赤泥裂解处理装置的制作方法

本发明涉及固体废物无害化处理技术领域，具体涉及一种赤泥裂解处理装置。

背景技术：

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。全世界每年产生的赤泥约7000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上。大量赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。

为解决这一难题，人们曾经试图使用高炉法、磁选法(包括超导磁选法)或浮选法，提取赤泥中的铁，以此“消化”大量堆存的赤泥，但是，因为赤泥中的铁是以深度氧化铁、铁盐等状态存在的，故磁选法(包括超导磁选法)、重选法或浮选法根本无法提取其中的铁；而高炉法，因为其中含有较大量的铝、钛及其化合物，由于这些物质非常粘稠，不但阻止了高炉中的气固液三相反应的进行，而且使得高炉“吐渣”不能；虽然可以掺入大量的含钙化合物以解决“粘稠”问题，但就大大增加了生产成本，基本没有了效益，失去了实用性，所以不再被使用。

由此可见，上述现有的赤泥处理装置在设备结构、处理方法与使用上，显然仍存在有不足与缺陷，而亟待加以进一步改进。

技术实现要素：

因此，为了克服上述缺陷，本发明实施例提供一种无害化处理程度高的赤泥裂解处理装置。

为此，本发明实施例的一种赤泥裂解处理装置，包括：

进料预处理装置，进料预处理装置的炉体下部分成为两个以上的柱体，用于输入赤泥的入口位于炉体顶部中央位置，用于输出物料的出口分别位于柱体底部中央位置，进料预处理装置用于加热赤泥，获得物料从进料预处理装置的出口输出至高温等离子体熔融装置；以及

高温等离子体熔融装置，用于将输入的物料进行高温等离子炬熔融，转化生成玻璃体废渣和包含co2、co和h2的合成气。

优选地，所述进料预处理装置包括螺杆推进器和第一加热装置；

螺杆推进器连接位于柱体内，用于将从输入口输入的赤泥进行螺旋推进至输出口输出；

第一加热装置包括缠绕在柱体管壁外的加热气管道，加热气管道的输入端与高温等离子体熔融装置的合成气输出端连接，用于将高温等离子体熔融装置输出的合成气引入到加热气管道内，利用合成气的热量对柱体内运经第一加热装置的赤泥加热，加热气管道的输出端与进料预处理装置的气体输出端连接，合并后输出。

优选地，所述进料预处理装置还包括第六温度传感器和第二加热装置；

第六温度传感器安装在第一加热装置与第二加热装置之间的柱体内壁上，用于检测运经的物料温度；

第二加热装置包括安装在柱体管壁外的电加热装置，用于根据第六温度传感器所测温度值调节电加热装置的输出功率，实施对运经物料的加热。

优选地，所述高温等离子体熔融装置由下而上依次包括：熔融燃烧室、储氧室、进料室和出气增程室；

熔融燃烧室的侧壁上倾斜安装有等离子炬发生器，熔融燃烧室的底部设有排渣口；

储氧室的侧壁上倾斜安装有助燃气进气通道，助燃气进气通道上连接有可控阀门，用于根据熔融炉腔内温度的变化和进料通道输出的进料量调节可控阀门开闭程度，以调节助燃气进气通道内助燃气输入流量；

进料室的侧壁上倾斜安装有进料通道，进料室通过进料通道与搅拌粉碎装置连通，进料室的腔体包括漏斗形上部和直筒形下部，直筒形下部的侧壁上倾斜向下相错安装有两片以上的隔气挡板，每块隔气挡板与直筒形下部的侧壁之间均设有能供物料下落输出的通孔，每块隔气挡板上的通孔相互错开；

