CN106439847B - 一种全自动高温等离子体固废气化熔融炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动高温等离子体固废气化熔融炉，包括炉本体、设在炉本体顶部的变频给料系统、设在炉本体底部的熔融池及熔浆液位检测仪和熔浆出浆系统，以及设在炉本体上端一侧的出气口；所述炉本体下端熔融池上部设有一组等离子发生器，设在离子发生器上端并与炉本体中心垂直线呈一定夹角的一组旋流空气喷嘴，在炉本体外侧分别设有热电偶及氧含量检测仪。本发明根据不同种类的固废也可炼制多种燃油和可燃气体；熔融炉下部产生熔融浆，排出后形成玻璃体可浇铸不同状物件，不会产生二次污染，无二噁英、重金属等有毒物质。

Description

一种全自动高温等离子体固废气化熔融炉

技术领域

本发明属于固体废物处理设备，具体涉及一种全自动高温等离子体固废气化熔融炉。

背景技术

随着我国经济的快速发展，固体废物的产量也呈现不断增多的趋势。据统计，2002年我国工业固体废物的产量为9.5亿t，2005年为13.4亿t，而2007年这一数字则变为17.6亿t，2010年中国工业固体废物产生量已超过了18.3亿t。固体废物污染对环境和人体的危害性决不容忽视，它直接影响到人们的生活，严重影响环境和人体健康。虽然国家固废处理能力比以前有较大的提高，但目前处理固废仍是以卫生填埋为主，堆肥与焚烧为辅，填埋和堆肥需要占用大量土地及空间，同时污染当地环境及地下水；而焚烧、掺烧能一定程度上实现减量化和无害化的处理，则由于其潜在的二次污染(如会产生二恶英、重金属)而遭到公众的质疑。

美国西屋公司早在20世纪60年代就开始为美国航天局建造等离子炬，用于阿波罗太空计划中的航空飞船的外壳材料在5500℃下的测试。在90年代末，第一个中试规模的等离子气化项目在日本建成，主要用于将生活垃圾、污水污泥，以及废旧汽车粉碎后的残留物转化成新能源。

80年代后期我国引进国外技术进行了一些等离子研究试验。随着不断的发展及改进，目前国内等离子体可获得350kW功率，可产生T＞5500℃的局部中心高温区，电弧长度最长达400mm，在技术上、性能上基本达到成熟状态。等离子体发出的高温可熔融任何物体，因此，可利用高温等离子体制作一种自动进料自动落料全自动化气化熔融炉，熔融高危固废。

发明内容

发明目的：本发明提供一种用高温等离子体发出高热密度及高温电弧将固废气化熔融，一部分产生合成气，可余热利用参与燃烧、提供热能、产生蒸汽、发电等，根据不同种类的固废也可炼制多种燃油和可燃气体等；其余固废渣在下部熔融池内变成玻璃体熔融浆，排出后可浇铸不同现状物件，不会产生二次污染，无二噁英、重金属等有毒物质。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种全自动高温等离子体固废气化熔融炉，包括控制柜，炉本体，设在炉本体顶部的给料系统，设在炉本体底端的熔融池，设在炉本体一侧并与熔融池相连通的放浆阀，设在炉本体上部一侧的出气口，设在炉本体下端设有一组等离子发生器，一组旋流喷嘴以及分别设在炉本体外侧的温度热电偶及氧量检测器，所述旋流喷嘴设在离子发生器上端并与炉本体中心垂直线呈夹角，所述控制柜分别与给料系统、温度热电偶、氧量检测器、等离子发生器、旋流喷嘴及放浆阀连通，控制柜通过内部程序控制给料系统、温度热电偶、氧量检测器、等离子发生器、旋流喷嘴及放浆阀。所述熔融池设有第一液位检测仪和第二液位检测仪，用来自动监测熔融池液位高低。

所述控制柜的内部程序为：

1)当控制器接受到温度热电偶(15)的最低温度检测为≤1700℃，开启所有的等离子发生器，当温度为1750℃，停运一个等离子发生器，当温度为1800℃，停运两个等离子发生器，依次类推，确保熔融池温度自动控制在1700℃以上，固废稳定气化熔融；

