可调整等离子体炬角度的气化炉

1.本发明涉及焚烧类危废处理技术领域，尤其涉及一种可调整等离子体炬角度的气化炉。


背景技术：

2.随着我国经济的快速发展，人们在生产、生活、消费中产生了一系列的固体废弃物。固废主要包括固体颗粒、垃圾、炉渣、污泥、废弃的制品、破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品、人畜粪便等。固体废弃物往往具有较高的应用价值，同时也能造成严重的危害。以含油污泥为例，含油污泥含油量在10％～50％不等，同时其含有铜、锌、铬、汞等重金属及其他有害杂质(放射性核素)，以及大量苯系物、酚类、蒽、芘等有毒有机物质。如果直接排放，不仅造成了能源的浪费也对环境造成了极大的污染。
3.等离子体气化具有效率高，清洁环保等优点。但常规等离子体技术也存在一些困难：由于采用的电弧等离子体方式，沿等离子体炬中心轴向方向温度最高，这造成了气化炉内局部热负荷超温，温度不均匀。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的气化炉部热负荷超温，温度不均匀，固体废弃物气化不完全的技术问题。本发明提供一种可调整等离子体炬角度的气化炉，设计了可调节角度的等离子体炬，在实际操作中可依据具体情况调整等离子体方向，避免局部热负荷过载，局部气化不完全的问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可调整等离子体炬角度的气化炉，所述气化炉的顶部纵向设置有进料口，所述气化炉的喉部设置有耐热坩埚，所述气化炉的底部设置有炉渣收集装置，所述气化炉的上设置有至少一台等离子体炬，所述等离子体炬贯穿所述气化炉，且位于所述耐热坩埚的上方，所述等离子体炬中轴线与水平面的夹角可调，设夹角为a，34
°
≤α≤45
°
。
5.进一步地，等离子体炬为两台，分别对应设置在所述气化炉的两侧。
6.进一步地，所述气化炉为拉瓦尔喷管构造，收敛段角度为34
°
－45
°
，扩张管角度为12
°
－20
°
。
7.进一步地，所述气化炉的收敛段下边缘的内壁上设有向内环状台阶，所述耐热坩埚设置在所述环状台阶上。
8.进一步地，所述耐热坩埚的纵向截面图为h型，包括水平设置的干锅面和环形设置的坩埚架，所述干锅面上设置有若干落灰孔。
9.进一步地，所述干锅面上均布有5圈落灰孔，由内向外数，第n圈具有4n个落灰孔，每个落灰孔均为倒梯台状。
10.进一步地，所述等离子体炬通过限位器可调角度地设置在所述气化炉上，所述限位器包括设置在所述等离子体炬上的提拉件以及设置在所述气化炉侧壁的限位板，所述等离子体炬贯穿所述限位板，所述限位板上设有环状头螺栓，所述环状头端套设在所述提拉
件上，所述环状头螺栓的另一端穿出所述限位板，穿出端配合有螺母，调节螺母以调节等离子体炬的角度。
11.进一步地，所述提拉件包括设置在等离子体炬上的套筒，所述套筒上设置有两个相对的连接柱，两个相对的连接柱之间通过螺栓相连，所述环状头端套设在所述螺栓上。
12.进一步地，所述等离子体炬上设有球形套筒，所述等离子体炬通过球形套筒设置在所述气化炉上。
13.进一步地，所述气化炉上开设有观察窗，所述观察窗设置在所述耐热坩埚的上方，用以观察耐热坩埚内的燃烧情况。
14.本发明的有益效果是，本发明的可调整等离子体炬角度的气化炉，设计了可调节角度的等离子体炬，在实际操作中可依据具体情况调整等离子体方向，避免局部热负荷过载，局部气化不完全；采用拉瓦尔喷管形状作为等离子体气化炉的整体形状，拉瓦儿喷管可以加快气体流速，使气化剂更快地和固体废弃物接触，同时，耐热坩埚的落灰孔采用拔模设计，延长固废气化时间，提高气化产物以及碳转化率。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
16.图1是本发明的可调整等离子体炬角度的气化炉的总体结构示意图；
17.图2是本发明的可调整等离子体炬角度的气化炉的耐热坩埚的俯视图；
18.图3是本发明的可调整等离子体炬角度的气化炉的耐热坩埚的纵向剖视图；
19.图4是本发明的可调整等离子体炬角度的气化炉的等离子体炬和限位器的配合示意图。
20.附图标记：
21.1、进料口；2、耐热坩埚；21、干锅面；211、落灰孔；22、坩埚架；3、等离子体炬；31、球形套筒；4、环状台阶；5、限位器；51、提拉件；511、套筒；512、连接柱；513、螺栓；52、限位板；53、环状头螺栓；54、螺母；6、观察窗；7、出气口；8、出灰孔。
具体实施方式
22.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
