一種生活垃圾等離子氣化反應爐的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及以城市生活垃圾為主的固態廢棄物的氣化制氣裝置，具體地說是一種可以防止二噁英產生和重金屬二次污染的生活垃圾等離子氣化反應爐。
【背景技術】
[0002]伴隨著全球經濟的持續增長和城市化進程的加速，生活垃圾的產生已成為一個日益嚴重的環境問題。城市垃圾產量的不斷增加及其造成的環境污染已成為各國所共同面臨的問題，城市生活垃圾的無害化處理是促進經濟和生態環境達到可持續發展的重要措施之
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[0003]目前，城市生活垃圾無害化處理技術有堆肥技術、填埋技術、焚燒技術和氣化技術等。填埋或堆肥都不能完全實現垃圾處理的無害化和減量化，且填埋仍需占用大量土地。由于焚燒處理可以實現城市垃圾熱能回收、減容、減重、高溫滅菌等目的，在環境保護和資源利用方面具有明顯的優勢，因而近幾年在我國得到較快的發展。然而垃圾焚燒導致的二噁英及重金屬等二次污染問題不容忽視，制約了垃圾焚燒技術的大規模應用。
[0004]氣化技術是一種新型的垃圾處理技術，與常規的垃圾處理方法相比，氣化處理技術具有能源回收利用率高、二次污染小、煙氣量小、后處理設備簡單，例如:公開號為CN104449854A，公開日為2015年3月25日的中國專利文獻，公開了一種帶水冷壁的一體式垃圾等離子體氣化爐，氣化爐爐膛分為上部的合成氣重整區、中部的氣化區和下部的廢渣熔融區；合成氣重整區內在同一水平面上均勻設有三支等離子體炬一；氣化區的側面與進料系統相連，側面還設有進氣口，底面設有用于承載垃圾的爐排；廢渣熔融區的側面中間設置有三個環繞的等離子體炬二。該方案的氣化爐可使常規氣化、合成氣重整與廢渣熔融在一個氣化爐內完成，利用垃圾自身熱值先進行常規氣化。而且氣化與等離子熔融處理技術的結合使得在對垃圾的有機成分加以利用的同時，可以對無機成分進行穩定化無害化處理和資源化利用，從而根本上解決了二噁英和重金屬等二次污染問題，有著廣闊的發展前景。
[0005]然而現階段的等離子垃圾氣化技術尚有許多不足之處。首先，用等離子體炬直接氣化垃圾需要極大地功率，其耗電率可到其產電力的30%?40%，由于耗電過高導致運營成本大大增加，使其不具備商業運行的價值。其二，該方法氣化垃圾，后續氣體凈化過程還需加二噁英處理裝置，增加了先期的一次性投入，使其設備成本大幅提高。第三，使用等離子體炬直接氣化垃圾，由于其溫度場分布不均，使垃圾不能完全被高溫處理，排出的廢渣中會有大量的二噁英和其他有害物質，致使其廢渣的處理又成為一道難題。第四，現有垃圾等離子氣化爐爐型相對簡單，由于等離子氣化爐中溫度分布極為不均，等離子炬所在區域溫度較高，使得爐膛受熱不均，易發生破裂。而且耐火材料整體澆注，也使氣化室爐膛更換極為困難。此外，現有爐膛結構不利于反應過程的優化，使氣化爐膛空間利用率低。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型針對現有等離子氣化技術存在的缺陷和不足，提供一種生活垃圾等離子氣化反應爐，利用等離子體炬作為高品質外熱源將生活垃圾熱解氣化后產生的灰渣熔融，去除了生活垃圾在熱解氣化過程中可能產生的所有有害物質，降低了垃圾等離子氣化的一次性投入成本及運營成本，并使合成氣更加純凈。
[0007]本實用新型的技術方案如下:
[0008]—種生活垃圾等離子氣化反應爐，其特征在于:包括上下連接的上部的熱解氣化反應室和下部的灰渣熔融室，整體呈上下兩段式縮小的爐膛結構，水平方向的截面呈圓形；所述熱解氣化反應室從縱向上分為上部封頭、中間筒體和底部錐口，上部封頭內嵌安裝一垃圾入口，垃圾入口為一窄長的錐形管，中間筒體的上部開有合成氣出口，合成氣出口安裝高度高于垃圾入口的錐形管的底平面；所述灰渣熔融室包括筒體和底部封頭，所述筒體上均勻布置有處于同一水平面的多個等離子體炬安裝口，等離子體炬安裝口均安裝有等離子體炬，等離子體炬安裝口的中心線與灰渣熔融室的垂直中心線之間的夾角為γ角，γ角為50-70°，等離子體炬安裝口的中心線與筒體的水平中心線之間的夾角為δ角，δ角為30-50° ;所述筒體上還均勻布置有處于另同一水平面的多個空氣入口，空氣入口的中心線與筒體的垂直中心線之間的夾角為ε角，ε角為50-70°，空氣入口的中心線與筒體的水平中心線平行；所述空氣入口設置于等離子體炬安裝口的上部。
[0009]所述錐形管的錐角α為6-10°，錐形管的內壁為耐火襯里。
