[發明專利]一種新型三段式等離子氣化爐

在審

• 申請號: 201410744484.0
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104449853A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 李宏;謝斐;王希;張春飛;王曉亮
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: C10J3/20
• 分類號: C10J3/20;C10J3/74
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 張新

技術領域

本發明涉及城市垃圾的氣化處理技術，特別是一種新型三段式等離子氣化爐。

背景技術

目前我國城市生活垃圾無害化處理設施以衛生填埋為主，堆肥與焚燒為輔。垃圾填埋由于占用大量空間和污染地下水而被公認為是垃圾處理的最后選擇，而堆肥成本高、肥效低、產品市場性差、存在安全隱患，發展仍然受限。焚燒處理可以一定程度上實現垃圾的減量化、無害化、資源化的綜合處理，在環境保護和資源利用方面具有明顯的優勢，因而在國內得到了較快的發展。然而，直接焚燒導致煙氣超標、臭氣擾民，且焚燒工藝容易產生二噁英和重金屬等二次污染，引起居民的恐慌，其帶來的鄰避難題不容小視。因此，焚燒發電一直在爭議中前行，發展垃圾焚燒發電的替代技術勢在必行。

等離子氣化技術最早起源于20世紀60年代，美國NASA用其進行材料的抗熱實驗，70年代開始用于冶金和材料熱處理行業，80年代開始處理醫學等固體廢棄物，近年來開始嘗試用于處理城市和工業垃圾。不同于傳統的垃圾焚燒方式，等離子氣化技術幾乎可將垃圾100％轉化為可回收的副產品，其中的有機物轉化為潔凈燃氣（主要是CO和H₂），可以直接燃燒或用于提煉成更高等級的燃料和化學品，而無機物熔融產生的無害的玻璃態熔渣冷卻后可用作建筑材料，從而實現真正的垃圾無害化處理和資源化應用，是垃圾焚燒最具潛力的一種替代技術。隨著等離子發生器技術的不斷完善（壽命長、運行穩定）和等離子體自耗電的不斷下降，利用等離子氣化技術將我國城市生活垃圾轉化為能源的時機已經成熟。

然而，現有垃圾等離子氣化爐爐型相對簡單，爐膛通常為一段爐或兩段爐。一段爐爐膛結構大多為單一的圓柱體或圓錐體，兩段爐也只是簡單的重復結構，段間采用縮口連接。其他縮口式的爐膛應用較少，且通常為整體耐火材料澆注而成，由于等離子氣化爐中溫度分布極為不均，等離子炬所在區域溫度較高，使得爐膛受熱不均，易發生破裂。而且耐火材料整體澆注，也使氣化室爐膛更換極為困難。此外，現有爐膛結構不利于反應過程的優化，使氣化爐膛空間利用率低。

發明內容

本發明提供的一種新型三段式等離子氣化爐，主要解決現有等離子氣化爐存在的如下問題：（1）采用從上到下尺寸縮小的三段式爐膛結構，解決現有等離子氣化爐爐膛布置不合理導致的垃圾中含碳成分轉化率偏低、流場和溫度場分布不當的問題，提高等離子氣化爐空間利用率；（2）采用從上到下尺寸縮小的三段式爐膛結構，爐膛內壁由耐火材料分段成形，其中底部由可更換的高密度（AL₂O₃>95%）的剛玉內襯構成，剛玉內襯由8塊組成，以便于拆卸更換。此舉可有效解決整體澆注導致的爐膛受熱不均，易破裂，而且便于更換氣化室底部爐膛。

本發明的技術方案如下：

一種新型三段式等離子氣化爐，其特征在于：包括從上到下的上部爐膛、中部爐膛、下部爐膛共三段爐膛；上部爐膛為干燥段，中部爐膛為熱解段，下部爐膛為熔融段；上部爐膛的直徑大于中部爐膛的直徑，中部爐膛的直徑大于下部爐膛的直徑，每兩段之間采用錐形結構連接；所述下部爐膛內對稱設置有等離子炬。

所述上部爐膛用耐火磚、保溫磚砌筑而成。

進一步的，中部爐膛也是用耐火磚、保溫磚砌筑而成，而且中部爐膛的耐火磚厚度大于上部爐膛的耐火磚厚度。

所述下部爐膛的內壁由八塊可更換的高密度（AL₂O₃>95%）的剛玉內襯構成，以便于拆卸更換。

所述下部爐膛內對稱設置有兩個等離子炬。

物料從氣化爐頂部噴入，從上到下依次經歷干燥段、熱解段、熔融段，下部爐膛的兩個等離子炬用于提供物料熱解所需的能量并熔融灰渣，熔融后的灰渣從氣化爐底部的排渣口流出，氣化產生的氣體從上部側面導出，供后續發電或供熱使用，在上升過程中與物料進行充分換熱，提供能量利用率。

本發明設計了一種從上到下尺寸縮小的三段式等離子氣化爐爐膛結構適用于用等離子炬作為熱源的垃圾氣化處理裝置，液態排渣，實現垃圾的無害化處理；在垃圾等離子氣化爐設計中采用這種爐膛結構，可以實現：

（1）等離子炬位于爐體下部，等離子炬出口溫度高達5000度，熔融灰渣區需要溫度大于1500度，故等離子氣化爐爐膛內溫度分布極不均勻，下部溫度高，上部溫度低，高溫區尺寸小，熱負荷高，便于灰渣的熔融與液態排渣，低溫區尺寸大，熱負荷低，使出口合成氣流速降低，便于合成氣與物料的充分換熱，提高能量利用率；