CN104711032A - 一种高温等离子垃圾气化裂解炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温等离子垃圾气化裂解炉，包括炉本体、设在炉本体一侧的给料***、设在炉本体底端的落料***以及设在炉本体一侧的出气口；所述炉本体下端设有一组等离子发生器，设在离子发生器上端并与炉本体中心垂直线呈一定夹角的一组旋转喷嘴，在炉本体外侧分别设有一组温度热电偶。本发明采用高温等离子体能发出大于5500℃的电弧温度，利用等离子发生器高热密度及高温电弧加热气化裂解炉到1500℃以上，甚至更高温度将垃圾气化裂解产生合成气，提供热能、产生蒸汽、发电，也可炼制多种燃油和可燃气体，适应于任何固体废弃垃圾，不会产生二次污染，排出的玻璃灰渣无二噁英、重金属等有毒物质。
Description
技术领域
本发明属于垃圾处理设备，具体涉及一种高温等离子垃圾气化裂解炉。
背景技术
我国人口13亿多，垃圾产量52万吨/天，人均产量1.02公斤/天，各大中小城市都不同程度地出现垃圾围城现象。目前处理城市垃圾仍然是以卫生填埋为主，堆肥与焚烧为辅，填埋和堆肥需要占用大量土地及空间，同时污染当地环境及地下水，被公认为是垃圾处理的最后的选择。而垃圾焚烧能一定程度上实现减量化和无害化的处理，则由于其潜在的二次污染（如会产生二恶英、重金属）而遭到公众的质疑。
美国西屋公司早在20世纪60年代就开始为美国航天局建造等离子炬，用于阿波罗太空计划中的航空飞船的外壳材料在5500℃下的测试。在90年代末，第一个中试规模的等离子气化项目在日本建成，主要用于将生活垃圾、污水污泥，以及废旧汽车粉碎后的残留物转化成新能源。
近些年来，一些公司（如AlterNRG公司）在中国上海、武汉、贵州等地积极推进建设商业化规模的等离子体垃圾处理项目，上海、武汉垃圾处理项目已处于调试建设中。
80年代后期我国引进国外技术进行了一些等离子研究试验。随着不断的发展及改进，目前国内等离子点火装置基本上都是利用直流电流在空气介质气压0.005～0.02MPa的条件下接触引弧，在强磁场控制下获得350kW以下的直流空气等离子体，等离子体随着功率的不同，电弧后形成的中心温度也各有不同，350kW功率可产生T＞5500℃的局部中心高温区，温度梯度由内向外逐步减弱，电弧长度最长达400mm，主要应用在电站锅炉煤粉点火上，通过商家不断改进优化等离子体煤粉点火在技术上、性能上基本达到成熟状态。但应用于垃圾气化裂化炉及其工艺上国内暂无。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用等离子发生器高热密度及高温电弧将垃圾气化裂解产生合成气，提供热能、蒸汽发电等，炼制多种可燃油和气体，排出的灰渣形成一种玻璃状产物的垃圾气化裂解炉。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的其包括控制柜、炉本体、设在炉本体一侧的给料***，设在炉本体底端的落料***以及设在炉本体一侧的出气口；所述炉本体下端设有一组等离子发生器，设在离子发生器上端并与炉本体中心垂直线呈一定夹角的一组旋转喷嘴（3），在炉本体外侧分别设有一组温度热电偶及氧量检测器（19），所述控制柜分别与温度热电偶、氧量检测器、等离子发生器、落料***以及旋转喷嘴连通，控制柜通过内部程序控制旋转喷嘴和等离子发生器。所述控制柜的内部程序为：
1）当控制柜接受到温度热电偶III的最低温度检测为≤1500℃，开启所有的等离子发生器，当温度为1600℃，停运一个等离子发生器，当温度为1650℃，停运两个等离子发生器，每隔50℃停掉一个等离子发生器，依次类推；
