CN115502193A - 一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及原位热脱附技术领域，具体公开了一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备及方法，所述设备包括多个布设在修复场地内的高压加热井，多个布设在修复场地内的双相抽提井，与所述高压加热井连通的燃气供给设备，与所述双相抽提井连通的尾气分离处理设备，以及与所述高压加热井、双相抽提井、燃气供给设备以及尾气分离处理设备电性连接的控制设备；所述方法包括：S1、高压加热井与双相抽提井的布设；S2、高压加热井对土壤内部进行加热修复；S3、双相抽提井抽提尾气，并采用尾气分离处理设备进行尾气处理；本发明可确保单个高压加热井能够在地面下对更大面积的土壤进行加热；并且加热效率更高，热脱附效能能好。

Description

一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备及方法

技术领域

本发明涉及原位热脱附技术领域，具体是涉及一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备及方法。

背景技术

在进行土壤修复处理中，通常会采用原位热脱附技术修复污染场地。

现有技术通常在燃烧室中燃烧天然气或液化石油气，产生高温气体；将高温气体注入单个的加热井中，并使其在井内往返流动；高温气体间接加热土壤，通过热传导方式加热目标修复区域，使得土壤温度升高到目标温度；当土壤温度达到目标值后，土壤中的污染物能够从土壤中迅速解吸并分离出来，形成含污染物的蒸汽并部分进入水体；同时用抽提系统将污染物蒸汽抽提至地表，然后进行汽水分离；并对含有污染物的水和气做进一步处理，达标排放。

现有技术存在的缺陷是使可燃气在地面上的燃烧室进行燃烧，然后将高温气体导入地下，在传导高温气体的过程中会产生热量损失，导致能耗较高；现有技术是通过高温气体循环往复的方式进行加热，仅仅通过热传导对土壤进行加热，导致高温气体的加热范围小，不能对离加热井较远的土壤进行加热，因此热脱附处理效果较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有技术的原位热脱附对土壤的热脱附处理效果较差，加热井在地面下的加热范围小。

本发明的技术方案是：一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，包括多个布设在修复场地内的高压加热井，多个布设在修复场地内的双相抽提井，与所述高压加热井连通的燃气供给设备，与所述双相抽提井连通的尾气分离处理设备，以及与所述高压加热井、双相抽提井、燃气供给设备以及尾气分离处理设备电性连接的控制设备；

所述高压加热井包括埋设在修复土壤内的加热井，设置在地面上且位于所述加热井上方的升降设备，以及设置在所述加热井内且与升降设备连接的升降压缩装置；

所述加热井包括埋设在所述修复土壤内的加热井外管，设置在所述加热井外管内部且中心轴线与加热井外管中心轴线重合的增压内管，设置在所述增压内管上端口处的转换结构；

所述转换结构包括设置在加热井外管上端口处的密封盖，设置在所述密封盖中心且与增压内管上端口旋转连接的转换盘，设置在所述转换盘下方中心的电控喷气嘴，一端连通所述电控喷气嘴、另一端连通燃气供给设备的供气管道，以及固定设置在转换盘下端面且与增压内管内壁转动连接的气道转换环；

所述升降压缩装置包括滑动设置在所述增压内管内部的压缩活塞，设置在所述压缩活塞上方的电子点火装置，下端贯穿所述转换盘与所述压缩活塞连接的控制轴杆，以及设置在所述控制轴杆上端且与升降设备连接的旋转连接盘；

