CN113649405B - 一种热脱附修复回燃加热节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热脱附修复回燃加热节能系统，气液分离单元与土壤废气抽提单元连接，并与电气控制单元形成电气化控制连接，回燃加热单元包括回燃管道、燃烧器装置和加热管组，回燃管道的一端与废气输出端连通，其另一端与燃烧器装置连接，与进入燃烧器装置中的气体混合后进行燃烧，加热管组水平埋置于另一污染加热地块的土壤中，或位于土壤废气抽提单元中的抽提管下方，加热管组的一端与燃烧器装置的高温燃气输出端连通，其另一端通过尾气管道输出至地面。本发明采用燃烧方式将土壤抽提废气进行燃烧处理，未充分燃烧部分废气在高温下产生分解，利用土壤抽提废气的热能和其回燃加热节能的功能，从而节省加热能源，节能减排，降低修复费用。

Description

一种热脱附修复回燃加热节能系统

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种热脱附修复回燃加热节能系统。

背景技术

污染土壤修复模式包括原位修复和异位修复，异位修复涉及土方开挖、土壤转运和暂存等施工弊端，目前土壤原位热脱附修复逐渐成为污染土壤修复的热点技术。

原位热脱附基本是一种通过加热土壤促使污染物挥发并对其进行集中处理的土壤修复方法，依据加热方式的不同，常用的原位热脱附包括热传导、电阻加热以及蒸汽加热三种类型，其中热传导包括电加热热传导与燃气加热热传导。热传导具有加热温度高的优势，在燃气加热原位热脱附修复过程中影响热能损失的因素有：覆盖层保温效果；燃烧器主体保温效果；燃烧废气排放带走的热能；土壤抽提废气带走的热能等。

在原位热脱附修复过程中，对土壤抽提废气直接处理会有较大的热能损失并需要增加能源消耗，土壤升温慢，修复周期时间长，能源消耗较大，造成修复费用较高。因此，在热脱附修复过程中提高加热利用率，节能减排尤为重要。

发明内容

针对现有原位热脱附修复过程中所存在的技术问题，对土壤抽提废气直接处理会有较大的热能损失并需要增加能源消耗，土壤升温慢，修复周期时间长，能源消耗较大，造成修复费用较高。为此，本发明提供了一种热脱附修复回燃加热节能系统，提供了实用、可靠的回燃措施，减少抽提废气热能损失及废气处理费用。利用抽提废气回燃不但能提高加热效率还能节省加热能源，减少排放，优化加热时间，提高污染物去除，缩短修复周期，有助于降低修复费用，实现绿色修复。

本发明采用如下技术方案：

一种热脱附修复回燃加热节能系统，所述系统包括土壤废气抽提单元、气液分离单元和电气控制单元，所述气液分离单元与所述土壤废气抽提单元连接，并与所述电气控制单元形成电气化控制连接，所述系统还包括回燃加热单元，其包括回燃管道、燃烧器装置和加热管组，所述回燃管道的一端与所述气液分离单元中的废气输出端连通，其另一端与所述燃烧器装置连接，用于与进入所述燃烧器装置中的气体混合后进行燃烧，所述加热管组水平埋置于另一污染加热地块的土壤中，或位于所述土壤废气抽提单元中的抽提管下方，所述加热管组的一端与所述燃烧器装置的高温燃气输出端连通，其另一端通过尾气管道输出至地面。

优选地，所述加热管组设置多根加热管，各所述加热管呈间隔水平埋置于所述污染加热地块中，各所述加热管的进口管段采用不锈钢管道，且各所述加热管进口端分别连接一所述燃烧器装置，各所述加热管的出口管段为碳钢管道。

所述尾气管道包括尾气风机、尾气主管和多根与所述加热管的出口端对应连接的尾气支管，各所述尾气支管分别与所述尾气主管对应连通，所述尾气主管延伸出污染加热地块地面上后，并与所述尾气风机连接。

