CN115899709A - 一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置及方法，包括等离子体熔融气化炉、气体混合搅拌装置、重整二燃室、热交换器、洗涤塔、布袋除尘器、气体提纯收集装置。本发明利用热等离子体将危险废弃物中的无机物熔融成熔融液后作为熔融模具中的原料，使有害物质固定在其中并且符合国家的浸出标准，烟气经过重整二燃室重整为高品质合成气；提供了一种环境友好、处理过程安全可靠、处理范围广，高中低热值的危险废弃物均可处理，排放的固体废物和烟气达到了减量化、无害化和资源化的目的。

Description

一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置及方法

技术领域

本发明涉及危险废物处理技术领域，特别是涉及一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置及方法。

背景技术

针对危险废弃物，最常见的处理方式是固化填埋和焚烧。固化填埋占用大量土地面积，严重污染土壤、地下水和大气。焚烧过程会产生重金属、二噁英等二次污染物，并大量残留在炉渣中，依然属于危险废弃物，成为新的污染源。

另外，利用热等离子体技术是处理危险废弃物的一种理想方法，可以克服传统的固化填埋、焚烧的缺点。而现有的等离子体处理垃圾设备大多数炉膛体积大，导致加热时间长，热量损失多，连续处理危废时，处理危废种类单一，没有考虑是否均匀下料、以及调整下料速度，对排出的气体和熔融液没有有效的处理以及合理的利用，利用还原气氛和氧化气氛也会导致后期尾气处理复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置及方法，以实现危险废弃物的减量化、无害化处理和资源化利用。

本发明的目的是这样实现的：

一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置，包括等离子体熔融气化炉，所述等离子体熔融气化炉包括等离子体熔融气化室和熔融池，等离子体熔融气化室固定设置在熔融池上端并且等离子体熔融室下端与熔融池上端连通，等离子体熔融炉的炉壁与等离子体熔融气化室之间砌有耐火材料制成的隔热保温层，炉体上部分设有三个侧孔，分别是两个预留气体进气孔和烟气排放管道，炉体四周设有多个热电偶、测温表和测压表用于监测炉膛内的温度和压力分布，炉壁设有三个玻璃观察孔分别对应等离子体气化熔融室、收口结构、熔融池；等离子体熔融气化室包括预热室、螺旋进料器和坩埚，预热室设有送料装置和物料推送装置并与一对螺旋进料器的进料端相对应，螺旋进料器进料端与预热室连接，下料口(下料管的下游端)在坩埚正上方，坩埚在等离子体熔融气化室和熔融池之间，布有液位检测传感器和温度传感器，并且坩埚底部设有液压阀门连接中心排放通孔与熔融池连通；坩埚的侧上方位安装有等离子体发生器产生热等离子体电弧为坩埚加热，余热也能透过坩埚加热熔融池，防止凝固；在熔融池壁设有高频感应加热线圈，熔融池中设有液位检测表，熔融池左下侧设有放浆阀连接的倾斜的放浆通道，并与外界熔融模具容器相连接。

所述等离子体发生器为非转移弧直流等离子体炬，采用氮气作为等离子体工作介质，均与氮气发生器相连接。

所述热等离子体炬以中间玻璃观察窗口中心轴为对称线，被对称布置于等离子体熔融气化室中坩埚的测上方的四周，直流等离子体炬的个数为2个或4个或6个，分别连接外部电源。

所述预热室上方连接的进料装置包括有一级料仓、二级料仓、氮气吹扫装置以及相对应的控制阀门。

所述的烟气重整净化处理系统包括有依次连接引风机、气体混合搅拌装置、重整二燃室、热交换器、洗涤塔、布袋除尘器、气体提纯收集装置。

一种基于连续处理危险废弃物的热等离子体装置的处理方法，一种连续处理多类危险废弃物的热等离子体装置：包括等离子体熔融气化炉、气体混合搅拌装置、重整二燃室、热交换器、洗涤塔、布袋除尘器、气体提纯收集装置；由导管连接等离子体熔融气化炉依次通过气体混合搅拌装置34、重整二燃室、热交换器、洗涤塔、布袋除尘器、气体收集装置，包括有以下步骤：

