一种利用旋转弧等离子体处置废物的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用旋转弧等离子体处置废物的装置和方法，所述装置包括炉体和炉盖，炉盖中央设有伸入炉体内的中空电极棒，中空电极棒纵向中心贯穿开设主进料通道，炉体底部嵌设有与中空电极棒相对的电极圆环，电极圆环外径大于中空电极棒的外径，中空电极棒下端与电极圆环之间对应的炉体外壁设有磁场发生装置，中空电极棒、电极圆环与电源串联构成放电回路，中空电极棒与电极圆环之间形成环状旋转弧等离子体；炉体侧壁开设有出料口A，用于排出废物高温熔融后产生的尾气和熔融玻璃体。本发明专利技术通过设置线圈使阴阳电极放电形成的电弧在磁场的作用下形成旋转弧，从而避免炉内温度梯度较陡，形成较大的高温区域，提高炉内温度分布的均匀性。

A device and method for waste disposal by rotating arc plasma

【技术实现步骤摘要】
一种利用旋转弧等离子体处置废物的装置和方法
本专利技术涉及危险废物处理处置领域，具体涉及一种利用旋转弧等离子体处置城市生活垃圾焚烧飞灰等危险废物的装置和方法。
技术介绍
回转窑焚烧处置危险废物及生活垃圾焚烧发电是当前处置固体危险废物主要技术手段。但垃圾焚烧产生的飞灰是危险废物，其中含有大量的重金属(如Pb、Cr、Hg、Cr、Zn、Cu、Ni、Al等)以及二噁英和呋喃有机污染物，二噁英占焚烧过程中产生物总量的60％以上，国家明确规定飞灰必须经过水泥稳定固化处理后才可以填埋。但随着人们生活水平的提高，环境保护意识的增强以及土地资源的宝贵，填埋处置绝非长久之计。等离子体熔融处置飞灰转化为玻璃体再利用的技术在国内外得到了发展。欧洲等离子体公司(Europlasma)、西屋及Plasco采用等离子体炬技术，将飞灰等废料高温加热熔融后通过排渣口排出，冷却后形成玻璃化炉渣。等离子体炬熔融处置技术存在炬寿命短，且需要供大量的工作气体，增加了尾气处置容量及能耗，处置成本高，设备昂贵，且存在等离子体炬需要停炉频繁更换的问题，不利于长时间连续处置。英国等离子体公司(TetronicsInternational)采用等离子体固定弧技术处置危险废物。该技术是将需要处理的原材料送入密封炉内，使用等离子弧在温度可控环境中对原料进行加热熔融形成玻璃体，其中的等离子体弧可采用单个或多个等离子体电极来生成。中国专利ZL200610020124.4公开了一种废物处置等离子体反应炉。中空的石墨电极棒位于炉体的中央部位，将飞灰、破碎的电子垃圾从石墨电极的中空通道直接送到等离子体熔融炉中。石墨电极棒与炉底的石墨坩埚产生固定旋转弧等离子体对废物进行熔融处置。根据电路原理，两电极间的固定弧放电电流沿最小电阻路径通过，其电流通道位于炉体中心，会导致炉体温度梯度较陡，为了防止炉壁因温度过低，需要提高电弧功率，增加了处理能耗。中国专利CN101088581A公开了一种有毒有害废弃物的处理方法及专用装置。该处理炉的进料口位于炉壁上部，尾气出口与加料口相对。在炉内负压的情况下，相当多的粒径为微米量级的飞灰很容易未得到加热熔融，而从进料口直接飘飞进尾气出口，进入尾气处理系统。其后果是：二次飞灰产量过高，可以达到进料量的50％，大大降低了处理效率；存在堵塞后端尾气输送管道，增加尾气处理的压力；且飞灰不进行造粒等预处理而直接进料，会导致“挂壁”、“架桥”的事故，对连续运行不利。中国专利CN101797572A公开了一种等离子体处理垃圾焚烧飞灰的方法。