一种有机污染土壤热脱附尾气净化处理系统及方法与流程

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种有机污染土壤热脱附尾气净化处理系统及方法。

背景技术：

热脱附技术是将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，使目标污染物从土壤中得以挥发或分离的过程，热脱附过程中目标污染物发生蒸发、蒸馏、沸腾、氧化和热解等作用，通过控制系统温度和物料停留时间可以选择性的移除不同的污染物，污染土壤中的污染物在负压条件下从土壤中分离出来，最终在尾气处理设施中彻底消除或浓缩收集。该修复技术能够高效地去除污染土壤中的挥发及半挥发性有机污染物(如多环芳烃、农药、石油烃、多氯联苯)，污染物去除率最高可达99.98％以上。

热脱附修复技术是重要的土壤修复技术之一，其在国外有机物污染土壤修复中具有非常成熟和广泛的应用。近年来，国内也出现了一些关于热脱附处置工艺和方法的报道，但均存在一定的不足。例如，专利号为cn102029287b的发明公布了一种有机物污染土壤滚筒式逆向热脱附系统，专利号为cn104226681b的发明公布了一种持久性有机物污染土壤间接热脱附处置装置及方法，这些技术均采用活性炭作为热脱附有机废气吸附装置，污染物富集在活性炭内并未彻底去除，产生的废活性炭还需作为危险废物处置，由于热脱附烟气量大，运行中需要频繁更换活性炭，活性炭更换和处置成本较高。

鉴于目前有机污染土壤热脱附修复处理方法和设备的种种不足与局限，开发一种经济适用、高效节能的污染土壤热脱附修复系统及方法具有重要的社会意义和环境意义。

技术实现要素：

本发明实施例涉及一种有机污染土壤热脱附尾气净化处理系统及方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种有机污染土壤热脱附尾气净化处理系统，包括废气焚烧炉、烟气换热单元、烟气净化单元以及用于将烟气快速冷却至200℃以下的冷却塔，所述废气焚烧炉、所述烟气换热单元、所述冷却塔及所述烟气净化单元沿烟气流通方向依次连接，且于所述废气焚烧炉之前或于所述废气焚烧炉与所述烟气换热单元之间设有除尘单元。

作为实施例之一，所述废气焚烧炉包括内腔相互导通的焚烧炉体段和竖直排烟炉体段，所述焚烧炉体段上设有燃烧机构，所述竖直排烟炉体段底部设有灰斗，所述焚烧炉体段一端设有热脱附尾气入口，另一端与所述竖直排烟炉体段的侧壁连接且位于所述竖直排烟炉体段的烟气出口下方，所述竖直排烟炉体段的烟气出口与所述烟气换热单元连通。

作为实施例之一，所述废气焚烧炉还包括水平排烟炉体段，所述水平排烟炉体段一端与所述竖直排烟炉体段的烟气出口连通，另一端与所述烟气换热单元连通。

作为实施例之一，所述烟气换热单元包括第一级换热器，所述第一级换热器通过烟气管道分别与所述废气焚烧炉和所述冷却塔连接，所述第一级换热器连接有第一冷空气入口管和第一热空气出口管，所述第一热空气出口管与所述废气焚烧炉的助燃风供管连通。

作为实施例之一，所述烟气换热单元还包括第二级换热器，所述废气焚烧炉、所述第一级换热器、所述第二级换热器及所述冷却塔沿烟气流通方向通过烟气管道依次连接，所述第二级换热器连接有第二冷空气入口管和用于与热脱附装置的助燃风供管连接的第二热空气出口管。

作为实施例之一，该有机污染土壤热脱附尾气净化处理系统还包括布袋除尘器和掺冷风管，所述冷却塔、所述烟气净化单元及所述布袋除尘器沿烟气流通方向依次连接，所述掺冷风管旁接于所述烟气净化单元与所述布袋除尘器之间的烟气管道上或旁接于所述烟气净化单元与所述冷却塔之间的烟气管道上，于所述掺冷风管上设有控制阀。

