专利名称：高温炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于燃烧和熔化垃圾的高温炉以及一种用于使一种这样的高温炉运行的方法，它们具有独立权利要求前序部分所述的特征。
为了可靠地消除问题垃圾、如有毒或放射性垃圾必须在高温炉中对其分解和/或熔化。已知许多炉型例如感应炉、电弧炉或等离子炉用于处理有毒和/或放射性垃圾。尤其是在等离子炉中的惰性气体氛围以及10000℃至15000℃的高电弧温度导致要被处理材料的完全分解。这些材料的固体残渣也可以固定在一个玻璃方阵(Glasmatrix)里面并因此相对于环境密封。
已知并使用大量高温炉，它们配有等离子燃烧器作为能源。例如EP 0636839B1描述了一种等离子回转炉。通过一个传输的等离子燃烧器输送用于分解垃圾所需的能量。该回转炉的圆柱形炉腔(离心器)具有一个位于旋转轴线上的、中心的浇铸孔，用于浇铸处理过的、或者说分解的且熔化的垃圾。在炉底以及在侧壁上设置耐火材料。
此类已知的回转炉以一个这样的旋转速度运行，使得由于离心力使液化的炉料聚积在炉底的外部并且空出浇铸孔。
在此问题是，炉底衬砌不能完全被熔化物覆盖并因此直接处于等离子燃烧器的10,000至15,000℃的高电弧温度下。因此在EP 0636839B1中所示的炉底底部结构和浇铸石的支承结构必须有效地冷却。但是在实践中已经证实，在炉运行中难以有效地冷却并且炉底衬砌尤其在浇铸孔处处于高温负荷下。这使得炉底衬砌的使用寿命相当短，结果是经常更换炉衬砌。此外也存在着不可控的熔化物流进浇铸孔并固化的危险，或者说由此可能堵塞浇铸通道。同样无意或不可控的熔化物流出可能造成离心器的旋转驱动机构的运行故障。此外在实践中显示出，由于离心力而聚积在外部炉底直径上的熔化物不能令人满意地均匀地熔化。
因此本发明的目的是，避免已知的缺陷，尤其是实现一种上述形式的装置和方法，它显示出尤其对于炉底衬砌和浇铸石的更好保护和更长的使用寿命。该炉子能够更加有效、更加方便且更加可靠地运行。
按照本发明这个目的通过一个具有独立权利要求特征部分所述特征的高温炉得以实现。
按照本发明的用于燃烧和熔化尤其是放射性垃圾的高温炉包括至少一个设置在炉子里面的等离子燃烧器和一个可以围绕旋转轴线旋转的离心器。该离心器具有一个熔池，它具有炉底和炉侧壁，该离心器具有一个在炉底中设置在旋转轴线上的浇铸孔。该炉子的特征在于，具有一个用于以特别耐高温的填充沙充填浇铸孔的填充装置。通过浇铸孔的填充沙-填充物可以使离心器的旋转速度调整到这样的低速，使得熔液覆盖整个炉底而不只是其边缘部位。该炉底被完全覆盖并且免受过热。在正常运行中熔化的熔化物位于熔池里面，它们包括玻璃和所处理垃圾的残渣如混凝土、离子交换树脂(Ionentauscherharzen)以及各种形式的塑料和金属等。用于使炉子运行所需的能量通过等离子燃烧器输入。在紧靠等离子燃烧器的区域温度可以达到10,000至15,000℃。该炉子由于局部可达到的高温以及惰性的气体氛围理想地适用于分解、燃烧和/或熔化放射性的、剧毒或其它有问题的垃圾。为了产生电弧等离子所述炉底具有导电的特征。为此在炉底中可以使用石墨石或者导电的、耐热的夯实物质。但是必需的电流也可以通过一个在浇铸孔处的导电环保证。也可以使用许多长形电极，它们设置在耐热和耐化学变化的衬砌材料内部。此外炉底衬砌必须是特别耐热和耐化学变化的。