优选地，所述尾气支管为螺旋风管。

所述土壤废气抽提单元包括第一抽提管组、第二抽提管组、抽提主管和与所述抽提主管连通的抽提风机，所述第一抽提管组的一端和第二抽提管组的一端分别与所述抽提主管连通，所述第一抽提管组中的多根抽提管I呈水平间隔埋置于污染加热地块的土壤表层位置，且位于所述加热管组的正上方位置，或呈水平间隔埋置于另一污染加热地块中的土壤表层位置；所述第二抽提管组中的多根抽提管II呈竖直间隔埋置于污染加热地块中，各所述抽提管II下端的抽提进口靠近所述加热管设置，且分别位于相邻两所述加热管的中间冷点位置，或竖直间隔埋置于另一污染加热地块中。

沿所述抽提管I的长度方向上成型有纵向或横向的切缝，相邻切缝间隔10-20cm，切缝宽度为1-2mm，所述抽提管I的外侧面缠裹有防堵塞筛网，且在所述抽提管I周围铺设有粒径2-4mm的石英砂或碎石子。

所述抽提管I水平埋置于污染加热地块深度为50cm的区域，所述抽提管II下部的抽提切缝位于污染加热地块深度为100cm的区域。

所述抽提主管设置于地面上，所述气液分离单元包括热交换器、冷却塔和气液分离器，所述冷却塔通过管路与所述热交换器连接，用于为所述热交换器降温，所述抽提主管与所述热交换器的进口端连接，用于为抽提废气进行换热降温，所述热交换器的出口端与所述气液分离器连接，所述抽提风机设置于所述气液分离器的出气口处，所述气液分离器的出液口与废水处理设备连接。

本发明技术方案，具有如下优点：

A.本发明所提供的热脱附修复回燃加热节能系统是优选采用燃气作为加热能源，将本修复地块或另一个修复地块的土壤抽提废气与本地块水平加热管燃烧器主体进气口相连接，使土壤抽提废气在燃烧器主体中燃烧，未充分燃烧部分废气在水平加热管中与高温燃气进行混合反应，利用抽提废气中的热能减少空气预热，同时也将抽提废气中的有机物作为燃料进行回燃利用其热能为污染土壤加热，以达到利用土壤抽提废气的热能和其回燃加热节能的功能，从而节省加热能源，节能减排，降低修复费用。

B.本发明采用设置在土壤表层的且分布与加热管组上方的多根水平抽提管I和垂直延伸至靠近加热管组的多根抽提管II，使设置的两种类型的抽提管水平和竖直对称分布于抽提主管的两侧，形成一个抽提网络及针对不同土壤层的废气抽提，使加热后的土壤所产生的废气得到更全面的收集，大大提高了抽提废气的效率，有助于加快土壤修复的进度。

C.本发明节省固定的废水处理设备，从而节省成本，各单元之间用管道连接即可，设备安装位置灵活，适应不同情况场地。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的整个节能系统结构示意图。

图中标识如下：

1-土壤废气抽提单元

11-第一抽提管组，11a-抽提管I

12-第二抽提管组，12a-抽提管II

13-抽提主管

14-抽提风机

2-气液分离单元

21-热交换器，22-冷却塔

23-气液分离器

231-第一气液分离器，232-第二气液分离器

24-废水处理设备

3-回燃加热单元

31-回燃管道，32-燃烧器装置，33-加热管组，33a-加热管

4-尾气管道

41-尾气风机，42-尾气主管，43-尾气支管，44-活性炭箱

5-烟囱。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种热脱附修复回燃加热节能系统，包括土壤废气抽提单元1、气液分离单元2、回燃加热单元3和电气控制单元(图中未示出)，气液分离单元2与土壤废气抽提单元1连接，并与电气控制单元形成电气化控制连接，回燃加热单元3包括回燃管道31、燃烧器装置32和加热管组33，回燃管道31的一端与气液分离单元2中的废气输出端连通，其另一端与燃烧器装置32连接，用于与进入燃烧器装置32中的气体混合后进行燃烧，加热管组33水平埋置于另一污染加热地块的土壤中，或位于土壤废气抽提单元1中的抽提管下方，即抽提废气和加热污染加热地块可以在同一污染加热地块上进行，也可以在不同污染加热地块上分别进行。加热管组33的一端与燃烧器装置32的高温燃气输出端连通，其另一端通过尾气管道4输出至地面。回燃管道31将气液分离单元2分离后的废气输送至与水平加热管组连接的各燃烧器装置的进气口，用碳钢材质管材加工。

