CN111408614A - 一种用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，包括水平方向布置的外筒和螺杆；外筒前端上部固定连接带刮料喂料机，外筒后端下部固定连接出料筒；外筒上部设置三个分支管道，用于收集尾气；三个分支管道汇集于集中管道，集中管道上有一个气体抽样口。螺杆固定支撑设置于外筒内；螺杆内具有用于加热土壤的空腔，空腔的后端用于通入热空气，空腔的前端用于排出热空气；热空气在空腔中的流动方向与土壤运动方向相反。本发明提供的装置中，有多个温度检测装置和气体收集装置，并有集中控制系统控制采集数据，同时热脱附过程中的热空气可循环利用，使有机污染土壤修复过程更节能、环保、可视化。

Description

一种用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置

技术领域

本发明涉及环保领域，尤其涉及一种有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置。

背景技术

由于工业化进程加快和土地资源的紧缺等原因，土壤污染点位不断增加，污染范围逐渐扩大，土壤污染物种类日益增多，土壤污染问题得到愈来愈多的关注，土壤污染问题亟待解决。

目前的土壤修复技术主要有物理修复、化学修复、生物修复等，不同的技术适用于不同的污染场地。在众多修复技术中，热脱附是目前最成熟的、应用最广的修复技术之一。

热脱附可用于石油烃、杀虫剂、PAHs、PCBs、二恶英等挥发性半挥发性有机污染土壤的修复。按照加热方式，热脱附技术可分为直接热脱附和间接热脱附。直接热脱附技术中，热源与污染土壤直接接触，传热效率高，但待处理烟气量大；间接热脱附技术适用于石油烃等有机污染土壤的处理，热源不与污染土壤直接接触，烟气处理量小，但热脱附过程中传热效率偏低，能耗较高，受热可能不均匀，热脱附性差。并且热脱附过程中，工况不易监测和控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，解决间接热脱附装置热脱附过程受热不均匀，热脱附性差，能耗较高，且工况不易监测和控制的缺陷。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：提供一种用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置；所述螺杆式间接热脱附装置包括间接式热脱附器，所述间接式热脱附器包括水平方向布置的外筒和螺杆；所述外筒前端上部固定连接带刮料喂料机，所述外筒后端下部固定连接出料筒；所述外筒上部设置三个分支管道，用于收集尾气；所述分支管道上各有一个气体抽样口和用于控制管道开闭的阀门；所述三个分支管道汇集于一个集中管道，所述集中管道上有一个气体抽样口。

所述螺杆固定支撑设置于所述外筒内；所述螺杆外设置有螺纹；所述螺杆前端连接减速机构，所述减速机构连接可控制转速的电机，用于运输土壤；所述螺杆内具有用于加热土壤的空腔，所述空腔的后端用于通入热空气，所述空腔的前端用于排出热空气；热空气在空腔中的流动方向与土壤运动方向相反。

进一步所述的用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，还包括温度检测装置，所述温度检测装置为热电偶温度计，所述热电偶温度计包括十二个温度测点，所述温度测点分别位于用于通入热空气的空腔后端、用于排出热空气的空腔前端、连接出料筒的外筒后端、外筒分支管道气体抽样口处、集中管道气体抽样口处和螺杆外壁。

进一步所述的用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，还包括土壤进料系统，所述土壤进料系统包括土壤进料系统电机、带刮料喂料机和喂料量控制器，所述土壤进料系统电机与带刮料喂料机连接，所述带刮料喂料机用于破碎土壤为均匀颗粒并输运土壤，所述喂料量控制器用于控制带刮料喂料机运转速率。

进一步所述的用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，还包括加热系统；所述加热系统包括风机、加热器和耐高温管道；所述风机用于产生热空气，所述风机出口与加热器连接，所述风机另一侧通过耐高温管道与螺杆前端连接；所述加热器用于提高热空气温度，所述加热器通过耐高温管道与螺杆后端连接。进一步所述的用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，还包括集中控制系统；所述集中控制系统包括转速控制器、风量控制器、温度控制器、温度采集系统和集中控制屏幕，所述转速控制器用于控制连接螺杆的电机，所述风量控制器用于控制风机，所述温度控制器用于控制加热器温度，所述温度采集系统用于采集温度检测装置数据，所述集中控制屏幕用于集成转速控制器、风量控制器、温度控制器、温度采集系统操作功能。

