一种用于有机污染土壤修复的高效节能建堆热脱附装置的制作方法

1.本发明涉及污染土壤的异位热脱附技术，具体的说是一种用于有机污染土壤修复的高效节能建堆热脱附装置。


背景技术：

2.热脱附技术是通过直接或间接的热交换将污染土壤加热至目标污染的沸点以上，控制系统加热温度和停留时间有选择的促使其发生挥发和裂解等物理化学变化，并大大提高目标污染物的流动性，促使其与土壤颗粒分离、去除，从而使污染物更多的进入到气相或者液相的技术。热脱附技术对污染土壤中的vocs、svocs等有机类污染物质有较好的处理效果，按不同的修复位置来划分，可分为异位热脱附和原位热脱附。
3.异位热脱附技术在实际场地修复中应用广泛，适用于处理绝大多数有机污染土壤，但以下不足仍会限制该技术应用的实用性：其一，抽提尾气有机物浓度较高，直接作为废气进行处理，不仅浪费有机废气中可利用部分，同时增大废气处理负荷；其二，加热系统出口的气体温度一般为200～400℃，未进行循环利用，造成大量的能量浪费。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于有机污染土壤修复的高效节能建堆热脱附装置。
5.解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
6.一种用于有机污染土壤修复的高效节能建堆热脱附装置，其特征在于，包括：燃气供给系统、加热回路、气相抽提系统和安装有气液分离器的储气罐；
7.所述加热回路包括第一燃烧器和第一加热管；所述第一加热管埋设在被处理土堆中，所述燃气供给系统向第一燃烧器的进气口供给燃气，所述第一燃烧器的出口连接所述第一加热管的进口，所述第一加热管的出口通向尾气处理系统；其中，在所述加热回路未设置下述实施例所述第一换热器的情况下，所述第一加热管的出口可以通过管道直接连通所述尾气处理系统。
8.所述气相抽提系统用抽提所述被处理土堆中的气体，所述气相抽提系统的出口连接所述储气罐的进口，所述储气罐的出气口通过配风管道通向所述第一燃烧器的进气口，且所述配风管道安装有抽气机并连通鼓风机的出风口；其中，在所述加热回路未设置下述实施例所述第一换热器的情况下，所述储气罐的出气口可以通过配风管道直接连通所述第一燃烧器的进气口。
9.从而，本发明的高效节能建堆热脱附装置的工作原理如下：
10.所述燃气供给系统供给的燃气在所述第一燃烧器中燃烧产生高温热气，高温热气进入所述第一加热管中，通过热传导的方式对所述被处理土堆进行加热，以促使有机污染物从所述被处理土堆中脱附成为气相有机污染物；并且，从所述第一加热管的出口输出的烟气最终会通向尾气处理系统，以进行尾气净化处理。
11.所述气相抽提系统通过抽提的方式将所述被处理土堆中的气相有机污染物抽出，气相有机污染物进入所述储气罐内经气液分离器分离为可燃有机气体和污水；再由所述抽气机将所述储气罐内的可燃有机气体抽入到配风管道中，由鼓风机将外界的空气抽入到配风管道中，可燃有机气体与空气在配风管道中按一定流量比例混合，最终通向所述第一燃烧器的进气口，使得：可燃有机气体作为辅助燃料与燃气供给系统供给的燃气一起在所述第一燃烧器中燃烧产生所述高温热气。
12.因此，本发明在对被处理土堆进行有机污染物热脱附处理以修复有机污染土壤的同时，能够对抽提出的气相有机污染物进行资源化利用，减少了燃气的消耗，并降低了尾气净化处理的符合，避免高浓度的气相有机污染物直接作为废气而导致资源浪费和废气处理负荷大的问题。
