CN101737785A - 热等离子体焚烧舰船垃圾装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热等离子体焚烧舰船垃圾装置，包括进料系统、焚烧炉、等离子系统、二燃室、鼓风机、换热器、脱硫除尘塔、引风机、第一水泵、急冷器、第二水泵、出渣器和自动控制系统。本发明采用转移弧和非转移弧两用的直流等离子体发生器作为焚烧热源，不仅可充分利用船载动力电源(或蓄电池组)，而且在焚烧开始阶段使用非转移弧，熔池溶化后采用转移弧的工作方式，与单一的非转移弧运行方式相比，热传输性更好、焚烧的效率更高、更节能；本发明二燃室同样采用等离子加热，避免了二次燃烧处理过程中产生新的污染；本发明采用的等离子发生器产生的高温，使熔池温度超过1500℃，足以使无机、炉渣及重金属熔合在一起，固化在呈中性的玻璃体中，不易析出，使垃圾的处理一步到位，热灼减率＜3％。

Description

热等离子体焚烧舰船垃圾装置

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种热等离子体焚烧舰船垃圾装置。

背景技术

随着热等离子体技术在国防工业中的应用和军转民的逐步深化，在冶金、铸造、加工、表面处理和制造业中不断得到开发和利用。与此同时，用等离子体加热方法，焚烧危险废弃物的技术也逐渐得到人们的认同，并扩大到更广泛的领域。

商用远洋货、客轮，海上作业船、科考船和军用航空母舰、潜艇、巡洋舰、驱除舰等，在海上长期航行和执行任务的舰船，在航行过程中必然产生许多生活垃圾和其它废弃物(其中有一部份是危险废弃物)。如何处理这些废弃物，使其不对近海、港口及公海造成环境污染，是各国海事机构遵循《国际海洋法》，对世界环境所负的重要责任。人们已经认识到：舰船抛弃的垃圾是海洋主要的污染源之一，它损害了海洋和沿海地区生态、经济、文化和旅游价值，对人类赖以生存的地球和海洋资源造成极大破坏。

舰船产生的垃圾包括：日常生活所产生的餐厨垃圾，一次性包装物，废旧塑料制品、泡沫聚苯乙烯制品，矿物油脂及被油污染的物体，木材、皮革、橡胶、尼龙、纺织物，废旧金属、玻璃、陶瓷、电子器件、电池等。以上垃圾大致可分为三类，并可采用不同的处理方法：

1、餐厨及食品垃圾，可粉碎后(达到标准粒径)在近海直接抛弃；

2、废旧纸张、玻璃、陶瓷、木制品、纺织品，粉碎后也可进入深海抛弃；

3、废旧塑料制品、泡沫聚苯乙烯制品，矿物油脂及被油污染的物体，皮革、橡胶、尼龙，电子器件、废旧电池及含重金属物质，难降解物质等，绝对禁止在海上抛弃，必须在口岸交付给港务有关部门统一收集处理，并收取相应的费用。除此之外，加入《国际海洋法》的国家和地区，必须接受缔约国政府及环保部门，登船对船只在航海期间，是否严格执行了《国际海洋法》及相关法规进行检查，如发现违规、违法现象，将处以罚款和追究法律责任。

医疗垃圾属于危险废弃物，在舰船中也同样产生和存在。对这类垃圾的处理显得尤其重要和迫切，处理不当就会造成更大的污染(随着时间的延长细菌和病毒会加速繁殖和蔓延，有些病菌是通过空气和呼吸道传播的)，更应及时果断的处理。

以往垃圾焚烧炉主要采用传统的气、油为燃料的焚烧方式，其工况表明：由于受炉内温度的限制(700～800℃)，加之整体工艺流程控制不严，不能保证垃圾的完全燃烧和彻底脱毒；燃烧后的垃圾仍有三分之一以上的可燃物，残余量较大，仍需二次处理；焚烧中产生致癌物质二噁英(一部分混入焚烧不彻底的残渣中，一部分随烟气直接排放到大气中)，对人民的身体健康造成潜在的威胁，这都是传统焚烧炉无法克服的缺陷。尽管如此，世界各国环保专家仍然普遍认为，焚烧处理垃圾尤其是危险垃圾，仍然是首选方法之一，并寄托于新的无害化、减量化、资源化的工艺和方法，以改变目前的窘迫局面。

