CN111014268A

CN111014268A - 一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统

Info

Publication number: CN111014268A
Application number: CN201911367227.9A
Authority: CN
Inventors: 何理; 王治亚; 颜鹏东; 王静遥; 焦蒙蒙; 王喻宣
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-04-17

Abstract

本发明型是一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统，该系统包括进料系统、热脱附系统、有机污染物除尘系统、可燃物燃烧系统，烟气余热回收系统和尾气处理排放系统，其中进料系统由连通有机污染土壤进入口的锤式破碎机、连通锤式破碎机出口的筛分机、连通筛分机出口的传送带，以及传送带出口上方的除铁器组成；热脱附系统土壤进料口通过皮带输送机出口连接，热脱附系统尾部下端出口连通钢式输送带，热脱附系统尾部上端出口连通有机污染物除尘系统；减少了能耗和尾气处理费用能够回收利用有机污染物热量及烟气余热，节省燃料，减少耗能，并且处理效率高，尾气经处理后排放，有利于环境保护。

Description

一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统

技术领域：

本发明型涉及能源及环境领域，具体涉及一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统领域。

背景技术

热脱附也叫热解吸，作为一种非燃烧技术，是修复挥发性/半挥发性有机污染土壤的有效技术之一；热脱附技术由于具有处理范围广，可异地修复等特点，已被成功应用于含氯有机污染物、多环芳氢、有机农药、除草剂等污染土壤的修复。清华大学发明型了一种滚筒式逆向直接加热设备（ZL201010598161.7），采用热烟气与土壤直接接触加热，提高了热效率，但由于烟气与土壤混合，使得尾气处理负担加大；一种污染土壤热脱附修复系统（CN204769860 U），该系统采用回转窑间接加热方式，使得尾气处理量大大减少，但是由于以煤为燃料使得燃烧系统变得复杂不易操作，且分离出的有机污染物未加以利用，浪费了资源；；一种环保节能有机污染土壤热脱附修复处理系统（CN 203578349 U），该系统采用天然气与有机污染物的混合物做为燃料，减少了能耗，但分离出的有机污染物未经除尘就送入燃烧室燃烧，一方面使得组织燃烧困难，另一方面含尘烟气易损坏燃烧室及其管道，且尾部烟气的热量未进一步回收利用，降低了系统热效率。

发明内容

本发明型为克服上述技术存在的问题，采用双筒回转窑间接加热的方式，以减少尾气处理量，将分离出的有机污染物先进行两级除尘处理，再将含尘量合格的有机污染物送到燃烧室燃烧以利用其热值，降温后的烟气用来预热冷空气达到提高助燃空气初温及回收烟气余热的目的，从而提高热效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统，该系统包括进料系统、热脱附系统、有机污染物除尘系统、可燃物燃烧系统，烟气余热回收系统和尾气处理排放系统，进料系统连通热脱附系统，热脱附系统分别通向土壤出料系统和有机污染物除尘系统，有机污染物除尘系统通向可燃气燃烧系统，可燃气燃烧系统连通热脱附系统，热脱附系统连通烟气余热回收系统，烟气余热回收系统第一换热端通向尾气处理系统，烟气余热回收系统第二换热端通向燃烧系统。

