CN114659109A - 一种高效原位燃气热脱附加热装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效原位燃气热脱附加热装置,包括燃烧控制器、燃烧井、鼓风机、加热井。燃烧井为内管和外管组成的同心筒体,内管和外管之间设有螺旋导流槽,顶部螺旋导流槽上部的内管壁上设置多个进气分配孔,燃烧井外管连接鼓风机二次风螺旋进气口;鼓风机向燃烧井分级供入一、二次风并与燃气供应联锁,同时二次风进气管路上设有废气接口阀;加热井内管外壁上根据地层污染情况分区设有翅片。本发明通过二次空气/冷凝废气切向进气、与燃烧高温烟气螺旋换热,提高进气温度,并使燃烧组分充分混合,实现燃气高效燃烧,降低燃气综合耗量;同时通过在加热井内管外壁分区设置翅片,提高了热能加热地下污染地层的针对性,实现热能的综合高效利用。
Description
技术领域
本发明涉及污染场地修复领域,具体地,涉及一种高效原位燃气热脱附加热装置及方法。
背景技术
原位燃气热脱附是以天然气、液化天然气等燃料燃烧为热源,向地下输入热能,通过热传导加热目标治理区域使土壤温度升高、土壤中的污染物质迁移进入气相,再通过土壤气相抽提或多相抽提送至尾气处理系统处理实现对目标污染物去除的工艺。因适用低渗透性及均质性差的地层,不受土壤含水率的限制,可将土壤将热至100℃以上,且修复周期较短,原位燃气热脱附技术在场地修复中具有独特优势,逐渐得到越来越广泛的应用。
加热单元是原位燃气热脱附技术的关键,传统的加热单元主要由燃烧器和内外套管组成的加热井构成,燃气燃烧产生的高温烟气通过内管输入地下,至加热管底,再经内管与外管之间的环形空间返回排出,在烟气一次往返过程中以热传导方式加热周边污染土壤。
由于传统的加热型式在燃烧过程中引风量较大,导致燃烧温度降低、燃烧排烟热损失增加;此外,加热井在地面露出部分较长,且排出的高温烟气单次往返加热地层,产生的热量未充分用于地下污染土壤底层的有效加热,造成原位燃气热脱附能源利用率较低(30~60%),燃气耗量增大,增加修复成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效原位燃气热脱附加热装置。通过使二次空气/冷凝分离废气切向进气、与燃烧高温烟气螺旋换热,提高进气温度,并使燃烧组分充分混合,实现燃气/废气的高效燃烧,降低燃气综合耗量;同时通过在加热井内管外壁分区设置翅片,提高了热能加热地下污染地层的针对性,实现热能的综合高效利用。
为解决上述问题,本发明采用以下技术方案:
一种高效原位燃气热脱附加热装置,包括燃烧控制器、燃烧井、鼓风机、加热井;
所述燃烧控制器设置于燃烧井上部,燃烧控制器上设有燃气接口和燃气调节阀;下部连接燃气/一次风混合管,混合管下部设置多个分配孔,并伸入燃烧井内管上部,使燃气和一次风的混合气体均匀地进入燃烧井内管;
所述燃烧井为内管和外管组成的筒体,燃烧内管和外管之间设有螺旋导流槽,顶部螺旋导流槽上部的内管壁上设置多个二次风进气分配孔;外管上设有螺旋二次进风口;
所述鼓风机出口设有一次进气管路和二次进气管路,分别通过设置的一、二次风电动调节阀与燃气/一次风混合管空气进气口、燃烧井螺旋二次进风口连接;二次风进气管路上同时设置废气接口阀;
所述加热井和燃烧井通过法兰连接,加热井由加热外管和加热内管组成,外管上设有烟气出口,内管与燃烧井的内管连通。
所述鼓风机采用分级供风,一次风常温进气,与燃气预混,二次风/冷凝分离废气通过螺旋二次进风口进入燃烧井内外管之间腔体内,沿螺旋导流方向与燃烧井内腔高温烟气逆流换热,经内管壁上的二次风进气分配孔进入内管与预混后燃气强烈高速旋转混合、充分燃烧,产生的高温烟气经内管送入地下加热污染土壤,再经外管引出。
所述燃烧井和加热井内管和外管均为同心设置;
所述燃烧井外管上的螺旋进气口为切向设置;
