CN107559834A - 一种等离子垃圾处理系统及处理垃圾的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子垃圾处理系统及处理垃圾的方法，该系统包括：等离子生活垃圾处理装置，其包括等离子处理生活垃圾枪、生活垃圾处理炉体，等离子处理生活垃圾枪从生活垃圾处理炉体上部伸入生活垃圾处理炉体内；等离子飞灰处理装置，其包括等离子处理飞灰枪、飞灰处理炉体，等离子处理飞灰枪从飞灰处理炉体上部伸入飞灰处理炉体内，飞灰处理炉体底部设置有底电极；生活垃圾排气口与等离子处理飞灰枪相连。本发明将等离子处理生活垃圾及等离子处理飞灰结合在一起，可以高效利用等离子处理生活垃圾产生的废气的热能与化学能处理飞灰，既解决了有机废气处理的问题，又解决了等离子处理飞灰能源的问题，耗能少，成本低。

Description

一种等离子垃圾处理系统及处理垃圾的方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体地涉及一种等离子垃圾处理系统及采 用该系统处理垃圾的方法。

背景技术

等离子态是物质的第四态，宇宙中几乎99﹪的物质(不包括尚未确认 的暗物质)都处于等离子态。

等离子体的温度分布范围则从10K的低温到核聚变等离子体的10亿 K超高温并拥有一系列独特性质，使等离子体在纳米材料生产、新材料合 成、热加工制造、冶炼、钻探、煤化工、垃圾废物处理、材料表面处理、 电子、新能源、军事、航空航天等领域获得广泛应用。

一般挥发性有机物的定义指在常温20℃、常压760mmHg下蒸气压 大于0.1mmHg以上或沸点150℃以下的有机化合物。挥发性有机物种类 繁多，目前估计在100万种以上，而且还在迅速地增加着，按其组成和 特性的不同可分为以下五类化合物：(1)烃类：包括烷烃(甲烷除外)、 烯烃和芳烃等；(2)含氧有机物，如醛、醇、酮及酯等；(3)含氮有机物， 如胺、酰胺和腈等；(4)含卤有机物，包括卤代烃、酰氯等；(5)含硫有 机物，包括硫醇、硫醚、硫脲、硫酚及二硫化碳等。某些烃类、含氮有机 物、含卤有机物及含硫有机物等物质会发出令人不愉快的臭味，产生恶臭 废气。

大量含挥发性有机物废气，简称有机废气，排入大气，除使大气环境 质量下降外，同时也给人体健康带来严重危害，给国民经济造成巨大损失。 因此控制有机废气排放是重要的。

垃圾焚烧飞灰中含有大量的Cd、Cr、Ni、Pb等有害重金属物质，并 且吸附了许多高毒性难降解的持久性有机污染物。因此，《国家危险废物 名录》明确规定其为危险废物，必须经过稳定化、无害化处理。目前，较 常用的垃圾焚烧飞灰的处理方法主要有分离技术、固化稳定化技术以及热 处理技术。

等离子体技术作为一种近年来在工业中得到广泛应用的新技术，也可 以用于垃圾焚烧飞灰的处理。与传统的热处理技术相比，热等离子体技术 具有更高的温度和能量密度，可以实现飞灰的玻璃化，抑制重金属迁移， 被认为是飞灰无害处理最有效的途径之一。然而，现有的等离子技术在用 于飞灰处理时，操作非常复杂，且能量浪费非常严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种采用等离子综合高效处理垃 圾的系统和方法。

为此本发明提供了一种等离子垃圾处理系统，包括：

等离子生活垃圾处理装置，等离子生活垃圾处理装置包括等离子处理 生活垃圾枪、生活垃圾处理炉体，生活垃圾处理炉体上部设置有生活垃圾 排气口、生活垃圾进料口，等离子处理生活垃圾枪从生活垃圾处理炉体上 部伸入生活垃圾处理炉体内；

