CN104266197A - 一种等离子体焚烧垃圾设备及其方法 - Google Patents

一种等离子体焚烧垃圾设备及其方法 Download PDF

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郑晶晶
尚文文
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Abstract

本发明提供的一种等离子体焚烧垃圾设备及其方法，所述等离子体焚烧垃圾设备包括：电源***、电弧加热器、工作***及PLC控制***，在工作过程中可以使焚烧温度达到850℃-950℃，能有效将生活垃圾中各种细菌充分杀死，并将其中有毒有害成份经高温分解成为无毒无害的物质，可以减少废弃物污染，保护环境，具有良好的社会效益，符合新能源、环保、零碳排放以及可持续发展的政策。本发明提供的等离子体焚烧垃圾设备及其方法具有操作方便、热效率高、工作稳定的优点。

Description

一种等离子体焚烧垃圾设备及其方法
【技术领域】
本发明属于废弃物处理领域，涉及一种等离子体焚烧垃圾设备，具体涉及一种等离子体焚烧垃圾设备及其方法。
【背景技术】
目前，工业和特种行业的危险垃圾及塑料制品垃圾日益增多，而且此类垃圾是垃圾中最难处理的。我国针对生活垃圾及危险垃圾及塑料制品垃圾的处理方式主要是填埋和焚烧，填埋不仅侵占大量土地，而且会造成地下水的污染。焚烧法虽然减容比高，并能回收能量，但却因焚烧过程中产生二恶英造成环境的污染，从而遭到公众强烈反对，急需发展新一代的绿色环保、节能降耗的替代焚烧技术。
等离子体是物质第四态，具有许多异于固态、液态和气态的独特的物理化学性质，如温度和能量密度都很高、可导电和发光、化学性质活泼并能加强化学反应等，环保性能优良。通过电弧放电产生高达7000℃的等离子体，将垃圾加热至很高的温度，从而迅速有效地摧毁废物。可燃的有机成分充***解气化，转化成可燃性气体，可以用于能源回收，一般称为“合成气”(主要成分是CO+H2)。不可燃的无机成分经等离子体高温处理后成为无害的渣体。采用等离子体处理垃圾是目前减容效果最显著、无害化最彻底、资源化程度最高的绿色环保技术。与焚烧法相比，等离子体技术最突出的优点有：
(1)处理温度高：有害物质摧毁更彻底，二恶英前驱体被彻底破坏分解；
(2)可采用还原性气氛或部分氧化性气氛，采用电能作为外加热源，二次污染物排放比焚烧低2-3个数量级，裂解底渣是无害的；
(3)合成气流量约为焚烧烟气量的5-10％，易于净化，后处理设备尺寸减小，节约了投资成本；
(4)能源回收效率高，将筛上物制成合成气，后续利用气体发动机发电，发电效率可高达39％，而焚烧法采用蒸汽轮机，发电效率很难超过22％；
(5)整套设备紧凑，占地小，经济效益好。
鉴于等离子体技术的种种优点，等离子体系在垃圾焚烧领域得到了广泛的应用，在现有的等离子垃圾焚烧设备中，一般选用交流电弧加热器或直流电弧加热器，若选用交流电弧加热器，虽然电源***结构简单、投资小，但存在固有缺陷，热效率低；若采用直流电弧加热器，可以提供恒定方向的电压、电流，并做到气流与电弧的长时间接触，出口气流焓值较高，但缺点是需增加变流装置，投资大，控制复杂；这就造成了垃圾焚烧过程中焚烧设备工作不稳定。
【发明内容】
本发明针对上述问题，提供一种具有操作方便、热效率高、工作稳定的等离子体焚烧垃圾设备及其方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提供一种等离子体焚烧垃圾设备，包括：
电源***；
与电源***连接的电弧加热器，所述电弧加热器连接有为其提供等离子电弧介质的压缩空气***；
与电弧加热器的输出端连接的工作***；
以及PLC控制***，其用于控制电源***、电弧加热器以及工作***；
所述电源***包括：直流装置以及电抗器，所述直流装置的输出端分别与电弧加热器的正负极连接，所述电抗器连接在直流装置的一个输出端与电弧加热器的正极之间；
所述工作***包括：锅炉炉膛、一次风***、等离子燃烧器；
所述锅炉炉膛内设有图像火检***以及给粉机，所述一次风***及给粉机分别与等离子燃烧器连接，所述等离子燃烧器与电弧加热器连接，所述图像火检***、给粉机、一次风***分别与PLC控制***连接；
所述一次风***中设有风速测量***，所述等离子燃烧器外壁设有燃烧器壁监视器，所述风速测量***、燃烧器壁监视器分别与PLC控制***连接。
