專利名稱：交流等離子體裂解廢棄物裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種處理廢棄物的裝置，更具體地說，涉及一種利用交流等離子體裂解、處理廢棄物的裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，每天都會產(chǎn)生大量的固體有毒、有害、有傳染性的工業(yè)或醫(yī)療廢棄物。對于這些有毒、有害的危險(xiǎn)廢棄物，傳統(tǒng)的處理方法是焚燒法。即，將這些有毒、有害、有傳染性的工業(yè)或醫(yī)療廢棄物送入焚燒爐中，高溫焚燒，然后，將焚燒后的產(chǎn)物填埋。這種處理方法的缺點(diǎn)是能源消耗大，更重要的是存在二次污染的問題。雖然，經(jīng)高溫焚燒后絕大多數(shù)有毒、有害的工業(yè)或醫(yī)療廢棄物被高溫分解了，但是，仍然存在一少部分未被充分燃燒的廢棄物，這些未充分燃燒的廢棄物長時(shí)間填埋在地下，會對地下水資源、環(huán)境造成二次污染，嚴(yán)重的還會引起污染的大范圍傳播，影響社會的穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。目前，如何高效環(huán)保地處理醫(yī)療廢棄物已受到了全社會的極大關(guān)注。
特別是，2003年春季“非典”疾病流行期間，及時(shí)潔凈地處理大量的醫(yī)療廢棄物成為控制疫病的一個重要環(huán)節(jié)。目前，我國在醫(yī)療廢棄物或有毒、有害危險(xiǎn)物的處置方面技術(shù)還比較落后，而且重視程度也不夠，仍然沿用傳統(tǒng)的焚燒法處理醫(yī)療或工業(yè)廢棄物。
正如前面所敘述的，由于焚燒法處理工業(yè)或醫(yī)療廢棄物的燃燒溫度難于超過1500℃，一般低于1200℃，對提高含氯苯環(huán)的銷毀效率不利，造成仍有少量廢棄物未充分燃燒，帶來二次污染問題，為了避免二次污染，為了充分焚燒醫(yī)療廢棄物，充分銷毀有害的有機(jī)物，除保證3T原則(溫度、湍流和時(shí)間)外，還需要加大過量空氣系數(shù)(一般達(dá)到1.8-2.0，排氣含氧量11-12％)即在焚燒過程中加入大量的助燃空氣，必然造成能量消耗量大；而且，在焚燒過程中還產(chǎn)生大量的含有NOx、HCl及二噁英等有毒物質(zhì)，對于煙氣后處理產(chǎn)生很大壓力。另外，由于焚燒后的煙氣中含有氯、氟、硫等腐蝕性氣體，對焚燒爐換熱器造成嚴(yán)重腐蝕，影響設(shè)備正常運(yùn)行；煙氣中顆粒物含量大，吸附的有害物質(zhì)多；在降溫到300～400℃的有氧環(huán)境下，煙氣中的含氯苯環(huán)和無機(jī)氯在銅、鐵的催化下可再合成或從頭合成二噁英類有毒物質(zhì)，加大后處理成本。
由于采用焚燒法處理醫(yī)療廢棄物或有毒、有害危險(xiǎn)物存在以上諸多缺點(diǎn)，目前國內(nèi)外正加緊研究采用等離子體的方法處理醫(yī)療或工業(yè)廢棄物。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)的焚燒法處理工業(yè)或醫(yī)療廢棄物的弊端，本實(shí)用新型的目的是提供一種利用交流等離子體裂解、處理廢棄物的裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下設(shè)計(jì)方案一種交流等離子體裂解廢棄物裝置，它主要由等離子體發(fā)生器和等離子體反應(yīng)器兩部分組成，所述發(fā)生器和反應(yīng)器構(gòu)成一等離子體裂解爐；所述等離子體發(fā)生器主要作用是產(chǎn)生交流等離子體環(huán)境；在等離子體裂解爐頂部設(shè)有進(jìn)料口、工作氣體進(jìn)氣口和三根電極；所述三根電極與三相交流電源相連；所述等離子體反應(yīng)器為利用等離子體裂解廢棄物的容器，在發(fā)生器上設(shè)有排氣口。
設(shè)置在所述等離子體發(fā)生器上的三根電極在爐體上互成120±15度夾角分布。所述三根電極為可移動電極；三根電極分別與電壓為30～250V的交流電源相連。所述電極可以為石墨電極，也可以為金屬電極。所述電極可以為實(shí)心電極，也可以為空心電極。
所述等離子體裂解爐設(shè)有進(jìn)料口和下排渣口。
