一种基于异位热脱附的炭化设备及其使用方法与流程

1.本发明涉及土壤修复技术领域，具体为一种基于异位热脱附的炭化设备及其使用方法。


背景技术：

2.当前，我国土壤复合污染严重，土壤有机污染常常伴随着重金属污染。据统计，我国目前仅农药污染的土地面积约有1300～1600万公顷，石油类污染土地面积约500万公顷，重金属类污染仅耕地面积就超过2000万公顷(建设用地和未利用地除外)，土壤污染总体规模上不容乐观。随着《土壤污染防治行动计划》的颁布，明确规定土壤污染防治的“硬任务”，要求切实加强土壤污染防治工作，因此土壤污染防治成为了当下待解决的一重大问题。
3.由于我国土壤修复技术起步较晚，研究基础薄弱，相关技术、设备相比于发达国家较落后，大多数关键设备依赖于进口，在一定程度上限制了我国土壤修复技术的发展。异位热脱附作为我国有机污染场地修复的一种常用的技术，目前，国产土壤异位热脱附设备旨在原有设备结构基础上进行改良，仅针对有机污染场地，而对于有机污染复合重金属污染场地却深感乏力。开发一种适合我国国情的多功能、高效土壤修复设备成为了土壤修复领域的急迫需求，因此，我们提出一种基于异位热脱附的炭化设备及其使用方法用于解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于异位热脱附的炭化设备及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于异位热脱附的炭化设备，包括安装在机架上的热脱附构件、加热构件和炭化构件，所述热脱附构件、加热构件和炭化构件采用一体式嵌套结构，其中：所述热脱附构件位于内层，加热构件位于中间层，炭化构件位于外层；
6.所述热脱附构件和炭化构件内分别设置有用于输送物料的第一螺旋输送轴和第二螺旋输送轴；
7.在热脱附构件和炭化构件的同一侧连通有混合腔，所述混合腔顶部设置有尾气处理机构，底部出口处连通有混合搅拌机构，且混合腔内侧壁上竖向分布有喷淋机构。
8.优选的，所述热脱附构件包括中空圆柱状的热脱附筒,所述第一螺旋输送轴转动安装在热脱附筒；
9.加热构件包括中空环形柱状的加热筒，所述加热筒套接在热脱附筒外侧；
10.所述炭化构件包括中空环形柱状的炭化筒，所述炭化筒套接在加热筒的外侧，所述第二螺旋输送轴转动安装在炭化筒内；其中第二螺旋输送轴的侧面为环形结构，配合截面为环形的炭化筒使用。
11.第一螺旋输送轴和第二螺旋输送轴上朝向混合腔的一侧通过连接轴连接，且第一
螺旋输送轴和第二螺旋输送轴通过第一电机驱动，第一电机的驱动轴与第一螺旋输送轴的中心轴同轴固接。
12.优选的，所述热脱附筒的一端连通有第一进料口，另一端设置有第一出料口；
13.所述炭化筒的一端连通有第二进料口，另一端设置有第二出料口；
14.所述第一进料口和第二进料口上均设置有锁气旋转阀；
15.所述第一出料口和第二出料口均与混合腔连通，其中第二出料口位于靠近混合腔顶部的一端。
16.优选的，所述加热筒的侧壁由导热钢板构成，所述导热钢板分别与热脱附筒、炭化筒直接接触，在炭化筒的外壁覆盖一层保温层；
17.所述加热筒内连通有燃气管和空气管，并在加热筒上靠近混合腔顶部的一端开设有排烟口。
18.优选的，尾气处理机构由依次与混合腔顶部的连通的碱液吸收池、干燥箱和真空泵构成。
19.优选的，所述喷淋机构由多个竖向分布在混合腔侧壁上的喷头和与喷头连通的水箱构成，水箱上连通有高压泵。
20.优选的，所述混合搅拌机构由连通设置在混合腔底部的箱体、转动安装在箱体内的搅拌轴以及驱动搅拌轴转动的第二电机构成，在箱体底部还设置有出口。
21.本发明还提供了一种基于异位热脱附的炭化设备的使用方法，包括以下步骤：
22.s1：启动第一电机，带动第一螺旋输送轴和第二螺旋输送轴同时转动；
