CN111842457B - 一种有机污染土壤异位热脱附方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油泥或有机污染土壤异位热脱附装置，包括回转窑、除尘器、引风机、脱硫吸收塔、烟囱和旋转RTO燃烧室，含油污泥由滚筒筛分机入口端进入，所述滚筒筛分机出口与所述皮带输送机上料端相接，所述皮带输送机出料端与回转窑的进料仓相接，所述回转窑烟气出口与除尘器进气口相连接，所述除尘器出口一端与旋转RTO燃烧室进口连接，所述旋转RTO燃烧室出口与引风机入口相接，所述引风机出口与脱硫吸收塔进口端相接，所述烟囱与所述脱硫吸收塔上端连通，本发明还公开了其异位热脱附方法。本发明尾气排放无二次污染，利用旋转RTO取代二燃室达到脱硝效果，热利用效率高，热脱附效率高。

Description

一种有机污染土壤异位热脱附方法及装置

技术领域

本发明属于土壤异位热脱附领域，具体涉及一种有机污染土壤热异位热脱附方法及装置。主要用于石油等行业挥发性和半挥发性有机污染物污染土壤的热脱附修复。

背景技术

在石油开发、炼制过程、运输、使用、贮存以及含油污水处理等一系列生产链中都会产生的大量含有挥发性有机物（VOCs）或半挥发性有机物（SVOCs）的含油污泥，含油污泥堆放或填埋会污染周围环境土壤，并对地表水、地下水造成次生污染，所产生的有毒物质会随动植物吸收富集、食物链传递，直接或间接危害人类健康。

目前油泥无害化处置没有统一的国家标准，大庆、新疆、陕西等地区标准要求油泥无害化处理后污泥含油率小于2％。油泥无害化处理方法一般有焚烧法、生物法、热脱附法、热裂解法、热洗涤法、资源化利用(水泥窑协同、堆肥)等，由于油泥来源不同、原油理化特性差异、油泥中岩性差异、地理位置等影响，资源化利用能力较小；而焚烧法和热裂解法均存在可能产生尾气易产生二次污染，尾气处理困难问题；生物法受气候环境等影响，能处理的石油烃浓度太低，而且处理周期长，效率低，难以全面推广；而热脱附是一种比较成熟的高温物理处理方法，被广泛应用的工艺之一，热脱附处理技术的原理是直接或间接的热交换加热，使油泥中的有机挥发物和半挥发物达到足够高的温度（污染物的沸点之上），将污染物从土壤中分离出来。通过再次高温氧化、尾气吸附等处理手段，将污染物去除，达到处理污染物的目的。

公开号为CN 107639110 A的发明公布了一种用于修复污染土壤的装置，其热脱附技术工艺流程主要为污染土壤通过螺杆进料机进入干燥窑和回转窑，经过旋风除尘除去大颗粒粉尘，在二燃室内进一步氧化燃烧，排出的烟气进入余热锅炉回收余热，后续通过半干反应塔及活性炭吸收、布袋除尘进一步除去污染物。热脱附处理过程中，由于同时处理的土壤较多，土壤含水率大，导致进料螺杆堵塞，土壤间的间隙较小，热传递的效率较低，使得整体的热脱附效率较低，并且土壤粘附在回转窑抄板上，得不到搅拌，使得回转窑前半段土壤容易粘结成块状聚积，不利于后续的修复处理。同时脱附后烟气粉尘量大，影响二燃室燃烧效果，并且二燃室出口温度高，存在热回收率有限等问题。二燃室内氧化燃烧产生的气体，后续还需进一步脱硝处理，尾气处理过程中有可能会造成二次污染。

因此，创新一种有机物污染土壤的高效节能环保异位热脱附处理方法是非常必要的。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种有机污染土壤异位热脱附方法及装置，实现含油污泥、有机污染土壤等高效节能环保无害化处理。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种有机污染土壤异位热脱附装置，包括回转窑、除尘器、引风机、脱硫吸收塔和烟囱，所述回转窑包括筒体，所述筒体一端分别设有进料仓和烟气出口，所述筒体另一端设有第一燃烧器和泥沙出口，所述筒体内壁上固定有抄板，其特征在于，所述土壤异位热脱附装置还包括旋转RTO燃烧室，所述旋转RTO燃烧室包括壳体，所述壳体下部分别设有进口和第一出口，所述壳体顶部贯穿设置有SNCR喷枪，所述壳体内依次从上至下设置有第二燃烧器、第一蓄热体、脱硝催化剂层和第二蓄热体；