所述压缩活塞侧壁与增压内管内壁密封接触；压缩活塞与增压内管上端的转换盘之间形成燃烧腔；

所述气道转换环上设置有气道转换孔；所述增压内管侧壁上设置有能与所述气道转换孔连通的第一排气孔；

所述增压内管外壁与加热井外管内壁之间形成与所述第一排气孔连通的排气通道；

所述加热井外管下端侧壁四周设置有与所述排气通道连通的用于向土壤中注入高温高压气体的第二排气孔。

进一步地，所述密封盖上安装有驱动转换盘转动的第一驱动模块；

所述密封盖上设置有旋转角限位件；所述转换盘上设置有与旋转角限位件连接的挡板。

说明：旋转角限位件与挡板的设置能够对转换盘在旋转角度上进行限定，确保第一排气孔与气道转换孔能够准确连通，将高温气流输送进排气通道内并通过第二排气孔排出，对土壤进行有效的加热。

进一步地，所述双相抽提井为浮动双相抽提井；

所述浮动双相抽提井包括设置在修复土壤内的地下抽提井，设置在所述地下抽提井上端口处的调节组件，安装在所述调节组件上的抽提装置。

说明：浮动双相抽提井在地下水液面发生变化升降的情况下，使双相抽提管根据液面浮动，始终确保液相抽提腔与气相抽提腔能够分别对液相与气相进行抽提。

进一步地，所述调节组件包括水平设置在地面上的安装架，设置在所述安装架上且位于所述地下抽提井中心的圆形安装盘，设置在所述圆形安装盘中心的螺纹连接环，贯穿所述螺纹连接环且与螺纹连接环螺纹连接的升降螺纹套，以及设置在圆形安装盘上且与螺纹连接环连接的第二驱动模块。

说明：通过第二驱动模块可驱动螺纹连接环进行转动，通过螺纹连接环的转动可使升降螺纹套上下移动，从而控制抽提装置在地下抽提井内的位置，可对抽提装置的位置进行调节。

进一步地，所述抽提装置包括垂直设置在所述升降螺纹套中心的中心轴，滑动设置在所述中心轴下端且与尾气分离处理设备连通的浮动抽提器。

说明：中心轴的设置能够确保浮动抽提器垂直设置在地下水中；防止浮动抽提器倾斜，对浮动抽提器在垂向上起到定位作用。

进一步地，所述浮动抽提器包括滑动套设在所述中心轴上的双相抽提管，以及设置在所述双相抽提管中部的悬浮装置。

说明：悬浮装置与双相抽提管固定连接；通过悬浮装置在地下水面上产生浮力而确保双相抽提管漂浮在水面上，且能够在中心轴上下浮动。

进一步地，所述双相抽提管两端均设有套设在中心轴上的第一密封环；所述双相抽提管内部与悬浮装置高度齐平的第二密封环；所述第二密封环上方的双相抽提管为气相抽提腔；所述第二密封环下方的双相抽提管为液相抽提腔；

所述双相抽提管上端的第一密封环上设置有与气相抽提腔连通的气提管，以及与液相抽提腔连通的液提管。

说明：通过液相抽提腔能够对地下水液面下的物质进行抽提采集；通过气相抽提管则能够对土壤中热脱附产生的气态物质进行采集；通过液提管与气提管将输送至尾气分离处理设备内进行尾气处理。

进一步地，所述悬浮装置包括固定在双相抽提管外部的漂浮环，多个固定在所述漂浮环四周的漂浮气囊。

说明：通过在漂浮环四周设置漂浮气囊能够一方面能够增大浮力，另一方面确保双相抽提管受到均匀向上的浮力；在地下水液面变化时双相抽提管能够随漂浮气囊自动上下浮动。

进一步地，所述排气通道内设置有压力传感器与温度传感器。

说明：通过压力传感器与温度传感器能够对排气通道内部的气流压力与温度进行实时检测，得到气流准确的压力与温度，便于工作人员进行参考，掌握加热情况。

一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备的修复方法，包括以下步骤：

S1、将高压加热井与双相抽提井均匀布设在修复场地内，埋设深度为1.2米；

S2、并将燃气供给设备与高压加热井连接，采用燃气供给设备箱高压加热井供给可燃气，采用高压加热井对土壤内部进行加热修复；

S2-1、高压加热井的升降设备控制升降压缩装置上下运动使升降压缩装置的压缩活塞在增压内管内部反复上下运动；当压缩活塞在增压内管向下运动时，控制设备控制电控喷气嘴将燃气供给设备内的可燃气注入至燃烧腔内；此时气道转换环上的气道转换孔与第一排气孔处于不连通的位置；

