CN112944362B - 旋风式等离子体熔融炉、熔融处理系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋风式等离子体熔融炉、熔融处理系统及其工作方法，旋风式等离子体熔融炉包括熔融炉体、进料口、出料道、出料排烟口以及若干等离子体发生器；进料口设置在熔融炉体上并与熔融炉体内的炉膛相连通；出料排烟口设置在熔融炉体上，出料道设置在熔融炉体内并连接在炉膛和出料排烟口之间；若干个等离子体发生器沿着熔融炉体的周向间隔布置在熔融炉体上与炉膛相连通，以在炉膛内形成环向等离子体焰流。本发明的旋风式等离子体熔融炉，采用等离子体焰旋流设置形成环向等离子体焰流，加热均匀，换热效率高；通过出料排烟口排料和排烟，利用高温等离子体焰流烟气直接对出料道的出料冷段进行加热保温，避免产生堵塞问题，提高热利用率。
Description
技术领域
本发明涉及固体废物处理技术领域，尤其涉及一种旋风式等离子体熔融炉、熔融处理系统及其工作方法。
背景技术
随着国民经济快速发展，国内各类危险废物产量急速增加。在危险废物高温处理领域，由于传统一体式气化熔融炉中气化与熔融工艺差别大，存在互相影响的缺点，对系统的持续稳定运行和无害化处理影响较大，一定程度上阻碍了等离子体气化熔融工艺的工程应用。
现有等离子体炉设计采用等离子体炬向心布置，存在明显的温度梯度，从中心温度高向四周快速降低，不利于炉内热量均匀分布，换热效率低。另外，现有等离子体熔融炉的出料口设计存在冷段，容易因低温而产生堵塞，或需复杂的加热设备对该段进行加热保温，增加设备成本及运维成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种适用性及处理效率高的旋风式等离子体熔融炉、具有该旋风式等离子体熔融炉的熔融处理系统及其工作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种旋风式等离子体熔融炉，包括熔融炉体、进料口、出料道、出料排烟口以及若干个等离子体发生器；
所述进料口设置在所述熔融炉体上并与所述熔融炉体内的炉膛相连通；
所述出料排烟口设置在所述熔融炉体上，所述出料道设置在所述熔融炉体内并连接在所述炉膛和出料排烟口之间；
若干个所述等离子体发生器沿着所述熔融炉体的周向间隔布置在所述熔融炉体上与所述炉膛相连通，以在所述炉膛内形成环向等离子体焰流，对固体废弃物进行熔融处理；固体废弃物在所述炉膛内熔融后产生的熔液及烟气通过所述出料排烟口排出所述熔融炉体。
优选地，所述等离子体发生器在所述熔融炉体上以10°～170°的倾斜角度布置。
优选地，所述出料排烟口包括与所述出料道相连通并向下延伸的出料口、与所述出料道相连通并水平或倾斜延伸的出烟口；
所述出烟口位于所述出料口的上方。
优选地，所述旋风式等离子体熔融炉还包括紧急排烟口和紧急排烟管道；所述紧急排烟口设置在所述熔融炉体上并与所述炉膛相连通，所述紧急排烟管道的一端连接所述紧急排烟口，相对另一端延伸并连接至所述出烟口；
所述紧急排烟管道的压阻大于所述出料道的压阻。
优选地，所述紧急排烟管道与所述出料道的压阻差为100Pa-1000Pa。
优选地，所述紧急排烟口的内径小于所述出烟口的内径。
优选地，所述出烟口开设在所述熔融炉体的侧壁上，所述紧急排烟口开设在所述熔融炉体的顶部。
优选地，所述旋风式等离子体熔融炉包括至少两个等离子体发生器。
本发明还提供一种熔融处理系统，包括以上任一项所述的旋风式等离子体熔融炉、换热器；
所述换热器连接在烟气处理系统与所述旋风式等离子体熔融炉的出料排烟口之间，所述出料排烟口排出的烟气通过所述换热器进行热交换后再进入所述烟气处理系统。
优选地，所述熔融处理系统还包括连接在所述换热器和烟气处理系统之间的风机，所述风机驱动换热后的烟气进入所述烟气处理系统。
