CN106001071A - 电弧等离子体固废处理装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电弧等离子体固废处理装置及系统，所述电弧等离子体固废处理装置包括器壁以及与器壁连接的顶盖。器壁围绕形成反应腔室，顶盖设置有第一通孔和第二通孔，第一通孔设置于顶盖的中心，第二通孔设置在第一通孔的周围，第一通孔贯穿设置有进料管，第二通孔贯穿设置有电弧等离子体发生器，器壁设置有排烟通道，电弧等离子体固废处理装置的底部设置有熔渣通道。通过在进料管的周围设置电弧等离子体发生器，电弧等离子体发生器产生的高温电弧在电弧等离子体发生器和进料管的周围形成高温区域，进料管通过的固废物直接通过该高温区域，使得电弧等离子体反应器的传热效率更高，能量利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及固废处理领域，具体而言，涉及一种电弧等离子体固废处理装置及系统。
背景技术
当前国内外有关固体废弃物的处置方式主要以机械回收、化学回收、填埋和焚烧等为主，土地资源的不足和二次污染的严重性使得这些技术均存在着一定的局限性，越来越不适应经济和社会的发展要求。等离子体废物处置技术是目前国际上最先进的废弃物转换为资源的技术，并可实现全过程环境友好的处置。现有技术中，大部分的固体废弃物并未与等离子体直接接触，存在传热传质效率低、等离子体利用率不高的问题，处理规模较小，能量回收少，运行成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种电弧等离子体固废处理装置及系统，以改善上述的问题。
为了达到上述的目的，本发明实施例采用的技术方案如下所述：
第一方面，本发明实施例提供了一种电弧等离子体固废处理装置，所述电弧等离子体固废处理装置包括器壁以及与所述器壁连接的顶盖，所述器壁围绕形成反应腔室，所述顶盖设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔设置于所述顶盖的中心，所述第二通孔设置在所述第一通孔的周围，所述第一通孔贯穿设置有进料管，所述第二通孔贯穿设置有电弧等离子体发生器，所述进料管用于通过待反应的固废物，所述电弧等离子体发生器用于通过反应气体并产生电弧，所述器壁设置有排烟通道，所述电弧等离子体固废处理装置的底部设置有熔渣通道，所述排烟通道用于排出反应后的尾气，所述熔渣通道用于排出反应后的固废物。
优选地，所述器壁的形状为圆柱状，所述第一通孔设置于所述圆柱状的器壁的轴线方向。
优选地，所述第二通孔的数量为两个，所述两个第二通孔以所述第一通孔为对称中心对称设置，所述电弧等离子体发生器与所述器壁的轴线的角度为0°～90°。
优选地，所述电弧等离子体发生器与所述器壁的轴线的角度为15°～75°。
优选地，所述器壁从内到外依次设置耐火层、保温层和隔热层，所述耐火层由耐高温材料制作而成，所述保温层由保温材料制作而成，所述隔热层由隔热材料制作而成。
优选地，所述耐火层的材料为石墨砖或铝碳砖或碳化硅砖，所述保温层的材料为陶瓷或氧化镁，所述隔热层的材料为带水冷夹套的钢板或带冷却水管的钢板或带冷却水箱的钢板。
优选地，所述电弧等离子体发生器为直流等离子体炬，所述电弧等离子体发生器为中空结构并连接有反应进气管。
优选地，所述电弧等离子体发生器采用氢气、氧气、氩气、空气或水蒸气进行反应起弧。
第二方面，本发明实施例提供了一种电弧等离子体固废处理系统，所述电弧等离子体固废处理系统包括本发明第一方面提供的电弧等离子体固废处理装置、尾气净化处理系统和熔渣处理系统，所述尾气净化处理系统包括依次连接的急冷室、旋风除尘器、活性炭吸附室、布袋除尘室、碱液喷淋塔、燃烧室、引风机以及烟囱，所述尾气净化处理系统用于对所述电弧等离子体固废处理装置排出的尾气进行净化处理，所述熔渣处理系统包括水槽，所述水槽设置于所述熔渣通道的下方，所述水槽用于容纳反应后的固废物。