2）控制柜根据炉内垃圾燃烧种类设定炉内氧含量阙值，当炉内氧含量高于此阙值时，减少旋喷嘴数量或者降低旋风喷嘴输入端压力；
3）控制柜设定落渣阀落料承重阙值，启动落渣阀I时，废渣就落到落渣阀II上，此时落渣阀II处于关闭状态，当落渣阀II达到设定承重阙值时，落渣阀I关闭后再启动落渣阀II，废渣落出，不落渣两道阀门处关闭状态。
进一步地，所述等离子发生器可安装2个或多个，安装2个时形成对称结构，多个安装时形成均布对心喷射结构，安装角度向上倾斜，等离子电弧火苗可基于接近。由于气化炉内温度分布不同，有机垃圾进入气化炉在落料管附件气化，较难气化的垃圾在下落过程中随着温升气化，对应更难气化的垃圾如铁屑、玻璃等，落入到高温区在缺氧的情况下气化裂解，直到最后烧毁熔溶。
进一步地，所述旋风喷嘴可安装4个、6个或更多，形成均布形式一组，安装时不正对炉体中心，与炉体中心成一定的夹角，同时向上有所倾斜。空气风进入炉膛形成一组向上倾斜并绕中心旋转的旋流风。一是给垃圾气化过程中补氧，气化裂解产生CO和H2，二是让落下的垃圾形成旋流状态，轻质垃圾形成悬浮状，降低垃圾下降速度。
进一步地，所述给料***包括垃圾料仓、与垃圾料仓相连的下料管、设在垃圾料仓与下料管之间的给料机、盲板法兰设在下料管端部，下料管且有一定的斜度。经粉碎干燥过的垃圾由给料机控制给料，垃圾落到下料管后经斜坡落入到炉内。盲板法兰起密封作用，停炉时拆开盲法兰可清洗检修通道道。
进一步地，所述防爆门的盲板用薄铝板制作，以免气化炉升压突然无处释放起到泄压安全作用，防爆门在停炉时可以打开，可做人孔用，方便气化炉检修。
进一步地，所述温度热电偶I、温度热电偶II、温度热电偶II分别用来检测炉内各段温度，控制炉内温度，根据设定温度要求可增加或减少等离子投入工作的数量。进一步地，所述落料***包括落渣口、以及分别设在落渣口的落渣阀I和落渣阀II，需要排渣时，两道落渣门交替开启，落渣过程中始终有一门处关闭状态保持密封。
进一步地，所述炉本体外侧分别设有一温度表和压力表。
进一步地，所述炉本体上设有一炉体支撑脚。
进一步地，所述炉本体内外侧涂有一层耐火材料。
本发明中，高温等离子对垃圾进行气化裂解，从垃圾中提取可回收的物品和转换简单碳基和氢气的合成气，也可以直接参与燃烧或用于提炼成更高等级的燃料和化学品。气化裂化炉排出的合成气经过冷却可接收储存起来，可直接参与热风炉、蒸汽锅炉燃烧提供热风、产生蒸汽或发电等，也可用来提炼可燃气体、乙醇、丙醇、柴油、重油等化学品，从落渣门排出的灰渣冷却后是一种玻璃状物质，由于其紧密的结构，非常适合作为建筑材料和防火材料使用。利用等离子气化技术将城市固体废弃物转化为能源是一项新技术，具有很大的潜力。
有益效果：本发明相对于现有技术而言具有以下优点：
本发明采用高温等离子体能发出大于5500℃的电弧温度，利用等离子发生器高热密度及高温电弧加热气化裂解炉到1500℃以上，甚至更高温度将垃圾气化裂解产生合成气，提供热能，炼制多种燃油和可燃气体，适应于任何固体废弃垃圾，如废塑料、废轮胎橡胶、废金属件、碎玻璃、医疗废弃物等危险品的处理，所排出的灰渣形成一种玻璃状产物，实现真正的垃圾无害化处理，无二噁英、重金属等有毒物质产生。所有垃圾气化裂解产生的合成气从出气口排出，经过冷却可接收储存起来，可直接参与热风炉、蒸汽锅炉燃烧提供热风、产生蒸汽或发电等，也可用来提炼可燃气体、乙醇、丙醇、柴油、重油等化学品。从落渣门排出的灰渣冷却后是一种玻璃状物质，通过其它工艺可分离出贵重金属材料，其灰渣由于其紧密组织结构，非常适合作为建筑材料使用。本发明对在环保能源等方面具有重大经济社会价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中的150KW等离子电弧尺寸温度图。
图3是本发明中气化炉温度控制简图。
