一种生活垃圾等离子气化反应炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及以城市生活垃圾为主的固态废弃物的气化制气装置，具体地说是一种可以防止二噁英产生和重金属二次污染的生活垃圾等离子气化反应炉。
【背景技术】
[0002]伴随着全球经济的持续增长和城市化进程的加速，生活垃圾的产生已成为一个日益严重的环境问题。城市垃圾产量的不断增加及其造成的环境污染已成为各国所共同面临的问题，城市生活垃圾的无害化处理是促进经济和生态环境达到可持续发展的重要措施之
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[0003]目前，城市生活垃圾无害化处理技术有堆肥技术、填埋技术、焚烧技术和气化技术等。填埋或堆肥都不能完全实现垃圾处理的无害化和减量化，且填埋仍需占用大量土地。由于焚烧处理可以实现城市垃圾热能回收、减容、减重、高温灭菌等目的，在环境保护和资源利用方面具有明显的优势，因而近几年在我国得到较快的发展。然而垃圾焚烧导致的二噁英及重金属等二次污染问题不容忽视，制约了垃圾焚烧技术的大规模应用。
[0004]气化技术是一种新型的垃圾处理技术，与常规的垃圾处理方法相比，气化处理技术具有能源回收利用率高、二次污染小、烟气量小、后处理设备简单，例如:公开号为CN104449854A，公开日为2015年3月25日的中国专利文献，公开了一种带水冷壁的一体式垃圾等离子体气化炉，气化炉炉膛分为上部的合成气重整区、中部的气化区和下部的废渣熔融区；合成气重整区内在同一水平面上均匀设有三支等离子体炬一；气化区的侧面与进料系统相连，侧面还设有进气口，底面设有用于承载垃圾的炉排；废渣熔融区的侧面中间设置有三个环绕的等离子体炬二。该方案的气化炉可使常规气化、合成气重整与废渣熔融在一个气化炉内完成，利用垃圾自身热值先进行常规气化。而且气化与等离子熔融处理技术的结合使得在对垃圾的有机成分加以利用的同时，可以对无机成分进行稳定化无害化处理和资源化利用，从而根本上解决了二噁英和重金属等二次污染问题，有着广阔的发展前景。
[0005]然而现阶段的等离子垃圾气化技术尚有许多不足之处。首先，用等离子体炬直接气化垃圾需要极大地功率，其耗电率可到其产电力的30%?40%，由于耗电过高导致运营成本大大增加，使其不具备商业运行的价值。其二，该方法气化垃圾，后续气体净化过程还需加二噁英处理装置，增加了先期的一次性投入，使其设备成本大幅提高。第三，使用等离子体炬直接气化垃圾，由于其温度场分布不均，使垃圾不能完全被高温处理，排出的废渣中会有大量的二噁英和其他有害物质，致使其废渣的处理又成为一道难题。第四，现有垃圾等离子气化炉炉型相对简单，由于等离子气化炉中温度分布极为不均，等离子炬所在区域温度较高，使得炉膛受热不均，易发生破裂。而且耐火材料整体浇注，也使气化室炉膛更换极为困难。此外，现有炉膛结构不利于反应过程的优化，使气化炉膛空间利用率低。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有等离子气化技术存在的缺陷和不足，提供一种生活垃圾等离子气化反应炉，利用等离子体炬作为高品质外热源将生活垃圾热解气化后产生的灰渣熔融，去除了生活垃圾在热解气化过程中可能产生的所有有害物质，降低了垃圾等离子气化的一次性投入成本及运营成本，并使合成气更加纯净。
[0007]本发明的技术方案如下:
一种生活垃圾等离子气化反应炉，其特征在于:包括上下连接的上部的热解气化反应室和下部的灰渣熔融室，整体呈上下两段式缩小的炉膛结构，水平方向的截面呈圆形；所述热解气化反应室从纵向上分为上部封头、中间筒体和底部锥口，上部封头内嵌安装一垃圾入口，垃圾入口为一窄长的锥形管，中间筒体的上部开有合成气出口，合成气出口安装高度高于垃圾入口的锥形管的底平面；所述灰渣熔融室包括筒体和底部封头，所述筒体上均匀布置有处于同一水平面的多个等离子体炬安装口，等离子体炬安装口均安装有等离子体炬，等离子体炬安装口的中心线与灰渣熔融室的垂直中心线之间的夹角为γ角，γ角为50-70°，等离子体炬安装口的中心线与筒体的水平中心线之间的夹角为δ角，δ角为30-50° ;所述筒体上还均匀布置有处于另同一水平面的多个空气入口，空气入口的中心线与筒体的垂直中心线之间的夹角为ε角，ε角为50-70°，空气入口的中心线与筒体的水平中心线平行；所述空气入口设置于等离子体炬安装口的上部。
[0008]所述锥形管的锥角α为6-10°，锥形管的内壁为耐火衬里。
[0009]所述热解气化反应室包括内壁、保温层和外壁，内壁为耐火材料保护衬，耐火材料保护衬由耐火材料分段浇筑成形，外壁为钢板壳体；所述上部封头的壳体与中间筒体的壳体通过法兰连接，中间筒体的壳体与底部锥口的壳体通过焊接连接。
