废气综合处理装置的制造方法
【专利摘要】本申请公开了一种废气综合处理装置，其包括布气室、废气处理室、高压箱体和排放气室；其中所述废气处理室包括蜂窝沉淀极和电晕极。本实用新型是利用电捕焦油器的基本原理和电晕等离子体对生活垃圾热解烟尘进行净化的技术，是一项新的热解烟尘净化技术，从而达到生活垃圾热解炉的无烟、无异味直排的目的。
【专利说明】
废气综合处理装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种生活垃圾热解废气综合处理装置，具体而言，提供了一种基 于电捕焦油器和电晕等离子体净化原理的废气综合处理装置。
【背景技术】
[0002] 垃圾是人类日常生活和生产中产生的固体废弃物。垃圾处理就是要把垃圾迅速清 除，并进行无害化处理，最后加以合理的利用。
[0003] 目前世界上常用的垃圾处理方法主要有填埋、高温堆肥和焚烧等，这三种主要垃 圾处理方式的比例，因地理环境;垃圾成份、经济发展水平等因素不同而有所区别。
[0004] 垃圾填埋会导致严重的地质性水土污染。因为人类的生活垃圾包括很多有毒有害 物质和病菌、病毒以及各种重金属元素，极易危害人类和生物的正常生存繁衍。而高温堆肥 采用普通加温或投加石灰等杀菌方法难于完全杀灭生活垃圾中内含的大量病菌、病毒、寄 生虫卵等病原体，这些废物作为肥料施于农田，有些病菌能在土壤中生存数月之久，造成土 壤和水源污染，威胁人类和牲畜的健康。
[0005] 垃圾焚烧一直未能被广大民众接受，其弊病突出表现在其潜伏性污染更重、耗资 昂贵、操作复杂和浪费资源等方面。焚烧炉尾气中排放的上百种主要污染物，组成极其复 杂。尤其是二噁英，属于公认的一级致癌物，即使微量也能在体内长期蓄积。生活垃圾焚烧 烟气中的二噁英是近几年来世界各国所普遍关心的问题。
[0006] 垃圾热解技术被各国环保专家普遍看好，认为这是垃圾处理无害化、减量化和资 源化的一条新路。热解技术应用于工业生产已有很长的历史，木材和煤的干馏、重油裂解生 产各种燃料油等都源于热解原理。国外已经将热解原理应用到固体废物处理，国外典型的 热解工艺有移动床、炉排床、回转窑、双塔循环式流动床、外热式固定床等；国内垃圾的热解 设备都是在过去燃煤锅炉的基础上进行改制的，主要包括固定床、流化床、回转窑、烧蚀床、 熔融浴等几大类。
[0007] 迄今为止国内外已成功工业化应用的热解或气化技术还十分有限，尤其是在垃圾 处理上更是不尽人意。大部分热解气化研究局限在试验阶段，很多技术面临着技术环节和 经济效益的等难题的阻碍。
[0008] 生活垃圾成分非常复杂，在热解过程中必定会产生一些二次污染物，主要包括一 些废气5(^、勵^〇)、!1(：1，焦油，以及一些痕量或超痕量的污染物如重金属(？13、0(1、取等）、二 噁英(PCDD/Fs)以及多环芳烃(PAHs)等。该类污染物如不经高效净化后排出，会对大气造成 严重污染，对空气质量构成严重威胁。
[0009] 针对上述复合气态污染物的治理，传统处理方法有吸附法、燃烧法或生物法等。催 化燃烧法净化效率高，但缺点是催化剂易受垃圾热解烟气中焦油及炭黑类固态物质影响而 失效，设备体积较大，一次性投资及设备运行能耗较大，且存在安全隐患。吸附法、吸收法净 化效果理想，但吸附/吸收后的污染物仍需处置，再生能耗较大。冷凝法应用范围受限，仅对 中、高浓度易挥发性有机气体处理效果较好。生物法投资和运行费用较低，但运行操作复 杂、占地面积较大，存在二次污染的可能性。
[0010]相比传统技术，低温等离子体技术是实现复合污染物同时去除的有效途径之一。 通过高压放电获得低温等离子体，含有大量的高能电子及高能电子激励产生活性粒子，可 将有害气体污染物氧化成C〇2、H2O等其它无害物或低毒物，同时，气体中固态及液态微粒通 过脉冲放电产生的高能电子实现荷电，在电场力作用下收集到集尘板表面。
[0011] 本实用新型实现了生活垃圾低温热解并应用电捕焦油器的基本原理和电晕等离 子体对生活垃圾热解烟尘进行净化的技术，是一项新的热解烟尘净化技术，从而达到生活 垃圾热解炉的无烟、无异味直排的目的。 【实用新型内容】
[0012] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对生活垃圾热解烟尘进行 净化的装置，收集处理高、中分子有机液体(焦油、芳香烃、有机酸等）和气体(CH 4、H2、CO、 C02、N0X、S02、HC1)，达到无烟、无异味直排。焦油类物质是热解法处理生活垃圾不可避免的 副产物，是一种重要的化工原料，有效捕集后进行提取，是一种再生的资源。
[0013] 为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现：
[0014] 一种废气综合处理装置，其特征在于包括布气室、废气处理室、高压箱体和排放气 室；
[0015] 其中所述废气处理室包括蜂窝沉淀极和电晕极；
[0016] 其中所述布气室布置在所述废气综合处理装置底部用于接收待处理的废气;所述 蜂窝沉淀极布置在所述布气室上方;所述电晕极位于各个蜂窝沉淀极的中心位置;所述排 放气室布置在所述蜂窝沉淀极上方;所述高压箱体布置在所述蜂窝沉淀极的侧面。
[0017] 在一种实施方式中，所述蜂窝沉淀极的数量为19-37个，所述蜂窝沉淀极为正六边 形，所述正六边形的内切圆直径为200_250mm。