等离子飞灰处理装置，等离子飞灰处理装置包括等离子处理飞灰枪、 飞灰处理炉体，飞灰处理炉体上部设置有飞灰排气口、飞灰进料口，飞灰 处理炉体侧面底部设置熔岩出料口，等离子处理飞灰枪从飞灰处理炉体上 部伸入飞灰处理炉体内，飞灰处理炉体底部正对等离子处理飞灰枪的位置 设置有底电极；

生活垃圾排气口与等离子处理飞灰枪相连，进而连通飞灰处理炉体内 腔。

更进一步地，等离子生活垃圾处理装置还包括：等离子枪夹持器，等 离子枪夹持器一端与机械臂相连，另一端以液压方式夹持等离子处理生活 垃圾枪，等离子处理生活垃圾枪通过机械臂实现自由移动。

更进一步地，生活垃圾排气口与生活垃圾排气管连接，生活垃圾排气 管经生活垃圾气压阀与等离子处理飞灰枪相连，生活垃圾排气口流出的气 体温度在500℃～1000℃。

更进一步地，等离子处理生活垃圾枪为非转移弧等离子枪，其作用是 对生活垃圾进行焚烧处理，采用离子气体为空气，在高温下还能与垃圾中 的可燃物进行燃烧。

更进一步地，生活垃圾处理炉体包括耐热钢层、设置在耐热钢层内部 的耐火砖层。其作用是承载生活垃圾进行焚烧，炉体内部保持微负压，防 止有机废气从炉体缝隙之中溢出，炉体内生活垃圾没有导电性能，无法连 接底电极，故此采用非转移等离子弧对其进行焚烧处理。

更进一步地，等离子飞灰处理装置至少有一个或两个，且等离子飞灰 处理装置还包括：飞灰气压阀、金属软管、连接套，飞灰气压阀一端通过 生活垃圾排气管连接生活垃圾排气口，一端螺纹连接金属软管，金属软管 另一端经连接套与等离子处理飞灰枪上端连接，等离子处理飞灰枪由液压 夹持装置夹持并由机械臂固定在飞灰处理炉体上端，底电极与飞灰处理炉 体底端螺纹连接，金属软管的材料为耐热钢。

飞灰排气口的尾气温度在1000℃左右，需要采用冷却装置及尾气处 理装置对其中的氮氧化物进行处理。

飞灰气压阀作用为调节进入等离子处理飞灰装置中的废气流量，当等 离子处理飞灰装置中的等离子处理飞灰枪烧损时，将通过调节灰气压阀停 止对等离子处理飞灰装置中输送废气，以便对等离子处理飞灰枪进行更换。

金属软管的材料为耐热钢，其作用是为等离子处理飞灰枪提供废气， 由于等离子处理飞灰枪烧损较快，需要经常更换，故此采用金属软管对废 气进行输送。

更进一步地，等离子处理飞灰枪为转移弧等离子弧枪，包括：飞灰枪 体和气路，飞灰枪体材料为石墨棒，气路为贯通设置在飞灰枪体的石墨棒 中心的通孔。

通孔直径为10～100mm，主要作用是用于将等离子处理生活垃圾装置 产生的废气输送到等离子处理飞灰装置的等离子弧中。

等离子弧在石墨棒底端与熔岩表面之间产生，废气从石墨棒中间流入 等离子弧区域形成等离子体，尤其是有机废气，通过释放自身的化学能， 释放出更多的热量；这种结构简单方便、成本较低、便于更换，最主要的 是采用空心石墨棒能够承载等离子处理生活垃圾装置中产生的高温废气， 若是采用常规等离子枪，里面有熔点较低的聚四氟材料，很容易被高温废 气烧损；而且采用中空石墨棒没有水冷，无法带走热量，热量全部作用于 飞灰；由于等离子处理生活垃圾装置中产生的废气多为还原性气体或中性 气体，氧化性气体均与生活垃圾中的可燃物发生反应，故此没有氧化性气 体与石墨进行反应，进一步增长了石墨电极的寿命。

