CN112496009A - 垃圾焚烧飞灰处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种垃圾焚烧飞灰处理装置及方法，涉及等离子体处理危险废物技术应用设备相关的领域，解决了现有技术中存在的垃圾焚烧飞灰处理装置不能从根本上解除飞灰的危害性的技术问题。该装置包括等离子体炉体、电极和升降机构，等离子体炉体上设有原料进口、烟气排放口和熔融飞灰排放口，等离子炉体内设置有用于容纳待处理废物的腔室，等离子体炉体的顶部安装有电极且电极通过斜插方式伸入腔室内，电极与升降机构相连接且升降机构能带动电极抬升或降落至竖直方向上预定的高度位置以调节电极之间的电阻。本发明用于处理垃圾焚烧飞灰，实现飞灰的无害化和资源化处理。

Description

垃圾焚烧飞灰处理装置及方法

技术领域

本发明涉及等离子体处理危险废物技术应用设备相关的领域，尤其是涉及一种垃圾焚烧飞灰处理装置及方法。

背景技术

垃圾焚烧飞灰是垃圾焚烧厂烟气净化系统收集而得的残余物，属于危险废物(HW18),在垃圾焚烧产生的各种污染物(烟气、渗滤液、炉渣和飞灰)中，飞灰的处理难度和危害都是最大的。

飞灰毒性危害极大，因其含有最毒的无机物“重金属”和最毒的有机物“二噁英”。飞灰中含有最毒的无机物“重金属”，常见对人体危害最大的几种重金属：铅、铬、汞、砷、镉等。这些重金属在水中不能被分解，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物,这些重金属对人体的常见伤害有，伤害人的脑细胞，致癌致突变、侵害上呼吸道，引起咽喉炎、支气管炎；导致高血压，引起心脑血管疾病；破坏骨钙，引起肾功能失调等。

目前国内外对垃圾焚烧飞灰通常采用的处理方法有固化/稳定化+填埋法，水泥窑协同处置等方法。

但本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

(1)固化/稳定化+填埋法，只是临时将飞灰固定后填埋，没有从根本上解除飞灰的危害性，仍然存在扩散的危险，且填埋长期占用大量土地资源；

(2)水泥窑协同处置法，可以去除二恶英等有害有机物，但飞灰中的金属无法去除，只是进行了稀释，且重新应用于建筑行业，对质量和环保都存在一定的隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垃圾焚烧飞灰处理装置及方法，以解决现有技术中存在的垃圾焚烧飞灰处理装置不能从根本上解除飞灰的危害性的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的垃圾焚烧飞灰处理装置，包括等离子体炉体、电极和升降机构，所述等离子体炉体上设有原料进口、烟气排放口和熔融飞灰排放口，所述等离子炉体内设置有用于容纳待处理废物的腔室，所述等离子体炉体的顶部安装有所述电极且所述电极通过斜插方式伸入所述腔室内，所述电极与所述升降机构相连接且所述升降机构能带动所述电极抬升或降落至竖直方向上预定的高度位置以调节所述电极之间的电阻。

优选地，所述电极包括电极阳极和电极阴极，所述电极阳极和所述电极阴极分别与对应的电源相连且所述电极阳极和所述电极阴极分别连接有一所述升降机构。

优选地，所述电极阳极和所述电极阴极之间的夹角为3～5°。

优选地，所述电极为石墨电极。

优选地，所述升降机构设置于所述等离子体炉体的外部，且所述升降机构与所述电极上位于所述等离子体炉体外的区段相连接。

优选地，所述升降机构包括支撑部、电动推杆和连接部，所述支撑部中设置有电动推杆安装槽，所述电动推杆安装槽中固定安装有输出端竖直向上的电动推杆，所述电动推杆的输出端与连接部固定相连，所述连接部与对应的电极相连接。

优选地，所述等离子体炉体包括等离子体反应器和炉盖，所述等离子体反应器内设置有用于容纳待处理废物的所述腔室，所述炉盖用于密封所述腔室，所述炉盖上设置有所述原料进口和所述烟气排放口，所述电极安装在所述炉盖上，所述等离子体反应器上设置有所述熔融飞灰排放口。

优选地，所述等离子体反应器和所述炉盖由内到外依次由耐热层、绝热层和隔热层构成。

一种利用权利所述的装置处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括以下步骤：

S1、将飞灰与助熔剂混合后送入到所述等离子体炉体内部；

S2、电极开始通电，进而产生高温的等离子体弧，等离子弧对所述等离子体炉体内的飞灰逐渐升温到1400-1500℃熔融状态；

S3、熔融状态的飞灰通过所述熔融飞灰排放口流出至所述腔室外，经水或空气对熔融飞灰进行快速冷却，即形成玻璃态无害物质。

优选地，在S2的飞灰熔融过程中，产生的烟气通过所述等离子体炉体的烟气排放口排出，排出的烟气送往下游烟气净化处理系统；并且所述升降机构能带动所述电极抬升或降落至竖直方向上预定的高度位置以调节所述电极之间的电阻。

