污染土壤原位热修复用组合换热器及土壤热修复系统技术方案

本发明专利技术公开了一种污染土壤原位热修复用组合换热器及土壤热修复系统，本发明专利技术通过使用燃气内燃机所产生的高温烟气和电力给污染土壤进行原位间接加热修复，高温烟气和电阻加热的在换热器中结合使用，可同时进行烟气热修复和电阻热修复，形成多能互补机制，具有双重保障，使用该换热器可显著提高土壤修复的温度。

Combined Heat Exchanger and Soil Thermal Rehabilitation System for in-situ Thermal Rehabilitation of Contaminated Soil

The invention discloses a combined heat exchanger for in-situ thermal remediation of contaminated soil and a soil thermal remediation system. The method uses high-temperature flue gas and electricity generated by gas internal combustion engine to carry out in-situ indirect heating remediation of contaminated soil, and combines high-temperature flue gas and resistance heating in a heat exchanger, which can simultaneously carry out flue gas thermal remediation and resistance thermal remediation, thus forming a multi-energy complementary mechanism. The heat exchanger can significantly increase the temperature of soil remediation.

【技术实现步骤摘要】
污染土壤原位热修复用组合换热器及土壤热修复系统
本专利技术涉及环境热修复的设备领域，特别是一种污染土壤修复的换热器。
技术介绍
土壤污染物，具有来源广、种类多、新老污染物并存、无机型与有机型污染复合存在的特点。其中，无机污染物以镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍等重金属为主，有机污染物种类繁多，包括甲苯等苯系物、三氯乙烯等卤代烃等挥发性有机污染物和多环芳烃、多氯联苯、有机氯农药等半挥发性有机污染物等。从污染控制的角度来看，土壤修复处理技术思路可分为以下两类：（1）去除、降解土壤中的污染物，减少其绝对含量，降低环境风险；（2）改变污染物在土壤中的赋存形态，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性，控制其向动植物、水体、大气中的迁移转化。对土壤修复处理的研究已经较为成熟，部分技术已得到广泛的工程应用。由于土壤中污染物组成复杂、性质各异，针对各种类型污染物可采用不同的修复处理技术。物理修复技术包括针对重金属污染的土壤置换、土壤隔离、熔融玻璃化、电动修复等，以及针对热挥发性污染物的热脱附、土壤气相抽提（SVE）等技术。目前土壤修复工程中，常采用固化稳定化技术修复重金属污染土壤，采用土壤气相抽提、热处理技术修复有机污染土壤。根据土壤修复是否需要开挖土壤，还可将土壤修复技术分为原位修复技术与异位修复技术。一般来说，对于高浓度的污染土壤以异位修复技术为主，修复后一般不可回填继续作土壤使用；对于挥发性有机物污染场地来说，开挖移位运输的过程易导致污染物对环境的二次污染，因而原位修复技术更为常用。一种原位修复方法使用土壤气相抽提技术（亦称土壤蒸气浸提）利用真空泵在地下土壤中产生负压，促使空气流经污染土壤孔隙，携带挥发性与半挥发性污染物从抽提井排出，并进行处置，从而减少土壤中污染物的总量。该技术可以与空气注射技术联用，主要用于修复非饱和区（包气带）的污染土壤，但对于土壤自身的渗透性要求较高，有一定的局限性。一种原位方法是直接利用电极插入污染土壤进行修复电动力学修复，此种方法在湿环境中进行，需要考虑土壤的污染物的极性，加热温度在100°C左右，修复温度较低，但修复周期较长。一种污染场地，采用原位热修复技术，使用电力驱动，使用电阻加热对污染场地进行间接加热，加热的温度较高，可达到100~400℃。该技术换热器采用电热丝加热辐射套筒，电热丝之间使用石英，防止裸电热丝直接接触造成短路。一种污染场地，采用原位热修复技术，使用燃烧热烟气进行修复，含有内外套筒，内套筒开口，烟气先进入内（外）套筒，然后进入外（内）流出。加热温度可达到100~500℃。此种方法设计简单，修复场地速度快。原位热处理技术是针对有机污染土壤的优选处理方式。热处理技术是利用污染物的加热情况下挥发性增强的特点，使用直接或间接热交换，提高土壤温度（150～760°C），促使污染物从土壤颗粒、土壤结合水中解析出来，增强其迁移性，从而回收气体并对进行深度处理。原位热处理技术可采用的加热介质较多，除热空气、热蒸气、热烟气外，也可采用电加热的方式进行。