S2-2、当压缩活塞在增压内管内到达最低点向上运动时控制设备控制电子点火装置引燃燃烧腔内的可燃气；此时气道转换环上的气道转换孔与第一排气孔连通；压缩活塞120则继续向上运动压缩燃烧后的高温气流，使高温气流通过第一排气孔、排气通道、第二排气孔，进入土壤内部进行原位热脱附；

S3、采用双相抽提井对热脱附得到的尾气进行抽提，并将双相抽提井与尾气分离处理设备连接，采用尾气分离处理设备对双相抽提井抽提得到的尾气进行处理。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，通过在高压加热井内部进行可燃气的及时燃烧而产生高温气流，能够有效保证燃烧热量均在地面下释放，并通过热传导有效作用于土壤升温；采用压缩活塞对高温气流进行压缩增压，可有效提升高温气流的气压，然后通过气道转换孔、第一排气孔进行排放；有效增加高温气体对土壤的穿透力，从而确保在地面下单个高压加热井能够对更大面积的土壤进行加热；并且加热效率更高，热脱附效能能好。

本发明通过浮动双相抽提井的设置，实现利用漂浮气囊的浮力使双相抽提管漂浮在地下抽提井内；在地下水液面发生变化升降的情况下，使双相抽提管根据液面浮动，始终确保液相抽提腔与气相抽提腔能够分别对液相与气相进行抽提，解决现有技术中在地下水液面下降后，液相抽提与液面脱离而失效；在地下水液面上升后，气相抽提与地下水接触而失效的问题。

附图说明

图1是本发明实施例1整体的结构示意图；

图2是本发明实施例1高压加热井的结构示意图；

图3是本发明实施例1加热井的结构示意图；

图4是本发明实施例1转换结构、升降压缩装置的结构示意图；

图5是本发明实施例1气道转换孔、第一排气孔的结构示意图；

图6是本发明实施例3浮动双相抽提井的结构示意图；

图7是本发明实施例3悬浮装置的结构示意图；

其中，1-高压加热井、10-加热井、100-加热井外管、101-增压内管、102-排气通道、103-第二排气孔、11-升降设备、12-升降压缩装置、120-压缩活塞、121-电子点火装置、122-控制轴杆、123-旋转连接盘、124-燃烧腔、13-转换结构、130-密封盖、131-转换盘、132-供气管道、133-气道转换环、134-气道转换孔、135-第一排气孔、136-旋转角限位件、137-挡板、138-第一驱动模块、139-电控喷气嘴、2-双相抽提井、20-地下抽提井、21-调节组件、210-安装架、211-圆形安装盘、212-螺纹连接环、213-升降螺纹套、214-第二驱动模块、22-中心轴、23-浮动抽提器、230-双相抽提管、231-第一密封环、232-第二密封环、233-气相抽提腔、234-液相抽提腔、24-悬浮装置、240-漂浮环、241-漂浮气囊、3-燃气供给设备、4-尾气分离处理设备、5-控制设备。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，包括15个布设在修复场地内的高压加热井1，15个布设在修复场地内的双相抽提井2，与所述高压加热井1连通的燃气供给设备3，与所述双相抽提井2连通的尾气分离处理设备4，以及与所述高压加热井1、双相抽提井2、燃气供给设备3以及尾气分离处理设备4电性连接的控制设备5；

如图2所示，所述高压加热井1包括埋设在修复土壤内的加热井10，设置在地面上且位于所述加热井10上方的升降设备11，以及设置在所述加热井10内且与升降设备11连接的升降压缩装置12；