优选地，所述电弧等离子体固废处理装置的熔渣通道部分浸没在所述水槽的水中。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种电弧等离子体固废处理装置及系统，所述电弧等离子体固废处理装置包括器壁以及与所述器壁连接的顶盖，所述器壁围绕形成反应腔室，所述顶盖设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔设置于所述顶盖的中心，所述第二通孔设置在所述第一通孔的周围，所述第一通孔贯穿设置有进料管，所述第二通孔贯穿设置有电弧等离子体发生器，所述器壁设置有排烟通道，所述电弧等离子体固废处理装置的底部设置有熔渣通道。通过在进料管的周围设置电弧等离子体发生器，所述电弧等离子体发生器产生的高温电弧在电弧等离子体发生器和进料管的周围形成高温区域，进料管通过的固废物直接通过该高温区域，使得电弧等离子体反应器的传热效率更高，能量利用率高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的电弧等离子体固废处理装置的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的电弧等离子体固废处理装置的另一视角的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的电弧等离子体固废处理系统的组成图。
主要元件符号说明：
电弧等离子体固废处理装置100、器壁110、耐火层111、保温层112、隔热层113、排烟通道114、熔渣通道115、反应腔室116、顶盖120、第一通孔121、第二通孔122、进料管130、电弧等离子体发生器140、尾气净化处理系统210、急冷室211、旋风除尘器212、活性炭吸附室213、布袋除尘室214、碱液喷淋塔215、燃烧室216、引风机217、烟囱218、熔渣处理系统220、水槽221。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
请参照图1，是本发明实施例提供的一种电弧等离子体固废处理装置100的结构示意图。本发明实施例提供的电弧等离子体固废处理装置100包括器壁110以及与器壁110连接的顶盖120。该器壁110围绕以形成反应腔室116，固废物在所述反应腔室116中与等离子体反应。在本实施例中，器壁110的形状为圆柱状，所围成的反应腔室116亦为圆柱状，顶盖120的形状为圆形。
顶盖120设置有第一通孔121和第二通孔122，所述第一通孔121设置在顶盖120的中心，在本实施例中，第一通孔121所在的位置在顶盖120的圆心处。第二通孔122设置在第一通孔121的周围。第一通孔121贯穿设置有进料管130，该进料管130的一部分在反应腔室116内，另一部分在反应腔室116外，进料管130用于通过待反应的固废物。第二通孔122贯穿设置电弧等离子体发生器140，在本实施例中，该电弧等离子体发生器140为直流等离子体炬，所述电弧等离子体发生器140为中空结构并连接有反应进气管，电弧等离子体发生器140用于通过反应气体并产生电弧。
优选地，请结合图1和图2参考，图2是本发明实施例提供的电弧等离子体固废处理装置100另一视角的结构示意图。本实施例提供的第二通孔122的数量为两个，相应的，所述电弧等离子体发生器140的数量为两个，所述两个第二通孔122以所述第一通孔121为对称中心对称设置，所述电弧等离子体发生器140与圆柱状的器壁110的轴线的角度为0°～90°。
