[发明专利]一种从熔池液面以下加热的飞灰等离子体熔融装置及方法

说明书

本发明公开了一种从熔池液面以下加热的飞灰等离子体熔融装置及方法；装置包括炉体、炉盖及等离子体炬；等离子体炬通过密封连接套筒与熔池区连通，炉盖上设有进料口；炉体侧壁靠近顶部设有气体出口，炉体侧壁靠近底部设有熔渣出口；运行时，用固态熔渣堆成料层，等离子体炬从床层底部喷入等离子体火焰，融化熔渣，形成熔池；等离子体炬从熔池液面下喷出高温等离子体火焰加热并搅拌熔池；从进料口投入飞灰，飞灰落入熔池后，经搅拌加热迅速融化，并从熔渣出口排出，生成的气体产物从气体出口排出；本发明在高效熔融飞灰的同时，解决了等离子飞灰熔融面临的二次飞灰、熔渣出口堵塞、加热效率低、玻璃体熔渣的浸出性及飞灰预处理要求高等问题。

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧和危险废弃物处置领域，具体而言涉及一种飞灰等离子体熔融装置及方法。

背景技术

近年来，我国垃圾焚烧发电行业的规模不断扩大。在垃圾焚烧发电过程中，烟气中夹带的低沸点重金属、二噁英、呋喃等有害物质往往采用喷射活性炭的方法吸附。吸附后的活性炭，和烟气中夹带的其它固体颗粒物一起，被布袋除尘器或其它烟气净化设备捕捉，形成垃圾焚烧飞灰。根据垃圾焚烧所采用的具体工艺不同，飞灰的重量约占焚烧垃圾重量的3-10%。由于飞灰中含有浓度较高的重金属、二噁英和呋喃等有害物质，对环境有较大的危害。根据2016年8月1日起施行的《国家危险废物名录》，生活垃圾焚烧飞灰被明确定义为T类危险废弃物。目前，对飞灰进行无害化处置的方法主要有水泥固化法、药剂稳定法、水泥窑协同处置法、重金属提取法及等离子体熔融法等。

等离子体熔融法是指采用等离子体作为高温热源，高效熔融飞灰，生成性状稳定的玻璃体熔渣的方法。经过等离子体的处理，飞灰中的有机污染物被完全分解，重金属离子则被固化在玻璃体致密的结构中。所产生的玻璃体可以用做安全可靠的建筑材料或其它用途，从而真正实现飞灰的“三化处置”，等离子体熔融法被称为最先进的飞灰处置方法。具体来看，飞灰的等离子体熔融法又可以分为等离子弧法和等离子体炬法两类。等离子弧法在熔融炉内安装石墨棒电极和熔池底部电极，通过电极间放电直接在炉内产生等离子体，并用等离子体加热飞灰使其熔融。其缺点在于放电主要发生在熔池以上的大范围区域内，熔池通过与上部空间之间的自然对流与辐射换热间接吸收等离子体的能量，热效率不高；另外，由于熔池缺乏搅动机制，导致熔池内温度分布上高下底，熔池上部局部高温，促使熔渣中低沸点成分挥发，成为二次飞灰的主要来源，而熔池下部温度低，造成底部熔渣流动性差，容易堵塞熔渣出口。除此之外，等离子体弧法还存在电极消耗快，石墨电极参与反应生成有毒气体等问题。等离子体炬法使用等离子体炬从熔池以上对准熔池喷出高温等离子体射流火焰，以实现提供热量溶解飞灰的目的。由于等离子体炬的热流相比等离子弧更为集中，能促进等离子体与飞灰熔池之间的强制对流换热，增强了加热的效率，并能实现对炉内情况更准确的控制，等离子体射流火焰对熔池也有一定的搅动作用，但是由于等离子体射流火焰仍然来自熔池上方，加热方式从上向下，导致熔池内温度仍然呈现上高下低的趋势，并不能完全解决二次飞灰和底部熔渣流动性的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种从熔池液面以下加热的飞灰等离子体熔融装置，将高温等离子体射流火焰直接射入熔池下部，通过高温等离子体射流火焰直接加热并搅动熔池，解决了现有等离子飞灰熔融技术面临的二次飞灰、熔渣出口堵塞、加热效率不高、熔渣中的碳影响玻璃体熔渣的浸出性、对进料预处理要求高等一系列问题。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种从熔池液面以下加热的飞灰等离子体熔融装置，包括炉体、炉盖以及等离子体炬，所述炉体内部分为熔池区和气体空间，所述等离子体炬的火焰出口通过设置于炉体侧壁靠近底部处的密封连接套筒与熔池区连通；所述炉盖与炉体严密扣合；所述的炉盖上设有进料口；所述炉体侧壁靠近顶部位置设有气体出口，所述炉体侧壁靠近底部位置设置有熔渣出口。

进一步地，所述等离子体炬数量为1-4个，等离子体炬与密封连接套筒为可拆卸连接。

进一步地，所述的密封连接套筒为金属材质，套筒内壁为水冷壁，套筒在等离子体炬端的接口设有密封装置。