如图3所示，所述加热井10包括埋设在所述修复土壤内的加热井外管100，设置在所述加热井外管100内部且中心轴线与加热井外管100中心轴线重合的增压内管101，设置在所述增压内管101上端口处的转换结构13；

如图4所示，所述转换结构13包括设置在加热井外管100上端口处的密封盖130，设置在所述密封盖130中心且与增压内管101上端口旋转连接的转换盘131，设置在所述转换盘131下方中心的电控喷气嘴139，一端连通所述电控喷气嘴139、另一端连通燃气供给设备3的供气管道132，以及固定设置在转换盘131下端面且与增压内管101内壁转动连接的气道转换环133；

所述升降压缩装置12包括滑动设置在所述增压内管101内部的压缩活塞120，设置在所述压缩活塞120上方的电子点火装置121，下端贯穿所述转换盘131与所述压缩活塞120连接的控制轴杆122，以及设置在所述控制轴杆122上端且与升降设备11连接的旋转连接盘123；

所述压缩活塞120侧壁与增压内管101内壁密封接触；压缩活塞120与增压内管101上端的转换盘131之间形成燃烧腔124；

如图5所示，所述气道转换环133上设置有气道转换孔134；所述增压内管101侧壁上设置有能与所述气道转换孔134连通的第一排气孔135；

所述增压内管101外壁与加热井外管100内壁之间形成与所述第一排气孔135连通的排气通道102；

所述加热井外管100下端侧壁四周设置有与所述排气通道102连通的用于向土壤中注入高温高压气体的第二排气孔103。

所述密封盖130上安装有驱动转换盘131转动的第一驱动模块138；

所述密封盖130上设置有旋转角限位件136；所述转换盘131上设置有与旋转角限位件136连接的挡板137。

所述排气通道102内设置有压力传感器与温度传感器。压力传感器与温度传感器通过信号传输线与控制设备5连接。

其中，双相抽提井2、控制设备5、压力传感器、温度传感器、第一驱动模块138、电控喷气嘴139、升降设备11、电子点火装置121均采用现有技术产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

实施例2：

一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备的修复方法，包括以下步骤：

S1、将高压加热井1与双相抽提井2均匀布设在修复场地内，埋设深度为1.2米；

S2、并将燃气供给设备3与高压加热井1连接，采用燃气供给设备箱高压加热井1供给可燃气，采用高压加热井1对土壤内部进行加热修复；

S2-1、高压加热井1的升降设备11控制升降压缩装置12上下运动使升降压缩装置12的压缩活塞120在增压内管101内部反复上下运动；当压缩活塞120在增压内管101向下运动时，控制设备5控制电控喷气嘴139将燃气供给设备3内的可燃气注入至燃烧腔124内；此时气道转换环133上的气道转换孔134与第一排气孔135处于不连通的位置；

S2-2、当压缩活塞120在增压内管101内到达最低点向上运动时控制设备5控制电子点火装置121引燃燃烧腔124内的可燃气；此时气道转换环133上的气道转换孔134与第一排气孔135连通；压缩活塞120则继续向上运动压缩燃烧后的高温气流，使高温气流通过第一排气孔135、排气通道102、第二排气孔103，进入土壤内部进行原位热脱附；

S3、采用双相抽提井2对热脱附得到的尾气进行抽提，并将双相抽提井2与尾气分离处理设备4连接，采用尾气分离处理设备4对双相抽提井2抽提得到的尾气进行处理。

实施例3

与实施例1不同的是：

所述双相抽提井2为浮动双相抽提井；

如图6所示，所述浮动双相抽提井包括设置在修复土壤内的地下抽提井20，设置在所述地下抽提井20上端口处的调节组件21，安装在所述调节组件21上的抽提装置。

所述调节组件21包括水平设置在地面上的安装架210，设置在所述安装架210上且位于所述地下抽提井20中心的圆形安装盘211，设置在所述圆形安装盘211中心的螺纹连接环212，贯穿所述螺纹连接环212且与螺纹连接环212螺纹连接的升降螺纹套213，以及设置在圆形安装盘211上且与螺纹连接环212连接的第二驱动模块214。

