专题有机污染土壤异位直接热脱附装置节能降

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·择要·

以异位直接热脱附手艺的道理、合用范围、工艺过程、优瑕玷等为基本，设立了输入、输出能量均衡干系式并举办了热均衡推算；针对该工艺能耗太高的题目，剖析了系统各部份能耗，提议了节能降耗蓄意。颠末烟气热回用安装，将二燃室后高温烟气余热能量经轮回管道运输给泥土预干枯安装，将有机混浊泥土含水率消沉，进而削减系统总能耗。成效声明：颠末热力推算，泥土水份预干枯量越大，系统节能成就越好；烟气余热满盈用于泥土预干枯削减17%左右泥土水份的请求。颠末泥土预干枯安装将泥土水份从20%消沉到15%，能够使直接热脱附安装消沉能耗20%以上。

·关键词·

泥土修理；异位热脱附手艺；余热回用；热均衡推算

跟着“退城进园”和“退二进三”战术的逐渐落实，大量混浊企业自愿革新或搬家。高混浊工场旧址泥土中遗留的有机混浊物资，会形成处境混浊，伤害人体衰弱，束缚都市进展。在现有各类混浊泥土修理手艺中，热脱附手艺由于其具备修理完全、赶快高效、不引入新的混浊物等上风而进展较速即。该手艺早在30年前就着手在发财国度运用，但比年来才刚才引入国内。凭借对美国超等基金个项目举办的统计，在发财国度，混浊泥土异位修理手艺占比为48%。混浊泥土热脱附在异位修理手艺中占比82%。从年异位热脱附手艺引入到国内以来，关联专利逐年飞腾，并已在“十二五”“”蓄意关联课题中获得运用。异位热脱附手艺在我国的运用已初具范围。泥土异位热脱附手艺进展于今，要紧的研发方位是修理更多的混浊物典型，以及持续改良尾气解决安装，削减无益气体排放。海外由于动力较为低廉，以是在节能降耗方面的钻研很少，关于一切系统能耗的热均衡和高温烟气余热哄骗的安装钻研也不敷，致使能耗较高。而我国自然气价钱比拟海外较高，亟需钻研和提议直接热脱附装配节能降耗蓄意。针对该题目，本钻研颠末对热脱附系统热均衡举办推算，梳理了每部份配置的能耗状况，找出了能耗较大且具满盈热回收哄骗潜力的地域，有针对性地提议了热脱附系统节能降耗蓄意，为直接热脱附节能降耗安装的选型供给参考。

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热脱附手艺能耗剖析

1.1工艺简介直接热脱附是火焰与混浊泥土直接来往，且合用于挥发性、半挥发性有机混浊物的解决方法。直接热脱附解决量大、传热效率高、能耗低，适当于大范围混浊场所修理。该手艺安装建形成本和运转维持成本低，混浊泥土解决能耐可达5~t·h-1，正常请求水份低于25%。直接热脱附反转窑热脱附进程中形成的尾气温度高、流量大，解决请求相对较高。直接热脱附反转窑中焚烧形成的高温烟气颠末热辐射、热传导和对流换热等方法向混浊泥土转达热量，将泥土加热到确定温度，使此中的有机混浊物分化离别，析出的混浊物气体送入后续废水及尾气解决单位举办后解决。热脱附进程正常分为2个阶段：泥土混浊物分化阶段和废气解决阶段。图1为典范直接热脱附安装的工艺过程。混浊泥土颠末破裂、筛分、调动含水率(拌石灰)、磁选等预解决进程，由传递带运输至反转窑加热单位举办热解决，此中的有机混浊物经加热后从泥土中挥发和离别。高温纯洁泥土从反转窑出口排出，含有机混浊物的烟气加入旋风除尘器。旋风除尘器的效用是去除烟气中带领的粉尘，以保证管道配置寻常运转。除尘后的烟气加入二燃室，在近0℃高温下，逗留2s以上。此进程可将烟气中的绝大大都有机混浊物燃尽。急冷室将焚烧后的高温尾气温度速即消沉至℃，以避让二燃室后高温尾气在慢慢冷却后重回生成二恶英等有毒物资。急冷室排出的尾气经除尘安装和洗气安装净化达标后最后排入大气。

