CN2660329Y - 用于同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解炉，包括一级等离子体电弧炉和二级等离子体炬炉；两个炉膛连在一起公用一面炉膛壁做成一体炉；一级裂解炉上有一个可开关的排气口，排气口连接一级裂解炉排气的净化装置的入口，净化装置的出口连接二级裂解炉的进气口；公用的炉壁面上开一通道，既是一级裂解炉排气口，同时是等离子体炬炉的一个进气通道；通道内设有挡板开关，一级炉采用通道排气时排气口关闭或反之，形成裂解炉的串联；或一级炉的排气口通过管道与二级裂解炉的排气口相连，形成裂解炉的并联。本实用新型的二级裂解炉的底部设置至少一个进气口，通过增加气体供应量来提高裂解温度，达到节约能源和时间的优点。

Description

用于同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解炉

技术领域

本实用新型涉及一种等离子体裂解的等离子体炉，特别是涉及一种用于同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解炉。

背景技术

有机废弃物不仅本身的成分极其有害，而且还可能包含有各种其它的有毒有害成分。如医疗废物携带的细菌病毒有极强的传染性，化学废物包含多环芳烃、多氯联苯等有毒有害的有机物，因而必须进行有效的处理处置。当前，医疗废物和其他有机废弃物的处理已成为一个重要的环保议题，社会各界十分关注无害化的处理方法。采用焚烧方法可以彻底消灭病原体，但容易释放有害气体，产生二次污染，例如可能会产生多氯代二苯并二噁英与多氯代二苯并呋喃(PCDDs与PCDFs，简称二噁英类)等有害物质，成为新的污染源。

使用等离子体技术裂解处理危险废物，可以克服传统填埋、焚烧法的缺点，其具有高效、环保的优点。目前国内外已有一些专利，公开了采用直流等离子体技术，并依靠电能来裂解有机废弃物。

美国星科(Startech)环境公司发展的直流等离子体专利技术，可以处理包括化学武器在内的多种废物，但技术复杂，设备成本昂贵。

卡尔特(美国专利5280757)用电弧等离子体气化城市固体废物；巴顿(美国专利4644877)和贝尔(美国专利4431612)用电弧等离子体破坏多氯联苯(PCBs)等，但这些方法均需更换电极，使得成本较高。

德国格里马(中国专利89105527.4)专利公开了采用水蒸汽等离子体气氛和直流等离子体技术，澳大利亚联邦科学和工业研究组织(中国专利93103682.8)采用惰性气体等离子体气氛和直流等离子体技术，但反应仅在陶瓷管内进行，反应空间小，给工业化带来困难。

浙江巨圣氟化学有限公司(中国专利00128708.7)采用直流等离子体处理有机卤化物，但此法不适合处理医疗废物。

王忠义、黄少青(中国专利01206033.X)采用直流等离子体处理医疗废物，但是存在过量空气过多，尾气量过大，NOx排放量大的缺点。

综上所述，上述已有的等离子体裂解技术存在许多缺点，如：技术复杂，使得成本较高，设备昂贵，给工业化带来困难，特别是常见的废物根据等离子体裂解处理方法的差异，可以分为如下两类，分别适合还原气氛和氧化气氛进行裂解：

1)第一类：化学武器的毒剂、多氯联苯、农药、一般有毒化学品等，毒性较高，但一般为气体、液体或颗粒状固体，可以采用小型进料口，进料容易，不会挟带大量空气，密封容易。此类废物采用还原气氛工作气体的优点：尾气量很少，处理较易；可以造渣材料形成玻璃体，固定重金属等；可以采用热电极，如石墨电极、钨合金电极；可以采用交流或直流电源，可以采用等离子体电弧。

2)第二类：医疗废物等有一定热值的废物，毒性较低、包装体积较大、密度低、重金属等有害物含量少，污染物主要为病原体，没有玻璃化残渣的要求；包装物内含大量空气，不能排出而被带入炉内，如果排出包装，还需要热处理消毒；进料口必须很大，等离子体炉的系统密封较困难，因而难于采用还原气体氢气作为工作气体，适合采用空气等离子体或者采用氧等离子体工作气体进行裂解处理，此时，还可以利用部分废物内的能量(热值)，减少电力消耗，尾气量也较少。因此不适合采用热电极，可以采用水冷金属电极，一般采用直流电源。