通过检索，发现如下可能对本专利申请产生影响的对比文献：

1、锅炉技术2006年第37卷第1期，《采用热等离子体系统处理医疗垃圾》一文，介绍了采用等离子技术处理医疗垃圾的方法。该方法由深圳清华大学研究院借鉴中国台湾原子能研究所(INER)设计的用于处理低辐射性废物等离子体垃圾处理装置的设计经验，采用直流非转移弧等离子发生器，处理医疗垃圾。文章中提及的经二次燃烧产生的烟气(1200℃)直接经换热器进行降温至600℃，这种流程对换热器的要求特别高，降温效率低，工程上不易实现；另外，降温时间过长很容易再次生成二噁英；喷淋塔中的烟气温度高达600℃，对喷淋塔的制造和防腐要求也很高，工程上不适用；除尘后的烟气采用活性碳吸附的处理方法，对活性碳的需求量大、投资大、不易更换，且占地面积大，不利于大型集中处理。

中国发明专利“等离子医疗垃圾焚烧方法”(ZL200710178933.X)同样使用等离子体焚烧医疗垃圾。专利说明书对上述《采用热等离子体系统处理医疗垃圾》中采用的设备的缺陷和不足进行了分析，并提出了解决的技术方案。

但上述提到的文章及专利均采用直流非转移弧等离子发生器，这种运行方式，仅靠等离子辐射，热传导慢，效率低，不利于剩余炉渣的熔化；二燃室仍采用油(气)燃烧器加热，燃烧过程中又有碳黑和二氧化硫产生，是垃圾处理过程中产生的新的污染；另外，二者的炉衬仍使用传统的耐火材料，需要长时间的烘炉，停炉后需长时间冷却，存在安全隐患，热损失大；由于耐火材料表面不光滑，不利于对炉膛的清洗和消毒；炉衬受使用寿命的限制，增加了维护和运行成本；设备运行机动性差，不适于处理舰船垃圾。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种焚烧效率提高、对热能可充分再利用的热等离子体焚烧舰船垃圾装置。

本发明的技术解决方案：

一种热等离子体焚烧舰船垃圾装置，包括进料系统、焚烧系统、鼓风机、换热器、脱硫除尘塔、引风机、第一水泵、急冷器、第二水泵、安全阀、出渣器和自动控制系统，其中：进料系统通过进料口与焚烧系统连接，焚烧系统由焚烧炉、等离子发生系统和二燃室组成，焚烧炉上部安装有第一等离子发生器，下部与出渣器连接，焚烧炉通过旁路烟道与二燃室连接；在二燃室的上部安装第二等离子发生器，鼓风机安装在二燃室外，二燃室通过主烟道与换热器连接，换热器与急冷器连接，第二水泵与急冷器连接以将海水泵入急冷器，急冷器与脱硫除尘塔连接以将急冷后的烟气输送到脱硫除尘塔中，第一水泵与脱硫除尘塔连接以将海水泵入脱硫除尘塔，脱硫除尘塔与引风机连接。

而且，所述焚烧炉的旁路烟道经安全阀直接与急冷器连接。

而且，所述焚烧炉包括焚烧炉炉体、带有底电极的熔池、冷却池、出渣口、旁路烟道和枪支架，带有底电极的熔池、冷却池、位于焚烧炉下部的出渣口，焚烧炉炉体左侧与进料系统的进料口连接，右上侧连通旁路烟道，通过焚烧炉炉体顶部的枪支架将第一等离子发生器固定。

而且，所述的等离子系统包括冷却水单元、电源单元、压缩空气单元和第一、第二等离子发生器，第一等离子发生器包括阳极、阴极、设在阳极前、后两端的第一、第二进气口及进水口和出水口；第二等离子发生器包括阳极、阴极、设在阳极前、后两端的第一、第二进气口及进水口和出水口，第二等离子发生器与第一等离子发生器共用冷却水单元、压缩空气单元和高频电源。

而且，所述的第一、第二等离子发生器的阳极和阴极为管状、同轴，用紫铜材料加工，外壳由不锈钢材料制成，表面喷涂防腐、耐高温材料。

而且，所述的带有底电极的熔池为圆盒形，由刚玉制成，耐温1700℃以上，上沿开有溢流口，底部预埋水冷底电极，并与第一整流电源负极连接。

而且，所述的二燃室包括二燃室炉体、主烟道、螺旋进气室和烟气入口，二燃室炉体顶部安装第二等离子发生器，下部为烟气入口，烟气入口通过旁路烟道与焚烧炉连通，二燃室通过螺旋进气室的进气口与外部的鼓风机连通，二燃室炉体右上侧连通主烟道，主烟道与换热器连通。

而且，所述的进料系统包括：投料口、储仓、电动推杆、下料筒、进料口、传输筒和三个电动闸板阀，投料口设置在甲板或船员盥洗室内，另一端与储仓上部连接，储仓下部与传输筒连接，传输筒与下料筒连接，电动推杆与传输筒连接，三个电动闸板阀安装在下料筒的上、中、下三个不同的位置上，电动闸板阀的开闭通过自动控制系统的程序控制器控制。