一个以填充沙充满的浇铸孔具有许多优点。可以使回转炉以一个相当低的旋转速度运行，因为炉底和相关的炉底衬砌可以完全被覆盖。通过使熔化物覆盖炉底衬砌提高使用寿命并减少炉子烧穿的危险。这一点能够实现有效的运行并尤其改善能量在炉子中的输入。
通过在浇铸通道中充满填充沙防止浇铸孔堵塞。此外避免一个无意的、不可控的浇铸。对于一个具有敞开的离心器浇铸孔的回转炉在离心器旋转速度下降时可能不期望地流出熔化物。
在一个第一实施例中所述浇铸孔具有一个用于滞留填充沙的封闭部件。一个浇铸孔最好由在离心器的旋转轴线上延伸的通道构成。在加入填充沙之前可以使通道底部通过一个封闭部件堵塞。该封闭部件与炉底一起围绕自身的轴线旋转并且最好固定在一个升降/摆动臂上，其又与炉子结构铰接。通过填充沙的化学组分以及其物理特性能够保证使填充沙保留在浇铸通道里面。
所述填充装置特别有利地具有一个填入型材，尤其是一个管。这一点能够以简单的方式和方法使松散的填充沙加入到浇铸通道里面。一个这样的填入型材可以活动地与填充装置连接，使得填入型材可以直接安置在浇铸孔上，由此能够实现可靠且准确地填入。
在另一实施例中所述填充装置设置在炉子的顶面上。其优点是，松散的填充沙通过仅仅利用重力加入到浇铸孔和浇铸通道里面。此外可以借助于抖动或振动的装置，由此使要填入的填充沙更加易于流动。
特别有利地使填充装置、但是至少使填入型材设置在炉子的旋转轴线上。由此可以使填充沙可靠地填入到浇铸通道里面。
在另一实施例中所述炉子具有一个清洁装置，借助于它至少可以将一部分填充沙从浇铸孔中去除。借助于该清洁装置可以实现用于浇铸熔化物的开孔。这一点尤其保证可以可靠且受控地浇铸熔化物。
有利的是，所述清洁装置具有一个沿着旋转轴线运动的矛杆，其尖端可以插进浇铸孔里面。在此该矛杆最好旋转对称地构成，其中矛杆尖端的直径等于或小于浇铸孔的直径。特别有利的是，使该矛杆在一个原始位置设置在炉子的内腔以外。在这种情况下该矛杆只在用于清洁过程时位于炉子内腔里面，由此使矛杆只需相对短时间地处于内腔的高温负荷下。将矛杆沿着旋转轴线布置具有优点，可以使填充沙配合准确地从浇铸通道中去除。
本发明的另一方面涉及一种用于在一个高温炉(回转炉)中分解、燃烧和熔化垃圾、尤其是放射性垃圾的方法。该回转炉具有至少一个设置在其中的等离子燃烧器、一个可以围绕旋转轴线旋转的离心器和一个在离心器的炉底中设置在旋转轴线上的浇铸孔。本方法具有以下步骤通过填充沙封闭浇铸通道，将可燃烧和/或可熔化的原料如混凝土、离子交换树脂以及各种形式的塑料和金属等加入到回转炉里面并且接着分解、燃烧和/或熔化垃圾，其中该离心器以一个给定的旋转速度旋转。在第一步骤中也将填充沙加入到一个最好通道形的浇铸孔里面。为此一个用于使填充沙滞留的封闭部件位于浇铸通道的下端。所述填充装置具有一个以填充沙用于通常填充的配量装置。最好正好填充这样多的填充沙，使得整个浇铸通道完全被充满。但是也可以设想加入更多的填充沙，由此在炉底中产生一个丘陵形的填充沙堆。在通过填充沙封闭浇铸孔以后可以将可熔化且可燃烧的垃圾加入到回转炉里面并进行处理。其中垃圾最好在惰性氛围下以高温借助于等离子燃烧器燃烧并使保留的固态颗粒包含在熔化物里面。为此使回转炉的离心器以一个给定的旋转速度旋转。由于以填充沙封闭浇铸孔可以使旋转速度选择得这样低，使得炉底保持完全被熔化物覆盖。