2)控制器根据炉内固废种类设定炉内氧含量阙值，当炉内氧含量高于此阙值时，自动减少旋喷嘴数量或者降低旋风喷嘴输入端压力，确保炉内氧含量稳定，固废气化熔融正常，不结焦，也不能过量供给空气降低炉内能量；

3)当控制器接受到第一液位检测仪和第二液位检测仪的液位信号时，变频给料机停止，放浆阀开启，实现自动落料；

4)当控制器接受到第一液位检测仪和第二液位检测仪的液位无信号时，变频给料机启动，放浆阀关闭，实现自动进料；

进一步地，所述等离子发生器可安装2个或多个，安装2个时形成对称结构，多个安装时形成均布对心喷射结构，安装角度向下倾斜，等离子体直接对熔融池加热，等离子电弧火苗可基于接近。由于气化炉内温度分布不同，有机固废进入气化炉在落料管附近气化，较难气化的固废在下落过程中随着温升气化，对应更难气化的固废如铁屑、玻璃、石英等落入到高温区熔融池内，等离子体电弧直接对着加热，直到最后熔融，任何物件在等离子体直接加热下都会成熔融状态。

进一步地，所述旋风喷嘴可安装4个、6个或更多，形成均布形式一组，安装时不正对炉体中心，与炉体中心成一定的夹角，同时向下有所倾斜。空气风进入炉膛形成一组向下倾斜并绕中心旋流的旋流风，是给固废气化、熔融过程中补氧，旋流输入氧气能让炉内氧气在各自层次上均布，炉内气化熔融分层明显，气化产生CO和H2。

进一步地，所述给变频给料料系统包括大料仓、与大料仓相连的下料管、设在大料仓与下料管之间的变频给料机。经粉碎干燥过的固废由变频给料机控制给料，固废下料过程中相当于空气中落体运动，变频下料的大小应根据等离子投运数量、熔融池大小、放浆阀开启的频率。

进一步地，所述放浆阀的开启，根据液位开关高低来决定，可实现自动开启，放出浆液可浇铸出不同现状物件，根据建筑或其它工艺品的需要先设计好浇铸模型。

进一步地，所述熔融池确定，等离子的投入数量确定，等离子体的熔融能力值也就确定了，变频给料机下料速度就能确定，单位时间内下料都能得到完全熔融。放浆阀开启周期同样能得到基本确定，生产过程中能找到基本运行规定，给准备浇铸模型提供周期运作时间。更进一步地，浇铸模型工艺可设计成皮带运输移动自动生产线。

进一步地，底端密封板与炉本是用螺栓连接组装结构，通过安装螺栓的拆除可取下底端密封板，可做人孔用，方便熔融炉检修。

进一步地，所述炉本体外侧分别设有一温度表和压力表。

进一步地，所述炉本体内外装有一层刚玉耐火材料。

本发明中，高温等离子体对固废气化熔融，一部分产生合成气，可余热利用参与燃烧、提供热能、产生蒸汽、发电等，根据不同种类的固废也可炼制多种燃油和可燃气体等；其余固废渣在下部熔融池内变成玻璃体熔融浆，排出后可浇铸不同现状物件，不会产生二次污染，无二噁英、重金属等有毒物质。由于其组织结构紧密结构，非常适合作为建筑材料和防火材料使用。利用等离子体气化技术将固体废弃物转化为能源是一项新技术，具有很大的潜力。

有益效果：本发明相对于现有技术而言具有以下优点：

本发明采用高温等离子体能发出大于5500℃的电弧温度，利用等离子体高热密度及高温电弧加热气化熔融炉熔融池自动控制到1700℃以上，甚至更高温度将固废气化产生合成气，提供热能，炼制多种燃油和可燃气体，适应于任何固体废弃垃圾，如废塑料、废轮胎、橡胶、废金属件、碎玻璃、医疗废弃物等危险品的处理，所排出熔融浆形成一种玻璃状产物，实现真正的固废减量化、无害化处理，无二噁英、重金属等有毒物质产生。所有固废气化产生的合成气从出气口排出，可接收储存起来，可直接参与热风炉、蒸汽锅炉燃烧提供热风、产生蒸汽或发电等，也可用来提炼可燃气体、乙醇、丙醇、柴油、重油等化学品。放浆阀放出来的玻璃状物质，由于其紧密组织结构，非常适合作为建筑材料使用。本发明对在环保能源等方面具有重大经济社会价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中的150KW等离子电弧尺寸温度图。

