CN110328214B - 一种舰船固体废物多级等离子体处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种舰船固体废物多级等离子体处理方法及系统，该方法将舰船上产生的可燃性固体废物进行粗粉碎后进入中转混合仓，将中转混合仓的混合物料输送至细料粉碎装置，进一步粉碎成粒径小于15μm的可燃性微米级废弃物颗粒，经过风干器热风风干使其含水率降至4％以下；将废弃物颗粒以气送的方式喷射入等离子体气化室中，在高能热等离子体羽流的作用下快速气化，转化为低热值粗合成气；产生的合成气流入燃烧室，在滑动弧放电非热等离子体辅助燃烧下，有机物彻底转化为二氧化碳和水蒸气等无机小分子物质，无机物则转化惰性灰尘；燃烧室处理后的气流经过急冷降温、脱硫除尘、脱氮、除酸等尾气净化措施达标后排放。
Description
技术领域
本发明涉及固体废物处理技术领域，具体涉及一种舰船固体废物多级等离子体处理方法及系统。
背景技术
舰船在航行过程中，不可避免会产生大量的舰船固体废物。众多的固体废物不仅占据大量舰船空间，而且会直接或间接对海洋环境造成污染。与普通游轮相比，舰船出行周期时间更长，因而固体废物的处理问题更加突出。随着国际海洋保护法律法规的日益严格以及舰船远洋航行的巨大需求，提升舰船现场无害化处理固体废弃物的能力变得格外重要。
目前，舰船上的固体废物处理方式主要有：1)储存转运，此法导致固体废物大部分时间占据舰船空间，还会造成船舰内部空气质量的恶化，影响人员身体健康，其最终处理成本也较昂贵；2)采用焚化炉处理固体废物，这些焚化炉笨重、启停时间长、占有大量空间、处理成本较高，而且排放飞灰和二噁英等有毒物质的风险较大。
开发舰船固体废物等离子体处理技术，有利于就地减少固体废物，并且其系统占地面积较小，反应效率高，可达到最大程度的兼容和高标准的排放要求。等离子体气化技术由于其高温和高热密度，几乎能将有机物完全转化为合成气(主要为CO和H2)，而无机物则熔融为惰性玻璃体。CN101737785A公开了一种热等离子体焚烧舰船垃圾装置，第一级焚烧采用了转移弧和非转移两用直流等离子体发生器，焚烧的效率更高、更节能；二燃室同样采用等离子体处理防止产生新的污染。但是，该系统未对船舰固体废物进行预处理，可能导致焚烧不充分，熔渣中含有较多有机物质；尾气净化未对NOx设置专门净化系统，可能导致排放烟气中NOx过高。此外，一般等离子体气化系统处理固体废物还存在以下问题：(1)预处理固体废物比表面积不足；(2)余热利用有待加强；(3)等离子体气化室产生热力型NOx(4)燃烧室的火焰不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种舰船固体废物多级等离子体处理方法及系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种舰船固体废物多级等离子体处理系统，包括废弃物预处理系统、等离子体销毁系统和尾气净化处理系统；
所述废弃物预处理系统包括大物质分选机、制浆机、脱水机、中转混合仓、破碎机、磁选机、细料粉碎装置、空压机和风干器；其中，所述大物质分选机、制浆机、脱水机和中转混合仓依次连接；所述破碎机、磁选机、中转混合仓和细料粉碎装置依次相连，所述空压机与细料粉碎装置相连，所述细料粉碎装置与风干器的进料口相连；
