CN218583160U - 一种热等离子体协同生活垃圾热解处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种热等离子体协同生活垃圾热解处理系统，包括热解炉，所述热解炉的底部设置有炉排，所述炉排下方开设有一次送风口，所述热解炉与所述炉排之间设置兼有提供二次送风的搅拌器，所述热解炉的上端开设有烟气出口与热等离子体焚烧室连通。通过设置兼供二次送风的搅拌器，在热解炉上料时能够使垃圾均匀分布，并补充空气促进垃圾干燥和充分焚烧，再通过设置热等离子体焚烧室对烟气进行处理，解决了热解炉烟气处理的弊端。

Description

一种热等离子体协同生活垃圾热解处理系统

技术领域

本实用新型涉及垃圾焚烧处理领域，具体而言，涉及一种热等离子体协同生活垃圾热解处理系统。

背景技术

在生活垃圾处理领域，热处置作为无害化、减量化、资源化处理的主要方式，分为直接焚烧(机械炉排炉、流化床焚烧炉、回转窑炉)和热解(气化)。大型垃圾焚烧及发电技术(日处理500吨及以上)，无论是运行的稳定性、环保排放指标，还是经济性都比较好。但是对于日处理低于200吨，特别是日处理小于100吨的生活垃圾的处理，目前多数采用阴燃和热解(气化)类热处置技术。

生活垃圾热解(阴燃和热解气化)技术具有一定的优点，如热解炉(阴燃和热解气化炉)在点燃后基本不需要补充二次辅助能源(如燃气、燃油等)，飞灰产生量也比较少，对垃圾分类要求不是很高。但垃圾热解技术仍具有以下缺点：

热解炉内垃圾处于相对静态自然焚毁，处理周期较长，另受垃圾湿度限制焚烧往往不彻底，烟气焦油量较大；对热解过程产生的焦油和烟气等处理，难以实现在合适运维成本下的达标排放，尤其在垃圾含水量及燃值难以满足设计工况时更为突出。而为了实现末端达标排放，又必须在热解产物燃烧室内喷入燃油或燃气，对热解产生的焦油、一氧化碳、氢气、甲烷及其它有害气体等进行高温氧化燃烧处理。作为轻质化石燃料的燃油或燃气的添加使用，不仅大大增加了垃圾处理的运维成本，且不符合目前的低碳处理方向。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种热等离子体协同生活垃圾热解处理系统，通过设置兼供二次送风的搅拌器，在热解炉上料时使垃圾均匀分布，并补充空气促进垃圾干燥和充分焚烧，再通过设置热等离子体焚烧室对烟气进行处理，解决了热解炉烟气处理的弊端。

为实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种热等离子体协同生活垃圾热解处理系统，包括热解炉，所述热解炉的底部设置有炉排，所述炉排下方开设有一次送风口，所述热解炉与所述炉排之间设置兼有提供二次送风的搅拌器，所述热解炉的上端开设有烟气出口与热等离子体焚烧室连通。

搅拌器还可优选地将二次送风转变为供氧功能，通过搅拌和供氧，可将垃圾在炉内自然状态被动热解转变为可控热解，促进垃圾充分焚烧，减少烟气产生量，防止炉膛结焦。

采用热等离子体焚烧室可实现不消耗燃油或燃气等化石燃料，同时除去热解产生的焦油、一氧化碳、氢气、甲烷、异味、二噁英等有机物，属于低碳焚烧处理生活垃圾技术，符合国家的低碳发展政策。

进一步地，所述搅拌器包括中空结构的主轴，所述主轴贯通所述热解炉和所述炉排，所述主轴的顶端设置有二次入风口，所述主轴的表面开设有若干个二次送风口。

搅拌器由电机驱动，通过主轴的中空结构和表面的二次送风口实现供风的功能，主轴在热解炉和炉排之间贯通设置可实现炉内垃圾均匀散布，同时使热流在热解炉中均匀分散，提高干燥效果和处理效率。主轴顶端的二次入风口可开设在热解炉的外部，也可开设在热解炉的内部。

