一种变电站电气设备火灾土壤污染物处理装置的制作方法

本发明涉及一种变电站电气设备火灾土壤污染物处理装置，属于电力和环境保护技术领域。

背景技术：

近年来，变电站火灾事故偶有发生。变电站(尤其是城区变电站)一般深处人口密度较高的区域。一旦变电站发生火灾，除了造成经济损失之外，火灾后的分解物和残留物会对变电站周边的水、空气、土壤造成不同程度的环境污染，破坏周边生态环境的同时，也严重影响人民健康安全。

变电站火灾后燃烧产生的烟气混合物中，主要包括油脂挥发物、油脂和电缆绝缘层燃烧产生的co、co2气体及不完全燃烧产生的多环芳烃、硝基环芳烃、含氧多环芳烃、黑炭等致癌物。除此之外，在灭火过程中所使用的灭火剂在高温作用下与燃烧的烟气混合，会形成具有包含气、液、固三相组成的复杂污染源。其中，尤其是液、固污染物，会渗透到土壤中，严重影响变电站周边土壤质量。目前对于变电站火灾，关注点大多集中于火灾预防及风险评价，针对变电站火灾后土壤残留污染物的治理问题，尚未有任何相关技术报道。

此外，与化工污染区土壤深层修复不同，变电站火灾后污染物多富集于土壤表层。因此传统大型土壤修复设备并不适用于变电站火灾后相对少量的土壤修复的情形。基于此，结合变电站火灾后土壤污染残留物的特点，亟需开发相应的小型污染物无害化处理装置。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明提供一变电站电气设备火灾土壤污染物处理装置，该处理装置结构巧妙、简单，体积小，适用于变电站火灾后的污染物处理。

本发明的技术方案如下：

一种变电站电气设备火灾土壤污染物处理装置，包括预处理机构、送料机构、热脱附机构、空气预热器、粉尘收集机构、气相污染物转化机构以及尾气检测机构；所述预处理机构位于所述送料机构前方；所述送料机构套设在所述热脱附机构内；所述空气预热器嵌设在所述热脱附机构上；所述送料机构出料口正对所述热脱附机构末端；所述热脱附机构末端、所述粉尘收集机构以及所述气相污染物转化机构依次通过管道连通；所述气相污染物转化机构出口端的管道末端连通有四通阀，所述四通阀一路与所述尾气检测机构通过管道连通，一路通过管道连通大气，最后一路通过管道与设置在所述粉尘收集机构与所述气相污染物转化机构之间的管道连通。

进一步的，所述热脱附机构为电加热炉；所述电加热炉内置双层刚玉套管；所述送料机构放置在所述双层刚玉套管的内套管内，所述双层刚玉套管的外套管上嵌设有加热电阻丝；所述双层刚玉套管的内套管与外套管之间的空间即为所述空气预热器；所述空气预热器中，空气的流动方向与所述送料机构中土壤的送料方向相反；所述双层刚玉套管的内套管末端的上端连通一烟气出口，所述烟气出口通过管道与所述粉尘收集机构连通；所述双层刚玉套管的内套管末端的下端连通一土样出口，所述土样出口正对一出料输送带的前部，所述出料输送带的后方设有用于堆放洁净土壤的场地；所述电加热炉的额定功率为10～15kw，长度1～2m，内径0.3～0.5m，最高温度能够加热至1000℃；所述双层刚玉套管，其内套管和外套管的直径分别为0.1m和0.2m；所述空气预热器，其预热量为2～3m3/h。

进一步的，还包括两送风机构；一所述送风机构通过设置在所述双层刚玉套管的外套管末端的进气口与所述空气预热器管道连通，另一所述送风机构通过设置在所述双层刚玉套管的外套管前端的预热空气出口与所述空气预热器管道连通；与所述空气预热器连通的送风机构，其出口端通过一管道连通至所述送料机构的前端；所述送风机构的送风量为5～10m3/h。

进一步的，所述送料机构为螺旋给料器；所述螺旋给料器设置在所述双层刚玉套管的内套管内；所述螺旋给料器末端的出料口正对所述土样出口上方；所述螺旋给料器前端的进料口正对所述预处理机构后方；有电机设置在所述螺旋给料器前端外侧；所述螺旋给料器的转轴与水平面之间设置有倾角，且所述螺旋给料器的进料端高于出料端；所述螺旋给料器的转轴与水平面之间的角度为2°。

