CN110296434B - 一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，包括高温氧化炉、压力控制系统、氧含量控制系统和喷水降温系统；高温氧化炉包括上部的直筒结构、中部的第一锥形结构和底部的第二锥形结构，且第一锥形结构的纵截面为顶部窄底部宽的梯形结构，第二锥形结构的纵截面为顶部宽底部窄的梯形结构；压力控制系统控制高温氧化炉膛压力为‑20～‑30Pa；氧含量控制系统维持烟气出口正常氧含量；喷水降温系统控制高温氧化炉的正常焚烧温度。本发明高温氧化室内的流场和热场更加均匀，焚烧更加稳定，效果更佳，能显著降低了NOX的排放；双鼓风机的设置降低了联锁停机的可能性；在结构方面梯形的设计也更加稳固。

Description

一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室
技术领域
本发明涉及节能环保设备领域，具体涉及一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室。
背景技术
危险废弃物是指列入国家危险废弃物名录，或者根据国家规定的危险废弃物鉴别标准和鉴别方法认定的，具有危险特性的废物。随着经济的发展和技术的提高，工业规模也在不断扩大，工业生产中所排放出来的危险废弃物也日益增多。危险废弃物具有毒害性、爆炸性、易燃性、腐蚀性、化学反应性、传染性、放射性等危害特性。鉴于其存在的环境风险和对人体健康的威胁，危险废弃物已成为我国正在面临的重大环境问题之一。目前危险废弃物的主要处理方法为安全填埋。但随着土地资源的紧张，填埋的成本也日益增加。等离子体熔融技术可以将危险废弃物形成玻璃体以固化重金属及消除二噁英，同时能够回收及利用玻璃体、盐类及重金属资源，达到危险废弃物的无害化、减容化和资源化效果。
在等离子体熔融炉中会产生的大量有毒有害气体，需要设置高温氧化室进行焚烧。高温氧化室的烟气温度在1400-1500℃，如果在此温度下进行焚烧，过高的温度会加剧热力型NO X 的生成，导致排放超标，同时对耐火材料的要求也会提高。因此要降温至焚烧要求的850~1100℃，一般使用喷水减温的方式。
常规的高温氧化室是圆筒形的设计。但在熔融炉配套的高温氧化室中，由于烟气进口温度很高，而焚烧温度要求在850~1100℃。这样在高温氧化室内存在温度梯度。虽然有部分减温水进入烟气，但不同温度下烟气体积仍有1:1.3~1:1.5。如果仍采用圆筒形的设计会导致烟气流速在下部流速快，而在上部流速较慢。这样扰流增加流速不均，容易导致在高温氧化室内的热场分布不均匀，局部存在超高温，加剧NO X 的生成；也容易产生死角区域，可燃气体焚烧不完全，排放不达标。
为解决遇上问题，本发明提出了一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，来减少NO X 的生成，保证焚烧更稳定的进行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，使高温氧化室温度场分布更加均匀，可有效减少NOx的生成。
为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，包括高温氧化炉、压力控制系统、氧含量控制系统和喷水降温系统；所述高温氧化炉包括上部的直筒结构、中部的第一锥形结构和底部的第二锥形结构，且所述的第一锥形结构的纵截面为顶部窄底部宽的梯形结构，所述第二锥形结构的纵截面为顶部宽底部窄的梯形结构；所述的压力控制系统控制高温氧化炉膛压力为-20～-30Pa；所述的氧含量控制系统维持烟气出口正常氧含量；所述的喷水降温系统控制高温氧化炉的正常焚烧温度。
进一步地，所述的烟气出口设置于直筒结构的上部；烟气出口通过引风机与烟囱连接；所述的第一锥形结构的中下部设置烟气进口；所述第二锥形结构的底部设置熔盐出口。
进一步地，所述第二锥形结构的倾角可设置在5～15°。
进一步地，所述第一锥形结构的中部设置有助燃空气入口，所述的助燃空气入口与空气总管的一端连接，空气总管的另一端通过两根空气支管分别于两个鼓风机连接；所述的空气总管内设置有风道挡板；所述的风道挡板将风道完全关闭或完全打开或部分打开；所述的烟气出口设置有含氧量分析仪，含氧量分析仪与控制系统连接，控制系统接收含氧量分析仪检测的信息，以烟气出口的氧含量为变量，调节入口风道挡板的开度，控制炉膛氧含量维持在6～10%。
