CN110479748A - 一种污染土壤热脱附修复系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污染土壤热脱附修复系统及方法，该系统包括进料系统、回转窑系统、燃烧系统、余热回收系统和尾气处理系统。新风在换热器中与二次燃烧室出口的高温烟气换热，部分热空气进入二次燃烧室，剩余部分进入回转窑加热夹套以对污染土壤进行间接加热；回转窑加热夹套排出的空气进入燃烧器，排出的热烟气逆向进入各回转窑以对污染土壤进行直接加热，排出的富含污染物的烟气进入尾气处理系统。本发明使用热空气对污染土壤依次进行间接加热和直接加热，提高加热效率，增大污染土壤的处理量和脱附效果；尾气处理系统可有效的去除扬尘和污染物，并且最大程度的避免二噁英等二次污染物的排放，实现了土壤的有效修复。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种污染土壤热脱附修复系统及其方法。
背景技术
随着产业升级和经济转型，大批钢铁厂、化工厂和固体废物堆放场等从城市中心地带向其它地区或者郊区搬迁，留下了大批受污染的土地。土壤中的污染物主要为总石油烃类、多环芳烃、卤代烃类，农药类、多氯联苯、二噁英等有机污染物，有些土壤还含有汞、砷等重金属污染物。受污染的土壤难以恢复，对农产品和人体健康带来极大危害。
热脱附技术已经被广泛应用于修复此类被污染的土壤，将土壤加热至200-600℃，可以有效的去除其中的有机物和重金属成分。提高热脱附系统的能量利用率，提高污染土壤的处理效率，降低单位重量土壤的处理成本，对于该技术的推广具有重要的意义。
目前针对污染土壤的热脱附技术主要有两种，一种技术是直接热脱附，即采用高温烟气直接加热土壤至指定温度，这种技术的优点是土壤与高温烟气直接接触，换热效率高，但由于脱附而出的有机污染物直接进入烟气中，大大增加了尾气的处理量，使设备体积庞大，从而提高了处理成本，并且烟气中灰分较多，而且容易形成二噁英等二次污染物。另一种技术是间接热脱附，即将土壤和热烟气隔开，热烟气通过夹套或者空心桨叶间接加热土壤，这种技术的优点是减少了尾气的处理量和处理难度，缺点是间接加热的换热效率较低，因此污染土壤处理量相对较低。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明提出了一种污染土壤热脱附修复系统及其方法，其同时采用直接热脱附和间接热脱附，提高加热效率，同时增大污染土壤的处理量和脱附效果。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种污染土壤热脱附修复系统，其包括：
用于土壤热脱附的回转窑系统，所述回转窑系统包括一级回转窑、二级回转窑以及用于连接一级回转窑窑尾与二级回转窑窑头的连接筒体，污染土壤通过土壤进料口依次进入一级回转窑、连接筒体、二级回转窑进行热脱附，二级回转窑窑尾排出的热脱附后的洁净土壤进入后续处理设备；
用于回收高温烟气热量的余热回收系统，所述余热回收系统包括换热器和鼓风机，由鼓风机引入换热器的新风与二次燃烧室出口的高温烟气换热；换热器出口的热空气分为三部分，第一部分进入二次燃烧室用于烟气的燃烧，第二部分和第三部分分别进入一级回转窑加热夹套和二级回转窑加热夹套以对回转窑内的污染土壤进行间接加热；
用于提供热烟气的燃烧系统，所述燃烧系统包括燃烧器和助燃风机，一级回转窑加热夹套和二级回转窑加热夹套排出的空气进入燃烧器，助燃新风经由助燃风机引入燃烧器，燃料经由喷嘴进入燃烧器，由燃烧器排出的热烟气依次逆向进入由二级回转窑、连接筒体和一级回转窑以对回转窑内的污染土壤进行直接加热，由一级回转窑窑头排出的富含污染物的烟气进入尾气处理系统。
