CN112893432B - 一种立式内循环土壤热脱附装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立式内循环土壤热脱附装置，包括物料流通单元、烟气流通单元和余热回收单元；物料流通单元包含沿物料流动方向依次连接形成循环回路的预加热段、初脱附室、深脱附室和返料室；烟气流通单元包含沿烟气流动方向依次连接的燃烧室、内加热室和外加热室；内加热室、外加热室分别形成于初脱附室内部和外部；燃烧室与深脱附室共壁；内加热室、初脱附室与返料室之间形成有用于分离细颗粒和加热预加热段的分离室，内、外加热室相连通，初脱附室设有与分离室连通，分离室的气体出口段和外加热室分别从两侧同时作用于预加热段。本发明通过能量的梯级利用和物料的内部循环提高了脱附效率。

Description

一种立式内循环土壤热脱附装置

技术领域

本发明涉及土壤热脱附技术领域，尤其是一种立式内循环土壤热脱附装置。

背景技术

现有技术中，有机污染土壤修复技术主要分为物理修复、化学修复和生物修复三类以及基于以上技术的联合修复技术。其中热脱附修复技术是异位脱附最有效的方法之一，利用对污染土壤进行加热的方式使其中的有机污染物挥发，具有污染物去除效率高、修复周期短、适用范围广、工艺原理简单等优点。

现有的热脱附装置主体设备通常采用卧式回转窑结构，在土壤脱附效果方面虽然取得了较大的成果，但也存在一些问题：一方面，无论是直接加热还是间接加热，由于只是表面加热，均存在加热不均匀、停留时间短、加热速率低等问题；另一方面，由于土壤停留时间只能通过调整回转窑转速控制，而仅调整回转窑转速难以实现停留时间与加热强度的匹配，导致热脱附过程温度控制效果不好、脱附效率低等问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种立式内循环土壤热脱附装置，通过能量的梯级利用和物料的内部循环解决脱附效率低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种立式内循环土壤热脱附装置，包括物料流通单元、烟气流通单元和余热回收单元；所述物料流通单元包含沿物料流动方向依次连接形成循环回路的预加热段、初脱附室、深脱附室和返料室；所述烟气流通单元包含沿烟气流动方向依次连接的燃烧室、内加热室和外加热室；所述内加热室、所述外加热室分别形成于所述初脱附室内部和外部，用于从中心和外侧加热物料实现初脱附；所述燃烧室与所述深脱附室共壁，用于对其加热实现物料的深脱附；所述内加热室、初脱附室与所述返料室之间形成有用于分离细颗粒和加热所述预加热段的分离室，所述内加热室设有与所述外加热室相连通的联通孔，所述初脱附室设有与所述分离室连通的出气孔，所述分离室的气体出口段和所述外加热室分别从两侧同时作用于所述预加热段，实现物料的预加热。

其进一步技术方案为：

所述物料流通单元包含三个同心、由内到外依次设置的中心筒、内筒和中间筒，所述内筒与所述中间筒内壁之间的环形空间形成所述初脱附室，所述内筒与所述中心筒外壁之间的环形空间形成所述分离室，所述中心筒内部形成所述返料室；所述中间筒外侧套设与其同心的外筒，所述中间筒外壁与所述外筒内壁之间的环形空间形成所述外加热室。

所述初脱附室内部设有至少两组以相同方向螺旋延伸的螺旋叶片，至少两组螺旋叶片的内、外圆周均分别与所述内筒、中间筒连接，所述至少两组螺旋叶片之间构成的螺旋状流道形成所述内加热室。

位于上侧的一组螺旋叶片的上表面形成了供物料自动滑落的螺旋状通道，所述螺旋状通道的位于所述内筒的壁面上沿轴向均匀设置多个所述出气孔；所述联通孔位于所述内加热室的顶部，设于所述中间筒的壁面上。

所述螺旋状通道的出口位于所述初脱附室的底部，并与所述深脱附室入口连通，所述燃烧室呈对称式结构布置在所述初脱附室的下部，位于所述初脱附室底部的内加热室的烟气入口与所述燃烧室烟气出口连通；所述分离室的底部出口与所述深脱附室入口连通，顶部出口与外部污染物净化装置相连。

