阅读说明：本技术 等离子体气体熔融一体炉 (Plasma gas melting integrated furnace ) 是由 陈庆高 孙泽章 赖建朋 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种等离子体气化熔融一体炉,包括炉体、风管、布料装置及等离子发生器。炉体内部具有处理腔,炉体由上至下依次包含转化段、干燥热解还原段、氧化段、渣段及溶液段。处理腔向上伸至转化段内,处理腔向下依次穿过干燥热解还原段、氧化段及渣段后再伸入溶液段内,布料装置装配于转化段处并将物料布置到处理腔内,处理腔位于干燥热解还原段内的部位与风管相连通,等离子发生器装配于氧化段处,溶液段设有电极、与处理腔位于溶液段内的部位相连通的外流通道及选择地性对外流通道开闭的流速开关,电极分别布置于处理腔位于溶液段的部位及外流通道处。本发明的等离子体气化熔融一体炉能处理种类繁杂的危险物,且处理效果好。(The invention discloses a plasma gasification and melting integrated furnace which comprises a furnace body, an air pipe, a material distribution device and a plasma generator. The inside processing chamber that has of furnace body, furnace body contain conversion section, dry pyrolysis reduction section, oxidation section, sediment section and solution section from top to bottom in proper order. The processing cavity upwards extends to the conversion section, the processing cavity downwards penetrates through the drying pyrolysis reduction section, the oxidation section and the slag section in sequence and then extends into the solution section, the distributing device is assembled at the conversion section and arranges materials into the processing cavity, the part of the processing cavity, which is positioned in the drying pyrolysis reduction section, is communicated with the air pipe, the plasma generator is assembled at the oxidation section, the solution section is provided with an electrode, an outflow channel communicated with the part of the processing cavity, which is positioned in the solution section, and a flow speed switch for selectively opening and closing the outflow channel, and the electrode is respectively arranged at the part of the processing cavity, which is positioned in the solution section, and the outflow channel. The plasma gasification and melting integrated furnace can treat various dangerous objects and has good treatment effect.)

等离子体气体熔融一体炉

技术领域

本发明涉及废物处理领域，尤其涉及一种危险废物处理的等离子体气化熔融一体炉。

背景技术

固体废物尤其是危险固体废物的无害化处理是世界性难题，目前国际上常用的处理技术主要有固化填埋法、焚烧法及高温熔融技术等方法。固化填埋法是最简单和普遍的方法，但该方法存在重大的环境风险和土地资源占用问题，目前已逐步被其他方法所取代。焚烧法是危险废物处理领域中较为主流的处理方法，该方法虽然在一定程度上能够起到减量化的作用，但是处理后的残留物如飞灰等依然为危险废物，后期仍然需要固化填埋处理，因此无法从根本上解决污染环境及占用土地资源的问题。

虽然，等离子体高温熔融技术是目前国际上公认的最行之有效且适用于大部分危险废物处理的方法，能够做到轻排放和少填埋的效果。但是，目前的等离子体气化炉处理危险废物种类单一，且处理效果不佳。

因此，亟需要一种能对种类繁杂的危险废物进行处理且处理效果好的等离子体气化熔融一体炉来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能对种类繁杂的危险废物进行处理且处理效果好的等离子体气化熔融一体炉。

为实现上述目的，本发明的等离子体气化熔融一体炉包括炉体、风管、布料装置及等离子发生器。所述炉体内部具有处理腔，所述炉体由上至下依次包含转化段、干燥热解还原段、氧化段、渣段及溶液段，所述处理腔向上伸至所述转化段内，所述处理腔向下依次穿过所述干燥热解还原段、氧化段及渣段后再伸入所述溶液段内，所述布料装置装配于所述转化段处并将物料布置到所述处理腔内，所述处理腔位于所述干燥热解还原段内的部位与所述风管相连通，所述等离子发生器装配于所述氧化段处，所述溶液段设有电极、与所述处理腔位于所述溶液段内的部位相连通的外流通道及选择地性对所述外流通道开闭的流速开关，所述电极分别布置于所述处理腔位于所述溶液段的部位及所述外流通道处。

较佳地，本发明的等离子体气化熔融一体炉还包括固定框架及底部支撑架，所述转化段、干燥热解还原段、氧化段及渣段共同形成一体式结构以构成炉体上部，所述溶液段构成炉体下部，所述炉体上部与所述固定框架固定连接，所述底部支撑架伸入所述固定框架内，所述炉体下部安装于所述底部支撑架处，且所述炉体上部与所述炉体下部之间可分离地组接。

