CN207288342U - 用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，包含热风炉、气气换热器、鼓风机、引风机、排气筒、加热井群以及管道；热风炉设有助燃空气进口、二次风进口和热风出口；气气换热器设有热风进口、冷风进口、排气口和二次风出口，二次风出口与热风炉的二次风进口连接；加热井群包含若干加热井，加热井分别与热风炉连接，加热井还分别与排气筒或气气换热器连接，气气换热器也与排气筒连接；排气筒与引风机连接；鼓风机包含助燃风机和进风风机。本实用新型提供的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，具有能源利用效率高、场地地下水流易控制、系统设备简单安全可靠、修复效果好等优点。

Description

用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统

技术领域

本实用新型涉及一种污染场地修复系统，具体地，涉及用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统。

背景技术

热脱附(Thermal Desorption)技术可广泛适用于挥发性有机物、半挥发性有机物、石油烃类或汞污染场地的原位或者异位修复。该技术通过直接或间接加热的方式，将污染土壤和/或地下水加热至接近甚至超过目标污染物的沸点，通过控制体系温度和高温持续时间有选择地促使目标污染物解吸、气化、挥发、分解或者增加其流动性，使目标污染物与土壤介质分离、去除，从而实现污染场地修复的目的。

原位热脱附修复技术可以在污染场地原位实施，无需对污染土壤进行开挖等作业，主要由场地原位加热单元、污染物抽提与回收单元以及废水/废气处理单元等构成。其中场地原位加热单元是原位热脱附技术的核心，其通过在场地内将电能、热能或者化学能等不同形式的能量以原位电阻发热、电热转换或燃烧产热后原位热传导加热或者原位蒸汽注射加热等方式转化或转移至污染场地，使受污染的土壤和/或地下水逐步升温达到目标修复温度并维持一定时间，从而可将目标污染物从原本赋存的土壤介质分离去除。在高温条件下抽提系统会将目标污染物通过地下水或土壤气的形式从地下污染区域转移至地面进行回收，或者通过废水/废气处理单元处理后达标排放。该技术对污染物的污染程度和场地地质和水文地质条件不敏感，可以有效修复重污染、地质和水文地质条件复杂的污染场地。

目前，原位热脱附修复技术在国内污染场地修复中的工程应用仍然较为有限，限制其推广应用的主要原因在于部分场地临时性的大规模用电不易获取、蒸汽注射加热脱附技术易受到场地地质条件和目标温度上限的限制、原位加热所需能源成本较高、场地地下水流不易控制、脱附出的土壤气体不易有效捕集而逃逸污染环境、抽提出的污染物冷凝回收效率较低、产生的高湿度废气不易处理、废水性质复杂较难处理等各种困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于污染场地修复的系统，能够完成燃烧、热风传导和余热回收，有效修复重污染、地质和水文地质条件复杂的污染场地。

