CN115355504A - 一种多相交流等离子体炬和固体废物处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多相交流等离子体炬和固体废物处理装置,包括主体、多相电极组件、进气组件、冷却组件和电源组件，多相电极组件、进气组件、冷却组件和电源组件分别与主体连接，本发明的多相电极组件由多组电机构成，多组电极呈环形分布，因而形成彼此相交的多电弧通道，从而使等离子体区域更大，增大了高温面积，形成了更大的高温区域，同时在较低等离子体温度也能达到较好的工作效果，本发明设置冷却组件为等离子体炬降温，保证等离子体炬处于正常的工作环境。

Description

一种多相交流等离子体炬和固体废物处理装置
技术领域
本发明属于固体废物处理领域，涉及一种多相交流等离子体炬和固体废物处理装置。
背景技术
固体废物种类繁多、性质各异，从而导致固体废物处置技术的通用性受限，造成了固体废物处理工艺复杂多变。当前形势下，国家大力发展污染零排放显得尤为重要，引导并增强企业在工业生产中污染物零排放的意识和动力是产业升级的基础。在众多固体废物处理技术中，热等离子体技术是实现危险废物无害化与资源化极具发展前景的一种技术。实际运用于固体废物处理的热等离子体的中性粒子温度、电子温度离子温度和几乎处于同一水平。热等离子体系统的核心部件为等离子体炬，弧炬放电的差异将导致产生的等离子体具有不同的性质。依照这种分类方式，热等离子体可分为直流等离子体(有两种结构：转移电弧与非转移电弧)、射频等离子体、交流等离子体、微波等离子体。
现今大多商业示范或运行的等离子体处理固体废物项目基本都是采用直流等离子体炬，现已成功商业化运用于处理城市固体废物、废弃生物质、医疗废物、多氯联苯、焚烧飞灰、污泥、电子垃圾和废石棉等。但直流等离子体炬需要多加一套交直流转换装置，综合热效率也更低。同时，使用直流等离子体炬炉内温度分布不均匀，为了消除炉内低温死角，通常需要配备高温的旋转装置。为了弥补局部温度低的缺陷，需要补充空气致使尾气量增大并生成氮氧化物，这导致直流等离子体系统在尾气上的投入与常规焚烧技术相近。直流等离子体炬的电极腐蚀问题也是实际难题之一，两根电极一旦其中一根寿命结束，便需要停机更换，因此更换较为频繁，并且对惰性气体的需求程度高，这些都大大增加了系统的运行维护费用。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种多相交流等离子体炬和固体废物处理装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多相交流等离子体炬,包括主体、多相电极组件、进气组件、冷却组件和电源组件，多相电极组件、进气组件、冷却组件和电源组件分别与主体连接。
进一步的，所述主体设置连接法兰，连接法兰与等离子体炉连接，多相电极组件设置于连接法兰。
进一步的，所述多相电极组件由多组电极构成。
进一步的，多组所述电极呈环形分布。
进一步的，所述连接法兰固设绝缘体，绝缘体连接在等离子体炉与连接法兰之间。
进一步的，所述进气组件包括进气口和进气通道，进气通道位于主体的内部，进气口连通进气通道。
进一步的，所述冷却组件包括循环水入口、循环水通道和循环水出口，循环水通道位于主体的内部，循环水通道分别与循环水入口和循环水出口连通，循环水依次沿循环水入口、循环水通道和循环水出口流通。
进一步的，所述电源组件包括电缆线出口和电缆线通道，电缆线通道设置电缆，电缆分别连接多相电极组件的电极和交流电源，交流电源为多相交流等离子体炬的动力电源。
进一步的，所述多相电极组件的多组电极交替作为阴极与阳极。
一种固体废物处理装置，包括所述的多相交流等离子体炬。
综上所述，本发明的有益之处在于：
1)本发明的自动进料机、破碎机、暂存箱、等离子体气化熔融炉、炉渣出料池、二燃室、气体过滤装置、除尘器以及烟囱采用分体式或集成式连接，相比同规模的焚烧系统更紧凑，体积更小，有效解决碎片化社区、偏远地区以及应急时候的生活垃圾处理问题，通过等离子体气化熔融炉、二燃室、气体过滤装置、以及除尘器对合成气体进一步处理，保证排出气体的洁净度。
2)本发明设置牵引勾位，牵引勾位用于与外置的牵引装置连接，通过牵引勾位使牵引装置与车厢连接，牵引装置通过驱动等离子体气化熔融系统移动实现本申请可移动式的效果，对于一些社区、岛屿以及农村等偏远地区的生活垃圾处理更加灵活、便捷和高效。
