CN108097703B - 一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统 - Google Patents

Abstract

一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统，涉及固体废物热化学处理技术领域。包括等离子体气化熔融炉，等离子体气化熔融炉的合成气出口连接有二燃室，二燃室的高温烟气出口依次连接有余热回收系统和烟气净化系统。等离子体气化熔融炉的合成气出口还连接有重整室，重整室的高温合成气出口依次连接有换热系统和合成气净化系统。本发明的等离子体气化熔融炉采用控氧燃烧技术，一次风的过量空气系数在0.3‑0.5左右，有效降低了粗合成气中的灰尘量，有利于抑制二噁英、呋喃类有毒有害物质的再生成，同时减少了飞灰量的产量。

Description

一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统

技术领域

本发明涉及固体废物热化学处理技术领域，特别涉及一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统。

背景技术

伴随社会经济的快速发展和人民生活水平的提高，固体废物的产量与日俱增。大量的固体废物排入环境，不仅占用大量土地，而且固体废物中含有的汞、铬、铅、镍、铜、铝、锡、钒、钼、铁、锰等重金属及病毒、病菌、病源体还将对周围环境造成严重破坏，同时严重威胁人类的健康。

固体废物高温热处理技术包括回转窑焚烧技术、热解焚烧技术和等离子体处理技术。

回转窑焚烧技术是国际上通用的危险废物处理装置，它具有适应性广、运行可靠、等优点，但是处理过程中会产生飞灰、二噁英等有毒有害物质，对环境造成二次污染。

热解焚烧技术的特点是包括两个燃烧室，主要炉型有上吸式固定床和热解炉排炉两种。上吸式固定床热解焚烧技术在国内应用的较多，处理规模多在5-10t/d。热解炉排炉技术在国外应用较多，处理规模可达100t/d。热解焚烧技术与单纯的焚烧技术相比具有一定的优势，如，飞灰产生量少，烟气处理量小。但是仍然存在飞灰、炉渣等污染物处理问题。

等离子体处理技术的原理为在等离子体系统中，通入电流使惰性气体（如氢）发生电离，形成电弧，从而产生了6000℃以上的高温，使系统中的固体废物达到1300-1700℃的高温，用以破坏其潜在的病原微生物。研究表明，等离子体技术可以将废物变成玻璃状固体或炉渣，产物具有低渗出、高减容和高强度的特征，可直接进行最终填埋处置。等离子体技术可以处理任何形式的固体废物，处理效率高，尾气排放少，二噁英和呋喃浓度低。但是等离子体技术的投资和处理费用较高。

为了适应固体废物集中处理量的不断增加，改善现有技术中存在的一些不足，基于炉排气化和等离子体熔融的固体废物集中处理技术得到了研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有固体废物热处理技术中的缺陷和不足，提供了一种适用于固体废物集中处理的等离子体气化熔融技术，

实现上述目的的技术方案是：一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统，其特征在于：包括等离子体气化熔融炉，等离子体气化熔融炉的合成气出口连接有二燃室，二燃室的高温烟气出口依次连接有余热回收系统和烟气净化系统。

进一步地，等离子体气化熔融炉的合成气出口还连接有重整室，重整室的高温合成气出口依次连接有换热系统和合成气净化系统。

进一步地，二燃室和重整室均为由耐材组装成的封闭燃烧室、并分别设置有合成气进口和空气进口；

二燃室还设置有点火器和高温烟气出口，重整室设置有第一等离子体炬和高温合成气出口。

进一步地，所述等离子体气化熔融炉包括气化焚烧炉和等离子体熔炉，气化焚烧炉一端设置有进料斗，进料斗的出料口设置有电动闸门，进料斗出口端的气化焚烧炉上安装有推料器，气化焚烧炉的底部为斜向下的斜面、并依次设置有干燥段炉排和气化段炉排，干燥段炉排和气化段炉排的底部分别设置有一次风进口，气化焚烧炉的另一端为开口、并与等离子体熔炉连通连接为整体。

进一步地，所述等离子体熔炉包括炉体，炉体的顶部设置有合成气出口、底部设置有排渣口，炉体的中部连接有气化炉燃烧器，下部连接有第一等离子体炬，第一等离子体炬下方的炉体设置有飞灰入口。

进一步地，所述等离子体熔炉的顶部还设置有朝向炉体内腔的降温喷头。

进一步地，所述余热回收系统为第一空气预热器和蒸汽锅炉，第一空气预热器的换热空气的出口端分别与干燥段炉排和气化段炉排的一次风进口、二燃室的空气进口连接。

进一步地，烟气净化系统包括依次连接的布袋除尘器、降温塔、湿式电除尘器、蒸汽换热器、第一引风机和烟囱，布袋除尘器的进口端连接有氢氧化钙加药箱、活性炭加药箱、和氨水加药箱。

