一种基于等离子体气化技术的医疗废弃物处理系统及处理方法与流程

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种基于等离子体气化技术的医疗废弃物处理系统及处理方法。

背景技术：

医疗废物或其他危险废物是指具有直接或者间接毒性、感染性、损伤性以及其他危害性的废物。如何安全有效地处置和无害化这些废物一直是业界的一大难题。针对医废，最常见的处理方式是高压灭菌消毒和焚烧。但是高压灭菌消毒不能从根本上降解医废中携带的大量塑料，而焚烧过程会产生二噁英等二次污染物。

气化是介于焚烧和热解之间的热化学处置工艺。它能够将废物中的有机组分在缺氧气氛下与气化剂反应生成合成气，无机成分则以灰渣的形式排除。与焚烧相比，气化工艺具有能量回收利用率高、二次污染小、飞灰少，尾气产生量低、后处理设备简单等优势。但是目前的气化工艺在医废和危废处理应用中还存在一些问题。

现有技术中一般将气化和融熔过程在一个等离子体炉体中进行，会由于等离子集中加热而导致的烧结、搭桥问题，不易控制；气化炉出来的粗合成气中会携带焦油等杂质，这些杂质需要精炼处理，而通常的精炼方式多采用加入二次风重整热降解或者催化转化，但是这两种方式要么存在降低合成气热值的问题，要么存在催化剂中毒失效的不稳定因素。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种基于等离子体气化技术的医疗废弃物处理系统，以实现具有安全、高效、稳定、耐用和低成本运营特点的医废/危废气化处理系统。

技术方案：

一种基于等离子体气化技术的医疗废弃物处理系统，包括推料进料器、旋转炉芯式气化炉、旋风分离器，合成气等离子体精炼器和等离子体熔融炉，所述推料进料器的推料仓出口连通旋转炉芯式气化炉的进料口，所述旋转炉芯式气化炉的合成气出口与旋风分离器连通，所述旋转炉芯式气化炉底部的刮灰器连接输送机，所述输送机与等离子体熔融化灰炉相连通，所述旋风分离器的合成气出口与合成气等离子体精炼器相连通，所述旋风分离器的底部与输送机的中部相连通。

进一步的，所述合成气等离子体精炼器，包括圆筒形水平段燃烧室，与燃烧室前端相连接的椎体段，与燃烧室后端相垂直连接的圆筒形烟气出口段，与燃烧室相连接的固定支架：所述椎体段包括空心圆锥体、合成气进口管道、等离子炬和天然气烧嘴，所述空心圆锥体的尖端连通合成气进口管道，其连接处设有螺旋导流片，所述等离子炬和天然气烧嘴水平对称安装在圆锥体的两侧；所述燃烧室和烟气出口段的筒体外设有钢制壳体外夹套，外夹套与筒体之间设有螺旋导风板，燃烧室前端的外夹套连通主供风管道，该主供风管道上连通有四根次供风管道，所述次供风管道的端口封闭且为环形通道环绕在筒体的外围。

合成气等离子体精炼器采用螺旋式的导流片能够实现合成气在等离子体精炼器中与等离子高能自由基的充分接触和反应以实现合成气中焦油等高分子有机杂质的精炼和降解；利用等离子体高能自由基的催化效应可以在低于常规气化重整温度，无需加入大量二次供风牺牲合成气热值为代价的条件下实现合成气的净化，从而提高废物中能量的回收利用效率，并且降低合成气后处理的运行成本。

进一步的，所述四根次供风管道分别为一级供风管道、二级供风管道、三级供风管道和四级供风管道，其中一级供风管道的环形通道内均匀布置有六根与燃烧室内壁相切的供风喷管，二级和三级供风管道内均匀布置有四根与燃烧室内壁相切的供风喷管，四级供风管道内均匀布置有四根与烟气出口段内壁相切的供风喷管。

进一步的，所述空心圆锥体的锥角度数为60-90度。

进一步的，所述等离子体熔融炉，包括化灰炉主体、位于化灰炉主体上端且与上端相连的上盖、向下倾斜镶嵌在上盖侧面的推灰器、安装在化灰炉主体上的等离子炬、和安装在化灰炉主体上与等离子炬相对并错开设置的天然气烧嘴；所述化灰炉主体下部相对设置有金属熔渣排放口和非金属熔渣排放口，非金属熔渣排放口的高度高于金属熔渣排放口的高度，所述两个排放口外均设置有压盖；所述上盖上设有合成气出口管道和投灰口，所述投灰口的下方为接灰槽，所述接灰槽一端连通推灰器，一端连通进灰通道。

