CN217604112U - 等离子体电熔炉废物处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等离子体电熔炉废物处理装置，其包括：主炉，主炉上部设有进料料仓和电弧加热装置，入炉废物经进料料仓进入主炉，在电弧加热装置加热下熔化形成熔液，入炉废物中的金属熔化后沉积在炉底形成金属熔液层；以及副炉，与主炉连通并设有出料料道，副炉上部设有采用氧化性气体作为工作载气的等离子体加热装置，自主炉流入副炉的熔液中的残余有机物和残炭在等离子体加热装置产生的高温焰流加热下被氧化，处理后的熔液最终经出料料道排放。相对于现有技术，本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置不仅可以显著降低能耗，而且可有效去除残余有机物和残炭，保证固化体质量。

Description

等离子体电熔炉废物处理装置

技术领域

本实用新型属于废物处理领域，更具体地说，本实用新型涉及一种等离子体电熔炉废物处理装置。

背景技术

迄今为止，等离子体熔融技术已广泛应用于医疗废物、危险废物和中低放射性废物处理等领域。研究发现，等离子体的焰流具有高活化特性，中心温度可达5000-10000℃，因此等离子体熔融可以快速将混杂物料熔融至高温、彻底去除其中的有机物，并将其中的有害重金属元素彻底固化，具有非常广泛的应用前景。

但是，现有的等离子体熔融/气化熔融设备至少存在以下缺陷：

首先，熔融设备内物料加热主要依靠两种形式：1)利用等离子体发生器产生的焰流与接触到的物料表面进行对流传热；2)利用已加热熔化的与等离子体焰流接触的熔液与其他未接触到的熔液或物料进行导热传热。考虑到发生器焰流在炉内停留时间短、伸入炉内的火焰长度有限、排烟温度较高等因素，实际大型熔融炉的热效率在50％左右，中小型熔融炉的热效率仅为20-35％。增加辅助燃料(如焦炭)的方法虽然能在一定程度上提高整炉热效率，降低部分电耗，但是燃料燃烧会产生大量烟气，并释放出大量的二氧化碳气体，增大了尾气处理负担并会排放大量温室气体，在目前严控碳排放、努力实现碳中和的大背景下，将导致系统整体的成本显著增加。

其次，等离子体熔融技术的主要处理对象为医疗废物、有机危险废物、无机危险废物等的混杂废物，实践表明其中除微量有害重金属元素(如Cr、Cd等)外，还混有大量的金属物质(如铁、铜等，总含量最大可达20％以上)。在实际熔融处理过程中，金属物质会因比重较大而部分沉积在炉膛底部，导致炉膛底部形成金属层，炉膛底部的金属层必须定期排掉，否则会导致熔融炉的耐材侵蚀加剧、炉底凝固等影响正常运行的情况。但是，目前主要的排尽手段是在炉子侧面增加排尽口，排尽口采用感应加热或传统电加热的形式，加热效率差，排尽口易堵塞，系统复杂，进一步增加了整炉的能耗。

有鉴于此，确有必要提供一种低能耗的等离子体电熔炉废物处理装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种低能耗的等离子体电熔炉废物处理装置。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种等离子体电熔炉废物处理装置，其包括：

主炉，所述主炉上部设有进料料仓和电弧加热装置，入炉废物经所述进料料仓进入所述主炉，并在所述电弧加热装置加热下快速熔化形成熔液，所述入炉废物中的金属熔化后沉积在炉底形成金属熔液层；

