CN112974500A - 一种带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，包括窑体，窑体包括内筒和外筒，内筒的内壁上设置有内构件，内筒为中空柱形，横截面呈花瓣形，花瓣形由沿圆周分布的外凸弧段连接而成，内构件的一端与相邻两个外凸弧段间的交点连接，另一端向内筒中心折弯式延伸形成内凹弧段；外筒罩设于内筒外侧，内筒外壁与外筒内壁之间形成烟气通道。内筒壁面结构有利于促进壁面附近这区域易形成死区的土壤颗粒相互掺混，内凹弧形内构件有助于单个花瓣内土壤颗粒整体输送至堆积物料的表面，进行大尺度的颗粒混合，提升物料径向混合的均匀度，从而实现筒体壁面热量快速传递至土壤颗粒内部，促进热脱附的进行，提高效率。

Description

一种带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置

技术领域

本发明涉及土壤热脱附技术领域，尤其是一种带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置。

背景技术

异位热脱附技术是通过直接或间接加热，将污染土壤中的目标污染物加热至其沸点以上，通过控制系统温度和物料停留时间有选择地促使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离、去除。异位热脱技术主要是针对土壤中的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)和汞化合物的去除，而不适用于含有无机污染物(汞除外)、腐蚀性有机物以及活性氧化剂和还原剂含量较高的土壤。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。

现有的热脱附装置通常采用直接加热和间接加热两种方式，两者各有优缺点，间接式热脱附方法常用的热脱附系统有外热式回转窑，外热式回转窑将加热装置布置在窑体外，通过热烟气接触窑体壁面从而间接加热内部的土壤，如果采用圆筒形窑体，由于回转窑固体颗粒的流动结构特点，往往容易在壁面附近形成死区，造成物料径向混合不佳，很难把壁面热量传递至物料中心，从而导致壁面局部高温和中心局部低温。而在烟气流动方向的下游部位，由于烟气温度衰减，壁面源头处温度降低，从而进一步恶化加热速率，导致热脱附效率低等问题。

发明内容

本发明提供了一种带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，采用花瓣形内筒及弧形内构件，强化窑内土壤颗粒的扰动和大尺度混合，从而解决脱附效率低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，包括窑体，所述窑体包括内筒和外筒，所述内筒的内壁上设置有内构件，所述内筒为中空柱形，横截面呈花瓣形，花瓣形由沿圆周分布的外凸弧段连接而成，所述内构件的一端与相邻两个所述外凸弧段间的交点连接，另一端向所述内筒中心折弯式延伸形成内凹弧段；所述外筒罩设于所述内筒外侧，所述内筒外壁与所述外筒内壁之间形成烟气通道。

其进一步技术方案为：

还包括中心管，所述中心管沿轴向设置于所述内筒的中心位置，所述内筒与所述中心管之间的空间构成物料通道；所述中心管的入口与所述烟气通道的出口连接，且所述中心管内烟气流向与所述内筒内物料流向相同、与所述烟气通道内的烟气流向相反。

所述内筒内切于所述外筒的内壁，所述外凸弧段和所述外筒内壁之间的间隙构成了若干个烟气子通道。

所述窑体尾部、中部和头部分别设有与所述烟气子通道对应连通的分配箱、补充箱和汇合箱，所述补充箱将所述外筒分隔呈两段式结构，并将所述烟气子通道沿烟气流向划分为相连通的一级烟道和二级烟道。

所述分配箱、补充箱和汇合箱均固定设置，与所述烟气通道转动连接；所述分配箱、补充箱上均设有进烟口，并将烟气分配到各烟气子通道中，各烟气子通道中烟气最终汇合到所述汇合箱中，所述汇合箱的出口通过一连接管与所述中心管的入口连接，所述中心管的出口伸出所述窑体外。

所述内筒的头部连接有进料斗、尾部连接有排气管和出料斗。

所述进料斗出口位于所述汇合箱的沿物料流向的上游侧，所述排气管和出料斗位于所述分配箱的沿物料流向的下游侧。

所述外凸弧段为半个外凸的椭圆形，所述外凸弧段沿圆周均匀分布；所述内凹弧段沿与其相邻一侧的所述外凸弧段顺滑延伸形成一内凹的椭圆弧。

所述内构件长度与所述内筒长度相等。

所述外筒外侧设有保温棉层。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的窑体内筒截面形状为花瓣形，并在内壁上设置内构件，该壁面结构有利于促进壁面附近这区域易形成死区的土壤颗粒相互掺混，内凹弧形内构件有助于单个花瓣内土壤颗粒整体输送至堆积物料的表面，进行大尺度的颗粒混合，提升物料径向混合的均匀度，从而实现筒体壁面热量快速传递至土壤颗粒内部，促进热脱附的进行，提高效率。