进一步地，所述主轴上设置有至少一个搅拌桨，所述搅拌桨包括有桨叶和支撑件，所述桨叶的数量至少为一个。搅拌桨优选设置3-4个，均匀排列在主轴上，桨叶优选设置3-4个，均匀排列在支撑件上。

进一步地，所述二次送风口开设在所述搅拌桨的周侧，且均匀排布在所述主轴的表面，以实现热流的均匀分散以及所述热解炉的可控热解。

进一步地，所述炉排为单层或多层，具有可调控的加热功能。炉排设置的加热功能既可免除使用木材或燃油等助燃，又能与搅拌器相互配合，促进垃圾干燥，使在不同天气状况下，垃圾的工况得到适宜的处理。

进一步地，所述热等离子体焚烧室的顶端和底端设置有折流板，所述热等离子体焚烧室的顶端和侧壁设置有热等离子体火炬，所述热等离子体火炬与所述折流板交叉设置，所述热等离子体焚烧室的底部设置有集灰斗。

本实用新型中使用的为高频高压交流热等离子体火炬，热等离子体火炬为竖直朝向、水平朝向中的一种或几种的组合，焰心温度在3000℃以上，每只热等离子体火炬的功率为2-10kw，使用寿命超过2000小时，通过若干根热等离子体火炬在热等离子体焚烧室内部形成超过850℃的热场，热等离子体火炬热效率高达90％，显著高于化石燃料焚烧等常规技术，且只需电能驱动，能够更好、更经济地完善热解系统工艺，降低运维成本，实现各项环保要求，更符合低碳处理方向。

通过折流板与热等离子体火炬的交叉设置，使烟气在热等离子体焚烧室内的流径变长，增加烟气与热等离子体火炬的作用时间，保证烟气中焦油、灰渣混杂的半焦类物质、一氧化碳、二恶英等有害物质充分燃烧裂解，最后使烟气中大部分颗粒物及焚烧后的灰渣沉降，落入底部的集灰斗。

进一步地，所述热等离子体焚烧室的内侧壁及所述折流板的夹层中设置有换热管，所述换热管为横向或纵向盘绕设置。内侧壁及折流板的夹层中布置换热管，能够使热等离子体焚烧室兼具有换热器功能，提高对余热的利用，实现节能环保的效果。

进一步地，所述热等离子体焚烧室连接有换热器，所述换热器与所述主轴的二次入风口连接，用于利用余热促进干燥和热解。热等离子体焚烧室的后端连接换热器能够再次利用烟道余热，提高余热的利用效率；换热器通过自然风冷却，与主轴的二次入风口连接后，可形成二次热风输送到主轴中，配合搅拌过程促进垃圾的干燥和热解。

进一步地，所述换热器连接有烟气处理装置，所述烟气处理装置包括热等离子体裂解装置，所述热等离子体裂解装置设置有用于裂解尾气的高频高压交流电场。高频高压交流热等离子体技术只需要电能驱动，热效率超过90％，能够对尾气进行进一步的处理。

优选地，换热器后连接的烟气处理装置依次包括有脱酸塔、袋式除尘器、热等离子体裂解装置、引风机和烟囱。其中脱酸塔中设置有喷射组件，喷射组件内储存有包含氢氧化钙溶液的吸收剂；脱酸塔还连通有干式反应装置，干式反应装置内设置有包含活性炭和石灰粉的净化组件。烟气处理装置设置有完善的烟气处理流程，能够对热等离子体焚烧室后续的烟气进行更加完备的处理，实现排放和环保要求。

