欠氧气化等离子固废处理系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及危废、固废的无害化处置技术领域，更具体地说，涉及一种欠氧气化等离子固废处理系统。


背景技术：

[0002]
随着社会与经济的发展，人民生活水平越来越高，我国每年的固体废弃物产量越来越高，种类越来越复杂，特别是石油化工行业的蓬勃发展，各类产品被应用于生活的各个领域，随之产生的固体废弃物也越来越多，固体废弃物的长期存在会严重污染土壤及水源，对环境造成不可逆的影响。
[0003]
近年来，污染问题频发，频频给人们敲响警钟。国家及相关部门也积极出台政策约束工业及生活固体废物的排放，并加大对不同领域固体废物的处理，使得固废处理行业发展迅速。无论是何种类型的固体废物进行焚烧处理，相关的标准对焚烧炉内部的温度、烟气停留时间、热灼减量等均有严格的要求。
[0004]
从固废处理行业分析了解到，目前固体废物的处理方法有许多种，其中最常见的有三种，分别是卫生填埋、焚烧和堆肥。卫生填埋的应用最广；焚烧则通常限定在沿海地区；堆肥的效果很好，但只有个别地区选择性地使用，局限性较大。
[0005]
各种固废焚烧烟气中的重金属主要有汞、镉、铅等及其化合物，在焚烧过程中，因高温气化形成氧化物、卤化物挥发进入烟气。重金属易在人体内蓄积、导致慢性中毒。
[0006]
由于危险固体废物无论是直接焚烧还是气化裂解后再焚烧，都会将固体中含有的氯元素、氟元素、硫元素等无机非金属物质转化为烟气中的相应的酸性气体，而且烟气中还含有烟尘、氮氧化物、重金属化合物等污染物质。该部分污染物直接排放会对当地的大气环境造成影响。
[0007]
有机物焚烧的产物是二氧化碳、水、氮氧化物、二氧化硫等气体；有机物气化的产物是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气。
[0008]
二噁英类为烟气中残留的有机物质，因其毒性大，对环境和人身健康的影响比较大，需要特别关注。二噁英的前驱物有各种氯代苯类物质，由于固体危险废物或生活垃圾中存在二噁英的前驱物和必要的催化剂，因此在合适的温度下，就会生成二噁英。二噁英的最佳生成温度为300～500℃。
[0009]
二噁英的分解一般是在850℃左右炉膛中停留时间达到2秒，或者是1000℃左右在炉膛里停留1秒。
[0010]
固废在进行焚烧工艺后会排出烟气，一般的焚烧炉，由于其炉膛温度均控制在850℃左右，不利于二噁英类物质的完全焚毁和分解，而未经完全分解开来的烟气中是含有二噁英的。
[0011]
为了降低固体废物处理过程中二噁英类物质的排放量，需要在焚烧炉的烟气流向的下游设置一个二燃室，用来控制烟气温度和增加烟气停留时间。
[0012]
重新合成反应和前驱物异相催化反应是固废焚烧中二噁英生成的最主要机理。大
量试验结果证明，重新合成二噁英的条件为有碳、有氧气、有氯源、过渡金属催化、具备特定的温度范围200-400℃。在重新合成反应中氧的存在是必须的，随着氧浓度的升高，固废燃烧中的二噁英生成浓度也随之升高。实验观察到在缺氧条件下，二噁英的生成浓度开始下降。