所述等离子体销毁系统包括等离子体气化室、连接器、滑动弧放电装置和燃烧室；所述等离子体气化室的进料口与风干器的出料口连接，所述等离子体气化室通过连接器与燃烧室相连，所述滑动弧放电装置设于燃烧室的入口处；所述等离子体气化室设有等离子体炬冷却气通道，等离子体炬冷却气通道的进气口与空压机连通，等离子体炬冷却气通道的出气口与风干器连通；所述燃烧室的壳体设有壳体冷却气通道，壳体冷却气通道的进气口与空压机连通，壳体冷却气通道的出气口与风干器连通；所述燃烧室与尾气净化处理系统相连。
通过废弃物预处理系统处理后，废弃物具有极高的比表面积，有利于后续等离子体气化，并且大大减小了等离子体炬的体积；废弃物的含水率可降至4％以下，提高热值，可减少等离子体气化的电能消耗，提高合成气的品质。
本发明在燃烧室的入口处设置滑动弧放电装置，使用滑动弧作为燃烧室的点火和辅助燃烧装置，产生持续的非平衡态等离子体以及大量的活性原子和基团，这些活性基团可以加速低热值粗合成气的燃烧，有利于稳定燃烧室火焰，并且促进NOx的分解，解决了现有技术中温度足够高时，等离子体气化室会产生热力型NOx，以及燃烧室的火焰不稳定的问题。
本发明的等离子体炬和燃烧室均采用空气冷却，空压机输送空气至等离子体气化室中等离子体炬冷却气通道和燃烧室的壳体冷却气通道中，空气吸收热后回流至风干器，可用于干燥物料，实现余热的充分利用。
优选地，所述滑动弧放电装置为刀型滑动弧放电装置，由多个刀型电极围绕圆环基座组成，燃烧室的入口处设有两套刀型滑动弧放电装置。
优选地，所述尾气净化处理系统包括依次相连的急冷塔、脱硫除尘器、SCR脱硝装置、脱酸洗涤器和烟囱，所述燃烧室与急冷塔相连，急冷塔与风干器相连。
燃烧室处理后的气流经过急冷降温、脱硫除尘、脱氮、除酸等尾气净化措施达标后排放；急冷塔中热空气可回流至风干器，用于干燥物料，实现余热的充分利用。
优选地，所述脱酸洗涤器和烟囱设有引风机，用于推动尾气进入烟囱。
优选地，所述制浆机与脱水机之间设有离心泵，用于将制浆机处理后的物料泵送至脱水机。
优选地，所述破碎机通过输送器A与磁选机相连。
优选地，所述中转混合仓通过输送器B与细料粉碎装置相连。
优选地，所述输送器A和输送器B均为螺旋输送器。
优选地，所述脱水机为挤压式脱水机。
优选地，所述破碎机为剪切式破碎机。
本发明可选用球磨机、气流粉碎机等细料粉碎装置；优选地，所述细料粉碎装置为圆盘式气流粉碎机。
优选地，所述等离子体炬为直流或交流等离子体炬。
本发明还提供了一种基于上述系统进行舰船固体废物多级等离子体处理的方法，包括如下步骤：
(1)高含水率固体废物经过大物质分选机分选后，进入制浆机调配，输送至脱水机进行脱水，使高含水率固体废物的含水率降至50％以下；
(2)低含水率固体废物进入破碎机，将低含水率固体废物破碎至粒径2.5cm以下，将破碎后的物料进行磁力分选，分离物料中的金属；
(3)将步骤(1)和步骤(2)中经过初步处理的物料输送至细料粉碎装置，粉碎成粒径小于15μm的可燃性微米级废弃物颗粒后，送入风干器进行干燥，使可燃性微米级废弃物颗粒的含水率降至4％以下；
(4)将干燥后的可燃性微米级废弃物颗粒喷射入等离子体气化室，在高能热等离子体羽流的作用下快速气化，转化为低热值粗合成气；其中，等离子体气化室中的等离子体炬采用空气冷却，空气吸收热后回流至所述风干器；
(5)所述低热值粗合成气流入燃烧室，在滑动弧放电非热等离子体辅助燃烧下，有机物转化为无机小分子物质，无机物则转化惰性灰尘；
