CN106287744A - 熔渣排放装置及等离子炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种熔渣排放装置及等离子炉，所述熔渣排放装置包括用于将熔融物排出的排渣管；所述排渣管的外层设有保温衬套；所述排渣管与所述保温衬套之间设有加热元件。所述等离子炉包括炉体和所述的熔渣排放装置,所述的熔渣排放装置设置至少两个；其中一个所述熔渣排放装置倾斜设置在所述炉体侧壁上，该熔渣排放装置排渣管出口底部的高度高于所述排渣管入口顶部的高度；另一个所述熔渣排放装置与所述炉体的底部垂直设置,该第二熔渣排放装置排渣管内设有开关。

Description

熔渣排放装置及等离子炉

技术领域

本发明涉及热能和环境工程科学技术领域，尤其是涉及一种熔渣排放装置及等离子炉。

背景技术

随着工业的发展及人们生活水平的提高，不断产生各种废弃物，目前废弃物如医疗垃圾、电子垃圾和鞋类制品边角料等在处理时，只是简单的掩埋或者用焚烧炉焚烧。由于上述废弃物直接掩埋会污染土壤和地下水并且占用大量的空间，焚烧炉在焚烧过程中，由于温度的限制，部分有毒成分及难以以火焚化的物质依然存在，而且温度难以控制会产生大量的有毒气体，如二噁英、一氧化碳等，且那些焚烧后的残渣及飞灰仍旧需要进行填埋。

针对上述存在的问题，人们尝试用电弧等离子火炬处理废弃物，因为等离子火炬的温度远远高于普通的燃烧装置，能够使得废弃物得到彻底分解。等离子炉是利用由电能所产生的等离子体的能量来进行熔炼或加热的一种加热炉。炉体内侧设有耐火材料炉衬及隔热保温层，炉体的炉膛底部侧面设有熔融体排出口，而炉壁上设有气体出口；炉盖中央设有伸入炉内的中空石墨电极，中空石墨电极内部具有一贯穿整个中空石墨电极的通道，炉体底部还设有与中空石墨电极相对的第二电极及与第二电极相连的石墨引出电极，在中空石墨电极与第二电极之间形成电弧区域，产生热等离子体。将粉碎后的固态及/或液态、气态废弃物通过中空的石墨电极内部通道直接送入等离子体高温区域附近进行处置，能量利用率和处理效率高，反应炉的容积相应减小。尤其适用于垃圾焚烧后的飞灰、粉碎后的电子垃圾、液态或气态有毒危险废弃物的处理。

然而，在现有的技术方案中，存在着诸如以下的一些问题：(1)熔融过程中，无机物在熔池中停留时间有限，未熔融的固态残渣易随着熔体一并排出等问题，造成冷却后的固化体存在较多的晶相，影响其固化性能；(2)炉内的高温烟气容易因操作不当，沿着排渣通道飘溢到周围环境中，造成危害。(3)由于高温熔融体的粘度较大，在排出过程中随着温度的降低，极易凝固在排渣通道中造成堵塞，造成停炉清渣，不利于系统的稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔渣排放装置及等离子炉以解决现有技术中存在的熔融体结疤堵塞排渣管的技术问题。

本发明提供一种熔渣排放装置，包括用于将熔融物排出的排渣管；

所述排渣管的外层设有保温衬套；

所述排渣管与所述保温衬套之间设有加热元件。

进一步地，所述加热元件设置为硅碳棒或硅钼棒，且所述硅碳棒或所述硅钼棒沿所述排渣管周向均匀分布。

进一步地，所述加热元件设置为高温电热丝，且所述高温电热丝均匀缠绕在所述排渣管的外壁上。

进一步地，所述保温衬套为保温材料。

进一步地，排渣管为耐火材料。

进一步地，所述耐火材料为锆刚玉。

本发明还提供一种等离子炉，包括炉体和所述的熔渣排放装置,所述的熔渣排放装置设置至少两个；

其中一个所述熔渣排放装置倾斜设置在所述炉体侧壁上，该熔渣排放装置排渣管出口底部的高度高于所述排渣管入口顶部的高度；

另一个所述熔渣排放装置与所述炉体的底部垂直设置,该第二熔渣排放装置排渣管内设有开关。

进一步地，位于所述炉体侧壁上的所述熔渣排放装置的排渣管的轴线与水平线形成的夹角为10°-80°。

进一步地，位于所述炉体侧壁上的所述熔渣排放装置的排渣管的轴线与水平线形成的夹角为15°-60°。

进一步地，所述炉体的内壁上设有耐火层。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种熔渣排放装置，包括排渣管，排渣管的外层设有保温衬套，排渣管与保温衬套之间设有加热元件；当高温熔融体从排渣管排出时，通过加热元件的加热，可以使高温熔融体保持高温，从而可以避免高温熔融体因温度降低产生凝固、结疤，从而阻塞排渣管的情况发生。