(1)启动氮气发生器和水蒸气发生器，打开二级料仓阀门和放浆阀后，启动氮气吹扫装置通入氮气吹扫整个系统中的气体后由放浆通道排气，保持等离子体熔融气化炉内为惰性状态，之后所有阀门，将等离子体工作气体氮气引入等离子体发生器并启动等离子体放电电源产生热等离子体射流，通过热等离子体射流产生的高温加热炉膛至1400-1700℃。

(2)危险废弃物倒入到一级料仓，打开一级料仓阀门开关危险废弃物进入到二级料仓后关闭阀门，该二级料仓与氮气吹扫装置连接，吹扫仓内空气并使舱内空气压力偏高(高于等离子体熔融气化室、预热室)，打开二级料仓阀门开关，危险废弃物进入到预热室中后关闭阀门，通过炉内高温气体进行预热(炉膛内持续产生的高温气体会沿着螺旋形气体管道螺旋上升)一段时间后打开螺旋进料器，螺旋进料器将危险废弃物推送到等离子体熔融气化室中，根据坩埚里的熔融液温度控制螺旋进料器的进料速率，液位检测传感器自动或手动控制液压阀门开关，以确保废弃物在炉膛内有足够的温度和熔融气化时间被彻底处理。

(3)危险废弃物经过等离子体焚烧后形成熔融液经坩埚流向熔融池中，打开放浆阀，熔融液从放浆口流出，并给多种熔模铸造模具提供熔融液；焚烧后的尾气经引风机、气体流量控制器与水蒸气进入气体搅拌混合装置按比例均匀混合；进入重整二燃室在二燃室等离子体炬的作用下混合气体进一步被转化为高品质的合成气体，重整二燃室中设有挡板和通气孔，延长气体在二燃室中的停留时间。重整结束之后先经过热交换器、洗涤塔、布袋除尘器处理后对所得的高品质合成气分离提纯收集。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明利用热等离子体将危险废弃物中的无机物熔融成熔融液后作为熔融模具中的原料，并使有害物质固定在其中符合国家的浸出标准，烟气经过重整二燃室重整为高品质合成气；提供了一种环境友好、处理过程安全可靠、处理范围广高中低热值的危险废弃物均可处理，排放的固体废物和烟气达到了无害化和资源化的目的。

在该系统中，可以同时处理高、中、低热值的危险废弃物。为了避免危险废弃物从进料口带入多余的氧气进入等离子体熔融气化室，在固体进入预热室之前先进行气体吹扫，并将二级料仓压强高于预热室以促进进料。同时装置启动之前，用氮气对整个系统进行吹扫，等离子体发生器用氮气作为工作气体，保证该系统在整个运行过程中都是在氮气环境中进行的，可以抑制炉内发生氧化反应，使系统中最大限度的降低二噁英和Nox的生成，符合环保要求。

在该系统中，整体上炉膛较为紧凑，这样加热速度快，热量损失小。炉内的高温气体通过螺旋形气体通道可以对预热室中的危险废弃物在等离子体处理之前先进行预热，这样能够减少能耗。

在该系统中，危险废弃物根据坩埚中的熔融液温度控制螺旋进料器调整物料进料速度并均匀下料，液位检测表自动或手动控制液压阀门的开关排放熔融液，以确保废弃物在炉膛内保持所需要的熔融和气化时间。

在该系统中，共设有2个玻璃观察窗，可以方便观察炉内的情况，同时也是更换配件和维修的窗口。

在该系统中，等离子体炉上设置的气体预留进气口通入多类气体改变炉内生成的废气的各成分的比例，并在等离子体炉与重整二燃室之间设有气体混合装置，可以精确调整水蒸气与尾气的比例并使两者混合均匀，提高尾气的转化率，获得更多的高品质合成气。