(6)燃烧室处理后的气流经过尾气净化处理系统净化达标后排放。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)废弃物预处理系统可将船舰固体废物转化成高比表面积的高效燃料，从而有利于进一步的等离子体气化，并且大大减小了等离子体炬的体积。
(2)高比表面积的粉碎物料经过热风风干，可以减少入炉原料的无用成分，提高热值，从而可以减少等离子体气化的电能消耗并提高合成气的品质。
(3)无熔渣产生，燃烧后少量颗粒直接通过洗涤去除。系统中冷却气的回用以及细料粉碎装置的使用，使物料含水率大大降低。
(4)使用滑动弧作为燃烧室的点火和辅助燃烧装置产生持续的非平衡态等离子体，产生大量的活性原子和基团，这些活性基团可以加速可燃气体的燃烧，有利于稳定燃烧室火焰，并且促进热力型NOx的分解。
附图说明
图1为本发明的舰船固体废物多级等离子体处理系统的结构示意图，图中，1-大物质分选机，2-制浆机，3-脱水机，4-中转混合仓，5-破碎机，6-磁选机，7-细粉粉碎装置，8-空压机，9-风干器，10-等离子体气化室，11-连接器，12-滑动弧放电装置，13-燃烧室，14-急冷塔，15-脱硫除尘器，16-SCR脱硝装置，17-脱酸洗涤器，18-烟囱，19-引风机，20-离心泵，21-输送器A，22-输送器B。
图2为本发明的舰船固体废物多级等离子体处理方法的流程图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的舰船固体废物多级等离子体处理系统，如图1所示，包括废弃物预处理系统、等离子体销毁系统和尾气净化处理系统。
所述废弃物预处理系统包括大物质分选机1、制浆机2、脱水机3、中转混合仓4、破碎机5、磁选机6、细料粉碎装置7、空压机8和风干器9；其中，所述大物质分选机1、制浆机2、脱水机3和中转混合仓4依次连接；所述破碎机5、磁选机6、中转混合仓4和细料粉碎装置7依次相连，所述空压机8与细料粉碎装置7相连，所述细料粉碎装置7与风干器9的进料口相连，通过气送的方式将物料自细料粉碎装置7输送至风干器9中进一步干燥。
所述等离子体销毁系统包括等离子体气化室10、连接器11、滑动弧放电装置12和燃烧室13；所述等离子体气化室10的进料口与风干器9的出料口连接，所述等离子体气化室10通过连接器11与燃烧室13相连，所述滑动弧放电装置12设于燃烧室13的入口处；所述等离子体气化室10设有等离子体炬冷却气通道，等离子体炬冷却气通道的进气口与空压机8连通，等离子体炬冷却气通道的出气口与风干器9连通；所述燃烧室13的壳体设有壳体冷却气通道，壳体冷却气通道的进气口与空压机8连通，壳体冷却气通道的出气口与风干器9连通；所述燃烧室13与尾气净化处理系统相连。
上述系统中，等离子体炬和燃烧室13均采用空气冷却，空压机8通过管道输送空气至等离子体气化室10中等离子体炬冷却气通道和燃烧室13的壳体冷却气通道中，空气吸收热后通过管道回流至风干器9，可用于干燥物料，实现余热的充分利用。
上述系统中，所述滑动弧放电装置12为刀型滑动弧放电装置，由多个刀型电极围绕圆环基座组成，燃烧室13的入口处设有两套刀型滑动弧放电装置。使用刀型滑动弧作为燃烧室13的点火和辅助燃烧装置，产生持续的非平衡态等离子体以及大量的活性原子和基团，这些活性基团可以加速低热值粗合成气的燃烧，有利于稳定燃烧室火焰，并且促进热力型NOx的分解，解决了现有技术中温度足够高时，等离子体气化室会产生热力型NOx，以及燃烧室的火焰不稳定的问题。