一种利用螺杆式间接热脱附装置实现有机污染土壤修复的方法，具体过程如下：

作业时，将待修复有机污染土壤置于带刮料喂料机中；通过喂料量控制器控制进料速率，在土壤进料系统电机的作用下，带刮料喂料机将土壤破碎，经由外筒前端上部将土壤运输至外筒和螺杆之间；随后土壤经螺杆上螺纹带动向后移动，螺杆的旋转由间接式热脱附器电机带动；土壤移动过程中利用热空气从空腔流动对其热脱附，待热脱附完成后，土壤从外筒后端下部转移至出料筒；土壤热脱附过程产生的尾气经分支管道、集中管道排入尾气处理设施。

作业时，热空气从风机中产生，经耐高温管道至加热器进行再热至900℃，然后经耐高温管道至空腔后端，热空气在空腔中对土壤进行加热，从空腔前端经耐高温管道回到风机再利用，热空气运输方向保持与土壤的运输方向相反。

作业时，加热器消耗的能量和与土壤处理量之间的关系用下述公式表示：

其中，W_电能为加热器每小时消耗的能量，M_土为螺杆式间接热脱附装置每小时处理的土壤量，C_土为土壤比热容，ΔT_土为土壤在螺杆式间接热脱附装置内升高的温度值，η_热为加热器的热效率，η_损失为螺杆式间接热脱附装置作业时的热损失效率。

作业时，温度检测装置会定时采集温度测点的温度数据。

作业时，通过集中控制屏幕来控制转速控制器、风量控制器、温度控制器和温度采集系统，后台会记录一定时间间接热脱附装置的工作参数和温度数据。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置中，有多个温度检测装置和气体收集装置，并有集中控制系统控制采集数据，同时热脱附过程中的热空气可循环利用，使有机污染土壤修复过程更节能、环保、可视化。

本发明的间接热脱附装置，土壤经进料系统破碎后均匀进料，保证有机污染土壤在间接式热脱附器中受热均匀。

本发明的间接热脱附装置，采用间接热脱附，有机污染物在密闭、无载气的外筒内从土壤中解析，减少了二恶英等污染物的生成。

本发明的间接热脱附装置，采用间接热脱附，热脱附产生的水蒸气和有机物气体与热烟气分流，大大减小尾气处理量，更节能环保。

本发明的间接热脱附装置，采用螺杆式进料的方式，可根据有机污染土壤中污染物的种类、物性以及工程处理量要求等随时调整热脱附参数，有效降低能耗并提高处理效果。

本发明的间接热脱附装置，热空气经过间接式热脱附器后，会流入加热系统，经加热系统再热后循环利用，余热回用，大幅降低能耗。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置中间接热脱附器、温度检测装置、土壤进料系统、加热系统和集中控制系统的结构示意图；

图中，1、外筒，2、螺杆，3、螺纹，4、空腔，5、间接式热脱附器电机，6、减速机构，7、分支管道，8、热空气进口温度测点，9、热空气出口温度测点，10、出料口温度测点，11、分支管道气体抽样口温度测点，12、集中管道气体抽样口温度测点，13、螺杆外壁温度测点，14、出料筒，15集中管道，16、耐高温管道，17、进料口，18、出料口，19、阀门，20、土壤进料系统电机，21、带刮料喂料机，22、风机，23、加热器，24、转速控制器，25、风量控制器，26、温度控制器，27、温度采集系统，28、集中控制屏幕，29、喂料量控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，一种用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，包括间接式热脱附器，间接式热脱附器包括水平方向布置的外筒1和螺杆2；外筒1前端上部固定连接带刮料喂料机21，外筒1后端下部固定连接出料筒14；外筒1上部设置三个分支管道7，用于收集尾气；分支管道7上各有一个气体抽样口11和用于控制管道开闭的阀门19；三个分支管道7汇集于集中管道15，集中管道15上有一个气体抽样口12。

螺杆2固定支撑设置于外筒1内；螺杆2外设置有螺纹3；螺杆2前端连接减速机构6，减速机构6连接可控制转速的电机5，用于运输土壤；螺杆2内具有用于加热土壤的空腔4，空腔4的后端用于通入热空气，空腔4的前端用于排出热空气；热空气在空腔4中的流动方向与土壤运动方向相反。

为了监控热脱附过程中的温度变化，以便更好地调整工况，用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，还包括温度检测装置，温度检测装置为热电偶温度计，热电偶温度计包括十二个温度测点8、9、10、11、12、13，热空气进口温度测点8位于用于通入热空气的空腔后端，热空气出口温度测点9位于用于排出热空气的空腔前端，出料口温度测点10位于连接出料筒的外筒后端，分支管道气体抽样口温度测点11有三个，分别位于外筒三个分支管道气体抽样口处，集中管道气体抽样口温度测点12位于集中管道气体抽样口处，螺杆外壁温度测点13有五个，位于螺杆外壁，五个螺杆外壁温度测点间距相等。

