一种土壤联合热脱附装置及其热脱附方法与流程

1.本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种土壤联合热脱附装置及其热脱附方法。


背景技术：

2.随着城市产业结构调整升级，在许多城市遗留了大量因企业关闭、搬迁遗留下的高浓度高毒性复合污染场地，给场地周边的生态环境和周边生活的人群带来了严重的风险隐患，如何高效且合理的修复有机污染土壤成为亟需解决的问题。
3.目前异位热脱附修复技术是机污染土壤常用的修复方法之一，按照接触方式不同分为直接热脱附修复技术和间接热脱附修复技术。
4.直接热脱附修复技术利用燃烧产生的热烟气直接加热污染土壤，使污染土壤中的污染物挥发成气态，与固态土壤分离，达到修复土壤的目的。但是采用直接热脱附修复技术存在尾气生成量大、设备占地面积大、运行能耗高等缺陷。
5.间接热脱附修复技术是指在绝氧的情况下，通过间接热交换加热污染土壤，使有机污染物与土壤有效分离，达到修复土壤的目的。但是采用间接热脱附修复技术存在设备处理能力较低、高温气体与土壤热交换效果差、能耗高、污染物去除效率低等缺陷。


技术实现要素：

6.本发明所需解决的技术问题是：提供一种热脱附效率高、污染物去除效率高、且节能的土壤联合热脱附装置，以及该土壤联合热脱附装置的热脱附方法。
7.为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的一种土壤联合热脱附装置，包括：反应器，所述的反应器由内壳体和套装于内壳体上的外壳体构成，内壳体与外壳体的底端均敞开，内壳体的外侧壁与外壳体的内腔侧壁之间形成中空的侧壁夹层，内壳体的顶面与外壳体的内腔顶面之间形成中空的顶部夹层，且顶部夹层与侧壁夹层连通；在内壳体中由上至下依次间隔设置有若干行水平左右摆放的导料螺旋输送机，且每行导料螺旋输送机的承接端均能承接位于该导料螺旋输送机相邻上方的导料螺旋输送机的出料端输出的土壤；在由上至下排列于第一行的导料螺旋输送机的承接端上方的内壳体上开设有进料口，进料管密封穿过外壳体上的通孔后与进料口密封连接；由上至下位于最后一行的导料螺旋输送机的出料端穿过内壳体上的侧壁通孔、外壳体上的侧壁通孔后伸出外壳体外，罩壳罩盖于伸出外壳体外的导料螺旋输送机的出料端后密封穿过外壳体上的侧壁通孔、内壳体上的侧壁通孔后伸入内壳体中，在位于外壳体外的罩壳底部开设有出料口。
8.污染的土壤具有腐蚀性，而从反应器底部的敞开口进入的高温烟气的温度通常高达800℃左右，针对该问题将反应器分成二部分设计，使反应器由上部反应器和下部反应器拼接构成，上部反应器由耐腐蚀不锈钢材质制成，下部反应器由耐高温不锈钢材质制成。本方案中耐腐蚀不锈钢材质优先采用310s不锈钢材质，耐高温不锈钢材质优先采用sus304不锈钢材质。其中，上部反应器由上部内壳体和上部外壳体构成，下部反应器由第一长方体筒
体和第二长方体筒体构成，上部内壳体下端与第一长方体筒体上端密封固定连接构成一个完成的顶部封闭、底部敞开的长方体状的内壳体，上部外壳体下端与第二长方体筒体上端密封固定连接构成一个完整的顶部封闭、底部敞开的长方体状的外壳体。
9.进一步地，前述的一种土壤联合热脱附装置，其中，每行导料螺旋输送机均由托盘、三根并排设置的螺旋输送轴和驱动电机构成，三根水平并排设置的螺旋输送轴通过轴承座组并排支撑设置于内壳体中，托盘固定设置于三根螺旋输送轴下方的内壳体中，且托盘由三个并列的圆弧曲面板构成，每个圆弧曲面板对应一根螺旋输送轴；在位于同一侧的三根螺旋输送轴上分别固定设置有一个齿轮，三个齿轮依次啮合，驱动电机与任一螺旋输送轴端固定连接，且驱动电机驱动时三根螺旋输送轴的转速相同。
