一种原位燃气热脱附有机污染土壤修复装置

技术领域

本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体涉及一种原位燃气热脱附有机污染土壤修复装置。

背景技术

随着工业的快速发展，国内大量企业搬迁遗留了原场地环境污染问题，导致原场地无法正常使用，必须进行土壤修复后才能作为城市建设的一部分。

原位热脱附技术是将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，使污染物气化挥发或裂解，通过抽提使目标污染物与土壤颗粒分离，进而去除土壤中污染物的一种高效修复手段。因技术具有修复时间较短、适用性广、修复效率较高且无需大面积场地开挖等优点，被广泛应用。

现有的原位热脱附装置普遍存在燃气加热能源利用率低下，热量损耗高的问题，因而造成大量能源和资源的浪费。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种原位燃气热脱附有机污染土壤修复装置，以提高燃气加热能源的利用率，降低热量的损失。

本发明提供一种原位燃气热脱附有机污染土壤修复装置，包括主加热井，所述主加热井包括主外管以及设在所述主外管内的主内管，主外管呈两端封闭的中空结构，所述主内管呈两端开口的中空结构，主内管的上端贯穿主外管的上端，主内管与主外管之间形成有第一气流通道，主内管的底端与所述第一气流通道的底端连通，所述第一气流通道内设有多个用于增加高温烟气在第一气流通道内停留时间的第一阻流机构，多个所述第一阻流机构沿第一气流通道的输送方向间隔布置；还包括副加热井，其与所述第一气流通道的上部连通。

优选地，所述第一阻流机构包括第一锥形挡环a和第一锥形挡环b，所述第一锥形挡环a呈上小下大的圆锥筒状，所述第一锥形挡环b呈上大下小的圆锥筒状，第一锥形挡环a的小端套设在主内管的外壁上，第一锥形挡环a的大端朝向第一气流通道的底端；

所述第一锥形挡环b的大端套设在主外管的内壁上，第一锥形挡环b的小端朝向第一气流通道的底端，第一锥形挡环b的小端靠近第一锥形挡环a的外锥面并留有间隙。

优选地，所述第一锥形挡环a的内锥面与主内管的中心轴线的夹角记为α，α的范围为40～50°；所述第一锥形挡环b的外锥面与主外管的中心轴线的夹角记为β，β的范围为40～50°。

优选地，还包括多个第一锥形导流板，所述第一锥形导流板呈上大下小的圆锥筒状，第一锥形导流板的小端套设在主外管的外壁上，多个第一锥形导流板沿主外管的长度方向间隔布置；

所述第一锥形导流板内设有第一容纳腔，所述第一容纳腔沿第一锥形导流板的周向延伸并贯通，第一容纳腔与第一气流通道连通，第一容纳腔的开口位于第一锥形挡环b的大端的上方。

优选地，所述副加热井包括副外管以及设在所述副外管内的副内管，副外管呈两端封闭的中空结构，所述副内管呈两端开口的中空结构，副内管的上端贯穿副外管的上端；副内管与副外管之间形成有第二气流通道，所述第二气流通道的上端与第一气流通道的上部通过连接管连通，所述连接管上设有排气抽风机，副内管的底端与第二气流通道的底端连通；

所述第二气流通道内设有多个第二阻流机构，多个所述第二阻流机构沿第二气流通道的输送方向间隔布置；第二阻流机构包括第二锥形挡环a和第二锥形挡环b，所述第二锥形挡环a呈上大下小的圆锥筒状，所述第二锥形挡环b呈上小下大的圆锥筒状，第二锥形挡环a的小端套设在副内管的外壁上，第二锥形挡环a的大端朝向第二气流通道的上端；

所述第二锥形挡环b的大端套设在副外管的内壁上，第二锥形挡环b的小端朝向第二气流通道的上端，第二锥形挡环b的小端靠近第二锥形挡环a的外锥面并留有间隙。

优选地，所述第二锥形挡环a的内锥面与副内管的中心轴线的夹角记为α’，α’的范围为40～50°；所述第二锥形挡环b的外锥面与副外管的中心轴线的夹角记为β’，β’的范围为40～ 50°。

优选地，还包括多个第二锥形导流板，所述第二锥形导流板呈上小下大的圆锥筒状，第二锥形导流板的小端套设在副外管的外壁上，多个第二锥形导流板沿副外管的长度方向间隔布置；