较佳地，所述底部支撑架包含水平布置并伸入所述固定框架内的轨道及滑设于所述轨道上的升降驱动器，所述炉体下部安装于所述升降驱动器的输出端处。

较佳地，所述升降驱动器为直线电机、液压缸或气缸。

较佳地，所述处理腔位于所述干燥热解还原段的部位为上小下大的圆台形，所述处理腔位于所述干燥热解还原段的部位锥度范围为81度至85度。

较佳地，所述干燥热解还原段由上至下依次设有彼此间隔开的干燥层温度传感器、热解层温度传感器及还原层温度传感器；所述渣段设有渣层温度传感器；所述溶液段设有溶液上层温度传感器及溶液下层温度传感器。

较佳地，所述氧化段包含水冷套及支撑筋板，所述支撑筋板安装于所述水冷套的外侧处，所述等离子发生器分别呈环绕所述水冷套的周向布置。

较佳地，所述水冷套上安装有氧化层温度传感器。

较佳地，所述外流通道的出口处安装有加热元件及流道温度传感器，所述流速开关与所述加热元件相邻。

较佳地，所述转化段的端部设有与所述处理腔相连通的烟道，所述转化段的顶部还安装有料位计，所述外流通道包含流液洞、上升通道及主流道。

与现有技术相比，由于炉体由上至下依次包含转化段、干燥热解还原段、氧化段、渣段及溶液段，处理腔向上伸至所述转化段内，处理腔向下依次穿过干燥热解还原段、氧化段及渣段后再伸入溶液段内，布料装置装配于转化段处并将物料布置到处理腔内，处理腔位于干燥热解还原段内的部位与风管相连通，等离子发生器装配于氧化段处，溶液段设有电极、与处理腔位于溶液段内的部位相连通的外流通道及选择地性对外流通道开闭的流速开关，电极分别布置于处理腔位于溶液段的部位及外流通道处；故在布料装置将危险废物均匀地布置到处理腔位于转化段内的部位时，该危险废物依次经过转化段、干燥热解还原段、氧化段及渣段处理后掉落于溶液段内，而溶液段的电极使得溶液段的温度高达1600至1700度，而大多数危险废物在1450度时已成熔融状态，所以，使得本发明的等离子体气化熔融一体炉可以处置种类繁杂的危险废物。正由于危险废物依次经过转化段、干燥热解还原段、氧化段及渣段处理后掉落于溶液段内，并被溶液段高温处理而变成熔融状态，故处理效果好，再通过外流通道及流速开关的配合而控制间歇性排渣。

附图说明

图1是本发明的等离子体气化熔融一体炉的内部结构示意图。

图2是图1中A部分的放大图。

图3是图1所示的等离子体气化熔融一体炉在界定炉体各段的内部结构示意图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。

请参阅图1至图3，本发明的等离子体气化熔融一体炉100包括炉体10、风管20、布料装置30及等离子发生器40。炉体10内部具有处理腔50，炉体10由上至下依次包含转化段11、干燥热解还原段12、氧化段13、渣段14及溶液段15；处理腔50向上伸至转化段11内，处理腔50向下依次穿过干燥热解还原段12、氧化段13及渣段14后再伸入溶液段15内，以使得处理腔50形成于转化段11、干燥热解还原段12、氧化段13、渣段14及溶液段15五者处；布料装置30装配于转化段11处并将物料(如危险废物)布置到处理腔50内，用于将危险废物均匀地布置到处理腔50位于转化段11的部位51内；而处理腔50位于干燥热解还原段12内的部位52与风管20相互连通；等离子发生器40装配于氧化段13处，溶液段15设有电极60、与处理腔50位于溶液段15内的部位55相连通的外流通道16及选择地性对外流通道16开闭的流速开关70。电极60分别布置于处理腔50位于溶液段15的部位55及外流通道16处。具体地，为便于快速检修，本发明的等离子体气化熔融一体炉100还包括固定框架80及底部支撑架90，转化段11、干燥热解还原段12、氧化段13及渣段14共同形成一体式结构以构成炉体上部10a，溶液段15构成炉体下部，炉体上部10a与固定框架80固定连接，由固定框架80对炉体上部10a进行支撑固定；底部支撑架90伸入固定框架80内，炉体下部安装于底部支撑架90处，且炉体上部10a与炉体下部之间可分离地组接；较优的是，底部支撑架90包含水平布置并伸入固定框架80内的轨道91及滑设于轨道91上的升降驱动器92，炉体下部安装于升降驱动器92的输出端处，由升降驱动器92驱使炉体下部做与炉体上部10a接合或分离的运动；举例而言，升降驱动器92为液压缸，当然，根据实际需要，升降驱动器92还可以为直线电机或气缸，故不以此为限。更具体，如下：