在该系统中，大容量的熔融池可以提供更多种类熔模铸造模具的熔融液，并在熔融池壁外设有高频感应加热线圈，保证熔融液不会凝固成熔渣或者粘附在熔融池上。

附图说明

图1是本发明系统的整体结构示意图；

图2是图1中的等离子体熔融气化炉；

图3是图2中的等离子体熔融气化炉主视图；

图4a是本发明的等离子体熔融气化炉中布置2个等离子体炬(等离子体发生器)俯视剖面图；

图4b是本发明的等离子体熔融气化炉中布置4个等离子体炬(等离子体发生器)俯视剖面图；

图5是预热室外部结构示意图。

附图标记

附图中，1.一级料仓，2.一级料仓阀门开关，3.二级料仓，4.氮气吹扫装置，5.二级料仓阀门开关，6.物料推送装置，7.炉壁，8.隔热保温层，9.预留气体进气口，10.预热室，11.螺旋进料器，12.等离子体发生器，13.坩埚，14.热电偶，15.液位检测表，16.熔融池，17.放浆阀，18.放浆口，19.高频感应加热线圈，20.液压阀门，21.下料管，22.电机，23.减速器，24.L型推料片，25.压力表，26.温度表，27.烟气排放管道，28.气体采样口，29.螺旋形气体通道，30.液压机，31.引风机，32.气体流量控制器，33.气体导管，34.气体搅拌混合装置，35.气体搅拌混合装置出气口，36.二燃室进气口，37.二燃室等离子体炬，38.二燃室隔热保温层，39.重整二燃室，40.挡板，41.通气孔，42.热交换器，43.洗涤塔，44.布袋除尘器，45.气体提纯收集装置，46.氮气发生器，47.水蒸气发生器，48.玻璃观察窗。

具体实施方式

参见如图1、2、3、4a、4b、5，一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置，包括等离子体熔融气化炉，等离子体熔融气化炉包括进料部分、等离子体熔融气化室和熔融池16，进料部分由一级料仓1、二级料仓3、并通过一级料仓阀门开关2和二级料仓阀门开关5单独控制，二级料仓3上装有氮气吹扫装置4并接氮气反应器46；等离子体熔融气化室包括有预热仓10和坩埚13组成，其中预热仓10中设有物料推送装置6、L型推料片24和螺旋进料器11，L型推料片24由液压机30控制推送物料，螺旋进料器11与炉体外部的电机和减速器相连接，预热仓10外部布有螺旋形气体通道29，最上部分设有两个预留气体进气口9；坩埚13斜上方对称布置等离子体发生器12并接氮气反应器46，下方与液压阀门20相连接，锅四周设有热电偶14、液位检测表15，外部与玻璃观察窗48相通；熔融池16设有热电偶14、液位检测表15、高频加热感应线圈19、放浆阀17和放浆口18；等离子体熔融气化炉中产生的废气处理包括有烟气排放通道27、在水蒸气发生器47和引风机31的作用下将水蒸气和废气经气体导管33依次引入气体混合搅拌装置34、重整二燃室39、热交换器42、洗涤塔43、布袋除尘器44、气体提纯收集装置45，该系统装置在运行中全程密闭。所述炉体上部设有气体补充系统，气体补充系统与螺旋形气体通道末端相通用于改变废气中各成分的比例。本实施例中，气体补充系统为两个预留气体进气口9，用于通入不同成分的气体。

利用上述装置处理处理危险废物的方法，包括有以下步骤：

(1)启动氮气发生器46和水蒸气发生器47，打开二级料仓阀门5和放浆阀17后，启动氮气吹扫装置通入氮气吹扫整个系统中的气体后由放浆通道排气，保持等离子体熔融气化炉内为惰性状态，之后所有阀门，将等离子体工作气体氮气引入等离子体发生器46并启动等离子体放电电源产生热等离子体射流，通过热等离子体射流产生的高温加热炉膛7至1400-1700℃。