技术实现要素：

[0013]
本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种欠氧气化等离子固废处理系统，将气化、熔融、二燃室集成为一体，取消了常规焚烧炉后置二燃室的设置，使固废处理工艺更加简洁，处置流程得到优化，处置效率得以提高，能量回收率显著提升。
[0014]
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种欠氧气化等离子固废处理系统，包括皮带机、锁罐、旋转给料器、等离子气化熔融反应炉、余热回收锅炉、碱洗塔、湿式电除尘器、引风机和气柜；
[0015]
固体垃圾通过皮带机转入至锁罐，锁罐出口通过旋转给料器和等离子气化熔融反应炉上部相连，所述等离子气化熔融反应炉中部气体入口与氧蒸汽管线相连，所述等离子气化熔融反应炉底部液态熔渣通过排渣口和排渣溜槽连接，所述等离子气化熔融反应炉的上部气体出口与所述余热回收锅炉相连，所述气柜通过引风机和所述湿式电除尘器相连，等离子气化熔融反应炉中发生欠氧气化反应产生合成气，合成气通过余热回收锅炉回收热量，然后依次通过碱洗塔和湿式电除尘器完成气体净化后经引风机储存在气柜内。
[0016]
上述方案中，所述等离子气化熔融反应炉的下部均布有位于同一平面的多个等离子火炬，所述等离子火炬上方设置有多个均布的二次氧化风嘴，所述二次氧化风嘴上方设置有多个均布的三次氧化风嘴。
[0017]
上述方案中，所述湿式电除尘器入口设置有微量氧在线监测仪。
[0018]
上述方案中，所述引风机入口管路上设置有调节阀。
[0019]
上述方案中，所述锁罐上设置有氮气密封管。
[0020]
上述方案中，所述碱洗塔和湿式电除尘器都与污水循环池连接。
[0021]
本实用新型还提供了一种所述的欠氧气化等离子固废处理系统的固体废弃物处理方法，包括以下步骤：
[0022]
步骤1：固体废弃物通过皮带机将处理物料送入等离子气化熔融反应炉顶部的锁罐，锁罐通入氮气进行密封，固体废弃物均匀的进入等离子气化熔融反应炉；
[0023]
步骤2：固体废弃物进入等离子气化熔融反应炉后，固废中的有机物和氧蒸汽进行欠氧气化反应，等离子气化熔融反应炉内的氧含量控制低于0.5％，氧蒸汽通过等离子气化熔融反应炉中的二次氧化风嘴和三次氧化风嘴进入等离子气化熔融反应炉；
[0024]
步骤3：在等离子气化熔融反应炉底部熔融区周向均布的等离子火炬，产生高温等离子电弧，使等离子气化熔融反应炉底部熔融区维持在1300-1500℃，同时通过等离子电弧的高能效应，促进炉内固体废弃物加速热解气化；
[0025]
步骤4：固体废弃物的无机物进入等离子气化熔融反应炉底部熔融区，固体废弃物无机物及重金属在高温下熔化成液态熔渣；
[0026]
步骤5：固体废弃物中的有机物在等离子气化熔融反应炉内的欠氧气氛下，转化成合成气，等离子气化熔融反应炉的气体出口温度保持在1000℃以上；
[0027]
步骤6：合成气通过余热回收锅炉回收热量，然后依次通过碱洗塔和湿式电除尘器完成气体净化后经引风机储存在气柜内。
[0028]
本实用新型欠氧燃烧即气化具有更好的环保性，燃烧产生需处理的气量为常规燃烧需处理气量的1/10，气体中氮氧化物和硫化物等污染物产率远远低于焚烧工艺，具有高效节能的特性。
[0029]
等离子气化熔融反应炉中产生的等离子体，由等离子火炬采用380v交流电产生。等离子体温度可达4000℃～7000℃，射流速度超过200m/s。在高强度热源下，基本粒子的活动能量远大于任何分子间化学键的作用，物质的微观运动以原子热运动为主，原有物质被打碎为原子物质，以破坏有害成分或使其丧失活力，从而将复杂的物质转化为简单的无害物。
[0030]
实施本实用新型的欠氧气化等离子固废处理系统，具有以下有益效果：
[0031]
1、本实用新型通过改进的等离子气化熔融技术，可以将固废中的有机物转化为宝贵的合成气资源，大幅减少氮氧化物等污染物的排放量，回收废弃物中可用的能量，实现废物处置的减量化、资源化。
[0032]
2、本实用新型通过改进的等离子气化熔融技术，可以使固废中的有害物质转化成惰性的玻璃态物质，杜绝了重金属类污染物的排放，实现了废物处置的无害化。
[0033]
3、本实用新型通过高温欠氧燃烧，抑制了合成气中二噁英等有害物质的重新生成，促进了焦油等大分子有机物进一步裂解，冷煤气效率提高，气体排放指标达到国际先进水平。
[0034]
4、本实用新型通过对等离子气化熔融反应炉设计的改进，使等离子气化熔融反应炉出口温度和停留时间能够完全替代二燃室的功能，且等离子气化熔融反应炉内欠氧的环境进一步遏制了二噁英的生成，使得常规的二燃室已经不再成为固废处置的必须，工艺流程大大简化。
附图说明
[0035]
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