所述分离室的顶部气体出口段与所述预加热段的内壁共用所述内筒的顶端部分，所述外加热室的顶端与所述预加热段的外壁共用所述中间筒的顶端部分，所述外加热室的底端设有与外部烟气处理系统连接的排烟口。

所述返料室的入口与所述深脱附室相连，返料室出口通过管道与所述初脱附室连接；返料室内设置有螺旋输送机，所述螺旋输送机的螺旋轴顶端连接有驱动电机，螺旋轴底端设有搅拌叶片，所述搅拌叶片位于所述深脱附室内。

所述外筒外壁的外侧设有保温棉层。

所述余热回收单元包括设置在所述中间筒底部的、进料口与所述深脱附室的出料口连通的余热回收室，其内设置有螺旋管冷却器；所述深脱附室呈漏斗状结构，其底部出料口设有卸料阀。

所述余热回收室底部呈漏斗状，且底端出料口设置有放料阀。

本发明的有益效果如下：

本发明的将土壤预热、初脱附、深脱附和冷却过程集成于一体，该一体化结构有利于能量的梯级利用和物料的内循环，提高了脱附效率，同时提高了设备热利用率和结构紧凑性，降低了装置的运行成本。

本发明还具有如下优点：

1.本发明的预加热段设置在初脱附室入口和分离室出口，通过内部、外部两种加热形式将土壤预热，热源分别为气态污染物余热和烟气显热，该设置形式增强了预热效果，充分利用了气态污染物的废热，提高了物料受热的均匀性，极大地提高了加热速率、提升了整个热脱附装置的经济性。

2.本发明的预加热段、初脱附室均为环形空间，初脱附室内土壤通过螺旋叶片与内外加热室的烟气间接换热，烟气和固体物料呈螺旋状逆流输送，增加了土壤的运动路径，增加了热脱附所需的受热面积，有利于土壤的快速和均匀加热。

3.本发明的初脱附室环绕着返料室，通过初脱附室和返料室的组合，实现了土壤自由下移和螺旋上升组合的内循环，利用重力驱动节省了土壤运动的动力，通过中心返料大大延长了土壤的停留时间。

4.本发明的深脱附室既作为热脱附循环过程的中转站，又作为深度脱附的场所，实现多种功能集成于一体，使得整个设备十分紧凑，节约了土壤热脱附装置的建造成本。

附图说明

图1为本发明的纵截面剖视结构示意图。

图2为图1中A-A截面剖视图。

图中：1、预加热段；2、初脱附室；3、上螺旋叶片；4、内加热室；5、下螺旋叶片；6、外加热室；7、保温棉层；8、排烟口；9、驱动电机；10、返料室；11、出气孔；12、联通孔；13、分离室；14、螺旋输送机；15、深脱附室；16、搅拌叶片；17、卸料阀；18、燃烧室；19、燃烧器；20、余热回收室；21、螺旋管冷却器；22、放料阀；23、返料室出口；24、中心筒；25、内筒；26、中间筒；27、外筒。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例的立式内循环土壤热脱附装置，包括物料流通单元、烟气流通单元和余热回收单元；如图1所示，物料流通单元包含沿物料流动方向依次连接形成循环回路的预加热段1、初脱附室2、深脱附室15和返料室10；

烟气流通单元包含沿烟气流动方向依次连接的燃烧室18、内加热室4和外加热室6；

内加热室4、外加热室6分别形成于初脱附室2内部和外部，用于从中心和外侧加热实现物料的初脱附；燃烧室18与深脱附室15共壁，用于对其加热实现物料的深脱附；内加热室4、初脱附室2与返料室10之间形成有用于分离细颗粒和加热预加热段1的分离室13，内加热室4设有与外加热室6相连通的联通孔12，初脱附室2设有与分离室13连通的出气孔11，分离室13的气体出口段和外加热室6分别从两侧同时作用于预加热段1，实现物料的预加热。

