一种用于医疗废弃物焚烧的等离子气化炉及其控制方法与流程

本发明涉及节能环保，尤其涉及一种用于医疗废弃物焚烧的等离子气化炉及其控制方法。

背景技术：

1、医疗废弃物是指医疗卫生机构在医疗、预防、保健以及其他相关活动中产生的具有直接或者间接感染性、毒性以及其他危害性的废物，属于危险废物范畴。现通过等离子气化熔融技术可以将医疗废弃物进行无害化、减容化、资源化处理，在等离子气化炉将医疗废弃物加热熔融并完成玻璃化的过程中，电能以等离子炬的加热形式输入到气化反应区、床层和熔池之中。

2、中国专利cn215593005u公开了“一种等离子气化炉”，包括气化炉体和输送筒，气化炉体中部设有等离子炬，输送筒内部转动安装有从动轴，从动轴上固定安装有绞龙，输送筒上侧远离气化炉体一端固定安装有进料斗；进料斗中部固定安装有隔板，进料斗内部转动安装有两组转轴，两组转轴关于隔板对称设置，转轴上固定安装有若干组叶片，两组转轴一端均贯穿进料斗且分别固定安装有大齿轮和小齿轮，大齿轮和小齿轮之间啮合连接；该专利仅仅通过两组转轴具有不同的转速且转速比恒定，可以定量控制飞灰和底渣的进料速率，通过绞龙的旋转使底渣和飞灰混合均匀，并控制定量进料。

3、中国专利cn111457385a公开了“一种医疗废物的等离子体连续气化裂解处理装置”，包括气化裂解炉，气化裂解炉主体垂直设置，气化裂解炉主体上设置第一等离子炬、进料口、出灰口和补风口，进料口处设置有第一推杆，出灰口处设置有密闭出灰装置；该发明将间歇操作改为连续进料，连续出渣，操作方便；借助等离子炬的高温高能的特点，在空气的辅助作用下，医疗废物处置更彻底；还原气氛气化裂解，产生合成气二次燃烧，低nox产生；等离子炬可彻底摧毁二恶英生成前驱体，避免二噁英产生。

4、医疗废弃物的等离子气化焚烧过程为高速、高温、高反应活性的控制过程，在反应过程之中，其等离子炬的能量输入，特别是等离子炬焰的长度直接关系到能量在等离子气化过程中的分布和反应过程的控制；另外，入料过程中的物料配比、入料量也直接关系到等离子气化的各层的稳定，熔渣层、床层、物料层需要保持相对的稳定和空间位置。目前的医疗废弃物的等离子气化炉控制过程通常采用人工经验观察熔渣的排出状态、烟气温度、成分等指标判断等离子炬的火焰长度和能量输入状态，对于物料的配伍和入料状态也多是通过有经验的操作员通过观察烟气组分来判断，现有控制方案因为参数和控制逻辑的缺失，时常发生等离子炬控制失衡，造成医废等离子气化效率过低、等离子能量分布不均匀等问题；此外，现有入料工艺的控制失衡经常发生，造成出现熔渣层过高或者过低，造成等离子炬破坏、出渣崩溃等严重后果。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种用于医疗废弃物焚烧的等离子气化炉及其控制方法，提高医疗废弃物的焚烧处理能力及炉况控制水平。

2、技术方案：本发明所述的一种用于医疗废弃物焚烧的等离子气化炉，等离子气化炉包括自下而上设置的炉底段、炉腰段、炉身段和穹顶段；

3、所述炉底段侧壁设有排渣口；

4、所述炉腰段圆周向设置有若干个供等离子炬插入的等离子炬安装孔，所述等离子炬安装孔中心轴线与水平面呈θ夹角向下倾斜设置；

5、所述炉身段沿着其高度方向分层设置有若干环风管，所述环风管与外界风源接通；所述炉身段顶端侧壁上设置有接入炉腔的螺旋进料机构，且螺旋进料机构的进料口与定量下料机构的排料口接通；

6、所述穹顶段顶端设置有供合成气排出的排放烟道；

7、其中，所述炉底段内腔盛装医疗废弃物焚烧渣相形成熔渣层，所述炉腰段中下部医疗废弃物焚烧成碳基材料漂浮于熔渣层上形成床层，且炉腰段中上部在床层上承接由炉身段投放的医疗废弃物形成的物料层；所述等离子炬安装孔处设置有料面监控装置，所述料面监控装置可分别监测熔渣层顶面位置ha、床层顶面位置hb、物料层顶面位置hc以通过控制进料速度和料量及等离子炬的火焰长度实时调节熔渣层、床层和物料层的料面位置。

