一种带非规则转筒的有机污染土壤间接热脱附装置的制作方法

本发明属于污染场地土壤修复
技术领域：
，适用于有机污染场地土壤的修复，具体涉及一种带有非规则转筒的有机污染土壤间接热脱附装置。
背景技术：
：土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，当排入土壤的有害物质过多超过土壤自净能力时就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累通过"土壤→植物→人体"，或通过"土壤→水→人体"间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度，就发生了土壤污染。目前污染严重的场地主要包括化工厂、农药厂、冶炼厂、加油站、化学品储罐等，这类场地的污染物主要以有机污染为主，根据其熔沸点的差异又可分为挥发性有机物、半挥发性有机物、持久性有机物及农药等。这类污染土壤的修复技术包括焚烧(水泥窑协同处置)、植物修复、生物修复、化学修复及热脱附等，其中热脱附技术具有处理效率高、修复周期短、装置可移动等优点，广泛应用于挥发/半挥发性有机污染场地修复，美国epa统计显示欧美场地修复案例中热脱附占20～30％，是场地修复主要技术之一。热脱附技术是通过直接或间接加热，使开挖的污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，通过控制系统温度和物料停留时间有选择地使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离、去除。热脱附系统主要有两种，一种是直接热脱附系统，即采用热烟气直接接触加热土壤至指定温度，该系统换热效率较高，但由于脱附出的有机污染物直接进入烟气中，尾气的处理量和处理难度较大，处理成本较高；另一种是间接热脱附系统，即将土壤和热烟气隔开，通过热螺旋或者空心浆叶反应器间接加热土壤，尾气处理量较小，处理难度较低，但由于现有技术的热螺旋间接热脱附传热效率较低，同时螺旋转动中与土壤接触，磨损严重，故障率高，更换困难。专利cn201510207851.8公开一种土壤间接热脱附装置，以天然气、柴油或生物质燃料，用两段式绞龙间接热脱附装置对土壤进行处理，第一段绞龙主要对土壤进行干燥，第二段绞龙对土壤进行热脱附，热脱附温度为200～650℃。专利cn201721127402.3和cn201621177931.x发明了一种间接换热的热螺旋反应器，有些还使用外热式绞龙热脱附机作为其核心部件，由于这种外热式绞龙热脱附机对含水、含油率较高的物料来说，常常存在粘结问题，热效率非常低，由于受热螺旋本身结构的限制，其单机处理量较低，一般为1.5t/h，当需更大处理量时只能采取多机并联，系统复杂，占地面积大，且由于热脱附装置通常需要可移动、快速组装，并联级数受到限制，通常不超过两级，单套设备处置能力不超过3t/h。技术实现要素：本发明针对现有上述技术存在的缺陷提供了一种带有非规则转筒的有机污染土壤间接热脱附装置。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种带有非规则转筒的有机污染土壤间接热脱附装置，该装置包括原土进料装置、回转外热式反应器、净土出料装置；所述的原土进料装置包含依次相连的原土进料口、上料气锁和进料螺旋输送机；所述的净土出料装置包含有下料气锁和净土出料口；所述回转外热式反应器包含有回转筒体、壳体、前端板和后端板，且所述的回转筒体、壳体、前端板和后端板封闭形成传热空腔；所述的传热空腔被前隔板和后隔板分成外空腔和内空腔，外空腔的一端与筒外烟气进口相贯通，另一端与筒外烟气出口相贯通；内空腔的一端与筒内烟气进口相贯通，另一端与筒内烟气出口相贯通；所述的回转筒体内设有内管束，内管束的两端分别穿过回转筒体后与内空腔连通但与被处理土壤隔绝；且所述回转筒体的外筒璧为表面设有凸起的非规则圆筒。