为了达到上述目的，本实用新型提供了用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其中，所述的系统包含热风炉、气气换热器、鼓风机、引风机、排气筒、加热井群以及管道；所述的热风炉设有助燃空气进口、二次风进口和热风出口；所述的气气换热器设有热风进口、冷风进口、排气口和二次风出口，所述的二次风出口通过管道与热风炉的二次风进口连接；所述的加热井群包含若干加热井，所述的加热井上设有热风入口和热风排口，加热井的热风入口分别通过管道与热风炉的热风出口连接，加热井的热风排口分别通过管道与排气筒或气气换热器热风进口连接，气气换热器的排气口也通过管道与排气筒连接；所述的排气筒与引风机连接；所述的鼓风机包含助燃风机和进风风机，所述的助燃风机安装在热风炉的助燃空气进口处，所述的进风风机安装在气气换热器的冷风进口处。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其中，所述的热风炉，其助燃空气进口和二次风进口处设有阀门，热风出口处设有压力感应探头。所述的热风炉为集中式热风炉，使用天然气、石油气或柴油等作为燃料，通过燃烧燃料产生高温热风作为原位加热热源。所述的热风炉内设有燃烧器、燃烧室、混合室即炉膛。对于规模较大的热风炉，助燃空气由鼓风机根据燃料供给量按比例从助燃空气进口输入热风炉，通过燃烧器将燃料燃烧产生高温热风；对于小型热风炉，助燃空气由系统末端引风机运行产生的负压吸入助燃空气进口，通过调节助燃空气进口处的阀门开度大小手动调节空气吸入量。新鲜二次风通过系统末端引风机运行而在热风炉的混合室内产生的负压从二次风进口吸入，或直接使用专门的鼓风机通过气气换热器送入热风炉。从热风出口出炉的热风温度通过调节燃烧器负荷或调节二次风进口处阀门开度大小的方式进行调节。在热风出口处设置的压力感应探头，当检测到此处压力高于设置的负压值时燃烧器会自动关闭，当此处压力低于设置的负压值时燃烧器会自动启动。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其中，所述的热风炉，其产生的热风经过安装在场地内的加热井与土壤完成间接换热，完成换热的热风通过引风机的作用从排气筒排入大气，或进入安装在热风炉二次风进口前端的气气换热器，与新鲜冷风进行换热后再通过排气筒排放大气。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其中，所述的热风炉，每个分别与一个加热井或若干个加热井连接；与同一个热风炉连接的若干个加热井之间并联，或设置为相邻的加热井之间串联。即，可以灵活设置集中式热风炉与加热井群的配置形式，包括一个热风炉配备一个加热井；或者一个热风炉配备多个加热井，多个加热井并联运行，并通过阀门调节进入每个加热井的热风量尽可能均衡；相邻加热井也可串联运行，高温热风经一个加热井换好热后再送入另一个加热井继续换热后再排放。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其中，所述的加热井，其在污染场地内由地面向地下竖直或倾斜设置，在水平面上以三角形或正方形排列布置，组成加热井群；加热井的深度大于需要修复的污染区域的深度。优选地，加热井的井间距在1-3m之间，加热井的深度比需要修复的目标污染区域的深度深0.3-0.5m。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其中，所述的加热井为内外同心套管结构，其包含外管和内管，外管的内侧壁与内管的外侧壁之间留有环状间隙，内管的底部高于外管底部，外管底部设有底盖，内管底部为不设底盖的开口。优选地，外管管径100-140cm，内管管径75-90cm；内管底部与外管底部的间距为20-30cm。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其中，所述的外管安装在污染场地中预先设置的由地面向下的土孔内，外管的外侧壁与土孔内侧壁之间留有环状间隙，其内填有填料。优选地，外管的外侧壁与土孔内侧壁之间设有厚度为10-20cm的环状间隙，所述的填料为石英砂或陶粒，所述的填料内设有若干高度不同的热电偶测温探头。即，加热井安装时外管与钻探的土孔间有10-20cm的空隙，直接填入石英砂，或者填入陶粒。在填料间于不同深度处设置热电偶测温探头。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其中，所述的加热井，其顶部高于地面，加热井的顶端设有与热风炉连接的热风入口；加热井高于地面部分的侧壁上设有热风排口。所述的热风排口设有热风调节阀。高温热风通过系统末端引风机的负压作用引入加热井进行加热，高温热风先经内管由上而下送入加热井管底部，再通过内管与外管间的空隙由下而上折返回地面，经过一个侧面的热风调节阀后从热风排口排出。当填料温度达到一个较高的设置温度时可以通过电控系统自动调小或关闭加热井末端的热风调节阀开度；当填料温度达到一个较低的设置温度可以通过电控系统自动开启或调大热风调节阀开度。所述的电控系统优选为STM32F407单片机。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其中，所述的系统还包含设置在需要修复的污染区域外围的止水帷幕，所述的止水帷幕由双轴或者三轴混凝土搅拌桩构成，所述的混凝土搅拌桩从地面向地下垂直设置并形成墙式结构将污染区域包围，其深度比污染区域的深度深1-2m，所述的混凝土搅拌桩设有双层，内层采用气泡混凝土，外层采用普通混凝土，所述的内层紧靠污染区域范围设置，外层与内层之间的距离优选为45～55cm，外层与内层之间还设有井点降水设施。即，通过在原位修复区域外围设置止水帷幕的形式来实现地下水流。止水帷幕采用双轴或者三轴混凝土搅拌桩，深度从地表直至污染区域底部下1-2m处。采用双层的混凝土搅拌桩，第一层紧靠修复区域布设，采用气泡混凝土进行搅拌桩施工，第二层设置在第一层外围约50cm处，采用普通混凝土进行搅拌桩施工。在两层搅拌桩间设置井点降水设施，降水深度至污染区域底部下1-2m。所述的井点降水设施包含从地面向地下垂直设置的降水井，以及设置在地面上并与降水井连接的抽水泵。降水井是为降低地下水位打的井，打完后连接抽水泵抽取地下水，降低地下水的水位。混凝土搅拌桩是软基处理的一种有效形式，是一种将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。混凝土搅拌桩搅拌桩按主要使用的施工做法分为单轴、双轴和三轴搅拌桩。普通混凝土(normal concrete)一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。气泡混凝土(Foamed Cement)是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。

