CN111167847B - 一种余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法及系统，夹套式预热窑带动污染土壤旋转，高温烟气流经夹套空间间接预热土壤至70～80℃后送至加热窑；热风炉通过汇合天然气和经过气气换热器加热后的300℃的清洁空气，经燃烧器燃烧产生高温烟气并且输送至加热窑继续加热处理污染土壤；加热完土壤后，携带挥发/半挥发性有机污染物的高温废气经除尘后，在高温氧化室内900‑1000℃进一步燃烧，使污染物的彻底氧化处理；高温氧化室排出的高温烟气经过夹套式预热窑回用预热污染土壤；从夹套式预热窑流出的600～700℃烟气通入气气换热器，加热清洁空气后温度下降至500℃，再流入到急冷塔中急冷至200℃以下。本发明实现了高温烟气的余热梯级高效利用，可有效避免二次污染物的排放。

Description

一种余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法及系统

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，特别涉及一种余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法及系统，既可利用高温烟气间接加热预热窑内土壤，也可通过热热交换加热引入的新鲜空气，配以完整的尾气处理工艺，从而实现精确节能减排的效果，起到降本增效的效果，实现高效节能清洁地对有机污染场地进行异位热脱附修复过程。

背景技术

近年来，在城市污染企业搬迁后遗留、遗弃的工业污染场地中，苯系物、石油烃、多环芳烃、有机农药杀虫剂等可挥发性污染物被高频率检出，这些污染物极易扩散到环境中危害居民健康和环境安全。针对该类有机污染物，异位热脱附作为一种有效的修复技术，具有污染物去除率高、修复周期短、适用性强等优势，因而在有机污染场地土壤修复工程中得到普遍应用。该技术的基本原理是将受污染的土壤从地块发生污染的原来位置挖掘出来，搬运或转移到其他场所或位置，通过直接或间接加热，使土壤达到一定温度，其中的有机污染物向气相迁移进而挥发、分离，再通过尾气处理系统彻底去除，实现尾气最终达标排放。

在异位热脱附修复技术的实际应用过程中，主要的研发方向是多种污染物类型协同处置，减少有害气体排放以及燃烧热能利用率的提高。土壤异位热脱附技术发展至今，由于国外能源费用成本较低，应用中并未过多考虑节能因素，相关研究较少，导致能耗较高，处理过程中大量热能消耗随高温尾气散失，其热损失为30％～60％，为热脱附系统中热能损失的主要部分，造成极大浪费，亟需研究和提出热脱附装备节能降耗方案。

目前，热脱附设备的余热回用多采用热烟气回流的方式，将部分高温氧化室中高温尾气导流至预热窑中，用以加热土壤及助燃空气，该方法会导致设备内粉尘含量较高，除尘器压力较大。另一类余热回用装置则采用热热交换方式，通过热尾气加热引风机中的新鲜空气，该方法对余热利用不够充分，仍有部分热能随尾气散失。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法及系统，基于热烟气回流及热热交换的综合回用方法，既可利用高温烟气间接加热预热窑内土壤，也可通过热热交换加热引入的新鲜空气，配以完整的尾气处理工艺，从而实现精确节能减排的效果，起到降本增效的效果。

技术方案如下：

一种余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法：

夹套式预热窑带动污染土壤旋转，高温烟气流经夹套空间间接预热土壤至70～80℃后送至加热窑；热风炉通过汇合天然气和经过气气换热器加热后的300℃的清洁空气，经燃烧器燃烧产生高温烟气并且输送至加热窑继续加热处理污染土壤；加热完土壤后，携带挥发/半挥发性有机污染物的高温废气经除尘后，在高温氧化室内(900-1000℃)进一步燃烧，实现污染物的彻底氧化处理；高温氧化室排出的高温烟气经过夹套式预热窑回用预热污染土壤；从夹套式预热窑流出的600～700℃烟气通入气气换热器，加热清洁空气后温度下降至500℃，再流入到急冷塔中急冷至200℃以下，避免二噁英类物质的再生成。