等离子体熔融炉利用等离子炬产生的高温热等离子体与天然气烧嘴生成热流交错布置将医（危）废或生活垃圾焚烧或气化后产生的灰渣或飞灰快速分解破坏，其中小部分有机物热解为可燃性的小分子物质，无机物被高温熔融后生成类玻璃体残渣。

进一步的，所述合成气出口管道与进灰通道之间设有一面隔墙，所述隔墙的顶端连接上盖的底部，隔墙的底部高度高于非金属熔渣排放口的高度，所述隔墙内设有若干个平行于隔墙面且穿过隔墙的冷却水管。设隔墙的主要目的是为了让飞灰绕过隔墙下沿贴近熔融液面，防止灰渣里的粉灰直接由进灰通道飞入合成气出口管道，这样可使大部分经过此高温区的粉灰融入灰渣熔液里；由于隔墙下表面靠近灰渣熔液且有三面暴露在高热辐射之下，所以在墙内设冷却水管以降低隔墙过热导致耐材脱落。

进一步的，所述推灰器由推灰活塞、推灰通道以及液压缸组成，所述推灰活塞一端连接液压缸，一端连通所述的接灰槽，所述推灰活塞位于推灰通道内。待熔灰渣自上盖顶部的投灰口落入接灰槽，由液压缸驱动的推灰活塞将集灰推入进灰通道，推灰活塞的前端不会位于进灰通道的上端以避免与高温热辐射相遇，投灰口与进灰通道错开设置可以让投灰口与接灰槽避开化灰炉的直接热辐射。

进一步的，所述输送机输送机为螺杆运输机。

进一步的，所述旋风分离器与输送机的连接处还设有二级刀型阀门。采用两个阀门交替开关的方式实现该设备的气密性，阻断与旋转炉芯式气化炉之间的压力差。保证运行当中两个阀门总有一个处于关闭状态以防止气化炉内的高压气体将落入旋风分离器出口的粉灰反吹回到较低压力的旋风分离器内。

本发明还提供一种处理医疗废弃物的方法，其特征在于，包括如下几个步骤：

1）将医疗废弃物送入推料进料器，推料进料器的推料活塞将医疗废弃物推入旋转炉芯式气化炉；

2）医疗废弃物在旋转炉芯式气化炉中发生气化反应生成粗合成气和底灰；

3）步骤2）生成的粗合成气由旋转炉芯式气化炉上的合成气出口送入旋风分离器，底灰从旋转炉芯式气化炉下部排出后进入输送机；

4）旋风分离器将粗合成气分离为合成气和颗粒物，所述合成气进入合成气等离子体精炼器，所述颗粒物进入输送机；

5）进入输送机的颗粒物与所述底灰混合后进入等离子体熔融炉进行熔融处理，最终生成无害化的玻璃体熔渣和载气；所述合成气经过合成气等离子体精炼器精炼后生成无害的小分子气体。

需要说明的是，本发明中所提及的推料进料器、旋转炉芯式气化炉、旋风分离器均为现有技术，其中推料进料器的结构与已公开专利（一种安全的固态危废连续进料系统，申请号为201610775006.5）的结构相同，旋转炉芯式气化炉的结构与已公开专利（旋转式炉芯供风及简易刮板除灰的多功能一体化气化炉，申请号为201610775001.2）的结构相同，在此不再赘述。本发明未具体描述的结构均属于现有技术。

有益效果：本发明采用分体式的气化炉和熔融炉设计，从而避免了气化炉由于等离子集中加热而导致的烧结、搭桥等问题，气化炉由于运行在可控的较低温度条件，其对耐火保温材料的要求和维护成本也大大降低；而熔融炉以单一的底灰、飞灰为处理对象，其炉体设计的容量要求大大减少，而且该炉体以熔融为主要操作对象，可以大大避免由于氧化和还原反应条件而导致对耐材的侵蚀；分体式的设计同时也为整个气化系统提供了更为灵活可靠的控制监控模式；本发明还针对粗合成气的精炼设计了合成气等离子体精炼器，实现对焦油等高分子有机杂质的精炼和降解。整个系统具有安全、高效、稳定、耐用和低成本的优点。

