[發明專利]用于廢物熔化和氣化的DC電弧爐

在審

• 申請號: 201880073455.2
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN111886323A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 皮埃爾·卡拉賓;威廉·克雷克勒韋茨;阿里·沙威迪;胡戈·福廷-布蘭切特
• 申請（專利權）人: 加拿大派羅杰尼斯有限公司
• 主分類號: C10J3/72
• 分類號: C10J3/72;C10J3/48;H05B7/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉雯鑫;楊林森

一種用于廢物的氣化和玻璃化的設備包括設置有兩個可移動石墨電極的等離子電弧爐。該爐包括空氣冷卻的底部電極，該空氣冷卻的底部電極適于轉移電流通過渣熔體。該爐是完全密封的并且還設置有氣密電極密封件，所述氣密電極密封件適于控制爐內部的還原條件。還提供了一種電路，該電路適于從加熱的轉移模式切換至加熱的非轉移模式，從而使得在渣凍結的情況下能夠重新啟動爐。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2017年10月13日提交的現在懸而未決的美國臨時申請第62/572,412號的優先權，該美國臨時申請通過引用并入本文。

技術領域

本主題涉及用于廢物玻璃化和氣化的直流(DC)電弧爐，并且更具體地涉及用于點燃并重新啟動在金屬氧化物的非導電混合物例如在廢物中找到的那些金屬氧化物的非導電混合物上的DC電弧并用于提供完全熔化的方法和設備。

背景技術

已經提出了用于將廢物轉化為能源材料和建筑材料的等離子電弧爐。更具體地，等離子爐已經用于使廢物中的無機材料熔化并使有機化合物氣化。等離子爐與常規的焚燒技術相比具有若干優勢，例如處理材料的能力與材料固有熱值無關、將廢物的無機成分玻璃化為惰性渣的能力以及將廢物的有機成分轉化為主要由氫氣和一氧化碳組成的被稱作合成氣的可燃氣體從而使得從廢物中能夠產生清潔能源的能力。已經提出了與使用等離子爐用于將廢物轉化為熔渣和能量有關的若干設備和方法。

例如，題為“Municipal Solid Waste Disposal Process”并且以Carter等人的名義于1994年1月25日發布的美國專利第5,280,757號公開了使用非轉移等離子炬將城市固體廢物、煤、木材和泥煤氣化為中等質量氣體以及具有大幅降低的毒性元素的可浸出性的惰性整體渣的設備。

類似地，題為“Process and Apparatus for Treatment of Excavated LandfillMaterial in a Plasma Fired Cupola”并且以Dighe等人的名義于1991年3月12日發布的美國專利第4,998,486號公開了如下設備，該設備也使用非轉移等離子炬在沖天爐中處理有害廢物，從而使有害材料例如PCB在后燃器中揮發并消耗，而包含重金屬的有害材料在沖天爐內熔化并轉化為不可浸出的固體產物。

然而，使用非轉移等離子炬來使廢物和其他材料氣化和玻璃化具有若干缺點。由于等離子氣體的極端溫度，因此需要對非轉移等離子炬進行水冷卻。在炬中使用水冷卻降低了炬的熱轉換效率。在許多情況下，冷卻水的能量損失可能達到輸入至炬的電能的15％至35％之間。另外，由于炬通常需要穿過厚的耐火襯里壁伸出，因此從炬的水冷卻體至這種耐火壁會發生額外的熱損失。最終，在炬以非轉移模式操作的情況下，大部分等離子氣體逸出至爐廢氣中，而不是在爐中處理固體材料。因此，熱的凈效率通常小于50％。

水冷卻式非轉移炬的另一缺點是水泄漏的風險。在一些情況下，當從故障炬逸出的高壓水擊中爐內部的過熱的熔渣時，炬水泄漏可能導致蒸汽爆炸(Beaudet等，2000)。

因此，已經提出了使用非水冷卻式石墨電弧爐用于使廢物氣化和玻璃化的目的。與使用等離子炬的等離子爐相比，石墨電弧爐具有若干優勢。與使用可能產生泄漏的炬的爐相比，由于不進行水冷卻，石墨電極本質上是安全的。由于不進行水冷卻，石墨電極也比水冷卻式炬的效率高得多，在將能量從電弧轉移至待處理的大量廢物材料的過程中，石墨電極達到了接近100％的效率。石墨電弧爐可以是交流(AC)類型或直流(DC)類型。