特别的，还包括：用于冷却电弧加热器的冷却水***。
特别的，所述电源***还包括三相变压器、熔断器、第一压敏电阻、第二压敏电阻、第三压敏电阻；
所述熔断器的三个输入端分别与三相变压器的输出端连接，所述第一压敏电阻连接于熔断器的一相与二相之间，所述第二压敏电阻连接于熔断器的一相与三相之间，所述第三压敏电阻连接于熔断器的二相与三相之间，所述熔断器一相、二相、三相的输出端与直流装置的输入端连接。
特别的，所述电源***还包括第四压敏电阻，所述第四压敏电阻的两端与电抗器的两端并联。
特别的，所述等离子燃烧器连接有二次风***。
特别的，所述电抗器采用直流平波电抗器。
本发明还提供一种等离子体焚烧垃圾方法，包括以下步骤：
S10：电源***开始供电，经直流装置及电抗器输出稳定的电流与电压；
S20：电弧加热器内部判断电源***所提供电流、电压是否达到起弧条件，若是，则进入步骤S30，若否，则进入步骤S40；
S30：PLC控制***接收到电弧加热器发出的信号后，发出信号给压缩空气***，压缩空气***接收到信号后给电弧加热器提供等离子电弧介质，等离子燃烧器中的引弧器与电弧加热器电极接触，出现电弧标志；
S31：一次风***、给粉机接收到PLC控制***发出信号后开启，点火成功；
S32：锅炉炉膛开始工作；
S40：启弧失败，PLC控制***发出信号给电源***，电源***关闭。
特别的，所述步骤S30具体包括以下步骤：
S301：电弧加热器发出信号给PLC控制***，PLC控制***接收到信号后，发出信号给压缩空气***及冷却水***，压缩空气***开始工作，给电弧加热器提供等离子电弧介质，同时及冷却水***开始工作，冷却电弧加热器；
S302：PLC控制***发出信号给直流装置，直流装置将电流调节至电弧启动状态；
S303：PLC控制***发出的信号给等离子燃烧器，等离子燃烧器接收到信号后，等离子燃烧器中的引弧器与电弧加热器的电极接触；
S304：等离子燃烧器中的引弧器后退，等离子燃烧器在上述等离子电弧介质的作用下出现电弧标志；
S305：燃烧器壁监视器判断等离子燃烧器外壁温度是否大于等离子燃烧器正常工作温度，若是，则执行步骤S306，若否，则以当前工作状态继续进行工作；
S306：PLC控制***接收到燃烧器壁监视器发出信号后，发出信号调整一次风***的进风量，同时风速测量***对进风量及风速进行监测，直至等离子燃烧器外壁温度小于等离子燃烧器正常工作温度为止。
特别的，所述步骤S31具体包括以下步骤：
S311：PLC控制***发出信号给一次风***及给粉机，一次风***与给粉机接收到信号后开启，点火成功，PLC控制***实时监测一次风***是否正常运作，若是，则一次风***继续保持开启状态，若否，则执行步骤S312；
S312：PLC控制***发出信号，手动开启二次风***，点火成功。
特别的，所述等离子燃烧器点火成功后，执行以下步骤：
S50：PLC控制***发出信号给图像火检***，图像火检***判断火焰是否达到垃圾焚烧要求，若是，则进入步骤S51，若否，则进入步骤S52；
S51：锅炉炉膛正常工作；
S52：PLC控制***发出信号给给粉机，给粉机关闭；
S53：给粉机关闭后，PLC控制***发出信号给一次风***，一次风***对等离子燃烧器吹扫3-5分钟，一次风***关闭；
S54：一次风***关闭后，PLC控制***发出信号给电源***电源***及工作***关闭。
相较于现有技术，本发明提供的一种等离子体焚烧垃圾设备及其方法，可以使焚烧温度达到850℃-950℃，能有效将生活垃圾中各种细菌充分杀死，并将其中有毒有害成份经高温分解成为无毒无害的物质，可以减少废弃物污染，保护环境，具有良好的社会效益，符合新能源、环保、零碳排放以及可持续发展的政策。本发明提供的等离子体焚烧垃圾设备及其方法具有操作方便、热效率高、工作稳定的优点。
【附图说明】
图1为本发明一种等离子体焚烧垃圾设备的结构示意图；
图2为本发明一种等离子体焚烧垃圾设备中所述等离子电源的电路图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。
请参阅图1至图2，本发明提供的一种等离子体焚烧垃圾设备，包括：
电源***1，其用于为焚烧垃圾设备提供直流可调电源；
与电源***1连接的电弧加热器2，所述电弧加热器2连接有为其提供等离子电弧介质的压缩空气***21；
与电弧加热器2的输出端连接的工作***3，其用于将电弧加热器2提供的能量转化为垃圾焚烧用的热能；