更进一步地，熔岩出料口设计在飞灰处理炉体的熔岩液面的下端，飞 灰处理炉体包括耐热钢层、设置在耐热钢层内部的耐火砖层。

飞灰处理炉体的作用是承载生活垃圾进行焚烧，炉体内部保持微负压， 防止有机废气从炉体缝隙之中溢出，飞灰处理炉体中的转移等离子弧为转 移弧，其原因是飞灰融化成熔岩后具有导电性，能够与转移弧等离子枪之 间形成等离子弧，转移弧热能利用率较高，适合用于处理飞灰，飞灰处理 炉体内的熔岩为飞灰融化后的产物，其中夹杂着10～30％的氧化硅，其飞 灰来源可以是等离子处理生活垃圾装置中产生的飞灰，也可以是其他垃圾 焚烧厂产生的飞灰。

更进一步地，底电极的材料为钨合金或石墨。其主要作用是为熔岩通 入电能，形成阳极，与等离子处理飞灰枪之间形成高温等离子弧。

本发明还公开了一种采用上述系统处理垃圾的方法，具体包括：

采用等离子处理生活垃圾枪发射非转移等离子弧处理生活垃圾，并产 生废气和飞灰，将上述产生的废气作为等离子处理飞灰枪的离子气体，产 生转移等离子弧对飞灰进行处理。

本系统运行前，在等离子处理飞灰炉体内部放置一些铁块，并堵住等 离子处理飞灰炉体的熔岩出料口；启动等离子处理生活垃圾装置，调节电 压1000V，电流2000A，对生活垃圾进行焚烧；启动等离子处理飞灰装置， 使等离子处理飞灰枪先与铁块之间产生电弧，当铁块形成熔池后连续加入 飞灰，当熔岩深度超过熔岩出料口后捅开熔岩出料口出料，整套设备即可 开始运行。

本发明的有益效果在于：

(1)将等离子处理生活垃圾及等离子处理飞灰结合在一起，可以高效 利用等离子处理生活垃圾产生的废气的热能与化学能处理飞灰。

(2)充分利用了等离子处理生活垃圾的废气，去除了有机尾气处理的 成本。

(3)充分利用了等离子处理生活垃圾的废气的热量，既减少了等离子 处理飞灰所需要的电能，又实现了对等离子处理生活垃圾余热的充分有效 利用。

(4)充分利用了等离子处理生活垃圾的废气中的有机废气，使有机废 气的化学能作为处理飞灰的热能，既解决了有机废气处理的问题，又解决 了等离子处理飞灰能源的问题。

(5)充分利用了等离子处理生活垃圾的废气中的氮气，使之作为等离 子处理飞灰中的离子气，减少了等离子处理飞灰的氮气源。

总之，处理相同的垃圾与飞灰，本发明耗能少，操作简单，成本低， 在入不敷出的等离子处理垃圾市场能够为公司带来利润，具有极大的市场 竞争力。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描 述中将变得显而易见和容易理解，其中：

图1是本发明中的等离子垃圾处理系统的整体结构示意图。

图2是本发明中的等离子生活垃圾处理装置的结构示意图。

图3是本发明中的等离子飞灰处理装置的结构示意图。

图4是本发明中的等离子处理飞灰枪的结构示意图。

附图标记：

1、等离子生活垃圾处理装置，2、等离子飞灰处理装置，101、等离 子处理生活垃圾枪，102、生活垃圾处理炉体，103、生活垃圾排气口，104、 生活垃圾进料口，105、等离子枪夹持器，106、生活垃圾排气管，107、 生活垃圾气压阀，108、生活垃圾，109、非转移等离子弧，201、等离子 处理飞灰枪，202、飞灰处理炉体，203、飞灰排气口，204、飞灰进料口， 205、熔岩出料口，206、底电极，207、飞灰气压阀，208、金属软管、209、 连接套，210、熔岩，211、转移等离子弧，212、飞灰枪体，213气路。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自 始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能 的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明， 而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的附图1-4，示出了一种等离子垃圾处理系统，具体包括：

图2所示的等离子生活垃圾处理装置1，所述等离子生活垃圾处理装 置1包括等离子处理生活垃圾枪101、生活垃圾处理炉体102，所述生活 垃圾处理炉体102上部设置有生活垃圾排气口103、生活垃圾进料口104， 所述等离子处理生活垃圾枪101从所述生活垃圾处理炉体102上部伸入所 述生活垃圾处理炉体102内；

