一种基于等离子体技术的锅炉燃烧固体废料处理装置的制作方法

本实用新型涉及废弃物处理技术领域，具体为一种基于等离子体技术的锅炉燃烧固体废料处理装置。

背景技术：

废弃物处理行业的处理对象一般为固体废弃物，处理手段不外乎物理方式和化学方式，其中物理方式采用粉碎、压缩、干燥、蒸发、焚烧等方法，化学方式采用氧化、消化分解、吸收等方法，以使得固体废弃物的体积缩小，加速自然净化。而废液废气等废弃物则需要进行预处理，将其中的固体颗粒分离出来后进行物理或者化学处理。

传统废弃物处理后由于温度不够、或者废弃物的特殊性质造成焚烧不完全、溶解不充分等情况，一般会留有部分无法处理的残渣。这类处理不完全的情况造成的残渣往往带有一定的污染成分，会对环境产生二次污染，甚至由于残渣无法进一步自然降解而造成环境受到永久性的破坏。针对这样的残渣需要进行特殊处理后才能倾倒、填埋，否则必然引起环境污染。而再处理或者净化的过程需要投入额外的设备和资源，间接增加了处理成本；残渣中含有的有害物质不仅污染环境，还容易通过各种途径影响人体健康。

等离子体是物质存在的第四态，具有一切电和电磁学特性，其行为在很多方面不同于一般常见的固体、液体和气体。根据温度、电子密度的不同，等离子体可以分为高温等离子体和低温等离子体。低温等离子体又分为热等离子体和冷等离子体。低温等离子体可以完成许多普通气体难以做到的事情。例如，利用高温、高密的热等离子体可以使许多吸热的化学反应得以进行，也可以加热或熔化各种材料。热等离子体已经广泛用于机械加工(焊接、切割、喷涂等)、冶金(金属的熔化与重熔、保温与新冶炼工艺过程等)、化工(钛白生产、乙炔生产、从空气中固定氮等)、宇航(轨道炮、热防护材料的烧蚀实验、材料评价实验、高温气体动力学实验等)、材料(超细、超纯材料粉的制备、合成材料的制备等)、电光源等众多工业部门以及实验室中。

随着2019年7月上海实行最严格垃圾分类标准以来，国家要求到2020年底，先行先试的46个重点城市，都要基本建成垃圾分类处理系统。垃圾分类对于垃圾处理而言意义重大，经分类后的垃圾在处理过程中，干垃圾进入生活垃圾焚烧发电厂进行焚烧发电处置；湿垃圾进入餐厨垃圾处理厂，进行厌氧发酵后，沼气用于发电，残渣用于焚烧；有害垃圾进入危废处理厂处置或进入危废填埋场处置；可回收垃圾进行资源再利用处置。经分类处理后的干垃圾在焚烧时，发热量明显增加，更有利于其在焚烧炉内的燃烧处理。

垃圾气化处理技术作为一种高效、环保的垃圾处理方式，是一种很有潜力的处理方式，特别是在危险废物的处理领域得到了非常广泛的应用。但是，目前的垃圾气化处理技术通常是借助天然气、石油或者纯氧等来提高垃圾气化速率，以达到垃圾的完全气化的目的。

基于此，本实用新型设计了一种基于等离子体技术的锅炉燃烧固体废料处理装置，利用等离子体技术为锅炉固定废料无害化、减量化和资源化处理开拓了一个新的途径。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于等离子体技术的锅炉燃烧固体废料处理装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于等离子体技术的锅炉燃烧固体废料处理装置，包括垃圾前处理装置、等离子体处理装置、锅炉、灰烬处理装置和尾气处理装置，所述等离子体处理装置将前处理后的固体废料输入到等离子体处理装置内，所述等离子体处理装置将产生的合成气和灰烬分别输送至锅炉和灰烬处理装置内，所述锅炉还连接所述尾气处理装置。

优选的，所述垃圾前处理装置包括周转箱、提升机、强力粉碎机和螺旋输送机，固体废料装入所述周转箱内，并通过提升机送入至强力粉碎机内，所述螺旋输送机的进口与强力粉碎机的出口相连接。