本发明提供的垃圾焚烧飞灰处理装置，包括等离子体炉体、电极和升降机构，等离子体炉体上设有原料进口、烟气排放口和熔融飞灰排放口，等离子炉体内设置有用于容纳待处理废物的腔室，等离子体炉体的顶部安装有电极且电极通过斜插方式伸入腔室内，电极与升降机构相连接且升降机构能带动电极抬升或降落至竖直方向上预定的高度位置以调节电极之间的电阻。将待处理的飞灰与一定量的助熔剂混合后，在等离子体炉体内加热到1400-1500℃形成熔融态物质，再将熔融态物质快速冷却，形成玻璃态固化体,借助玻璃体的致密结晶结构,确保固化体的永久稳定。本发明提供的垃圾焚烧飞灰处理装置，具体为等离子体飞灰熔融炉，可以将垃圾焚烧飞灰熔融形成玻璃体物质，实现飞灰的无害化和资源化处理，具有熔渣性质稳定、无重金属溶出等优点,且玻璃化后的焚烧飞灰可以用作建筑或铺路材料,从而实现灰渣的资源化利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的垃圾焚烧飞灰处理装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的垃圾焚烧飞灰处理装置的俯视图。

附图标记：1、等离子体炉体；11、等离子体反应器；12、炉盖；13、腔室；2、电极阳极；3、电极阴极；4、升降机构；41、支撑部；42、电动推杆；43、连接部；5、原料进口；6、烟气排放口；7、熔融飞灰排放口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参见图1和图2，本发明提供了一种垃圾焚烧飞灰处理装置，包括等离子体炉体1、电极和升降机构4，等离子体炉体1上设有原料进口5、烟气排放口6和熔融飞灰排放口7，等离子炉体内设置有用于容纳待处理废物的腔室13，等离子体炉体1的顶部安装有电极且电极通过斜插方式伸入腔室13内，通过在电极间加直流电压，进而产生高温等离子体电弧，飞灰自身存在一定的电阻，在通电时也会产生热量，高温的等离子体弧和飞灰自身电阻产生的热量用来提升飞灰温度，进而熔融飞灰。电极与升降机构4相连接且升降机构4能带动电极抬升或降落至竖直方向上预定的高度位置以调节电极之间的电阻。电极升降，可以调整等离子弧的长短及电极间的电阻，从而灵活控制输入等离子体炉体1内的电负荷，使系统更加稳定可控。

本发明将待处理的飞灰与一定量的助熔剂混合后，在等离子体炉体1内加热到1400-1500℃形成熔融态物质，再将熔融态物质快速冷却，形成玻璃态固化体,借助玻璃体的致密结晶结构,确保固化体的永久稳定。本装置适用于处理垃圾焚烧飞灰，将飞灰在高温熔融后，将其转化无害化玻璃态物质达到无害化处理并资源利用的目的。

如图1所示，本实施例中的等离子体炉体1包括等离子体反应器11和炉盖12，等离子体反应器11内设置有用于容纳待处理废物的腔室13，炉盖12用于密封腔室13，炉盖12上设置有原料进口5和烟气排放口6，电极安装在炉盖12上，等离子体反应器11上设置有熔融飞灰排放口7。

作为本发明实施例可选地实施方式，本实施例中的电极包括电极阳极2和电极阴极3，电极阳极2和电极阴极3分别与对应的电源相连，电极阳极2和电极阴极3均设置在等离子体炉体1的顶部，也就是等离子体炉体1的炉盖12上。在工作过程中，两电极间通有直流电压，进而产生直流等离子弧和电阻，产生热量用于加热等离子体炉体1中的飞灰。而常规的冶金直流等离子炉，通常将阴极设置在炉体上部，阳极设置在炉体底部，炉体安装在底部使得结构复杂，损坏后修复困难，而在底部电极容易烧穿产生漏料事故。而本装置中将电极阴极3和电极阳极2都安装在等离子体炉体1的顶部，可避免底部电极容易烧穿产生漏料事故的发生。

另外，本实施例中的电极阳极2和电极阴极3分别连接有一升降机构4。也就是说，电极阴极3和电极阳极2两个电极有各自独立的升降机构4，可以分别调节两个电极的高度，从而更能灵活控制输入熔融炉的电负荷，使系统更加稳定可控性更强。

电极阳极2和电极阴极3均通过斜插方式伸入腔室13内，作为本发明实施例可选地实施方式，电极阳极2和电极阴极3之间的夹角为3～5°。在电极升降过程中，因为角度的原因，可以改变两个电极之间的距离，进而可以调节电极之间的电阻。当发生断弧时，电极阳极2和电极阴极3之间不能形成回路，因而不能产生热量熔融物料。通常的方法将停炉、停电，或重新在两电极之间添加导电物质，使两电极重新导通。而采用本设计，可以通过调整两电极之间的距离，减小两根电极之间的电阻，直至导通形成电流回路，重新工作，保证了工作的连续、快速和稳定性。