技术实现思路
本专利技术专利提出一种污染土壤原位热修复用组合换热器及使用该换热器的土壤热修复系统，可同时进行烟气热修复和电阻热修复，形成多能互补机制，具有双重保障。一种污染土壤原位热修复用组合换热器，包括外套筒，内套筒，在内套筒的外壁面区域螺旋缠绕电加热器，在内外套筒之间另外设置一个中间套筒，将电加热器上的电阻丝放在中间套筒和内套筒中间，电加热器上设置电加热接线，内外套筒之间使用法兰连接。所述中间套筒和内套筒之间使用氧化镁进行填充。一种污染土壤原位热修复用组合换热器，包括外套筒，内套筒，内套筒内设置U型电加热器，电加热器包括电阻丝，氧化镁，内套筒上部使用密封法兰密封，并设置电加热接线，内套筒和外套筒之间使用法兰连接。一种污染土壤原位热修复用组合换热器，包括外套筒，内套筒，内套筒内设置U型电加热器，电加热器包括电阻丝，在电阻丝上每隔0.5~1m的距离使用绝缘材料隔离，内套筒上部使用密封法兰密封，并设置电加热接线，内套筒和外套筒之间使用法兰连接。一种污染土壤原位热修复用组合换热器，包括外套筒，内套筒，内套筒内设置螺旋状电加热器，电加热器内部还有电阻丝，氧化镁，外套筒表面设置有排烟气的孔槽，可以将加热区域附近的污染物一起随换热后的烟气排出来进行后期处理。烟气从内套筒侧面入口进入换热器，从外套筒侧面出口流出换热器，内套筒上部使用密封法兰密封，并设置电加热接线，内套筒和外套筒之间使用法兰连接。一种污染土壤原位热修复系统，包括燃气内燃机，燃气内燃机驱动发电机进行发电，燃气内燃机设置有附属部件，润滑油冷却器和缸套水冷却器，通过介质换热器与润滑油冷却器、缸套水冷却器进行换热，用于换热的介质存在容器中，并通过高压泵送入注射井中，将上述的组合换热器放置在预先打好的加热井中，燃气内燃机活塞做功后排气，经过排烟管道，进入组合换热器中的内套筒中，在土壤中打污染物真空抽提井，真空抽提泵连接真空抽提井，从真空抽提泵出来的污染物通过污染物管网传递到污染物处理系统，污染物气体经过热氧化器进行对污染物进一步氧化分解，气态污染物经过喷淋式冷凝器中，进一步冷却降低污染物温度，冷却后的流体进入气液分离器中，将液态的污染物分离出来，然后再通入活性炭吸附装置，从喷淋式冷凝器、气液分离器和活性炭吸附装置中出来的液态的污染物，首先进入过滤器，然后进入水处理器中进行处理，从排烟管出来的烟气和从活性炭吸附装置中出来的气态污染物在布袋除尘器中汇合，降低气体中的尘埃，混合气体通入烟气脱硫脱硝装置，降低气体中的硫化物和硝化物浓度，最后经过排烟烟囱排放达标的气体。在土壤中打测试井，测试井中设置温度传感器和压力传感器。所述加热井、注射井、真空抽提井及测试井都使用水泥密封开口处。所述抽提井布置于两个加热井的中间位置，测试井靠近加热井附近位置，加热井之间的距离为3~8m。所述的组合换热器与加热井之间使用小鹅卵石和砾石填充。本专利技术通过使用燃气内燃机所产生的高温烟气和电力给污染土壤进行原位间接加热修复，高温烟气和电阻加热的在换热器中结合使用，可同时进行烟气热修复和电阻热修复，形成多能互补机制，具有双重保障，使用该换热器可显著提高土壤修复的温度。附图说明图1是燃气内燃机系统的污染土壤原位热修复系统原理图。图2a、图2b、图2c、图2d是第一类组合换热器示意图。图3a、图3b、图3c、图3d、图3e是第二类组合换热器示意图。具体实施方式下面结合附图和上述介绍内容，对本专利技术的技术方案做进一步的详细的描述。如图1所示为燃气内燃机系统的污染土壤原位热修复系统原理图。燃气分布式能源选用燃气内燃机10，天然气01和空气02进入燃气内燃机的气缸中燃烧，驱动燃气内燃机10活塞做功，活塞驱动与曲轴和连杆相连的发电机11，进行发电。所发电力，根据内燃机的大小不同，电压等级可分为0.4kV和10kV，经过变压器12可调节供给电阻加热器32的功率，控制电阻加热温度。经过变压之后的电力经过供电线路04和回电线路05分别于接线头电阻加热器32接线的正负极相连。燃气内燃机10活塞做功后排气，排气温度为500°C，经过排烟管道03，进入电阻加热器注射口。此时烟气加热温度可以通过空气02过量系数来调节，还可以通过增减天然气01的流量进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种污染土壤原位热修复用组合换热器，其特征在于，包括外套筒（23），内套筒（28），在内套筒（28）的外壁面区域螺旋缠绕电加热器（32），在内外套筒之间另外设置一个中间套筒（31），将电加热器（32）上的电阻丝（30）放在中间套筒（31）和内套筒（28）中间，电加热器（32）上设置电加热接线（35），内外套筒之间使用法兰（36）连接。