进一步地，所述回转窑系统包括两个串联的回转窑加热脱附装置，由一级回转窑和二级回转窑组成；所述一级回转窑包括筒体、进料斗、密封装置、加热夹套、传动装置、支撑装置；所述二级回转窑包括筒体，密封装置、加热夹套，传动装置、支撑装置、出料装置。
进一步地，所述一级回转窑和二级回转窑均为负压操作，防止有害气体外泄；其中，所述负压为表压-20Pa至-300Pa。
进一步地，所述一级回转窑和二级回转窑为卧式可旋转的圆柱形筒体，其外部轮廓由钢板卷制而成，内衬耐火材料，筒体的轴线与水平面均保持一定的倾角。倾角大小可以使土壤从回转窑高处的进料口进入后，随着筒体的转动缓慢向窑尾出料口移动。
进一步地，所述一级回转窑及二级回转窑与水平面均呈3～6°的夹角，转速均为2～5r/min。更优选为，所述一级回转窑及二级回转窑与水平面均呈4°的夹角，转速均为3r/min。
进一步地，所述土壤进料口还与进料系统连通，所述进料系统包括依次连接的破碎机、振动筛和输送螺杆，污染土壤经破碎、筛分后由输送螺杆输送至所述土壤进料口。
进一步地，筛分后的污染土壤的直径小于30～40mm；更优选为小于20mm。
进一步地，所述洁净的土壤由二级回转窑窑尾排入土壤补水槽以经过喷淋水加湿、冷却，完成修复。
进一步地，所述尾气处理处理包括旋风除尘器、二次燃烧室、急冷塔、文丘里脱酸脱二噁英系统、袋式除尘器和烟囱，由一级回转窑排出的烟气连通至旋风除尘器，由旋风除尘器排出的烟气进入二次燃烧室由燃料进行燃烧排出高温烟气，高温烟气经换热器换热后依次进入急冷塔、文丘里脱酸脱二噁英系统、袋式除尘器处理，排出的洁净尾气经引风机引入烟囱排放。
进一步地，所述二次燃烧室和燃烧器采用的燃料为天然气、燃料油或其它的可燃性气、液态燃料等及其组合。
进一步地，所述燃料入口管线上分别设置流量控制阀以确保各出口物流(热烟气、热空气)的温度。
进一步地，土壤在回转窑中被直接加热时，由于直接加热空气的扰动，以及回转窑的转动，会形成一定的扬尘进入加热空气中，旋风除尘器可以去除99％以上的5微米以上的颗粒物。
进一步地，所述一级回转窑为低温加热段，其将土壤加热至150-250℃，土壤停留时间在5-20分钟，以脱除其中的水分和低沸点的有机物，土壤经一、二级回转窑的连接筒体进入二级回转窑；所述二级回转窑为高温加热段，将土壤加热至400-500℃，土壤停留时间在5-20分钟，以脱除99％以上的高沸点有机物；所述燃烧器排出的热烟气的温度为600-700℃；所述换热器出口的热空气温度为600-700℃；二次燃烧室出口的高温烟气温度为1000～1200℃，烟气停留时间2秒以上，使有机物分子完全氧化，生成二氧化碳和水；换热器出口的烟气温度为500-650℃，由顶部进入急冷塔，急冷塔使烟气在1秒内被冷却至180～220℃，迅速跨过的二噁英的生成温度区间，大大减少了二噁英的生成。
进一步地，所述二次燃烧室中段设置二次风供风系统，从换热器排出的热空气的第一部分通过沿二次燃烧室炉壁的一圈二次风管向炉内切向供风，使烟气形成旋流，保证烟气的燃烧效率和效果。
进一步地，所述文丘里脱酸脱二噁英系统入口处可设置消石灰罐及活性炭料罐，所述消石灰及活性炭粉末经压缩空气喷入文丘里装置与经急冷塔降温后的烟气混合，随后经烟道进入袋式除尘器。消石灰和活性炭颗粒附着到滤袋表面形成滤饼，与缓慢通过滤袋的烟气充分接触，从而提高重金属、二噁英类物质和酸性污染物的去除效率；最后，尾气由引风机抽出，进入烟囱达标排放。
进一步地，所述消石灰及活性炭粉末的喷入量由星型卸料装置根据酸性气体含量变频控制喷射量。
