一种热脱附土壤修复设备的制作方法

本实用新型属于土壤修复技术领域，尤其是涉及一种热脱附土壤修复设备。

背景技术：

随着现代化工业和农业的生产，大量废气、废液、废物等各种有机污染物大量进入土壤等环境中，这些有机污染物大多有致癌、致畸和致突变的效应，并且具有低溶解性、环境持久性、生物毒理性等特性，会长期存在于环境中，累积于生物、地下水、土壤等介质中，对土壤环境造成的污染和危害，进一步迁移至地下水或进入食物链，对生态环境质量和人类健康产生重大影响。

现阶段可选用热脱附技术对污染的土壤进行处理，所谓热脱附技术是一种非燃烧土壤处理技术，具有污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用以及不产生二噁英等优点。但是，现有的热脱附设备的效率偏低，因此其处理土壤所用的时间较长，在长时间的热量供给过程中会造成能源的过度消耗，导致土壤修复的成本大大提升。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种热脱附土壤修复设备，以实现提升土壤热脱附处理效率的目的。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种热脱附土壤修复设备，包括导向管和反应管，所述导向管用于向反应管内投放待处理土壤，导向管的进料端与预处理装置相连，出料端与反应管相连；所述反应管用于混合热空气和待处理土壤，反应管的进料端与热气装置相连，出料端通过输送管道与分离装置相连；

所述导向管的出料端带有弧度，以使得进入反应管中的物料带有沿反应管运动的初速度；

所述反应管包括扰动段和混合段，所述扰动段的进料端与热气装置相连，出料端与所述混合段的进料端相连，在扰动段内部设有导流凸起，所述导流凸起用于改变热空气流向并提升热空气的流动速度；所述混合段用于提升热空气与土壤的混合效果，混合段的出料端与输送管道相连。

进一步的，所述导流凸起上设有导流面、过渡面和分离面，所述导流面为弧形坡面，设置在导流凸起靠近进料端的一侧；所述过渡面为拱形面，设置在导流凸起的顶部；所述分离面为弧形坡面，设置在导流凸起靠近出料端的一侧；所述导流面开口侧与分离面的开口侧相对设置，且导流面的坡度小于分离面的坡度。

进一步的，所述混合段内壁上设有混合凸起和混合切槽，所述混合切槽和混合凸起沿混合段的轴线方向交替布置。

进一步的，所述混合凸起为环状凸起，所述混合切槽为环状切槽。

进一步的，所述混合凸起和混合切槽的表面均为光滑的弧形面。

进一步的，所述混合段内最大通道直径与最小通道直径的比值介于1:0.5至1:0.85之间。

进一步的，所述导向管的内径沿土壤的运动方向逐渐减小。

进一步的，所述分离装置的气相出口与热气装置的进气口相连，并利用分离后的气相产物对后续土壤进行加热处理。

进一步的，所述输送管道呈螺旋转缠绕在预处理装置的外部，并利用输送管道的余热对预处理装置进行加热。

进一步的，所述输送管上设有余热利用管，所述余热利用管的一端与输送管道的壳程相连，另一端置于预处理装置内部，通过余热利用管能将输送管道的热量导向预处理装置内部。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种热脱附土壤修复设备具有以下优势：

(1)本实用新型所述的一种热脱附土壤修复设备，能够提升热空气与待处理土壤的混合效果，从而加快热脱附处理的工作速度，高效的完成土壤修复的工作。其中，扰动段能够利用导流凸起对管内热空气的流向进行影响，使得热空气以乱流的姿态进入混合段中，与此同时，由于导流凸起的存在会降低扰动段内的通道直径，因此热空气在通过扰动段后还能获得增压效果，从而提升了热空气的流动速度。当热空气进入混合段后会与来自导向管的土壤进行混合，由于热空气是以乱流的姿态进入混合段的，因此在混合段内热空气与土壤的接触机会将会大大增加，与现有技术相比能够显著提升换热效率。此外，由于导向管的出料端带有弧度，进入反应管的土壤会带有一个较低的初速度，而热空气的流速则远大于这一初速度，因此热空气与土壤之间会产生摩擦，通过摩擦能够进一步提升热空气与土壤的换热效果，提升热脱附工作的效率。