加热元件为硅碳棒、硅钼棒或高温电热丝，可以在高温下使用，均匀分布在排渣管的周向上可以保证排渣管内的高温熔融体受热均匀，避免局部温度降低而产生凝固的情况。

本发明还提供一种使用所述熔渣排放装置的等离子炉，熔渣排放装置设置至少两个，一个熔渣排放装置倾斜设置在炉体侧壁上，且熔渣排放装置排渣管出口底部的高度高于排渣管入口顶部的高度，可有效提高固废在高温炉膛内的停留时间，有助于熔体熔化均匀和玻璃化程度，可以防止未完全熔融的残渣流出排渣管而导致处理不彻底。另一个熔渣排放装置设置在炉体的底部，当处理物料中含较多重金属物质时，打开装置内部的开关，可用于处理回收重金属。同时，当处理结束后或进行检修时，也可打开装置内部的开关完全排渣。

排渣管的轴线与水平线形成的夹角为10°-80°，可以防止残渣未反应完全而排出，同时也可以适当保证炉底的熔渣量，防止熔渣过多而增加炉体负重并在炉底结焦；在使用过程中，排渣管的轴线与水平线形成的夹角设置为15°-60°为最优方案，可以保证炉底的熔渣量，防止熔渣过多而增加炉体负重并在炉底结焦。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例一所述的熔渣排放装置的结构示意图；

图2为图1所述的熔渣排放装置的剖视图；

图3为本发明实施例二所述的等离子炉的结构示意图；

附图标记：

1-炉体； 2-排渣管；

3-保温衬套； 4-加热元件；

5-排渣管出口底部； 6-排渣管入口顶部；

7-开关。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。

实施例一

图1为本发明实施例所述的熔渣排放装置的结构示意图；图2为图1所述的熔渣排放装置的剖视图；

如图1-2所示，本发明提供一种熔渣排放装置，包括用于将熔融物排出的排渣管2，排渣管2的外层设有保温衬套3，排渣管2与保温衬套3之间设有加热元件4。

本发明提供一种熔渣排放装置，通过排渣管2，排渣管2外层的保温衬套3，排渣管2与保温衬套3之间的加热元件4的设置，使高温熔融体从排渣管2排出时，通过加热元件4的加热，可以使高温熔融体保持高温，从而可以避免高温熔融体因温度降低产生凝固、结疤，从而阻塞排渣管2的情况发生。在使用过程中，通过加热元件4可以对排渣管2中的熔渣进行加热，防止熔渣在排出过程中，因温度降低产生凝固、结疤的现象发生。

保温衬套3为包围加热元件4以防热量向外散失的绝缘体，使少散热或极少散热，节约能源，防止由于炉子外部温度高对人身造成的伤害。保温衬套3也可以采用耐高温且导热率低的金属材料制成，减少热能的损失，节约能源。

排渣管2为具有高的耐火度、结构致密、高温条件下强度好、无明显挥发、不与炉内工作气体发生反应的材料制成。

加热元件4为能发出足够的热量的元件，加热元件4可以为金属，也可以为非金属。在金属电热元件中常用的有铁铬铝合金和镍铬合金、铂-铑、钼、钨、钽电热体等，非金属的有石墨电热体、碳化硅电热体等。

铁铬铝合金电热元件，适用于1000℃-1300℃的温度范围内工作，它们抗氧化性好、易加工、电阻大，电阻温度系数小，价格低廉。在高温下能生成Cr₂O₃的致密的氧化膜，阻止空气对合金的进一步氧化。镍铬合金电热体，适用于1000℃以下的温度，此种材料易加工、有较高的电阻率和抗氧化性，在高温下能生成Cr₂O₃或NiCr₄氧化膜。

需要说明的是，加热元件4还可以设置在排渣管2管道中，位于排渣管2内壁外，也可以设施在排渣管2的管壁之中。

本实施例的可选方案中，加热元件4设置为硅碳棒或硅钼棒，且硅碳棒或硅钼棒沿排渣管2周向均匀分布。

硅碳棒是用高纯度绿色六方碳化硅为主要原料，按一定料比加工制坯，经2200℃高温硅化再结晶烧结而制成的棒状、管状非金属高温电热元件。氧化性气氛中正常使用温度可达1450℃，连续使用可达2000小时。硅碳棒使用温度高，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、升温快、寿命长、高温变形小、安装维修方便等特点，且有良好的化学稳定性。

