一种快速启停的紧凑型等离子体气化燃烧炉的制作方法

本发明涉及等离子气化燃烧处理，具体涉及一种快速启停的紧凑型等离子体气化燃烧炉。

背景技术：

大功率电弧等离子体炬具有高温、高焓、能量高度集中等特点，随着环保要求和污染物排放标准的提高，热电弧等离子体逐渐成为一种新兴的，彻底的固废处理手段。现有国内中小型固废等离子气化燃烧处理系统多应用于处理陆地上的固体废弃物，如医疗废弃物、飞灰等，特点是体积相对较大，处理量大，可以连续工作和供水供电，无需反复启停。随着国际海洋保护法律法规和我国海洋舰船数量、任务的增多，舰船垃圾的数量也急剧增多，相比陆地垃圾，舰船空间更小，卫生环境控制更难，因此难以长时间贮存垃圾，需要一种快速彻底的垃圾处理方式，同时由于受到空间、能量来源、日产废弃物数量的多重限制，对处理方式提出的要求是占地面积小、处理速率快、固废适应性强、可快速启停。

然而，常规陆地用等离子体气化燃烧炉采用浇注耐火材料，占地面积大，升温速率慢，预热时间长，无法实现等离子体处理系统的快速启停和系统的小型化，不能直接应用于舰船垃圾处理。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的等离子体气化燃烧炉占地面积大、升温速率慢、预热时间长的问题，而提供了一种快速启停的紧凑型等离子体气化燃烧炉。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明的一种快速启停的紧凑型等离子体气化燃烧炉，其特殊之处在于：包括等离子体炬、炉体、水冷套筒、气膜隔离筒及烟筒；

所述等离子体炬的点火端伸入炉体的头部内，向炉体中心喷射高温等离子体射流；

所述炉体由不锈钢合金材料制成；炉体的外侧套装水冷套筒，水冷套筒靠近炉体头部一侧设有用于通入冷却水的冷却水入口，靠近炉体尾部一侧设有用于排放冷却水的冷却水出口；

所述水冷套筒的中部圆周方向均匀设置至少两个与炉体内腔贯通的加压空气通道，加压空气通道出气口朝向等离子体炬的高温射流区；

所述气膜隔离筒套装于炉体头部与等离子体炬之间，使得气膜隔离筒与炉体间形成环状的气膜冷却通道，气膜隔离筒与等离子体炬之间形成环状带料空气通道；

所述烟筒设置于炉体的尾部。

进一步地，所述气膜隔离筒通过隔离筒支架与炉体内壁连接。

进一步地，所述气膜隔离筒与炉体内壁之间的距离小于气膜隔离筒与等离子体炬之间的距离。

进一步地，所述等离子体炬的冷却装置上设置有冷却水出口；

所述水冷套筒上的冷却水入口与等离子体炬上冷却装置的冷却水出口连通。

进一步地，所述加压空气通道为四个。

进一步地，所述气膜隔离筒的长度为炉体长度的四分之一。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用了导热性良好的不锈钢合金材料制成炉体，使得该离子体气化燃烧炉升温速率快、预热时间短且能够迅速启停，同时，炉体的厚度减小，使得炉体的体积相对现有的炉体体积减小一半以上，使其变得更紧凑；由于等离子体射流火焰温度极高，需要对不锈钢合金材料制成的炉体进行冷却，因此，本发明在炉体的外侧设置了水冷套筒，又在其内侧设置了气膜冷却通道，双重冷却有效解决紧凑型等离子体炉在高热流密度下的炉体冷却和热防护问题，提高了炉体的寿命。

2.本发明中与炉体内腔贯通的加压空气通道朝向等离子体炬的火焰；在炉体工作时，向加压空气通道内射入加压空气，加压空气可作为二次空气，为气化燃烧反应补充氧化剂；同时通过加压空气通道射入的加压空气强化了气流和物料的掺混，扰动的气流同时约束固体颗粒使之悬浮燃烧，不会沉降堆积在炉子内壁，提高了燃烧效率和燃尽率，并保护炉壁不受到固体颗粒的冲刷磨损和结焦结渣腐蚀。

3.等离子体炬工作时其自身带有冷却装置，本发明将水冷套筒与该冷却装置连通，将冷却装置的去离子冷却水引入水冷套筒内对炉体进行冷却，则不需要单独为水冷套筒提供水冷源，进一步提高了等离子体气化燃烧炉的耦合程度，精简了整体结构。