所述烟气出口与所述除尘器进气口连通，所述除尘器出口与所述进口连通，所述第一出口与所述引风机入口连通，所述引风机出口与所述脱硫吸收塔进口端连通，所述烟囱与所述脱硫吸收塔上端连通。

本发明采用旋转RTO燃烧室，并在现有的旋转RTO燃烧室基础上增设了SNCR喷枪和脱硝催化剂层，氨在RTO炉膛内（800~950℃）与烟气中的NOx发生非催化还原反应，产生N₂和H₂O，去除效率约40%；未反应的氨进入脱硝催化剂层（200~450℃），发生催化还原反应，进一步脱除烟气中的NOx，NOx总的去除率可达到90%。使旋转RTO燃烧室同时实现脱硝的效果，降低了SCR设备的投资。旋转RTO燃烧室内的燃烧器产生的热能使得烟气中的有机污染物在充足空气下彻底氧化燃烧，分解成CO₂、H₂O、SO₂、NOx等物质。旋转RTO燃烧室内的蓄热体能有效降低烟气热损失，减少天然气的耗量，在旋转RTO燃烧腔室内利用SNCR喷枪喷出的氨水与燃烧形成的NOx发生反应，再经低温脱硝催化剂层，可有效去除氮氧化物。

所述旋转RTO燃烧室的出口连通有引风机，可促进系统内气体的流动。

烟气排出口设置于回转窑的进料端，窑内的烟气流向与物料流向形成逆流，充分换热，提升热脱附效果。

优选地，所述除尘器为金属膜除尘器。在回转窑进行热脱附处理后产生的大量含尘烟气通过回转窑出口烟道进入到金属膜除尘器，在YT柔性膜的过滤作用下去除粉尘。金属膜除尘器过滤风速设置为1.1 m/min，脉冲阀压力设置为0.2~0.3MPa，耗气量为9 Nm³/min（0.8MPa），除尘器阻力小于1200Pa，温差小于20℃，除尘效率大于99.9%。

优选地，所述旋转RTO燃烧室上开设有第二出口，所述第二出口与所述除尘器的进气口连通。旋转RTO燃烧腔室部分高温烟气引流回金属膜除尘器中，以免金属膜除尘器内的有机污染物因温度降低重新液化粘附在金属膜表面上，阻塞滤袋，影响金属膜除尘器性能。

优选地，所述回转窑还包括重力环，所述重力环活动套设于所述抄板外侧，所述抄板一端再固定于所述筒体内壁上，所述抄板另一端为弯折部或凸起部。当抄板随着窑转动到顶部，重力环由于重力作用会往下掉，此过程中会清理粘附在抄板上的油泥，避免油泥在窑内堆积。

优选地，所述土壤异位热脱附装置还包括滚筒筛分机、皮带输送机，所述滚筒筛分机出口与皮带输送机上料端相接，所述皮带输送机出料端与所述进料仓相接，所述皮带输送机上设置有皮带秤。

优选地，所述回转窑还包括加料挡板，所述加料挡板转动设置于所述进料仓底部。窑头成微负压，压力控制在-10Pa左右。

优选地，所述土壤异位热脱附装置还包括螺杆输送机和平板式输送机，所述螺杆输送机入口与所述泥沙出口相接，所述螺杆输送机的出口与所述平板式输送机的入口相接。出口螺杆输送机和平板式钢板输送机周围可设置喷淋设备用于降温除尘。

优选地，所述回转窑内设有多个抄板，靠近进料仓前2/3的抄板上设有重力环，以促进窑内土壤搅拌，避免窑前段土壤含水率高，油泥粘附在抄板上阻塞油泥从窑头向窑尾运动。

进一步地，所述回转窑动力系统优选由变频电机、减速机、联轴器组成、齿轮轴组成。所述变频电机经减速机减速，通过联轴器输出的动力连接齿轮组带动窑回转。

进一步地，所述回转窑为直接式热脱附窑。

进一步地，所述回转窑与旋转RTO燃烧室的燃烧器燃料优选为天然气。进一步地，回转窑窑内温度为300~400℃，停留时间为20~30min，旋转RTO燃烧室温度为850~950℃。

