CN111558611A - 一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统 - Google Patents

一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统 Download PDF

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Abstract

一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，包括预处理装置、进料装置、余热利用换热器、负压加热装置、土壤收集箱和抽气装置；预处理装置对土壤进行粉碎并使土壤与催化剂混合，进料装置将土壤从预处理装置输送至余热利用换热器，余热利用换热器对土壤进行预热并使土壤掉落至负压加热装置，负压加热装置对土壤进行热脱附处理并使土壤掉落至土壤收集箱，抽气装置抽取负压加热装置内部的热气使负压加热装置内部形成负压，抽气装置与余热利用换热器的进气口连接，使热气流入余热利用换热器中与土壤进行换热，余热利用换热器的出气口依次连接有旋风除尘器、冷凝装置和尾气处理装置，能够对含汞土壤进行安全高效的负压热脱附处理。

Description

一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统
技术领域
本发明涉及汞污染土壤处理领域，尤其涉及一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统。
背景技术
汞是一种有毒性的金属，对生态系统，人体健康都有着极大的危害。这些年，人类活动排放出大量的汞，这对汞排放区周边的大气、水体和土壤都造成了严重的污染。目前，如何高效环保的清除土壤中的汞污染是社会所关注并研究的。热脱附工艺是处理汞污染土壤的最佳技术之一，该技术是用直接或间接的热交换加热，使土壤中的污染组分达到足够高的温度，使其蒸发并与土壤媒介相分离的过程。目前，国内外已有回转窑、输送带式加热炉等形式的热脱附设备用于汞污染土壤的热脱附处理，可有效分离出污染土壤中的汞物质。一般情况下，土壤中的无机汞以单质或化合物的形式存在。当温度在600～800℃ 时，这些化合物就会以汞蒸气的形式从土壤中分离出来。但是，在这种加热处理后，土壤中的营养成分会遭到破坏，从而改变土壤的理化性质，且耗能较高。另外，装置密封性较差，在进料与出料单元较易漏气，使除汞效果大大降低，且易造成二次污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，能够对含汞土壤进行安全高效的负压热脱附处理。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，包括预处理装置、进料装置、余热利用换热器、负压加热装置、土壤收集箱和抽气装置；预处理装置对土壤进行粉碎并使土壤与催化剂混合，进料装置将土壤从预处理装置输送至余热利用换热器，余热利用换热器对土壤进行预热并使土壤掉落至负压加热装置，负压加热装置对土壤进行热脱附处理并使土壤掉落至土壤收集箱，抽气装置抽取负压加热装置内部的热气使负压加热装置内部形成负压，抽气装置与余热利用换热器的进气口连接，使热气流入余热利用换热器中与土壤进行换热，余热利用换热器的出气口依次连接有旋风除尘器、冷凝装置和尾气处理装置；
所述预处理装置包括土壤进料斗、土壤存储料斗、催化剂存储料斗和土壤混合料斗，土壤进料斗的底端与土壤存储料斗的顶端连接，土壤进料斗的底端安装有多个粉碎轮，土壤存储料斗的顶端安装有筛网，土壤存储料斗的底端和催化剂存储料斗的底端均与土壤混合料斗的顶端连接，土壤存储料斗的底端安装有土壤比例输送轮，催化剂存储料斗的底端安装有催化剂比例输送轮，通过土壤比例输送轮和催化剂比例输送轮配合旋转，使土壤和催化剂按预定的比例输送至土壤混合料斗内，土壤混合料斗的底端安装有搅拌器；
所述进料装置包括一段倾斜设置的土壤输送带；所述余热利用换热器的顶端安装有用于承接从土壤输送带的顶端掉落土壤的进料锥筒，余热利用换热器内安装有多根供热气流动的换热管；所述负压加热装置包括一个水平设置的筒体，筒体进料端的顶侧通过进料锁气器与余热利用换热器的底端连通，筒体出料端的底侧通过出料锁气器与土壤收集箱的顶端连通，筒体的侧壁内安装有加热棒，筒体内腔中安装有螺旋变距蛟龙，筒体上安装有驱动螺旋变距蛟龙旋转的电机，通过螺旋变距蛟龙带动土壤从筒体进料端向筒体出料端运动，螺旋变距蛟龙的螺距从筒体进料端向筒体出料端方向逐渐增大。
