CN208840201U - 一种高效能级梯度利用的间接热脱附修复有机污染土的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高效能级梯度利用的间接热脱附修复有机污染土的装置，所述装置包括污染土预热及进料系统(3)、间接热脱附系统(4)、热风及焚烧炉(5)和土壤出料冷却系统(6)。通过整合间接热脱附过程中各个气相环节的余热加以利用，使整个系统的能量高效梯度利用。同时尾气通过高温焚烧大大降低其中有机污染物含量，降低了后续环节的处置难度，从而克服了传统工艺的处置环节繁琐、设备多、易出现故障、废水及底泥处置难等缺点。

Description

一种高效能级梯度利用的间接热脱附修复有机污染土的装置

技术领域

本实用新型属于污染场地土壤修复技术领域，适用于化工厂、农药厂、冶炼厂、加油站、化学品储罐及固体废物处置等污染场地产生的含有机物(挥发性/半挥发性/持久性有机物/农药)污染土壤的修复，更涉及一种高效能级梯度利用的间接热脱附修复有机污染土的装置。

背景技术

土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，当排入土壤的废物数量超过土壤的自净能力，破坏了土壤系统原来的平衡，引起土壤系统成分、结构和功能的变化，就发生了土壤污染。由于早期的环保措施不到位等原因，人类的工业生产及生活设施不可避免的对所在场地的土壤形成污染，随着国家“退二进三”、“退城进园”等政策的出台，许多工业生产用地开始转变为居住、商服及公园绿化用地，这个转变加大了污染土壤对人体的健康风险，国家先后出台了

《关于保障工业企业场地在开发利用环境安全的通知》等文件，规范管理相关场地的污染土壤。随着国家对生态环保的重视及社会整体环保意识的上升，《土壤污染防治行动计划》的出台，全国范围内更加重视和规范了污染场地的土壤修复工作。

目前污染严重的场地主要涉及化工厂、农药厂、冶炼厂、加油站、化学品储罐及固体废物处置等，这类场地的污染物主要以有机污染为主，有机污染物根据其熔沸点等特性差异又可分为挥发性有机物、半挥发性有机物、持久性有机物及农药等。目前这类污染土壤的修复技术包括焚烧(水泥窑协同处置)、植物修复、生物修复、化学修复及热脱附等，其中，焚烧和热脱附具有目标污染物去除率高，能达到相关修复标准，处置周期短等优点，焚烧相对于热脱附具有不需或倒运距离短、二次污染少、成本相对较低等优点，目前热脱附是处置有机污染土壤常采用的一种修复技术。

目前国内及国际的热脱附设施按对土壤的加热方式，可分为直接热脱附及间接热脱附，直接热脱附具有处理能力大，设备台时生产量高等优点，缺点是产生的烟气量大，尾气处置烟气量大，所以特点是产量大，能耗高、成本高；污染土壤经热脱附目标污染物进入气相后，常用的处置方式包括活性炭吸附和高温焚烧，活性炭吸附工艺通常对尾气先进行降温三相分离，不凝气活性炭吸附，水相和泥相单独处置，高温焚烧工艺为对尾气进行加热二次燃烧，让烟气中的有机物全部氧化分解，焚烧工艺能耗高，有机物处理彻底，活性炭工艺涉及环节较多，且活性炭更换成本较高。

目前国内自主研发及进口的间接热脱附设备，多以利用燃烧天然气生产热烟气间接加热污染土壤，热烟气加热完毕后通过烟囱排空，此时热烟气温度500-200摄氏度，此部分热量损失浪费。污染土壤热脱附后有机物进入脱附烟气中，烟气经过喷淋及风冷降温后，气、液、固三相分离后，不凝汽通过活性炭吸附后达标排放，水相和泥相分别处置达标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，通过整合间接热脱附过程中各个气相环节的余热加以利用，使整个系统的能量高效梯度利用，最大限度的避免热量损失及浪费。通过尾气燃烧系统，把土壤热脱附有机物进入气相的尾气通过直接高温燃烧分解成二氧化碳及水，与现有间接热脱附设备相比，冷凝、三相分离、水处理、泥处理、活性炭吸附等工艺环节的处置负荷大大降低。提高污染物去除效果的同时，使间接热脱附处置有机污染土由传统的分离转移升级为彻底焚毁去除，减少后续处置环境，避免副产物的产生及二次污染。

本实用新型涉及一种高效能级梯度利用的间接热脱附修复有机污染土的装置，所述装置包括污染土预热及进料系统(3)、间接热脱附系统(4)、热风及焚烧炉(5)和土壤出料冷却系统(6)，污染土预热及进料系统(3)连接间接热脱附系统(4)，用于将预热后的污染土送入到间接热脱附系统(4)进行热脱附，间接热脱附系统(4)连接所述土壤出料冷却系统(6)，用于将热脱附后的土壤送入到土壤出料冷却系统(6)进行冷却和出料；热风及焚烧炉(5)连接间接热脱附系统(4)，用于将热脱附加热空气送入间接热脱附系统(4)中，以对间接热脱附系统(4)中的污染土进行热脱附。

其中，热风及焚烧炉(5)具有热脱附加热空气出口(38)，热脱附加热空气通过热脱附加热空气出口(38)送入到间接热脱附系统(4)中，污染土预热及进料系统(3)具有预热烟气进口(25)，热脱附加热空气对间接热脱附系统(4)中的污染土进行热脱附后形成预热烟气，通过预热烟气进口(25)进入污染土预热及进料系统(3)中，对污染土进行预热。