[0018] 在一种实施方式中，所述布气室底端连接有出气筒，所述出气筒上端连接导流积 液伞，所述出气筒的外壁与所述布气室的内壁构成冷凝液储槽。
[0019] 在一种实施方式中，所述布气室底端接有冷凝液排放阀，所述布气室侧壁装有人 孔，用于人进入所述布气室。
[0020] 在一种实施方式中，所述高压箱体内安放高压绝缘瓷瓶，所述高压绝缘瓷瓶上连 接导电承托，所述导电承托穿过高压室输电口置于蜂窝沉淀极上方。
[0021] 在一种实施方式中，所述导电承托上方连接电晕极固定架，所述电晕极固定架下 端连接电晕极定位杆。
[0022] 在一种实施方式中，所述电晕极下方连接有吊坠平衡架，所述吊坠平衡架下方设 置若干个吊坠，用于平衡电晕极。
[0023] 在一种实施方式中，所述高压箱体外部装有高压可控硅脉冲直流电源，所述直流 电源一端的直流高压线与所述导电承托连接，另一端的控制线与自动控制系统连接。
[0024]在一种实施方式中，所述电晕极与所述蜂窝沉淀极之间的电压梯度E = 400V/mm， 所述电晕极与所述蜂窝沉淀极之间的电位差为30.0-50.0 kV。
[0025] 在一种实施方式中，所述电晕极直径为2.0-2.5cm。
[0026]在一种实施方式中，所述电晕极的材料为钨或不锈钢(304)。
[0027] 在一种实施方式中，所述排放气室上端连接气体排放口，所述气体排放口侧壁连 接取样口用于取样分析，所述气体排放口侧壁上端连接气体引流环，用于引流排放的气体。
[0028] 在一种实施方式中，所述高压箱体下部装有防露风机。
[0029] 在一种实施方式中，橡胶阻液环固定在所述导电承托上。
[0030] 在一种实施方式中，所述电晕极定位杆上设置有吊钩，所述电晕极上下设置有电 晕极挂环，所述电晕极通过所述电晕极挂环连接至所述吊钩和所述吊坠平衡架。
[0031] 废气处理的有益效果：一是将热解废弃物中的以水蒸气、焦油、飞灰(重金属）、废 气等融合在一起的气溶胶类物质有效捕集；二是将废气中的一氧化碳（CO)、二氧化硫 (SO 2 )、氮氧化物(NOx )、碳氢化合物、芳香烃等净化。
[0032]本实用新型的生活垃圾热解废气综合处理装置彻底改变了垃圾热解废气排放方 式，无烟、无异味直排(零排放），符合中元世联环保科技有限公司Q/ZYSL · 0002-2016《生活 垃圾低温热解污染控制标准》。
【附图说明】
[0033] 图1是本实用新型的生活垃圾低温热解系统的一个实施方式的主视图。
[0034] 图2是图1本实用新型的废气综合处理装置的一个实施方式的主视图、右视图和俯 视图。
[0035] 图3是本实用新型的热解炉的一个实施方式的沿图1中1-1的剖面图。
[0036] 图4是本实用新型的热解炉的一个实施方式的沿图1中2-2的剖面图。
[0037] 图5是本实用新型的热解炉的一个实施方式的沿图1中3-3的剖面图。
[0038] 图6是本实用新型的热解炉的一个实施方式的沿图1中4-4的剖面图。
[0039] 图7是本实用新型的废气综合处理装置的一个实施方式的沿图2中5-5的剖面图。
[0040] 图8是本实用新型的废气综合处理装置的一个实施方式的沿图2中6-6的剖面图。
[0041] 图9是本实用新型的废气综合处理装置的一个实施方式的沿图2中7-7的剖面图。
[0042] 图10是本实用新型的废气综合处理装置的一个实施方式的沿图2中8-8的剖面图。
[0043] 图11是本实用新型的生活垃圾低温热解系统的另一个实施方式的主视图。
[0044] 图12是图11中本实用新型的废气综合处理装置的另一个实施方式的主视图、右视 图和俯视图。
[0045] 图13是本实用新型的热解炉的另一个实施方式的沿图11中1-1的剖面图。
[0046] 图14是本实用新型的热解炉的另一个实施方式的沿图11中2-2的剖面图。
[0047] 图15是本实用新型的热解炉的另一个实施方式的沿图11中3-3的剖面图。
[0048] 图16是本实用新型的热解炉的另一个实施方式的沿图11中4-4的剖面图。
[0049] 图17是本实用新型的废气综合处理装置的另一个实施方式的沿图12中5-5的剖面 图。
[0050] 图18是本实用新型的废气综合处理装置的另一个实施方式的沿图12中6-6的剖面 图。
[0051] 图19是本实用新型的废气综合处理装置的另一个实施方式的沿图12中7-7的剖面 图。
[0052]图20是本实用新型的废气综合处理装置的另一个实施方式的沿图12中8-8的剖面 图。
[0053]在图1和11中，I-太阳能热源系统；II-热解炉；III-废气综合处理装置;IV-自动控 制系统。