优选的，所述气气换热器为竖向的列管式换热器，高温烟气走管内，新鲜空气走管外，内部同时设置多层隔板以增加空气在换热器内的流通路径以充分吸收烟气中的热量。

优选的，经急冷塔急冷后的气体再经过活性炭喷射耦合布袋除尘器进一步脱除污染物并通过消石灰中和酸性气体。

一种余热梯级高效利用的新型异位热脱附装置，用于执行上述方法，包括进料仓、皮带输送机、夹套式预热窑、热风炉、加热窑、旋风分离器、高温氧化室、气气换热器、急冷塔、活性炭罐、消石灰罐、布袋除尘器、水箱、冷却窑、引风机和烟囱，所述进料仓通过皮带式输送机与夹套式预热窑相连通，所述夹套式预热窑通过刮板输送机与加热窑连通，所述加热窑通过双层重力翻板阀与冷却窑相连通，其它所述设备均通过管道进行连通，

所述皮带输送机输送能力为20t/h，输送总长为12m；

所述夹套式预热窑的密封方式为重力双层鱼鳞片密封加保温夹层，窑头、窑体和窑尾均采用SUS304不锈钢材质或310S耐热钢材质，所述夹套式预热窑的集箱分为进口集箱和出口集箱，用于均匀布风，实现高温烟气对预热窑的均匀加热功能，窑体厚度为12至14mm，窑内设抄板结构，含传动系统；

所述刮板输送机总长为15m，输送能力为20t/h，将预热后的土壤直接输送至加热窑进料口；

所述热风炉使用Q235B材质，内附300mm硅酸铝陶瓷纤维模块，最大热负荷1200万大卡/小时，并配套燃烧器、助燃风机、测温测压仪表和高温烟气膨胀节；

所述旋风除尘器为双级旋风除尘器，采用310S耐热钢材质，含Q235B材质烟气进出管道、高温耐材隔热层、测温口、高温星型卸灰阀和输送绞龙；

所述冷却窑位于加热窑下部，进料口与冷却窑出料口对接，密封方式为重力双层鱼鳞片密封，窑头、窑体和窑尾均采用SUS304不锈钢材质，所述冷却窑含进料通道、高温烟气通道、测温口、测压口和检修口。窑体厚度为14mm，窑内设抄板结构，含传动系统并设传动防护罩。

优选的，所述冷却窑内设置布水管，用于布水以冷却土壤和抑制扬尘。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)烟气回流系统：本发明针对燃烧窑所产生的高温尾气提出了一种梯级高效回用方法，使尾气通过夹套式预热窑，在预热窑的外部流过，间接加热污染土壤，回用热量的同时，避免了窑内土壤剧烈的扰动，防止在预热的过程中产生大量的粉尘。

(2)气气换热器：引入气气换热系统，新鲜空气经过气气换热器，吸收高温烟气中的热量，温度升高至300℃，作为助燃空气，同时为热风炉和高温氧化室提供助燃风。

(3)热风炉：将燃烧器直接装在加热窑上时，燃烧器产生的高温火焰与污染土壤直接接触，在以空气助燃的情况下其火焰温度可以达到1400℃以上，容易造成污染土的烧结，使得土壤颗粒内部的污染物无法实现彻底脱附。热风炉的设计实现高温烟气(900℃)与污染土壤的直接接触，可有效避免污染土壤烧结的情况。

(4)冷却窑：传统热脱附工艺中，大都采用螺旋输送机输送热脱附后的高温土壤，而螺旋输送机在运行的过程中易出现磨损，且出口粉尘含量大等问题。本发明采用回转窑设计，内部安装一个水管喷洒冷却水，实现对热脱附后洁净土壤降温的同时，可有效抑制扬尘的产生，且设备不易磨损，可实现长时间稳定运行。