3)本发明将交流电源设为多相交流等离子体炬的动力电源，多相电极组件的各电极之间交替作为阴极与阳极，从而使电极之间的腐蚀更为平均，能够有效缓解炉内高温环境和有害离子对阳极端面的腐蚀，从而大大延长了阳极以及阴极的使用寿命，延长了整个等离子体炬的使用寿命；通过交流电源在多相电极组件的阴极与阳极之间设置交流高电压，进气组件通入等离子体气，从而在高压电极最小间距处形成等离子体射流，从而无需交直流转换装置，使用交流电减少了电流转换设备，可应用更简单的变压器，提高系统可靠性和扩展性；在不增加重量和成本的情况下增加了电弧中的电压降；交流电弧运动更加强烈，使等离子体的对流传输更强，综合热效率也更高。
4)本发明的多相电极组件由多组电机构成，多组电极呈环形分布，因而形成彼此相交的多电弧通道，从而使等离子体区域更大，增大了高温面积，形成了更大的高温区域，同时在较低等离子体温度也能达到较好的工作效果。
5)本发明设置冷却组件为等离子体炬降温，保证等离子体炬处于正常的工作环境。
附图说明
图1为本发明的移动式生活垃圾等离子体气化熔融系统示意图。
图2为本发明的自动进料机示意图一。
图3为本发明的自动进料机示意图二。
图4为本发明实施例二的多相交流等离子体炬示意图一。
图5为本发明实施例二的多相交流等离子体炬示意图二。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、横向、纵向……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
因安装误差等原因，本发明实施例中所指的平行关系可能实际为近似平行关系，垂直关系可能实际为近似垂直关系。
实施例一：
如图1-3所示，一种固体废物处理装置，包括移动车厢和等离子体气化熔融装置，等离子体气化熔融装置设置于移动车厢，等离子体气化熔融装置包括自动进料机1、破碎机2、暂存箱3、输送器4、等离子体气化熔融炉5、炉渣出料池6、二燃室7、气体过滤装置8、除尘器9以及烟囱10。
移动车厢包括车厢11、转轮13和牵引勾位12，车厢11设置为常规的厢体，转轮13设置于车厢11底部，牵引勾位12设置于车厢11的两端，牵引勾位12用于与外置的牵引装置连接，通过牵引勾位 12使牵引装置与车厢11连接，牵引装置通过驱动等离子体气化熔融系统移动实现本申请可移动式的效果，对于一些社区、岛屿以及农村等偏远地区的生活垃圾处理更加灵活、便捷和高效。
自动进料机1包括机体1-1、进料装置和开合装置，进料装置和开合装置分别设置于机体1-1，机体1-1设置机腔1-10，进料装置设置位于机腔1-10，进料装置包括进料电机1-20、进料板1-24和若干进料驱动组件，进料板1-24位于进料驱动组件的上方，进料驱动组件驱动进料板1-24上下移动，进料电机1-20设置于机体1-1，进料电机1-20的输出轴横跨机腔1-10并与机体1-1转动连接，进料装置设置于输出轴，进料电机1-20将运动通过输出轴传递至进料装置。
本实施例中进料驱动组件设置为由若干进料组件构成的集成组件，进料组件包括偏心轮1-21、传动杆1-22和推块1-23，偏心轮 1-21设置于输出轴，机腔1-10还设置固定板1-25，传动杆1-22的一端与偏心轮1-21活动连接，传动杆1-22的另一端贯穿固定板1-25 并与固定板1-25滑动连接，推块1-23设置于传动杆1-22的另一端，推块1-23与进料板1-24接触，本实施例中，相邻进料组件的偏心轮 1-21长边和短边对应，即一组偏心轮1-21长边与传动杆1-22接触，相邻的偏心轮1-21短边与传动杆1-22接触，进料电机1-20持续运行，若干进料组件间歇性推动进料板1-24并使进料板1-24发生震颤，便于垃圾传输。
本实施例中，若干进料组件的传动杆1-22长度不同，如图2所示，自动进料机1的进料端设为图示中A端，自动进料机1的出料端设为图示中B端，沿A端向B端传动杆1-22长度逐渐缩短，从而使进料板1-24倾斜设置，在重力以及震颤作用下便于垃圾传输至破碎机2。
