一种车载式异位直接热脱附系统及其应用方法
技术领域
本发明涉及土壤修复设备领域,特别涉及一种车载式异位直接热脱附系统及其应用方法。
背景技术
热脱附也称热解吸,作为一种非燃烧技术,污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用,特别是对含氯有机物,非氧化燃烧的处理方式可以避免二恶英的生成,广泛用于有机污染物污染土壤的修复。
热脱附技术是指在真空条件下或通入载气时,通过直接或间接热交换,将土壤中的有机污染物加热到足够的温度,使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离,进入气体处理系统的过程。热脱附技术可处理的污染物类型有挥发及半挥发性有机污染物(如石油烃、农药、多环芳烃、多氯联苯) 和汞。
热脱附是将污染物从一相转化为另一相的物理分离过程,在修复过程中并不出现对有机污染物的破坏作用。通过控制热脱附系统的温度和污染土壤停留时间有选择的使污染物得以挥发,并不发生氧化、分解等化学反应。
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;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。
现有的用于土壤修复的直接热脱附系统,诸多存在以下问题:1、现场需要做设备土建基础,养护后设备再进行后续作业,周期时间极长;2、设备布局占地面积大、设备需要拆装后撤场,周期时间长。因土壤修复处理项目工期短,转场频率大,这就要求设备占地面积尽量小、设备安装撤场时间尽量缩短,然而目前的直接热脱附系统无法解决这一问题。
发明内容
本发明的目的是针对修复工期紧迫、修复成本低的小污染场地提供一种车载式异位直接热脱附系统,该系统可做到免土建基础、节省现场安装调试及拆卸时间、缩短修复工期等优点,还提供了一种车载式异位直接热脱附系统的应用方法,至少可以解决上述问题之一。
根据本发明的一个方面,提供了一种车载式异位直接热脱附系统,包括运输车,运输车包括承载底板,还包括进料设备、烘干窑设备、烟气处理设备和出料设备,烘干窑设备和烟气处理设备固定安装于承载底板上,进料设备的出料端与烘干窑设备的进料端连接,烘干窑设备的出气端与烟气处理设备的进气端连接,烘干窑设备的出料端、烟气处理设备的出料端均与出料设备的进料端连接。
由此,本发明的车载式异位直接热脱附系统将除进、出料设备以外的其他设备均设置于平板车上,且在出产前安装调试完成,节省了项目现场需要做土建、安装、调试以及拆装周期长的问题;全车设备高度控制在4 米以内,宽度控制在3米以内,长度控制在17.5米以内,满足《道路大型物件运输管理办法》一级大型物件等级标准,运输方便;本设计完全做到了项目现场即插即用,对于土方量较小、总价较低的修复项目,可节约较大成本。本设备充分考虑一体式模块化布局,结构设计紧凑,设备大小考虑到运输方便,安装时间大大缩短。
此外,本发明的车载式异位直接热脱附系统适用于处理挥发性和半挥发性有机污染物的土壤、污泥、沉淀物、滤渣等污染场地的修复,使修复后的土壤可再利用。特别对于处理一些突发性的有机污染环境事故,如由于意外泄露、倾倒而发生的突发性土壤污染事故的应急修复,此系统可以做到快捷处理,并且不会造成二次污染。
本发明的车载式异位直接热脱附系统移动性强,可作为重大环境污染应急处理装备使用,操作方便,集成化程度更高。
在一些实施方式中,运输车还包括安装于承载底板的一体式检修平台。由此,本发明在车体架构上,设计了高度为3.2米的一体式检修平台,所有设备的检修,除可以在承载底板上操作之外,还可以在一体式检修平台进行;一体式检修平台的设置不仅充分利用了承载底板上的空间,而且还可以达到较高设备检修之目的,且一体式检修平台固定可以设置为套筒式,方便拆卸。
在一些实施方式中,进料设备包括依次连接的料仓、皮带刮料机、斗式提升机和星型卸料器,星型卸料器的出料端与烘干窑设备的进料端连接。由此,料仓通过皮带刮料机定量给料到斗式提升机,斗式提升机按照设计的速率将物料输送到星型卸料器,星型卸料器定量下料至烘干窑的窑头罩内。由此,本发明的进料过程设计了皮带刮料机、斗式提升机、星型卸料器三道匀速给料机构,确保物料以设定处理量均匀送入烘干窑设备,保证前期物料稳定、连续、均匀的输送效果。此外,本发明的斗式提升机为密闭装置,能够防止雨天加大土壤含水率及造成进料前不必要的扬尘污染。