本发明型与现有技术不同在于本发明型取得了如下技术效果：

1、本发明型提出了一种真空条件下热脱附修复有机物污染的土壤，有效防止了高温氧化和二噁英的生成，减轻了尾气处理系统负担。

2、本发明型将分离出的有机物与天然气混合燃烧，回收利用了有机污染物的热值，降低了热脱附系统能耗。

3、本发明型内窑设有螺旋输送机，管内填充一定的物质，该物质自窑头端流动到窑尾端，由气相变为液相并释放大量的热，用以加热污染土壤，提高了热效率。

4、本发明型在回转窑与可燃物燃烧系统间设置有除尘系统，有效地除去了有机污染物混有的尘土，保证了燃烧室正常燃烧，使烟气对设备的损坏进一步降低。

5、本发明型采用烟气余热回收系统，烟气余热用于预热空气，提高了燃烧室助燃空气初温，便于组织燃烧并回收了尾部烟气热量。

6、本发明型中设有尾气处理排放系统，可以去除尾气中的细小粉尘颗粒物和酸性气体，确保尾气达标排放。

附图说明

图1为一种有机物污染的土壤热脱附修复系统框图；

图2为一种有机物污染的土壤热脱附修复系统结构示意图。

图中：1—进料系统；2—热脱附系统;3—土壤出料系统；4—有机污染物除尘系统；5—可燃物燃烧系统；6—烟气余热回收系统；7—尾气处理系统。8—料场；9—挖掘机；10—喂料仓；11—破碎机入口；12—锤式破碎机；13—斗提机；14—土壤细料出口；15—土壤粗料出口；16—筛分机；17—传送带；18—除铁器；19—电动机；20—无极变速箱；21—电动机；22—内窑土壤入口；23—固定支架；24—外窑烟气出口；25—螺旋输送机；26—双筒回转窑；27—可调支架；28—外窑烟气入口；29—洁净土壤出口；30—钢式输送带；31洁净土壤存储仓；32—运输车；33—内窑有机污染物出口；34—混合器有机污染物；35—燃烧室；36—流量阀；37—开关阀；38—天然气排；39—混合器天然气入口；40—混合器；41—燃烧室可燃物入口；42—旋风除尘器；43—助燃空气入口；44—点火器；45—高温烟气出口；46—换热器热空气出口；47—换热器；48—换热器冷空气入口；49—换热器烟气出口；50—送风机；51—喷淋塔入口；52—喷淋塔出口；53—喷淋塔；54—引风机；55—烟囱；56—换热器烟气入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明型上述的和另外的技术特征和优点做更详细的说明。

发明型提供种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统。如附图1所示，该系统包括进料系统1、热脱附系统2、土壤出料系统3、有机污染物除尘系统4，可燃物燃烧系统5，烟气余热回收系统6和尾气处理排放系统7。

进料系统1连通热脱附系统2，热脱附系统2通向土壤出料系统3和有机污染物除尘系统4，有机污染物除尘系统4连通可燃物燃烧系统5，可燃物燃烧系统5连通热脱附系统2，热脱附系统2连通烟气余热回收系统6，烟气余热回收系统6通向尾气处理系统7。

图2，进料系统1由料场8、挖掘机9、喂料仓10、锤式破碎机12、筛分机16、传送带17和除铁器18组成。待处理的土壤首先在料场8中自然风干，土壤含水率合格后经挖掘机9送至喂料仓10，土壤经喂料仓10送至锤式破碎机12破碎，破碎后的土壤通过斗提机13送至筛分机16，粒度合格的土壤经土壤细料出口14送至传送带17，粒度不合格的土壤经土壤粗料出口15返回锤式破碎机12再破碎；传送带17上有计量称，可以记录进入热脱附系统的土壤重量，传送带17末端上方有除铁器18，可以除去土壤中混有的铁制品，传送带17设有无级变速箱20和电动机19，可以控制传动带17速度，从而控制土壤输入量。

脱附系统2能够处理的土壤类型包括黏土、砂、粉质粘土等，土壤含水率应小于20%。热脱附系统2包括双筒回转窑26、电动机21、螺旋输送机25、固定支架23和可调支架27；双筒回转窑26包括内筒和外筒，双筒回转窑包括内筒土壤进料口22、内筒土壤出料口29、内筒有机污染物出口33、外筒高温烟气入口28和外筒尾部烟气出口24。双筒回转窑采用间接加热方式，其窑头和窑尾分别装设有固定支架23及可调支架27，窑内装有螺旋输送机25，经可调支架27可使其窑筒与地面呈3-5度夹角，称重除铁后的土壤经内筒土壤进料口22进入双筒回转窑内，土壤在重力和螺旋输送机25共同作用下向前移动并充分分散，通过螺旋输送机25可以控制土壤在窑内的停留时间并使土壤均匀受热，从而保证内筒中土壤与外筒热气流进行充分的换热。为较少螺旋输送机能耗，可通过调节可调支架27加大回转窑倾斜角实现，当内筒土壤出现堵塞等异常情况时，也可通过调节可调支架27进行卸料检查。

分离出的有机污染物具有一定的热值，且直接排放掉污染环境，故可将有机污染物焚烧处理并利用其热量。将有机污染物除尘系统与可燃物燃烧系统连在一起。有机污染物除尘系统包括旋风除尘器42，分离出的有机污染物经内筒有机污染物出口33送至旋风除尘器42，除尘后的有机污染物送至混合室40与天然气混合为可燃物；可燃物燃烧系统包括天然气排38、开关阀37、流量调节阀36、混合室40、点火器44和燃烧室35。天然气排内的天然气经开关阀37和流量调节阀36，送至天然气/有机污染物混合室40，混合后的可燃物经燃料入口41送至燃烧室35，可燃物在燃烧室内与热助燃空气混合，经点火器44引燃变为高温烟气。天然气流量可以通过流量调节阀36进行调控，达到调控高温烟气温度的目的。

保证挥发性/半挥发性有机物在燃烧室内能够完全燃烧并不产生二噁英等污染物，燃烧室内的温度需保持在1000-1300℃，且有机气体在燃烧室内的燃烧时间>2s。燃烧室内温度可以通过调节助燃空气和可燃气的通入量进行控制，有机气体在燃烧室内停留时间可以通过调控挡板改变烟气流速进行控制。