24.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，或一体的连接；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。
25.如图1至图4所示，是本发明的最优实施例，一种可调整等离子体炬角度的气化炉，气化炉的顶部纵向设置有进料口1，进料口1可为漏斗形，便于固体废料进入气化炉，最优的，在进料口1的内壁设有发热件，用以对固体废料初步加热，气化炉的喉部设置有耐热坩埚2，固体废料落入耐热坩埚2中，气化炉的上设置有至少一台等离子体炬3，等离子体炬3贯穿气化炉，且位于耐热坩埚2的上方，等离子体炬3中轴线与水平面的夹角可调，设夹角为a，34
°
≤α≤45
°
，可调节角度的等离子体炬3，在实际操作中可依据具体情况调整等离子体炬3的方向，使得耐热坩埚2中的固体废料受热均匀，便于燃烧，气化炉的底部设置有炉渣收集装置，用以收集固体废料燃烧后的废渣，气化炉上还设有出灰孔8，出灰孔8和炉底齐平。
26.等离子体炬3为两台，分别对应设置在气化炉的两侧，等离子体炬3对称分布，进一步地使得炉内温度更均匀，燃烧效果更好。根据需要可以设置多个等离子体炬3，周向均布在气化炉上，增加炉内温度以及燃烧均匀度。
27.具体地说，本发明采用2个等离子体炬3，每个等离子体炬3与水平夹角在初始状态下为45
°
，并且通过角度调节构件，可下调11
°
，每个等离子体炬3可调节范围为34
°
到45
°
，每个等离子体炬3功率为100kw，使用氮气作为工作气体，气体流量为60m3/h，当等离子体炬3通入电流后，氮气被电离成为等离子态，具有高温高能高速的特点。100kw、60m3/h的等离子体温度在6000℃左右，高于固体废弃物气化所需的温度。固体废弃物在高温下首先会挥发出甲烷、一氧化碳、水蒸气以及其他小分子烃类气体等，这些气体被称之为挥发份。挥发份与固废中剩下的残碳会继续和氧化剂发生复杂反应，最终变成一氧化碳与氢气，而固废中的灰分会成为熔融状态，形成稳定的玻璃态，包裹固废中的重金属，达到无害化与资源化处理的效果。判断气化炉气化效果的主要指标有氧煤比、碳转化率、产物低位热值等。在本气化炉中，高温等离子体在离开等离子体炬3后会向耐热坩埚2中心射流，开始对固体废弃物发生气化反应，但是由于等离子体炬3会造成炉内局部热不平衡，远离耐热坩埚2中心位置的固废有可能无法得到足够的能量，耐热坩埚2的中心也会受到更大的腐蚀。因此在等离子体炬3运行的过程中通过观察窗6的观察实时调整等离子体炬3的角度则可以在一定情况下缓解以上问题，观察窗6由高纯度二氧化硅制成。
28.气化炉为拉瓦尔喷管构造，炉腔分为收缩段、喉部与扩张段，收敛段角度为34
°
－45
°
，扩张管角度为12
°
－20
°
，将气化炉设计为拉瓦尔喷管构造气化剂(空气)在通过喉部的时候会被加速，这也保证了气化过程中固废能接触更多的气化剂，提高了气化效率。在气化炉的上端还设置有便于气体排出的出气口7。
29.气化炉的收敛段下边缘的内壁上设有向内环状台阶4，耐热坩埚2设置在环状台阶4上，耐热坩埚2的纵向截面图为h型，如图2和图3所示，包括水平设置的干锅面21和环形设置的坩埚架22，干锅面21上设置有若干落灰孔211，干锅面21上均布有5圈落灰孔211，由内向外数，第n圈具有4n个落灰孔211，即由内及外孔的数量分别是1、4、8、16、32个，每个落灰孔211均为倒梯台状。为了使固体废弃物在耐热坩埚2上停留更多时间，提高碳转化率，本发明中的耐热坩埚上的落灰孔采用拔模设计，拔模角度为8
°
。
30.如图4所示，等离子体炬3通过限位器5可调角度地设置在气化炉上，限位器5包括设置在等离子体炬3上的提拉件51以及设置在气化炉侧壁的限位板52，等离子体炬3贯穿限
位板52，限位板52上设有环状头螺栓53，环状头端套设在提拉件51上，环状头螺栓53的另一端穿出限位板52，穿出端配合有螺母54，调节螺母54以调节等离子体炬3的角度，提拉件51包括设置在等离子体炬3上的套筒511，套筒511上设置有两个相对的连接柱512，两个相对的连接柱512之间通过螺栓513相连，环状头端套设在螺栓513上，等离子体炬3上设有球形套筒511，等离子体炬3通过球形套筒511设置在气化炉上，球形套筒511不仅起到转动的效果，还能够起到密封的效果。
31.本发明可调整等离子体炬3角度的气化炉的安装方式：首先，需要将耐热坩埚2平稳地安置在气化炉喉部的环形台阶上。接着需要按着一定顺序安装等离子体炬3系统：在限位板52上安装环状头螺栓53，接着将球状套筒511和限位板52一起固定在炉壁上，随后将等离子体炬3插入套筒511中，调整环状头螺栓53的高度，使其环状头同螺栓513的两个安装孔一致，通过环状头套设在螺栓513上，实现对等离子体炬3的限位，最后套上圆柱套筒511螺栓513，完成等离子体炬3的固定。