附图说明

图1是本发明系统流程框图。

图2是合成气等离子体精炼器的结构示意图；

图3是合成气等离子体精炼器一级供风管道布局示意图；

图4是合成气等离子体精炼器二、三和四级供风管道布局示意图；

图5是合成气等离子体精炼器螺旋导风板结构示意图；

图6是等离子体熔融炉立体结构示意图；

图7是等离子体熔融炉立体结构示意图；

图8是图7中a-a剖面示意图。

图9是本发明的前视图；

图10是图9中b的局部放大图。

1-燃烧室，2-椎体段，3-烟气出口段，4-固定支架，5-外夹套，6-螺旋导风板，7-主供风管道，8-一级供风管道，9-二级供风管道，10-三级供风管道，11-四级供风管道，12-化灰炉主体，13-烟气测温点，14-筒壁耐火材料测温点，15-化灰炉主体，16-上盖，17-推灰器，18-等离子炬，19-天然气烧嘴，20-非金属熔渣排放口，21-金属熔渣排放口，22-压盖，23-合成气出口管道，24-投灰口，25-接灰槽，26-进灰通道，27-隔墙，28-冷却水管，29-液压缸，30-刀式闸阀，31-长操纵杆，32-及长撬杠，33-固定方形导轨，34-导向托架，35-底座，36-固定滑道滚轮，37-可调节滑道滚轮。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步阐明本发明的相关内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图1所示，基于等离子体气化技术的医疗废弃物处理系统，包括推料进料器、旋转炉芯式气化炉、旋风分离器，合成气等离子体精炼器和等离子体熔融炉，所述推料进料器的推料仓出口连通旋转炉芯式气化炉的进料口，所述旋转炉芯式气化炉的合成气出口与旋风分离器连通，所述旋转炉芯式气化炉底部的刮灰器连接输送机，所述输送机与等离子体熔融化灰炉相连通，所述旋风分离器的合成气出口与合成气等离子体精炼器相连通，所述旋风分离器的底部与输送机的中部相连通。所述输送机为螺杆运输机，所述旋风分离器与输送机的连接处还设有二级刀型阀门。

基于上述医疗废弃物处理系统处理医疗废弃物的方法，1）将医疗废弃物送入推料进料器，推料进料器的推料活塞将医疗废弃物推入旋转炉芯式气化炉；

2）医疗废弃物在旋转炉芯式气化炉中发生气化反应生成粗合成气和底灰；

3）步骤2）生成的粗合成气由旋转炉芯式气化炉上的合成气出口送入旋风分离器，底灰从旋转炉芯式气化炉下部排出后进入输送机；

4）旋风分离器将粗合成气分离为合成气和飞灰，所述合成气进入合成气等离子体精炼器，所述飞灰进入输送机；

5）进入输送机的飞灰与所述底灰混合后进入等离子体熔融炉进行熔融处理，最终生成无害化的类玻璃体熔渣和载气；所述合成气经过合成气等离子体精炼器精炼后生成无害的小分子气体。

本实施例中的合成气等离子体精炼器，如图2-5，包括圆筒形水平段燃烧室1，与燃烧室1前端相连接的椎体段2，与燃烧室1后端相垂直连接的圆筒形烟气出口段3，与燃烧室相连接的固定支架4：

椎体段2包括空心圆锥体201、合成气进口管道202、等离子炬203和天然气烧嘴204，所述空心圆锥体201的尖端连通合成气进口管道202，其连接处设有螺旋导流片205，所述等离子炬203和天然气烧嘴204水平对称安装在圆锥体201的两侧；

燃烧室1和烟气出口段3的筒体外设有钢制壳体外夹套5，外夹套5与筒体之间设有螺旋导风板6（如图4），燃烧室1前端的外夹套5连通主供风管道7，该主供风管道7上连通有四根次供风管道，所述次供风管道的端口封闭且为环形通道环绕在筒体的外围。