所述第二锥形导流板内设有第二容纳腔，所述第二容纳腔沿第二锥形导流板的周向延伸并贯通，第二容纳腔与第二气流通道连通，第二容纳腔的开口位于第二锥形挡环b的大端的下方。

优选地，还包括燃料供应系统和第一抽提管，所述燃料供应系统包括进气管和第一燃烧器，所述第一燃烧器的一端与所述进气管连通，第一燃烧器的另一端与主内管连通；所述第一抽提管与主外管间隔布置，第一抽提管与进气管连通，第一抽提管上设有第一废气抽风机。

优选地，还包括尾气处理机构和第二抽提管，所述尾气处理机构包括第二燃烧器、排放管和尾气抽风机，所述第二燃烧器的一端与副内管通过废气管连通，第二燃烧器的另一端与所述排放管连通，所述尾气抽风机设在排放管上；所述第二抽提管与副外管间隔布置，第二抽提管与所述废气管连通，第二抽提管上设有第二废气抽风机。

本发明的有益效果：

(1)本发明公开了一种原位燃气热脱附有机污染土壤修复装置，其通过在主加热井的第一气流通道内设计第一阻流机构，第一阻流机构能够阻碍高温烟气的正常流动，延长了高温烟气在第一气流通道内的停留时间，从而充分利用高温烟气的热能来对目标区域土壤进行修复，可获得较好的原位热脱附效果，提高了燃气加热能源的利用率，降低了热量损失。

(2)通过将多个第一阻流机构沿第一气流通道的输送方向间隔布置，延长了高温烟气在第一气流通道中上部的停留时间，从而使主加热井的中上部温度尽量达到目标修复温度，使主加热井整体发热更加均匀，进而对目标修复土壤区域的浅层、中层和下层都能够进行充分的加热，避免了在传统燃气加热修复中，主加热井底部加热温度过高，而中上部温度由于过低无法达到目标温度的现象。

(3)本修复装置通过将主、副加热井连接，将主加热井的余热引入副加热井内，从而有效地利用主加热井的余热，增加了修复的覆盖区域面积，大大提高了能源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一实施例提供的原位燃气热脱附有机污染土壤修复装置的结构示意图；

图2为主加热井的结构示意图；

图3为副加热井的结构示意图。

附图标记：

1-主加热井，11-主外管，12-主内管，13-第一气流通道，2-第一阻流机构，21-第一锥形挡环a，22-第一锥形挡环b，3-副加热井， 31-副外管，32-副内管，33-第二气流通道，4-第一锥形导流板，41- 第一容纳腔，5-第二阻流机构，21-第二锥形挡环a，22-第二锥形挡环b，6-连接管，7-第二锥形导流板，71-第二容纳腔，8-燃料供应系统，81-进气管，82-第一燃烧器，9-第一抽提管，101-排气抽风机，102-第一废气抽风机，103-第二废气抽风机，20-尾气处理机构， 201-第二燃烧器，202-排放管，203-尾气抽风机，204-废气管，30- 第二抽提管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-3所示，本发明的一实施例提供一种原位燃气热脱附有机污染土壤修复装置，包括主加热井1，主加热井1包括主外管11 以及设在主外管11内的主内管12，主外管11呈两端封闭的中空结构，主内管12呈两端开口的中空结构，主内管12的上端贯穿主外管11的上端，主内管12与主外管11之间形成有第一气流通道13，主内管12的底端与第一气流通道13的底端连通，第一气流通道13 内设有多个用于增加高温烟气在第一气流通道13内停留时间的第一阻流机构2，多个第一阻流机构2沿第一气流通道13的输送方向间隔布置；还包括副加热井3，其与第一气流通道13的上部连通。

其中，图2和图3中箭头方向表示的是高温烟气的流动方向。本发明的修复装置，其通过在主加热井1的第一气流通道13内设计第一阻流机构2，第一阻流机构2能够阻碍高温烟气的正常流动，延长了高温烟气在第一气流通道13内的停留时间，从而充分利用高温烟气的热能来对目标区域土壤进行修复，可获得较好的原位热脱附效果，提高了燃气加热能源的利用率，降低了热量损失。

同时，通过将多个第一阻流机构2沿第一气流通道13的输送方向间隔布置，延长了高温烟气在第一气流通道13中上部的停留时间，从而使主加热井1的中上部温度尽量达到目标修复温度，使主加热井1整体发热更加均匀，进而对目标修复土壤区域的浅层、中层和下层都能够进行充分的加热，避免了在传统燃气加热修复中，主加热井1底部加热温度过高，而中上部温度由于过低无法达到目标温度的现象。

