CN103658165B - 一种节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其目的在于提供一种能充分回收利用系统余热、节约资源的有机污染土壤热脱附修复处理的系统，本发明包括送料系统、土壤预热及热回用系统、回转窑加热系统、土壤冷却及热回用系统、土壤出料系统、尾气除尘及降温系统、污水处理及冷却系统、活性炭吸附系统、活性炭再生装置、气体排放系统和网络监控系统。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，特别是涉及一种节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统。
背景技术
热脱附技术是修复挥发性/半挥发性有机污染土壤的有效技术之一，已被成功运用于多环芳烃、非氯代挥发性和半挥发性有机污染物、苯系物、有机农药、除草剂等污染土壤的修复。热脱附技术通常采用直接或间接加热土壤的方式，土壤温度需加热到200-600℃，耗能较高，在处理的过程中向环境中散发大量热，造成极大的热量的损失，如何合理利用余热是热脱附系统降低能耗的重要问题。
通常，热脱附系统中热能的损失来自三个方面：①加热回转窑筒体的散热，一般回转窑筒体热辐射造成的热量损失为10%-20%；②高温烟气排放携带的热量损失；③高温土壤排放损失的辐射热。对于传统的回转窑加热系统，土壤处理量为25m3/h时，高温烟气散发的热量损失为30%-60%，土壤散发的热量损失为10%-20%。因此，传统的热脱附回转窑有很大的节能空间，回收利用系统中各部分的散热可为系统节约更多的能源，大幅降低处理成本。
活性炭吸附方法是处理热脱附污染气体的常用方法之一。其特点是：吸附效率高，适用面广，能同时处理多种混合废气；运行过程中较少产生二次污染，性能稳定，去除效率可达95%；且设备投资少，维护方便，活性炭搬运灵活。但对于多数用户，由于缺乏专用设备无法进行活性炭再生，运行成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能充分回收利用系统余热、节约资源的有机污染土壤热脱附修复处理的系统，包括送料系统、土壤预热及热回用系统、回转窑加热系统、土壤冷却及热回用系统、土壤出料系统、尾气除尘及降温系统、污水处理及冷却系统、活性炭吸附系统和气体排放系统，所述送料系统通向所述土壤预热及热回用系统、所述土壤预热及热回用系统通向所述回转窑加热系统，所述回转窑加热系统通向土壤冷却及热回用系统，所述土壤冷却及热回用系统通向所述土壤出料系统；所述土壤冷却及热回用系统通向所述回转窑加热系统，所述回转窑加热系统通向所述土壤预热及热回用系统，所述土壤预热及热回用系统通向尾气除尘及降温系统，所述尾气除尘及降温系统通向所述活性炭吸附系统，所述活性炭吸附系统通向所述气体排放系统，所述尾气除尘及降温系统与所述污水处理及冷却系统相连。
其中还包括安装于所述土壤预热及热回用系统和所述回转窑加热系统相连接的防尘罩中，并与所述活性炭吸附系统相连的活性炭再生装置，所述活性炭再生装置包括空气压缩机和空气换热器，所述空气换热器为盘管式空气换热器，利用所述空气压缩机向所述盘管式空气换热器的一端压入空气，高温烟气经过所述盘管式空气换热器与盘管中的空气换热，使盘管中的空气升温而高温烟气降温，所述盘管式空气换热器的另一端排出的热空气被导入吸附饱和的活性炭吸附箱中进行活性炭脱附再生。
其中还包括网络监控系统，所述网络监控系统与各所述系统或/和装置连接。
其中所述送料系统包括滚筒筛、破碎机、输送机和给料机，所述滚筒筛一侧通向所述破碎机，所述滚筒筛下方出料口及所述破碎机下方出料口通向所述输送机，所述输送机通向所述给料机，所述给料机通向所述土壤预热及热回用系统。
其中所述土壤预热及热回用系统包括回转转筒烘干机，所述回转转筒烘干机包括进料口，出料口，进气口和排气口，其中，进料口与排气口在物料输入端，出料口和进气口在物料输出端，所述送料系统通向所述回转转筒烘干机入料口，所述回转转筒烘干机出料口/进气口与所述回转窑加热系统相连，所述回转转筒烘干机排气口通向所述尾气除尘及降温系统，所述回转转筒烘干机内壁设有扬料板，加热热气来自所述回转窑加热系统中的高温烟气，采用直接加热的方式。所述土壤预热及热回用系统的作用包括①预热土壤至50-200℃②调节土壤含水量③热脱附土壤中的部分易挥发的有机污染物。高温烟气与所述烘干机中的土壤逆向流动，从土壤中解吸出来的有机污染物与高温烟气混合并一同从所述烘干机的出气口排出。