进一步地，还包括有PLC结合分散型控制器，所述控制器用于控制所述热解炉与所述热等离子体焚烧室的工艺参数。控制器与热解炉内的料位检测器、温度传感器、湿度传感器等装置联动，以检测不同季节、不同天气状况下的垃圾信息，确定进料和排出灰渣的时间参数，自动调整相关电机及热等离子体火炬等功率，减少功耗，实现节能降碳效应。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型采用热解炉焚烧垃圾，在热解炉内设置了兼具二次送风功能的搅拌器，将现有技术中垃圾在热解炉的自然状态被动热解转变为可控热解，在搅拌和补充空气的作用下，能够使炉内垃圾分布均匀，利用余热空气促进垃圾干燥，利用补充的空气促进垃圾充分焚烧，减少烟气的产生量，防止炉膛结焦。

(2)本实用新型在热解炉的烟气出口处依次设置了热等离子体焚烧室、换热器和烟气处理装置，对后续的烟气进行处理实现达标排放，弥补了热解炉存在的不足。

(3)本实用新型采用高频高压交流热等离子体技术，只需通过电能驱动，热效率超过90％，热解效果更好，运维成本更低，与现有的垃圾处理技术相比，不用消耗燃油或燃气等化石燃料，属于低碳焚烧，更符合国家低碳发展政策。

(4)本实用新型采用的炉排具有可调控的加热功能，既可免除使用木材或燃油等助燃，又能与搅拌器相互配合，促进垃圾干燥，使在不同天气状况下，垃圾的工况得到适宜的处理。

(5)本实用新型设计的热等离子体焚烧室结构独特，其内侧壁及折流板夹层布置换热管，使热等离子体焚烧室兼有换热器功能，有效利用余热资源。热等离子体焚烧室中热等离子体火炬与折流板交叉布置，可保证对烟气的充分燃烧裂解，促使烟气中的颗粒物和焚烧后的灰渣沉降。

(6)本实用新型通过采用PLC结合分散型控制器，能够与料位检测器、温度传感器、湿度传感器等装置联动，以检测垃圾信息，确定进料和排出灰渣的时间参数，自动调整相关电机及热等离子体火炬等功率，减少功耗，实现节能降碳效应。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例所提供的垃圾热解处理系统整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的搅拌器结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的换热管示意图。

其中，1-热解炉，2-垃圾入口，3-观察窗，4-驱动电机，5-泄爆装置，6-搅拌器，7-炉排，8-一次送风口，9-灰渣排出通道，10-灰渣室，11-螺杆出渣器，12-灰渣排出口，13-二次入风口，14-主轴，15-支撑件，16-桨叶，17-二次送风口，18-热等离子体焚烧室，19-热等离子体火炬，20-折流板，21-集灰斗，22-出水口，23-进水口，24-换热管，25-内侧壁，26-换热器，27-脱酸塔，28-活性炭喷射吸附装置，29-袋式除尘器，30-集灰装置，31-热等离子体裂解装置，32-引风机，33-烟囱。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连通，也可以是可拆卸连通，或一体地连通；可以是机械连通，也可以是电连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更加清晰的对本实用新型中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种热等离子体协同生活垃圾热解处理系统，主要由热解炉1、热等离子体焚烧室18、换热器26以及烟气处理装置依次连接组成。

首先，垃圾通过垃圾入口2进入热解炉1内部，最终堆叠在热解炉1底部的炉排7上被热解焚烧。炉排7底部设置了有倾斜角度的灰渣排出通道9，焚烧后产生的灰渣通过灰渣排出通道9沉积于灰渣室10中，灰渣室10底部设置有螺杆出渣器11和对应的灰渣排出口12用于排出灰渣。

其中，炉排7为单层或多层设计，在本实施例中设置有两层，具有可调控的加热功能，与现有技术相比，可免除使用木材或燃油等助燃，减少化石燃料的使用；通过对加热效果的调控，还能促进炉内的垃圾干燥，以适应在不同的天气和环境下对不同湿度的垃圾进行处理。

其中，在灰渣排出通道9的一侧开设有一次送风口8，通过外接风机实现向炉内送风。热解炉1的顶部还开设有石英玻璃观察窗3，用于适时查看炉内状况；热解炉1的内部安装有湿度传感器、温度传感器和料位检测器；在热解炉1顶部和热等离子体焚烧室18前端及中段的顶部安装有泄爆装置5。

