CN1614308A - 交流等离子体裂解废弃物成套装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流等离子体裂解废弃物成套装置，它主要由进料装置、交流等离子体裂解装置和尾气排放装置构成，其核心部分是交流等离子体裂解装置。该裂解装置由一体化等离子体发生器和反应器组成(合称等离子体炉)，在其顶部设有进料口、进气口和三根斜插式、可移动电极。这三根电极用于产生电弧，电离工作气体，产生温度很高的等离子体，它们与交流电源相连；且互成120±15度夹角分布。等离子体反应器为利用等离子体裂解废弃物的容器。本发明利用高热的等离子体裂解废弃物，具有摧毁效率高，二次污染少，裂解废弃物快速、洁净、环保的优点。进料装置具有安全隔离防护及高度自动化控制功能和操作的安全可靠性。

Description

交流等离子体裂解废弃物成套装置

技术领域

本发明涉及一种处理废弃物的成套装置，更具体地说，涉及一种利用交流等离子体裂解、处理废弃物的成套装置。

背景技术

众所周知，随看国民经济的高速发展，每天都会产生大量的固体有毒、有害、有传染性的工业或医疗废弃物。对于这些有毒、有害的危险废弃物，传统的处理方法是焚烧法。即，将这些有毒、有害、有传染性的工业或医疗废弃物送入焚烧炉中，高温焚烧，然后，将焚烧后的残余物填埋。这种处理方法的缺点是：存在二次污染的问题。虽然，经高温焚烧后绝大多数有毒、有害的工业或医疗废弃物被高温分解了，但是，仍然存在一少部分未被充分燃烧的废弃物，长时间填埋在地下，会对地下水资源、环境造成二次污染，严重的还会引起污染的大范围传播，影响社会的稳定，经济的可持续发展。目前，如何高效环保地处理医疗废弃物已受到了全社会的极大关注。

特别是，2003年春季“非典”疾病流行期间，及时洁净地处理大量的医疗废弃物成为控制疫病的一个重要环节。目前，我国在医疗废弃物或有毒、有害危险物的处置方面技术还比较落后，而且重视程度也不够，仍然沿用传统的焚烧法处置医疗或工业废弃物。

由于焚烧法处理工业或医疗废弃物的燃烧温度难于超过1500℃，一般低于1200℃，对提高含氯苯环的销毁效率不利，造成仍有少量废弃物未充分燃烧，带来二次污染问题，为了避免二次污染，为了充分焚烧医疗废弃物，充分销毁有害的有机物，除保证3T原则(温度、湍流和时间)外，还需要加大过量空气系数(一般达到1.8-2.0，排气含氧量11-12％)即在焚烧过程中加入大量的助燃空气，必然造成能量消耗量大；而且，在焚烧过程中还产生大量的含有NOx、HCl及二噁英等有毒废气，对于烟气后处理产生很大压力。另外，由于焚烧后的烟气中含有氯、氟、硫等有毒、腐蚀性元素，对焚烧炉换热器造成严重腐蚀，影响设备正常运行；烟气中颗粒物含量大，吸附的有害物质多；在降温到300～400℃的有氧环境下，烟气中的含氯苯环和无机氯在铜、铁的催化下可再合成或从头合成二噁英类有毒物质，加大后处理成本。

由于采用焚烧法处理医疗废弃物或有毒、有害危险物存在以上诸多缺点，目前国内外正加紧研究采用等离子体的方法处理医疗或工业废弃物。

发明内容

为了解决传统的焚烧法处理工业或医疗废弃物的弊端，本发明的目的是提供一种利用交流等离子体裂解、处理废弃物的成套装置。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：一种交流等离子体裂解废弃物成套装置，它主要由进料装置、交流等离子体裂解装置和尾气排放处理装置三部分构成，其核心部分是交流等离子体裂解装置；