调节垃圾焚烧飞灰中的CaO和SiO2的重量比后进行造粒预处理，飞灰粒子由分格轮输送进入等离子体反应炉内的金属熔池内，飞灰熔体经水淬冷成粒；尾气经处置系统无害化处置。该专利技术专利解决了采用等离子体设备对垃圾焚烧飞灰的“架桥”问题及送料器卡死问题、飞灰随尾气扩散造成管道堵塞问题以及尾气无害化处理问题。但由于该专利依然采用的是固定弧的等离子体技术，炉体径向温度分布较陡，容易造成炉壁温度低熔融体凝固挂壁及熔融体出料口的堵塞事故。且固定弧的处置成本较高(>1.5～2.0KVA/Kg),难以被市场接受。另外，由于熔融体的低热导，排出后进入冷却水中后，表面迅速凝结形成一个薄壳而收缩，内部的熔融体的压力瞬间增大而压破薄壳而膨化，形成大小不等、形状各异的薄壁空心颗粒，且力学强度不高，没有再利用价值。
技术实现思路
为了解决固定弧导致炉体温度梯度较陡、高温分布不均匀的问题，本专利技术的目的是提供一种利用旋转弧等离子体处置废物的装置和方法，通过在所述装置外侧缠绕设置线圈，通电后形成磁场，装置内侧的阴阳电极放电形成的电弧在磁场的作用下形成旋转弧，旋转弧避免了炉内温度梯度较陡，在炉体内形成较大的高温区域，提高炉内温度分布的均匀性。第一方面，本专利技术提供的利用旋转弧等离子体处置废物的装置，包括炉体和炉盖，炉盖中央设有伸入炉体内的中空电极棒，中空电极棒中空部为两端开口的主进料通道，炉体底部嵌设有与中空电极棒相对的电极圆环，电极圆环外径大于中空电极棒的外径，中空电极棒下端与电极圆环之间对应的炉体外壁设有磁场发生装置，中空电极棒、电极圆环与电源串联构成放电回路，中空电极棒下端与电极圆环之间的电弧在磁场作用下形成梯形环状旋转弧等离子体；炉体侧壁开设有出料口A，用于排出废物高温熔融后产生的尾气和熔融玻璃体。在上述技术方案中，梯形环状旋转弧等离子体的形成提高了炉内温度空间分布的均匀性，避免了炉壁熔融体的凝结挂壁，增加了熔融体的流动性，利于提高重金属的富集率。在其中一个实施例中，为了保证形成电弧的均匀性，电极圆环的横截面等于中空电极棒的有效横截面。进一步优选地，中空电极棒为中空石墨电极棒，电极圆环为石墨圆环。在其中一个实施例中，电极圆环与电源正极连接，电极圆环与电源负极连接。在其中一个实施例中，磁场发生装置为接电源的线圈；线圈环绕在炉体外壁，线圈单独与电源构成回路，或者，线圈与中空电极棒、电极圆环构成回路。在其中一个实施例中，电源为直流恒流电源，电流范围为10sA～1000sA，进一步优选10A～5000A。在其中一个实施例中，线圈的匝数为10-20之间，如要提高电弧的旋转速度，可以增加线圈匝数。在其中一个实施例中，炉盖上沿中空电极棒四周开设有进料口，进料口为2-4个，均匀分布在中空电极棒外部；进料口和主进料通道上方对应设有送料器。在其中一个实施例中，出料口A为共享出料口，用于排出废物高温熔融后产生的尾气和熔融玻璃体；高温尾气的热量对共享出料口进行保温，防止熔融玻璃体在共享出料口处凝结堵塞，实现连续化运行；共享出料口对应的炉体内壁竖直固定有圆弧形或U型隔板，隔板的上下两端均超出共享出料口上下两端，超出距离为15-20cm；共享出料口对应的炉体外壁设有与共享出料口连通并向上的尾气出口以及与共享出料口连通并向下的熔融玻璃体出口。在其中一个实施例中，炉体侧壁下部开设有出料口B，用于排出富集重金属熔融玻璃体；出料口B处于常闭状态，当停止生产或停炉维修时，通过出料口B放空炉膛内的富集了重金属的玻璃熔融体。在其中一个实施例中，中空电极棒活动插装在炉盖上开设的安装孔内，中空电极棒上部与炉体外部设置的自动升降系统连接，中空电极棒的长度大于炉体底部到炉盖顶部的距离。