[0054] 在图2-10和12-20中，1-底座;2-炉底门；3-炉外壁;4-保温层;5-传热盘管;6-蓄热 材料A; 7-上料口； 8-集水系统(8-1集水环，8-2引水管，8-3储水槽，8-4排放阀）；9-导流圈； 10-导流伞;11-超声物位传感器;12-气室(水气层)温度变送器;13-气室(水气层)温度调节 阀；14-炉内壁；15-炉内壁传热孔；16-蒸发层温度变送器；17-热解层温度调节阀；18-热解 层温度变送器；19-碳化层温度调节阀；20-碳化层温度变送器;21-传热管插板及连杆;22-周边传热管;23-蓄热材料B; 24-中心传热管;25-蓄热台体;26-蓄热材料C; 27-炉底板;28-冷凝液储槽;29-冷凝液排放阀；30-高压箱体排液阀；31-高压(绝缘瓷瓶)箱体;32-高压绝 缘瓷瓶;33-导电承托;34-高压室输电口；35-橡胶阻液环;36-蜂窝沉淀极;37-电晕极固定 架;38-排放气室;39-取样口；40-气体引流环;41-气体排放口；42-电晕极;43-电晕极定位 杆;44-高压电进口； 45-布气室;46-吊坠挂环;47-吊坠;48-吊坠平衡架;49-人孔;50-导流 积液伞;51-出气筒;52-直流高压线；53-高压可控硅脉冲直流电源;54-电源支架;55-电晕 极定位环;56-防露风机;57-手孔。
【具体实施方式】
[0055] 下面结合附图进一步详细说明本实用新型。应当理解的是，本实用新型的各种实 施方式仅是说明性的，并不构成对权利要求的范围的限制。
[0056] 参照图1和图11，生活垃圾低温热解系统由I-太阳能热源系统；II-热解炉；III-废 气综合处理装置;IV-自动控制系统组成。其中太阳能热源系统用户可以根据实际情况进行 选择。
[0057] 废气综合处理装置
[0058]图2和12示出了废气综合处理装置的主视图、右视图和俯视图，图7-10和17-20为 废气综合处理装置的不同剖面的剖面图。
[0059] 废气综合处理装置下端为布气室45,布气室45底端焊接出气筒51，垃圾处理后的 废气经出气筒进入布气室45,出气筒51上端连接导流积液伞50,导流积液伞可使部分气体 冷凝，并顺着导流积液伞接流下，出气筒51外壁与布气室45内壁构成冷凝液储槽28，冷凝液 流入冷凝液储槽中储存，布气室45底端接有冷凝液排放阀29，用于适时将储存的冷凝液排 出布气室。
[0060] 布气室45侧壁装有人孔49,人可以进出该人孔，用于对布气室45内的各个组件进 行检修和维护。
[0061 ] 在布气室45上方是废气处理室，其包括蜂窝沉淀极36和电晕极42。
[0062]在布气室45上部焊接蜂窝沉淀极36,在一个实施方式中，蜂窝沉淀极的数量是19， 蜂窝沉淀极的形状为正六边形，单个正六边形面积为0.0382m2。
[0063] 在蜂窝沉淀极36上端焊接排放气室38,排放气室38上端焊接气体排放口 41，从该 气体排放口排出处理后的气体。气体排放口 41侧壁焊接取样口 39,用于取样检测排出气体 的组成。可选地，气体排放口 41侧壁上端焊接气体引流环40，引导气体的排出。
[0064] 蜂窝沉淀极36与排放气室38两侧对称焊接高压(绝缘瓷瓶)箱体31，高压(绝缘瓷 瓶)箱体31底部装有高压箱体排液阀30，高压(绝缘瓷瓶)箱体31内安放高压绝缘瓷瓶32，高 压绝缘瓷瓶32上连接导电承托33,导电承托33穿过高压室输电口 34置于蜂窝沉淀极36上 方，橡胶阻液环35固定在导电承托33上。
[0005]导电承托33上方焊接电晕极固定架37,电晕极固定架37下端焊接电晕极定位杆 43,电晕极定位杆43上的吊钩钩接电晕极挂环(上、下)46与电晕极42连接，电晕极挂环(下） 46与吊坠47挂接，下方通过吊坠平衡架47平衡，电晕极位于蜂窝沉淀极中心位置。
[0066]可选地，高压(绝缘瓷瓶)箱体31下部装有防露风机56。在一端的高压(绝缘瓷瓶） 箱体31外部装有高压可控硅脉冲直流电源51，直流电源51-端的直流高压线52与导电承托 33连接，另一端的控制线与自动控制系统IV连接。
[0067]下面详细阐述废气综合处理装置的工作原理和工作过程。
[0068]生活垃圾成分非常复杂，在热解过程中必定会产生一些二次污染物，主要包括一 些废气5(^、勵^〇)、!1(：1，焦油，以及一些痕量或超痕量的污染物如重金属(？13、0(1、取等）、二 噁英(P⑶D/Fs)以及多环芳烃(PAHs)等。
[0069] (1)废气污染物
[0070] a 氯化氢(HCl)
[0071 ]垃圾热解过程所排放的烟气中HCl的来源有两个：
[0072 ]①有机氯源，如垃圾中的PVC塑料、橡胶、皮革等；
[0073] ②无机氯源，主要以NaCl形式存在。
[0074] b硫氧化物(SOx)
[0075] 硫氧化物通常由垃圾中含硫化合物燃烧氧化所致，大部分为SO2。硫氧化物一般以 垃圾中的纸类、蛋白质系列的厨余垃圾、以硫酸盐形式的无机硫及含硫橡胶等含硫元素作 为发生源。一般认为有机硫在热解过程中倾向于被氧化，而各种硫酸盐则可能根据具体反 应环境，在高温下挥发、分解甚至包含在灰分中。
[0076] c氮氧化物(NOx)
[0077]氮氧化物主要包括NO、N20、NO2等，其中NO和如2能够对大气造成污染。由固体废物 中的有机氮(蛋白质系列的厨余垃圾、含氮尿素和含氮树脂等)形成的氮氧化物。通常在600 ~900°C温度下生成。
[0078] ⑵焦油
[0079]焦油组分主要包括三类物质：一是脂肪族化合物，如脂肪酸等；二是芳香族化合 物，如苯酚、甲酚、萘、甲苯、烷基衍生物;三是烃类含氧有机物，如酚、醛、酮、酯、酐、呋喃类。
[0080] (3)重金属
[0081] 对于重金属通常把密度作为决定性因素，一般将密度(比重)大于5mg/m3的金属元 素定义为重金属。重金属一般是指具有显著毒性的元素，如铅、铬、汞、镉及类金属砷。
[0082] a 汞（Hg)