上述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其中，所述的系统还包含设置在污染场地的地面上的覆盖污染区域的混凝土层，混凝土层的水平设置范围比污染区域的相应边缘均多出1～2m，并与所述的混凝土搅拌桩密封连接。所述的混凝土层分为上下两层；下层为气泡混凝土，厚度为15-30cm；上层为普通混凝土，厚度为10-20cm。所述的混凝土层在设置加热井位置预留相应的孔洞，所述的孔洞内设有预埋套管，加热井穿过所述的预埋套管并与预埋套管之间在混凝土固化后填充膨润土进行密封。即，通过在原位修复区域表面设置混凝土层的形式来实现土壤气体控制，地表混凝土层水平范围多出修复区域各侧1-2m，与混凝土搅拌桩密封连接。混凝土层设两层，下层13为气泡混凝土，厚度15-30cm；上层为普通混凝土，厚度10-20cm。在安装过程中混凝土层在所有加热井位置或其他管道穿过的位置预留孔洞，孔内设置预埋套管，优选为钢制预埋套管或铁环，加热井穿过预埋套管，预埋套管与井管间在混凝土固化后通过填充膨润土来密封。

本实用新型提供的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统具有以下优点：

该系统用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收，属于燃烧式原位热脱附修复技术中的一个必要组成部分，具有能以常规燃料为能量来源，能源利用效率高，场地地下水流易控制，系统设备简单安全可靠，二次污染可控，修复效果好等优点。燃烧式原位热脱附修复技术是通过燃烧产热的方式将不同燃料(石油气、天然气或柴油等)的化学能转换为热能，直接以高温燃烧烟气作为热载体通过热传导的方式经由污染场地原位安装的加热井将热量传导至地下，从而提高场地温度并实现目标污染物的脱附和抽提去除的目的。燃烧式原位热脱附修复技术产生的高温烟气可以达到750-900℃，经间接换热和热传导后污染场地土壤温度最高可达600℃以上，具有能源容易获取、系统安全可靠、热脱附温度高、修复效果好，修复后污染物浓度不反弹等突出特点，应用前景广阔。

附图说明

图1为本实用新型的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统的结构示意图。

图2为本实用新型的用于污染场地原位热脱附修复的热风炉的结构示意图。

图3为本实用新型的用于污染场地原位热脱附修复的加热井的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步地说明。

如图1所示，本实用新型提供的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，该系统包含热风炉17、气气换热器5、鼓风机、引风机6、排气筒11、加热井群以及管道。

热风炉17设有助燃空气进口19、二次风进口20和热风出口21。

气气换热器5设有热风进口22、冷风进口23、排气口24和二次风出口25，二次风出口25通过管道与热风炉17的二次风进口20连接。

鼓风机包含助燃风机26和进风风机27，助燃风机26安装在热风炉17的助燃空气进口19处，进风风机27安装在气气换热器5的冷风进口23处。

加热井群包含若干加热井1，加热井1上设有热风入口8和热风排口9，加热井1的热风入口8分别通过管道与热风炉17的热风出口21连接，加热井1的热风排口9分别通过管道与排气筒11或气气换热器5热风进口22连接，气气换热器5的排气口24也通过管道与排气筒11连接；排气筒11与引风机6连接。

热风炉17的助燃空气进口19设有第一阀门28，二次风进口20处设有第二阀门29和第三阀门30，第二阀门29设置在直接引入空气的管道上，第三阀门30设置在气气换热器5的二次风出口25和热风炉17的二次风进口20之间的管道上；热风出口21处设有压力感应探头31。热风炉17为集中式热风炉，使用天然气、石油气或柴油等作为燃料，通过燃烧燃料产生高温热风作为原位加热热源。热风炉17内设有燃烧器32、燃烧室33、混合室34即炉膛。对于规模较大的热风炉，助燃空气由鼓风机根据燃料供给量按比例从助燃空气进口19输入热风炉17，通过燃烧器32将燃料燃烧产生高温热风；对于小型热风炉，助燃空气由系统末端引风机6运行产生的负压吸入助燃空气进口19，通过调节助燃空气进口19处的第一阀门28开度大小手动调节空气吸入量。新鲜二次风通过系统末端引风机6运行而在热风炉17的混合室34内产生的负压从二次风进口20吸入，或直接使用专门的鼓风机通过气气换热器5送入热风炉17。从热风出口21出炉的热风温度通过调节燃烧器32负荷或调节二次风进口20处第二阀门29和第三阀门30开度大小的方式进行调节。在热风出口21处设置的压力感应探头31，当检测到此处压力高于设置的负压值时燃烧器32会自动关闭，当此处压力低于设置的负压值时燃烧器32会自动启动。参见图2所示。