23.s2：打开燃气管和空气管，在加热筒内进行点火，预热热脱附构件和炭化构件；
24.s3：从第一进料口和第二进料口内分别投加待脱附的有机污染土壤和破碎后的生物质秸秆；
25.s4：开启真空泵，对混合烟气进行抽提和干燥，并回用补给到加热筒内；
26.s5：待第二出料口处有炭化产品时，开启喷淋机构和混合搅拌机构，进行生物质炭降温和搅拌；
27.s6：连续进行土壤修复工作，待修复工作趋于结束时，先关闭燃气管和空气管，停止进料，第一电机继续一段时间，直到热脱附筒和炭化筒内不再存在物料时，关闭第一电机、喷淋机构，直到出口不再有物料时，关闭混合搅拌机构，操作结束。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.本发明充分发挥加热构件功能，有机污染土壤中有机物脱附的同时进行生物质炭化，极大的提高了热利用效率；
30.本发明中脱附土壤和炭化产品混合均匀，提高了混合土壤的含水率，提升了混合土壤中有机质含量，同时起到了吸附、络合、钝化重金属的目的。
附图说明
31.图1为本发明结构示意图；
32.图中：1、热脱附构件；11、热脱附筒；12、第一进料口；13、第一螺旋输送轴；14、第一出料口；
33.2、加热构件；21、加热筒；22、燃气管；23、空气管；24、导热钢板；25、排烟口；
34.3、炭化构件；31、炭化筒；32、第二进料口；33、第二螺旋输送轴；34、第二出料口；35、保温层；
35.4、尾气处理机构；41、真空泵；42、干燥箱；43、碱液吸收池；
36.5、喷淋机构；51、喷头；52、水箱；
37.6、混合搅拌机构；61、箱体；6101、出口；62、搅拌轴；63、第二电机；7、混合腔；8、第一电机；801、连接轴；9、机架。
具体实施方式
38.下面将结合附图和实施例对本发明中的技术方案进行说明。
39.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于异位热脱附的炭化设备，包括安装在机架9上的热脱附构件1、加热构件2和炭化构件3，所述热脱附构件1、加热构件2和炭化构件3采用一体式嵌套结构，其中：所述热脱附构件1位于内层，加热构件2位于中间层，炭化构件3位于外层。
40.此外，在热脱附构件1和炭化构件3内分别设置有用于输送物料的第一螺旋输送轴13和第二螺旋输送轴33。
41.在本发明的一个实施例中，所述热脱附构件1包括中空圆柱状的热脱附筒11,所述第一螺旋输送轴13转动安装在热脱附筒11。
42.加热构件2包括中空环形柱状的加热筒21，所述加热筒21套接在热脱附筒11外侧。
43.所述炭化构件3包括中空环形柱状的炭化筒31，所述炭化筒31套接在加热筒21的外侧，所述第二螺旋输送轴33转动安装在炭化筒31内；其中第二螺旋输送轴33的侧面为环形结构，配合截面为环形的炭化筒31使用。
44.第一螺旋输送轴13和第二螺旋输送轴33上朝向混合腔7的一侧通过连接轴801连接，且第一螺旋输送轴13和第二螺旋输送轴33通过第一电机8驱动，第一电机8的驱动轴与第一螺旋输送轴13的中心轴同轴固接，第一电机8带动第一螺旋输送轴13在热脱附筒11内转动的同时，同时还带动第二螺旋输送轴33在炭化筒31内转动，使得第一螺旋输送轴13和第二螺旋输送轴33的转动速度相同。
45.进一步的，第二螺旋输送轴33的匝数多于第一螺旋输送轴13的匝数，以增加炭化构件3内物料的输送时间，保证炭化效果。
46.其中：所述热脱附筒11的一端连通有第一进料口12，另一端设置有第一出料口14；
47.所述炭化筒31的一端连通有第二进料口32，另一端设置有第二出料口34；