2.本发明的内筒的中心沿轴向设置了中心管，管内通热烟气，间接加热从内构件自由散落至中心管上的物料颗粒，该布置形式实现了同时从筒体内部中心位置、筒体壁面两种加热方式的耦合，增加了受热面积，大大提高了土壤的升温速率，可进一步提升物料温度沿径向分布的均匀性，显著提高热脱附装置的处理量。

3.本发明通过内外筒相切形成多个“并联”的烟气子通道，该结构不仅有助于强化烟气换热，而且有利于控制热烟气沿与土壤颗粒接触的烟气子通道进行定向流动，从而实现有目的定向加热，提高了热效率。

4.本发明的烟气子通道分级设计，不仅在窑尾布置了热源进口，在窑中也布置了热源进口，此双热源进口的布置方式可有效补充沿途热脱附所需热量，防止烟气因温度衰减过快而影响热脱附效率。

综上，本发明采用内置中心热源管增加内外受热面积，通过花瓣形内筒及弧形内构件强化窑内土壤颗粒的扰动和大尺度混合，极大地提升了脱附效率。

附图说明

图1为本发明的窑体的横截面结构示意图。

图2为本发明的主视图。

图中：1、内筒；2、内构件；3、外筒；4、中心管；5、烟气子通道；6、保温棉层；7、排气管；8、分配箱；9、一级烟道；10、补充箱；11、二级烟道；12、进料斗；13、出料斗；14、汇合箱；15、连接管。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，包括窑体，窑体包括内筒1和外筒3，内筒1的内壁上设置有内构件2，内筒1为中空柱形，横截面呈花瓣形，花瓣形由沿圆周分布的外凸弧段连接而成，内构件2的一端与相邻两个外凸弧段间的交点连接，另一端向内筒1中心折弯式延伸形成内凹弧段；外筒3罩设于内筒1外侧，内筒1外壁与外筒3内壁之间形成烟气通道。

内筒1的截面为花瓣形，内筒11内壁上设置内构件2，这样的壁面结构在转动过程中，有利于促进壁面附近区域容易形成死区的土壤颗粒的相互掺混，内构件2有助于单个花瓣内土壤颗粒整体输送至堆积物料的表面，进行大尺度的颗粒混合，从而实现内筒1壁面热量快速传递至土壤颗粒内部，促进热脱附的进行。

本实施例的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，还包括中心管4，如图2所示，中心管4沿轴向设置于内筒1的中心位置，内筒1与中心管4之间形成有物料通道；中心管4的入口与烟气通道的出口连接，且中心管4内烟气流向与内筒1内物料流向相同、与烟气通道内的烟气流向相反。

中心管4内通过热烟气，间接加热从内构件2自由散落至中心管4上的物料颗粒，这样的布置方式实现了同时从内筒1避免和中心位置加热土壤颗粒的功能，内外两种加热方式大大提高了土壤的升温速率，可以显著提高热脱附装置的处理量。

具体地，内筒1内切于外筒3的内壁，外凸弧段和外筒3内壁之间的间隙构成了若干个烟气子通道5。若干个烟气子通道5共同构成了上述的“烟气通道”。

若干个烟气子通道5“并联”设置，这样的结构不仅有助于强化烟气换热，而且有利于控制热烟气定向流入与土壤颗粒接触的烟气子通道5，进行有目的的定向加热。

窑体尾部、中部和头部分别设有与烟气子通道5对应连通的分配箱8、补充箱10和汇合箱14，补充箱10将外筒3分隔呈两段式结构，并将烟气子通道5沿烟气流向划分为相连通的一级烟道9和二级烟道11。

分配箱8、补充箱10和汇合箱14均固定设置，与烟气通道转动连接；分配箱8、补充箱10上均设有进烟口，并将烟气分配到各烟气子通道5中，各烟气子通道5中烟气最终汇合到汇合箱14中，汇合箱14的出口通过一连接管15与中心管4的入口连接，中心管4的出口伸出窑体外。

具体地，分配箱8的出烟口与一级烟道9入口转动连接，使得热烟气仅被分配到与土壤颗粒接触的一级烟道9中，补充箱10的进烟口、出烟口分别与一级烟道9出口、二级烟道11入口转动连接，将热烟气从一级烟道9输送到二级烟道11中，并且仅被分配到与土壤颗粒接触的二级烟道11中，汇合箱14的进烟口与二级烟道11出口转动连接，汇合箱14的出烟口与连接管15入口连接，连接管15出口与中心管4入口连接。

