【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污染土壤、地下水修复领域，具体为原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法及其应用。
技术介绍
1、对于受有机污染的土壤，特别是受多环芳烃、农药、石油烃等传统修复工艺难处理的污染土壤，在原位处理技术中原位热脱附技术因其处理效果好，场地适应性强等优势被广泛应用。目前，市场上主流的原位热脱附技术有原位电阻加热、原位热传导--电加热、原位热传导--燃气加热、原位蒸汽加热等。
2、其中，原位电阻加热和原位蒸汽加热受制于土壤含水率、电导率、土壤均质性以及土壤透气性等因素，适用的场地类型较少，应用占比不高。原位热传导式加热为现阶段原位加热的主流技术。
3、原位热传导式加热即通过在土壤中建设加热井，通过在加热井内布置电加热棒或是通入燃烧后的烟气对加热井的套管进行加热，受热后的套管通过热辐射向周边土壤源源不断的输送热量，从而起到加热周边土壤的目的。按照能源供应形势的不同可以分为原位热传导—电加热、原位热传导—燃气加热两种方式。原位传导式加热方式受土壤的理化性质影响较小，其适应性更广。但因其烟气加热通路在加热井内的布置方式的影响，原位热传导加热中也存在一些问题：
4、原位热传导—燃气加热工艺中用到的加热井由内、外两层套管构成，燃烧后的烟气从内套管中输入，从内、外套管中夹层中被引风机引出，通过烟气对内外套管的加热从而实现对周边土壤的加热。现行工艺中内、外套管均采用垂直平行设置，造成烟气在套管内的流动路径只受加热井的井深或是内套管的长度限定，如需提高加热功率，只能通过增加热气量和燃气温度，造成燃烧后的
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于基于以上问题，提供原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，可以灵活有针对性的实现不同深度土层的差异化加热需求，实现精确加热，节省能源。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
2、一种原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，包括以下步骤：
3、步骤一：确定待加热区域的地块特征：所述地块特征包括地块污染特征、土层土质特征以及水文地质特征；
4、步骤二：根据地块特征，将待加热地块延垂向进行概化分层；
5、步骤三：根据各层地块特征，确定各层土壤的加热目标温度；
6、步骤四：根据总体工期要求，并综合考虑各层地块特征，确定加热周期，所述加热周期包含升温时间、恒温时间和降温时间；
7、步骤五：根据各层土壤的地层土质特征，确定单套加热装置在升温段内的加热影响范围；
8、步骤六：根据步骤二至步骤五确定的结果，计算单个加热装置在各层土壤单位深度内的功率输入；
9、步骤七：在污染土壤中的待加热区域设置纵向的原位加热装置，所述原位加热装置包括加热井、设置在加热井上方的燃烧器和燃烧器喷头、以及设置在加热井内的螺旋烟气内管，所述螺旋烟气内管由纵向排列的多个螺旋组成，所述螺旋烟气内管的上下两个端口分别连接有燃烧烟气内导管和燃烧烟气外排管，所述燃烧烟气内导管与所述燃烧器喷头连接；根据步骤六中确定的单个加热装置在各层土壤单位深度内的功率输入确定各层土壤深度内螺旋烟气内管的螺旋的圈数；
10、步骤八：采用步骤七的加热装置，根据步骤六确定的功率及步骤四确定的加热周期进行加热。
11、步骤一中，所述地块污染特征包括污染物种类、污染物饱和蒸气压、污染物沸点、污染物空间分布范围和污染物浓度；所述地层土质特征包括土壤类别、土壤含水量、土壤颗粒密度、土壤孔隙度、土壤颗粒的热容、土壤初始温度、土壤透气性、土壤热导率和土壤导温系数；所述水文地质特征包括地下水埋深、含水层厚度、水力梯度、土壤渗透系数和地下水流速。
12、进一步的优化，步骤六中，当设定土壤加热的最终温度tc大于100℃时，采用公式(1)计算各层土壤单位深度内的功率输入：
13、
14、式中：β表示单个加热装置单位深度的平均功率输入，w·m-1；tb表示土壤中的水完全汽化所需要的时间，day；tc2表示土壤从100℃加热到目标温度所需要的时间，day；a表示单个加热装置热辐射的影响范围,m2；ρs表示土壤颗粒密度，g·m-3；cs表示土壤颗粒的热容，w·day·g-1·℃-1；θ表示土壤孔隙度；ρw表示水的密度，g·m-3；cw表示水的热容，w·day·g-1·℃-1；δ表示土壤中水的饱和度；tb表示水的沸点，℃；ta表示土壤加热前的温度，℃；tc表示土壤中最终的温度，℃；hw代表的是水的汽化热，单位是w·day·g–1。
15、步骤六中，当设定土壤加热的最终温度tc小于或等于100℃时，采用公式(2)计算各层土壤单位深度内的功率输入：
16、
17、式中：σ是0～1的数值，代表的在加热温度低于100℃条件下，水蒸发的占比，tc1表示土壤加热到目标温度所需要的时间，day。