优选的，所述土壤进料斗的底端安装有三个粉碎轮，三个粉碎轮相互平行设置，所述筛网倾斜设置。
优选的，所述土壤输送带的外侧罩设有密封壳体；进料装置还包括一段水平设置的过渡输送带，过渡输送带的一端位于土壤混合料斗下方，过渡输送带的另一端与土壤输送带的底端相对接。
优选的，所述螺旋变距蛟龙的轴线与筒体的轴线重合设置，所述电机位于筒体出料端的外壁上。
优选的，所述筒体的侧壁内还安装有隔热层，隔热层位于加热棒远离筒体内腔的一侧。
优选的，所述抽气装置包括一个气泵缸体，气泵缸体的气腔同时与筒体的出气口和余热利用换热器的进气口连接，气泵缸体的气腔内设有活塞。
优选的，所述气泵缸体内安装有用于带动活塞运动的曲柄连杆机构。
优选的，所述筒体的出气口位于筒体出料端靠近顶部的侧壁上。
优选的，所述冷凝装置内开设有多个液态汞收集槽。
优选的，所述尾气处理装置内放置有活性炭颗粒。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中通过负压加热装置和抽气装置配合，能够对筒体中的土壤在负压下进行加热，利用汞及其化合物在负压下沸点降低的特性，实现土壤脱附的效果；筒体内设置了螺旋变距蛟龙，在螺旋变距蛟龙带动土壤运动的过程中蛟龙的螺距逐渐增大，蛟龙对土壤的推动挤压作用也随土壤的运动逐渐降低，使土壤在筒体内运动时能够逐渐变得松散，防止土壤被压实结块，保证对土壤进行脱附的效果；筒体的进料口和出料口分别安装有锁气器，通过锁气器带动土壤进出筒体，防止筒体内的空气与外界空气进行多余的交换流动，为加热提供密封环境，并且使抽气装置能够高效地将筒体内抽成负压状态；抽气装置能够将抽出的热气输送至余热利用换热器中与土壤进行换热，就能够对负压热脱附处理后的余热进行二次利用，并且提升进入筒体内的土壤的初始温度，节约能源，提高了对土壤加热的效率；并且，在将土壤送至负压加热装置前，本发明通过预处理装置先对土壤进行了粉碎，而且使土壤能够按照预定的合理比例与催化剂进行混合搅拌，使土壤达到粉碎、蓬松、并与催化剂均匀混合的状态，保证土壤的状态适合进行热脱附处理；此外，本发明还通过旋风除尘器、冷凝装置和尾气处理装置对热脱附处理后的含汞湿热尾气进行了处理，避免污染。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为预处理装置的放大示意图；
图3为余热利用换热器、负压加热装置、土壤收集箱和抽气装置的放大示意图。
图中标记：1、预处理装置，101、土壤进料斗，102、土壤存储料斗，103、催化剂存储料斗，104、土壤混合料斗，105、粉碎轮，106、筛网，107、土壤比例输送轮，108、催化剂比例输送轮，109、搅拌器，2、进料装置，201、土壤输送带，202、密封壳体，203、过渡输送带，3、余热利用换热器，301、进料锥筒，302、换热管，4、负压加热装置，401、筒体，402、进料锁气器，403、出料锁气器，404、螺旋变距蛟龙，405、电机，5、土壤收集箱，6、抽气装置，601、气泵缸体，602、活塞，603、曲柄连杆机构，7、旋风除尘器，8、冷凝装置，801、液态汞收集槽，9、尾气处理装置，901活性炭颗粒。
具体实施方式
参见附图，具体实施方式如下：
如图1所示，一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，包括预处理装置1、进料装置2、余热利用换热器3、负压加热装置4、土壤收集箱5和抽气装置6；预处理装置1对土壤进行粉碎并使土壤与催化剂混合，进料装置2将土壤从预处理装置1输送至余热利用换热器3，余热利用换热器3对土壤进行预热并使土壤掉落至负压加热装置4，负压加热装置4对土壤进行热脱附处理并使土壤掉落至土壤收集箱5，抽气装置6抽取负压加热装置4内部的热气使负压加热装置4内部形成负压，抽气装置6与余热利用换热器3的进气口连接，使热气流入余热利用换热器3中与土壤进行换热，余热利用换热器3的出气口依次连接有旋风除尘器7、冷凝装置8和尾气处理装置9。
