一種基于等離子體氣化技術的醫療廢棄物處理系統及處理方法與流程

本發明屬于環保技術領域，具體涉及一種基于等離子體氣化技術的醫療廢棄物處理系統及處理方法。

背景技術：

醫療廢物或其他危險廢物是指具有直接或者間接毒性、感染性、損傷性以及其他危害性的廢物。如何安全有效地處置和無害化這些廢物一直是業界的一大難題。針對醫廢，最常見的處理方式是高壓滅菌消毒和焚燒。但是高壓滅菌消毒不能從根本上降解醫廢中攜帶的大量塑料，而焚燒過程會產生二噁英等二次污染物。

氣化是介于焚燒和熱解之間的熱化學處置工藝。它能夠將廢物中的有機組分在缺氧氣氛下與氣化劑反應生成合成氣，無機成分則以灰渣的形式排除。與焚燒相比，氣化工藝具有能量回收利用率高、二次污染小、飛灰少，尾氣產生量低、后處理設備簡單等優勢。但是目前的氣化工藝在醫廢和危廢處理應用中還存在一些問題。

現有技術中一般將氣化和融熔過程在一個等離子體爐體中進行，會由于等離子集中加熱而導致的燒結、搭橋問題，不易控制；氣化爐出來的粗合成氣中會攜帶焦油等雜質，這些雜質需要精煉處理，而通常的精煉方式多采用加入二次風重整熱降解或者催化轉化，但是這兩種方式要么存在降低合成氣熱值的問題，要么存在催化劑中毒失效的不穩定因素。

技術實現要素：

本發明的目的在于解決上述技術問題，提供一種基于等離子體氣化技術的醫療廢棄物處理系統，以實現具有安全、高效、穩定、耐用和低成本運營特點的醫廢/危廢氣化處理系統。

技術方案：

一種基于等離子體氣化技術的醫療廢棄物處理系統，包括推料進料器、旋轉爐芯式氣化爐、旋風分離器，合成氣等離子體精煉器和等離子體熔融爐，所述推料進料器的推料倉出口連通旋轉爐芯式氣化爐的進料口，所述旋轉爐芯式氣化爐的合成氣出口與旋風分離器連通，所述旋轉爐芯式氣化爐底部的刮灰器連接輸送機，所述輸送機與等離子體熔融化灰爐相連通，所述旋風分離器的合成氣出口與合成氣等離子體精煉器相連通，所述旋風分離器的底部與輸送機的中部相連通。

進一步的，所述合成氣等離子體精煉器，包括圓筒形水平段燃燒室，與燃燒室前端相連接的椎體段，與燃燒室后端相垂直連接的圓筒形煙氣出口段，與燃燒室相連接的固定支架：所述椎體段包括空心圓錐體、合成氣進口管道、等離子炬和天然氣燒嘴，所述空心圓錐體的尖端連通合成氣進口管道，其連接處設有螺旋導流片，所述等離子炬和天然氣燒嘴水平對稱安裝在圓錐體的兩側；所述燃燒室和煙氣出口段的筒體外設有鋼制殼體外夾套，外夾套與筒體之間設有螺旋導風板，燃燒室前端的外夾套連通主供風管道，該主供風管道上連通有四根次供風管道，所述次供風管道的端口封閉且為環形通道環繞在筒體的外圍。

合成氣等離子體精煉器采用螺旋式的導流片能夠實現合成氣在等離子體精煉器中與等離子高能自由基的充分接觸和反應以實現合成氣中焦油等高分子有機雜質的精煉和降解；利用等離子體高能自由基的催化效應可以在低于常規氣化重整溫度，無需加入大量二次供風犧牲合成氣熱值為代價的條件下實現合成氣的凈化，從而提高廢物中能量的回收利用效率，并且降低合成氣后處理的運行成本。

進一步的，所述四根次供風管道分別為一級供風管道、二級供風管道、三級供風管道和四級供風管道，其中一級供風管道的環形通道內均勻布置有六根與燃燒室內壁相切的供風噴管，二級和三級供風管道內均勻布置有四根與燃燒室內壁相切的供風噴管，四級供風管道內均勻布置有四根與煙氣出口段內壁相切的供風噴管。