如图1及图3所示，处理腔50位于干燥热解还原段12的部位52为上小下大的圆台形，处理腔50位于干燥热解还原段12的部位52锥度α范围为81度至85度，其形状适应物料(例如危险废物)受热后体积的膨胀和烟气流冷却后体积的收缩，有利于减小危险废物下降的摩擦阻力，避免形成料拱。其中，处理腔50位于干燥热解还原段12的部位52的锥度α对烟气流的合理分布和危险废物顺行影响较大。当处理腔50位于干燥热解还原段12的部位52的锥度α小时，有利于危险废物下降，但易发展边缘烟气流，经过一段时间后会导致边缘烟气流产生过分发展，使焦比升高。当锥度α大，有利于抑制边缘烟气流，但不利于炉料下降，对炉体顺行不利，所以，处理腔50位于干燥热解还原段12的部位52的锥度α被设计为81度至85度。

如图1至图3所示，干燥热解还原段12由上至下依次设有彼此间隔开的干燥层温度传感器17a、热解层温度传感器17b及还原层温度传感器17c，用于检测干燥热解还原段12的温度；渣段14设有渣层温度传感器17d，用于检测渣段14的温度；溶液段15设有溶液上层温度传感器17e及溶液下层温度传感器17f，用于检测溶液段15的温度，但不以此为限。需要说明的是，如在图3中，左边的尺寸标号H1所指的是转化段11的范围，尺寸标号H2所指的是干燥热解还原段12的范围，尺寸标号H3所指的是氧化段13的范围，尺寸标号H4所指的是渣段14的范围，尺寸标号H5所指的是溶液段15的范围。

如图1及图3所示，氧化段13包含水冷套131及支撑筋板132，支撑筋板132安装于水冷套131的外侧处，用于对水冷套131进行支撑固定；等离子发生器40分别呈环绕水冷套131的周向布置，较优的是，等离子发生器40为3台，均匀地环绕水冷套131，以使得氧化段13在等离子发生器40的作用下产生高温等离子体，使危险废料中的无机物彻底地分解，同时对炉渣提供了大量的热量，水冷套131及支撑筋板132的作用下，防止渣块挂壁现象。具体地，水冷套131上安装有氧化层温度传感器17g，以便观察反应的温度情况，但不以于此为限。

如图1至图3所示，外流通道16的出口处安装有加热元件17h及流道温度传感器17i，流速开关70与加热元件17h相邻，以借助加热元件17h及流道温度传感器17i来防止外流通道16出口被堵塞。具体地，外流通道161包含流液洞161、上升通道162及主流道163，使得溶液段15内的溶液在积累一定程度才经过上升通道162而往主流道163处流动，但不限于此。

如图1及图3所示，转化段11的端部设有与处理腔50相连通的烟道17j，转化段11的顶部还安装有料位计17k，以借助料位计17k来观测炉内料位的情况。

结合附图，对本发明的等离子体气体熔融一体炉的工作原理进行说明：

当物料(例如但不限于此的危险废物)从布料装置30均匀地布置到处理腔50位于转化段11处的部位51内，通过料位计17k来观测炉内料位的情况；危险废物经过转化段11掉落在干燥热解还原段12内，由于干燥热解还原段12采用正圆台形，其形状适应危险废物受热后体积的膨胀和烟气流冷却后体积的收缩，有利于减小危险废物下降的摩擦阻力，避免形成料拱。同时，干燥热解还原段12安装有干燥层温度传感器17a、热解层温度传感器17b及还原层温度传感器17c，用于检测干燥热解还原段12的温度。