热风炉17产生的热风经过安装在场地内的加热井1与土壤完成间接换热，完成换热的热风通过引风机6的作用从排气筒11排入大气，或进入安装在热风炉17二次风进口20前端的气气换热器5，与新鲜冷风进行换热后再通过排气筒11排放大气。气气换热器5与加热井1连接的热风进口22，以及与排气筒11连接的排气口24分别设有第四阀门35。气气换热器5与加热井1连接的管道和气气换热器5与排气筒11连接的管道也进行连接，并设有第四阀门35。

每个热风炉17分别与一个加热井1或若干个加热井1连接；与同一个热风炉17连接的若干个加热井1之间并联，或设置为相邻的加热井1之间串联。即，可以灵活设置集中式热风炉17与加热井群的配置形式，包括一个热风炉17配备一个加热井1；或者一个热风炉17配备多个加热井1，多个加热井1并联运行，并通过设置在加热井1热风排口9的热风调节阀10调节进入每个加热井1的热风量尽可能均衡；相邻加热井1也可串联运行，高温热风经一个加热井1换好热后再送入另一个加热井1继续换热后再排放。

加热井1在污染场地内由地面向地下竖直或倾斜设置，在水平面上以三角形或正方形排列布置，组成加热井群；加热井1的深度大于需要修复的污染区域16的深度。优选地，加热井1的井间距在1-3m之间，加热井1的深度比需要修复的目标污染区域16的深度深0.3-0.5m。

如图3所示，加热井1为内外同心套管结构，其包含内管2和外管3，外管3的内侧壁与内管2的外侧壁之间留有环状间隙，内管2的底部高于外管3底部，外管3底部设有底盖4，内管2底部为不设底盖4的开口。优选地，外管3管径100-140cm，内管2管径75-90cm；内管2底部与外管3底部的间距为20-30cm。

加热井1的外管3安装在污染场地中预先设置的由地面向下的土孔内，外管3的外侧壁与土孔内侧壁之间留有环状间隙，其内填有填料7。优选地，外管3的外侧壁与土孔内侧壁之间设有厚度为10-20cm的环状间隙，填料7为石英砂或陶粒，填料7内设有若干高度不同的热电偶测温探头。即，加热井1安装时外管3与钻探的土孔间有10-20cm的空隙，直接填入石英砂，或者填入陶粒。在填料7间于不同深度处设置热电偶测温探头。

加热井1的顶部高于地面，加热井1的顶端设有与热风炉17连接的热风入口8；加热井1高于地面部分的侧壁上设有热风排口9。热风排口9设有热风调节阀10。高温热风通过系统末端引风机6的负压作用引入加热井1进行加热，高温热风先经内管2由上而下送入加热井1的井管底部，再通过内管2与外管3间的空隙由下而上折返回地面，经过一个侧面的热风调节阀10后从热风排口9排出。当填料7温度达到一个较高的设置温度时可以通过电控系统自动调小或关闭加热井1末端的热风调节阀10开度；当填料7温度达到一个较低的设置温度可以通过电控系统自动开启或调大热风调节阀10开度。电控系统优选为STM32F407单片机。

该系统还包含设置在需要修复的污染区域16外围的止水帷幕，止水帷幕由双轴或者三轴混凝土搅拌桩36构成，混凝土搅拌桩36从地面向地下垂直设置并形成墙式结构将污染区域16包围，其深度比污染区域16的深度深1-2m，混凝土搅拌桩36设有双层，内层37采用气泡混凝土，外层38采用普通混凝土，内层37紧靠污染区域16范围设置，外层38与内层37之间的距离优选为45～55cm，外层38与内层37之间还设有井点降水设施。即，通过在原位修复区域外围设置止水帷幕的形式来实现地下水流。止水帷幕采用双轴或者三轴混凝土搅拌桩36，深度从地表直至污染区域16底部下1-2m处。采用双层的混凝土搅拌桩36，第一层紧靠修复区域布设，采用气泡混凝土进行搅拌桩施工，第二层设置在第一层外围约50cm处，采用普通混凝土进行搅拌桩施工。在两层搅拌桩间设置井点降水设施，降水深度至污染区域16底部下1-2m。井点降水设施包含从地面向地下垂直设置的降水井39，以及设置在地面上并与降水井39连接的抽水泵。降水井是为降低地下水位打的井，打完后连接抽水泵抽取地下水，降低地下水的水位。混凝土搅拌桩是软基处理的一种有效形式，是一种将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。普通混凝土(normal concrete)一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。气泡混凝土(Foamed Cement)是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。