其中，所述装置还包括尾气处理系统；污染土预热及进料系统(3)还具有预热烟气出口(23)，对污染土预热及进料系统(3)中的污染土进行预热后的烟气通过预热烟气出口(23)送入到尾气处理系统进行处理。

其中，所述装置还包括助燃空气系统(9)；土壤出料冷却系统(6)还具有助燃空气预热入口(30)，助燃空气系统(9)中的助燃空气通过助燃空气预热入口(30)送入到土壤出料冷却系统(6)中，利用土壤出料高温间接预热助燃空气。

其中，所述装置还包括三相冷凝分离系统(10)，间接热脱附系统(4)具有热脱附气体出口(28)，热脱附气体出口(28)连接三相冷凝分离系统(10)，用于将热脱附气体出口(28)出来的脱附烟气进入三相冷凝分离系统(10)，三相冷凝分离系统(10)连接热风及焚烧炉(5)，用于将三相冷凝分离系统(10)处理后形成最终的不凝气进入热风及焚烧炉(5)中分解。优选，热风及焚烧炉(5)具有尾气焚烧室(36)和燃气燃烧室(37)，所述不凝气通过不凝气焚烧入口(35)在尾气焚烧室(36)焚烧，稳定后进入燃气燃烧室(37)。

其中，所述装置还包括所述污染土预处理及计量系统(2)，其包括预处理系统和计量系统，优选，预处理系统包含：污染土壤上料输送器(18)、土壤传送带(19)、破碎机(20)和振动筛(21)；计量系统包括皮带秤(22)；污染土进料堆场(1)的污染土通过污染土壤上料输送器(18)、土壤传送带(19)、破碎机(20)和振动筛(21)后，送入到皮带秤(22)中进行称量，所述污染土预处理及计量系统(2)连接污染土预热及进料系统(3)，经过皮带秤(22)称量后的污染土送入到污染土预热及进料系统(3)中。

其中，所述污染土预热及进料系统(3)具有内筒和外筒，污染土通过内筒中的送料装置优选为刮板输送进料器(24)向前输送，外筒具有预热烟气进口(25)和预热烟气出口(23)，热烟气通过外筒的预热烟气进口(25)和预热烟气出口(23)在内筒与外筒间通道流动，通过逆向间接换热，预热污染土，预热烟气进口(25)连接间接热脱附系统(4)的预热烟气输送口，预热烟气出口(23)连接所述装置的尾气处理系统。

其中，土壤出料冷却系统(6)具有热脱附土壤冷却机，热脱附土壤冷却机具有内筒和外筒，内筒中设置出料装置,优选为螺旋出料器，外筒和内筒之间的通道为助燃空气流动通道，内筒具有热脱附土壤冷却系统入口(29)和热脱附土壤冷却系统出口(33)；热脱附土壤冷却系统入口(29)连接间接热脱附系统(4)的热脱附土壤出料口(27)，用于接收热脱附后的土壤到土壤出料冷却系统(6)进行冷却，并从热脱附土壤冷却系统出口(33)出料；外筒具有助燃空气预热入口(30)和助燃空气预热出口(32)；助燃空气系统(9)连接助燃空气预热入口(30)，用于将助燃空气通过助燃空气预热入口(30)送入到助燃空气流动通道中，利用土壤出料高温间接预热助燃空气，助燃空气预热出口(32)连接热风及焚烧炉(5)的加热燃烧器(34)，用于将预热后的助燃空气送入到加热燃烧器(34)。

其中，热风及焚烧炉(5)具有尾气焚烧室(36)和燃气燃烧室(37)，尾气焚烧室(36)具有加热燃烧器(34)和不凝气焚烧入口(35)，加热燃烧器(34)连接土壤出料冷却系统(6)的助燃空气预热出口(32)以及燃气系统(7)，燃气系统(7)中的燃烧燃气及助燃空气预热出口(32)输出的预热助燃空气通过加热燃烧器(34)在尾气焚烧室(36)中燃烧，不凝气焚烧入口(35)连接三相冷凝分离系统(10)，经三相冷凝分离系统(10)处理后的不凝气通过不凝气焚烧入口(35)进入尾气焚烧室(36)进行焚烧；尾气焚烧室(36)中的气体燃烧稳定后进入燃气燃烧室(37)中，所述不凝气通过不凝气焚烧入口(35)在尾气焚烧室(36)焚烧，稳定后进入燃气燃烧室(37)形成热脱附加热空气，燃气燃烧室(37)具有热脱附加热空气出口(38)，热脱附加热空气出口(38)连接间接热脱附系统(4)，用于将热脱附加热空气送入到间接热脱附系统(4)中，以对间接热脱附系统(4)中的污染土进行热脱附。