作为实施例之一，所述烟气净化单元包括消石灰喷射塔，所述消石灰喷射塔通过烟气管道与所述冷却塔连接，所述消石灰喷射塔的塔体内布置有消石灰喷吹机构。

本发明实施例涉及一种有机污染土壤热脱附尾气净化处理方法，包括如下步骤：

步骤一，热脱附尾气导入至废气焚烧炉内被加热至850～1100℃，且热脱附尾气在所述废气焚烧炉内850℃以上温度区间停留时间不少于2s，以去除烟气中污染物且防止产生二噁英；

步骤二，所述废气焚烧炉排出的烟气进入换热单元进行余热回收，烟气温度降至550～650℃；

步骤三，对所述换热单元排出的烟气进行冷却处理，在不超过2s的时间范围内降至200℃以下；

步骤四，对烟气进行净化处理，净化处理后的烟气可外排或回收。

作为实施例之一，所述换热单元包括第一级换热器，所述废气焚烧炉排出的烟气在所述第一级换热器中将所述废气焚烧炉所需的助燃空气预热至300℃～400℃。

作为实施例之一，所述换热单元还包括第二级换热器，经所述第一级换热器排出的烟气在所述第二级换热器中将热脱附装置所需的助燃空气预热至300℃～350℃。

本发明实施例至少具有如下有益效果：将污染土壤送入热脱附装置进行热脱附处理，产生的热脱附尾气进入废气焚烧炉并在废气焚烧炉内被高温焚烧，使得烟气中的有机污染物能够充分分解去除，烟气通过烟气换热单元回收其余热，以节约系统能耗，在冷却塔中烟气被快速冷却至200℃以下，从而避开二噁英的再合成温度区间(300～500℃)，防止二噁英的产生，再通过烟气净化单元处理以对烟气净化，如去除烟气中可能存在的二噁英、酸性物质等污染物，有效提高处理烟气的洁净度。本实施例提高的有机污染土壤热脱附尾气净化处理系统对污染土壤土质及含水率适应范围广、处理能力大、修复效果好、二次污染低、自动化程度高，可用于各种挥发和半挥发性有机物污染土壤的异位热脱附修复作业中产生的尾气的净化处理，具有良好的环保效益及社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的有机污染土壤异位修复系统的结构示意图；

图2-图5为图1中的焚烧炉的几种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1，本发明实施例涉及一种有机污染土壤热脱附尾气净化处理系统，包括废气焚烧炉2、烟气换热单元3、烟气净化单元以及用于将烟气快速冷却至200℃以下的冷却塔4，所述废气焚烧炉2、所述烟气换热单元3、所述冷却塔4及所述烟气净化单元沿烟气流通方向依次连接，且于所述废气焚烧炉2之前或于所述废气焚烧炉2与所述烟气换热单元3之间设有除尘单元1。将污染土壤送入热脱附装置进行热脱附处理，产生的热脱附尾气进入废气焚烧炉2并在废气焚烧炉2内被高温焚烧，使得烟气中的有机污染物能够充分分解去除，烟气通过烟气换热单元3回收其余热，以节约系统能耗，在冷却塔4中烟气被快速冷却至200℃以下，从而避开二噁英的再合成温度区间，防止二噁英的产生，再通过烟气净化单元处理以对烟气净化，如去除烟气中可能存在的二噁英、酸性物质等污染物，有效提高处理烟气的洁净度。本实施例提高的有机污染土壤热脱附尾气净化处理系统对污染土壤土质及含水率适应范围广、处理能力大、修复效果好、二次污染低、自动化程度高，可用于各种挥发和半挥发性有机物污染土壤的异位热脱附修复作业中产生的尾气的净化处理，具有良好的环保效益及社会效益。