图4是本发明中落渣阀控制逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种高温等离子垃圾气化裂解炉，包括控制柜、炉本体2、设在炉本体2一侧的给料***、设在炉本体底端的落料***以及设在炉本体一侧的出气口7；所述炉本体下端设有一组等离子发生器4，设在离子发生器4上端并与炉本体中心垂直线呈一定夹角的一组旋转喷嘴3，在炉本体外侧分别设有一组温度热电偶及氧量检测仪19。所述控制柜分别与温度热电偶、氧量检测器19、等离子发生器4、落料***以及旋转喷嘴3连通，控制柜通过内部程序控制旋转喷嘴3和等离子发生器4。
给料***的部件垃圾料仓1、下料管5、给料机6、盲板法兰18连接为一个整体，垃圾料仓1高于气化裂解炉，给料机6连接垃圾料仓1和下料管5，下料管5倾斜连接在炉本体2上部，上所述的连接采用钢板、管道焊接方式，盲板法兰18连接在下料管5左端面，连接方式采用盲法兰中间加密封垫连接方式，下料管5材料采用耐热不锈钢制作。
等离子发生器4安装在炉本体下部，安装两个时形成对称结构，安装多个时形成均布对心喷射结构，安装角度向上倾斜，等离子电弧火苗可基于接近。
旋风喷嘴3安装在炉本体下部略高于离子发生器4，其数量根据等离子发生器4数量及功率可安装4个、6个或更多，形成均布状态一组。安装时不正对炉本体（2）中心，与炉本体2中心成一定的夹角，同时向上有所倾斜。
落料***由落渣阀I9、落渣阀II17、落渣口10组成，连接于炉本体2的最底部。出气口7连接在炉本体2右端最上部。如图4所示，当启动落渣阀I时，废渣就落到落渣阀II上，此时落渣阀II处于关闭状态，需要把废渣排出时，落渣阀I关闭后再启动落渣阀II，废渣落出。不落渣两道阀门处关闭状态。
防爆门8安装在炉本体2的顶部最高处，类似盲板法兰结构，***板用薄铝板制作，以免气化炉升压突然无处释放起到泄压安全作用。
温度表12、压力表13安装于炉本体2的顶部，检测显示炉内温度和压力。
温度热电偶I14安装于炉本体2的上部，温度热电偶II15安装于炉本体2的中部，温度热电偶III16安装于炉本体2的下部靠近等离子体处，分别检测炉气化裂解部各层次温度。如图3所示，因要保证炉内下段最低气化温度≥1500℃，才能把所有垃圾气化，炉内温度的控制因而用温度热电偶III来控制，当温度低时≤1500℃,，所有等离子投入运行加热气化炉待温度达到1500℃要求后投入垃圾气化，当温度≥1600℃，停运1号等离子，如温度继续上升≥1650℃时，停运2号等离子，当温度≥1700℃时，停运3号等离子（该处以4台等离子为例说明）。根据处理垃圾量，来选择和设定需要投入的等离子数量。
氧量检测仪19用来检测炉内含氧量，因炉内氧量不能富裕只能缺氧状态，确保垃圾不被燃烧而只发生气化。比如说控制含氧系数0.8，可通过氧量检测仪来检测监控，如氧量偏高，可控制旋风喷嘴3投入数量或降低旋风喷嘴输入端压力等。这些控制功能在旋风喷嘴上游加上电磁阀和调压阀等就能轻易做到。此处不详细说明。
炉体支撑脚20与炉本体2焊接起支撑作用。
如图2所示，150KW等离子电弧尺寸温度图，等离子体随着功率的不同，电弧后形成的中心温度也各有不同，350kW功率可产生T＞5500℃的局部中心高温区，温度梯度由内向外逐步减弱，电弧长度最长达400mm，在温度2000℃附件电弧直径最大。
本发明采用高温等离子体能发出大于5500℃的电弧温度，利用等离子发生器高热密度及高温电弧加热气化裂解炉到1500℃以上，甚至更高温度将垃圾气化裂解产生合成气，提供热能，炼制多种燃油和可燃气体，适应于任何固体废弃垃圾，如废塑料、废轮胎橡胶、废金属件、碎玻璃、医疗废弃物等危险品的处理，所排出的灰渣形成一种玻璃状产物，实现真正的垃圾无害化处理。
