一種帶水冷壁的一體式垃圾等離子體氣化爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及城市垃圾的氣化處理技術(shù)，特別是一種帶水冷壁的一體式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(shí)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(shí)驗(yàn)，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(shí)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(shí)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，如卡爾特的公開號為US005280757A美國專利文獻(xiàn)和卡馬喬的公開號為US005634414A的美國專利文獻(xiàn)，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(shí)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(shí)，垃圾氣化裝置通常由氣化室和二燃室組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管路眾多，且增加了材料成本，而垃圾等離子氣化平均溫度高達(dá)1500°C，氣化爐內(nèi)壁需要很厚的耐火材料，也極大增加了垃圾等離子氣化爐的制造成本，影響了垃圾等離子體氣化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種帶水冷壁的一體式垃圾等離子體氣化爐，合理利用垃圾自身的熱值產(chǎn)生合成氣完成氣化過程，再利用等離子體炬在氣化爐上部對產(chǎn)生的合成氣進(jìn)行重整，通過高溫去除合成氣中的污染物質(zhì)，同時(shí)將合成氣中的焦油去除，使合成氣重整為以CO和H2為主的清潔燃?xì)猓瑫r(shí)利用等離子體炬在氣化爐下部對產(chǎn)生的廢渣進(jìn)行高溫熔融，使廢渣形成無害化的玻璃態(tài)熔渣，冷卻后可用作建筑材料；氣化爐結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本降低，同時(shí)等離子體炬僅僅作用在合成氣與廢渣上，避免了對低熱值、高水分垃圾的直接處理，使垃圾等離子氣化運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性大大增加；采用水冷壁代替部分常規(guī)的耐火材料，可以減少昂貴的耐火材料的厚度，同時(shí)增加耐火材料的使用壽命，還能回收通過壁面損失的部分能量。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]一種帶水冷壁的一體式垃圾等離子體氣化爐，其特征在于:氣化爐爐膛分為上中下三個(gè)區(qū)域，上部區(qū)域?yàn)楹铣蓺庵卣麉^(qū)，中部區(qū)域?yàn)闅饣瘏^(qū)，下部區(qū)域?yàn)閺U渣熔融區(qū)；所述合成氣重整區(qū)內(nèi)在同一水平面上均勻設(shè)置有三支等離子體炬一；所述氣化區(qū)的側(cè)面與進(jìn)料系統(tǒng)相連，氣化區(qū)的側(cè)面還設(shè)置有進(jìn)氣口，可通入空氣或氧氣使垃圾完成常規(guī)氣化過程，控制溫度在700度左右，氣化區(qū)的底面設(shè)置有爐排，用于承載垃圾和分隔廢渣熔融區(qū)；所述廢渣熔融區(qū)的側(cè)面中間設(shè)置有三個(gè)環(huán)繞的等離子體炬二。
[0009]所述等離子體炬一安裝于上部區(qū)域的中間縮徑處。
[0010]所述合成氣重整區(qū)的等離子體炬一將上部區(qū)域內(nèi)合成氣的溫度控制為1200-1500°C之間，以達(dá)到合成氣重整成以CO和H2為主的燃?xì)獠⑷コ渲械慕褂图岸f英等污染物，等離子體炬一安裝于縮徑處使合成氣受等離子體炬一加熱更均勻，重整效果更好，合成氣重整后通過上部的出口流出，可直接用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電或作為化工原料。
[0011]所述等離子體炬二相互之間呈120度夾角并與地面呈45度夾角。
[0012]所述氣化區(qū)生成的廢渣通過爐排落入廢渣熔融區(qū)，廢渣熔融區(qū)的等離子體炬二將溫度控制在1400°C左右，使廢渣熔融，從底部的排渣口流出，冷卻后形成無害化的玻璃態(tài)廢洛，可用作建筑材料。
[0013]所述氣化爐的內(nèi)壁設(shè)置有水冷壁，水由上部區(qū)域的側(cè)面流入，由下部區(qū)域的側(cè)面流出，通過水冷壁回收部分通過壁面的散熱，同時(shí)減少耐火材料的厚度,延長耐火材料的使用壽命。作為一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)米用水冷壁時(shí)，可以只布置三層耐火材料，每層厚度在10mm至150mm，而不采用水冷壁時(shí)，需要布置五層耐火材料，總厚度約500至750mm。
[0014]本實(shí)用新型的操作方法為:本發(fā)明的操作方法為:先將垃圾從進(jìn)料系統(tǒng)的投料口投入，垃圾經(jīng)過破碎后被輸送至中部的氣化區(qū)，填充于爐排上；啟動(dòng)上部合成氣重整區(qū)的等離子體炬一與下部廢渣熔融區(qū)的等離子體炬二達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，控制溫度在預(yù)定范圍，同時(shí)使水冷壁中的水進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)，再從中部的氣化區(qū)通入一定的空氣或氧氣，同時(shí)通過點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃中部氣化區(qū)的垃圾，發(fā)生氣化過程；氣化產(chǎn)生的合成氣進(jìn)入到上部的合成氣重整區(qū)進(jìn)行合成氣重整，去除合成氣中的焦油與污染物，然后合成氣經(jīng)合成氣重整區(qū)的合成氣出口流出，在合成氣重整過程中產(chǎn)生的廢渣通過下部的廢渣熔融區(qū)進(jìn)