电阻加热原位热脱附电力系统技术方案

本实用新型专利技术实施例提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统包括：三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络；三相半控整流桥电路的输入端与交流电源连接，所述三相半控整流桥电路、所述第一滤波网络、所述一级逆变器、所述高频升压变压器、所述不控整流电路、所述第二滤波网络、所述二级逆变器和所述第三滤波网络依次连接；所述第三滤波网络的输出端与加热井连接，所述加热井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内。通过高频升压变压器提高频率，极大地降低了变压器的体积重量，进而减小了整个供能单元的体积，提高了电阻加热原位热脱附电力系统的功率密度。

Resistance heating in situ thermal desorption power system

The embodiment of the utility model provides a resistance heating in-situ thermal desorption power system, which comprises a three-phase half-controlled rectifier bridge circuit, a first filter network, a first inverter, a high-frequency boost transformer, an uncontrolled rectifier circuit, a second filter network, a second inverter and a third filter network, and an input terminal of a three-phase half-controlled rectifier bridge circuit is connected with an AC power supply. The bridge circuit, the first filter network, the first stage inverter, the high frequency boost transformer, the uncontrolled rectifier circuit, the second filter network, the second inverter and the third filter network are connected in turn; the output end of the third filter network is connected with the heating well, which is buried in the soil of the target area along the soil depth direction. By increasing the frequency of high frequency step-up transformer, the volume weight of transformer is greatly reduced, thus the volume of the whole energy supply unit is reduced, and the power density of the power system for in-situ thermal desorption by resistance heating is increased.

