CN102859280B - 倾转炉 - Google Patents

Abstract

一种用于熔化和/或气化材料的炉1，其包括用于暂时封装所述材料的壳体2、穿过所述壳体2的供应开口3、加热装置10、穿过所述壳体2的卸料口7、穿过所述壳体2的气体出口5，其中所述壳体2被安装成围绕水平的轴线3可倾转，所述供应开口4延伸成与所述水平的轴线3同轴，所述卸料口7安装在所述壳体2的壁上，以便熔化的材料能通过使炉1相对于所述轴线3倾转而从壳体2移除。

Description

倾转炉

技术领域

本发明涉及一种熔化和/或气化材料（尤其是有毒和/或放射性材料）的炉，其包括用于暂时封装所述材料的碗状的壳体，并具有能与材料源连接的供应开口（所述供应开口穿过所述壳体，以用于将所述材料引入到所述壳体中）、旨在熔化和/或气化所引入的材料的等离子枪、穿过所述壳体以用于将熔化的材料从所述壳体移除的卸料口、穿过所述壳体用于将气化材料从所述壳体移除的气体出口。

背景技术

根据WO2005/052447已知这种炉。WO2005/052447描述了一种用于通过等离子枪燃烧和熔化废物（尤其是有毒和放射性废物）的高温炉。该炉的壳体成形为离心机。该离心机包括底板和壁以及设置在底板上的卸料口。所述离心机围绕竖直轴线转动，且所述卸料口与该轴线同轴地延伸。在操作中，离心力使转动壳体中的材料远离所述卸料口朝向所述壁运动。通过减小转动速度，将材料排出。通过增加转动速度从而材料在离心力作用下远离所述卸料口来停止这种排出。该炉能紧密地密封并且能在连续循环之间循环工作，将壳体打开并且将用于熔化和/或气化的新的材料引入。因为壳体是碗状的，所以要在炉中熔化和/或气化的材料收集在碗的最低点处，由此加热装置能指向所述材料已经集中的所述碗的中心区，以便在那里以非常高的温度在局部熔化和/或气化所述材料。

这种已知炉的一个缺点是不能够精确控制排出。此外，在所述壳体内部，所述炉包括很大数量的运动部件，它们经常需要维修并且被炉内的材料污染。另外的缺点是所述卸料口在壳体的底部，从而难于接近所述卸料口，尤其是在堵塞的时候。去除卸料口的堵塞对执行去除堵塞的人员存在大的毒害风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种在壳体中具有较少运动部件的炉，其能连续的工作并且相比于现有技术中的炉能更好地控制从所述炉的排出。

为此，根据本发明的炉的特征在于所述壳体围绕大体水平的轴线倾转安装，所述供应开口和所述气体开口基本与所述水平的轴线同轴地延伸穿过所述壳体，所述卸料口布置在壳体的壁上以便通过相对于所述轴线倾转所述炉能将至少部分所述熔化材料经由所述卸料口从所述壳体移除。通过倾转壳体能比现有技术更精确地控制经由所述卸料口的排出。但是，传统壳体的倾转具有缺点，因为供应开口在所述壳体中的传统放置（方式）在倾转时经历组合的转动和平移运动，尤其是沿着圆形段的运动。结果对材料源进行的连接是复杂的，即该材料源——为了连续使用——每当炉倾转时必须执行相同的转动和平移运动。因为根据本发明的炉上的供应开口与水平的轴线同轴，所以在倾转时该开口仅执行转动运动，没有平移运动。没有平移运动的转动运动容易机械地吸收。因此根据本发明炉以技术上简单的方式实现了材料源与供应开口的连接。结果根据本发明的炉实现了连续的材料源被连接到壳体，即使是在炉处于倾转位置上时，因此炉能连续地起作用。对于炉的功能来说，优选的情况是在倾转位置上没有额外的材料添加到壳体。

优选地所述气体出口基本与所述水平的轴线同轴地延伸穿过所述壳体。如上面考虑到供应开口的描述那样，与水平的轴线同轴地延伸穿过所述壳体的气体出口在所述炉倾转时仅经历转动运动，没有平移运动。结果在技术上简单地将气体排出系统与气体出口连接。