所有垃圾气化裂解产生的合成气从出气口排出，经过冷却可接收储存起来，可直接参与热风炉、蒸汽锅炉燃烧提供热风、产生蒸汽或发电等，也可用来提炼可燃气体、乙醇、丙醇、柴油、重油等化学品。
从落渣门排出的灰渣冷却后是一种玻璃状物质，通过其它工艺可分离出贵重金属材料，其灰渣由于其紧密组织结构，非常适合作为建筑材料和防火材料使用。实现真正的垃圾无害化处理，无二噁英、重金属等有毒物质产生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高温等离子垃圾气化裂解炉，其特征在于：其包括控制柜、炉本体（2）、设在炉本体一侧的给料***，设在炉本体底端的落料***以及设在炉本体一侧的出气口（7）；所述炉本体下端设有一组等离子发生器（4），设在离子发生器上端并与炉本体中心垂直线呈一定夹角的一组旋转喷嘴（3），在炉本体外侧分别设有一组温度热电偶及氧量检测器（19），所述控制柜分别与温度热电偶、氧量检测器（19）、等离子发生器（4）、落料***以及旋转喷嘴（3）连通，控制柜通过内部程序控制旋转喷嘴（3）和等离子发生器（4）。
2.根据权利要求1所述的高温等离子垃圾气化裂解炉，其特征在于：所述等离子发生器（4）安装2个、4个、6个或多个，安装2个时形成对称结构，多个安装时形成均布对心喷射结构，安装角度向上倾斜，等离子电弧火苗可基于接近。
3.根据权利要求1所述的高温等离子垃圾气化裂解炉，其特征在于：其特征在于所述温度热电偶分别包括温度热电偶I（14）、温度热电偶II（15）和温度热电偶III（16），所述温度热电偶I（14）和温度热电偶II（15）分别设在炉本体一侧的上下两端，温度热电偶III（16）设在旋转喷嘴（3）与等离子发生器之间；温度热电偶I（14）、温度热电偶II（15）、温度热电偶III（16）分别用来检测炉内各段温度，控制炉内温度及等离子发生器（4）的投入数。
4.根据权利要求1所述的高温等离子垃圾气化裂解炉，其特征在于：所述落料***包括落渣口（10）、以及分别设在落渣口（10）上的双组合落渣阀I(9)和落渣阀II(17)。
5.根据权利要求1、3或者5所述的高温等离子垃圾气化裂解炉，其特征在于：所述控制室的内部程序为：
1）当控制柜接受到温度热电偶III的最低温度检测为≤1500℃，开启所有的等离子发生器，当温度为1600℃，停运一个等离子发生器，当温度为1650℃，停运两个等离子发生器，依次类推；
2）控制柜根据炉内垃圾燃烧种类设定炉内氧含量阙值，当炉内氧含量高于此阙值时，减少旋喷嘴数量或者降低旋风喷嘴输入端压力；
3）控制柜设定落渣阀落料承重阙值，启动落渣阀I时，废渣就落到落渣阀II上，此时落渣阀II处于关闭状态，当落渣阀II达到设定承重阙值时，落渣阀I关闭后再启动落渣阀II，废渣落出，不落渣两道阀门处关闭状态。
6.根据权利要求1所述的高温等离子垃圾气化裂解炉，其特征在于：所述给料***包括垃圾料仓（1）、与垃圾料仓相连的下料管（5）、设在垃圾料仓与下料管之间的给料机（6）、盲板法兰（18）设在下料管端部，下料落（5）具有一定斜坡度。
7.根据权利要求1所述的高温等离子垃圾气化裂解炉，其特征在于：所述炉本体上方设有一用薄铝板制作的防爆门盲板（8），也可停炉时可以打开，可做人孔用。
8.根据权利要求1所述的高温等离子垃圾气化裂解炉，其特征在于：所述炉本体外侧分别设有一温度表（12）和压力表（13）。
9.根据权利要求1所述的高温等离子垃圾气化裂解炉，其特征在于：所述炉本体上设有一炉体支撑脚（20）。
10.根据权利要求1所述的高温等离子垃圾气化裂解炉，其特征在于：所述炉本体内外侧涂有一层耐火材料。
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