等离子体处理飞灰设备的制作方法

本发明涉及节能环保技术领域，尤其是一种等离子体处理飞灰设备。

背景技术：

垃圾焚烧飞灰中含有大量的cd(镉)、cr(铬)、ni(镍)、pb(铅)等有害重金属物质，并且吸附了许多高毒性、难降解的持久性有机污染物。因此，《国家危险废物名录》明确规定其为危险废物，必须经过稳定化、无害化处理。

目前，较为常用的垃圾焚烧飞灰的处理方法主要有分离技术、固化稳定化技术以及热处理技术。等离子体技术作为一种近年来在工业中得到广泛应用的新技术，也可以用于垃圾焚烧飞灰的处理，与传统的热处理技术相比，热等离子体技术具有更高的温度和能量密度，可以实现飞灰的玻璃化，抑制重金属迁移，被认为是飞灰无害处理最有效的途径之一。

相关技术中，等离子体处理飞灰的设备耗能极大，而且电能的利用率仅有50％左右，大大增加了等离子体处理飞灰的成本。例如，一些等离子体处理飞灰的方法中，完全采用转移弧等离子弧，虽然这种方式可以提高电能的利用率，但是工艺复杂，对等离子反应炉的炉体的要求也较高，增加了设备成本和工艺成本，而且等离子反应炉需要水冷保护，即便是提高了电能的利用率，但是效果有限。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种等离子体处理飞灰设备，所述等离子体处理飞灰设备的处理飞灰的效率较高，电能利用率较高。

根据本发明实施例的等离子体处理飞灰设备，包括：炉体，所述炉体上形成有进料口、出料口和排气口，所述炉体内限定出与所述进料口、所述出料口和所述排气口均连通的处理腔；等离子发生器，所述等离子发生器上形成有与所述处理腔连通的进气通道，所述等离子发生器包括间隔设置的第一极和第二极，所述第一极和所述第二极分别可移动地穿设在所述炉体上，且所述第一极和所述第二极的一端均伸入所述处理腔内，所述第一极和所述第二极之间设有绝缘层；电源，所述电源具有正极和负极，所述正极和所述负极中的其中一个与所述第一极相连，所述正极和所述负极中的另一个与所述第二极相连。

根据本发明实施例的等离子体处理飞灰设备，通过在炉体上穿设等离子发生器，使得等离子发生器产生的等离子弧可以处理炉体内的飞灰，从而提高了等离子体处理飞灰设备的电能利用率，同时提高了等离子体处理飞灰设备的飞灰处理效率，而且等离子体处理飞灰设备结构简单、便于实现；通过将等离子发生器的第一极和第二极设置为分别相对于炉体可移动，从而可以实时弥补第一极、第二极在处理飞灰过程中烧损的长度，保证了等离子体处理飞灰设备的使用可靠性，实现了连续作业。

根据本发明的一些实施例，所述炉体的底壁上形成有安装孔，所述等离子体处理飞灰设备进一步包括：底电极，所述底电极设在所述安装孔处，且所述底电极与所述炉体共同限定出所述处理腔，当所述正极与所述第二极相连且所述负极与所述第一极相连时所述底电极与所述电源的所述正极相连，当所述正极与所述第一极相连且所述负极与所述第二极相连时所述底电极与所述负极相连。

根据本发明的一些实施例，所述第二极与所述第一极内外嵌套设置。

根据本发明的一些实施例，所述第二极套设在所述第一极外，其中所述进气通道形成在所述第一极上且沿所述第一极的轴向贯穿所述第一极的轴向两端，所述绝缘层设在所述第二极的内周壁和所述第一极的外周壁中的任意一个上；或所述绝缘层与所述第二极和所述第一极均彼此间隔开。

根据本发明的一些实施例，所述第一极内设有支撑管，所述支撑管内限定出所述进气通道。

根据本发明的一些实施例，所述第一极和所述第二极之间具有间隙x，所述间隙x满足：5mm≤x≤10mm。

根据本发明的一些实施例，所述第一极和所述第二极均为飞灰和石墨混合而成的混合件，所述绝缘层为飞灰件。

根据本发明的一些实施例，所述第一极的两端分别设有第一内螺纹和第一外螺纹，所述第一极的所述第一内螺纹适于与另一个所述第一极的所述第一外螺纹配合；所述第二极的两端分别设有第二内螺纹和第二外螺纹，所述第二极的所述第二内螺纹适于与另一个所述第二极的所述第二外螺纹配合。