其中，间接热脱附系统(4)具有热脱附土壤进料口(26)、热脱附土壤出料口(27)、热脱附气体出口(28)、热脱附加热空气接收口和预热烟气输送口；热脱附土壤进料口(26)连接污染土预热及进料系统(3)的刮板输送进料器(24)，以用于接收预热后的污染土，热脱附土壤出料口(27)连接土壤出料冷却系统(6)的热脱附土壤冷却系统入口(29)，用于将热脱附后的土壤送入到土壤出料冷却系统(6)进行冷却和出料；热脱附气体出口(28)连接三相冷凝分离系统(10)，用于将热脱附气体出口(28)出来的脱附烟气送入三相冷凝分离系统(10)；热脱附加热空气接收口连接热风及焚烧炉(5)的热脱附加热空气出口(38)，用于接收热脱附加热空气，预热烟气输送口连接污染土预热及进料系统(3)的预热烟气进口(25)，热脱附加热空气对间接热脱附系统(4)中的污染土进行热脱附后形成预热烟气，通过预热烟气进口(25)进入污染土预热及进料系统(3)中，对污染土进行预热。优选，所述装置还包括三相冷凝分离系统(10)，三相冷凝分离系统(10)由三个喷淋塔,优选为不锈钢喷淋塔组成，三个喷淋塔串联设置，间接热脱附系统(4)的热脱附气体出口(28)连接三相冷凝分离系统(10)，用于将热脱附气体出口(28)出来的脱附烟气送入到三相冷凝分离系统(10)进行处理，烟气中的可凝物质和粉尘下降至底部，形成泥水混合物，最终的不凝气进入尾气焚烧室(36)分解，三相冷凝分离系统(10)连接热风及焚烧炉(5)的尾气焚烧室(36)，所述不凝气通过不凝气焚烧入口(35)在尾气焚烧室(36)焚烧。优选，所述装置还包括污泥压滤机(11)和深度水处理系统(12)，污泥压滤机(11)连接三相冷凝分离系统(10)，用于接收三相冷凝分离系统(10)产生的泥水混合物，深度水处理系统(12)连接污泥压滤机(11)，污泥压滤机(11)处理后的产物进入深度水处理系统进行处理。优选，所述装置还包括尾气处理系统；尾气处理系统包括喷淋反应塔(13)、尾气净化系统(14)及排放烟囱(15)，喷淋反应塔(13)的一端连接污染土预热及进料系统(3)的预热烟气出口(23)，喷淋反应塔(13)的另一端连接尾气净化系统(14)，尾气净化系统(14)连接排放烟囱(15)。优选，尾气净化系统(14)包括活性炭吸附箱(16)和布袋除尘器(17)，布袋除尘器(17)布置在活性炭吸附箱(16)的上游端。

相对于现有技术，本实用新型在以下几点做出改良及升级，实现间接热脱附的高效能级梯度利用。

1、本实用新型利用间接热脱附燃气产生的高温烟气间接换热加热预干燥污染土，延长污染土处置长度，提前干燥污染土，降低土壤水分，减轻热脱附窑的脱附压力，增加间接热脱附设备的台时产量。解决了间接热脱附相对于直接热脱附产量低的缺点。

2、通过间接换热回收烟气热量预干燥土壤和利用土壤出料高温间接预热助燃空气。通过以上两措施，把间接热脱附的能量真正做到高效梯度利用，达到高效节能的目的。

3、通过尾气燃烧系统，把土壤热脱附有机物进入气相的尾气通过直接高温燃烧分解成二氧化碳及水，与现有间接热脱附设备相比，冷凝、三相分离、水处理、泥处理、活性炭吸附等工艺环节的处置负荷大大降低。提高污染物去除效果的同时，使间接热脱附处置有机污染土由传统的分离转移升级为彻底焚毁去除，减少后续处置环境，避免副产物的产生及二次污染。

4、把现有间接热脱附的脱附热烟气由一个发生器分为燃气燃烧室和尾气焚烧室，突破了脱附气体不能进入尾气焚烧室氧化分解的局限，集成了间接热脱附和直接热脱附的优点。

5、尾气处置系统，设置喷淋塔、消石灰活性炭喷射反应装置、布袋除尘器及在线监测系统，充分考虑并解决了非工况环节、环保标准严苛、处置特殊污染土壤等情况下的安全、环保问题。

附图说明

图1为一种高效能级梯度利用的间接热脱附修复有机污染土的工艺流程图；

图2为一种高效能级梯度利用的间接热脱附修复有机污染土的框架示意图。

其中：1为污染土进料堆场；2为污染土预处理及计量系统；3为污染土预热及进料系统；4为间接热脱附系统；5为热风及焚烧炉；6为土壤出料冷却系统；7为燃气管线或储存罐；8为热脱附成品土暂存堆；9为助燃空气系统；10为三相冷凝分离系统；11为污泥压滤机；12为深度水处理系统；13为喷淋反应塔；14为尾气净化系统；15为烟囱；16为活性炭吸附箱；17为布袋除尘器；18为污染土上料输送器；19为土壤传输带；20为破碎机；21为振动筛；22为称重计量器；23为预热烟气出口；24为刮板输送进料器；25为预热烟气进口；26为热脱附土壤进料口；27为热脱附土壤出料口；28为热脱附气体出口；29为热脱附土壤冷却系统入口；30为助燃空气预热入口；31为热脱附土壤冷却机；32为助燃空气预热出口；33为热脱附土壤冷却系统出口；34为加热燃烧器；35为不凝气焚烧入口；36为尾气焚烧室；37为燃气燃烧室；38为热脱附加热空气出口。