所述燃烧井内螺旋导流槽的螺旋方向与二次进气方向一致,螺旋导流槽与外管贴壁设置,之间没有缝隙;
所述鼓风机出口管路上的一、二次风进气控制阀与燃气流量联锁控制;
所述加热井内管外壁上设有翅片,所述翅片可根据地层污染情况进行加密或稀疏设置,优选地,所述翅片为螺旋翅片、环形翅片等;
所述燃烧井内壁上的二次风进气分配孔为多个,且围绕圆周均布,优选地,为多个圆孔;
所述燃烧井材质为耐高温材质,优选地,采用310S。
本发明既可利用天然气作为热源,也可利用热脱附冷凝分离废气作为热源,适宜作为污染场地燃气热脱附加热井应用,也可作为废气回烧井应用。
基于上述装置本发明还提供一种高效原位燃气热脱附加热方法,包括如下步骤:天然气经燃气减压阀减压至3~4kPa后经燃气调节阀接入燃烧控制器,开启鼓风机,采用一次、二次两级供风,根据燃气和供风管路上反馈的流量信号,对一、二次风与燃气量的联锁控制,调节一、二次风门开度,经燃烧控制器点燃;其中,一次风为常温空气,送入燃气/一次风混合管,与燃气预混合,占助燃空气总量的55~70%;二次风通过螺旋二次进风口进入燃烧井内外管之间腔体内,沿螺旋导流方向与燃烧井内腔高温烟气逆流换热,经过加热的热二次风温度达到200~300℃,占助燃空气总量的30~45%;产生的高温烟气经加热井内管送入地下再经加热井外管排出,烟气在加热井往返过程中,以热传导方式加热周边污染土壤。
基于上述装置本发明还可以用作废气回烧井,用于废气的净化处理,包括如下步骤:来自热脱附加热场地的抽提尾气首先经过冷凝分离处理,再经废气接口上设置的废气接口阀螺旋送入燃烧井,与燃烧产生的高温烟气强烈换热,经过换热,废气温度达200~300℃,并通过二次进气分配孔螺旋进入燃烧室的内管,废气在内管内实现完全燃烧,高温烟气经加热井内管送入地下再经加热井外管排出,烟气在加热井往返过程中,以热传导方式加热周边污染土壤。
有益效果:
由于采用上述技术方案,本发明具有至少以下有益效果:
(1)通过将鼓风机进气管路上的进气控制阀与燃气量联锁控制,实现完全燃烧所需空气的比例给入;通过以切向方式将空气或冷凝分离废气送入燃烧井,并经螺旋导流槽与燃烧高温烟气进行逆流换热,延长了换热行程,增加了换热面积,提高了进气温度;通过以旋流方式使进气与燃气进行接触,使燃气与进气较早并强烈混合,实现燃气的充分和高效燃烧,降低燃气耗量;
(2)通过在加热井内管外壁上设置翅片,使从燃烧井排出的高温烟气在加热内管与外管之间的环隙内充分换热,进而传输给加热外管的污染;根据不同深度地层的污染分布可进行翅片的加密或稀疏设置,使得热能在土壤污染组分的加热去除上更有针对性,从而实现热能的高效利用;
(3)将原位燃气热脱附加热装置用作废气回烧井,用于废气的净化处理。来自热脱附加热场地的抽提尾气含有大量水汽,即使经过初步冷凝分离,仍具有较高的湿度,此时进入燃烧器燃烧容易打湿点火针,导致燃烧器不能成功点火,采用本结构,废气经过换热温度升高,相对湿度降低,可实现点火成功。同时由于废气中含有场地的污染有机组分,具有一定热值,燃烧时可减少燃气耗量。燃烧产生的高温烟气用于加热污染地层,实现了热能的有效利用。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中:
图1为本发明一种高效原位燃气热脱附加热装置的示意图;
图2为本发明1中燃烧井进气口的结构示意图;
以上各图中,1-燃烧井外管;2-燃烧井内管;3-螺旋导流槽;4-鼓风机;5-一次风调节阀;6-二次风调节阀;7-废气接口阀;8-螺旋进气口;9-二次进气分配孔;10-燃气/一次风混合管;11-加热井;12-烟气出口;13-翅片;14-燃气调节阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,进一步阐述本发明。在下面的详细描述中,只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑,本领域的普通技术人员可以认识到,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此,附图和描述在本质上是说明性的,而不是用于限制权利要求的保护范围。