优选的，所述等离子体处理装置包括相连接的干燥区和焚烧区，所述干燥区远离焚烧区的一端设有合成气出口和进料口，所述合成气出口与所述尾气处理装置的进口端相连接，所述干燥区和焚烧区的内壁上均布有若干等离子枪，所述焚烧区远离干燥区的一端设有空气进口和灰烬斗，所述灰烬斗的底端设有灰烬出口，所述灰烬斗上还安装有控制阀。

优选的，所述灰烬处理装置包括冷却塔，所述冷却塔通过灰烬管依次连接余热回收装置一和灰烬出口，所述冷却塔内腔顶部设有喷淋管，所述冷却塔的内腔位于喷淋管的下方设有水渣分离板，所述水渣分离板的底端与冷却塔外壁底部的出渣口相连通。

优选的，所述冷却塔的内腔底部位于水渣分离板的下方安装有换热器，所述冷却塔的外部通过循环管连接于水泵的出口端，所述水泵的入口端通过循环管连接于冷却塔的内腔底部。

优选的，所述尾气处理装置包括气体管路，通过所述二次燃烧室依次连接余热回收装置二、除酸急冷塔、过滤装置、除尘装置一、除尘装置二、脱硝装置、烟囱和引风机，所述气体管路内也安装有等离子枪。

优选的，所述过滤装置内部为活性炭和消石灰，所述除尘装置一为折流板重力除尘装置，所述除尘装置二除尘装置二为布袋除尘装置，所述除尘装置一包括交错设置在除尘装置一内壁上的折流板，所述除尘装置一的底部设有出灰口。

优选的，所述锅炉包括炉膛和煤粉燃烧器，所述合成气出口通过气体管路与气固分离器相连接，所述气固分离器通过两路输送管路分别连接于炉膛和煤粉燃烧器。

一种基于等离子体技术的锅炉燃烧固体废料处理工艺，具体包括以下步骤：

s1：各待处理的锅炉固体废料装入周转箱内，经由提升机送入强力粉碎机内，在强力粉碎机内进行粉碎后，固体废料被螺旋输送机送入等等离子体处理装置进行废弃物处理；

s2：进行前处理后的粉碎固体废料从进料口处送入等离子体处理装置内，并沿干燥区流向焚烧区，在等离子枪作用下进行干燥和焚烧，然后通过空气进口通入空气，使得固体废料产生的高温合成气在空气作用下从合成气出口进入到尾气处理装置内，而产生的灰烬则通过灰烬斗进行收集；

s3：进入到尾气处理装置内的高温合成气顺着气体管路进行流动，先是通过二次燃烧室的内部的等离子枪进行二次燃烧，然后经余热回收装置二进行余热回收，然后将余热回收的废气依次除酸急冷塔、过滤装置、除尘装置一、除尘装置二和脱硝装置进行除酸、除尘和脱硝处理，而最后产生的中低温尾气则在引风机的作用下，从烟囱排出；

s4：而从灰烬出口排出的灰尘则通过灰烬管和余热回收装置一通入到冷却塔内，经喷淋管将灰烬进行冷却为固态的金属和熔化后的玻璃体，然后将固态化的金属和熔化后的玻璃体通过出渣口进行回收；

s5：经水渣分离板的液体则通过换热器进行换热，再将换热后的冷却水通过水泵和循环管输送至喷淋管进行水源的循环利用，其中，所述余热回收装置二、余热回收装置一和换热器回收的余热则通过管路输送至锅炉内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型克服了传统技术处理废弃物种类单一、处理不彻底的不足，不会产生二次污染源，处理物可以被回收利用后产生新的经济效益，保护环境的同时也便于资源的可循环再生利用，具有巨大的社会经济价值和商业使用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型垃圾前处理装置结构示意图；

图3为本实用新型等离子体处理装置和尾气处理装置结构示意图；

图4为本实用新型熔渣处理装置结构示意图；

图5为本实用新型锅炉结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、垃圾前处理装置；101、周转箱；102、提升机；103、强力粉碎机；104、螺旋输送机；2、等离子体处理装置；201、合成气出口；202、进料口；203、干燥区；204、焚烧区；205、等离子枪；206、空气进口；207、控制阀；208、灰烬斗；209、灰烬出口；3、锅炉；301、炉膛；302、煤粉燃烧器；303、气固分离器；304、输送管路；4、灰烬处理装置；401、灰烬管；402、余热回收装置一；403、冷却塔；404、喷淋管；405、循环管；406、水泵；407、水渣分离板；408、出渣口；409、换热器；5、尾气处理装置；501、二次燃烧室；502、余热回收装置二；503、除酸急冷塔；504、过滤装置；505、除尘装置一；5051、折流板；5052、出灰口；506、除尘装置二；507、脱硝装置；508、烟囱；509、引风机；510、气体管路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

