CN107366919B - 一种等离子熔融炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子熔融炉，所述等离子熔融炉包括：炉体；位于所述炉体顶部的阴极加热系统，所述阴极加热系统包括中空石墨电极；和位于所述炉体底部的阳极加热系统。根据本发明的等离子熔融炉，阴极加热系统采用中空石墨作为电极，能够压缩电弧、提高电弧温度、增强燃弧稳定性和弧柱定向性、防止偏弧以及降低电耗和电极消耗；另外，中空石墨作为电极无需水冷，热损失较小，因而电热转换效率较高，降低灰渣处理的运行成本；而且不会有水渗漏到等离子熔融炉中，更加安全。

Description

一种等离子熔融炉

技术领域

本发明涉及危险废弃物焚烧技术领域，具体而言涉及一种等离子熔融炉，尤其涉及一种用于危险废弃物焚烧灰渣的等离子熔融炉。

背景技术

目前，我国每年危险废弃物产生量已超过4000万吨，将危险废弃物进行焚烧处理，是一种减量效果最明显、无害化最彻底、焚烧热量可以有效利用的处理危险废弃物的方法，因而得到广泛的应用。目前建成的危险废弃物焚烧处置厂，一般以日处理30-100吨为主，则年处理量为1万-3万吨。若日处理为30吨，年处理为1万吨的话，按目前30％的灰渣量计算，将产生3000吨的焚烧灰渣。

灰渣是飞灰和底渣的简称，其中飞灰是垃圾或者危险废弃物焚烧过程中随烟气排出的微小颗粒，其中含有重金属和二噁英等物质，属于危险废弃物；底渣是垃圾或者危险废弃物焚烧过程中所产生的燃尽物料，其中含有重金属，其性质亦属于危险废弃物。因此，危险废弃物焚烧产生的灰渣仍为危险废弃物，目前处置的主要方式是进入危险废弃物填埋场处理，这种处理方式的填埋成本高、并占用大量土地，没有从根本上解决问题。如何实现这类二次污染物的妥善处置已成为危险废弃物焚烧领域亟待解决的问题。熔融固化技术由于可实现比较高的温度、处理彻底，而成为有发展前景的技术。

熔融固化技术对高温和还原气氛的要求较高，目前广泛采用的技术主要包括富氧焦炭技术、电熔融技术和等离子熔融技术等。富氧焦炭技术主要依靠焦炭在富氧环境下产生的高温将飞灰进行熔融，对焦炭的消耗量较高；电熔融技术采用电加热器替代焦炭产生热源，但存在设备侵蚀、加热元件更换复杂的问题；等离子熔融技术主要分为炬技术和弧技术，前者主要依靠等离子火炬产生的高温气体对物料进行加热，后者通过阴阳极间产生的高温电弧对物料进行加热。由于等离子熔融技术具有能量效率高、生产过程清洁、不使用焦炭等优点，目前正受到越来越多的重视。等离子熔融炉是通过等离子电弧产生的高温(中心区可达7000℃)迅速将飞灰和底渣变成熔融状态的反应器，是将飞灰和底渣无害化处理和资源化利用的一种方式和装置。对于等离子熔融炉来说，一方面，目前阴极采用实心石墨电极，电弧温度较低，稳定性差，电极消耗较大，降低了电弧的效率，增加处理成本；另一方面，目前采用的等离子熔融炉技术物料入炉不够均匀，水冷炉壁带走大部分热量，热效率较低。

因此，有必要为危险废弃物焚烧灰渣的处理提供一种新的等离子熔融炉，以解决上述技术问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对目前的不足，本发明提供一种等离子熔融炉，包括：炉体；位于所述炉体顶部的阴极加热系统，所述阴极加热系统包括中空石墨电极；和位于所述炉体底部的阳极加热系统。

进一步，所述中空石墨电极包括棒状电极。

进一步，所述阳极加热系统的阳极包括预留的铁水。

进一步，所述阴极加热系统通过所述中空石墨电极的中空部分与所述炉体内部相连通。

进一步，所述等离子熔融炉还包括位于所述炉体顶部的物料入炉系统。

进一步，所述物料入炉系统的进料口与水平面之间的夹角的范围为30°-60°。

进一步，所述物料入炉系统的进料口的数量不少于一个。

进一步，所述等离子熔融炉还包括位于炉体侧壁的耐火材料及水冷系统。

进一步，所述耐火材料及水冷系统包括水冷炉壁和多层耐火材料。

进一步，所述等离子熔融炉还包括位于所述炉体顶部或侧壁的观察孔和/或温度压力检测系统。

综上所述，根据本发明的等离子熔融炉，阴极加热系统采用中空石墨作为电极，能够压缩电弧、提高电弧温度、增强燃弧稳定性和弧柱定向性、防止偏弧以及降低电耗和电极消耗；另外，中空石墨作为电极无需水冷，热损失较小，因而电热转换效率较高，降低灰渣处理的运行成本；而且不会有水渗漏到等离子熔融炉中，更加安全。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为本发明实施例的等离子熔融炉的结构示意图。

附图标记说明：

100、等离子熔融炉 101、炉体

102、物料入炉系统 103、阴极加热系统

104、阳极加热系统 105、耐火材料及水冷系统

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出具体的实施方案，以便阐释本发明如何改进目前存在的问题。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

