用於同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解爐的製作方法
2023-05-28 12:04:01 3
專利名稱：用於同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種等離子體裂解的等離子體爐，特別是涉及一種用於同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解爐。
背景技術：
有機廢棄物不僅本身的成分極其有害，而且還可能包含有各種其它的有毒有害成分。如醫療廢物攜帶的細菌病毒有極強的傳染性，化學廢物包含多環芳烴、多氯聯苯等有毒有害的有機物，因而必須進行有效的處理處置。當前，醫療廢物和其他有機廢棄物的處理已成為一個重要的環保議題，社會各界十分關注無害化的處理方法。採用焚燒方法可以徹底消滅病原體，但容易釋放有害氣體，產生二次汙染，例如可能會產生多氯代二苯並二噁英與多氯代二苯並呋喃(PCDDs與PCDFs，簡稱二噁英類)等有害物質，成為新的汙染源。
使用等離子體技術裂解處理危險廢物，可以克服傳統填埋、焚燒法的缺點，其具有高效、環保的優點。目前國內外已有一些專利，公開了採用直流等離子體技術，並依靠電能來裂解有機廢棄物。
美國星科(Startech)環境公司發展的直流等離子體專利技術，可以處理包括化學武器在內的多種廢物，但技術複雜，設備成本昂貴。
卡爾特(美國專利5280757)用電弧等離子體氣化城市固體廢物；巴頓(美國專利4644877)和貝爾(美國專利4431612)用電弧等離子體破壞多氯聯苯(PCBs)等，但這些方法均需更換電極，使得成本較高。
德國格裡馬(中國專利89105527.4)專利公開了採用水蒸汽等離子體氣氛和直流等離子體技術，澳大利亞聯邦科學和工業研究組織(中國專利93103682.8)採用惰性氣體等離子體氣氛和直流等離子體技術，但反應僅在陶瓷管內進行，反應空間小，給工業化帶來困難。
浙江巨聖氟化學有限公司(中國專利00128708.7)採用直流等離子體處理有機滷化物，但此法不適合處理醫療廢物。
王忠義、黃少青(中國專利01206033.X)採用直流等離子體處理醫療廢物，但是存在過量空氣過多，尾氣量過大，NOx排放量大的缺點。
綜上所述，上述已有的等離子體裂解技術存在許多缺點，如技術複雜，使得成本較高，設備昂貴，給工業化帶來困難，特別是常見的廢物根據等離子體裂解處理方法的差異，可以分為如下兩類，分別適合還原氣氛和氧化氣氛進行裂解1)第一類化學武器的毒劑、多氯聯苯、農藥、一般有毒化學品等，毒性較高，但一般為氣體、液體或顆粒狀固體，可以採用小型進料口，進料容易，不會挾帶大量空氣，密封容易。此類廢物採用還原氣氛工作氣體的優點尾氣量很少，處理較易；可以造渣材料形成玻璃體，固定重金屬等；可以採用熱電極，如石墨電極、鎢合金電極；可以採用交流或直流電源，可以採用等離子體電弧。
2)第二類醫療廢物等有一定熱值的廢物，毒性較低、包裝體積較大、密度低、重金屬等有害物含量少，汙染物主要為病原體，沒有玻璃化殘渣的要求；包裝物內含大量空氣，不能排出而被帶入爐內，如果排出包裝，還需要熱處理消毒；進料口必須很大，等離子體爐的系統密封較困難，因而難於採用還原氣體氫氣作為工作氣體，適合採用空氣等離子體或者採用氧等離子體工作氣體進行裂解處理，此時，還可以利用部分廢物內的能量(熱值)，減少電力消耗，尾氣量也較少。因此不適合採用熱電極，可以採用水冷金屬電極，一般採用直流電源。
上述兩類不同類型的廢物不適合在同一臺等離子體反應器內採用同一種工作氣氛處理。如果簡單的採用兩臺或多臺等離子體爐處理，則設備投資和運行費用均會過高；如果採用同一臺等離子體爐處理不同類型的廢物，不能對所有廢物都達到合理的處理，造成處理電耗大、尾氣處理量大等缺點。
如果根據不同類型的廢物的特點及數量，設計一種同時處理多種有機廢物的等離子體多級裂解裝置，就可以克服上述缺點。本實用新型就是克服上述缺點，將採用還原氣氛和氧化氣氛的等離子體爐組合，根據其特點設計出多級式等離子體裂解工藝，可採取等離子體爐串聯與並聯的工藝路線，一般採用兩級裂解爐串聯布置比較優越。
