CN112815717B - 一种等离子熔融炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子熔融炉，解决现有等离子熔融炉存在烟气飞灰成分大、熔池底部容易凝结、熔池排渣过程不利于稳定熔池温度等问题。该等离子熔融炉包括炉体、等离子炬、燃烧器、温度传感器、加热器、进料料斗、螺旋进料机、水淬池、防护筒和捞渣机；炉体包括气化段和熔融段；熔融段的侧壁上设置有进料口、排渣口和熔渣泄放口，底部设置有熔池；进料料斗通过螺旋进料机与进料口连接；排渣口通过防护筒与水淬池连接，捞渣机设置在水淬池内，用于对无害化玻璃体进行打捞；温度传感器为多个，分别设置在气化段和熔融段上；燃烧器设置在气化段的侧壁上；加热器设置在熔融段的底部；等离子炬为多个，沿炉体的中心轴线均布在熔融段的侧壁上。

Description

一种等离子熔融炉

技术领域

本发明属于固体危险废物处理设备，具体涉及一种等离子熔融炉。

背景技术

随着工业化和城市化进程不断加速，固体废物排量与日俱增，特别是石油化工、医疗、修造船、冶炼等行业排出的化学有机固废、医疗固废等，此类固体废物具有强腐蚀性、强毒性，如果直接排入环境会对人体造成致命伤害，对环境造成严重污染。

目前传统的固体危险废物处理方式为安全填埋、焚烧等，安全填埋法目的是割断废物与环境的联系，使其不再对环境和人体健康造成危害。但是由于并未从根本上消除污染物，而是受制于技术和经济的权宜之计，随着土地资源稀缺、避邻效应等问题的突显，安全填埋法与环境、生态、社会等方面的矛盾越来越尖锐。焚烧法是以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化分解反应，将危废中的有毒有害物质高温氧化，可以极大地减少危险废物的体积，但是危险废物焚烧为富氧环境，焚烧过程会产生大量的二噁英、重金属残留在飞灰与炉渣中，不能实现废物的完全无害化。

危险废物等离子熔融是相对较新的固体危险废物处理技术，危险废物等离子熔融是利用等离子火炬将危险废物加热到1500℃以上，使危险废物在还原性气氛条件下熔融，有机成分以烟气形式经净化排出，无机成分以无害玻璃态排出，实现危险废物的彻底无害化。但是，现有等离子熔融炉存在烟气飞灰成分大、熔池底部容易凝结、熔池排渣过程不利于稳定熔池温度等缺陷，导致等离子熔融炉无法稳定运转。

发明内容

本发明的目的是解决现有等离子熔融炉存在烟气飞灰成分大、熔池底部容易凝结、熔池排渣过程不利于稳定熔池温度等问题，提供一种能够长期稳定运行的等离子熔融炉。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种等离子熔融炉，包括炉体、等离子炬、燃烧器、温度传感器、加热器、进料料斗、螺旋进料机、水淬池、防护筒和捞渣机；所述炉体包括气化段和熔融段，所述气化段设置在熔融段的上方，且气化段的直径大于熔融段的直径；所述气化段的侧壁上设置有人孔、观火孔和烟气出口，顶部设置有泄爆口和顶部观火孔；所述熔融段的侧壁上设置有进料口、排渣口和熔渣泄放口，底部设置有熔池；所述进料口设置在熔融段靠近熔池部位，物料进入炉体后直接掉入高温熔池，使物料充分分解，有机成分充分气化，同时保证无机成分完全进入熔池形成熔渣；所述熔渣泄放口位于炉底底部侧壁，用于设备检修时卸放熔渣；所述进料料斗通过螺旋进料机与进料口连接；所述排渣口设置为溢流结构，通过防护筒与设置在熔融段下方的水淬池连接，所述捞渣机设置在水淬池内，用于对无害化玻璃体进行打捞；所述温度传感器为多个，分别设置在气化段和熔融段上，用于采集气化段和熔融段内的温度；所述燃烧器设置在气化段的侧壁上，用于补充气化段的热值；所述加热器设置在熔融段的底部，用于对熔池底部进行加热，使得熔池持续保持高温状态；所述等离子炬为多个，沿炉体的中心轴线均布在熔融段的侧壁上，且等离子炬的轴线与水平平面呈30～50°夹角，等离子炬与炉体外圆切线呈50°～70°夹角，用于使熔池内熔渣形成涡流，保证熔池内温度的均匀性。