10.进一步地，前述的一种土壤联合热脱附装置，其中，各螺旋输送轴由光轴和若干半圆板构成，各半圆板沿螺旋方向依次间隔固定设置于光轴的圆周面上。
11.进一步地，前述的一种土壤联合热脱附装置，其中，由上至下依次间隔设置的导料螺旋输送机的行数优先选择为四行。
12.为便于维修人员维修，本方案在与每行导料螺旋输送机的承接端相对的反应器上均开设有一个带检修门的检修孔。不需要维修时，检修门处于关闭状态，需要维修时，打开对应维修门后，即能对该维修门对应的导料螺旋输送机进行维修了。
13.反应器热脱附处理所需的高温烟气可以通过燃烧室提供，使反应器底端的敞开口与燃烧器的出气口连通，燃烧器中可燃物燃烧产生的高温烟气通过燃烧器的出气口、反应器底端的敞开口进入反应器的内壳体内腔中以及侧壁夹层、顶部夹层中。
14.本发明所述的一种土壤联合热脱附装置的热脱附方法，该方法采用本发明所述的土壤联合热脱附装置，待处理的土壤从反应器的进料管掉落至由上至下排列于第一行的导料螺旋输送机的承接端上后、由该导料螺旋输送机的承接端向出料端输送，然后依次由该导料螺旋输送机下方的各导料螺旋输送机一层一层往下输送后从出料口输出；与此同时高温烟气从反应器底部的敞开口分二路进入反应器中：一路高温烟气从内壳体底端的敞开口进入内壳体内腔中、并由下往上流动，与各导料螺旋输送机上的土壤进行直接热交换后与热脱附后的土壤一同从出料口输出，另一路高温烟气从侧壁夹层底端的敞开口进入侧壁夹层中、并由下往上流动充满于侧壁夹层和顶部夹层中，与各导料螺旋输送机上的土壤进行间接热交换；其中，每行导料螺旋输送机的输送速度小于位于该导料螺旋输送机相邻上方的导料螺旋输送机的输送速度。
15.进一步地，前述的一种土壤联合热脱附装置的热脱附方法，其中，由上至下依次间隔设置的导料螺旋输送机的行数优先选择为四行；每行导料螺旋输送机具有三个并排的螺旋输送轴，且三个螺旋输送轴的转速相同；由上至下位于第一行的导料螺旋输送机的各螺旋输送轴的转速为90～100r/min，由上至下位于第二行的导料螺旋输送机的各螺旋输送轴的转速为80～90r/min，由上至下位于第三行的导料螺旋输送机的各螺旋输送轴的转速为70～80r/min，由上至下位于第四行的导料螺旋输送机的各螺旋输送轴的转速为60～70r/min，且进入反应器中的土壤在反应器中的停留时间为20～50min。
16.本发明的有益效果是：进入反应器中的土壤自上而下一层一层往下输送，而进入反应器中的高温烟气分二路：一路高温烟气进入内壳体内腔中后由下而上运动，与自上而下输送的土壤直接充分接触，对土壤进行直接热脱附处理；另一路高温烟气由下而上充满
于侧壁夹层和顶部夹层中，与自上而下输送的土壤间接接触，对土壤进行间接热脱附处理；通过直接热脱附和间接热脱附联合处理，大大提高了传热效率，从而在节能的基础上大大提高了热脱附效率及污染物去除效率。
附图说明
17.图1是本发明所述的一种土壤联合热脱附装置的结构示意图。
18.图2是图1中a-a剖视部分的结构示意图。
19.图3是图1左视方向的结构示意图。
20.图4是图3中b-b剖视部分的结构示意图。
21.图5是其中一行导料螺旋输送机的局部结构示意图。
22.图6是图5左端部分的局部结构示意图。
23.图7是图5中螺旋输送轴与托盘的局部结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。
