CN215863419U - 具有搅拌功能的等离子体熔融炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有搅拌功能的等离子体熔融炉，包括炉底、炉身及炉顶组合后内部形成炉膛；石墨电极设置在炉顶和炉底处，石墨电极伸入至炉膛内与底电极之间产生电弧对炉料进行加热熔融，被熔融的炉料在炉膛的底部形成熔池；底部吹氧装置设置在炉底上；混合腔室通过气流连通管与底部吹氧装置连通；氧气注入管与混合腔室连通并向混合腔室内输送高压富氧气流；水蒸气注入管输送的水蒸气与阳极及阴极产生的电弧混合形成高温水蒸气等离子体火焰后进入混合腔室；其中高压富氧气流和高温水蒸气等离子体火焰在混合腔室内混合后经过气流连通管从底部吹氧装置吹入至熔池对溶液进行搅动翻滚以及再次加热熔融。借此，通过搅拌可使熔池内受热更加均匀。

Description

具有搅拌功能的等离子体熔融炉

技术领域

本实用新型是关于焚烧类危废处理领域，特别是关于一种具有搅拌功能的等离子体熔融炉。

背景技术

垃圾焚烧产生的飞灰在《国家危险废物名录》中已经明确其为危险废物，危险废物编号为HW18。飞灰含有较高浓度的Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Hg等多种重金属物质、盐类及强致癌物质二恶英，具有较强的毒性。对飞灰进行科学有效的处理对环境保护和资源利用都有着十分重要的意义。

等离子体熔融技术是目前国内兴起的一种处理飞灰的方式，它是利用等离子体高温把飞灰熔融形成玻璃体后，即可作为建材使用，是一种彻底的无害化处理工艺；但是该技术也存在一定缺点，如等离子体高温火焰能量集中，温度高导致对材料的要求高；整个熔融炉内熔池的温度不均匀，加剧耐材的腐蚀，而且存在出料不顺畅的情况。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有搅拌功能的等离子体熔融炉，其能够在彻底无害化形成玻璃体的基础上，对系统工艺参数，安全性做了较大改善，提升系统安全性和经济性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种具有搅拌功能的等离子体熔融炉，包括炉底、炉身及炉顶、石墨电极、底部吹氧装置、混合腔室、氧气注入管以及水蒸气注入管；炉底、炉身及炉顶组合后内部形成炉膛；石墨电极设置在炉顶和炉底处，石墨电极伸入至炉膛内与底电极之间产生电弧对炉料进行加热熔融，被熔融的炉料在炉膛的底部形成熔池；底部吹氧装置设置在炉底上；混合腔室通过气流连通管与底部吹氧装置连通；氧气注入管与混合腔室连通并向混合腔室内输送高压富氧气流；输送的水蒸气作为等离子体介质，在阴极和阳极之间产生电弧后，形成高温水蒸气等离子体火焰后喷入混合腔室；其中高压富氧气流和高温水蒸气等离子体火焰在混合腔室内混合后经过气流连通管从底部吹氧装置吹入至熔池对溶液进行搅动翻滚以及再次加热熔融。

在一优选的实施方式中，石墨电极为可伸缩式电极，需要加热时石墨电极深入至炉膛以内，加热完成后石墨电极收缩退出炉膛。

在一优选的实施方式中，具有搅拌功能的等离子体熔融炉还包括进料口以及排烟口；进料口设置在炉顶上并用以向炉膛内添加炉料；排烟口设置在炉顶上，炉料在炉膛内被熔融后产生的烟气从排烟口排出。

在一优选的实施方式中，具有搅拌功能的等离子体熔融炉还包括设置在炉底的侧壁上的溶液溢流口，溶液溢流口的高度高于炉膛的底部，当熔池内溶液液面达到溶液溢流口时，溶液会从溶液溢流口溢出。