优选地所述水平的轴线与所述壳体的壁在两个点处相交，其中所述供应开口在这两个点的第一个点的位置处延伸，其中所述气体出口在两个所述点的第二个点的位置处延伸。这样，供应开口和气体出口彼此分开。结果，这两个开口能彼此独立地连接和使用。此外，材料源能构造并连接在炉的一侧上，且气体排出系统能构造并连接在炉的另一侧上。尤其在熔化和/或气化有毒和/或放射性材料时，所述材料源和气体排出系统具有复杂的结构。在这种情况下，能够将它们每个构造在炉的单独的侧面上是有利的。

优选地所述壳体能紧密地密封。能紧密地密封的炉能够使要被气化和/或熔化的有毒和/或放射性材料不污染环境。与现有技术的炉相比，在根据本发明的炉中，在技术上能紧密地密封连续连接的材料源和连续连接的气体排出系统。即在使炉倾转时，这些开口相对于材料源和气体排出系统执行转动运动。与相对于彼此既执行平移又执行转动的元件相比，紧密地密封相对于彼此转动的两个元件是简单的。所述卸料口优选地旨在紧密地连接到模具，从而排出的材料不能污染环境。这能通过设置从所述模具延伸并且能在卸料口的位置处紧密连接到所述壳体的保护锁（screeninglock）实现。通过提供（装入该卸料口中并且具有添加耐火材料的活动封闭门的）止挡件能将所述卸料口紧密地密封在非排出位置上。

优选地所述加热装置包括等离子枪。等离子枪能达到非常高的温度。一般5000℃左右的温度是没问题的，在某些情况下能达到15000℃的温度。在这样高的温度下有机材料被气化，无机材料被转化成化学上不活泼的玻璃化熔渣。这种玻璃化熔渣，相对于所引入的材料，根据无机材料在引入的材料中的百分比，体积减小了3到100体积因子。

优选地所述水平的轴线在朝向所述卸料口的方向上偏心地延伸。结果所述卸料口与所述轴线之间的距离比如果所述轴线通过所述炉的中心的情况更小。该距离是在将壳体倾转过预定角度时由卸料口执行的平移运动的尺寸中的直接比例因子。通过将所述轴线偏心放置来减小该距离，在所述壳体倾转时卸料口执行更小的平移运动。尤其在卸料口与约束装置紧密连接时，如果平移运动较小是有利的。即这种运动必须由与卸料口连接的接纳装置的一部分执行。必须紧密地密封的所述开口的运动越大，密封就越困难。因此，如果所述轴线在卸料口的方向上偏心放置是有利的。

附图说明

现在将参照图中示出的实施方式更详细地描述本发明。

在这些图中：

图1是根据本发明的炉的原理图；

图2示出了处于未倾转位置上的根据本发明的炉的侧视图，以及

图3示出了处于倾转位置的根据本发明的炉的侧视图。

在这些图中相同或相似的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

诸如放射性或化学有害废物之类的有害材料在能将它们排出和/或永久存放之前必须将它们处理到稳定的状态。已知的是在非常高的温度下通过气化和/或熔化来处理这种材料。如果在存在氧气的情况下发生材料的气化，主要进行的是燃烧。但是，如果不存在氧气，也能将某些材料转化成气相。熔化的材料由于例如高达15000℃的非常高的温度，将呈现玻璃化熔渣或金属与熔渣的混合物的形式。有害的化学物质和/或放射性复合物被大体包含在该玻璃化熔渣中。结果玻璃化熔渣是用于将这种有害材料存放在垃圾场或存放区域中更有利的状态。

这些非常高的温度能在适用于此的炉1中达到。在处理有害材料时，尤其必须考虑防范措施来防止环境的污染。因此这种有害材料向炉1的供应必须通过专门适配的材料源9进行。该材料源9具有复杂的结构以防止环境的污染。此外，必须捕获从该炉1溢出的气体来进行特殊的处理。为此设置适合于此的气体排出系统8。能与根据本发明的炉1一起使用的材料源9和气体排出系统8在现有技术中是已知的。