13.优选的：参见图3，所述第一加热管沿其长度方向间隔设有多道缝隙，所述第一加热管在每一道缝隙处均缠绕有捆扎线，使得：在所述第一加热管内的气压低于预设的气压阈值时，所述捆扎线封闭所述缝隙，以避免土壤从缝隙进入所述第一加热管内；在所述第一加热管内的气压在所述气压阈值以上时，所述缝隙被较高的气压撑开，所述第一加热管内的高温热气能够通过所述缝隙流出到被处理土堆中。其中，所述缝隙的宽度优选为1mm，所述捆扎线优选为钢丝线。
14.从而，在所述第一加热管内的气压低于预设的气压阈值时，高温热气进入所述第一加热管中，通过热传导的方式对所述被处理土堆进行加热；在所述第一加热管内的气压在所述气压阈值以上时，除了进行前述热传导方式的加热，还通过从缝隙流出的高温热气直接对所述被处理土堆进行加热；因此，能够提高对有机污染土壤的修复效率，并能够减少排出烟气所带走的热量，提高了加热过程中的能源利用效率。
15.作为本发明的优选实施方式：所述加热回路还包括第一换热器、第二燃烧器、第二加热管和第二换热器；
16.所述第一加热管的出口通过所述第一换热器后再通向尾气处理系统，即：所述第一加热管的出口连接第一换热器的热路进口，所述第一换热器的热路出口通过尾气管路连接所述尾气处理系统；并且，所述储气罐的出气口通过配风管道连接所述第二换热器后再通向所述第一燃烧器的进气口，即：所述配风管道连接第二换热器的冷路进口，所述第二换热器的冷路出口通过第一辅助燃料管连接第一燃烧器的进气口；
17.所述第二加热管埋设在被处理土堆中，所述燃气供给系统向第二燃烧器的进气口供给燃气，所述第二燃烧器的出口连接所述第二加热管的进口，所述第二加热管的出口连接第二换热器的热路进口，所述第二换热器的热路出口通过尾气管路连接所述尾气处理系统；并且，所述配风管道连接第一换热器的冷路进口，所述第一换热器的冷路出口通过第二辅助燃料管连接第二燃烧器的进气口；
18.并且，所述第一燃烧器与第二换热器邻近布置，所述第二燃烧器与第一换热器邻近布置，以使得第一辅助燃料管和第二辅助燃料管尽可能短。
19.从而，从所述第一加热管的出口输出的烟气会先通过第一换热器的热路再经由尾气管路输出到尾气处理系统，而从第二加热管的出口输出的烟气则会先通过第二换热器的热路再经由尾气管路输出到尾气处理系统，以进行尾气净化处理；
20.并且，在配风管道中混合的可燃有机气体与空气，分为两路，一路会先通过第一换
热器的冷路再经由第二辅助燃料管进入第二燃烧器的进气口，另一路则会先通过第二换热器的冷路再经由第一辅助燃料管进入第一燃烧器的进气口，以参与燃烧；
21.因此，在可燃有机气体与空气通过第一换热器的冷路时，能够先被第一加热管输出的尚有余热的烟气所预热后，再进入第二燃烧器中参与燃烧；而在可燃有机气体与空气通过第二换热器的冷路时，能够先被第二加热管输出的尚有余热的烟气所预热后，再进入第一燃烧器中参与燃烧；由此有效的回收利用了烟气的剩余热量，进一步提高了燃气的能源利用率，降低修复有机污染土壤的能耗；
22.并且，通过第一燃烧器与第二换热器邻近布置，第二燃烧器与第一换热器邻近布置，使第一辅助燃料管和第二辅助燃料管尽可能短，一方面能够提高对烟气剩余热量的能量回收率，另一方面能够减少对被处理土堆的内部空间占用。
23.优选的：所述第一加热管和第二加热管相互平行并均水平布置；所述高效节能建堆热脱附装置设有多组所述加热回路，全部的第一加热管和第二加热管均匀布置在所述被处理土堆中，使得所述被处理土堆的每一处均至少在一根第一加热管或第二加热管的加热范围之内，以提高对有机污染土壤的修复效率。
24.作为本发明的优选实施方式：所述燃气供给系统包括燃气供给源，该燃气供给源通过独立的燃气支路向所述第一燃烧器的进气口或第二燃烧器的进气口供给燃气，且每一根所述燃气支路均安装有独立的电磁阀；
