CN112916600B - 一种内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，包括内通道、套设在内通道外部的外通道，内通道与外通道之间的间隙处形成相互独立的气道和烟道；内通道中设置有多个热脱附单元，每个热脱附单元的结构包括活动挡板和加热腔，加热腔两端分别设有与烟道连通的烟气进、出口；每个加热腔具有至少一圆弧板，圆弧板与活动挡板构成土壤加热区，活动挡板在土壤压力作用下绕其顶部转轴转动，使得土壤沿圆弧板滑落至下一热脱附单元的土壤加热区内；各加热腔与内通道的壁面之间形成蛇形的加热室，加热室与气道连通用于排出脱附时析出的气态污染物。本发明解决了加热不均匀、加热速率低的技术问题。

Description

一种内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置
技术领域
本发明涉及土壤热脱附技术领域，尤其是一种内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置。
背景技术
目前，有机污染土壤修复技术中热脱附修复技术是最有效的方法之一，利用对污染土壤进行加热的方式使其中的有机污染物挥发，具有污染物去除效率高、修复周期短、适用范围广、工艺简单等优点。
现有的热脱附装置主体设备通常采用卧式回转窑结构，在土壤脱附效果方面虽然取得了较大的成果，但也存在一些问题：一方面，常规的间接加热方式只能将热源布置在回转窑外部，存在加热不均匀、加热速率低等问题；另一方面，土壤在窑内运动需要借助转动设备，需要额外消耗电能，能耗高同时导致结构复杂。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明提供了一种内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，解决加热不均匀、加热速率低的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，包括内通道、套设在所述内通道外部的外通道，所述内通道与外通道之间的间隙处形成相互独立的气道和烟道；所述内通道中设置有多个热脱附单元，每个热脱附单元的结构包括活动挡板和加热腔，所述加热腔两端分别设有与所述烟道连通的烟气进、出口；每个加热腔具有至少一圆弧板，所述圆弧板与所述活动挡板构成土壤加热区，所述活动挡板受土壤压力作用绕其顶部转轴转动，使得土壤沿所述圆弧板滑落至下一热脱附单元的土壤加热区内；各加热腔与所述内通道的壁面之间形成蛇形的加热室，所述加热室与所述气道连通用于排出脱附时析出的气态污染物。
其进一步技术方案为：
所述内通道、外通道的横截面均为矩形，所述气道包括处于其中一组相对侧的两个通道，所述烟道包括处于另一组相对侧的两个通道；各个热脱附单元的加热腔沿内通道高度方向等间距错位设置，且所述烟道内设置隔板，使烟气沿蛇形路径依次流过各加热腔。
所述加热腔包括上下对称设置的两个所述圆弧板和一个平板，两个圆弧板的一条直边分别与所述平板的两条长边相连，两个圆弧板另一条直边均与内通道的其中一侧壁面相连，两个圆弧板的圆弧边和平板的短边均分别与内通道的另一组相对侧的壁面连接。
各热脱附单元的活动挡板沿高度方向等间距排列，活动挡板一端与所述转轴连接，另一端自然下垂并紧贴着所述平板的外侧面，所述转轴两端分别与所述内通道处于相对位置的两侧壁面连接。
所述内通道中，位于顶部热脱附单元的上方设置有预热单元，所述预热单元包括转轮和与其配合设置的加热腔；所述转轮位于中间位置，和与其配合设置的加热腔构成进料斗，进料斗的另一侧形成排气道，所述排气道与顶部热脱附单元的物料进口连接。
所述转轮的结构包括中心轴、对称安装在所述中心轴上绕其自由转动的若干矩形叶片，所述中心轴的两端与所述内通道处于相对位置的两侧壁面连接；所述气道的出口段位于上端，与所述进料斗的位置对应。
所述叶片到所述加热腔上部的圆弧板的距离与所述圆弧板半径相同。
所述内通道壁面上设有用于连通外部烟气的进烟管道；外通道外侧设有保温棉层。