图1-3示出了根据本发明的炉1，其中炉包括壳体2。壳体2旨在暂时封装要被熔化和/或气化的材料。为此壳体具有底部、自底部向上延伸的壁和优选地在顶部封闭这些壁的盖。为了能够承受等离子枪非常高的温度，壳体成形成为碗状。碗的形状是至少碗的底部成形为碗的一部分或者具有截头顶部的倒置锥体的形状，该碗的一部分的开口指向上。碗状的壳体使材料在壳体的底部中集中和/或流到一起。然后能引导等离子枪使其发出非常局部的热量，大致在集中在碗底部中的材料上方的中心。由于碗的形状，等离子枪能定位成离壳体的内衬足够的远来发出热量但足够靠近材料。在具有平的或部分平的底部（在一个方向上是平的）的壳体中，熔化和/或气化后的材料将总是散布在该平的底部上方，从而不可能有效地集中热量。这种平的壳体的另一个效果是施加热量的位置与内衬之间的距离较小（因为材料散布在炉中），从而在非常高的温度下发生对内衬的破坏。壳体，至少在内部装有耐火衬料，其能抵抗高达至少1000℃的温度，优选地高达至少1500℃，更优选地2000℃左右。熔渣和壳体构成了耐火衬料的保护防止了与加热装置无保护的接触。因此优选地在使壳体倾转之后，特定量的熔化材料留在壳体中，其起到了热飞轮的作用，从而产生保护，导致了衬料具有更长的寿命。能通过倾转进行排出。耐火衬料例如能是由石墨或金刚砂制成或者是具有高氧化铝或金刚砂含量的耐火材料。壳体2设置有许多开口等，以用于引入要被熔化和/或气化的材料，从而移除熔化的材料和移除气化的材料，这些开口将在下面更详细地说明。

壳体2安装成围绕大体水平的轴线3倾转。水平的轴线3相对于壳体2优选地定位成该轴线连续延伸穿过壳体外部的区域、然后穿过壳体2的壁上的第一区域、然后穿过壳体内部的腔体、然后穿过壳体2的壁上的第二区域以及然后穿过壳体2外部的区域。从壳体2的高度方向看水平的轴线2优选地位于壳体的中心部的高度上。

壳体2包括在其壁上的卸料口7。因为该卸料口在壁上，所以如果该开口堵塞则容易接触到。该卸料口7定位成通过围绕水平的轴线3的倾转使壳体2中的材料能经由该卸料口7从壳体2移除。为此卸料口优选地以与壳体2的壁上的第一和第二区域相等的距离定位在壳体2上。这意味着卸料口7优选地位于垂直于水平的轴线并且将壳体2分割成两个基本相等的部分的平面上。此外，在高度方向上看，卸料口7优选地定位成在壳体的内底部与水平的轴线3之间的大体中间。由于从高度方向上看从卸料口到壳体2的内底部为距离H，当壳体处于图2中示出的倾转位置上时，壳体能包含含有流体材料的一定体积的材料。材料的这种体积的大小取决于壳体的内径和从内底部到卸料口的距离H。在所有情况下液面能在壳体2中上升直到基本达到卸料口7的高度处。

在如图3中示出的倾转位置上，卸料口7低于处于非倾转位置的情况。同样在该倾转位置上，壳体2的内底部至少部分地高于在非倾转位置上的情况。在壳体中能存在的、达到卸料口以下的液面高度的流体材料的体积显著小于当壳体处于非倾转位置上的情况。基于壳体能包含在非倾转与倾转位置之间的体积上的这种差别，流体材料能通过卸料口排出。重力在这里起到帮助作用，因为其将液面保持大体水平。

在图2和3中图示出了体积上的差别以及排放，由此标示为A的圆弧示出了壳体能容纳的流体的体积。用于排出流体的倾转原理基本是已知的，因此将不再更详细地说明。通过倾转排出的一个优点是对排出量进行高度控制。

壳体2能通过在壳体2上安装手柄部6来倾转。该手柄部6优选地定位在壳体2的与卸料口7大体相对的壁上。通过向上移动手柄部6，例如利用液压缸，使壳体2倾转。

优选地，水平的轴线3在卸料口7的方向上偏心放置，如图2和3中所示的。结果卸料口7与水平的轴线3之间的距离小于卸料口7与壳体的中心之间的距离。因为该距离是确定壳体2倾转过特定角度后卸料口7平移运动的尺寸的因素，并且平移尺寸优选是小的，所以减小该距离是有利的。因此在壳体2倾转时卸料口7经历更小的平移运动。如下面所描述的，这对于封闭卸料口7具有积极效果。相对于水平的轴线3定位在中心的情况，壳体的与卸料口7相对的侧面在倾转时经历更大的平移运动。但是，这没有显著的缺点。

