CN112664948A - 一种氮气非转移弧等离子舰船固废热处置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于废弃物处置相关技术领域，其公开了一种氮气非转移弧等离子舰船固废热处置方法及系统，系统包括依次相连接的垃圾储存箱、一级破碎机、杂物分离器、二级研磨机、等离子裂解炉、二燃室、静电分离器、积灰室及封装打包装置依次相连接液体冷却装置、空气供风装置、氧气发生装置、以及烟气处理设备；烟气处理设备连接于静电分离器，液体冷却装置连接于等离子裂解炉，空气供风装置连接于二燃室；氮气发生装置分别连接于杂物分离器的入口、等离子裂解炉、二级研磨机及杂物分离器；静电分离器连接于二级研磨机的入口，杂物分离器连接于封装打包装置。该系统结构简单，无公害，高减容。

Description

一种氮气非转移弧等离子舰船固废热处置方法及系统

技术领域

本发明属于废弃物处置相关技术领域，更具体地，涉及一种氮气非转移弧等离子舰船固废处置方法及系统。

背景技术

《国际防止船舶造成污染公约》对所有船只在海洋航行中产生的污染进行了严格限制。舰船执行任务离岸后成为一个单独的系统，产生的固体废弃物由于任务时间所限不能及时靠岸排出，及时压缩堆放后仍挤占大量本就有限的舰艇空间，并影响舰员生存环境，危害舰员身心健康，最终影响战斗力。舰上日常产生的固废主要是有机固废，焚烧技术可以实现有机固废的快速、高减容、无害化处置；然而，传统的焚烧炉体积庞大，不利于舰艇布置，同时针对厨余垃圾等高含水、低热值的废弃物焚烧困难。等离子体热处理技术具有中心温度高、能量密度大的热点，完全适用于常规生活垃圾的及时快速热处置，其装置体积较传统焚烧炉可以减小约20倍，尤其适用于舰船这种对空间合理利用要求高、处置需求迫切的平台环境。

现有的使用空气、二氧化碳、氩气等气体作为等离子体发生载气；其中，含氧气体有利于等离子体气化反应过程，但易对电极造成氧化腐蚀，不利于等离子炬的维护，氩气为单原子气体，原子气体，原子量大，导热率小，不利于传热传质过程；同时，以上气体需要特殊供气设备，增加了系统复杂性。同时，等离子炬或者等离子炬结合其他焚烧设备的方式形成固废处置整体系统，使得整个系统过于复杂，能耗过大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种氮气非转移弧等离子舰船固废热处置方法及系统，本发明充分利用等离子炬高能密度的优势，针对舰船作业条件和固废产生情况，对舰船固废进行一条龙快速、高减容、无害化处置。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统，所述系统包括液体冷却装置、空气供风装置、氧气发生装置、垃圾储存箱、一级破碎机、杂物分离器、二级研磨机、等离子裂解炉、二燃室、静电分离器、烟气处理设备、积灰室及封装打包装置；

所述垃圾储存箱、所述一级破碎机、所述杂物分离器、所述二级研磨机、所述等离子裂解炉、所述二燃室、所述静电分离器、所述积灰室及所述封装打包装置依次相连接；所述烟气处理设备连接于所述静电分离器，所述液体冷却装置连接于所述等离子裂解炉，所述空气供风装置连接于所述二燃室；所述氮气发生装置分别连接于所述杂物分离器的入口、所述等离子裂解炉、所述二级研磨机及所述杂物分离器；所述静电分离器连接于所述二级研磨机的入口，所述杂物分离器连接于所述封装打包装置。

进一步地，所述液体冷却装置为所述等离子裂解炉中的等离子体发生器提供液体冷却，其直接使用舰船中的集中冷却系统。

进一步地，所述空气供风装置为所述二燃室提供助燃空气。

进一步地，所述氮气发生装置为所述系统的物流通道提供启动传送气流，还与所述二燃室的末端传输管道进行换热以将热量传递至所述杂物分离器及所述二级研磨机。

进一步地，所述氮气发生装置提供载气给所述等离子裂解炉的等离子发生器，该载气为氮气。

进一步地，所述一级粉碎机将自身接收到的固废进行初级粉碎，并传输给所述杂物分离器；所述杂物分离器对接收到的固废进行液体、有机固废、重质异物及未充分破碎固体分离；分离后的液体进入污水处理系统，有机固废进入所述二级研磨机，重质异物进入所述封装打包装置，未充分破碎的固体回溯至所述一级破碎机的前端重新进行破碎。

进一步地，所述二级破碎机对接收到的有机固废进行进一步粉碎，并通过气动气流携带进入所述等离子裂解炉。

进一步地，所述二燃室的过量空气系数为1.2～1.6；所述静电分离器将来自所述二燃室的固体及气体产物进行分离，分离后的气体产物流向所述烟气处理设备，固体产物进一步分离为残碳和灰烬，残碳经气动气流携带回流至所述二级研磨前端重新参与研磨与后续处理，灰烬由气动气流携带至积灰室。