为了使有机污染土壤进料和受热均匀，用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，还包括土壤进料系统，土壤进料系统包括土壤进料系统电机20、带刮料喂料机21和喂料量控制器29，土壤进料系统电机20与带刮料喂料机21连接，带刮料喂料机21上有刀片和滤网，用于破碎土壤为均匀颗粒并输运土壤，喂料量控制器29用于控制带刮料喂料机21的运转速率。

为了使有机污染土壤受热解析，用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，还包括加热系统；加热系统包括风机22、加热器23和耐高温管道16；风机22用于产生热空气，风机22出口与加热器23连接，风机22另一侧通过耐高温管道16与螺杆2前端连接；加热器23用于提高热空气温度，加热器23通过耐高温管道16与螺杆2后端连接。

为了便于控制有机污染土壤修复过程的工程参数，以获得较低的能耗和较高的脱附效率，用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，还包括集中控制系统；集中控制系统包括转速控制器24、风量控制器25、温度控制器26、温度采集系统27和集中控制屏幕28，转速控制器24用于控制连接螺杆2的间接式热脱附器电机5，风量控制器25用于控制风机22，温度控制器26用于控制加热器23温度，温度采集系统27用于采集温度检测装置数据，集中控制屏幕28用于集成转速控制器24、风量控制器25、温度控制器26、温度采集系统27操作功能。

本发明进一步提供了利用前述装置实现有机物污染土壤修复的方法，具体过程如下：

作业时，将待修复有机污染土壤置于带刮料喂料机21。通过喂料量控制器29控制进料速率，在土壤进料系统电机20的作用下，带刮料喂料机21将土壤破碎，经由外筒1前端上部将土壤运输至外筒1和螺杆2之间，土壤经进料系统破碎后均匀进料，保证有机污染土壤在间接式热脱附器中受热均匀。随后土壤经螺杆2上螺纹3带动向后移动，螺杆2的旋转由间接式热脱附器电机5带动。土壤移动过程中利用热空气从空腔4流动对其热脱附，待热脱附完成后，土壤从外筒1后端下部转移至出料筒14。土壤热脱附过程产生的尾气经分支管道7、集中管道15排入尾气处理设施。

作业时，热空气从风机22中产生，经耐高温管道16至加热器23进行再热至900℃，然后经耐高温管道16至空腔4后端，热空气在空腔4中对土壤进行加热，从空腔4前端经耐高温管道16回到风机再利用，热空气运输方向保持与土壤的运输方向相反。

作业时，加热器23消耗的能量和与土壤处理量之间的关系用下述公式表示：

其中，W_电能为加热器23每小时消耗的能量，M_土为螺杆式间接热脱附装置每小时处理的土壤量，C_土为土壤比热容，ΔT_土为土壤在螺杆式间接热脱附装置内升高的温度值，36000为kJ与kW·h的转换单位，η_热为加热器23的热效率，η_损失为螺杆式间接热脱附装置作业时的热损失效率。

作业时，温度检测装置会定时采集温度测点8、9、10、11、12、13的温度数据。

作业时，通过集中控制屏幕28来控制转速控制器24、风量控制器25、温度控制器26和温度采集系统27，后台会记录一定时间间接热脱附装置的工作参数和温度数据。

本发明提供的一种用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置中，采用螺杆式进料的方式，可根据有机污染土壤中污染物的种类、物性以及工程处理量要求等随时调整热脱附参数，有效降低能耗并提高处理效果；并采用间接热脱附的形式，有多个温度检测装置和气体收集装置，并有集中控制系统控制采集数据，同时热脱附过程中的热空气可循环利用，使有机污染土壤修复过程更节能、环保、可视化。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明公开任容做出的修改和改变，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，其特征在于，包括间接式热脱附器，所述间接式热脱附器包括水平方向布置的外筒(1)和螺杆(2)；所述外筒(1)前端上部固定连接带刮料喂料机(21)，外筒(1)后端下部固定连接出料筒(14)；外筒(1)上部设置三个分支管道(7)，用于收集尾气；分支管道(7)上各有一个气体抽样口(11)和用于控制管道开闭的阀门(19)；三个分支管道(7)汇集于集中管道(15)，集中管道(15)上有一个气体抽样口(12)。