上述实施例中，如图2所示，物料流通单元包含三个同心、由内到外依次设置的中心筒24、内筒25和中间筒26，内筒25与中间筒26内壁之间的环形空间形成初脱附室2，内筒25与中心筒24外壁之间的环形空间形成分离室13；中心筒24内部形成返料室10；中间筒26外侧套设与其同心的外筒27，中间筒26外壁与外筒27内壁之间的环形空间形成外加热室6。

上述实施例中，初脱附室2内位于内筒25和中间筒26之间，设有至少两组沿筒体轴向以相同方向螺旋延伸的螺旋叶片，如图1所示，分别为上螺旋叶片3和下螺旋叶片5，上螺旋叶片3和下螺旋叶片5的内、外圆周分别与内筒25、中间筒26连接，上螺旋叶片3和下螺旋叶片5上下错位间隔设置，两者之间形成螺旋状流道构成内加热室4。

具体地，上螺旋叶片3和下螺旋叶片5的内径与内筒25的外径相同，并固定在内筒25的外壁上，上螺旋叶片3和下螺旋叶片5的外径与中间筒26内径相同，并固定在中间筒26的内壁上。

内加热室4形成于上螺旋叶片3和下螺旋叶片5之间，与外加热室6通过联通孔12串联，初脱附室2内部，上螺旋叶片3的上表面形成供物料自动滑落的螺旋状通道，内加热室4与螺旋状通道上的物料是隔离的，实现烟气与物料的间接换热。

螺旋状通道出口延伸至初脱附室2底部，并与深脱附室15入口连通，燃烧室18呈对称式结构布置在初脱附室2的下部；位于初脱附室2底部的内加热室4的烟气入口与燃烧室18烟气出口连通。

上述实施例中，分离室13的顶部出口段与预加热段1的内壁共用内筒25的顶端部分，外加热室6的顶端与预加热段1的外壁共用中间筒26的顶端部分，外加热室6的底端设有与外部烟气处理系统连接的排烟口8。分离室13的底部出口与深脱附室15入口连通，顶部出口与外部污染物净化装置相连。

物料从预加热段1进入到初脱附室2中，气体从初脱附室2底部入口进入，烟气和固体物料在初脱附室2内分别沿隔离的通路呈螺旋状逆流流动，增加了接触面积和换热时间，从而提高加热速率。

燃烧室18上设置有燃烧器19，燃烧器19将燃气通入燃烧室18内进行燃烧，燃烧产生的高温烟气在燃烧室18内加热深脱附室15内的土壤，加热后的烟气流入内加热室4，沿螺旋状流道上升，为初脱附室2内沿上螺旋叶片3上表面形成的螺旋状通道自动滑落的土壤提供一部分热量，之后进入外加热室6，从中间筒26的外壁面加热土壤，最后通过如图1所示的排烟口8进入烟气净化系统。

作为优选形式，如图1所示，联通孔12位于内加热室4的顶部，设于中间筒26的壁面上。联通孔12用于将在初脱附室2内已经为土壤提供一部分热量的烟气排到外加热室6中，使得烟气从外加热室6顶部向下流动，对中间筒26的外壁面加热。

螺旋状通道的位于内筒25的壁面上沿筒体轴向均匀分布多个所述出气孔11，用于将螺旋状通道内土壤物料热脱附产生的气态污染物排出到分离室13。作为优选形式，每个出气孔11位于上下两邻的两叶片之间。在初脱附室2内进行初步热脱附的土壤物料解析出的气态污染物通过出气孔11进入分离室13，被气态污染物夹带至分离室13的土壤微颗粒受重力作用竖直向下运动，掉落至深脱附室15，气态污染物则向上运动，如图1中箭头方向所示，直至离开热脱附装置。

上述实施例中，返料室10的入口与深脱附室15相连，返料室10的返料室出口23与初脱附室2可以通过管路相连。

上述实施例中，返料室10内设置有螺旋输送机14，如图1所示，螺旋输送机14包括一根带叶片的螺旋轴，螺旋输送机14的螺旋轴顶端连接有驱动电机9，螺旋轴底端设有搅拌叶片16，搅拌叶片16位于深脱附室15内。螺旋输送机14可通过采购获得。

