CN201916909U - 一种处理危险垃圾的热等离子体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种处理危险垃圾的热等离子体装置，目的是为了克服传统垃圾焚烧炉所难以避免的二噁英排放难题。本装置中，垃圾被投入到等离子体处理炉内以后，等离子体枪会喷射出高达数千至数万摄氏度的高温等离子体射流，直接作用于垃圾表面，垃圾中的无机物熔融成无害的玻璃态物质，包括二噁英在内的各种有机物被彻底分解为小分子可燃气体并进入二燃室彻底燃尽。从二燃室出来的高温烟气先经碱液喷淋急冷降温，以快速避开二噁英的再合成温度区间，然后通过活性(焦)炭填料床去除氮氧化物、残留重金属等有害物质，净化后的烟气最终在引风机的作用进入烟囱排到大气中。

Description

一种处理危险垃圾的热等离子体装置

技术领域

本实用新型涉及一种处理危险垃圾的热等离子体装置，特别是采用非转移弧低温热等离子体枪喷射出的高达数万摄氏度的等离子体射流，将危险垃圾中的有机物彻底分解为小分子，无机物高温熔融成无害的玻璃态物质。

背景技术

世界范围内人口、消费的不断增加以及工业规模的扩大，导致了大量危险固体垃圾的产生。危险垃圾涵盖的范围很广，包括多氯联苯，剧毒农药六六六，DDT，垃圾焚烧飞灰、空气污染控制残留物，石棉，医疗垃圾，电子垃圾，炼钢垃圾等等。这些危险垃圾不同于普通的城市固体垃圾，其危害性很大。例如，多氯联苯和剧毒农业具有高毒性与高残留性，能通过地下水和食物链在人体及动物体内富集，从而导致癌症及基因变异；垃圾焚烧飞灰和空气污染控制残留物中含有高浓度的重金属和危险有机物二噁英及呋喃，在欧洲垃圾目录中被列为绝对危险的有害物；而在人的肺中即使仅存在非常低浓度的石棉纤维，也会引起严重的肺部疾病；医疗垃圾则含有大量腐败变质成分及细菌、传染病毒、放射性物质、有害化学药剂等，是细菌、病毒的滋生地，具有极高的疾病传染性；电子产品元件中普遍含有铅、铬、镉等数百种高度有害的化学物质。显然，以上所列出的每种危险垃圾，处置不当都会引发极其严重的环境问题。如何处理这些高危险性环境污染物，已成为国际上共同关心的重要课题。

国内外对于固体垃圾的处理方法包括焚烧，填埋，热解，堆肥等等，但迄今为止用于处理危险垃圾的主要是前两种方法。垃圾填埋处理是从传统的堆放 和填地处理处置发展起来的一项最终处置技术。危险垃圾在进行合理的预处理之后运至选定的合适场所，填埋到一定高度后，加上覆盖材料，让其经过长期的物理、化学和生物作用达到稳定状态。焚烧处理则是发达国家普遍采用的一种垃圾处理方法，是指在高温条件下，垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈的化学反应，放出热量，转化成高温的燃烧气和量少而稳定的固体残渣，同时杀灭病毒细菌的方法。

虽然填埋仍然是处理危险固体垃圾的主要方式，但是传统的填埋法存在着二次污染、迁移效应及低效率等诸多问题，许多国家和地区已经限制了填埋场的容量，要找到新的填埋场正变得越来越困难，这就使得很多国家转而选择焚烧法来处理固体垃圾。焚烧法虽然可以同时实现废物无害化、减量化和资源化，但并不是有效处理含氯垃圾的理想方法，因为传统焚烧设备的燃烧温度不高，实际运行过程中多数焚烧炉的处理温度甚至仅为700℃左右，含氯垃圾的不完全氧化过程会产生大量二噁英和呋喃，特别是医疗垃圾焚烧产生的二噁英类物质通常是一般垃圾的数倍或数十倍，而二噁英是“目前世界上已知的最具毒性的合成有机物之一”，在极小剂量下对动物就具有致命的毒性。美国研究者指出，二噁英类物质的主要来源是医疗废物的焚烧处理。环境保护机构EPA对二噁英与焚化炉的关系作了专门研究后指出，即使是经过控制空气污染科技改良过的焚化炉，依然是排放二噁英的主要源头。随着对二噁英问题认识的逐渐加深，美国、加拿大、德国、荷兰、比利时相继颁布《焚化炉禁建令》，而传统燃烧处理技术所产生的环境问题和再生资源的浪费，迫使人们不得不选择更先进、更有效的废物处理方法。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述传统焚烧炉的二噁英排放难题，提供一种热 等离子体危险垃圾处理装置。垃圾投入到主炉的坩埚反应釜内以后，从等离子体发生器喷射出高达数千至数万摄氏度的等离子体射流，直接作用于垃圾表面，垃圾中的无机物熔融成无害的玻璃态物质，有机物被彻底分解为小分子可燃气体并进入二燃室彻底燃尽。从二燃室出来的烟气先经碱液喷淋急冷降温，再经活性炭床吸附净化后通过烟囱排入大气。