硅钼棒阻性电热元件，以二硅化钼为基础制成，耐高温、抗氧化的。在高温氧化性气氛下使用时，表面生成一层光亮致密的石英玻璃膜，能够保护硅钼棒内层不再氧化，硅钼棒元件具有独特的高温抗氧化性。在氧化气氛下、最高使用温度为1800℃，硅钼棒电热元件的电阻随着温度升高而迅速增加，当温度不变时电阻值稳定。在正常情况下元件电阻不随使用时间的长短而发生变化。

硅碳棒或硅钼棒均匀分布在排渣管2的周向上可以保证排渣管2内的高温熔融体受热均匀，避免局部温度降低而产生凝固的情况。

优选的，硅碳棒或硅钼棒的数量为1-4根，均匀分布在排渣管外的四周，硅碳棒或硅钼棒的数量为1-4根，就可以达到一定的升温速度。

本实施例的可选方案中，加热元件4设置为高温电热丝，且高温电热丝均匀缠绕在排渣管2的外壁上。

高温电热丝元件最高使用温度与高温电热丝线径也有相当的关系，可以根据使用的温度调整高温电热丝的线径和扁带厚度，一般情况下其线径应不小于3mm，扁带厚度不小于2mm。高温电热丝均匀缠绕在排渣管2的外壁上可以保证排渣管2内的高温熔融体受热均匀，避免局部温度降低而产生凝固的情况。

本实施例的可选方案中，保温衬套3为保温材料。保温材料安装在加热元件4的外层，主要作用是防止热量损失，提高排渣管2的热效率，节约能源，而且还能防止由于炉子外部温度高对人身造成的伤害。

保温材料具有比热容小、热导率低的特点。保温材料种类很多，可以为轻质耐火砖、保温纤维和其他保温材料，如硅藻土、石棉、蛙石等。

本实施例的可选方案中，排渣管2为耐火材料。耐火材料是指在高温条件下不软化不熔融，耐火温度高于1580℃的材料。耐火材料具有以下性能:较高的耐火温度，在高温状态下不易熔化和软化。较好的结构强度，在高温下承受压力和抵抗变形的能力要大。体积变形小，能在高温下保持体积的稳定性，即体积膨胀和收缩小。抗热震性好，能抵抗温度急剧变化而不致破裂和剥落。化学稳定性好，即在高温下具有较高的抵抗其他物质侵蚀的能力。除上述性能之外，还要有较好的耐磨性和抗震性，而且外形整齐、尺寸精确等。

耐热材料可以是金属氧化物、稀土元素氧化物或者高温陶瓷等。也可以是耐火砖。根据耐火砖成分的不同，可以为硅铝系耐火砖、碱性系列耐火砖、含碳耐火砖、含锆耐火砖、隔热耐火砖。也可以是不同耐火砖的相互搭配使用。

本实施例的可选方案中，耐火材料为锆刚玉。

锆刚玉是以氧化铝、氧化锆为原料在电弧炉中经2000℃以上高温冶炼而成。锆刚玉耐熔体侵蚀性好，适合作为排渣管2的材料。

实施例二

图3为本发明实施例所述的等离子炉的结构示意图。

本发明还提供一种等离子炉，包括炉体1和本发明所述的熔渣排放装置,熔渣排放装置设置至少一个；熔渣排放装置倾斜设置在炉体1侧壁上，且熔渣排放装置排渣管出口底部5的高度高于排渣管入口顶部6的高度。

排渣管2倾斜设置在炉体1上，排渣管出口底部5的高度高于排渣管入口顶部6的高度，可有效提高固废在高温炉膛内的停留时间，有助于熔体熔化均匀和玻璃化程度，可以防止未完全熔融的残渣流出排渣管2而导致处理不彻底。

将固体废弃物放入炉中，由于炉内的高温条件，炉中残留的有害成分会被彻底摧毁。而危险废弃物中的无机物质在炉内高温条件下，会成为熔融态熔渣由排渣管2排出，经激冷后形成玻璃体材料，残存的重金属及其他有害成分被牢牢包裹在这种硅氧网状结构的玻璃体材料中。这种玻璃体材料经专门的毒性浸出试验证明是无害的，因此可以用作建筑材料。危险废弃物中如有金属物质，则在炉内高温条件下，也以熔融状态排出，并可与炉渣分层分离，成为金属铸条被回收。

熔渣排放装置可以设置为一个，也可以设置为多个，当熔渣排放装置设置为多个时，可以在炉体的侧壁沿炉体周向均匀设置，也可以在炉体的底部均匀设置，还可以在炉体的侧壁和底部同时设置。