根据本发明的一些实施例，所述进料口和所述排气口彼此间隔开地形成在所述处理腔的顶部，所述出料口形成在所述处理腔的侧壁底部且在朝向远离所述处理腔中心的方向上倾斜向下延伸。

根据本发明的一些实施例，所述第一极和所述第二极的位于所述处理腔外的一端分别与夹持装置相连，夹持装置内形成有冷却流路。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1根据本发明实施例的等离子体处理飞灰设备的剖视图；

图2是图1中所示的等离子发生器的剖视图。

附图标记：

等离子体处理飞灰设备100、等离子弧100a、熔岩100b、

炉体1、进料口10a、出料口10b、排气口10c、处理腔10d、

等离子发生器2、进气通道20a、

第一极21、第一内螺纹21a、第一外螺纹21b、支撑管211、

第二极22、第二内螺纹22a、第二外螺纹22b、绝缘层23、

第一夹持装置210、进气口210a、第二夹持装置220、

底电极3。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，可以是两个元件内部的连通。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。

下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的等离子体处理飞灰设备100。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的等离子体处理飞灰设备100，包括炉体1、等离子发生器2和电源(图未示出)。

炉体1上形成有进料口10a、出料口10b和排气口10c，炉体1内限定出与进料口10a、出料口10b和排气口10c均连通的处理腔10d，等离子发生器2上形成有与处理腔10d连通的进气通道20a，等离子发生器2包括间隔设置的第一极21和第二极22，第一极21和第二极22分别可移动地穿设在炉体1上，且第一极21和第二极22的一端均伸入处理腔10d内，第一极21和第二极22之间设有绝缘层23。电源具有正极和负极，正极和负极中的其中一个与第一极21相连，正极和负极中的另一个与第二极22相连。

例如，如图1和图2所示，炉体1可以大致形成为中空结构，以使炉体1内限定出处理腔10d，进料口10a、出料口10b和排气口10c均贯穿炉体1的壁面以分别与处理腔10d连通。第一极21和第二极22可以自上向下穿设在炉体1上，使得第一极21的下端和第二极22的下端均伸入处理腔10d内、且第一极21的上端和第二极22的上端均位于炉体1外，同时进气通道20a的下端位于炉体1内、进气通道20a的上端位于炉体1外；第一极21与正极和负极中的其中一个相连，使得第一极21形成为阳极和阴极中的一个，第二极22与正极和负极中的另一个相连，使得第二极22形成为阳极和阴极中的另一个，例如，第一极21可以与负极相连、且第二极22与正极相连，此时第一极21形成为阴极、且第二极22形成为阳极；或者第一极21还可以与正极相连、且第二极22与负极相连，此时第一极21形成为阳极、且第二极22形成为阴极。绝缘层23将第一极21和第二极22分隔开以起到绝缘作用。

具体地，在等离子体处理飞灰设备100运行的过程中，等离子气体可以自进气通道20a的上端沿进气通道20a流至等离子发生器2内，打开电源，并调节电流和电压至指定参数，此时启动高频点火，使得阴极和阳极之间产生高频电压，从而在阴极和阳极之间产生等离子弧100a，此时等离子弧100a为非转移弧等离子弧，然后将飞灰通过进料口10a送入处理腔10d中，飞灰受到非转移弧等离子弧的高温而熔融成熔岩100b(熔融状态的飞灰，即处理后的飞灰)；当炉体1内部熔岩100b累积到一定程度后，熔岩100b可以通过出料口10b排出，实现了飞灰的无害化处理。

根据本发明实施例的等离子体处理飞灰设备100，通过在炉体1上穿设等离子发生器2，使得等离子发生器2产生的等离子弧100a可以处理炉体1内的飞灰，从而提高了等离子体处理飞灰设备100的电能利用率，同时提高了等离子体处理飞灰设备100的飞灰处理效率，而且等离子体处理飞灰设备100结构简单、便于实现；通过将等离子发生器2的第一极21和第二极22设置为分别相对于炉体1可移动，从而可以实时弥补第一极21、第二极22在处理飞灰过程中烧损的长度，保证了等离子体处理飞灰设备100的使用可靠性，实现了连续作业。

在本发明的进一步实施例中，炉体1的底壁上形成有安装孔，等离子体处理飞灰设备100进一步包括底电极3，底电极3设在安装孔处，且底电极3与炉体1共同限定出处理腔10d，当正极与第二极22相连且负极与第一极21相连时底电极3与电源的正极相连，当正极与第一极21相连且负极与第二极22相连时底电极3与负极相连。由此，等离子体处理飞灰设备100运行过程中，首先在第一极21与第二极22之间产生非转移弧等离子弧，随着飞灰处理量的增加，熔融的飞灰聚集在处理腔10d内，由于熔融的飞灰具有导电性，当熔融的飞灰聚集到一定程度时，底电极3与第一极21之间会产生转移弧等离子弧，也就是说，此时的等离子弧100a为联合弧等离子弧，从而进一步提高了电能的利用率，降低了等离子体处理飞灰设备100的使用成本。