进一步地，所述换热系统为第二空气预热器，第二空气预热器的换热空气的出口端分别连接干燥段炉排和气化段炉排的一次风进口、重整室的空气进口。

进一步地，合成气净化系统包括依次连接的急冷塔、冷却脱硫塔、湿式除尘器、水解催化反应器、脱硫装置、第二引风机和储气罐。

本发明的工作原理将在具体实施方式部分作局图说明。

本发明有益效果如下：

本发明的等离子体气化熔融炉采用控氧燃烧技术，一次风的过量空气系数在0.3-0.5左右，有效降低了粗合成气中的灰尘量，有利于抑制二噁英、呋喃类有毒有害物质的再生成，同时减少了飞灰量的产量。

本发明的等离子体气化熔融炉为还原性环境，有利于抑制重金属的挥发和氮氧化物的生成。

本发明的等离子体熔融炉将灰渣和飞灰进行高温熔融，形成玻璃态熔渣，彻底解决了固体废物处理过程中生成的灰渣和飞灰需再处理的难题。

本发明的二燃室或重整室的高温（1100-1200℃）有利于二噁英、呋喃类有毒有害气体的完全分解。

本发明利用炉排对固体废物进行干燥和气化，有利于提高等离子体气化熔融炉的处理量，降低单位重量固体废物的处理费用。

本发明利用固体废物自身的热值进行干燥、热解和气化，仅对产生的灰渣进行高温等离子体熔融处理，避免了直接使用等离子体对固体废物进行干燥、热解和气化，有效降低了系统能耗。

本发明的利用换热器和余热回收系统有效的利用了高温气体的显热，提高了系统的热效率，实现了固体废物的资源化。

附图说明

图1为本发明的系统原理图；

图2为等离子体气化熔融炉的结构示意图；

图3为烟气净化系统的系统原理图；

图4为合成气净化系统的系统原理图。

具体实施方式

如1-4图所示，本发明包括等离子体气化熔融炉1，离子体气化熔融炉1包括气化焚烧炉11和等离子体熔炉12，气化焚烧炉11一端设置有进料斗13，进料斗13的下部呈圆筒形、并设置有冷却水夹套19，进料斗13的出料口设置有电动闸门14，进料斗13出口端的气化焚烧炉11上安装有推料器15，气化焚烧炉11的底部为斜向下的斜面、并依次设置有干燥段炉排16和气化段炉排17，干燥段炉排16和气化段炉排17的底部分别设置有一次风进口18，气化焚烧炉11的另一端为开口、并与等离子体熔炉12连通连接为整体。

等离子体熔炉12包括炉体121，炉体121的顶部设置有合成气出口122以及朝向炉体121内腔的降温喷头123，炉体121的底部设置有排渣口124，炉体121的中部连接有气化炉燃烧器125，下部连接有第一等离子体炬126，第一等离子体炬126下方的炉体121设置有飞灰入口127。

上述推料器15、干燥段炉排16和气化段炉排17均为垃圾焚烧领域常用设备，具体结构在此不再赘述，

炉体121的顶部设置有合成气出口122的合成气出口分别连接二燃室2和重整室3，二燃室2和重整室3均为由耐材组装成的封闭燃烧室，二燃室2设置有合成气进口21和空气进口22、点火器24、高温烟气出口23，重整室3设置有合成气进口31、空气进口32、第二等离子体炬34、高温合成气出口33。

二燃室2的高温烟气出口23依次连接有第一空气预热器4、蒸汽锅炉5和烟气净化系统6，第一空气预热器4的换热空气的出口端分别与干燥段炉排16和气化段炉排17底部的一次风进口18、二燃室2的空气进口22连接；重整室3的高温合成气出口33依次连接有第二空气预热器7和合成气净化系统8，第二空气预热器7的换热空气的出口端分别连接干燥段炉排16和气化段炉排17的一次风进口18、重整室3的空气进口。

烟气净化系统6包括依次连接的布袋除尘器61、降温塔62、湿式电除尘器63、蒸汽换热器64、第一引风机65和烟囱66，布袋除尘器61的灰尘出口连接等离子体熔炉12的飞灰入口127，降温塔62、湿式电除尘器63产生的废水经处理后达标排放，布袋除尘器61的进口端连接有氢氧化钙加药箱67、活性炭加药箱68、和氨水加药箱69，氢氧化钙加药箱67、活性炭加药箱68、和氨水加药箱69分别通过电控阀610与布袋除尘器6的进口端连接。

合成气净化系统7包括依次连接的急冷塔71、冷却脱硫塔72、湿式除尘器73、水解催化反应器74、脱硫装置75、第二引风机76和储气罐77。

本发明的工作过程：

经粉碎后的固体废物垃圾在推料器15的作用下进入气化焚烧炉11内，并均匀分布在干燥段炉排16上，干燥段炉排5上的固体废物垃圾通过第一空气预热器4、第二空气预热器7输送的高温空气和炉膛辐射热的作用下，外在水分逐渐蒸发，再向前输送至气化段炉排17上，固体废物垃圾中的挥发分在炉膛辐射热的作用下迅速析出，并与第一空气预热器4、第二空气预热器7输送的高温空气混合燃烧，体积迅速降低，经过气化段炉排17后生成的主要固体残渣为灰分和残碳，灰分和残渣直接进入等离子体熔炉12内进行高温熔融。