根据本发明的炉1还包括在附图中大体上示出的加热装置10。加热装置10优选2延伸穿过壳体。更优选地，加热装置10穿过壳体2的盖伸出。根据本发明的加热装置10达到高于1000℃的温度，优选地高于2000℃，更优选地高于5000℃，最优选地高于10000℃。根据本发明的加热装置10例如能是煤气炉、石油燃烧器或具有例如1000kW功率的电弧设备。优选地，根据本发明的加热装置是由至少一个等离子枪10构成的。由于利用等离子枪能达到极高的温度，等离子枪非常适合于气化和/或熔化有毒和/或放射性材料。加热装置10优选地旨在在炉倾转时至少部分地倾转。

供应开口4从壳体2的外部穿过壳体2延伸到内部。供应开口4旨在用于能够通过该开口将材料引入壳体2中。供应开口4延伸成与水平的轴线3同轴。这意味着供应开口4的轴线与壳体2的倾转轴线3大体同轴。结果在壳体2倾转之后，供应开口4不经历平移运动，即其轴线与倾转轴线3同轴。结果，供应开口4能永久连接到材料源9而在壳体2倾转时该材料源9不必要吸收复杂的运动。这能使根据本发明的炉1连续地工作。

通过在其供应开口和气体出口的位置上可转动地附连壳体优选地将壳体2安装成在框架11上倾转。在供应开口4和框架11的位置上，该组件构造成能存在有围绕水平的轴线3的多个同心圆，其中每个圆表示组件的一部分。为了清楚起见，具有最小直径的同心圆用最小的号码表示。第一个圆由连接到供应开口4的材料源9构成。第二个圆由壳体2或者其凸出部构成。在第一个圆与第二个圆之间是轴承（未示出），以便至少部分地穿过壳体2的供应开口延伸的材料源9能在该开口中转动。第三个圆由框架11构成。在第三个圆与第二个圆之间是另一个轴承（未示出），由此壳体2能相对于框架11转动。根据该结构，组件从外部到内部依次包括框架11、第一轴承（未示出）、壳体2、第二轴承（未示出）、材料源9。由于这种结构，当框架11和材料源9固定时能使壳体2围绕倾转轴线3转动。换言之当第二个圆和第三个圆固定时第二个圆能转动。考虑到由于上面给出的原因而导致的材料源9的复杂性，在壳体2倾转时将连接到壳体2的材料源9保持固定是有利的。

气体出口开口5也优选地从壳体2的内部穿过壳体2延伸到外部。气体出口开口5优选地象供应开口4一样与中心轴线3同轴地延伸。气体排放系统8优选地连接到气体出口开口5。这里气体出口开口5的位置上的结构类似于上面详细描述的供应开口4的位置上的结构。结果，与供应开口4类似，气体排放系统8能连接到气体出口开口5，由此气体排放系统8能在壳体2倾转时保持不动。当壳体2倾转时气体出口开口5相对于气体排放系统8仅经历转动运动。

优选地供应开口4在壳体2的壁上的所述第一区域中延伸，而气体出口开口在壳体2的壁上的所述第二区域中延伸。结果供应开口4和气体出口开口5在壳体2上位于不同的位置，由此材料源9和气体排放系统8能彼此独立地连接和使用。

替代性地，供应开口4和气体出口开口5都能由同一开口构成，由此这个开口既用于材料源又用于气体排放系统。

作为又一种替代方式，气体出口开口5能设置成高于供应开口4穿过壳体。但是气体排放系统8必须装有一机构，以便在倾转时承受由气体出口开口5执行的运动。

优选地，壳体2能紧密地密封，以便壳体2中的材料不能污染环境。为此壳体底部与壁之间的连接设计为是密封的。此外，如果存在盖，盖与壁之间的连接设计为是密封的。如果没有盖，加热装置10在壳体2的顶部被紧密地密封。壳体上所有其他的开口也紧密地密封或者与诸如气体排放系统8和/或材料源9之类的另外的装置密封连接。

供应开口4和气体出口开口5能分别与材料源9和气体排放系统8以密封的方式永久连接。为此，（首先实现供应开口相对于材料源的转动其次实现气体出口开口相对于气体排放系统的转动的）轴承是密封轴承。这些密封轴承不仅具有便于转动的功能还具有防止材料通过轴承从壳体2向外部泄漏的功能。具有密封功能的这种轴承对于技术人员是已知的。

