一种热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置的制作方法

1.本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置。


背景技术：

2.异位热脱附技术是通过直接或间接加热，将污染土壤中的目标污染物加热至其沸点以上，通过控制系统温度和物料停留时间有选择地促使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离、去除。在目前有机污染土壤修复中，热脱附技术因为其修复彻底、无反弹风险、不拖尾等技术优势而被大部分有机污染土壤修复工程所采用。
3.市面上现有的异位热脱附装置主体设备通常为回转窑，采用直接或者间接的方式进行污染土脱附处理，其高温烟气大部分通过烟囱直接排放或者进入到二燃室进行预热，其能量利用率有限。且很容易造成系统热负荷较高，造成尾气中水蒸气增多消白作用不明显。


技术实现要素：

4.针对现有技术的工程上热脱附设备中高温烟气回用的不足以及污染土壤无预热直接进入到窑体造成的能耗过高的问题，本发明目的在于提供一种热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置，以节省能源消耗，提高热脱附设备的处置效率。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.本发明提供了一种热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置，其特征在于，包括：炉体、进料单元、振动过筛单元以及出料单元；其中，炉体包括炉体外壳和炉体内壳，炉体内壳之中的腔体为预热腔，炉体内壳与炉体外壳之间的腔体为废气通道，预热腔与废气通道通过气流通道相连通，炉体内壳连接有高温烟气导入通道，炉体外壳连接有排气出口；振动过筛单元包括设置在预热腔中多个筛网盘，多个筛网盘在预热腔中从上至下错层布置，预热腔的中心位置竖直设置有中心连杆，所有筛网盘分别与中心连杆相连接，中心连杆的末端连接有滚子，滚子的下方设置有带齿轮盘，带齿轮盘旋转使得带齿轮盘的齿与滚子呈接触冲击、不接触两种形式相互交替，从而带动中心连杆沿竖直方向往复运动；进料单元连通预热腔用于污染土壤进料，出料单元连通预热腔用于预热土壤出料。
7.进一步，在本发明提供的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，还可以具有这样的特征：其中，出料单元包括星型卸料器以及用于驱动星型卸料器的叶轮旋转的驱动电机；星型卸料器设置在炉体的下方且与预热腔相连通；带齿轮盘由驱动电机驱动与叶轮同步旋转。
8.进一步，在本发明提供的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，还可以具有这样的特征：其中，废气通道通过钢板分隔为上废气通道腔、下废气通道腔；上废气通道腔、下废气通道腔均连接有排气出口；上废气通道腔与预热腔之间设置有相连通的上气流通道；下废气通道腔与预热腔之间设置有相连通的下气流通道。
9.进一步，在本发明提供的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，还可以具有这样的特征：其中，上废气通道腔连接有一个上排气出口；下废气通道腔呈左右对称连接有二个下排气出口；上气流通道为二个，呈左右对称设置；下气流通道为二个，呈左右对称设置。
10.进一步，在本发明提供的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，还可以具有这样的特征：其中，下气流通道向预热腔中延伸 60cm～90cm距离。
11.进一步，在本发明提供的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，还可以具有这样的特征：其中，炉体内壳的顶部为弧形折流挡板。
12.进一步，在本发明提供的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，还可以具有这样的特征：其中，进料单元包括料斗、连接在料斗的下方的进料气锁、连接在进料气锁的下方进料管；
13.弧形折流挡板的中心位置设置开孔；进料管贯穿炉体外壳并与开孔相连。
14.进一步，在本发明提供的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，还可以具有这样的特征：其中，筛网盘的一侧的边缘固定有若干连接弹簧，连接弹簧的末端固定在炉体内壳的内壁上；筛网盘从与连接弹簧的连接侧至与中心连杆的连接侧呈向下倾斜设置。
15.进一步，在本发明提供的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，还可以具有这样的特征：其中，滚子通过销钉安装在中心连杆的末端；中心连杆的末端在滚子的上方固定有机架，机架上固定有压缩弹簧，压缩弹簧套设在中心连杆的外周，压缩弹簧限位于弹簧限位仓内。