具体实施方式

下面结合工艺流程图及框架示意图，具体实施流程说明如下。

如图1和图2所示，一种高效能级梯度利用的间接热脱附修复有机污染土的装置，所述装置包括污染土预热及进料系统3、间接热脱附系统4、热风及焚烧炉5和土壤出料冷却系统6，污染土预热及进料系统3连接间接热脱附系统4，用于将预热后的污染土送入到间接热脱附系统4进行热脱附，间接热脱附系统4连接所述土壤出料冷却系统6，用于将热脱附后的土壤送入到土壤出料冷却系统6进行冷却和出料；热风及焚烧炉5连接间接热脱附系统4，用于将热脱附加热空气送入间接热脱附系统4中，以对间接热脱附系统4中的污染土进行热脱附。

其中，热风及焚烧炉5具有热脱附加热空气出口38，热脱附加热空气通过热脱附加热空气出口38送入到间接热脱附系统4中，污染土预热及进料系统3具有预热烟气进口25，热脱附加热空气对间接热脱附系统4中的污染土进行热脱附后形成预热烟气，通过预热烟气进口25进入污染土预热及进料系统3中，对污染土进行预热。

其中，所述装置还包括尾气处理系统；污染土预热及进料系统3还具有预热烟气出口23，对污染土预热及进料系统3中的污染土进行预热后的烟气通过预热烟气出口23送入到尾气处理系统进行处理。

其中，所述装置还包括助燃空气系统9；土壤出料冷却系统6还具有助燃空气预热入口30，助燃空气系统9中的助燃空气通过助燃空气预热入口30送入到土壤出料冷却系统6中，利用土壤出料高温间接预热助燃空气。

其中，所述装置还包括三相冷凝分离系统10，间接热脱附系统4具有热脱附气体出口28，热脱附气体出口28连接三相冷凝分离系统10，用于将热脱附气体出口28出来的脱附烟气进入三相冷凝分离系统10，三相冷凝分离系统10连接热风及焚烧炉5，用于将三相冷凝分离系统10处理后形成最终的不凝气进入热风及焚烧炉5中分解。优选，热风及焚烧炉5具有尾气焚烧室36和燃气燃烧室37，所述不凝气通过不凝气焚烧入口35在尾气焚烧室36焚烧，稳定后进入燃气燃烧室37。

其中，所述装置还包括所述污染土预处理及计量系统2，其包括预处理系统和计量系统，优选，预处理系统包含：污染土壤上料输送器18、土壤传送带19、破碎机20和振动筛21；计量系统包括皮带秤22；污染土进料堆场1的污染土通过污染土壤上料输送器18、土壤传送带19、破碎机20和振动筛21后，送入到皮带秤22中进行称量，所述污染土预处理及计量系统2连接污染土预热及进料系统3，经过皮带秤22称量后的污染土送入到污染土预热及进料系统3中。

其中，所述污染土预热及进料系统3具有内筒和外筒，污染土通过内筒中的送料装置优选为刮板输送进料器24向前输送，外筒具有预热烟气进口25和预热烟气出口23，热烟气通过外筒的预热烟气进口25和预热烟气出口23在内筒与外筒间通道流动，通过逆向间接换热，预热污染土，预热烟气进口25连接间接热脱附系统4的预热烟气输送口，预热烟气出口23连接所述装置的尾气处理系统。

其中，土壤出料冷却系统6具有热脱附土壤冷却机，热脱附土壤冷却机具有内筒和外筒，内筒中设置出料装置,优选为螺旋出料器，外筒和内筒之间的通道为助燃空气流动通道，内筒具有热脱附土壤冷却系统入口29和热脱附土壤冷却系统出口33；热脱附土壤冷却系统入口29连接间接热脱附系统4的热脱附土壤出料口27，用于接收热脱附后的土壤到土壤出料冷却系统6进行冷却，并从热脱附土壤冷却系统出口33出料；外筒具有助燃空气预热入口30和助燃空气预热出口32；助燃空气系统9连接助燃空气预热入口30，用于将助燃空气通过助燃空气预热入口30送入到助燃空气流动通道中，利用土壤出料高温间接预热助燃空气，助燃空气预热出口32连接热风及焚烧炉5的加热燃烧器34，用于将预热后的助燃空气送入到加热燃烧器34。

其中，热风及焚烧炉5具有尾气焚烧室36和燃气燃烧室37，尾气焚烧室36具有加热燃烧器34和不凝气焚烧入口35，加热燃烧器34连接土壤出料冷却系统6的助燃空气预热出口32以及燃气系统7，燃气系统7中的燃烧燃气及助燃空气预热出口32输出的预热助燃空气通过加热燃烧器34在尾气焚烧室36中燃烧，不凝气焚烧入口35连接三相冷凝分离系统10，经三相冷凝分离系统10处理后的不凝气通过不凝气焚烧入口35进入尾气焚烧室36进行焚烧；尾气焚烧室36中的气体燃烧稳定后进入燃气燃烧室37中，所述不凝气通过不凝气焚烧入口35在尾气焚烧室36焚烧，稳定后进入燃气燃烧室37形成热脱附加热空气，燃气燃烧室37具有热脱附加热空气出口38，热脱附加热空气出口38连接间接热脱附系统4，用于将热脱附加热空气送入到间接热脱附系统4中，以对间接热脱附系统4中的污染土进行热脱附。

