本技術(shù)屬于固廢處理領(lǐng)域，具體而言，涉及一種等離子體氣化爐。

背景技術(shù)：

1、有機(jī)固廢的處理有多種方法，其中，等離子體氣化熔融處理方法因其處理過程中能量密度大、設(shè)備體積小、氣體產(chǎn)物不含二噁英、固體殘?jiān)廴诓ＡЩ?、可有效固化重金屬使其無法滲出以及對(duì)環(huán)境不會(huì)造成二次污染而具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。

2、等離子體氣化爐是整個(gè)熔融氣化系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，一般采用絕熱爐體或帶水冷套的內(nèi)襯耐火磚的爐體，這兩種爐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，就絕熱爐體和帶水冷套的內(nèi)襯耐火磚的爐體來說，一方面，其內(nèi)部耐火磚受制于其熱震性的影響，另一方面，內(nèi)部耐火磚受到等離子體氣化爐內(nèi)處理固廢過程中生成的玻璃液侵蝕和沖刷，且爐渣部分附著在耐火磚表面，也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用，因而耐火磚的壽命都比較短，一般2個(gè)月就需要檢修和部分更換，一年就需要全部更換一次，成本非常高。此外，因內(nèi)部耐火磚的熱慣性大，都需要備用爐，初期投資成本高，而且為熱備用，等離子體氣化爐的冷啟動(dòng)時(shí)間為2～3天，運(yùn)行成本高。同時(shí)爐體外壁溫度高，熱量損失大，進(jìn)一步推高運(yùn)行成本。

3、中國專利類文獻(xiàn)202122251624.9公開了一種等離子體氣化爐，該方案通過回收利用等離子體熔融爐內(nèi)的高溫氣體，提升了處理效率和能量利用率，降低了等離子體炬的耗電量。

4、但是，該方案中的等離子體氣化爐的氣化室和熔融室的爐壁設(shè)置為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層采用高導(dǎo)熱的碳材料(如微孔炭磚)或碳化硅材料經(jīng)整體澆筑或磚砌而成，未解決現(xiàn)有技術(shù)中等離子體爐內(nèi)部耐火磚的壽命短、維護(hù)成本大的問題，也未提供解決前述問題的任何技術(shù)啟示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、1.要解決的技術(shù)問題：

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，等離子體氣化爐內(nèi)部耐火磚的壽命短、熱慣性大、啟停慢、維護(hù)成本大的問題，本實(shí)用新型提供了一種水冷壁爐體以使等離子體氣化爐的爐體壽命延長(zhǎng)，維護(hù)和更換成本降低的等離子體氣化爐。

3、2.技術(shù)方案

4、為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種等離子體氣化爐，包括爐體，爐體包括物料入口、氣化室和熔融玻璃體出口，氣化室連通物料入口和熔融玻璃體出口；

5、氣化室包含保溫結(jié)構(gòu)和水冷壁，水冷壁包含換熱管、環(huán)形入口集箱和環(huán)形出口集箱；換熱管連通至環(huán)形入口集箱和環(huán)形出口集箱。

6、環(huán)形入口集箱分配給水進(jìn)入換熱管后，產(chǎn)生的汽水混合物匯入環(huán)形出口集箱后引入鍋筒，經(jīng)汽水分離后，飽和蒸汽引入燃?xì)忮仩t過熱。

7、進(jìn)一步的，物料入口、氣化室和熔融玻璃體出口沿重力方向自上而下依次設(shè)置。

8、進(jìn)一步的，換熱管為內(nèi)螺紋管、光管中的一種。

9、優(yōu)選的，換熱管為內(nèi)螺紋管。

10、進(jìn)一步的，內(nèi)螺紋管靠近流體通道的一側(cè)表面設(shè)有內(nèi)螺紋。

11、內(nèi)螺紋管能夠強(qiáng)化傳熱，而等離子體氣化爐的熱流密度大，因此選用內(nèi)螺紋管來加強(qiáng)傳熱，避免等離子體氣化爐傳熱惡化，同時(shí)，相比于耐火磚，本方案能夠回收爐體散熱損失的熱量。