32.本发明可调整等离子体炬3角度的气化炉的运行方式：首先开始等离子体炬3的点火，等离子体炬3的冷却系统开启后向炬内充入气体，随后打开等离子体炬3的送电开关，完成等离子体炬3的点火；在等离子体炬3点火后，先将炉内温度上升到1200℃左右，随后向炉内送入固体废弃物，固体废弃物应该先进行研磨、干燥、破碎等工艺处理，随后同空气(一次风)一同送入炉内；在运行过程中，可定时观察炉内燃烧状态，调整等离子体炬3的角度，使其达到理想状态。
33.本发明的可调整等离子体炬3角度的气化炉，设计了可调节角度的等离子体炬3，在实际操作中可依据具体情况调整等离子体方向，避免局部热负荷过载，局部气化不完全；采用拉瓦尔喷管形状作为等离子体气化炉的整体形状，拉瓦儿喷管可以加快气体流速，使气化剂更快地和固体废弃物接触，同时，耐热坩埚2的落灰孔211采用拔模设计，延长固废气化时间，提高气化产物以及碳转化率。
34.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种可调整等离子体炬角度的气化炉，其特征在于，所述气化炉的顶部纵向设置有进料口(1)，所述气化炉的喉部设置有耐热坩埚(2)，所述气化炉的底部设置有炉渣收集装置，所述气化炉的上设置有至少一台等离子体炬(3)，所述等离子体炬(3)贯穿所述气化炉，且位于所述耐热坩埚(2)的上方，所述等离子体炬(3)中轴线与水平面的夹角可调，设夹角为a，34
°
≤α≤45
°
。2.如权利要求1所述的可调整等离子体炬角度的气化炉，其特征在于，等离子体炬(3)为两台，分别对应设置在所述气化炉的两侧。3.如权利要求1所述的可调整等离子体炬角度的气化炉，其特征在于，所述气化炉为拉瓦尔喷管构造，收敛段角度为34
°
－45
°
，扩张管角度为12
°
－20
°
。4.如权利要求1所述的可调整等离子体炬角度的气化炉，其特征在于，所述气化炉的收敛段下边缘的内壁上设有向内环状台阶(4)，所述耐热坩埚(2)设置在所述环状台阶(4)上。5.如权利要求4所述的可调整等离子体炬角度的气化炉，其特征在于，所述耐热坩埚(2)的纵向截面图为h型，包括水平设置的干锅面(21)和环形设置的坩埚架(22)，所述干锅面(21)上设置有若干落灰孔(211)。6.如权利要求5所述的可调整等离子体炬角度的气化炉，其特征在于，所述干锅面(21)上均布有5圈落灰孔(211)，由内向外数，第n圈具有4n个落灰孔(211)，每个落灰孔(211)均为倒梯台状。7.如权利要求1所述的可调整等离子体炬角度的气化炉，其特征在于，所述等离子体炬(3)通过限位器(5)可调角度地设置在所述气化炉上，所述限位器(5)包括设置在所述等离子体炬(3)上的提拉件(51)以及设置在所述气化炉侧壁的限位板(52)，所述等离子体炬(3)贯穿所述限位板(52)，所述限位板(52)上设有环状头螺栓(53)，所述环状头端套设在所述提拉件(51)上，所述环状头螺栓(53)的另一端穿出所述限位板(52)，穿出端配合有螺母(54)，调节螺母(54)以调节等离子体炬(3)的角度。8.如权利要求7所述的可调整等离子体炬角度的气化炉，其特征在于，所述提拉件(51)包括设置在等离子体炬(3)上的套筒(511)，所述套筒(511)上设置有两个相对的连接柱(512)，两个相对的连接柱(512)之间通过螺栓(513)相连，所述环状头端套设在所述螺栓(513)上。9.如权利要求7所述的可调整等离子体炬角度的气化炉，其特征在于，所述等离子体炬(3)上设有球形套筒(511)，所述等离子体炬(3)通过球形套筒(511)设置在所述气化炉上。10.如权利要求1所述的可调整等离子体炬角度的气化炉，其特征在于，所述气化炉上开设有观察窗(6)，所述观察窗(6)设置在所述耐热坩埚(2)的上方，用以观察耐热坩埚(2)内的燃烧情况。

技术总结
本发明涉及焚烧类危废处理技术领域，尤其涉及一种可调整等离子体炬角度的气化炉，包括气化炉的顶部纵向设置有进料口，气化炉的喉部设置有耐热坩埚，气化炉的底部设置有炉渣收集装置，气化炉的上设置有至少一台等离子体炬，等离子体炬贯穿气化炉，且位于耐热坩埚的上方，等离子体炬中轴线与水平面的夹角可调，设夹角为a，34


技术研发人员：于海龙 蒋彦青 张桂芳 王海博 王超前 胡骏 段欣滢 李悦 吴徐磊 孙运兰
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/4