發明內容
本實用新型的目的在於克服已有等離子體裂解爐存在的成本較高、電能消耗高以及不能同時處理多種不同類型廢物的缺點；從而提供一種採用兩級等離子體裂解爐串聯，或者並聯的方式組成一體化爐體，各級採用不同的工作氣體與工作氣氛，實現同時裂解處理不同類型的危險廢物的多級裂解爐。
本實用新型的目的是通過如下的技術方案實現的本實用新型提供的一種同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解裝置，包括一等離子體電弧爐(一級裂解爐)，和一等離子體炬爐(二級裂解爐)；所述的等離子體弧爐與等離子體炬爐兩個爐膛連在一起公用一面爐膛壁，等離子體弧爐和等離子體炬爐做成一體爐；所述的等離子體弧爐上有一個可開關的排氣口6，排氣口6連接一級裂解爐排氣的淨化裝置的入口，淨化裝置的出口連接二級裂解爐的進氣口11；公用的爐壁面上開一通道13，既是等離子體電弧爐排氣口，同時是等離子體炬爐的一個進氣口；通道13內設有擋板開關，當採用通道13排氣的時候，排氣口6關閉；當使用排氣口6排氣，則關閉通道13內的擋板開關，形成兩級裂解爐的串聯式布置。
本實用新型提供的一種同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解裝置，包括一等離子體電弧爐(一級裂解爐)，還包括一等離子體炬爐(二級裂解爐)，所述的等離子體弧爐的排氣口6通過管道與所述的等離子體炬爐的排氣口12相連，形成兩級裂解爐的並聯式布置。
所述的等離子體炬爐包括一爐膛，其內側設有耐火材料爐襯、隔熱保溫層及冷卻水套，該爐膛壁上設有進料口7和至少一個等離子體炬8，多個等離子體炬交錯布置；爐膛壁底部設有出渣口9，水封10，爐膛壁頂部設有排氣口12，爐底或爐壁上還至少設有一個進氣口11，進氣口通過帶有控制閥的管道與氣源連通。
所述的等離子體電弧爐工作氣體採用氫氣或其它非氧化氣體，採用交流或直流電源，電極可以是石墨或高溫金屬製成的熱電極。
所述的等離子體炬爐的工作氣體採用空氣或氧氣，並補充氧化性氣體；採用直流電源，電極可以是水冷金屬電極。
所述的一體化爐體的優選方式為串聯方式。
本實用新型所述的等離子體爐能連續24小時持續運行或間斷運行，可根據要求自行選擇。所述的等離子體電弧爐適合裂解毒性較大、體積較小的廢物，等離子體炬爐適合裂解熱值較高、毒性較小、體積較大的有機廢棄物，如醫療廢物、生活廢物等，包括固態、半固態、液態或氣態的各種廢物。
本實用新型的工藝和等離子體爐與已有技術相比，其優點在於1、一般採用兩級裂解爐串聯布置一級等離子體裂解爐採用還原性工作氣體，產生的尾氣是可燃性氣體，進入二級裂解爐，為二級裂解爐提供輔助能源。二級裂解爐採用氧化性工作氣體，可以節約電能消耗；如果採用並聯布置，則以及裂解爐和二級裂解爐可以採用一套尾氣處理設備；本實用新型提供的二級裂解爐的底部設置至少一個進氣口，因此可以通過增加氣體供應量來提高裂解溫度，達到節約能源和時間的優點；兩級裂解爐可以按照一體化設計，形成組合型爐體；2、全套工藝包括一級裂解爐前處理進料和等離子體裂解，二級裂解爐前處理進料和等離子體裂解，後處理及燃燒排放等。串聯布置的一級裂解爐的尾氣可以經過洗滌中和酸性氣體進入二級裂解爐作為輔助燃料；二級裂解爐排出的可燃性氣體經後處理，送到燃燒器燃燒或發電機發電；3、可以同時處理數量不多的高危險性廢物和數量大、體積大、密度低的醫療和生化類有機廢物，設備與工藝流程比較簡單，投資低，電耗低；4、本方法充分利用有機廢棄物自身的熱值，在受控制的氧化氣氛下釋放熱能增強裂解，電能消耗大約為一般等離子體裂解技術的三分之一到四分之一，處理醫療廢棄物等有機廢棄物的電耗約0.2～0.3kW/kg，具有投資省、運行成本低的特點；如果利用可燃氣發電，發電量可高於自身用電量；5、經本方法處理後的有機廢棄物的容積可大幅度減少，最高可達99％，有機物可分解為碳、氫等單質結構，低氣化點金屬的蒸氣凝聚後進行收集，矽酸鹽變成無害玻璃體結構；尾氣產生量僅為傳統焚燒法的10～15％左右，而且不產生二噁英類等有害物質，符合環保的要求；本方法使尾氣溫度降至450℃後急驟冷卻，可以保證在尾氣降溫過程中不會合成多氯代二苯並二噁英與多氯代二苯並呋喃，即二噁英類化合物；6、本方法適用範圍廣，適用於包括城市固體廢物、醫療廢物在內的多種有機廢棄物的處理，而且適用於固態、半固態、液態或氣態的有機廢棄物；特別是與已有技術相比該方法簡單，可以不需要先粉碎固態有機廢棄物，直接進行氣化、裂解。