進一步的，所述空心圓錐體的錐角度數為60-90度。

進一步的，所述等離子體熔融爐，包括化灰爐主體、位于化灰爐主體上端且與上端相連的上蓋、向下傾斜鑲嵌在上蓋側面的推灰器、安裝在化灰爐主體上的等離子炬、和安裝在化灰爐主體上與等離子炬相對并錯開設置的天然氣燒嘴；所述化灰爐主體下部相對設置有金屬熔渣排放口和非金屬熔渣排放口，非金屬熔渣排放口的高度高于金屬熔渣排放口的高度，所述兩個排放口外均設置有壓蓋；所述上蓋上設有合成氣出口管道和投灰口，所述投灰口的下方為接灰槽，所述接灰槽一端連通推灰器，一端連通進灰通道。

等離子體熔融爐利用等離子炬產生的高溫熱等離子體與天然氣燒嘴生成熱流交錯布置將醫（危）廢或生活垃圾焚燒或氣化后產生的灰渣或飛灰快速分解破壞，其中小部分有機物熱解為可燃性的小分子物質，無機物被高溫熔融后生成類玻璃體殘渣。

進一步的，所述合成氣出口管道與進灰通道之間設有一面隔墻，所述隔墻的頂端連接上蓋的底部，隔墻的底部高度高于非金屬熔渣排放口的高度，所述隔墻內設有若干個平行于隔墻面且穿過隔墻的冷卻水管。設隔墻的主要目的是為了讓飛灰繞過隔墻下沿貼近熔融液面，防止灰渣里的粉灰直接由進灰通道飛入合成氣出口管道，這樣可使大部分經過此高溫區的粉灰融入灰渣熔液里；由于隔墻下表面靠近灰渣熔液且有三面暴露在高熱輻射之下，所以在墻內設冷卻水管以降低隔墻過熱導致耐材脫落。

進一步的，所述推灰器由推灰活塞、推灰通道以及液壓缸組成，所述推灰活塞一端連接液壓缸，一端連通所述的接灰槽，所述推灰活塞位于推灰通道內。待熔灰渣自上蓋頂部的投灰口落入接灰槽，由液壓缸驅動的推灰活塞將集灰推入進灰通道，推灰活塞的前端不會位于進灰通道的上端以避免與高溫熱輻射相遇，投灰口與進灰通道錯開設置可以讓投灰口與接灰槽避開化灰爐的直接熱輻射。

進一步的，所述輸送機輸送機為螺桿運輸機。

進一步的，所述旋風分離器與輸送機的連接處還設有二級刀型閥門。采用兩個閥門交替開關的方式實現該設備的氣密性，阻斷與旋轉爐芯式氣化爐之間的壓力差。保證運行當中兩個閥門總有一個處于關閉狀態以防止氣化爐內的高壓氣體將落入旋風分離器出口的粉灰反吹回到較低壓力的旋風分離器內。

本發明還提供一種處理醫療廢棄物的方法，其特征在于，包括如下幾個步驟：

1）將醫療廢棄物送入推料進料器，推料進料器的推料活塞將醫療廢棄物推入旋轉爐芯式氣化爐；

2）醫療廢棄物在旋轉爐芯式氣化爐中發生氣化反應生成粗合成氣和底灰；

3）步驟2）生成的粗合成氣由旋轉爐芯式氣化爐上的合成氣出口送入旋風分離器，底灰從旋轉爐芯式氣化爐下部排出后進入輸送機；

4）旋風分離器將粗合成氣分離為合成氣和顆粒物，所述合成氣進入合成氣等離子體精煉器，所述顆粒物進入輸送機；

5）進入輸送機的顆粒物與所述底灰混合后進入等離子體熔融爐進行熔融處理，最終生成無害化的玻璃體熔渣和載氣；所述合成氣經過合成氣等離子體精煉器精煉后生成無害的小分子氣體。

需要說明的是，本發明中所提及的推料進料器、旋轉爐芯式氣化爐、旋風分離器均為現有技術，其中推料進料器的結構與已公開專利（一種安全的固態危廢連續進料系統，申請號為201610775006.5）的結構相同，旋轉爐芯式氣化爐的結構與已公開專利（旋轉式爐芯供風及簡易刮板除灰的多功能一體化氣化爐，申請號為201610775001.2）的結構相同，在此不再贅述。本發明未具體描述的結構均屬于現有技術。

有益效果：本發明采用分體式的氣化爐和熔融爐設計，從而避免了氣化爐由于等離子集中加熱而導致的燒結、搭橋等問題，氣化爐由于運行在可控的較低溫度條件，其對耐火保溫材料的要求和維護成本也大大降低；而熔融爐以單一的底灰、飛灰為處理對象，其爐體設計的容量要求大大減少，而且該爐體以熔融為主要操作對象，可以大大避免由于氧化和還原反應條件而導致對耐材的侵蝕；分體式的設計同時也為整個氣化系統提供了更為靈活可靠的控制監控模式；本發明還針對粗合成氣的精煉設計了合成氣等離子體精煉器，實現對焦油等高分子有機雜質的精煉和降解。整個系統具有安全、高效、穩定、耐用和低成本的優點。