(2)本实用新型所述的一种热脱附土壤修复设备，能够提升土壤热脱附过程中的热利用率，在提升土壤修复效率的同时还能够降低能源消耗。其中输送管道的余热将被用于提升预处理装置的温度，因此能够降低预处理过程中的能源消耗。此外，分离装置的气相产物将会被热气装置所利用，而气相产物中的热量将会用于加热后续的待处理土壤，从而降低了制造热空气的能源消耗。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种热脱附土壤修复设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的导向管和反应管的剖切示意图。

附图标记说明：

1-预处理装置；11-升温箱；111-进料口；112-出气管；12-破碎输送装置；113-引导坡面；114-收集斗；2-导向管；3-反应管；31-扰动段；311-导流凸起；312-导流面；313-过渡面；314-分离面；32-混合段；321-混合凸起；322-混合切槽；4-输送管道；5-分离装置；6-干法除尘器；7-空气处理装置；8-热气装置；81-加热装置；82-压力控制装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种热脱附土壤修复设备，其结构可由图1进行示意，如图所示，本修复设备包括预处理装置1、导向管2、反应管3、热气装置8、输送管道4和分离装置5。所述导向管2的进料端与预处理装置1相连，出料端与反应管3相连，反应管3的进料端与热气装置8相连，出料端通过输送管道4与分离装置5相连。

所述预处理装置1用于对土壤进行预处理，使土壤在进行热脱附处理前得到干化和破碎。具体的，所述预处理装置1包括升温箱11，所述升温箱11用于容纳待处理土壤，在升温箱11顶部设有进料口111，在进料口111中设有隔板。所述隔板具有斜向打开和关闭的功能，且在实际工作中隔板能以升温箱11内压力作为参考值进行自动控制。在升温箱11的顶面上还设有出气管112，通过出气管112能够对升温箱11内部的气压进行调节，避免发生事故。所述出气管112的顶端设有出气控制阀，当升温箱11内部的压力较高时出气控制阀打开，使得升温箱11向环境中释放压力，当升温箱11内部气压恢复正常水平时出气控制阀关闭，避免升温箱11内部的热量流失。

所述升温箱11内部设有破碎输送装置12，示例性的，所述破碎输送装置12可选用螺杆输送机。如图1所示，在升温箱11内部可设置多个破碎输送装置12，相邻的破碎输送装置12具有相反的物料输送方向。当待处理土壤进入升温箱11后，破碎输送装置12能将结块的土壤破碎为细小的颗粒，并最终输送到导向管2内部。

可选的，在相邻的破碎输送装置12之间设有防降板，通过设置防降板能够避免土壤向下滑落，确保土壤在升温箱11内部依次经过多级破碎输送装置12的处理。

在进行预处理过程时，升温箱11会对土壤进行干化处理，使得土壤中在进入导向管2时处于干燥疏松的状态。而从土壤中蒸发出来的水蒸气则会在升温箱11的顶部凝结，为避免水分再次滴落到土壤中，所述升温箱11的顶部内壁上设有由于吸水材料制成的引导坡面113，所述引导坡面113的坡度介于2％至10％之间，且在坡面的底端设有收集斗114。在进行土壤干化过程中，蒸发出的水蒸气会在引导坡面113上凝结，凝结而成的水滴会进入收集斗114中进行储存。在收集斗114的内部可设置液位传感器，当收集斗114中的液位高于预设值时排水，避免收集斗114发生满溢现象。

经过预处理后的土壤会进入导向管2内部，如图2所示，导向管2的出料端带有弧度，因此通过导向管2进入反应管3中的土壤会带有沿反应管3运动的初速度。带有初速度的土壤会在反应管3内部与热空气发生接触，通过热空气所携带的热量能使土壤中的有机污染物汽化，从而实现修复土壤的目的。