按照本发明的另一个方面，提供了一种氮气非转移弧等离子舰船固废热处置方法，所述方法是采用如上所述的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统机械能给你舰船固废热处置的。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置方法及系统主要具有以下有益效果：

1.采用氮气作为载气，直接利用了舰船常备氮气气源，同时氮气作为等离子载体避免了其他载气气体的劣势。

2.除了等离子裂解炉外无其他热源装置，且充分考虑热裂解过程产生的焦炭难以充分燃烧的问题，在二燃室后端使用静电分离设备将残碳和灰烬分离，残碳经由气动回流至等离子体裂解炉重新参与热解、焚烧反应，增加了其反应停留时间，可基本实现完全燃烧，剩余极少量残碳随灰烬进入下游压缩打包即可。

3.充分考虑二燃室后端烟气余温的利用问题，将一部分等离子体及焚烧热量回收至前端物料预处理阶段，对高湿物料进行烘干。

附图说明

图1是本发明提供的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1，本发明提供的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置方法及系统，所述系统包括液体冷却装置、空气供风装置、氧气发生装置、垃圾储存箱、一级破碎机、杂物分离器、二级研磨机、等离子裂解炉、二燃室、静电分离器、烟气处理设备、积灰室及封装打包装置，所述垃圾储存箱、所述一级破碎机、所述杂物分离器、所述二级研磨机、所述等离子裂解炉、所述二燃室、所述静电分离器、所述积灰室及所述封装打包装置依次相连接。所述烟气处理设备连接于所述静电分离器，所述液体冷却装置连接于所述等离子裂解炉，所述空气供风装置连接于所述二燃室。所述氮气发生装置分别连接于所述杂物分离器的入口、所述等离子裂解炉、所述二级研磨机及所述杂物分离器。所述静电分离器连接于所述二级研磨机的入口，所述杂物分离器连接于所述封装打包装置。

所述液体冷却装置用于为所述等离子裂解炉中的核心部件等离子体发生器提供液体冷却，以防止装置过热损坏，所述液体冷却装置还可以直接使用舰船中的集中冷却系统。

所述空气供风装置用于为所述二燃室提供助燃空气，空气流量可以根据固废输送质量流速和化学组成参照过量空气系数1.2～1.6进行估算得到，且所述空气供风装置还可以直接使用舰船自备的空气压缩机装置。

所述氮气发生装置提供以下几种功能：1.给物流通道提供启动传送气流，流速可以根据固废输送质量流速和物化特性测试得到；2.通过与所述二燃室末端传输管道进行换热将热量传递至所述杂物分离器及所述二级研磨机，对分离及研磨过程进行加热及烘焙，实现余热利用的同时促进二级研磨过程物料的干燥和气动传送，形成的水蒸气促进等离子裂解炉的反应进行；3.给等离子裂解炉的等离子体发生器提供载气。其中，所述氮气发生装置可以直接使用舰船自备的氮气发生系统。

所述垃圾储存箱满足容纳全舰人员一天的固废产生量，且满足常规尺寸固废可入仓，连接整体系统后呈微负压状态。

所述一级破碎机用于将接收到的固废进行初级破碎，以将物料尺寸控制在厘米级。所述杂物分离器接收经初级破碎的固废后，利用物理特性差异对液体、有机固废、金属/玻璃等重质异物、未充分破碎固体进行分离，分离后的液体进入污水处理系统，有机固废进入所述二级研磨机，金属/玻璃等重质异物进入所述封装打包装置，未充分破碎的固体回溯至所述一级破碎机的前端重新进入所述一级破碎机进行破碎。

所述二级破碎机用于对厘米级有机固废进行进一步粉碎，粉碎后的物料尺寸控制在微米级，呈现颗粒/粉末/粉团状，并通过气动气流携带进入所述等离子裂解炉。

所述等离子裂解炉配备的等离子发生器为以氮气为载气的非转移弧等离子体发生器，其产生的氮气等离子体射流中心温度通常超过5000K，运行功率应通过测试与物料质量流速达到合理匹配；所述等离子裂解炉的腔室内主要发生热解反应和少量的水煤气以及轻微的氧化反应，所述等离子裂解炉炉膛的设计应充分保证微米级固体物料在流动方向与等离子体射流有充分的接触时间，长期运行状态无物料死角堆积。

所述二燃室与所述等离子裂解炉直接连接，以保证所述等离子裂解炉内等离子体射流尾焰温度在所述二燃室充分利用，在助燃空气的作用下将裂解过程产生的热解焦、油、气等可燃产物在所述二燃室充分燃烧。其中，所述二燃室的过量空气系数为1.2～1.6，运行过程内部温度应保持在850℃以上。