而且，所述的焚烧炉和二燃室为钢制立式圆柱形结构，分成上、下两部分通过法兰连接，外壁装有冷却水管路，并与船载的热交换器或船载海水淡化装置连接，外侧设置观测摄像头或窥镜，内部安装有压力、温度传感器和烟气成分检测仪，主烟道和旁路烟道为圆柱形钢制密封结构，烟道外壁装有冷却水管路，冷却水管路与船载的热交换器或船载海水淡化装置连接，烟道管壁上开设有检测孔。

而且，所述换热器为气-水型，换热器的水箱安装有带有翅片的烟气管路；所述急冷器包括前段的文丘里、冷却水管路、喷头、孔板、烟气出口和排水口，冷却水管路与第二水泵连接。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用转移弧和非转移弧两用的直流等离子体发生器作为焚烧热源，不仅可充分利用船载动力电源(或蓄电池组)，而且在焚烧开始阶段使用非转移弧，熔池溶化后采用转移弧的工作方式，与单一的非转移弧运行方式相比，热传输性更好、焚烧的效率更高、更节能。

(2)本发明的二燃室设置螺旋进气室，4个隔板特殊的形状和分布，使焚烧炉内燃烧产生的烟气在二燃室中螺旋气流作用下充分混合，延长烟气在二燃室内的停留时间，使未燃尽的可燃性气体充分燃烧，提高了燃烧效率；同时也采用等离子加热，有效避免了二次燃烧处理过程中产生新的污染。

(3)本发明采用的等离子发生器产生的高温，熔池温度超过1500℃，足以使无机、炉渣及重金属熔合在一起，固化在呈中性的玻璃体中，不易析出，使垃圾的处理一步到位，热灼减率＜3％；留存在垃圾中的二噁英被彻底焚烧，夹杂在烟气中的二噁英经二次燃烧也被焚毁，烟气在急速降温处理(低于200℃)的过程中，不会再次生成二噁英，消除了二噁英的污染。

(4)本发明充分利用海水资源，海水恒定的水温为烟气的急速降温提供了取之不尽的源泉，正因海水在降温过程中发挥了决定性作用，才避开二噁英类物质容易再次形成的温区，避免二噁英类再次产生；同时，充分有效地利用焚烧炉、二燃室等冷却用循环水和焚烧时产生的高温烟气的热量，经船载的热交换器或船载海水淡化装置，转换成供船上生活和航行用的热源，节能减排。

(5)本发明不用耐火材料，焚烧炉和二燃室等主体结构采用钢质材料制成，使装置整体结构紧凑，强度提高，便于立体布置和与舰船结构的连接，便于维护、检修、清洗和消毒，无须预热时间，即开即烧，可依据船载的垃圾量、用电负荷和不同时段随时起、停炉，机动灵活性强，适于舰船使用。

(6)本发明安全程度高，焚烧炉的旁路烟道经安全阀直接与急冷器相连，当焚烧炉内压力持续升高，安全阀自动打开，烟气经急冷器和脱硫除尘塔排放，当压力恢复正常后，安全阀自动关闭，保证系统和人员的安全；所采用的自动控制系统通过安装在各关键设备上的各种仪器，将设备的运行参数、状态实时进行监测，并将所测得数据和对运行数据的分析和辨别，传给需要闭环控制的PLC，确保焚烧装置的连续、安全、可靠运行。

(7)本发明设计自动化程度高，绿色环保。从垃圾放入投料口直至焚烧完毕，整个过程无需船员在现场操作，可避免船上人员再次接触垃圾。本发明的船上垃圾无需分类、筛选和预处理，只需放入标准的垃圾袋即可；袋装垃圾可在甲板、盥洗室通过投料口，经密闭的垃圾通道进入储仓，简化了船上，用于垃圾分类和长期存储的设施，改善了船载人员的生活环境。

(8)本发明采用转移弧和非转移弧两者均可使用的等离子体枪，充分的发挥了等离子加热的特点。熔池未熔化之前，采用非转移弧，在这种运行状态下，等离子枪喷出的气体具有高温、高焓，热辐射强，有利于炉温的快速上升；待熔池熔化后变成转移弧，以热传导为主，此时等离子体具有高速、强直的穿透性，电弧与炉渣直接接触，增加对流传导，高温等离子体几乎全部覆盖了熔池整个液面，有利于炉渣的快速熔化，提高了整体焚烧效率。二燃室采用等离子体加热，减少了排入到大气中的烟气总量，避免了处理过程中产生新的污染。本发明还充分结合舰船的特点，充分利用船载设备，发挥焚烧产生的热能；利用天然海水对焚烧后的烟气进行脱硫处理，既节约成本，又保护环境，符合垃圾处理的无害化、减量化、资源化原则。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明等离子系统示意图；