在一优选的实施方式中，具有搅拌功能的等离子体熔融炉还包括设置在炉顶以及炉身上的温度探测装置，温度探测装置用以探测炉膛的顶部以及中下部的温度。

在一优选的实施方式中，石墨电极伸入与底电极之间产生的电弧涉及到的炉膛区域内的温度介于1600～1800度之间。

与现有技术相比，本实用新型的具有搅拌功能的等离子体熔融炉具有以下有益效果：在等离子体炬阴极与阳极之间触发起弧，从水蒸气注入管注入水蒸气，形成高温水蒸气等离子体火焰。在火焰喷入到混合腔室内部的同时采用高压送风方式，把富氧空气也注入到混合腔室内部，与高温水蒸气等离子体火焰混合均匀后，以高流速，高温度状态从底部吹氧装置，经过气流连通管，进入到熔池底部，该混合气体对熔池内部进行搅动，翻滚，从而达到加强高温区与低温区之间的换热效果，这样熔池内部温度更加均匀，稳定，且热效率更高，也能提升出来的玻璃体品质。采用吹入纯氧与高温水蒸气等离子体的混合气体，可以在熔池内部形成剧烈的燃烧反应，把未燃尽碳烧干净，从而提升系统燃尽率，燃烧的炭还能提供热量，降低加热所需的能耗。底部吹氧装置采用耐高温耐磨损氮化硅特殊结构，提升了寿命及安全性。可以通过调节输入的氧量和水蒸气量，来调节炉内熔池温度和高度。借此，在彻底形成无害化玻璃体的基础上，对系统工艺参数，安全性做了较大改善，提升系统安全性和经济性。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施方式的等离子体熔融炉的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-炉体，2-进料口，3-排烟口，4-炉顶，5-石墨电极，6-炉身，7-溶液溢流口，8-熔池，9-炉底，10-底部吹氧装置，11-底电极，12-气流连通管，13-等离子体火焰，14-阴极，15-阳极，16-水蒸气注入管，17-混合腔室，18-氧气注入管，19-温度探测装置。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本实用新型优选实施方式的一种具有搅拌功能的等离子体熔融炉，包括炉底9、炉身6及炉顶4构成的炉体1、石墨电极5及底电极11、底部吹氧装置10、混合腔室17、氧气注入管18以及水蒸气注入管16。炉底9、炉身6及炉顶4组合后内部形成炉膛。石墨电极5设置在炉顶4和炉底9处，石墨电极5伸入至炉膛内与底电极11之间产生电弧对炉料进行加热熔融，被熔融的炉料在炉膛的底部形成熔池8。底部吹氧装置10设置在炉底9上。混合腔室17通过气流连通管12与底部吹氧装置10连通。氧气注入管18与混合腔室17连通并向混合腔室17内输送高压富氧气流。水蒸气注入管16输送的水蒸气与阳极15及阴极14产生的电弧混合形成高温水蒸气等离子体火焰13后进入混合腔室17。

在一些实施方式中，石墨电极5为可伸缩式电极，需要加热时石墨电极5深入至炉膛以内，加热完成后石墨电极5收缩退出炉膛。

在一些实施方式中，具有搅拌功能的等离子体熔融炉还包括进料口2、排烟口3、溶液溢流口7以及温度探测装置19等。进料口2设置在炉顶4上并用以向炉膛内添加炉料。排烟口3设置在炉顶4上，炉料在炉膛内被熔融后产生的烟气从排烟口3排出。溶液溢流口7设置在炉底9的侧壁上，溶液溢流口7的高度高于炉膛的底部，当熔池8内溶液液面达到溶液溢流口7时，溶液会从溶液溢流口7溢出。温度探测装置19设置在炉顶4以及炉身6上，用以探测炉膛的顶部以及中下部的温度。

在一些实施方式中，本实用新型的具有搅拌功能的等离子体熔融炉的工作原理如下：首先危废废弃物(飞灰和底渣)通过吨袋，进行破碎，磁选，混料等前处理工艺后，从进料口2进入到等离子体熔融炉。工作过程中，石墨电极5从顶部深入到炉膛内部，与底电极11之间产生高温等离子体电弧，对进料进行高温熔融；使得加进来的物料被加热溶解，形成液态熔池8；同时也对整个炉体1内部进行缓慢升温。形成液态熔池8后，石墨电极5与底电极11在熔池8已经形成稳定导电通道，物料在熔池8内部进行进一步升温，熔融；最后形成玻璃溶液，达到一定量后从玻璃液溢流口中流出，水淬后可以作为建材资源化利用。在此过程中，炉身6和炉底9均采用耐高温，耐腐蚀的耐火材料。在此过程中，熔池8内部温度场及其不均匀，石墨电极5和底电极11产生电弧所直接接触的区域温度最高，约为1600～1800度；随着中心向四周壁面，温度逐渐下降到1200度左右，温度梯度较大；这种温度不均匀导致的后果较为严重，容易导致底电极11附近温度最高的地方耐火材料烧穿，炉壁温差大导致壁面耐火材料反复热震影响寿命，玻璃体受热不均匀影响品质等问题；本实用新型在炉底9部设置有搅拌装置，其作用首先在等离子体炬阴极14与阳极15之间触发起弧，从水蒸气注入管16注入水蒸气，形成高温水蒸气等离子体火焰13；火焰喷入到混合腔室17内部的同时，采用高压送风方式，把富氧空气也注入到混合腔室17内部，与高温水蒸气等离子体火焰13混合均匀后，以高流速，高温度状态从底部吹氧装置10，经过气流连通管12，进入到熔池8底部；该混合气体对熔池8内部进行搅动，翻滚，从而达到加强高温区与低温区之间的换热效果，这样熔池8内部温度更加均匀，稳定，且热效率更高，也能提升出来的玻璃体品质。再者，在市场收料过程中，由于很多上游过来的底渣和飞灰燃烧不完全，含有大量未燃尽碳，这是对我们玻璃体的形成极为不利的；我们吹入纯氧与高温水蒸气等离子体的混合气体，可以在熔池8内部形成剧烈的燃烧反应，把未燃尽碳烧干净；从而提升系统燃尽率，燃烧的炭还能提供热量，降低加热所需的能耗。底部吹氧装置10采用耐高温耐磨损氮化硅特殊结构。烟气从排烟口3排出后可以进入到下一步工艺烟气处理系统进行再处理。

