CN100552296C

CN100552296C - 电弧熔融处理系统及其处理垃圾焚烧灰的方法

Info

Publication number: CN100552296C
Application number: CNB2006100474978A
Authority: CN
Inventors: 蔡九菊; 刘汉桥
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: CN1908518A

Abstract

本发明涉及一种电弧熔融处理系统及其处理垃圾焚烧灰的方法，它包括：进料系统、烟气排放控制系统、渣冷系统和电弧炉，电弧炉结构如下：作为熔融池的炉体；盖在炉体上的水冷炉盖；设在水冷炉盖上的支架；支架内的顶电极，它的放电端穿过水冷炉盖伸入到炉体内；炉体的底部为底电极，它与顶电极的放电端相对应，它和顶电极分别与电源的输出电极连接；进料口设在炉体的一侧；出渣口设在炉体的底部；排烟口设在炉体上。处理方法为：1、物料处理步骤；2、加料步骤；3、电弧炉熔融步骤；4、废气净化处理步骤；5、熔渣冷却步骤。本发明减容显著，彻底分解灰中的二恶英，并将重金属固化在熔渣中，产生的熔渣能直接再利用，减少环境污染。

Description

电弧熔融处理系统及其处理垃圾焚烧灰的方法

一、技术领域：

本发明涉及一种焚烧灰的熔融处理装置及处理方法，特别是一种对生活垃圾焚烧灰和医疗垃圾焚烧灰进行无毒无害化处理及资源化利用的电弧炉装置和处理方法。

二、背景技术：

常见的可燃垃圾包括生活垃圾和医疗垃圾，这些垃圾焚烧处理能减容、减量、高温消毒灭菌并除去大量污染物，但垃圾焚烧灰中含有相当量的重金属和二恶英等污染成分，被列为危险废弃物，从而引发新的环境问题。

目前，国内外对垃圾焚烧灰主要采用填埋处理、水泥固化、化学稳定、熔融处理等技术。其中前三种技术均不能保证重金属的长期安全性，而且不能消除二恶英等有机毒物；而熔融技术减容显著，能彻底分解灰中的二恶英，并将重金属固化在熔渣中，同时产生的熔渣还可作为陶瓷、路基、水泥的原料，在减容化、无害化、资源利用方面具有明显的优势。国内目前在垃圾灰熔融方面仍处于机理研究阶段，滞后于垃圾集中焚烧实际需求，缺乏拥有自主知识产权的灰熔融处理装置和关键处理技术。

三、发明内容：

1、发明目的：本发明提供一种处理垃圾焚烧灰的电弧炉及利用它处理垃圾焚烧灰的方法，其目的是解决现在对垃圾焚烧灰主要采用填埋处理、水泥固化、化学稳定、熔融等方法处理，前三种方法减容效果差，而且不能消除二恶英等有机毒物，安全性差；而现在没有有效的熔融装置和熔融处理方法等方面存在的问题。

2、技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种电弧熔融处理系统，该处理系统包括：

进料系统，是采用输送带的方式进行运料；

烟气排放控制系统和渣冷系统；

其特征在于该电弧熔融处理系统还包括电弧炉，该电弧炉是整个系统的核心，用于熔融垃圾焚烧灰；该电弧炉包括：

炉体，是作为熔融池的容器结构；

水冷炉盖，盖在炉体上；

支架，设置在水冷炉盖上；

顶电极，设置在支架内，顶电极的放电端穿过水冷炉盖伸入到炉体内；

底电极，设在炉体的底部，它的放电端与顶电极的放电端相对应，顶电极、底电极分别与电源的输出电极连接；

进料口，进料口设在炉体的一侧，它与进料系统的出料端相对应；

出渣口，设在炉体的底部，它与渣冷系统的位置相对应；

排烟口，设在炉体上，与烟气排放控制系统的除尘器的入风口连通。

底电极设在炉底的中心部位。

炉体的炉底部分有一定的倾斜角度，便于炉体内的熔融物质流动；炉体的内衬采用Al₂O₃-Cr₂O₃氧化铬系耐火浇铸料，防止焚烧灰中含有低沸点的重金属盐类腐蚀炉壁。

电源采用直流电源，顶电极经水冷电缆与直流电源的负极连接，底电极与直流电源的正极连接。

顶电极为石墨电极，底电极为镁碳砖石墨或普通碳钢。

一种电弧熔融处理系统处理垃圾焚烧灰的方法，其特征在于以权利要求1所述的电弧熔融处理系统为处理设备，处理方法按如下步骤进行：

①物料处理步骤，将垃圾焚烧灰经收集、筛分、干燥后备用；

②加料步骤，将垃圾焚烧灰经电弧炉进料口送入炉体内；

③电弧炉熔融步骤，对电弧炉的两电极通入直流电，电极间产生高温先加热燃烧，使垃圾焚烧灰中的残余可燃物氧化，在炉体形成的熔融池内熔化成液相，之后玻璃化现象形成；

④废气净化处理步骤，熔融过程中产生的废气先进入急冷装置，冷却后经过布袋除尘器将废气中的含有重金属的颗粒污染物进行净化，最后向外界环境排放；

⑤熔渣冷却步骤，熔融后熔融渣和金属从炉体内形成的熔融池底部出渣口溢出落入与出渣口相对应的水冷槽，水冷后的熔渣作为陶瓷、路基、水泥的原料直接再利用。

在物料处理步骤中收集垃圾焚烧后产生的焚烧灰，焚烧灰样品经混和均匀后，用网筛除去大颗粒物质，再干燥除去水分；在物料处理步骤中将底灰与飞灰混合或下层为飞灰的分层平铺后再进行处理，防止比重较小的飞灰在直流电弧炉的弧柱斥力作用下向外飞散。