8、优选的，所述等离子炬安装孔中心轴线与水平面之间夹角θ为21°~32°。

9、优选的，所述穹顶段与上升合成气对应水平设置有阻流板。

10、优选的，所述料面监控装置可采用高温相机图像检测装置、人工标尺检测装置、钎探法检测装置、红外和激光测量装置的一种或组合。

11、优选的，所述炉身段的上下部分别设置第一环风管和第二环风管，所述第一环风管和第二环风管可供反应气体通过，所述反应气体可采用空气、富氧气、纯氧气、蒸汽的一种。

12、优选的，所述螺旋进料机构采用变频电机控制给料螺旋转动，并对所述螺旋进料机构采用惰性气体进行密封。

13、本发明还公开了一种用于医疗废弃物焚烧的等离子气化炉的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

14、步骤1：启动等离子气化炉的等离子炬控制其以基础焰长l0对炉腰段内的床层区域进行高温燃烧，并相应通过炉身段的环风管向等离子反应炉内鼓入反应气体；其中，基础焰长l0为0.15倍的熔池直径；

15、步骤2：控制定量下料机构和螺旋进料机构配合以小流量的下料量将医疗废弃物和碳基反应添加剂以一定比例投入至炉身段，医疗废弃物在等离子气化炉内进行焚烧，富含有机组分的合成气自排放烟道排出，医疗废弃物焚烧的熔渣在自身重力作用下下沉至炉底段内逐步形成熔渣层，医疗废弃物焚烧过程中未完全燃烧的炭基材料漂浮在熔渣层上形成床层，积累在床层上的医疗废弃物形成物料层，至此完成等离子气化炉开炉；

16、步骤3：完成等离子气化炉开炉后，通过料面监测装置实时检测ha、hb、hc高度，以通过调整等离子炬工作电弧及电压并匹配等离子炬工作气体流量和压力，调节等离子炬的焰长l，使得床层充分燃烧；

17、步骤4：根据步骤3中实时检测ha、hb、hc高度，通过定量下料机构和螺旋进料机构配合实时调节医疗废弃物的下料量及下料比例，以提高医疗废弃物的焚烧效率；

18、步骤5：等离子气化炉在完成医疗废弃物焚烧过程中，通过排渣口实时将熔融渣排出，以保持等离子气化炉内医疗废弃物处于连续焚烧过程。

19、优选的，步骤3中等离子炬的焰长l的计算方式：

20、

21、式中，l0为基础焰长，ha为熔渣层的顶面位置，hb为床层顶面位置，hc为物料层顶面位置，ρ1为熔渣相密度，ρ2为床层固相材料堆积密度，ρ3为医废废弃物堆积密度，θ为等离子炬入射角度与水平面之间夹角。

22、优选的，步骤4中医疗废弃物的下料量及下料比例：

23、总入料量m0计算公式：

24、碳基反应添加剂入料量ma计算公式：

25、医废物料入料量mb计算公式：

26、式中，h0为实测ha与熔池液面控制点o(等离子注入口下沿)的正偏差值，h1为实测hb与床层上沿控制点p(等离子注入口中心线)的正偏差值，h2为实测hc与物料层上沿控制点q(等离子注入口上沿)的正偏差值，需要说明的是，当h0、h1、h2均在料面位置与控制位置出现负偏差时取等效负值即可；以30吨/天医废等离子气化炉计，m1为入料基础值，m1取标准值为1.36吨/小时；a1为工艺调节系数，取值23吨/ (小时*米)，a2为工艺调节系数，取值7吨/(小时*米)，a3为工艺调节系数，取值19吨/ (小时*米)。

27、优选的，以30吨/天医废等离子气化炉计，熔池直径取值为1.2m，基础焰长l0为0.18m。

28、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

29、1、本发明对等离子气化炉的等离子炬的分布进行设计，通过实时监控等离子气化炉内熔渣层、床层和物料层的状态来实时调控等离子炬合适的焰长来获得更佳的焚烧效能，通过调整等离子炬的工作电弧、电压等电学参数并匹配等离子炬工作气体流量和压力，使得等离子炬焰长度满足工艺长度要求，从而使得等离子炬的炬焰长度和辐射位置，始终满足床层均布和反应所需的辐射范围，解决等离子炬的焰过长出现的能量过度输入熔池造成的熔池波动和能量浪费，也解决了等离子炬的焰长不足导致熔融冷区、反应活性不足等问题；

30、2、通过对等离子气化炉内熔渣层、床层和物料层的位置的监控和调节，作为入料总量控制逻辑的依据，通过总入料量、碳基反应添加剂入料量、医疗废弃物入料量的进料速率和不同物料进料比例进行控制，使得熔渣层、床层和物料层处于相对稳定的位置， 当熔渣层过高，通过调整总入料量值修正熔渣增量数值，最终使之达到熔渣外排量的平衡，反之亦然；当床层位置过高，通过调整降低入料量中的碳基还原材料的量，降低反应过程中原料中碳基部分的比例，降低床层位置，反之依然；当料层位置过高，通过调整降低入料量中的医疗废弃物的投入比例，降低物料层高度，反之依然，从而实现对等离子气化炉内物料的动态平衡，提高等离子气化炉的稳定运行性能。