[0083] 主要来自于电池(如Hg-Zn电池和碱性电池）、电器(如荧光灯管）、报纸、杂志、温度 计等。
[0084] Hft(Pb)
[0085]来自于塑料、橡胶、颜料等。
[0086] c 镉（Cd)
[0087] 来源于电器、塑料、电池(镍镉电池）、半导体及颜料等。
[0088] d 铬（Cr)
[0089] 来自于塑料、报纸、纺织品、彩色胶卷、杂草等。
[0090] e 铜（Cu)
[0091] 主要来自于纺织品和塑料等。
[0092] (4)二噁英
[0093]二噁英实际上是两个系列的氯代三环芳香化合物的总称，包括多氯代二苯并_对_ 二噁英(P⑶Ds)和多氯代二苯并呋喃(P⑶Fs)，统称为P⑶D/Fs。
[0094]在垃圾焚烧工艺中，垃圾中的含氯高分子化合物如聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等 二恶英的前体物，在适宜温度下(300°C~500°C)并在FeCl3、CuCl2等金属催化物的催化作用 下与0 2、HC1反应，通过重排、自由基缩合、脱氯等过程生成二恶英类。主要条件因素有：
[0095]① HCl，O2，前体物的存在；
[0096] ②在300 °C~500 °C温度范围内停留的时间；
[0097]③氯化铜，氯化铁催化剂的存在。
[0098]热解炉出口排放的污染物是以水蒸气、焦油、飞灰(重金属）、烟气等融合在一起的 气溶胶类物质。
[0099]因此，生活垃圾热解二次污染物处理的技术方案，选择"将电捕焦油器技术与电晕 等离子体空气净化技术相结合"的综合处理方案。
[0100] 在一定条件下，通过物质与外界不断交换能量，物质的各态之间可以互相转化。外 界供给能量可使固体转化为液体，如果外界进一步供给能量，液体可转化为气体。如果再对 气体供给足够的能量，只要使每个粒子中电子的动能超过原子的电离能时，电子将会脱离 原子的束缚而成为自由电子，而原子则因失去电子而成为带正电的离子，这个过程称为电 离。当气体中足够多的原子被电离后，这种电离的气体已不足原来的气体了，而转化成为新 的物态一等离子体。是物质存在的又一种聚集态，称为物质第四态，或称为等离子态。
[0101] 应用电捕焦油器的基本原理和电晕等离子体对生活垃圾热解烟尘进行净化的技 术，是一项新的热解烟尘净化技术。一是将热解废弃物中的以水蒸气、焦油、飞灰(重金属）、 废气等融合在一起的气溶胶类物质有效捕集；二是将废气中的一氧化碳(CO)、二氧化硫 (SO 2)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物、芳香烃等净化。从而达到生活垃圾热解炉的无烟、无异 味直排(零排放)的目的。
[0102] 电捕焦油器、电晕等离子体共同点是利用极不均匀高压直流电场，形成电晕放电， 产生等离子体，其中包含的大量电子和正负离子在电场梯度的作用下，与空气中的颗粒污 染物发生非弹性碰撞，从而附着在这些粒子上，使之成为荷电粒子，在电场的作用下向集尘 极运动进而被集尘极所收集，从而可以有效地清除空气中的颗粒污染物。
[0103] 其处理过程分三个阶段：
[0104] l)e+M(污染物分子)^M-
[0105] 2)M-+SP(固体颗粒) -（SPM)-
[0106] 3)(SPM)--(沉积在集尘极上）
[0107] 电晕放电可在一定空间产生非平衡态低温等离子体，可以用来净化空气中的有害 气体。其催化净化机理包括两个方面：
[0108] 1)在产生等离子体的过程中，高频放电产生的瞬时高能量，打开某些有害气体分 子的化学键，使其分解成单原子或无害分子。
[0109] 2)等离子体中包含了大量的高能电子、离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由 基，这些活性粒子的平均能量约为5~20eV，近高于一般气体分子的键能，它们和有害气体 分子发生频繁的碰撞，打开气体分子的化学键生成单原子分子或无害分子。同时产生的大 量· 0H、· H02、· 0等自由基和氧化性极强的臭氧跟有害气体分子发生化学反应生成无害 产物。
[0110]生活垃圾热解时产生的有害气体主要有⑶、勵^302、!〇，本方案就是利用等离子 体的这种催化净化机理来净化垃圾热解时产生的有害气体。
[0111] 电晕放电时，产生大量的自由电子和离子，在脉冲电场的作用下，自由电子可获得 较高的能量，轰击空气中的O2，可将其分解成氧原子：
[0112] e+02^20+e
[0113] 高速电子具有足够的动能(5~20eV)。紧接着通过三体碰撞反应形成臭氧。
[0114] 〇+〇2+M^〇3+M
[0115] 与此同时，原子氧和电子也同样与臭氧反应形成氧分子，最终臭氧的浓度达到平 衡。
[0116] 〇+〇3^2〇2
[0117] e+〇3^0+〇2+e
[0118] 氮氧化物的降解反应式：
[0119] NOx+e^N2+〇2
[0120] -氧化碳的净化反应式：
[0121] 03+CO^C〇2+〇2
[0122] · 0H+C0-C02+· H
[0123] 二氧化硫的净化反应式：
[0124] 〇3+S〇2^S〇3+〇2
[0125] 〇2+2S〇2^2S〇3
[0126] 〇3+3S〇2^3S〇3