12、優(yōu)選的，水冷壁包含多根換熱管，相鄰換熱管之間由扁鋼連接。

13、進(jìn)一步的，水冷壁被構(gòu)造為回轉(zhuǎn)體，回轉(zhuǎn)體的中心線設(shè)為第一直線。

14、本實(shí)用新型中，水冷壁包含多根換熱管或者一根換熱管，當(dāng)水冷壁包含多根換熱管時(shí)，換熱管可以全部相對(duì)于第一直線豎直設(shè)置，即多根換熱管與第一直線之間均不存在夾角；或者全部?jī)A斜設(shè)置，即每根換熱管與第一直線之間均存在夾角；或部分相對(duì)于第一直線傾斜設(shè)置、部分豎直設(shè)置；當(dāng)水冷壁包含一根換熱管時(shí)，該換熱管構(gòu)造成多圈盤繞的螺旋盤管或者是以其他形式盤繞的腔體。

15、若水冷壁包含一根換熱管，水冷壁被構(gòu)造為多圈盤繞的螺旋盤管，這種形式的水冷壁加工和維修的難度相對(duì)較大，成本較高，同時(shí)管道內(nèi)部流體通道長(zhǎng)度過長(zhǎng)，傳熱容易惡化，一般采用強(qiáng)制循環(huán)，由于汽水溫度較高，循環(huán)泵經(jīng)常發(fā)生故障，運(yùn)行不穩(wěn)定，運(yùn)行成本高。而水冷壁包含多根換熱管時(shí)，構(gòu)造成管排結(jié)構(gòu)，水冷壁加工維修簡(jiǎn)單，內(nèi)部的除鹽水采用自然循環(huán)，無需循環(huán)泵，節(jié)省用電，運(yùn)行穩(wěn)定，成本低。因此，水冷壁包含多根換熱管為優(yōu)選技術(shù)方案。此外，本實(shí)用新型中換熱管與扁鋼之間的焊接操作相對(duì)簡(jiǎn)單，爐體安裝方便。

16、進(jìn)一步的，爐體還設(shè)有合成氣出口，合成氣出口位于氣化室的側(cè)上部。

17、進(jìn)一步的，合成氣出口位于物料入口側(cè)下方。

18、合成氣出口管道上設(shè)置等離子體炬，重整合成氣，減少焦油或其它大分子物質(zhì)的存在。

19、進(jìn)一步的，爐體下部設(shè)有用于向爐體中噴入純氧/蒸汽的混合氣體的蒸汽氧氣噴口。

20、進(jìn)一步的，等離子體氣化爐還包括熱源等離子體炬，設(shè)置于氣化室下部。

21、熱源等離子體炬為等離子體氣化爐提供熱量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣化熔融。

22、進(jìn)一步的，爐體還設(shè)有用于安裝熱源等離子體炬的熱源等離子體炬安裝口。

23、進(jìn)一步的，爐體還設(shè)有測(cè)溫孔。

24、進(jìn)一步的，氣化室包括收縮部，收縮部與熔融玻璃體出口連通；收縮部的內(nèi)腔沿著物料入口朝向熔融玻璃體出口的方向逐漸收縮。收縮部靠近熔融玻璃體出口。

25、進(jìn)一步的，測(cè)溫孔、蒸汽氧氣噴口、等離子體炬安裝口自上而下依次開設(shè)于收縮部上；收縮部對(duì)應(yīng)高度的氣化室內(nèi)腔中設(shè)有溫度檢測(cè)裝置。

26、進(jìn)一步的，等離子體氣化爐還包括二次風(fēng)箱，二次風(fēng)箱靠近爐體中部且位于測(cè)溫孔上方。

27、蒸汽氧氣噴口用于為固廢物料提供氣化劑，二次風(fēng)箱則提供氧氣，補(bǔ)充熱量，使氣化更加充分。

28、進(jìn)一步的，收縮部被構(gòu)造為錐體的一部分。

29、進(jìn)一步的，收縮部和熔融玻璃體出口附近靠近氣化室的換熱管內(nèi)側(cè)敷設(shè)有耐火澆注料，形成熔渣池。

30、進(jìn)一步的，等離子體氣化爐為中部支撐結(jié)構(gòu)，包括支撐梁，位于爐體中上部。

31、進(jìn)一步的，等離子體氣化爐還包括激冷環(huán)，位于熔渣池出口上方且靠近熔渣池出口。

32、進(jìn)一步的，等離子體氣化爐還配備水冷撈渣機(jī)，位于激冷環(huán)下方。

33、熔融的玻璃體從爐體底部流出，在激冷環(huán)中被高壓水高速?zèng)_刷激冷成細(xì)小的玻璃體顆粒后，由水冷撈渣機(jī)運(yùn)出作建筑材料或藝術(shù)品原料使用。