在一些实施方式中,车载式异位直接热脱附系统还包括气体排放设备,气体排放设备与烟气处理设备连接,烟气处理设备包括通过烟气管道依次连接的旋风除尘器、二次燃烧室、半干急冷塔、布袋除尘器以及卧式洗涤塔,旋风除尘器与烘干窑设备的出气端连通,卧式洗涤塔与气体排放设备连通,由烘干窑设备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进行燃烧排出高温烟气,高温烟气进入半干急冷塔进行冷却然后依次进入布袋除尘器、卧式洗涤塔处理,从卧式洗涤塔排出的洁净尾气经第一风机引入气体排放设备排放。由此,现有的土壤热脱附系统对于烟气的处理只是简单的通过二次燃烧室焚烧将有机物去除,然后通过耐高温过滤网除尘后直接排放。该种做法具有以下缺点:①对于直接热脱附土壤烘干后的扬尘大的问题,只是单单一层过滤网很难起到抑制作用,无法满足国家要求的粉尘排放标准;②烘干系统产生的大扬尘不经过旋风除尘器一次除尘,大量粉尘进入二次燃烧室,对于有机废气的焚烧效率会大大降低,对于后续设备工作也会带来较大负荷;③高温尾气一般直接排放,这样对于设备及人员自身危害极大,且不符合国家尾气排放规范要求;④二次燃烧室焚烧产生的氮氧化物、二噁英以及酸性气体是直接排到大气中的,对于人体及环境伤害极大。现有设备只注重土壤烘干,尾气处理不达标,很难付诸实践。本发明的烟气处理设备整体结构紧凑且设计巧妙,从工艺上具有以下优点:设计了两级除尘系统:①第一级为旋风除尘器,在二次燃烧室前设置旋风除尘器除尘,能够有效提高二次燃烧室的焚烧效率,同时为后续的气箱式布袋除尘器减轻负荷;②第二级为气箱式布袋除尘器与卧式洗涤塔,卧式洗涤塔一方面可作为湿式除尘器,另一方面也可以作为酸洗处理器。因此,本发明的烟气处理设备充分考虑了扬尘及二次焚烧后遗留下的污染物的处理方式,也更适应污染程度大、污染物较复杂的场地修复。
在一些实施方式中,烟气处理设备还包括文丘里脱酸脱二噁英装置,文丘里脱酸脱二噁英装置包括消石灰料罐、活性炭料罐、文丘里混合器和螺旋喷吹管,消石灰料罐和活性炭料罐的出料端通过对应的星型卸料器共同连通文丘里混合器的进料口,文丘里混合器的一端设有进风口,进风口连通一第二风机,文丘里混合器的另一端设有与螺旋喷吹管一端连通的出风/料口,螺旋喷吹管的另一端连通至布袋除尘器前的烟气管道,消石灰料罐和活性炭料罐中的消石灰、活性炭粉末经压缩空气喷入文丘里混合器与经半干急冷塔降温后的烟气混合。由于烟气经过半干急冷塔后可能还会有少量的二噁英逃逸及水汽带入后段系统。为了充分去除二噁英,以及保护布袋除尘器的滤袋和布袋壳体。本发明设置了文丘里脱酸脱二噁英装置,消石灰料罐和活性炭料罐中的消石灰、活性炭粉末经压缩空气喷入文丘里混合器,然后在第二风机的作用下,将文丘里混合器中的物料经过螺旋喷吹管喷射到布袋除尘器前的烟气管道里与经半干急冷塔降温后的烟气混合,活性炭吸收烟气中的二噁英,消石灰吸收烟气中的酸性气体和水汽。本发明可以有效延长布袋除尘器的滤袋和布袋壳体的使用寿命,还能有效避免因水汽过大导致的滤袋产生糊袋现象。
在一些实施方式中,出料设备包括连通烘干窑设备的第一螺旋出灰机、连通旋风除尘器的第二螺旋出灰机、连通布袋除尘器的第三螺旋出灰机、犁刀混合器以及皮带输送机,第一螺旋出灰机、第二螺旋出灰机和第三螺旋出灰机的出料端分别连通犁刀混合器的进料端,用于将烘干窑设备、旋风除尘器以及布袋除尘器中排出的物料共同送入犁刀混合器中加水搅拌,皮带输送机设置于犁刀混合器的出料端,用于输送从犁刀混合器出料端出来的物料至指定的物料堆放点。从螺旋出灰机输出的物料由于含水率低,易造成扬尘污染。同时由于从螺旋出灰机输出的物料粒径小、土质密度大,加水抑制扬尘如果放在螺旋出灰机中进行则容易导致水和物料混合后粘结在螺旋出灰机的螺旋片上,加大螺旋输送阻力,螺旋轴容易断裂。本发明将含水率低的物料恢复性状放在犁刀混合器中,能够有效的避免这种情况发生,防止出灰机螺旋轴断裂,延长出灰机的使用寿命;此外,通过皮带输送机能够将从犁刀混合器出料端出来的物料输送至指定的物料堆放点,物料输送的连续性好,不会造成物料输送点杂乱,进而有效减少扬尘的出现。本发明的出料设备能够解决物料输送连续性差、控制扬尘大等技术问题,同时能够解决物料加水混合后,物料粘壁、出料含水率不稳定的工况。
在一些实施方式中,犁刀混合器包括机架、料筒、第一驱动件、旋转轴、犁刀片以及喷淋头,第一驱动件、旋转轴和料筒均安装于机架,犁刀片安装于旋转轴且位于料筒内,旋转轴通过轴承座可转动地安装于机架,第一驱动件与旋转轴动力连接,配置为驱动旋转轴旋转,犁刀片配置为对进入料筒内的物料进行搅拌以及对粘附在料筒内壁的物料进行刮除,喷淋头与料筒相连通,配置为往料筒内加水。由此,本发明将含水率低的物料恢复性状放在犁刀混合器中进行,好处在于犁刀片可以刮掉粘结在筒体上的泥块,防止螺旋轴断裂;且由于犁刀片间隙大,对于加水搅拌后不均匀导致的块状物料,可以留出足够空间使物料排出,避免旋转轴断裂情况的发生,保证犁刀混合器本身的使用寿命。
在一些实施方式中,喷淋头为多个。由此,喷淋头设置为多个,可以加快加水喷淋效率,同时还可以保证物料与水混合得更加均匀。
