CN114082774A - 一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置及使用方法 - Google Patents
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- B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
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Abstract
本发明提供一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，包括直接式热脱附窑、加热系统、集中控制系统、温度检测装置、尾气处理系统、土壤进料系统和土壤出料系统。所述加热系统、集中控制系统、温度检测装置、尾气处理系统、土壤进料系统和土壤出料系统均与直接式热脱附窑连接。本发明可根据不同污染程度和污染特性调整热脱附过程中工程参数，有效降低能耗并提高升温速率；空气在空腔中的流动与土壤运动方向一致，与土壤直接接触。本发明装置中有接口连接尾气气体收集处理装置，有多个温度检测装置和集中控制系统控制数据采集，使有机污染土壤修复过程更高效、低能耗、可视化。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，尤其涉及一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置及使用方法。
背景技术
随着工业化进程加快，土壤污染问题日益严重，危害工农业生产和人民的健康安全，土壤污染问题亟待有效解决。
近年来，多种土壤修复技术应运而生，主要包括化学、生物、高温热修复等方式。其中，直接热脱附修复效率高、修复彻底，被广泛用于石油烃、农药等半挥发或难挥发有机污染土壤的修复。
直接热脱附的工作原理：将污染土壤由进料口加入回转窑，利用高温烟气将土壤加热使污染物脱除并燃尽，脱附后的干净土壤由出料口排出，尾气进入后端尾气处理系统进行处理。回转窑作为直接热脱附的关键设备，既要保证物料具有充足的停留时间，确保污染物充分脱除，同时又要提高其单位容积处理量，这对其扬料板的结构设计提出了较高要求。然而，目前的热脱附回转窑大多参考水泥窑等传统回转窑进行设计，较少关注扬料板结构对强化传热传质的影响；因此，有必要对回转窑结构设计进行优化改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于高效的有机污染土壤修复的直接热脱附装置及使用方法，解决直接热脱附装置传热升温速率慢，单位处理量低，能耗较高，集成程度低等缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，包括直接式热脱附窑、加热系统、集中控制系统、温度检测装置、尾气处理系统、土壤进料系统和土壤出料系统。
所述加热系统、集中控制系统、温度检测装置、尾气处理系统、土壤进料系统和土壤出料系统均与直接式热脱附窑连接。
作为对本发明一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置的改进：
所述直接式热脱附器包括水平方向布置的窑体和保温层；设置在保温层窑体外表面。
所述窑体水平尾部中心端设置玻璃观测口，窑体尾部设置一个尾气管道；尾气管道连接旋风除尘器和引风机。
作为对本发明一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置的改进：
所述加热系统包括热风炉和耐高温管道，热风炉出口通过耐高温管道与窑体内腔连接；热风炉燃烧燃气与空气产生高温烟气；热风炉连接燃气与空气；热风炉与燃气进口温度传感器、燃气阀门、燃气流量计顺次连接，通过燃气进口温度传感器测量进入燃气温度；热风炉与空气进口温度传感器、空气阀门、空气流量计顺次连接，通过空气进口温度传感器测量进入空气温度；热风炉燃烧产生高温烟气经入口烟气测点测量进入窑体。
作为对本发明一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置的改进：