16.进一步，在本发明提供的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，还可以具有这样的特征：其中，高温烟气导入通道为二个，呈左右对称设置连接预热腔的下端部，且高温烟气导入通道从进口端至出口端呈向上倾斜设置。
17.本发明的有益效果：
18.1)本发明的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，通过筛网塔盘实现对土壤物料的层级分散，延长污染土壤在炉体内的下降速度，增大与高温烟气的接触时间面积，增长与高温烟气的接触时间，在空间上形成逆流接触，土壤预热过程更为均匀。
19.2)本发明的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，筛网的振动依靠出料单元的卸料器的驱动电机进行驱动，在卸料器工作的时候，即可带动筛网产生振动，不需要额外提供机械动力，减少了动力的额外消耗。
20.3)本发明的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，废气通道分为上下两部分，上废气通道将预热过程中产生的水蒸气引出预热炉内，下废气通道将污染土中挥发的低沸点污染物引出预热炉内，采用这种多通道抽吸的方式不仅可以提升炉体内部热气流的分布，而且减轻了炉体上部气体积聚的压力。
21.4)本发明的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置可设置在热脱附主窑体的工序前端中，同时利用主窑体产生的高温烟气作为预热炉的热源，实现了能量的梯级利用，最大程度上节省了主窑体的能耗，提高了热脱附修复土壤过程中的经济性。
22.5)本发明的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置结构紧凑，可直接坐落于热脱附主窑体进料口处，垂直立式设计，不占用水平空间，排放端口均可与主窑体共用管路，方便热脱附主体设备改造配备。
附图说明
23.图1是本发明的实施例中热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置的主体结构剖视图；
24.图2是本发明的实施例中热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置的内部俯视图；
25.图3是图1中a处的结构示意图；
26.图4是本发明的实施例中带齿轮盘19、星型卸料器20和驱动电机21 的俯视结构图。
27.附图标记：炉体外壳1；炉体内壳2；废气通道3；钢板4；筛网盘5；连接弹簧6；弧形折流挡板7；进料气锁8；进料管9；排气出口10；下气流通道11；下排气出口12；高温烟气导入通道13；中心连杆14；压缩弹簧15；限位板16；机架17；滚子18；带齿轮盘19；星型卸料器20；驱动电机21；筛网孔22；弹簧限位仓23；上气流通道24；料斗25。
具体实施方式
28.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
29.《实施例》
30.本实施例提供一种热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置，其包括炉体、进料单元、振动过筛单元以及出料单元。
31.如图1所示，炉体包括炉体外壳1和炉体内壳2。
32.炉体内壳2之中的腔体为预热腔，用于导入高温烟气对进料土壤进行预热。预热腔的下端部连接有高温烟气导入通道13。优选地，如本实施例在图1所示意，高温烟气导入通道13设有二个且呈左右对称设置。高温烟气导入通道13连接高温压缩风机，通过该风机作用将热脱附设备燃烧腔内的高温烟气导入到炉体的预热腔。高温烟气导入通道13从进口端至出口端呈向上倾斜设置，便于烟气能够充分的在预热腔进行分散，避免烟气气流形成对冲，造成预热腔内高温烟气紊流，造成预热不均匀的现象。炉体内壳2的顶部为弧形折流挡板 7，对烟气引导回流,在本实施例中弧形折流挡板7的结构是左右对称设置的二个弧形面。弧形折流挡板7的中心位置设有开孔用于进料。优选地，炉体内壳2的底部设置为漏斗状，将预热烘干的物料汇聚到漏斗状出口处，以便于卸料。
33.炉体内壳2与炉体外壳1之间的腔体为废气通道3。废气通道3 中设置有钢板4，钢板4与炉体内壳2与炉体外壳1均焊接固定，钢板4将废气通道3分隔为上废气通道腔和下废气通道腔，同时钢板4 起到固定炉体内壳2的作用。上废气通道腔与预热腔之间通过上气流通道相连通，本实施例中上气流通道24为二个，呈左右对称设置。下废气通道腔与预热腔之间通过下气流通道相连接，本实施例中下气流通道11为二个，呈左右对称设置。优选地，下气流通道向预热腔中延伸60cm～90cm距离，避免高温烟气导入通道内13进入的高温烟气被下端气流通道11直接引流带走。