其中所述回转窑加热系统包括变径回转窑、可移动燃烧器和燃气供应装置，所述土壤预热及热回用系统与所述变径回转窑窑尾相连接，所述变径回转窑窑头通向所述土壤冷却及热回用系统，所述可移动燃烧器具有内中外三通道结构，分别为燃气入口、污染气体入口和助燃空气入口，所述活性炭吸附系统污染气体出口和所述土壤冷却及热回用系统助燃空气出口分别通向所述可移动燃烧器污染气体入口和助燃空气入口，所述燃气入口与所述燃气供应装置连接，所述变径回转窑窑头直径大于窑尾直径，有利于燃料的充分燃烧，延长物料停留时间；窑尾低温段直径变小，窑内空间变小能集中热量，更有效节能。所述变径回转窑比传统的通径回转窑节能20%左右，相同产量的变径回转窑比通径回转窑造价更低，更节省耐火材料。由于直接加热温度太高，一般扬料板的材质无法承受此温度，故回转窑内壁砌有高低错落的耐火砖，耐火砖一方面用于保温，另一方面充当扬料板的作用，提高物料的分散程度，减少热空洞。所述变径回转窑内物料流向是从窑尾向窑头流动，为提高热脱附效率，燃烧产生的高温烟气与物料逆向流动，所述变径回转窑排气口排出的高温烟气被导入上述烘干机的进气口。
其中所述土壤冷却及热回用系统包括冷却筒，所述冷却筒为内外筒的双筒结构，所述冷却筒设有进料口、出料口、进气口和出气口，所述回转窑加热系统出料口通向所述冷却筒进料口，所述冷却筒出料口通向所述土壤出料系统，所述冷却筒进气口连通大气，所述冷却筒出气口通向所述回转窑加热系统进气口，所述冷却筒的筒体可均速旋转，内筒中为高温物料，外筒鼓入冷空气，且高温物料与冷空气逆向流动，内筒内壁上设有扬料板，保证土壤充分分散并与外筒的空气充分接触，通过内筒土壤与外筒冷空气的热交换，土壤降温而外筒中的空气升温，外筒的空气升温后由导气管的排气端导入所述回转窑加热系统中用作助燃空气，降温后的土壤从出料端排放入所述土壤出料系统。
其中所述回转转筒烘干机、所述变径回转窑、所述冷却筒与地面均呈3-5°夹角，三者由高到低阶梯状放置，所述变径回转窑的窑尾罩连接所述回转转筒烘干机的出料口，并在两筒体之间设有溢流板和防尘罩，引导所述回转转筒烘干机出料口的土壤进入所述变径回转窑内并防止尘土污染大气，所述变径回转窑的窑头罩与所述冷却筒的进料口相接，土壤通过所述变径回转窑窑头罩下端的漏斗进入到所述冷却筒中。
其中所述土壤出料系统包括螺旋输送机、供水装置、喷淋加湿器、斗提和料仓，所述土壤冷却及热回用系统出料口通向所述螺旋输送机入料口，所述螺旋输送机上部增设顶盖，顶盖下方为所述喷淋加湿器，所述喷淋加湿器连接所述供水装置，所述螺旋输送机出料口通向所述斗提，所述斗提通向所述料仓。
其中所述尾气除尘及降温系统包括旋风除尘器、布袋除尘器和洗气塔，所述土壤预热及热回用系统通向所述旋风除尘器，所述旋风除尘器通向所述布袋除尘器，所述布袋除尘器通向所述洗气塔，所述洗气塔通向所述活性炭吸附系统，所述旋风除尘器去除污染烟气中的粒径较大的颗粒物，所述布袋除尘器用于去除烟气中的粒径较小的颗粒物，所述洗气塔用于去除烟气中的酸性气体以及对污染烟气降温，所述污染烟气由所述洗气塔下部的进气口进入塔中，经过填料、碱液喷淋和淋水片从所述洗气塔排气口排出，所述洗气塔中的循环碱液经过所述污水处理及冷却系统使从所述洗气塔中排出的污水去除污染物并降温后，再次配置为碱液用于所述洗气塔喷淋。
其中所述活性炭吸附系统包括活性炭吸附箱，所述活性炭吸附箱中安装活性炭饱和报警装置，所述尾气除尘及降温系统通向所述活性炭吸附箱，所述活性炭吸附箱通向所述气体排放系统，所述活性炭吸附箱采用固定床式吸附，为两组两个串联的吸附箱的结构，待第一组吸附箱吸附接近饱和时，所述活性炭饱和报警装置会发出警报，此时，尾气采用第二组吸附箱继续吸附，这样活性炭吸附可不间断工作，而吸附饱和的所述活性炭吸附箱接入所述活性炭再生装置，采用热空气加热再生法脱附再生。