优选地，所述熔融处理系统还包括与所述旋风式等离子体熔融炉的出料排烟口连接、接收所述出料排烟口排出的熔液的的水淬接渣系统。
本发明还提供一种熔融处理系统的工作方法，包括以下步骤：
S1、将固体废弃物通过进料口投入熔融炉体的炉膛内；
S2、启动等离子体发生器使其在熔融炉体的炉膛内形成环向等离子体焰流，对固体废弃物进行高温熔融处理；
S3、固体废弃物熔融后形成玻璃相熔液，所述熔液和高温熔融过程产生的烟气沿着出料道从出料排烟口排出；
其中，烟气在排出过程中利用自身的热量为熔液加热保温；
S4、从所述出料排烟口排出的烟气进入换热器，热交换后再进入烟气处理系统。
优选地，在步骤S1之前还包括：
S0、进料系统将固体废弃物进行筛分、破碎、配伍及造粒。
优选地，步骤S3中，所述熔液沿着所述出料道从所述出料排烟口的出料口向下排出并输送至水淬接渣系统；所述烟气沿着所述出料道从所述出料排烟口的出烟口排出并输送至烟气处理系统。
优选地，步骤S3中，当所述出烟口内侧发生堵塞时，所述烟气从所述熔融炉体上的紧急排烟口排出，并沿着紧急排烟管道向外输送。
本发明的旋风式等离子体熔融炉，采用等离子体焰旋流设置，在炉内形成环向等离子体焰流，加热均匀，换热效率高；通过出料排烟口连接出料道的设置并同时进行排料和排烟，利用高温等离子体焰流烟气直接对出料道的出料冷段进行加热保温，避免低温产生堵塞的问题，降低运维成本，同时提高热利用率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的熔融处理系统的连接框图；
图2是本发明一实施例的旋风式等离子体熔融炉的纵向剖面结构示意图；
图3是本发明一实施例的旋风式等离子体熔融炉的横向剖面结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明一实施例的熔融处理系统，包括旋风式等离子体熔融炉1、换热器2、风机3、烟气处理系统4以及水淬接渣系统5。
旋风式等离子体熔融炉1用于对固体废弃物进行高温熔融处理，并将形成玻璃相的熔液和高温熔融过程产生的烟气排出。换热器2、风机3和烟气处理系统4依次连接旋风式等离子体熔融炉1，旋风式等离子体熔融炉1排出的烟气通过换热器2进行热交换后再进入烟气处理系统4进行后续处理，以达到排放标准。换热器2可以连接其他需要热源的处理系统或运行设备等，从而将烟气的热量回收作为热源再利用，实现烟气的余热利用。风机3连接在换热器2和烟气处理系统4之间，驱动换热后的烟气进入烟气处理系统4，同时控制熔融炉内压力稳定在微正压和微负压范围内。水淬接渣系统5连接旋风式等离子体熔融炉1，旋风式等离子体熔融炉1排出的熔液输送至水淬接渣系统5进行再处理或进一步加工为岩棉、微晶玻璃、建筑材料等。
如图2、3所示，旋风式等离子体熔融炉1包括熔融炉体10、设置在熔融炉体10上的进料口20、出料道30、出料排烟口以及若干个等离子体发生器(未图示)。
熔融炉体10内具有炉膛11，用于固体废弃物在其中进行高温熔融处理。进料口20在熔融炉体10上与炉膛11相连通，用于固体废弃物通过进入炉膛11内。进料口20可以设置在熔融炉体10的顶部或侧壁等位置，其可以竖向延伸、水平或者斜向延伸，具体根据固体废弃物类型设置。
等离子体发生器用于提供热源，对固体废弃物进行高温熔融处理。出料排烟口设置在熔融炉体10上，出料道30设置在熔融炉体10内并连接在炉膛13和出料排烟口之间。经高温熔融处理后的产物沿着出料道30并从出料排烟口排出。
本发明中，若干个等离子体发生器沿着熔融炉体10的周向间隔布置在熔融炉体10上与炉膛11相连通，以在炉膛11内形成环向等离子体焰流，提高受热均匀性和换热效率，对固体废弃物进行熔融处理。固体废弃物在炉膛11内熔融后产生的熔液及烟气通过出料道30和出料排烟口排出熔融炉体10。
等离子体发生器在熔融炉体10上以10°～170°的倾斜角度布置，即与炉膛11内壁的夹角可为10°～170°。