所述四根次供风管道分别为一级供风管道8、二级供风管道9、三级供风管道10和四级供风管道11，其中一级供风管道8的环形通道内均匀布置有六根与燃烧室内壁相切的供风喷管801，二级和三级供风管道内均匀布置有四根与燃烧室内壁相切的供风喷管，四级供风管道内均匀布置有四根与烟气出口段3内壁相切的供风喷管1101。

所述空心圆锥体201的锥角度数为60-90度。所述次供风管道上安装有供风控制阀12，便于根据需要对各级次供风管道进行供风量的控制。所述固定支架4为四根两两对称设置的工字钢立柱，每两根工字钢支撑一个马鞍形支座支撑燃烧室的筒体。

所述燃烧室上设有若干个测温点，所述测温点包括烟气测温点13和筒壁耐火材料测温点14。为了有效掌控燃烧室的温度分布情况：在空心圆锥体201上设两个均布烟气测温点，在一级供风管道8环形通道之前的燃烧室筒体上均布两个烟气测温点，在一级供风管道8环形通道之后并靠近一级供风管道8环形通道的燃烧室筒体上均布三个烟气测温点，在第二级9和第三级供风管道10环形通道之间的燃烧室筒体上均布两个测温点，其中一个测烟气温度而另一个测燃烧室筒壁耐火材料温度，在第三级供风管道10环形通道之后的燃烧室筒体上均布两个测温点，其中一个测烟气温度而另一个测燃烧室筒壁耐火材料温度，在第四级供风管道11环形通道烟气排出筒体上均布两个测温点，其中一个测烟气温度而另一个测烟气排出段筒壁耐火材料温度。

本实施例所述的等离子体熔融炉，如图6-10，包括化灰炉主体15、位于化灰炉主体15上端且与上端相连的上盖16、向下倾斜镶嵌在上盖16侧面的推灰器17、安装在化灰炉主体15上的等离子炬18、和安装在化灰炉主体15上与等离子炬相对并错开设置的天然气烧嘴19，所述化灰炉主体下部相对设置有金属熔渣排放口21和非金属熔渣排放口20，非金属熔渣排放口20的高度高于金属熔渣排放口21的高度，所述两个排放口外均设置有压盖22；所述上盖16设有合成气出口管道23和投灰口24，所述投灰口24的下方为接灰槽25，接灰槽25一端连通推灰器17，一端连通进灰通道26。被熔融的灰渣有金属部分将会沉淀到化灰炉主体15的最底层而非金属部分则保留在熔融液上层，非金属与金属熔液可分别由上下相对的两个排放口（20和21）单独排出炉外。生成的少量合成气经化灰炉上盖16上的合成气出口管道23排出送入合成气处理系统进行后处理。

合成气出口管道23与进灰通道26之间设有一面隔墙27，隔墙27的顶端连接上盖16的底部，隔墙27的底部高度高于非金属熔渣排放口20的高度，在使用时，通过对液面的监测及时排渣以保证隔墙底部的高度始终高于熔渣液面的高度，隔墙27内设有若干个平行于隔墙面且穿过隔墙的冷却水管28。设隔墙27的主要目的是为了让飞灰绕过隔墙27下沿贴近熔融液面，防止灰渣里的粉灰直接由进灰通道26飞入合成气出口管道23，这样可使大部分经过此高温区的粉灰熔入灰渣熔液里；由于隔墙27下表面靠近灰渣熔液且有三面暴露在高热辐射之下，所以在墙内设冷却水管28以降低隔墙27过热导致耐材脱落。

推灰器17由推灰活塞1701、推灰通道1702以及液压缸1703组成，所述推灰活塞1702一端连接液压缸1703，一端连通接灰槽25，推灰活塞1701位于推灰通道1702内。待熔灰渣自上盖顶部的投灰口24落入接灰槽26，由液压缸1703驱动的推灰活塞1701将集灰推入进灰通道26，推灰活塞1701的前端不会位于进灰通道26的上端以避免与高温热辐射相遇，投灰口24与进灰通道26设置可以让投灰口24与接灰槽25避开化灰炉的直接热辐射。推灰活塞1701顶部设有不锈钢刷子1704，推灰活塞1701在返回冲程由装于其上面的不锈钢刷子1704将活塞前端的残灰清除留在落灰槽25内，推灰通道1702和接灰槽25外侧设有水冷套1705用于给推灰器降温。