所述内通道中，位于底部热脱附单元的下方设置有预热回收单元，包括出料斗，所述出料斗与最底部的热脱附单元的物料出口连通，出料斗内布置有冷却水管，出料斗出口设置有卸料阀。
所述加热室的位于所述内通道相对两侧壁面上设有与所述气道连通的出气口。
本发明的有益效果如下：
本发明通过活动挡板自动启闭实现土壤的自动下料，通过加热腔和烟道及气道实现土壤内、外加热，具有加热均匀、脱附效率高等优点。具体本发明还具有如下优点：
1.本发明将土壤预热、脱附、余热回收集成于一个立式装置中，有利于热量的梯级利用，提高了设备热利用率和结构紧凑性，便于异位热脱附工作的转场移动，降低了装置的运行成本。
2.本发明的热脱附***由若干热脱附单元串联而成，当土壤在某一个热脱附单元堆积到一定高度后，作用于活动挡板使其自动开启，借助圆弧板使得土壤自动滑落至下一个热脱附单元，该结构无需外加动力即可实现土壤的***，从而大大降低整个装置的能耗。
3.本发明的预热单元直接放置在热脱附单元的入口，当转轮转动时，叶片在排气道内吸收气态污染物的热量而被加热，在进料斗内释放热量给待修复土壤而被冷却，该蓄热式转轮结构实现了利用气态污染物余热来预热待修复土壤的这一过程，极大地提高整个热脱附装置的经济性。
4.本发明利用外部烟气自下而上流动，土壤则自上而下运动，既通过加热腔对土壤内部加热，又通过气道和烟道在外部加热，这样的结构增加了传热面积，提高了传热效率，可以显著提高整个装置的热脱附效率。
5.本发明的余热回收单元布置在热脱附装置的底部，内置错流布置的冷却水管，通过冷却水回收修复后土壤携带的大量物理显热，进一步提高了整个装置的热利用率。
附图说明
图1为本发明的主剖视图。
图2为本发明的侧剖视图。
图3为本发明的俯剖视图。
图中：1、进料斗；2、排气道；3、中心轴；4、叶片；5、平板；6、圆弧板；7、转轴；8、活动挡板；9、加热腔；10、加热室；11、内通道；12、外通道；13、气道；14、出气口；15、保温棉层；16、土壤物料；17、出料斗；18、冷却水管；19、卸料阀；20、隔板；21、烟道；22、进烟管。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，包括内通道11、套设于内通道11外部的外通道12，内通道11与外通道12之间的间隙处形成相互独立的气道13和烟道21；内通道11中设置有多个热脱附单元，每个热脱附单元的结构包括活动挡板8和加热腔9，加热腔9两端分别设有与烟道21连通的烟气进、出口；每个加热腔9具有至少一圆弧板6，圆弧板6与活动挡板8构成土壤加热区，活动挡板8在土壤重力作用下绕其顶部转轴7转动，使得土壤沿圆弧板6滑落至下一热脱附单元的土壤加热区内；各加热腔9与内通道11的壁面之间形成蛇形的加热室10，加热室10与气道13连通用于排出脱附时析出的气态污染物。
上述实施例中，如图3所示，内通道11、外通道12的横截面均为矩形，气道13包括处于其中一组相对侧的两个通道，烟道21包括处于另一组相对侧的两个通道；
上述实施例中，如图1所示，各个热脱附单元的加热腔9沿内通道11高度方向等间距错位设置，如图2所示，烟道21内设置隔板20，使烟气沿蛇形路径依次流过各加热腔9。烟气流向如图2中蛇形路径所示。
上述实施例中，如图1所示，加热腔9包括上下对称设置的两个圆弧板6和一个平板5，两个圆弧板6的一条直边分别与平板5的两条长边相连，两个圆弧板6另一条直边均与内通道11的其中一侧壁面相连，两个圆弧板6的圆弧边和平板5的短边均分别与内通道11的另一组相对侧的壁面连接。各个热脱附单元的活动挡板8沿高度方向等间距排列，活动挡板8一端与转轴7连接，另一端自然下垂并紧贴着平板5的外侧面，转轴7两端分别与内通道11处于相对位置的两侧壁面连接。
作为优选形式，每个加热腔9的两个圆弧板6的圆弧边为1/4圆弧长。如图1所示，土壤加热区用于短暂储存土壤物料16，并通过圆弧板6与加热腔9内的烟气换热。土壤物料16在土壤加热区内积累到一定高度时，土壤物料16重力的分力作用于活动挡板8，使得活动挡板8绕转轴7转动后自动开启，土壤物料16由于重力作用自动滑落至下方的热脱附单元的土壤加热区内继续进行热脱附。