[0127] 热解炉排出的烟气量(含水蒸气)为800-1000m3/h;烟气流速为0.5-0.75m/s;烟气 停留时间为5-10s;烟气进口温度为60-80°C。
[0128] 高压电源选型：高频电源、脉冲电源、临界脉冲（软稳）电源均可选用。以临界脉冲 (软稳)电源为首选。
[0129] 电捕焦油器、电晕等离子体净化废气装置是由两项技术复合而成，应用在生活垃 圾低温热解的废物处理是一项创新。
[0130]电捕焦油器工作原理是在金属导线与金属管壁间施加高压直流电，以维持足以使 气体产生电离的电场，使阴阳极之间形成电晕区。按电场理论，正离子吸附于带负电的电晕 极，负离子吸附于带正电的沉淀极，所有被电离的正负离子均充满电晕极与沉淀极之间的 整个空间。当含焦油雾滴等杂质的废气通过该电场时，吸附了负离子和电子的杂质在电场 库伦力的作用下，移动到沉淀极后释放出所带电荷，并吸附于沉淀极上，从而达到净化废气 的目的，通常称为荷电现象。当吸附于沉淀极上的杂质量增加到大于其附着力时，会自动向 下流趟，从电捕焦油器底部排出。
[0131] 电晕等离子体净化废气的原理是利用高压脉冲电晕放电，使气体电离，从而使废 气颗粒荷电，然后在电场力的作用下向集尘极板移动，带电荷的颗粒与集尘板接触后失去 电荷，成为中性而沉积在集尘极板上，从而达到净化废气的目的。同时气体电离时会产生大 量的高能电子、离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，这些活性粒子的平均能量高于 气体分子的键能，它们和有害气体分子发生频繁的碰撞，打开气体分子的化学键生成单原 子分子和无害气体分子，同时还产生的大量· 0H、· H02、· 0等自由基和氧化性极强的臭氧 跟有害气体分子发生化学反应生成无害产物。
[0132] 两项技术的共同点其原理都是电晕放电。两项技术的结合点在于电晕放电时所选 用的电源："临界脉冲软稳电源"或"脉冲高压直流电源"；选择适合的电晕极，一是需要二次 电子发射系数(Sm)大;二是需要可靠的耐蚀性和化学、物理稳定性。因此，钨最适合作电晕 极(δπι 1.4)，不锈钢(δπι 1.24)其次。
[0133] 废气经布气室，进入蜂窝沉淀极与电晕极之间的空间，在外加电场作用下，气体被 电离，从而使废气颗粒带电荷，然后在电场力的作用下向蜂窝沉淀极移动，与蜂窝沉淀极接 触后失去电荷，成为中性而沉积在蜂窝沉淀极上，从而达到净化废气的目的。随着吸附量的 增加，吸附的物质可自由落下，无需清理蜂窝沉淀极。
[0134] 同时，气体电离时会产生大量的高能电子、离子、激发态粒子和具有强氧化性的自 由基，这些活性粒子的平均能量高于气体分子的键能，它们和有害气体分子发生频繁的碰 撞，打开气体分子的化学键生成单原子分子和无害气体分子，同时还产生的大量· 0Η、· Η02、· 0等自由基和氧化性极强的臭氧跟有害气体分子发生化学反应生成无害产物。
[0135] 废气处理的有益效果：一是将热解废弃物中的以水蒸气、焦油、飞灰(重金属）、废 气等融合在一起的气溶胶类物质有效捕集；二是将废气中的一氧化碳（CO)、二氧化硫 (SO 2 )、氮氧化物(NOx )、碳氢化合物、芳香烃等净化。
[0136] 两项技术在生活垃圾热解废气的处理应用，彻底改变了垃圾热解废气排放方式， 无烟、无异味直排(零排放）。
[0137] 热解炉
[0138] 图3-6和13-16为热解炉的不同剖面的剖面图。
[0139] 热解炉底座1上焊接炉外壁3,在炉外壁3内侧和底座1上面敷设轻质保温砖保温层 4〇
[0140] 在水平敷设的保温层上敷设蓄热材料B 23,在蓄热材料B 23上面安装蓄热台体 25,台体25内敷设蓄热材料B 23,将蓄热台体25与底座1上的周边传热管22和中心传热管24 焊接固定，向周边传热管22和中心传热管24内敷设蓄热材料C 26并焊上封帽。
[0141] 在蓄热台体25上焊接炉内壁14,在炉外壁3和炉内壁14之间安装炉底门2、碳化层 温度变送器20、碳化层温度调节阀19、传热盘管5(可选）、热解层温度调节阀17、热解层温度 变送器18、蒸发层温度变送器16、集水系统排放阀8-4。
[0142] 在保温层4和炉内壁14之间敷设蓄热材料A 6，将预制的炉顶与炉外壁3和炉内壁 14焊接，炉内壁14上开有炉内壁传热孔15。
[0143] 炉顶上安装有上料口 7、导流圈9、超声物位传感器11(可选）、气室(水气层)温度变 送器12、气室(水气层)温度调节阀13,在导流圈9下端吊装导流伞10,导流伞10下端连接集 水环8-1，集水环8-1侧部接引水管8-2,接引水管8-2与储水槽8-3连接，储水槽8-3接排放阀 8-4〇
[0144]在热解炉中自下而上分为灰分层、碳化层（半焦）、热解层（有机物）、蒸发层（水 分）、水气层(气室）。
[0145]灰分层
[0146]碳化层半焦碳化后产生的灰渣在灰分层灰化和冷却。
[0147]碳化层
[0148] 半焦(垃圾碳)在碳化层碳化放热，产生高温烟气和灰渣。碳化释放的热能被蓄能 材料吸收储存，当向炉内添加生活垃圾时，生活垃圾热解所吸收的热量由碳化层和储能材 料放热提供，碳化层的放热量大于增添上垃圾的热解吸热量，热解反应才能进行下去。因此 需要保证碳化层的碳化温度。在碳化层装有温度变送器，将测得的温度以模拟量(〇_24mA) 信号输入到自动控制系统微处理器中，通过微处理器的模拟量输出信号控制碳化层的温度 调节阀的状态，控制碳化层的温度。碳化层的温度控制在450 °C~500 °C。