副炉，与所述主炉连通并设有出料料道，所述副炉上部设有采用氧化性气体作为工作载气的等离子体加热装置，自所述主炉流入所述副炉的所述熔液中的残余有机物和残炭在所述等离子体加热装置产生的高温焰流加热下被氧化，处理后的熔液最终经所述出料料道排放。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一种改进，所述副炉设有排烟口，所述进料料仓具有双层夹套结构，所述排烟口通过管道连接至所述双层夹套结构之间的空腔并对所述进料料仓中的入炉废物预热、烘干。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一种改进，所述排烟口采用水冷套结构。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一种改进，所述主炉的底部侧面设有排尽口。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一种改进，所述排尽口连通所述主炉一端与所述主炉内的熔池底部等高，所述排尽口自所述熔池底部倾斜向下延伸，且所述排尽口设有开孔机和堵孔机。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一种改进，所述主炉设有顶盖，所述顶盖采用冷顶设计，避免入炉废物中的高温易挥发份大量挥发。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一种改进，所述主炉与所述副炉通过U型管形式流道结构连接。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一种改进，所述主炉设有石墨电极，所述石墨电极上设有升降装置，所述石墨电极自所述主炉顶部延伸进入所述主炉，并通过所述升降装置调节入炉部分的长度。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一种改进，所述主炉中充有还原气体(氮气等)或惰性气体，可有效减少石墨电极的高温氧化。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一种改进，所述出料料道设有风冷或水冷接渣装置。

相对于现有技术，本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置设有主炉和副炉，主炉设有电弧加热装置，副炉设有等离子体加热装置，入炉废物经进料料仓进入主炉，在电弧加热装置加热下快速熔化形成熔液，入炉废物中的重金属沉积在主炉炉底并从排尽口排出，熔液经U型通道流至副炉，在副炉内氧化性等离子体焰流的作用下除去残余有机物和残炭并最终排放，不仅可以显著降低能耗，而且可以有效去除残余有机物和残炭，以保证固化体质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置及其技术效果进行详细说明，其中：

图1为本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的结构示意图。

其中：

1--进料料仓；2--电弧加热装置；3--排尽口；4--主炉；5--副炉；6--等离子体加热装置；7--出料料道；8--排烟口。

具体实施方式

为了使本实用新型的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并非为了限定本实用新型。

请参照图1所示，本实用新型提供了一种等离子体电熔炉废物处理装置，其包括：

主炉4，主炉4上部设有进料料仓1和电弧加热装置2，入炉废物经进料料仓1进入主炉4，并在电弧加热装置2加热下快速熔化形成熔液，入炉废物中的金属熔化后沉积在炉底形成金属熔液层；

副炉5，与主炉4连通并设有出料料道7，副炉5上部设有采用氧化性气体作为工作载气的等离子体加热装置6，自主炉4流入副炉5的熔液中的残余有机物和残炭在等离子体加热装置6产生的高温焰流加热下被氧化，处理后的熔液最终经出料料道7排放。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一个实施方式，进料料仓1具有双层夹套结构，内桶壁采用高导热耐火材料设计，外桶壁采用水冷套设计，待入炉废物料储存在内桶中，高温烟气从内、外筒之间流过，利用高温烟气对内桶中储存的废物料进行预热、烘干，以提高装置整体热效率。副炉5设有排烟口8，排烟口8通过管道连接至双层夹套结构之间的空腔，利用高温烟气对内桶中储存的废物料进行预热、烘干，预热后的高温烟气流出进料料仓1后经烟气处理系统进一步处理。排烟口8采用水冷套结构(未图示)，对高温烟气预降温至1000℃左右后通入进料料仓1内，在此过程中，烟气中的高温挥发份凝结，在进料料仓1内通过重力除尘方式，将凝结的高温挥发份拦截收集，实现进料中易挥发盐份(主要是氯盐)的分段回收。