其中，间接热脱附系统4具有热脱附土壤进料口26、热脱附土壤出料口27、热脱附气体出口28、热脱附加热空气接收口和预热烟气输送口；热脱附土壤进料口26连接污染土预热及进料系统3的刮板输送进料器24，以用于接收预热后的污染土，热脱附土壤出料口27连接土壤出料冷却系统6的热脱附土壤冷却系统入口29，用于将热脱附后的土壤送入到土壤出料冷却系统6进行冷却和出料；热脱附气体出口28连接三相冷凝分离系统10，用于将热脱附气体出口28出来的脱附烟气送入三相冷凝分离系统10；热脱附加热空气接收口连接热风及焚烧炉5的热脱附加热空气出口38，用于接收热脱附加热空气，预热烟气输送口连接污染土预热及进料系统3的预热烟气进口25，热脱附加热空气对间接热脱附系统4中的污染土进行热脱附后形成预热烟气，通过预热烟气进口25进入污染土预热及进料系统3中，对污染土进行预热。

所述装置还包括三相冷凝分离系统10，三相冷凝分离系统10由三个喷淋塔,优选为不锈钢喷淋塔组成，三个喷淋塔串联设置，间接热脱附系统4的热脱附气体出口28连接三相冷凝分离系统10，用于将热脱附气体出口28出来的脱附烟气送入到三相冷凝分离系统10进行处理，烟气中的可凝物质和粉尘下降至底部，形成泥水混合物，最终的不凝气进入尾气焚烧室36分解，三相冷凝分离系统10连接热风及焚烧炉5的尾气焚烧室36，所述不凝气通过不凝气焚烧入口35在尾气焚烧室36焚烧。优选，所述装置还包括污泥压滤机11和深度水处理系统12，污泥压滤机11连接三相冷凝分离系统10，用于接收三相冷凝分离系统10产生的泥水混合物，深度水处理系统12连接污泥压滤机11，污泥压滤机11处理后的产物进入深度水处理系统进行处理。

所述装置还包括尾气处理系统；尾气处理系统包括喷淋反应塔13、尾气净化系统14及排放烟囱15，喷淋反应13的一端连接污染土预热及进料系统3的预热烟气出口23，喷淋反应塔13的另一端连接尾气净化系统14，尾气净化系统14连接排放烟囱15。优选，尾气净化系统14包括活性炭吸附箱16和布袋除尘器17，布袋除尘器17布置在活性炭吸附箱16的上游端。

如图1和2所示，本实用新型的装置主要包括：污染土进料堆场1、污染土预处理及计量系统2、污染土预热及进料系统3、间接热脱附系统4、热风及焚烧炉5、土壤出料冷却系统6、燃气管线或储存罐7、热脱附成品土暂存堆8、助燃空气系统9、三相冷凝分离系统10、污泥压滤机11、深度水处理系统12、喷淋反应塔13、尾气净化系统14、尾气排放烟囱15及配套水电气信号控制等辅助系统。

所述污染土进料堆场1，需要匹配热脱附设备处置污染土的台时产量，保证不因缺料影响热脱附设备的正常生产。同时需要控制污染土壤的污染扩散，根据污染土的特征，可采用密闭气模大棚储存或对地面硬化防渗放扬尘处理的场地。

所述污染土预处理及计量系统2、主要包括预处理和称量两个部分，其中预处理包含：污染土壤上料输送器18、振动筛21、破碎机20、土壤传送带19；称量系统主要设备为皮带秤22；除此之外还包含受料斗、打散装置、给料机、振打器等，满足筛分预处理土壤及计量功能，避免出现堵料、膨料、搭桥、计量不准确等不良工况。

所述污染土预热及进料系统3，为间接换热器，长4000mm，内径600mm，外径900mm，土壤通过内筒中刮板输送进料器24向前输送，热烟气通过外筒的预热烟气进口25和预热烟气出口23在内筒与外筒间通道流动，通过逆向间接换热，预热土壤，有效利用废烟气预热，同时提高土壤进入间接热脱附系统的温度，缩短土壤在间接热脱附系统停留时间，提高热脱附设备的台时产量。

所述间接热脱附系统4，由两段相同脱附窑上下排列串联组成，每段脱附窑都具有内筒和外筒，长5000mm，内筒直径内径600mm，外筒直径1000mm，中间通过耐热钢圈使内筒与内筒连接，外筒与外筒连接，内外径不变，材质以耐高温兼顾耐磨的不锈钢材质为主。土壤通过进料口26和出料口27在内筒中传输，其中前段热脱附内筒设置螺旋叶片，辅助土壤传输，后段热脱附窑外筒壁需要设置耐火砖。土壤在内筒中受热，有机污染物气化，通过两段热脱附窑的内筒链接中间出口28与土壤分离，根据土壤的污染特性及程度，合理设置土壤出窑温度，保证有机物污染物与土壤脱附。加热空气在内桶和外筒间空间流动，与土壤逆向间接换热。工作时内筒旋转，土壤在内筒由螺旋叶片推进，通过调节转速，控制土壤的热脱附时间。

所述加热及焚烧系统5，长4000mm、直径1000mm，中间由耐火材料高铝砖平半分开，左边为尾气焚烧室36，由燃烧燃气及预热助燃空气通过燃烧器34在左室燃烧，该区域温度应不低于800℃，尾气不凝气通过入口35在该区域焚烧，稳定后进入燃气燃烧室37，保证该区域温度不低于600℃，通过加热烟气出口38，进入间接热脱附窑的内外筒间加热区域，整个系统需要采用耐火材料保护，通过控制燃气流速及助燃风过剩系数，控制加热烟气出料口温度。