上述系统中，所述尾气净化处理系统包括依次相连的急冷塔14、脱硫除尘器15、SCR脱硝装置16、脱酸洗涤器17和烟囱18，所述燃烧室13与急冷塔14相连，急冷塔14与风干器9相连。经燃烧室13处理后的气流经过急冷降温、脱硫除尘、脱氮、除酸等尾气净化措施达标后排放；急冷塔14中热空气可通过管道回流至风干器9，用于干燥物料，实现余热的充分利用。
上述系统中，所述尾气净化处理系统还包括设于脱酸洗涤器17和烟囱18之间用于推动尾气进入烟囱18的引风机19。
上述系统中，所述废弃物预处理系统中的大物质分选机1、制浆机2、脱水机3和中转混合仓4可通过管道依次连接，且制浆机2与脱水机3之间的管道上还设有用于将制浆机2处理后的物料泵送至脱水机3的离心泵20。
上述系统中，所述破碎机通过输送器A21与磁选机6相连，所述输送器A21选用螺旋输送器。
上述系统中，所述中转混合仓通过输送器B 22与细料粉碎装置7相连，所述输送器B 22选用螺旋输送器。
上述系统中，所述脱水机3为挤压式脱水机。
上述系统中，所述破碎机5为剪切式破碎机。
上述系统中，所述细料粉碎装置7可选用球磨机、气流粉碎机，其中选用圆盘式气流粉碎机效果更佳。
上述系统中，所述等离子体炬为直流或交流等离子体炬。
上述系统的工作流程如图2所示，具体包括：
(1)高含水率固体废物经过大物质分选机1分选后，进入制浆机2调配，输送至脱水机3进行脱水，使高含水率固体废物的含水率降至50％以下；
(2)低含水率固体废物进入破碎机5，将低含水率固体废物破碎至粒径2.5cm以下，将破碎后的物料送入磁选机6进行磁力分选，分离物料中的金属；
(3)将步骤(1)和步骤(2)中经过初步处理的物料输送至细料粉碎装置7，粉碎成粒径小于15μm的可燃性微米级废弃物颗粒后，通过气送的方式送入风干器9进行干燥，使可燃性微米级废弃物颗粒的含水率降至4％以下；
(4)将干燥后的可燃性微米级废弃物颗粒喷射入等离子体气化室10，在高能热等离子体羽流的作用下快速气化，转化为低热值粗合成气；其中，等离子体气化室10中的等离子体炬采用空气冷却，空气吸收热后回流至所述风干器9；
(5)所述低热值粗合成气流入燃烧室13，在滑动弧放电非热等离子体辅助燃烧下，有机物转化为无机小分子物质，无机物则转化惰性灰尘；
(6)燃烧室13处理后的气流经过尾气净化处理系统净化达标后排放。
所述高含水率固体废物为含水率高于50％的固体废物；所述低含水率固体废物为含水率低于50％的固体废物。
实施例1
一种舰船固体废物多级等离子体处理的方法，可用于处理餐厨垃圾，进料速率为300kg/h，具体进料依据餐厨垃圾分类情况而定，包括如下步骤：
(1)高含水率的餐厨垃圾经过大物质分选后进入制浆机调配，通过离心泵抽入脱水机进行脱水，含水率降至50％以下、重量降至5％以下的物料离开所述脱水机，进入容积为2.5m3中转混合仓。
(2)低含水率的餐厨垃圾进入破碎机，将物料尺寸减小至低于2.5cm，然后使用合适的螺旋输送器将破碎后的物料运送至磁力分选机，将物料中的金属分离后，进入所述中转混合仓。
(3)中转混合仓中的物料混合后通过螺旋输送器将物料输送至球磨机将物料输送至球磨机，物料进一步研磨成直径小于15μm的可燃性微米级废弃物颗粒，并进入风干器；利用后续工艺中从等离子体炬冷却气通道、壳体冷却气通道以及急冷塔回流至风干器的热空气对物料进行干燥，将物料含水率进一步降低至4％。