本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：
1、加热回转窑采用变径回转窑，既利于燃烧充分并延长土壤中高温段停留的时间，又能集中热量节能，提高处理量；
2、利用加热回转窑中的高温烟气对所述烘干机中的土壤预热处理，提高了高温烟气的热能利用效率；
3、通过空气换热器交换高温烟气中的热量用于活性炭再生活化处理，实现了活性炭的再利用，降低活性炭成本；
4、利用土壤冷却及热回用系统回收高温土壤的热量用于提供燃烧器的助燃空气，充分利用了高温土壤的热能，提高了系统的热能利用效率；
5、尾气通过碱液喷淋塔，使排放尾气中的NOX、SO2含量大大降低，提高了尾气排放质量；
6、喷淋塔采用污水处理及冷却系统，节约水资源。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明系统的框架示意图；
图2为本发明的结构示意图。
附图标记说明：1-送料系统；2-土壤预热及热回用系统；3-回转窑加热系统；4-活性炭吸附系统；5-气体排放系统；6-尾气除尘及降温系统；7-污水处理及冷却系统；8-土壤冷却及热回用系统；9-土壤出料系统；10-活性炭再生装置；11-回转转筒烘干机；12-变径回转窑；13-可移动燃烧器；14-空气压缩机；15-助燃空气；16-冷却筒；17-溢流板；18-防尘罩；19-旋风除尘器；20-布袋除尘器；21-碱液喷淋洗气塔；22-填料；23-碱液；24-淋水片；25-污水处理及冷却系统；26-活性炭吸附箱；27-空气压缩机；28-盘管式空气换热器；29-螺旋输送机；30-喷淋加湿器；31-供水装置；32-抽风机；33-排气筒；34-滚筒筛；35-破碎机；36-给料机；37-输送机；38-斗提；39-料仓；40-污染气体；41-燃气；42-空气。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明为一种有效节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统。如附图1所示，包括送料系统1，土壤预热及热回用系统2，回转窑加热系统3，活性炭吸附系统4，气体排放系统5，尾气除尘及降温系统6，污水处理及冷却系统7，土壤冷却及热回用系统8，土壤出料系统9，活性炭再生装置10。送料系统1输出连接土壤预热及热回用系统2的物料输入，土壤预热及热回用系统2的物料输出连接回转窑加热系统3输入，回转窑加热系统3物料输出连接土壤冷却及热回用系统8的输入，土壤冷却及热回用系统8的物料输出连接土壤出料系统9的输入；土壤冷却及热回用系统8的气体输出连接回转窑加热系统3的气体输入，回转窑加热系统3的气体输出经过活性炭再生装置10与土壤预热及热回用系统2的气体输出相连，土壤预热及热回用系统2的气体输出连接尾气除尘及降温系统6的输入，尾气除尘及降温系统6的输出连接活性炭吸附系统4的吸附输入，活性炭吸附系统4的吸附输出与气体排放系统5的输入相连；尾气除尘及降温系统6还与污水处理及冷却系统7相接；活性炭再生装置10的输出与活性炭吸附系统4的脱附输入相连，活性炭吸附系统4的脱附输出与回转窑加热系统3的气体输入相连。
按照本系统的气相和固相走向，分开说明。
本系统中气体分为两部分，一是土壤热脱附的污染空气，一是活性炭脱附的高浓度污染气体。
回转窑加热系统3中的可移动燃烧器13通过变径回转窑12窑头的热源输入口提供热源，直接加热变径回转窑12窑内的土壤。由于热源输入口处的变径回转窑12直径较大，通入足够的助燃空气，可使燃料充分燃烧，减少了因不充分燃烧造成的能量损失。加热气流由变径回转窑12窑头向窑尾流动，与土壤流向逆向。高温烟气由变径回转窑12出气口导入回转转筒烘干机11的进气口用于预加热土壤，使土壤中水分和部分易挥发的有机污染物挥发并与高温烟气混合排放。由回转转筒烘干机11排放出的烟气分别经过旋风除尘器19、布袋除尘器20除尘，再经过碱液喷淋洗气塔21去除尾气中的酸性气体及极细小颗粒物，并使气体温度降至50℃以下，尾气分别经过填料22、碱液23，再经过淋水片24除雾后排入活性炭吸附箱26，尾气中的有机污染气体被活性炭吸附，从活性炭吸附箱26排出的尾气经检测质量达标后，经抽风机32抽入排气筒33排放入大气中。