上述实施例中，内通道11中，位于顶部热脱附单元的上方设置有预热单元，预热单元包括转轮和与其配合设置的加热腔9；转轮位于中间位置，和与其配合设置的加热腔9构成进料斗1，进料斗1的另一侧形成排气道2，排气道2与顶部热脱附单元的物料进口连接。
作为优选形式，转轮的结构包括中心轴3、对称安装在中心轴3上绕其自由转动的若干矩形叶片4，中心轴3的两端与内通道11处于相对位置的两侧壁面连接。
作为优选形式，叶片4到加热腔9上部的圆弧板6的距离与圆弧板6半径相同。
上述实施例中，所述加热室10的位于所述内通道11相对两侧壁面上设有与所述气道13连通的出气口14，气道13的出口段位于上端，与所述进料斗1位置对应。土壤物料16热脱附过程中析出的气体污染物一部分通过出气口14排到气道13内，另一部分经加热室10最终与由排气道2排出。
每个加热腔9的两个圆弧板6上下对称设置，上部圆弧板6用于与活动挡板8构成土壤加热区，有助于土壤自动滑落，下部圆弧板6用于导流，有助于没有从出气口14排出的气态污染物沿加热室10的流道最终从排气道2排出。
具体地，内通道11壁面上设有用于连通外部烟气的进烟管道22。
具体地，外通道12外侧设有保温棉层15。
上述实施例中，内通道11中，位于底部热脱附单元的下方设置有预热回收单元，包括出料斗17，出料斗17与最底部的热脱附单元的物料出口连通，出料斗17内布置有冷却水管18，出料斗17出口设置有卸料阀19。优选地，如图1所示，冷却水管18分层错列布置在出料斗17内。
本实施例的热脱附装置的工作过程：
待修复土壤物料16进入进料斗1，通过蓄热式的转轮在排气道2内吸收气态污染物的热量完成预热过程，降温后的气态污染物排出装置。预热后的土壤进入第一个热脱附单元，间接吸收加热腔9内和内通道11外烟道21内热烟气的热量，完成部分热脱附，并自动进入下一个热脱附单元继续进行热脱附，解析后的气态污染物分别进入气道13和排气道2排出。完成热脱附的土壤进入出料斗17，通过冷却水管18回收余热，降温后通过卸料阀19排出。立式土壤热脱附装置结构紧凑，内外加热，土壤依靠自重自动下料，具有加热均匀、脱附效率高、热效率高，建造成本低和便于灵活移动的优点。
具体包括如下流程：
预热流程：
待修复土壤物料16进入进料斗1，在相邻两片矩形叶片4内吸收叶片4的热量，进入到与其配合的加热腔9的圆弧板6上，吸收加热腔9内烟气的热量，土壤物料16温度升高，叶片4温度降低，叶片4沿如图1中箭头所示方向转动到排气道2内吸收气态污染物的热量而被加热，气态污染物被冷却后温度降低。
热脱附流程：
当预热后的土壤物料16进入第一个热脱附单元的土壤加热区内，吸收加热腔9内烟气热量被间接加热，温度升高，开始部分热脱附，气态污染物析出，一部分通过出气口14进入气道13，另一部分进入排气道2，当土壤物料16在堆积到一定高度后，重力的分力作用于活动挡板8，使得活动挡板8自动开启，土壤物料16依靠重力滑落至下一个热脱附单元的土壤加热区内，继续进行热脱附。同时，释放掉土壤物料16的热脱附单元的活动挡板8恢复自然下垂与平板5贴合的关闭状态。完成热脱附的土壤进入出料斗17，冷却水进入冷却水管18，间接吸收土壤的热量，温度升高，土壤温度降低，然后通过卸料阀19排出。
加热流程：外部的热烟气通过进烟管道22进入加热***，如图2所示，从加热腔9的一端流入，从另一端流出，进入烟道21，在隔板20的作用下，再从同一侧进入经过下一个热脱附单元的加热腔9然后再进入对侧的烟道21，加热腔9的烟气进、出口分别设置在内通道11上相对的一组壁面上，从而使得烟气沿蛇形路径流动，最后通过顶部热脱附单元的加热腔9和烟道21的排烟口排出。因此，热脱附过程中，内侧土壤吸收加热腔9内烟气热量、外侧土壤则吸收气道13、烟道21内气体热量，实现内外加热的目的，提高加热的均匀性。
气态污染物排出流程：热脱附流程中解析的气态污染物一部分通过出气口14进入气道13，剩下的气态污染物流经加热室10流动最终由排气道2排出。

Claims (7)