(2)危险废弃物倒入到一级料仓1，打开一级料仓阀门开关2危险废弃物进入到二级料仓3后关闭阀门2，该二级料仓3与氮气吹扫装置4连接，吹扫仓内空气并使舱内空气压力偏高(高于等离子体熔融气化室、预热室)，打开二级料仓阀门开关5，危险废弃物进入到预热室10中后关闭阀门5，通过炉内高温气体进行预热(炉膛内持续产生的高温气体会沿着螺旋形气体管道29螺旋上升)一段时间后打开螺旋进料器11，螺旋进料器11将危险废弃物推送到等离子体熔融气化室中，根据坩埚13里的熔融液温度控制螺旋进料器的进料速率，液位检测传感器自动或手动控制液压阀门开关，以确保废弃物在炉膛内有足够的温度和熔融气化时间被彻底处理。

(3)危险废弃物经过等离子体焚烧后形成熔融液经坩埚13流向熔融池16中，打开放浆阀17，熔融液从放浆口18流出，并给多种熔模铸造模具提供熔融液；焚烧后的尾气经引风机31、气体流量控制器32与水蒸气进入气体搅拌混合装置34按比例均匀混合；进入重整二燃室39在二燃室等离子体炬37的作用下混合气体进一步被转化为高品质的合成气体，重整二燃室中设有挡板40和通气孔41，延长气体在二燃室中的停留时间。重整结束之后先经过热交换器42、洗涤塔43、布袋除尘器44处理后对所得的高品质合成气分离提纯收集。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置，其特征在于：包括等离子体熔融气化炉，所述等离子体熔融气化炉的炉体内从上到下依次设置预热室、等离子体熔融气化室和熔融池，等离子体熔融气化室和熔融池之间设有收口结构，所述收口结构内设等离子体发生器、坩埚，所述等离子体发生器位于坩埚的上方，等离子体发生器用于产生热等离子体电弧为坩埚加热，所述坩埚的底部呈锥形，坩埚的底部设置液压阀门，液压阀门的下端连接中心排放通孔，液压阀门开启排料时，中心排放通孔连通等离子体熔融气化室、熔融池，所述预热室外侧环绕设有螺旋形气体通道，所述螺旋形气体通道的下端与等离子体熔融气化室连通，螺旋形气体通道的下端用于输入高温气体，所述螺旋形气体通道的最上端角落处连接烟气排放管道，所述烟气排放管道伸出等离子体熔融气化炉，烟气排放管道连接烟气重整净化处理系统，所述预热室的上方连接进料装置，预热室的正下方沿横向对称设置有一对螺旋进料器，螺旋进料器的进料端与预热室连接，预热室内设有送料装置和物料推送装置，所述送料装置包括呈上小下大阶梯状的芯座，芯座的各层阶梯两侧对称设有L型推料片，芯座的中部对应各L型推料片分别设有液压缸，L型推料片的立板与对应的液压缸连接，下层L型推料片的平板与相邻上层L型推料片的立板之间阻隔物料，液压缸用于将物料推出芯座的对应的阶梯，所述物料推送装置与送料装置的边缘外侧、螺旋进料器的进料端相对应，物料推送装置用于将物料推进螺旋进料器内，螺旋进料器的出料端连接下料管，下料管的下料口向下延伸朝向坩埚，螺旋进料器用于将预热室内的物料输送到坩埚内，所述熔融池设置放浆阀、放浆通道。

2.根据权利要求1所述的一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置，其特征在于：所述等离子体熔融气化炉的炉体上设有热电偶、测温表和测压表；所述坩埚上端设有热电偶和液位检测表；

所述熔融池壁外设有高频感应加热线圈，高频感应加热线圈用于防止熔融液凝固，熔融池中设有液位检测表，熔融池的底面倾斜设置，熔融池的最下端设置所述放浆阀、放浆通道，放浆通道与外界熔融模具容器连接。

3.根据权利要求1所述的一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置，其特征在于：所述等离子体熔融气化炉内设有矩形的分隔壁，所述分隔壁将等离子体熔融气化炉内的上部空间隔离成预热室，各液压缸由炉体外的液压机控制；