[0010]所述熱解氣化反應室包括內壁、保溫層和外壁，內壁為耐火材料保護襯，耐火材料保護襯由耐火材料分段澆筑成形，外壁為鋼板殼體；所述上部封頭的殼體與中間筒體的殼體通過法蘭連接，中間筒體的殼體與底部錐口的殼體通過焊接連接。
[0011]所述中間筒體上還開有一系列溫度測口、壓力測口，溫度測口的中心線、壓力測口的中心線與中間筒體的垂直中心線垂直。
[0012]所述底部錐口的錐角β為60-80°。
[0013]所述灰渣熔融室從內至外依次包括內壁、保溫層和殼體，內壁為剛玉內襯，剛玉內襯為多塊可拆卸的剛玉內襯塊拼接而成。剛玉內襯由分塊組成，以便于拆卸更換，還可有效解決整體澆注導致的受熱不均，易破裂等問題。
[0014]所述灰渣熔融室的筒體的殼體上端與熱解氣化反應室的底部錐口的殼體通過法蘭連接，筒體的殼體下端與底部封頭的殼體的上端通過法蘭連接。
[0015]所述灰渣熔融室的筒體上也開有一系列溫度測口、壓力測口，溫度測口的中心線、壓力測口的中心線與筒體的垂直中心線垂直。
[0016]所述底部封頭開有一排渣口，排渣口為一窄長的喉部通道，排渣口內壁為耐火襯里，排渣口外壁為鋼板。
[0017]所述等離子氣化反應器通過均勻布置在熱解氣化反應室的中間筒體上的三個耳式支座固定。
[0018]本實用新型的工作過程為:
[0019]生活垃圾自等離子氣化反應爐頂部的垃圾入口進入到熱解氣化反應室內，與自灰渣熔融內反應來的高溫合成氣進行換熱；生活垃圾在熱解氣化反應室內自上而下依次進行干燥、熱解氣化反應；
[0020]垃圾干燥、熱解氣化反應所需要的熱源由灰渣熔融室內灰渣及部分垃圾熱解氣化、燃燒產生的高溫合成氣體提供；經熱解氣化后的垃圾產生的固體殘渣和未完全反應的生活垃圾通過熱解氣化反應室底部錐口進入到灰渣熔融室；
[0021]在灰渣熔融室內固體殘渣和未完全反應的生活垃圾在等離子體炬提供的高溫熱源下進一步發生熱解氣化反應；在灰渣熔融室未反應的殘炭的燃盡所需要的空氣通過空氣入口補充；燃盡后剩余的爐渣經熔融等離子炬提供的高溫進行熔融，并通過高溫將爐渣中未反應的有機物及有害物質再次氣化，并除掉爐渣中的二噁英和呋喃，最后成為熔融狀態的無機物和金屬通過排渣口上的排液孔排出等離子氣化反應爐。
[0022]灰渣熔融室二次氣化及燃盡產生的合成氣與中間熱解氣化反應室產生的合成氣通過合成氣出口排出反應器進入到后續的合成氣利用系統。
[0023]本實用新型的有益效果如下:
[0024](I)本實用新型采用頂部進料、側部排氣、底部排渣結構使垃圾氣化過程中的有毒有害氣體在重整反應室去除掉、熱解氣化后產生的灰渣經氣化熔融室被等離子炬產生的高溫熔融變成無害的玻璃態熔渣，徹底的解決了垃圾焚燒處理過程中有害氣體排放與灰渣需再處理的問題。
[0025](2)本實用新型采用從上到下尺寸縮小的兩段式爐膛結構，解決現有等離子氣化爐爐膛布置不合理導致的垃圾中含碳成分轉化率偏低、流場和溫度場分布不當的問題，提高等離子氣化爐空間利用率。
[0026](3)本實用新型采用從上到下尺寸縮小的兩段式爐膛結構，爐膛內壁由耐火材料分段澆筑成形，其中底部灰渣熔融室由可更換的高密度的剛玉內襯構成，剛玉內襯由分塊組成，以便于拆卸更換。此舉可有效解決整體澆注導致的爐膛受熱不均，易破裂，而且便于更換氣化室底部爐膛。
[0027](4)本實用新型利用垃圾自身的熱值進行缺氧燃燒熱解氣化，之后對其產生的爐渣進行等離子高溫處理，這樣避免了等離子高溫直接對垃圾進行熱解氣化，大大降低了耗電功率。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型的縱向剖面結構示意圖；
[0029]圖2為圖1中的A-A截面剖視示意圖；
[0030]圖3為圖1中的B-B截面剖視示意圖。
[0031]其中，附圖標記為:1耐火材料保護襯，2保溫層，3殼體，4垃圾入口，4-1錐形管，5熱解氣化反應室，5-1上部封頭，5-2中間筒體，5-3底部錐口，5-4法蘭，5_5合成氣出口，5-6溫度測口、5-7壓力測口，6灰渣熔融室，6-1灰渣熔融室筒體，6-2底部封頭，6-3、6-4法蘭，6-5等離子體炬安裝口，6-6空氣入口，6-7溫度測口、6-8壓力測口，7排渣口，8耳式支座。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述:
[0033]如圖1-3所示，一種生活垃圾等離子氣化反應爐，包括上下連接的上部的熱解氣化反應室5和下部的灰渣熔融室6，整體呈上下兩段式縮小的爐膛結構，水平方向的截面呈圓形；所述熱解氣化