【技术特征摘要】
1.一种污染土壤原位热修复用组合换热器，其特征在于，包括外套筒（23），内套筒（28），在内套筒（28）的外壁面区域螺旋缠绕电加热器（32），在内外套筒之间另外设置一个中间套筒（31），将电加热器（32）上的电阻丝（30）放在中间套筒（31）和内套筒（28）中间，电加热器（32）上设置电加热接线（35），内外套筒之间使用法兰（36）连接。2.根据权利要求1所述的一种污染土壤原位热修复用组合换热器，其特征在于，所述中间套筒（31）和内套筒（28）之间使用氧化镁（29）进行填充。3.一种污染土壤原位热修复用组合换热器，其特征在于，包括外套筒（23），内套筒（28），内套筒（28）内设置U型电加热器（32），电加热器（32）包括电阻丝（30），氧化镁（29），内套筒（28）上部使用密封法兰38密封，并设置电加热接线（35），内套筒和外套筒之间使用法兰（36）连接。4.一种污染土壤原位热修复用组合换热器，其特征在于，包括外套筒（23），内套筒（28），内套筒（28）内设置U型电加热器（32），电加热器（32）包括电阻丝（30），在电阻丝（30）上每隔0.5~1m的距离使用绝缘材料（33）隔离，内套筒（28）上部使用密封法兰（38）密封，并设置电加热接线（35），内套筒和外套筒之间使用法兰（36）连接。5.一种污染土壤原位热修复用组合换热器，其特征在于，包括外套筒（23），内套筒（28），内套筒（28）内设置螺旋状电加热器（32），电加热器（32）内部还有电阻丝（30），氧化镁（29），外套筒（23）表面设置有排烟气的孔槽39，可以将加热区域附近的污染物一起随换热后的烟气排出来进行后期处理，烟气从内套筒侧面入口（34）进入换热器，从外套筒（23）侧面出口37流出换热器，内套筒（28）上部使用密封法兰（38）密封，并设置电加热接线（35），内套筒和外套筒之间使用法兰（36）连接。6.一种污染土壤原位热修复系统，其特征在于，包括燃气内燃机（10），燃气内燃机（10）驱动发...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文杰，杜玉吉，张晓灵，靳庆麦，
申请(专利权)人：中节能城市节能研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32