CN209613790U - 一种带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，属于污染场地土壤修复技术领域。该装置包括原土进料装置、回转外热式反应器和净土出料装置。本实用新型提供了一种带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，该装置在相同单位处理能耗的情况下具有较大的处理量和较小的处理面积。
Description
技术领域
本实用新型属于污染场地土壤修复技术领域，适用于有机污染场地土壤的修复，具体涉及一种带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置。
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，当排入土壤的有害物质过多超过土壤自净能力时就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累通过"土壤→植物→人体"，或通过"土壤→水→人体"间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度，就发生了土壤污染。
目前污染严重的场地主要包括化工厂、农药厂、冶炼厂、加油站、化学品储罐等，这类场地的污染物主要以有机污染为主，根据其熔沸点的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。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，其中热脱附技术具有处理效率高、修复周期短、装置可移动等优点，广泛应用于挥发/半挥发性有机污染场地修复，美国EPA统计显示欧美场地修复案例中热脱附占20～30％，是场地修复主要技术之一。
热脱附技术是通过直接或间接加热，使开挖的污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，通过控制系统温度和物料停留时间有选择地使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离、去除。热脱附系统主要有两种，一种是直接热脱附系统，即采用热烟气直接接触加热土壤至指定温度，该系统换热效率较高，但由于脱附出的有机污染物直接进入烟气中，尾气的处理量和处理难度较大，处理成本较高；另一种是间接热脱附系统，即将土壤和热烟气隔开，通过热螺旋或者空心桨叶反应器间接加热土壤，尾气处理量较小，处理难度较低，但由于现有技术的热螺旋间接热脱附传热效率较低，同时螺旋转动中与土壤接触，磨损严重，故障率高，更换困难。
专利CN201510207851.8公开一种土壤间接热脱附装置，以天然气、柴油或生物质燃料，用两段式蛟龙间接热脱附装置对土壤进行处理，第一段蛟龙主要对土壤进行干燥，第二段蛟龙对土壤进行热脱附，热脱附温度为200～650℃。专利 CN201721127402.3和CN201621177931.X提供了一种间接换热的热螺旋反应器，有些还使用外热式绞龙热脱附机作为其核心部件，由于这种外热式绞龙热脱附机对含水、含油率较高的物料来说，常常存在粘结问题，热效率非常低，由于受热螺旋本身结构的限制，其单机处理量较低，一般为1.5t/h，当需更大处理量时只能采取多机并联，系统复杂，占地面积大，且由于热脱附装置通常需要可移动、快速组装，并联级数受到限制，通常不超过两级，单套设备处置能力不超过3t/h。
实用新型内容
本实用新型针对现有上述技术存在的缺陷提供了一种带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
一种带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，该装置包括原土进料装置、回转外热式反应器、净土出料装置；
所述的原土进料装置包含依次相连的原土进料口、上料气锁和进料螺旋输送机；所述的净土出料装置包含有下料气锁和净土出料口；所述回转外热式反应器包含有回转筒体、壳体、前端板和后端板，且所述的回转筒体、壳体、前端板和后端板封闭形成传热空腔；
所述的传热空腔被前隔板和后隔板分成外空腔和内空腔，所述的前隔板和后隔板分别位于壳体的头部和尾部；所述的外空腔为前隔板、后隔板、壳体以及回转筒体外壁围成的空间；所述的内空腔为前隔板、后隔板、前端板和后端板以及位于回转筒体内部的内管束形成的空间；
外空腔的筒外烟气进口位于前端板和后隔板之间，外空腔的筒外烟气出口位于前隔板和后端板之间；内空腔的筒内烟气进口后隔板和后端板之间，内空腔的筒内烟气出口位于前端板和前隔板之间；
所述内管束的两端分别穿过回转筒体后与内空腔连通但与被处理土壤隔绝；且所述回转筒体的外筒璧为表面设有凸起的非规则圆筒。