在加料步骤中，采用转动输送带的方式将垃圾焚烧灰经炉体上的进料口送入炉体内，使供料稳定连续。

在电弧炉熔融步骤中，电弧炉的电流为20A-40000A，电压为10V-900V。

熔融过程中产生的废气先进入急冷装置，冷却后经过布袋除尘器将废气中的含有重金属的颗粒污染物进行净化，颗粒污染物采用水泥固化法处理或化学萃取回收利用。

3、优点及效果：通过本发明技术方案的实施，能够很好地解决现在对垃圾焚烧灰主要采用填埋处理、水泥固化、化学稳定、熔融等方法处理，前三种方法减容效果差，而且不能消除二恶英等有机毒物，安全性差；而现在没有有效的熔融装置和熔融处理方法等方面存在的问题。

本发明电弧炉具有温度高、电热转变能力大、电热效率高、炉内气氛和炉子操作容易控制等优点。利用本发明的电弧炉和本发明的熔炼方法进行垃圾焚烧灰的熔融处理，即可缩短熔融技术的研发周期，又可节省投资与运行费用，具有显著的环保和经济效益。

与现有垃圾焚烧灰的处理方法相比，本发明具有如下特点：

利用本发明电弧熔融处理系统处理垃圾焚烧灰减容效果明显，熔融处理后，焚烧灰的体积可减少75％以上，便于运输、储存或资源化处理，并缓解焚烧灰造成填埋土地紧张的局面；

焚烧灰经本发明电弧熔融处理系统的电弧炉处理后所得熔渣中重金属浸出浓度极低，完全符合环保要求，固化效果良好；同时高温下二恶英分解率高达99.93％，完全消除其对环境的不良影响；

利用本发明熔融处理系统处理垃圾焚烧灰得到的熔渣可作为陶瓷、路基、水泥的原料，从而实现废弃物资源化利用。

综上所述，本发明处理方法具有极佳的减容化、无害化、资源化再利用效果，属于新型环境友好技术，节省投资与运行费用。

四、附图说明：

附图1为本发明电弧熔融处理系统结构示意图。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明作详细说明。

图中：1-支架；2-顶电极；3-水冷炉盖；4-出渣口；5-底电极；6-直流电源；7-炉体；8-进料口；9-排烟口；10-急冷装置；11-布袋除尘器；12-水冷槽；13-进料系统。

如附图1所示，本发明是一种电弧熔融处理系统，该处理系统包括：进料系统13，它是采用输送带的方式进行运料；烟气排放控制系统，用于对处理后的烟气进行净处理后排放；渣冷系统，是对熔融后的固形物进行冷却、固化；该电弧熔融处理系统还包括电弧炉，它是整个系统的核心，用于熔融垃圾焚烧灰；电弧炉的炉体7是上面开口的圆形容器结构，其内腔作为处理垃圾焚烧灰的熔融池；炉体7开口上盖有一个水冷炉盖3，它将整个炉体开口封闭住；水冷炉盖3的中间部位设有一个支架1；顶电极2设置在支架1内，顶电极2的放电端穿过水冷炉盖3伸入到炉体7内，顶电极2为石墨电极；炉体7的底部中心部位设有底电极5，底电极5为镁碳砖石墨或普通碳钢，底电极5放电端与顶电极2的放电端相对应，两者有一定的间距形成一定的电弧放电空间；顶电极2、底电极5分别与电源6的输出电极连接，电源6采用直流电源，顶电极2经水冷电缆与直流电源的负极连接，底电极5与直流电源的正极连接；炉体7的一侧设有进料口8，它与进料系统的输送带的出料端相对应，保证了输送的垃圾焚烧灰持续不断的送入电弧炉内；炉体7的底部设有出渣口4，它与渣冷系统的水冷槽12位置相对应，电弧炉内熔融处理后的高温物质，经出渣口流入渣冷系统的水冷槽12后冷却，可作为用于生产其它物质的原料；炉体7上端设有一个排烟口9，它与烟气排放控制系统的除尘器的入风口连通，除尘器采用的是布袋除尘器11，高温烟气经过急冷装置10冷却后，将电弧炉处理后的含有大颗粒粉尘的烟气过滤掉。

炉体7的炉底部分有一定的倾斜角度，便于炉体内的熔融物质流动；炉体7的内衬层采用Al₂O₃-Cr₂O₃等氧化铬系耐火浇铸料，防止焚烧灰中含有低沸点的重金属盐类腐蚀炉壁；