具体地，内筒1的头部连接有进料斗12、尾部连接有排气管7和出料斗13。

具体地，进料斗12出口位于汇合箱14的沿物料流向的上游侧，排气管7和出料斗13位于分配箱8的沿物料流向的下游侧。

分配箱8、补充箱10实现了在窑尾、窑中布置双热源进口的目的，可以有效补充沿途热脱附所需热量，防止烟气因温度衰减过快而影响热脱附效率。

具体地，外凸弧段为半个外凸的椭圆形，外凸弧段沿圆周均匀分布；内凹弧段沿与其相邻一侧的外凸弧段顺滑延伸形成一内凹的椭圆弧。

具体地，内构件2长度与内筒1长度相等，内筒1及内构件2与中心管4构成了截面不规则的物料通道。

具体地，外筒3外侧设有保温棉层6。

具体地，内构件2采用钢板，内构件2可以与内筒1内壁焊接或者与内筒1内壁的外凸弧段一体式加工成型。

本实施例的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置的工作流程如下：

待修复土壤从进料斗12进入窑体内，在内筒1中进行热脱附，当内筒1转动时，在内筒1下部堆积的土壤被内构件2携带至中上部，在重力作用下掉落至中心管4上，吸收一部分热量后又掉落至下部堆积的土壤上，完成热脱附后的土壤从出料斗13排出，解析出的气态污染物从排气管7流出。一部分高温热烟气在进入分配箱8后，通过其出烟口均匀流入一级烟道9中，与土壤颗粒接触的各一级烟道9，随着内筒1的转动，将热量传递给筒内的土壤，温度逐渐降低，另一部分高温热烟气从补充箱10进入，与降温后的烟气混合，然后通过补充箱10的出烟口流入二级烟道11中，与土壤颗粒接触的各二级烟道11，随着内筒1的转动将热量传递给筒内的土壤，最后在汇合箱14集中，通过连接管15流入中心管4，放热后的烟气在中心管4内顺着土壤运动的方向流动，从内筒1内部将热量逐步传递给土壤，最后从中心管4的出口排出窑体外。

上述过程中，物料、烟气和气态污染物的流向如图2中箭头方向所示。

Claims (10)

1.一种带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，其特征在于，包括窑体，所述窑体包括内筒(1)和外筒(3)，所述内筒(1)的内壁上设置有内构件(2)，所述内筒(1)为中空柱形，横截面呈花瓣形，花瓣形由沿圆周分布的外凸弧段连接而成，所述内构件(2)的一端与相邻两个所述外凸弧段间的交点连接，另一端向所述内筒(1)中心折弯式延伸形成内凹弧段；所述外筒(3)罩设于所述内筒(1)外侧，所述内筒(1)外壁与所述外筒(3)内壁之间形成烟气通道。

2.根据权利要求1所述的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，其特征在于，还包括中心管(4)，所述中心管(4)沿轴向设置于所述内筒(1)的中心位置，所述内筒(1)与所述中心管(4)之间的空间构成物料通道；所述中心管(4)的入口与所述烟气通道的出口连接，且所述中心管(4)内烟气流向与所述内筒(1)内物料流向相同、与所述烟气通道内的烟气流向相反。

3.根据权利要求1或2所述的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，其特征在于，所述内筒(1)内切于所述外筒(3)的内壁，所述外凸弧段和所述外筒(3)内壁之间的间隙构成了若干个烟气子通道(5)。

4.根据权利要求3所述的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，其特征在于，所述窑体尾部、中部和头部分别设有与所述烟气子通道(5)对应连通的分配箱(8)、补充箱(10)和汇合箱(14)，所述补充箱(10)将所述外筒(3)分隔呈两段式结构，并将所述烟气子通道(5)沿烟气流向划分为相连通的一级烟道(9)和二级烟道(11)。

5.根据权利要求4所述的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，其特征在于，所述分配箱(8)、补充箱(10)和汇合箱(14)均固定设置，与所述烟气通道转动连接；所述分配箱(8)、补充箱(10)上均设有进烟口，并将烟气分配到各烟气子通道(5)中，各烟气子通道(5)中烟气最终汇合到所述汇合箱(14)中，所述汇合箱(14)的出口通过一连接管(15)与所述中心管(4)的入口连接，所述中心管(4)的出口伸出所述窑体外。

6.根据权利要求5所述的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，其特征在于，所述内筒(1)的头部连接有进料斗(12)、尾部连接有排气管(7)和出料斗(13)。

7.根据权利要求6所述的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，其特征在于，所述进料斗(12)出口位于所述汇合箱(14)的沿物料流向的上游侧，所述排气管(7)和出料斗(13)位于所述分配箱(8)的沿物料流向的下游侧。

8.根据权利要求1所述的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，其特征在于，所述外凸弧段为半个外凸的椭圆形，所述外凸弧段沿圆周均匀分布；所述内凹弧段沿与其相邻一侧的所述外凸弧段顺滑延伸形成一内凹的椭圆弧。

9.根据权利要求1所述的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，其特征在于，所述内构件(2)长度与所述内筒(1)长度相等。

10.根据权利要求1所述的带内构件的花瓣形土壤热脱附本体装置，其特征在于，所述外筒(3)外侧设有保温棉层(6)。

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