以及PLC控制***4，其用于控制电源***1、电弧加热器2以及工作***3；
所述电源***1包括：直流装置14以及用于抑制输出电流波动的电抗器16，所述直流装置14的输出端分别与电弧加热器2的正负极连接，所述电抗器16连接在直流装置14的一个输出端与电弧加热器2的正极之间，本发明所述直流装置14采用西门子直流装置6RA70，为了提高直流装置14的整流效率，保证了电源***长期工作的可靠性，该直流装置14中的晶闸管15采用三相全控桥式晶闸管，所述直流装置14外设有用于冷却直流装置14的冷却风机，本发明所述电源***1优选但不限于采用三相380V电压供电，所述直流装置14中电子板优选但不限于采用直流220V电压供电，冷却风机优选但不限于采用直流380V电压供电；
所述工作***3包括：锅炉炉膛60、一次风***40、等离子燃烧器30；
为了便于观察炉膛燃烧情况，所述锅炉炉膛60内设有图像火检***61，该图像火检***61外层加装隔热机构，有效的阻断了二次风的传导热及炉膛辐射热，并且所述锅炉炉膛60内设有给粉机62，所述一次风***40及给粉机62分别与等离子燃烧器30连接，所述等离子燃烧器30与电弧加热器2连接，所述图像火检***61、给粉机62、一次风***40分别与PLC控制***4连接；
所述一次风***40中设有风速测量***41，为了确保等离子燃烧器30的安全运行，所述等离子燃烧器30外壁设有燃烧器壁监视器31，本发明所述燃烧器壁监视器31优选但不限于热电偶，所述风速测量***41、燃烧器壁监视器31分别与PLC控制***4连接。
特别的，还包括：用于冷却电弧加热器2的冷却水***22。
特别的，所述电源***1还包括三相变压器11、熔断器12、第一压敏电阻131、第二压敏电阻132、第三压敏电阻133；
所述熔断器12的三个输入端分别与三相变压器11的输出端连接，所述第一压敏电阻131连接于熔断器12的一相与二相之间，所述第二压敏电阻132连接于熔断器12的一相与三相之间，所述第三压敏电阻133连接于熔断器12的二相与三相之间，所述熔断器12一相、二相、三相的输出端与直流装置14的输入端连接，通过第一压敏电阻131、第二压敏电阻132、第三压敏电阻133的设置，抑制了电路中异常过电压的出现，避免了电路免受过电压的损害。
特别的，所述电源***1还包括用来稳定电弧加热器2的第四压敏电阻17，所述第四压敏电阻17的两端与电抗器16的两端并联。
特别的，为了避免一次风***在工作中非正常运作，所述等离子燃烧器30连接有二次风***50。
特别的，为了使电源***有较强的恒流能力，电抗器需要有足够的电感量，所述电抗器16采用直流平波电抗器。
本发明还提供一种等离子体焚烧垃圾方法，包括以下步骤：
S10：电源***开始供电，经直流装置及电抗器输出稳定的电流与电压
电源***中通入三相380V电压供电，经过直流装置后，将电流与电压进行调节，之后经过电抗器输出稳定的电流与电压；
S20：电弧加热器内部判断电源***所提供电流、电压是否达到起弧条件，若是，则进入步骤S30，若否，则进入步骤S40，
电源***输出的电流、电压进入电弧加热器后，电弧加热器对电源***所提供电流、电压进行判断，若电流电压符合电流加热器的启动条件，则进入步骤S30，若不符合条件，则进入步骤S40；
S30：PLC控制***接收到电弧加热器发出的信号后，发出信号给压缩空气***，压缩空气***接收到信号后给电弧加热器提供等离子电弧介质，等离子燃烧器中的引弧器与电弧加热器电极接触，出现电弧标志，
电弧加热器发出信号给PLC控制***，PLC控制***接收到信号后发出信号给压缩空气***、冷却水***、电源控制***、等离子燃烧器，将压缩空气***的空气压力调至0.03MP左右，将冷却水***的冷却水温度调至30℃以下对电弧加热进行冷却，将等离子燃烧器起弧功率设为启动功率，直流装置将等离子燃烧器启动电流调至200A，等离子燃烧器开始工作，等离子燃烧器中的引弧器推进至电弧加热器电器与其接触，之后，引弧器后退电弧引燃,出现电弧标志；
S31：一次风***、给粉机接收到PLC控制***发出信号后开启，点火成功，
出现电弧标志后,等离子燃烧器发出信号给PLC控制***,PLC控制***接收到信号后发出信号给一次风***及给粉机，将一次风***调制工作需要，将给粉机至设备工作需要煤粉的细度，一次风***及给粉机开始工作，点火成功；