该系统还包含设置在污染场地的地面上的覆盖污染区域16的混凝土层12，混凝土层12的水平设置范围比污染区域16的相应边缘均多出1～2m，并与混凝土搅拌桩36密封连接。混凝土层12分为上下两层；下层13为气泡混凝土，厚度为15-30cm；上层14为普通混凝土，厚度为10-20cm。混凝土层12在设置加热井1位置预留相应的孔洞，孔洞内设有预埋套管15，加热井1穿过预埋套管15并与预埋套管15之间在混凝土固化后填充膨润土18进行密封。即，通过在原位修复区域表面设置混凝土层12的形式来实现土壤气体控制，地表混凝土层12水平范围多出修复区域各侧1-2m，与混凝土搅拌桩36密封连接。混凝土层12设两层，下层13为气泡混凝土，厚度15-30cm；上层14为普通混凝土，厚度10-20cm。在安装过程中混凝土层12在所有加热井1位置或其他管道穿过的位置预留孔洞，孔内设置预埋套管15，优选为钢制预埋套管15或铁环，加热井1穿过预埋套管15，预埋套管15与井管间在混凝土固化后通过填充膨润土18来密封。

下面结合实施例对本实用新型提供的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统做更进一步描述。

实施例1

用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，包含热风炉17、气气换热器5、鼓风机、引风机6、排气筒11、加热井群以及管道。热风炉17设有助燃空气进口19、二次风进口20和热风出口21。

气气换热器5设有热风进口22、冷风进口23、排气口24和二次风出口25，二次风出口25通过管道与热风炉17的二次风进口20连接。

鼓风机包含助燃风机26和进风风机27，助燃风机26安装在热风炉17的助燃空气进口19处，进风风机27安装在气气换热器5的冷风进口23处。

加热井群包含若干加热井1，加热井1上设有热风入口8和热风排口9，加热井1的热风入口8分别通过管道与热风炉17的热风出口21连接，加热井1的热风排口9分别通过管道与排气筒11或气气换热器5热风进口22连接，气气换热器5的排气口24也通过管道与排气筒11连接；排气筒11与引风机6连接。

该系统采用集中式热风炉17内燃料燃烧产生的温度可调的高温热风作为原位加热热源。热风炉17主要由燃烧器32、燃烧室33、混合室34、二次风进口20和热风出口21构成。燃烧器32可以使用天然气、石油气或者柴油作为燃料，同时配备助燃空气进口19，燃料在燃烧器32内形成燃烧火焰，进而进入燃烧室33完成燃烧过程。对于规模较大的热风炉，助燃空气可由鼓风机即助燃风机26根据燃料供给量按比例输入；对于小型热风炉，助燃空气可由系统末端引风机6运行产生的负压吸入，通过助燃空气进口19设置的第一阀门28手动调节空气流量。燃烧室33产生的高温烟气进入混合室34内与来自二次风进口20的新鲜空气充分混合，进一步帮助燃烧完全，同时形成达到设定温度范围的高温热风，经热风出口21排出使用。新鲜二次风可通过系统末端引风机6运行产生的负压吸入热风炉17，也可使用专门的鼓风机即进风风机27从气气换热器5送入热风炉17。出炉的热风温度可以通过调节燃烧器32负荷或者调节二次风进口20处第二阀门29和第三阀门30开度进而调节冷风流量的方式进行调节。第二阀门29设置在直接引入空气的管道上，第三阀门30设置在气气换热器5的二次风出口25和热风炉17的二次风进口20之间的管道上。在热风出口21处设置压力感应探头31，当此处压力高于设置的负压值时燃烧器32会自动关闭，只有在此处压力低于设置的一个负压值时燃烧器32才会启动，所以在系统末端引风机6不工作或者所有排烟出口均关闭的情况下，探头感应不到负压，燃烧器32会实现自动关闭。

集中式热风炉17产生的高温热风经过安装在场地内的加热井1与土壤完成间接换热，从而通过热传导的方式来提高加热井1的井管周边土壤和/或地下水温度。完成换热的热风经系统末端引风机6可直接通过排气筒11排入大气，或者送入安装在集中式热风炉17二次风进口20前端的气气换热器5，与新鲜冷风进行换热后再通过排气筒11排放大气，从而实现热风的余热回收，降低系统能耗。