通过自动升降系统控制中空电极棒的升降，为了保证接触式起弧，电极圆环的内径小于或等于中空电极棒的外径，实现中空电极棒与电极圆环的接触，起弧后，流经位于两电极放电区外侧线圈的电流产生稳恒磁场，电弧在洛伦兹力作用下形成环状旋转电弧。第二方面，本专利技术提供的利用旋转弧等离子体处置废物的方法，其利用第一方面提供的任一种装置，包括如下步骤：(1)对飞灰进行造粒处理形成物料备用；(2)启动磁场发生装置，接通电源，使中空电极棒与电极圆环之间形成梯形环状旋转弧等离子体；(3)当炉体内平均温度达到1200℃时，将步骤(1)中的部分物料均匀连续通过炉盖上开设的投料口投入炉体内，使物料均匀堆积在中空电极棒周围，并将中空电极棒下端淹没；(4)将步骤(1)中的另一部分物料均匀连续通过中空电极棒内部的主进料通道投入高温旋转弧等离子体中；炉内物料在旋转弧等离子体作用下产生的尾气及熔融玻璃体通过出料口A排出。在上述方法中，对飞灰造粒预处理，有效解决本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用旋转弧等离子体处置废物的装置，包括炉体(4)和炉盖(10)，炉盖上开设有进料口(3)，炉盖中央设有伸入炉体内的中空电极棒(1)，中空电极棒的中空部为两端开口的主进料通道(2)，其特征在于，炉体底部嵌设有与中空电极棒相对的电极圆环(9)，电极圆环外径大于中空电极棒的外径，中空电极棒下端与电极圆环之间对应的炉体外壁设有磁场发生装置，中空电极棒、电极圆环与电源串联构成放电回路，中空电极棒与电极圆环之间的电弧在磁场作用下形成梯形环状旋转弧等离子体(8)；炉体侧壁开设有出料口A(13)，用于排出废物高温熔融后产生的尾气和熔融玻璃体(6)。

【技术特征摘要】
1.一种利用旋转弧等离子体处置废物的装置，包括炉体(4)和炉盖(10)，炉盖上开设有进料口(3)，炉盖中央设有伸入炉体内的中空电极棒(1)，中空电极棒的中空部为两端开口的主进料通道(2)，其特征在于，炉体底部嵌设有与中空电极棒相对的电极圆环(9)，电极圆环外径大于中空电极棒的外径，中空电极棒下端与电极圆环之间对应的炉体外壁设有磁场发生装置，中空电极棒、电极圆环与电源串联构成放电回路，中空电极棒与电极圆环之间的电弧在磁场作用下形成梯形环状旋转弧等离子体(8)；炉体侧壁开设有出料口A(13)，用于排出废物高温熔融后产生的尾气和熔融玻璃体(6)。2.根据权利要求1所述的利用旋转弧等离子体处置废物的装置，其特征在于，电极圆环的环部横截面等于中空电极棒的有效横截面。3.根据权利要求1所述的利用旋转弧等离子体处置废物的装置，其特征在于，磁场发生装置为接电源的线圈(7)，线圈环绕在炉体外壁，线圈匝数为10-20，线圈单独与电源构成回路，或者，线圈与中空电极棒、电极圆环构成回路，电源为直流恒流电源，电流范围为10A～5000A。4.根据权利要求1所述的利用旋转弧等离子体处置废物的装置，其特征在于，进料口为2-4个，均匀分布在中空电极棒四周，进料口和主进料通道上方对应设有送料器。5.根据权利要求1所述的利用旋转弧等离子体处置废物的装置，其特征在于，出料口A为共享出料口，用于同时排出废物高温熔融后产生的尾气和熔融玻璃体，出料口A对应的炉体内壁竖直固定圆弧形或U型隔板(11)，隔板的上下两端均超出共享出料口上下两端，超出距离为15-20cm；共享出料口对应的炉体外壁设有与共享出料口连通并向上的尾气出口(12)以及与共享出料口...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：义乌了尘环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33