本发明同时提供一种利用该电弧熔融处理系统处理垃圾焚烧灰的方法，它主要由下述步骤完成：1、物料处理步骤；2、加料步骤；3、电弧炉熔融步骤；4、废气净化处理步骤；5、熔渣冷却步骤。

在物料处理步骤1中，对垃圾焚烧灰进行收集，对较大颗粒进行破碎和筛分，干燥以除去水分，垃圾焚烧灰包括各种垃圾焚烧炉中产生的飞灰、底灰和烟道灰。由于飞灰比重较小，在直流电弧炉的弧柱斥力作用下易向外飞散，故将底灰或烟道灰与飞灰混合或分层平铺下层为飞灰后再进行处理。在加料步骤2中，由转动皮带将垃圾焚烧灰经炉体一侧的进料口处送入炉体，保证供料稳定连续。在电弧炉熔融步骤3中，由供电系统送入的交流电或经硅整流设备转换的直流电，经由水冷电极夹头和水冷电缆连接的石墨电极送入炉内产生电弧。在高温环境下，炉内焚烧灰先加热燃烧，使残余可燃物氧化并充分燃尽，之后焚烧灰在熔池内熔化成液相，并因重力效应金属与无机相分离，电弧炉炉底具有一定倾斜角度，熔融渣和金属从熔融池底部出渣口溢出。为防止焚烧灰中含有低沸点的重金属盐类腐蚀炉壁，电弧炉的炉体7内衬采用Al₂O₃-Cr₂O₃等氧化铬系耐火浇铸料。在废气净化处理步骤4中，熔融过程中产生的废气先进入急冷装置10，冷却后经过布袋除尘器11将废气中的含有重金属的颗粒污染物进行净化，颗粒污染物采用水泥固化法处理或化学萃取回收利用。在熔渣冷却步骤5中，液相高温熔渣从出渣口溢出落入水冷槽内进行骤冷，液态熔渣凝结成块，经重金属浸出浓度测试完全符合环保要求，重金属固化效果良好。

Claims

1、一种电弧熔融处理系统，该处理系统包括：

进料系统(13)，是采用输送带的方式进行运料；

烟气排放控制系统和渣冷系统；

炉体(7)，是作为熔融池的容器结构；

水冷炉盖(3)，盖在炉体(7)上；

支架(1)，设置在水冷炉盖(3)上；

顶电极(2)，设置在支架(1)内，顶电极(2)的放电端穿过水冷炉盖(3)伸入到炉体(7)内；

底电极(5)，设在炉体(7)的底部，它的放电端与顶电极(2)的放电端相对应，顶电极(2)、底电极(5)分别与电源(6)的输出电极连接；

进料口(8)，进料口(8)设在炉体(7)的一侧，它与进料系统的出料端相对应；

出渣口(4)，设在炉体(7)的底部，它与渣冷系统的位置相对应；

排烟口(9)，设在炉体(7)上，与烟气排放控制系统的除尘器的入风口连通；

顶电极(2)为石墨电极，底电极(5)为镁碳砖、石墨或普通碳钢。

2、根据权利要求1所述的电弧熔融处理系统，其特征在于：底电极(5)设在炉底的中心部位。

3、根据权利要求1所述的电弧熔融处理系统，其特征在于：炉体(7)的炉底部分有一定的倾斜角度，便于炉体内的熔融物质流动；炉体(7)的内衬采用Al₂O₃-Cr₂O₃氧化铬系耐火浇铸料，防止焚烧灰中含有低沸点的重金属盐类腐蚀炉壁。

4、根据权利要求1所述的电弧熔融处理系统，其特征在于：电源采用直流电源，顶电极(2)经水冷电缆与直流电源的负极连接，底电极(5)与直流电源的正极连接。

5、一种电弧熔融处理系统处理垃圾焚烧灰的方法，其特征在于以权利要求1所述的电弧熔融处理系统为处理设备，处理方法按如下步骤进行：

②加料步骤，将垃圾焚烧灰经电弧炉进料口送入炉体内；

⑤熔渣冷却步骤，熔融后熔融渣和金属从炉体内形成的熔融池底部出渣口溢出落入与出渣口相对应的水冷槽，水冷后的熔渣作为陶瓷、路基、水泥的原料直接再利用；

6、根据权利要求5所述的电弧熔融处理系统处理垃圾焚烧灰的方法，其特征在于：在加料步骤中，采用转动输送带的方式将垃圾焚烧灰经炉体上的进料口送入炉体内，使供料稳定连续。

7、根据权利要求5所述的电弧熔融处理系统处理垃圾焚烧灰的方法，其特征在于：在电弧炉熔融步骤中，电弧炉的电流为20A-40000A，电压为10V-900V。

8、根据权利要求5所述的电弧熔融处理系统处理垃圾焚烧灰的方法，其特征在于：熔融过程中产生的废气先进入急冷装置，冷却后经过布袋除尘器将废气中的含有重金属的颗粒污染物进行净化，颗粒污染物采用水泥固化法处理或化学萃取回收利用。