CN103506366A - 等离子体废物气化和发电系统的设计 - Google Patents

等离子体废物气化和发电系统的设计 Download PDF

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Abstract

本发明属最新绿色能源环保技术，我们结合PWR石墨电弧法和PLASMA2ENERGY微波法的优点设计了新型的日处理30吨废物的等离子体废物气化器，并和ZTEK公司的固体氧化物燃料电池相结合，形成一个完整的无污染的废物变能源的系统装置。本发明包括五个部分：等离子体废物气化器，热交换器，清洗器，发电设施和自动控制系统。本发明的主要特点：其主体等离子体气化器，是一个竖立的塔，分三级气化区：第一级在底部，安装4个微波发生器和一个石墨电弧发生器；第二级在中部，安装4个微波发生器；第三级在上部，也安装4个微波发生器。本发明另一特点是：把废物气化产生的H2+CO气体直接输入到燃料电池发电。

Description

等离子体废物气化和发电系统的设计
技术领域：
本技术属最新绿色能源环保技术，我们结合PWR石墨电弧法和PLASMA2ENERGY微波法的优点，设计了新型的日处理30吨废物的等离子体废物气化器并与ZTEK公司的固体氧化物燃料电池相结合，形成一个完整的完全无污染的废物变能源的装置。此法零排放、无掩埋、有收益，是最理想的废物处理法。 
技术背景：
目前世界上正处在能源危机、环境污染十字路口，化石能源可能在100年内用完，同时加速环境污染。低效的废物处理既加速环境污染却又白白浪费能源，因为废物中有大量的生物能源。找到一个能把废物变为能源又不污染环境的技术是解决此问题的关键。PWR公司用石墨电弧法产生等离子体法和PLASMA2ENERGY公司用微波等离子体法气化废物产生H2+CO气体，取得了很大成功。但各有优缺点。 
发明内容：
I.流程图： 
从废物储存-输入气化器-等离子体气化器-热交换器(附产品蒸汽发电)-清洗器(附产品硫化物及盐酸回收)-发电(燃料电池法、燃气轮机法或其他用途)。其流程图见图1。 
II.等离子体气化器(日处理废物30吨) 
等离子体气化器结合微波等离子体和石墨电弧等离子体法的优点而设计的，见图2。 
等离子体气化器是一个竖立的塔，分三级气化区。第一级在底部，安装4个微波发生器和一个石墨电弧发生器；第二级在中部，安装4个微波发生器；第三级在上部，也安装4个微波发生器。 
设计塔高5米，直径2米。钢壁厚5厘米，内衬5厘米厚耐火材料。12个功率可调20千瓦微波发生器分三组安装在塔壁四周，但发射方向不对中心。这样等离子体流成旋涡状能使废物气化更完全。在底部第一级气化区装一石墨电弧起初始等离子体化作用。进料管由陶瓷做成。塔底部是流体残余物储存室，有金属流出口和渣流口。金属回收，固体渣己无害无毒可作建筑材料。 
III.热交换器 
气体从气化塔输出后，要经过热交换器，见图3。 
在热交换器中，冷却水变为蒸汽可用于蒸汽机发电。内管通生成气，内管为无缝螺旋钢管，壁厚3厘米，外管通冷却水，壁厚3厘米，亦为无缝钢管，外包绝热材料厚5厘米。 
IV.清洗器 
等离子体气化器产生的气体经冷却后，还要经过清洗，见图4。 
气体中绝大部分是H2+CO，还有少量HC1和H2S。 
V.参数计算 
1.设计日处理30吨废物产生约10万立方米等离子气体： 
即每小时4200立方米气＝每秒1.16立方米气。 
若流速10米/秒，出气管直径应是40公分。 
2.等离子气体的初始温度2000℃，冷却到200℃。 
Figure BSA00000738477500021
n＝1.16立方米＝50moles，R＝8.31Jmole.K. 
Figure BSA00000738477500022
ΔT＝2.5x1800Kx50mole/sx8.31J/mole.K＝1.85x106J/s. 
3.冷却水从30℃升到200℃，每秒须输入11.0公斤水来吸收热气放出的热。 
设水流速0.2m/s.冷却水管的直径应为70公分。 
VI.发电设施 
1.纯的生成气H2+CO通到ZTEK制造的500KW固体氧化物燃料电池发电。 
2.加热水蒸气通到蒸汽轮机发电。 
具体实施方式：
VII.自动控制系统 
自动控制系统见图5。 
结语：本发明有两个创新 
一是把微波等离子体和石墨电弧等离子体的优点结合形成新的等离子体气化器； 
二是把废物等离子体气化和燃料电池结合，可大大提高效率。 
附图说明：
见说明书附图 
图1：等离子体废物气化和发电系统流程图 ；
图2：等离子体气化器； 
图3：热交换器； 
图4：清洗器； 
图5：自动控制系统。 

Claims (3)

1.微波及石墨电弧法相结合的等离子体废物气化原理。不管气化器的规模，只要用此原理设计制造的气化器都应认为使用此专利，属于本专利的权利保护范围。
2.本设计把废物气化和燃料电池发电相结合，这亦属于本专利要保护的权利。
3.用Fe2O3加水来清洗生成气中的杂气H2S的方法，亦是要保护的权利。
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