本发明技术方案中：所述凸起为多边形面或圆弧面或椭圆弧曲面或s形面。在一些优选的技术方案中：所述的多边形面为圆弧面或s形面。在一些更为优选的技术方案中：所述回转筒体的截面上至少设有8个凸起，且凸起的底边宽度≥60㎜。在一些最优选的技术方案中：所述回转筒体的内包络和外包络均为圆。本发明技术方案中：所述凸起是以回转筒体中心轴为中心的螺旋状；优选：凸起螺旋状的螺距不大于回转筒体长度。在一些具体的技术方案中：螺旋状的回转筒体是将回转筒体的一端固定，另一端旋转，筒体凸起形成螺旋状，可显著增加筒体的外表面面积，增强筒外烟气与筒体的换热效果；且可在筒体的内表面形成螺旋状凹状通道，延长土壤在筒内的停留时间，在同样的筒体长度下可以停留更长的时间，从而在不改变占地面积的情况下增加单位时间处理能力；或是在同样的处理能力下筒体长度缩短，从而在同等的单位时间处理能力下减少设备占地面积。本发明技术方案中：回转筒体的前端与驱动轴相连接支撑在前托轮组件上，回转筒体穿过后端板并支撑在后托轮组件上，驱动轴通过驱动装置驱动旋转。在一些优选的技术方案中：驱动轴通过前筒体密封与前端板进行密封，回转筒体通过后筒体密封与后端板进行密封。本发明技术方案中：所述内管束包含有至少一组直管和弯头相连组成的管组，直管穿过管板后与管板固定，弯头穿过回转筒体后与回转筒体固定且与内空腔连通。本发明技术方案中：所述的内管束占回转筒体内的有效空间不超过30％；优选：所述的内管束占回转筒体内的有效空间为12～20％。本发明技术方案中：所述的内管束与沿回转筒体的内壁的圆周均布，直管壁面离回转筒体内壁面的距离为0.5～1.5d，其中所述的d为直管内直径。本发明技术方案中：所述的内管束沿回转筒体的中心轴均布，最外圈直管壁面离回转筒体内壁面的距离为0.5～0.85d，所述的d为回转筒体内直径。本发明技术方案中：所述直管为螺旋槽纹管、缩纹管或内翅片管中的至少一种；在一些优选的技术方案中：所述传热空腔体积为回转筒体内腔体积的60～90％；在一些更为优选的技术方案中：所述回转筒体的中心线相对于壳体中心线往出料端倾斜0～3°。本发明技术方案中：所述回转筒体的内腔设置有螺旋导料板和/或扬料板；在一些具体的技术方案中：所述驱动轴为中空结构，进料螺旋输送机安装在驱动轴内，进料螺旋输送机的出料端伸入回转筒体15～40mm。在一些具体的技术方案中：所述回转筒体采用耐热不锈钢材料，外部壳体为耐火纤维结构；在一些具体的技术方案中：所述的壳体的内壁设有隔热保温层。在一些具体的技术方案中：驱动装置包含有与驱动轴相连接的驱动齿轮以及和驱动齿轮配合的驱动电机。在一些具体的技术方案中：所述的原土进料装置、净土出料装置与回转筒体相连通，回转筒体的净土出料装置侧设有热脱附气出口。本发明技术方案中：所述筒内烟气进口的温度为100℃～600℃。本发明技术方案中：所述筒外烟气进口的温度为100℃～600℃。本发明技术方案中：所述线筒外烟气进口的温度比筒内烟气进口的温度高50℃～100℃。本发明技术方案中：电机变频调速，调速范围0.1-3r/min。本发明技术方案中：前滚圈位于回转筒体首部，前端板外侧，后滚圈位于回转筒体尾部，后端板外侧。本发明技术方案中：尾罩安装在回转筒体尾端，与回转筒体内联通且设有旋转密封装置。本发明技术方案中：加强筋和人孔位于壳体上，加强筋起加强结构，人孔用于检修。回转筒体连接段位于前筒体密封和前滚圈之间。在另一些技术方案中：所述回转筒体的内璧是与外筒璧匹配的结构或者所述回转筒体的内璧的凹陷部位为实心结构。