所述集中控制系统包括转速控制器、风机控制器、温度采集系统和集中控制屏幕；转速控制器用于控制喂料绞龙的喂料电机，转速控制器用于窑体的传动电机，转速控制器用于控制出料绞龙的出料电机；风机控制器用于控制引风机。
所述温度采集系统用于检测入口烟气温度、空气温度、燃气温度、出口烟气温度和出料温度；PLC控制器用于接受集中控制屏幕，用于集成控制转速控制器、风机控制器、显示温度采集系统温度。
作为对本发明一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置的改进：
所述窑体内部前端三分之一部分为螺旋扬料板，窑体内部中间三分之一部分为直板型扬料板，窑体内部后端三分之一部分为V字型扬料板。
作为对本发明一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置的改进：
所述窑体中间连接转速控制器，转速控制器通过窑体传动电机连接窑体，用于控制窑体的转速，窑体传动控制器用于控制窑体转动。
作为对本发明一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置的改进：
所述温度检测装置为热电偶温度计，热电偶温度计包括五个温度测点，其中，空气进口温度测点位于用于通入空气流量计后端，燃气进口温度测点位于用于通入空气流量计后端，烟气温度测点位于热风炉后端；尾气温度测点位于窑体与尾气通道接触处；出料温度测点位于窑体与出料绞龙处；装置还设置环境压力检测点。
作为对本发明一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置的改进：
所述土壤进料系统包括土壤喂料电机、喂料绞龙和喂料电机控制器，电机与喂料绞龙连接，窑体前端上部固定连接喂料绞龙。
作为对本发明一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置的改进：
所述土壤出料系统包括处料系统电机、出料绞龙和出料量控制器，窑体后端下部固定连接出料绞龙；电机与出料绞龙连接，出料绞龙用于输运脱附后土壤，出料量控制器用于控制出料绞龙的运转速率。
本发明还提供一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置使用方法，包括以下步骤：
将待修复有机污染土壤置于喂料绞龙中；在土壤进料系统电机的作用下，喂料绞龙将土壤推入窑体；窑体由传动电机的作用下转动；螺旋扬料板将土壤运输至直板型扬料板和V字型扬料板的位置；土壤移动过程中热空气从热风炉流动进入窑体对其热脱附，待热脱附完成后，土壤经进入窑体带出；出料电机带动出料绞龙将完成脱附土壤带动，水雾冷却后被带出；土壤热脱附过程产生的尾气经尾气管道进入旋风除尘器后，进去尾气处理系统。
热空气从热风炉中产生700℃-900℃，经耐高温管道至窑体，热空气在窑体中对土壤进行加热，热空气运输方向保持与土壤的运输方向相同；
温度检测装置会定时采集温度测点的温度数据，通过集中控制屏幕显示并记录；
通过集中控制屏幕来控制转速控制器、风机控制器、风机频率，后台会记录一定时间直接热脱附装置的工作参数和温度数据。
通过环境压力检测点查看窑体内环境压力，集中控制屏幕可显示并记录。
可通过玻璃观测口观测窑体运行情况。
本发明一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置及使用方法的技术优势为：
本发明可根据不同污染程度和污染特性调整热脱附过程中工程参数，有效降低能耗并提高升温速率；空气在空腔中的流动与土壤运动方向一致，与土壤直接接触。本发明装置中有接口连接尾气气体收集处理装置，有多个温度检测装置和集中控制系统控制数据采集，使有机污染土壤修复过程更高效、低能耗、可视化。
本发明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，使有机污染土壤修复过程更节能、环保、高效。
本发明的扬料板结构采用三段式扬料板，实现出土温度快速达到脱附要求温度，保证脱附效果；能够快速达到稳态脱附，提高单位时间脱附量；加快有机污染土壤的脱附效果，提高污染土壤与热烟气接触，提高脱附效率，大幅降低能耗。
本发明采用热风炉加热，产生高热烟气提高能耗利用率，在脱附时对污染物加热，更节能高效。