等离子飞灰处理装置2，所述等离子飞灰处理装置2包括等离子处理 飞灰枪201、飞灰处理炉体202，所述飞灰处理炉体202上部设置有飞灰 排气口203、飞灰进料口204，所述飞灰处理炉体侧面底部设置熔岩出料 口205，所述等离子处理飞灰枪201从所述飞灰处理炉体202上部伸入所 述飞灰处理炉体202内，所述飞灰处理炉体202底部正对所述等离子处理 飞灰枪201的位置设置有底电极206；

所述生活垃圾排气口103与所述等离子处理飞灰枪201相连，进而连 通飞灰处理炉体202内腔。

其中，

等离子生活垃圾处理装置1的作用是用高温等离子焚烧处理生活垃圾， 生活垃圾在等离子高温下焚烧分解成为有机废气及其他混合气体，产生的 废气主要有生活垃圾焚烧生产的气体及输入等离子枪的离子气体，废气温 度高达500℃～1000℃，废气之中含有较多有害气体，如二噁英等；生 活垃圾焚烧后产生的飞灰经一段时间积累后由出渣口(未示出)清理。

等离子飞灰处理装置2的作用是利用等离子生活垃圾处理装置1产生 的废气作为离子气体，产生高温等离子体，对垃圾飞灰进行焚烧处理；等 离子处理生活垃圾1中产生的废气主要有氮气、有机废气、碳氧化物气体 及氮氧化物气体，其中氮气作为主气在等离子飞灰处理装置2中产生等离 子弧，有机废气具有较高的化学能，作为次气进入等离子飞灰处理装置2 中，能够有效提高等离子弧的温度，实现对飞灰的充分加热；此外等离子 处理生活垃圾装置1中产生的废气温度较高，进入等离子处理飞灰装置2 中直接进行电离，减少了电能对常温气体的加热过程，充分利用了废气的 热能；由于等离子处理生活垃圾装置1产生的废气量较大，故此一个等离 子处理生活垃圾装置1与多个等离子处理飞灰装置2相连，实现废气充分 利用。

更具体地，所述等离子生活垃圾处理装置1还包括：等离子枪夹持器 105，所述等离子枪夹持器105一端与机械臂相连，另一端以液压方式夹 持所述等离子处理生活垃圾枪101，等离子处理生活垃圾枪101通过机械 臂实现自由移动。

更具体地，所述生活垃圾排气口103与生活垃圾排气管106螺纹连接， 所述生活垃圾排气管106经生活垃圾气压阀107与所述等离子处理飞灰枪 相连，生活垃圾排气口103流出的气体温度在500℃～1000℃。

更具体地，所述等离子处理生活垃圾枪101为非转移弧等离子枪，其 作用是对生活垃圾进行焚烧处理，采用离子气体为空气，在高温下还能与 垃圾中的可燃物进行燃烧。

更具体地，所述生活垃圾处理炉体102包括耐热钢层、设置在耐热钢 层内部的耐火砖层。其作用是承载生活垃圾108进行焚烧，炉体内部保持 微负压，防止有机废气从炉体缝隙之中溢出，炉体内生活垃圾108没有导 电性能，无法连接底电极，故此采用非转移等离子弧109对其进行焚烧处 理。

更具体地，所述等离子飞灰处理装置2有一个或两个，且所述等离子 飞灰处理装置2还包括：飞灰气压阀207、金属软管208、连接套209，所 述飞灰气压阀207一端通过生活垃圾排气管106连接所述生活垃圾排气口 103，一端螺纹连接所述金属软管208，所述金属软管208另一端经所述连 接套209与所述等离子处理飞灰枪201上端连接，所述等离子处理飞灰枪 201由液压夹持装置夹持并由机械臂固定在所述飞灰处理炉体202上端， 所述底电极206与所述飞灰处理炉体202底端螺纹连接。

