一種以水蒸汽為氣化介質(zhì)的垃圾等離子體氣化爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及城市垃圾的氣化處理設(shè)備，特別是種以水蒸汽為氣化介質(zhì)的垃圾等離子體氣化爐。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國城市生活垃圾無害化處理設(shè)施以衛(wèi)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(rèn)為是垃圾處理的最后選擇，而堆肥成本高、肥效低、產(chǎn)品市場性差、存在安全隱患，發(fā)展仍然受限。焚燒處理可以一定程度上實現(xiàn)垃圾的減量化、無害化、資源化的綜合處理，在環(huán)境保護(hù)和資源利用方面具有明顯的優(yōu)勢，因而在國內(nèi)得到了較快的發(fā)展。然而，直接焚燒導(dǎo)致煙氣超標(biāo)、臭氣擾民，且焚燒工藝容易產(chǎn)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(fā)電一直在爭議中前行，發(fā)展垃圾焚燒發(fā)電的替代技術(shù)勢在必行。
[0003]等離子氣化技術(shù)最早起源于20世紀(jì)60年代，美國NASA用其進(jìn)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(yè)，80年代開始處理醫(yī)學(xué)等固體廢棄物，近年來開始嘗試用于處理城市和工業(yè)垃圾。不同于傳統(tǒng)的垃圾焚燒方式，等離子氣化技術(shù)幾乎可將垃圾100%轉(zhuǎn)化為可回收的副產(chǎn)品，其中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為潔凈燃?xì)?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(xué)品，而無機(jī)物熔融產(chǎn)生的無害的玻璃態(tài)熔渣冷卻后可用作建筑材料，從而實現(xiàn)真正的垃圾無害化處理和資源化應(yīng)用，是垃圾焚燒最具潛力的一種替代技術(shù)。隨著等離子發(fā)生器技術(shù)的不斷完善(壽命長、運(yùn)行穩(wěn)定)和等離子體自耗電的不斷下降，利用等離子氣化技術(shù)將我國城市生活垃圾轉(zhuǎn)化為能源的時機(jī)已經(jīng)成熟。
[0004]然而，現(xiàn)有的垃圾等離子體氣化爐大多采用等離子體炬對垃圾進(jìn)行直接的高溫氣化，通過電弧放電產(chǎn)生高達(dá)7000°C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(dá)其產(chǎn)電能力的30%-45%，導(dǎo)致運(yùn)營成本大大增加，加上等離子體炬功率有限，難以擴(kuò)大規(guī)模實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)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(nèi)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(zhì)，給廢渣處理帶來更大的難題。
[0005]同時，垃圾氣化采用的氣化劑通常為空氣、富氧或水蒸汽，當(dāng)以空氣為氣化劑時，由于存在大量不發(fā)生反應(yīng)的N2成份，會導(dǎo)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(wěn)定，難以滿足后續(xù)的工業(yè)利用；當(dāng)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(zhì)，但需要附設(shè)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(shè)備的成本；而常規(guī)的水蒸汽氣化需要關(guān)鍵設(shè)備蒸汽發(fā)生器，由于垃圾中的焦炭與水蒸汽的反應(yīng)要求較高的溫度，因此只有水蒸氣的溫度達(dá)到700°C以上，氣化效果才比較理想，這對蒸汽發(fā)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(dá)到較高的溫度，因此氣體產(chǎn)率較低，氣化效果較差，目前工業(yè)上已經(jīng)較少應(yīng)用，主要用于實驗室研宄。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種以水蒸汽為氣化介質(zhì)的垃圾等離子體氣化爐，采用低溫水蒸汽(150°C _250°C)作為等離子體炬的工作氣體，同時從氣化爐側(cè)面引入一部分水蒸汽，即采用水蒸汽作為垃圾氣化介質(zhì)，經(jīng)等離子體炬加熱后的水蒸汽，平均溫度高達(dá)5000°C，與常規(guī)的水蒸汽氣化相比，蒸汽等離子體氣化為氣化反應(yīng)提供了一個高溫、高能環(huán)境，物料加熱速率快，反應(yīng)速率快，有很高的處理效率，還能發(fā)生一些在普通氣化條件下不能發(fā)生的反應(yīng)，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(cè)面引入一定量的空氣(過量空氣系數(shù)小于0.3)，從而避免現(xiàn)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(jìn)入氣化爐(過量空氣系數(shù)小于0.02)，使等離子體炬能耗降低，垃圾等離子體氣化的運(yùn)營成本降低。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]一種以水蒸汽為氣化介質(zhì)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(fā)生室，垃圾氣化室與高溫水蒸汽發(fā)生室之間設(shè)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(fā)生室分開；所述高溫水蒸汽發(fā)生室的內(nèi)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(1500C -2500C )作為等離子體炬的工作氣體。
[0009]所述氣化爐的內(nèi)壁澆注有耐火材料。
[0010]所述垃圾氣化室頂部設(shè)有投料口，側(cè)面較高處設(shè)有合成氣出口，側(cè)面較低處設(shè)有供氣口。
[0011 ] 所述水冷爐拱的一端為進(jìn)水口，另一端為出水口。
[0012]水冷爐拱的主體為鋼管，水從一側(cè)進(jìn)水口引入，在氣化爐內(nèi)交叉排列，通過冷卻水在管內(nèi)流動帶走熱量，冷卻爐拱，從而延長爐拱的使用壽命，降低維護(hù)成本。
[0013]所述高溫水蒸汽發(fā)生室的底部為出渣口，側(cè)面設(shè)有水蒸汽進(jìn)口，水蒸汽進(jìn)口與水冷爐拱的出水口連接，被爐拱加熱的水再通過等離子體炬變成高溫水蒸汽，從而作為垃圾的氣化介質(zhì)。垃圾氣化后體積與尺寸縮小，形成的廢渣通過爐拱的間隙落入下部的高溫水蒸汽發(fā)生室，在高溫下廢渣里含的二噁英等污染物進(jìn)一步完全分解，然后通過底部的排渣口排出，從而實現(xiàn)廢渣的徹底無害化處理，無需填埋，可用作建材。
[0014]從高溫水蒸汽發(fā)生室側(cè)面引入一部分水蒸汽，即采用水蒸汽作為垃圾氣化介質(zhì)，經(jīng)等離子體炬加熱后的水蒸汽，平均溫度高達(dá)5000°C，向上流動至垃圾氣化室從而使垃圾熱解氣化，通過水蒸汽間接加熱垃圾能使垃圾氣化室內(nèi)的流場與溫度場更為均勻。同時垃圾氣化室供氣口引入一部分空氣(過量空氣系數(shù)小于0.3)，使垃圾在高溫下發(fā)生部分氧化反應(yīng)，從而利用一部分垃圾自身熱值，降低等離子體電耗。
[0015]本實用新型的操作方法為:
[0016]將垃圾從投料口投入到上部的垃圾氣化室內(nèi)，在有一定間距排列的水冷爐拱上堆積一定的高度，啟動下部高溫水蒸汽發(fā)生室的等離子體炬，產(chǎn)生恒定高溫，同時將水從水冷爐排中通入；水在水冷爐拱中預(yù)熱后進(jìn)入高溫水蒸汽發(fā)生室后，形成穩(wěn)定向上流動的高溫水蒸汽，使垃圾溫度升高，發(fā)生熱解氣化；同時，從上部的供氣口鼓入一定量的過量空氣系數(shù)小于0.3