出气增程室的侧壁上连接有通气挡板，顶部设有合成气排出口，通气挡板围成通气通道供熔融燃烧产生的合成气向上传输，并从合成气排出口输出。

优选地，所述熔融燃烧室的底部平面向排渣口一侧倾斜。

优选地，所述储氧室的腔体为下部大上部小的台柱体。

优选地，所述通气挡板围成的通气通道为螺旋形。

优选地，所述通气通道内设有灰粉过滤装置，用于过滤掉合成气中的颗粒杂质。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的赤泥裂解处理装置，通过高温等离子体熔融装置的隔气挡板，可避免下落至熔融燃烧室内的物料上扬，可使每次供料都能被充分熔融燃烧，提高了物料的熔融彻底程度，提高了无害化处理程度，并且可使从助燃气进气通道输出的助燃气体阻止上升，几乎全部能够到达熔融燃烧室，提高了气体利用率。通过通气挡板形成通气通道，延长了合成气在腔体内的气流路程和减小了通道的横截面积，使气体可以增压输出，并且通过增程可有效降低合成气中混杂有的灰粉，使灰粉可在通气通道内沉淀、过滤。通过设置多个温度传感器对腔体温度值进行控制，进一步维持了腔体内的温度恒定，提高了熔融燃烧充分程度，提高了无害化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中赤泥裂解处理装置的一个具体示例的结构示意图；

图2为本发明实施例中赤泥裂解处理装置的一个具体示例的剖视示意图；

图3为本发明实施例中高温等离子体熔融装置的一个具体示例的结构示意图；

图4为本发明实施例中高温等离子体熔融装置的另一个具体示例的结构示意图；

图5为本发明实施例中等离子炬发生器的一个具体示例的结构示意图；

图6为本发明实施例中阴极固定及轴供气组件的一个具体示例的结构示意图。

附图标记：1-进料预处理装置，11-螺杆推进器，12-第一加热装置，13-第六温度传感器，14-第二加热装置，15-螺旋叶片，16-导流片，17-入口，18-出口，2-高温等离子体熔融装置，21-熔融燃烧室，211-等离子炬发生器，212-第一温度传感器，213-排渣口，22-储氧室，221-助燃气进气通道，222-第二温度传感器，23-进料室，231-进料通道，232-隔气挡板，233-第三温度传感器，234-第四温度传感器，24-出气增程室，241-通气挡板，242-第五温度传感器，243-合成气排出口，101-阴电极，102-阴极固定及轴供气组件，103-中间电极，104-绝缘件，105-阳电极，202、204-倾斜向下供气通道，203-倾斜向上供气通道，1021-第一台阶，1022-第二台阶，1023-盲槽，1024-第三台阶。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本实施例提供一种赤泥裂解处理装置，如图1和2所示，包括：

进料预处理装置1，进料预处理装置1的炉体下部分成为两个以上的柱体，用于输入赤泥的入口17位于炉体顶部中央位置，用于输出物料的出口18分别位于柱体底部中央位置，进料预处理装置1用于加热赤泥使其干燥，且能够使其中易蒸发、裂解的组分进行蒸发、裂解，获得物料从进料预处理装置1的出口18输出至高温等离子体熔融装置2；以及

高温等离子体熔融装置2，用于将输入的物料进行高温等离子炬熔融，转化生成玻璃体废渣和包含co2、co和h2的合成气。

优选地，所述进料预处理装置1包括螺杆推进器11和第一加热装置12；

螺杆推进器11连接位于柱体内，用于将从输入口输入的赤泥进行螺旋推进至输出口输出；

第一加热装置12包括缠绕在柱体管壁外的加热气管道，加热气管道的输入端与高温等离子体熔融装置2的合成气输出端连接，用于将高温等离子体熔融装置2输出的合成气引入到加热气管道内，利用合成气的热量对柱体内运经第一加热装置12的赤泥加热，加热气管道的输出端与进料预处理装置1的气体输出端连接，合并后输出。通过重复利用高温等离子体熔融装置2的合成气的热量实现对赤泥预处理，节约了能源。