本发明还提供一种等离子炉，包括炉体1和本发明所述的熔渣排放装置,所述的熔渣排放装置设置至少两个；其中一个所述熔渣排放装置倾斜设置在所述炉体侧壁上，该熔渣排放装置排渣管出口底部5的高度高于所述排渣管入口顶部6的高度；另一个所述熔渣排放装置与所述炉体的底部垂直设置,该第二熔渣排放装置排渣管2内设有开关7。

如图3所示，熔渣排放装置设置两个；其中一个熔渣排放装置倾斜设置在炉体1侧壁上，该熔渣排放装置排渣管出口底部5的高度高于排渣管入口顶部6的高度；另一个熔渣排放装置与炉体1的底部垂直设置,该第二熔渣排放装置排渣管2内设有开关7。

设置在炉体1侧壁上的熔渣排放装置，有助于熔体熔化均匀和玻璃化程度，可以防止未完全熔融的残渣流出排渣管2而导致处理不彻底。

与炉体1的底部垂直设置的熔渣排放装置用于处理回收重金属和完全排渣，当处理物料中含较多重金属物质时，打开装置内部的开关7，可用于处理回收重金属。同时，当处理结束后或进行检修时，也可打开装置内部的开关7完全排渣。

本实施例的可选方案中，位于炉体1侧壁上的熔渣排放装置的排渣管2的轴线与水平线形成的夹角为10°-80°。

排渣管2的轴线与水平线形成的夹角为10°-80°，可有效提高固废在高温炉膛内的停留时间，有助于熔体熔化均匀和玻璃化程度，可以防止残渣未反应完全而排出，同时也可以适当保证炉底的熔渣量，防止熔渣过多而增加炉体1负重并在炉底结焦。

本实施例的可选方案中，位于炉体1侧壁上的熔渣排放装置的排渣管2的轴线与水平线形成的夹角为15°-60°。

需要说明的是，在使用过程中，排渣管2的轴线与水平线形成的夹角设置为15°-60°为最优方案，既可以提高固废在高温炉膛内的停留时间，有助于熔体熔化均匀和玻璃化程度，防止残渣未反应完全而排出，又可以保证炉底的熔渣量，防止熔渣过多而增加炉体1负重并在炉底结焦。

本实施例的可选方案中，炉体1的内壁上设有耐火层。

耐火层具有高的耐火度、结构致密、高温条件下强度好、无明显挥发、不与炉内工作气体发生反应的材料制成。

结合以上对本发明的详细描述可以看出，本发明提供的熔渣排放装置及等离子炉可以解决现有技术中存在的熔融体结疤堵塞排渣管的技术问题，避免因排渣通道中造成堵塞，造成停炉清渣的情况发生，可以延长持续使用时间，并且结构简单，成本低，实用性强，适合推广普及。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种熔渣排放装置，其特征在于,包括用于将熔融物排出的排渣管；

所述排渣管的外层设有保温衬套；

所述排渣管与所述保温衬套之间设有加热元件。

2.根据权利要求1所述的熔渣排放装置，其特征在于，所述加热元件设置为硅碳棒或硅钼棒，且所述硅碳棒或所述硅钼棒沿所述排渣管周向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的熔渣排放装置，其特征在于，所述加热元件设置为高温电热丝，且所述高温电热丝均匀缠绕在所述排渣管的外壁上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的熔渣排放装置，其特征在于，所述保温衬套为保温材料。

5.根据权利要求1-3任一项所述的熔渣排放装置，其特征在于，排渣管为耐火材料。

6.根据权利要求5所述的熔渣排放装置，其特征在于，所述耐火材料为锆刚玉。

7.一种等离子炉，其特征在于，包括炉体和权利要求1-6任一项所述的熔渣排放装置,所述的熔渣排放装置设置至少两个；

其中一个所述熔渣排放装置倾斜设置在所述炉体侧壁上，该熔渣排放装置排渣管出口底部的高度高于所述排渣管入口顶部的高度；

另一个所述熔渣排放装置与所述炉体的底部垂直设置,该第二熔渣排放装置排渣管内设有开关。

8.根据权利要求7所述的等离子炉，其特征在于，位于所述炉体侧壁上的所述熔渣排放装置的排渣管的轴线与水平线形成的夹角为10°-80°。

9.根据权利要求7所述的等离子炉，其特征在于，位于所述炉体侧壁上的所述熔渣排放装置的排渣管的轴线与水平线形成的夹角为15°-60°。

10.根据权利要求7所述的等离子炉，其特征在于，所述炉体的内壁上设有耐火层。