可以理解的是，安装孔和底电极3的形状可以根据实际情况具体设置，只需安装孔与底电极3相适配即可。

例如，在图1的示例中，安装孔的内壁面上形成有内螺纹，底电极3的外周壁上形成与内螺纹相适配的外螺纹，使得底电极3可以螺纹连接至炉体1上，此时，可以在底电极3与安装孔之间采取相应的密封措施以保证炉体1的密封性。

在本发明的可选实施例中，第二极22与第一极21内外嵌套设置。也就是说，第一极21嵌套设在第二极22内、或者第二极22嵌套设在第一极21内，由此，减小了等离子发生器2的占用空间，同时保证了等离子弧100a的稳定性。

在本发明的一些具体示例中，第二极22套设在第一极21外，其中进气通道20a形成在第一极21上且进气通道20a沿第一极21的轴向贯穿第一极21的轴向两端，绝缘层23设在第二极22的内周壁和第一极21的外周壁中的任意一个上。例如，在图1和图2的示例中，第一极21和第二极22可以均大致形成为筒状结构，第一极21嵌套在第二极22内，绝缘层23设在第一极21的外周壁上，例如，绝缘层23可以镶嵌在第一极21的外周壁上，也就是说，绝缘层23与第一极21之间的间隙为零、且绝缘层23与第二极22之间的间隙大于零，使得绝缘层23将第一极21和第二极22分隔开以起到绝缘作用，避免第二极22的内周壁和第一极21的外周壁之间产生等离子弧100a，同时无需设置其他结构以实现绝缘层23的固定，减少了等离子体处理飞灰设备100的结构部件，进一步简化了等离子体处理飞灰设备100，降低成本。

当然，当第二极22套设在第一极21外时，绝缘层23还可以设在第二极22的内周壁上，也就是说，绝缘层23与第二极22之间的间隙为零、且绝缘层23与第一极21之间的间隙大于零，同样可以将第一极21与第二极22分隔开以起到绝缘作用，同时简化飞灰处理设置；或者当第一极21套设在第一极21外时，绝缘层23与第二极22和第一极21均彼此间隔开，也就是说，绝缘层23与第一极21之间的间隙大于零、且绝缘层23与第二极22之间的间隙大于零，从而绝缘层23也可以将第一极21与第二极22分隔开以起到绝缘作用。

可选地，第一极21内设有支撑管211，支撑管211沿第一极21的轴向贯穿第一极21的轴向两端，以内限定出进气通道20a，从而支撑管211可以起到支撑第一极21的作用。进一步可选地，支撑管211为钢管，从而正极和负极中的其中一个可以与支撑管211相连，以实现第一极21与正极和负极中的其中一个的连接，也就是说，此时支撑管211还可以起到导电的作用。

在本发明的一些实施例中，第一极21和第二极22之间具有间隙x，间隙x满足：5mm≤x≤10mm。由此，通过将第一极21和第一极21之间的间隙x设置为满足5mm≤x≤10mm，使得第一极21相对于炉体1移动的过程中、不会与第二极22发生干涉，同时第二极22相对于炉体1移动的过程中、不会与第一极21发生干涉，而且第一极21和第一极21分别相对于炉体1移动的过程中、第一极21和第二极22之间也不会发生干涉，保证了第一极21和第二极22的顺利移动，从而保证了等离子体处理飞灰设备100的使用可靠性。

在本发明的一些可选实施例中，第一极21和第二极22均为飞灰和石墨混合而成的混合件，绝缘层23为飞灰件。由于飞灰本身不导电，熔岩100b具有导电性，因此将绝缘层23设置为飞灰件，使得绝缘层23烧损后可以在处理腔10d内直接对这部分飞灰进行进一步处理，从而提升了等离子体处理飞灰设备100的处理量。

第一极21和第二极22可以预先制作，在制作的过程中、将石墨混入飞灰中以分别制作第一极21和第二极22，从而第一极21和第二极22烧损后可以在处理腔10d内直接对这部分飞灰进行进一步处理，从而进一步提升了等离子体处理飞灰设备100的处理量。当进气通道20a内通入的等离子气体为空气时，第一极21和第二极22烧损后的石墨可以与空气之间发生燃烧反应，从而为飞灰的处理进一步提供了热量，进一步提高了等离子体处理飞灰设备100的处理效率。