附圖說明

圖1是本發明系統流程框圖。

圖2是合成氣等離子體精煉器的結構示意圖；

圖3是合成氣等離子體精煉器一級供風管道布局示意圖；

圖4是合成氣等離子體精煉器二、三和四級供風管道布局示意圖；

圖5是合成氣等離子體精煉器螺旋導風板結構示意圖；

圖6是等離子體熔融爐立體結構示意圖；

圖7是等離子體熔融爐立體結構示意圖；

圖8是圖7中a-a剖面示意圖。

圖9是本發明的前視圖；

圖10是圖9中b的局部放大圖。

1-燃燒室，2-椎體段，3-煙氣出口段，4-固定支架，5-外夾套，6-螺旋導風板，7-主供風管道，8-一級供風管道，9-二級供風管道，10-三級供風管道，11-四級供風管道，12-化灰爐主體，13-煙氣測溫點，14-筒壁耐火材料測溫點，15-化灰爐主體，16-上蓋，17-推灰器，18-等離子炬，19-天然氣燒嘴，20-非金屬熔渣排放口，21-金屬熔渣排放口，22-壓蓋，23-合成氣出口管道，24-投灰口，25-接灰槽，26-進灰通道，27-隔墻，28-冷卻水管，29-液壓缸，30-刀式閘閥，31-長操縱桿，32-及長撬杠，33-固定方形導軌，34-導向托架，35-底座，36-固定滑道滾輪，37-可調節滑道滾輪。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例和附圖進一步闡明本發明的相關內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

如圖1所示，基于等離子體氣化技術的醫療廢棄物處理系統，包括推料進料器、旋轉爐芯式氣化爐、旋風分離器，合成氣等離子體精煉器和等離子體熔融爐，所述推料進料器的推料倉出口連通旋轉爐芯式氣化爐的進料口，所述旋轉爐芯式氣化爐的合成氣出口與旋風分離器連通，所述旋轉爐芯式氣化爐底部的刮灰器連接輸送機，所述輸送機與等離子體熔融化灰爐相連通，所述旋風分離器的合成氣出口與合成氣等離子體精煉器相連通，所述旋風分離器的底部與輸送機的中部相連通。所述輸送機為螺桿運輸機，所述旋風分離器與輸送機的連接處還設有二級刀型閥門。

基于上述醫療廢棄物處理系統處理醫療廢棄物的方法，1）將醫療廢棄物送入推料進料器，推料進料器的推料活塞將醫療廢棄物推入旋轉爐芯式氣化爐；

2）醫療廢棄物在旋轉爐芯式氣化爐中發生氣化反應生成粗合成氣和底灰；

3）步驟2）生成的粗合成氣由旋轉爐芯式氣化爐上的合成氣出口送入旋風分離器，底灰從旋轉爐芯式氣化爐下部排出后進入輸送機；

4）旋風分離器將粗合成氣分離為合成氣和飛灰，所述合成氣進入合成氣等離子體精煉器，所述飛灰進入輸送機；

5）進入輸送機的飛灰與所述底灰混合后進入等離子體熔融爐進行熔融處理，最終生成無害化的類玻璃體熔渣和載氣；所述合成氣經過合成氣等離子體精煉器精煉后生成無害的小分子氣體。

本實施例中的合成氣等離子體精煉器，如圖2-5，包括圓筒形水平段燃燒室1，與燃燒室1前端相連接的椎體段2，與燃燒室1后端相垂直連接的圓筒形煙氣出口段3，與燃燒室相連接的固定支架4：

椎體段2包括空心圓錐體201、合成氣進口管道202、等離子炬203和天然氣燒嘴204，所述空心圓錐體201的尖端連通合成氣進口管道202，其連接處設有螺旋導流片205，所述等離子炬203和天然氣燒嘴204水平對稱安裝在圓錐體201的兩側；

燃燒室1和煙氣出口段3的筒體外設有鋼制殼體外夾套5，外夾套5與筒體之間設有螺旋導風板6（如圖4），燃燒室1前端的外夾套5連通主供風管道7，該主供風管道7上連通有四根次供風管道，所述次供風管道的端口封閉且為環形通道環繞在筒體的外圍。