飞灰排气口203的尾气温度在1000℃左右，需要采用冷却装置及尾 气处理装置对其中的氮氧化物进行处理。

飞灰气压阀207作用为调节进入等离子处理飞灰装置2中的废气流量， 当等离子处理飞灰装置2中的等离子处理飞灰枪201烧损时，将通过调节 灰气压阀207停止对等离子处理飞灰装置2中输送废气，以便对等离子处 理飞灰枪201进行更换。

金属软管208的材料为耐热钢，其作用是为等离子处理飞灰枪201提 供废气，由于等离子处理飞灰枪201烧损较快，需要经常更换，故此采用 金属软管208对废气进行输送。

更具体地，所述等离子处理飞灰枪201为转移弧等离子弧枪，包括： 飞灰枪体212和气路213，所述飞灰枪体212材料为石墨棒，所述气路213 为贯通设置在所述飞灰枪体212的所述石墨棒中心的通孔。

通孔直径为10～100mm，主要作用是用于将等离子处理生活垃圾装置1产生的废气输送到等离子处理飞灰装置2的等离子弧中。

等离子弧在石墨棒底端与熔岩表面之间产生，废气从石墨棒中间流入 等离子弧区域形成等离子体，尤其是有机废气，通过释放自身的化学能， 释放出更多的热量；这种结构简单方便、成本较低、便于更换，最主要的 是采用空心石墨棒能够承载等离子处理生活垃圾装置1中产生的高温废气， 若是采用常规等离子枪，里面有熔点较低的聚四氟材料，很容易被高温废 气烧损；而且采用中空石墨棒没有水冷，无法带走热量，热量全部作用于 飞灰；由于等离子处理生活垃圾装置1中产生的废气多为还原性气体或中 性气体，氧化性气体均与生活垃圾中的可燃物发生反应，故此没有氧化性 气体与石墨进行反应，进一步增长了石墨电极的寿命。

更具体地，所述熔岩出料口205设计在所述飞灰处理炉体202的熔岩 液面的下端，所述飞灰处理炉体202包括耐热钢层、设置在耐热钢层内部 的耐火砖层。

飞灰处理炉体202的作用是承载生活垃圾进行焚烧，炉体内部保持微 负压，防止有机废气从炉体缝隙之中溢出，飞灰处理炉体202中的转移等 离子弧211为转移弧，其原因是飞灰融化成熔岩后具有导电性，能够与转 移弧等离子枪之间形成等离子弧，转移弧热能利用率较高，适合用于处理 飞灰，飞灰处理炉体内的熔岩210为飞灰融化后的产物，其中夹杂着10～30％ 的氧化硅，其飞灰来源可以是等离子处理生活垃圾装置2中产生的飞灰， 也可以是其他垃圾焚烧厂产生的飞灰。

更具体地，所述底电极206的材料为钨合金或石墨。其主要作用是为 熔岩210通入电能，形成阳极，与等离子处理飞灰枪201之间形成高温等 离子弧。

本发明还公开了一种采用上述系统处理垃圾的方法，具体包括：

采用等离子处理生活垃圾枪101发射非转移等离子弧109处理生活垃 圾108，并产生废气和飞灰，将上述产生的废气作为等离子处理飞灰枪201 的离子气体，产生转移等离子弧211对所述飞灰进行处理。

下面以具体实施例来描述本发明中的等离子垃圾处理系统的工作过 程。

实施例1：

本发明将等离子处理生活垃圾与等离子处理飞灰有机地结合在了一 起，通过利用等离子处理生活垃圾产生的废气进入等离子处理飞灰中用作 离子气体，等离子处理生活垃圾的有机废气具有较高的化学能，能够产生 较大的热量，有利于对飞灰进行加热熔融。

本系统运行前，在等离子处理飞灰炉体202内部放置一些铁块，并堵 住等离子处理飞灰炉体202的熔岩出料口205；启动等离子处理生活垃圾 装置1，调节电压1000V，电流2000A，采用等离子处理生活垃圾枪101 对生活垃圾108进行焚烧，产生的废气经生活垃圾排气口103-生活垃圾排 气管106-生活垃圾气压阀107-生活垃圾排气管106-飞灰气压阀207-金属 软管208-连接套209进入等离子处理飞灰装置2的等离子处理飞灰枪201 的气路213中用作离子气体，启动等离子处理飞灰装置2，使等离子处理 飞灰枪201先与铁块之间产生电弧，当铁块形成熔池后连续加入飞灰，当 熔岩210深度超过熔岩出料口205后捅开熔岩出料口205出料，整套设备 即可开始运行。