25.实施例一如图1和图4所示，本实施例所述的一种土壤联合热脱附装置，包括：反应器1，所述的反应器1由内壳体和套装于内壳体上的外壳体构成，内壳体与外壳体的底端均敞开，内壳体的外侧壁与外壳体的内腔侧壁之间形成中空的侧壁夹层103，内壳体的顶面与外壳体的内腔顶面之间形成中空的顶部夹层104，且顶部夹层104与侧壁夹层103连通。在内壳体中由上至下依次间隔设置有若干行水平左右摆放的导料螺旋输送机2，且每行导料螺旋输送机2的承接端21均能承接位于该导料螺旋输送机2相邻上方的导料螺旋输送机2的出料端22输出的土壤。在由上至下排列于第一行的导料螺旋输送机2的承接端21上方的内壳体上开设有进料口，进料管15密封穿过外壳体上的通孔后与进料口密封连接。由上至下位于最后一行的导料螺旋输送机2的出料端22穿过内壳体上的侧壁通孔131、外壳体上的侧壁通孔141后伸出外壳体外，罩壳3罩盖于伸出外壳体外的导料螺旋输送机2的出料端22后密封穿过外壳体上的侧壁通孔141、内壳体上的侧壁通孔131后伸入内壳体中，在位于外壳体外的罩壳3底部开设有出料口31。在实际制造使用过程中，在出料口31处还设置有挡板，挡板可以通过铰接方式铰接于出料口31处后通过可拆卸连接结构封盖在出料口31处。
26.土壤联合热脱附装置的工作原理如下：进入反应器1中的土壤掉落至由上至下排列于第一行的导料螺旋输送机2的承接端21处，然后自上而下一层一层往下输送。在土壤进入反应器1中的同时，高温烟气分二路进入反应器1中：一路高温烟气在内壳体内腔中由下而上运动，与自上而下输送的土壤直接充分接触，对土壤进行直接热脱附处理，与土壤进行直接热交换后的烟气与热脱附处理后的土壤一同从出料口输出；另一路高温烟气由下而上充满于侧壁夹层103和顶部夹层104中，与自上而下输送的土壤间接接触，对土壤进行间接热脱附处理。高温烟气通过直接接触和间接接触联合与土壤进行热交换，加热土壤，使土壤中的有机污染物挥发成气态，与固体土壤分离，实现修复土壤目的。
27.反应器1热脱附处理所需的高温烟气可以通过燃烧室提供，使反应器1底端的敞开口10与燃烧器的出气口连通，燃烧器中可燃物燃烧产生的高温烟气通过燃烧器的出气口、
反应器1底端的敞开口10进入反应器1中。
28.本方案采用直接热脱附和间接热脱附结合的联合热脱附处理方式，能够平衡直接热脱附和间接热脱附两者分别单独使用时存在的不足，取长补短，在尾气生成量较小的前提下提高高温烟气与土壤热交换效果，因而整体的传热效率、热脱附效率、污染物去除效率都非常好，在保证热脱附效果的基础上实现高效、节能目的，降低使用成本。
29.通常待处理的污染土壤具有腐蚀性，而从反应器1底部的敞开口10进入的高温烟气温度通常达800℃左右，针对该问题将反应器1分成二部分设计，如图1所示，使反应器1由上部反应器101和下部反应器102拼接构成，上部反应器101由耐腐蚀不锈钢材质制成，下部反应器102由耐高温不锈钢材质制成。本方案中耐腐蚀不锈钢材质优先采用310s不锈钢材质，耐高温不锈钢材质优先采用sus304不锈钢材质。
30.其中，如图3和图4所示，本实施例所述的上部反应器101由上部内壳体11和上部外壳体12构成，下部反应器102由第一长方体筒体13和第二长方体筒体14构成，上部内壳体11下端与第一长方体筒体13上端密封固定连接构成一个完成的内壳体，上部外壳体12下端与第二长方体筒体14上端密封固定连接构成一个完整的外壳体。