请参阅图1-5，本实用新型提供一种技术方案：一种基于等离子体技术的锅炉燃烧固体废料处理装置，包括垃圾前处理装置1、等离子体处理装置2、锅炉3、灰烬处理装置4和尾气处理装置5，所述等离子体处理装置2将前处理后的固体废料输入到等离子体处理装置2内，所述等离子体处理装置2将产生的合成气和灰烬分别输送至锅炉3和灰烬处理装置4内，所述锅炉3还连接所述尾气处理装置5。

本实施例中，所述垃圾前处理装置1包括周转箱101、提升机102、强力粉碎机103和螺旋输送机104，固体废料装入所述周转箱101内，并通过提升机102送入至强力粉碎机103内，所述螺旋输送机104的进口与强力粉碎机103的出口相连接。

本实施例中，所述等离子体处理装置2包括相连接的干燥区203和焚烧区204，所述干燥区203远离焚烧区204的一端设有合成气出口201和进料口202，所述合成气出口201与所述尾气处理装置5的进口端相连接，所述干燥区203和焚烧区204的内壁上均布有若干等离子枪205，所述焚烧区204远离干燥区203的一端设有空气进口206和灰烬斗208，所述灰烬斗208的底端设有灰烬出口209，所述灰烬斗208上还安装有控制阀207。

本实施例中，所述灰烬处理装置4包括冷却塔403，所述冷却塔403通过灰烬管401依次连接余热回收装置一402和灰烬出口209，所述冷却塔403内腔顶部设有喷淋管404，所述冷却塔403的内腔位于喷淋管404的下方设有水渣分离板407，所述水渣分离板407的底端与冷却塔403外壁底部的出渣口408相连通。

本实施例中，所述冷却塔403的内腔底部位于水渣分离板407的下方安装有换热器409，所述冷却塔403的外部通过循环管405连接于水泵406的出口端，所述水泵406的入口端通过循环管405连接于冷却塔403的内腔底部。

本实施例中，述尾气处理装置5包括气体管路510，通过所述二次燃烧室501依次连接余热回收装置二502、除酸急冷塔503、过滤装置504、除尘装置一505、除尘装置二506、脱硝装置507、烟囱508和引风机509，所述气体管路510内也安装有等离子枪205。

本实施例中，所述过滤装置504内部为活性炭和消石灰，所述除尘装置一505为折流板重力除尘装置，所述除尘装置二除尘装置二506为布袋除尘装置，所述除尘装置一505包括交错设置在除尘装置一505内壁上的折流板5051，所述除尘装置一505的底部设有出灰口5052。

本实施例中，如图5所示，所述锅炉3包括炉膛301和煤粉燃烧器302，所述合成气出口201通过气体管路510与气固分离器303相连接，所述气固分离器303通过两路输送管路304分别连接于炉膛301和煤粉燃烧器302。利用等离子体辅助煤气化技术生产的h2、ch4、co等气体，作为再燃燃料喷入锅炉炉膛以还原已生成的nox。同时，通过气体再燃技术对主燃区进行空气分级燃烧处理，使气体再燃与双尺度空气分级这2种低nox燃烧技术的优势互补，从而达到超低nox排放的效果，解决了锅炉再燃降氮所需大量天然气的难题。

经试验可知，在等离子体发生器功率为60kw的条件下，最大处理煤量可高达5t/h，实现了低能耗的等离子体辅助煤气化，具有很好的工业应用前景。据估算，以一台300mw电站燃煤锅炉为例，在采用等离子体煤气化技术后，可在原基础上降低锅炉出口氮氧化物50％以上排放量，其最初投资略低于scr脱硝技术，而运行费用则仅为scr的一半，具有良好的经济和环境效益。