【技术实现步骤摘要】
电阻加热原位热脱附电力系统
本技术实施例涉及污染土壤原位修复
，更具体地，涉及电阻加热原位热脱附电力系统。
技术介绍
目前，原位热脱附(Insituthermaldesorption，ISTD)技术主要应用于污染土壤的修复，原理是通过直接或间接热交换，将土壤或地下水中的污染介质及其所含的污染物加热至沸点以上，以改变污染介质和污染物的物化性质，通过控制电力系统温度和加热时间有选择地促使污染物气化挥发，增加气相或者液相中污染物的浓度，提高液相抽出或气相抽提对污染物的去除率。热脱附过程可以使土壤中的有机化合物挥发和裂解等物理化学变化。当污染物转化为气态之后，其流动性将大大提高，挥发出来的气态产物通过收集和捕获后进行净化处理。相对于其它异位修复技术，原位热脱附技术具有成本低、耗时短、可同时处理多种污染物、对低渗透污染区及不均质污染区具有较强的适用性、适用土壤环境种类多、电力系统可移动、修复后的土壤可再利用等优点。原位热脱附技术特别适合重污染的土壤区域，包括高浓度、非水相、游离的以及源头的有机污染物。目前，原位热脱附技术可用于处理的污染物主要为含氯易挥发有机化合物(CVOCs)、半挥发性有机物(SVOCs)、石油烃类(TPH)、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)以及农药等。特别是对于PCBs这类含氯有机物，非氧化燃烧的处理方式可以显著减少二恶英生成。原位热脱附处理主要由土壤加热系统和控制系统等部分组成，其中加热系统主要包括供能和加热两部分，不同的加热方式，其供能系统也存在较大差异，根据热量传递方式及能量转化的不同，原位加热技术可分为3种，即蒸汽/热空气注入(SteamAirInjection,SAI)技术、热传导加热(ThermalConductiveHeating，TCH)技术、电阻加热(ElectricalResistanceHeating，ERH)技术。现有技术中电阻加热方法通常是将加热电极埋设在土壤的污染区域，对加热井进行通电使电流流过饱和层或非饱和层介质对地下土壤进行加热，促使污染物挥发、溶解、分解或被微生物降解，并通过抽提系统将污染物或降解产生的废物抽出后进行达标排放，从而去除污染物。ERH电力系统通过功率变换将电力网输入的原始电能转换为电压电流可调的三相交流电输送至加热电极，以实现地下温度的控制。作为ERH的核心单元，ERH电力系统至少需要满足以下的需求：使用成本方面，ERH技术需要地下土壤达到目标温度后持续一段时间，通常取决于初始污染物浓度、目标污染物浓度、孔隙度、地下水位、渗流速度和补给量等因素。一般持续加热时间为2-12个月，能耗极大。因此电力系统还应具备较高的电能转换效率与功率密度。除此之外，作为现场工程设备，电力系统还应具备轻量化、高功率密度的特点，以提高机动性性能。加热效果方面，由于电阻存在趋肤效应，使得当前ERH技术在对土壤进行加热使土壤的纵向温度分布不均匀，导致电阻加热效率下降，加剧能耗损失。为此，电力系统还需能够保证地下电流的纵向均匀分布。传统的ERH电力系统采用多抽头变压器或工频升压变压器配合斩波降压的方式进行电压调节。但是，多抽头变压器只能实现离散调压，且每次更换副边抽头需先断电，不能实现带电调压；工频升压变压器虽然能够实现带电调压，但工频变压器体积巨大。而且，二者均不具备保证地下电流纵向均匀分布的能力。
技术实现思路
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本技术实施例提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统。一方面，本技术实施例提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统，包括：供能单元，所述供能单元包括三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络；所述三相半控整流桥电路的输入端与交流电源连接，所述三相半控整流桥电路、所述第一滤波网络、所述一级逆变器、所述高频升压变压器、所述不控整流电路、所述第二滤波网络、所述二级逆变器和所述第三滤波网络依次连接；所述第三滤波网络的输出端与加热井连接，所述加热井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内；所述三相半控整流桥电路用于将所述交流电源提供的三相交流电转换为第一类直流电，所述第一滤波网络用于滤除所述第一类直流电的噪声，所述一级逆变器用于将滤除噪声后的所述第一类直流电转换为单相交流电，所述高频升压变压器用于提高所述单相交流电的频率且提高所述单相交流电的电压，所述不控整流电路用于将所述高频升压变压器输出的所述单相交流电转换为第二类直流电，所述第二滤波网络用于滤除所述第二类直流电的噪声，所述二级逆变器用于将滤除噪声后的所述第二类直流电转换为第一目标三相交流电，所述第一目标三相交流电的频率可变；所述第三滤波网络用于改变所述第一目标三相交流电的波形，得到正弦波形的第二目标三相交流电，所述第二目标三相交流电用于为所述加热井供电。优选地，所述一级逆变器具体为基于脉冲宽度调制的逆变器，所述二级逆变器为基于正弦脉宽调制或空间矢量脉宽调制的逆变器。优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：抽提管；所述抽提管的一端设置在所述目标区域的土壤内，所述抽提管的另一端与净化设备连接；所述抽提管用于将所述目标区域的土壤内的气化污染物导出至所述净化设备。优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：跨步电压检测装置；所述跨步电压检测装置设置在所述目标区域的土壤表面，且与所述加热井的水平距离为预设距离，用于测量所述预设距离处的跨步电压。优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：注水管，所述注水管的一端设置在所述目标区域的土壤内，所述注水管的另一端与水源连通，所述注水管上靠近所述另一端的位置安装有注水阀。优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：供能单元电流检测装置、供能单元电压检测装置和中央处理器；所述供能单元电流检测装置与所述第三滤波网络的输出端连接，用于测量所述供能单元输出的电流值；所述供能单元电压检测装置与所述第三滤波网络的输出端连接，用于测量所述供能单元输出的电压值；所述中央处理器分别与所述供能单元电流检测装置、所述供能单元电压检测装置、所述一级逆变器和所述二级逆变器连接，所述中央处理器用于根据所述电流值和所述电压值，调整所述一级逆变器的参数和所述三级逆变器的参数，直至所述供能单元输出的功率值与所述目标区域的土壤内的功率需求值相同。优选地，所述中央处理器还与所述跨步电压检测装置连接，所述中央处理器用于根据所述跨步电压检测装置测量得到的跨步电压将所述电阻加热原位热脱附电力系统与所述交流电源断开。优选地，所述注水阀为电动阀门。优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：湿度传感器、所述湿度传感器设置在所述目标区域的土壤内，用于测量所述目标区域的土壤湿度；所述中央处理器与所述湿度传感器连接，所述中央处理器用于根据所述土壤湿度控制所述注水阀开启。优选地，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：隔离驱动装置；所述隔离驱动装置用于将所述中央处理器和所述供能单元隔离。本技术实施例提供的电阻加热原位热脱附电力系统，系统包括：供能单元，供能单元包括三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络；三相半控整流桥电路的输入端与交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，包括：供能单元，所述供能单元包括三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络；所述三相半控整流桥电路的输入端与交流电源连接，所述三相半控整流桥电路、所述第一滤波网络、所述一级逆变器、所述高频升压变压器、所述不控整流电路、所述第二滤波网络、所述二级逆变器和所述第三滤波网络依次连接；所述第三滤波网络的输出端与加热井连接，所述加热井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内；所述三相半控整流桥电路用于将所述交流电源提供的三相交流电转换为第一类直流电，所述第一滤波网络用于滤除所述第一类直流电的噪声，所述一级逆变器用于将滤除噪声后的所述第一类直流电转换为单相交流电，所述高频升压变压器用于提高所述单相交流电的频率且提高所述单相交流电的电压，所述不控整流电路用于将所述高频升压变压器输出的所述单相交流电转换为第二类直流电，所述第二滤波网络用于滤除所述第二类直流电的噪声，所述二级逆变器用于将滤除噪声后的所述第二类直流电转换为第一目标三相交流电，所述第一目标三相交流电的频率可变；所述第三滤波网络用于改变所述第一目标三相交流电的波形，得到正弦波形的第二目标三相交流电，所述第二目标三相交流电用于为所述加热井供电。...