▲图1典范直接热脱附工艺过程

1.2能耗近况及节能提议现有工艺中动力糜费严峻，故须针对系统各安装能耗举办剖析。混浊泥土所含水份被加热至℃以上所摄取的能量是不需求的，可颠末泥土预干枯削减泥土含水量来削减这部份能耗。泥土热脱附终了后，高温纯洁泥土带走的热量理论上能够举办回收哄骗，但实践回收难度大。纯洁泥土运输坚苦大，温度不敷高，于是不利于异地回收；而当场采纳热替换器哄骗余热又不具备经济性。系统散热耗费是不行避让的动力糜费。近0℃的高温烟气在急冷塔中，降温到℃左右的冷却进程中耗损大量热量，这部份热量能够颠末烟气热回用安装再举办哄骗。排烟带走的能量能够颠末烟气热回用安装哄骗余热，但因排烟温度很低，不具备回收价钱。哄骗热均衡公式对各部份系统中可回收哄骗能量举办定量推算，再对照各部份能量回收的难易程度和成本，着末归纳斟酌以上要素，可安排出热脱附安装节能降耗蓄意。本钻研提议了在原有热脱附装配中加装烟气热回用模块和泥土预干枯模块，颠末轮回管道将二燃室烟气余热高效运输给泥土预干枯机做为干枯的热源，消沉徊转窑出口泥土的含水量，进而消沉徊转窑加热进程中泥土水份升温吸热，到达节能降耗的宗旨。

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剖析办法

颠末设立各个单位的输入、输出能量均衡干系式，推算系统中每个单位每个部份的能量，调整系统能耗，剖析系统各模块能耗占比。图2是热脱附系统热均衡图，推算时以20℃为基准温度。在加热单位中，设定出口泥土含水率、泥土温度、出口泥土温度。能量输入端是反转窑耗损自然气热值，能量输出端是烟气焓值、水蒸气焓值、出口高温泥土带走的热量。热均衡方程如式(1)所示。Q1=Q2+Q3+Q4+Q5(1)式中：Q1为自然气焚烧热，MJ·t-1；Q2为水份吸热，MJ·t-1；Q3为烟气热焓，MJ·t-1；Q4为反转窑散热，MJ·t-1；Q5为纯洁泥土热量，MJ·t-1。旋风除尘单位热均衡方程如式(2)所示。Q2+Q3=Q6+Q7(2)式中：Q6为旋风除尘散热损失，MJ·t-1；Q7为斟酌旋风除尘器热损失后烟气和水蒸气的残余热量，MJ·t-1。在二燃室中，高温烟气、过热蒸汽混杂物加入焚烧室，经自然气为燃料的焚烧器加热，由急冷塔将烟气温度速即冷却。热均衡方程如式(3)所示。Q7+Q8=Q9+Q10(3)式中：Q8为二燃室自然气焚烧热，MJ·t-1；Q9为二燃室热耗费，MJ·t-1；Q10为二燃室后烟气和水蒸气总热量，MJ·t-1。冷却室热均衡方程如式(4)所示。Q10=Q11+Q12(4)

式中：Q11为急冷耗费，MJ·t-1；Q12为排烟耗费，MJ·t-1。

▲图2直接热脱附热均衡图

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节能降耗工艺剖析与蓄意确实定

3.1现有工艺能耗剖析本钻研以湘潭某典范泥土直接热脱附工程为例，对热脱附系统举办热均衡推算。采用具备代表性的工况做为推算前提，此中泥土初始含水量为20%，过多空气系数为1.2，系统漏风率为10%，二燃室温度为0℃。加热单位、旋风除尘单位、二燃室均斟酌散热损失。由于泥土中不同混浊物析出所需温度不同，故离别推算了明净泥土温度为℃和℃的2种工况。凭借式(1)和式(2)，关于现有工艺举办了热均衡推算，求出系统各部份能耗及所占比例，绘制直接热脱附能量占比推算图(如图3和图4所示)。在纯洁泥土加热至℃工况下，总能耗为MJ·t-1。关于一切系统而言，动力输入端加热单位占比49%，二燃室占比51%，℃纯洁泥土系统能耗占比9.0%，急冷室系统能耗占比54.5%，除尘排烟系统能耗占比24.2%。在纯洁泥土加热至℃工况下，总能耗为MJ·t-1。加热单位占总能量输入37%，二燃室占总能量输入63%，℃纯洁泥土系统能耗占比6.5%，急冷室系统能耗占比55.1%，除尘排烟系统能耗占比26.1%。

