CN110425541A - 一种底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉，包括炉体，炉体内从上至下依次为干燥区、热解区、熔融区，下部炉膛的直径小于上部炉膛直径，危废物料入口设在炉膛干燥区，上部炉膛与下部炉膛两段采用锥形结构相连，下部炉膛对称设置有两个等离子炬。炉体底部的熔融区底设置圆柱形中央送氧管，由保护套管固定在耐火砖与保温砖上，可方便拆卸更换；中央送氧管喷入纯氧用于提供热解气化反应未完全的残炭的所需氧量，残炭燃烧产生的热量可提供给含碳物质的气化，提高了等离子炉的熔融效果和燃烧效率，同时炉膛温度可以提高更快、更高。

Description

一种底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉
技术领域
本发明属于固态危险废弃物的熔融气化技术，涉及一种底吹纯氧增强型等离子熔融的危废气化系统。
背景技术
近几年我国工业危险废物产生量在逐年增加，在2015年达到3976.11万t，其中处置量占29％，贮存量占20％，其余51％是综合利用。工业危险废物分布在不同的行业，主要是化学原料和化学制品制造业、有色金属冶炼和矿采选业、非金属矿采选业等行业。当危险废物没有得到妥善处理时，会对自然和人类身体健康产生重大的威胁，因此一个安全高效的固废处理方式的现代社会所需求的。
等离子技术处置工业固体废物基本上不产生二噁英，另一突出的优点就是炉渣为玻璃化残渣，为惰性物质，其渗透率极低，在国外玻化渣均可作为路基材料来利用，等离子气化熔融技术比起其他热解和燃烧系统，运行效率高，优势明显，可做到固体废物减量效率高，可做到完全无害化与资源化利用。是处理危险废弃物较为理想的处理方式。
然而现阶段的等离子垃圾气化技术尚有许多不足之处，首先，用等离子体炬直接气化垃圾需要极大地功率，其耗电率可达其产电能力的30％～45％，由于耗电过高导致运营成本大大增加，使其不具备商业运行的价值。其二，该方法气化垃圾，后续气体净化过程还需加二噁英处理装置，增加了先期的一次性投入，使其设备成本大幅提高。第三，使用等离子体炬直接气化垃圾，由于其温度场分布不均，使垃圾不能完全被高温处理，排出的废渣中会有大量的二噁英和其他有害物质，致使其废渣的处理又成为一道难题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供一种底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉，在离子炉底部形成富氧燃烧，使等离子熔渣熔融完全，同时促进了危废中的有机物在短时间内高效率燃烬，并将气化后的合成气重整，去除了危废在热解气化过程中产生的所有有害物质，使得燃烧后烟气大幅度减少，降低了等离子技术处理危废一次性投入成本及后续烟气处理的运营成本，使得合成气更加纯净。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉，包括炉体，所述炉体从上到下依次为：合成气出口、上部炉膛、中部炉膛和下部炉膛；所述下部炉膛的直径小于上部炉膛的直径，中部炉膛和下部炉膛之间采用锥形缩口段连接；
在所述上部炉膛侧壁设有危废物料入口；在所述下部炉膛侧壁设有向下部炉膛内的下方倾斜的等离子炬，在下部炉膛的下部侧壁还设有排渣口；
在所述下部炉膛内的底部设有与下部炉膛同轴且贯通炉体底部的圆筒形的中央送氧管，中央送氧管的顶部封闭且底部开口；中央送氧管顶部设有4-6个贯通顶部的纯氧喷射口，纯氧喷射口在中央送氧管上部均匀分布，与炉膛中心线均呈ɑ角度，ɑ为30°-45°，纯氧喷射口用于提供热解气化反应未完全的残炭的所需氧量，残炭燃烧产生的热量可提供给含碳物质的气化，同时使熔融更彻底。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，所述中央送氧管顶部凸起呈弧形，中央送氧管的底部为纯氧入口。
具体的，所述中央送氧管外侧周向紧密布设有保护套管，保护套管外部紧贴炉体底部炉壁，所述炉体底部炉壁包括从内到外紧密布设的耐火砖层和保温砖层。
具体的，所述上部炉膛为干燥区、中部炉膛为热解区以及下部炉膛为熔融区。
具体的，所述等离子炬有两个，两个等离子炬设在炉体两侧。
具体的，所述危废物料入口与上部炉膛连通，且在危废物料入口设有防火门；危废物料入口设有危废给料器。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
(1)本发明底部设置中央送氧管，纯氧燃烧可以提高焚烧后灰渣的熔融温度(>1500℃)。燃烧所需的纯氧浓度高达99.6％，与单纯的在一、二次风中鼓入空气的技术相比，可以使未熔融的炉渣全部熔融，灰渣熔融较彻底，提高了等离子炉的熔融效果，而且炉膛温度可以提高更快、更高。
(2)纯氧燃烧可以大幅度提高炉内温度，遏制二噁英前驱体的生成，使二噁英的分解率达到99.99％以上，使热解区未完全热解的有机物燃烬，提高等离子炉的燃烧效率。
(3)采用底吹纯氧增强型燃烧的方式，可以大幅度减少烟气排放量，降低排烟损失。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的中央送氧管的结构示意图；
图3为本发明的中央送氧管顶部的纯氧喷射口布设示意图。
图中各标号表示为：1-炉体，2-合成气出口，3-上部炉膛，4-中部炉膛，5-下部炉膛，6-危废物料入口，7-等离子炬，8-排渣口，9-中央送氧管，10-纯氧喷射口；