所述土壤出料冷却系统6，长4000mm、外径1500mm，内径1200mm，前端设置耐火材料，土壤通过入口29和出口33在内筒传输，助燃风(空气)通过鼓风机从入口30和出口32与土壤间接换热，降低出窑土壤温度，预热助燃风，降低燃气消耗。同时设置水冷应急装置，土壤出口设置打水喷头及开口布袋，保证热脱附后土壤的降温，同时避免扬尘。

所述三相冷凝分离系统10，由三个不锈钢喷淋塔组成，高度为2000mm，直径分别为1500mm、1200mm、900mm，热脱附烟气出口28出来的脱附烟气进入三个串联的冷凝分离器，通过小水泵及喷淋设备把罐低上清层水从分离器顶部喷淋烟气，烟气中的可凝物质(主要为水)和粉尘下降至底部，不凝气再进入二级分离器冷凝罐及三级分离器，最终的不凝气进入焚烧室分解，三级分离器底部的泥水混合物合并后再处置。

所述的污泥压滤机11和深度水处理系统12，主要对三相分离的泥水混合物，通过压滤分离泥和水，水根据用途，可采用氧化、生化或者膜处理技术深度处置合格，也可以直接用于喷淋、降温及抑尘等环节，污泥根据检验结果无害化处置。

所述喷淋反应塔13、尾气净化系统14及排放烟囱15，主要包括设置温度检测器的喷淋塔(消石灰喷射反应及保证温度不高于200℃，保护布袋除尘器)、活性炭吸附箱16、布袋除尘器17、引风机、排烟囱、烟气在线监测系统等。系统根据烟气相关参数及排放要求，可选择性对换热后的烟气进行再次处理，确保合格达标排放。

所述配套水电气信号控制等工辅系统，除启停机、不正常工况及特殊运行期间外，系统只需要在出料冷却系统的末端打水扬尘，其余工段均不需要补水。燃气以天然气或液化石油气为主，常压0.2-0.4Mpa即可，需配备调压阀及防护装置。型号系统包括各个工序段的温度检测器、压力检测器、质量传感器、气体流量控制器及在线监测数据等。通过相关参数连锁控制系统水电气，保证全系统安全、稳定运行，土壤热脱附处置后土壤达标，尾气排放达标，能耗高效利用，低成本运行。

根据污染土壤的具体参数及实际情况，先采用包括建筑垃圾等大块异物分离、磁选除铁、大块破碎、筛分、平摊翻抛控水份等工艺处置后运输至进料堆场待处置。南方土壤含水率可达30％及以上，北方土壤含水率较低，可通过摊晒，甚至添加石灰等手段控制水分。进窑污染土水分通常控制在15％以下，需要结合项目场地、工期及天气等实际情况选取水分控制点。

土壤进料可通过铲车、斗提、传输带等设备进入预处理及称重系统，通过筛分破碎，保证土壤进料小于15mm的要求，进料及预热系统，通常土壤在该阶段加热至50-100摄氏度。

间接热脱附系统内筒通过螺旋推进土壤与外筒的热烟气间接逆向接触换热，根据土壤污染物的不同，一般要求土壤的加热温度达到200-500摄氏度，通过在土壤出料段附近设置热电偶监测温度，土壤在窑中的停留时间，通过内筒的转速控制。

出料冷却换热系统，通常设置成螺旋出料机，前端与热脱附窑对接，土壤通过出料机的螺旋出料，在螺旋外侧设置风冷设备，间接逆向换热预热助燃空气，在出料机的末端可设置打水喷淋及防尘装置，防制扬尘，根据设备材质的相关特性，可部分高温区域设置水冷装置保护设备。

成品土壤堆场，倒运及暂存热脱附后土壤，需要做好抑尘措施，然后倒运至待检区。

燃气燃烧室设置高温耐火材料，外部设置保温材料，根据实际情况，选择天然气、煤气或液化气等燃气于前端预热的助燃空气在燃烧器燃烧后，产生热烟气，供后续使用。助燃空气由风机鼓入出料换热系统预热，燃烧器通过能调节燃气流量控制系统热能输出，燃烧室内设置热电偶监测温度，通过助燃风机调节助燃风量，控制燃烧室温度，避免出现温度过高的情况，温度一般控制在800摄氏度左右。

尾气氧化燃烧室应尽量靠近燃气燃烧室，或者尾气氧化燃烧室与燃气燃烧室可连续，两室分离为避免脱附气体对燃气燃烧生产影响。脱附气体主要以水蒸汽和空气为主，有机物浓度通常较小，脱附气体入口尺寸需与高温烟气入口尺寸匹配，同时通过监测尾气氧化燃烧室烟气出口温度，在间接热脱附内窑设置可调的进风量的阀门等措施，避免出现脱附气体氧化燃烧不彻底及掺入量过大影响加热土壤热脱附效果等情况。尾气氧化燃烧室出口及进入热脱附加热的热烟气温度以不低于600摄氏度为宜，需要根据土壤中污染物的熔沸点参数，合理设置热烟气出口温度及烟气停留时间。