集中式热风炉17产生的高温热风通过系统末端引风机6的负压作用引入加热井1进行加热。加热井1是内外同心套管的设计，外管3管径120-140cm，内管2管径40-75cm，一般采用不锈钢材质；外管3底部设底盖4，内管2底部不设底盖4，与外管3底部间距20-30cm。加热井1的顶部高于地面，加热井1的顶端设有与热风炉17连接的热风入口8；加热井1高于地面部分的侧壁上设有热风排口9。热风排口9设有热风调节阀10，再通过耐热金属软管40连通至热风总管41。高温热风先经热风入口8从内管2由上而下送入加热井1的井管底部，再通过内管2与外管3间的空隙由下而上折返回地面，经过一个侧面的热风调节阀10后从热风排口9排出，从而达到均衡换热温度的目的。

加热井1安装时外管3与钻探的土孔间一般会有10-20cm的环隙，填入热容量大、导热系数好的陶粒作为填料7。在陶粒填料7间于不同深度处设置热电偶测温探头，当陶粒温度达到一个较高的设置温度如650℃时可以通过电控系统自动调小或关闭加热井1末端的热风调节阀10开度，减少给该加热井1提供的高温热风；当陶粒温度达到一个较低的设置温度如400℃时可以通过电控系统自动开启或者调大热风调节阀10开度，增加给该加热井1提供的高温热风。电控系统优选为STM32F407单片机。由于陶粒不仅可以确保传热效果，还具有较好的蓄热能力，因此上述切换会持续一个相对较长的时间，这样可以实现在加热井1周边热量没有及时传导出去之前停止给加热井1提供热量，从而有效防止了加热井1内高温热风与周边土壤温差较小而造成的较差的换热效果，降低了系统的能耗水平。

根据场地污染分布情况、场地实际条件与系统设计特点，可灵活设置集中式热风炉17与加热井群的配置形式，如一个热风炉17配备一个加热井1，或者一个热风炉17配备多个加热井1，多个加热井1并联运行，并通过设置在加热井1热风排口9的热风调节阀10调节进入每个加热井1的热风量尽可能均衡；相邻加热井1也可以串联运行，即高温热风经一个加热井1换好热后再送入另一个加热井1继续换热后再排放。加热井1一般竖直安装，在平面上可以通过三角形或者正方形的形式布置，井间距在1-3m之间，加热井1深度根据污染深度确定，一般会超出目标污染深度0.3-0.5m；在较为特殊的应用条件下，也可以进行斜向安装与布置。

该系统通过在原位修复区域外围设置止水帷幕的形式来实现对处理区域地下水流的控制。止水帷幕一般采用双轴或者三轴混凝土搅拌桩36，深度从地表直至目标污染区域16底部下1-2m处。通常采用双层的混凝土搅拌桩36，第一层即内层37紧靠修复区域布设，采用气泡混凝土进行搅拌桩施工，第二层即外层38设置在第一层外围约50cm处，采用普通混凝土进行搅拌桩施工。第一层气泡混凝土搅拌桩利用混凝土体内相对独立的封闭气泡及良好的整体性主要起到隔水以及隔热的效果，防止外围地下水进入处理区域的同时尽量降低热修复处理区域向四周的热损失。第二层普通混凝土搅拌桩主要起到隔水的作用，防止外围地下水进入处理区域。为了防止混凝土搅拌桩36施工缺陷或者意外破裂而导致的地下水进入，还可在两层搅拌桩间设置井点降水设施，降水深度至污染区域16底部下1-2m，通过有限的降水确保外围地下水不会进入处理区域。井点降水设施包含从地面向地下垂直设置的降水井39，以及设置在地面上并与降水井39连接的抽水泵。

该系统通过在原位修复区域表面设置混凝土层12的形式来实现对处理区域地表径流的控制以及土壤气体的控制。地表混凝土层12水平范围一般会超出修复区域各侧1-2m，与混凝土搅拌桩36密封连接。混凝土层12设两层，下层13为气泡混凝土，厚度15-30cm，主要起到隔水、隔气以及隔热的效果，防止地表雨水等进入处理区域，防止土壤气体外逸或者防止外围空气进入抽提系统，同时尽量降低热修复处理区域向上的热损失；上层14为普通混凝土，厚度10-20cm，主要起到隔水和隔气的效果。

安装在地下的加热井1会向上穿过混凝土层12后与地面设施连接。在安装过程中混凝土层12在所有管道穿过的位置均预留孔，孔内设置预埋套管15，优选为铁环，加热井1穿过铁环，铁环与井管间待混凝土固化后通过填充膨润土18来密封。这样可以有效降低加热过程中由于土壤和管件热膨胀造成混凝土体破裂，影响密封效果。