进一步地，所述袋式除尘器采用脉冲清灰式，消石灰和活性炭颗粒被附着到滤袋表面继续吸附，从而提高二噁英类物质和酸性污染物的去除效率，袋式除尘器监测进出口压差，当阻力达到设定值时，压缩空气将附着于滤袋表面的灰尘吹扫坠入灰斗，灰尘经由螺旋出灰机排出。
进一步地，在急冷塔中，急冷水从塔顶进入，经由喷嘴被雾化为大量小粒径的液滴，与同样从塔顶进入的烟气同向流动进行换热。
进一步地，所述急冷塔设置急冷塔储水罐和喷淋泵，所述喷淋泵将急冷水由急冷塔储水罐输送至急冷塔顶部，过量的急冷水返回至急冷塔储水罐顶部，所述急冷塔储水罐设置急冷水补给管路。
本发明的第二个方面是提供一种污染土壤热脱附修复方法，其包括下述步骤：
污染土壤通过土壤进料口依次进入一级回转窑、连接筒体和二级回转窑；所述连接筒体用于连接一级回转窑窑尾与二级回转窑窑头；在一级回转窑中，污染土壤由常温被加热到150～250℃，在二级回转窑中，污染土壤被加热到400～450℃；经过脱附净化的土壤从二级回转窑的窑尾排出；
新风经由鼓风机引入，经过余热回收系统的换热器与来自二次燃烧室的高温烟气换热，被加热至600～700℃，由换热器出口的热空气被分为三股，其中一股热空气从进入二次燃烧室以对高温烟气进行燃烧，另两股热空气分别进入一级回转窑加热夹套和二级回转窑加热夹套，对两级回转窑分别进行间接加热，进入一级回转窑加热夹套的热空气温度降至440～520℃，进入二级回转窑加热夹套的热空气温度降至380～460℃，降温后的两股空气分别引出并汇合后进入燃烧器，燃料经由喷嘴引入燃烧器中燃烧，并将空气加热至600～700℃，由燃烧器排出的热烟气依次逆向进入二级回转窑、连接筒体和一级回转窑，与污染土壤逆流接触并对土壤进行直接加热，一级回转窑窑头排出的烟气被送入尾气处理系统；从二级回转窑窑头排出的烟气温度为340～420℃左右，从一级回转窑窑头排出的烟气温度降为180～260℃左右；
由一级回转窑窑头排出的烟气首先进入旋风分离器，去除颗粒物后进入二次燃烧室，烟气在二次燃烧室的停留时间在2秒以上，在燃料燃烧加热下，烟气被加热至1000～1200℃；燃烧后的高温烟气进入换热器与新风换热后，烟气温度降低至500～650℃，进入急冷塔的顶部，急冷水经由喷嘴被雾化从顶部进入急冷塔，在1秒内烟气被冷却至180～220℃左右；急冷后的烟气由急冷塔下部引出，进入文丘里脱酸脱二噁英系统，消石灰和活性炭粉末经压缩空气喷入混合室内；随后混合物经烟道进入袋式除尘器，灰尘经由螺旋出灰机排出，处理后的尾气由引风机抽出，进入烟囱达标排放。
上述污染土壤热脱附修复方法中，其他相关设备、相关步骤及工艺参数的设置与污染土壤热脱附修复系统中保持一致。
与现有技术相比，本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：
本发明所述的污染土壤热脱附修复系统及方法采用两级分段式的回转窑可以减小回转窑的加工难度，同时更便于运输。使用同一股加热空气对回转窑中的污染土壤依次进行间接加热和直接加热，可以提高加热效率，同时增大污染土壤的处理量和脱附效果。尾气处理系统采用旋风除尘器、二次燃烧系统、急冷塔系统、干式脱酸脱二噁英系统和袋式除尘器的组合，可以有效的去除扬尘和污染物，并且最大程度的避免二噁英等二次污染物的排放，不仅实现了土壤的有效修复，而且达到了保护环境的目的。
附图说明
图1为本发明一实施例中的污染土壤热脱附修复系统的流程示意图。
图2为本发明一对比例中污染土壤仅采用直接加热热脱附修复系统的流程示意图。
图3为本发明一对比例中污染土壤仅采用间接加热热脱附修复系统的流程示意图。
图中附图标记为：