进一步地，所述等离子炬的轴线与水平平面呈45°夹角，等离子炬与炉体外圆切线呈60度夹角。

进一步地，所述等离子炬为三个，沿炉体的中心轴线均布。

进一步地，所述熔渣泄放口位置高度高于加热器位置，保证熔渣泄放后炉底残留熔渣凝结后能够完全包裹加热器，避免加热器氧化损坏。

进一步地，所述气化段和熔融段通过锥形管段连接，且锥形管段分别与气化段、熔融段光滑过渡连接。

进一步地，所述防护筒的侧壁上设置有玻璃观察窗，用于对观察排渣情况。

进一步地，所述加热器为钼硅加热器，保证熔池底部持续保持1200～1500℃的高温状态，避免熔池底部凝结，同时保证熔渣以熔融态排出。

进一步地，所述燃烧器为天然气燃烧器。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：

1.本发明等离子熔融炉将固体废物在还原性高温环境下熔融气化，物料无机成分形成无害化玻璃体，有机成分分解燃烧后利用烟气净化设施净化后达标排放，物料在等离子熔融炉还原性气氛熔融气化能从源头上遏制二噁英、NOx等有害物质的合成。

2.本发明等离子熔融炉的进料口设置在熔融段，物料直接进入高温熔池，使物料无机成分充分气化，同时保证有机成分形成熔渣，避免无机成分通过气化段产生大量飞灰；熔渣采用溢流排渣使物料充分熔融，保证排出的熔渣水淬后无害玻璃态程度高；炉体底部的加热器能够保证等离子熔池底部1200～1500℃的高温，避免熔池底部凝结的同时保证顺利排渣。

3.本发明等离子熔融炉将等离子炬的轴线与水平平面呈30～50°夹角，等离子炬与炉体外圆切线呈50°～70°夹角设置，物料在还原性气氛熔融的同时，使熔池内熔渣形成涡流，保证熔池内温度的均匀性。

4.本发明等离子熔融炉的炉体底部设置有熔渣泄放口，熔渣泄放口位置略高于炉体底部硅钼加热器高度，熔渣泄放时能留存一定的熔渣冷凝后包裹硅钼加热器1，避免硅钼加热器氧化。

附图说明

图1为本发明等离子熔融炉结构图；

图2为本发明等离子熔融炉的等离子炬安装示意图；

图3为图1中I处局部放大图。

附图标记：1-加热器，2-熔池，3-等离子炬，4-温度传感器，5-燃烧器，6-观火孔；7-烟气出口；8-顶部观火孔；9-泄爆口；10-炉体；11-人孔；12-进料料斗；13-螺旋进料机；14-进料口；15-排渣口；16-玻璃观察窗；17-防护筒；18-水淬池；19-冷却水；20-捞渣机，201-熔渣，21-熔渣泄放口，22-泄放口堵盖。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

本发明提供一种等离子熔融炉，该等离子熔融炉将固体废物在还原性高温环境下熔融气化，物料无机成分形成无害化玻璃体，有机成分分解燃烧后利用烟气净化设施净化后达标排放，物料在等离子熔融炉还原性气氛熔融气化能从源头上遏制二噁英、NOx等有害物质的合成。