【技术特征摘要】
1.一种电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，包括：供能单元，所述供能单元包括三相半控整流桥电路、第一滤波网络、一级逆变器、高频升压变压器、不控整流电路、第二滤波网络、二级逆变器和第三滤波网络；所述三相半控整流桥电路的输入端与交流电源连接，所述三相半控整流桥电路、所述第一滤波网络、所述一级逆变器、所述高频升压变压器、所述不控整流电路、所述第二滤波网络、所述二级逆变器和所述第三滤波网络依次连接；所述第三滤波网络的输出端与加热井连接，所述加热井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内；所述三相半控整流桥电路用于将所述交流电源提供的三相交流电转换为第一类直流电，所述第一滤波网络用于滤除所述第一类直流电的噪声，所述一级逆变器用于将滤除噪声后的所述第一类直流电转换为单相交流电，所述高频升压变压器用于提高所述单相交流电的频率且提高所述单相交流电的电压，所述不控整流电路用于将所述高频升压变压器输出的所述单相交流电转换为第二类直流电，所述第二滤波网络用于滤除所述第二类直流电的噪声，所述二级逆变器用于将滤除噪声后的所述第二类直流电转换为第一目标三相交流电，所述第一目标三相交流电的频率可变；所述第三滤波网络用于改变所述第一目标三相交流电的波形，得到正弦波形的第二目标三相交流电，所述第二目标三相交流电用于为所述加热井供电。2.根据权利要求1所述的电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，所述一级逆变器和所述二级逆变器均为基于脉冲宽度调制的逆变器。3.根据权利要求1所述的电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，还包括：抽提管；所述抽提管的一端设置在所述目标区域的土壤内，所述抽提管的另一端与净化设备连接；所述抽提管用于将所述目标区域的土壤内的气化污染物导出至所述净化设备。4.根据权利要求1-3中任一项所述的电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，还包括：跨步电压检测装置；所述跨步电压检...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一鸣，田德志，张云睿，袁哲，王旭红，高俊侠，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京,11