所述抽提装置包括垂直设置在所述升降螺纹套213中心的中心轴22，滑动设置在所述中心轴22下端且与尾气分离处理设备4连通的浮动抽提器23。

所述浮动抽提器23包括滑动套设在所述中心轴22上的双相抽提管230，以及设置在所述双相抽提管230中部的悬浮装置24。

如图7所示，所述双相抽提管230两端均设有套设在中心轴22上的第一密封环231；所述双相抽提管230内部与悬浮装置24高度齐平的第二密封环232；所述第二密封环232上方的双相抽提管230为气相抽提腔233；所述第二密封环232下方的双相抽提管230为液相抽提腔234。所述双相抽提管230上端的第一密封环231上设置有与气相抽提腔233连通的气提管235，以及与液相抽提腔234连通的液提管236。

所述悬浮装置24包括固定在双相抽提管230外部的漂浮环240，6个固定在所述漂浮环240四周的漂浮气囊241。

其中，漂浮气囊241、第二驱动模块214均采用现有技术产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

Claims (10)

1.一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，其特征在于，包括多个布设在修复场地内的高压加热井(1)，多个布设在修复场地内的双相抽提井(2)，与所述高压加热井(1)连通的燃气供给设备(3)，与所述双相抽提井(2)连通的尾气分离处理设备(4)，以及与所述高压加热井(1)、双相抽提井(2)、燃气供给设备(3)以及尾气分离处理设备(4)电性连接的控制设备(5)；

所述高压加热井(1)包括埋设在修复土壤内的加热井(10)，设置在地面上且位于所述加热井(10)上方的升降设备(11)，以及设置在所述加热井(10)内且与升降设备(11)连接的升降压缩装置(12)；

所述加热井(10)包括埋设在所述修复土壤内的加热井外管(100)，设置在所述加热井外管(100)内部且中心轴线与加热井外管(100)中心轴线重合的增压内管(101)，设置在所述增压内管(101)上端口处的转换结构(13)；

所述转换结构(13)包括设置在加热井外管(100)上端口处的密封盖(130)，设置在所述密封盖(130)中心且与增压内管(101)上端口旋转连接的转换盘(131)，设置在所述转换盘(131)下方中心的电控喷气嘴(139)，一端连通所述电控喷气嘴(139)、另一端连通燃气供给设备(3)的供气管道(132)，以及固定设置在转换盘(131)下端面且与增压内管(101)内壁转动连接的气道转换环(133)；

所述升降压缩装置(12)包括滑动设置在所述增压内管(101)内部的压缩活塞(120)，设置在所述压缩活塞(120)上方的电子点火装置(121)，下端贯穿所述转换盘(131)与所述压缩活塞(120)连接的控制轴杆(122)，以及设置在所述控制轴杆(122)上端且与升降设备(11)连接的旋转连接盘(123)；

所述压缩活塞(120)侧壁与增压内管(101)内壁密封接触；压缩活塞(120)与增压内管(101)上端的转换盘(131)之间形成燃烧腔(124)；

所述气道转换环(133)上设置有气道转换孔(134)；所述增压内管(101)侧壁上设置有能与所述气道转换孔(134)连通的第一排气孔(135)；

所述增压内管(101)外壁与加热井外管(100)内壁之间形成与所述第一排气孔(135)连通的排气通道(102)；

所述加热井外管(100)下端侧壁四周设置有与所述排气通道(102)连通的用于向土壤中注入高温高压气体的第二排气孔(103)。

2.根据权利要求1所述的一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，其特征在于，所述密封盖(130)上安装有驱动转换盘(131)转动的第一驱动模块(138)；