[0149] 热解层
[0150] 垃圾经过脱水反应后，继续吸热，当温度超过200°C时，垃圾中有机物分子中的甲 基、乙基等侧链开始断裂，分别脱去碳和氢，生成甲烷、氢气以及其他碳氢化合物等小分子 气体。随着温度的进一步升高，脱掉侧链的有机物的主链发生断裂，生成许多小分子物质。 垃圾的热解不是严格按照一定的次序进行的，许多反应都是交叉进行的。热解所产生的小 分子经过缩合反应又重新组合成大分子的有机物，而这些大分子的有机物还可以经过裂解 再次变为小分子的有机物，所以垃圾的热解是一个非常复杂的物理、化学过程。在碳化层装 有温度变送器，将测得的温度以模拟量(〇_24mA)信号输入到自动控制系统微处理器中，通 过微处理器的模拟量输出信号控制热解层的温度调节阀的状态，控制热解层的温度。热解 层的温度控制在150~280°C。
[0151]蒸发层
[0152] 在蒸发层内，垃圾吸热后温度逐渐升高，达到HKTC以上，首先挥发出游离态的水， 然后发生有机物分子内的脱水反应，如羟基断裂生成水。随着垃圾不断被干燥，水蒸气的产 生量逐渐减少。水分逸出以后，会在垃圾内部形成许多空隙，对后面的传热传质起了重要的 作用。蒸发层的温度在80~100°C。
[0153] 水气层
[0154]碳化层放热、热解层吸热，有机物的水分在蒸发层被蒸发，水蒸气(废气）向上升到 炉顶时，水气层时温度控制在60~80°C，以保证废气处理系统的最佳工作条件。在水气层装 有温度变送器，将测得的温度以模拟量(〇_24mA)信号输入到自动控制系统微处理器中，通 过微处理器的模拟量输出信号控制水气层的温度调节阀的状态，控制水气层的温度。水气 层(气室）的温度控制在60 °C~80 °C。
[0155] 当水气层温度超过85°C时，自动控制系统微处理器发出声光报警提示，需要人工 干预处理。可能的原因：垃圾失去水分后空洞加大，热阶层温度窜入所致，此时需要添加垃 圾补缺空洞即可。
[0156] 在水气层可以装有超声物位传感器，将测量的物位界面高度以模拟量(0-24mA)信 号输入到自动控制系统微处理器中，设定临界高度，到时声光报警提示，及时向炉内添加垃 圾。也可以从上料口人工观察是否需要添加垃圾。一般而言，当炉内垃圾高度下降1/5至2/5 时添加垃圾。
[0157] 生活垃圾热解过程中，一方面水分蒸发要吸收热量，阻碍了热量的传递，延长了热 解时间；另一方面水分的蒸发速度快于有机物的热解速度，当水分迅速析出后，垃圾中剩余 的有机物密度下降，有利于缩短热解时间。
[0158] 随着垃圾中水分的增加，实际的处理能力下降，能量消耗增加。实际垃圾中的含水 率很高，可以达到50%以上，垃圾中的水分不仅降低了气体的热值，并且增加了垃圾处理的 热量消耗。对于含水率高的垃圾，可以采用掺合干垃圾的方法进行中和，降低垃圾的含水 率。另外可采用太阳能加热的方法(可选），提高蒸发层的热值，快速蒸发垃圾的水分，能保 证处理工艺的顺利进行。
[0159] 生活垃圾的热解是从蒸发垃圾中的水分开始，热解炉的出口有水蒸气排出，在排 气口装有导流伞和导流圈，阻拦烟气中的飞灰颗粒物，但也阻止了水蒸气的正常排放，部分 水蒸气被阻挡。因此需要在导流伞下敷设集水系统，将被拦截的水蒸气收集后排除炉体外， 避免水分重新回到炉内，影响热解效率。
[0160] 对热解炉的形状没有特别限制，例如其横截面可以为本文图解的圆形和矩形，比 如双矩形。
[0161] 太阳能热源系统
[0162] 在一个实施方式中，利用太阳能聚光碟或真空集热管收集太阳的辐射热量，加热 密闭容器内的导热流体(导热油），通过的热流体栗(导热油栗)将导热流体输送到炉体内的 传热盘管，与敷设在盘管周围的蓄热材料交换热能并储存(温度300°C~350Γ)，炉内的生 活垃圾(有机物)吸热，首先挥发出游离态的水，然后发生有机物分子内的脱水反应。随着垃 圾不断被干燥，水蒸气的产生量逐渐减少，水分逸出以后，会在垃圾内部形成许多空隙，此 时可以用点燃的纸肩引燃底层的干燥垃圾，完成热解炉的首次启动。
[0163] 自动控制系统
[0164] 自动控制系统采用微处理器，将中央处理器(CPU)所包含的运算器、控制器、内部 存储器、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块固化在集成 电路板上。通过触摸屏操作，触摸屏设置组态画面，可直观看到运行状况。运行模式分为:手 动模式、自动模式。
[0165] 本实用新型的热解炉和废气综合处理装置可以是任何合适的形状或构造，二者的 形状使得废气综合处理装置能够安装在热解炉上方。另外，本实用新型的热解炉内部可以 采用如图12-16所示的构造，本领域技术人员应当理解热解炉内隔室的数目可以是合适的 任何数目。
[0166] 本实用新型的生活垃圾低温热解系统可以采用手动或自动操作模式，在上述不同 操作模式下，本实用新型的各个部件(例如，温度调节装置)也可以各自地是手动的或自动 的。本领域技术人员能够根据具体情况选择合适的操作模式。
[0167] 本实用新型的各个部件可以以本领域技术人员已知的任何方式彼此连接，例如焊 接、拼接、嵌接等、或其组合。而且，本实用新型中的各个部件可以是一个或者多个，其可以 对称分布或随机分布，这些对本领域技术人员都是显而易见的。