所述等離子體發(fā)生器和反應(yīng)器由內(nèi)到外依次由耐高溫爐襯、耐火隔熱層和冷卻層構(gòu)成。在所述冷卻層內(nèi)充滿冷卻介質(zhì)，在冷卻層上設(shè)有冷卻介質(zhì)進(jìn)口和出口。
所述交流等離子體裂解廢棄物裝置還包括一進(jìn)料裝置，所述進(jìn)料裝置由缸體和帶有轉(zhuǎn)位盤的缸體構(gòu)成；所述缸體設(shè)有投料用的開合門，以及用于壓縮廢棄物的X軸方向的壓縮活塞、Y軸方向的壓縮活塞、Z軸方向的壓縮活塞；所述帶有轉(zhuǎn)位盤的缸體與所述缸體相通，所述帶有轉(zhuǎn)位盤的缸體設(shè)有一出料口；且在所述帶有轉(zhuǎn)位盤的缸體的轉(zhuǎn)位盤上，與其出料口對應(yīng)處還設(shè)有出料活塞；所述進(jìn)料裝置通過固定架安裝在等離子體裂解裝置旁，其出料口與所述等離子體裂解裝置的進(jìn)料口相對。
所述交流等離子體裂解廢棄物裝置還包括一尾氣處理裝置，所述尾氣處理裝置的進(jìn)氣口與所述等離子體裂解裝置的排氣口相連。
由于本實(shí)用新型采利用溫度極高的等離子體裂解、氣化危險(xiǎn)廢棄物，不僅可以有效地打斷有機(jī)物的化學(xué)鍵，達(dá)到很高的摧毀效率，而且，還不會在處理過程中排放NOx、CO和二噁英類等在有氧環(huán)境下可再次生成的有害氣體，二次污染少，快速、潔凈，環(huán)保效果優(yōu)良。又由于本實(shí)用新型是利用溫度很高的等離子體裂解、氣化危險(xiǎn)廢棄物，在處理過程中不需要加入助燃的空氣，因此能量消耗很少，提供的能量除加熱被處理的物料外，都用于打碎有機(jī)物化學(xué)鍵，分解有機(jī)物，因此能量效率高。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，等離子體法處理一噸廢棄物的電耗約1000kWh，遠(yuǎn)低于焚燒多氯聯(lián)苯等高危廢棄物的能耗和能源成本。


圖1為本實(shí)用新型交流等離子體裂解裝置外部結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型交流等離子體裂解裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本實(shí)用新型交流等離子體裂解裝置發(fā)生器俯視、剖視圖圖4為本實(shí)用新型交流等離子體裂解裝置反應(yīng)器俯視、剖視圖圖5為本實(shí)用新型尾氣處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖6為本實(shí)用新型進(jìn)料裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖7為本實(shí)用新型等離子體裂解成套裝置處理流程圖具體實(shí)施方式
等離子體是由氣體放電產(chǎn)生的，通常等離子氣體在反應(yīng)室內(nèi)可持續(xù)地以電弧方式產(chǎn)生大量的、溫度極高的等離子體，例如氫離子體弧心溫度可達(dá)到5000-7000度。利用溫度高、能量集中的等離子體可以冶煉難熔的金屬礦，銷毀化學(xué)武器、處理低放射性的危險(xiǎn)物質(zhì)。本實(shí)用新型就是利用交流等離子體的高熱特性處理工業(yè)或醫(yī)療廢棄物。
如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型交流等離子體裂解廢棄物裝置主要由等離子體發(fā)生器1和等離子體反應(yīng)器2兩部分組成，發(fā)生器1和反應(yīng)器2構(gòu)成一用于裂解廢棄物的裂解爐。
等離子體發(fā)生器1主要作用是產(chǎn)生交流等離子體環(huán)境。如圖1～圖3所示，發(fā)生器1內(nèi)壁為弧面型，其由內(nèi)到外依次由耐高溫爐襯11、耐火隔熱層12和冷卻層13構(gòu)成，在其頂部設(shè)有進(jìn)料口14、工作氣體進(jìn)氣口15和三根斜插式、可移動/或不可移動電極16。三根電極16分別與電壓為30～250V的交流電源相連。
為了使三根電極在接通交流電源后，發(fā)生器1內(nèi)三根電極的末端能夠產(chǎn)生電弧，使等離子體氣體電離產(chǎn)生大量高溫的等離子體，三根電極16在爐體圓周上互成120±45度夾角分布，且三根電極末端相互之間距離小于發(fā)生器1殼體外徑的二分之一。