在本实施例中，电弧等离子体发生器140引入反映气体，如氢气、氧气、氩气、空气或水蒸气，然后产生电弧，在电弧作用下形成高温等离子体，高温等离子体围绕在电弧等离子体发生器140和进料管130周围，形成高温区域。当反应腔室116内的温度达到要求后，进料管130通入固废物，固废物直接通过该高温区域，与高温等离子体直接接触并与高温等离子体直接进行反应，将固废物中的所有有机组分快速转化为合成气，无机物转化为无毒害的玻璃态熔渣，实现固体废弃物资源化和能源化的转化。
电弧等离子体发生器140与器壁110的轴线设置成一定的夹角，能够更好的避免电弧对固废物的阻挡，经发明人长期研究发现，电弧等离子体发生器140与所述器壁110的轴线的角度为15°～75°时，反应腔室116内固废物的传热效率最高，能量利用效率最大，本实施例提供的电弧等离子体固废处理装置100对经过预处理后得到的颗粒状或本身就是颗粒状的固废物的处理效果最佳。
器壁110设置有排烟通道114，电弧等离子体固废处理装置100的底部设置有熔渣通道115，所述排烟通道114用于排出反应后的尾气即合成气，所述熔渣通道115用于排出反应后的固废物即熔渣。排出的尾气和熔渣会经过通过其他设备做后续的处理以保证环境友好。
为了保证反应过程的安全性和稳定性，在本实施例中，器壁110从内到外依次设置耐火层111、保温层112和隔热层113。所述耐火层111由耐高温材料制作而成，优选地，耐火层111的材料为石墨砖或铝碳砖或碳化硅砖。耐火层111能够经受等离子体电弧的高温而不损坏，确保反应腔室116内的安全性。
所述保温层112由保温材料制作而成，优选地，所述保温层112的材料为陶瓷或氧化镁。保温层112能够减少热量损失与防止器壁110的外壁过热。
所述隔热层113由隔热材料制作而成，优选地，所述隔热层113的材料为带水冷夹套的钢板或带冷却水管的钢板或带冷却水箱的钢板。隔热层113能够隔绝器壁110内部的温度，以防止烫伤操作人员，保护操作人员和设备的安全。
请参照图3，本发明实施例还提供了一种电弧等离子体固废处理系统200，该电弧等离子体固废处理系统200应用了上述的电弧等离子体固废处理装置100。该电弧等离子体固废处理系统200包括电弧等离子体固废处理装置100、尾气净化处理系统210和熔渣处理系统220。所述尾气净化处理系统210用于对电弧等离子体固废处理装置100中排烟通道114排出的尾气进行净化处理，具体的，该尾气净化处理系统210包括依次连接的急冷室211、旋风除尘器212、活性炭吸附室213、布袋除尘室214、碱液喷淋塔215、燃烧室216、引风机217以及烟囱218。
其中，急冷室211和旋风除尘器212用于将尾气中较大粒径飞灰分离除去。活性炭吸附室213用于对尾气中含有的重金属等进行吸附分离。布袋除尘室214是用于将细小粒径的飞灰及活性炭粉尘等吸收除去。碱液喷淋塔215用于酸碱中和反应除去尾气中的酸性气体。燃烧室216可用于对反应合成气CO和H2进行燃烧处理，回收热量，同时将碱液喷淋所含的液滴除去，最后进入引风机217输送至烟囱218进行外排，烟囱218的设置是根据固废物处理要求进行设置，防止对周围建筑的影响。
所述熔渣处理系统220包括水槽221，电弧等离子体固废处理装置100的熔渣通道115部分浸没在所述水槽221的水中。熔渣通道115通过的熔渣进入水槽221的水中，经过水淬将熔渣玻璃化。
本实施例提供的电弧等离子体固废处理系统200中，进料管130通入经过干燥预处理的污泥颗粒(固废物)，电弧等离子体发生器140通入O2作为反应气体，污泥直接进入氧等离子体中发生充分反应，产生大量的CO和H2，以及少量SOx和NOx等，重金属等被无机物包裹固化，形成熔渣进入水槽221，熔渣在水冷作用下形成玻璃态熔渣。反应尾气通入急冷室211快速降温，防止二噁英再合成，并通过旋风除尘器212、活性炭吸附室213以及布袋除尘室214将飞灰及夹带的重金属吸附分离。尾气进一步在碱液喷淋塔215中进行脱硫脱氮处理，最终获得纯净合成气，在燃烧室216里充分燃烧，回收热量，烟囱218排放的尾气符合国家排放标准。