[0010]所述中间筒体上还开有一系列温度测口、压力测口，温度测口的中心线、压力测口的中心线与中间筒体的垂直中心线垂直。
[0011]所述底部锥口的锥角β为60-80°。
[0012]所述灰渣熔融室从内至外依次包括内壁、保温层和壳体，内壁为刚玉内衬，刚玉内衬为多块可拆卸的刚玉内衬块拼接而成。刚玉内衬由分块组成，以便于拆卸更换，还可有效解决整体浇注导致的受热不均，易破裂等问题。
[0013]所述灰渣熔融室的筒体的壳体上端与热解气化反应室的底部锥口的壳体通过法兰连接，筒体的壳体下端与底部封头的壳体的上端通过法兰连接。
[0014]所述灰渣熔融室的筒体上也开有一系列温度测口、压力测口，温度测口的中心线、压力测口的中心线与筒体的垂直中心线垂直。
[0015]所述底部封头开有一排渣口，排渣口为一窄长的喉部通道，排渣口内壁为耐火衬里，排渣口外壁为钢板。
[0016]所述等离子气化反应器通过均匀布置在热解气化反应室的中间筒体上的三个耳式支座固定。
[0017]本发明的工作过程为:
生活垃圾自等离子气化反应炉顶部的垃圾入口进入到热解气化反应室内，与自灰渣熔融内反应来的高温合成气进行换热；生活垃圾在热解气化反应室内自上而下依次进行干燥、热解气化反应；
垃圾干燥、热解气化反应所需要的热源由灰渣熔融室内灰渣及部分垃圾热解气化、燃烧产生的高温合成气体提供；经热解气化后的垃圾产生的固体残渣和未完全反应的生活垃圾通过热解气化反应室底部锥口进入到灰渣熔融室；
在灰渣熔融室内固体残渣和未完全反应的生活垃圾在等离子体炬提供的高温热源下进一步发生热解气化反应；在灰渣熔融室未反应的残炭的燃尽所需要的空气通过空气入口补充；燃尽后剩余的炉渣经熔融等离子炬提供的高温进行熔融，并通过高温将炉渣中未反应的有机物及有害物质再次气化，并除掉炉渣中的二噁英和呋喃，最后成为熔融状态的无机物和金属通过排渣口上的排液孔排出等离子气化反应炉。
[0018]灰渣熔融室二次气化及燃尽产生的合成气与中间热解气化反应室产生的合成气通过合成气出口排出反应器进入到后续的合成气利用系统。
[0019]本发明的有益效果如下:
(I)本发明采用顶部进料、侧部排气、底部排渣结构使垃圾气化过程中的有毒有害气体在重整反应室去除掉、热解气化后产生的灰渣经气化熔融室被等离子炬产生的高温熔融变成无害的玻璃态熔渣，彻底的解决了垃圾焚烧处理过程中有害气体排放与灰渣需再处理的问题。
[0020](2)本发明采用从上到下尺寸缩小的两段式炉膛结构，解决现有等离子气化炉炉膛布置不合理导致的垃圾中含碳成分转化率偏低、流场和温度场分布不当的问题，提高等离子气化炉空间利用率。
[0021](3)本发明采用从上到下尺寸缩小的两段式炉膛结构，炉膛内壁由耐火材料分段浇筑成形，其中底部灰渣熔融室由可更换的高密度的刚玉内衬构成，刚玉内衬由分块组成，以便于拆卸更换。此举可有效解决整体浇注导致的炉膛受热不均，易破裂，而且便于更换气化室底部炉膛。
[0022](4)本发明利用垃圾自身的热值进行缺氧燃烧热解气化，之后对其产生的炉渣进行等离子高温处理，这样避免了等离子高温直接对垃圾进行热解气化，大大降低了耗电功率。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的纵向剖面结构示意图；
图2为图1中的A-A截面视不意图；
图3为图1中的B-B截面础视不意图。
[0024]其中，附图标记为:I耐火材料保护衬，2保温层，3壳体，4垃圾入口，4-1锥形管，5热解气化反应室，5-1上部封头，5-2中间筒体，5-3底部锥口，5-4法兰，5_5合成气出口，5-6温度测口、5-7压力测口，6灰渣熔融室，6-1灰渣熔融室筒体，6-2底部封头，6-3、6-4法兰，
6-5等离子体炬安装口，6-6空气入口，6-7温度测口、6-8压力测口，7排渣口，8耳式支座。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
如图1-3所示，一种生活垃圾等离子气化反应炉，包括上下连接的上部的热解气化反应室5和下部的灰渣熔融室6，整体呈上下两段式缩小的炉膛结构，水平方向的截面呈圆形；所述热解气化反应室5从纵向上分为上部封头5-1、中间筒体5-2和底部锥口 5-3，上部封头5-1内嵌安装一垃圾入口 4，垃圾入口 4为一窄长的锥形管4-1，中间筒体5-2的上部开有合成气出口 5-5，合成气出口 5-5安装高度高于垃圾入口 4的锥形管4-1的底平面；所述灰渣熔融室6包括筒体6-1和底部封头6-2，所述筒体6-1上均匀布置有处于同一水平面的多个等离子体炬安装口 6-5，等离子体炬安装口 6-5均安装有等离子体炬，等离子体炬安装口 6-5的中心线与灰渣熔融室6的垂直中心线之间的夹