等離子體反應(yīng)器2為利用等離子體裂解廢棄物的容器，如圖1、圖2、圖4所示，其內(nèi)壁為一圓筒型柱體，與發(fā)生器1一樣，反應(yīng)器2由內(nèi)到外也依次由耐高溫爐襯11、耐火隔熱層12和冷卻層13構(gòu)成。在反應(yīng)器2上部設(shè)有下進(jìn)料口或出氣口21和下排氣口22，在反應(yīng)器2下部還可以設(shè)有排渣口23。
本實(shí)用新型利用溫度很高的等離子體裂解、處理工業(yè)或醫(yī)療廢棄物的原理是首先，將待處理的廢棄物通過發(fā)生器1的進(jìn)料口3和/或反應(yīng)器2的下進(jìn)料口21送入反應(yīng)器2內(nèi)；然后，將三根電極16接通交流電極，使電極末端產(chǎn)生電弧；再將工作氣體(等離子體氣體)通過發(fā)生器1頂部的進(jìn)氣口導(dǎo)入發(fā)生器1內(nèi)，由于電極末端持續(xù)產(chǎn)生電弧，電離導(dǎo)入的工作氣體，所以，在發(fā)生器1內(nèi)產(chǎn)生了大量高溫的等離子體；利用產(chǎn)生的大量、溫度極高的等離子體就可以快速裂解廢棄物的化學(xué)分子鍵，處理廢棄物。
在本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中，所述電極16可以是石墨電極，也可以是金屬電極。工作氣體可以是氫氣和/或氮?dú)夂?或氬氣和/或甲烷氣體；工作氣體可以直接從發(fā)生器1頂部的進(jìn)氣口15導(dǎo)入發(fā)生器內(nèi)，也可以將電極16制成中空的電極，將工作氣體通過中空的電極導(dǎo)入發(fā)生器內(nèi)。
在裂解爐內(nèi)部耐高溫爐襯11外面采用隔熱結(jié)構(gòu)，增加了耐火隔熱層12，使裂解裝置達(dá)到了不低于60％的熱效率；另外，為了保證裂解裝置外壁溫度不高于環(huán)境溫度50℃，在裂解爐耐火隔熱層12外面還設(shè)有冷卻層13/或冷卻套13，在冷卻套13內(nèi)充滿吸熱介質(zhì)，在冷卻套13上設(shè)有吸熱介質(zhì)進(jìn)口131和出口132。
為了使交流等離子體裂解爐內(nèi)產(chǎn)生大量等離子體，對設(shè)置在發(fā)生器1頂部的三根電極16即A、B、C三根電極之間的夾角都有一定要求。下面舉例說明A、B、C三根電極末端之間的距離、三根電極之間的夾角不同時(shí)，處理廢氣物的效果是不同的。
實(shí)驗(yàn)條件電源功率為150kW，采用石墨電極，工作氣體為氫氣，處理對象為醫(yī)療廢棄物。


由于裂解裝置發(fā)生器內(nèi)三根電極弧心溫度達(dá)到5000～6000℃以上，產(chǎn)生的交流等離子體的溫度極高，所以，產(chǎn)生的交流等離子體可以充分地裂解廢棄物分子鍵，而不需要加入助燃的空氣，故利用交流等離子體裂解廢棄物所產(chǎn)生的尾氣量僅為焚燒法的10％左右。對于裂解裝置產(chǎn)生的少量尾氣，可直接通過尾氣處理裝置3排放掉，也可以經(jīng)過尾氣聚冷、除塵、吸收后排放掉。如圖5所示，該尾氣處理裝置3由以下部分組成氮?dú)夤?1、安全水封32、冷卻噴淋吸收塔33、輸料泵34、離心分離機(jī)35、涼水塔36、噴林泵371、堿液貯槽37、計(jì)量泵372、水環(huán)壓縮泵38、阻火器381、鍋爐39。來自等離子體裂解裝置排氣口的尾氣首先進(jìn)入冷卻噴淋吸收塔33，進(jìn)行氣體驟冷，以防止二噁英的產(chǎn)生；同時(shí)進(jìn)行除塵和酸性氣體的吸收；未被吸收的可燃?xì)怏w送去鍋爐39燃燒；含固體顆粒的懸浮液經(jīng)固液分離，液體調(diào)節(jié)pH后循環(huán)利用，分離下來的固體顆粒經(jīng)干燥后回收，熔融成玻璃體用。
本實(shí)用新型可以處理有毒、有害的工業(yè)廢棄物，也可以處理有傳染性的醫(yī)療廢棄物。這些廢棄物可以直接通過裂解裝置的進(jìn)料口投入裂解爐內(nèi)，但是，為了避免這些廢棄物對人體的傷害，本實(shí)用新型還設(shè)計(jì)了進(jìn)料裝置4。如圖6所示，進(jìn)料裝置4由缸體41和帶有轉(zhuǎn)位盤的缸體42構(gòu)成。缸體41設(shè)有投料用的開合門411，以及用于壓縮廢棄物的X軸方向的壓縮活塞412、Y軸方向的壓縮活塞413、Z軸方向的壓縮活塞414。帶有轉(zhuǎn)位盤的缸體42與缸體41相通，缸體42設(shè)有一出料口421；且在缸體42的轉(zhuǎn)位盤421上，與出料口421對應(yīng)處還設(shè)有出料活塞422。