此外，本修复装置通过将主加热井1与副加热井3连接，将主加热井1的余热引入副加热井3内，从而有效地利用主加热井1的余热，增加了修复的覆盖区域面积，大大提高了能源利用率。

在一具体实施例中，第一阻流机构2包括第一锥形挡环a21和第一锥形挡环b22，第一锥形挡环a21呈上小下大的圆锥筒状，第一锥形挡环b22呈上大下小的圆锥筒状，第一锥形挡环a21的小端套设在主内管12的外壁上，第一锥形挡环a21的大端朝向第一气流通道13的底端；第一锥形挡环b22的大端套设在主外管11的内壁上，第一锥形挡环b22的小端朝向第一气流通道13的底端，第一锥形挡环b22的小端靠近第一锥形挡环a21的外锥面并留有间隙。

高温烟气进入到主内管12后，会从主内管12的底端进入到第一气流通道13内(首先进入到第一气流通道13的底部区域)，然后沿第一气流通道13向上流动，由于在主内管12的外壁上布置有第一锥形挡环a21，以及在主外管11的内壁上布置有第一锥形挡环 b22，大部分高温烟气会流向第一锥形挡环a21内锥面与主内管12 外壁之间形成的区域内，以及第一锥形挡环b22外锥面与主外管11 内壁之间形成的区域内，因此，第一锥形挡环a21和第一锥形挡环 b22阻碍了高温烟气的正常流动，增加了高温烟气在每个第一阻流机构2的停留时间。

部分高温烟气会流过第一锥形挡环b22的小端与第一锥形挡环 a21的外锥面之间的缝隙从而流向下一个第一阻流机构2，在到达下一个第一阻流机构2后，高温烟气又会被阻碍流动，从而使高温烟气对主外管11进行充分的加热，使主外管11快速到达目标修复温度。第一阻流机构2的结构设计也延长了高温烟气在第一气流通道 13中上部的停留时间，从而使主加热井1的中上部温度尽量达到目标修复温度，使主加热井1整体发热更加均匀，进而对目标修复土壤区域的浅层、中层和下层都能够进行充分的加热，避免了在传统燃气加热修复中，主加热井1底部加热温度过高，而中上部温度由于过低无法达到目标温度的现象。

在一具体实施例中，第一锥形挡环a21的内锥面与主内管12的中心轴线的夹角记为α，α的范围为40～50°；第一锥形挡环b22 的外锥面与主外管11的中心轴线的夹角记为β，β的范围为40～ 50°。α和β角度范围的设计能够避免高温烟气在第一锥形挡环a21 内锥面与主内管12外壁之间形成的区域内，以及第一锥形挡环b22 外锥面与主外管11内壁之间形成的区域内停留的时间过长或者过短，从而充分利用燃气加热能源的利用率，降低了热量损失。

在一具体实施例中，该修复装置还包括多个第一锥形导流板4，第一锥形导流板4呈上大下小的圆锥筒状，第一锥形导流板4的小端套设在主外管11的外壁上，多个第一锥形导流板4沿主外管11 的长度方向间隔布置；第一锥形导流板4内设有第一容纳腔41，第一容纳腔41沿第一锥形导流板4的周向延伸并贯通，第一容纳腔41 与第一气流通道13连通，第一容纳腔41的开口位于第一锥形挡环 b22的大端的上方。

高温烟气在通过第一锥形挡环b22与第一锥形挡环a21之间的缝隙后，部分烟气会进入到第一容纳腔41内，一方面增大了主外管 11与有机污染土壤换热的面积及时间，可以多方位、多维度地对有机污染土壤进行加热，从而提高对有机污染土壤的修复效率及效果。另一方面，该结构也充分地利用高温烟气的热量，从而节能降耗。

在一具体实施例中，副加热井3包括副外管31以及设在副外管 31内的副内管32，副外管31呈两端封闭的中空结构，副内管32呈两端开口的中空结构，副内管32的上端贯穿副外管31的上端；副内管32与副外管31之间形成有第二气流通道33，第二气流通道33 的上端与第一气流通道13的上部通过连接管6连通，连接管6上设有排气抽风机101，副内管32的底端与第二气流通道33的底端连通；第二气流通道33内设有多个第二阻流机构5，多个第二阻流机构5 沿第二气流通道33的输送方向间隔布置；第二阻流机构5包括第二锥形挡环a和第二锥形挡环b，第二锥形挡环a呈上大下小的圆锥筒状，第二锥形挡环b呈上小下大的圆锥筒状，第二锥形挡环a的小端套设在副内管32的外壁上，第二锥形挡环a的大端朝向第二气流通道33的上端；第二锥形挡环b的大端套设在副外管31的内壁上，第二锥形挡环b的小端朝向第二气流通道33的上端，第二锥形挡环 b的小端靠近第二锥形挡环a的外锥面并留有间隙。