可选的，为限制导向管2的土壤投放速度，所述导向管2的内径沿土壤的运动方向逐渐减小，其结构可由图2进行示意。通过内径的减小能够限制土壤进入反应管3中的体积，避免土壤投放量过大而导致的反应管3堵塞。此外，在导向管2上还可增设防逆回装置，从而避免土壤在导向管2中发生逆流运动。

所述反应管3包括扰动段31和混合段32，扰动段31的进料端与热气装置8相连，出料端与混合段32的进料端相连，混合段32的出料端与输送管道4相连。在所述扰动段31内部设有导流凸起311，通过设置导流凸起311能够改变热空气流向并提升热空气的流动速度，使得热空气以乱流且高速的状态进入混合段32中。

具体的，所述导流凸起311上设有导流面312、过渡面313和分离面314，其中导流面312设置在导流凸起311靠近扰动段31进料端的一侧，且导流凸起312为弧形坡面。当热空气沿扰动段31进行运动时，导流面311能够改变热空气的流向，使得热空气沿导流面311向导流凸起31的顶端爬升。当热空气运动到导流凸起31的顶部时会与设置在导流凸起311顶部的过渡面313相接触，所述过渡面313为拱形面。通过设置过渡面313能够降低扰动段31内的通道直径，使得热空气获得增压提速的效果，同时由于过渡面313为拱形，因此当热空气与过渡面313接触时会产生扰动，因此会形成乱流状态。当热空气通过过渡面313后会与分离面314相接触，所述分离面314为设置在导流凸起311靠近扰动段31出料端一侧的弧形坡面，且分离面314与导流面312的开口侧相对设置。与导流面312相比，分离面314的坡度较大，因此在热空气与过渡面313分离后不会沿分离面314进行流动，而是会直接朝扰动段31的出料端方向运动。

当热空气离开扰动段31后会进入混合段32，在混合段32中热空气会与导向管32所导入的土壤相混合，因此会将热量传递至土壤内部，此时土壤中的有机污染物会变为气态，从而实现了污染物与土壤的分离。

为提升土壤与热空气之间的换热效果，加速热脱附过程的进行，在所述混合段32的内壁上设有混合凸起321和混合切槽322，所述混合切槽322和混合凸起321沿混合段32的轴线方向交替布置。当混有热空气土壤在混合段32内部进行流动时，交替布置的混合切槽322和混合凸起321能够打乱热空气与土壤的流动方向，从而提升土壤预热空气的混合效果。此外，由于土壤在进入混合段32时带有一定的初速度，因此热空气与土壤之间会形成速度差，这一差值会导致热空气与土壤之间发生摩擦，从而加快了换热过程的进行。

可选的，所述混合凸起321为环状凸起，混合切槽322为环状切槽，且环状凸起与环状切槽的轴线均与混合段32的轴线相重合。当混合凸起321与混合切槽322均为环状结构能够最大化的对混合段32内的物料产生影响，使得土壤与热空气均匀混合。

又一可选的，所述混合段32内最大通道直径与最小通道直径的比值介于1:0.5至1:0.85之间。在设置混合凸起321和混合切槽322后，混合段32内的通道直径将会发生变化，当热空气在混合段32内流动时，通道直径的变化能够影响气体的流动速度。

当土壤与热空气充分混合并完全换热后，混合段32中的物料将会通过热空气而导向输送管道中。为了降低混合凸起321和混合切槽322对物料的阻碍程度，可将所述混合凸起321和混合切槽的表面均为设置为光滑的弧形面。

在实际工作过程中，土壤热脱附的工作效率还会受到热空气所携带的热量的影响，在现有技术中通常会选择提升热空气的温度来提升热脱附的工作效率。但是，提升热空气的热量将会额外消耗大量的能源，从而增加了土壤热脱附的经济成本。本申请的发明人发现，现有的土壤修复设备中存在大量的装置余热，这些热量往往不能得到有效利用，若将装置的余热进行利用则可对土壤和热空气进行预加热，在能源消耗量相同的情况下获得更高的反应速度。