[0168] 实施例
[0169] 1.炉体形状与体积
[0170] 下部炉身为圆柱体，内径1800mm，净高为1300mm，作为生活垃圾有机物的热解反应 室，有效容积为3. Om3;上部炉顶为圆台体，作为反应后热解气室；出口为直径600mm烟道，通 过法兰与废气综合处理装置连接。
[0171] 2.炉身内部结构分布
[0172] 炉身自上而下分为水气层(气室）、蒸发层、热解层、碳化层、灰分层。
[0173] 水气层为气室，温度60~80°C。
[0174] 蒸发层:厚度 250mm ~300mm，温度 80°C ~100°C;
[0175] 热解层：厚度 350mm ~400mm，温度 15(TC ~28(TC;
[0176] 碳化层:厚度120mm~150mm，温度450 °C ~500 °C。
[0177] 3.蓄热材料的选择一一刚玉莫来石
[0178] 4.保温层厚度
[0179] 保温层采用轻质保温砖，导热系数0.06W/m.K(400°C)，体积密度0.8-1. Og/cm3，保 温层厚度不小于65mm。
[0180] 5.炉体外径
[0181] 外钢板2 X 0.008m+保温层2 X 0.065m+内钢板2 X 0.008m+蓄热夹套2 X 0.05m+内径 1.8m = 2.062m，取值2.00m。
[0182] 6.半焦碳化给氧方式
[0183] 炉底部中心竖直方向，Φ89管1个，高度距炉底板250mm，顶端略高于热解层起始位 置;沿底部Φ 1500圆，120°夹角，Φ89管3个，高度距炉底板200mm，顶端置于热解起始位置， 炉底部设置4个给氧通气管，即周边传热管22和中心传热管24,管壁气孔置于碳化区域内。
[0184] 7.温度检测点
[0185] (1)炉底测温：热电偶，炉壁横向圆心方向。检测炉底半焦碳化、热解状态下的温 度；
[0186] (2)炉壁测温:热电偶，炉壁横向圆心方向。检测炉内热解层热解温度，距离炉体底 部400mm处设置；
[0187] (3)炉壁测温:热电偶，炉壁横向圆心方向。检测炉内蒸发层热解温度，距离炉体底 部800mm处设置；
[0188] (4)气室测温:温度表，炉壁横向圆心方向。检测炉内气室烟气温度温度，距离炉体 底部1300mm处设置。
[0189] 8.炉内温度控制与调整
[0190] (1)炉壁横向圆心方向，120°夹角，Φ89管3个，高度距炉底板300mm，顶端置于热解 层中偏下位置，炉壁设置3个通气孔即热解层温度调节阀17。
[0191] 当炉内热解温度高于300°C时，可通过调节阀与外界交换热能，来平衡炉内温度。 采用PLC实现制动控制。
[0192] (2)炉顶圆台体壁横向圆心方向，120°夹角，Φ 89管3个，高度距炉门上方IOOmm设 置3个通气孔即气室(水气层)温度调节阀13。
[0193] 当气室烟气温度高于85°C时，报警提示，可通过调节阀与外界交换热能，来平衡气 室温度，保证废气处理系统工况。采用PLC实现制动控制。
[0194] 9.废气综合处理装置
[0195] 废气处理能力1500m3/h，废气通过蜂窝沉淀极的流速为0.5m/s，则蜂窝体电场断 面积为0.83m 2,直径为210mm，蜂窝沉淀极的数量为21，为了方便布置，取值19。
[0196] 电晕极直径2.3mm，电压梯度E = 400V/mm，两极电位差为41.5kV。
[0197] 10.废气处理效果
[0198] 为了评价本实用新型的废气处理效果，本发明人要求清华大学环境质量检测中心 对本实用新型的热解排放物的空气质量和持久性有机污染物进行了检测。
[0199] 其中，空气质量的检测项目包括颗粒物、氮氧化物、二氧化硫、氯化氢、汞、镉、锑_ 砷-铅-铬-钴-铜-锰-镍总量，每个项目均重复三次。该检测主要依据"固定源废气监测技术 规范HJ/T397-2007"，使用的仪器包括3012H烟尘(气）采样器、AL104-IC电子天平、DR5000紫 外可见分光光度计、XSERIES 2电感耦合等离子体质谱仪。
[0200] 持久性有机污染物的检测项目包括二噁英类(PCCD/Fs)，重复检测三次。检测依据 为HJ77.2-2008"环境空气和废气二噁英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨 质谱法"。使用的仪器设备包括:TECORA ISOSTACK BASIC/G4用于采样，HRGC-HRMS、安捷伦 6890N/日本电子JMS-800D用于仪器分析。前处理方法包括以下步骤:盐酸处理（用一定浓度 的盐酸冲洗滤筒并用纯水冲洗，然后将滤筒风干;水洗液用二氯甲烷进行液液萃取，萃取液 与下部提取液合并）、索氏提取(滤筒和树脂用甲苯进行16h以上提取）、浓缩分割(将提取液 合并，浓缩，分隔）、净化(硫酸处理、多层硅胶柱净化和活性炭硅胶柱净化)和制样(将经活 性炭硅胶柱净化后所得样品组分用高纯氮气吹至尽干并加入进样内标，用壬烷定容，待测 定）。气相色谱条件如下，进样方式：不分流进样ΙμL(分流阀开启时间：1.5min);色谱柱： BPX-DXN(长60m，内径0 · 25mm，膜厚0 · 25μπι);进样口温度:300 °C ;载气压力：25 · 4psi ;升温程 序:初始温度130°C，保持Imin后以15°C/min的速度升温至210°C，停留Omin后以3°C/min的 速度升温至310°C，停留Omin后再以5°C/min的速度升温至320°C并保持lOmin。质谱条件如 下，色质接口温度:300°C ;离子源温度:300 °C ;离子化电流:500μΑ;电子轰击离子源：38eV; 加速电压:IOkV;质量标准物质:PFK;质谱分辨率:> 10000。