采用等离子处理生活垃圾枪101发射非转移等离子弧109处理生活垃 圾108，并产生废气和飞灰，将上述产生的废气作为等离子处理飞灰枪201 的离子气体，产生转移等离子弧211对所述飞灰进行处理。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以 理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种 变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种等离子垃圾处理系统，其特征在于，包括：

等离子生活垃圾处理装置，所述等离子生活垃圾处理装置包括等离子处理生活垃圾枪、生活垃圾处理炉体，所述生活垃圾处理炉体上部设置有生活垃圾排气口、生活垃圾进料口，所述等离子处理生活垃圾枪从所述生活垃圾处理炉体上部伸入所述生活垃圾处理炉体内；

等离子飞灰处理装置，所述等离子飞灰处理装置包括等离子处理飞灰枪、飞灰处理炉体，所述飞灰处理炉体上部设置有飞灰排气口、飞灰进料口，所述飞灰处理炉体侧面底部设置熔岩出料口，所述等离子处理飞灰枪从所述飞灰处理炉体上部伸入所述飞灰处理炉体内，所述飞灰处理炉体底部正对所述等离子处理飞灰枪的位置设置有底电极；

所述生活垃圾排气口与所述等离子处理飞灰枪相连，进而连通飞灰处理炉体内腔。

2.如权利要求1所述的等离子垃圾处理系统，其特征在于，所述等离子生活垃圾处理装置还包括：等离子枪夹持器，所述等离子枪夹持器一端与机械臂相连，另一端以液压方式夹持所述等离子处理生活垃圾枪。

3.如权利要求1所述的等离子垃圾处理系统，其特征在于，所述生活垃圾排气口与生活垃圾排气管连接，所述生活垃圾排气管经生活垃圾气压阀与所述等离子处理飞灰枪相连。

4.如权利要求1所述的等离子垃圾处理系统，其特征在于，所述等离子处理生活垃圾枪为非转移弧等离子枪。

5.如权利要求1所述的等离子垃圾处理系统，其特征在于，所述生活垃圾处理炉体包括耐热钢层、设置在耐热钢层内部的耐火砖层。

6.如权利要求1所述的等离子垃圾处理系统，其特征在于，所述等离子飞灰处理装置有一个或至少两个，且所述等离子飞灰处理装置还包括：飞灰气压阀、金属软管、连接套，所述飞灰气压阀一端通过生活垃圾排气管连接所述生活垃圾排气口，一端螺纹连接所述金属软管，所述金属软管另一端经所述连接套与所述等离子处理飞灰枪上端连接，所述等离子处理飞灰枪由液压夹持装置夹持并由机械臂固定在所述飞灰处理炉体上端，所述底电极与所述飞灰处理炉体底端螺纹连接，所述金属软管的材料为耐热钢。

7.如权利要求1所述的等离子垃圾处理系统，其特征在于，所述等离子处理飞灰枪为转移弧等离子弧枪，包括：飞灰枪体和气路，所述飞灰枪体材料为石墨棒，所述气路为贯通设置在所述飞灰枪体的所述石墨棒中心的通孔。

8.如权利要求1所述的等离子垃圾处理系统，其特征在于，所述熔岩出料口设计在所述飞灰处理炉体的熔岩液面的下端，所述飞灰处理炉体包括耐热钢层、设置在耐热钢层内部的耐火砖层。

9.如权利要求1所述的等离子垃圾处理系统，其特征在于，所述底电极的材料为钨合金或石墨。

10.一种采用权利要求1-9任一所述的系统处理垃圾的方法，其特征在于，包括：

采用等离子处理生活垃圾枪发射非转移等离子弧处理生活垃圾，并产生废气和飞灰，将上述产生的废气作为等离子处理飞灰枪的离子气体，产生转移等离子弧对所述飞灰进行处理。