开合装置包括第一合板1-31、第二合板1-32和开合机构，第一合板1-31和第二合板1-32铰接，第一合板1-31和机体1-1转动连接，开合机构连接第一合板1-31、第二合板1-32以及机体1-1，开合机构启动控制第一合板1-31和第二合板1-32折叠，且向外翻转，实现开合，垃圾进料时，开合装置开启，垃圾进入自动进料机1并落在进料板1-24上，完成进料后，开合装置复位。
自动进料机1还包括清洁装置，清洁装置对进料板1-24进行自动清理，清洁装置包括喷水头1-40、水管以及水箱1-41，喷水头1-40 设置在第一合板1-31和第二合板1-32，水管连接喷水头1-40和水箱1-41，水箱1-41可拆卸安装在水管，需要清洁时，水箱1-41与水管连接，水箱1-41的水泵启动，喷水头1-40向外喷水，从而实现对进料板1-24的清洁。
车厢11底部固设转动电机1-51，转动电机1-51的输出轴与自动进料机1固设连接，车厢11还固设导向杆1-52，机体1-1底部设置滑槽，导向杆1-52顶部设置于滑槽，导向杆1-52一方面用于支撑自动进料机1，另一方面为自动进料机1的转动进行导向。
本实施例自动进料机1实施过程中，首先开合装置的开合机构启动控制第一合板1-31和第二合板1-32折叠，且向外翻转，实现开合，垃圾进入自动进料机1并落在进料板1-24上，进料电机1-20启动，若干进料组件间歇性推动进料板1-24并使进料板1-24发生震颤，使垃圾传输至破碎机2，垃圾进料完成后，开合装置的开合机构关闭，第一合板1-31和第二合板1-32复位，此时若需要对自动进料机1清洁时，转动电机1-51启动，使自动进料机1翻转180°，水箱1-41 与水管连接，水箱1-41的水泵启动，喷水头1-40向进料板1-24喷水，从而实现对进料板1-24的清洁，自动进料机1外置废水箱，水沿进料板1-24清洁后落入废水箱，清洁完成后转动电机1-51启动使自动进料机1复位。
自动进料机1与破碎机2连接，自动进料机1接收生活垃圾并将生活垃圾自动传输至破碎机2进行垃圾破碎，破碎机2与暂存箱3连接，已破碎的垃圾传输至暂存箱3暂存，输送器4位于暂存箱3和等离子体气化熔融炉5之间，暂存箱3通过输送器4与等离子体气化熔融炉5连接，输送器4设置为螺旋输送器，输送器4将暂存至暂存箱 3的已破碎垃圾传输至等离子体气化熔融炉5，等离子体气化熔融炉 5用于垃圾熔融，等离子体气化熔融炉5包括炉渣出口端51和气体出口端52，等离子体气化熔融炉5设置等离子体炬50，本实施例等离子体炬50采用直流等离子体炬，且设置为两支，两支等离子体炬 50斜入式设置于等离子体气化熔融炉5，炉渣出口端51位于等离子体气化熔融炉5的底部，气体出口端52位于等离子体气化熔融炉5 的顶部，等离子体气化熔融炉5通过炉渣出口端51与炉渣出料池6 连接，等离子体气化熔融炉5通过气体出口端52与二燃室7连接，合成气体经二燃室7进一步处理，将有害气体转化为无害气体，二燃室7与气体过滤装置8连接，本实施例的气体过滤装置8设置多种吸收剂，包括分别用于脱硫、脱硝及脱酸的吸收剂，从而保证气体的洁净度，气体过滤装置8与除尘器9连接，除尘器9设置为干式滤尘装置，如布袋除尘器，经气体过滤装置8过滤的气体再经除尘器9过滤气体中的水汽，从而不产生废水，除尘器9与烟囱10连接，通过烟囱10将经处理的洁净气体排到大气中，本实施例自动进料机1、破碎机2、暂存箱3、等离子体气化熔融炉5、炉渣出料池6、二燃室7、气体过滤装置8、除尘器9以及烟囱10采用分体式或集成式连接，相比同规模的焚烧系统更紧凑，体积更小，有效解决碎片化社区、偏远地区以及应急时候的生活垃圾处理问题，通过等离子体气化熔融炉 5、二燃室7、气体过滤装置8、以及除尘器9对合成气体进一步处理，保证排出气体的洁净度。
优选的，为方便进料，自动进料机1可延伸至车厢11外部。
优选的，破碎机2内可设置分选装置，通过分选装置实现破袋及大物件分选功能。
优选，二燃室7设置热量回收装置，热量回收装置回收热量，提高了能量的利用率。
实施例二：
如图4-5所示，本实施例与实施例一的区别在于，实施例一中，等离子体气化熔融炉5设置直流等离子体炬50，而本实施例中，等离子体气化熔融炉5设置为多相交流等离子体炬。
多相交流等离子体炬包括主体50-0、多相电极组件50-1、进气组件、冷却组件和电源组件，多相电极组件50-1、进气组件、冷却组件和电源组件分别与主体50-0连接。