实施例2

用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，包含热风炉17、气气换热器5、鼓风机、引风机6、排气筒11、加热井群以及管道。热风炉17设有助燃空气进口19、二次风进口20和热风出口21。

气气换热器5设有热风进口22、冷风进口23、排气口24和二次风出口25，二次风出口25通过管道与热风炉17的二次风进口20连接。

鼓风机包含助燃风机26和进风风机27，助燃风机26安装在热风炉17的助燃空气进口19处，进风风机27安装在气气换热器5的冷风进口23处。

加热井群包含若干加热井1，加热井1上设有热风入口8和热风排口9，加热井1的热风入口8分别通过管道与热风炉17的热风出口21连接，加热井1的热风排口9分别通过管道与排气筒11或气气换热器5热风进口22连接，气气换热器5的排气口24也通过管道与排气筒11连接；排气筒11与引风机6连接。

该系统采用集中式热风炉17，将热风炉17中燃料燃烧产生的高温热风作为修复热源通入原位热修复区域分布的加热井群，通过调节燃烧器32负荷或者调节二次风进口20的第二阀门29和第三阀门30开度进而调节冷风流量，可在200-700℃范围内调节产生热风的温度。第二阀门29设置在直接引入空气的管道上，第三阀门30设置在气气换热器5的二次风出口25和热风炉17的二次风进口20之间的管道上。集中式热风炉17的引入物料主要包括燃料、助燃空气和二次风，其中助燃空气通过助燃风机26引入并根据燃料投入量自动调节，或通过第一阀门28手动调节系统负压引入；新鲜二次风通过第二阀门29手动调节系统负压引入，或通过第三阀门30选择从气气换热器5冷侧接入后，通过进风风机27引入。

高温热风经过与加热井群的换热后，从加热井1的外管3上端的热风排口9排出，每组加热井1的热风排口9设置热风调节阀10，通过耐热金属软管40连通至热风总管41；运行中可通过热风调节阀10调节配平各组加热井1的流通风量，或根据修复区域不同加热点的温度情况进行有针对性的热风调节。

加热井群中排出的高温热风仍然具有较高温度，输送至热风总管41后，可通过第四阀门35切换选择是否接入气气换热器5热侧，气气换热器5的冷侧配备的进风风机27出口与集中式热风炉17的新鲜二次风进口20管道相连，通过第三阀门30切换选择是否将其接入；通过气气换热器5利用高温热风的余热对冷侧气体进行预加热，从而减少集中式热风炉17的燃料用量；完成余热回收或超越气气换热器5的高温热风通过引风机6即高温风机从排气筒11排出。

加热井群根据原位修复区域的污染分布进行设计安装，平面上采用正方形密集均布的形式，井间距在1.5m；垂直方向上与修复深度进行匹配，并超出污染深度0.5m。

根据场地污染分布情况、场地实际条件与系统设计特点，采用一个热风炉17配备多个加热井1的配置，多个加热井1并联运行，并通过设置在加热井1热风排口9的热风调节阀10调节进入每个加热井1的热风量尽可能均衡。

加热井群的加热井1为内外同心套管形式，采用不锈钢材质；内管2管径50cm，底部不设底盖；外管3管径125cm，底部设底盖4；内管2与外管3底部间距20cm。加热井1的顶部高于地面，加热井1的顶端设有与热风炉17连接的热风入口8；加热井1高于地面部分的侧壁上设有热风排口9。热风排口9设有热风调节阀10，再通过耐热金属软管40连通至热风总管41。集中式热风炉17产生的高温热风先经加热井1的内管2由上而下送入加热井1的井管底部，再通过内管2与外管3间的空隙由下而上折返至加热井1的井管地面部分，经设置在外管3上端侧面的热风排口9排出。加热井1的井管安装时外管3与钻探的土孔间有约15cm的环隙，直接填入石英砂作为填料7以确保传热效果。

原位修复区域外围通过设置止水帷幕实现对外围地下水流的控制，止水帷幕深至地下隔水层，并达到目标修复深度以下2m；止水帷幕采用双轴混凝土搅拌桩36施工，并设置双层结构；第一层即内层37紧靠修复区域边缘布设，采用气泡混凝土进行搅拌桩施工；第二层即外层38设置在第一层外围约0.5m处，采用普通混凝土进行搅拌桩施工；同时，为防止混凝土搅拌桩36施工缺陷或者意外破裂而导致的地下水渗入，在两层搅拌桩间设置降水井39，降水深度至污染区域16底部下2m，通过有限的降水就能确保外围地下水不会进入修复区域。