考虑到目前的等离子炉，加热源是金属等离子炬，其结构复杂，容易损坏，且造价贵、维修困难。作为本发明实施例可选地实施方式，加热源采用电极且电极为石墨电极，运行过程中仅消耗石墨，安装、维护和稳定性都优于金属等离子炬。

参见图1，升降机构4设置于等离子体炉体1的外部，且升降机构4与电极上位于等离子体炉体1外的区段相连接。具体的，升降机构4包括支撑部41、电动推杆42和连接部43，支撑部41中设置有电动推杆42安装槽，电动推杆42安装槽中固定安装有输出端竖直向上的电动推杆42，电动推杆42的输出端与连接部43固定相连，连接部43与对应的电极相连接。

作为本发明实施例可选地实施方式，等离子体反应器11和炉盖12由内到外依次由耐热层(碳化硅层)、绝热层(氧化铝空心球层)和隔热层(陶瓷纤维层)构成，使得等离子体炉体1的保温性能更好。

此外，本发明还提供了一种利用上述的装置处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括以下步骤：

S1、将飞灰与助熔剂混合后送入到等离子体炉体1内部；需要说明的是，飞灰在送进等离子体炉体1之前，要混合配入一定量的助熔剂物质，便于飞灰玻璃态的形成和较低的熔融温度点。本实施例中的助熔剂主要成分为氧化钙和二氧化硅，助熔剂加入量不超过飞灰原料的量的10％。

S2、电极开始通高压直流电，进而产生高温的等离子体弧，等离子弧对等离子体炉体1内的飞灰逐渐升温到1400-1500℃熔融状态；

S3、熔融状态的飞灰具有流动性，通过熔融飞灰排放口7流出至腔室13外，经水或空气对熔融飞灰进行快速冷却，即形成玻璃态无害物质。

在上述S2的飞灰熔融过程中，产生的烟气通过等离子体炉体1的烟气排放口6排出，排出的烟气送往下游烟气净化处理系统处理。在飞灰熔融过程中，两个石墨电极可以根据等离子体炉体1内的飞灰熔融情况自动调节，保持温度均匀性和稳定性，也可以在断弧情况下及时调整到导通工作状态。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧飞灰处理装置，其特征在于，包括等离子体炉体、电极和升降机构，所述等离子体炉体上设有原料进口、烟气排放口和熔融飞灰排放口，所述等离子炉体内设置有用于容纳待处理废物的腔室，所述等离子体炉体的顶部安装有所述电极且所述电极通过斜插方式伸入所述腔室内，所述电极与所述升降机构相连接且所述升降机构能带动所述电极抬升或降落至竖直方向上预定的高度位置以调节所述电极之间的电阻。

2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理装置，其特征在于，所述电极包括电极阳极和电极阴极，所述电极阳极和所述电极阴极分别与对应的电源相连且所述电极阳极和所述电极阴极分别连接有一所述升降机构。

3.根据权利要求2所述的垃圾焚烧飞灰处理装置，其特征在于，所述电极阳极和所述电极阴极之间的夹角为3～5°。

4.根据权利要求1～3任一项所述的垃圾焚烧飞灰处理装置，其特征在于，所述电极为石墨电极。

5.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理装置，其特征在于，所述升降机构设置于所述等离子体炉体的外部，且所述升降机构与所述电极上位于所述等离子体炉体外的区段相连接。

6.根据权利要求1或5所述的垃圾焚烧飞灰处理装置，其特征在于，所述升降机构包括支撑部、电动推杆和连接部，所述支撑部中设置有电动推杆安装槽，所述电动推杆安装槽中固定安装有输出端竖直向上的电动推杆，所述电动推杆的输出端与连接部固定相连，所述连接部与对应的电极相连接。

7.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理装置，其特征在于，所述等离子体炉体包括等离子体反应器和炉盖，所述等离子体反应器内设置有用于容纳待处理废物的所述腔室，所述炉盖用于密封所述腔室，所述炉盖上设置有所述原料进口和所述烟气排放口，所述电极安装在所述炉盖上，所述等离子体反应器上设置有所述熔融飞灰排放口。

8.根据权利要求7所述的垃圾焚烧飞灰处理装置，其特征在于，所述等离子体反应器和所述炉盖由内到外依次由耐热层、绝热层和隔热层构成。

9.一种利用权利要求1～8任一项所述的装置处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将飞灰与助熔剂混合后送入到所述等离子体炉体内部；

S2、电极开始通电，进而产生高温的等离子体弧，等离子弧对所述等离子体炉体内的飞灰逐渐升温到1400-1500℃熔融状态；

S3、熔融状态的飞灰通过所述熔融飞灰排放口流出至所述腔室外，经水或空气对熔融飞灰进行快速冷却，即形成玻璃态无害物质。

10.根据权利要求9所述的处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，在S2的飞灰熔融过程中，产生的烟气通过所述等离子体炉体的烟气排放口排出，排出的烟气送往下游烟气净化处理系统；并且所述升降机构能带动所述电极抬升或降落至竖直方向上预定的高度位置以调节所述电极之间的电阻。

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