附图说明

图1是本发明一种快速启停的紧凑型等离子体气化燃烧炉的结构示意图；

图2是图1的左侧剖视图。

图中，1-等离子体炬，11-带料空气通道，2-炉体，21-气膜冷却通道，3-水冷套筒，31-加压空气通道，4-气膜隔离筒，41-隔离筒支架，5-烟筒。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种快速启停的紧凑型等离子体气化燃烧炉作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种快速启停的紧凑型等离子体气化燃烧炉，结合图1、图2所示，包括等离子体炬1、炉体2、水冷套筒3、气膜隔离筒4及烟筒5；

等离子体炬1的点火端伸入炉体2的头部内，向炉体2中心喷射高温等离子体射流；

炉体2由不锈钢合金材料制成；炉体2的外侧套装水冷套筒3；

水冷套筒3的中部圆周方向均匀设置四个与炉体2内腔贯通的加压空气通道31，加压空气通道31出气口朝向等离子体炬1的高温射流区；水冷套筒3靠近炉体2头部一侧设有用于通入冷却水的冷却水入口，靠近炉体2尾部一侧设有用于排放冷却水的冷却水出口；等离子体炬1的冷却装置上设置有冷却水出口；水冷套筒3的冷却水入口与冷却装置的冷却水出口连通，使得用于冷却等离子体炬1的去离子冷却水通往水冷套筒3继续冷却炉体2，最终从水冷套筒3的冷却水出口排除。

气膜隔离筒4套装于炉体2头部与等离子体炬1之间，使得气膜隔离筒4与炉体2间形成环状的气膜冷却通道21，气膜冷却通道21内通入冷空气，冷空气通过气膜冷却通道21形成气膜对炉体头部内壁进行冷却；气膜隔离筒4与等离子体炬1之间形成环状带料空气通道11；环状带料空气通道11用于向炉体内通入带料空气(即固体垃圾颗粒)；

气膜隔离筒4通过隔离筒支架41与炉体2内壁连接。隔离筒支架41一般有四个，且沿圆周方向均布在气膜隔离筒4和炉体2之间，即满足气膜隔离筒4的安装，同时也使得外部冷空气通过该气膜冷却通道21进入炉体2内部。气膜隔离筒4与炉体2内壁之间的距离小于气膜隔离筒4与等离子体炬1之间的距离。气膜隔离筒4的长度为炉体1长度的四分之一。

烟筒5设置于炉体2的尾部。

电弧热等离子体气化燃烧技术是实现舰船垃圾即产即处理的一种有效途径，但常规陆地用等离子体气化燃烧炉采用浇注耐火材料，占地面积大，升温速率慢，预热时间长，无法实现等离子体处理系统的快速启停和系统的小型化，不能直接应用于舰船垃圾处理。为实现等离子体气化燃烧技术在舰船垃圾处理上的应用，本发明采用了不锈钢合金材料制成炉体，使得炉壁厚度大大减小，进而炉子体积减小一半以上，可以实现紧凑的结构设计。

但由于大功率(100-300kw)的电弧等离子体炬喷出的等离子体射流火焰温度极高，平均温度可达4000-5000k,核心最高温度可达6000k以上，因此在采用不锈钢合金炉体使得等离子体炉结构紧凑、体积减小的同时，也会导致炉体头部热流密度过大，尤其当发生燃烧反应的时候。因此，需要采取组合热防护方式保证炉体在启停频繁的工作条件下保持良好的可靠性。

本发明使用了空气气流多段分配设计方法(气膜冷却通道21和加压空气通道31)，一部分空气通过环状带料空气通道11携带经过处理研磨成颗粒的固废进入炉体2，实现稳定进料；一部分通过气膜冷却通道21沿着高温气流的流向形成冷却薄膜进入炉体2，输送到炉体2前段内壁上，使炉体2内壁与高温气流隔离开来；还有一部分空气从炉体2中部均匀分布的四个加压空气通道31射入，作为二次空气，为气化燃烧反应补充氧化剂，并强化气流和物料的掺混，扰动的气流同时约束固体颗粒使之悬浮燃烧，不会沉降堆积在炉子内壁，提高了燃烧效率和燃尽率，并保护炉壁不受到固体颗粒的冲刷磨损和结焦结渣腐蚀。

等离子体炬1本身设有冷却装置，该冷却装置所用冷却液为去离子冷却水，去离子冷却水从等离子体炬1头部进入后流经等离子体炬1身部，最后从等离子体炬1头部侧面流出，出口水温通常仅30℃左右。将水冷套筒3与等离子体炬1的冷却装置连通，使得等离子体炬冷却出口处的去离子冷却水继续引入水冷套筒3作为炉体2的冷却水，则不需要单独再为水冷套筒3设置冷却水源，进一步提高了本发明的耦合程度，精简了整体结构。

炉体内壁面气膜冷却和外壁面水冷结合实现炉体头部和前半段高热流密度区的热防护，炉体后半段热流密度下降，采用外壁面水冷即可。