如图2所示，预处理装置1包括土壤进料斗101、土壤存储料斗102、催化剂存储料斗103和土壤混合料斗104，土壤进料斗101的底端与土壤存储料斗102的顶端连接，土壤进料斗101的底端安装有三个粉碎轮105，三个粉碎轮105相互平行设置，土壤存储料斗102的顶端安装有筛网106，筛网106倾斜设置，土壤存储料斗102的底端和催化剂存储料斗103的底端均与土壤混合料斗104的顶端连接，土壤存储料斗102的底端安装有土壤比例输送轮107，催化剂存储料斗103的底端安装有催化剂比例输送轮108，通过通过选用一定比例的齿轮等零件，使土壤比例输送轮107和催化剂比例输送轮108按照一定的速度比例配合旋转，从而使土壤和催化剂按预定的比例输送至土壤混合料斗104内，土壤混合料斗104的底端安装有搅拌器109。通过预处理装置在将土壤送至负压加热装置4前先对进行了粉碎，而且使土壤能够按照预定的合理比例与催化剂进行混合搅拌，使土壤达到粉碎、蓬松、并与催化剂均匀混合的状态，保证土壤的状态适合进行热脱附处理。
如图1和图2所示，进料装置2包括一段倾斜设置的土壤输送带201，土壤输送带201的外侧罩设有密封壳体202；进料装置2还包括一段水平设置的过渡输送带203，过渡输送带203的一端位于土壤混合料斗104下方，过渡输送带203的另一端与土壤输送带201的底端相对接。
如图3所示，余热利用换热器3的顶端安装有用于承接从土壤输送带201的顶端掉落土壤的进料锥筒301，余热利用换热器3内安装有多根供热气流动的换热管302，使烟气从管道内进入多个换热管302中，以保证热量能充分与待处理土壤进行传递，使待处理土壤升温，并对烟气进行第一次冷却，利于除尘与第二次冷却的充分进行。
如图3所示，负压加热装置4包括一个水平设置的筒体401，筒体401进料端的顶侧通过进料锁气器402与余热利用换热器3的底端连通，筒体401出料端的底侧通过出料锁气器403与土壤收集箱5的顶端连通，通过锁气器带动土壤进出筒体401，防止筒体401内的空气与外界空气进行多余的交换流动，为加热提供密封环境，并且使抽气装置6能够高效地将筒体401内抽成负压状态。筒体401的侧壁内安装有加热棒，筒体401的侧壁内还安装有隔热层，隔热层位于加热棒远离筒体401内腔的一侧。本实施例中采用的进料锁气器402和出料锁气器403均为具有锁气轮结构的常规锁气器，属于现有技术不再赘述。
如图3所示，筒体401内腔中安装有与筒体401同轴设置的螺旋变距蛟龙404，筒体401出料端的外壁上安装有驱动螺旋变距蛟龙404旋转的电机405，通过螺旋变距蛟龙404带动土壤从筒体401进料端向筒体401出料端运动，螺旋变距蛟龙404的螺距从筒体401进料端向筒体401出料端方向逐渐增大，因此螺旋变距蛟龙404对土壤的推动挤压作用也随土壤在筒体401内的运动逐渐降低，使土壤在筒体401内运动时能够逐渐变得松散，防止土壤被压实结块，保证对土壤进行脱附的效果。本实施例中，通过控制装置调节螺旋变距蛟龙404的旋转速度，使待处理土壤从筒体401进料端运动至筒体401出料端的时间为20min至30min间，通过温度传感器以及反馈调节装置控制加热炉内空气温度为580K至620K之间，即高出所需温度5%至10%左右，以便于在适当范围内提高加热效率。
如图3所示，抽气装置6包括一个气泵缸体601，气泵缸体601的气腔同时与筒体401的出气口和余热利用换热器3的进气口连接，气泵缸体601的气腔内设有活塞602，气泵缸体601内还安装有用于带动活塞602运动的曲柄连杆机构603，随着活塞602的往复运动，抽气装置就能够将热气从筒体401内抽出，抽出的热气会流动至余热利用换热器3中与土壤进行换热，就能够对负压热脱附处理后的余热进行二次利用，并且提升进入筒体401内的土壤的初始温度，节约能源，提高对土壤加热的效率。本实施例中，筒体401的出气口位于筒体401出料端靠近顶部的侧壁上，即抽气装置6会从筒体401出料端靠上半部的位置进行抽气，从而保证抽出的热气均为与土壤进行过充分接触的含汞热气，含汞热气从余热利用换热器3内流出后，会依次流动至旋风除尘器、冷凝装置和尾气处理装置，冷凝装置8内开设有多个液态汞收集槽801，尾气处理装置9内放置有活性炭颗粒901，能够对对热脱附处理后的含汞湿热尾气进行了处理，避免污染。