上述两类不同类型的废物不适合在同一台等离子体反应器内采用同一种工作气氛处理。如果简单的采用两台或多台等离子体炉处理，则设备投资和运行费用均会过高；如果采用同一台等离子体炉处理不同类型的废物，不能对所有废物都达到合理的处理，造成处理电耗大、尾气处理量大等缺点。

如果根据不同类型的废物的特点及数量，设计一种同时处理多种有机废物的等离子体多级裂解装置，就可以克服上述缺点。本实用新型就是克服上述缺点，将采用还原气氛和氧化气氛的等离子体炉组合，根据其特点设计出多级式等离子体裂解工艺，可采取等离子体炉串联与并联的工艺路线，一般采用两级裂解炉串联布置比较优越。

发明内容

本实用新型的目的在于克服已有等离子体裂解炉存在的成本较高、电能消耗高以及不能同时处理多种不同类型废物的缺点；从而提供一种采用两级等离子体裂解炉串联，或者并联的方式组成一体化炉体，各级采用不同的工作气体与工作气氛，实现同时裂解处理不同类型的危险废物的多级裂解炉。

本实用新型的目的是通过如下的技术方案实现的：

本实用新型提供的一种同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解装置，包括一等离子体电弧炉(一级裂解炉)，和一等离子体炬炉(二级裂解炉)；所述的等离子体弧炉与等离子体炬炉两个炉膛连在一起公用一面炉膛壁，等离子体弧炉和等离子体炬炉做成一体炉；所述的等离子体弧炉上有一个可开关的排气口6，排气口6连接一级裂解炉排气的净化装置的入口，净化装置的出口连接二级裂解炉的进气口11；公用的炉壁面上开一通道13，既是等离子体电弧炉排气口，同时是等离子体炬炉的一个进气口；通道13内设有挡板开关，当采用通道13排气的时候，排气口6关闭；当使用排气口6排气，则关闭通道13内的挡板开关，形成两级裂解炉的串联式布置。

本实用新型提供的一种同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解装置，包括一等离子体电弧炉(一级裂解炉)，还包括一等离子体炬炉(二级裂解炉)，所述的等离子体弧炉的排气口6通过管道与所述的等离子体炬炉的排气口12相连，形成两级裂解炉的并联式布置。

所述的等离子体炬炉包括一炉膛，其内侧设有耐火材料炉衬、隔热保温层及冷却水套，该炉膛壁上设有进料口7和至少一个等离子体炬8，多个等离子体炬交错布置；炉膛壁底部设有出渣口9，水封10，炉膛壁顶部设有排气口12，炉底或炉壁上还至少设有一个进气口11，进气口通过带有控制阀的管道与气源连通。

所述的等离子体电弧炉工作气体采用氢气或其它非氧化气体，采用交流或直流电源，电极可以是石墨或高温金属制成的热电极。

所述的等离子体炬炉的工作气体采用空气或氧气，并补充氧化性气体；采用直流电源，电极可以是水冷金属电极。

所述的一体化炉体的优选方式为串联方式。

本实用新型所述的等离子体炉能连续24小时持续运行或间断运行，可根据要求自行选择。所述的等离子体电弧炉适合裂解毒性较大、体积较小的废物，等离子体炬炉适合裂解热值较高、毒性较小、体积较大的有机废弃物，如医疗废物、生活废物等，包括固态、半固态、液态或气态的各种废物。

本实用新型的工艺和等离子体炉与已有技术相比，其优点在于：

1、一般采用两级裂解炉串联布置：一级等离子体裂解炉采用还原性工作气体，产生的尾气是可燃性气体，进入二级裂解炉，为二级裂解炉提供辅助能源。二级裂解炉采用氧化性工作气体，可以节约电能消耗；如果采用并联布置，则以及裂解炉和二级裂解炉可以采用一套尾气处理设备；本实用新型提供的二级裂解炉的底部设置至少一个进气口，因此可以通过增加气体供应量来提高裂解温度，达到节约能源和时间的优点；两级裂解炉可以按照一体化设计，形成组合型炉体；

2、全套工艺包括一级裂解炉前处理进料和等离子体裂解，二级裂解炉前处理进料和等离子体裂解，后处理及燃烧排放等。串联布置的一级裂解炉的尾气可以经过洗涤中和酸性气体进入二级裂解炉作为辅助燃料；二级裂解炉排出的可燃性气体经后处理，送到燃烧器燃烧或发电机发电；