在一些实施方式中,皮带输送机包括第一皮带输送机和第二皮带输送机,第一皮带输送机用于承接和输送犁刀混合器以及第一螺旋出灰机输出的物料,第二皮带输送机设置于第一皮带输送机后方且第二皮带输送机的输送首端位于第一皮带输送机的输送末端的下方,第二皮带输送机用于承接第一皮带输送机输送过来的物料并继续输送至输送末端进入相应的物料堆放点。
在一些实施方式中,出料设备还包括弧形轨道,第二皮带输送机包括输送机本体、旋转支座、滚轮、动力支座和第二驱动件,旋转支座设置于输送机本体的输送前端的下部,整个第二皮带输送机能以该旋转支座为轴心进行转动,动力支座设置于输送机本体的输送末端的下部,滚轮和第二驱动件设置于动力支座的底部,第二驱动件与滚轮动力连接,用于驱动滚轮旋转,滚轮可滚动地设置于弧形轨道上,弧形轨道不同角度对应弧位设有相应的物料堆积点。由此,本发明的第二皮带输送机为旋转式皮带输送机,在第二驱动件的驱动下,滚轮沿着弧形轨道滚动,带动动力支座和输送机本体一起以旋转支座为轴心进行转动,将输送机本体上的物料输送至不同的物料堆积点,输送的连续性好,且输送后的物料堆积有序,进而有效控制扬尘。
在一些实施方式中,二次燃烧室上设有氨水雾化器。由此,氨水雾化器能利用压缩空气以一定压力将氨水雾化成水雾颗粒喷入二次燃烧室内,覆盖于室体横截面,烟气经过水雾横截面与氨水产生化学反应,有效去除烟气中的氮氧化物。
根据本发明的另一个方面,还提供了一种污染土壤热脱附修复系统的应用方法,包括以下步骤:
S1、热脱附系统的组装:通过运输车将安装调试完成的烘干窑设备和烟气处理设备运输至修复场地,然后将进料设备、出料设备以及气体排放设备与烘干窑设备、烟气处理设备连接,完成组装;
S2、进料:通过人工或者机械将待修复的土壤加入到料仓中,料仓中的物料通过皮带刮料机定量给料到斗式提升机,斗式提升机再按照设定的速率将物料输送到星型卸料器,星型卸料器定量下料至烘干窑的窑头罩内;
S3、烘干窑处理:烘干窑将进入烘干窑的土壤加热至200~600℃,土壤停留时间为10~30分钟,将土壤中含有的污染物质脱附出来,烟气从窑尾排至后续的烟气处理设备中;
S4、烟气处理:由烘干窑设备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进行燃烧排出高温烟气,高温烟气进入半干急冷塔进行冷却,然后依次进入布袋除尘器、卧式洗涤塔处理,从卧式洗涤塔排出的洁净尾气经第一风机引入气体排放设备排放;
烟气在二次燃烧室停留2S以上,温度控制在900~1100℃;
半干急冷塔使从二次燃烧室出来的900~1100℃的烟气在1.5秒内被冷却至200℃;
烟气进入布袋除尘器前,在第二风机的作用下,消石灰料罐和活性炭料罐中的消石灰、活性炭粉末经压缩空气喷入文丘里混合器与经半干急冷塔降温后的烟气混合;
S5、出料:步骤S2中烘干窑处理后的土壤经连通烘干窑的第一螺旋出灰机输送至犁刀混合器,步骤S3中旋风除尘器处理后的土壤经连通旋风除尘器的第二螺旋出灰机输送至犁刀混合器,步骤S3中布袋除尘器处理后的土壤经连通布袋除尘器的第三螺旋出灰机输送至犁刀混合器,然后共同在犁刀混合器中加水混合搅拌,混合均匀后的物料经犁刀混合器的出料端排出至皮带输送机的上方,皮带输送机再将物料输送至指定的物料堆放点。
在一些实施方式中,在步骤S1中,热脱附系统的组装具体包括以下步骤:
S101、运输车1的准备:准备两辆相同大小的运输车(1A车和1B车);
S102、1A车设备的组装:在1A车上安装烘干窑燃烧机、烘干窑、旋风除尘器、二次燃烧室燃烧机、二次燃烧室等设备;
S103、1B车设备的组装:在1B车上安装半干急冷塔、布袋除尘器、第一风机;卧式洗涤塔、文丘里脱酸脱二噁英装置等设备;
S104、气体排放设备的组装:将气体排放设备安装在卧式洗涤塔的后面;
S105、一体式检修平台的安装:在1A车、1B车的承载底板四周设有套筒,一体式检修平台12的框架插入套筒内;
S106、运输车现场微调:在1A车与1B车的尾处均设有红外线垂直仪,现场两车就位可通过红外线垂直仪做局部微调;
S107、进料设备与出料设备的组装:将进料设备与出料设备与运输车1 上已经安装完成的设备进行连接。
由此,本发明的热脱附系统组装方便快速,设备布局紧密配合,同时留足了可供维修操作的空间,维修方便。
本发明的有益效果:
1、本发明的车载式异位直接热脱附系统将除进、出料设备以外的其他设备均设置于平板车上,且在出产前安装调试完成,节省了项目现场需要做土建、安装、调试以及拆装周期长的问题;
2、全车设备高度控制在4米以内,宽度控制在3米以内,长度控制在 17.5米以内,满足《道路大型物件运输管理办法》一级大型物件等级标准,运输方便;
3、本发明的车载式异位直接热脱附系统完全做到了项目现场即插即用,对于土方量较小、总价较低的修复项目,可节约较大成本。