在本方法的第一实施例中，首先借助于一个封闭部件封闭浇铸孔。然后以填充沙充满浇铸孔或浇铸通道。该封闭部件一方面保证使填充沙滞留在浇铸通道里面，另一方面防止填充沙在运行期间无意地流出。只有在打开封闭部件以后，才使填充沙从浇铸孔中排出。该封闭部件围绕自身的轴线旋转并且最好固定在一个升降/摆动臂上，它又与炉子结构铰接。对于功能“封闭浇铸通道”可以使封闭部件通过弹簧力保持位置。对于功能“打开浇铸通道”可以使封闭部件液压地转离。
按照本发明的另一实施例为了排空反应器使浇铸孔由此露出，使设置在浇铸通道下面的封闭部件打开然后使浇铸通道中的填充沙至少部分地借助于一个撞击或清洁装置去除。在打开封闭部件以后可能已经使一部分松散的填充沙从浇铸通道中流出。这样提高回转炉的旋转速度，使得浇铸孔由于离心力作用不再被熔化物覆盖。然后借助于撞击或清洁装置使填充沙从浇铸孔中排出。例如通过清洁装置的一个可移动构成的矛杆冲出还在浇铸通道中存在的剩余填充沙。为了浇铸再使回转炉的旋转速度降低。由此可以保证熔化物的受控浇铸。通过选择旋转速度可以控制熔化物的流出速度。接着在一个铸型中接收流出的熔化物并冷却。
在另一实施例中使剩余熔化物在完成从浇铸通道浇铸以后借助于清洁装置这样去除，使得至少部分的剩余熔化物保留在浇铸孔里面并且覆盖其壁体。一个矛杆的直径小于浇铸通道的直径，只去除在浇铸通道中心部位的剩余熔化物。另外保留一个基本轮廓为环形的衬里，它在浇铸通道中沿着旋转轴线设置并接着固化。由此产生一个相当牢固且良好地与浇铸通道连接的保护层。由此精整的浇铸通道有效地防止磨损。
本发明的另一方面涉及一种方法，在该方法中使剩余熔化物只在浇铸孔的中心这样去除，使得剩余熔化物作为衬里或外壳保留在浇铸通道里面。由此能够使具有打开的浇铸通道的炉子或回转炉运行。
由下面的实施例描述和附图给出本发明的其它各个特征和优点。附图中
图1是一个按照本发明的高温炉的第一实施例的横截面图，图2示出按照图1的实施例的横截面图，但是具有驶出的清洁装置，图3是一个按照第二实施例的高温炉的转炉炉底的横截面放大图，图4是按照一个第三实施例的转炉炉底的放大图，图5是一个填充装置和一个清洁装置的横截面放大图，图6简示出一个准备好的炉子，图7简示出一个在第一运行状态的炉子，图8简示出一个在第二运行状态的炉子，在该状态露出浇铸通道，图9简示出一个在第三运行状态的炉子，在该状态熔化物流出。
在图1中示出一个以1表示的炉子。该炉子1具有一个外壳23，在该外壳中设置一个可以围绕旋转轴线R旋转的离心器3。通过一个开孔24使一个等离子燃烧器2设置在炉子1的内腔16里面。该外壳23还具有一个用于热解气体的开孔19和一个用于以可燃烧且可熔化原料和/或垃圾充满炉子的开孔18。该开孔18可以这样构成，使得可以将具有可燃烧且可熔化的原料和/或垃圾、尤其具有放射性或有毒内容物的整个桶加入到炉子1的内腔16里面。在图1中未示出其它可能的用于辅助燃烧器、测量仪器和其它装置的开孔。所述离心器3构成一个用于接收固态和/或液态原料的熔池4。该熔池4具有一个炉底5和一个炉侧壁6。该炉底5这样构成，使得整个炉底可以用于源自等离子燃烧器2的电流导引。该炉底5例如可以配有石墨石或导电的夯实物质。但是该炉底5也可以通过用于导电的电极和通过衬砌材料构成，这些衬砌材料具有耐热和耐化学变化的特性(参见下面的图3和4)。一个浇铸孔8位于炉底5的中心。该浇铸孔8由在旋转轴线R方向上延伸的通道25构成。该浇铸通道25在此最好是圆柱形的、凸起的或凹下的实施方式，但是是可以调整的。对于圆柱形的通道也可以设想锥形的导入区。一个封闭部件7封闭浇铸通道25或炉底5的下端部。该浇铸通道25以耐高温的填充沙10、例如金属氧化物-石墨混合物充满。一种由混合物SiO2，Cr2O3，Al2O3，Fe2O3，MgO，CaO以及C组成的填充沙是适合的。该浇铸通道25最好完全被填充沙10充满。由熔化的原料和含在其中的固体组成的熔液21位于离心器3里面。如图1所示，在浇铸孔8上面的部位由于充满填充沙10可以被熔液21覆盖。