所述四根次供風管道分別為一級供風管道8、二級供風管道9、三級供風管道10和四級供風管道11，其中一級供風管道8的環形通道內均勻布置有六根與燃燒室內壁相切的供風噴管801，二級和三級供風管道內均勻布置有四根與燃燒室內壁相切的供風噴管，四級供風管道內均勻布置有四根與煙氣出口段3內壁相切的供風噴管1101。

所述空心圓錐體201的錐角度數為60-90度。所述次供風管道上安裝有供風控制閥12，便于根據需要對各級次供風管道進行供風量的控制。所述固定支架4為四根兩兩對稱設置的工字鋼立柱，每兩根工字鋼支撐一個馬鞍形支座支撐燃燒室的筒體。

所述燃燒室上設有若干個測溫點，所述測溫點包括煙氣測溫點13和筒壁耐火材料測溫點14。為了有效掌控燃燒室的溫度分布情況：在空心圓錐體201上設兩個均布煙氣測溫點，在一級供風管道8環形通道之前的燃燒室筒體上均布兩個煙氣測溫點，在一級供風管道8環形通道之后并靠近一級供風管道8環形通道的燃燒室筒體上均布三個煙氣測溫點，在第二級9和第三級供風管道10環形通道之間的燃燒室筒體上均布兩個測溫點，其中一個測煙氣溫度而另一個測燃燒室筒壁耐火材料溫度，在第三級供風管道10環形通道之后的燃燒室筒體上均布兩個測溫點，其中一個測煙氣溫度而另一個測燃燒室筒壁耐火材料溫度，在第四級供風管道11環形通道煙氣排出筒體上均布兩個測溫點，其中一個測煙氣溫度而另一個測煙氣排出段筒壁耐火材料溫度。

本實施例所述的等離子體熔融爐，如圖6-10，包括化灰爐主體15、位于化灰爐主體15上端且與上端相連的上蓋16、向下傾斜鑲嵌在上蓋16側面的推灰器17、安裝在化灰爐主體15上的等離子炬18、和安裝在化灰爐主體15上與等離子炬相對并錯開設置的天然氣燒嘴19，所述化灰爐主體下部相對設置有金屬熔渣排放口21和非金屬熔渣排放口20，非金屬熔渣排放口20的高度高于金屬熔渣排放口21的高度，所述兩個排放口外均設置有壓蓋22；所述上蓋16設有合成氣出口管道23和投灰口24，所述投灰口24的下方為接灰槽25，接灰槽25一端連通推灰器17，一端連通進灰通道26。被熔融的灰渣有金屬部分將會沉淀到化灰爐主體15的最底層而非金屬部分則保留在熔融液上層，非金屬與金屬熔液可分別由上下相對的兩個排放口（20和21）單獨排出爐外。生成的少量合成氣經化灰爐上蓋16上的合成氣出口管道23排出送入合成氣處理系統進行后處理。

合成氣出口管道23與進灰通道26之間設有一面隔墻27，隔墻27的頂端連接上蓋16的底部，隔墻27的底部高度高于非金屬熔渣排放口20的高度，在使用時，通過對液面的監測及時排渣以保證隔墻底部的高度始終高于熔渣液面的高度，隔墻27內設有若干個平行于隔墻面且穿過隔墻的冷卻水管28。設隔墻27的主要目的是為了讓飛灰繞過隔墻27下沿貼近熔融液面，防止灰渣里的粉灰直接由進灰通道26飛入合成氣出口管道23，這樣可使大部分經過此高溫區的粉灰熔入灰渣熔液里；由于隔墻27下表面靠近灰渣熔液且有三面暴露在高熱輻射之下，所以在墻內設冷卻水管28以降低隔墻27過熱導致耐材脫落。

推灰器17由推灰活塞1701、推灰通道1702以及液壓缸1703組成，所述推灰活塞1702一端連接液壓缸1703，一端連通接灰槽25，推灰活塞1701位于推灰通道1702內。待熔灰渣自上蓋頂部的投灰口24落入接灰槽26，由液壓缸1703驅動的推灰活塞1701將集灰推入進灰通道26，推灰活塞1701的前端不會位于進灰通道26的上端以避免與高溫熱輻射相遇，投灰口24與進灰通道26設置可以讓投灰口24與接灰槽25避開化灰爐的直接熱輻射。推灰活塞1701頂部設有不銹鋼刷子1704，推灰活塞1701在返回沖程由裝于其上面的不銹鋼刷子1704將活塞前端的殘灰清除留在落灰槽25內，推灰通道1702和接灰槽25外側設有水冷套1705用于給推灰器降溫。