本发明的有益效果：本发明提供了一种带有非规则转筒的有机污染土壤间接热脱附装置，该装置在相同单位处理能耗和设备占地面积的情况下具有较大的处理量。附图说明图1为热脱附装置的正视图；图2为热脱附装置的左侧视图；图3为热脱附装置俯视图；图4为热脱附装置全剖视图；图5a为热脱附装置右侧视图；图5b为热脱附装置纵向剖视图；图6为热脱附装置三维视图；图7为热脱附装置非规则转筒三位图。图8为三角形面的螺旋状回转筒体，其中：图8(a)是凸起为三角形面的螺旋状回转筒体的主视图，图8(b)是图8(a)的a-a剖视图。图9为半圆弧面的螺旋状回转筒体，其中：图9(a)是凸起为半圆弧面的螺旋状回转筒体的主视图，图9(b)是图9(a)的a-a剖视图。图10为s形面的螺旋状回转筒体，其中：图10(a)是凸起为s形面的螺旋状回转筒体的主视图，图10(b)是图10(a)的a-a剖视图。其中：1—原土进料口，2—上料气锁，3—进料螺旋输送机，4—驱动装置，501—烟气出口，502—烟气进口，6—前托轮组件，7—后托轮组件，8—隔热保温层，9—热脱附气出口，10—尾罩，11—壳体，12—下料气锁，13—净土出料口，14—驱动齿轮，15—驱动电机，16—前滚圈，17—后滚圈，18—回转筒体，19—加强筋，20—前筒体密封，21—后筒体密封，22—前滚圈，23—后滚圈，24—人孔，25—前端板，26—后端板，27—驱动轴，28—传热空腔，101—原土进料装置，102—回转外热式反应器，103—净土出料装置。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：一种带非规则转筒的有机污染土壤间接热脱附装置，该装置包括原土进料装置(101)、回转外热式反应器(102)、净土出料装置(103)；所述的原土进料装置(101)包含依次相连的原土进料口(1)、上料气锁(2)和进料螺旋输送机(3)；所述的净土出料装置(103)包含有下料气锁(12)和净土出料口(13)；所述回转外热式反应器(102)包含有回转筒体(18)、壳体(11)、前端板(25)和后端板(26)，且所述的回转筒体(18)、壳体(11)、前端板(25)和后端板(26)封闭形成传热空腔(28)，烟气进口(501)和烟气出口(502)位于传热空腔(28)两端；所述回转筒体(18)与筒外烟气接触部分为非规则圆筒，所述的非规则圆筒的非规则曲面为s形面、三角形面或半圆弧面或其他形状相互连接构成的非标准圆形回转体。所述的原土进料装置(101)、净土出料装置(103)与回转筒体(18)相连通，回转筒体(18)的净土出料装置(103)侧设有热脱附气出口(9)。回转筒体(18)的前端与驱动轴(27)相连接支撑在前托轮组件(6)上，回转筒体(18)穿过后端板(16)并支撑在后托轮组件(7)上，驱动轴(27)通过驱动装置(4)驱动旋转；优选：驱动轴(27)通过前筒体密封(20)与前端板(28)进行密封，回转筒体(18)通过后筒体密封(21)与后端板(26)进行密封。驱动装置(4)包含有与驱动轴(27)相连接的驱动齿轮(14)以及和驱动齿轮(14)配合的驱动电机(15)。所述回转筒体(18)的中心线相对于壳体(11)中心线往出料端倾斜0～3°。所述传热空腔(28)体积为回转筒体(18)内腔体积的60～90％。所述回转筒体(18)的内腔设置有螺旋导料板和/或扬料板。所述驱动轴(27)为中空结构，进料螺旋输送机(3)安装在驱动轴(27)内，进料螺旋输送机(3)的出料端伸入回转筒体(18)15～40mm。所述回转筒体(18)采用耐热不锈钢材料，外部壳体(11)为耐火纤维结构。