本发明具有如下有益效果：

1、该处理装置结构巧妙、简单，体积小，适用于变电站火灾后的污染物处理。

2、该处理装置能够有效实现土壤残留污染物的气固分离，将变电站火灾后残留在土壤中的有机物和重金属等污染物从固相中释放，实现变电站火灾后污染土壤的无毒化。

3、释放到气相中的污染物质会被同时具有吸附和催化功能的碳基材料吸附，并最终转化为无毒态。

图中附图标记表示为：

1、预处理机构；2、送料机构；21、进料口；22、螺旋给料器；23、电机；3、热脱附机构；31、双层刚玉套管；32、进气口；33、预热空气出口；34、烟气出口；35、土样出口；4、空气预热器；5、送风机构；6、粉尘收集机构；7、气相污染物转化机构；71、四通阀；72、吸附床层；73、加热机构；8、尾气检测机构；91、场地；92、出料输送带。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

参见图1-3，一种变电站电气设备火灾土壤污染物处理装置，包括预处理机构1、送料机构2、热脱附机构3、空气预热器4、粉尘收集机构6、气相污染物转化机构7以及尾气检测机构8；所述预处理机构1位于所述送料机构2前方；所述送料机构2套设在所述热脱附机构3内；所述空气预热器4嵌设在所述热脱附机构3上；所述送料机构2出料口正对所述热脱附机构3末端；所述热脱附机构3末端、所述粉尘收集机构6以及所述气相污染物转化机构7依次通过管道连通；所述气相污染物转化机构7出口端的管道末端连通有四通阀71，所述四通阀71一路与所述尾气检测机构8通过管道连通，一路通过管道连通大气，最后一路通过管道与设置在所述粉尘收集机构6与所述气相污染物转化机构7之间的管道连通。

根据上述描述，变电站火灾后表层土壤污染残留物，在预处理机构1中被破碎后，通过送料机构2进入热脱附机构3，在热脱附机构3的高温脱附作用下，土壤污染残留物受热从固相土壤释放到气相中，然后进入粉尘收集机构6，气相中的颗粒物在粉尘收集机构6的作用下被捕获，除尘后的气体进入气相污染物转化机构7，实现气态有机污染物的催化分解和重金属污染物的吸附脱除，从气相污染物转化机构7中出来的尾气进入尾气检测机构8，当尾气中气态有机污染物和重金属均达标后就可以直接排入大气，否则需重新返回气相污染物转化机构7进行处理。

进一步的，所述热脱附机构3为电加热炉；所述电加热炉内置双层刚玉套管31；所述送料机构2放置在所述双层刚玉套管31的内套管内，所述双层刚玉套管31的外套管上嵌设有加热电阻丝；所述双层刚玉套管31的内套管与外套管之间的空间即为所述空气预热器4；所述空气预热器4中，空气的流动方向与所述送料机构2中土壤的送料方向相反，形成逆向换热；所述双层刚玉套管31的内套管末端的上端连通一烟气出口34，所述烟气出口34通过管道与所述粉尘收集机构6连通；所述双层刚玉套管31的内套管末端的下端连通一土样出口35，所述土样出口35正对一出料输送带92的前部，所述出料输送带92的后方设有用于堆放洁净土壤的场地91；所述电加热炉的额定功率为10～15kw，长度1～2m，内径0.3～0.5m，最高温度能够加热至1000℃；所述双层刚玉套管31，其内套管和外套管的直径分别为0.1m和0.2m；所述空气预热器4，其预热量为2～3m3/h。

进一步的，还包括两送风机构5；一所述送风机构5通过设置在所述双层刚玉套管31的外套管末端的进气口32与所述空气预热器4管道连通，另一所述送风机构5通过设置在所述双层刚玉套管31的外套管前端的预热空气出口33与所述空气预热器4管道连通；与所述空气预热器4连通的送风机构5，其出口端通过一管道连通至所述送料机构2的前端；所述送风机构5的送风量为5～10m3/h。送风机构5为功率为0.5kw的鼓风机，一送风机构5通过耐热钢管将2～3m3/h空气送入双层刚玉套管31之间的空气预热器4中，剩余的空气由另一送风机构5补充后和空气预热器4出口处的热空气混合后被送入送料机构2。

