[實用新型]一種以水蒸汽為氣化介質的垃圾等離子體氣化爐

有效

• 申請號: 201420767664.6
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN204325273U
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 王希;李宏;張春飛;謝斐;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;C10J3/80
• 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

本實用新型涉及城市垃圾的氣化處理設備，特別是種以水蒸汽為氣化介質的垃圾等離子體氣化爐。

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，現有的垃圾等離子體氣化爐大多采用等離子體炬對垃圾進行直接的高溫氣化，通過電弧放電產生高達7000℃的等離子體，從而使垃圾徹底熱解，如卡爾特的美國專利US005280757A和卡馬喬的美國專利US005634414A，電弧等離子體是唯一的熱源，沒有利用垃圾本身的熱值，能量消耗高，等離子體炬耗電率可達其產電能力的30%-45%，導致運營成本大大增加，加上等離子體炬功率有限，難以擴大規模實現商業化應用。此外，由于只輸入電能，依靠等離子體射流直接氣化垃圾，使氣化爐內溫度場和流場很不均勻，使垃圾不能完全被高溫處理，從而使廢渣中含有二噁英等有害物質，給廢渣處理帶來更大的難題。

同時，垃圾氣化采用的氣化劑通常為空氣、富氧或水蒸汽，當以空氣為氣化劑時，由于存在大量不發生反應的N2成份，會導致合成氣中的N2含量偏高，H₂/CO比例下降，合成氣熱值偏低且不穩定，難以滿足后續的工業利用；當以富氧為氣化劑時，雖然可以減少合成氣中的N2含量，提高合成氣品質，但需要附設體積龐大且能耗較大的空氣分離裝置，這樣將增加整個氣化設備的成本；而常規的水蒸汽氣化需要關鍵設備蒸汽發生器，由于垃圾中的焦炭與水蒸汽的反應要求較高的溫度，因此只有水蒸氣的溫度達到700℃以上，氣化效果才比較理想，這對蒸汽發生器性能提出了較高的要求。通常情況下，由于水蒸汽氣化難以達到較高的溫度，因此氣體產率較低，氣化效果較差，目前工業上已經較少應用，主要用于實驗室研究。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種以水蒸汽為氣化介質的垃圾等離子體氣化爐，采用低溫水蒸汽（150℃-250℃）作為等離子體炬的工作氣體，同時從氣化爐側面引入一部分水蒸汽，即采用水蒸汽作為垃圾氣化介質，經等離子體炬加熱后的水蒸汽，平均溫度高達5000℃，與常規的水蒸汽氣化相比，蒸汽等離子體氣化為氣化反應提供了一個高溫、高能環境，物料加熱速率快，反應速率快，有很高的處理效率，還能發生一些在普通氣化條件下不能發生的反應，且通過高溫水蒸汽間接氣化垃圾能使垃圾流場溫度場分布更為均勻；同時垃圾等離子體氣化爐利用廢物本身的部分熱值降低電耗，從氣化爐側面引入一定量的空氣（過量空氣系數小于0.3），從而避免現有的垃圾等離子體直接氣化時空氣只作為等離子體炬工作氣體進入氣化爐（過量空氣系數小于0.02），使等離子體炬能耗降低，垃圾等離子體氣化的運營成本降低。

本實用新型的技術方案如下：

一種以水蒸汽為氣化介質的垃圾等離子體氣化爐，其特征在于：包括上部的垃圾氣化室與下部的高溫水蒸汽發生室，垃圾氣化室與高溫水蒸汽發生室之間設置有間隔排列的水冷爐拱，水冷爐拱將垃圾氣化室與高溫水蒸汽發生室分開；所述高溫水蒸汽發生室的內壁周向布置兩個等離子體炬，兩個等離子體炬之間呈α角度，α為120°-150°；采用低溫水蒸汽（150℃-250℃）作為等離子體炬的工作氣體。

所述氣化爐的內壁澆注有耐火材料。