(4)所述流化状态的可燃性微米废弃物颗粒以压缩空气为载气喷射入等离子体气化室，其功率为500kW，颗粒状物料在等离子体区域1500-5000℃的温度条件下快速气化，生成主要由一氧化碳(CO)、氢气(H2)组成的低热值粗合成气。所述等离子体炬采用空气冷却，空压机通过管道输送空气至等离子体气化室中的等离子体炬冷却气通道，空气吸收等离子体炬的热后经管道回流至风干器，可用于干燥物料，实现余热的充分利用。
(5)所述低热值粗合成气速度下降后进入容积为4.5m3的燃烧室，所述燃烧室的入口处为两个一围绕圆圈均匀安装6片刀型电极的滑动弧放电装置；可燃性气体经过所述滑动弧放电区域，被点燃并于所述燃烧室中燃烧，燃烧温度约为1100℃；所述燃烧室采用空气冷却，空气吸收热后通过管道回流至所述风干器。
(6)所述燃烧室产生的尾气经过急冷塔冷却后，温度从1100℃降至80℃，有效防止二噁英和呋喃的形成，产生的热空气通过管道流回风干器，烟气经过脱硫除尘、脱氮、除酸等尾气净化措施处理(尾气处理可根据实际情况增减)达标后排放。
实施例2
一种舰船固体废物多级等离子体处理的方法，用于处理富含有机物的混合固体废物(如，50％餐厨垃圾+15％纸张+20％纸板+5％破布+10％塑料)，进料速率为300kg/h，具体进料速率依据垃圾分类情况而定，包括如下步骤：
(1)高含水率的餐厨垃圾经过大物质分选后进入制浆机调配后，通过离心泵抽入脱水机进行脱水，含水率降至50％以下、重量降至5％以下的物料离开所述脱水机，进入容积为2.5m3中转混合仓；
(2)干餐厨垃圾、纸张、纸板、破布和塑料进入破碎机，将物料尺寸破碎至低于2.5cm，然后使用合适的螺旋输送器将破碎后的物料运送至磁力分选机，将物料中的金属分离后，进入所述中转混合仓；
(3)中转混合仓中的物料混合后通过螺旋输送器将物料输送至球磨机，物料进一步研磨成直径小于15μm的可燃性微米级废弃物颗粒，并进入风干器；利用后续工艺中等离子体炬冷却气通道、壳体冷却气通道以及急冷塔回流至风干器的热空气对物料进行干燥，将物料含水率进一步降低至4％。
(4)所述流化状态的可燃性微米废弃物颗粒以压缩空气为载气喷射入等离子体气化室，其功率为500kW，颗粒状物料在等离子体区域1500-5000℃的温度条件下快速气化，生成主要由CO、H2组成的低热值粗合成气。所述等离子体炬采用空气冷却，空压机通过管道输送空气至等离子体气化室中用于冷却等离子体炬的等离子体炬冷却气通道，空气吸收等离子体炬的热后经管道回流至风干器，可用于干燥物料，实现余热的充分利用。
(5)所述低热值粗合成气速度下降后进入容积为4.5m3的燃烧室，所述燃烧室的入口处为两个一围绕圆圈均匀安装6片刀型电极的滑动弧放电装置；可燃性气体经过所述滑动弧放电区域，被点燃并于所述燃烧室中燃烧，燃烧温度约为1100℃；所述燃烧室采用空气冷却，空气吸收热后通过管道回流至所述风干器。
(6)所述燃烧室产生的尾气经过急冷塔冷却后，温度从1100℃降至80℃，有效防止二噁英和呋喃的形成，产生的热空气通过管道流回风干器，烟气经过脱硫除尘、脱氮、除酸等尾气净化措施处理(尾气处理可根据实际情况增减)，达标后排放。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种舰船固体废物多级等离子体处理的方法，其特征在于，基于舰船固体废物多级等离子体处理系统对舰船固体废物进行处理，包括如下步骤：