等离子体是气体电离后形成的由电子、离子、原子、分子或自由基等极活泼粒子组成的集合体，具有极高的能量密度、温度和化学活性，能使通常条件下难以进行或速度很慢的反应变得十分快速，并且应用的范围宽广，可以处理包括固、液、气等各种垃圾在内的危险垃圾，尤其有利于难消解污染物的处理。垃圾经热等离子体熔融后产生的玻璃态物质的化学性质非常稳定，虽然有害物质被包封于其中，但毒性浸出试验表明这种玻璃态物质的渗出率很低，能满足苛刻的欧盟强制性垃圾验收标准，因而被划定为惰性废物，可与沥青一起铺路，也可以作为混凝土骨料，与水泥、砾石等组合在一起生产咬接砌块、铺路砖、装饰透水性砖等二次产品，且足以满足相关产品标准的要求。

相对于已经在工业上成熟应用的常规热处理过程而言，热等离子体技术是一种非常有前景的替代性选择。等离子体处理能够避免填埋税、其玻璃化产品具有附加值，能够再利用、获得的合成气可作为能源、还可以回收金属，这些优点将共同促进等离子体技术早日实现商业化的应用。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种处理危险垃圾的热等离子体装置，其主要包括主炉，碱液喷淋急冷装置，活性(焦)炭吸附床，引风机四部分。主炉又包括垃圾进料控制系统，主燃烧室，坩埚反应釜，转折烟道、二燃室和等离子体枪六部分。垃圾进料装置放置在主炉上方；转折烟道位于主炉和二次燃烧室之间；碱液喷淋塔和活性炭床依次布置在二次燃烧出口的下游位置；主炉内下部放置反应坩埚，热等离子体发生器从坩埚侧面上部斜插入坩埚内。

垃圾进料控制系统由料斗、汽缸推进系统及连锁控制的双自动门组成。系统通过汽缸活塞的往复运动来控制自动门的开关。垃圾投入料斗后，先打开上部自动门，下部自动门则处于关闭状态，垃圾落入上下自动门之间的空隙后，关闭上自动门，打开下自动门，垃圾落入炉内，注意系统运行过程中始终保证有一个自动门处于关闭状态，以免炉内漏入过量的空气，如此循环往复。

主燃烧室需要保证室内维持足够高的容积热负荷，并控制主燃烧室温度在1500℃以上，保证渣处于液体熔融状态，以满足医疗垃圾要求高温处理的特点。主燃烧室内有等离子体枪，坩埚反应釜两套装置。其中，等离子枪视负荷的需要可以采用多把，分别从侧墙按一定角度斜插入主燃烧室下部的坩埚反应釜，坩锅反应釜采用高铝铬材料在高温条件下烧结制成。在离坩埚底部上方一定高度开一个直径约3cm的小孔作为出渣口。处于流动状态的高温炉渣从出渣孔流出后落入水中被激冷破碎成小颗粒状后直接冲出，下部出渣部分与外部采用了水封渣坑，防止外部空气从下部进入燃烧室。

转折烟道为圆形通道，多排二次风口从顺时针和逆时针切向进入转折烟道，并在烟道内形成强烈的正向和反向旋流，以增强可燃气体与空气的紊流混合。二次燃烧室设计使燃烧烟气的停留时间达到2秒以上，彻底分解二噁英及其前驱物并将可燃气体彻底燃尽。二次风在进入转折烟室之前，先经过炉墙内的夹道或钢管进行预热，同时冷却炉墙，减轻炉墙的散热损失。