附图说明

图1是余热梯级高效利用的新型异位热脱附装置的结构示意图。

附图标记说明：

1进料仓；2皮带输送机；3夹套式预热窑；4热风炉；5加热窑；6旋风分离器；7高温氧化室；8气气换热器；9急冷塔；10活性炭罐；11消石灰罐；12布袋除尘器；13水箱；14冷却窑；15引风机；16烟囱。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的一种余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法及系统进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

实施例1

本发明提供了一种余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法和系统。污染土壤经预处理后首先输送至夹套式预热窑内，来自高温氧化室的高温烟气(900～1000℃)对预热窑进行间接加热，烟气温度降低至600～700℃，再引至气气换热器，对新鲜空气进行预热，进一步利用烟气中的余热，烟气温度进一步降低至500℃。另外，通过气气换热器换热后的洁净空气(300℃)，同时为热风炉和高温氧化室的燃烧器提供助燃空气，用于天然气燃烧。污染土壤经预热后，温度升高至70～80℃，再通过刮板输送机输送至加热窑。热风炉将高温烟气输送至加热窑，并将污染土壤进一步加热至目标温度。处理后的土壤下落至出料仓后，经过双层翻板阀输送至冷却窑，随着冷却窑的转动而逐渐排出。同时，在冷却窑内的中心区域，设置冷却布水管，向窑内喷洒冷却水，可以起到冷却土壤和抑制扬尘的双重目的。该系统实现了高温烟气的余热梯级高效利用，可有效避免二次污染物的排放。

有机污染土壤经过开挖后首先输运至预处理大棚，在预处理大棚内，有机污染土壤通过破碎、筛分、添加生石灰调节含水率等预处理操作后，成为颗粒直径小于50mm的固体颗粒。使用挖掘机将预处理后的有机污染土壤输运至进料仓1中，进料仓设置格栅可进一步清除一些粒径较大的土壤，经过再次筛分后的土壤通过皮带输送机2传输至夹套式预热窑3中。有机污染土壤在预热窑中，随着预热窑的转动，在内部抄板的扰动下，向前移动并完成预热窑的预加热过程，温度升高至70～80℃，并蒸发一部分水分。预热后的污染土壤再通过刮板式输送机，输送至加热窑5的入口处。热风炉4产生的高温烟气同时对污染土壤进行进一步的加热，土壤被加热至目标处理温度，并随着加热窑的转动，在内部抄板的扰动下向前移动，最终通过双层重力翻版阀传输至冷却窑14的入口处。冷却窑内部有一个喷洒冷却水的水管，经过处理后的洁净土壤随着冷却窑的转动向前移动，并被冷却水降温，同时冷却水也起到了降尘的作用。最终修复后的污染土壤经过冷却窑全部排出，并输送至待检车间，进行送样检测验收。

热风炉4产生的高温烟气在燃烧窑内加热完土壤后，携带着挥发出来的含有机物的废气进入旋风除尘器6除尘，在高温氧化室7内进一步燃烧，高温氧化室7内部温度可达900-1000℃，实现污染物的彻底氧化处理。高温氧化室7排出的高温烟气经过夹套式预热窑3，在预热窑的外部流过，间接加热污染土壤。从夹套式预热窑3流出时，烟气温度降低至600～700℃，再通入气气换热器8。气气换热器8为竖向的列管式换热器，高温烟气走管内，由鼓风机鼓入的新鲜空气走管外，内部同时设置多层隔板，以增加空气在换热器内的流通路径，充分吸收高温烟气中的热量。从气气换热器流出时，烟气温度降低至500℃。在气气换热器8中，为了防止高温烟气的粉尘在管内沉积堵塞管道，特在其管道上方设置高压空气喷射口，定时对管内进行高压吹扫，以除去沉积的粉尘。经过气气换热器的烟气进入到急冷塔9中，被急冷至200℃以下，以避免二噁英类物质的再生成。最终经过活性炭喷射10耦合布袋除尘器12进一步实现污染物的彻底脱除，消石灰11可以将烟气中的酸性气体进一步中和，避免酸性气体的排放，最终实现彻底达标排放的目的。