1-鼓风机，2-换热器，3-一级回转窑，4-一级回转窑加热夹套，5-连接筒体，6-土壤进料口，7-二级回转窑，8-二级回转窑加热夹套，9-喷嘴，10-燃烧器，11-旋风分离器，12-二次燃烧室，13-急冷塔，14-消石灰罐，15-活性炭料罐，16-袋式除尘器，17-螺旋出灰机，18-烟囱，19-急冷塔储水罐，20-喷淋泵，21-引风机，22-压缩空气，23-新风，24-助燃新风，25-燃料，26-土壤补水槽。
具体实施方式
本发明涉及一种污染土壤热脱附修复系统及方法，其包括进料系统、回转窑系统、燃烧系统、余热回收系统和尾气处理系统等。污染土壤经破碎、筛分后由螺杆送入回转窑系统。回转窑系统包括两个串联的回转窑脱附装置，新风经余热回收系统加热后，先分别对两级回转窑进行间接加热，去除水分和一部分污染物，然后热空气汇合，经过燃烧系统再加热后，依次流经两级回转窑对污染土壤进行直接加热，再脱除一部分污染物；最后，富含污染物的烟气进入尾气处理系统。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种较佳形式的污染土壤热脱附修复系统，如图1所示，该污染土壤热脱附修复系统包括进料系统、回转窑系统、燃烧系统、余热回收系统和尾气处理系统等。
所述进料系统(图中未示出)包括连通污染土壤入口的破碎机，振动筛组成，土壤经破碎、筛分后由螺杆送入回转窑系统；
所述回转窑系统包括两个串联的回转窑加热脱附装置，包括一级回转窑3和二级回转窑7。污染土壤经进料系统通过土壤进料口6依次进入一级回转窑3、连接筒体5、二级回转窑7。一级回转窑包括筒体、进料斗、密封装置、加热夹套、传动装置、支撑装置等。一级回转窑3的窑尾与二级回转窑7的窑头通过连接筒体5连接。二级回转窑7包括筒体，密封装置、加热夹套，传动装置、支撑装置、出料装置等。回转窑均为负压操作，防止有害气体外泄。
所述燃烧系统包括燃烧器10、喷嘴9和助燃风机，所用燃料25可以为天然气、燃料油或其它的可燃性气、液态燃料。所述燃烧器10在燃烧系统尾端形成600-700℃的稳定温度。
新风23(空气)经由鼓风机1引入，经过余热回收系统的换热器2被加热至600-700℃后分为三股，分别进入一级回转窑加热夹套4、二级回转窑加热夹套8和二次燃烧室12的二次风管。进入两级回转窑加热夹套4/8的热空气对回转窑内的污染土壤进行间接加热。加热后两股空气汇合进入燃烧器10，助燃风机提供燃料25燃烧所需要的助燃新风24(空气)，同时控制燃料25流量，使出口热烟气温度控制在600-700℃之间，热烟气从燃烧器10排出后依次逆向进入二级回转窑7、回转窑的连接筒体5和一级回转窑3，与污染土壤逆向接触进行直接加热，从一级回转窑3的窑头排出的富含污染物的烟气进入后续的尾气处理系统。
所述一级回转窑3和二级回转窑7为卧式可旋转的圆柱形筒体，其外部轮廓由钢板卷制而成，内衬耐火材料，筒体的轴线与水平面保持一定的倾角，倾角大小可以使土壤从回转窑高处的进料口进入后，随着筒体的转动缓慢向窑尾出料口移动。
所述一级回转窑3为低温加热段，在该段中土壤被加热至150-250℃，停留时间在5-20分钟，以脱除其中的水分和低沸点的有机物，然后土壤经一、二级回转窑的连接筒体5进入二级回转窑7；二级回转窑7为高温加热段，在该段中土壤被加热至400-500℃，停留时间在5-20分钟，以脱除99％以上的高沸点有机物。从二级回转窑7窑尾排出的土壤进入土壤补水槽26再经过喷淋水加湿、冷却，最终完成修复。
所述尾气处理系统包括旋风除尘器11、二次燃烧室12、急冷塔13、文丘里脱酸脱二噁英系统、袋式除尘器14和烟囱18。
在一较佳实施方式中，土壤在回转窑中被直接加热时，由于直接加热空气的扰动，以及回转窑的转动，会形成一定的扬尘进入加热空气中，旋风除尘器11可以去除99％以上的5微米以上的颗粒物。