上述预加热段1具体为进料斗形式，如图1所示，预加热段1与初脱附室2为一体式腔体，只是预加热段1内没有设置螺旋叶片，只用于进料和预热。预加热段1与初脱附室2通过螺旋叶片隔离。由于上述的分离室13的顶部气体出口段与预加热段1的内壁共用内筒25的顶端部分，外加热室6的顶端与预加热段1的外壁共用中间筒26的顶端部分，即土壤物料从预加热段1进口进入该环形空间之后，土壤层的中心部分、外侧部分分别依靠分离室13内的污染物气体预热和外加热室6的烟气预热。

上述实施例中，余热回收单元包括设置在中间筒26底部的、进料口与深脱附室15的出料口连通的余热回收室20，其内设置有螺旋管冷却器21；深脱附室15呈漏斗状结构，其底部出料口处设有卸料阀17。

作为优选形式，余热回收室20底部呈漏斗状，且底端出料口处设置有放料阀22。

上述实施例中，外筒27外壁的外侧设有保温棉层7。

本实施例的工作流程：

待修复土壤进入预加热段1的进料口，在进入初脱附室2之前，通过分离室13顶部气体出口段吸收气态污染物余热、通过外加热室6吸收烟气显热进行预热。预热后的土壤进入初脱附室2，沿着上螺旋叶片3的上表面形成的螺旋状通道呈螺旋状自动下滑，通过叶片与内加热室4的烟气间接换热，进行初级热脱附，然后从螺旋状通道出口滑落至深脱附室15内，脱附过程中，解析出的气态污染物经过出气孔11进入分离室13。被气态污染物夹带至分离室13的土壤微颗粒受重力作用竖直向下运动，掉落至深脱附室15，气态污染物则向上运动，直至离开热脱附装置。大部分土壤从初脱附室2流入深脱附室15，少部分土壤从分离室13进入深脱附室15，在深脱附室15汇合的土壤通过壁面吸收燃烧室18烟气的热量，在搅拌叶片16的辅助作用下进行深度热脱附，然后通过螺旋输送14机向上运动，经过返料室10的返料室出口23及连接管道返回初脱附室2，进入下一个循环脱附过程。同时，内加热室4的烟气在完成初脱附阶段的放热后，从联通孔12进入外加热室6，对预加热段1和初脱附室2内的土壤加热，被吸收余热后的烟气经过排烟口18进入烟气处理系统。

经过一段时间后，打开卸料阀17，将脱附后的土壤送入余热回收单元的余热回收室20，关闭卸料阀17，由螺旋管冷却器21的入口引入冷却水，热脱附后的高温土壤与冷却器发生热交换，温度降低，然后从放料阀22排出，冷却水被加热后变成热水，从螺旋管冷却器21的出口流出。

上述工作流程中，土壤物料、烟气、气态污染物和冷却水的流向如图中箭头方向所示。

上述工作流程中，预加热段1的热量来自两部分：一部分来自外加热室6烟气释放的热量，另一部分来自于分离室13内气态污染物的余热；初脱附室2的热量来自于自于两部分：一部分来自内加热室4烟气释放的热量，另一部分来自于外加热室6烟气释放的热量；深脱附室15的热量来自于燃烧室18中烟气释放的热量。

本发明的待修复土壤依次完成预热、初脱附、深脱附、循环脱附和冷却过程，土壤中的污染物经过加热从液相或者固相向气相转变从而与土壤分离，经过放热和净化后排入大气，修复后土壤通过余热回收后返回至大地，可以正常利用。

Claims (8)

1.一种立式内循环土壤热脱附装置，其特征在于，包括物料流通单元、烟气流通单元和余热回收单元；

所述物料流通单元包含沿物料流动方向依次连接形成循环回路的预加热段(1)、初脱附室(2)、深脱附室(15)和返料室(10)；

所述烟气流通单元包含沿烟气流动方向依次连接的燃烧室(18)、内加热室(4)和外加热室(6)；所述内加热室(4)、所述外加热室(6)分别形成于所述初脱附室(2)内部和外部，用于从中心和外侧加热物料实现初脱附；所述燃烧室(18)与所述深脱附室(15)共壁，用于对其加热实现物料的深脱附；