其中，第一极21中的石墨量和第二极22中的石墨量可以通过导电需求和燃烧需求等具体设置，例如石墨的比例可以在30％～100％(包括30％和100％)，可选地，第一极21中的石墨量可以大于第二极22中的石墨量，但不限于此。

可以理解的是，第一极21和第二极22还可以采用其他材料制作，而不限于此。

在本发明的具体实施例中，第一极21的两端分别设有第一内螺纹21a和第一外螺纹21b，第一极21的第一内螺纹21a适于与另一个第一极21的第一外螺纹21b配合；第二极22的两端分别设有第二内螺纹22a和第二外螺纹22b，第二极22的第二内螺纹22a适于与另一个第二极22的第二外螺纹22b配合。例如，在图1和图2的示例中，第一极21的上端可以形成有第一凹槽，第一内螺纹21a可以形成在第一凹槽的壁面上，第一极21的下端可以设有第一凸起，第一外螺纹21b可以形成在第一凸起的外周壁上；第二极22的上端可以形成有第二凹槽，第二内螺纹22a可以形成在第二凹槽的壁面上，第二极22的下端可以设有第二凸起，第二外螺纹22b可以形成在第二凸起的外周壁上。由此，通过在第一极21的两端分别设置第一内螺纹21a和第一外螺纹21b，使得第一极21的第一内螺纹21a适于与另一个第一极21的第一外螺纹21b配合，从而当第一极21的轴向长度较小、即将烧完时，可以将另一个第一极21螺纹连接至即将烧完的第一极21的上端，当第二极22的轴向长度较小、即将烧完时，可以将另一个第二极22螺纹连接至即将烧完的第二极22的上端，由此，避免了第一极21和/或第二极22轴向长度较小时需要停止等离子体处理飞灰设备100的运行，从而实现了等离子体处理飞灰设备100的长期不间断运行，提高了等离子体处理飞灰设备100的处理量。

当然，第一内螺纹21a还可以设在第一极21的下端、第一外螺纹21b设在第一极21的上端，而第二内螺纹22a还可以设在第二极22的下端、第二外螺纹22b设在第二极22的上端，只需保证第一极21的第一内螺纹21a与另一个第一极21的第一外螺纹21b配合、第二极22的第二内螺纹22a与另一个第二极22的第二外螺纹22b配合即可，而不限于此。

在本发明的可选实施例中，进料口10a和排气口10c彼此间隔开地形成在处理腔10d的顶部，飞灰可以通过进料口10a流至处理腔10d中，飞灰处理过程中产生的废气可以通过排气口10c排出炉体1；出料口10b形成在处理腔10d的侧壁底部，使得等离子体处理飞灰设备100运行过程中、出料口10b基本始终位于熔岩100b上表面的下方，避免未熔融的飞灰通过出料口10b流出炉体1而造成二次污染；出料口10b在朝向远离处理腔10d中心的方向上倾斜向下延伸，使得出料口10b内的熔岩100b可以在重力作用下快速排出，避免熔岩100b在出料口10b内积聚。

在本发明的一些实施例中，第一极21和第二极22的位于处理腔10d外的一端分别与夹持装置相连，夹持装置内形成有冷却流路，从而夹持装置可以起到保护第一极21和第二极22的作用，冷却流路可以起到保护夹持装置的作用，进而提升了等离子体处理飞灰设备100的使用可靠性，延长了等离子体处理飞灰设备100的使用寿命。例如，在图1和图2的示例中，第一极21的上端与第一夹持装置210相连，第一夹持装置210可以外接第一机械臂(图未示出)，从而第一机械臂可以带动第一极21相对于炉体1上下移动，以实现第一极21的定位，同时可以实时弥补第一极21的烧损的长度；第二极22的上端与第二夹持装置220相连，第二夹持装置220可以外接第二机械臂(图未示出)，从而第二机械臂可以带动第二极22相对于炉体1上下移动，以实现第二极22的定位，同时可以实时弥补第二极22的烧损的长度。其中，第一夹持装置210和第二夹持装置220内均形成有冷却流路，以分别对第一夹持装置210和第二夹持装置220进行冷却。

根据本发明实施例的等离子体处理飞灰设备100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

下面参考图1和图2以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的等离子体处理飞灰设备100。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。