48.所述第一进料口12和第二进料口32上均设置有锁气旋转阀，在进行热脱附和炭化过程中，通过锁气旋转阀将第一进料口12和第二进料口32封闭，防止烟气从进料端漏出。
49.本发明中，在热脱附构件1和炭化构件3的同一侧连通有混合腔7。所述第一出料口14和第二出料口34均与混合腔7连通，其中第二出料口34位于靠近混合腔7顶部的一端。
50.在本发明的一个实施例中，所述加热筒21的侧壁由导热钢板24构成，所述导热钢板24分别与热脱附筒11、炭化筒31直接接触，在炭化筒31的外壁覆盖一层保温层35。
51.所述加热筒21内连通有燃气管22和空气管23，并在加热筒21上靠近混合腔7顶部的一端开设有排烟口25。加热筒21内部为一个燃烧室，燃气和空气经过管道分别进入加热筒21，在加热筒21内燃烧并产生大量热量，分别给热脱附筒11和炭化筒31提供热量，加热筒
21中燃烧烟气从排烟口25排出。
52.有机污染土壤从第一进料口12进入到热脱附筒11内，在第一螺旋输送轴13作用下，向混合腔7方向输送。加热筒21内燃烧产生的热量通过导热钢板24传递到热脱附筒11内，通过高温实现脱附有机污染物，脱附后的土壤从第一出料口14排出，并进入到混合腔7内。
53.生物质秸秆从第二进料口32进入到炭化筒31内，在第二螺旋输送轴33的作用下，向混合腔7方向输送。加热筒21内燃烧产生的热量通过导热钢板24传递到炭化筒31内，通过高温实现生物质秸秆炭化，炭化产品从第二出料口34排出，并进入到混合腔7内。
54.所述混合腔7顶部设置有尾气处理机构4，尾气处理机构4由依次与混合腔7顶部的连通的碱液吸收池43、干燥箱42和真空泵41构成。在真空泵41作用下，从混合腔7顶部排出的烟气依次经过碱液吸收池43和干燥箱42，吸收、干燥后的烟气再次进入到加热筒21内，用作助燃空气以及充分利用烟气的余热。
55.在本发明的一个实施例中，混合腔7底部出口处连通有混合搅拌机构6，混合搅拌机构6由连通设置在混合腔7底部的箱体61、转动安装在箱体61内的搅拌轴62以及驱动搅拌轴62转动的第二电机63构成，在箱体61底部还设置有出口6101。输出的脱附土壤和炭化产品均进入到混合腔7内，通过搅拌轴62对脱附土壤和炭化产品搅拌均匀，并从出口6101排出。
56.在本发明的一个实施例中，混合腔7内侧壁上竖向分布有喷淋机构5，喷淋机构5由多个竖向分布在混合腔7侧壁上的喷头51和与喷头51连通的水箱52构成，水箱52上连通有高压泵。水箱52内的水通过泵压注入到喷头51内，经过炭化后的炭化产品从第二出料口34排出，从混合腔7顶部落入到底部过程中，会经过分布在侧面的喷淋机构5，通过喷淋机构5对炭化产品进行均匀喷水，减少扬尘。
57.结合图1，以下对本发明中炭化设备的具体使用方法做出说明，包括以下步骤：
58.步骤一：启动第一电机8，带动第一螺旋输送轴13和第二螺旋输送轴33同时转动；
59.步骤二：打开燃气管22和空气管23，在加热筒21内进行点火，预热热脱附构件1和炭化构件3；
60.步骤三：从第一进料口12和第二进料口32内分别投加待脱附的有机污染土壤和破碎后的生物质秸秆；
61.步骤四：开启真空泵41，对混合烟气进行抽提和干燥，并回用补给到加热筒21内；
62.步骤五：待第二出料口34处有炭化产品时，开启喷淋机构5和混合搅拌机构6，进行生物质炭降温和搅拌；
63.步骤六：连续进行土壤修复工作，待修复工作趋于结束时，先关闭燃气管22和空气管23，停止进料，第一电机8继续一段时间，直到热脱附筒11和炭化筒31内不再存在物料时，关闭第一电机8、喷淋机构5，直到出口6101不再有物料时，关闭混合搅拌机构6，操作结束。
64.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。