优选地，所述进料预处理装置1还包括第六温度传感器13和第二加热装置14；

第六温度传感器13安装在第一加热装置12与第二加热装置14之间的柱体内壁上，用于检测运经的物料温度；

第二加热装置14包括安装在柱体管壁外的电加热装置，用于根据第六温度传感器13所测温度值调节电加热装置的输出功率，实施对运经物料的加热，提高蒸发、裂解的充分性。

优选地，所述进料预处理装置1还包括导流片16，导流片16安装位于入口17下方，用于引导输入赤泥均匀输入到各个柱体内，提高分配均匀性。

上述进料预处理装置的工作过程包括：

赤泥从输入口输入至进料预处理装置1，分入下方各个柱体内，随着螺杆推进器11的推进物料依次经过第一加热装置12、第六温度传感器13和第二加热装置14，从高温等离子体熔融装置2输出的合成气输入至第一加热装置12，重复利用合成气热量实现物料的第一级受热蒸发、裂解，第六温度传感器13检测流经的物料温度值，据此判断物料在第一级受热蒸发、裂解时是否反应完全，若判断结果为没有反应完全，则启动第二加热装置14，并根据第六温度传感器13的检测温度控制调节输出功率，调节第二加热装置14对物料的加热程度，从而既提高了物料受热蒸发、裂解的充分程度，又使加热程度可控以节约能源。

优选地，如图3所示，所述高温等离子体熔融装置2由下而上依次包括：熔融燃烧室21、储氧室22、进料室23和出气增程室24；

熔融燃烧室21的侧壁上倾斜安装有等离子炬发生器211，熔融燃烧室21的底部设有排渣口213；优选地，等离子炬发生器211的个数为两个以上，均布在熔融燃烧室21的侧壁上；优选地，熔融燃烧室21的底部平面向排渣口213一侧倾斜，以有利于玻璃体废渣从排渣口213流出；

储氧室22的侧壁上倾斜安装有助燃气进气通道221，助燃气进气通道221上连接有可控阀门，用于根据熔融炉腔内温度的变化和进料通道231输出的进料量调节可控阀门开闭程度，从而调节助燃气进气通道221内助燃气输入流量，以控制物料燃烧程度，保持炉腔内温度恒定；储氧室22的腔体为下部大上部小的台柱体，以满足下部用气量大的需求；

进料室23的侧壁上倾斜安装有进料通道231，进料室23通过进料通道231与搅拌粉碎装置1连通，进料室23的腔体包括漏斗形上部和直筒形下部，直筒形下部的侧壁上倾斜向下相错安装有两片以上的隔气挡板232，每块隔气挡板232与直筒形下部的侧壁之间均设有能供物料下落输出的通孔，每块隔气挡板232上的通孔相互错开，不直接相通，相错的角度可根据实际需要进行设置，物料沿隔气挡板232下滑然后从通孔处落下至下一层的隔气挡板232上，依次下落直至输出至储氧室22和熔融燃烧室21内；通过设置隔气挡板，可避免下落至熔融燃烧室内的物料上扬，可使每次供料都能被充分熔融燃烧，提高了物料的熔融彻底程度，提高了无害化处理程度；并且通过隔气挡板的阻挡使从助燃气进气通道输出的助燃气体阻止上升，几乎全部能够到达熔融燃烧室，提高了气体利用率；

出气增程室24的侧壁上连接有通气挡板241，顶部设有合成气排出口243，通气挡板241围成螺旋形的通气通道供熔融燃烧产生的合成气向上传输，并从合成气排出口243输出；通过设置通气挡板形成通气通道，延长了合成气在腔体内的气流路程和减小了通道的横截面积，使气体可以增压输出，并且通过增程可有效降低合成气中混杂有的灰粉，使灰粉可在通气通道内沉淀、过滤；优选地，通气通道内设有灰粉过滤装置，从而进一步能过滤掉合成气中的颗粒杂质，提高输出合成气的质量。

优选地，如图4所示，所述高温等离子体熔融装置2还包括：第一温度传感器212、第二温度传感器222、第三温度传感器233、第四温度传感器234和第五温度传感器242；

第一温度传感器212连接位于熔融燃烧室21的底部，第二温度传感器222连接位于助燃气进气通道221的出口处，第三温度传感器234连接位于进料室23下部，第四温度传感器234连接位于进料室23上部，第五温度传感器242连接位于合成气排出口243处，用于监测排出合成气的温度值；第一温度传感器212、第二温度传感器222、第三温度传感器233、第四温度传感器234和第五温度传感器242的个数不限于一个，也可以在上述各自位置处设置两个以上的个数，用于检测上述位置处的温度。