11-耐火砖层，12-保温砖层，61-防火门，91-纯氧入口，92-保护套管。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉，包括炉体1，炉体1从上到下依次为：合成气出口2、上部炉膛3、中部炉膛4和下部炉膛5；下部炉膛5的直径小于上部炉膛3的直径，中部炉膛4和下部炉膛5之间采用锥形缩口段连接；在上部炉膛3侧壁设有危废物料入口6；在下部炉膛5侧壁设有向下部炉膛5内的下方倾斜的等离子炬7，在下部炉膛5的下部侧壁还设有排渣口8；在下部炉膛5内的底部设有与下部炉膛5同轴且贯通炉体1底部的圆筒形的中央送氧管9，中央送氧管9的顶部封闭且底部开口；中央送氧管9顶部设有4-6个贯通顶部的纯氧喷射口10，纯氧喷射口10在中央送氧管9上部均匀分布，与炉体中心线均呈ɑ角度，ɑ为30°-45°，纯氧喷射口10用于提供热解气化反应未完全的残炭的所需氧量，残炭燃烧产生的热量可提供给含碳物质的气化，同时使熔融更彻底。
本实施例中，中央送氧管9顶部凸起呈弧形，中央送氧管9的底部为纯氧入口91。
中央送氧管9外侧周向紧密布设有保护套管92，保护套管92外部紧贴炉体底部炉壁，炉体1底部炉壁包括从内到外紧密布设的耐火砖层11和保温砖层12。
上部炉膛3为干燥区、中部炉膛4为热解区以及下部炉膛5为熔融区。
等离子炬7有两个，两个等离子炬7设在炉体1两侧，等离子炬的工作气体为空气/氧气，以直流弧为主要工作方式。
危废物料入口6与上部炉膛3连通，且在危废物料入口6设有防火门61；危废物料入口(6)设有危废给料器。
本实施例中，等离子炉顶部合成气出口为T形结构。
反应腔室内部呈圆筒形，外壁为钢板；上部炉膛与中部炉膛的炉壁设置耐火砖、保温砖；下部炉膛除耐火砖、保温砖外，内壁设置可拆卸刚玉内衬，底部中央送氧管由保护套管固定在耐火砖与保温砖上，可方便拆卸更换。
本实施例的操作方法为：
危废、焦炭、添加剂经过配伍后进入下料斗，由推杆给料器将物料从防火门前推入到等离子炉的干燥区A，并通过防火门与热解气化室隔离；
在干燥区A，危废被气化炉底部上升的合成气干燥，水分迅速蒸发，之后进入热解区B。
在热解区B，一定比例的等离子气化剂(空气)，通过等离子炬产生的等离子电弧制造高能热环境，使危废在等离子体活性状态的热环境中发生一系列复杂的化学反应，其中有机物，包括二噁英和呋喃等有害物质，会被彻底裂解，生成主要成分为H2、CO的可燃气体，而无机成分则进入熔融区C。
在熔融区C，经熔融等离子炬提供的高温进行熔融，利用高温将灰渣中未反应的有机物及有害物质再次气化，并除掉灰渣中的二噁英和呋喃，同时，熔融区底部设置中央送氧管，中央送氧管上部设置纯氧喷射口，向炉膛喷入纯氧，提高了等离子炉的熔融效果和燃烧效率。热解区B和熔融区C产生的混合气体从气化炉顶部进入到后续的尾气处理系统，在上升过程中与物料进行充分换热，提供能量利用率，熔融后的炉渣从底部侧面排渣口排出。
以上结合附图详细描述了本发明的具体实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉，包括炉体(1)，其特征在于，所述炉体(1)从上到下依次为：合成气出口(2)、上部炉膛(3)、中部炉膛(4)和下部炉膛(5)；所述下部炉膛(5)的直径小于上部炉膛(3)的直径，中部炉膛(4)和下部炉膛(5)之间采用锥形缩口段连接；
在所述上部炉膛(3)侧壁设有危废物料入口(6)；在所述下部炉膛(5)侧壁设有向下部炉膛(5)内的下方倾斜的等离子炬(7)，在下部炉膛(5)的下部侧壁还设有排渣口(8)；
在所述下部炉膛(5)内的底部设有与下部炉膛(5)同轴且贯通炉体(1)底部的圆筒形的中央送氧管(9)，中央送氧管(9)的顶部封闭且底部开口；中央送氧管(9)顶部设有4-6个贯通顶部的纯氧喷射口(10)，纯氧喷射口(10)在中央送氧管(9)上部均匀分布，与炉体中心线均呈ɑ角度，ɑ为30°-45°，纯氧喷射口(10)用于提供热解气化反应未完全的残炭的所需氧量，残炭燃烧产生的热量可提供给含碳物质的气化，同时使熔融更彻底。
2.如权利要求1所述的底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉，其特征在于，所述中央送氧管(9)顶部凸起呈弧形，中央送氧管(9)的底部为纯氧入口(91)。
3.如权利要求1所述的底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉，其特征在于，所述中央送氧管(9)外侧周向紧密布设有保护套管(92)，保护套管(92)外部紧贴炉体底部炉壁，所述炉体(1)底部炉壁包括从内到外紧密布设的耐火砖层(11)和保温砖层(12)。
4.如权利要求1所述的底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉，其特征在于，所述上部炉膛(3)为干燥区、中部炉膛(4)为热解区以及下部炉膛(5)为熔融区。
5.如权利要求1所述的底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉，其特征在于，所述等离子炬(7)有两个，两个等离子炬(7)设在炉体(1)两侧。
6.如权利要求1所述的底吹纯氧增强型等离子气化熔融炉，其特征在于，所述危废物料入口(6)与上部炉膛(3)连通，且在危废物料入口(6)设有防火门(61)；危废物料入口(6)设有危废给料器。
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