31.实施例二本实施例是在实施例一的基础上对导料螺旋输送机2的结构展开赘述。
32.如图2、图5、图6和图7所示，每行导料螺旋输送机2均由托盘4、三根水平并排设置的螺旋输送轴5和驱动电机构成，三根并排设置的螺旋输送轴5通过轴承座组6并排支撑设置于内壳体中，托盘4固定设置于三根螺旋输送轴5下方的内壳体中，且托盘4由三个并列的圆弧曲面板41构成，每个圆弧曲面板41对应一根螺旋输送轴5；在位于同一侧的三根螺旋输送轴5上分别固定设置有一个齿轮7，三个齿轮7依次啮合，驱动电机与任一螺旋输送轴5的端部固定连接。驱动电机启动后，通过三个依次啮合的齿轮7使得三根螺旋输送轴5同向、同转速转动，带动掉落至导料螺旋输送机2的承接端21的土壤在托盘4中由导料螺旋输送机2的承接端21向导料螺旋输送机2的出料端22方向输送。
33.螺旋输送轴5上的螺旋叶片有多种形式，本方案中螺旋输送轴5上的螺旋叶片由若干半圆板52构成，即每根螺旋输送轴5均由光轴51和若干半圆板52构成，各半圆板52沿螺旋方向依次间隔固定设置于光轴5的圆周面上。
34.本实施例中，由上至下依次间隔设置的导料螺旋输送机2的行数优选为四行。
35.本实施例中，为便于维修人员维修，如图1所示，在与每行导料螺旋输送机2的承接端21相对的反应器1上均开设有一个带检修门8的检修孔。不需要维修时，检修门8处于关闭状态，需要维修时，打开对应维修门8后，即能对与该维修门8对应的导料螺旋输送机2进行维修了。
36.实施例三本发明所述的一种土壤联合热脱附装置的热脱附方法，该方法采用本发明所述的土壤联合热脱附装置。待处理的污染土壤从反应器1的进料管15掉落至由上至下排列于第一行的导料螺旋输送机2的承接端21上后、由该导料螺旋输送机2的承接端21向出料端22输送，然后依次由该导料螺旋输送机2下方的各导料螺旋输送机2一层一层往下输送后从出料口31输出。与此同时高温烟气从反应器1底部的敞开口10分二路进入反应器1中：一路高温烟气从内壳体底端的敞开口进入内壳体内腔中、并由下往上流动，与各导料螺旋输送机2上
的土壤进行直接热交换后与热脱附后的土壤一同从出料口输出，另一路高温烟气从侧壁夹层103底端的敞开口进入侧壁夹层103中、并由下往上流动充满于侧壁夹层103和顶部夹层104中，与各导料螺旋输送机2上的土壤进行间接热交换；高温烟气通过直接接触和间接接触联合与土壤进行热交换，加热土壤，使土壤中的有机污染物挥发成气态，与固体土壤分离，实现修复土壤目的。
37.其中，每行导料螺旋输送机的输送速度小于位于该导料螺旋输送机相邻上方的导料螺旋输送机的输送速度。
38.本实施例中，由上至下依次间隔设置的导料螺旋输送机2的行数优选为四行。每行导料螺旋输送机2具有三个并排的螺旋输送轴5，且三个螺旋输送轴5的转速相同。由上至下位于第一行的导料螺旋输送机的各螺旋输送轴的转速为90～100r/min，由上至下位于第二行的导料螺旋输送机的各螺旋输送轴的转速为80～90r/min，由上至下位于第三行的导料螺旋输送机的各螺旋输送轴的转速为70～80r/min，由上至下位于第四行的导料螺旋输送机的各螺旋输送轴的转速为60～70r/min，且进入反应器1中的土壤在反应器1中的停留时间为20～50min。对各行导料螺旋输送机2的速度的设置以及土壤停留于反应器1中的停留时间的设置，能够进一步提高高温烟气与土壤的热交换效率。
39.以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。