新鲜空气经过气气换热器8，吸收高温烟气中的热量，温度升高至300℃，作为助燃空气，同时通入热风炉4和高温氧化室7。废气在引风机形成的负压下进一步流向主流尾气的处理系统，即流至急冷塔入口的前端。污染土壤经过预热后产生的含有机物和水蒸气的废气通入到急冷塔中冷凝，未完全冷凝下来的有机物通过活性炭喷射与布袋除尘器联用系统彻底去除。

上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法，其特征在于：

夹套式预热窑带动污染土壤旋转，高温烟气流经夹套空间间接预热土壤至70~80℃后送至加热窑；热风炉通过汇合天然气和经过气气换热器加热后的300℃的清洁空气，经燃烧器燃烧产生高温烟气并且输送至加热窑继续加热处理污染土壤；加热完土壤后，携带挥发/半挥发性有机污染物的高温废气经除尘后，在高温氧化室内900-1000℃进一步燃烧，实现污染物的彻底氧化处理；高温氧化室排出的高温烟气经过夹套式预热窑回用预热污染土壤；从夹套式预热窑流出的600~700℃烟气通入气气换热器，加热清洁空气后温度下降至500℃，再流入到急冷塔中急冷至200℃以下，避免二噁英类物质的再生成；

所述的余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法采用的装置包括进料仓、皮带输送机、夹套式预热窑、热风炉、加热窑、旋风分离器、高温氧化室、气气换热器、急冷塔、活性炭罐、消石灰罐、布袋除尘器、水箱、冷却窑、引风机和烟囱，所述进料仓通过皮带式输送机与夹套式预热窑相连通，所述夹套式预热窑通过刮板输送机与加热窑连通，所述加热窑通过双层重力翻板阀与冷却窑相连通，其它设备均通过管道进行连通；

所述皮带输送机输送能力为20 t/h，输送总长为12 m；

所述夹套式预热窑的密封方式为重力双层鱼鳞片密封加保温夹层，窑头、窑体和窑尾均采用SUS304不锈钢材质或310S耐热钢材质，所述夹套式预热窑的集箱分为进口集箱和出口集箱，用于均匀布风，实现高温烟气对预热窑的均匀加热功能，窑体厚度为12至14 mm，窑内设抄板结构，含传动系统；

所述刮板输送机总长为15 m，输送能力为20 t/h，将预热后的土壤直接输送至加热窑进料口；

所述热风炉使用Q235B材质，内附300 mm硅酸铝陶瓷纤维模块，最大热负荷1200万大卡/小时，并配套燃烧器、助燃风机、测温测压仪表和高温烟气膨胀节；

所述旋风除尘器为双级旋风除尘器，采用310S耐热钢材质，含Q235B材质烟气进出管道、高温耐材隔热层、测温口、高温星型卸灰阀和输送绞龙；

所述冷却窑位于加热窑下部，进料口与冷却窑出料口对接，密封方式为重力双层鱼鳞片密封，窑头、窑体和窑尾均采用SUS304不锈钢材质，所述冷却窑含进料通道、高温烟气通道、测温口、测压口和检修口，窑体厚度为14 mm，窑内设抄板结构，含传动系统并设传动防护罩。

2.根据权利要求1所述的余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法，其特征在于：所述气气换热器为竖向的列管换热器，高温烟气走管内，新鲜空气走管外，内部同时设置多层隔板以增加空气在换热器内的流通路径以充分吸收烟气中的热量。

3.根据权利要求1所述的余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法，其特征在于：急冷后的气体经过活性炭喷射耦合布袋除尘器进一步脱除污染物并通过消石灰中和酸性气体。

4.根据权利要求1所述的余热梯级高效利用的新型异位热脱附方法，其特征在于：所述冷却窑内设置布水管，用于布水以冷却土壤和抑制扬尘。

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