主体50-0设置连接法兰50-2，连接法兰50-2与等离子体炉连接，进而实现多相交流等离子体炬与等离子体炉连接，多相电极组件 50-1设置于连接法兰50-2。
多相电极组件50-1由多组电极构成，本实施例中多相电极组件 50-1包括12件电极，如图5所示，12件电极呈环形分布，相邻电极间形成30°夹角，多相电极组件50-1的各电极之间形成彼此相交的多电弧通道，从而使等离子体区域更大，增大了高温面积，形成了更大的高温区域，同时在较低等离子体温度也能达到较好的工作效果。
连接法兰50-2固设绝缘体50-3，绝缘体50-3连接在等离子体炉与连接法兰50-2之间，不仅起到绝缘作用，同时对多相电极组件 50-1起到进一步的支撑作用。
进气组件包括进气口50-4和进气通道(图未显示)，进气通道位于主体50-0的内部，进气口50-4连通进气通道，进气通道与多电弧通道连通，等离子体气依次通过进气口50-4和进气通道通入多电弧通道，本实施例的等离子体气依据固体废物性质和使用的工艺而定，可采用空气、氧气、氮气、氩气等。
冷却组件包括循环水入口50-5、循环水通道(图未显示)和循环水出口50-6，循环水通道位于主体50-0的内部，循环水通道分别与循环水入口50-5和循环水出口50-6连通，循环水依次沿循环水入口50-5、循环水通道和循环水出口50-6流通，循环水为等离子体炬降温，保证等离子体炬处于正常的工作环境。
电源组件包括电缆线出口50-7和电缆线通道(图未显示)，电缆线通道设置电缆(图未显示)，电缆分别连接多相电极组件50-1的电极和交流电源，交流电源为多相交流等离子体炬的动力电源。
本实施例中，交流电源为多相交流等离子体炬的动力电源，因而多相电极组件50-1的各电极交替作为阴极与阳极，从而使电极之间的腐蚀更为平均，能够有效缓解炉内高温环境和有害离子对阳极端面的腐蚀，从而大大延长了阳极以及阴极的使用寿命，延长了整个等离子体炬的使用寿命；通过交流电源在多相电极组件50-1的阴极与阳极之间设置交流高电压，进气组件通入等离子体气，从而在高压电极最小间距处形成等离子体射流，从而无需交直流转换装置，使用交流电减少了电流转换设备，可应用更简单的变压器，提高系统可靠性和扩展性；在不增加重量和成本的情况下增加了电弧中的电压降；交流电弧运动更加强烈，使等离子体的对流传输更强，综合热效率也更高。
本实施例的多相交流等离子体炬可单独设置于常规的等离子体气化熔融系统。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种多相交流等离子体炬,其特征在于：包括主体、多相电极组件、进气组件、冷却组件和电源组件，多相电极组件、进气组件、冷却组件和电源组件分别与主体连接。
2.根据权利要求1所述的一种多相交流等离子体炬，其特征在于：所述主体设置连接法兰，连接法兰与等离子体炉连接，多相电极组件设置于连接法兰。
3.根据权利要求1所述的一种多相交流等离子体炬，其特征在于：所述多相电极组件由多组电极构成。
4.根据权利要求3所述的一种多相交流等离子体炬，其特征在于：多组所述电极呈环形分布。
5.根据权利要求2所述的一种多相交流等离子体炬，其特征在于：所述连接法兰固设绝缘体，绝缘体连接在等离子体炉与连接法兰之间。
6.根据权利要求1所述的一种多相交流等离子体炬，其特征在于：所述进气组件包括进气口和进气通道，进气通道位于主体的内部，进气口连通进气通道。
7.根据权利要求1所述的一种多相交流等离子体炬，其特征在于：所述冷却组件包括循环水入口、循环水通道和循环水出口，循环水通道位于主体的内部，循环水通道分别与循环水入口和循环水出口连通，循环水依次沿循环水入口、循环水通道和循环水出口流通。
8.根据权利要求1所述的一种多相交流等离子体炬，其特征在于：所述电源组件包括电缆线出口和电缆线通道，电缆线通道设置电缆，电缆分别连接多相电极组件的电极和交流电源，交流电源为多相交流等离子体炬的动力电源。
9.根据权利要求3所述的一种多相交流等离子体炬，其特征在于：所述多相电极组件的多组电极交替作为阴极与阳极。
10.一种固体废物处理装置，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的多相交流等离子体炬。
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