圖1為本實用新型二級裂解一體化爐體結構其中圖1a為主視剖面圖(等離子體弧和等離子體炬的電源均未表示在圖內)
圖1b為左視剖面圖圖1c為俯視剖面圖圖面說明爐體(一體化爐體)1； 進料設備(一級裂解爐用)2；一級裂解爐電極3； 熔渣(一級裂解爐)4；出渣口(一級裂解爐)5； 排氣口(一級裂解爐用)6；進料(二級裂解爐)7； 等離子體炬(二級裂解爐)8；出渣口(二級裂解爐)9； 水封(二級裂解爐)10；進氣口(二級裂解爐)11；排氣口(二級裂解爐)12；通道13；圖2為採用本實用新型二級裂解串聯布置的裂解工藝流程圖具體實施方式
下面參照附圖1和附圖2和實施例，對本實用新型的一體化等離子體多級裂解爐作進一步詳細描述。
所述的一級裂解等離子體電弧爐為矩形截面，爐體1的爐膛壁內側設有石墨耐火材料及隔熱保溫層和冷卻水套，爐體上有進料口2，出渣口5和排氣口6，熔渣4在爐底部；在爐體的上部設有兩個與電源接通的電極3，電極3與直流電源聯接，電極端部間放電形成等離子體，不依賴爐料的導電特性。直流電源的變壓器為帶飽和電抗器的磁性調壓器，採用矽整流方式，工作電壓250V，功率50kW。本實施例的電極3使用石墨熱電極，採用氫氣作為等離子體發生器工作氣。
所述的二級裂解等離子炬爐為矩形截面爐膛，爐體1的爐膛壁內側設有氧化鋁耐火材料爐襯、隔熱保溫層和冷卻水套，爐膛壁上設有進料口7和2個等離子體炬8交錯布置，以促進爐內氣體流動，使爐內溫度分布均勻。爐體底部設有出渣口9，爐膛壁頂部設有排氣口12，還設有10個進氣口11，進氣口11垂直安裝在等離子體爐的矩形截面爐膛的底面，進氣口11通過帶有控制閥的管道與空氣壓縮機和一級裂解爐尾氣淨化裝置的出口連通。
上述等離子體弧爐和等離子體炬爐的兩個爐膛聯成一體，兩個爐膛相連處共用一個爐壁；所述的等離子體弧爐的排氣口6通過管道與一級裂解爐尾氣淨化裝置的進口相連，該尾氣淨化裝置的出口與所述的等離子體炬爐的進氣口11相連，形成兩級裂解爐的串聯，此時關閉通道13。
所述的等離子體炬為直流等離子體炬；等離子體炬的電極是水冷金屬電極，由無氧銅或其他金屬製成。所述的等離子體爐採用直流電源，電源採用飽和電抗器造成陡降的特性；為減小電極的燒蝕，採用高電壓小電流狀態工作，工作電壓400V，電流100A，每臺功率40kW。
實施例採用串聯式處理固體危險廢物的方法，按以下步驟進行(1)首先將待處理的含氟及多氯聯苯殘渣的有毒有害固體廢物進行粉碎處理，然後通過螺旋輸料系統連續輸送到本實施例1的等離子體電弧爐內，它在運行時產生的是等離子體電弧，每小時可以處理20kg；裂解處理溫度為1800～2000K；通過在爐內添加二氧化矽30份，碳酸鈣、碳酸鈉混合物40份，四氧化三鐵和金屬鐵片20份，生成玻璃體，均以重量份計，總量為每小時添加5kg；(2)從一級裂解爐產生的尾氣由氣體排放口進入尾氣淨化系統，經過常規尾氣急冷降溫，氟化氫、氯化氫脫除，碳黑等顆粒物分離，得到可燃氣，可燃氣體進入二級裂解等離子體炬爐；這裡的可燃氣一般包含下列氣體的一種或幾種氫、一氧化碳、甲烷；(3)同時將含有塑料、棉紗的醫療垃圾和廢塑料混合物通過鬥式加料機加入二級等離子體裂解爐，間歇加料方式可以採用的時間間隔根據爐內溫度變化，在50～150秒鐘之間變動，相當於準連續工作；醫療廢物和廢塑料的添加量為41重量份；該等離子體爐的空氣流量每小時40立方標米。補充氣體為空氣和水蒸汽，空氣流量每小時60立方標米，水蒸汽每小時10kg，每小時可以處理120kg醫療廢物和廢塑料的混合物，爐膛溫度控制在1300～1500K範圍內；(4)二級裂解爐排出的可燃氣經熱交換器降溫到500℃後，噴水急冷後進入尾氣處理系統，噴射氧化鈣粉末漿，去除氟化氫和氯化氫，然後進入燃燒器燃燒加熱熱水鍋爐，可燃氣體淨化後也可以送到氣體燃料內燃發電機組燃燒發電。