所述回转筒体(18)内放置有惰性载热球，所述惰性载热球材质为钢球、合金球和陶瓷球中的至少一种，形式为实心球或者空心球，所述的空心球内部填充载热介质，所述载热介质为熔盐。所述的壳体(11)的内壁设有隔热保温层(8)。以下实施例基于带有s形曲面非规则转筒式热脱附装置，针对不同污染物开展测试。实施例1：处理对象：含湿率20％，甲苯、二甲苯易挥发性有机污染土壤处理参数：烟气进口(502)温度700℃，土壤停留时间30min时，烟气出口(501)温度为260℃，处理量为3.6t/h，甲苯、二甲苯初始平均浓度为500mg/kg，处理后平均浓度低于5.0mg/kg，去除率均达到了99％，平均加热每吨土消耗40nm3/h天然气；烟气进口(502)温度750℃，土壤停留时间30min时，烟气出口(501)温度为300℃，处理量为3.6t/h，甲苯、二甲苯初始平均浓度为500mg/kg，处理后平均浓度低于1.0mg/kg，去除率均达到了99.9％，平均加热每吨土消耗45nm3/h天然气。实施例2：处理对象：含湿率20％，六六六、ddts农药类半挥发性有机污染土壤处理参数：烟气进口(502)温度700℃，土壤停留时间30min时，烟气出口(501)温度为260℃，处理量为3.6/h，六六六、ddts初始平均浓度为300mg/kg，处理后平均浓度低于6.0mg/kg，去除率均达到了98％，平均加热每吨土消耗45nm3/h天然气；烟气进口(502)温度750℃，土壤停留时间30min时，烟气出口(501)温度为300℃，处理量为3.6t/h，六六六、ddts初始平均浓度为300mg/kg，处理后平均浓度低于3.0mg/kg，去除率均达到了99％，平均加热每吨土消耗50nm3/h天然气；实施例3：处理对象：含湿率20％，苯并蒽、苯并芘多环芳烃类难挥发性有机污染土壤处理参数：烟气进口(502)温度700℃，土壤停留时间30min时，烟气出口(501)温度为260℃，处理量为3.6t/h，苯并蒽、苯并芘初始平均浓度为100mg/kg，处理后平均浓度低于2.0mg/kg，去除率均达到了98％，平均加热每吨土消耗50nm3/h天然气；烟气进口(502)温度750℃，土壤停留时间30min时，烟气出口(501)温度为300℃，处理量为3.6t/h，苯并蒽、苯并芘初始平均浓度为100mg/kg，处理后平均浓度低于5.0mg/kg，去除率均达到了95％，平均加热每吨土消耗55nm3/h天然气。实施例4：条件同实施例1，除了s形曲面非规则转筒式热脱附装置替换为半圆形曲面非规则转筒式热脱附装置。实施例5：条件同实施例1，除了s形曲面非规则转筒式热脱附装置替换为带有三角形曲面非规则转筒式热脱附装置。实施例6～8污染物处理的条件及使用装置如下：一种带有传热强化的外热回转式有机污染土壤热脱附装置，该装置包括原土进料装置、回转外热式反应器、净土出料装置；所述的原土进料装置包含依次相连的原土进料口、上料气锁和进料螺旋输送机；所述的净土出料装置包含有下料气锁和净土出料口；所述回转外热式反应器包含有回转筒体、壳体、前端板和后端板，且所述的回转筒体、壳体、前端板和后端板封闭形成传热空腔；所述的传热空腔被前隔板和后隔板分成外空腔和内空腔，外空腔的一端与筒外烟气进口相贯通，另一端与筒外烟气出口相贯通；内空腔的一端与筒内烟气进口相贯通，另一端与筒内烟气出口相贯通；所述的回转筒体内设有内管束，内管束的两端分别穿过回转筒体后与内空腔连通但与被处理土壤隔绝；且所述回转筒体的外筒璧为表面设有凸起的非规则圆筒。所述凸起为多边形面或圆弧面或椭圆弧曲面或s形面。在一些优选的技术方案中：所述的多边形面为圆弧面或s形面。所述回转筒体的截面上至少设有8个凸起，且凸起的底边宽度≥60㎜。所述回转筒体的内包络和外包络均为圆。