其中，热解炉1与炉排7之间贯通有搅拌器6，可实现炉内垃圾均匀散布，搅拌器6通过热解炉1顶部的驱动电机4驱动，兼供有二次送风的作用。通过控制搅拌作用以及补充空气或氧气的速率，可将垃圾在炉内自然状态被动热解转变为可控热解，促进垃圾充分焚烧，防止炉膛结焦；搅拌器6还可与炉排7配合，将热流均匀分散，进一步促进炉内垃圾的干燥，降低烟气焦油量。

如图2所示，搅拌器6由中空结构的主轴14组成，主轴14的顶部为二次入风口13，在主轴14的表面均匀排布有若干个二次送风口17，能够将主轴14内的风均匀提供到热解炉1的各个方位。在主轴14上均匀排布有三个搅拌桨，每个搅拌桨由桨叶16和支撑件15组成，桨叶16为四片均匀排布在支撑件15上，二次送风口17开设在每个搅拌桨的周侧。可以理解的是，本实用新型对主轴14上搅拌桨的个数只限定为至少一个，具体个数可根据实际情况进行增减；本实用新型对桨叶16的个数只限定为至少一个，具体个数可根据实际情况进行增减；本实用新型对桨叶16的形状及排列形式不作限定，只要能满足搅拌工作即可。

热解炉1通过烟气通道连接有热等离子体焚烧室18，热等离子体焚烧室18的顶端和侧壁布置有若干个热等离子体火炬19，热等离子体火炬19可以为竖直朝向、水平朝向中的一种或几种的组合，在本实施例中，热等离子体焚烧室18顶端的热等离子体火炬19均为竖直朝向，侧壁的热等离子体火炬19均为水平朝向。

其中，本实用新型使用的为高频高压交流热等离子体火炬19，焰心温度在3000℃以上，每只热等离子体火炬19的功率为2-10kw，使用寿命超过2000小时，通过若干根热等离子体火炬19在热等离子体焚烧室18内部形成超过850℃的热场，热等离子体火炬19的热效率高达90％，且只需电能驱动，能够更好、更经济地完善热解系统工艺，降低运维成本，实现各项环保要求，更符合低碳处理方向。

此外，热等离子体焚烧室18的底端设置有集灰斗21，顶端和底端设置有折流板20，折流板20与热等离子体火炬19交叉设置，使烟气在热等离子体焚烧室18内的流径变长，增加烟气与热等离子体火炬19的作用时间，保证烟气中焦油、灰渣混杂的半焦类物质、一氧化碳、二恶英等有害物质充分燃烧裂解，最后使烟气中大部分颗粒物及焚烧后的灰渣沉降，落入底部的集灰斗21。

在热等离子体焚烧的内侧壁25以及折流板20的夹层中布置有换热管24，如图3所示，换热管24横向或纵向盘绕在夹层中，其出水口22和入水口伸出热等离子体焚烧室18外部，使热等离子体焚烧室18兼具有换热器26功能，充分利用垃圾烟气焚烧过程中产生的余热，实现节能环保的效果。

热等离子体焚烧室18后端连接有换热器26，再次利用烟道的余热，提高余热利用效率。换热器26为利用自然风冷却，其内部通过输气管与搅拌器6的主轴14连接，能够将换热器26内部形成的热风输送到主轴14中提供给热解炉1，利用余热促进垃圾干燥和热解。

换热器26的后端连接有烟气处理装置，依次包括有脱酸塔27、袋式除尘器29、热等离子体裂解装置31、引风机32和烟囱33，对热解炉1和热等离子体焚烧室18产生的后续烟气进行更完备的处理。