[0201] 根据上述检测方法和检测条件，本实用新型生活垃圾低温热解系统的排放物的实 测值见表1，其中表1中的平均限值来自于中元世联环保科技有限公司Q/ZYSL · 0002-2016 《生活垃圾低温热解污染控制标准》规定的污染物排放限值。根据表1可知，本实用新型的实 测值完全符合上述标准。
[0202] 表1生活垃圾低温热解炉排放烟气中污染物限值
[0204] 目前，国家并未出台相关的生活垃圾热解污染物排放标准，因此可以参考生活垃 圾焚烧的欧洲和中国标准，对本实用新型进行评价。根据表2可知，中元世联环保科技有限 公司Q/ZYSL · 0002-2016《生活垃圾低温热解污染控制标准》远严格于现有的生活垃圾焚烧 的欧标和国标，而本实用新型的实测值更显著地小于上述限制。因此，本实用新型的生活垃 圾低温热解系统达到了生活垃圾无烟、无异味直排的目的，从而实现了垃圾处理的无害化、 减量化和资源化。
[0205] 表2生活垃圾焚烧与生活垃圾热解污染物控制标准对照
[0207]最后，需要理解的是本文以上描述的装置是本公开内容的实施方式，对于本公开 内容非限制性实例许多变化和扩展也是预期的。因此，本公开内容包括本文公开的装置的 所有新颖的和非明显的组合以及子组合，以及其任何和所有的等价形式。
【主权项】
1. 一种废气综合处理装置，其特征在于包括布气室、废气处理室、高压箱体和排放气 室； 其中所述废气处理室包括蜂窝沉淀极和电晕极； 其中所述布气室布置在所述废气综合处理装置底部用于接收待处理的废气;所述蜂窝 沉淀极布置在所述布气室上方;所述电晕极位于各个蜂窝沉淀极的中心位置;所述排放气 室布置在所述蜂窝沉淀极上方;所述高压箱体布置在所述蜂窝沉淀极的侧面。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述蜂窝沉淀极的数量为19-37个，所述蜂 窝沉淀极为正六边形，所述正六边形的内切圆直径为200-250mm。3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述布气室底端连接有出气筒，所述出气筒 上端连接导流积液伞，所述出气筒的外壁与所述布气室的内壁构成冷凝液储槽。4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述布气室底端接有冷凝液排放阀，所述布 气室侧壁装有人孔以供人进入所述布气室。5. 根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于所述高压箱体内安放高压绝缘 瓷瓶，所述高压绝缘瓷瓶上连接导电承托，所述导电承托穿过高压室输电口置于所述蜂窝 沉淀极上方。6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述导电承托上方连接电晕极固定架，所述 电晕极固定架下端连接电晕极定位杆。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述电晕极下方连接有吊坠平衡架，所述吊 坠平衡架下方设置若干个吊坠，用于平衡电晕极。8. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述高压箱体外部装有高压可控硅脉冲直 流电源，所述直流电源一端的直流高压线与所述导电承托连接，另一端的控制线与自动控 制系统连接。9. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述电晕极直径为2.0-2.5cm。10. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述排放气室上端连接气体排放口，所述 气体排放口侧壁连接取样口用于取样分析，所述气体排放口侧壁上端连接气体引流环，用 于引流排放的气体。11. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述高压箱体下部装有防露风机。12. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于橡胶阻液环固定在所述导电承托上。13. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述电晕极定位杆上设置有吊钩，所述电 晕极上下设置有电晕极挂环，所述电晕极通过所述电晕极挂环连接至所述吊钩和所述吊坠 平衡架。
【文档编号】B03C3/02GK205550565SQ201620307473
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】沈苏伟, 王冬
【申请人】王冬