燃烧室出气口烟气温度一般在1000℃左右，通过烟气控温设备鼓入冷空气降温，根据需要控制烟气温度在400-800℃范围。烟气通过导气管进入双筒回转窑外筒并充满整个外筒，在引风机作用下，热气流由窑头向窑尾流动；由于热烟气不断的补给和排出，在外筒形成稳定的热源，对内筒的土壤进行持续加热。根据土壤中有机污染气体种类不同，可以调控双筒回转窑的加热温度。

烟气余热回收系统包括引风机54、空气预热器47和送风机50，空气预热器47包括第一换热端和第二换热端，引风机54连通第一换热端，送风机50连通第二换热端；经双筒回转窑降温后的烟气在引风机54作用下，进入空气预热器第一换热端，冷空气在送风机50作用下进入空气预热器器第二换热端，冷空气和烟气在空气预热器内对流换热，对空气进行预热的同时，也降低了烟气排放温度。热空气出口由高温导管直接连到燃烧室，作为助燃空气与可燃物混合燃烧。

尾气处理系统包括引风机54、喷淋塔53和烟囱55，喷淋塔53的一端与空气预热器出烟口49相连，出口端与引风机入口52相连，引风机出口端接入烟囱55。经空气预热器降温后的烟气中含有一定的氯化物等，需进行处理才能排入大气。喷淋塔采用碱液循环喷淋，不仅能除去尾气中的酸性气体，还能对尾气进行降温，确保尾气的排放达标。

土壤出料系统包括钢式传输带30、洁净土壤储存仓31和运输车32，热处理后土壤经窑头土壤出料口29送出，落入钢式传输带30上，土壤在传输带传送过程中在自然风作用下冷却降温，温度达标后送入洁净土壤储存仓31，储存仓里土壤达到一定量后打开仓门，倒入运输车32运走。

Claims

1.一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统，其特征在于：包括进料系统（1）、热脱附系统（2）、有机污染物除尘系统（4）、可燃物燃烧系统（5），烟气余热回收系统（6）和尾气处理排放系统（7）；

进料系统（1）连通热脱附系统（2）尾部入口，热脱附系统（2）头部出口分别通向土壤出料系统（3）和有机污染物除尘系统（4），有机污染物除尘系统（4）连通可燃物燃烧系统（5），可燃物燃烧系统（5）通向热脱附头部入口，热脱附系统（2）尾部出口连通烟气余热回收系统（6），烟气余热回收系统（6）通向尾气处理排放系统。

2.根据权利要求1的一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统，其特征在于：进料系统（1）包括喂料仓（10）、锤式破碎机（12）、筛分机（16）、斗提机（13）、传送带（17）、计量称和除铁器（18），喂料仓（10）出口连通锤式破碎机（12），锤式破碎机（12）出口通过斗提机（13）连通筛分机（16），筛分机（16）出口经连通传送带（17）进入端，传送带（17）排出端上方设有除铁器（18），传送带（17）上设有计量称。

3.根据权利要求1的一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统，其特征在于：热脱附系统（2）包括双筒回转窑（26），双筒回转窑（26）包括内筒和外筒，双筒回转窑（26）设有内筒头罩、内筒尾罩、外筒头罩、外筒尾罩，进料系统（1）通向内筒尾罩，内筒头罩下端通向土壤出料系统（3），内筒头罩上端连通有机污染物除尘系统（4）；燃烧系统通向外筒头罩，外筒尾罩连通烟气余热回收系统（6）。

4.根据权利要求3的一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统，其特征在于：双筒回转窑（26）内筒内设有螺旋输送机（25），螺旋输送机（25）在电动机（19）带动下，在内筒回转窑内自行旋转。

5.根据权利要求1的一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统，其特征在于：有机污染物除尘系统（4）包括旋风除尘器（42），旋风除尘器（42）出口通向有机物/天然气混合器（40）。

6.根据权利要求1的一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统，其特征在于：可燃物燃烧系统（5）包括天然气排（38）、燃烧室（35）、点火器（44）、有机物/天然气混合器（40）和温度控制器，天然气排（38）出口通向有机物/天然气混合器（40），有机物/天然气混合器（40）出口通向燃烧室（35），燃烧室（35）内设和温度控制器。

7.根据权利要求1的一种双相变换热处理有机物污染土壤的热修复系统，其特征在于：烟气余热回收系统（6）包括热交换器和送风机（50），热交换器包括第一换热端和第二换热端，外筒尾罩出口通向第一换热端，热交换器第一换热端出口通向尾气处理排放系统，送风机（50）出口通向热交换器第二换热端，热交换器第二换热端出口通向燃烧室（35）。