所述交流等离子体裂解装置主要由等离子体发生器和等离子体反应器两部分组成，所述发生器和反应器构成一等离子体裂解炉；

所述等离子体发生器主要作用是产生等离子体环境；在其顶部设有进料口、工作气体进气口和三根电极；所述三根电极分别与三相交流电源相连；

所述等离子体反应器为利用等离子体裂解废弃物的容器；

所述进料装置包括三向液压压缩活塞、一个转位盘的缸体及一个出料活塞；所述进料装置的出口与所述交流等离子体裂解装置的进料口相连；

所述尾气排放装置的进气口与所述等离子体裂解装置的排气口相连。

在本发明的具体实施例中，

设置在所述等离子体发生器上的三根电极在炉体上互成120±15度夹角分布。

所述三根电极为可移动电极；三根电极分别与电压为30～250V的交流电源相连。所述电极可以为石墨电极，也可以为金属电极。所述电极可以为实心或空心电极。

在所述等离子体反应器设有进料口和排气口；在其下部还设有排渣口。

所述等离子体发生器和反应器由内到外依次由耐高温炉衬、耐火隔热层和冷却层构成。在所述冷却层内充满吸热介质，在冷却层上设有吸热介质进口和出口。

由于本发明采利用温度极高的等离子体裂解、气化危险废弃物，不仅可以有效地打断有机物的化学键，达到很高的摧毁效率，而且，还不会在处理过程中排放NOx、CO和二噁英类等在有氧环境下可再次生成有害物质的气体，二次污染少，快速、洁净，环保效果优良。又由于本发明是利用温度很高的等离子体裂解、气化危险废弃物，在处理过程中不加入助燃的空气，因此能量消耗很少，提供的能量除加热被处理的物料外，都用于打碎有机物化学键，分解有机物，因此能量效率高。根据实验数据，等离子体法处理一吨废弃物的电耗约1000kWh，远低于焚烧多氯联苯等高危废弃物的能耗和能源成本。

附图说明

图1为本发明交流等离子体裂解装置外部结构示意图

图2为本发明交流等离子体裂解装置内部结构示意图

图3为本发明交流等离子体裂解装置发生器俯视、剖视图

图4为本发明交流等离子体裂解装置反应器俯视、剖视图

图5为本发明尾气排放装置结构示意图

图6为本发明进料装置结构示意图

图7为本发明等离子体裂解成套装置处理流程图

具体实施方式

等离子体是由气体放电产生的，通常等离子气体在反应室内可持续地以电弧方式产生大量的、温度极高的等离子体，例如氢离子体弧心温度可达到5000-7000度。利用温度高、能量集中的等离子体可以冶炼难熔的金属矿，销毁化学武器、处理低放射性的危险物质。本发明就是利用交流等离子体的高热特性处理工业或医疗废弃物。

本发明交流等离子体裂解废弃物成套装置主要由进料装置、交流等离子体裂解装置和尾气排放装置三部分构成，其核心部分是交流等离子体裂解装置。

如图1、图2所示，交流等离子体裂解装置主要由等离子体发生器1和等离子体反应器2两部分组成，发生器1和反应器2构成一用于裂解废弃物的裂解炉。

等离子体发生器1主要作用是产生交流等离子体。如图1～图3所示，发生器1内壁为弧面型，其由内到外依次由耐高温炉衬11、耐火隔热层12和冷却层13构成，在其顶部设有进料口14、工作气体进气口15和三根斜插式、可移动/或不可移动电极16。三根电极16分别与电压为30～250V的交流电源相连。

为了使三根电极在接通交流电源后，发生器1内三根电极的末端能够产生电弧，使等离子体气体电离产生大量高温的等离子体，三根电极16在炉体圆周上互成120±15度夹角分布。电极间距与工作电压匹配，如：三相工频交流电压为70伏，间隙为40-60毫米。

等离子体反应器2为利用等离子体裂解废弃物的容器，如图1、图2、图4所示，其内壁为一圆筒型柱体，与发生器1一样，反应器2由内到外也依次由耐高温炉衬11、耐火隔热层12和冷却层13构成。在反应器2上部设有下进料口或出气口21和下排气口22，在反应器2下部还可以设有排渣口23。

本发明利用温度很高的等离子体裂解、处理工业或医疗废弃物的原理是：首先，将待处理的废弃物通过发生器1的进料口3和/或反应器2的下进料口21送入反应器2内；然后，将三根电极16接通交流电极，使电极末端相碰，产生电弧；拉开电极保持电弧，再将工作气体通过发生器1顶部的进气口导入发生器1内，由于电极末端持续产生电弧，电离导入的工作气体，所以，在发生器1内产生了大量温度极高的等离子体；利用所产生的大量、温度极高的等离子体就可以快速裂解废弃物的化学分子键，处理废弃物。