[0036]
图1是本实用新型欠氧气化等离子固废处理系统的示意图；
[0037]
图2是本实用新型欠氧气化等离子固废处理系统的方法流程示意图。
具体实施方式
[0038]
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
[0039]
如图1所示，本实用新型欠氧气化等离子固废处理系统包括：皮带机2、锁罐3、旋转给料器4、等离子气化熔融反应炉1、排渣口5、余热回收锅炉6、碱洗塔7、微量氧在线监测仪13、湿式电除尘器8、污水循环池9、引风机10、调节阀11、气柜12、等离子火炬14、二次氧化风嘴15和三次氧化风嘴16。
[0040]
等离子气化熔融反应炉1的下部均布有位于同一平面的多个等离子火炬14，等离子火炬14上方设置有多个均布的二次氧化风嘴15，二次氧化风嘴15上方设置有多个均布的三次氧化风嘴16。
[0041]
湿式电除尘器8入口设置有微量氧在线监测仪13，引风机10入口管路上设置有调节阀11，锁罐3上设置有氮气密封管。碱洗塔7和湿式电除尘器8都与污水循环池9连接。
[0042]
如图2所示，本实用新型欠氧气化等离子固废处理系统的处理方法如下：
[0043]
固体废弃物通过皮带机2将处理物料送入气等离子化熔融反应炉1顶部的锁罐3，通过氮气密封管向锁罐3内通入氮气进行密封，以防止等离子化熔融反应炉1内的合成气进入至锁罐3。等离子气化熔融反应炉1提供了固废与氧化剂反应的空间，固废在进入等离子气化熔融反应炉1前进行一定的配比，以确保炉内温度的良好控制。
[0044]
配比合格的固废物料通过等离子气化熔融反应炉1顶部的锁罐3均匀的进入等离子气化熔融反应炉1，在等离子气化熔融反应炉内固废中的有机物和氧蒸汽进行欠氧气化反应，等离子气化熔融反应炉内的氧含量低于0.5％，合成气中氧含量通过微量氧在线监测仪13实时监测。固废中剩余的无机物进入等离子气化熔融反应炉1底部高温区，高温区即为等离子气化熔融反应炉1底部熔融区，在等离子气化熔融反应炉底部周向均布三只等离子火炬14，产生高温等离子电弧，可使等离子气化熔融反应炉1底部熔融区维持在1500℃，等离子火炬14功率在线可调。固废中的无机物在高温下熔化成液态熔渣，固废中的重金属等有害物质被包裹在液态熔渣中。液态熔渣冷却后成为惰性玻璃态物质，可作为普通建材使用。
[0045]
等离子气化熔融反应炉1出口的气体温度控制在1000℃，扩大的上部空间使气体在炉内的停留时间保证在3-5s间，较高的出口温度抑制了二噁英的生成，同时欠氧的环境又进一步遏制了二噁英的重新合成。改进的等离子气化熔融反应炉1不需要后置二燃室即可满足气体排放指标的要求。通过对试验过程中排放气体的监测，得到的气体排放数据，二噁英在0.00004-0.26ng-teq/m
3
,二氧化硫<5ppm，氮氧化物69-84ppm,各项指标均大大优于国家标准。试验验证了在改进的高温等离子气化熔融反应炉1内，在欠氧的气氛下，取消二燃室后的气体排放结果完全满足国家污染物排放标准要求。
[0046]
实施例2
[0047]
本实用新型欠氧气化等离子固废处理系统的另一种处理方法如下：
[0048]
固体废弃物通过皮带机2将处理物料送入等离子气化熔融反应炉1顶部的锁罐3，锁罐3通入氮气进行密封，以防止等离子气化熔融反应炉1内的合成气进入至锁罐3。的等离子气化熔融反应炉1提供了固废与氧化剂反应的空间，固废在进入等离子气化熔融反应炉1前进行一定的配比，以确保炉内温度的良好控制。一般根据不同固废的性质，对固废进行调配，调整入炉固废热值不低于3000kcal/kg，含水率不高于20％，固废破碎至50-100mm。
[0049]
同时为了控制灰渣的熔点小于1500℃，在固废处理料中配入一定比例的助熔剂，助熔剂的主要主要成分为cao，典型的固废和助熔剂比例为100:1。配比合格的固废物料通过等离子气化熔融反应炉1顶部的锁罐3均匀的进入等离子气化熔融反应炉1，在等离子气化熔融反应炉1内固废中废有机物和氧蒸汽进行欠氧气化反应，等离子气化熔融反应炉1内的氧含量低于0.5％，合成气中氧含量通过微量氧在线监测仪13实时监测。
[0050]
固废中剩余的无机物进入等离子气化熔融反应炉1底部高温区，底部高温区即为等离子气化熔融反应炉1底部熔融区，在等离子气化熔融反应炉1底部周向均布三只等离子火炬14，产生高温等离子电弧，可使等离子气化熔融反应炉底部熔融区维持在1300-1500℃，火炬功率在线可调。固废中的无机物在高温下熔化成液态熔渣，固废中的重金属等有害
物质被包裹在液态熔渣中。液态熔渣冷却后成为惰性玻璃态物质，可作为普通建材使用。
[0051]
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

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