综上所述，本发明实施例提供的电弧等离子体固废处理装置及系统，所述电弧等离子体固废处理装置包括器壁以及与所述器壁连接的顶盖，所述器壁围绕形成反应腔室。所述顶盖设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔设置于所述顶盖的中心，所述第二通孔设置在所述第一通孔的周围，所述第一通孔贯穿设置有进料管，所述第二通孔贯穿设置有电弧等离子体发生器，所述器壁设置有排烟通道，所述电弧等离子体固废处理装置的底部设置有熔渣通道。本实施例通过在进料管的周围设置电弧等离子体发生器，所述电弧等离子体发生器产生的高温电弧在电弧等离子体发生器和进料管的周围形成高温区域，进料管通过的固废物能够直接通过该高温区域与等离子体接触，使得电弧等离子体反应器的传热效率更高，能量利用率高。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
Claims (10)
1.一种电弧等离子体固废处理装置，其特征在于，所述电弧等离子体固废处理装置包括器壁以及与所述器壁连接的顶盖，所述器壁围绕形成反应腔室，所述顶盖设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔设置于所述顶盖的中心，所述第二通孔设置在所述第一通孔的周围，所述第一通孔贯穿设置有进料管，所述第二通孔贯穿设置有电弧等离子体发生器，所述进料管用于通过待反应的固废物，所述电弧等离子体发生器用于通过反应气体并产生电弧，所述器壁设置有排烟通道，所述电弧等离子体固废处理装置的底部设置有熔渣通道，所述排烟通道用于排出反应后的尾气，所述熔渣通道用于排出反应后的固废物。
2.根据权利要求1所述的电弧等离子体固废处理装置，其特征在于，所述器壁的形状为圆柱状，所述第一通孔设置于所述圆柱状的器壁的轴线方向。
3.根据权利要求2所述的电弧等离子体固废处理装置，其特征在于，所述第二通孔的数量为两个，所述两个第二通孔以所述第一通孔为对称中心对称设置，所述电弧等离子体发生器与所述器壁的轴线的角度为0°～90°。
4.根据权利要求3所述的电弧等离子体固废处理装置，其特征在于，所述电弧等离子体发生器与所述器壁的轴线的角度为15°～75°。
5.根据权利要求1所述的电弧等离子体固废处理装置，其特征在于，所述器壁从内到外依次设置耐火层、保温层和隔热层，所述耐火层由耐高温材料制作而成，所述保温层由保温材料制作而成，所述隔热层由隔热材料制作而成。
6.根据权利要求5所述的电弧等离子体固废处理装置，其特征在于，所述耐火层的材料为石墨砖或铝碳砖或碳化硅砖，所述保温层的材料为陶瓷或氧化镁，所述隔热层的材料为带水冷夹套的钢板或带冷却水管的钢板或带冷却水箱的钢板。
7.根据权利要求1所述的电弧等离子体固废处理装置，其特征在于，所述电弧等离子体发生器为直流等离子体炬，所述电弧等离子体发生器为中空结构并连接有反应进气管。
8.根据权利要求1所述的电弧等离子体固废处理装置，其特征在于，所述电弧等离子体发生器采用氢气、氧气、氩气、空气或水蒸气进行反应起弧。
9.一种电弧等离子体固废处理系统，其特征在于，所述电弧等离子体固废处理系统包括权利要求1～8任一所述的电弧等离子体固废处理装置、尾气净化处理系统和熔渣处理系统，所述尾气净化处理系统包括依次连接的急冷室、旋风除尘器、活性炭吸附室、布袋除尘室、碱液喷淋塔、燃烧室、引风机以及烟囱，所述尾气净化处理系统用于对所述电弧等离子体固废处理装置排出的尾气进行净化处理，所述熔渣处理系统包括水槽，所述水槽设置于所述熔渣通道的下方，所述水槽用于容纳反应后的固废物。
10.根据权利要求9所述的电弧等离子体固废处理系统，其特征在于，所述电弧等离子体固废处理装置的熔渣通道部分浸没在所述水槽的水中。
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