图3为本发明第一等离子发生器工作示意图；

图4为本发明第二等离子发生器工作示意图；

图5为本发明进料系统示意图；

图6为本发明焚烧系统示意图；

图7为本发明自动控制系统检测仪器配置示意图；

图8为本发明螺旋进气室主视图；

图9为本发明螺旋进气室俯视图；

图10为本发明急冷器主视图；

图11为本发明急冷器俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

一种热等离子体焚烧舰船垃圾装置，总体结构如图1所示，包括进料系统1、焚烧系统(包括焚烧炉2、等离子发生系统3和二燃室4)、鼓风机5、换热器6、脱硫除尘塔7、引风机8、第一水泵9、急冷器10、第二水泵11、出渣器13和自动控制系统。进料系统通过管道与焚烧系统连接，起暂时存放垃圾和向焚烧系统输送垃圾的作用。

下面分别予以描述：

1、进料系统的结构如图5所示，包括投料口1.1、储仓1.2、电动推杆1.3、下料筒1.4、进料口1.5、传输筒1.6和三个电动闸板阀1.7，投料口一端设置在甲板或船员盥洗室内，另一端与储仓上部连接，该储仓下部与传输筒连接，传输筒与下料筒连接，电动推杆与传输筒机械连接，定期将传输筒内的待处理垃圾推入下料筒中；三个电动闸板阀分别安装在下料筒的上、中、下三个不同的位置上，控制下料筒通过进料口向焚烧系统投放待处理的垃圾。

2、本发明的焚烧系统如图6所示，由焚烧炉、等离子发生系统和二燃室组成，焚烧炉上部安装有第一等离子发生器3.1，下部与出渣器连接，焚烧炉通过旁路烟道2.5与二燃室连接，将焚烧炉内燃烧产生的烟气传输到二燃室，第二等离子发生器3.2安装在二燃室的上部，鼓风机安装在二燃室外，将空气吹入二燃室，二燃室通过主烟道4.2与换热器连接，焚烧炉内燃烧产生的烟气在二燃室内二次燃烧后通过主烟道送入换热器中初步冷却。

焚烧炉包括焚烧炉炉体2.1、带有底电极的熔池2.2、冷却池2.3、出渣口2.4、旁路烟道和枪支架2.6，带有底电极的熔池、冷却池、出渣口位于焚烧炉下部，焚烧炉炉体左侧与进料系统的进料口连接，右上侧连通旁路烟道，通过焚烧炉炉体顶部的枪支架将第一等离子发生器固定，第一等离子发生器通直流电，在高频电源的作用下先形成非转移弧3.16(参见图3)加热焚烧炉炉体和带有底电极的熔池，第一等离子发生器产生的高温使焚烧炉内的垃圾迅速热解、燃烧，留下的残渣在带有底电极的熔池里继续熔烧，形成液态炉渣；当带有底电极的熔池溶化后，通过枪支架调节第一等离子发生器的位置，使电弧达到带有底电极的熔池表面，断开第一等离子发生器的电源负极，此时第一等离子发生器为正极、带有底电极的熔池为负极，在第一等离子发生器与带有底电极的熔池之间形成转移弧3.15继续加热炉渣，熔融的炉渣从带有底电极的熔池溢流入冷却池，炽热的熔渣经水骤冷，形成不规则的颗粒或片状，沉积在冷却池底部，从出渣口排出到出渣器。

本实施例中，带有底电极的熔池为圆盒形，由刚玉制成，耐温1700℃以上，上沿开有溢流口，底部预埋水冷底电极，并与第一等离子发生器的第一整流电源3.43负极连接。旁路烟道通过安全阀12与急冷器连通。当焚烧炉内压力持续升高，该安全阀自动打开，烟气经急冷器和脱硫除尘塔排放，保证系统和人员的安全。枪支架装于焚烧炉顶部，用于固定和支配第一等离子发生器的升降。

等离子系统如图2所示，包括冷却水单元、电源单元、压缩空气单元和第一、第二等离子发生器。第一等离子发生器包括阳极3.11、阴极3.12、设在阳极前、后两端的第一、第二进气口3.51、3.52及进水口3.31和出水口3.32。第一等离子发生器如图2、图3所示，是直流转移弧和非转移弧两用型，装于焚烧炉顶部。