在本发明的具体实施例中，所述电极16可以是石墨电极，也可以是金属电极。工作气体可以是氢气和/或氮气和/或氩气和/或甲烷气体；工作气体可以直接从发生器1顶部的进气口15导入发生器内，也可以将电极16制成中空的电极，将工作气体通过中空的电极导入发生器内。

在裂解炉内部耐高温炉衬11外面采用隔热结构，增加了耐火隔热层12，使裂解装置达到了不低于70％的较高热效率；另外，为了保证裂解装置外壁温度不高于环境温度50℃，在裂解炉耐火隔热层12外面还设有冷却层13/或冷却套13，在冷却套13内充满冷却介质，在冷却套13上设有冷却介质进口131和出口132。

为了使交流等离子体裂解炉内产生大量等离子体，对设置在发生器1顶部的三根电极16即A、B、C三根电极末端之间的距离、以及三根电极之间的夹角都有一定要求。下面举例说明A、B、C三根电极之间的夹角不同时处理废气物的效果。

实验条件：电源功率为150kW，采用石墨电极，工作气体为氢气，处理对象为医疗废弃物。

当：

A、B、C三根电极之间的夹角	废弃物处理效果
		A-B电极夹角120度B-C电极夹角140度C-A电极夹角100度	反应速率：2公斤/分钟热效率：70％尾气检测结果：达标销毁去除率：99.9％
A-B电极夹角130度B-C电极夹角110度C-A电极夹角120度	反应速率：2.2公斤/分钟热效率：70％尾气检测结果：达标

	销毁去除率：99.9％
		A-B电极夹角110度B-C电极夹角140度C-A电极夹角110度	反应速率：2.5公斤份钟热效率：70％尾气检测结果：达标销毁去除率：99.9％
A-B电极夹角120度B-C电极夹角120度C-A电极夹角120度	反应速率：3.5公斤/分钟热效率：72％尾气检测结果：达标销毁去除率：99.9％

由于裂解装置发生器内三根电极弧心温度达到5000～6000℃以上，产生的交流等离子体的温度极高，所以，产生的交流等离子体可以充分地裂解废弃物分子键，而不需要加入助燃的空气，故利用交流等离子体裂解废弃物所产生的尾气量仅为焚烧法的5％左右。对于裂解装置产生的少量尾气，可直接通过尾气排放装置3排放掉，也可以经过尾气骤冷、除尘、吸收后排放掉。如图5所示。来自等离子体裂解装置排气口的尾气首先进入冷却喷淋吸收塔，进行气体骤冷，以防止二噁英的产生；同时进行除尘和酸性气体的吸收；未被吸收的可燃气体送去锅炉燃烧；含固体颗粒的悬浮液经固液分离，液体调节pH后循环利用，分离下来的固体颗粒经干燥后回收，熔融成玻璃体用。

本发明可以处理有毒、有害的工业废弃物，也可以处理有传染性的医疗废弃物。这些废弃物可以直接通过裂解装置的进料口投入裂解炉内，但是，为了避免这些废弃物对人体的伤害，本发明还设计了进料装置4。如图6所示，进料装置4由缸体41和带有转位盘的缸体42构成。缸体41设有投料用的开合门411，以及用于压缩废弃物的X轴方向的压缩活塞412、Y轴方向的压缩活塞413、Z轴方向的压缩活塞414。带有转位盘的缸体42与缸体41相通，缸体42设有一出料口421；且在缸体42的转位盘421上，与出料口421对应处还设有出料活塞422。

废弃物如医疗废弃物整包从废料入口进入缸体41后，开合门411立即关闭。压缩活塞411、压缩活塞412先后动作，对废弃物进行压缩，压缩活塞413进一步对废弃物进行压缩，并将其推入带有转位盘的缸筒42内，转位至等离子体裂解装置进料口上方，然后，缸体42的出料活塞422将压缩后的废弃物推入等离子体裂解装置内进行裂解。

进料装置4以高频率小批量间歇方式(宏观连续)把经压缩的废弃物送入等离子体裂解装置进行裂解；为了使残渣内重金属等有害物质能够固化在玻璃体内，在进料装置4的废料入口处还人为地加入一些造渣材料，使其按一定的比例与废弃物混合后进入送入等离子体裂解装置中进行裂解，形成玻璃体状的残渣。