实施案例1
参考图1、图2,本实施案例1公开了一种高效原位燃气热脱附加热装置,包括燃烧控制器、燃烧井、鼓风机4、加热井11。燃烧控制器设置于燃烧井上部,燃烧控制器上设有燃气接口和燃气调节阀14;下部连接燃气/一次风混合管10,混合管下部设置多个分配孔,并伸入燃烧井内管上部;燃烧井为同心设置的内、外管组成的筒体,燃烧井内管2和外管1之间设有螺旋导流槽3,顶部螺旋导流槽上部的内管壁上设置多个二次进气分配孔9;外管上设有螺旋进气口8;鼓风机4出口设有一次进气管路和二次进气管路,分别通过设置的一、二次风调节阀与燃气/一次风混合管10的空气进气口、燃烧井的螺旋进气口8连接,二次风进气管路上同时设置废气接口阀7;加热井11和燃烧井通过法兰连接,加热井同样11为由同心设置的内、外管组成,加热井外管上设有烟气出口12,内管外壁上设置翅片13,加热井大部分布置于待修复的污染土壤中。
本实施案例工作过程如下:
天然气经燃气减压阀减压至3~4kPa后经燃气调节阀14接入加热装置,启动风机启动箱开启鼓风机4,采用一次、二次两级供风,关闭废气接口阀7,根据燃气和供风管路上反馈的流量信号,对一、二次风与燃气量的联锁控制,调节一、二次风门开度,经燃烧控制器点燃。其中,一次风为常温空气,送入燃气/一次风混合管10,与燃气预混合,占助燃空气总量的55~70%;二次风通过螺旋二次进风口8进入燃烧井内外管之间腔体内,沿螺旋导流方向与燃烧井内腔高温烟气逆流换热,经过加热的热二次风温度可达200~300℃,占助燃空气总量的30~45%,经过螺旋换热,一方面提高了燃烧二次空气温度,另一方面提高了二次风速,同时螺旋进气会与预混后燃气强烈高速旋转混合,使燃气完全燃烧,产生的高温烟气经加热井内管2送入地下再经加热井外管排出,烟气在加热井往返过程中,以热传导方式加热周边污染土壤。根据地层污染情况的不同,加热管内管外壁上加密或稀疏设置翅片12,典型地,如螺旋翅片,通过增加烟气在重污染区段的停留时间和换热量,实现有针对性地加热地下污染地层,实现热能的有效利用。
所述燃烧井材质为耐高温材质,优选地,采用310S。
实施案例2
参考图1、图2,本实施案例与实施案例1的结构原理基本相同,不同之处在于:本实施案例中将原位燃气热脱附加热装置用作废气回烧井,用于废气的净化处理。关闭二次风调节阀6,开启一次风调节阀5,开启鼓风机,空气经一次风调节阀5鼓入并与经燃气调节阀14接入的燃气经燃烧控制器点燃燃烧。来自热脱附加热场地的抽提尾气首先经过冷凝分离处理,再经废气接口阀7螺旋送入燃烧井内外管之间腔体内,与燃烧产生的高温废气逆流换热,经过换热,废气温度达200~300℃,并通过二次进气分配孔螺旋进入燃烧室,高温废气和高速螺旋使废气实现完全燃烧,产生的高温烟气经加热井内管2送入地下再经加热井外管排出,烟气在加热井往返过程中,以热传导方式加热周边污染土壤。
来自热脱附加热场地的抽提尾气含有大量水汽,即使经过初步冷凝分离,仍具有较高的湿度,此时进入燃烧器燃烧容易打湿点火针,导致燃烧器不能成功点火,采用本结构,废气经过换热温度升高,相对湿度降低,可实现点火成功。同时由于废气中含有场地的污染有机组分,具有一定热值,燃烧时可减少燃气耗量。燃烧产生的高温烟气用于加热污染地层,实现了热能的有效利用。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域内的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种高效原位燃气热脱附加热装置,包括燃烧控制器、燃烧井、鼓风机、加热井,其特征在于,