所述螺杆(2)固定安装置于外筒(1)内；螺杆(2)外设置有螺纹(3)；螺杆(2)前端连接减速机构(6)，减速机构(6)连接可控制转速的电机(5)，用于控制螺杆(2)的转速并运输土壤；螺杆(2)内具有用于加热土壤的空腔(4)，空腔(4)的后端通入热空气，并从空腔(4)的前端排出；热空气在空腔(4)中的流动方向与土壤运动方向相反。

2.根据权利要求1所述的用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，其特征在于，该装置还包括温度检测装置，所述温度检测装置为热电偶温度计，热电偶温度计包括十二个温度测点，其中，热空气进口温度测点(8)位于用于通入热空气的空腔(4)后端，热空气出口温度测点(9)位于用于排出热空气的空腔(4)前端，出料口温度测点(10)位于连接出料筒(14)的外筒(1)后端，每个分支管道气体抽样口各有一个温度测点(11)，集中管道气体抽样口温度测点(12)位于集中管道气体抽样口处，螺杆外壁温度测点(13)有五个，位于螺杆外壁，五个螺杆外壁温度测点间距相等。

3.根据权利要求1所述的用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，其特征在于，该装置还包括土壤进料系统，土壤进料系统包括土壤进料系统电机(20)、带刮料喂料机(21)和喂料量控制器(29)，电机(20)与带刮料喂料机(21)连接，带刮料喂料机(21)上有刀片和滤网，用于破碎土壤为均匀颗粒并输运土壤，喂料量控制器(29)用于控制带刮料喂料机(21)的运转速率。

4.根据权利要求1所述的用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，其特征在，该装置还包括加热系统，所述加热系统包括风机(22)、加热器(23)和耐高温管道(16)；风机(22)用于产生热空气，风机(22)出口与加热器(23)连接，风机(22)另一侧通过耐高温管道(16)与螺杆(2)前端连接；加热器(23)用于提高热空气温度，加热器(23)通过耐高温管道(16)与螺杆(2)后端连接。

5.根据权利要求1所述的用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，其特征在于，该装置还包括集中控制系统，所述集中控制系统包括转速控制器(24)、风量控制器(25)、温度控制器(26)、温度采集系统(27)和集中控制屏幕(28)；所述转速控制器(24)用于控制连接螺杆(2)的间接式热脱附器电机(5)，风量控制器(25)用于控制风机(22)，温度控制器(26)用于控制加热器(23)温度，温度采集系统(27)用于采集温度检测装置数据，集中控制屏幕(28)用于集成转速控制器(24)、风量控制器(25)、温度控制器(26)、温度采集系统(27)操作功能。

6.根据权利要求1所述的用于有机污染土壤修复的螺杆式间接热脱附装置，其特征在于，热空气可循环利用。

7.一种利用权利要求1所述装置实现有机污染土壤修复的方法，其特征在于，具体过程如下：

作业时，将待修复有机污染土壤置于带刮料喂料机(21)中；通过喂料量控制器(29)控制进料速率，在土壤进料系统电机(20)的作用下，带刮料喂料机(21)将土壤破碎，经由外筒(1)前端上部将土壤运输至外筒(1)和螺杆(2)之间；随后土壤经螺杆(2)上螺纹(3)带动向后移动，螺杆(2)的旋转由间接式热脱附器电机(5)带动；土壤移动过程中利用热空气从空腔(4)流动对其热脱附，待热脱附完成后，土壤从外筒(1)后端下部转移至出料筒(14)；土壤热脱附过程产生的尾气经分支管道(7)、集中管道(15)排入尾气处理设施。

作业时，热空气从风机(22)中产生，经耐高温管道(16)至加热器(23)进行再热至900℃，然后经耐高温管道(16)至空腔(4)后端，热空气在空腔(4)中对土壤进行加热，从空腔(4)前端经耐高温管道(16)回到风机再利用，热空气运输方向保持与土壤的运输方向相反。

作业时，加热器(23)消耗的能量和与土壤处理量之间的关系用下述公式表示：

其中，W_电能为加热器(23)每小时消耗的能量，M_土为螺杆式间接热脱附装置每小时处理的土壤量，C_土为土壤比热容，ΔT_土为土壤在螺杆式间接热脱附装置内升高的温度值，η_热为加热器(23)的热效率，η_损失为螺杆式间接热脱附装置作业时的热损失效率。

作业时，温度检测装置会定时采集温度测点(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)的温度数据。

作业时，通过集中控制屏幕(28)来控制转速控制器(24)、风量控制器(25)、温度控制器(26)和温度采集系统(27)，后台会记录一定时间间接热脱附装置的工作参数和温度数据。

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