综上所述，本实用新型的具有搅拌功能的等离子体熔融炉具有以下优点：在等离子体炬阴极与阳极之间触发起弧，从水蒸气注入管注入水蒸气，形成高温水蒸气等离子体火焰。在火焰喷入到混合腔室内部的同时采用高压送风方式，把富氧空气也注入到混合腔室内部，与高温水蒸气等离子体火焰混合均匀后，以高流速，高温度状态从底部吹氧装置，经过气流连通管，进入到熔池底部，该混合气体对熔池内部进行搅动，翻滚，从而达到加强高温区与低温区之间的换热效果，这样熔池内部温度更加均匀，稳定，且热效率更高，也能提升出来的玻璃体品质。采用吹入纯氧与高温水蒸气等离子体的混合气体，可以在熔池内部形成剧烈的燃烧反应，把未燃尽碳烧干净，从而提升系统燃尽率，燃烧的炭还能提供热量，降低加热所需的能耗。底部吹氧装置采用耐高温耐磨损氮化硅特殊结构，提升了寿命及安全性。可以通过调节输入的氧量和水蒸气量，来调节炉内熔池温度和高度。借此，在彻底形成无害化玻璃体的基础上，对系统工艺参数，安全性做了较大改善，提升系统安全性和经济性。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种具有搅拌功能的等离子体熔融炉，其特征在于，包括：

炉底、炉身及炉顶，所述炉底、所述炉身及所述炉顶组合后内部形成炉膛；

石墨电极，其设置在所述炉顶和炉底处，所述石墨电极伸入至所述炉膛内与位于所述炉膛底部的底电极之间产生电弧对炉料进行加热熔融，被熔融的所述炉料在所述炉膛的底部形成熔池；

底部吹氧装置，其设置在所述炉底上；

混合腔室，其通过气流连通管与所述底部吹氧装置连通；

氧气注入管，其与所述混合腔室连通并向所述混合腔室内输送高压富氧气流；以及

水蒸气注入管，其输送的水蒸气作为等离子体介质，在阴极和阳极之间产生电弧后，形成高温水蒸气等离子体火焰后喷入所述混合腔室；

其中所述高压富氧气流和所述高温水蒸气等离子体火焰在所述混合腔室内混合后经过所述气流连通管从所述底部吹氧装置吹入至所述熔池并对所述熔池内的溶液进行搅动翻滚以及再次加热熔融。

2.如权利要求1所述的具有搅拌功能的等离子体熔融炉，其特征在于，所述石墨电极为可伸缩式电极，需要加热时所述石墨电极深入至所述炉膛以内，加热完成后所述石墨电极收缩退出所述炉膛。

3.如权利要求1所述的具有搅拌功能的等离子体熔融炉，其特征在于，还包括：

进料口，其设置在所述炉顶上并用以向所述炉膛内添加所述炉料；以及

排烟口，其设置在所述炉顶上，所述炉料在所述炉膛内被熔融后产生的烟气从所述排烟口排出。

4.如权利要求1所述的具有搅拌功能的等离子体熔融炉，其特征在于，还包括溶液溢流口，其设置在所述炉底的侧壁上，所述溶液溢流口的高度高于所述炉膛的底部，当所述熔池内溶液液面达到所述溶液溢流口时，所述溶液会从所述溶液溢流口溢出。

5.如权利要求1所述的具有搅拌功能的等离子体熔融炉，其特征在于，还包括温度探测装置，其设置在所述炉顶以及所述炉身上，用以探测所述炉膛的顶部以及中下部的温度。

6.如权利要求5所述的具有搅拌功能的等离子体熔融炉，其特征在于，所述石墨电极伸入与所述底电极之间产生的电弧涉及到的所述炉膛区域内的温度介于1600～1800度之间。

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