S32：锅炉炉膛开始工作；
S40：启弧失败，PLC控制***发出信号给电源***，电源***关闭，
启弧失败后，电弧加热器发出信号给PLC控制***，PLC控制***接收到信号后发出信号给电源***，电源***接收到信号后关闭。
特别的，所述步骤S30具体包括以下步骤：
S301：电弧加热器发出信号给PLC控制***，PLC控制***接收到信号后，发出信号给压缩空气***及冷却水***，压缩空气***接收到信号后，将空气压力调至0.03MP左右，给电弧加热器提供等离子电弧介质，冷却水***接收到信号后，将冷却水温度调至30℃以下冷却电弧加热器；
S302：PLC控制***发出信号给直流装置，直流装置将电流调至200A,等离子燃烧器启动；
S303：PLC控制***发出的信号给等离子燃烧器，等离子燃烧器接收到信号后，将等离子燃烧器起弧功率设为启动功率，等离子燃烧器中的引弧器与电弧加热器的电极接触；
S304：等离子燃烧器中的引弧器后退，等离子燃烧器在上述等离子电弧介质的作用下出现电弧标志；
S305：燃烧器壁监视器监视到电弧标志后，开始判断等离子燃烧器外壁温度是否大于等离子燃烧器正常工作温度，若是，则执行步骤S306，若否，则以当前工作状态继续进行工作；
S306：燃烧器壁监视器发出信号给PLC控制***，PLC控制***接收到燃烧器壁监视器发出信号后，发出信号给一次风***，同时风速测量***对进风量及风速进行监测，一次风***对进风量进行调节降低等离子燃烧器外壁温度，直至等离子燃烧器外壁温度小于等离子燃烧器正常工作温度为止。
特别的，所述步骤S31具体包括以下步骤：
S311：PLC控制***发出信号给一次风***及给粉机，一次风***与给粉机接收到信号后开启，点火成功，风速测量***对风速进行实时检测，并将检测结果发送给PLC控制***，PLC控制***通过检测结果判断一次风***是否正常运作，若是，则一次风***继续保持开启状态，若否，则执行步骤S312；
S312：PLC控制***发出信号，手动开启二次风***，使给粉机煤粉在锅炉炉膛中燃烧充分，充分利用等离子电弧的能量，点火成功。
特别的，所述等离子燃烧器点火成功后，执行以下步骤：
S50：PLC控制***发出信号给图像火检***，图像火检***判断火焰是否达到垃圾焚烧要求，若是，则进入步骤S51，若否，则进入步骤S52；
S51：锅炉炉膛正常工作；
S52：PLC控制***发出信号给给粉机，给粉机关闭；
S53：给粉机关闭后，PLC控制***发出信号给一次风***，一次风***对等离子燃烧器吹扫3-5分钟，一次风***关闭；
S54：一次风***关闭后，PLC控制***发出信号给电源***及工作***关闭。
需要说明的是，本发明所述垃圾焚烧设备不仅适合于垃圾焚烧，同时适合于任何需要高温焚烧的物体，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有的这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种等离子体焚烧垃圾设备，其特征在于，包括：
电源***(1)；
与电源***(1)连接的电弧加热器(2)，所述电弧加热器(2)连接有为其提供等离子电弧介质的压缩空气***(21)；
与电弧加热器(2)的输出端连接的工作***(3)；
以及PLC控制***(4)，其用于控制电源***(1)、电弧加热器(2)以及工作***(3)；
所述电源***包括：直流装置(14)以及电抗器(16)，所述直流装置(14)的输出端分别与电弧加热器(2)的正负极连接，所述电抗器(16)连接在直流装置(14)的一个输出端与电弧加热器(2)的正极之间；
所述工作***(3)包括：锅炉炉膛(60)、一次风***(40)、等离子燃烧器(30)；
所述锅炉炉膛(60)内设有图像火检***(61)以及给粉机(62)，所述一次风***(40)及给粉机(62)分别与等离子燃烧器(30)连接，所述等离子燃烧器(30)与电弧加热器(2)连接，所述图像火检***(61)、给粉机(62)、一次风***(40)分别与PLC控制***(4)连接；