本系统中活性炭再生装置采用热再生法，热源为盘管式空气换热器28中的热空气。盘管式空气换热器28中的空气与变径回转窑12排气口的高温烟气热交换后，温度约150℃。热空气通入已吸附饱和的活性炭吸附箱26中对活性炭原位脱附。脱附出来的有机污染气体40随热气流排出活性炭吸附箱26，达到活性炭再生的目的。对于吸附苯和萘饱和的活性炭，150℃的热气流原位脱附效率约60%-80%。从活性炭吸附箱26中脱附出的高浓度有机污染气体40通入变径回转窑12加热系统中燃烧分解。
另外，可移动燃烧器13的助燃空气15来自空气经冷却筒16后，通过高温土壤与空气的热交换使空气升温，作为助燃空气15注入变径回转窑12，回收利用了高温土壤余热。
本系统中土壤流向是滚筒筛34筛分后颗粒小的土壤直接从滚筒筛34倒入输送机37，颗粒大的土壤经破碎机35破碎后倒入输送机37，之后土壤经给料机36后进入回转转筒烘干机11，预热土壤至50-200℃，然后进入变径回转窑12，直接加热土壤至200-600℃，接着，高温土壤排入冷却筒16中，经过冷空气换热对高温土壤初步降温。最后，土壤经冷却筒16与空气42交换热量降温至150℃以下后排入螺旋输送机29中，通过螺旋输送机29顶部的喷淋加湿器30喷水（水源来自供水装置31），对土壤进一步降温至100℃并调湿，从螺旋输送机29排出的土壤进入斗提38中，经斗提38提升排入料仓39中，等待装车运输或回填。
如处理主要含苯和萘的多环芳烃污染的粉质粘土，苯和萘的含量分别为50.8mg/kg，150.3mg/kg，土壤含水量<20%。
首先，待处理的污染土壤进入进料系统1，经过滚筒筛34和破碎机35处理，土壤颗粒<1cm，然后土壤进入回转转筒烘干机11，土壤被预热至200℃，水分和较易挥发的污染气体从土壤中挥发出来。预热后的土壤进入变径回转窑12，采用直接加热方式，热气流与土壤逆向接触，将土壤加热到400-600℃进行热脱附。土壤在变径回转窑12内停留时间为20min，污染物苯和萘的去除率>99%。热脱附后的土壤进入冷却筒16对土壤初步降温冷却，然后土壤被输送入螺旋输送机29，在螺旋输送机29内喷淋降温至<50℃并调节土壤水分含量，防止扬尘，使热脱附后的土壤较适宜装车输送，最后从螺旋输送机29排出的土壤进入斗提38，由斗提38输送至料仓39。
从活性炭吸附箱26中排出的污染气体40、冷却筒16中排出的助燃空气15与燃气41一同在变径回转窑12内燃烧，燃烧火焰温度为1000-1300℃，污染气体40在此温度下停留2s去除率可达99.99%，高温烟气进入变径回转窑12加热土壤。高温烟气又经变径回转窑12进入回转转筒烘干机11中对土壤预热，经过热能回用后高温烟气温度降至200℃左右，依次经过尾气旋风除尘器19、布袋除尘器20和碱液喷淋洗气塔21，经过对尾气的除尘和喷淋降温等，温度降至50℃以下，进入活性炭吸附箱26，尾气经过活性炭吸附箱26去除污染气体40，从活性炭吸附箱中排出尾气经检测合格后，经抽风机32抽入排气筒33排放入大气。
活性炭吸附箱26对尾气吸附时，待一组吸附箱吸附接近饱和时，活性炭报警装置发出警报，则将尾气通入另一组吸附箱继续吸附，饱和的吸附箱接入活性炭再生装置10，通入空气换热器28中的热空气（150℃左右）进行脱附，脱附效率约60-80%。脱附出的污染气体通入回转窑加热系统3中燃烧去除。
整个系统若密封性良好，土壤可全部回收利用，处理量为40t/h，苯和萘的去除率为99-99.99%。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：包括送料系统、土壤预热及热回用系统、回转窑加热系统、土壤冷却及热回用系统、土壤出料系统、尾气除尘及降温系统、污水处理及冷却系统、活性炭吸附系统和气体排放系统，所述送料系统通向所述土壤预热及热回用系统、所述土壤预热及热回用系统通向所述回转窑加热系统，所述回转窑加热系统通向土壤冷却及热回用系统，所述土壤冷却及热回用系统通向所述土壤出料系统；所述土壤冷却及热回用系统通向所述回转窑加热系统，所述回转窑加热系统通向所述土壤预热及热回用系统，所述土壤预热及热回用系统通向尾气除尘及降温系统，所述尾气除尘及降温系统通向所述活性炭吸附系统，所述活性炭吸附系统通向所述气体排放系统，所述尾气除尘及降温系统与所述污水处理及冷却系统相连；