廢棄物如醫(yī)療廢棄物整包從廢料入口進(jìn)入缸體41后，開合門411立即關(guān)閉。壓縮活塞411、壓縮活塞412先后動作，對廢棄物進(jìn)行壓縮，壓縮活塞413進(jìn)一步對廢棄物進(jìn)行壓縮，并將其推入帶有轉(zhuǎn)位盤的缸筒42內(nèi)，轉(zhuǎn)位至等離子體裂解裝置進(jìn)料口上方，然后，缸體42的出料活塞422將壓縮后的廢棄物推入等離子體裂解裝置內(nèi)進(jìn)行裂解。
進(jìn)料裝置4以高頻率小批量間歇方式(宏觀連續(xù))把經(jīng)壓縮的廢棄物送入等離子體裂解裝置進(jìn)行裂解；為了使廢棄物中多余的液態(tài)物如水、血液等與廢棄物一同進(jìn)入裂解裝置中，在進(jìn)料裝置4的廢料入口處還人為地加入一些造渣材料，使其能按一定的比例與廢棄物混合后進(jìn)入送入等離子體裂解裝置中進(jìn)行裂解。
進(jìn)料裝置4通過固定架安裝在等離子體裂解裝置旁，在安裝固定進(jìn)料裝置時(shí)，一定要使進(jìn)料裝置4的出料口421對準(zhǔn)裂解裝置的進(jìn)料口。由于處理對象為危險(xiǎn)廢棄物，所以，系統(tǒng)主要部件特別是進(jìn)料系統(tǒng)應(yīng)采取隔離措施。
圖7為帶有進(jìn)料裝置和尾氣排放裝置的整個交流等離子體裂解成套裝置的處理、裂解、回收廢棄物的整個流程示意圖。
由于本實(shí)用新型利用溫度極高的等離子體裂解、處理危險(xiǎn)廢棄物，故，本實(shí)用新型不僅具有摧毀效率高，二次污染少，快速、潔凈，環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)；而且，還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)爐溫，爐內(nèi)平均溫度可達(dá)到1600℃以上，對提高高毒性危廢的銷毀效率非常有利；尾氣量僅為一般焚燒法的10％左右，尾氣氣體流速低，顆粒物含量極小，可采用濕法驟冷和洗滌，回收利用；能量損失小，設(shè)備和運(yùn)行成本低；還原氣氛使二噁英的排放濃度基本為零，即使運(yùn)行工況變動也不會使二噁英排放超標(biāo)。
盡管等離子體法處理危險(xiǎn)廢棄物的設(shè)備成本高于焚燒法，但由于尾氣處理設(shè)備遠(yuǎn)較焚燒法便宜，運(yùn)行成本也屬于可以接受的范圍，因此，利用交流等離子體處理危險(xiǎn)廢棄物具有很大的市場潛力。
以上所述是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例及所運(yùn)用的技術(shù)原理，任何基于本實(shí)用新型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換，均屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于它主要由等離子體發(fā)生器和等離子體反應(yīng)器兩部分組成，所述發(fā)生器和反應(yīng)器構(gòu)成一等離子體裂解爐；所述等離子體發(fā)生器主要作用是產(chǎn)生等離子體環(huán)境；在其頂部設(shè)有進(jìn)料口、工作氣體進(jìn)氣口和三根電極；所述三根電極與三相交流電源相連；所述等離子體反應(yīng)器為利用等離子體裂解廢棄物的容器，在等離子體爐體上設(shè)有排氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于設(shè)置在所述等離子體發(fā)生器上的三根電極在爐體上互成120±15度夾角分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于所述三根電極為可移動電極；三根電極分別與電壓為30～250V的交流電源相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于所述等離子體裂解爐設(shè)有進(jìn)料口和下排渣口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于所述等離子體裂解爐設(shè)有進(jìn)料口和下排渣口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