3、可以同时处理数量不多的高危险性废物和数量大、体积大、密度低的医疗和生化类有机废物，设备与工艺流程比较简单，投资低，电耗低；

4、本方法充分利用有机废弃物自身的热值，在受控制的氧化气氛下释放热能增强裂解，电能消耗大约为一般等离子体裂解技术的三分之一到四分之一，处理医疗废弃物等有机废弃物的电耗约0.2～0.3kW/kg，具有投资省、运行成本低的特点；如果利用可燃气发电，发电量可高于自身用电量；

5、经本方法处理后的有机废弃物的容积可大幅度减少，最高可达99％，有机物可分解为碳、氢等单质结构，低气化点金属的蒸气凝聚后进行收集，硅酸盐变成无害玻璃体结构；尾气产生量仅为传统焚烧法的10～15％左右，而且不产生二噁英类等有害物质，符合环保的要求；本方法使尾气温度降至450℃后急骤冷却，可以保证在尾气降温过程中不会合成多氯代二苯并二噁英与多氯代二苯并呋喃，即二噁英类化合物；

6、本方法适用范围广，适用于包括城市固体废物、医疗废物在内的多种有机废弃物的处理，而且适用于固态、半固态、液态或气态的有机废弃物；特别是与已有技术相比该方法简单，可以不需要先粉碎固态有机废弃物，直接进行气化、裂解。

附图说明

图1为本实用新型二级裂解一体化炉体结构

其中：图1a为主视剖面图(等离子体弧和等离子体炬的电源均未表示在图内)

图1b为左视剖面图

图1c为俯视剖面图

图面说明：

炉体(一体化炉体)1；       进料设备(一级裂解炉用)2；

一级裂解炉电极3；         熔渣(一级裂解炉)4；

出渣口(一级裂解炉)5；     排气口(一级裂解炉用)6；

进料(二级裂解炉)7；       等离子体炬(二级裂解炉)8；

出渣口(二级裂解炉)9；     水封(二级裂解炉)10；

进气口(二级裂解炉)11；    排气口(二级裂解炉)12；

通道13；

图2为采用本实用新型二级裂解串联布置的裂解工艺流程图

具体实施方式

下面参照附图1和附图2和实施例，对本实用新型的一体化等离子体多级裂解炉作进一步详细描述。

所述的一级裂解等离子体电弧炉为矩形截面，炉体1的炉膛壁内侧设有石墨耐火材料及隔热保温层和冷却水套，炉体上有进料口2，出渣口5和排气口6，熔渣4在炉底部；在炉体的上部设有两个与电源接通的电极3，电极3与直流电源联接，电极端部间放电形成等离子体，不依赖炉料的导电特性。直流电源的变压器为带饱和电抗器的磁性调压器，采用硅整流方式，工作电压250V，功率50kW。本实施例的电极3使用石墨热电极，采用氢气作为等离子体发生器工作气。

所述的二级裂解等离子炬炉为矩形截面炉膛，炉体1的炉膛壁内侧设有氧化铝耐火材料炉衬、隔热保温层和冷却水套，炉膛壁上设有进料口7和2个等离子体炬8交错布置，以促进炉内气体流动，使炉内温度分布均匀。炉体底部设有出渣口9，炉膛壁顶部设有排气口12，还设有10个进气口11，进气口11垂直安装在等离子体炉的矩形截面炉膛的底面，进气口11通过带有控制阀的管道与空气压缩机和一级裂解炉尾气净化装置的出口连通。

上述等离子体弧炉和等离子体炬炉的两个炉膛联成一体，两个炉膛相连处共用一个炉壁；所述的等离子体弧炉的排气口6通过管道与一级裂解炉尾气净化装置的进口相连，该尾气净化装置的出口与所述的等离子体炬炉的进气口11相连，形成两级裂解炉的串联，此时关闭通道13。

所述的等离子体炬为直流等离子体炬；等离子体炬的电极是水冷金属电极，由无氧铜或其他金属制成。所述的等离子体炉采用直流电源，电源采用饱和电抗器造成陡降的特性；为减小电极的烧蚀，采用高电压小电流状态工作，工作电压400V，电流100A，每台功率40kW。