实施例2

s1：各待处理的锅炉固体废料装入周转箱101内，经由提升机102送入强力粉碎机103内，在强力粉碎机103内进行粉碎后，固体废料被螺旋输送机104送入等等离子体处理装置2进行废弃物处理；

s2：进行前处理后的粉碎固体废料从进料口202处送入等离子体处理装置2内，并沿干燥区203流向焚烧区204，在等离子枪205作用下进行干燥和焚烧，然后通过空气进口206通入空气，使得固体废料产生的高温合成气在空气作用下从合成气出口201进入到尾气处理装置5内，而产生的灰烬则通过灰烬斗208进行收集；

s3：进入到尾气处理装置5内的高温合成气顺着气体管路510进行流动，先是通过二次燃烧室501的内部的等离子枪205进行二次燃烧，然后经余热回收装置二502进行余热回收，然后将余热回收的废气依次除酸急冷塔503、过滤装置504、除尘装置一505、除尘装置二506和脱硝装置507进行除酸、除尘和脱硝处理，而最后产生的中低温尾气则在引风机509的作用下，从烟囱508排出；

s4：而从灰烬出口209排出的灰尘则通过灰烬管401和余热回收装置一402通入到冷却塔403内，经喷淋管404将灰烬进行冷却为固态的金属和熔化后的玻璃体，然后将固态化的金属和熔化后的玻璃体通过出渣口408进行回收；

s5：经水渣分离板407的液体则通过换热器409进行换热，再将换热后的冷却水通过水泵406和循环管405输送至喷淋管404进行水源的循环利用，其中，所述余热回收装置二502、余热回收装置一402和换热器409回收的余热则通过管路输送至锅炉3内。

其中，对气体产物采用急冷措施，或不同等离子体气氛等都对反应有特殊的作用，表1是不同气氛等离子体条件下热解轮胎粉所获得的气体产物成分对比，表2对比了等离子体热解聚丙烯过程采取急冷与不采取急冷措施对气体产物成分的影响。

表1水蒸气与氮气气氛下等离子体热解聚丙烯气体产物成分比较

表2急冷措施下等离子体热解塑料产物比较

有机固体废弃物的等离子体热解基本没有污染物排放，由于热解系统的过量空气系数较小，排气量小，有利于减轻对大气环境的二次污染；固体废弃物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在碳黑中，因此气体中重金属、二恶英等污染物含量少。气体产物中污染性气体，如so2、nox等经检测含量很低，热值在4～7mj/kg之间。因此该气体产物可以直接作为低硫含量气体燃料使用。如锅炉燃料，分离各气体成分后，还可以单独进行利用。

由于有机固体废弃物主要都是碳氢化合物，等离子体热解有机固体废弃物能获得氢含量很高的气体产物，是制作燃料电池的原料，这两种技术的结合是回收聚合物的最佳组合。同时h2也可以应用于化学工业、冶金工业、半导体工业等。

当热解过程中加入水蒸气时，还可以产生合成气，进一步扩大产物的应用范围。表1比较了水蒸气参与反应条件下，所获得的气体产物成分变化。也可根据成分比例，制造甲醇等化学品。

如果在反应过程中加入水冷设施，还可以得到c2h2，c2h2也是一种重要的工业原料，普通热解条件下几乎不产生。目前c2h2主要采用电石法制取，不仅污染环境，而且浪费资源。

表2对比了等离子体热解聚乙烯、聚丙烯的不同实验结果，利用高频电感耦合等离子体热解聚丙烯，并采用急冷措施，气体产物为94％的丙烯单体，少量甲烷等(去除工作气体氮气影响)，该气体产物可作为直接回收丙烯单体使用。但采用该技术处理聚乙烯时，气体产物为丙烯单体与乙烯单体的混合物，且丙烯单体含量比期望值高。

在等离子体处理装置2作用下，金属和灰在反应器的底部形成熔融液体流出，有机部分气化为气体，从反应器的顶部逸出。

利用热等离子体技术进行废弃物处理的规模装置，目前主要应用于处理高危废弃物和燃烧废弃物的灰渣，一个重要原因是热等离子体的超高温可以彻底分解这些高危废弃物中的有毒物质。另外一个原因是因为对于处理高危废弃物比如医疗垃圾、核废料等，由于它们具有高度危险性，政府必须对其进行处理，因此高危废弃物的处理受处理成本高低的影响不大。对有机固体废弃物的处理而言，等离子体热解既是一种处理方法，也是一种高效的资源化方法。在处理了废弃物的同时，回收了气体燃料、碳黑等石油产品，产物分离容易，无二次污染，充分利用了热能。具有减容、减量程度高，可同时获得能源等优势，在保护环境、资源，促进可持续发展等方面均具有重大意义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

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