1.一种内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，其特征在于，包括内通道(11)、套设在所述内通道(11)外部的外通道(12)，所述内通道(11)与外通道(12)之间的间隙处形成相互独立的气道(13)和烟道(21)；
所述内通道(11)中设置有多个热脱附单元，每个热脱附单元的结构包括活动挡板(8)和加热腔(9)，所述加热腔(9)两端分别设有与所述烟道(21)连通的烟气进、出口；每个加热腔(9)具有至少一圆弧板(6)，所述圆弧板(6)与所述活动挡板(8)构成土壤加热区，所述活动挡板(8)受土壤压力绕其顶部转轴(7)转动，使得土壤沿所述圆弧板(6)滑落至下一热脱附单元的土壤加热区内；
各加热腔(9)与所述内通道(11)的壁面之间形成蛇形的加热室(10)，所述加热室(10)与所述气道(13)连通用于排出脱附时析出的气态污染物；
所述内通道(11)、外通道(12)的横截面均为矩形，所述气道(13)包括处于其中一组相对侧的两个通道，所述烟道(21)包括处于另一组相对侧的两个通道；各个热脱附单元的加热腔(9)沿内通道(11)高度方向等间距错位设置，且所述烟道(21)内设置隔板(20)，使烟气沿蛇形路径依次流过各加热腔(9)；
所述加热腔(9)包括上下对称设置的两个所述圆弧板(6)和一个平板(5)，两个圆弧板(6)的一条直边分别与所述平板(5)的两条长边相连，两个圆弧板(6)另一条直边均与内通道(11)的其中一侧壁面相连，两个圆弧板(6)的圆弧边和平板(5)的短边均分别与内通道(11)的另一组相对侧的壁面连接；
各热脱附单元的活动挡板(8)沿高度方向等间距排列，活动挡板(8)一端与所述转轴(7)连接，另一端自然下垂并紧贴着所述平板(5)的外侧面，所述转轴(7)两端分别与所述内通道(11)处于相对位置的两侧壁面连接。
2.根据权利要求1所述的内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，其特征在于，所述内通道(11)中，位于顶部热脱附单元的上方设置有预热单元，所述预热单元包括转轮和与其配合设置的加热腔(9)；所述转轮位于中间位置，和与其配合设置的加热腔(9)构成进料斗(1)，进料斗(1)的另一侧形成排气道(2)，所述排气道(2)与顶部热脱附单元的物料进口连接。
3.根据权利要求2所述的内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，其特征在于，所述转轮的结构包括中心轴(3)、对称安装在所述中心轴(3)上绕其自由转动的若干矩形叶片(4)，所述中心轴(3)的两端与所述内通道(11)处于相对位置的两侧壁面连接；所述气道(13)的出口段位于上端，与所述进料斗(1)的位置对应。
4.根据权利要求3所述的内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，其特征在于，所述叶片(4)到所述加热腔(9)上部的圆弧板(6)的距离与所述圆弧板(6)半径相同。
5.根据权利要求1所述的内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，其特征在于，所述内通道(11)壁面上设有用于连通外部烟气的进烟管道(22)；外通道(12)外侧设有保温棉层(15)。
6.根据权利要求1所述的内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，其特征在于，所述内通道(11)中，位于底部热脱附单元的下方设置有预热回收单元，包括出料斗(17)，所述出料斗(17)与最底部的热脱附单元的物料出口连通，出料斗(17)内布置有冷却水管(18)，出料斗(17)出口设置有卸料阀(19)。
7.根据权利要求1所述的内外加热和自重下料的立式土壤热脱附装置，其特征在于，所述加热室(10)的位于所述内通道(11)相对两侧壁面上设有与所述气道(13)连通的出气口(14)。
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