进一步优化上述有机污染土壤异位修复系统，如图2-图5，所述废气焚烧炉2包括焚烧炉体段201和竖直排烟炉体段202，该焚烧炉体段201上设有燃烧机构，用于将烟气加热至850℃～1100℃，使其中的有机污染物彻底分解去除，该竖直排烟炉体段202竖直设置且底部设有灰斗，焚烧炉体段201一端设有热脱附尾气入口，用于导入热脱附尾气，另一端与竖直排烟炉体段202的侧壁连接且与竖直排烟炉体段202的内腔导通，竖直排烟炉体段202的烟气出口与烟气换热单元3连通，该烟气出口位于竖直排烟炉体段202的上部且位于焚烧炉体段201的旁接点(即焚烧炉体段201与竖直排烟炉体段202的连接点)的上方。上述焚烧炉体段201与竖直排烟炉体段202相交连接，二者之间的交角可以是直角也可以非直角；对于是直角的情况，也即焚烧炉体段201是水平设置的；对于非直角的情况，上述焚烧炉体段201即倾斜设置，优选为其入口端位于其出口端上方，即自其远离竖直排烟炉体段202的一端向其靠近竖直排烟炉体段202的一端向下倾斜设置；采用上述结构，该焚烧段炉体内产生的烟气进入竖直排烟炉体段202内时，烟气气流的流向会产生由水平向或斜向下转而为竖直向上的转向，有利于烟气中携带的粉尘的沉降，降低除尘单元1的工作压力及能耗。本实施例中，优选为采用后种结构，也即焚烧炉体段201倾斜设置且其入口端位于其出口端上方，上述效果更佳，而且焚烧炉体段201内的粉尘也更容易滑落至竖直排烟炉体段202内。上述焚烧炉体段201与竖直排烟炉体段202优选为可拆卸连接，便于焚烧炉体段201的检修与安装。进一步优选地，如图4和图5，该废气焚烧炉2还包括水平排烟炉体段203，所述水平排烟炉体段203一端与所述竖直排烟炉体段202的烟气出口连通，另一端与所述烟气换热单元3连通；通过设置该水平排烟炉体段203，使得烟气外排时需要二次转向，同时可增加烟气在竖直排烟炉体段202内的停留时间，有效提高烟气中携带的粉尘的沉降效果；同样地，该水平排烟炉体段203与竖直排烟炉体段202也优选为可拆卸连接。另外，竖直排烟炉体段202的顶部设置有紧急排放阀，在出现突然断电或引风机故障等紧急情况时可自动打开，避免发生设备事故；焚烧炉体段201、竖直排烟炉体段202及水平排烟炉体段203内部均设置有轻质耐高温浇注料，既可保证其耐受温度，又可降低设备重量。

接续上述有机污染土壤异位修复系统的结构，上述除尘单元1可布置于废气焚烧炉2之前(即热脱附尾气先经除尘后再导入至废气焚烧炉2内)或于废气焚烧炉2与烟气换热单元3之间；上述除尘单元1可采用常用的除尘设备，可采用一级或多级除尘设备，这是本领域技术人员根据实际情况易于确定的。本实施例中，该除尘单元1采用旋风除尘器1，通过该旋风除尘器1可去除热脱附尾气或由废气焚烧炉2排出的烟气中的大部分粉尘。