Claims (10)

1.一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，其特征在于：包括预处理装置（1）、进料装置（2）、余热利用换热器（3）、负压加热装置（4）、土壤收集箱（5）和抽气装置（6）；预处理装置（1）对土壤进行粉碎并使土壤与催化剂混合，进料装置（2）将土壤从预处理装置（1）输送至余热利用换热器（3），余热利用换热器（3）对土壤进行预热并使土壤掉落至负压加热装置（4），负压加热装置（4）对土壤进行热脱附处理并使土壤掉落至土壤收集箱（5），抽气装置（6）抽取负压加热装置（4）内部的热气使负压加热装置（4）内部形成负压，抽气装置（6）与余热利用换热器（3）的进气口连接，使热气流入余热利用换热器（3）中与土壤进行换热，余热利用换热器（3）的出气口依次连接有旋风除尘器（7）、冷凝装置（8）和尾气处理装置（9）；
所述预处理装置（1）包括土壤进料斗（101）、土壤存储料斗（102）、催化剂存储料斗（103）和土壤混合料斗（104），土壤进料斗（101）的底端与土壤存储料斗（102）的顶端连接，土壤进料斗（101）的底端安装有多个粉碎轮（105），土壤存储料斗（102）的顶端安装有筛网（106），土壤存储料斗（102）的底端和催化剂存储料斗（103）的底端均与土壤混合料斗（104）的顶端连接，土壤存储料斗（102）的底端安装有土壤比例输送轮（107），催化剂存储料斗（103）的底端安装有催化剂比例输送轮（108），通过土壤比例输送轮（107）和催化剂比例输送轮（108）配合旋转，使土壤和催化剂按预定的比例输送至土壤混合料斗（104）内，土壤混合料斗（104）的底端安装有搅拌器（109）；
所述进料装置（2）包括一段倾斜设置的土壤输送带（201）；所述余热利用换热器（3）的顶端安装有用于承接从土壤输送带（201）的顶端掉落土壤的进料锥筒（301），余热利用换热器（3）内安装有多根供热气流动的换热管（302）；所述负压加热装置（4）包括一个水平设置的筒体（401），筒体（401）进料端的顶侧通过进料锁气器（402）与余热利用换热器（3）的底端连通，筒体（401）出料端的底侧通过出料锁气器（403）与土壤收集箱（5）的顶端连通，筒体（401）的侧壁内安装有加热棒，筒体（401）内腔中安装有螺旋变距蛟龙（404），筒体（401）上安装有驱动螺旋变距蛟龙（404）旋转的电机（405），通过螺旋变距蛟龙（404）带动土壤从筒体（401）进料端向筒体（401）出料端运动，螺旋变距蛟龙（404）的螺距从筒体（401）进料端向筒体（401）出料端方向逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，其特征在于：所述土壤进料斗（101）的底端安装有三个粉碎轮（105），三个粉碎轮（105）相互平行设置，所述筛网（106）倾斜设置。
3.根据权利要求1所述的一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，其特征在于：所述土壤输送带（201）的外侧罩设有密封壳体（202）；进料装置（2）还包括一段水平设置的过渡输送带（203），过渡输送带（203）的一端位于土壤混合料斗（104）下方，过渡输送带（203）的另一端与土壤输送带（201）的底端相对接。
4.根据权利要求1所述的一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，其特征在于：所述螺旋变距蛟龙（404）的轴线与筒体（401）的轴线重合设置，所述电机（405）位于筒体（401）出料端的外壁上。
5.根据权利要求1所述的一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，其特征在于：所述筒体（401）的侧壁内还安装有隔热层，隔热层位于加热棒远离筒体（401）内腔的一侧。
6.根据权利要求1所述的一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，其特征在于：所述抽气装置（6）包括一个气泵缸体（601），气泵缸体（601）的气腔同时与筒体（401）的出气口和余热利用换热器（3）的进气口连接，气泵缸体（601）的气腔内设有活塞（602）。
7.根据权利要求6所述的一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，其特征在于：所述气泵缸体（601）内安装有用于带动活塞（602）运动的曲柄连杆机构（603）。
8.根据权利要求1所述的一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，其特征在于：所述筒体（401）的出气口位于筒体（401）出料端靠近顶部的侧壁上。
9.根据权利要求1所述的一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，其特征在于：所述冷凝装置（8）内开设有多个液态汞收集槽（801）。
10.根据权利要求1所述的一种用于汞污染土壤的负压热脱附处理系统，其特征在于：所述尾气处理装置（9）内放置有活性炭颗粒（901）。
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