所述凸起是以回转筒体中心轴为中心的螺旋状；优选：凸起螺旋状的螺距不大于回转筒体长度。螺旋状的回转筒体是将回转筒体的一端固定，另一端旋转，筒体凸起形成螺旋状，可显著增加筒体的外表面面积，增强筒外烟气与筒体的换热效果；且可在筒体的内表面形成螺旋状凹状通道，延长土壤在筒内的停留时间，在同样的筒体长度下可以停留更长的时间，从而在不改变占地面积的情况下增加单位时间处理能力；或是在同样的处理能力下筒体长度缩短，从而在同等的单位时间处理能力下减少设备占地面积。回转筒体的前端与驱动轴相连接支撑在前托轮组件上，回转筒体穿过后端板并支撑在后托轮组件上，驱动轴通过驱动装置驱动旋转。驱动轴通过前筒体密封与前端板进行密封，回转筒体通过后筒体密封与后端板进行密封。所述内管束包含有至少一组直管和弯头相连组成的管组，直管穿过管板后与管板固定，弯头穿过回转筒体后与回转筒体固定且与内空腔连通。所述的内管束占回转筒体内的有效空间不超过30％；优选：所述的内管束占回转筒体内的有效空间为12～20％。所述的内管束与沿回转筒体的内壁的圆周均布，直管壁面离回转筒体内壁面的距离为0.5～1.5d，其中所述的d为直管内直径。或所述的内管束沿回转筒体的中心轴均布，最外圈直管壁面离回转筒体内壁面的距离为0.5～0.85d，所述的d为回转筒体内直径。所述直管为螺旋槽纹管、缩纹管或内翅片管中的至少一种；所述传热空腔体积为回转筒体内腔体积的60～90％；所述回转筒体的中心线相对于壳体中心线往出料端倾斜0～3°。所述回转筒体的内腔设置有螺旋导料板和/或扬料板；所述驱动轴为中空结构，进料螺旋输送机安装在驱动轴内，进料螺旋输送机的出料端伸入回转筒体15～40mm。所述回转筒体采用耐热不锈钢材料，外部壳体为耐火纤维结构；所述的壳体的内壁设有隔热保温层。驱动装置包含有与驱动轴相连接的驱动齿轮以及和驱动齿轮配合的驱动电机。在一些具体的技术方案中：所述的原土进料装置、净土出料装置与回转筒体相连通，回转筒体的净土出料装置侧设有热脱附气出口。本发明技术方案中：电机变频调速，调速范围0.1-3r/min。本发明技术方案中：前滚圈位于回转筒体首部，前端板外侧，后滚圈位于回转筒体尾部，后端板外侧。本发明技术方案中：尾罩安装在回转筒体尾端，与回转筒体内联通且设有旋转密封装置。本发明技术方案中：加强筋和人孔位于壳体上，加强筋起加强结构，人孔用于检修。回转筒体连接段位于前筒体密封和前滚圈之间。实施例6～8装置中涉及的参数实施例6～8处理对象及条件：含湿率20％，甲苯、二甲苯易挥发性有机污染土壤处理参数：筒内烟气进口温度650℃，筒外烟气进口温度700℃，土壤停留时间30min时，筒内烟气出口温度为220℃，筒外烟气出口温度为260℃，处理量为7.4t/h，甲苯、二甲苯初始平均浓度为500mg/kg，处理后平均浓度低于5.0mg/kg，去除率均达到了99％，平均加热每吨土消耗40nm3/h天然气；筒内烟气进口温度700℃，筒外烟气进口温度750℃，土壤停留时间30min时，筒内烟气出口温度为260℃，筒外烟气出口温度为300℃，处理量为7.4t/h，甲苯、二甲苯初始平均浓度为500mg/kg，处理后平均浓度低于1.0mg/kg，去除率均达到了99.9％，平均加热每吨土消耗45nm3/h天然气。对比例1：条件同实施例1，除了s形曲面非规则转筒式热脱附装置替换为光滑规则圆柱转筒式热脱附装置。性能检测：实施例1～8以及对比例1的处理效果项目处理量(t/h)占地面积(m2)单位处理量能耗实施例13.650相同实施例23.650相同实施例33.650相同实施例43.650相同实施例53.650相同实施例67.450相同实施例77.450相同实施例87.450相同对比例12.150相同当前第1页12