應用本發明的一體化裂解爐，如果一級裂解爐處理的廢物含氟、氯等形成酸性氣體的成分極少，因此可以在工藝流程中省略一級裂解爐尾氣的淨化措施(圖2中用虛線標誌的部分)，不設一級裂解爐排氣口6，一級裂解爐的排氣直接通過通道13進入二級裂解爐，成為本實用新型發明的一體化等離子體裂解爐的另一種裂解爐串聯布置的應用方式。
應用本發明的一體化裂解爐，但一級裂解爐排氣口6不連接一級排氣淨化裝置，而是直接通過管道與二級排氣口12連接，因此可以省略一級裂解爐尾氣的淨化裝置，此時不設通道13，成為本實用新型發明的一體化等離子體裂解爐的裂解爐並聯布置的應用方式。
權利要求1.一種用於同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解爐，包括一等離子體電弧爐和一等離子體炬爐；其特徵在於，所述的等離子體弧爐與等離子體炬爐兩個爐膛連在一起公用一面爐膛壁，等離子體弧爐和等離子體炬爐做成一體爐；所述的等離子體弧爐上有一個可開關的排氣口，排氣口連接一級裂解爐排氣的淨化裝置的入口，淨化裝置的出口連接二級裂解爐的進氣口；公用的爐壁面上開一通道，既是等離子體電弧爐排氣口，同時是等離子體炬爐的一個進氣通道；通道內設有擋板開關，檔採用通道排氣的時候，排氣口關閉；當使用排氣口排氣，則關閉通道內的擋板開關，形成裂解爐的串聯式布置。
2.一種用於同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解爐，包括一等離子體電弧爐和一等離子體炬爐；其特徵在於，所述的等離子體弧爐的排氣口通過管道與所述的等離子體炬爐的排氣口相連，形成兩級裂解爐的並聯式布置。
3.按權利要求1或2所述的用於同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解爐，其特徵在於，所述的等離子體炬爐包括一爐膛，其內側設有耐火材料爐襯、隔熱保溫層及冷卻水套，該爐膛壁上設有進料口和至少一個等離子體炬，多個等離子體炬交錯布置；爐膛壁底部設有出渣口，爐膛壁頂部設有排氣口，爐底或爐壁上還至少設有一個進氣口，進氣口通過帶有控制閥的管道與氣源連通。
4.按權利要求1或2所述的用於同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解爐，其特徵在於，所述的等離子體爐採用直流電源，電源採用造成陡降特性的飽和電抗器。
5.按權利要求1或2所述的用於同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解爐。其特徵在於，所述的等離子體炬為直流等離子體炬；等離子體炬的電極是水冷金屬電極，由無氧銅或其他金屬製成。
6.按權利要求1或2所述的用於同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解爐，其特徵在於，所述的等離子體電弧爐的電極是石墨或高溫金屬製成的熱電極。
專利摘要本實用新型涉及用於同時處理多種有機廢物的一體化等離子體多級裂解爐，包括一級等離子體電弧爐和二級等離子體炬爐；兩個爐膛連在一起公用一面爐膛壁做成一體爐；一級裂解爐上有一個可開關的排氣口，排氣口連接一級裂解爐排氣的淨化裝置的入口，淨化裝置的出口連接二級裂解爐的進氣口；公用的爐壁面上開一通道，既是一級裂解爐排氣口，同時是等離子體炬爐的一個進氣通道；通道內設有擋板開關，一級爐採用通道排氣時排氣口關閉或反之，形成裂解爐的串聯；或一級爐的排氣口通過管道與二級裂解爐的排氣口相連，形成裂解爐的並聯。本實用新型的二級裂解爐的底部設置至少一個進氣口，通過增加氣體供應量來提高裂解溫度，達到節約能源和時間的優點。
文檔編號F23G5/08GK2660329SQ20032012219
公開日2004年12月1日 申請日期2003年11月28日 優先權日2003年11月28日
發明者盛宏至, 魏小林 申請人:中國科學院力學研究所