所述静电分离器用于分离所述二燃室流出的固体和气体产物，其中气体产物流向所述烟气处理设备，固体产物进一步分离为残碳和灰烬两种类别，残碳经短暂存储后经气动气流携带回流至二级研磨机前端重新参与研磨与后续处置，灰烬由气动气流携带至积灰室。

所述积灰室用于将所述静电分离器分离出来的灰烬进行暂存，然后输入下游的所述封装打包装置。所述封装打包装置用于灰烬的自动风袋和金属/玻璃异物的压缩打包。

其中，所述烟气处理设备为备用设备，以确保排放烟气硫氧化物、氮氧化物等排放达到《国际防止舰舶造成污染公约》的相关要求。

所述固废处理系统工作时，将生活垃圾丢进所述垃圾储存箱，通过传输设备传输至一级破碎机进行初次破碎，借助气动辅助、通过杂物分离器将非可燃物分离并输送至封装打包装置(液体排放至污水处理系统)，将分离出的可燃物进一步输送至二级研磨机进行精细研磨制成颗粒或者粉团，再次借助气动辅助研磨后的颗粒或者粉团进一步携带至等离子裂解炉进行等离子热裂解，产生的热解焦、油、气经由气动携带至所述二燃室后燃烧，燃烧后的残渣经由静电分离器分为残碳、灰渣及烟气，残碳分离后借助气动辅助回流至二级研磨机入口处进行循环处置，灰渣经由积灰室暂存后通过封装打包装置打包收集，烟气经由烟气处理设备处理后排出。

本实施方式中，一部分用于气动的氮气气流经由二燃室的下游管道进行热量交换后将预热传递至所述杂物分离器和所述二级研磨机对样品进行烘干/烘焙，提升了分离和研磨效果，产生的水蒸气经由气动携带至等离子裂解炉促进炉内热反应进行；经换热后的烟气温度不低于烟道露点温度，以防止过多的水冷凝在烟道。

本发明还提供了一种氮气非转移弧等离子舰船固废热处置方法，所述方法是采用如上所述的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统对舰船固废进行热处置的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统，其特征在于：

所述系统包括液体冷却装置、空气供风装置、氧气发生装置、垃圾储存箱、一级破碎机、杂物分离器、二级研磨机、等离子裂解炉、二燃室、静电分离器、烟气处理设备、积灰室及封装打包装置；

所述垃圾储存箱、所述一级破碎机、所述杂物分离器、所述二级研磨机、所述等离子裂解炉、所述二燃室、所述静电分离器、所述积灰室及所述封装打包装置依次相连接；所述烟气处理设备连接于所述静电分离器，所述液体冷却装置连接于所述等离子裂解炉，所述空气供风装置连接于所述二燃室；所述氮气发生装置分别连接于所述杂物分离器的入口、所述等离子裂解炉、所述二级研磨机及所述杂物分离器；所述静电分离器连接于所述二级研磨机的入口，所述杂物分离器连接于所述封装打包装置。

2.如权利要求1所述的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统，其特征在于：所述液体冷却装置为所述等离子裂解炉中的等离子体发生器提供液体冷却，其直接使用舰船中的集中冷却系统。

3.如权利要求1所述的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统，其特征在于：所述空气供风装置为所述二燃室提供助燃空气。

4.如权利要求1所述的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统，其特征在于：所述氮气发生装置为所述系统的物流通道提供启动传送气流，还与所述二燃室的末端传输管道进行换热以将热量传递至所述杂物分离器及所述二级研磨机。

5.如权利要求4所述的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统，其特征在于：所述氮气发生装置提供载气给所述等离子裂解炉的等离子发生器，该载气为氮气。

6.如权利要求1-5任一项所述的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统，其特征在于：所述一级粉碎机将自身接收到的固废进行初级粉碎，并传输给所述杂物分离器；所述杂物分离器对接收到的固废进行液体、有机固废、重质异物及未充分破碎固体分离；分离后的液体进入污水处理系统，有机固废进入所述二级研磨机，重质异物进入所述封装打包装置，未充分破碎的固体回溯至所述一级破碎机的前端重新进行破碎。

7.如权利要求6所述的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统，其特征在于：所述二级破碎机对接收到的有机固废进行进一步粉碎，并通过气动气流携带进入所述等离子裂解炉。

8.如权利要求1-5任一项所述的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统，其特征在于：所述二燃室的过量空气系数为1.2～1.6；所述静电分离器将来自所述二燃室的固体及气体产物进行分离，分离后的气体产物流向所述烟气处理设备，固体产物进一步分离为残碳和灰烬，残碳经气动气流携带回流至所述二级研磨前端重新参与研磨与后续处理，灰烬由气动气流携带至积灰室。

9.一种氮气非转移弧等离子舰船固废热处置方法，其特征在于：所述方法是采用权利要求1-8任一项所述的氮气非转移弧等离子舰船固废热处置系统对舰船固废进行热处置的。

Images