4、本发明的车载式异位直接热脱附系统适用于处理挥发性和半挥发性有机污染物的土壤、污泥、沉淀物、滤渣等污染场地的修复,使修复后的土壤可再利用。特别对于处理一些突发性的有机污染环境事故,如由于意外泄露、倾倒而发生的突发性土壤污染事故的应急修复,此系统可以做到快捷处理,并且不会造成二次污染;
5、本发明的进料过程设计了皮带刮料机、斗式提升机、星型卸料器三道匀速给料机构,确保物料以设定处理量均匀送入烘干窑设备,保证前期物料稳定、连续、均匀的输送效果;
6、本发明设置了文丘里脱酸脱二噁英装置,可以有效延长布袋除尘器的滤袋和布袋壳体的使用寿命,还能有效避免因水汽过大导致的滤袋产生糊袋现象;
7、本发明将含水率低的物料恢复性状放在犁刀混合器中,能够有效防止出灰机螺旋轴断裂,延长出灰机的使用寿命;通过皮带输送机能够将从犁刀混合器出料端出来的物料输送至指定的物料堆放点,物料输送的连续性好,不会造成物料输送点杂乱,进而有效减少扬尘的出现。本发明的出料设备能够解决物料输送连续性差、控制扬尘大等技术问题,同时能够解决物料加水混合后,物料粘壁、出料含水率不稳定的工况。
附图说明
图1为本发明的车载式异位直接热脱附系统的系统框图;
图2为本发明的车载式异位直接热脱附系统的俯视布局示意图;
图3为图2所示的车载式异位直接热脱附系统的侧视结构示意图之一;
图4为图2所示的车载式异位直接热脱附系统的侧视结构示意图之二;
图5为图1所示的车载式异位直接热脱附系统的进料设备的结构示意图;
图6为图1所示的车载式异位直接热脱附系统的烘干窑设备的结构示意图;
图7为图1所示的车载式异位直接热脱附系统的文丘里脱酸脱二噁英装置的结构示意图;
图8为图1所示的车载式异位直接热脱附系统的出料设备的结构示意图;
图9为图8所示的出料设备的犁刀混合器的结构示意图;
图10为图9所示的犁刀混合器的俯视结构示意图;
图11为图8所示的出料设备的第二皮带输送机的结构示意图;
图12为图11所示的第二皮带输送机的侧视结构示意图;
图13为利用本发明的车载式异位直接热脱附系统进行修复处理后的土壤的出土数据表;
图14为本发明的车载式异位直接热脱附系统的气体排放设备排出的气体的检测结果统计表。
图1~14中的附图标记:1-运输车;2-进料设备;3-烘干窑设备;4-烟气处理设备;5-出料设备;6-气体排放设备;11-承载底板;12-一体式检修平台;21-料仓;22-皮带刮料机;23-斗式提升机;24-星型卸料器;31-烘干窑燃烧机;32-烘干窑;33-密封装置;34-底座;41-旋风除尘器;42-二次燃烧室燃烧机;43-二次燃烧室;44-半干急冷塔;45-布袋除尘器;46-第一风机;47-卧式洗涤塔;48-文丘里脱酸脱二噁英装置;49-氨水雾化器;51-第一螺旋出灰机;52-第二螺旋出灰机;53-第三螺旋出灰机;54-犁刀混合器; 55-第一皮带输送机;56-第二皮带输送机;57-弧形轨道;481-消石灰料罐; 482-活性炭料罐;483-文丘里混合器;484-螺旋喷吹管;485-第二风机;541- 机架;542-料筒;543-第一驱动件;544-旋转轴;545-犁刀片;546-喷淋头; 547-固定支架;548-轴套;561-旋转支座;562-动力支座;563-滚轮;564- 第二驱动件;565-输送机本体;542a-第一进料口;542b-第二进料口;542c- 混合器出料口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1~14示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的车载式异位直接热脱附系统。
如图1~14所示,该车载式异位直接热脱附系统包括运输车1、进料设备2、烘干窑设备3、烟气处理设备4、出料设备5以及气体排放设备6。
本实施方式的运输车1可采用市面上常用的平板运输车1,运输到位后车头与平板车体可分开。本实施方式的运输车1包括承载底板11、设置于承载底板11底部的车轮以及设置承载底板11上方的一体式检修平台12。烘干窑设备3和烟气处理设备4通过螺栓等紧固件固定安装于承载底板11 上。进料设备2的出料端与烘干窑设备3的进料端连接,烘干窑设备3的出气端与烟气处理设备4的进气端连接。烘干窑设备3的出料端、烟气处理设备4的出料端均与出料设备5的进料端连接。气体排放设备6与烟气处理设备4连接。
本实施方式的运输车1全车设备高度控制在4米以内,宽度控制在3 米以内,长度控制在17.5米以内,满足《道路大型物件运输管理办法》一级大型物件等级标准,运输方便。本实施方式的一体式检修平台12可以为铝合金钢架等结构组成,一体式检修平台12可通过套装等方式与承载底板 11可拆卸连接。由此,本发明在车体架构上,设计了高度为3.2米的一体式检修平台12,所有设备的检修,除可以在承载底板11上操作之外,还可以在一体式检修平台12进行;一体式检修平台12的设置不仅充分利用了承载底板11上的空间,而且还可以达到较高设备检修之目的,且一体式检修平台12固定可以设置为套筒式,方便拆卸。