等离子炬18位于化灰炉主体15中心线所在的平行于隔墙面的中心立面上，且等离子炬18的中心轴线向下倾斜并对准化灰炉主体12底部中央落灰部位。天然气烧嘴19所在立面平行于等离子炬18所在立面且不重合，天然气烧嘴19中心轴线向下倾斜并对准化灰炉主体15底部中央落灰部位。等离子炬18与天然气烧嘴19所在立面错开的布置方式可使两股热气流在炉底中央熔融部位形成漩涡使已熔与待熔灰渣更好地混合在一起。

化灰炉主体的壁面由外到内依次为金属层、保温层、耐火材料层和刚玉层，所述上盖的壁面由外到内依次为金属层和耐火材料层。金属熔渣排放口21和非金属熔渣排放口20旁均设有热电偶，并在熔炉合成气排出侧设置炉内观察口。以温度判断熔液是否到达高液位并根据炉内观察口查看决定是否需要排渣。金属熔渣排放口21和非金属熔渣排放口20均为圆锥形旋塞口，所述旋塞口内设有旋塞2201，旋塞外为旋塞压盖2202和锁紧栓2203，此种设计易于密封。排渣时操作人使用长操纵杆31及长撬杠32在一米以外的安全位置打开或锁紧锁紧栓2203及打开关闭压盖2202，通过旋动，移出或推进旋塞2201进行排渣作业或操作压盖及锁紧栓关闭锁紧排渣口。

等离子炬18下方依次设有平行于等离子炬的液压缸29和固定方形导轨33，所述等离子炬18和液压缸29均穿过导向托架34并通过导向托架33支撑与固定，所述等离子炬18上的法兰与导向托架34对接，所述液压缸29缸体前端的转轴与导向托架34上的凸耳对接，所述固定方形导轨33穿过导向托架34，由液压缸缸体驱动导向托架34沿固定方形导轨33滑动。所述液压缸29活塞杆前端连接有底座35，该底座35固定在固定方形导轨33底部，所述固定方形导轨33的截面为正方形，该正方形的一条对角线与水平面平行，固定方形导轨33的两个上表面均与装在导向托架34上的固定滑道滚轮36下沿接触，固定方形导轨33的两个下表面均与安装在导向托架34上的可调节滑道滚轮组件接触。当液压缸29工作时，驱动同样安装在导向托架34上的等离子炬18伸进或拉出化灰炉主体15，液压缸活塞杆伸出带动导向托架34连同等离子炬18一起向离开化灰炉主体15的方向运行，而活塞杆缩回带动等离子炬18向化灰炉主体15内伸入。可调节滑道滚轮组件由杠杆支架3701、可调节滑道滚轮37、可调节滑道滚轮37的转轴3702、蝶形弹簧组3703以及杠杆支架3701的支轴3704组成，所述杠杆支架3701的一端为蝶形弹簧组3703，另一端为可调节滚轮37，中间为杠杆支架3701的支轴3704，可调节滑道滚轮37通过转轴3702安装在杠杆支架3701上，当可调节滑道滚轮37在滑道上滚动时遇到上下滑道表面平行度有微小差异，可调节滑道滚轮37可通过杠杆支架2601压缩支轴3704另一端的蝶形弹簧组3703或由蝶形弹簧组3703弹力张开经支轴3704使可调节滑道滚轮37压紧滑道滚动来自动调节导向托架34在滑道上防卡死平滑运行。滑道滚轮的设计方式可以保证等离子炬在移出和伸入的时候保持直线运行。

等离子炬18与化灰炉主体15的连接处连接有一刀式闸阀30，当等离子炬18移出化灰炉主体15时，刀式闸阀30可隔断接口，防止炉内合成气从等离子炬对接口泄漏；所述等离子炬18与化灰炉主体15连接通道之间还设有波纹管，波纹管上设有耐高温盘根密封组件，以起到密封作用。将盘根密封组件通过波纹管与炉体相连，波纹管可以吸收由于等离子炬导向托架沿导轨前后运行时滚轮遇到上下滑道表面平行度有微小差异时产生的波动，以使盘根密封随炬的密封外圆一起同向波动而不会让炬的外圆在波动时硬性挤压盘根密封造成间隙漏气。

本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。