在一较佳实施方式中，在二次燃烧室12中，烟气在燃料25燃烧作用下被加热至1100℃，停留时间2秒以上，使有机物分子完全氧化，生成二氧化碳和水。二次燃烧室12中段设置二次风供风系统，前述从余热回收系统排出的第三股热空气通过沿炉壁的一圈二次风管向炉内切向供风，使烟气形成旋流，保证烟气的燃烧效率和效果。二次燃烧室12的燃烧尾气经过余热回收系统换热后，温度降低至500-650℃，由顶部进入急冷塔13。
在一较佳实施方式中，在急冷塔13中，急冷水从塔顶进入，经由喷嘴被雾化为大量小粒径的液滴，与同样从塔顶进入的高温烟气同向流动进行换热，使烟气在1秒内被冷却至200℃左右，迅速跨过的二噁英的生成温度区间，大大减少了二噁英的生成。
在一较佳实施方式中，经急冷塔13降温后的烟气，先与喷入文丘里装置入口处的消石灰及活性炭粉末充分混合接触，随后经烟道进入袋式除尘器16。消石灰和活性炭颗粒附着到滤袋表面形成滤饼，与缓慢通过滤袋的烟气充分接触，从而提高重金属、二噁英类物质和酸性污染物的去除效率。最后，尾气由引风机21抽出，进入烟囱18达标排放。
实施例2
本实施例为采用如实施例1所述的污染土壤热脱附修复系统进行实际应用，本实施例采用的污染土壤来自于某石化厂搬迁后留下的污染土地，处理量为1吨/小时。
如图1所示，污染土壤经过破碎、筛分后，直径小于20mm的土壤颗粒被螺杆推送进入土壤进料口6，然后由窑头进入一级回转窑3，一级回转窑3与水平面呈4°的夹角，转速3r/min，随着窑体的转动，污染土壤缓慢的从一级回转窑3的窑头向窑尾运动，然后通过一、二级回转窑的连接筒体5被输送到二级回转窑7的入口。在一级回转窑3中，污染土壤由常温被加热到200℃，水分和大部分低沸点的有机物气化进入加热空气。二级回转窑7与水平面同样呈4°的夹角，转速3r/min，随着二级回转窑7的转动，污染土壤从二级回转窑7的窑头缓慢向窑尾运动，同时污染土壤被加热到450℃，使高沸点的有机物气化，进入加热空气。最终，经过脱附净化的土壤从二级回转窑7的窑尾排出，进入土壤补水槽26，经过喷淋补水增湿、降温，完成土壤的修复。
流量为800Nm3/h的新风23经由鼓风机1引入，经过余热回收换热器2与高温烟气换热，被加热至640℃，之后被分为三股，两股流量均为300Nm3/h的热空气分别进入一级和二级回转窑的加热夹套4/8，对两级回转窑分别进行间接加热，进入一级回转窑加热夹套4的热空气温度降至487℃，进入二级回转窑加热夹套8的热空气温度降至422℃，然后两股空气分别引出并汇合后进入燃烧器10，流量为4Nm3/h的天然气25经由喷嘴9在燃烧器10中燃烧，并将空气加热至600℃，热烟气从燃烧器10引出后由窑尾进入二级回转窑7，与污染土壤逆流接触并对土壤进行直接加热，使土壤中的高沸点有机物挥发进入加热烟气，从二级回转窑7窑头排出的烟气温度为379℃左右，再通过两级回转窑之间的连接筒体5进入一级回转窑3的窑尾，同样与污染土壤逆流接触并对土壤进行直接加热，土壤中的低沸点有机物挥发进入加热烟气。由一级回转窑3窑头排出的热烟气温度降为224℃左右，然后送入尾气处理系统。从余热回收换热器2排出的第三股热空气进入二次燃烧室12。
尾气处理系统包括旋风分离器11、二次燃烧室12、急冷塔系统13、文丘里脱酸脱二噁英系统、布袋除尘器16等组成。烟气首先进入旋风分离器11，去除99％的直径5微米以上颗粒物后进入二次燃烧室12，烟气在二次燃烧室的停留时间在2秒以上，在24Nm3/h的天然气燃烧加热下，烟气被加热至1100℃左右，在该温度下，有机污染物和二噁英可以完全燃烧，生成二氧化碳和水。从余热回收换热器2排出的第三股热空气通过沿二次燃烧室12炉壁的一圈二次风管向炉内切向供风，使烟气形成旋流，保证烟气的燃烧效率和效果。
