[实用新型]一种带水冷壁的一体式垃圾等离子体气化炉

说明书

技术领域

    本实用新型涉及城市垃圾的气化处理技术，特别是一种带水冷壁的一体式垃圾等离子体气化炉。

背景技术

目前我国城市生活垃圾无害化处理设施以卫生填埋为主，堆肥与焚烧为辅。垃圾填埋由于占用大量空间和污染地下水而被公认为是垃圾处理的最后选择，而堆肥成本高、肥效低、产品市场性差、存在安全隐患，发展仍然受限。焚烧处理可以一定程度上实现垃圾的减量化、无害化、资源化的综合处理，在环境保护和资源利用方面具有明显的优势，因而在国内得到了较快的发展。然而，直接焚烧导致烟气超标、臭气扰民，且焚烧工艺容易产生二噁英和重金属等二次污染，引起居民的恐慌，其带来的邻避难题不容小视。因此，焚烧发电一直在争议中前行，发展垃圾焚烧发电的替代技术势在必行。

等离子气化技术最早起源于20世纪60年代，美国NASA用其进行材料的抗热实验，70年代开始用于冶金和材料热处理行业，80年代开始处理医学等固体废弃物，近年来开始尝试用于处理城市和工业垃圾。不同于传统的垃圾焚烧方式，等离子气化技术几乎可将垃圾100％转化为可回收的副产品，其中的有机物转化为洁净燃气（主要是CO和H₂），可以直接燃烧或用于提炼成更高等级的燃料和化学品，而无机物熔融产生的无害的玻璃态熔渣冷却后可用作建筑材料，从而实现真正的垃圾无害化处理和资源化应用，是垃圾焚烧最具潜力的一种替代技术。随着等离子发生器技术的不断完善（寿命长、运行稳定）和等离子体自耗电的不断下降，利用等离子气化技术将我国城市生活垃圾转化为能源的时机已经成熟。

然而，现有的垃圾等离子体气化炉大多采用等离子体炬对垃圾进行直接的高温气化，通过电弧放电产生高达7000℃的等离子体，从而使垃圾彻底热解，如卡尔特的公开号为US005280757A美国专利文献和卡马乔的公开号为US005634414A的美国专利文献，电弧等离子体是唯一的热源，没有利用垃圾本身的热值，能量消耗高，等离子体炬耗电率可达其产电能力的30%-45%，导致运营成本大大增加，加上等离子体炬功率有限，难以扩大规模实现商业化应用。此外，由于只输入电能，依靠等离子体射流直接气化垃圾，使气化炉内温度场和流场很不均匀，使垃圾不能完全被高温处理，从而使废渣中含有二噁英等有害物质，给废渣处理带来更大的难题。

同时，垃圾气化装置通常由气化室和二燃室组成，结构复杂，管路众多，且增加了材料成本，而垃圾等离子气化平均温度高达1500℃，气化炉内壁需要很厚的耐火材料，也极大增加了垃圾等离子气化炉的制造成本，影响了垃圾等离子体气化技术的经济性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种带水冷壁的一体式垃圾等离子体气化炉，合理利用垃圾自身的热值产生合成气完成气化过程，再利用等离子体炬在气化炉上部对产生的合成气进行重整，通过高温去除合成气中的污染物质，同时将合成气中的焦油去除，使合成气重整为以CO和H₂为主的清洁燃气，同时利用等离子体炬在气化炉下部对产生的废渣进行高温熔融，使废渣形成无害化的玻璃态熔渣，冷却后可用作建筑材料；气化炉结构紧凑，制造成本降低，同时等离子体炬仅仅作用在合成气与废渣上，避免了对低热值、高水分垃圾的直接处理，使垃圾等离子气化运行的经济性大大增加；采用水冷壁代替部分常规的耐火材料，可以减少昂贵的耐火材料的厚度，同时增加耐火材料的使用寿命，还能回收通过壁面损失的部分能量。

本实用新型的技术方案如下：

一种带水冷壁的一体式垃圾等离子体气化炉，其特征在于：气化炉炉膛分为上中下三个区域，上部区域为合成气重整区，中部区域为气化区，下部区域为废渣熔融区；所述合成气重整区内在同一水平面上均匀设置有三支等离子体炬一；所述气化区的侧面与进料系统相连，气化区的侧面还设置有进气口，可通入空气或氧气使垃圾完成常规气化过程，控制温度在700度左右，气化区的底面设置有炉排，用于承载垃圾和分隔废渣熔融区；所述废渣熔融区的侧面中间设置有三个环绕的等离子体炬二。

所述等离子体炬一安装于上部区域的中间缩径处。

所述合成气重整区的等离子体炬一将上部区域内合成气的温度控制为1200-1500℃之间，以达到合成气重整成以CO和H₂为主的燃气并去除其中的焦油及二噁英等污染物，等离子体炬一安装于缩径处使合成气受等离子体炬一加热更均匀，重整效果更好，合成气重整后通过上部的出口流出，可直接用于燃气轮机发电或作为化工原料。

所述等离子体炬二相互之间呈120度夹角并与地面呈45度夹角。