进一步地，脱硝催化剂层位于所述旋转RTO燃烧室高度的1/2~3/4处，温度区间为200~420℃，总体脱硝效率大于85%。

进一步地，所述旋转RTO燃烧室出口温度为80~120℃。

进一步地，所述脱硫塔为湿法脱硫，脱硫效率大于99%。

进一步地，所述整个工艺系统与设备应该还包括供气、供水系统、燃料供应系统、药剂添加系统等。

进一步地，所述回转窑中还设置有窑头烟气挡板，所述窑头烟气挡板位于所述进料仓与所述烟气出口之间。

进一步地，所述蓄热体为陶瓷蓄热体。

进一步地，所述脱硝催化剂层中的脱硝催化剂为改性钒钛系低温催化剂，最佳反应温度200~450℃。

本发明还公开一种有机污染土壤异位热脱附方法，利用上述土壤异位热脱附装置进行，包括以下步骤：

热脱附处理：有机污染土壤进入回转窑进行热脱附处理，得到烟气和干净的泥砂；

高温除尘处理：烟气进入除尘器，得到除尘气体；

完全燃烧及脱硝处理：除尘气体进入到旋转RTO燃烧室中，旋转RTO燃烧室中烟气温度大于850℃，烟气停留时间为1～3s，除尘气体彻底氧化燃烧，得到氧化气体，氧化气体与SNCR喷枪喷出的氨水，在脱硝催化剂层的作用下，在旋转RTO燃烧室中实现完全燃烧及脱硝处理，得到脱硝烟气；

脱硫脱酸处理：脱硝烟气进入脱硫塔中，得到净化烟气，最后由烟囱排放到大气中。

回转窑在引风机的作用下形成微负压，使油泥中的有机污染物在负压条件脱附出来，避免污染物的外逸。在此过程中，回转窑内的油泥与燃烧器产生的高温烟气进行逆流接触，提高热脱附效果。旋转RTO燃烧室氧化燃烧的同时进行脱硝。

优选地，热脱附处理之前还包括以下步骤：

油泥预处理：将有机污染土壤送入滚筒筛分机中筛分，得到含油污染颗粒，平均粒度为30mm～40mm；

定量输送：将含油污染颗粒通过皮带输送机送入回转窑中，皮带输送机上装备有皮带秤，通过调整传输速度来控制后续进入回转窑的处理量。

优选地，回转窑热脱附过程中通过重力环的作用，清理粘附在抄板上的油泥，避免油泥在窑内堆积。

优选地，氨水的浓度为15～25%。

本发明的效益及特点在于：

（1）利用旋转RTO取代二燃室，热利用效率提高，RTO燃烧器只需要维持小火即可，和我们现有的装置相比，极大地节省了燃料消耗，同时节省了余热回收装置投资。

（2）利用脱硝催化剂层布置在RTO蓄热室内，降低了SCR设备的投资，同时提高了NOx去除效率，NOx综合去除效率可达到90%。

（3）尾气处理可达到超低排放标准，无二次污染，特别适用于油泥等挥发性有机物或半挥发性有机物污染的土壤修复。

（4）在滚筒筛分机中进行筛分，由皮带输送机进行定量输送，并在回转窑中抄板上增设重力环，使油泥或土壤不易粘附在抄板上，使油泥得到充分搅拌，有利于后续的修复处理。

附图说明

图1为本发明提出的一种有机污染土壤异位热脱附装置的结构示意图；

图2为图1中抄板部分的放大示意图；

图3为图1中加料挡板部分的放大示意图；

图中标号说明：

滚筒筛分机1；皮带输送机2；回转窑3；进料仓31；加料挡板32；窑头烟气挡板33；抄板34；重力环35；第一燃烧器36；回转窑烟气出口37；筒体38；除尘器4；YT膜金属滤袋41；旋转RTO燃烧室5；第一蓄热体51；SNCR喷枪52；第二燃烧器53；脱硝催化剂层54；第二蓄热体55；壳体56；进口57；第一出口58；第二出口59；引风机6；脱硫吸收塔7；烟囱8；螺杆输送机9；平板式输送机10。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施方式，以便令技术人员可以更好的理解本发明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明一种有机污染土壤异位热脱附装置，该装置包括：滚筒筛分机1、皮带输送机2、回转窑3、除尘器4、旋转RTO燃烧室5、引风机6、脱硫吸收塔7、烟囱8、螺杆输送机9和平板式输送机10。