燃烧后的高温烟气进入余热回收系统的换热器2，与新风23换热后，烟气温度降低至500℃左右，然后进入急冷塔13的顶部，急冷水从急冷塔储水罐19通过喷淋泵20并经由喷嘴被雾化为大量小颗粒的液滴后，也从顶部进入急冷塔13，热烟气和急冷水并流向下流动，在1秒内烟气被冷却至200℃左右，迅速跨过二噁英的生成温度区间，大大减少了二噁英的生成，同时烟气体积增大至995Nm3/h左右，过量的喷淋水回流入急冷塔储水罐19。急冷后的烟气由急冷塔13下部引出，进入文丘里系统，分别储存于消石灰罐14和活性炭料罐15内的消石灰和活性炭粉末经压缩空气22喷入混合室内，喷入量由星型卸料装置根据酸性气体含量变频控制喷射量，以去除烟气中的二噁英类物质和酸性污染物如SO2、HCl、HF等。随后混合物经烟道进入袋式除尘器16，袋式除尘器16采用脉冲清灰式，消石灰和活性炭颗粒被附着到滤袋表面继续吸附，从而提高二噁英类物质和酸性污染物的去除效率，袋式除尘器16监测进出口压差，当阻力达到设定值时，压缩空气22将附着于滤袋表面的灰尘吹扫坠入灰斗，灰尘经由螺旋出灰机17排出。处理后的尾气由引风机21抽出，然后进入烟囱18达标排放。
在该实施例中，处理前的污染土壤中有机物含量为21mg/kg，处理后，出料土壤的有机物含量为0.6mg/kg，去除率达到97.1％。
对比例1
本对比例为污染土壤仅采用直接加热进行热脱附修复，如图2所示，其包括以下工艺：
使用直接加热热脱附，新风23经鼓风机1引入，经过余热回收换热器2与高温烟气换热，被加热至640℃后分为两股，一股进入一级回转窑3的窑头，另一股进入二次燃烧室12。一级回转窑3的窑头装有燃烧器10，在空气的助燃下，将进入燃烧器的燃料点燃，并将空气加热至1100℃左右，进入回转窑，热空气对污染土壤进行直接加热至450℃左右，土壤中的低沸点有机物挥发进入烟气，空气温度降至500℃左右，烟气经由旋风分离器11除尘后进入二次燃烧室12。富含有机污染物的烟气在二次燃烧室12中，在天然气的燃烧加热下，烟气被加热至1100℃左右，有机污染物和二噁英可以完全燃烧，生成二氧化碳和水。从余热回收换热器2排出的热空气通过沿二次燃烧室12炉壁的一圈二次风管向炉内切向供风，使烟气形成旋流，保证烟气的燃烧效率和效果。同时，经过处理后的土壤由窑尾排出，进入土壤补水槽26，经过喷淋补水增湿、降温，完成土壤修复。
对比例2
本对比例为污染土壤仅采用间接加热进行热脱附修复，如图2所示，其包括以下工艺：
使用间接加热热脱附，新风23经鼓风机1引入，经过余热回收换热器2与高温烟气换热，被加热至640℃后分为两股，一股进入燃烧器10，另一股进入二次燃烧室12。进入燃烧器10的空气，经由燃料燃烧被加热至600℃左右，进入一级回转窑3的套筒4，对回转窑进行间接加热，回转窑中的污染土壤中的低沸点有机物挥发进入烟气，然后进入二次燃烧室12。同时，经过处理后的土壤由窑尾排出，进入土壤补水槽26，经过喷淋补水增湿、降温，完成土壤修复。富含有机污染物的烟气在二次燃烧室12中，在天然气的燃烧加热下，烟气被加热至1100℃左右，有机污染物和二噁英可以完全燃烧，生成二氧化碳和水。从余热回收换热器2排出的热空气通过沿二次燃烧室12炉壁的一圈二次风管向炉内切向供风，使烟气形成旋流，保证烟气的燃烧效率和效果。
上述对比例1和2中采用的尾气处理系统与实施例2相同，且其处理的土壤也来自于某石化厂搬迁后留下的污染土地，处理量均为1吨/小时。