其中所述回转窑加热系统包括变径回转窑和可移动燃烧器，所述变径回转窑窑头直径大于窑尾直径，所述土壤预热及热回用系统与所述变径回转窑窑尾相连接，所述变径回转窑窑头通向所述土壤冷却及热回用系统，所述可移动燃烧器位于所述变径回转窑窑头热源输入口提供热源。
2.根据权利要求1所述的节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：还包括安装于所述土壤预热及热回用系统和所述回转窑加热系统相连接的防尘罩中，并与所述活性炭吸附系统相连的活性炭再生装置，所述活性炭再生装置包括空气压缩机和空气换热器，所述空气换热器为盘管式空气换热器。
3.根据权利要求1或2所述的节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：还包括网络监控系统，所述网络监控系统与各所述系统或/和装置连接。
4.根据权利要求1或2所述的节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述送料系统包括滚筒筛、破碎机、输送机和给料机，所述滚筒筛一侧通向所述破碎机，所述滚筒筛下方出料口及所述破碎机下方出料口通向所述输送机，所述输送机通向所述给料机，所述给料机通向所述土壤预热及热回用系统。
5.根据权利要求1或2所述的节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述土壤预热及热回用系统包括回转转筒烘干机，所述送料系统通向所述回转转筒烘干机入口，所述回转转筒烘干机出口与所述回转窑加热系统相连，所述回转转筒烘干机入口通向所述尾气除尘及降温系统，所述回转转筒烘干机内壁设有扬料板。
6.根据权利要求1或2所述的节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述可移动燃烧器具有内中外三通道结构，分别为燃气入口、污染气体入口和助燃空气入口，所述活性炭吸附系统污染气体出口和所述土壤冷却及热回用系统助燃空气出口分别通向所述可移动燃烧器污染气体入口和助燃空气入口。
7.根据权利要求1或2所述的节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述土壤冷却及热回用系统包括冷却筒，所述冷却筒为内外筒的双筒结构，所述冷却筒设有进料口、出料口、进气口和出气口，所述回转窑加热系统出料口通向所述冷却筒进料口，所述冷却筒出料口通向所述土壤出料系统，所述冷却筒进气口连通大气，所述冷却筒出气口通向所述回转窑加热系统进气口。
8.根据权利要求1或2所述的节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述土壤出料系统包括螺旋输送机、供水装置、喷淋加湿器、斗提和料仓，所述土壤冷却及热回用系统出料口通向所述螺旋输送机入料口，所述螺旋输送机上部增设顶盖，顶盖下方为所述喷淋加湿器，所述喷淋加湿器连接所述供水装置，所述螺旋输送机出料口通向所述斗提，所述斗提通向所述料仓。
9.根据权利要求1或2所述的节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述尾气除尘及降温系统包括旋风除尘器、布袋除尘器和洗气塔，所述土壤预热及热回用系统通向所述旋风除尘器，所述旋风除尘器通向所述布袋除尘器，所述布袋除尘器通向所述洗气塔，所述洗气塔通向所述活性炭吸附系统。
10.根据权利要求1或2所述的节能型有机污染土壤热脱附修复处理系统，其特征在于：所述活性炭吸附系统包括活性炭吸附箱，所述活性炭吸附箱中安装活性炭饱和报警装置，所述尾气除尘及降温系统通向所述活性炭吸附箱，所述活性炭吸附箱通向所述气体排放系统。
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