第一等离子发生器的阳极和阴极为管状、同轴，用导电、导热优良的紫铜材料加工，外壳由不锈钢材料制成，表面喷涂防腐、耐高温材料。阳极前、后两端设有的两个切向的第一、第二进气口，从第一进气口进入的空气Q1为主进气，是工作介质(构成等离子主体)；从第二进气口进入的空气Q2为辅助进气，主要加速电弧弧根沿电极内表面的旋转，冷却内壁、压缩电弧。通过调节辅助进气的压力，可使弧根在旋转气流的作用下沿轴向移动，使其均匀烧蚀，延长电极使用寿命。

第二等离子发生器如图2、图4所示，包括阳极3.81、阴极3.82、进气口3.91及进水口3.71和出水口3.72，第二等离子发生器与第一等离子发生器共用冷却水单元、压缩空气单元和高频电源。第二等离子发生器的阳极和阴极为管状、同轴，用导电、导热优良的紫铜材料加工，外壳由不锈钢材料制成，表面喷涂防腐、耐高温材料。阳极前、后设有进气口3.91、3.92，空气Q3、Q4从进气口3.91、3.92进入，为第二等离子发生器提供等离子工作介质，所述原理同第一等离子发生器，不过没有产生转移弧。

冷却水单元如图2所示，包括冷却塔3.33、蓄水池3.34和冷却水泵3.35，蓄水池分别与冷却塔和冷却水泵连接，冷却水泵分别与第一等离子发生器的进水口3.31和第二等离子发生器的进水口3.71连接，冷却塔分别与第一等离子发生器的出水口3.32和第二等离子发生器的出水口3.72连接。冷却水单元所用冷却水是专门为等离子发生器冷却用，为防止结垢，影响散热效果，冷却水必须是洁净、无杂质的去离子水，水压1～1.2MP，水温低于35℃。

压缩空气单元也如图2所示，包括空压机3.53、储气罐3.54、第一控制阀3.55、第二控制阀3.56，空压机3.53吸入大气，储存在储气罐3.54中，储气罐通过第一控制阀3.55与第一等离子发生器的第一、第二进气口3.51、3.52连接，通过第二控制阀3.56与第二等离子发生器的第一、第二进气口3.91、3.92连接。压缩空气单元中的空气介质要求干燥、无油和无杂质。

电源单元如图3、图4所示，包括第一整流电源3.43，船用蓄电池组3.44，高频电源3.45，第一开关3.13，第二开关3.14、3.17，第二整流电源3.63。高频电源3.45为第一、第二等离子发生器3.1、3.2提供点弧高频信号，第一整流电源3.43为第一等离子发生器3.1提供工作电源，第一整流电源3.43通过第一开关3.13与第一等离子发生器3.1的负极连通，第一等离子发生器3.1的阳极3.11与第一整流电源3.43的正极及高频电源3.45一端连接，第一等离子发生器3.1的阴极3.12与第一整流电源3.43负极及高频电源3.45的另一端连接；第二整流电源3.63为第二等离子发生器3.2提供工作电源，第二等离子发生器3.2的阳极3.81与第二整流电源3.63的正极及高频电源3.65一端连接，第二等离子发生器3.2的阴极3.82与第二整流电源3.63的负极及高频电源3.45另一端连接；船用蓄电池组3.44为第一、二整流电源3.43、3.63的备用电源，通过第二开关3.14、3.17可实现第一、二整流电源3.43、3.63和船用蓄电池组3.44之间切换，第一、二整流电源3.43、3.63与船用蓄电池组3.44并联，第一、第二整流电源3.43、3.63和高频电源3.45之间并联。第二开关3.14、3.17平时处于断开状态，当第一或第二整流电源出现故障或检修需启用船用蓄电池组3.44时，第二开关3.14、3.17才闭合。

第一等离子发生器电弧的建立及工作过程如图3所示，当来自高频电源3.45的高频信号加在阳极3.11和阴极3.12之间时，在该处产生高频火花，将流经这里的气体Q1电离，形成导电通道，将直流的第一整流电源3.43正、负两极接通，形成非转移弧3.16，电弧受到壁面冷气的压缩，集中于轴线中心，压力增高，被加热的等离子体形成射流从阴极口喷出，加热焚烧炉炉体2.1和带有底电极的熔池2.2(带有底电极的熔池2.2底部预埋水冷底电极，并与整流电源3.43负极连接)。当带有底电极的熔池2.2溶化后，通过枪支架2.6调节第一等离子发生器3.1的位置，使电弧达到带有底电极的熔池2.2表面，此时切断第一开关3.13，电弧转到带有底电极的熔池2.2上，形成转移弧3.15，然后投入PLC正常运行。

第二等离子发生器如图4所示，是直流非转移弧型，装于二燃室4顶部，用于点燃焚烧炉2流入二燃室4中的可燃性气体。第二等离子发生器3.2非转移弧的建立与第一等离子发生器3.1一样，建立非转移弧后即可直接投入运行。