进一步的，所述预处理机构1为土壤破碎机；所述土壤破碎机的处理能力为3m3/h，处理后的土壤颗粒小于20mm；破碎后的土壤颗粒由土壤破碎机末端进入送料机构2。

进一步的，所述送料机构2为螺旋给料器22；所述螺旋给料器22设置在所述双层刚玉套管31的内套管内；所述螺旋给料器22末端的出料口正对所述土样出口35上方；所述螺旋给料器22前端的进料口21正对所述预处理机构1后方；有电机23设置在所述螺旋给料器22前端外侧；所述螺旋给料器22的转轴与水平面之间设置有倾角，且所述螺旋给料器22的进料端高于出料端；所述螺旋给料器22的转轴与水平面之间的角度为2°。螺旋给料器22的转速为1m/min，螺旋给料器22直接伸入并延伸到双层刚玉套管31的尾部，使污染土壤在热脱附机构3中的停留时间保持在10min以上。

进一步的，所述粉尘收集机构6为布袋除尘器；所述布袋除尘器由耐高温陶瓷纤维制成，能够耐500℃以上的高温，同时能够捕获粒径大于10μm的粉尘。从热脱附机构3出来的烟气经过粉尘收集机构6后，粒径大于10μm的粉尘被捕获，尾气进入气相污染物转化机构7。特别的，从粉尘收集机构6出来的尾气温度可以达到300～400℃，能够满足高效吸附材料的活性温度要求。

进一步的，所述气相污染物转化机构7内设置有导流板和两层的吸附床层72；所述导流板为规格为0.3m×0.3m×0.1m的格栅结构，可以有效重整进入吸附床层72中的气流，使之更均匀；所述吸附床层72内使用高效吸附材料，具备吸附—催化氧化功能；所述吸附床层72的规格为0.3m×0.3m×0.3m；所述气相污染物转化机构7外周还套设有加热机构73。

进一步的，所述尾气检测机构8包括气相—质谱连用仪和洗气装置；来自所述气相污染物转化机构7的尾气，一路被引至气相—质谱连用仪，用于实时检测尾气中残留的有机污染物；另一路被引至洗气装置，所述洗气装置为含10wt％的hno3溶液，用于收集尾气中的重金属(如hg、as、pb、cr等)，后送至原子荧光吸收光谱仪，利用原子吸收法检测重金属浓度是否达标。

一种变电站电气设备火灾土壤污染物处理装置的处理方法，具体步骤如下：

步骤一：取样破碎；

取变电站火灾后，受污染场地的表层土壤，采用预处理机构1将污染土壤破碎成土壤颗粒。

取火灾后污染场地表层厚度0.3m以上的土壤，采用破碎装置将变电站火灾后的污染土壤破碎至20mm以下。

步骤二：进料输送；

预处理机构1将破碎后的土壤颗粒输送至送料机构2，送料机构2再将破碎后的土壤颗粒输送至热脱附机构3内。螺旋给料器22的转速为1m/min，螺旋给料器22直接伸入并延伸到双层刚玉套管31的尾部，使污染土壤在热脱附机构3中的停留时间保持在10min以上。

步骤三：污染物的热脱附；

热脱附机构3通电加热，使热脱附机构3内温度升高至500～800℃，土壤颗粒中所残留的污染物在高温条件下受热从土壤中脱附，污染物由固态变为气态，形成烟气，然后烟气通过管道输送至粉尘收集机构6，脱附后的洁净土壤则自然排出热脱附机构3。

步骤四：烟气除尘；

粉尘收集机构6吸附烟气中的细小颗粒，然后将吸附后的气态污染物通过管道输送至气相污染物转化机构7。

步骤五：气态污染物转化；

气相污染物转化机构7对气态污染物进行催化转化，实现气态污染物的催化分解，形成尾气。

步骤六：尾气检测与处理；

气相污染物转化机构7出口端管道末端的四通阀71工作，先将尾气输送至尾气检测机构8进行检测；若尾气合格，则四通阀71工作，将尾气通过管道直接排入大气中；若尾气不合格，则四通阀71工作，将尾气通过管道重新引入气相污染物转化机构7，再次进行转化。

若尾气中的污染物浓度未能达到工业源大气污染物排放标准，则可通过四通阀71将尾气通过旁路装置循环至气相污染物转化机构7入口处，重复步骤五的操作，直至尾气中污染物浓度达标。若尾气中的污染物浓度达到工业源大气污染物排放标准，则可通过四通阀71将尾气直接排入大气。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。