本实用新型技术方案中：所述凸起为多边形面或圆弧面或椭圆弧曲面或s形面。在一些优选的技术方案中：所述的多边形面为圆弧面或s形面。
在一些更为优选的技术方案中：所述回转筒体的截面上至少设有8个凸起，且凸起的底边宽度≥60㎜。
在一些最优选的技术方案中：所述回转筒体的内包络和外包络均为圆。
本实用新型技术方案中：所述凸起是以回转筒体中心轴为中心的螺旋状；优选：凸起螺旋状的螺距不大于回转筒体长度。
在一些具体的技术方案中：螺旋状的回转筒体是将回转筒体的一端固定，另一端旋转，筒体凸起形成螺旋状，可显著增加筒体的外表面面积，增强筒外烟气与筒体的换热效果；且可在筒体的内表面形成螺旋状凹状通道，延长土壤在筒内的停留时间，在同样的筒体长度下可以停留更长的时间，从而在不改变占地面积的情况下增加单位时间处理能力；或是在同样的处理能力下筒体长度缩短，从而在同等的单位时间处理能力下减少设备占地面积。
本实用新型技术方案中：回转筒体的前端与驱动轴相连接支撑在前托轮组件上，回转筒体穿过后端板并支撑在后托轮组件上，驱动轴通过驱动装置驱动旋转。
在一些优选的技术方案中：驱动轴通过前筒体密封与前端板进行密封，回转筒体通过后筒体密封与后端板进行密封。
本实用新型技术方案中：所述内管束包含有至少一组直管和弯头相连组成的管组，直管穿过管板后与管板固定，弯头穿过回转筒体后与回转筒体固定且与内空腔连通。
本实用新型技术方案中：所述的内管束占回转筒体内的有效空间不超过 30％；优选：所述的内管束占回转筒体内的有效空间为12～20％。
本实用新型技术方案中：所述的内管束与沿回转筒体的内壁的圆周均布，直管壁面离回转筒体内壁面的距离为0.5～1.5d，其中所述的d为直管内直径。
本实用新型技术方案中：所述的内管束沿回转筒体的中心轴均布，最外圈直管壁面离回转筒体内壁面的距离为0.5～0.85D，所述的D为回转筒体内直径。
本实用新型技术方案中：所述直管为螺旋槽纹管、缩纹管或内翅片管中的至少一种；
在一些优选的技术方案中：所述传热空腔体积为回转筒体内腔体积的 60～90％；
在一些更为优选的技术方案中：所述回转筒体的中心线相对于壳体中心线往出料端倾斜0～3°。
本实用新型技术方案中：所述回转筒体的内腔设置有螺旋导料板和/或扬料板；
在一些具体的技术方案中：所述驱动轴为中空结构，进料螺旋输送机安装在驱动轴内，进料螺旋输送机的出料端伸入回转筒体15～40mm。
在一些具体的技术方案中：所述回转筒体采用耐热不锈钢材料，外部壳体为耐火纤维结构；
在一些具体的技术方案中：所述的壳体的内壁设有隔热保温层。
在一些具体的技术方案中：驱动装置包含有与驱动轴相连接的驱动齿轮以及和驱动齿轮配合的驱动电机。
在一些具体的技术方案中：所述的原土进料装置、净土出料装置与回转筒体相连通，回转筒体的净土出料装置侧设有热脱附气出口。
本实用新型技术方案中：所述筒内烟气进口的温度为100℃～600℃。
本实用新型技术方案中：所述筒外烟气进口的温度为100℃～600℃。
本实用新型技术方案中：所述线筒外烟气进口的温度比筒内烟气进口的温度高50℃～100℃。
本实用新型技术方案中：电机变频调速，调速范围0.1-3r/min。
本实用新型技术方案中：前滚圈位于回转筒体首部，前端板外侧，后滚圈位于回转筒体尾部，后端板外侧。
本实用新型技术方案中：尾罩安装在回转筒体尾端，与回转筒体内联通且设有旋转密封装置。
本实用新型技术方案中：加强筋和人孔位于壳体上，加强筋起加强结构，人孔用于检修。回转筒体连接段位于前筒体密封和前滚圈之间。
在另一些技术方案中：所述回转筒体的内璧是与外筒璧匹配的结构或者所述回转筒体的内璧的凹陷部位为实心结构。
本实用新型的有益效果：
本实用新型提供了一种带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，该装置在相同单位处理能耗的情况下具有较大的处理量和较小的处理面积。
附图说明
图1为热脱附装置的左侧视图；
图2为热脱附装置的正视图；
图3为热脱附装置全剖视图；
图4为热脱附装置俯视图；
图5为热脱附装置右侧视图；
图6为热脱附装置三维视图；
图7为热脱附装置回转部分正视；
图8为热脱附装置回转部分剖视图；
图9为热脱附装置回转部分三维视图。
图10为三角形面的螺旋状回转筒体，其中：图10(a)是凸起为三角形面的螺旋状回转筒体的主视图，图10(b)是图10(a)的A-A剖视图。
图11为半圆弧面的螺旋状回转筒体，其中：图11(a)是凸起为半圆弧面的螺旋状回转筒体的主视图，图11(b)是图11(a)的A-A剖视图。
图12为s形面的螺旋状回转筒体，其中：图12(a)是凸起为s形面的螺旋状回转筒体的主视图，图12(b)是图12(a)的A-A剖视图。