如图5所示,本实施方式的进料设备2包括依次连接的料仓21、皮带刮料机22、斗式提升机23和星型卸料器24。星型卸料器24的出料端与烘干窑设备3的进料端连接。料仓21通过皮带刮料机22定量给料到斗式提升机23,斗式提升机23按照设计的速率将物料输送到星型卸料器24,星型卸料器24定量下料至烘干窑32的窑头罩内。由此,本发明的进料过程设计了皮带刮料机22、斗式提升机23、星型卸料器24三道匀速给料机构,确保物料以设定处理量均匀送入烘干窑设备3,保证前期物料稳定、连续、均匀的输送效果。此外,本发明的斗式提升机23为密闭装置,能够防止雨天加大土壤含水率及造成进料前不必要的扬尘污染。
如图1~7所示,本实施方式的烟气处理设备4包括通过烟气管道依次连接的旋风除尘器41、二次燃烧室43、半干急冷塔44、布袋除尘器45以及卧式洗涤塔47。旋风除尘器41与烘干窑设备3的出气端连通,卧式洗涤塔47与气体排放设备6连通。由烘干窑设备3排出的烟气连通至旋风除尘器41,由旋风除尘器41排出的烟气进入二次燃烧室43进行燃烧排出高温烟气,高温烟气进入半干急冷塔44进行冷却然后依次进入布袋除尘器45、卧式洗涤塔47处理,从卧式洗涤塔47排出的洁净尾气经第一风机46引入气体排放设备6排放。
本实施方式的烘干窑设备3包括烘干窑燃烧机31、烘干窑32、密封装置33和底座34。烘干窑燃烧机31设置于烘干窑32的头部,底座34设置于烘干窑32的底部,用于支持烘干窑32。底座34为一体式底座34,省去了现场安装校准的时间。密封装置33设置于烘干窑32的窑头罩、窑尾罩。具体是在窑头罩、窑尾罩均采用了现有的鱼鳞片密封法+迷宫式密封法的双重密封结构,能够完全杜绝扬尘逃逸。
二次燃烧室43上设有氨水雾化器49。本实施方式的氨水雾化器49可以为市面上常用的氨水枪。由此,氨水雾化器49能利用压缩空气以一定压力将氨水雾化成水雾颗粒喷入二次燃烧室43内,覆盖于室体横截面,烟气经过水雾横截面与氨水产生化学反应,化学方程式如下:
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O;
4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O;
8NH3+6NO2→7N2+12H2O。
由此,本发明的二次燃烧室43能够有效去除烟气中的氮氧化物。
本实施方式的烟气处理设备4还包括文丘里脱酸脱二噁英装置48。文丘里脱酸脱二噁英装置48包括消石灰料罐481、活性炭料罐482、文丘里混合器483和螺旋喷吹管484。消石灰料罐481和活性炭料罐482的出料端通过对应的星型卸料器24共同连通文丘里混合器483的进料口。文丘里混合器483的一端设有进风口,进风口连通一第二风机485,文丘里混合器 483的另一端设有与螺旋喷吹管484一端连通的出风/料口,螺旋喷吹管484 的另一端连通至布袋除尘器45前的烟气管道。消石灰料罐481和活性炭料罐482中的消石灰、活性炭粉末经压缩空气喷入文丘里混合器483与经半干急冷塔44降温后的烟气混合。本实施方式的文丘里混合器483的进风口与出风/料口之间形成的风道至少经过消石灰料罐481和活性炭料罐482对应的文丘里混合器483进料口。消石灰料罐481对应的文丘里混合器483 进料口靠近文丘里混合器483进风口的位置,活性炭料罐482对应的文丘里混合器483进料口靠近文丘里混合器483出风/料口的位置,使得活性炭先进入布袋除尘器45中吸附二噁英。第二风机485可采用罗茨风机。由于烟气经过半干急冷塔44后可能还会有少量的二噁英逃逸及水汽带入后段系统。为了充分去除二噁英,以及保护布袋除尘器45的滤袋和布袋壳体。本发明设置了文丘里脱酸脱二噁英装置48,消石灰料罐481和活性炭料罐482 中的消石灰、活性炭粉末经压缩空气喷入文丘里混合器483,然后在第二风机485的作用下,将文丘里混合器483中的物料经过螺旋喷吹管484喷射到布袋除尘器45前的烟气管道里与经半干急冷塔44降温后的烟气混合,活性炭吸收烟气中的二噁英,消石灰吸收烟气中的酸性气体和水汽。本发明可以有效延长布袋除尘器45的滤袋和布袋壳体的使用寿命,还能有效避免因水汽过大导致的滤袋产生糊袋现象。