将实施例2、对比例1及对比例2所采用的方法进行对比，其对比数据如下表所示：
由上表可知，通过直接加热回转窑、间接加热回转窑与本发明同时采用直接加热和间接加热的技术方案相对比，本发明具有以下优点：
(1)新风用量分别比直接加热和间接加热低11％和33％，因此电耗较低；
(2)回转窑的传热效率分别比直接加热和间接加热高10％和20％；
(3)烟气量较小，分别比直接加热和间接加热低11％和34％，因此处理废气所需要的设备投资和公用工程消耗都要低；
(4)天然气耗量分别比直接加热和间接加热低11％和29％。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种污染土壤热脱附修复系统，其特征在于，包括：
用于土壤热脱附的回转窑系统，所述回转窑系统包括一级回转窑(3)、二级回转窑(7)以及用于连接一级回转窑窑尾与二级回转窑窑头的连接筒体(5)，污染土壤通过土壤进料口(6)依次进入一级回转窑(3)、连接筒体(5)、二级回转窑(7)进行热脱附，二级回转窑(7)窑尾排出的热脱附后的洁净土壤进入后续处理设备；
用于回收高温烟气热量的余热回收系统，所述余热回收系统包括换热器(2)和鼓风机(1)，由鼓风机(1)引入换热器(2)的新风(23)与二次燃烧室(12)出口的高温烟气换热；换热器(2)出口的热空气分为三部分，第一部分进入二次燃烧室(12)用于烟气的燃烧，第二部分和第三部分分别进入一级回转窑加热夹套(4)和二级回转窑加热夹套(8)以对回转窑内的污染土壤进行间接加热；
用于提供热烟气的燃烧系统，所述燃烧系统包括燃烧器(10)和助燃风机，一级回转窑加热夹套(4)和二级回转窑加热夹套(8)排出的空气进入燃烧器(10)，助燃新风(24)经由助燃风机引入燃烧器(10)，燃料(25)经由喷嘴(9)进入燃烧器(10)，由燃烧器(10)排出的热烟气依次逆向进入由二级回转窑(7)、连接筒体(5)和一级回转窑(3)以对回转窑内的污染土壤进行直接加热，由一级回转窑(3)窑头排出的富含污染物的烟气进入尾气处理系统。
2.根据权利要求1所述的一种污染土壤热脱附修复系统，其特征在于，所述一级回转窑(3)包括筒体、进料斗、密封装置、加热夹套、传动装置、支撑装置；所述二级回转窑(7)包括筒体、密封装置、加热夹套，传动装置、支撑装置、出料装置；所述一级回转窑(3)和二级回转窑(7)为卧式可旋转的圆柱形筒体，其外部轮廓由钢板卷制而成，内衬耐火材料，筒体的轴线与水平面保持一定的倾角。
3.根据权利要求1所述的一种污染土壤热脱附修复系统，其特征在于，所述土壤进料口(6)还与进料系统连通，所述进料系统包括依次连接的破碎机、振动筛和输送螺杆，污染土壤经破碎、筛分后由输送螺杆输送至所述土壤进料口(6)。
4.根据权利要求1所述的一种污染土壤热脱附修复系统，其特征在于，所述尾气处理处理包括旋风除尘器(11)、二次燃烧室(12)、急冷塔(13)、文丘里脱酸脱二噁英系统、袋式除尘器(16)和烟囱(18)，由一级回转窑(3)窑头排出的烟气连通至旋风除尘器(11)，由旋风除尘器(11)排出的烟气进入二次燃烧室(12)由燃料进行燃烧排出高温烟气，高温烟气经换热器(2)换热后依次进入急冷塔(13)、文丘里脱酸脱二噁英系统、袋式除尘器(16)处理，排出的洁净尾气经引风机(21)引入烟囱(18)排放。
5.根据权利要求4所述的一种污染土壤热脱附修复系统，其特征在于，所述一级回转窑(3)将土壤加热至150-250℃，土壤停留时间在5-20分钟；所述二级回转窑(7)将土壤加热至400-500℃，土壤停留时间在5-20分钟；所述燃烧器(10)排出的热烟气的温度为600-700℃；所述换热器(2)出口的热空气的温度为600-700℃；所述二次燃烧室(12)出口的高温烟气的温度为1000～1200℃，烟气停留时间2秒以上；所述换热器(12)出口的烟气温度为500-650℃，所述急冷塔(13)使烟气在1秒内被冷却至180～220℃。