根据本实用新型的一个实施方式，进料料仓1连接主炉4的管道上设有阀门(如双阀门)，以控制经预热的入炉废物以一定频率和流量落入主炉4内。

主炉4设有顶盖，顶盖采用冷顶设计。主炉4中设有电弧加热装置2，可以实现入炉废物料的快速熔融，相比纯等离子体熔融炉，电弧加热装置2的热效率更高，能耗更低。电弧加热装置2包括石墨电极、夹具、水冷装置、电缆和自动升降装置(未标注)，电弧加热装置2布置在主炉4的炉顶，石墨电极上设有升降装置，石墨电极自主炉4顶部伸入主炉4内，并通过升降装置调节入炉部分的长度。电弧加热装置2产生的电弧用于对入炉废物进行高效、快速加热。根据本实用新型的一个实施方式，电弧加热装置2设有三组带有自动升降装置的石墨电极，利用石墨电极间产生的高温电弧对炉膛熔池及入炉物料进行快速加热熔融，热效率高，有效降低能耗成本。

主炉4的底部侧面设有排尽口3，排尽口3连通主炉4一端与主炉4内的熔池底部等高，并自熔池底部倾斜向下延伸。排尽口3在非出料时间采用特制耐火材料进行封堵，出料时，利用排尽口3外侧设置的开孔机开孔，使炉内下部的金属沉积熔液排出，排至一定高度后，利用堵孔机重新将排尽口3封堵，以实现阶段性排尽。入炉的混杂废物中的金属沉积在炉膛下部，形成金属熔液层，最后从排尽口3排出并入模浇注成锭，实现分离与资源化。此外，主炉4的炉膛采用氮气等还原气体或惰性气体保护，有利于减少炉内电极和炉墙耐火材料的损耗。

主炉4与副炉5通过U型管结构的流道连接，U型管结构可以避免副炉5中的烟气窜至主炉4内。副炉5的炉膛上部设有等离子体加热装置6，等离子体加热装置6包括加热装置本体和供电电源(未图示)，可采用空气、氮气等多种气氛作为工作气体，且可调节工作气体中的氧气比例，以满足废物料中不同有机物和残炭含量的去除需要，产生的高温活化焰流对熔液中有机成分去除和有害金属元素的固化效果很好。

副炉5内为空气等氧化性气氛，主炉4中的熔液流至副炉5后，在氧化性气氛的作用下，熔液中的残余有机物和残炭等被氧化去除，残余有害金属元素被有效固化，确保得到满足要求的固化体，同时可根据废物料的黏度特点提高熔液出料时的过热温度，确保稳定顺畅出料。

根据本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的一种改进，副炉5设有出料料道7，出料料道7兼顾出料和排烟的需求，结构简单，出料稳定，可根据需要设有风冷或水冷装置等多种接渣方式。

以下结合图1所示，详细描述本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置的使用方法：

步骤1：待熔融混合废物的物料经预处理后暂存在进料料仓1中，并经进料料仓1底部的阀门控制，以一定频率落入主炉4内；

步骤2：入炉物料在主炉4内被电极间电弧和熔池迅速加热，形成高温物料熔液，电极间电弧不断向熔池输入热量保持炉内整体温度；

步骤3：主炉4中的物料熔液经U型管结构流道进入副炉5中，在副炉5中被等离子体加热装置6产生的高温活化焰流进一步加热；

步骤4：进入副炉5中的物料熔液在氧化性等离子体活化焰流的作用下，不仅温度进一步提高，流动性增加，并且残余有机物和残炭被迅速氧化，达到去除有机物的目的，保证熔液形成的固化体质量；

步骤5：物料熔液经副炉5侧面的出料料道7连续排出，同时副炉5内等离子体焰流产生的高温烟气经排烟口8后向上排出；

步骤6：副炉5排出的高温烟气先进入进料料仓1的外壳夹套，对待入炉物料进行高温预热、烘干，提高装置整体热利用率，随后再进入烟气处理系统；

步骤7：主炉4长时间运行中，会在炉膛熔池下部不断沉积金属熔液，主炉4在炉膛底部开有倾斜向下延伸的排尽口3，当需要将主炉4炉膛底部沉积的金属熔液排出时，利用打孔机将排尽口3打通，排出物料熔液，排完物料熔液后再利用专用耐火材料和堵孔机封堵。