排气抽风机101工作使第一气流通道13形成负压，高温烟气在通过第一气流通道13后会从连接管6流向第二气流通道33的上部，因此，这也造成了第二气流通道33与第一气流通道13中的高温烟气的流向相反，所以，第二阻流机构5与第一阻流机构2的布置方向也有所不同。具体地，从连接管6引入的高温烟气会从副外管31 的上端进入到第二气流通道33内，然后沿第二气流通道33向下流动，由于在副内管32的外壁上布置有第二锥形挡环a，以及在副外管31的内壁上布置有第二锥形挡环b，高温烟气会流向第二锥形挡环a内锥面与副内管32外壁之间形成的区域内，以及第二锥形挡环 b外锥面与副外管31内壁之间形成的区域内，因此，第二锥形挡环 a和第二锥形挡环b阻碍了高温烟气的正常流动，增加了高温烟气在副加热井3的停留时间。

本修复装置通过将主加热井1与副加热井3连接，将主加热井1 的余热引入副加热井3内，从而有效地利用主加热井1的余热，增加了修复的覆盖区域面积，大大提高了能源利用率。

在一具体实施例中，第二锥形挡环a的内锥面与副内管32的中心轴线的夹角记为α’，α’的范围为40～50°；第二锥形挡环b 的外锥面与副外管31的中心轴线的夹角记为β’，β’的范围为 40～50°。α’和β’角度范围的设计能够避免高温烟气在第二锥形挡环a内锥面与副内管32外壁之间形成的区域内，以及第二锥形挡环b外锥面与副外管31内壁之间形成的区域内停留的时间过长或者过短，从而充分利用燃气加热能源的利用率，降低了热量损失。

在一具体实施例中，还包括多个第二锥形导流板7，第二锥形导流板7呈上小下大的圆锥筒状，第二锥形导流板7的小端套设在副外管31的外壁上，多个第二锥形导流板7沿副外管31的长度方向间隔布置；第二锥形导流板7内设有第二容纳腔71，第二容纳腔71 沿第二锥形导流板7的周向延伸并贯通，第二容纳腔71与第二气流通道33连通，第二容纳腔71的开口位于第二锥形挡环b的大端的下方。

高温烟气在通过第二锥形挡环b与第二锥形挡环a之间的缝隙后，部分烟气会进入到第二容纳腔71内，一方面增大了副外管31 与有机污染土壤换热的面积及时间，可以多方位、多维度地对有机污染土壤进行加热，从而提高对有机污染土壤的修复效率及效果。另一方面，该结构也充分地利用高温烟气的热量，从而节能降耗。

在一具体实施例中，还包括燃料供应系统8和第一抽提管9，燃料供应系统8包括进气管81和第一燃烧器82，第一燃烧器82的一端与进气管81连通，第一燃烧器82的另一端与主内管12连通；第一抽提管9与主外管11间隔布置，第一抽提管9与进气管81连通，第一抽提管9上设有第一废气抽风机102。第一废气抽风机102工作使第一抽提管9形成负压，气化的污染物被第一抽提管9引入到进气管81中，废气同空气与燃气进入第一燃烧器82进行燃烧处理从而形成高温烟气，该结构的设计不需要对修复时产生的废气另外处理，降低了修复成本。

在一具体实施例中，还包括尾气处理机构20和第二抽提管30，尾气处理机构20包括第二燃烧器201、排放管202和尾气抽风机203，第二燃烧器201的一端与副内管32通过废气管204连通，第二燃烧器201的另一端与排放管202连通，尾气抽风机203设在排放管202上；第二抽提管30与副外管31间隔布置，第二抽提管30与废气管 204连通，第二抽提管30上设有第二废气抽风机103。第二废气抽风机103工作使第二抽提管30形成负压，气化的污染物被第二抽提管30引入到废气管204中，废气同空气与副内管32中的烟气进行燃烧处理，减少了后续对有机污染物的处理流程，显著地提高了该装置的工作效率。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。