所述燃烧控制器设置于燃烧井上部,燃烧控制器上设有燃气接口和燃气调节阀;下部连接燃气/一次风混合管,混合管下部设置多个分配孔,并伸入燃烧井内管上部;
所述燃烧井为内管和外管组成的筒体,燃烧内管和外管之间设有螺旋导流槽,内管顶部设置多个二次风进气分配孔;外管底部设有螺旋二次进风口;
所述鼓风机出口设有一次进气管路和二次进气管路,分别通过设置的一、二次风进气调节阀与燃气/一次风混合管的空气进气口、燃烧井的螺旋二次进风口连接;
所述加热井由加热外管和加热内管组成,外管上设有烟气出口,内管与燃烧井的内管连通;
所述鼓风机采用分级供风,一次风常温进气,与燃气预混,二次风通过螺旋二次进风口进入燃烧井内外管之间腔体内。
2.如权利要求1所述的一种高效原位燃气热脱附加热装置,其特征在于:所述燃烧井和加热井内管和外管均为同心设置。
3.如权利要求1所述的一种高效原位燃气热脱附加热装置,其特征在于:所述燃烧井外管上的螺旋二次进风口为切向设置。
4.如权利要求1所述的一种高效原位燃气热脱附加热装置,其特征在于:所述燃烧井内螺旋导流槽的螺旋方向与二次进气方向一致,螺旋导流槽与外管贴壁设置,之间没有缝隙。
5.如权利要求1所述的一种高效原位燃气热脱附加热装置,其特征在于:所述鼓风机出口管路上的一、二次风进气控制阀与燃气流量联锁控制。
6.如权利要求1所述的一种高效原位燃气热脱附加热装置,其特征在于:所述加热井内管外壁上设有翅片,所述翅片可根据不同深度地层的污染分布进行加密或稀疏设置。
7.如权利要求1所述的一种高效原位燃气热脱附加热装置,其特征在于:所述燃烧井内壁上的二次风进气分配孔为多个圆孔,且围绕圆周均布。
8.如权利要求1所述的一种高效原位燃气热脱附加热装置,其特征在于:所述二次风进气管路上设置废气接口,连接经过冷凝分离处理后的来自热脱附加热场地的抽提尾气。
9.基于权利要求1-7任一所述装置的高效原位燃气热脱附加热方法,其特征在于,包括如下步骤:天然气经燃气减压阀减压至3~4kPa后经燃气调节阀接入燃烧控制器,开启鼓风机,采用一次、二次两级供风,根据燃气和供风管路上反馈的流量信号,对一、二次风与燃气量的联锁控制,调节一、二次风门开度,经燃烧控制器点燃;其中,一次风为常温空气,送入燃气/一次风混合管,与燃气预混合,占助燃空气总量的55~70%;二次风通过螺旋二次进风口进入燃烧井内外管之间腔体内,沿螺旋导流方向与燃烧井内腔高温烟气逆流换热,经过加热的热二次风温度达到200~300℃,占助燃空气总量的30~45%;产生的高温烟气经加热井内管送入地下再经加热井外管排出,烟气在加热井往返过程中,以热传导方式加热周边污染土壤。
10.基于权利要求8所述装置的高效原位燃气热脱附加热方法,其特征在于,包括如下步骤:来自热脱附加热场地的抽提尾气首先经过冷凝分离处理,再经废气接口上设置的废气接口阀螺旋送入燃烧井,与燃烧产生的高温烟气强烈换热,经过换热,废气温度达200~300℃,并通过二次进气分配孔螺旋进入燃烧室的内管,废气在内管内实现完全燃烧,高温烟气经加热井内管送入地下再经加热井外管排出,烟气在加热井往返过程中,以热传导方式加热周边污染土壤。
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CN116060428A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-05-05 | 北京建工环境修复股份有限公司 | 一种有机污染土壤的原位燃气热脱附系统 |
CN116460124A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-07-21 | 北京建工环境修复股份有限公司 | 一种用于原位燃气热修复的加热系统 |
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