进一步地，正常操作时，两台鼓风机同时各自运行在50%负荷下，当一台鼓风机故障停运时，另一台鼓风机切换到100%负荷操作。
进一步地，所述高温氧化炉内设置有热电偶；所述的高温氧化炉内壁还设置有雾化喷枪，雾化喷枪通过减温水阀门与减温水储存装置连接；热电偶将检测的烟气温度信息发送至控制系统，控制系统以烟气温度为变量，调节减温水阀门的开度以控制高温氧化室的正常焚烧温度。
进一步地，所述的雾化喷枪设置于第一锥形结构的中上部。
进一步地，直筒结构的顶部设置有压力变送器，所述的直筒结构的顶部设置防爆门；压力变送器将采集的压力信息发送至控制系统，控制系统以炉顶压力为控制变量，通过调节引风机的变频控制炉膛正常压力为-20～-30Pa；若炉膛内负压不能正常维持，控制系统控制防爆门开启，进行泄压。
本发明的有益效果：本发明的高温氧化室内的流场和热场更加均匀，焚烧更加稳定，效果更佳，能显著降低了NO X 的排放；双鼓风机的设置降低了连锁停机的可能性；在结构方面梯形的设计也更加稳固。本发明也同样适用于其余焚烧炉配套高温氧化室。
附图说明
为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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为本发明的流程图。
图2为本发明中高温氧化室的外形图。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-2所示，为本发明的等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，本发明包括高温氧化炉1、烟气进口2、烟气出口3、氧含量分析仪4、压力变送器5、热电偶6、减温水阀门7、鼓风机8、风道挡板9、熔盐出口10和防爆门11。
本发明的高温氧化炉1包括上部的直筒结构、中部的第一锥形结构和底部的第二锥形结构；所述的烟气出口3设置于直筒结构的上部；烟气出口3通过引风机与烟囱连接；第一锥形结构的纵截面为顶部窄底部宽的梯形结构；一锥形结构的中下部设置烟气进口；第二锥形结构的纵截面为顶部宽底部窄的梯形结构；第二锥形结构的底部设置熔盐出口10。
本发明把高温氧化室的外形设置成梯形截面的圆台体。下部设置为较大的表面积，有利于散热。随温度的梯度变化，使烟气流通截面逐渐减小，保证了高温氧化室中流速保持平稳，从而流场更加稳定，热场分布更加均匀，避免局部超高温和焚烧死角，可以更有效的焚烧，降低NOx的生成。
相应地，在高温氧化炉底部耐火材料如果适当减薄以更有利散热。
根据不同的焚烧工艺要求，高温氧化室的梯形截面倾角可设置在5°~15°。
本发明高温氧化炉的梯形设计，下部直径增大，加大了表面散热。一方面能使烟气降温，减少减温水量；另一方面降温和底部直径的加大也能有利于烟气中的盐分从底部析出，减少烟气净化工艺的负荷。
此外，梯形截面设计，使结构更加稳定。另外，烟气内含有大量高温可燃及有害的气体，为了抗高温及腐蚀，要求耐火材料的气孔率很低，因此密度很大，一般高于2000kg/m3，厚度～300mm以上，因此载荷很大。梯形的炉型设计更有利于降低设重心，以及结构荷载的稳定。
如图1所示，来自熔融炉生成烟气，由底部烟气进口2进入高温氧化炉1。由鼓风机8提供助燃空气，在梯形高温氧化室内进焚烧，由于梯形高温氧化室的截面为梯形的设计，流场和热场都很稳定，使可燃组分在高温氧化室内得以充分焚烧，极大提升了焚烧效果，显著减少NOx的排放。焚烧后的烟气由烟气出口3经烟气处理工艺后，达到排放要求，经引风机排到烟囱排放。
为保证平稳运行，本发明设有2台鼓风机8。在正常操作时，两台鼓风机8同时各自运行在50%负荷下，当一台鼓风机故障停运时，另一台鼓风机切换到100%负荷操作。两台鼓风机的配置可以保证高温氧化室安全、高效、稳定运行。从而避免单台鼓风机故障时引发连锁停炉。
本发明中高温氧化炉的压力由引风机的变频控制，维持炉顶保持在-20~-30Pa，以保证焚烧的正常稳定。在本发明中，高温氧化室的梯形设计使炉炉内的流场更加均匀，因此压力波动更小，更容易控制稳定，从而保证了高温氧化室压力更加平稳。
为保证高温氧化室的平稳运行，设置有氧含量控制、温度控制和压力控制3个控制回路：