加热管组33设置了多根加热管33a，各加热管33a呈间隔水平埋置于污染加热地块中，因燃气和抽提废气燃烧温度高达800℃以上，各加热管33a的进口管段采用不锈钢管道，且各加热管33a分别连接一燃烧器装置32，各加热管33a的出口管段为碳钢管道，可以进一步降低成本。加热管33a可以使未充分燃烧的抽提废气与在燃烧器装置所产生的高温燃气充分混合反应，并使废气在其中的停留时间达到要求，将高温热能传导给污染土，污染土升温使污染物挥发被抽提。水平加热管33a埋置于地块污染深度在1米左右，将土壤抽提废气燃烧，加热本地块土壤。

燃烧器装置32主要包括燃烧器321和燃烧器主体322，燃烧器321的作用是供给天然气燃料和助燃剂，并为二者混合创造条件或使二者混合。使辅助燃料燃烧生成高温燃气；燃烧器321包含以下功能：

1)点火功能：在于点燃空气与燃料的混合物，其主要部件有点火变压器、点火电极、电火高压电缆。火焰长度、锥角、形状可按用户要求设计。

2)监测功能：在于保证燃烧器安全、稳定的运行，其主要部件有火焰监测器、压力监测器、温度监测器等。

3)燃料系统的功能：在于保证燃烧器燃烧所需的燃料。燃油燃烧器的燃料系统主要有:油管及接头、油泵、电磁阀、喷嘴、重油预热器。燃气燃烧器主要有过滤器、调压器、电磁阀组、点火电磁阀组然、燃料蝶阀。

燃烧器321主体是用钢制材料加工，其内部安装耐火保温材料做内衬。其作用是用来完成燃气、废气、空气混合及着火燃烧的全部过程。使高温燃气与抽提废气混合燃烧达到反应温度。

其中的尾气管道4包括尾气风机41、尾气主管42、多根与加热管33a的出口端对应连接的尾气支管43及活性炭箱44，各尾气支管43分别与尾气主管42对应连通，尾气主管42延伸出污染加热地块地面上后，并与尾气风机41连接，在尾气风机41的作用下，在燃烧器主体322实现了废气燃烧，在加热管组33中完成废气高温加热分解，即实现了对污染土壤的加热，还实现了对污染废气中有害物质的分解，废气依次经活性炭箱44、尾气风机41和烟囱5无毒害排出至大气中。燃烧尾气支管43一般采用镀锌螺旋风管加工制作。

其中的土壤废气抽提单元1主要作用是将加热后污染加热地块中挥发含有污染物的废气抽提出来。土壤废气抽提单元1包括第一抽提管组11、第二抽提管组12、抽提主管13和与抽提主管13连通的抽提风机14，第一抽提管组11的一端和第二抽提管组12的一端分别与抽提主管13连通，第一抽提管组11中的多根抽提管I11a呈水平间隔埋置于污染加热地块的土壤表层位置，位于加热管组33的正上方位置，当然还可以将第一抽提管组II中的多根抽提管I11a呈水平间隔埋置于另一污染加热地块的土壤表层位置。即，可以实现对同一污染加热地块进行抽提，抽提出来的废气经燃烧后所产生的高温燃气再对同一块污染加热地块进行回燃加热；还可以将第一抽提管组II设置在第一污染加热地块上，经对抽提废气进行燃烧后得到的高温燃气用于对第二污染加热地块进行加热，从而将抽提废气的污染加热地块与另一待加热的污染加热地块关联起来；第二抽提管组12中的多根抽提管II12a呈竖直间隔埋置于污染加热地块中，各抽提管II12a下端的抽提进口靠近加热管33a设置，分别位于相邻两加热管33a的中间冷点位置，同样地，第二抽提管组12还可以位于另一污染加热地块中，对此污染加热地块上所产生的废气进行抽取，然后对抽提废气进行燃烧加热得到高温燃气后，利用高温燃气再对其它待加热的污染加热地块进行加热。图1中的多根抽提管I11a和抽提管II12a分别对称设置在抽提主管13的两侧。当然还可以在土壤表层或浅层区域的不同土壤深度位置铺设上下多层水平抽提管I11a或者不同深度的竖直抽提管II12a。