结合以上对本实用新型实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置借鉴传统金属冶炼工业炉的结构特点和运行特点，设有主炉4和副炉5，主炉4中采用电弧加热方式，热效率高、能耗低，有效提高整炉的热效率，降低处理成本。主炉4炉顶采用冷顶设计，能够控制主炉内易挥发重金属元素的挥发，使其逐渐沉积在主炉4的炉底熔池下部，进入到金属熔液层内。

副炉5设有等离子体加热装置6，入炉废物经进料料仓1预热后进入主炉4，在主炉4的电弧加热装置2的加热下快速升温熔化，入炉废物中的金属等沉积在炉底并从排尽口3排出，熔液经U型流道流至副炉5，在副炉5内除去残余有机物和残炭并最终排放，不仅可以有效去除有机物质，而且可以显著降低能耗。

本实用新型等离子体电熔炉废物处理装置通过主炉4、副炉5相结合，保留等离子加热优势的前提下可以提高系统热利用率，降低能耗，避免产生大量CO₂等温室气体，可以有效实现主炉4炉膛金属液的排尽和资源化利用。

此外，借鉴行业的金属排液工艺，重新设计排尽口3，达到对金属熔液的有效排出，排出金属液可入模直接浇注成锭，实现资源化再利用。通过优化设计进料料仓1结构，利用高温烟气对入炉废物进行预热、烘干，可以提高装置整体的热利用率，烟气通道可以截流部分高温挥发份，将其定期排出，实现挥发盐的分离。

根据上述原理，本实用新型还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种等离子体电熔炉废物处理装置，其特征在于，包括：

主炉，所述主炉设有进料料仓和电弧加热装置，入炉废物经所述进料料仓进入所述主炉，并在所述电弧加热装置加热下熔化形成熔液，所述入炉废物中的金属熔化后沉积在炉底形成金属熔液层；

副炉，与所述主炉连通并设有出料料道，所述副炉上部设有采用氧化性气体作为工作载气的等离子体加热装置，自所述主炉流入所述副炉的所述熔液中的残余有机物和残炭在所述等离子体加热装置产生的高温焰流加热下被氧化，处理后的熔液最终经所述出料料道排放。

2.根据权利要求1所述的等离子体电熔炉废物处理装置，其特征在于，所述副炉设有排烟口，所述进料料仓具有双层夹套结构，所述排烟口通过管道连接至所述双层夹套结构之间的空腔并对所述进料料仓中的入炉废物预热、烘干。

3.根据权利要求2所述的等离子体电熔炉废物处理装置，其特征在于，所述排烟口采用水冷套结构。

4.根据权利要求1所述的等离子体电熔炉废物处理装置，其特征在于，所述主炉的底部侧面设有排尽口。

5.根据权利要求4所述的等离子体电熔炉废物处理装置，其特征在于，所述排尽口连通所述主炉一端与所述主炉内的熔池底部等高，所述排尽口自所述熔池底部倾斜向下延伸，且所述排尽口设有开孔机和堵孔机。

6.根据权利要求1所述的等离子体电熔炉废物处理装置，其特征在于，所述主炉设有顶盖，所述顶盖采用冷顶设计。

7.根据权利要求1所述的等离子体电熔炉废物处理装置，其特征在于，所述主炉与所述副炉通过U型管形式流道结构连接。

8.根据权利要求1所述的等离子体电熔炉废物处理装置，其特征在于，所述主炉设有石墨电极，所述石墨电极上设有升降装置，所述石墨电极自所述主炉顶部延伸进入所述主炉，并通过所述升降装置调节入炉部分的长度。

9.根据权利要求1所述的等离子体电熔炉废物处理装置，其特征在于，所述主炉中充有还原气体或惰性气体。

10.根据权利要求1所述的等离子体电熔炉废物处理装置，其特征在于，所述出料料道设有风冷或水冷接渣装置。

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