如图1和图2所示，本发明提供的等离子熔融炉包括炉体10、等离子炬3、燃烧器5、温度传感器4、加热器1、进料料斗12、螺旋进料机13、水淬池18、防护筒17和捞渣机20。炉体10包括气化段和熔融段，气化段设置在熔融段的上方，且气化段的直径大于熔融段的直径；具体的，炉体10包括下部的熔融段和上部的气化段，可将气化段和熔融段通过锥形管段连接，且锥形管段分别与气化区、熔融区光滑过渡连接，气化段的侧壁上设置有人孔11、观火孔6和烟气出口7，顶部设置有泄爆口9和顶部观火孔8；熔融段的底部设置有熔池2，侧壁上设置有进料口14、排渣口15和熔渣泄放口21，熔渣泄放口21位于炉底底部侧壁，用于设备检修时卸放熔渣；进料料斗12通过螺旋进料机13与进料口14连接；排渣口15设置为溢流结构，通过防护筒17与设置在熔融段下方的水淬池18连接，水淬池18内设置有冷却水19，捞渣机20设置在水淬池18内，用于对无害化玻璃体进行打捞；温度传感器4为多个，分别设置在气化段和熔融段上，用于采集气化段和熔融段内的温度；燃烧器5设置在气化段的侧壁上，用于补充气化段的热值；加热器1设置在熔融段的底部，用于对熔池2底部进行加热，使得熔池2持续保持高温状态；等离子炬3为多个，沿炉体10的中心轴线均布在熔融段的侧壁上，且等离子炬3的轴线与水平平面呈30～50°夹角，等离子炬3与炉体10外圆切线呈50°～70°夹角，用于使熔池2内熔渣形成涡流，保证熔池2内温度的均匀性。

本发明等离子熔融炉将排渣口15设置为溢流结构形式，排渣口15排出的高温熔渣直接流入水淬池18急冷水淬形成无害玻璃体，玻璃体由捞渣机20从水池捞出，溢流排渣能保证物料在熔池2内与玻璃、石灰石等药剂充分熔融，熔渣水淬后物料有害成分能够充分包裹在玻璃体内。

本发明等离子熔融炉的燃烧器5为天然气燃烧器，天然气燃烧器用于补充气化区的热值，天然气补充量根据炉体10上安装的温度传感器4反馈控制。加热器1可为钼硅加热器，钼硅加热器保证熔池2底部持续保持1200～1500℃的高温状态，避免熔池2底部凝结，同时保证熔渣以熔融态排出，此时，可在防护筒17上部设置有玻璃观察口，用以观察排渣情况。

本发明等离子熔融炉将进料口14设置在炉体10熔融区靠近熔池2部位，物料进入炉体10后直接掉入高温熔池2，使物料充分分解，有机成分充分气化，同时保证无机成分完全进入熔池2形成熔渣，避免无机成分产生大量飞灰。

如图3所示，本发明等离子熔融炉的熔渣泄放口21处设置有泄放口堵盖22，且熔渣泄放口21的位置高度略高于加热器1位置，保证熔渣泄放后炉底残留熔渣凝结后能够完全包裹加热器1，避免加热器1氧化损坏。

在本发明实施例中，炉体10的熔融段上设置有3个周向均布的等离子炬3，等离子炬3的轴线与水平平面呈45°夹角，等离子炬3与炉体10外圆切线呈60°夹角，物料在还原性气氛熔融的同时，使熔池2内熔渣形成涡流，保证熔池2内温度的均匀性。

危险废物处理前，首先在炉底建立高温熔池2，碎玻璃、石灰石等物料通过螺旋进料机13、进料口14送入炉体10，在等离子炬3、加热器1的作用下形成高温熔池2，稳定的高温熔池2建立后，危险废物与碎玻璃、石灰石等配伍后通过进料口14直接送入等离子熔融炉的底部熔池2，危险废物在高温熔池2的高温环境下充分分解，无机成分及灰分形成熔融态通过溢流口溢流进入水淬池18水淬，水淬后形成无害化玻璃体，危险废物有机成分充分分解以H₂、CO等气态形式进入气化区进一步气化燃烧产生水蒸气、CO2等烟气从烟气出口7排出。