抽提管I11a用于抽提土壤表层的污染气体，用碳钢材质管材加工。纵向或横向间隔10-20cm，切缝宽度1-2mm，横向1/3直径切缝，纵向90°切缝，切缝长度10-20cm，加工完成后其外表再缠裹50目不锈钢筛网以防抽提管堵塞，埋深污染土50cm左右，其四周铺设粒径2-4mm石英砂或碎石子，用于土壤废气过滤，防止抽提管堵塞，包括了带有切缝的表面抽提分水平段和用于连接地面抽提主管的无切缝的垂直段。

抽提管II12a用于抽提土壤深层的污染气体，一般安装在相邻加热管的中间冷点位置，形成对流热传导，提高土壤加热效率，用碳钢管材加工，安装方式为垂直安装。其加工、安装方法与抽提管I11a一样，离地面100cm不进行切缝加工，用于连接地面抽提主管13。

抽提主管13用于输送表面和冷点抽提的废气，用碳钢材质管材加工；

抽提风机14用于将污染土壤加热后污染物挥发的废气抽提出来集中处理，一般选用罗茨风机，为抽提系统提供动力。

气液分离单元2包括热交换器21、冷却塔22和气液分离器23，冷却塔22通过管路与热交换器21连接，使换热后的高温水再冷却循环使用，为热交换器21提供冷却水。热交换过程会消耗冷却水，冷却塔22安装自动补水器自动补水。抽提主管13与热交换器21的进口端连接，用于为抽提废气进行换热降温，热交换器21的出口端与气液分离器23连接，抽提风机14设置于气液分离器23的出气口处。热交换器21随着污染土壤加热升温至90-100℃，抽提废气中含水量随之增加，为了更好的去除废气中的污染物以及保护抽提风机14(罗茨风机)避免高温工作，需要将抽提废气进行换热降温，污染土壤加热升温至100℃以后废气中含水量随之减少。

本发明所采用的气液分离器23优选为两级气液分离器，分别包括串接的第一气液分离器231和第二气液分离器232，第一气液分离器231接收热交换后抽提废气，并对其进行气液分离，第二气液分离器232进一步对第一气液分离器231处理后的废气进行气液分离，所分离出的废气经抽提风机14进入回燃管道31中，而两级气液分离器所分离出的费用与废水处理设备连接。

第一气液分离器231安装在热交换器21之后，对废气进行一级气液分离器，将分离后的废气输送至第二气液分离器232，将冷凝后的废水输送至废水处理设备24。

第二气液分离器232安装在第一气液分离器231之后，对废气进行二级气液分离器，将分离后的废气输送至回燃加热单元3，将冷凝后的废水输送至废水处理设备24。

废水处理设备24将经气液分离器23收集的废水进行处理。

电气控制单元为以上系统的冷却塔22、废水处理设备24、抽提风机14、燃烧器装置32等设备提供电源、联系和监测控制，是以上各单元的指挥中心和联络中心。

本发明将土壤抽提废气与水平加热管串联使用的回燃加热节能系统，该热脱附修复回燃加热节能系统将经过热交换、气液分离的土壤抽提废气返回燃烧器燃烧，利用其热能减少空气预热，将废气进行回燃处理，同时利用其热能为污染土壤加热，从而节省加热能源，节能减排，降低修复费用。