一个用于使填充沙充满到浇铸通道25里面的填充装置9位于炉子顶面12处。填充沙由一个储存容器22或者通过其它输送装置导引到一个填入型材11。该填入型材11最好由管构成并且设置在旋转轴线R上。松散的填充沙通过炉子的内腔16落到浇铸孔8和浇铸通道25里面。但是也可以设想，为了填充使填入型材11一直导引到或至少接近浇铸孔8。在炉子1的顶面12上还在旋转轴线R中设有一个用于从填充沙10中露出浇铸通道25的清洁装置13。该清洁装置13具有一个可驶出的矛杆14，它在其原始位置在炉子1运行期间设置在炉子的内腔16以外。最好在正常运行时，在熔化、燃烧和/或分解垃圾期间使炉子1的内腔16密封地封闭。在正常运行中最好使炉子处于一个10至25mbar的负压下。为了使填充和清洁装置在正常运行期间不承受热负荷，封闭开孔26。这一点例如通过一个滑块20实现，它可以在x方向上移动。当然也可以设想，代替一个开孔26可以使填充装置9具有一个开孔而使清洁装置13具有另一开孔。
图2示出具有驶出的矛杆14的炉子1。为此使一个滑块20或另一封闭装置置于打开位置。所述矛杆14沿着旋转轴线R向着浇铸孔8移动而且至少这样远地移动，使得浇铸通道25在其整个长度上透穿。该矛杆14的尖端15最好对称地定向。该尖端15的直径可以等于浇铸孔8、尤其是浇铸通道25的直径。但是也有利的是，使尖端15的直径小于浇铸通道25的直径。通过选择尖端的直径可以确定要露出的浇铸通道。由此可以影响熔液的流出速度。为了容纳熔液在浇铸孔8下面设有一个铸型17。
所述矛杆14或者说至少矛杆尖端15由耐高温的材料、例如专业人员公知的HAYNES 230制成。该矛杆尖端可以由对接的锥体构成。所述清洁装置13可以这样构成，使得它也可以作为填充装置9。例如可以使一个基本上空心构成的矛杆用来填充浇铸通道25。还可以设想，使清洁装置13、尤其是矛杆14用来使填充沙在充满浇铸孔8或浇铸通道25以后通过顶压压实。为此该矛杆14的尖端15具有一个专用的、尤其是平面的顶盖用于顶压填充沙。
在图3中所示的离心器3具有一个衬里28，它设置在一个最好金属的支承结构27里面。该衬里28可以由常见的衬里材料如浇注和夯实物质制成或者由金刚砂、铬金刚砂和含有高氧化铝的制品组成的浇注或挤压成形砖制成。在中间作为衬里28的组成部分设置一个浇铸石29，它构成浇铸孔8。所述炉底内侧30的至少一部分具有一个向着中心最好相当微小的坡度。该坡度尤其能够保证熔液易于流出。该浇铸石29在其面对内腔16的侧面上水平地构成。但是在这里也可以设想一个向着中心的坡度。在衬里28中设置一个用于输送源自等离子燃烧器的电流的导电的环形元件31。一个封闭部件7向下封闭浇铸孔8或浇铸通道25，该封闭部件通过弹簧力顶压在浇铸石29上。该封闭部件围绕自身的轴线旋转并且最好固定在一个升降/摆动臂上，该摆动臂又与炉子结构铰接。对于功能“封闭浇铸通道”可以使封闭部件通过弹簧力保持位置。对于功能“打开浇铸通道”可以使封闭部件液压地转离。