1—原土进料口，2—上料气锁，3—进料螺旋输送机，4—驱动装置，5为回转筒体连接段，6—前托轮组件，7—后托轮组件，8—隔热保温层，9—热脱附气出口，10—尾罩，11—壳体，12—筒内烟气出口，13—筒外烟气出口，14—筒外烟气进口，15—筒内烟气进口，16—下料气锁，17—净土出料口，18—驱动齿轮， 19—驱动电机，20—前筒体密封，21—后筒体密封，22—前滚圈，23—后滚圈， 24—内管束，25—回转筒体，26—加强筋，27—人孔，28—前端板，29—后端板， 30—驱动轴，31—传热空腔，32—前隔板，33—后隔板，34—外空腔，35—内空腔，36—直管，37—弯头，38—管板，101—原土进料装置，102—回转外热式反应器，103—净土出料装置。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于此：
如图1～9，一种带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，该装置包括原土进料装置101、回转外热式反应器102、净土出料装置103；
所述的原土进料装置101包含依次相连的原土进料口1、上料气锁2和进料螺旋输送机3；所述的净土出料装置103包含有下料气锁16和净土出料口17；所述回转外热式反应器102包含有回转筒体25、壳体11、前端板28和后端板 29，且所述的回转筒体25、壳体11、前端板28和后端板29封闭形成传热空腔 31；
所述的传热空腔31被前隔板32和后隔板33分成外空腔34和内空腔35，所述的前隔板32和后隔板33分别位于壳体的头部和尾部；所述的外空腔34为前隔板32、后隔板33、壳体11以及回转筒体25外壁围成的空间；所述的内空腔35为前隔板32、后隔板33、前端板28和后端板29以及位于回转筒体25内部的内管束24形成的空间；
外空腔34的筒外烟气进口14位于前端板28和后隔板33之间，外空腔34 的筒外烟气出口13位于前隔板32和后端板29之间；内空腔35的筒内烟气进口 15后隔板33和后端板29之间，内空腔35的筒内烟气出口12位于前端板28和前隔板32之间；
所述内管束24的两端分别穿过回转筒体25后与内空腔35连通但与被处理土壤隔绝；且所述回转筒体25的外筒璧为表面设有凸起的非规则圆筒。
如图10～12，所述凸起为多边形面或圆弧面或椭圆弧曲面或s形面；优选：所述的多边形面为圆弧面或s形面；进一步优选：所述回转筒体25的截面上至少设有8个凸起，且凸起的底边宽度≥60㎜；最优选：所述回转筒体25的内包络和外包络均为圆。所述凸起是以回转筒体25中心轴为中心的螺旋状；优选：凸起螺旋状的螺距不大于回转筒体25长度。
回转筒体25的前端与驱动轴30相连接支撑在前托轮组件6上，回转筒体 25穿过后端板29并支撑在后托轮组件7上，驱动轴30通过驱动装置4驱动旋转；优选：驱动轴30通过前筒体密封20与前端板28进行密封，回转筒体25 通过后筒体密封21与后端板29进行密封。
所述内管束24包含有至少一组直管36和弯头37相连组成的管组，直管36 穿过管板38后与管板38固定，弯头37穿过回转筒体25后与回转筒体25固定且与内空腔35连通。
所述的内管束24占回转筒体25内的有效空间不超过30％；优选：所述的内管束24占回转筒体25内的有效空间为12～20％。
所述的内管束24与沿回转筒体25的内壁的圆周均布，直管36壁面离回转筒体25内壁面的距离为0.5～1.5d，其中所述的d为直管36内直径。
所述的内管束24沿回转筒体25的中心轴均布，最外圈直管36壁面离回转筒体25内壁面的距离为0.5～0.85D，所述的D为回转筒体25内直径。
所述直管36为螺旋槽纹管、缩纹管或内翅片管中的至少一种；
所述回转筒体25的中心线相对于壳体11中心线往出料端倾斜0～3°。
所述回转筒体25的内腔设置有螺旋导料板和/或扬料板；
所述驱动轴30为中空结构，进料螺旋输送机3安装在驱动轴30内，进料螺旋输送机3的出料端伸入回转筒体2515～40mm；
所述回转筒体25采用耐热不锈钢材料，外部壳体11为耐火纤维结构；
所述的壳体11的内壁设有隔热保温层8；
驱动装置4包含有与驱动轴30相连接的驱动齿轮18以及和驱动齿轮18配合的驱动电机19；
所述的原土进料装置101、净土出料装置103与回转筒体25相连通，回转筒体25的净土出料装置103侧设有热脱附气出口9。
表1实施例1～3中涉及的参数
实施例1：
利用上述装置处理有机污染物，其具体参数条件见表1。
处理对象：
含湿率20％，甲苯、二甲苯易挥发性有机污染土壤
处理参数：
筒内烟气进口16温度650℃，筒外烟气进口14温度700℃，土壤停留时间 30min时，筒内烟气出口12温度为220℃，筒外烟气出口13温度为260℃，处理量为7.4t/h，甲苯、二甲苯初始平均浓度为500mg/kg，处理后平均浓度低于 5.0mg/kg，去除率均达到了99％，平均加热每吨土消耗40Nm3/h天然气；