二燃室如图6所示，包括二燃室炉体4.1、主烟道4.2、螺旋进气室4.3和烟气入口4.4，二燃室炉体4.1顶部安装第二等离子发生器3.2，下部为烟气入口4.4，烟气入口4.4通过旁路烟道2.5与焚烧炉2连通，将焚烧炉2内产生的烟气传输到二燃室4，二燃室4通过螺旋进气室4.3的进气口与外部的鼓风机5连通，鼓风机5将新鲜空气补入二燃室4与焚烧炉2内燃烧产生的气体在螺旋气流作用下充分混合，延长烟气在炉内的停留时间，使未燃尽的可燃性气体充分燃烧。二燃室炉体4.1右上侧连通主烟道4.2，主烟道4.2与换热器连通。

螺旋进气室如图8、图9所示，包括第一、二、三、四隔板4.31、4.32、4.33、4.34、连接法兰4.35及外壳，螺旋进气室4.3通过连接法兰4.35与二燃室炉体4.1连接，第一、二、三、四隔板4.31、4.32、4.33、4.34将鼓风机5注入的空气分成4个通道，4个通道在螺旋进气室4.3的圆周4个方向均匀分布并设出口，出口处隔板向通道处外折，使气体出口截面变小，在鼓风机5作用下，气流沿隔板内壁旋转，切向进入二燃室4。由于开口处截面变小，流速加快，4个出口气流互为动力，不断推动空气在螺旋进气室4.3中高速旋转。焚烧炉2内燃烧产生的气体，通过烟道入口4.4自下而上流入二燃室，被螺旋气流裹持着顺势旋转上升，增加了气流路径，延长了烟气在炉内停留的时间，使之与空气充分混合，并集中于轴线位置，与自上而下喷射的第二等离子发生器3.2产生的非转移弧相遇，高温等离子体从旋流的烟气中心穿过，形成较高的温度辐射，直抵烟气进口4.4，未燃尽的可燃性气体和飞灰在进入和通过二燃室时不可避免的与等离子体接触，在高温等离子体的作用下很难逃逸，最后从主烟道4.2进入换热器。

螺旋进气室的外壳由碳钢制成，隔板由耐热搪瓷钢制成。

焚烧炉和二燃室为钢制立式圆柱形上、下分体结构，外壁装有冷却水管路，冷却水管路与船载的热交换器或船载海水淡化装置连接，焚烧炉2外侧壁设置观测摄像头或窥镜，运行人员可通过窥镜和显示器观察炉内垃圾焚烧情况。炉内安装有压力、温度传感器和烟气成分检测仪，主烟道和旁路烟道为圆柱形钢制密封结构，烟道外壁装有冷却水管路，冷却水管路与船载的热交换器或船载海水淡化装置连接，烟道管壁上开设有检测孔，用以测量各种烟气参数。

换热器为普通的气-水型，与急冷器连接。换热器的水箱安装有带有翅片的烟气管路，海水在水箱内与外壁带有翅片的烟气管路接触，烟气的热量不断地传给管壁和翅片，翅片和管壁的热再传给不断流动的水，使烟温降低，水温提高，水箱通过管路可与船载海水淡化设备连接或作为船载余热锅炉的热源，提供船上生活用热水。

急冷器如图10、图11所示，包括前段的文丘里10.1、冷却水管路10.2、喷头10.3、孔板10.4、烟气出口10.5和排水口10.6，冷却水管路10.2与第二水泵11连接，将第二水泵11泵入的海水输送给喷头10.3，从换热器6中进入的烟气在文丘里10.1处扩张，速度减慢，先经过一组喷头10.3喷出的海水后，与海水一起进入急冷器内部，再经过3组喷头10.3喷出的海水，在急冷器内部海水与烟气交叉，形成强烈掺混，再经孔板10.4的均流，使烟气迅速而均匀的降温，然后从烟气出口10.5排至脱硫除尘塔，用后的海水流入急冷器底部，经出水口10.6排出。

脱硫除尘塔与第一水泵连接，第一水泵将海水注入脱硫除尘塔对进一步冷却的气体进行脱硫除尘处理，脱硫除尘塔与引风机连接，通过引风机将脱硫除尘处理后的气体排放到大气中。

引风机采用变频控制，根据炉内压力情况，调整电机转速，保持焚烧系统的微负压。整个设备运行始终处于微负压状态，防止烟气及有害气体的外泄。

自动控制系统如图7所示，包括计算机、程序控制器(PLC)、压力传感器、温度传感器、流量传感器、烟气分析检测仪、监视摄像头和烟气在线监测仪(CEMS)等。

焚烧炉设压力传感器P1，烟气成分检测仪F，温度传感器T1(炉外壁)、T2(炉内)及监视摄像头J；二燃室设压力传感器P2，温度传感器T3(外壁)；主烟道4.4、换热器出口、急冷器出口、脱硫除尘塔出口等设温度传感器T4～T7；旁路烟道及急冷器压力传感器P3、P4；第一、第二水泵的出口管路分别设流量传感器L2、L1；引风机烟囱段设烟气在线监测仪C(可监测NO、NO₂、O₂、CO、SO₂)。