目前处置危险废弃物焚烧灰渣的主要方式是进入危险废弃物填埋场处理，这种处理方式的填埋成本高、并占用大量土地，没有从根本上解决问题。而且对于现有的等离子熔融炉来说，一方面，目前采用实心石墨电极，电弧温度较低，稳定性差，电极消耗较大，降低了电弧的效率，增加处理成本；另一方面，目前采用的等离子熔融炉技术物料入炉不够均匀，水冷炉壁带走大部分热量，热效率较低。

示例性实施例

鉴于上述问题的存在，本发明提供一种等离子熔融炉100，如图1所示为其结构示意图，包括炉体101、位于所述炉体顶部的物料入炉系统102和阴极加热系统103、位于炉体底部的阳极加热系统104、位于炉体侧壁的耐火材料及水冷系统105、和位于炉体顶部或侧壁的观察孔以及温度压力检测系统，其中，所述观察孔以及温度压力检测系统在图中未示出。

其中，所述阴极加热系统103位于所述炉体顶部的中心区域，所述阴极加热系统通过所述中空石墨电极的中空部分与所述炉体内部相连通。所述阳极加热系统104位于所述炉体内部，并延伸到所述炉体外部。进一步，所述物料入炉系统102位于所述炉体顶部的边缘区域。

本发明的工作原理在于：焚烧后的危险废弃物灰渣通过所述物料入炉系统102进入到等离子熔融炉100的炉体101中，在所述阴极加热系统103和所述阳极加热系统104之间产生的直流等离子电弧的作用下加热熔融，危险废弃物灰渣被加热熔融至完成玻璃化过程，熔融后的玻璃体经炉渣出口排出炉体，并预留炉底金属放空口，以便放空炉内的熔融玻璃体及金属。所述耐火材料及水冷系统105用于将等离子熔融炉的炉体与外界隔离，以减少其热损失。所述观察孔用于观察等离子熔融炉100炉体内部的运行情况，所述温度压力检测系统用于监测等离子熔融炉100炉体101内的温度和压力。

进一步，危险废弃物焚烧的灰渣与添加剂混合后经由所述物料入炉系统102进入炉体101。为了解决目前物料入炉不均匀的问题，本发明的物料入炉系统102在等离子熔融炉的炉盖上设置至少一个具有一定倾角的进料口，其作用是保证物料入炉的均匀性，并减少电弧的波动。所述进料口的数量可以是一个或任意多个，在本实施例中为2-4个，例如3个，并在炉盖上均匀分布。进料口与水平面的夹角不受限制，可选地，进料口与水平面的夹角为30°-60°，在本实施例中可以为45°。

进一步，为了解决目前的实心石墨电极电弧温度较低、电弧效率低，处理成本高的问题，本发明的阴极加热系统103采用中空石墨作为电极，能够压缩电弧、提高电弧温度、增强燃弧稳定性和弧柱定向性、防止偏弧以及降低电耗和电极消耗；另外，中空石墨作为电极无需水冷，热损失较小，因而电热转换效率较高，大大降低灰渣处理的运行成本；而且不会有水渗漏到等离子熔融炉中，因此更加安全。具体地，所述中空石墨电极为棒状电极。

所述阳极加热系统104采用预留的铁水作为阳极，与传统导电耐火材料相比，有利于使热量分布均匀，并减少导电耐火材料的使用成本，而且操作简便，大大降低投资成本及维护成本。

进一步，为了解决目前水冷炉壁所带来的热效率降低的问题，本发明的耐火材料及水冷系统105采用水冷炉壁与多层耐火材料相结合的方式，其技术效果是既保证了耐火材料的寿命，又提高了等离子熔融炉的热效率。

根据本发明的等离子熔融炉，阴极加热系统采用中空石墨作为电极，能够压缩电弧、提高电弧温度、增强燃弧稳定性和弧柱定向性、防止偏弧以及降低电耗和电极消耗；另外，中空石墨作为电极无需水冷，热损失较小，因而电热转换效率较高，降低灰渣处理的运行成本；而且不会有水渗漏到等离子熔融炉中，更加安全。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (9)

1.一种等离子熔融炉，其特征在于，包括：

炉体；

位于所述炉体顶部的阴极加热系统，所述阴极加热系统包括中空石墨电极；和

位于所述炉体底部的阳极加热系统，所述阳极加热系统包括预留的铁水。

2.根据权利要求1所述的等离子熔融炉，其特征在于，所述中空石墨电极包括棒状电极。

3.根据权利要求1所述的等离子熔融炉，其特征在于，所述阴极加热系统通过所述中空石墨电极的中空部分与所述炉体内部相连通。

4.根据权利要求1所述的等离子熔融炉，其特征在于，所述等离子熔融炉还包括位于所述炉体顶部的物料入炉系统。

5.根据权利要求4所述的等离子熔融炉，其特征在于，所述物料入炉系统的进料口与水平面之间的夹角的范围为30°‐60°。

6.根据权利要求5所述的等离子熔融炉，其特征在于，所述物料入炉系统的进料口的数量不少于一个。

7.根据权利要求1所述的等离子熔融炉，其特征在于，所述等离子熔融炉还包括位于炉体侧壁的耐火材料及水冷系统。

8.根据权利要求7所述的等离子熔融炉，其特征在于，所述耐火材料及水冷系统包括水冷炉壁和多层耐火材料。

9.根据权利要求1所述的等离子熔融炉，其特征在于，所述等离子熔融炉还包括位于所述炉体顶部或侧壁的观察孔和/或温度压力检测系统。