干式脱酸塔塔底排灰口排出，绝大部分随烟气经烟道进入烟气管道进入通过活性炭喷射塔，并由活性炭对烟气中的重金属、有机污染物进行吸附，即通过喷入干性脱酸药剂和活性炭，确保烟气排放安全达标。

在一具体实施例中，该第一除尘装置15采用布袋除尘器，而该脱酸塔采用湿法脱酸，具体地，该脱酸塔可采用上述急冷塔的结构，即在塔内设置碱液喷淋机构，且该脱酸塔内的碱液喷淋机构通过管道与碱液池相连。

本实施例中，污染区域土壤被转运至上述的预处理子系统进行异位处置，然后又热脱附子系统进行高温热脱附技术处理，而热脱附产生的废气经过二燃室燃烧后再经过两段式热交换(即在经过烟气净化装置净化前和净化后分别经过一级换热装置和二级换热装置进行降温)后再通入脱酸塔脱酸后排入烟囱，从而避免排出的废气与周期环境温度差异较大而导致的烟白现象，同时，分别将两段式热交换过程中产生的热空气，即一级热交换装置和二级换热装置热交换后产生的热空气分别通入回转窑和二燃室的助燃供风管道以回收烟气余热对回转窑和二燃室的助燃风进行预热，避免了大量热量的损失和能源的浪费，也降低了热脱附修复技术的成本。

当然，本实施例中，也可将该该一级换热装置连接至二燃室的助燃供风管道，或者同时连接至二燃室和回转窑的助燃供风管道；同理，该二级换热装置也可通过烟气管道连接至回转窑的助燃供风管道，或者，同时连接至二燃室和回转窑的助燃供风管道。

在一具体实施例中，该自动控制子系统包括上述各设备之间的管路/管道上设置测温热电偶和流量计、压力变送器、调节阀、切断阀等，如在急冷塔等设备的相应供气管、供液管等管路上设置调节阀、切断阀、流量计等，且上述各电气元件均与有机污染土壤异位修复系统中的中央控制器连接，以实现本修复系统的自动化控制，其中涉及的自动化控制方式可采用现有常用的自动化控制方法，该中央控制器即为计算机与PLC配合等常用的自动化控制设备系统。

进一步地，参见图2，本实施例的该热脱附系统还包括设置在热脱附子系统和所废气处理子系统之间的第二除尘装置4，该第二除尘装置4通过烟气管道分别与热脱附子系统的回转窑22和废气处理子系统的二燃室31相连通，具体地，该第二除尘装置4采用旋风除尘器，并将热脱附子系统产生的废气在废气引风机产生的负压下通入该旋风除尘器内，经旋风除尘器去除废气中的大部分粉尘后，再进入二燃室炉内，被高温焚烧，保证烟气中污染物被彻底分解去除，且不会产生二噁英。

当然，在另一具体实施例中，该第二除尘装置4也可设置在该二燃室与一级换热装置之间。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种应用于土壤修复中的热脱附系统，包括预处理子系统、热脱附子系统、废气处理子系统和自动控制子系统，其特征在于，所述废气处理子系统包括沿烟气流通方向依次设置的二燃室、一级换热装置、急冷塔、烟气净化装置、第一除尘装置、引风机、二级换热装置和脱酸塔，其中，

所述二燃室的烟气出口通过烟气管道与所述一级换热装置相连通，所述一级换热装置还通过烟气管道分别与所述急冷塔和热脱附装置的助燃供风管道相连通，所述急冷塔通过烟气管道与所述烟气净化装置相连通，所述烟气净化装置通过烟气管道与所述第一除尘装置相连通，所述第一除尘装置通过烟气管道和所述引风机与所述二级换热装置相连通，所述二级换热装置还通过烟气管道分别与所述脱酸塔和所述二燃室的助燃供风管道相连通，所述脱酸塔的出气口通过烟气管道外接烟囱。

2.如权利要求1所述的热脱附系统，其特征在于，还包括设置在所述热脱附子系统和所述废气处理子系统之间的第二除尘装置，所述第二除尘装置通过烟气管道分别与所述热脱附子系统的回转窑和所述废气处理子系统的二燃室相连通。

3.如权利要求2所述的热脱附系统，其特征在于，所述急冷塔内设置有碱液喷淋机构，所述碱液喷淋机构通过雾化器连接至碱液池。

4.如权利要求2所述热脱附系统，其特征在于，所述烟气净化装置包括干式脱酸塔和活性炭喷射塔，其中，所述干式脱酸塔的入气口与所述急冷塔的出气口相连，所述干式脱酸塔的出气口与所述活性炭喷射塔的入气口相连，所述活性炭喷射塔的出气口与所述第一除尘装置的入气口相连。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的热脱附系统，其特征在于，所述热脱附子系统包括螺旋输送机、回转窑、回转窑风机和回转窑助燃器，其中，所述螺旋输送机分别与所述预处理子系统的出料口和所述回转窑的进料口相连通，所述回转窑与所述回转窑助燃器相连，所述回转窑助燃器与所述回转窑风机相连，且所述回转窑助燃器还与所述一级换热装置和/或所述二级换热装置相连通。

6.如权利要求5所述的热脱附系统，其特征在于，还包括螺旋加湿机，所述螺旋加湿机的进料口与所述回转窑的出料口相连，所述螺旋加湿机的进水口通过冷却泵连接有循环水罐。

7.如权利要求5所述的热脱附系统，其特征在于，所述预处理子系统包括：筛分机、上料车、给料器和输送装置，待修复土壤被输送至所述筛分机进行破碎、筛分和脱水处理后再经所述上料车输送至给料器，所述给料器的出料口对应于所述输送装置，所述输送装置与所述螺旋输送机的进料口相连。