计算机通过数据线与安装在各设备上的监测仪器连接，对运行参数、状态实时进行监测，并将所测得数据和对运行数据的分析和辨别，传给需要闭环控制回路的PLC，确保焚烧装置的连续、安全、可靠运行。

自动控制系统的功能：

1、对焚烧过程的监控和管理

(1)送料与焚烧速率的连锁控制；

(2)炉内压力与引风机的连锁控制；

(3)焚烧炉压力与安全阀的连锁控制；

(4)炉内温度与功率的连锁控制；

(5)进料挡板阀的连锁控制。

2、实时采集打印运行数据

计算机可显示各分系统工作的模拟画面，显示设备运行状态及运行参数，必要时可实时打印运行报表，查询历史纪录。同时累计：处理过的垃圾量、设备运行时间、总耗电量等数据。

3、事故报警及处理计算机系统监管各种报警，当设备发生故障或运行参数偏离控制区域时，计算机发出声、光报警，提醒运行人员注意，采取措施调整运行状态。事故情况下(或在限定时间内调整无效)，计算机将按设定的停车程序，进入顺停，无需人工干预。

本发明的工作原理：成袋垃圾经投料口1.1投入，暂存在储仓1.2内，通过电动推杆1.3定时地向传输筒1.6送料，经三个电动闸板1.7的有序控制，投入密闭的下料筒1.4，然后从进料口1.5落入焚烧炉2。垃圾在第一等离子发生器3.1高温火焰和热气流作用下，在高温(1200℃)下迅速热解、燃烧，有机物全部焚毁，未烧尽的残渣在熔池里继续加热直至熔化(1550～1500℃)，熔融的炉渣溢流出熔池，炉渣主要是玻璃、金属等无机物和高熔点物质及飞灰的混合物。熔融的炉渣从熔池2.2流入冷却池2.3，炽热的熔渣经水骤冷，形成不规则的颗粒或片状，沉积在焚烧炉底部，从出渣口2.4排出。

焚烧炉产生的烟气进入二燃室，与助燃的第二等离子发生器发生的高温等离子体相交汇，鼓风机经螺旋进气室将新鲜空气补入二燃室，与烟气产生强烈混合，使未燃尽的可燃性气体充分燃烧后进入主烟道。烟气从二燃室进入换热器的温度约为1050～950℃，经交换后下降到900～800℃，再经第二水泵将冷却水喷入到急冷器，经急速冷却后降到200～180℃左右。此时，得到充分冷却的烟气进入脱硫除尘塔，第一水泵吸入海水，喷入脱硫除尘塔，进行脱硫、除尘处理，然后经引风机排入大气。

本发明的工作流程：

1)利用第一等离子发生器产生的高温热气流将焚烧炉内的温度迅速升高至1200℃以上(此时直流的第一等离子发生器处于非转移弧工作状态)，袋装垃圾通过进料系统投入到焚烧炉中进行焚烧，有机物完全被热解、还原、燃尽；未烧尽的无机物及残渣在熔池里(熔池温度为1550～1500℃)逐步熔化成液态；

2)将第一等离子发生器的运行方式由非转移弧切换至转移弧状态，加快熔池的升温速率。熔池的液面不断升高，最后从溢流口溢流到出渣池，经冷却后变成无毒无害的颗粒状物质，排出到炉外的出渣器；

3)焚烧炉中燃烧生成的烟气进入二燃室，在第二等离子发生器的作用下以1100～1000℃的温度范围内进行二次燃烧，鼓风机通过螺旋进气室，将外部新鲜空气与二燃室的烟气强烈掺混，补充氧气，保证未燃尽的气体充分燃烧；

4)经二次燃烧的烟气，在换热器初步冷却后，以出口温度900～800℃进入急冷器，经冷却水急速降温，将烟气温度下降至200～180℃，并经过第一次洗涤；

5)经充分降温的烟气引入脱硫除尘塔，利用海水的碱性作脱硫剂，海水经第一水泵喷入脱硫除尘塔进行脱硫和第二次洗涤，吸收烟气中的SO₂和粉尘，再经塔内气、水分离器去除水和雾滴，在引风机的作用下排向大气。