而进入干燥热解还原段12内的危险废物被干燥热解还原段12进行处理有：当危险废物进入干燥热解还原段12内后，在热量的作用下，析出水分。在100～250度时为干燥阶段；当温度升高到300度以上时开始进行热解反应。在300～800度时，危险废物中的有机组分就可以释放出70％左右的挥发组分，同时，等离子体发生器40的高能量密度输入也加快和促进了有机组分的分解。热解反应析出挥发份主要包括碳氢化合物、氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油等。

热解反应方程式为：C_xH_yO_z→C(s)+H₂+H₂O+CO+CO₂+CH₄+Tar

还原过程为缺氧环境，其下部的氧化段13中的燃烧产物及水蒸气与还原层中的碳发生反应，生成H₂和CO等。

主要反应如下：CO+C→CO；H₂O+C→H₂+CO

危险废物经过以上三个干燥热解还原阶段后，剩余的固定碳与风管20引入的空气发生化学反应，释放大量的热以支持危险废物的干燥、热解和后续的还原反应。主要反应如下：C+O₂→CO₂

而被干燥热解还原段12处理后的废物进入氧化段13，由于氧化段13的反应温度在900～1200℃，温度过高，部分废物达到灰熔点，等离子发生器40在氧化段13上均匀地布置3台，在等离子发生器40的作用下产生高温等离子体，使危险废料中的无机物彻底地分解，同时对炉渣提供了大量的热量，同时，氧化段13包含水冷套131和支撑筋板132结构，防止渣块挂壁现象。

经氧化段13后废物将变成灰渣，掉入渣段14，由渣段14的渣层温度传感器17d检测渣层温度。

经过渣段14后的废物最后掉入溶液段15，溶液段15设置有溶液层上部温度传感器17e及溶液层上部温度传感器17f，观察溶液段15的温度情况；而炉体上部10a和炉体下部之间的接合处(或组接处)因熔融渣遇冷自动密封，从而保证炉体上部10a和炉体下部之间接合处的密闭性。

另，由于溶液段15装有电极60，掉入溶液段15内的灰渣提供熔融的温度，熔融后形成溶液，溶液进过流液洞161，在经过上升通道162到主流道163，由流速开关70来控制间歇性排渣，以便控制造渣速度和熔融速度相匹配；借助流道温度传感器17i和加热元件17h，用于防止外流通道16的出口堵塞。由于炉体下部由底部支撑架90所支撑，而底部支撑架90包含轨道91及升降驱动器92，方便炉体下部的维修。

而炉内保持微负压，保证有害气体不外排，烟气经过干燥热解氧化段12后进入转化段11，然后经过左右两侧的烟道17j。

与现有技术相比，由于炉体10由上至下依次包含转化段11、干燥热解还原段12、氧化段13、渣段14及溶液段15，处理腔50向上伸至转化段11内，处理腔50向下依次穿过干燥热解还原段12、氧化段13及渣段14后再伸入溶液段15内，布料装置30装配于转化段11处并将物料布置到处理腔50内，处理腔50位于干燥热解还原段12内的部位52与风管20相互连通，等离子发生器40装配于氧化段13处，溶液段15设有电极60、与处理腔50位于溶液段15内的部位55相连通的外流通道16及选择地性对外流通道16开闭的流速开关70，电极60分别布置于处理腔50位于溶液段15的部位55及外流通道16处；故在布料装置30将危险废物均匀地布置到处理腔50位于转化段11内的部位51时，该危险废物依次经过转化段11、干燥热解还原段12、氧化段13及渣段14处理后掉落于溶液段15内，而溶液段15的电极60使得溶液段15的温度高达1600至1700度，而大多数危险废物在1450度时已成熔融状态，所以，使得本发明的等离子体气化熔融一体炉100可以处置种类繁杂的危险废物。正由于危险废物依次经过转化段11、干燥热解还原段12、氧化段13及渣段14处理后掉落于溶液段15内，并被溶液段15高温处理而变成熔融状态，故处理效果好，再通过外流通道16及流速开关70的配合而控制间歇性排渣。

值得注意者，炉体上部10a由内至外依次包含耐火层和钢制的外壳层；而炉体下部中，除氧化段13外，余下的也是由内至外依次包含耐火层和钢制的外壳层，但不以此为限。另，本发明的等离子体气化熔融一体炉100适用与现有的控制器电性连接，以在控制器的作用下，实现本发明的等离子体气化熔融一体炉100的智能控制。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。