筒内烟气进口16温度700℃，筒外烟气进口14温度750℃，土壤停留时间 30min时，筒内烟气出口12温度为260℃，筒外烟气出口13温度为300℃，处理量为7.4t/h，甲苯、二甲苯初始平均浓度为500mg/kg，处理后平均浓度低于 1.0mg/kg，去除率均达到了99.9％，平均加热每吨土消耗45Nm3/h天然气；
实施例2：
利用上述装置处理有机污染物，其具体参数条件见表1。
含湿率20％，六六六、DDTs农药类半挥发性有机污染土壤
处理参数：
筒内烟气进口16温度700℃，筒外烟气进口14温度750℃，土壤停留时间 30min时，筒内烟气出口12温度为260℃，筒外烟气出口13温度为300℃，处理量为7.4t/h，六六六、DDTs初始平均浓度为300mg/kg，处理后平均浓度低于 6.0mg/kg，去除率均达到了98％，平均加热每吨土消耗45Nm3/h天然气；
筒内烟气进口16温度750℃，筒外烟气进口14温度800℃，土壤停留时间 30min时，筒内烟气出口12温度为300℃，筒外烟气出口13温度为340℃，处理量为7.4t/h，六六六、DDTs初始平均浓度为300mg/kg，处理后平均浓度低于 3.0mg/kg，去除率均达到了99％，平均加热每吨土消耗50Nm3/h天然气；
实施例3：
利用上述装置处理有机污染物，其具体参数条件见表1。
含湿率20％，苯并蒽、苯并芘多环芳烃类难挥发性有机污染土壤
处理参数：
筒内烟气进口16温度750℃，筒外烟气进口14温度800℃，土壤停留时间 30min时，筒内烟气出口12温度为300℃，筒外烟气出口13温度为340℃，处理量为7.4t/h，苯并蒽、苯并芘初始平均浓度为100mg/kg，处理后平均浓度低于 2.0mg/kg，去除率均达到了98％，平均加热每吨土消耗50Nm3/h天然气；
筒内烟气进口16温度800℃，筒外烟气进口14温度850℃，土壤停留时间 30min时，筒内烟气出口12温度为340℃，筒外烟气出口13温度为380℃，处理量为7.4t/h，苯并蒽、苯并芘初始平均浓度为100mg/kg，处理后平均浓度低于 5.0mg/kg，去除率均达到了95％，平均加热每吨土消耗55Nm3/h天然气。
对比例1
对比例1同实施例1，除了所述回转筒体与筒外烟气接触部分为光滑的圆筒。
对比例2
对比例2同实施例2，除了所述的回转筒体内不设有内管束。
对比例3
对比例3同实施例3，除了所述的回转筒体内不设有内管束且回转筒体与筒外烟气接触部分为光滑的圆筒。
另外在对同等有机污染土壤(实施例1中的土壤)的处理对比中，实施例2中的处理能力要略大于实施例1和实施例3，实施例1和实施例3无显著区别。
性能检测：
实施例1～3以及对比例1～3的处理效果
。
Claims (22)
1.一种带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：
该装置包括原土进料装置(101)、回转外热式反应器(102)、净土出料装置(103)；
所述的原土进料装置(101)包含依次相连的原土进料口(1)、上料气锁(2)和进料螺旋输送机(3)；所述的净土出料装置(103)包含有下料气锁(16)和净土出料口(17)；所述回转外热式反应器(102)包含有回转筒体(25)、壳体(11)、前端板(28)和后端板(29)，且所述的回转筒体(25)、壳体(11)、前端板(28)和后端板(29)封闭形成传热空腔(31)；
所述的传热空腔(31)被前隔板(32)和后隔板(33)分成外空腔(34)和内空腔(35)，所述的前隔板(32)和后隔板(33)分别位于壳体的头部和尾部；所述的外空腔(34)为前隔板(32)、后隔板(33)、壳体(11)以及回转筒体(25)外壁围成的空间；所述的内空腔(35)为前隔板(32)、后隔板(33)、前端板(28)和后端板(29)以及位于回转筒体(25)内部的内管束(24)形成的空间；
外空腔(34)的筒外烟气进口(14)位于前端板(28)和后隔板(33)之间，外空腔(34)的筒外烟气出口(13)位于前隔板(32)和后端板(29)之间；内空腔(35)的筒内烟气进口(15)后隔板(33)和后端板(29)之间，内空腔(35)的筒内烟气出口(12)位于前端板(28)和前隔板(32)之间；
所述内管束(24)的两端分别穿过回转筒体(25)后与内空腔(35)连通但与被处理土壤隔绝；且所述回转筒体(25)的外筒璧为表面设有凸起的非规则圆筒。
2.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述凸起为多边形面或圆弧面或椭圆弧曲面或s形面。
3.根据权利要求2所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述的多边形面为圆弧面或s形面。
4.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述回转筒体(25)的截面上至少设有8个凸起，且凸起的底边宽度≥60㎜。