正常工况下，由输送及换热系统换热后进入尾气处理及排放系统的烟气温度约100摄氏度，烟气中有机物在尾气氧化燃烧室充分焚烧分解，此时烟气中可能存在粉尘超标的情况，所以该系统的主要实施为布袋除尘器，烟气通过布袋后达标排放。但考虑实际运行中，可能出现烟气温度过高、有机物燃烧分解不充分、烟气中酸性气体超标及设备排放数据环保等管理部门要求在线监测及数据上传公示等情况。所以烟气进入尾气处理及排放系统，先进入喷淋降温室，在喷淋降温室设置烟气温度检测器，当烟气温度超过250摄氏度时，喷淋室启动水雾喷淋，降低烟气温度，避免出现烟气温度过高烧坏布袋除尘器等情况；设置尾气净化管道，在管壁引入活性炭及消石灰喷射口，当在线实时监测非甲烷总碳烃及酸性气体(HCl\SO2等)相关数据超标时启动相关喷射气泵，让活性炭吸收未燃烧完全的非甲烷总炭烃，消石灰与酸性气体中和反应；布袋采用高效过滤材料，保证去除烟气中的小颗粒物；在线监测系统主要检测非甲烷总碳烃、粉尘、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、氯化氢(HCl)等，数据可根据当地环保要求，实施社会联网公示等；在烟囱末端设置引风机，提供整个系统的气体流动动力，烟囱需根据场地周边情况确定高度，做好防雷等措施。

整套系统的连锁控制模式，首先根据污染土目标污染物的熔沸点，确定热脱附窑土壤出口温度，当设备启动后，通过调节燃气的消耗量控制；燃气燃烧室的温度通过助燃空气量保证温度不会超过报警值；尾气氧化燃烧室出口温度不能过低，必须控制在土壤出口温度之上约200-400摄氏度，通过调节简介热脱附内窑的进气阀门大小控制；尾气处理排放系统，主要防止温度过高，烧坏布袋除尘器，通过控制喷淋室控制；烟气在线监测指标控制活性炭、消石灰的启停；其余称重系统、燃气、助燃空气根据窑本身连锁信号控制。

各种典型污染土在本设施相关控制参数为；多环芳烃污染土(总浓度小于2000ppm)建议土壤出口温度控制为530摄氏度，窑内停留时间约15分钟；多氯联苯污染土壤(总浓度小于500ppm)建议土壤出口温度控制为550摄氏度，窑内停留时间约20分钟；苯系物污染土壤(总浓度小于2000ppm)建议土壤出口温度控制为350摄氏度，窑内停留时间约10分钟。

Claims (15)

1.一种高效能级梯度利用的间接热脱附修复有机污染土的装置，其特征在于：所述装置包括污染土预热及进料系统（3）、间接热脱附系统（4）、热风及焚烧炉（5）和土壤出料冷却系统（6），污染土预热及进料系统（3）连接间接热脱附系统（4），用于将预热后的污染土送入到间接热脱附系统（4）进行热脱附，间接热脱附系统（4）连接所述土壤出料冷却系统（6），用于将热脱附后的土壤送入到土壤出料冷却系统（6）进行冷却和出料；热风及焚烧炉（5）连接间接热脱附系统（4），用于将热脱附加热空气送入间接热脱附系统（4）中，以对间接热脱附系统（4）中的污染土进行热脱附。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：热风及焚烧炉（5）具有热脱附加热空气出口（38），热脱附加热空气通过热脱附加热空气出口（38）送入到间接热脱附系统（4）中，污染土预热及进料系统（3）具有预热烟气进口（25），热脱附加热空气对间接热脱附系统（4）中的污染土进行热脱附后形成预热烟气，通过预热烟气进口（25）进入污染土预热及进料系统（3）中，对污染土进行预热。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述装置还包括尾气处理系统；污染土预热及进料系统（3）还具有预热烟气出口（23），对污染土预热及进料系统（3）中的污染土进行预热后的烟气通过预热烟气出口（23）送入到尾气处理系统进行处理。

4.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于：所述装置还包括助燃空气系统（9）；土壤出料冷却系统（6）还具有助燃空气预热入口（30），助燃空气系统（9）中的助燃空气通过助燃空气预热入口（30）送入到土壤出料冷却系统（6）中，利用土壤出料高温间接预热助燃空气。

5.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于：所述装置还包括三相冷凝分离系统（10），间接热脱附系统（4）具有热脱附气体出口（28），热脱附气体出口（28）连接三相冷凝分离系统（10），用于将热脱附气体出口（28）出来的脱附烟气进入三相冷凝分离系统（10），三相冷凝分离系统（10）连接热风及焚烧炉（5），用于将三相冷凝分离系统（10）处理后形成最终的不凝气进入热风及焚烧炉（5）中分解。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：热风及焚烧炉（5）具有尾气焚烧室(36)和燃气燃烧室(37)，所述不凝气通过不凝气焚烧入口（35）在尾气焚烧室(36)焚烧，稳定后进入燃气燃烧室（37）。

7.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于：所述装置还包括所述污染土预处理及计量系统（2），其包括预处理系统和计量系统，预处理系统包含：污染土壤上料输送器（18）、土壤传送带（19）、破碎机（20）和振动筛（21）；计量系统包括皮带秤（22）；污染土进料堆场（1）的污染土通过污染土壤上料输送器（18）、土壤传送带（19）、破碎机（20）和振动筛（21）后，送入到皮带秤（22）中进行称量，所述污染土预处理及计量系统（2）连接污染土预热及进料系统（3），经过皮带秤（22）称量后的污染土送入到污染土预热及进料系统（3）中。