▲图3直接热脱附能量占比(明净泥土温度℃,能耗MJ·t-1)

▲图4直接热脱附能量占比(明净泥土温度℃,能耗MJ·t-1)

3.2改良蓄意及能耗剖析颠末剖析热均衡推算成效可发觉，直接热脱附安装节能能耗空间较大。此中急冷室耗损一切系统55.1%的能量，是最要紧的耗能单位，可将0℃高温烟气冷却到℃，先后温度差可到达℃。将这部份热量哄骗起来，可极大地改良直接热脱附系统动力哄骗率，进而减小系统总能耗。在原有热脱附装配中加装烟气热回用模块和泥土预干枯模块，在二燃室末尾加装热替换器，颠末轮回传热介质将烟气余热传递给泥土预干枯单位。颠末换热器将二燃室的末尾烟气温度从0℃消沉到℃左右，传热介质颠末轮回管道将热量运输给泥土预干枯机做为干枯的热源。将加入加热单位前的泥土加热至℃以上，使泥土中的水份挥发。由于水的比热容很大，故加入反转窑加热单位的泥土含水率下落就象征着泥土温度飞腾所需的热量大幅消沉。干枯终了后的低温开水再回到水气换热器冷端水出口，颠末轮回管路完结了热量由二燃室到预干枯机的高效转变，保证了二燃室余热的高效哄骗。为避让开水过热，在其运输管路上安设调温换热器对开水温度举办调控，冷却水来自急冷塔的急冷水箱。轮回管道中的开水固然是轮回应用，但应用进程中由于管道密封不到位等题目会形成轮回水耗费，于是，需求在管路上加装增长水箱，以保证轮回管道的寻常运转。盘式接连干枯机和反转窑干枯机均能够用于泥土预干枯，离别合用于不同工况。在应用盘式接连干枯机且换热介质为水的前提下，安排了如图5所示的具满盈热哄骗模块的直接热脱附系统。图6为加装节能安装后热脱附能量均衡图。推算前提为初始泥土含水量为20%，过多空气系数为1.2，二燃室温度为0℃，明净泥土温度为℃。推算成效声明，加装节能降耗安装后，系统能耗可从MJ·t-1消沉到MJ·t-1，节能效率到达了20%。

▲图5列入节能降耗模块后的直接热脱附系统过程图

▲图6加装节能安装后热脱附能量占比图(明净泥土温度℃,能耗MJ·t-1)

3.3节能降耗成效与剖析颠末热均衡推算，得出了不同含水率的泥土在不同出土温度下的能耗成效。不同含水率能耗对预干枯节能成就的影响见图7。能够看出，跟着泥土湿度从5%飞腾到25%，系统能耗飞腾了2.5倍左右，表明泥土含水率对热脱附加热单位能耗影响很大。如图8所示，泥土预干枯安装将泥土水份从20%消沉到15%时，消沉了20%总能耗。泥土预干枯安装将泥土水份从20%降到10%时，可消沉热脱附安装总能耗35%~42%，节能成就特别显著。二燃室后水气换热器余热占比与预干枯所需能量的干系见图9。能够看出，泥土预干枯热效率为50%时，二燃室后烟气余热满盈用于削减10%左右的泥土水份。由于采纳了开水轮回干枯方法，泥土干枯热效率可升高至85%~90%(惟有散热损失)，烟气余热满盈用于削减17%左右的泥土水份。当泥土解决速度为30t·h-1时，烟气余热宏大于泥土举办预干枯去除5%泥土水份所需的热量。在热源热量满盈的状况下，需求斟酌的题目就召集在筛选适当的干枯机组将热量高效、稳固地转达给泥土以及筛选适当的传热介质，平安、高效地终了烟气热回用安装和泥土预干枯安装间的轮回热传导。关于接连解决泥土速度到达30t·h-1的直接热脱附安装而言，斟酌到干枯机体积、成本、接连办事稳固性，筛选将湿度20%的混浊泥土去除5%水份的预干枯蓄意，可带来20%左右的节能成就。