回转窑3包括进料仓31、加料挡板32、窑头烟气挡板33、抄板34、重力环35、第一燃烧器36、烟气出口37、筒体38和泥沙出口39。进料仓31开设于筒体38上。如图3所示，加料挡板32转动设置于进料仓31底部，未进料时，加料挡板32盖于进料仓31底部，进料时加料挡板32旋转90°，使油泥进入回转窑3中，然后加料挡板32又重新将进料仓31底部盖上。窑头烟气挡板33位于进料仓与烟气出口之间，使烟气从烟气出口37排出。如图2所示，重力环35活动套设于抄板34外侧，抄板34一端固定于筒体38内壁上，抄板34另一端为弯折部，随着筒体38的转动，重力环35可在抄板34的垂直部分活动，避免油泥粘附在抄板34上。筒体38内设有多个抄板，靠近进料仓31前2/3的抄板上设有重力环35，以促进窑内土壤搅拌，避免窑前段土壤含水率高，油泥粘附在抄板上阻塞油泥从窑头向窑尾运动。烟气出口37设置于靠近进料仓31的一侧。第一燃烧器36设置于筒体38一端，烟气出口37和泥沙出口39均开设于筒体38上，泥沙出口39位于第一燃烧器36下方。螺杆输送机9入口与泥沙出口39相接，螺杆输送机9的出口与平板式输送机10的入口相接。出口螺杆输送机9和平板式输送机10周围设置喷淋设备用于降温除尘。

除尘器4采用金属膜除尘器，金属膜除尘器内设置有YT膜金属滤袋41。

旋转RTO燃烧室5包括第一蓄热体51、SNCR喷枪52、第二燃烧器53、脱硝催化剂层54、第二蓄热体55、壳体56、进口57、第一出口58和第二出口59。SNCR喷枪52贯穿设置于壳体55顶部，第二燃烧器53、第一蓄热体51、脱硝催化剂层54、第二蓄热体55依次从上至下设置于壳体56内，进口57和第一出口58分别开设于壳体56下部；第二出口59与除尘器4的进气口连通。

含油污泥由滚筒筛分机1入口端进入，滚筒筛分机1出口与皮带输送机2上料端相接，皮带输送机2出料端与回转窑3的进料仓31相接，回转窑3烟气出口与除尘器4进气口相连接，除尘器4出口一端与旋转RTO燃烧室5进口连接，旋转RTO燃烧室5出口与引风机6入口相接，引风机6出口与脱硫吸收塔7进口端相接，尾气经处理达标后通过烟囱8排放到大气中。

上述装置的异位热脱附方法，具体包括以下步骤：

（1）油泥预处理：将有机污染土壤送入滚筒筛分机中筛分，剔除金属、焦油块等，得到含油污染颗粒，平均粒度为30mm～40mm；

（2）定量输送：将含油污染颗粒通过皮带输送机送入回转窑，皮带输送机上装备有皮带秤，通过调整传输速度来控制后续进入回转窑的处理量。

（3）热脱附处理：含油污染颗粒通过加料挡板进入回转窑进行热脱附处理，回转窑窑内温度设置为300~400℃，停留时间为20~30min，回转窑内设有抄板，抄板上设有重力环，当抄板随着窑转动到顶部，重力环由于重力作用会往下掉，此过程中会清理粘附在抄板上的油泥，避免油泥在窑内堆积。回转窑在引风机的作用下形成微负压，使油泥中的有机污染物在负压条件脱附出来，避免污染物的外逸。在此过程中，回转窑内的油泥与燃烧器产生的高温烟气进行逆流接触，使得污染土壤中的有机物进行汽化脱附进入烟气中，留下干净的泥砂，干净的泥砂由出口螺杆输送机和平板式钢板输送机清运到堆放场地，出口螺杆输送机和平板式钢板输送机周围设有喷淋设备降温除尘。

（4）高温除尘处理：在回转窑进行热脱附处理后产生的大量含尘烟气通过回转窑出口烟道进入到金属膜除尘器，在YT柔性膜的过滤作用下去除粉尘。金属膜除尘器过滤风速设置为1.1 m/min，脉冲阀压力设置为0.2~0.3MPa，耗气量为9 Nm³/min（0.8MPa），除尘器阻力小于1200Pa。

（5）完全燃烧及脱硝处理：经过高温除尘后的烟气进入到由旋转RTO燃烧室中，旋转RTO燃烧室内的燃烧器产生的热能使得烟气温度达到850℃以上，烟气停留时间为1～3s，进而使得烟气中的有机污染物彻底氧化燃烧，分解成CO₂、H₂O、SO₂、NO_x等物质。旋转RTO燃烧室内的蓄热体能有效降低烟气热损失，减少天然气的耗量，在旋转RTO燃烧腔室内利用SNCR喷枪喷出的氨水与燃烧形成的NO_x发生反应，再经改性钒钛系低温脱硝催化剂层，进一步脱除NOx，氮氧化物总的去除率可达到90%。旋转RTO燃烧腔室部分高温烟气引流回金属膜除尘器中，以免金属膜除尘器内的有机污染物因温度降低重新液化粘附在金属膜表面上，阻塞滤袋，影响金属膜除尘器性能。