等離子炬18位于化灰爐主體15中心線所在的平行于隔墻面的中心立面上，且等離子炬18的中心軸線向下傾斜并對準化灰爐主體12底部中央落灰部位。天然氣燒嘴19所在立面平行于等離子炬18所在立面且不重合，天然氣燒嘴19中心軸線向下傾斜并對準化灰爐主體15底部中央落灰部位。等離子炬18與天然氣燒嘴19所在立面錯開的布置方式可使兩股熱氣流在爐底中央熔融部位形成漩渦使已熔與待熔灰渣更好地混合在一起。

化灰爐主體的壁面由外到內依次為金屬層、保溫層、耐火材料層和剛玉層，所述上蓋的壁面由外到內依次為金屬層和耐火材料層。金屬熔渣排放口21和非金屬熔渣排放口20旁均設有熱電偶，并在熔爐合成氣排出側設置爐內觀察口。以溫度判斷熔液是否到達高液位并根據爐內觀察口查看決定是否需要排渣。金屬熔渣排放口21和非金屬熔渣排放口20均為圓錐形旋塞口，所述旋塞口內設有旋塞2201，旋塞外為旋塞壓蓋2202和鎖緊栓2203，此種設計易于密封。排渣時操作人使用長操縱桿31及長撬杠32在一米以外的安全位置打開或鎖緊鎖緊栓2203及打開關閉壓蓋2202，通過旋動，移出或推進旋塞2201進行排渣作業或操作壓蓋及鎖緊栓關閉鎖緊排渣口。

等離子炬18下方依次設有平行于等離子炬的液壓缸29和固定方形導軌33，所述等離子炬18和液壓缸29均穿過導向托架34并通過導向托架33支撐與固定，所述等離子炬18上的法蘭與導向托架34對接，所述液壓缸29缸體前端的轉軸與導向托架34上的凸耳對接，所述固定方形導軌33穿過導向托架34，由液壓缸缸體驅動導向托架34沿固定方形導軌33滑動。所述液壓缸29活塞桿前端連接有底座35，該底座35固定在固定方形導軌33底部，所述固定方形導軌33的截面為正方形，該正方形的一條對角線與水平面平行，固定方形導軌33的兩個上表面均與裝在導向托架34上的固定滑道滾輪36下沿接觸，固定方形導軌33的兩個下表面均與安裝在導向托架34上的可調節滑道滾輪組件接觸。當液壓缸29工作時，驅動同樣安裝在導向托架34上的等離子炬18伸進或拉出化灰爐主體15，液壓缸活塞桿伸出帶動導向托架34連同等離子炬18一起向離開化灰爐主體15的方向運行，而活塞桿縮回帶動等離子炬18向化灰爐主體15內伸入。可調節滑道滾輪組件由杠桿支架3701、可調節滑道滾輪37、可調節滑道滾輪37的轉軸3702、蝶形彈簧組3703以及杠桿支架3701的支軸3704組成，所述杠桿支架3701的一端為蝶形彈簧組3703，另一端為可調節滾輪37，中間為杠桿支架3701的支軸3704，可調節滑道滾輪37通過轉軸3702安裝在杠桿支架3701上，當可調節滑道滾輪37在滑道上滾動時遇到上下滑道表面平行度有微小差異，可調節滑道滾輪37可通過杠桿支架2601壓縮支軸3704另一端的蝶形彈簧組3703或由蝶形彈簧組3703彈力張開經支軸3704使可調節滑道滾輪37壓緊滑道滾動來自動調節導向托架34在滑道上防卡死平滑運行。滑道滾輪的設計方式可以保證等離子炬在移出和伸入的時候保持直線運行。

等離子炬18與化灰爐主體15的連接處連接有一刀式閘閥30，當等離子炬18移出化灰爐主體15時，刀式閘閥30可隔斷接口，防止爐內合成氣從等離子炬對接口泄漏；所述等離子炬18與化灰爐主體15連接通道之間還設有波紋管，波紋管上設有耐高溫盤根密封組件，以起到密封作用。將盤根密封組件通過波紋管與爐體相連，波紋管可以吸收由于等離子炬導向托架沿導軌前后運行時滾輪遇到上下滑道表面平行度有微小差異時產生的波動，以使盤根密封隨炬的密封外圓一起同向波動而不會讓炬的外圓在波動時硬性擠壓盤根密封造成間隙漏氣。

本發明中未做特別說明的均為現有技術或者通過現有技術即可實現，而且本發明中所述具體實施案例僅為本發明的較佳實施案例而已，并非用來限定本發明的實施范圍。即凡依本發明申請專利范圍的內容所作的等效變化與修飾，都應作為本發明的技術范疇。