一种新型三段式等离子气化炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及城市垃圾的气化处理技术，特别是一种新型三段式等离子气化炉。
【背景技术】
[0002]目前我国城市生活垃圾无害化处理设施以卫生填埋为主，堆肥与焚烧为辅。垃圾填埋由于占用大量空间和污染地下水而被公认为是垃圾处理的最后选择，而堆肥成本高、肥效低、产品市场性差、存在安全隐患，发展仍然受限。焚烧处理可以一定程度上实现垃圾的减量化、无害化、资源化的综合处理，在环境保护和资源利用方面具有明显的优势，因而在国内得到了较快的发展。然而，直接焚烧导致烟气超标、臭气扰民，且焚烧工艺容易产生二噁英和重金属等二次污染，引起居民的恐慌，其带来的邻避难题不容小视。因此，焚烧发电一直在争议中前行，发展垃圾焚烧发电的替代技术势在必行。
[0003]等离子气化技术最早起源于20世纪60年代，美国NASA用其进行材料的抗热实验’70年代开始用于冶金和材料热处理行业，80年代开始处理医学等固体废弃物，近年来开始尝试用于处理城市和工业垃圾。不同于传统的垃圾焚烧方式，等离子气化技术几乎可将垃圾100%转化为可回收的副产品，其中的有机物转化为洁净燃气(主要是CO和H2),可以直接燃烧或用于提炼成更高等级的燃料和化学品，而无机物熔融产生的无害的玻璃态熔渣冷却后可用作建筑材料，从而实现真正的垃圾无害化处理和资源化应用，是垃圾焚烧最具潜力的一种替代技术。随着等离子发生器技术的不断完善(寿命长、运行稳定)和等离子体自耗电的不断下降，利用等离子气化技术将我国城市生活垃圾转化为能源的时机已经成熟。
[0004]然而，现有垃圾等离子气化炉炉型相对简单，炉膛通常为一段炉或两段炉。一段炉炉膛结构大多为单一的圆柱体或圆锥体，两段炉也只是简单的重复结构，段间采用缩口连接。其他缩口式的炉膛应用较少，且通常为整体耐火材料浇注而成，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。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型提供的一种新型三段式等离子气化炉，主要解决现有等离子气化炉存在的如下问题:(I)采用从上到下尺寸缩小的三段式炉膛结构，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；(2)采用从上到下尺寸缩小的三段式炉膛结构，炉膛内壁由耐火材料分段成形，其中底部由可更换的高密度(AL203>95%)的刚玉内衬构成，刚玉内衬由8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。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]一种新型三段式等离子气化炉，其特征在于:包括从上到下的上部炉膛、中部炉膛、下部炉膛共三段炉膛；上部炉膛为干燥段，中部炉膛为热解段，下部炉膛为熔融段；上部炉膛的直径大于中部炉膛的直径，中部炉膛的直径大于下部炉膛的直径，每两段之间采用锥形结构连接；所述下部炉膛内对称设置有等离子炬。
[0008]所述上部炉膛用耐火砖、保温砖砌筑而成。
[0009]进一步的，中部炉膛也是用耐火砖、保温砖砌筑而成，而且中部炉膛的耐火砖厚度大于上部炉膛的耐火砖厚度。
[0010]所述下部炉膛的内壁由八块可更换的高密度(AL203>95%)的刚玉内衬构成，以便于拆卸更换。
[0011]所述下部炉膛内对称设置有两个等离子炬。
[0012]物料从气化炉顶部喷入，从上到下依次经历干燥段、热解段、熔融段，下部炉膛的两个等离子炬用于提供物料热解所需的能量并熔融灰渣，熔融后的灰渣从气化炉底部的排渣口流出，气化产生的气体从上部侧面导出，供后续发电或供热使用，在上升过程中与物料进行充分换热，提供能量利用率。
[0013]本实用新型设计了一种从上到下尺寸缩小的三段式等离子气化炉炉膛结构适用于用等离子炬作为热源的垃圾气化处理装置，液态排渣，实现垃圾的无害化处理；在垃圾等离子气化炉设计中采用这种炉膛结构，可以实现:
[0014](I)等离子炬位于炉体下部，等离子炬出口温度高达5000度，熔融灰渣区需要温度大于1500度，故等离子气化炉炉膛内温度分布极不均匀，下部温度高，上部温度低，高温区尺寸小，热负荷高，便于灰渣的熔融与液态排渣，低温区尺寸大，热负荷低，使出口合成气流速降低，便于合成气与物料的充分换热，提高能量利用率；
[0015](2)采用三段式炉膛结构，分段浇注成形，能够避免气化炉炉膛内温度在高度方向上分布极其不均导致的气化炉内壁破裂，比整体浇注的缩口炉膛结构效果更好，使用寿命更长，根据温度分布区间选择合适的耐火材料厚度，低温区厚度小，高温区厚度大，也在一定程度上节约了耐火材料，保证了轴向传热的均匀性。此外，下部结构采用8块刚玉内衬堆砌而成，便于拆卸，使底部炉膛更换更加容易。
[0016]综上，采用一种从上到下尺寸缩小的三段式等离子气化炉炉膛结构，能充分考虑等离子气化炉的反应特点，提高气化炉空间利用率，分段成形能避免温度在高度方向上分布极其不均导致的内壁破裂，刚玉内衬使底部炉膛更换更加容易，有利于垃圾等离子气化炉的稳定运行。从上到下具体的缩径比例需要根据实际操作参数进行优化。
[0017]本实用新型的有益效果如下:
[0018](I)本实用新型可使气化炉内热负荷分布合理，合成气与物料能充分有效换热，提高能量利用率，熔融区能保持高温，使液态排渣顺利进行；
[0019](2)三段分段成形，使高度方向上内壁不易破裂，使用寿命更长，轴向温度分布更加均匀。底部由多块刚玉内衬构成，方便拆卸，便于炉膛高温反应区更换。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的结构示意图。
[0021]其中，附图标记为:I上部炉膛，2中部炉膛，3下部炉膛，4保温砖，5耐火砖，6刚玉内衬，7气化炉顶部入口，8等离子炬，9排渣口，10出口，A干燥段，B热解段，C熔融段。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示，本实用新型一种新型三段式等离子气化炉炉膛结构适用于用等离子炬作为热源的垃圾气化处理装置，液态排渣，实现垃圾的无害化处理。与传统等离子气化炉炉膛相比，区别在于等离子气化炉炉膛区域采用从上到下尺寸缩小的三段式炉膛，段间采用锥体连接，上部炉膛1、中部炉膛2、下部炉膛3内壁分段成形。其中，上部炉膛I与中部炉膛2用耐火砖5、保温砖4砌筑，且中部炉膛2的耐火砖厚度大于上部炉膛I。下部炉膛3内壁由可更换的高密度(AL203>95%)的刚玉6内衬构成，刚玉内衬6由8块组成，以便于拆卸更换。物料从气化炉顶部入口 7喷入，从上到下依次经历干燥段A、热解段B、熔融段C，在下部炉膛3侧面安装2个对称的等离子炬8，用于提供物料热解所需的能量并熔融灰渣，熔融后的灰渣从气化炉底部的排渣口 9流出，气化产生的气体从上部炉膛I侧面出口 10导出，供后续发电或供热使用，在上升过程中与物料进行充分换热，提供能量利用率。
[0023]本实用新型主要是设计了一种从上到下尺寸缩小的三段式等离子气化炉炉膛结构，并给出了这种炉膛结构内壁的加工方式。在垃圾等离子气化炉设计中采用这种炉膛结构，其特征在于:
[0024](I)等离子炬8位于炉体下部炉膛3，等离子炬8出口温度高达5000度，熔融灰渣区需要温度大于1500度，故等离子气化炉炉膛内温度分布极不均匀，下部炉膛3温度高，上部炉膛I温度低，高温区尺寸小，热负荷高，便于灰渣的熔融与液态排渣，低温区尺寸大，热负荷低，使出口合成气流速降低，便于合成气与物料的充分换热，提高能量利用率。
[0025](2 )采用三段式炉膛结构，分段浇注成形，能够避免气化炉炉膛内温度在高度方向上分布极其不均导致的气化炉内壁破裂，比整体浇注的缩口炉膛结构效果更好，使用寿命更长，根据温度分布区间选择合适的耐火材料厚度，低温区厚度小，高温区厚度大，也在一定程度上节约了耐火材料，保证了轴向传热的均匀性。此外，下部炉膛3结构采用八块刚玉内衬6堆砌而成，便于拆卸，使底部炉膛更换更加容易。
[0026]综上，采用一种从上到下尺寸缩小的三段式等离子气化炉炉膛结构，能充分考虑等离子气化炉的反应特点，提高气化炉空间利用率，分段成形能避免温度在高度方向上分布极其不均导致的内壁破裂，刚玉内衬6使底部炉膛更换更加容易，有利于垃圾等离子气化炉的稳定运行。从上到下具体的缩径比例需要根据实际操作参数进行优化。
【主权项】
1.一种新型三段式等离子气化炉，其特征在于:包括从上到下的上部炉膛(I)、中部炉膛(2)、下部炉膛(3)共三段炉膛；上部炉膛(I)为干燥段，中部炉膛(2)为热解段，下部炉膛(3)为熔融段；上部炉膛(I)的直径大于中部炉膛(2)的直径，中部炉膛(2)的直径大于下部炉膛(3)的直径，每两段之间采用锥形结构连接；所述下部炉膛(3)内对称设置有等离子炬(8)。
2.根据权利要求1所述的一种新型三段式等离子气化炉，其特征在于:所述上部炉膛(1)用耐火砖、保温砖砌筑而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型三段式等离子气化炉，其特征在于:所述中部炉膛(2)也是用耐火砖、保温砖砌筑而成。
4.根据权利要求3所述的一种新型三段式等离子气化炉，其特征在于:所述中部炉膛(2)的耐火砖厚度大于上部炉膛(I)的耐火砖厚度。
5.根据权利要求1所述的一种新型三段式等离子气化炉，其特征在于:所述下部炉膛(3)的内壁由八块刚玉内衬(6)构成。
6.根据权利要求1所述的一种新型三段式等离子气化炉，其特征在于:所述下部炉膛(3)内对称设置有两个等离子炬(8)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型三段式等离子气化炉，其特征在于：包括从上到下的上部炉膛、中部炉膛、下部炉膛共三段炉膛；上部炉膛为干燥段，中部炉膛为热解段，下部炉膛为熔融段；上部炉膛的直径大于中部炉膛的直径，中部炉膛的直径大于下部炉膛的直径，每两段之间采用锥形结构连接；所述下部炉膛内对称设置有等离子炬；本实用新型可使气化炉内热负荷分布合理，合成气与物料能充分有效换热，提高能量利用率，熔融区能保持高温，使液态排渣顺利进行；三段分段成形，使高度方向上内壁不易破裂，使用寿命更长，轴向温度分布更加均匀；底部由多块刚玉内衬构成，方便拆卸，便于炉膛高温反应区更换。
【IPC分类】C10J3-20, C10J3-74
【公开号】CN204325272
【申请号】CN201420767534
【发明人】李宏, 谢斐, 王希, 张春飞, 王晓亮
【申请人】中国东方电气集团有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月9日