如图1和图2所示，等离子体处理飞灰设备100包括炉体1、等离子发生器2和电源。炉体1上形成有进料口10a、出料口10b和排气口10c，炉体1内限定出处理腔10d，进料口10a、出料口10b和排气口10c均贯穿炉体1的壁面以分别与处理腔10d连通，进料口10a和排气口10c彼此间隔开地形成在处理腔10d的顶部，出料口10b形成在处理腔10d的侧壁底部且出料口10b在朝向远离处理腔10d中心的方向上倾斜向下延伸。

等离子发生器2包括内外嵌套间隔设置的第一极21和第二极22，第一极21和第二极22之间的间隙x满足5mm≤x≤10mm；第一极21和第二极22均沿上下方向竖直延伸且第一极21和第二极22均大致形成为筒状结构，第二极22套设在第一极21外，第一极21的整个外周壁上设有绝缘层23，第一极21和第二极22分别穿设在炉体1上，第一极21的上端和第二极22的上端均位于炉体1外、第一极21的下端和第二极22的下端均伸入处理腔10d内，第一极21的上端位于第二极22的上端的上方且第一极21的下端位于第二极22的下端的上方；第一极21的上端与第一夹持装置210相连，第一夹持装置210外接第一机械臂，从而第一机械臂可以带动第一极21相对于炉体1上下移动，第二极22的上端与第二夹持装置220相连，第二夹持装置220外接第二机械臂，从而第二机械臂可以带动第二极22相对于炉体1上下移动，其中第一夹持装置210和第二夹持装置220内均形成有冷却流路，以分别对第一夹持装置210和第二夹持装置220进行冷却。

第一极21内设有支撑管211，支撑管211沿第一极21的轴向贯穿第一极21的轴向两端，以限定出进气通道20a，进气通道20a与处理腔10d连通，第一夹持装置210上形成有与进气通道20a连通的进气口210a，等离子气体例如压缩空气可以通过进气口210a、沿进气通道20a流至等离子发生器2的下端，以产生等离子弧100a。

第一极21的上端形成有第一凹槽，第一凹槽由第一极21的上端面向下凹入形成，第一内螺纹21a形成在第一凹槽的壁面上，第一极21的下端设有第一凸起，第一凸起由第一极21的下端面向下凸出形成，第一外螺纹21b形成在第一凸起的外周壁上，使得第一极21的第一内螺纹21a适于与另一个第一极21的第一外螺纹21b配合；第二极22的上端形成有第二凹槽，第二凹槽由第二极22的上端面向下凹入形成，第二内螺纹22a形成在第二凹槽的壁面上，第二极22的下端设有第二凸起，第二凸起由第二极22的下端面向下凸出形成，第二外螺纹22b形成在第二凸起的外周壁上，使得第二极22的第二内螺纹22a适于与另一个第二极22的第二外螺纹22b配合。其中，第一内螺纹21a、第一外螺纹21b、第二内螺纹22a和第二外螺纹22b可以采用车加工，但不限于此。

电源具有正极和负极，负极与第一极21相连、正极与第二极22相连、底电极3与正极相连，也就是说，第一极21形成为阴极、第二极22形成为阳极。第一极21和第二极22可以预先制作，在制作的过程中、将石墨混入飞灰中以分别制作第一极21和第二极22，使得第一极21和第二极22具有导电性；在制作第一极21的过程中，支撑管211可以起到固定飞灰的作用，以提高第一极21的成型效率。底电极3可以为石墨件、钨棒等耐高温又导电的材料件。

等离子体处理飞灰设备100运行时，首先将压缩空气通过进气口210a通入等离子发生器2内，然后打开电源，调节电流为2000a、电压为1000v，此时启动高频点火，使得阴极和阳极之间产生50000v的高频电压，从而在阴极和阳极之间产生非转移弧等离子弧，最后将飞灰通过进料口10a送入处理腔10d中，飞灰受到非转移弧等离子弧的高温而熔融成熔岩100b，且等离子发生器2的第一极21和第二极22烧损部分的飞灰也受高温而熔融成熔岩100b，熔岩100b可以通过出料口10b排出，实现了飞灰的无害化处理；当炉体1内部熔岩100b累积到一定程度后，由于底电极3位于熔岩100b的底部、且熔岩100b具有导电性，第一极21和熔岩100b之间会产生转移弧等离子弧，即此时的等离子弧100a为联合弧。其中，压缩空气可以通过空压机送入炉体1内。

根据本发明实施例的等离子体处理飞灰设备100，电能利用率在90％以上，几乎将电能全部用于处理飞灰，是相关技术中等离子体处理飞灰效率的1.5～3倍，2mw的设备的日处理飞灰量在80t左右，从而大大提高了电能利用率、达到了节约电能的效果，同时提高了飞灰处理效率，而且结构简单、便于实现、成本低。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。