进料装置4通过固定架安装在等离子体裂解装置旁，在安装固定进料装置时，一定要使进料装置4的出料口421对准裂解装置的进料口。由于处理对象为危险废弃物，所以，系统主要部件特别是进料系统应采取隔离措施。

图7为带有进料装置和尾气排放装置的整个交流等离子体裂解成套装置的处理、裂解废弃物的整个流程示意图。

由于本发明利用温度极高的等离子体裂解、处理危险废弃物，故，本发明不仅具有摧毁效率高，二次污染少，快速、洁净，环保的优点；而且，还可以根据需要调节等离子炉温度，使炉内平均温度达到1600℃以上，对提高销毁高毒性危废的效率非常有利；尾气量仅为一般焚烧法的10％左右，尾气气体流速低，颗粒物含量极小，可采用湿法骤冷和洗涤，回收利用；能量损失小，设备和运行成本低；还原气氛使二噁英的排放浓度基本为零，即使运行工况变动也不会使二噁英排放超标。

尽管等离子体法处理危险废弃物的设备成本高于焚烧法，但由于尾气处理设备远较焚烧法便宜，运行成本也属于可以接受的范围，因此，利用交流等离子体处理危险废弃物具有很大的市场潜力。

以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换，均属于本发明保护范围之内。

Claims (14)

1、一种交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：它采用三相交流作为电源，主要由进料装置、交流等离子体裂解装置和尾气排放装置三部分构成，其核心部分是交流等离子体裂解装置；

所述交流等离子体裂解装置主要由等离子体发生器和等离子体反应器两部分组成，所述发生器和反应器构成一等离子体裂解炉；

所述等离子体裂解炉的主要作用是产生等离子体环境；在其顶部设有进料口、工作气体进气口和三根电极；所述三根电极与三相交流电源相连；

所述等离子体反应器为利用等离子体裂解废弃物的容器，在炉体上设有排气口；

所述进料装置的出口与所述交流等离子体裂解装置的进料口相连；

所述尾气排放装置的进气口与所述等离子体裂解装置的排气口相连。

2、根据权利要求1所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：设置在所述等离子体发生器上的三根电极在炉体上互成120±15度夹角分布；电极间距与工作电压匹配。

3、根据权利要求1或2所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述三根电极为可移动电极；三根电极分别与电压为30～250V的交流电源相连。

4、根据权利要求1或2所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述等离子体反应器上设有进料口和排渣口。

5、根据权利要求3所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述等离子体反应器上设有进料口和排渣口。

6、根据权利要求1或2或5所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述等离子体发生器和反应器由内到外依次由耐高温炉衬和耐火隔热层构成。

7、根据权利要求3所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述等离子体发生器和反应器由内到外依次由耐高温炉衬和耐火隔热层构成。

8、根据权利要求1或2或5或7所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述等离子体发生器和反应器由内到外依次由耐高温炉衬、耐火隔热层和冷却层构成。

9、根据权利要求3所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述等离子体发生器和反应器由内到外依次由耐高温炉衬、耐火隔热层和冷却层构成。

10、根据权利要求9所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述冷却层内充满吸热介质，在冷却层上设有吸热介质进口和出口。

11、根据权利要求1或2或5或7或9或10所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述电极为石墨电极或金属电极。

12、根据权利要求3所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述电极为石墨电极或金属电极。

13、根据权利要求1或2或5或7或9或10或12所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述电极为实心或空心电极。

14、根据权利要求13所述的交流等离子体裂解废弃物成套装置，其特征在于：所述进料装置由缸体和带有转位盘的缸体构成；

所述缸体设有投料用的开合门，以及用于压缩废弃物的X轴方向的压缩活塞、Y轴方向的压缩活塞、Z轴方向的压缩活塞；

所述带有转位盘的缸体与所述缸体相通，所述带有转位盘的缸体设有一出料口；且在所述带有转位盘的缸体的转位盘上，与其出料口对应处还设有出料活塞；

所述进料装置通过固定架安装在等离子体裂解装置旁，其出料口与所述等离子体裂解装置的进料口相对。

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