于所述等離子體發(fā)生器和反應(yīng)器由內(nèi)到外依次由耐高溫爐襯、耐火隔熱層和冷卻層構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于所述等離子體發(fā)生器和反應(yīng)器由內(nèi)到外依次由耐高溫爐襯、耐火隔熱層和冷卻層構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于所述冷卻層內(nèi)充滿吸熱介質(zhì)，在冷卻層上設(shè)有吸熱介質(zhì)進(jìn)口和出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5或7所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于所述電極為石墨電極或金屬電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5或7所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于所述電極為實(shí)心或空心電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于所述電極為實(shí)心或空心電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5或7或8或11所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于該裝置還包括一進(jìn)料裝置，所述進(jìn)料裝置由缸體和帶有轉(zhuǎn)位盤的缸體構(gòu)成；所述缸體設(shè)有投料用的開合門，以及用于壓縮廢棄物的X軸方向的壓縮活塞、Y軸方向的壓縮活塞、Z軸方向的壓縮活塞；所述帶有轉(zhuǎn)位盤的缸體與所述缸體相通，所述帶有轉(zhuǎn)位盤的缸體設(shè)有一出料口；且在所述帶有轉(zhuǎn)位盤的缸體的轉(zhuǎn)位盤上，與其出料口對應(yīng)處還設(shè)有出料活塞；所述進(jìn)料裝置通過固定架安裝在等離子體裂解裝置旁，其出料口與所述等離子體裂解裝置的進(jìn)料口相對。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5或7或8或11所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于該裝置還包括一尾氣處理裝置，所述尾氣處理裝置的進(jìn)氣口與所述等離子體裂解裝置的排氣口相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的交流等離子體裂解廢棄物裝置，其特征在于該裝置還包括一尾氣處理裝置，所述尾氣排放裝置的進(jìn)氣口與所述等離子體裂解裝置的排氣口相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種交流等離子體裂解廢棄物裝置，它主要由等離子體發(fā)生器和反應(yīng)器構(gòu)成，二者構(gòu)成等離子體裂解爐。等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體；在其頂部設(shè)有進(jìn)氣口和三根斜插式、可移動電極。這三根電極用于產(chǎn)生電弧，電離工作氣體，產(chǎn)生溫度很高的等離子體，它們與交流電源相連；且互成120±15度夾角分布。等離子體反應(yīng)器為利用等離子體裂解廢棄物的容器。本實(shí)用新型利用高熱的等離子體裂解廢棄物，具有摧毀效率高，二次污染少，裂解廢棄物快速、潔凈、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。所述進(jìn)料裝置具有安全隔離防護(hù)及高度自動化控制功能和操作的安全可靠性。
文檔編號F23G5/00GK2705716SQ20032010314
公開日2005年6月22日 申請日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日
發(fā)明者盛宏至, 魏小林, 夏原, 曹永仙, 徐永香, 王元原, 陳文武 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所, 北京同義興科技有限公司