止水帷幕建设好后，根据加热井群的布置进行井孔钻探；每完成一个井孔的钻探，立即进行该口井的井管安装，井管就位后，井孔中填入2-5mm粒径的石英砂填料7直至地面以下300mm，并填充膨润土18至地面进行封孔。

完成加热井群的安装后，在止水帷幕双层结构之间区域以及原位修复区域进行降水，降水深度为修复深度以下至少1m。

降水完成后，在原位修复区域分先后铺设两层各20cm厚的混凝土层12，其中，与待修复土壤直接接触的混凝土层12即混凝土层12的下层13采用气泡混凝土进行制作，完成养护后再在上方铺设20cm厚的普通混凝土形成混凝土层12的上层14；在混凝土层12的铺设过程中，在加热井1的井管周围预埋比井管直径大50mm的预埋套管15，优选为钢质预埋套管15，预埋套管15与井管间通过填充膨润土18密封，有效降低加热过程中由于土壤和管件热膨胀造成混凝土体破裂的可能性。

本实用新型提供的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，能够完成燃烧、热风传导和余热回收，有效修复重污染、地质和水文地质条件复杂的污染场地，具有能以常规燃料为能量来源，能源利用效率高，场地地下水流易控制，系统设备简单安全可靠，二次污染可控，修复效果好等突出优点。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其特征在于，所述的系统包含热风炉、气气换热器、鼓风机、引风机、排气筒、加热井群以及管道；

所述的热风炉设有助燃空气进口、二次风进口和热风出口；

所述的气气换热器设有热风进口、冷风进口、排气口和二次风出口，所述的二次风出口通过管道与热风炉的二次风进口连接；

所述的加热井群包含若干加热井，所述的加热井上设有热风入口和热风排口，加热井的热风入口分别通过管道与热风炉的热风出口连接，加热井的热风排口分别通过管道与排气筒或气气换热器热风进口连接，气气换热器的排气口也通过管道与排气筒连接；所述的排气筒与引风机连接；所述的鼓风机包含助燃风机和进风风机，所述的助燃风机安装在热风炉的助燃空气进口处，所述的进风风机安装在气气换热器的冷风进口处。

2.如权利要求1所述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其特征在于，所述的热风炉，其助燃空气进口和二次风进口处设有阀门，热风出口处设有压力感应探头。

3.如权利要求2所述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其特征在于，所述的热风炉，其产生的热风经过安装在场地内的加热井与土壤完成间接换热，完成换热的热风通过引风机的作用从排气筒排入大气，或进入安装在热风炉二次风进口前端的气气换热器，与新鲜冷风进行换热后再通过排气筒排放大气。

4.如权利要求3所述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其特征在于，所述的热风炉，每个分别与一个加热井或若干个加热井连接；与同一个热风炉连接的若干个加热井之间并联，或设置为相邻的加热井之间串联。

5.如权利要求4所述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其特征在于，所述的加热井，其在污染场地内由地面向地下竖直或倾斜设置，在水平面上以三角形或正方形排列布置，组成加热井群；加热井的深度大于需要修复的污染区域的深度。

6.如权利要求5所述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其特征在于，所述的加热井为内外同心套管结构，其包含外管和内管，外管的内侧壁与内管的外侧壁之间留有环状间隙，内管的底部高于外管底部，外管底部设有底盖，内管底部为不设底盖的开口。

7.如权利要求6所述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其特征在于，所述的外管安装在污染场地中预先设置的由地面向下的土孔内，外管的外侧壁与土孔内侧壁之间留有环状间隙，其内填有填料。

8.如权利要求6所述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其特征在于，所述的加热井，其顶部高于地面，加热井的顶端设有与热风炉连接的热风入口；加热井高于地面部分的侧壁上设有热风排口。

9.如权利要求1～8中任意一项所述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其特征在于，所述的系统还包含设置在需要修复的污染区域外围的止水帷幕；所述的止水帷幕由双轴或者三轴混凝土搅拌桩构成；所述的混凝土搅拌桩从地面向地下垂直设置并形成墙式结构将污染区域包围，其深度比污染区域的深度深1-2m；所述的混凝土搅拌桩设有双层，内层采用气泡混凝土，外层采用普通混凝土；所述的内层紧靠污染区域范围设置，外层与内层之间还设有井点降水设施。

10.如权利要求9所述的用于污染场地原位热脱附修复的燃烧传热和余热回收系统，其特征在于，所述的系统还包含设置在污染场地的地面上的覆盖污染区域的混凝土层，混凝土层的水平设置范围比污染区域的相应边缘均多出1～2m，并与所述的混凝土搅拌桩密封连接。