所述等离子体熔融气化炉的炉体包括炉壁和炉壁内设置的隔热保温层，炉壁上设有两个玻璃观察孔，两个玻璃观察孔分别对应收口结构、熔融池，所述等离子体发生器的数量为多个，多个等离子体发生器以对应玻璃观察窗口的中心轴为对称线，对称布置于坩埚上方的四周。

4.根据权利要求1所述的一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置，其特征在于：L型推料片的平板与芯座间隙配合，下层L型推料片的平板与相邻上层L型推料片的立板之间滑动配合，或者，下层L型推料片的平板与相邻上层L型推料片的立板之间留有间隙，该间隙小于物料的粒径。

5.根据权利要求1所述的一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置，其特征在于：所述进料装置包括有从上到下依次设置的一级料仓、二级料仓，一级料仓、二级料仓之间设有一级料仓阀门开关，二级料仓、预热室之间设有二级料仓阀门开关，所述二级料仓连接氮气吹扫装置。

6.根据权利要求5所述的一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置，其特征在于：还包括氮气发生器，氮气发生器连接等离子体发生器、氮气吹扫装置，所述等离子体发生器为非转移弧直流等离子体炬，采用氮气作为等离子体工作介质。

7.根据权利要求1所述的一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置，其特征在于：所述的烟气重整净化处理系统包括由导管依次连接的引风机、气体流量控制器、气体混合搅拌装置、重整二燃室、热交换器、洗涤塔、布袋除尘器、气体提纯收集装置，所述气体混合搅拌装置连接水蒸气发生器，所述热交换器用于通过换热的方式输出热能。

8.根据权利要求1所述的一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置，其特征在于：所述炉体上部设有气体补充系统，气体补充系统与螺旋形气体通道末端相通用于改变废气中各成分的比例。

9.一种基于权利要求1所述的连续处理危险废弃物的热等离子体装置的工作方法，其特征在于，包括有以下步骤：

(1)启动氮气发生器和水蒸气发生器，关闭一级料仓阀门开关，打开二级料仓阀门开关，开启氮气吹扫装置通入氮气以保持等离子体熔融气化炉内为惰性状态后关闭二级料仓阀门开关，将氮气发生器制取的氮气引入等离子体发生器，等离子体发生器通电，并产生热等离子体射流，通过热等离子体射流产生的高温加热等离子体熔融气化炉的炉膛至1400-1700℃；

(2)将危险废弃物倒入到一级料仓，打开一级料仓阀门开关待危险废弃物进入到二级料仓后关闭阀门，氮气吹扫装置吹扫二级料仓内空气并使舱内气压高于预热室，打开二级料仓阀门开关待危险废弃物进入到预热室后关闭二级料仓阀门开关，通过炉膛的高温气体经过螺旋形气体通道进行预热，之后启动送料装置，打开物料推送装置、螺旋进料器，物料推送装置将物料推进螺旋进料器内，螺旋进料器将危险废弃物推送到坩埚里，危险废弃物经过等热等离子体电弧加热焚烧后形成熔融液，根据坩埚里的熔融液温度控制螺旋进料器的进料速率，以确保危险废弃物在坩埚里保持所需要的熔融和气化时间；通过坩埚处的液位检测表自动或手动控制液压阀门的开关排放熔融液至熔融池中；

(3)熔融液经坩埚流向熔融池中，打开放浆阀，熔融液流出出料口，并给熔模铸造模具提供熔融液。

10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于：焚烧后的尾气经烟气排放管道、引风机、气体流量控制器，再与水蒸气混合后进入气体搅拌混合装置按比例均匀混合；混合气体再进入重整二燃室，在二燃室等离子体炬的作用下，混合气体进一步被转化为高品质的合成气体，重整二燃室中设有挡板和通气孔，以延长气体在二燃室中的停留时间，重整结束之后先经过热交换器、洗涤塔、布袋除尘器处理后，再对所得的高品质合成气分离提纯收集。

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