图3是本发明中气化炉温度控制简图。

图4是本发明中变频机启\停、放浆阀开关控制逻辑图。

其中：1-压力表；2-给料机；3-大料仓；4-温度表；5-出气口；6-炉本体；7-氧量检测器；8-旋流喷嘴；9-等离子发生器；10-熔融池；11-放浆阀；12-密封板；13-第一液位检测仪；14-第二液位检测仪；15-温度热电偶；16-耐高温刚玉材料；17-下料管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种全自动高温等离子固废气化熔融炉，包括炉本体6、设在炉本体6顶部的变频给料系统，设在炉本体6底部的熔融池10及与熔融池10连通的放浆阀，设在炉本体6上部一侧的出气口5；所述炉本体6下端设有一组等离子发生器9，设在离子发生器上端并与炉本体6中心垂直线呈一定夹角的一组旋流喷嘴8，在炉本体6外侧分别设有温度热电偶15及氧量检测仪7，熔融池10外侧设有第一液位检测仪13和第二液位检测仪14。

给料系统的部件大料仓3、下料管17、给料机2连接为一个整体，下料管17与炉本体6顶部法兰连接，采用管道法兰焊接方式，连接法兰通过螺栓与炉本体6连接，法兰与炉本体6之间加高温密封垫连接方式，下料管17与炉本体6之间充满耐高温刚玉材料，下料管17采用耐热不锈钢制作。

等离子发生器9安装在炉本体6下部，安装两个时形成对称结构，安装多个时形成均布对心喷射结构，安装角度向下倾斜，等离子电弧火苗可基于接近。

旋风喷嘴8安装在炉本体6下部略高于离子发生器9，其数量根据等离子发生器9数量及功率可安装4个、6个或更多，形成均布状态一组。安装时不正对炉本体6中心，与炉本体6中心成一定的夹角，同时向下有所倾斜。

熔融池10位于炉本体6底部，左端连接一组第一液位检测仪13和第二液位检测仪14，右端连接放浆阀11，底部连接底端封闭板12，其通过螺栓与炉本体6连接，连接处之间加高温密封材料。整个熔融池10及炉本体6内部都做有一层耐高温刚玉材料16。

第一液位检测仪13和第二液位检测仪14用来检测熔融池10液位高度及控制变频器2启停和放浆阀11开闭。如图4所示，当控制器接受到第一液位检测仪13和第二液位检测仪14的液位信号时，变频给料机2停止，放浆阀11开启；当控制器接受到第一液位检测仪13和第二液位检测仪14的液位无信号时，变频给料机2启动，放浆阀11关闭。

温度热电偶15设在炉本体6一侧的，等离子发生器9和熔融池10之间并靠近熔融池10，用来检测熔融池10温度和控制等离子发生器9的投入数。如图3所示，因要保证炉内下段熔融池10最熔融温度≥1700℃，才能把所有固废气化熔融，当温度低时≤1700℃,，所有等离子投入运行加热待熔融池10温度达到1700℃要求后投入固废运行，当温度≥1750℃，停运1号等离子，如温度继续上升≥1800℃时，停运2号等离子，当温度≥1850℃时，停运3号等离子(该处以4台等离子为例说明)。根据处理固废量，来选择和设定需要投入的等离子数量，确保固废稳定气化熔融。

氧量检测仪7用来检测炉内含氧量，因炉内氧量不能富裕只能缺氧状态，确保固废物质不被燃烧而只发生气化熔融，如含氧量过高，则固废物料全部燃烧，同时也影响炉内能量损失；如含氧量过低，不利于气化熔融，同时熔融过程中会结焦。比如说控制含氧系数0.95，可通过氧量检测仪来检测监控，如氧量偏高，可控制旋风喷嘴(8)投入数量或降低旋风喷嘴输入端压力等。这些控制功能在旋风喷嘴上游加上电磁阀和调压阀等就能轻易做到。此处不详细说明。

温度表4、压力表1安装于炉本体6的顶部，检测显示炉内温度和压力。

如图2所示，150KW等离子电弧尺寸温度图，等离子体随着功率的不同，电弧后形成的中心温度也各有不同，350kW功率可产生T＞5500℃的局部中心高温区，温度梯度由内向外逐步减弱，电弧长度最长达400mm，在温度2000℃附件电弧直径最大。