（1）高含水率固体废物经过大物质分选机分选后，进入制浆机调配，输送至脱水机进行脱水，使高含水率固体废物的含水率降至50%以下；
（2）低含水率固体废物进入破碎机，将低含水率固体废物破碎至粒径2.5cm以下，将破碎后的物料进行磁力分选，分离物料中的金属；
（3）将步骤（1）和步骤（2）中经过初步处理的物料输送至细料粉碎装置，粉碎成粒径小于15μm的可燃性微米级废弃物颗粒后，送入风干器进行干燥，使可燃性微米级废弃物颗粒的含水率降至4%以下；
（4）将干燥后的可燃性微米级废弃物颗粒喷射入等离子体气化室，在高能热等离子体羽流的作用下快速气化，转化为低热值粗合成气；其中，等离子体气化室中的等离子体炬采用空气冷却，空气吸收热后回流至所述风干器；
（5）所述低热值粗合成气流入燃烧室，在滑动弧放电非热等离子体辅助燃烧下，有机物转化为无机小分子物质，无机物则转化惰性灰尘；
（6）燃烧室处理后的气流经过尾气净化处理系统净化达标后排放；
所述舰船固体废物多级等离子体处理系统，包括废弃物预处理系统、等离子体销毁系统和尾气净化处理系统；
所述废弃物预处理系统包括大物质分选机、制浆机、脱水机、中转混合仓、破碎机、磁选机、细料粉碎装置、空压机和风干器；其中，所述大物质分选机、制浆机、脱水机和中转混合仓依次连接；所述破碎机、磁选机、中转混合仓和细料粉碎装置依次相连，所述空压机与细料粉碎装置相连，所述细料粉碎装置与风干器的进料口相连；
所述等离子体销毁系统包括等离子体气化室、连接器、滑动弧放电装置和燃烧室；所述等离子体气化室的进料口与风干器的出料口连接，所述等离子体气化室通过连接器与燃烧室相连，所述滑动弧放电装置设于燃烧室的入口处；所述等离子体气化室设有等离子体炬冷却气通道，等离子体炬冷却气通道的进气口与空压机连通，等离子体炬冷却气通道的出气口与风干器连通；所述燃烧室的壳体设有壳体冷却气通道，壳体冷却气通道的进气口与空压机连通，壳体冷却气通道的出气口与风干器连通；所述燃烧室与尾气净化处理系统相连。
2.根据权利要求1所述的舰船固体废物多级等离子体处理的方法，其特征在于，所述滑动弧放电装置为刀型滑动弧放电装置，由多个刀型电极围绕圆环基座组成，燃烧室的入口处设有两套刀型滑动弧放电装置。
3.根据权利要求1所述的舰船固体废物多级等离子体处理的方法，其特征在于，所述尾气净化处理系统包括依次相连的急冷塔、脱硫除尘器、SCR脱硝装置、脱酸洗涤器和烟囱，所述燃烧室与急冷塔相连，急冷塔与风干器相连。
4.根据权利要求3所述的舰船固体废物多级等离子体处理的方法，其特征在于，所述脱酸洗涤器和烟囱之间设有引风机。
5.根据权利要求1所述的舰船固体废物多级等离子体处理的方法，其特征在于，所述制浆机与脱水机之间设有离心泵。
6.根据权利要求1所述的舰船固体废物多级等离子体处理的方法，其特征在于，所述破碎机通过输送器A与磁选机相连，所述输送器A为螺旋输送器。
7.根据权利要求1所述的舰船固体废物多级等离子体处理的方法，其特征在于，所述中转混合仓通过输送器B与细料粉碎装置相连，所述输送器B为螺旋输送器。
8.根据权利要求1-7任一项所述的舰船固体废物多级等离子体处理的方法，其特征在于，所述脱水机为挤压式脱水机；所述破碎机为剪切式破碎机；所述细料粉碎装置为圆盘式气流粉碎机。
9.根据权利要求1-7任一项所述的舰船固体废物多级等离子体处理的方法，其特征在于，所述等离子体炬为直流或交流等离子体炬。
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