25.所述高效节能建堆热脱附装置还包括控制器，并在每一根第一加热管和每一根第二加热管上安装有温度传感器，所述控制器分别与各个电磁阀的控制端以及各个温度传感器的输出端电性连接；
26.并且，所述控制器预设有上限温度和下限温度，在任意一个温度传感器检测到的加热管温度在所述上限温度以上时，所述控制器控制对应的电磁阀关闭，以使得对应的第一燃烧器或第二燃烧器停止工作，从而降低对应的第一加热管或第二加热管的温度；在任意一个温度传感器检测到的加热管温度在所述下限温度以下时，所述控制器控制对应的电磁阀打开，以使得对应的第一燃烧器或第二燃烧器开始工作，从而提高对应的第一加热管或第二加热管的温度。
27.从而，本发明通过第一燃烧器和第二燃烧器的自动启停方式，实现第一加热管和第二加热管对被处理土堆的加热温度控制。
28.作为本发明的优选实施方式：所述气相抽提系统包括多根用于抽取土壤中气体的气相抽提管，各根所述气相抽提管相互平行的水平布置并均匀分布在所述被处理土堆中，每一根所述气相抽提管均连接有多根气相抽提立管，所述气相抽提立管的上端伸出至所述被处理土堆的上方，各根所述气相抽提立管的上端口通过汇流管连接所述储气罐的进口。
29.优选的：每一根所述气相抽提立管的上端均安装有阀门和气体取样口。
30.优选的：所述被处理土堆的土壤含水率在15％以下，并且，所述被处理土堆的表面覆盖有保温层和密封层。从而，利用密封层防止被处理土堆内的气体泄漏到外界；并且，保温层和包裹在管道外的管道保温材料能够进一步降低有机污染土壤修复的能耗。
31.优选的：所述被处理土堆设有温度探测器与压力变送器，且所述被处理土堆的表面设有土壤采样口，以监测被处理土堆的状态。
32.优选的：所述高效节能建堆热脱附装置还包括污水处理系统，所述储气罐的污水
出口连通所述污水处理系统。
33.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
34.第一，本发明通过流通有高温热气的第一加热管高温加热被处理土堆，再用气相抽提系统将被处理土堆中加热脱附出的气相有机污染物抽出到储气罐中，由气液分离器分离为可燃有机气体和污水，以将可燃有机气体作为辅助燃料通过配风管道进行输送，与燃气供给系统供给的燃气一起在第一燃烧器中燃烧产生所述高温热气；因此，本发明在对被处理土堆进行有机污染物热脱附处理以修复有机污染土壤的同时，能够对抽提出的气相有机污染物进行资源化利用，减少了燃气的消耗，并降低了尾气净化处理的符合，避免高浓度的气相有机污染物直接作为废气而导致资源浪费和废气处理负荷大的问题。
35.第二，本发明通过在第一加热管上设置缝隙并缠绕捆扎线，使得在第一加热管内的气压在气压阈值以上时，除了进行热传导方式的加热，还通过从缝隙流出的高温热气直接对被处理土堆进行加热，因此，能够提高对有机污染土壤的修复效率，并能够减少排出烟气所带走的热量，提高了加热过程中的能源利用效率。
36.第三，本发明通过增设第一换热器、第二燃烧器、第二加热管和第二换热器，在可燃有机气体与空气通过第一换热器的冷路时，能够先被第一加热管输出的尚有余热的烟气所预热后，再进入第二燃烧器中参与燃烧；而在可燃有机气体与空气通过第二换热器的冷路时，能够先被第二加热管输出的尚有余热的烟气所预热后，再进入第一燃烧器中参与燃烧；由此有效的回收利用了烟气的剩余热量，进一步提高了燃气的能源利用率，降低修复有机污染土壤的能耗；
37.并且，通过第一燃烧器与第二换热器邻近布置，第二燃烧器与第一换热器邻近布置，使第一辅助燃料管和第二辅助燃料管尽可能短，一方面能够提高对烟气剩余热量的能量回收率，另一方面能够减少对被处理土堆的内部空间占用。