熔融炉体10的侧壁开设有接口12用于等离子体发生器安装。接口12可以10°～170°倾斜角度设置，等离子体发生器直接安装在接口12内即可实现环向等离子体焰流的形成。
优选地，等离子体发生器具有至少两个，沿着熔融炉体10的周向均匀间隔布置。
在旋风式等离子体熔融炉1中，出料排烟口连接出料道30，使得熔融产生的熔液和烟气均沿着出料道30输送并从出料排烟口排出，从而烟气在出料道30的输送过程中可以利用自身的热量对熔液进行加热保温，防止堵塞等情况发生。
具体地，出料排烟口包括与出料道30相连通并向下延伸的出料口32、与出料道30相连通并水平或倾斜延伸的出烟口31，并且出烟口31位于出料口32的上方，这样沿着出料道30排出熔液可在重力作用下向下流动并从出料口32排出，烟气沿着出料道30向外输出与熔液分离并从出烟口31排出。
在熔融处理系统中，换热器2与出料排烟口的出烟口31连接，以接收排出的烟气。水淬接渣系统5与出料排烟口的出料口32连接，接收出料排烟口排出的熔液。
进一步地，旋风式等离子体熔融炉1还包括紧急排烟口40和紧急排烟管道50。紧急排烟口40设置在熔融炉体10上并与炉膛11相连通。紧急排烟管道50的一端连接紧急排烟口40，相对另一端延伸并连接至出烟口31，使得从紧急排烟口40排出的烟气汇集到出烟口31处再排出到后端的烟气处理系统4。出烟口31可连接一管道进行增长，并与紧急排烟管道50在其上的连接。
紧急排烟口40的内径小于出烟口31的内径。
紧急排烟管道50的压阻大于出料道30的压阻，当出烟口31内侧发生堵塞时，其压阻快速升高，在高于紧急排烟管道50的压阻后，烟气从紧急排烟口40排出，并沿着紧急排烟管道50向外输送，确保炉体安全。
作为选择，紧急排烟管道50与出料道30的压阻差为100Pa-1000Pa。紧急排烟管道50与出料道30之间的压阻差可以根据紧急排烟管道50的内径、长度及弯折次数设置进行调整。
本实施例中，出烟口31开设在熔融炉体10的侧壁上，紧急排烟口40开设在熔融炉体10的顶部。
结合图1-3，本发明的熔融处理系统的工作方法，可包括以下步骤：
S0、进料系统6将固体废弃物进行破碎、配伍及造粒，形成大小合适的固体废弃物颗粒(废物源项)。
S1、将固体废弃物通过进料口20投入熔融炉体10的炉膛11内。
炉膛11内为氧化气氛，可有效降低进料中的残炭含量，提高固化体的玻璃相稳定性。
连续或间歇式通过进料口20将固体废弃物投入熔融炉体10的炉膛11内，确保稳定加热熔融出料运行。
S2、启动等离子体发生器使其在熔融炉体10的炉膛11内形成环向等离子体焰流，对固体废弃物进行高温熔融处理。
S3、固体废弃物熔融后形成玻璃相熔液，熔液和高温熔融过程产生的烟气沿着出料道30从出料排烟口排出。
其中，熔液沿着出料道30从出料排烟口的出料口32向下排出并输送至水淬接渣系统5，水淬接渣系统5能够实现对熔液的快速冷却，得到稳定固化体，有利于重金属的包裹。
烟气沿着出料道30从出料排烟口的出烟口31排出并输送至烟气处理系统4。烟气在排出过程中利用自身的热量为熔液加热保温，避免熔液冷却造成堵塞。
另外，当出烟口31内侧发生堵塞时，其压阻快速升高，在高于紧急排烟管道50的压阻后，烟气从熔融炉体10上的紧急排烟口40排出，并沿着紧急排烟管道50向外输送。
根据紧急排烟管道50连接在紧急排烟口40和出烟口31之间，从紧急排烟口40排出的烟气最后也汇集到出烟口31排出。
S4、从出料排烟口排出的烟气进入换热器2，热交换后再进入烟气处理系统4，实现烟气的余热利用。
换热器2和烟气处理系统4之间通过风机3提供驱动力。此外，通过风机3可以独立控制熔融炉体10内压力稳定在微正压或微负压，避免受其他设备波动影响。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (11)
1.一种旋风式等离子体熔融炉，其特征在于，包括熔融炉体、进料口、出料道、出料排烟口以及若干个等离子体发生器；