其中，脱酸塔27塔中设置有喷射组件，喷射组件内存储有包含有氢氧化钙溶液的吸收剂；脱酸塔27还与干式反应装置连通，干式反应装置设置有活性炭喷射吸附装置28；干式反应装置与用于过滤颗粒物的布袋除尘器连通，布袋除尘器中设置有脉冲阀，底部设置有集灰装置30；布袋除尘器与热等离子体裂解装置31连通，所述热等离子体裂解装置中设置有用于裂解尾气的高频高压交流电场，对烟气进行裂解，最后通过引风机32从烟囱33达标排放。

另一方面，本实用新型还采用了PLC结合分散型控制器对系统进行控制，控制器通过调控电机功率等方式，对热等离子体焚烧室18以及系统末端的热等离子体裂解装置31进行实时控制，使热解炉1产生的气相得到充分的焚烧、裂解，最大限度的除去热解产生的焦油、一氧化碳、氢气、甲烷、氮氧化物、异味、二噁英等物质；同时还能够与热解炉1中的料位检测器、温度传感器、湿度传感器等装置联动，以检测垃圾信息，确定进料和排出灰渣的时间参数，自动调整相关电机及热等离子体火炬19等功率，减少功耗，实现节能降碳效应。

总之，本实用新型使用热解炉1进行垃圾的热解和焚烧，使用热等离子体焚烧室18和热等离子体裂解装置31进行烟气的焚烧和裂解，免除了燃油、燃气等化石燃料的消耗，还设置了搅拌器6、换热管24、换热器26等装置充分利用余热，使热解炉1内垃圾充分焚毁，使炉膛不结焦，属于低碳焚烧处理生活垃圾技术，符合国家低碳发展政策；针对设置了后续的烟气处理装置，弥补了热解炉1存在烟气、焦油难以处理的不足，完善了热解系统工艺，实现了各项环保要求。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种热等离子体协同生活垃圾热解处理系统，其特征在于，包括热解炉，所述热解炉的底部设置有炉排，所述炉排下方开设有一次送风口，所述热解炉与所述炉排之间设置兼有提供二次送风的搅拌器，所述热解炉的上端开设有烟气出口与热等离子体焚烧室连通。

2.根据权利要求1所述的热解处理系统，其特征在于，所述搅拌器包括中空结构的主轴，所述主轴贯通所述热解炉和所述炉排，所述主轴的顶端设置有二次入风口，所述主轴的表面开设有若干个二次送风口。

3.根据权利要求2所述的热解处理系统，其特征在于，所述主轴上设置有至少一个搅拌桨，所述搅拌桨包括有桨叶和支撑件，所述桨叶的数量至少为一个。

4.根据权利要求3所述的热解处理系统，其特征在于，所述二次送风口开设在所述搅拌桨的周侧，且均匀排布在所述主轴的表面，以实现热流的均匀分散以及所述热解炉的可控热解。

5.根据权利要求1所述的热解处理系统，其特征在于，所述炉排为单层或多层，具有可调控的加热功能。

6.根据权利要求1所述的热解处理系统，其特征在于，所述热等离子体焚烧室的顶端和底端设置有折流板，所述热等离子体焚烧室的顶端和侧壁设置有热等离子体火炬，所述热等离子体火炬与所述折流板交叉设置，所述热等离子体焚烧室的底部设置有集灰斗。

7.根据权利要求6所述的热解处理系统，其特征在于，所述热等离子体焚烧室的内侧壁及所述折流板的夹层中设置有换热管，所述换热管为横向或纵向盘绕设置。

8.根据权利要求2所述的热解处理系统，其特征在于，所述热等离子体焚烧室连接有换热器，所述换热器与所述主轴的二次入风口连接，用于利用余热促进干燥和热解。

9.根据权利要求8所述的热解处理系统，其特征在于，所述换热器连接有烟气处理装置，所述烟气处理装置包括热等离子体裂解装置，所述热等离子体裂解装置设置有用于裂解尾气的高频高压交流电场。

10.根据权利要求1所述的热解处理系统，其特征在于，还包括有PLC结合分散型控制器，所述控制器用于控制所述热解炉与所述热等离子体焚烧室的工艺参数。

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