34.炉体外壳1连接有多个排气出口，本实施例如图1所示，炉体外壳1的顶部连接有一个上排气出口10，上废气通道腔与上排气出口 10连通。炉体外壳1的侧面底部连接有二个下排气出口12，二个下排气出口12呈左右对称设置。上排气出口10排出的废气主要是预热
过程产生的水蒸气，下排气出口12排出的废气主要是污染土中挥发的低沸点污染物。从上排气出口10和下排气出口12排出的废气通过废气管道输送到尾气处理设备进行净化处理，废气净化达标后排放至外部环境中。
35.振动过筛单元用于将预热炉内的土壤进料振动过筛，使土壤分散逐层下落，充分与高温烟气接触。振动过筛单元包括设置在预热腔中的筛网塔盘组件以及传动组件。
36.参阅图1和图2，筛网塔盘组件包括多个筛网盘5、中心连杆14 以及连接弹簧6。一根中心连杆14竖直设置在预热腔的中心位置，多个筛网盘5从上至下错层布置安装在中心连杆14上。每个筛网盘 5的一侧的边缘焊接或钩挂连接有至少三个连接弹簧6，连接弹簧6 的末端焊接固定在炉体内壳2的内壁上。筛网盘5从与连接弹簧6的连接侧至与中心连杆14的连接侧呈向下倾斜设置，优选地，筛网盘5与炉体内壳2构成倾斜角r的角度范围为95
°
～98
°
。如图2所示，筛网盘5的形状如图2所示，筛网盘5的面积大于(半径相同的)半圆面积。所有筛网盘5的中部均采用焊接或固定卡扣等常规方式与中心连杆14相连接，从俯视方向看，如图2所示安装后相邻的上方筛网盘 5与下方筛网盘5部分重叠。筛网孔22的孔径可根据土壤热脱附实际工况的土壤粒径来设置。
37.参阅图1和图3，传动组件包括滚子18、带齿轮盘19、压缩弹簧15、机架17。滚子18通过销钉安装在中心连杆14的末端，滚子 18绕销钉转动。带齿轮盘19位于在滚子18的下方。中心连杆14的末端在滚子18的上方焊接固定有机架17，机架17的上表面与压缩弹簧15的下端部焊接固定，压缩弹簧15套设在中心连杆14的外周，压缩弹簧15被限位在弹簧限位仓23内，且压缩弹簧15的上端部限位在限位板16之下。带齿轮盘19旋转时，带齿轮盘19的齿与滚子 18以接触冲击、分离不接触两种形式交替进行。当滚子18受到冲击时，带动中心连杆14沿竖直方向往上移动，压缩弹簧15在弹簧限位仓23内压缩；当滚子18与带齿轮盘19的齿分离不接触时，压缩弹簧15在弹簧限位仓23内复位伸长，从而带动机架17连同中心连杆 14沿竖直方向往向下移动，如此交替往复，使得筛网盘5进行振动。
38.进料单元连通预热腔，用于污染土壤进料。进料单元包括料斗 25、连接在料斗25的下方的进料气锁8、连接在进料气锁8的下方进料管9。料斗25与进料气锁8通过法兰连接，进料气锁8与下方进料管9通过法兰连接。进料管贯穿炉体外壳1并与弧形折流挡板7 的中心位置的开孔处焊接相连。
39.出料单元连通预热腔，用于预热土壤出料。出料单元包括星型卸料器20以及用于驱动星型卸料器20的叶轮旋转的驱动电机21。星型卸料器20是一种现有技术中常规的卸料装置，其工作原理是由电机驱动叶轮旋转，将物料带出卸料。参阅图4，在本发明的热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置中，将带齿轮盘19也安装于驱动电机21的转轴，该驱动电机21驱动带齿轮盘19与叶轮同步旋转。这样装置中振动和卸料的动力都来自于驱动电机21，优化了结构，采用同一个电机也有利于节约电力资源。
40.进料管9的直径小于内腔的底部出口的直径，并且所选用的星型卸料器20的卸料通量大于进料气锁8的进料通量，便于预热后的土壤能够及时输出。
41.本实施例热脱附高温烟气余热回用土壤预热炉装置的工作流程如下：
42.本实施例的土壤预热炉装置与热脱附主体设备配套设置，本实施例的土壤预热炉装置的出料单元的输出端连接热脱附主体设备的热脱附主窑体。
43.污染土壤物料经过进料气锁8靠自重通过进料管9进入到预热腔中，土壤跌落至预
热炉筛网5上，土壤受筛网振动和过筛作用变得松散，然后逐层抖落。同时，热脱附主体设备的高温烟气通过高温烟气导入通道13进入到预热腔的底部，高温烟气从预热腔的底部自动往上流动，污染土壤颗粒在高温烟气气流作用下迅速蒸发水分，并且高温烟气带走土壤中的水蒸气的同时会带走部分低沸点污染物。高温烟气到达预热腔的顶部后，经弧形折流挡板7引导回流，使其在炉内回流预热，进行温度再利用，同时，弧形折流挡板7也可起到将较细的土壤颗粒拦截，避免大量的灰尘进入到尾气系统。废气从上排气出口 10和下排气出口12排到尾气处理设备进行净化处理。上述工作流程中，气流的流向如图1中的箭头方向所示。
44.污染土壤物料经本实施例的土壤预热炉装置预热后输送到热脱附主窑体内，可减轻后续热脱附主窑体内的热负荷，从而达到节约能耗的目的。
45.上述实施例仅为本发明的优选实施方式，并不用来限制本发明的保护范围，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。