如图1~6以及图8~12所示,本实施方式的出料设备5包括连通烘干窑设备3的第一螺旋出灰机51、连通旋风除尘器41的第二螺旋出灰机52、连通布袋除尘器45的第三螺旋出灰机53、犁刀混合器54以及皮带输送机。第一螺旋出灰机51、第二螺旋出灰机52和第三螺旋出灰机53的出料端分别连通犁刀混合器54的进料端,用于将烘干窑设备3、旋风除尘器41以及布袋除尘器45中排出的物料共同送入犁刀混合器54中加水搅拌。皮带输送机设置于犁刀混合器54的出料端,用于输送从犁刀混合器54出料端出来的物料至指定的物料堆放点。本实施方式的第一螺旋出灰机51为双螺旋出灰机,第二螺旋出灰机52、第三螺旋出灰机53为单螺旋出灰机。
本实施方式的犁刀混合器54包括机架541、料筒542、第一驱动件543、旋转轴544、犁刀片545以及喷淋头546。机架541一般放置于地面,第一驱动件543、旋转轴544和料筒542均固定安装于机架541。犁刀片545通过螺栓或者螺丝等紧固件安装于旋转轴544且位于料筒542内,旋转轴544 的两端通过轴承座可转动地安装于机架541。第一驱动件543与旋转轴544 动力连接,配置为驱动旋转轴544旋转。本实施方式的第一驱动件543可以为减速电机。犁刀片545配置为对进入料筒542内的物料进行搅拌以及对粘附在料筒542内壁的物料进行刮除。喷淋头546与料筒542相连通,配置为往料筒542内加水。
喷淋头546为多个,本实施方式的喷淋头546为三个,三个喷淋头546 沿料筒542的上端外壁呈直线依次排列。喷淋头546通过供水管道外接外界水源。由此,喷淋头546设置为多个,可以加快加水喷淋效率,同时还可以保证物料与水混合得更加均匀。
料筒542上开设有第一进料口542a、第二进料口542b和混合器出料口 542c。第一螺旋出灰机51、第二螺旋出灰机52的出料端连通第一进料口 542a,第三螺旋出灰机53的出料端连通第二进料口542b,混合器出料口 542c设置于料筒542的下端且正好位于皮带输送机的上方。由此,从第一螺旋出灰机51输出的物料以及第二螺旋出灰机52输出的物料从第一进料口542a进入料筒542,从第三螺旋出灰机53输出的物料从第二进料口542b 进入料筒542,经料筒542内犁刀片545的搅拌混合以及刮除内壁物料后,物料会从料筒542底部的混合器出料口542c排出至皮带输送机的上方。
本实施方式的犁刀混合器54还包括轴套548和固定支架547。轴套548 套设于旋转轴544的外周且安装于料筒542。本实施方式的固定支架547 为多个。固定支架547的一端与轴套548固定连接,另一端与料筒542的内壁固定连接。由此,轴套548用于保护旋转轴544,而固定支架547用于实现套设于旋转轴544外周的轴套548的固定,轴套548和固定支架547的设置大大提高了犁刀混合器54的稳定性和安全性。
本实施方式的皮带输送机包括第一皮带输送机55和第二皮带输送机 56。第一皮带输送机55用于承接和输送犁刀混合器54以及第一螺旋出灰机51输出的物料。第二皮带输送机56设置于第一皮带输送机55后方且第二皮带输送机56的输送首端位于第一皮带输送机55的输送末端的下方。第二皮带输送机56用于承接第一皮带输送机55输送过来的物料并继续输送至输送末端进入相应的物料堆放点。第一皮带输送机55两端高度基本相同,为市面上常见的输送机,通过电机带动皮带旋转,完成输送。第二皮带输送机56为倾斜设置的旋转输送机,第二皮带输送机56远离第一皮带输送机55的一端的高度高于靠近第一皮带输送机55的一端的高度。
应用于土壤修复设备的出料装置还包括设置于地面的弧形轨道57。第二皮带输送机56包括输送机本体565、旋转支座561、滚轮563、动力支座 562和第二驱动件564。旋转支座561设置于输送机本体565的输送前端的下部,整个第二皮带输送机56能以该旋转支座561为轴心进行转动。动力支座562设置于输送机本体565的输送末端的下部,滚轮563和第二驱动件564设置于动力支座562的底部。如图12所示,本实施方式的滚轮563 为两个。第二驱动件564与滚轮563动力连接,用于驱动滚轮563旋转。本实施方式的第二驱动件564可以为伺服电机,可以通过皮带等传动方式驱动滚轮563旋转。滚轮563可滚动地设置于弧形轨道57上,弧形轨道57 不同角度对应弧位设有相应的物料堆积点。由此,本发明的第二皮带输送机56为旋转式皮带输送机,在第二驱动件564的驱动下,滚轮563沿着弧形轨道57滚动,带动动力支座562和输送机本体565一起以旋转支座561 为轴心进行转动,将输送机本体565上的物料输送至不同的物料堆积点,输送的连续性好,且输送后的物料堆积有序,进而有效控制扬尘。