具体的，如图1所示，在本装置中所述分离装置的气相出口与热气装置8的进气口相连。当混合物质进入分离装置5后，分离装置5能够将气相物质与土壤分离，分离后的土壤即为净化土壤，而分离后的气相产物则会携带大量的余热。这部分气体在通过干法除尘器6和空气处理装置7的净化后将会进入热气装置8内部，经过热气装置8的再加热后将作为新的热空气导入反应管3内部。通过气相产物的回收能够提升本装置的热利用率，同时能够降低制造热空气的能源消耗量，从而提升本装置的经济效益。

需要说明的是，所述热气装置8包括加热装置81和压力控制装置82，当有空气进入热气装置8时，加热装置81用于提升空气的温度，而压力控制装置82能够对热气装置8中的压力进行检测，当气压较高时向外排气，当气压较低时从外界吸收新鲜空气。

此外，将混合物质输送到分离装置5中的输送管道4也带有大量的余热，在本实施例中可利用输送管道4对预处理装置1进行加热，提升土壤在进入反应管3前的温度。具体的，所述输送管道4呈螺旋转缠绕在预处理装置1的外部，且在输送管道4上设有余热利用管，所述余热利用管的一端与输送管道4的壳程相连，另一端置于预处理装置1内部。缠绕在预处理装置1外部的输送管道4能够对土壤进行间接式加热，利用余热提升土壤的温度，而插入预处理装置1内部的余热利用管能够更加有效的利用装置余热来提升土壤的温度，从而实现提升热利用率和热脱附效率的目的。

本实施例中所述的一种热脱附土壤修复设备，能够针对带有：苯酚类(如苯酚、2-氯苯酚、2-硝基苯酚)、多环芳烃类【如萘、2-甲基萘、2-氯萘、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(a)蒽、苯并(b)荧蔥、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽和苯并(g,h,i)苝)】、酞酸酯类【如邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己酯)；氯化烃类：1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2-二氯苯】进行修复，其具体工作过程如下：

1、将加热装置81的温度升到450℃，并稳定10分钟，并控制热气装置8内部压力为300kpa。

2、将升温箱11温度升到85℃，并稳定10分钟。

3、对反应管3内部输送温度不小于420℃，压力不小于300kpa的热空气。

4、将带有块状的土壤由进料口111投入升温箱11中，经破碎输送装置12进行粉碎，最终进入导向管2内壁。

5、土壤进入反应管3后距热空气均匀混合并充分换热，通过输送管道4进入分离装置5中。

6、分离装置5将混合物中的土壤与气相产物分离，其中气相产物经干法除尘器6和空气处理装置7得到净化，净化后的空气输送至热气装置8循环使用。

此外，在上述设备运行过程中，当升温箱11内的压力大于160kpa时，出气控制阀自动打开进行排气，升温箱11内的压力小于110kpa时，出气控制阀自动关闭停止排气。当隔板两侧压差大于200kpa时(外侧大于内侧)开启，隔板两侧压差小于120kpa时(外侧大于内侧)关闭。当热气装置8中的压力小于250kpa时从外界吸收空气，当管道压力在280～300kpa停止进出空气，当管道压力大于320kpa时向外界释放空气。

本实施例中提供的一种热脱附土壤修复设备，利用反应管与导向管的配合，能够提升热空气与待处理土壤的混合效果，从而加快热脱附处理的工作速度，高效的完成土壤修复的工作。此外，本装置还具有更高的热利用率，能够利用装置的余热对空气和土壤进行加热，使得本装置在工作温度相同的情况下获得更高的经济效益。

本实施例中所述的压力控制装置82、加热装置81、分离装置5、干法除尘器6、空气处理装置7和防逆回装置均为现有技术，其内部结构与工作原理已为大众所熟知，故不在本申请中赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。