本发明采用高温等离子体能发出大于5500℃的电弧温度，利用等离子体高热密度及高温电弧加热熔融池10炉到1700℃以上，甚至更高温度将固废气化熔融掉，一部分产生合成气，提供热能，炼制多种燃油和可燃气体，适应于任何固体废弃，如废塑料、废轮胎橡胶、油泥沙、废金属件、碎玻璃、医疗废弃物等危险品的处理，另一部分熔融成一种玻璃状产物，可浇铸成不同建筑材料及工艺品，实现真正的减量化、无害化处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种全自动高温等离子体固废气化熔融炉，其特征在于：包括控制柜，炉本体（6），设在炉本体（6）顶部的给料系统，设在炉本体（6）底端的熔融池（10），设在炉本体（6）一侧并与熔融池（10）相连通的放浆阀（11），设在炉本体（6）上部一侧的出气口（5），设在炉本体（6）下端设有一组等离子发生器（9），一组旋流喷嘴（8）以及分别设在炉本体（6）外侧的温度热电偶（15）及氧量检测器（7），所述旋流喷嘴（8）设在离子发生器上端并与炉本体（6）中心垂直线呈夹角，所述控制柜分别与给料系统、温度热电偶(15)、氧量检测器（7）、等离子发生器（9）、旋流喷嘴（8）及放浆阀(11)连通，控制柜通过内部程序控制给料系统、温度热电偶(15)、氧量检测器（7）、等离子发生器（9）、旋流喷嘴（8）及放浆阀(11)，所述控制柜的内部程序控制温度热电偶(15)、旋流喷嘴（8）以及等离子发生器（9）的工作流程为：

1）当控制器接受到温度热电偶(15)的最低温度检测为≤1700℃，开启所有的等离子发生器，当温度为1750℃，停运一个等离子发生器，当温度为1800℃，停运两个等离子发生器，依次类推，确保熔融池（10）温度自动控制在1700℃以上；

2）控制器根据炉内固废种类设定炉内氧含量阙值，当炉内氧含量高于此阙值时，自动减少旋喷嘴数量或者降低旋风喷嘴输入端压力。

2.根据权利要求1所述的全自动高温等离子体固废气化熔融炉，其特征在于：所述熔融池（10）设有第一液位检测仪（13）和第二液位检测仪（14），用来自动监测熔融池（10）液位高低。

3.根据权利要求2所述的全自动高温等离子体固废气化熔融炉，其特征在于：所述给料系统包括固废大料仓（3）、与大料仓（3）相连的下料管（17）以及设在大料仓与下料管之间的变频给料机（2）。

4.根据权利要求3所述的全自动高温等离子体固废气化熔融炉，其特征在于：所述控制柜 的内部程序控制给料机(2)和放浆阀（11）的全自动工作流程为：

1）当控制器接受到第一液位检测仪（13）和第二液位检测仪(14)的液位信号时，变频给料机（2）停止，放浆阀（11）开启；

2）当控制器接受到第一液位检测仪（13）和第二液位检测仪(14)的液位无信号时，变频给料机（2）启动，放浆阀（11）关闭。

5.根据权利要求1所述的全自动高温等离子体固废气化熔融炉，其特征在于：所述等离子发生器（9）安装2个、4个或6个，安装2个时呈对称结构，安装2个以上时呈均布对心喷射结构，安装角度向下倾斜，等离子体直接对熔融池（10）加热。

6.根据权利要求1所述的全自动高温等离子体固废气化熔融炉，其特征在于：所述熔融池（10）底部设有一密封板（12），所述密封板（12）与炉本体（6）内侧相连。

7.根据权利要求1所述的全自动高温等离子体固废气化熔融炉，其特征在于：所述温度热电偶（15）设在等离子发生器（9）和熔融池（10）之间，用来检测熔融池（10）温度和控制等离子发生器（9）的投入数。

8.根据权利要求1所述的全自动高温等离子体固废气化熔融炉，其特征在于：所述炉本体（6）外侧分别设有一温度表（1）和压力表（4）。

9.根据权利要求1所述的全自动高温等离子体固废气化熔融炉，其特征在于：所述炉本体（6）内层设有一层耐高温刚玉材料（16）。