在图4中示出一个回转炉或其离心器3，它具有一个用于使离心器3围绕旋转轴线R旋转的驱动装置32。借助于一个旋转驱动机构通过一个齿缘使离心器3置于旋转运动。在此ω表示旋转速度。所述衬里28具有多个强化和隔热层33至35。代替一个如图3所示的导电的环形元件31所述炉底5具有许多长形构成的电极36。它们略微倾斜于炉底内侧30。在俯视图中电极36均匀地分布并且相互同心地设置。所述电极36与电刷37处于电接触。所述浇铸孔8设置在离心器3的旋转轴线上。
图5示出一个含有一个填充装置9和一个清洁装置13的结构(38)。该结构38例如借助于一个法兰连接39与炉子1连接。该结构38具有一个外壳40，在其中设置清洁装置13和填充装置9。可驶出的矛杆14可以通过一个螺杆驱动机构41和一个液压缸42的组合沿着旋转轴线R向前移动。借助于螺杆驱动机构41确定用于矛杆14的一部分行程。一个平行于旋转轴线R延伸的螺杆44可旋转地支承在其端部上并且最好通过一个电机驱动。该矛杆14另一行程的经过衔接到液压行程上。液压的驱动机构例如具有优点，可以施加一个更大的作用力用于使矛杆透穿以填充沙加载的浇铸通道25。该矛杆14例如可以沿着一个平行于旋转轴线R延伸的导向体45在一个导向溜板43上导引。所述清洁装置13还具有一个长形的、管状外皮46，它例如用于使一部分矛杆14、尤其是当矛杆位于炉子1的内腔16里面的时候免受热影响。所述填充装置9具有至少一个储存容器22以及管状的管道47用于输送填充沙，其中这些管道例如至少部分地沿着矛杆14延伸。
图6至9简示出一种用于使按照本发明的炉子1运行的方法过程。在以可燃烧且可熔化的原料填充炉子1之前在第一步骤中借助于封闭部件7使浇铸孔8的浇铸通道25在底面上封闭。然后可以将填充沙充满到已经准备好的浇铸通道25里面。所述填充沙填充物10可以根据规定的运行方式顶压或压实(图6)。然后将玻璃和可燃烧且可熔化的垃圾如混凝土、离子交换树脂以及各种形式的塑料和金属等加入到旋转的离心器里面。可熔化的物质被一直熔化到达到一个确定的炉子充满度。
图7示出在正常运行中的炉子1。这个炉子1以一个旋转速度ω1旋转。优选这样选择该旋转速度ω1，使得至少覆盖炉底和尤其是浇铸孔8。连续或间断地加入的垃圾被分解、燃烧和/或熔化。排出产生的燃烧气体和热解气体，保留的固体残渣进入熔液21。在熔液达到一个最大的或者另一给定的炉子充满度时，则必须使熔液从炉子1中排出。为此提高旋转速度ω2，使得由于离心力至少使浇铸孔8完全被熔液21浇铸。在打开和/或转开封闭部件7之后，可以借助于清洁装置13在以填充沙10加载的浇铸通道25中以一个通道的形式加入一个开孔。在此按照图8填充沙的芯体50被冲出，而残余熔化物作为衬里保留在浇铸通道25里面。如图9所示，所述熔化物21可以通过所产生的开孔流出。为此又降低旋转速度ω3。在浇铸通道25中保留的残余熔化物用来作为衬里48。这个衬里保护浇铸通道25。在完成熔液21浇铸以后可以再通过填充沙使浇铸通道25充满并且可以开始一个新的循环(批-工艺)。但是也可以设想，在浇铸熔液后规定一个附加的清洁步骤，用于去除还保留在所产生的开孔里面的残余材料。为此使用同一个或另一个清洁装置。由此可以避免故障如堵塞。
权利要求