34、固廢物料投入氣化室進(jìn)行處理的過程中，需要大量的熱能，在傳統(tǒng)的耐火磚結(jié)構(gòu)爐體中，爐體表面溫度高、散熱非常大、熱能浪費(fèi)嚴(yán)重；但在本實(shí)用新型中，采用水冷壁爐體，代替耐火磚爐體，爐體表面溫度低，散熱損失小，熔融的玻璃渣掛到水冷壁上，形成一層保護(hù)層，使金屬不受高溫熔渣的侵蝕，再生成的熔渣受重力作用沿著金屬表面的保護(hù)層向下流動(dòng)，達(dá)到以渣抗渣的目的。水冷壁吸收了熱量，產(chǎn)生的蒸汽又可以作為氣化劑使用，實(shí)現(xiàn)熱量的回收。

35、3.有益效果

36、本實(shí)用新型的有益效果在于：

37、提供了一種水冷壁爐體以使等離子體氣化爐的爐體壽命延長(zhǎng)，減小爐體散熱損失，縮短啟停爐時(shí)間，減少能量消耗，維護(hù)和運(yùn)行成本降低的等離子體氣化爐。

38、具體來說，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

39、(1)首先，本實(shí)用新型對(duì)傳統(tǒng)的等離子體氣化爐的帶水冷套的內(nèi)襯耐火磚爐體或只內(nèi)襯耐火磚的爐體進(jìn)行改進(jìn)，將其替換為水冷壁，采用了以渣抗渣的方法，即物料氣化后形成的灰分熔渣掛到內(nèi)壁上，形成一層致密渣層保護(hù)內(nèi)壁的金屬，再生成的熔渣由于其與致密渣層之間的摩擦力小于其自身重力，因而再生成的熔渣無法再結(jié)成更厚的渣層，而是會(huì)在其自身重力作用下向下流動(dòng)，落入爐體底部，經(jīng)高壓水激冷成細(xì)小的玻璃體，固廢中如含有重金屬，就會(huì)被包絡(luò)在玻璃體的氧硅晶格中無法滲出。玻璃體作為一般固廢，可用來做建筑材料或藝術(shù)品原料，本實(shí)用新型避免了現(xiàn)有技術(shù)中玻璃液對(duì)耐火磚的沖刷和腐蝕作用，降低了裝置的維護(hù)難度和運(yùn)行成本。

40、其次，本實(shí)用新型中的包含換熱管的水冷壁比耐火磚砌筑的絕熱爐體或帶水冷套的爐體熱慣性小，啟?？?，能量消耗少。本實(shí)用新型只在渣池渣口附近敷設(shè)一層耐火澆注料，用于保持該處具有更高的溫度，形成熔渣池，使熔渣具有良好的流動(dòng)性，此部分的耐火澆注料受熔渣侵蝕仍需定期更換，但由于數(shù)量極少，并且在水冷壁的冷卻作用下，此部分耐火澆注料的使用壽命相對(duì)延長(zhǎng)，不需經(jīng)常更換。

41、此外，現(xiàn)有技術(shù)中的等離子體氣化爐的耐火磚砌筑的絕熱爐體無法耐受短時(shí)間內(nèi)溫度迅速升高，因此需要進(jìn)行熱備用，將升溫速度控制在一定范圍，而本實(shí)用新型中的爐體在水冷壁中水體的冷卻作用下能夠承受較快的升溫速度，因此，本實(shí)用新型的等離子體氣化爐不需配套備用爐。

42、(2)本實(shí)用新型的換熱管為內(nèi)螺紋管時(shí)，相比于光管能夠增強(qiáng)傳熱，防止過燒現(xiàn)象，原因在于：首先，螺紋槽的形成使得管內(nèi)的流體形成渦流，增強(qiáng)湍流狀態(tài)下對(duì)流換熱的能力；其次，由于螺紋槽的存在，管表面變得粗糙，破壞了流體的邊界層，明顯地改善了換熱；再者，由于均勻的螺紋槽，可以使換熱管的傳熱表面積變大了很多。