卸料口7能以两种方式紧密地密封，这两种方式能结合起来。第一种紧密地密封卸料口7的方法是将止挡件放置在该开口7中或该开口7上，或者放置在开口7抵靠壳体2的位置处。如果壳体2处于非倾转的位置，通过止挡件封闭卸料口7是优选的，因为止挡件能吸收壳体2外部与内部之间的压差。但是，如果壳体2处于倾转的位置（其目的在于通过卸料口7排出流体材料）的情况下，止挡件将阻止这种排放。

第二种紧密地密封卸料口7的方法是将该卸料口与模具12密封连接，在流体材料排出之后能被吸收在模具中。为了达到该目的，例如保护锁（未示出）能从模具12延伸到所述卸料口7。该保护锁能与模具12形成一个整体，以便在保护锁与模具12之间不发生泄漏。此外，保护锁能设计成围绕卸料口7密封连接到壳体2的外部，以便将卸料口7密封地连接到模具12。为此，壳体2在外部上能具有围绕卸料口7延伸的平坦部。保护锁能简单地密封附连到该平坦部。该第二种方法允许材料被排放到模具中，因此，即，在壳体2的倾转位置上是优选的。

优选地止挡件和保护锁均同时用于将卸料口相对于环境封闭。在倾转时，必须移除止挡件。这能通过在保护锁中设置止挡件操纵机构来实现。

在根据本发明的炉1的情况下，获得了封闭的组件，该组件能防止有毒和/或放射性气体、灰尘、飞尘和熔渣分散到环境中。产生的这些气体、飞尘和熔渣能以受控的方式移除。部分地通过在壳体2中没有很多内部运动部件，所以在有毒和/或放射性环境中的维护是非常有限的。

Claims (10)

1.一种用于熔化和/或气化有毒和/或放射性材料的炉(1)，所述炉包括：

碗状的壳体(2)，所述壳体用于暂时封装所述材料，所述壳体能够围绕大体水平的轴线(3)倾转；

穿过所述壳体(2)的供应开口(4)，所述供应开口能与用于将所述材料引入到所述壳体(2)中的材料源(9)相连接；

等离子枪(10)，所述等离子枪设置用于熔化和/或气化所引入的材料；

穿过所述壳体(2)的气体出口(5)，所述气体出口用于将气化的材料从所述壳体(2)移除，

穿过所述壳体(2)的卸料口(7)，所述卸料口用于将熔化的材料从所述壳体(2)移除，所述卸料口(7)布置在所述壳体(2)的壁上，以便熔化的所述材料的至少一部分能够通过围绕所述轴线(3)使炉(1)倾转而经由所述卸料口(7)从所述壳体(2)移除，其中所述卸料口(7)构造成能够与模具(12)密封连接，以接纳熔化的所述材料的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的炉(1)，其中所述卸料口能安装成与所述供应开口(4)间隔一定距离并与所述气体出口(5)间隔一定距离。

3.根据权利要求1或2所述的炉(1)，其中所述水平的轴线(3)在两个点处与所述壳体相交，由此所述供应开口(4)在所述两个点的第一个点的位置处延伸，所述气体出口(5)在所述两个点的第二个点的位置处延伸。

4.根据权利要求1或2所述的炉(1)，其中所述壳体(2)能被紧密地密封。

5.根据权利要求1或2所述的炉(1)，其中所述供应开口(4)能与所述材料源(9)密封连接。

6.根据权利要求1或2所述的炉(1)，其中所述气体出口(5)能与气体排放系统(8)密封连接。

7.根据权利要求1或2所述的炉(1)，其中所述水平的轴线(3)在所述卸料口(7)的方向上偏心地延伸。

8.根据权利要求1或2所述的炉(1)，其中所述炉(1)适于熔化和/或气化有毒和/或放射性材料。

9.根据权利要求1或2所述的炉(1)，其中所述供应开口(4)与所述水平的轴线(3)基本同轴地延伸穿过所述壳体(2)。

10.根据权利要求1或2所述的炉(1)，其中所述气体出口(5)与所述水平的轴线(3)基本同轴地延伸穿过所述壳体(2)。