本发明适用于原位热脱附修复垂直井加热地块的土壤抽提废气与水平加热地块的加热管串联使用，异位建堆热脱附或热脱附水平井加热修复地块抽提废气与本地块水平加热管串联使用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种热脱附修复回燃加热节能系统，所述系统包括土壤废气抽提单元（1）、气液分离单元（2）和电气控制单元，所述气液分离单元（2）与所述土壤废气抽提单元（1）连接，并与所述电气控制单元形成电气化控制连接，其特征在于，所述系统还包括回燃加热单元（3），其包括回燃管道（31）、燃烧器装置（32）和加热管组（33），所述回燃管道（31）的一端与所述气液分离单元（2）中的废气输出端连通，其另一端与所述燃烧器装置（32）连接，用于与进入所述燃烧器装置（32）中的气体混合后进行燃烧，所述加热管组（33）水平埋置于另一污染加热地块的土壤中，或位于所述土壤废气抽提单元（1）中的抽提管下方，所述加热管组（33）的一端与所述燃烧器装置（32）的高温燃气输出端连通，其另一端通过尾气管道（4）输出至地面；

所述加热管组（33）设置多根加热管（33a），各所述加热管（33a）呈间隔水平埋置于所述污染加热地块中，各所述加热管（33a）的进口管段采用不锈钢管道，且各所述加热管（33a）进口端分别连接一所述燃烧器装置（32），各所述加热管（33a）的出口管段为碳钢管道；

所述土壤废气抽提单元（1）包括第一抽提管组（11）、第二抽提管组（12）、抽提主管（13）和与所述抽提主管（13）连通的抽提风机（14），所述第一抽提管组（11）的一端和第二抽提管组（12）的一端分别与所述抽提主管（13）连通，所述第一抽提管组（11）中的多根抽提管I（11a）呈水平间隔埋置于污染加热地块的土壤表层位置，且位于所述加热管组（33）的正上方位置，或呈水平间隔埋置于另一污染加热地块中的土壤表层位置；所述第二抽提管组（12）中的多根抽提管II（12a）呈竖直间隔埋置于污染加热地块中，各所述抽提管II（12a）下端的抽提进口靠近所述加热管（33a）设置，且分别位于相邻两所述加热管（33a）的中间冷点位置，或竖直间隔埋置于另一污染加热地块中；所述尾气管道（4）包括尾气风机（41）、尾气主管（42）和多根与所述加热管（33a）的出口端对应连接的尾气支管（43），各所述尾气支管（43）分别与所述尾气主管（42）对应连通，所述尾气主管（42）延伸出污染加热地块地面上后，并与所述尾气风机（41）连接。

2.根据权利要求1所述的热脱附修复回燃加热节能系统，其特征在于，所述尾气支管（43）为螺旋风管。

3.根据权利要求2所述的热脱附修复回燃加热节能系统，其特征在于，沿所述抽提管I（11a）的长度方向上成型有纵向或横向的切缝，相邻切缝间隔10-20cm，切缝宽度尺寸为1-2mm，所述抽提管I（11a）的外侧面缠裹有防堵塞筛网，且在所述抽提管I（11a）周围铺设有粒径2-4mm的石英砂或碎石子。

4.根据权利要求3所述的热脱附修复回燃加热节能系统，其特征在于，所述抽提管I（11a）水平埋置于污染加热地块深度为50cm的区域，所述抽提管II（12a）下部的抽提切缝位于污染加热地块深度为100cm的区域。

5.根据权利要求4所述的热脱附修复回燃加热节能系统，其特征在于，所述抽提主管（13）设置于地面上，所述气液分离单元（2）包括热交换器（21）、冷却塔（22）和气液分离器（23），所述冷却塔（22）通过管路与所述热交换器（21）连接，用于为所述热交换器（21）降温，所述抽提主管（13）与所述热交换器（21）的进口端连接，用于为抽提废气进行换热降温，所述热交换器（21）的出口端与所述气液分离器（23）连接，所述抽提风机（14）设置于所述气液分离器（23）的出气口处，所述气液分离器（23）的出液口与废水处理设备（24）连接。