从螺旋出灰机输出的物料由于含水率低,易造成扬尘污染。同时由于从螺旋出灰机输出的物料粒径小、土质密度大,加水抑制扬尘如果放在螺旋出灰机中进行则容易导致水和物料混合后粘结在螺旋出灰机的螺旋片上,加大螺旋输送阻力,螺旋轴容易断裂。本发明将含水率低的物料恢复性状放在犁刀混合器54中,能够有效的避免这种情况发生,防止出灰机螺旋轴断裂,延长出灰机的使用寿命;此外,通过皮带输送机能够将从犁刀混合器54出料端出来的物料输送至指定的物料堆放点,物料输送的连续性好,不会造成物料输送点杂乱,进而有效减少扬尘的出现。本发明的出料设备5能够解决物料输送连续性差、控制扬尘大等技术问题,同时能够解决物料加水混合后,物料粘壁、出料含水率不稳定的工况。
根据本发明的另一个方面,还提供了一种车载式异位直接热脱附系统的应用方法,包括以下步骤:
S1、热脱附系统的组装:通过运输车1将安装调试完成的烘干窑设备3 和烟气处理设备4运输至修复场地,然后将进料设备2、出料设备5以及气体排放设备6与烘干窑设备3、烟气处理设备4连接,完成组装。
如图2所示,在本步骤中,热脱附系统的组装具体包括以下步骤:
S101、运输车1的准备:准备两辆相同大小的运输车1(1A车和1B 车),然后将烘干窑设备3和烟气处理设备4的部分设备分别安装于1A车和1B车;
S102、1A车设备的组装:在1A车上安装烘干窑燃烧机31、烘干窑32、旋风除尘器41、二次燃烧室燃烧机42、二次燃烧室43等设备;
1A车上设备的安装顺序为:烘干窑32通过一体式底座34安装于车载底板11就位后,烘干窑燃烧机31安装于窑头罩端面;然后依次安装旋风除尘器41、二次燃烧室43和二次燃烧室燃烧机42。安装时,烘干窑32与旋风除尘器41之间需要留出足够的人工检修位置。两个旋风除尘器41之间需留出供二次燃烧室燃烧机42退膛位置,二次燃烧室43置于车尾部,二次燃烧室43清灰口位于车尾最末端,方便人工清灰。
S103、1B车设备的组装:在1B车上安装半干急冷塔44、布袋除尘器 45、第一风机46;卧式洗涤塔47、文丘里脱酸脱二噁英装置48等设备;
与1A车的设备安装顺序相比,1B车设备的安装顺序为倒序安装。1B 车设备的安装顺序具体为:半干急冷塔44位于车尾,然后安装布袋除尘器 45,布袋除尘器45与半干急冷塔44之间留出必要的人工检修通道;然后安装在布袋除尘器45的左侧安装文丘里脱酸脱二噁英装置48,充分利用车底板空间,后续第一风机46、卧式洗涤塔47等设备依次安装。
S104、气体排放设备6的组装:将气体排放设备6安装在卧式洗涤塔 47的后面。
S105、一体式检修平台12的安装:在1A车、1B车的承载底板11四周设有套筒,一体式检修平台12的框架出厂前插入套筒内。一体式检修平台12的栏杆也为套筒式。由此,一体式检修平台12安装拆卸方便且便于运输,可移动性强。
S106、运输车1现场微调:在1A车与1B车的尾处均设有红外线垂直仪,现场两车就位可通过红外线垂直仪做局部微调,确保车辆就位准确无误,方便二次燃烧室43与半干急冷塔44之间烟道的安装。
S107、进料设备2与出料设备5的组装:将进料设备2与出料设备5 与运输车1上已经安装完成的设备进行连接。进料设备2与出料设备5均为一体式结构,且配置有可移动式脚轮,现场人工推动进料设备2与出料设备5与运输车1上的设备进行对接,方便快捷。
S2、进料:通过人工或者机械将待修复的土壤加入到料仓21中,料仓 21中的物料通过皮带刮料机22定量给料到斗式提升机23,斗式提升机23 再按照设定的速率将物料输送到星型卸料器24,星型卸料器24定量下料至烘干窑32的窑头罩内。
S3、烘干窑32处理:烘干窑32将进入烘干窑32的土壤加热至 200~600℃,土壤停留时间为10~30分钟,将土壤中含有的污染物质脱附出来,烟气从窑尾排至后续的烟气处理设备4中。
针对污染土壤平均含水率为20%,一般土壤中SVOC、VOC、PCBS 等污染物在200~400℃之间停留时间在15分钟左右将被完全脱附。
本工序中的烘干窑32采用顺流式加热,土壤可升温至200~600℃,停留时间为10~30分钟,将土壤中含有的污染物质脱附出来,烟气至后续处理工段。处理后的土壤经过第一螺旋出灰机51排至犁刀混合器54恢复土壤性状,然后再排放至指定位置。
S4、烟气处理:由烘干窑设备3排出的烟气连通至旋风除尘器41,由旋风除尘器41排出的烟气进入二次燃烧室43进行燃烧排出高温烟气,高温烟气进入半干急冷塔44进行冷却,然后依次进入布袋除尘器45、卧式洗涤塔47处理,从卧式洗涤塔47排出的洁净尾气经第一风机46引入气体排放设备6排放。
由烘干窑设备3排出的烟气中含有大量的粉尘,烟气先通过旋风除尘将尾气中大颗粒的粉尘去除,以确保后期二次燃烧室43、半干急冷塔44 等设备中粉尘含量,更有效的使烟气在二次燃烧室43中得到处理。同时为后续布袋除尘减轻一定的工作负荷。
由于土壤污染中还有PCBS等多氯联苯物质,在明火条件下,温度达到200~500℃时会产生致癌物质二噁英。二噁英在900℃以上停留2S即可完全分解,针对这一特性,工艺上将烟气在二次燃烧室43停留2S以上,温度控制在900~1100℃的方式将二噁英完全分解。同时将烘干窑32脱附设备中脱附出的烟气,在高温中完全氧化生成各种最高价氧化物,从而达到无害化的目的。