38.第四，本发明设置电磁阀、控制器和温度传感器，通过第一燃烧器和第二燃烧器的自动启停方式，实现第一加热管和第二加热管对被处理土堆的加热温度控制。
附图说明
39.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
40.图1为本发明的高效节能建堆热脱附装置的立面示意图；
41.图2为本发明的高效节能建堆热脱附装置的平面示意图；
42.图3为本发明中加热管的结构示意图。
具体实施方式
43.下面结合实施例及其附图对本发明进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的发明构思，但本发明权利要求的保护范围不限于下述实施例，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明之发明构思的前提下，没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
44.实施例一
45.如图1至图3所示，本发明公开的是一种用于有机污染土壤修复的高效节能建堆热脱附装置，包括：燃气供给系统1、加热回路2、气相抽提系统3和安装有气液分离器的储气罐
4；
46.所述加热回路2包括第一燃烧器2-1和第一加热管2-2；所述第一加热管2-2埋设在被处理土堆5中，所述燃气供给系统1向第一燃烧器2-1的进气口供给燃气，所述第一燃烧器2-1的出口连接所述第一加热管2-2的进口，所述第一加热管2-2的出口通向尾气处理系统6；其中，在所述加热回路2未设置下述实施例所述第一换热器2-3的情况下，所述第一加热管2-2的出口可以通过管道直接连通所述尾气处理系统6。
47.所述气相抽提系统3用抽提所述被处理土堆5中的气体，所述气相抽提系统3的出口连接所述储气罐4的进口，所述储气罐4的出气口通过配风管道7通向所述第一燃烧器2-1的进气口，且所述配风管道7安装有抽气机8并连通鼓风机9的出风口；其中，在所述加热回路2未设置下述实施例所述第一换热器2-3的情况下，所述储气罐4的出气口可以通过配风管道7直接连通所述第一燃烧器2-1的进气口。
48.从而，本发明的高效节能建堆热脱附装置的工作原理如下：
49.所述燃气供给系统1供给的燃气在所述第一燃烧器2-1中燃烧产生高温热气，高温热气进入所述第一加热管2-2中，通过热传导的方式对所述被处理土堆5进行加热，以促使有机污染物从所述被处理土堆5中脱附成为气相有机污染物；并且，从所述第一加热管2-2的出口输出的烟气最终会通向尾气处理系统6，以进行尾气净化处理。
50.所述气相抽提系统3通过抽提的方式将所述被处理土堆5中的气相有机污染物抽出，气相有机污染物进入所述储气罐4内经气液分离器分离为可燃有机气体和污水；再由所述抽气机8将所述储气罐4内的可燃有机气体抽入到配风管道7中，由鼓风机9将外界的空气抽入到配风管道7中，可燃有机气体与空气在配风管道7中按一定流量比例混合，最终通向所述第一燃烧器2-1的进气口，使得：可燃有机气体作为辅助燃料与燃气供给系统1供给的燃气一起在所述第一燃烧器2-1中燃烧产生所述高温热气。
51.因此，本发明在对被处理土堆5进行有机污染物热脱附处理以修复有机污染土壤的同时，能够对抽提出的气相有机污染物进行资源化利用，减少了燃气的消耗，并降低了尾气净化处理的符合，避免高浓度的气相有机污染物直接作为废气而导致资源浪费和废气处理负荷大的问题。
52.以上为本实施例一的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：