氧含量控制回路：第一锥形结构的中部设置有助燃空气入口，所述的助燃空气入口与空气总管的一端连接，空气总管的另一端通过两根空气支管分别于两个鼓风机连接；所述的空气总管内设置有风道挡板；所述的风道挡板将风道完全关闭或完全打开或部分打开；所述的烟气出口设置有氧化锆含氧量分析仪，含氧量分析仪与控制系统连接，控制系统接收含氧量分析仪检测的信息，以烟气出口的氧含量为变量，调节入口风道挡板的开度，控制炉膛氧含量维持在6～10%。
温度控制回路：高温氧化炉1内设置有热电偶；所述的高温氧化室炉膛内壁还设置有雾化喷枪12，雾化喷枪通过减温水阀门与减温水储存装置连接；热电偶将检测的烟气温度信息发送至控制系统，控制系统以烟气温度为变量，调节减温水阀门的开度以控制高温氧化室的正常焚烧温度。雾化喷枪设置于第一锥形结构的中上部。
压力控制回路：直筒结构的顶部设置有压力变送器，所述的直筒结构的顶部设置防爆门；压力变送器将采集的压力信息发送至控制系统，控制系统以炉顶压力为控制变量，通过调节引风机的变频控制炉膛正常压力为-20～-30Pa；若炉膛内负压不能正常维持，控制系统控制防爆门开启，进行泄压。
上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。

Claims (8)

1.一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，其特征在于：包括高温氧化炉、压力控制系统、氧含量控制系统和喷水降温系统；所述高温氧化炉包括上部的直筒结构、中部的第一锥形结构和底部的第二锥形结构，且所述的第一锥形结构的纵截面为顶部窄底部宽的梯形结构，所述第二锥形结构的纵截面为顶部宽底部窄的梯形结构；所述的压力控制系统控制高温氧化炉膛压力为-20～-30Pa；所述的氧含量控制系统维持烟气出口正常氧含量；所述的喷水降温系统控制高温氧化炉的正常焚烧温度。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，其特征在于：所述的烟气出口设置于直筒结构的上部；烟气出口通过引风机与烟囱连接；所述的第一锥形结构的中下部设置烟气进口；所述第二锥形结构的底部设置熔盐出口。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，其特征在于：所述第二锥形结构的倾角可设置在5～15°。
4.根据权利要求2所述的一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，其特征在于：所述第一锥形结构的中部设置有助燃空气入口，所述的助燃空气入口与空气总管的一端连接，空气总管的另一端通过两根空气支管分别于两个鼓风机连接；所述的空气总管内设置有风道挡板；所述的风道挡板将风道完全关闭或完全打开或部分打开；所述的烟气出口设置有含氧量分析仪，含氧量分析仪与控制系统连接，控制系统接收含氧量分析仪检测的信息，以烟气出口的氧含量为变量，调节入口风道挡板的开度，控制炉膛氧含量维持在6～10%。
5.根据权利要求4所述的一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，其特征在于：正常操作时，两台鼓风机同时各自运行在50%负荷下，当一台鼓风机故障停运时，另一台鼓风机切换到100%负荷操作。
6.根据权利要求2所述的一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，其特征在于：所述高温氧化炉内设置有热电偶；所述的高温氧化炉内壁还设置有雾化喷枪，雾化喷枪通过减温水阀门与减温水供应装置连接；热电偶将检测的烟气温度信息发送至控制系统，控制系统以烟气温度为变量，调节减温水阀门的开度以控制高温氧化室的正常焚烧温度。
7.根据权利要求6所述的一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，其特征在于：所述的雾化喷枪设置于第一锥形结构的中上部。
8.根据权利要求2所述的一种等离子体固废处理工艺的梯形高温氧化室，其特征在于：直筒结构的顶部设置有压力变送器，所述的直筒结构的顶部设置防爆门；压力变送器将采集的压力信息发送至控制系统，控制系统以炉顶压力为控制变量，通过调节引风机的变频控制炉膛正常压力为-20～-30Pa；若炉膛内负压不能正常维持，控制系统控制防爆门开启，进行泄压。
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