二噁英被高温氧化后,必须通过急冷在2S内温度从900℃降低至200℃以下,才能防止其再次生成。因此选择急冷塔将温度从二次燃烧室43出来的900~1100℃的温度1.5S内降至200℃,以防止二噁英的再次生成。同时满足后期布袋的进气需求。
烟气进入布袋除尘器45前,文丘里脱酸脱二噁英装置48工作,在第二风机485的作用下,消石灰料罐481和活性炭料罐482中的消石灰、活性炭粉末经压缩空气喷入文丘里混合器483与经半干急冷塔44降温后的烟气混合。
布袋除尘器45是一种干式滤尘装置。它适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。滤袋采用PTFE+PTFE覆膜材质制成,对含尘气体进行过滤,当含尘气体进入袋式除尘器后,颗粒大、比重大的粉尘,由于重力的作用沉降下来,落入灰斗,含有较细小粉尘的气体在通过滤料时,粉尘被阻留,使气体得到净化。本实施方式的布袋除尘器45采用气箱式结构,离线清灰,清灰效果更加彻底。
卧式洗涤塔47采用卧式多层填料废气吸收塔。废气气体从塔体侧方进气口进入废气吸收塔,在第一风机46的动力作用下,迅速充满进气段空间,然后均匀地通过均流段上升到第一级填料吸收段。在填料的表面上,气相中酸性物质与液相中碱性物质发生化学反应。反应生成物油(多数为可溶性盐类)随吸收液流入下部贮液槽。未完全吸收的废气气体继续进入第一级喷淋段。在喷淋段中吸收液从均布的喷嘴高速喷出,形成无数细小雾滴与气体充分混合、接触、继续发生化学反应。在喷淋段及填料段两相接触的过程也是材热与传质的过程。通过控制废气洗涤塔流速与滞贮时间保证这一过程的充分与稳定。对于某些化学活泼性较差的酸性气体,尚需在吸收液中加入一定量的表面活性剂。塔体的最上部是除雾段,气体中所夹带的吸收液雾滴在这里被清除下来,经过处理后的洁净空气从废气吸收塔另一侧进入气体排放设备6排入大气,本实施方式的气体排放设备6可以为烟囱,并可在烟囱上设置CEMS监控系统。
S5、出料:步骤S2中烘干窑32处理后的土壤经连通烘干窑32的第一螺旋出灰机51输送至犁刀混合器54,步骤S3中旋风除尘器41处理后的土壤经连通旋风除尘器41的第二螺旋出灰机52输送至犁刀混合器54,步骤 S3中布袋除尘器45处理后的土壤经连通布袋除尘器45的第三螺旋出灰机 53输送至犁刀混合器54,然后共同在犁刀混合器54中加水混合搅拌,混合均匀后的物料经犁刀混合器54的出料端排出至皮带输送机的上方,皮带输送机再将物料输送至指定的物料堆放点。
如图13~图14所示,在某土壤修复场地,采用本发明的车载式异位直接热脱附系统进行土壤修复,处理后的土壤以及从气体排放设备6排放的气体均达标。
本发明的车载式异位直接热脱附系统的优点在于:
1、本发明的车载式异位直接热脱附系统将除进、出料设备5以外的其他设备均设置于平板车上,且在出产前安装调试完成,节省了项目现场需要做土建、安装、调试以及拆装周期长的问题。
2、本设备设计处理污染土壤量4~5t/h,可连续不间断运行。主要应用于地块较小的污染场地。全车设备高度控制在4米以内,宽度控制在3米以内,长度控制在17.5米以内,满足《道路大型物件运输管理办法》一级大型物件等级标准,运输方便。
3、本发明的车载式异位直接热脱附系统完全做到了项目现场即插即用,对于土方量较小、总价较低的修复项目,可节约较大成本。
4、本发明的车载式异位直接热脱附系统适用于处理挥发性和半挥发性有机污染物的土壤、污泥、沉淀物、滤渣等污染场地的修复,使修复后的土壤可再利用。特别对于处理一些突发性的有机污染环境事故,如由于意外泄露、倾倒而发生的突发性土壤污染事故的应急修复,此系统可以做到快捷处理,并且不会造成二次污染。
5、本发明的进料过程设计了皮带刮料机22、斗式提升机23、星型卸料器24三道匀速给料机构,确保物料以设定处理量均匀送入烘干窑设备3,保证前期物料稳定、连续、均匀的输送效果。
6、本发明设置了文丘里脱酸脱二噁英装置48,可以有效延长布袋除尘器45的滤袋和布袋壳体的使用寿命,还能有效避免因水汽过大导致的滤袋产生糊袋现象。
7、本发明将含水率低的物料恢复性状放在犁刀混合器54中,能够有效防止出灰机螺旋轴断裂,延长出灰机的使用寿命;通过皮带输送机能够将从犁刀混合器54出料端出来的物料输送至指定的物料堆放点,物料输送的连续性好,不会造成物料输送点杂乱,进而有效减少扬尘的出现。本发明的出料设备5能够解决物料输送连续性差、控制扬尘大等技术问题,同时能够解决物料加水混合后,物料粘壁、出料含水率不稳定的工况。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。