高温等离子体熔融装置2的工作过程包括如下步骤：

s1、启动等离子炬发生器211，对熔融装置腔体预热10-30min；

s2、获取第一温度传感器212的第一温度值和第二温度传感器222的第二温度值，并判断第一温度值是否大于第一预设值，优选地，第一预设值为13000℃-30000℃，第二温度值是否大于第二预设值，优选地，第二预设值为13000℃-30000℃，第一预设值大于或等于第二预设值；

s3、当第一温度值大于第一预设值且第二温度值大于第二预设值时，同时开启进料通道231和助燃气进气通道221，进料通道231输出的进料量与助燃气进气通道221输出的进气量呈线性关系，按照进料量控制调节可控阀门开闭程度；当第一温度值小于或等于第一预设值，或者第二温度值小于或等于第二预设值时，维持现状，不开启进料通道231和助燃气进气通道221，继续预热；

s4、实时监测第一温度值和第二温度值，当第一温度值小于或等于第一预设值时，控制等离子炬发生器211增大输出功率，使第一温度值迅速上升超过第一预设值，然后控制等离子炬发生器211减小输出功率至正常工作值；当第二温度值小于或等于第二预设值时，控制助燃气进气通道221的可控阀门增大开启量，增加输出气流量，使第二温度值迅速上升超过第二预设值，然后控制可控阀门减小开启量至正常工作开启量；从而维持了腔体内的温度恒定，提高了熔融燃烧充分程度，提高了无害化程度；

s5、获取第三温度传感器233的第三温度值和第四温度传感器234的第四温度值，并计算第三温度值与第四温度值之间的差值；

s6、判断差值的绝对值是否大于第三预设值，优选地，第三预设值为50℃-500℃，当差值的绝对值大于第三预设值时，物料中所含水分较多或者原始温度较低，需要提高腔体内温度，控制等离子炬发生器211增大输出功率，使第一温度值迅速上升超过第一预设值，然后控制等离子炬发生器211减小输出功率至正常工作值。

如图5所示，等离子炬发生器包括：

阴电极101，连接位于等离子炬发生器的上部，与供电电源负极相连接；

阴极固定及轴供气组件102，为具有中空部的柱体，阴电极连接位于柱体内部，柱体的中空部上部开口较大，下部开口较小，用于为阴电极101提供支撑并提供轴向保护气的供气通道，轴向保护气将电弧约束在轴线附近的范围内，使得等离子炬的能力更加集中；

阳电极105，连接位于等离子炬发生器的下部，与供电电源正极相连接，阳电极105的中空部供等离子炬喷射输出；阴电极101、阳电极105和中间电极103均采用水冷。

中间电极103，两个以上的中间电极103共轴排列连接位于阴极固定及轴供气组件102与阳电极105之间，均为中空结构，其内侧面平齐，分别与引弧回路通过可控开关连接；

绝缘件104，连接位于两中间电极103之间和中间电极与阳电极105之间；

倾斜向下供气通道202、204，设在中间电极103的上表面与阴极固定及轴供气组件102的下表面之间、中间电极103的上表面与绝缘体104的下表面之间和阳电极105的上表面与绝缘体104的下表面之间，用于提供倾斜向下方向保护气的供气通道，在引弧时改变电弧起点和落点之间的距离和改变电弧的拽力；优选地，倾斜向下供气通道202与水平方向的夹角为45°-80°；以及

倾斜向上供气通道203，设在中间电极103的下表面与绝缘体104的上表面之间，用于提供倾斜向上方向保护气的供气通道，在引弧时改变电弧起点和落点之间的距离和改变电弧的拽力；优选地，倾斜向上供气通道203与水平方向的夹角为45°-80°。通过设置倾斜向下供气通道和倾斜向上供气通道，约束了保护气供气的方向，提高了对电弧的压缩作用并使引弧时电弧起点和落点之间的距离和电弧的拽力可调节，使得等离子炬输出功率具有高功率和可调节的优点。