（6）脱硫脱酸处理：由旋转RTO燃烧室出来的烟气进入进入脱硫塔中，脱除SO₂等酸性气体，净化后的烟气最后由烟囱排放到大气中。

回转窑热脱附效率可达95%，回转窑稳定运行，有效解决土壤或油泥在加料及窑壁粘结堵塞问题。旋转RTO燃烧室有机物焚烧效率高达98%，烟气氮氧化物去除率高达90%，蓄热陶瓷热回收效率高达90%，烟气NOx、SO₂、颗粒物排放可达到50、35、5mg/Nm³超低排放标准，净化后土壤或油泥有机物含量＜3‰。

Claims (7)

1.一种有机污染土壤异位热脱附装置，包括回转窑（3）、除尘器（4）、引风机（6）、脱硫吸收塔（7）和烟囱（8），所述回转窑（3）包括筒体（38），所述筒体（38）一端分别设有进料仓（31）和烟气出口（37），所述筒体（38）另一端设有第一燃烧器（36）和泥沙出口（39），所述筒体（38）内壁上固定有抄板（34），其特征在于，所述土壤异位热脱附装置还包括旋转RTO燃烧室（5），所述旋转RTO燃烧室（5）包括壳体（56），所述壳体（56）下部分别设有进口（57）和第一出口（58），所述壳体（56）顶部贯穿设置有SNCR喷枪（52），所述壳体（56）内依次从上至下设置有第二燃烧器（53）、第一蓄热体（51）、脱硝催化剂层（54）和第二蓄热体（55）；

所述烟气出口（37）与所述除尘器（4）进气口连通，所述除尘器（4）出口与所述进口（57）连通，所述第一出口（58）与所述引风机（6）入口连通，所述引风机（6）出口与所述脱硫吸收塔（7）进口端连通，所述烟囱（8）与所述脱硫吸收塔（7）上端连通；

所述除尘器（4）为金属膜除尘器，金属膜除尘器的除尘效率大于99 .9％；

所述旋转RTO燃烧室（5）上开设有第二出口（59），所述第二出口（59）与所述除尘器（4）的进气口连通。

2.如权利要求1所述的土壤异位热脱附装置，其特征在于，所述回转窑（3）还包括重力环（35），所述重力环（35）活动套设于所述抄板（34）外侧，所述抄板（34）一端再固定于所述筒体（38）内壁上，所述抄板（34）另一端为弯折部或凸起部。

3.如权利要求2所述的土壤异位热脱附装置，其特征在于，所述土壤异位热脱附装置还包括滚筒筛分机（1）、皮带输送机（2），所述滚筒筛分机（1）出口与皮带输送机（2）上料端相接，所述皮带输送机（2）出料端与所述进料仓（31）相接，所述皮带输送机（2）上设置有皮带秤。

4.如权利要求2所述的土壤异位热脱附装置，其特征在于，所述回转窑（3）还包括加料挡板（32），所述加料挡板（32）转动设置于所述进料仓（31）底部。

5.如权利要求2所述的土壤异位热脱附装置，其特征在于，所述土壤异位热脱附装置还包括螺杆输送机（9）和平板式输送机（10），所述螺杆输送机（9）入口与所述泥沙出口（39）相接，所述螺杆输送机（9）的出口与所述平板式输送机（10）的入口相接。

6.一种有机污染土壤异位热脱附方法，其特征在于利用权利要求1-5任意一项所述的土壤异位热脱附装置进行，包括以下步骤：

热脱附处理：有机污染土壤进入回转窑进行热脱附处理，得到烟气和干净的泥砂；

高温除尘处理：烟气进入除尘器，得到除尘气体；

完全燃烧及脱硝处理：除尘气体进入到旋转RTO燃烧室中，旋转RTO燃烧室中烟气温度大于850℃，烟气停留时间为1～3s，除尘气体彻底氧化燃烧，得到氧化气体，氧化气体与SNCR喷枪喷出的氨水，在脱硝催化剂层的作用下，在旋转RTO燃烧室中实现完全燃烧及脱硝处理，得到脱硝烟气；

脱硫脱酸处理：脱硝烟气进入脱硫塔中，得到净化烟气，最后由烟囱排放到大气中。

7.如权利要求6所述的土壤异位热脱附方法，其特征在于热脱附处理之前还包括以下步骤：

油泥预处理：将有机污染土壤送入滚筒筛分机中筛分，得到含油污染颗粒，平均粒度为30mm～40mm；

定量输送：将含油污染颗粒通过皮带输送机送入回转窑中，皮带输送机上装备有皮带秤，通过调整传输速度来控制后续进入回转窑的处理量。

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