本发明未详细说明的内容为本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种热等离子体焚烧舰船垃圾装置，其特征在于：包括进料系统、焚烧系统、鼓风机、换热器、脱硫除尘塔、引风机、第一水泵、急冷器、第二水泵、安全阀、出渣器和自动控制系统，其中：进料系统通过进料口与焚烧系统连接，焚烧系统由焚烧炉、等离子发生系统和二燃室组成，焚烧炉上部安装有第一等离子发生器，下部与出渣器连接，焚烧炉通过旁路烟道与二燃室连接；在二燃室的上部安装第二等离子发生器，鼓风机安装在二燃室外，二燃室通过主烟道与换热器连接，换热器与急冷器连接，第二水泵与急冷器连接以将海水泵入急冷器，急冷器与脱硫除尘塔连接以将急冷后的烟气输送到脱硫除尘塔中，第一水泵与脱硫除尘塔连接以将海水泵入脱硫除尘塔，脱硫除尘塔与引风机连接。

2.根据权利要求1所述的热等离子体焚烧舰船垃圾装置，其特征在于：所述焚烧炉的旁路烟道经安全阀直接与急冷器连接。

3.根据权利要求1所述的热等离子体焚烧舰船垃圾装置，其特征在于：所述焚烧炉包括焚烧炉炉体、带有底电极的熔池、冷却池、出渣口、旁路烟道和枪支架，带有底电极的熔池、冷却池、位于焚烧炉下部的出渣口，焚烧炉炉体左侧与进料系统的进料口连接，右上侧连通旁路烟道，通过焚烧炉炉体顶部的枪支架将第一等离子发生器固定。

4.根据权利要求1所述的热等离子体焚烧舰船垃圾装置，其特征在于：所述的等离子系统包括冷却水单元、电源单元、压缩空气单元和第一、第二等离子发生器，第一等离子发生器包括阳极、阴极、设在阳极前、后两端的第一、第二进气口及进水口和出水口；第二等离子发生器包括阳极、阴极、设在阳极前、后两端的第一、第二进气口及进水口和出水口，第二等离子发生器与第一等离子发生器共用冷却水单元、压缩空气单元和高频电源。

5.根据权利要求4所述的热等离子体焚烧舰船垃圾装置，其特征在于：所述的第一、第二等离子发生器的阳极和阴极为管状、同轴，用紫铜材料加工，外壳由不锈钢材料制成，表面喷涂防腐、耐高温材料。

6.根据权利要求3所述的热等离子体焚烧舰船垃圾装置，其特征在于：所述的带有底电极的熔池为圆盒形，由刚玉制成，耐温1700℃以上，上沿开有溢流口，底部预埋水冷底电极，并与第一整流电源负极连接。

7.根据权利要求1所述的热等离子体焚烧舰船垃圾装置，其特征在于：所述的二燃室包括二燃室炉体、主烟道、螺旋进气室和烟气入口，二燃室炉体顶部安装第二等离子发生器，下部为烟气入口，烟气入口通过旁路烟道与焚烧炉连通，二燃室通过螺旋进气室的进气口与外部的鼓风机连通，二燃室炉体右上侧连通主烟道，主烟道与换热器连通。

8.根据权利要求1所述的热等离子体焚烧舰船垃圾装置，其特征在于：所述的进料系统包括：投料口、储仓、电动推杆、下料筒、进料口、传输筒和三个电动闸板阀，投料口设置在甲板或船员盥洗室内，另一端与储仓上部连接，储仓下部与传输筒连接，传输筒与下料筒连接，电动推杆与传输筒连接，三个电动闸板阀安装在下料筒的上、中、下三个不同的位置上，电动闸板阀的开闭通过自动控制系统的程序控制器控制。

9.根据权利要求1或3所述的热等离子体焚烧舰船垃圾装置，其特征在于：所述的焚烧炉和二燃室为钢制立式圆柱形结构，分成上、下两部分通过法兰连接，外壁装有冷却水管路，并与船载的热交换器或船载海水淡化装置连接，外侧设置观测摄像头或窥镜，内部安装有压力、温度传感器和烟气成分检测仪，主烟道和旁路烟道为圆柱形钢制密封结构，烟道外壁装有冷却水管路，冷却水管路与船载的热交换器或船载海水淡化装置连接，烟道管壁上开设有检测孔。

10.根据权利要求1所述的热等离子体焚烧舰船垃圾装置，其特征在于：所述换热器为气-水型，换热器的水箱安装有带有翅片的烟气管路；所述急冷器包括前段的文丘里、冷却水管路、喷头、孔板、烟气出口和排水口，冷却水管路与第二水泵连接。

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