本发明采用保温层和余热梯级回用，有效提高能耗利用率，降低脱附成本。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明具体实施方式中三段式扬料板异位直接热脱附装置结构示意图。
图2为本发明具体实施方式中窑内温度变化图像。
图3为本发明具体实施方式中不同转速与不同烟气温度分析结果图：图3(a)转速为3rmp时，烟气温度为700℃、900℃、1100℃；图3(b)转速为5rmp时，烟气温度为700℃、900℃、1100℃；图3(c)转速为7rmp时，烟气温度为700℃、900℃、1100℃；图3(d)进料量为55kg/h时，不同烟气温度和转速下颗粒出土温度。
图中：窑体1、螺纹扬板2、直板型扬料板2-1、V字型扬料板2-2、保温层3、喂料绞龙4、喂料电机5、喂料电机控制器6、入口烟气测点7、窑体1传动电机8、转速控制器9、耐高温管道10、热风炉11、空气阀门12、空气流量计13、空气进口温度传感器14、燃气阀门15、燃气流量计16、燃气进口温度传感器17、环境压力检测点18、旋风除尘器19、引风机20、风机控制器21、尾气温度测点22、出料绞龙23、出料电机24、出料电机24控制器25、出料温度测点26、出料水淋降温27、集中控制屏幕28、PLC控制器29、玻璃观测口30、尾气管道31、尾气处理系统32。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，如图1所示，包括直接式热脱附器、加热系统、集中控制系统、温度检测装置、土壤进料系统和土壤出料系统。
加热系统、集中控制系统、温度检测装置、尾气处理系统、土壤进料系统和土壤出料系统均与直接式热脱附器连接。
为了提高有机污染土壤修复过程的能耗利用率，以获得减少能耗损失；直接式热脱附器包括水平方向布置的窑体1和保温层3；窑体1上部设置三部分保温层3。
窑体1尾部水平中心端设置玻璃观测口30。
窑体1尾部设置一个尾气管道31，用于引导尾气；尾气管道31连接旋风除尘器19，除尘后进入尾气处理系统；尾气处理系统安装引风机20。
加热系统包括热风炉11和耐高温管道10，热风炉11出口通过耐高温管道10与窑体1内腔连接；热风炉11燃烧燃气与空气产生高温烟气；热风炉11连接燃气与空气；热风炉11一路与燃气进口温度传感器17、燃气阀门15和燃气流量计16连接，通过燃气进口温度传感器17测量进入燃气温度；热风炉11另一路与空气进口温度传感器14、空气阀门12和空气流量计13连接，通过空气进口温度传感器14测量进入空气温度。热风炉11燃烧产生高温烟气经高温管道10和入口烟气测点11进入窑体1。
集中控制系统；集中控制系统包括转速控制器9、风机控制器21、温度检测装置和集中控制屏幕28；转速控制器9用于控制喂料绞龙4的喂料电机5，转速控制器9用于窑体1的传动电机，转速控制器9用于控制出料绞龙23的出料电机24；风机控制器21用于控制引风机20。温度检测装置用于检测入口烟气温度、空气温度、燃气温度、出口烟气温度和出料温度。PLC控制器29用于接受集中控制屏幕28，用于集成控制转速控制器9、风机控制器21、显示温度检测装置温度。
为了提高有机污染土壤修复过程的传热效率，提高升温速率，窑体1内部固定不同形状扬料板，窑体1前端三分之一部分为螺旋扬料板2，窑体1中间三分之一部分为直板型扬料板2-1，窑体1后端三分之一部分为V字型扬料板2-2。
直板型扬料板2-1一端固定在窑体1内侧壁上，另一端朝向窑体1的轴心延伸；直板型扬料板2-1主要用于加快土壤的分散，使堆积土壤分散，增加与高温烟气接触面积，减少堆积。
V字型扬料板2-2包括直板和斜板，直板首端固定在窑体1内侧壁上，直板尾端朝向窑体1的轴心延伸；斜板首端与直板尾端固定连接，斜板尾端朝向顺时针方向倾斜设置。V字型扬料板2-2在尾端，进一步使土壤分散，能够使土壤快速升高到脱附温度。
窑体1中间连接转速控制器9，转速控制器9通过窑体1传动电机8连接窑体1，用于控制窑体1的转速，传动电机8能带动窑体1与保温层3一起转动，使土壤在窑体1内转动前进，窑体1传动控制器8用于控制窑体1转动；热空气在窑体1中的流动方向与土壤运动方向相同。
温度检测装置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；温度检测装置为热电偶温度计，热电偶温度计包括五个温度测点，其中，空气进口温度测点14位于用于通入空气流量计13后端，燃气进口温度测点17位于用于通入燃气流量计16后端，烟气温度测点位于热风炉11后端；尾气温度测点22位于窑体1与尾气通道1接触处；出料温度测点26位于窑体1与出料绞龙23处；装置还设置环境压力检测点18。