6.根据权利要求4所述的一种污染土壤热脱附修复系统，其特征在于，所述旋风除尘器(11)可去除99％以上的5微米以上的颗粒物。
7.根据权利要求4所述的一种污染土壤热脱附修复系统，其特征在于，所述二次燃烧室(12)中段设置二次风供风系统，从换热器(2)排出的热空气的第一部分通过沿二次燃烧室(12)炉壁的一圈二次风管向炉内切向供风。
8.根据权利要求4所述的一种污染土壤热脱附修复系统，其特征在于，所述文丘里脱酸脱二噁英系统入口处可设置消石灰罐(14)及活性炭料罐(15)，所述消石灰及活性炭粉末经压缩空气(22)喷入文丘里装置与经急冷塔(13)降温后的烟气混合。
9.根据权利要求4所述的一种污染土壤热脱附修复系统，其特征在于，所述急冷塔(13)设置急冷塔储水罐(19)和喷淋泵(20)，所述喷淋泵(20)将急冷水由急冷塔储水罐(19)输送至急冷塔(13)顶部，过量的急冷水返回至急冷塔储水罐(19)顶部，所述急冷塔储水罐(19)设置急冷水补给管路。
10.一种污染土壤热脱附修复方法，其特征在于，包括下述步骤：
污染土壤通过土壤进料口(6)依次进入一级回转窑(3)、连接筒体(5)和二级回转窑(7)；所述连接筒体(5)用于连接一级回转窑(3)窑尾与二级回转窑(7)窑头；在一级回转窑(3)中，污染土壤由常温被加热到150～250℃，在二级回转窑(7)中，污染土壤被加热到400～450℃；经过脱附净化的土壤从二级回转窑(7)的窑尾排出；
新风(23)经由鼓风机(1)引入，经过余热回收系统的换热器(2)与来自二次燃烧室(12)的高温烟气换热，被加热至600～700℃，换热器(2)出口的热空气被分为三股，其中一股热空气进入二次燃烧室(12)以对高温烟气进行燃烧，另两股热空气分别进入一级回转窑加热夹套(4)和二级回转窑加热夹套(8)，对两级回转窑分别进行间接加热，进入一级回转窑加热夹套(4)的热空气温度降至440～520℃，进入二级回转窑加热夹套(8)的热空气温度降至380～460℃，降温后的两股空气分别引出并汇合后进入燃烧器(10)，燃料(25)经由喷嘴(9)引入燃烧器(10)中燃烧，并将空气加热至600～700℃，由燃烧器(10)排出的热烟气依次逆向进入二级回转窑(7)、连接筒体(5)和一级回转窑(3)，与污染土壤逆流接触并对土壤进行直接加热，一级回转窑(3)窑头排出的烟气被送入尾气处理系统；从二级回转窑(7)窑头排出的烟气温度为340～420℃，从一级回转窑(3)窑头排出的烟气温度降为180～260℃；
由一级回转窑(3)窑头排出的烟气首先进入旋风分离器(11)，去除颗粒物后进入二次燃烧室(12)，烟气在二次燃烧室(12)的停留时间在2秒以上，在燃料(25)燃烧加热下，烟气被加热至1000～1200℃；燃烧后的高温烟气进入换热器(2)与新风(23)换热后，烟气温度降低至500～650℃，进入急冷塔(13)的顶部，急冷水经由喷嘴被雾化从顶部进入急冷塔(13)，在1秒内烟气被冷却至180～220℃左右；急冷后的烟气由急冷塔(13)下部引出，进入文丘里脱酸脱二噁英系统，消石灰和活性炭粉末经压缩空气(22)喷入混合室内；随后混合物经烟道进入袋式除尘器(16)，灰尘经由螺旋出灰机(17)排出，处理后的尾气由引风机(21)抽出，进入烟囱(18)达标排放。
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