所述进料口设置在所述熔融炉体上并与所述熔融炉体内的炉膛相连通；
所述出料排烟口设置在所述熔融炉体上，所述出料道设置在所述熔融炉体内并连接在所述炉膛和出料排烟口之间；
若干个所述等离子体发生器沿着所述熔融炉体的周向间隔布置在所述熔融炉体上与所述炉膛相连通，以在所述炉膛内形成环向等离子体焰流，对固体废弃物进行熔融处理；固体废弃物在所述炉膛内熔融后产生的熔液及烟气依次通过所述出料道和出料排烟口排出所述熔融炉体；
所述旋风式等离子体熔融炉还包括紧急排烟口和紧急排烟管道；所述紧急排烟口设置在所述熔融炉体上并与所述炉膛相连通，所述紧急排烟管道的一端连接所述紧急排烟口，相对另一端延伸并连接至所述出料排烟口的出烟口；所述紧急排烟管道的压阻大于所述出料道的压阻；
当出烟口内侧发生堵塞时，其压阻快速升高，在高于所述紧急排烟管道的压阻后，烟气从所述紧急排烟口排出，并沿着所述紧急排烟管道向外输送；
所述紧急排烟管道与所述出料道的压阻差为100Pa-1000Pa；所述紧急排烟口的内径小于所述出烟口的内径。
2.根据权利要求1所述的旋风式等离子体熔融炉，其特征在于，所述等离子体发生器在所述熔融炉体上以10°～170°的倾斜角度布置。
3.根据权利要求1所述的旋风式等离子体熔融炉，其特征在于，所述出料排烟口包括与所述出料道相连通并向下延伸的出料口、与所述出料道相连通并水平或倾斜延伸的出烟口；
所述出烟口位于所述出料口的上方。
4.根据权利要求1所述的旋风式等离子体熔融炉，其特征在于，所述出烟口开设在所述熔融炉体的侧壁上，所述紧急排烟口开设在所述熔融炉体的顶部。
5.根据权利要求1-4任一项所述的旋风式等离子体熔融炉，其特征在于，所述旋风式等离子体熔融炉包括至少两个等离子体发生器。
6.一种熔融处理系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的旋风式等离子体熔融炉、换热器；
所述换热器连接在烟气处理系统与所述旋风式等离子体熔融炉的出料排烟口之间，所述出料排烟口排出的烟气通过所述换热器进行热交换后再进入所述烟气处理系统。
7.根据权利要求6所述的熔融处理系统，其特征在于，所述熔融处理系统还包括连接在所述换热器和烟气处理系统之间的风机，所述风机驱动换热后的烟气进入所述烟气处理系统。
8.根据权利要求6或7所述的熔融处理系统，其特征在于，所述熔融处理系统还包括与所述旋风式等离子体熔融炉的出料排烟口连接、接收所述出料排烟口排出的熔液的水淬接渣系统。
9.一种权利要求6-8任一项所述的熔融处理系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将固体废弃物通过进料口投入熔融炉体的炉膛内；
S2、启动等离子体发生器使其在熔融炉体的炉膛内形成环向等离子体焰流，对固体废弃物进行高温熔融处理；
S3、固体废弃物熔融后形成玻璃相熔液，所述熔液和高温熔融过程产生的烟气沿着出料道从出料排烟口排出；其中，烟气在排出过程中利用自身的热量为熔液加热保温；当所述出烟口内侧发生堵塞时，所述烟气从所述熔融炉体上的紧急排烟口排出，并沿着紧急排烟管道向外输送；
S4、从所述出料排烟口排出的烟气进入换热器，热交换后再进入烟气处理系统。
10.根据权利要求9所述的熔融处理系统的工作方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括：
S0、进料系统将固体废弃物进行筛分、破碎、配伍及造粒。
11.根据权利要求9所述的熔融处理系统的工作方法，其特征在于，步骤S3中，所述熔液沿着所述出料道从所述出料排烟口的出料口向下排出并输送至水淬接渣系统；所述烟气沿着所述出料道从所述出料排烟口的出烟口排出并输送至烟气处理系统。
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