本发明等离子熔融炉工作时，螺旋进料机13将物料通过进料口14送入炉体10，物料在熔池2内熔融分解，有机物分解后进入气化段进一步气化燃烧形成高温烟气通过烟气出口7进入下一工艺设备，其余部分与熔池2内药剂熔融后通过排渣口15溢流排出，溢流排出的熔渣201进入水池水淬形成玻璃态物质。

Claims (7)

1.一种等离子熔融炉，其特征在于：包括炉体(10)、等离子炬(3)、燃烧器(5)、温度传感器(4)、加热器(1)、进料料斗(12)、螺旋进料机(13)、水淬池(18)、防护筒(17)和捞渣机(20)；

所述炉体(10)包括气化段和熔融段，所述气化段设置在熔融段的上方，且气化段的直径大于熔融段的直径；所述气化段的侧壁上设置有人孔(11)、观火孔(6)和烟气出口(7)，顶部设置有泄爆口(9)和顶部观火孔(8)；所述熔融段的侧壁上设置有进料口(14)、排渣口(15)和熔渣泄放口(21)，底部设置有熔池(2)；

所述进料口(14)设置在熔融段靠近熔池(2)的部位，物料进入炉体(10)后直接掉入熔池(2)，使物料充分分解，有机成分充分气化，同时保证无机成分完全进入熔池(2)形成熔渣；

所述熔渣泄放口(21)位于炉底底部侧壁上，用于检修时卸放熔渣；所述熔渣泄放口(21)的位置高于加热器(1)的位置，保证熔渣泄放后炉底残留熔渣凝结后能够完全包裹加热器(1)，避免加热器(1)氧化损坏；

所述进料料斗(12)通过螺旋进料机(13)与进料口(14)连接；

所述排渣口(15)设置为溢流结构，通过防护筒(17)与设置在熔融段下方的水淬池(18)连接，所述捞渣机(20)设置在水淬池(18)内，用于对无害化玻璃体进行打捞；

所述温度传感器(4)为多个，分别设置在气化段和熔融段上，用于采集气化段和熔融段内的温度；

所述燃烧器(5)设置在气化段的侧壁上，用于补充气化段的热值；

所述加热器(1)设置在熔融段的底部，用于对熔池(2)底部进行加热，使得熔池(2)持续保持高温状态；

所述等离子炬(3)为多个，沿炉体(10)的中心轴线均布在熔融段的侧壁上，且等离子炬(3)的轴线与水平平面呈30～50°夹角，等离子炬(3)与炉体(10)外圆切线呈50°～70°夹角，用于使熔池(2)内熔渣形成涡流，保证熔池(2)内温度的均匀性。

2.根据权利要求1所述的等离子熔融炉，其特征在于：所述等离子炬(3)的轴线与水平平面呈45°夹角，等离子炬(3)与炉体(10)外圆切线呈60°夹角。

3.根据权利要求2所述的等离子熔融炉，其特征在于：所述等离子炬(3)为三个，沿炉体(10)的中心轴线均布。

4.根据权利要求3所述的等离子熔融炉，其特征在于：所述气化段和熔融段通过锥形管段连接，且锥形管段分别与气化段、熔融段光滑过渡连接。

5.根据权利要求4所述的等离子熔融炉，其特征在于：所述防护筒(17)的侧壁上设置有玻璃观察窗(16)，用于对观察排渣情况。

6.根据权利要求5所述的等离子熔融炉，其特征在于：所述加热器(1)为钼硅加热器，保证熔池(2)底部持续保持1200～1500℃的高温状态，避免熔池(2)底部凝结，同时保证熔渣以熔融态排出。

7.根据权利要求6所述的等离子熔融炉，其特征在于：所述燃烧器(5)为天然气燃烧器。

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