18、进一步的，步骤七中螺旋的数量的确定方法如公式(3)和公式(4)所示：
19、
20、n＝vi/v0 (4)
21、式中：hi为第i层的深度，m；βi为第i层土壤单位深度内的功率输入，w·m-1；ρy为燃烧后烟气的密度，g/m3；
22、t1为燃烧器出口温度，℃；
23、t2为烟气经过第i层土壤后的温度；℃；
24、t0为燃气与空气混合燃烧前的初始温度，℃；
25、为烟气温度由t0变化到t1过程中的平均比热，j/g·℃；
26、为烟气温度由t0变化到t2过程中的平均比热，j/g·℃；
27、vi为单位时间hi深度土壤加热需要的烟气体积，m3；
28、v0为单个螺旋内管的体积，m3；
29、n为第i层土壤加热装置螺旋烟气内管的螺旋数量。
30、进一步的优化方案，步骤六中，所述原位加热装置中还包括燃气供应装置、烟气集中排放装置及温控系统，所述燃气供应装置通过燃气供应管线连接所述燃烧器；所述烟气集中排放装置通过所述烟气排放管线连接所述烟气外排管；所述温控系统连接设置在不同深度的污染土壤中的温度传感器，温控系统接收温度传感器的信号，并发送信号给燃气供应装置，控制燃气的输出。
31、本专利技术所述的加热方法应用于有机污染土壤污染物抽提的辅助加热。
32、进一步的，所述污染土壤中垂向不同水平层所需热量不同。
33、本专利技术的优点和有益效果是：
34、本专利技术能够基于污染土壤修复中因污染物种类、空间分布及土质、水文地质条件的不同采取有针对性的差异加热方案，实现不同深度加热温度差异化，有利于实施精准定深加热，在确保加热效果的前提下可有效节省能源，减少碳排放。
35、本专利技术通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，其特征在于：步骤一中，所述地块污染特征包括污染物种类、污染物饱和蒸气压、污染物沸点、污染物空间分布范围和污染物浓度；所述地层土质特征包括土壤类别、土壤含水量、土壤颗粒密度、土壤孔隙度、土壤颗粒的热容、土壤初始温度、土壤透气性、土壤热导率和土壤导温系数；所述水文地质特征包括地下水埋深、含水层厚度、水力梯度、土壤渗透系数和地下水流速。
3.根据权利要求1所述的原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，其特征在于：步骤六中，当设定土壤加热的最终温度Tc大于100℃时，采用公式(1)计算各层土壤单位深度内的功率输入：
4.根据权利要求1所述的原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，，其特征在于：步骤六中，当设定土壤加热的最终温度Tc小于或等于100℃时，采用公式(2)计算各层土壤单位深度内的功率输入：
5.根据权利要求1所述的原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，其特征在于：步骤七中
6.根据权利要求1所述的原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，其特征在于：步骤六中，所述原位加热装置中还包括燃气供应装置、烟气集中排放装置及温控系统，所述燃气供应装置通过燃气供应管线连接所述燃烧器；所述烟气集中排放装置通过所述烟气排放管线连接所述烟气外排管；所述温控系统连接设置在不同深度的污染土壤中的温度传感器，温控系统接收温度传感器的信号，并发送信号给燃气供应装置，控制燃气的输出。
7.权利要求1所述的加热方法的应用，其特征在于：应用于有机污染土壤污染物抽提的辅助加热。
8.权利要求7所述的加热方法的应用，其特征在于：所述污染土壤中垂向不同水平层所需热量不同。
...【技术特征摘要】
1.一种原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，其特征在于：步骤一中，所述地块污染特征包括污染物种类、污染物饱和蒸气压、污染物沸点、污染物空间分布范围和污染物浓度；所述地层土质特征包括土壤类别、土壤含水量、土壤颗粒密度、土壤孔隙度、土壤颗粒的热容、土壤初始温度、土壤透气性、土壤热导率和土壤导温系数；所述水文地质特征包括地下水埋深、含水层厚度、水力梯度、土壤渗透系数和地下水流速。
3.根据权利要求1所述的原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，其特征在于：步骤六中，当设定土壤加热的最终温度tc大于100℃时，采用公式(1)计算各层土壤单位深度内的功率输入：
4.根据权利要求1所述的原位热传导式污染土壤分层差异化燃气加热方法，，其特征在于：步骤六中，当设定土壤加热的最终温度tc小于或...
【专利技术属性】
技术研发人员：卜凡阳，谷庆宝，马福俊，沈佳伦，刘文秀，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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