[发明专利]一种用于垃圾焚烧飞灰处置的飞灰等离子熔融炉

说明书

本发明提供一种用于垃圾焚烧飞灰处置的飞灰等离子熔融炉，飞灰等离子熔融炉包括炉体、设置在炉体内部的炉腔以及设置在炉体上的阴极和阳极，阳极的至少部分位于炉腔的底部，阴极自炉腔的顶部向靠近炉腔的底部延伸并与位于炉腔底部的阳极间隔预定距离，阳极和阴极之间产生等离子弧，进入炉腔的飞灰在等离子弧的作用下被熔融并形成飞灰熔融液，其中，等离子弧的至少部分位于飞灰熔融液中。采用埋弧的运行方式替代了传统等离子炉开弧的运行方式，使得电弧不再暴露在自由气化区之中；使用导电金属层避免耐材工作层与侵蚀性强且成分波动大的熔融飞灰直接接触。

技术领域

本发明涉及生活垃圾飞灰等离子熔融炉整体结构和运行工艺，具体涉及一种生活垃圾焚烧飞灰等离子熔融炉。

背景技术

生活垃圾焚烧产生的飞灰含有重金属和二噁英等物质，属于危险废弃物范畴，而目前针对于此类危险废弃物的处理方式主要为螯合固化后卫生填埋，成本较高且占用大量宝贵的土地资源。现通过等离子熔融技术可以将生活垃圾焚烧飞灰无害化、减容化、资源化。直流电弧离子熔融炉的等离子体产生机理为在阴阳电极之间的电弧放电，阴极为在炉体上部的石墨电极，阳极存在于熔融炉的炉底结构当中，熔融物料在炉底上的区域被等离子体加热熔融。电流从炉底阳极流向阴极石墨，并穿过被加热的飞灰，飞灰在熔融状态下是导电体，飞灰在电弧等离子体的作用下被熔融玻璃化。

目前直流电弧等离子炉采用开弧操作，如图1所示，示出了现有技术的飞灰等离子熔融炉100，飞灰等离子熔融炉包括炉体110、设置在炉体内部的炉腔111以及设置在炉体上的阴极112和阳极113(导电炉底)，阳极113与大电流电路114连接。阳极113位于炉体的底部，阴极112自炉体的顶部向靠近阳极113的方向延伸，在阳极113和阴极112的作用下，飞灰被熔融并在阳极113上形成飞灰熔融液b’，炉体110一侧设置有出渣口115。其中，采用开弧等离子炉a’的方式来对飞灰进行熔融。石墨阴极112底端距离熔融液面上表面有一段距离，电弧向熔池熔融液传热的同时，向四周自由气化区和炉墙的耐火材料辐射能量。

开弧运行等离子炉工艺中，电弧在自由气化区中暴露，电弧能量大量辐射到炉体内墙，辐射能量范围为20％-50％之间(传统直流电弧炉向炉体辐射能量约为28％，传统交流电弧炉对炉体辐射能量约为35％，传统等离子炉对炉体辐射能量约为47％)，这些能量中绝大多数被自由气化区炉墙内工作层和等离子炉内结构所吸收，导致耐火材料直接受到辐射损害，造成自由气化区工作层材料超温、老化，发生分层、开裂和加速侵蚀，大大降低耐火材料的寿命。

目前直流电弧等离子炉的炉底结构通常分为耐火材料中嵌入导电的金属电极或使用导电耐火材料两种形式。在耐火材料中嵌入的金属电极目前来看分为棒状电极、针状电极和片状电极等形式，导电耐火材料为在镁碳砖中添加入导电的碳粉或石墨粉使得整个炉底为导电结构。

由于在熔融过程中熔融飞灰与炉底耐火材料是直接接触的，且飞灰中含有较高的碱金属成分，此种成分导致熔融的飞灰具有较强的侵蚀性。而因为生活垃圾的特殊属性，其成分的不确定性高，随着时间波动性较大，这更为针对物料设计抗侵蚀的炉底耐火材料造成了障碍。目前炉底耐火材料的寿命普遍在6个月以内，需要停止系统运行并对耐火材料的工作层进行大修。

因此，需要提出一种用于垃圾焚烧飞灰处置的飞灰等离子熔融炉，以至少部分地解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于垃圾焚烧飞灰处置的飞灰等离子熔融炉，其特征在于，所述飞灰等离子熔融炉包括炉体、设置在炉体内部的炉腔以及设置在炉体上的阴极和阳极，所述阳极的至少部分位于所述炉腔的底部，所述阴极自所述炉腔的顶部向靠近所述炉腔的底部延伸并与位于所述炉腔底部的阳极间隔预定距离，所述阳极和所述阴极之间产生等离子弧，进入所述炉腔的飞灰在所述等离子弧的作用下被熔融并形成飞灰熔融液，其中，所述等离子弧的至少部分位于所述飞灰熔融液中。

在一个示例中，所述阳极包括第一金属部分和第二金属部分，