优选地，如图6所示，阴极固定及轴供气组件102的内侧面上由上往下依次设有第一台阶1021和第二台阶1022，用于使得阴极固定及轴供气组件102的内径逐渐减小，阴电极连接位于第二台阶1022下方的内侧面上，与阴电极连接处沿柱体母线方向上均匀开设有可供轴向保护气通过的盲槽1023，阴电极连接处下方的内侧面上设有第三台阶1024，用于使得阴极固定及轴供气组件102的内径增大，阴极固定及轴供气组件102的下底面为外高内低的向下倾斜面。轴向保护气从较大开口处流入，经过第一台阶1021、第二台阶1022、盲槽1023，通道横截面积减小，气体受到压缩，气体流动速度增加，高速流动的气流增强电弧的压缩力，经第三台阶1024略扩大通道横截面积，保证气流分布均匀，但总体气体流出速度远高于流入速度，提高了电弧的稳定性。

上述等离子炬发生器的工作过程包括：

s21、当供电电源给等离子炬发生器的阴电极101和阳电极105供电后，轴向保护气供气，阴电极101与其紧邻的第一级中间电极之间产生电压差；

s22、控制与第一级中间电极相连的可控开关接通引弧回路，击穿阴电极101与第一级中间电极之间的间隙，进行第一级引弧，同时开启阴极固定及轴供气组件102与第一级中间电极之间的倾斜向下供气通道202输出保护气，将电弧拽向第一级中间电极上，提高第一级引弧成功率；

s23、开启第一级中间电极与其下方紧邻的第一级绝缘体之间的倾斜向上供气通道203输出保护气，并调节输出保护气气流量及其上方一条的倾斜向下供气通道202输出保护气气流量，用于调节电弧落点，优选地，可调节电弧落点在第一级中间电极中部，以提高引弧成功率和质量；优选地，倾斜向下供气通道和倾斜向上供气通道均设置为螺旋形，用于使从其通道内输出的保护气带有旋转力，可带动电弧在中间电极内侧面上旋转，避免电弧落点长时间灼烧电极上的同一处，降低电极损伤度，延长使用寿命；

s24、一段时间后关闭第一级中间电极与第一级绝缘体之间的倾斜向上供气通道203；

s25、控制与第一级绝缘体下方紧邻的第二级中间电极相连的可控开关接通引弧回路，击穿第一级中间电极与第二级中间电极之间的间隙，进行第二级引弧，同时开启第一级绝缘体与第二级中间电极之间的倾斜向下供气通道输出保护气，将电弧拽向第二级中间电极上，提高第二级引弧成功率；

s26、开启第二级中间电极与其下方紧邻的第二级绝缘体之间的倾斜向上供气通道输出保护气，并调节输出保护气气流量及其上方一条的倾斜向下供气通道输出保护气气流量，用于调节电弧落点，保证引弧质量；

s27、一段时间后关闭第二级中间电极与第二级绝缘体之间的倾斜向上供气通道；按照s5至s7的步骤依次往下进行其他级中间电极的引弧，直至最后一级中间电极的引弧完成；

s28、最后一级中间电极与阳电极105之间的间隙被击穿，电弧相互连接，供电电源电压迅速回到正常工作电压，使电弧正常工作输出，同时开启阳电极105上方的倾斜向下供气通道204输出保护气，产生拽力将电弧末端拽向中心区，改变原本呈发散的形状为呈汇聚的形状，对电弧的压缩程度增加，弧阻上升，导致弧压升高，从而等离子炬输出功率显著增加。

通过调节倾斜向下供气通道输出保护气气流量，还可调节等离子炬输出功率，在供电电流不变的情况下，当增大气体流量时，气体流速随之增加，对等离子炬弧根冷却作用加剧，并且对电弧的压缩程度进一步增加，所以弧阻增加，弧压升高，提高了等离子炬输出功率，反之亦然，起到输出功率调节作用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。