所述密封盖(130)上设置有旋转角限位件(136)；所述转换盘(131)上设置有与旋转角限位件(136)连接的挡板(137)。

3.根据权利要求1所述的一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，其特征在于，所述双相抽提井(2)为浮动双相抽提井；

所述浮动双相抽提井包括设置在修复土壤内的地下抽提井(20)，设置在所述地下抽提井(20)上端口处的调节组件(21)，安装在所述调节组件(21)上的抽提装置。

4.根据权利要求3所述的一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，其特征在于，所述调节组件(21)包括水平设置在地面上的安装架(210)，设置在所述安装架(210)上且位于所述地下抽提井(20)中心的圆形安装盘(211)，设置在所述圆形安装盘(211)中心的螺纹连接环(212)，贯穿所述螺纹连接环(212)且与螺纹连接环(212)螺纹连接的升降螺纹套(213)，以及设置在圆形安装盘(211)上且与螺纹连接环(212)连接的第二驱动模块(214)。

5.根据权利要求4所述的一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，其特征在于，所述抽提装置包括垂直设置在所述升降螺纹套(213)中心的中心轴(22)，滑动设置在所述中心轴(22)下端且与尾气分离处理设备(4)连通的浮动抽提器(23)。

6.根据权利要求5所述的一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，其特征在于，所述浮动抽提器(23)包括滑动套设在所述中心轴(22)上的双相抽提管(230)，以及设置在所述双相抽提管(230)中部的悬浮装置(24)。

7.根据权利要求6所述的一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，其特征在于，所述双相抽提管(230)两端均设有套设在中心轴(22)上的第一密封环(231)；所述双相抽提管(230)内部与悬浮装置(24)高度齐平的第二密封环(232)；所述第二密封环(232)上方的双相抽提管(230)为气相抽提腔(233)；所述第二密封环(232)下方的双相抽提管(230)为液相抽提腔(234)；

所述双相抽提管(230)上端的第一密封环(231)上设置有与气相抽提腔(233)连通的气提管(235)，以及与液相抽提腔(234)连通的液提管(236)。

8.根据权利要求7所述的一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，其特征在于，所述悬浮装置(24)包括固定在双相抽提管(230)外部的漂浮环(240)，多个固定在所述漂浮环(240)四周的漂浮气囊(241)。

9.根据权利要求1所述的一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备，其特征在于，所述排气通道(102)内设置有压力传感器与温度传感器。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种基于原位热脱附技术修复污染场地的成套设备的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将高压加热井(1)与双相抽提井(2)均匀布设在修复场地内，埋设深度为1.2米；

S2、并将燃气供给设备(3)与高压加热井(1)连接，采用燃气供给设备箱高压加热井(1)供给可燃气，采用高压加热井(1)对土壤内部进行加热修复；

S2-1、高压加热井(1)的升降设备(11)控制升降压缩装置(12)上下运动使升降压缩装置(12)的压缩活塞(120)在增压内管(101)内部反复上下运动；当压缩活塞(120)在增压内管(101)向下运动时，控制设备(5)控制电控喷气嘴(139)将燃气供给设备(3)内的可燃气注入至燃烧腔(124)内；此时气道转换环(133)上的气道转换孔(134)与第一排气孔(135)处于不连通的位置；

S2-2、当压缩活塞(120)在增压内管(101)内到达最低点向上运动时控制设备(5)控制电子点火装置(121)引燃燃烧腔(124)内的可燃气；此时气道转换环(133)上的气道转换孔(134)与第一排气孔(135)连通；压缩活塞120则继续向上运动压缩燃烧后的高温气流，使高温气流通过第一排气孔(135)、排气通道(102)、第二排气孔(103)，进入土壤内部进行原位热脱附；

S3、采用双相抽提井(2)对热脱附得到的尾气进行抽提，并将双相抽提井(2)与尾气分离处理设备(4)连接，采用尾气分离处理设备(4)对双相抽提井(2)抽提得到的尾气进行处理。

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