碱液喷淋的主要目的是使得从二燃室来的高达1100℃以上的烟气在最短的时间内快速冷却，以避开二噁英在烟气降温过程中的再次合成。同时，还能去除烟气中的SO2，HCL，HF等酸性气体。

活性(焦)炭的主要作用是通过吸附作用脱出残留的重金属和NO_x，在注入NH₃的条件下，NO_x在活性焦(炭)表面被还原为N₂。活性焦(炭)的再生则是将饱和的床层通入350～400℃高温水蒸汽和NH₃，经过多个吸附-解吸循环后活性焦脱氮性能也一直能够保持在很高的水平。烟气经活性(焦)炭床层处理后，经引风机进入烟囱，最后排到大气。

附图说明

附图1是本实用新型的原理示意图

附图2是本实用新型的一种管状电极等离子体发生器的原理示意图。

附图3是本实用新型的主炉结构示意图。

附图4是本实用新型的处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

附图1是本实用新型的原理示意图。待处理的垃圾投入料斗后，双自动门的上部自动门先打开，垃圾落入上下自动门之间的空隙。然后上自动门关闭，下部自动门打开，垃圾落入主炉下部的坩埚反应釜内。热等离子体枪喷射出的高温等离子体射流将垃圾彻底分解和熔融。熔融渣从下部排出，分解后获得的小分子可燃气体经过转折烟道进入二次燃烧室燃尽。产生的高温烟气先进入碱液喷淋装置内降温，然后再进入活性炭填料塔内净化去除各种酸性气体及重金属，最后经过引风机引入烟囱后排放到大气中。

附图2是其中的一种采用管状电极的非转移弧直流等离子体发生器的原理示意图。它主要由管状的阴极4和阳极2组成，阴极和阳极之间采用绝缘材料分开，保护气体及工作气体从阴极或阳极管的切向进气口5喷入，在弧室3内 形成旋流，配合磁力线圈6产生的洛伦兹力，使电弧的弧根在电极内壁上高速自旋，这是提高等离子体电极使用寿命的关键。从切向进气口喷入的工作气体旋转流过电弧后即被电离成为高温等离子体射流。另外，在阴、阳极内有冷却水通道1，系统运行时冷却水通道内通入去离子水冷却阴极和阳极，可以明显提高其使用寿命。

附图3是本实用新型的主炉结构示意图。包括垃圾进料控制系统2，主燃烧室3，坩埚反应釜4，转折烟道7、二燃室6和等离子体枪8六部分。垃圾经垃圾进料控制系统2落入主燃烧室3下部的坩埚反应釜4以后，等离子体枪8喷射出高温等离子体射流到垃圾表面将垃圾熔融，其中的有机物在主燃烧室3内被分解小分子，并经转折烟道7和二次空气强烈紊流混合后进入二次燃烧室6彻底燃尽，产生的烟气经二次燃烧室出口1离开主炉。垃圾中的无机物熔融为液体状态，并经出渣口5落入渣坑内排出。

附图4是本实用新型的处理流程示意图。包括主炉1、碱液喷淋急冷系统2，活性(焦)炭填料床3，风机4以及烟囱5共五部分。垃圾经主炉1熔融处理后排出的高温烟气进入碱液喷淋急冷系统2急冷后快速降温至150℃以下，再经活性(焦)炭填料床3脱除氮氧化物及重金属等有害物质，最后经风机4引入烟囱5排到大气中去。从主炉排出的渣落入渣坑，定期清除。

Claims (2)

1.本实用新型涉及一种处理危险垃圾的热等离子体装置，包括有垃圾进料装置、主炉、转折烟道、二次燃烧室、热等离子体发生器、碱液喷淋塔和活性炭床，其特征在于，垃圾进料装置放置在主炉上方；转折烟道位于主炉和二次燃烧室之间；碱液喷淋塔和活性炭床依次布置在二次燃烧出口的下游位置；主炉内下部放置反应坩埚，热等离子体发生器从坩埚侧面上部斜插入坩埚内。

2.根据权利要求1所述的一种处理危险垃圾的热等离子体装置，其特征还在于，所述垃圾进料装置采用上下两层自动门。 

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