温度检测装置用于采集空气、燃气、高温烟气、出口土壤温度和高温尾气温度。采集到的空气、燃气温度用于调节高温烟气温度；采集到的高温烟气、出口土壤温度用于探究入口烟气与出土温度之间的关系，找到最大处理量工况下最少能耗烟气温度；采集到的出口土壤温度主要用于检测出土温度是否达到脱附温度。
土壤进料系统加快土壤升温速率，提高利用率，以获较高的脱附效率；土壤进料系统包括土壤喂料电机5、喂料绞龙4和喂料电机控制器6，电机5与喂料绞龙4连接，用于破碎土壤并输运土壤，喂料电机控制器6用于控制喂料电机5的运转速率。窑体1前端上部固定连接喂料绞龙4。
土壤出料系统包括处料系统电机25、出料绞龙23和出料量控制器26，窑体1后端下部固定连接出料绞龙23；电机25与出料绞龙23连接，出料绞龙23用于输运脱附后土壤，出料量控制器26用于控制出料绞龙23的运转速率。
一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置的方法，具体包括以下步骤：
作业时，将待修复有机污染土壤置于喂料绞龙4中；在土壤进料系统电机的作用下，喂料绞龙4将土壤推入窑体1。窑体1由传动电机的作用下转动；螺旋扬料板2将土壤运输至窑体1中部直板型扬料板2-1和后部V字型扬料板2-2；土壤移动过程中热空气从热风炉11流动进入窑体1对其热脱附，待热脱附完成后，土壤经进入窑体1带出；出料电机24带动出料绞龙23将完成脱附土壤带动，水雾冷却后被带出；土壤热脱附过程产生的尾气经尾气管道31进入旋风除尘器19后，进去尾气处理系统32。
作业时，热空气从热风炉11中产生700℃-900℃，经耐高温管道10至窑体1，热空气在窑体1中对土壤进行加热，热空气运输方向保持与土壤的运输方向相同。
作业时，温度检测装置会定时采集温度测点的温度数据，通过集中控制屏幕28显示并记录。
作业时，通过集中控制屏幕28来控制转速控制器9、风机控制器21、引风机20频率，后台会记录一定时间直接热脱附装置的工作参数和温度数据。
作业时，通过环境压力检测点18查看窑体1内环境压力，集中控制屏幕28可显示并记录。
作业时，可通过玻璃观测口30观测窑体1运行情况。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，其特征在于：包括直接式热脱附器、加热系统、集中控制系统、温度检测装置、尾气处理系统、土壤进料系统和土壤出料系统；
所述加热系统、集中控制系统、温度检测装置、尾气处理系统、土壤进料系统和土壤出料系统均与直接式热脱附器连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，其特征在于：
所述直接式热脱附器包括水平方向布置的窑体(1)和保温层(3)；设置在保温层(3)窑体(1)外表面；
所述窑体(1)水平尾部中心端设置玻璃观测口(30)，窑体(1)尾部设置一个尾气管道(31)；尾气管道(31)连接旋风除尘器(19)和引风机(20)。
3.根据权利要求2所述的一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，其特征在于：
所述加热系统包括热风炉(11)和耐高温管道(10)，热风炉(11)出口通过耐高温管道(10)与窑体(1)内腔连接；热风炉(11)燃烧燃气与空气产生高温烟气；热风炉(11)连接燃气与空气；热风炉(11)与燃气进口温度传感器(17)、燃气阀门(15)、燃气流量计(16)顺次连接，通过燃气进口温度传感器(17)测量进入燃气温度；热风炉(11)与空气进口温度传感器(14)、空气阀门(12)、空气流量计(13)顺次连接，通过空气进口温度传感器(14)测量进入空气温度；热风炉(11)燃烧产生高温烟气经入口烟气测点测量进入窑体(1)。
4.根据权利要求3所述的一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，其特征在于：