实施例采用串联式处理固体危险废物的方法，按以下步骤进行：

(1)首先将待处理的含氟及多氯联苯残渣的有毒有害固体废物进行粉碎处理，然后通过螺旋输料系统连续输送到本实施例1的等离子体电弧炉内，它在运行时产生的是等离子体电弧，每小时可以处理20kg；裂解处理温度为1800～2000K；通过在炉内添加二氧化硅30份，碳酸钙、碳酸钠混合物40份，四氧化三铁和金属铁片20份，生成玻璃体，均以重量份计，总量为每小时添加5kg；

(2)从一级裂解炉产生的尾气由气体排放口进入尾气净化系统，经过常规尾气急冷降温，氟化氢、氯化氢脱除，碳黑等颗粒物分离，得到可燃气，可燃气体进入二级裂解等离子体炬炉；这里的可燃气一般包含下列气体的一种或几种：氢、一氧化碳、甲烷；

(3)同时将含有塑料、棉纱的医疗垃圾和废塑料混合物通过斗式加料机加入二级等离子体裂解炉，间歇加料方式可以采用的时间间隔根据炉内温度变化，在50～150秒钟之间变动，相当于准连续工作；医疗废物和废塑料的添加量为4：1重量份；

该等离子体炉的空气流量每小时40立方标米。补充气体为空气和水蒸汽，空气流量每小时60立方标米，水蒸汽每小时10kg，每小时可以处理120kg医疗废物和废塑料的混合物，炉膛温度控制在1300～1500K范围内；

(4)二级裂解炉排出的可燃气经热交换器降温到500℃后，喷水急冷后进入尾气处理系统，喷射氧化钙粉末浆，去除氟化氢和氯化氢，然后进入燃烧器燃烧加热热水锅炉，可燃气体净化后也可以送到气体燃料内燃发电机组燃烧发电。

应用本发明的一体化裂解炉，如果一级裂解炉处理的废物含氟、氯等形成酸性气体的成分极少，因此可以在工艺流程中省略一级裂解炉尾气的净化措施(图2中用虚线标志的部分)，不设一级裂解炉排气口6，一级裂解炉的排气直接通过通道13进入二级裂解炉，成为本实用新型发明的一体化等离子体裂解炉的另一种裂解炉串联布置的应用方式。

应用本发明的一体化裂解炉，但一级裂解炉排气口6不连接一级排气净化装置，而是直接通过管道与二级排气口12连接，因此可以省略一级裂解炉尾气的净化装置，此时不设通道13，成为本实用新型发明的一体化等离子体裂解炉的裂解炉并联布置的应用方式。

Claims (6)

1.一种用于同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解炉，包括一等离子体电弧炉和一等离子体炬炉；其特征在于，所述的等离子体弧炉与等离子体炬炉两个炉膛连在一起公用一面炉膛壁，等离子体弧炉和等离子体炬炉做成一体炉；所述的等离子体弧炉上有一个可开关的排气口，排气口连接一级裂解炉排气的净化装置的入口，净化装置的出口连接二级裂解炉的进气口；公用的炉壁面上开一通道，既是等离子体电弧炉排气口，同时是等离子体炬炉的一个进气通道；通道内设有挡板开关，档采用通道排气的时候，排气口关闭；当使用排气口排气，则关闭通道内的挡板开关，形成裂解炉的串联式布置。

2.一种用于同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解炉，包括一等离子体电弧炉和一等离子体炬炉；其特征在于，所述的等离子体弧炉的排气口通过管道与所述的等离子体炬炉的排气口相连，形成两级裂解炉的并联式布置。

3.按权利要求1或2所述的用于同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解炉，其特征在于，所述的等离子体炬炉包括一炉膛，其内侧设有耐火材料炉衬、隔热保温层及冷却水套，该炉膛壁上设有进料口和至少一个等离子体炬，多个等离子体炬交错布置；炉膛壁底部设有出渣口，炉膛壁顶部设有排气口，炉底或炉壁上还至少设有一个进气口，进气口通过带有控制阀的管道与气源连通。

4.按权利要求1或2所述的用于同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解炉，其特征在于，所述的等离子体炉采用直流电源，电源采用造成陡降特性的饱和电抗器。

5.按权利要求1或2所述的用于同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解炉。其特征在于，所述的等离子体炬为直流等离子体炬；等离子体炬的电极是水冷金属电极，由无氧铜或其他金属制成。

6.按权利要求1或2所述的用于同时处理多种有机废物的一体化等离子体多级裂解炉，其特征在于，所述的等离子体电弧炉的电极是石墨或高温金属制成的热电极。

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