8.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于：所述污染土预热及进料系统（3）具有内筒和外筒，污染土通过内筒中的送料装置向前输送，送料装置为刮板输送进料器（24），外筒具有预热烟气进口（25）和预热烟气出口（23），热烟气通过外筒的预热烟气进口（25）和预热烟气出口（23）在内筒与外筒间通道流动，通过逆向间接换热，预热污染土，预热烟气进口（25）连接间接热脱附系统（4）的预热烟气输送口，预热烟气出口（23）连接所述装置的尾气处理系统。

9.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于：土壤出料冷却系统（6）具有热脱附土壤冷却机，热脱附土壤冷却机具有内筒和外筒，内筒中设置出料装置，出料装置为螺旋出料器，外筒和内筒之间的通道为助燃空气流动通道，内筒具有热脱附土壤冷却系统入口（29）和热脱附土壤冷却系统出口（33）；热脱附土壤冷却系统入口（29）连接间接热脱附系统（4）的热脱附土壤出料口（27），用于接收热脱附后的土壤到土壤出料冷却系统（6）进行冷却，并从热脱附土壤冷却系统出口（33）出料；外筒具有助燃空气预热入口（30）和助燃空气预热出口（32）；助燃空气系统（9）连接助燃空气预热入口（30），用于将助燃空气通过助燃空气预热入口（30）送入到助燃空气流动通道中，利用土壤出料高温间接预热助燃空气，助燃空气预热出口（32）连接热风及焚烧炉（5）的加热燃烧器（34），用于将预热后的助燃空气送入到加热燃烧器（34）。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：热风及焚烧炉（5）具有尾气焚烧室(36)和燃气燃烧室(37)，尾气焚烧室(36)具有加热燃烧器（34）和不凝气焚烧入口（35），加热燃烧器（34）连接土壤出料冷却系统（6）的助燃空气预热出口（32）以及燃气系统（7），燃气系统（7）中的燃烧燃气及助燃空气预热出口（32）输出的预热助燃空气通过加热燃烧器（34）在尾气焚烧室(36)中燃烧，不凝气焚烧入口（35）连接三相冷凝分离系统（10），经三相冷凝分离系统（10）处理后的不凝气通过不凝气焚烧入口（35）进入尾气焚烧室(36)进行焚烧；尾气焚烧室(36)中的气体燃烧稳定后进入燃气燃烧室(37)中，所述不凝气通过不凝气焚烧入口（35）在尾气焚烧室(36)焚烧，稳定后进入燃气燃烧室（37）形成热脱附加热空气，燃气燃烧室（37）具有热脱附加热空气出口（38），热脱附加热空气出口（38）连接间接热脱附系统（4），用于将热脱附加热空气送入到间接热脱附系统（4）中，以对间接热脱附系统（4）中的污染土进行热脱附。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：间接热脱附系统（4）具有热脱附土壤进料口（26）、热脱附土壤出料口（27）、热脱附气体出口（28）、热脱附加热空气接收口和预热烟气输送口；热脱附土壤进料口（26）连接污染土预热及进料系统（3）的刮板输送进料器（24），以用于接收预热后的污染土，热脱附土壤出料口（27）连接土壤出料冷却系统（6）的热脱附土壤冷却系统入口（29），用于将热脱附后的土壤送入到土壤出料冷却系统（6）进行冷却和出料；热脱附气体出口（28）连接三相冷凝分离系统（10），用于将热脱附气体出口（28）出来的脱附烟气送入三相冷凝分离系统（10）；热脱附加热空气接收口连接热风及焚烧炉（5）的热脱附加热空气出口（38），用于接收热脱附加热空气，预热烟气输送口连接污染土预热及进料系统（3）的预热烟气进口（25），热脱附加热空气对间接热脱附系统（4）中的污染土进行热脱附后形成预热烟气，通过预热烟气进口（25）进入污染土预热及进料系统（3）中，对污染土进行预热。

12.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述装置还包括三相冷凝分离系统（10），三相冷凝分离系统（10）由三个喷淋塔组成，三个喷淋塔串联设置，间接热脱附系统（4）的热脱附气体出口（28）连接三相冷凝分离系统（10），用于将热脱附气体出口（28）出来的脱附烟气送入到三相冷凝分离系统（10）进行处理，烟气中的可凝物质和粉尘下降至底部，形成泥水混合物，最终的不凝气进入尾气焚烧室(36)分解，三相冷凝分离系统（10）连接热风及焚烧炉（5）的尾气焚烧室(36)，所述不凝气通过不凝气焚烧入口（35）在尾气焚烧室(36)焚烧。

13.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述装置还包括污泥压滤机（11）和深度水处理系统（12），污泥压滤机（11）连接三相冷凝分离系统（10），用于接收三相冷凝分离系统（10）产生的泥水混合物，深度水处理系统（12）连接污泥压滤机（11），污泥压滤机（11）处理后的产物进入深度水处理系统进行处理。

14.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于：所述装置还包括尾气处理系统；尾气处理系统包括喷淋反应塔(13)、尾气净化系统(14)及排放烟囱(15)，喷淋反应塔(13)的一端连接污染土预热及进料系统（3）的预热烟气出口（23），喷淋反应塔(13)的另一端连接尾气净化系统(14)，尾气净化系统(14)连接排放烟囱(15)。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：尾气净化系统(14)包括活性炭吸附箱（16）和布袋除尘器（17），布袋除尘器（17）布置在活性炭吸附箱（16）的上游端。