所述内加热室(4)、初脱附室(2)与所述返料室(10)之间形成有用于分离细颗粒和加热所述预加热段(1)的分离室(13)，所述内加热室(4)设有与所述外加热室(6)相连通的联通孔(12)，所述初脱附室(2)设有与所述分离室(13)连通的出气孔(11)，所述分离室(13)的气体出口段和所述外加热室(6)分别从两侧同时作用于所述预加热段(1)，实现物料的预加热；

所述物料流通单元包含三个同心、由内到外依次设置的中心筒(24)、内筒(25)和中间筒(26)，所述内筒(25)与所述中间筒(26)内壁之间的环形空间形成所述初脱附室(2)，所述内筒(25)与所述中心筒(24)外壁之间的环形空间形成所述分离室(13)，所述中心筒(24)内部形成所述返料室(10)；所述中间筒(26)外侧套设与其同心的外筒(27)，所述中间筒(26)外壁与所述外筒(27)内壁之间的环形空间形成所述外加热室(6)；

所述初脱附室(2)内部设有至少两组以相同方向螺旋延伸的螺旋叶片，至少两组螺旋叶片的内、外圆周均分别与所述内筒(25)、中间筒(26)连接，所述至少两组螺旋叶片之间构成的螺旋状流道形成所述内加热室(4)。

2.根据权利要求1所述的立式内循环土壤热脱附装置，其特征在于，位于上侧的一组螺旋叶片的上表面形成了供物料自动滑落的螺旋状通道，所述螺旋状通道的位于所述内筒(25)的壁面上沿轴向均匀设置多个所述出气孔(11)；所述联通孔(12)位于所述内加热室(4)的顶部，设于所述中间筒(26)的壁面上。

3.根据权利要求2所述的立式内循环土壤热脱附装置，其特征在于，所述螺旋状通道的出口位于所述初脱附室(2)的底部，并与所述深脱附室(15)入口连通，所述燃烧室(18)呈对称式结构布置在所述初脱附室(2)的下部，所述内加热室(4)的烟气入口位于所述初脱附室(2)底部，且与所述燃烧室(18)烟气出口连通；所述分离室(13)的底部出口与所述深脱附室(15)入口连通，顶部出口与外部污染物净化装置相连。

4.根据权利要求3所述的立式内循环土壤热脱附装置，其特征在于，所述分离室(13)的顶部气体出口段与所述预加热段(1)的内壁共用所述内筒(25)的顶端部分，所述外加热室(6)的顶端与所述预加热段(1)的外壁共用所述中间筒(26)的顶端部分，所述外加热室(6)的底端设有与外部烟气处理系统连接的排烟口(8)。

5.根据权利要求3所述的立式内循环土壤热脱附装置，其特征在于，所述返料室(10)的入口与所述深脱附室(15)相连，返料室出口(23)通过管道与所述初脱附室(2)连接；返料室(10)内设置有螺旋输送机(14)，所述螺旋输送机(14)的螺旋轴顶端连接有驱动电机(9)，螺旋轴底端设有搅拌叶片(16)，所述搅拌叶片(16)位于所述深脱附室(15)内。

6.根据权利要求1所述的立式内循环土壤热脱附装置，其特征在于，所述外筒(27)外壁的外侧设有保温棉层(7)。

7.根据权利要求1-6之一所述的立式内循环土壤热脱附装置，其特征在于，所述余热回收单元包括设置在所述中间筒(26)底部的、进料口与所述深脱附室(15)的出料口连通的余热回收室(20)，其内设置有螺旋管冷却器(21)；所述深脱附室(15)呈漏斗状结构，其底部出料口设有卸料阀(17)。

8.根据权利要求7所述的立式内循环土壤热脱附装置，其特征在于，所述余热回收室(20)底部呈漏斗状，且底端出料口设置有放料阀(22)。

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