所述一次风***(40)中设有风速测量***(41)，所述等离子燃烧器(30)外壁设有燃烧器壁监视器(31)，所述风速测量***(41)、燃烧器壁监视器(31)分别与PLC控制***(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体焚烧垃圾设备，其特征在于，还包括：用于冷却电弧加热器(2)的冷却水***(22)。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体焚烧垃圾设备，其特征在于，所述电源***(1)还包括三相变压器(11)、熔断器(12)、第一压敏电阻(131)、第二压敏电阻(132)、第三压敏电阻(133)；
所述熔断器(12)的三个输入端分别与三相变压器(11)的输出端连接，所述第一压敏电阻(131)连接于熔断器(12)的一相与二相之间，所述第二压敏电阻(132)连接于熔断器(12)的一相与三相之间，所述第三压敏电阻(133)连接于熔断器(12)的二相与三相之间，所述熔断器(12)一相、二相、三相的输出端与直流装置(14)的输入端连接。
4.根据权利要求1或3所述的一种等离子体焚烧垃圾设备，其特征在于，所述电源***(1)还包括第四压敏电阻(17)，所述第四压敏电阻(17)的两端与电抗器(16)的两端并联。
5.根据权利要求2所述的一种等离子体焚烧垃圾设备，其特征在于，所述等离子燃烧器(30)连接有二次风***(50)。
6.根据权利要求1所述的一种等离子体焚烧垃圾设备，其特征在于，所述电抗器(16)采用直流平波电抗器。
7.一种等离子体焚烧垃圾方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：电源***开始供电，经直流装置及电抗器输出稳定的电流与电压；
S20：电弧加热器内部判断电源***所提供电流、电压是否达到起弧条件，若是，则进入步骤S30，若否，则进入步骤S40；
S30：PLC控制***接收到电弧加热器发出的信号后，发出信号给压缩空气***，压缩空气***接收到信号后给电弧加热器提供等离子电弧介质，等离子燃烧器中的引弧器与电弧加热器电极接触，出现电弧标志；
S31：一次风***、给粉机接收到PLC控制***发出信号后开启，点火成功；
S32：锅炉炉膛开始工作；
S40：启弧失败，PLC控制***发出信号给电源***，电源***关闭。
8.根据权利要求7所述的一种等离子体焚烧垃圾方法，其特征在于，所述步骤S30具体包括以下步骤：
S301：电弧加热器发出信号给PLC控制***，PLC控制***接收到信号后，发出信号给压缩空气***及冷却水***，压缩空气***开始工作，给电弧加热器提供等离子电弧介质，同时及冷却水***开始工作，冷却电弧加热器；
S302：PLC控制***发出信号给直流装置，直流装置将电流调节至电弧启动状态；
S303：PLC控制***发出的信号给等离子燃烧器，等离子燃烧器接收到信号后，等离子燃烧器中的引弧器与电弧加热器的电极接触；
S304：等离子燃烧器中的引弧器后退，等离子燃烧器在上述等离子电弧介质的作用下出现电弧标志；
S305：燃烧器壁监视器判断等离子燃烧器外壁温度是否大于等离子燃烧器正常工作温度，若是，则执行步骤S306，若否，则以当前工作状态继续进行工作；
S306：PLC控制***接收到燃烧器壁监视器发出信号后，发出信号调整一次风***的进风量，同时风速测量***对进风量及风速进行监测，直至等离子燃烧器外壁温度小于等离子燃烧器正常工作温度为止。
9.根据权利要求7所述的一种等离子体焚烧垃圾方法，其特征在于，所述步骤S31具体包括以下步骤：
S311：PLC控制***发出信号给一次风***及给粉机，一次风***与给粉机接收到信号后开启，点火成功，PLC控制***实时监测一次风***是否正常运作，若是，则一次风***继续保持开启状态，若否，则执行步骤S312；
S312：PLC控制***发出信号，手动开启二次风***，点火成功。
10.根据权利要求7或9所述的一种等离子体焚烧垃圾方法，其特征在于，所述等离子燃烧器点火成功后，执行以下步骤：
S50：PLC控制***发出信号给图像火检***，图像火检***判断火焰是否达到垃圾焚烧要求，若是，则进入步骤S51，若否，则进入步骤S52；
S51：锅炉炉膛正常工作；
S52：PLC控制***发出信号给给粉机，给粉机关闭；
S53：给粉机关闭后，PLC控制***发出信号给一次风***，一次风***对等离子燃烧器吹扫3-5分钟，一次风***关闭；
S54：一次风***关闭后，PLC控制***发出信号给电源***电源***及工作***关闭。
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