53.优选的：参见图3，所述第一加热管2-2沿其长度方向间隔设有多道缝隙2-2a，所述第一加热管2-2在每一道缝隙2-2a处均缠绕有捆扎线2-2-1，使得：在所述第一加热管2-2内的气压低于预设的气压阈值时，所述捆扎线2-2-1封闭所述缝隙2-2a，以避免土壤从缝隙2-2a进入所述第一加热管2-2内；在所述第一加热管2-2内的气压在所述气压阈值以上时，所述缝隙2-2a被较高的气压撑开，所述第一加热管2-2内的高温热气能够通过所述缝隙2-2a流出到被处理土堆5中。其中，所述缝隙2-2a的宽度优选为1mm，所述捆扎线2-2-1优选为钢丝线。
54.从而，在所述第一加热管2-2内的气压低于预设的气压阈值时，高温热气进入所述第一加热管2-2中，通过热传导的方式对所述被处理土堆5进行加热；在所述第一加热管2-2内的气压在所述气压阈值以上时，除了进行前述热传导方式的加热，还通过从缝隙2-2a流出的高温热气直接对所述被处理土堆5进行加热；因此，能够提高对有机污染土壤的修复效
率，并能够减少排出烟气所带走的热量，提高了加热过程中的能源利用效率。
55.实施例二
56.在上述实施例一的基础上，本实施例二还采用了以下优选的实施方式：
57.所述加热回路2还包括第一换热器2-3、第二燃烧器2-4、第二加热管2-5和第二换热器2-6；
58.所述第一加热管2-2的出口通过所述第一换热器2-3后再通向尾气处理系统6，即：所述第一加热管2-2的出口连接第一换热器2-3的热路进口，所述第一换热器2-3的热路出口通过尾气管路6-1连接所述尾气处理系统6；并且，所述储气罐4的出气口通过配风管道7连接所述第二换热器2-6后再通向所述第一燃烧器2-1的进气口，即：所述配风管道7连接第二换热器2-6的冷路进口，所述第二换热器2-6的冷路出口通过第一辅助燃料管2-7连接第一燃烧器2-1的进气口；
59.所述第二加热管2-5埋设在被处理土堆5中，所述燃气供给系统1向第二燃烧器2-4的进气口供给燃气，所述第二燃烧器2-4的出口连接所述第二加热管2-5的进口，所述第二加热管2-5的出口连接第二换热器2-6的热路进口，所述第二换热器2-6的热路出口通过尾气管路6-1连接所述尾气处理系统6；并且，所述配风管道7连接第一换热器2-3的冷路进口，所述第一换热器2-3的冷路出口通过第二辅助燃料管2-8连接第二燃烧器2-4的进气口；
60.并且，所述第一燃烧器2-1与第二换热器2-6邻近布置，所述第二燃烧器2-4与第一换热器2-3邻近布置，以使得第一辅助燃料管2-7和第二辅助燃料管2-8尽可能短。
61.从而，从所述第一加热管2-2的出口输出的烟气会先通过第一换热器2-3的热路再经由尾气管路6-1输出到尾气处理系统6，而从第二加热管2-5的出口输出的烟气则会先通过第二换热器2-6的热路再经由尾气管路6-1输出到尾气处理系统6，以进行尾气净化处理；
62.并且，在配风管道7中混合的可燃有机气体与空气，分为两路，一路会先通过第一换热器2-3的冷路再经由第二辅助燃料管2-8进入第二燃烧器2-4的进气口，另一路则会先通过第二换热器2-6的冷路再经由第一辅助燃料管2-7进入第一燃烧器2-1的进气口，以参与燃烧；
63.因此，在可燃有机气体与空气通过第一换热器2-3的冷路时，能够先被第一加热管2-2输出的尚有余热的烟气所预热后，再进入第二燃烧器2-4中参与燃烧；而在可燃有机气体与空气通过第二换热器2-6的冷路时，能够先被第二加热管2-5输出的尚有余热的烟气所预热后，再进入第一燃烧器2-1中参与燃烧；由此有效的回收利用了烟气的剩余热量，进一步提高了燃气的能源利用率，降低修复有机污染土壤的能耗；