进一步优化上述有机污染土壤异位修复系统，上述烟气换热单元3用于回收焚烧烟气的热量，其可用于预热空气以作为热脱附装置和/废气焚烧炉2的助燃风使用，从而节约系统能耗。具体地，如图1，该烟气换热单元3包括第一级换热器301，该第一级换热器301可采用常用的空气-烟气换热器，该第一级换热器301通过烟气管道分别与所述废气焚烧炉2和所述冷却塔4连接，所述第一级换热器301连接有第一冷空气入口管和第一热空气出口管，所述第一热空气出口管与所述废气焚烧炉2的助燃风供管连通。通过该第一级换热器301，用于回收烟气的余热用于预热空气作为废气焚烧炉2的助燃风；优选地，通过该第一级换热器301将废气焚烧炉2所需的助燃空气预热至300℃～400℃，烟气温度可降低至650～700℃。进一步地，如图1，该烟气换热单元3还包括第二级换热器302，该第二级换热器302同样可采用常用的空气-烟气换热器，从第一级换热器301排出的烟气进入该第二级换热器302进一步回收其余热，即所述废气焚烧炉2、所述第一级换热器301、所述第二级换热器302及所述冷却塔4沿烟气流通方向通过烟气管道依次连接，所述第二级换热器302连接有第二冷空气入口管和用于与热脱附装置的助燃风供管连接的第二热空气出口管。通过该第二级换热器302，用于回收烟气的余热用于预热空气作为热脱附装置的助燃风；优选地，通过该第一级换热器301将废气焚烧炉2所需的助燃空气预热至300℃～350℃，烟气温度可降低至550～600℃。

接续上述有机污染土壤异位修复系统的结构，上述冷却塔4用于对从烟气换热单元3出来的烟气快速冷却，冷却方式为喷水冷却，即该冷却塔4的塔体内布置有冷却水喷淋机构，以气雾喷淋方式为佳，气雾喷淋喷嘴采用水和压缩空气两相介质混合形成水雾进行喷洒，可增强冷却水的雾化效果，可使烟气温度在1s内迅速从600℃降低至200℃，从而避开二噁英的再合成温度区间，还可避免冷却塔4底部湿底产生污水或泥浆。上述冷却水喷淋机构的具体结构是本领域技术人员根据现有技术易于确定的，例如：该冷却水喷淋机构包括沿塔体周向环设于塔体内壁上的多个直管式喷管，各喷管沿塔体径向向塔体中轴线侧延伸，各喷管上沿其长度方向间隔设有多个气雾喷嘴；或者，该冷却水喷淋机构也可以包括与塔体同轴设置的多个环形喷管，各环形喷管的直径依次减小，各环形喷管可通过支架固定在塔体内壁上，各环形喷管上环设有多个气雾喷嘴。

接续上述有机污染土壤异位修复系统的结构，上述烟气净化单元用于对烟气净化，如去除烟气中可能存在的二噁英、酸性物质等污染物，以提高处理烟气的洁净度。对于需要去除烟气中可能存在的二噁英的情况，可设置活性炭喷射塔，该活性炭喷射塔塔体内布置有用于喷吹活性炭粉末的喷吹机构，该喷吹机构可借鉴上述的冷却水喷淋机构的结构，此处不再详述；通过喷射活性炭粉末的方式可彻底去除烟气中存在的包括二噁英等有害成分，提高烟气的洁净度；活性炭粉末在塔体内流态化，有效提高与逆流向的烟气接触几率，提高烟气净化效果及效率；活性炭粉末易于处理，且便于流态化输送至喷吹机构进行重复利用。对于需要去除烟气中可能存在的酸性物质的情况，可设置消石灰喷射塔5，该消石灰喷射塔5通过烟气管道与所述冷却塔4连接，所述消石灰喷射塔5的塔体内布置有消石灰喷吹机构，可喷入适当的消石灰粉末，以去除烟气中的酸性物质。当然，也可在上述的冷却塔4内设置碱液喷淋机构，当烟气中存在酸性气体时可通过该碱液喷淋机构喷洒碱液对烟气进行脱酸处理；上述碱液喷淋机构可借鉴上述的冷却水喷淋机构的结构，此处不再详述。

进一步地，从烟气净化单元排出的烟气可进一步经除尘设备6除尘后回收或外排，该除尘设备6优选为采用布袋除尘器6，保证回收或外排的烟气的洁净度，使其符合排放标准。经布袋除尘器6排出的烟气可经引风机7、排气筒8等外排。作为本实施例的优选方案之一，如图1，该有机污染土壤热脱附尾气净化处理系统还包括掺冷风管，掺冷风管旁接于所述烟气净化单元与所述布袋除尘器6之间的烟气管道上或旁接于所述烟气净化单元与所述冷却塔4之间的烟气管道上，于所述掺冷风管上设有控制阀9；其中，上述掺冷风管优选为旁接于烟气净化单元与冷却塔4之间的烟气管道上；上述控制阀9可在冷却塔4出口温度过高时自动启动，向旁接的管道内掺入冷空气，从而将烟气温度降低至布袋除尘器6的耐受温度以内，以实现保护布袋除尘器6的目的。