5.根据权利要求4所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述回转筒体(25)的内包络和外包络均为圆。
6.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述凸起是以回转筒体(25)中心轴为中心的螺旋状。
7.根据权利要求6所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：凸起螺旋状的螺距不大于回转筒体(25)长度。
8.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：回转筒体(25)的前端与驱动轴(30)相连接支撑在前托轮组件(6)上，回转筒体(25)穿过后端板(29)并支撑在后托轮组件(7)上，驱动轴(30)通过驱动装置(4)驱动旋转。
9.根据权利要求8所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：驱动轴(30)通过前筒体密封(20)与前端板(28)进行密封，回转筒体(25)通过后筒体密封(21)与后端板(29)进行密封。
10.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述内管束(24)包含有至少一组直管(36)和弯头(37)相连组成的管组，直管(36)穿过管板(38)后与管板(38)固定，弯头(37)穿过回转筒体(25)后与回转筒体(25)固定且与内空腔(35)连通。
11.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述的内管束(24)占回转筒体(25)内的有效空间不超过30％。
12.根据权利要求11所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述的内管束(24)占回转筒体(25)内的有效空间为12～20％。
13.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述的内管束(24)与沿回转筒体(25)的内壁的圆周均布，直管(36)壁面离回转筒体(25)内壁面的距离为0.5～1.5d，其中所述的d为直管(36)内直径。
14.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述的内管束(24)沿回转筒体(25)的中心轴均布，最外圈直管(36)壁面离回转筒体(25)内壁面的距离为0.5～0.85D，所述的D为回转筒体(25)内直径。
15.根据权利要求14所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述直管(36)为螺旋槽纹管、缩纹管或内翅片管中的至少一种。
16.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述传热空腔(31)体积为回转筒体(25)内腔体积的60～90％。
17.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述回转筒体(25)的中心线相对于壳体(11)中心线往出料端倾斜0～3°。
18.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于，所述回转筒体(25)的内腔设置有螺旋导料板和/或扬料板。
19.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：驱动轴(30)为中空结构，进料螺旋输送机(3)安装在驱动轴(30)内，进料螺旋输送机(3)的出料端伸入回转筒体(25)15～40mm。
20.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述回转筒体(25)采用耐热不锈钢材料，外部壳体(11)为耐火纤维结构。
21.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：所述的壳体(11)的内壁设有隔热保温层(8)。
22.根据权利要求1所述的带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，其特征在于：驱动装置(4)包含有与驱动轴(30)相连接的驱动齿轮(18)以及和驱动齿轮(18)配合的驱动电机(19)；所述的原土进料装置(101)、净土出料装置(103)与回转筒体(25)相连通，回转筒体(25)的净土出料装置(103)侧设有热脱附气出口(9)。
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