1.用于燃烧和熔化尤其是放射性垃圾的高温炉，其具有至少一个设置在其中的等离子燃烧器(2)、一个可以围绕旋转轴线(R)旋转的离心器(3)和一个在炉底(5)中设置在旋转轴线(R)上的浇铸孔(8)，其中该离心器(3)具有一个熔池(4)，它具有炉底(5)和炉侧壁(6)，其特征在于，设有一个用于以填充沙(10)充填至少一部分浇铸孔(8)的填充装置(9)。
2.如权利要求1所述的高温炉，其特征在于，所述浇铸孔(8)具有一个用于滞留填充沙(10)的封闭部件(7)。
3.如权利要求1或2所述的高温炉，其特征在于，所述填充装置具有一个填入型材(11)，尤其是一个管。
4.如权利要求1至3中任一项所述的高温炉，其特征在于，所述填充装置(9)设置在炉子(1)的顶面(12)上。
5.如权利要求1至4中任一项所述的高温炉，其特征在于，至少使所述填充装置(9)的单个型材(11)设置在旋转轴线(R)上。
6.如权利要求1至5中任一项所述的高温炉，其特征在于，所述炉子(1)具有一个清洁装置(13)，借助于它至少可以将一部分填充沙从浇铸孔(8)中去除。
7.如权利要求1至6中任一项所述的高温炉，其特征在于，所述清洁装置(13)具有一个沿着旋转轴线(R)运动的矛杆(14)，其尖端(15)可以插进浇铸孔(8)里面。
8.如权利要求1至7中任一项所述的高温炉，其特征在于，保留在浇铸通道(25)里面的残余熔液作为衬体(48)。
9.用于在一个高温炉(1)、尤其是一个如权利要求1至8中任一项所述的高温炉中分解、燃烧和熔化垃圾的方法，该高温炉具有至少一个设置在其中的等离子燃烧器(2)、一个可以围绕旋转轴线(R)旋转的离心器(3)和一个在炉底中设置在旋转轴线(R)上的浇铸孔(8)，其中该离心器(3)具有一个炉底(5)和炉侧壁(6)，本方法具有以下步骤(1)将玻璃且可燃烧和/或可熔化的垃圾原料加入到炉子里面并且(2)分解、燃烧和熔化垃圾，其中该回转炉以一个给定的旋转速度旋转，其特征在于，在将可燃烧且可熔化的垃圾加入到炉子(1)里面之前使浇铸孔(8)通过填充沙封闭。
10.如权利要求9所述的用于在高温炉中分解、燃烧和熔化垃圾的方法，其特征在于，首先借助于一个封闭部件(7)封闭浇铸孔(8)然后充满填充沙。
11.如权利要求9或10所述的用于在高温炉中分解、燃烧和熔化垃圾的方法，其特征在于，使所述填充沙压实。
12.如权利要求9至11中任一项或多项所述的用于在高温炉中分解、燃烧和熔化垃圾的方法，其特征在于，为了排空反应器、尤其是为了浇铸熔化的材料使浇铸孔露出。
13.如权利要求9至12中任一项或多项所述的用于在高温炉中分解、燃烧和熔化垃圾的方法，其特征在于，为了排空反应器由此使浇铸孔露出，使得浇铸孔(8)的封闭部件(7)打开并且至少借助于一个清洁装置(13)局部地去除浇铸通道(25)中的填充沙。
14.如权利要求9至12中任一项或多项所述的用于在高温炉中分解、燃烧和熔化垃圾的方法，其特征在于，只去除在浇铸通道(25)中的填充沙料的芯体(50)。
全文摘要
用于分解、燃烧和熔化尤其是有毒或放射性垃圾的高温炉(1)，其具有至少一个等离子燃烧器(2)和一个离心器(3)，该高温炉具有一个用于以填充沙充填位于离心器(3)炉底(5)的浇铸孔(8)的填充装置(9)。该炉子(1)还具有一个清洁装置(13)，借助于该清洁装置可以从浇铸孔(8)中去除填充沙。
文档编号F23J1/02GK1882805SQ200480034046
公开日2006年12月20日 申请日期2004年7月3日 优先权日2003年11月18日
发明者R·伊内亨 申请人:兹维拉格中间机架维伦林根股份公司