64.并且，通过第一燃烧器2-1与第二换热器2-6邻近布置，第二燃烧器2-4与第一换热器2-3邻近布置，使第一辅助燃料管2-7和第二辅助燃料管2-8尽可能短，一方面能够提高对烟气剩余热量的能量回收率，另一方面能够减少对被处理土堆5的内部空间占用。
65.以上为本实施例二的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：
66.优选的：所述第一加热管2-2和第二加热管2-5相互平行并均水平布置；所述高效节能建堆热脱附装置设有多组所述加热回路2，全部的第一加热管2-2和第二加热管2-5均匀布置在所述被处理土堆5中，使得所述被处理土堆5的每一处均至少在一根第一加热管2-2或第二加热管2-5的加热范围之内，以提高对有机污染土壤的修复效率。
67.实施例三
68.在上述实施例二的基础上，本实施例三还采用了以下优选的实施方式：
69.所述燃气供给系统1包括燃气供给源1-1，该燃气供给源1-1通过独立的燃气支路1-2向所述第一燃烧器2-1的进气口或第二燃烧器2-4的进气口供给燃气，且每一根所述燃气支路1-2均安装有独立的电磁阀1-3；
70.所述高效节能建堆热脱附装置还包括控制器，并在每一根第一加热管2-2和每一根第二加热管2-5上安装有温度传感器，所述控制器分别与各个电磁阀1-3的控制端以及各个温度传感器的输出端电性连接；
71.并且，所述控制器预设有上限温度和下限温度，在任意一个温度传感器检测到的加热管温度在所述上限温度以上时，所述控制器控制对应的电磁阀1-3关闭，以使得对应的第一燃烧器2-1或第二燃烧器2-4停止工作，从而降低对应的第一加热管2-2或第二加热管2-5的温度；在任意一个温度传感器检测到的加热管温度在所述下限温度以下时，所述控制器控制对应的电磁阀1-3打开，以使得对应的第一燃烧器2-1或第二燃烧器2-4开始工作，从而提高对应的第一加热管2-2或第二加热管2-5的温度。
72.从而，本发明通过第一燃烧器2-1和第二燃烧器2-4的自动启停方式，实现第一加热管2-2和第二加热管2-5对被处理土堆5的加热温度控制。
73.实施例四
74.在上述实施例一至实施例三中任意一个实施例的基础上，本实施例四还采用了以下优选的实施方式：
75.所述气相抽提系统3包括多根用于抽取土壤中气体的气相抽提管3-1，各根所述气相抽提管3-1相互平行的水平布置并均匀分布在所述被处理土堆5中，每一根所述气相抽提管3-1均连接有多根气相抽提立管3-2，所述气相抽提立管3-2的上端伸出至所述被处理土堆5的上方，各根所述气相抽提立管3-2的上端口通过汇流管3-3连接所述储气罐4的进口。
76.以上为本实施例四的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：
77.优选的：每一根所述气相抽提立管3-2的上端均安装有阀门和气体取样口。
78.实施例五
79.在上述实施例一至实施例四中任意一个实施例的基础上，本实施例五还采用了以下优选的实施方式：
80.优选的：所述被处理土堆5的土壤含水率在15％以下，并且，所述被处理土堆5的表面覆盖有保温层和密封层。从而，利用密封层防止被处理土堆5内的气体泄漏到外界；并且，保温层和包裹在管道外的管道保温材料能够进一步降低有机污染土壤修复的能耗。
81.优选的：所述被处理土堆5设有温度探测器10与压力变送器11，且所述被处理土堆5的表面设有土壤采样口，以监测被处理土堆5的状态。
82.优选的：所述高效节能建堆热脱附装置还包括污水处理系统12，所述储气罐4的污水出口连通所述污水处理系统12。
83.本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。