所述集中控制系统包括转速控制器(9)、风机控制器(21)、温度采集系统和集中控制屏幕(28)；转速控制器(9)用于控制喂料绞龙(4)的喂料电机(5)，转速控制器(9)用于窑体(1)的传动电机，转速控制器(9)用于控制出料绞龙(23)的出料电机(24)；风机控制器(21)用于控制引风机(20)；
所述温度采集系统用于检测入口烟气温度、空气温度、燃气温度、出口烟气温度和出料温度；PLC控制器(29)用于接受集中控制屏幕(28)，用于集成控制转速控制器(9)、风机控制器(21)、显示温度采集系统温度。
5.根据权利要求4所述的一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，其特征在于：
所述窑体(1)内部前端三分之一部分为螺旋扬料板(2)，窑体(1)内部中间三分之一部分为直板型扬料板(2-1)，窑体(1)内部后端三分之一部分为V字型扬料板(2-2)。
6.根据权利要求5所述的一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，其特征在于：
所述窑体(1)中间连接转速控制器(9)，转速控制器(9)通过窑体(1)传动电机(8)连接窑体(1)，用于控制窑体(1)的转速，窑体(1)传动控制器(8)用于控制窑体(1)转动。
7.根据权利要求6所述的一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，其特征在于：
所述温度检测装置为热电偶温度计，热电偶温度计包括五个温度测点，其中，空气进口温度测点(14)位于用于通入空气流量计(13)后端，燃气进口温度测点(17)位于用于通入空气流量计(16)后端，烟气温度测点位于热风炉(11)后端；尾气温度测点(22)位于窑体(1)与尾气通道(1)接触处；出料温度测点(26)位于窑体(1)与出料绞龙(23)处；装置还设置环境压力检测点(18)。
8.根据权利要求7所述的一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，其特征在于：
所述土壤进料系统包括土壤喂料电机(5)、喂料绞龙(4)和喂料电机控制器(6)，电机(5)与喂料绞龙(4)连接，窑体(1)前端上部固定连接喂料绞龙(4)。
9.根据权利要求8所述的一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置，其特征在于：
所述土壤出料系统包括处料系统电机(25)、出料绞龙(23)和出料量控制器(26)，窑体(1)后端下部固定连接出料绞龙(23)；电机(25)与出料绞龙(23)连接，出料绞龙(23)用于输运脱附后土壤，出料量控制器(26)用于控制出料绞龙(23)的运转速率。
10.利用如权利要求1-9任一所述的一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置的一种适用于有机污染土壤直接热脱附的三段式扬料板回转窑装置使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
将待修复有机污染土壤置于喂料绞龙(4)中；在土壤进料系统电机的作用下，喂料绞龙(4)将土壤推入窑体(1)；窑体(1)由传动电机的作用下转动；螺旋扬料板(2)将土壤运输至直板型扬料板(2-1)和V字型扬料板(2-2)的位置；土壤移动过程中热空气从热风炉(11)流动进入窑体(1)对其热脱附，待热脱附完成后，土壤经进入窑体(1)带出；出料电机(24)带动出料绞龙(23)将完成脱附土壤带动，水雾冷却后被带出；土壤热脱附过程产生的尾气经尾气管道(31)进入旋风除尘器(19)后，进去尾气处理系统(32)；
热空气从热风炉(11)中产生700℃-900℃，经耐高温管道(10)至窑体(1)，热空气在窑体(1)中对土壤进行加热，热空气运输方向保持与土壤的运输方向相同；
温度检测装置会定时采集温度测点的温度数据，通过集中控制屏幕(28)显示并记录；
通过集中控制屏幕(28)来控制转速控制器(9)、风机控制器(21)、风机频率，后台会记录一定时间直接热脱附装置的工作参数和温度数据；
通过环境压力检测点(18)查看窑体(1)内环境压力，集中控制屏幕(28)可显示并记录；
可通过玻璃观测口(30)观测窑体(1)运行情况。
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