进一步优选地，本实施例提供的有机污染土壤异位修复系统还包括中央控制器，该中央控制器可采用计算机与plc配合等常用的自动化控制设备系统，可在上述各设备所连接的烟气管道上设置测温热电偶和流量计等，在各烟气管道上还可设置压力变送器、调节阀、切断阀等，在废气焚烧炉2、冷却塔4、消石灰喷射塔5等设备的相应的供气管、供液管等管道上设置调节阀、切断阀、流量计等，上述各电气元件均与中央控制器电连接，以实现本修复系统的自动化控制，其中涉及的自动化控制方式可采用现有常用的自动化控制方法，无需另外编程。

实施例二

本发明实施例涉及一种有机污染土壤热脱附尾气净化处理方法，包括如下步骤：

步骤一，热脱附尾气导入至废气焚烧炉2内被加热至850～1100℃，且热脱附尾气在所述废气焚烧炉2内850℃以上温度区间停留时间不少于2s，以去除烟气中污染物且防止产生二噁英；

步骤二，所述废气焚烧炉2排出的烟气进入换热单元进行余热回收，烟气温度降至550～650℃；

步骤三，对所述换热单元排出的烟气进行冷却处理，在不超过2s的时间范围内降至200℃以下；

步骤四，对烟气进行净化处理，净化处理后的烟气可外排或回收。

其中，优选地，所述换热单元包括第一级换热器301，所述废气焚烧炉2排出的烟气在所述第一级换热器301中将所述废气焚烧炉2所需的助燃空气预热至300℃～400℃。

进一步地，所述换热单元还包括第二级换热器302，经所述第一级换热器301排出的烟气在所述第二级换热器302中将热脱附装置所需的助燃空气预热至300℃～350℃。

实施例三

本发明实施例涉及一种有机污染土壤热脱附尾气净化处理方法，包括如下步骤：

步骤1：有机污染土壤热脱附处理产生的尾气在引风机7产生的负压下进入旋风除尘器内，经旋风除尘器去除尾气中的大部分粉尘；

步骤2：经步骤1预除尘后的尾气进入废气焚烧炉2内，被废气焚烧炉2加热至850℃～1100℃，烟气在焚烧炉内850℃以上温度区间停留时间不少于2s，保证烟气中污染物被彻底分解去除，且不会产生二噁英；

步骤3：经步骤2焚烧处理后的烟气先后进入一级烟气-空气换热器和二级烟气-空气换热器内，经换热器将烟气温度从850℃以上降至600℃左右，一级烟气-空气换热器和二级烟气-空气换热器分别将冷空气预热，以作为污染土壤热脱附处理设备和废气焚烧炉2的助燃空气使用；

步骤4：经步骤3降温至600℃左右的烟气，从二级烟气-空气换热器出口进入冷却塔4内，在冷却塔4内喷雾冷却，使烟气温度在1s内迅速从600℃左右降低至200℃左右，从而避开二噁英的再合成温度区域，最大限度降低二噁英产生的可能性；

步骤5：经步骤4降温至200℃左右的烟气，从冷却塔4出口进入消石灰喷射塔5内，向烟气中喷入适当的消石灰粉末，以去除烟气中的酸性物质；

步骤6：经步骤5脱酸处理后的烟气，由消石灰喷射塔5出口进入布袋除尘器6内，经布袋除尘器6进一步除尘后，即可达到排放标准，由引风机7抽出后经排气筒8排放至大气环境。

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