在第一空气预热器4、第二空气预热器7输送的高温空气和第一等离子体炬126的作用下，等离子体熔炉12内的熔池处于搅动状态，因此从气化段炉排17进入熔池内的灰份和残碳以及从布袋除尘器61的灰尘出口输送的飞灰迅速湮没在熔池内，残碳和熔池内的氧气反应放出热量维持熔池的高温。

等离子体熔炉12产生的1000-1200℃粗合成气，分别输送至二燃室2和重整室3。第一空气预热器4输送的高温空气与等离子体熔炉12输送的粗合成气在二燃室2内完全燃烧，二噁英、呋喃等有毒有害物质彻底分解，产生的高温烟气用于加热第一空气预热器4内的空气以及作为蒸汽的锅炉的热源。

高温烟气通过第一空气预热器4、蒸汽锅炉5换热后温度在2s内迅速降低至230℃；然后经氢氧化钙加药箱67、活性炭加药箱68、和氨水加药箱69加药混合后吸除其中的重金属后，进入布袋除尘器61，将烟气中的粉尘脱除；布袋除尘器61出口的烟气经过降温塔62、湿式电除尘器63进一步去除烟气中的颗粒物和酸性气体，净化后的烟气经蒸汽换热器64加热后由第一引风机65外排，避免烟气中出现白雾。

第二空气预热器7输送的高温空气与等离子体熔炉12输送的粗合成气输送至重整室3内在第二等离子体炬34的高温作用下，将粗合成气中的焦油裂解成小分子气体，二噁英、呋喃等有毒有害物质彻底分解形成高温合成气，高温合成气与第二空气预热器7换热后进入急冷塔70，温度迅速降至250℃避开二噁英的再生成温度区间；然后再进入冷却脱硫塔72通过喷水将合成气冷却至80℃左右，同时水洗脱除合成气中HCl气体；冷却脱酸后的合成气经过湿式除尘器73进行除尘；除尘后的合成气进入水解催化反应器74，催化水解合成气中的羰基硫，进一步氧化后，在脱硫装置75中脱除。系统产生的废水进入废水处理系统集中处理；净化后的合成气经第二引风机76进入储气罐77中储存。

Claims (6)

1.一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统，其特征在于：包括等离子体气化熔融炉，等离子体气化熔融炉的合成气出口连接有二燃室，二燃室的高温烟气出口依次连接有余热回收系统和烟气净化系统；

所述余热回收系统为第一空气预热器和蒸汽锅炉，第一空气预热器的换热空气的出口端分别与干燥段炉排和气化段炉排的一次风进口、二燃室的空气进口连接；

等离子体气化熔融炉的合成气出口还连接有重整室，重整室的高温合成气出口依次连接有换热系统和合成气净化系统；

所述换热系统为第二空气预热器，第二空气预热器的换热空气的出口端分别连接干燥段炉排和气化段炉排的一次风进口、重整室的空气进口；

所述等离子体气化熔融炉包括气化焚烧炉和等离子体熔炉，气化焚烧炉一端设置有进料斗，进料斗的出料口设置有电动闸门，进料斗出口端的气化焚烧炉上安装有推料器，气化焚烧炉的底部为斜向下的斜面、并依次设置有干燥段炉排和气化段炉排，干燥段炉排和气化段炉排的底部分别设置有一次风进口，气化焚烧炉的另一端为开口、并与等离子体熔炉连通连接为整体。

2.根据权利要求1所述的一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统，其特征在于：二燃室和重整室均为由耐材组装成的封闭燃烧室、并分别设置有合成气进口和空气进口；

二燃室还设置有点火器和高温烟气出口，重整室设置有第一等离子体炬和高温合成气出口。

3.根据权利要求1所述的一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统，其特征在于：所述等离子体熔炉包括炉体，炉体的顶部设置有合成气出口、底部设置有排渣口，炉体的中部连接有气化炉燃烧器，下部连接有第一等离子体炬，第一等离子体炬下方的炉体设置有飞灰入口。

4.根据权利要求3所述的一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统，其特征在于：所述等离子体熔炉的顶部还设置有朝向炉体内腔的降温喷头。

5.根据权利要求1所述的一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统，其特征在于：烟气净化系统包括依次连接的布袋除尘器、降温塔、湿式电除尘器、蒸汽换热器、第一引风机和烟囱，布袋除尘器的进口端连接有氢氧化钙加药箱、活性炭加药箱、和氨水加药箱。

6.根据权利要求1所述的一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融系统，其特征在于：合成气净化系统包括依次连接的急冷塔、冷却脱硫塔、湿式除尘器、水解催化反应器、脱硫装置、第二引风机和储气罐。

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