▲图7不同含水率对泥土能耗的影响

▲图8预干枯节能成就

3.4泥土预干枯模块的选型

预干枯工序请求泥土解决量为30t·h-1，而且能使泥土含水量从20%消沉到15%。现在，国内干枯工艺老练、品种百般，此中盘式接连干枯工艺和反转窑干枯工艺由于其对泥土解决量大，水份脱除效率高，基本可餍足工况请求。3.4.1盘式接连干枯机预干枯模块盘式干枯机可完结对泥土的预干枯，且具备水蒸气挥发量大、配置集成度高、占大地积小、安装浅显、现场安设请求低、能耗低、烟尘少的长处。斟酌到干枯机的运输难度和运转稳固性题目，干枯配置的干枯面积不宜大于m2，配置分量不宜超出50t，不然会增长运输和现场安设难度。在餍足干枯面积和配置分量的前提下，盘式干枯机解决速度约为15t·h-1。于是，当泥土解决量较大时，起码需求2台干枯配置同时举办预干枯，配置投资较高。盘式干枯机对进料的请求较为刻薄。盘式干枯机严厉请求进料粒径把持在50mm下列。泥土粒径较大时轻易致使配置干枯能耐下落，土块在配置中聚积，最后淤塞配置。于是，采纳盘式干枯机对泥土破裂筛合做艺请求较高。简言之，做为泥土预干枯配置，盘式干枯机适当泥土解决速度为15t·h-1左右、泥土粒径小于50mm的工况。由于水-烟气换热器的换热系数大，采纳水做为换热介质可大幅度消沉换热器尺寸，便于完结安装的模块化和赶快挪移。3.4.2反转窑干枯机预干枯模块反转窑干枯机加热介质在反转窑中空的筒体内对筒内湿物料举办热传导。物料加入窑体，在扬料板和筒体自己转嫁的效用下，持续被翻动的同时向窑头震动行进。反转窑内扬料板将湿物料扬起，持续翻转，进而增大湿物料与热空气的换热面积，使水份更轻易挥发，干枯后的物料在窑尾排出。反转窑干枯机对物料的适应性较强，但反转窑没有紧凑的换热面，换热介质只可筛选传热效率低的空气，故传热效率较低，致使物料的干枯光阴相对较长。在干枯雷同物料量时，配置体积相对硕大，不利于配置的模块化运输与组装。

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论断

1）泥土预干枯工序可消沉混浊泥土所含水份被加热至℃以上所摄取的能量；烟气热回用安装可回收部份高温烟气，冷却进程耗损热量。2）哄骗烟气热回用安装将二燃室高温烟气余热能量颠末轮回传热管道运输给泥土预干枯安装，可到达余热哄骗的成就，升高动力哄骗率。颠末对照二燃室后水气换热器余热能量与预干枯所需能量间干系，推算出在预干枯工序去除泥土水份17%下列时，烟气余热量满盈用于干枯泥土。与现有热脱附工艺比拟，列入改良蓄意的热脱附工艺的能耗程度显著消沉，节能成就到达20%。3）在2种预干枯安装中，盘式干枯机传热效率高，但其布局繁杂，永劫间接连办事时有配置淤塞危急，请求泥土的粒径小于50mm，泥土解决量偏小。反转窑干枯机与盘式干枯机比拟，干枯本能稍差，但其对泥土没有太刻薄的请求，可做为盘式接连干枯蓄意的备选。参考文件：略该钻研获得了国度重心研发蓄意援助项目(YFC)的援助。消息根源：文章出自《处境工程学报》年第9期，若需转载，请说明来由。做家：许优1，顾海林1,*，詹明秀1，籍龙杰2,3,4，王进卿1，焦文涛4，池做和11，华夏计量大学计量测试工程学院2，北京建工处境修理股分有限公司3，混浊场所平安修理手艺国度工程实行室4，华夏科学院生态处境钻研中间,都市与地域国度重心实行室其余出色，请戳图片浏览：预览时标签不行点收录于合集#个

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