專利名稱：將有害廢物變?yōu)闊o害團(tuán)塊的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用熱處理氧化使有害廢物變成無害團(tuán)塊的方法和設(shè)備。
許多工業(yè)工藝過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物和廢料，由于沒有某種密封或處理而不能合法處理。過去人們用密封容器來處理這種廢料的努力業(yè)已證明是不夠的，這是因?yàn)闆]有對(duì)密封容器的制造或它們的質(zhì)量退化問題給予足夠的注意而導(dǎo)致有害廢物的泄漏或溢出。還有一種處理有害廢物的手段是將這種廢料注入井內(nèi)，然而，這種廢料不可能長期留在它們?cè)瓉淼牡貙觾?nèi)不動(dòng)，它們很可能流入地下的含水層。
除了與這些處理技術(shù)相聯(lián)系的技術(shù)問題以外，對(duì)于使用這類方法的任何人仍然有可能存在著潛在的責(zé)任問題。這種廢料在處理點(diǎn)上存積若干年后，當(dāng)人們了解到在允許的廢料處理點(diǎn)中所放置的有害廢料后未能有效地防止廢物的散播時(shí)、仍能產(chǎn)生責(zé)任糾葛問題。這樣的問題使人們尋求一種手段來利用工業(yè)制造過程中的有害廢物，排除它們的有害特性而生產(chǎn)出適合向公眾銷售和供公眾應(yīng)用的產(chǎn)品。嘗試過的手段之一是將廢料通過氧化條件下的加熱器使其氧化。有一種加熱處理方法是應(yīng)用逆流轉(zhuǎn)窯使有害廢物中的可燃組份進(jìn)行燃燒將不能燃燒的加以集聚物料而形成有商品價(jià)值和有用的產(chǎn)品。
應(yīng)用這種處理方法的努力有的獲得了成功，產(chǎn)生出了一種可通過有關(guān)廢料處理的現(xiàn)行EPA條例的產(chǎn)品。然而，這類處理還存在著很多不足之處。
授予JohnM.Kent的美國專利4922841和4986197中所揭示的設(shè)備和方法消除了這些先前處理中存在的許多缺點(diǎn)。這些專利所揭示的設(shè)備和方法解決了通過熱處理方法來利用有害廢物的過程中最重要的缺點(diǎn)，即又產(chǎn)生了必須作為有害廢物加以處理的不可燃燒的材料。本發(fā)明是對(duì)上述專利中所揭示的方法和設(shè)備的改進(jìn)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種將制造過程中的有害廢物形成可回收的材料來加以利用的設(shè)備，這種設(shè)備產(chǎn)生的產(chǎn)物是無害的，該產(chǎn)物可向公眾銷售供公眾使用，不必?fù)?dān)心所處理的材料原來是什么樣的性質(zhì)。
本發(fā)明的另一目的是將有害固體材料變?yōu)闊o害的、中性的可出售的團(tuán)塊而不受任何限制。
本發(fā)明的再一目的是將有害固體材料變?yōu)闊o害、中性團(tuán)塊，同時(shí)能減少處理系統(tǒng)氣體中的潛在有害材料的數(shù)量。
本發(fā)明的又一目的是提供一種這樣的設(shè)備，它在運(yùn)行中不需頻繁中斷操作來進(jìn)行定期維護(hù)和修理。
本發(fā)明的上述和其它目的是通過本說明書將得到更充分的揭示，或者，通過應(yīng)用本發(fā)明而變得更為顯而易見。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述和其它目的，提供了一種將有害廢物變?yōu)闊o害團(tuán)塊的設(shè)備。該設(shè)備包含粒狀固態(tài)材料源，揮發(fā)性氣體和氣體燃燒副產(chǎn)物。該設(shè)備還包含至少由耐火材料襯砌、水冷卻和金屬壁容器構(gòu)成的氧化裝置。它還包含把粒狀固態(tài)材料、揮發(fā)性氣體和氣體燃燒副產(chǎn)物引入氧化裝置的輸入裝置。該設(shè)備還包含在氧化裝置中產(chǎn)生燃燒的燃燒裝置。燃燒熱產(chǎn)生的(液態(tài))熔渣和來自不可燃燒材料的不可燃細(xì)料;用于積聚爐渣的積聚裝置;還包含將不可燃細(xì)料輸入(液態(tài))熔渣以形成基本上熔化的混合物的細(xì)料輸入裝置。所述細(xì)料輸入裝置進(jìn)一步包含將部分不可燃的細(xì)料注入爐渣外表層下面的熔化爐渣的注入裝置。還設(shè)有將熔化的混合物移出設(shè)備并對(duì)熔化的混合物冷卻以形成無害、無浸出的團(tuán)塊的裝置。
本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例是一種將有害廢物變?yōu)闊o害、無浸出團(tuán)塊的方法，其中粒狀固態(tài)材料被氧化以形成不可燃細(xì)料。不可燃細(xì)料的一部分被熔化以形成一熔化材料層。不可燃細(xì)料的另一部分被加到熔化材料層下的熔化材料中以產(chǎn)生不可燃材料聚集物，且將該聚集物表面熔化。熔化材料被移出表面并冷卻。
最好，不可燃細(xì)料以一批批離散的形式輸入聚集物中，而且最好不可燃細(xì)料部分形成堆、并用熱照射該堆的表面。
構(gòu)成本說明書一部分的附圖描繪了本發(fā)明的實(shí)施例。


圖1是包含本發(fā)明的一實(shí)施例的系統(tǒng)的簡圖;
圖2為圖1實(shí)施例的氧化裝置一部分的局部剖示圖;
圖3為圖2中描述的水冷容器壁的剖視圖;
圖4表示對(duì)輸入圖1和圖2實(shí)施例的氧化裝置的粒料進(jìn)行積聚的積聚裝置的實(shí)施例的簡圖;
圖5為包含本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)的頂視略圖;
圖6為本發(fā)明把粒狀不可燃材料注入氧化裝置的一注入裝置的剖示簡圖;
圖7為本發(fā)明把粒狀材料注入氧化裝置的第二個(gè)注入裝置的剖示略圖;
圖8表示圖7實(shí)施例中的饋料壓頭在另一第二位置時(shí)的情況。
下面參照將有害廢料變?yōu)闊o害團(tuán)塊的設(shè)備和運(yùn)行該設(shè)備以完成其功能的方法來描述本發(fā)明。本發(fā)明是對(duì)美國專利4922841和4986197的方法和設(shè)備的改進(jìn)。這些專利援引在本說明書中作為參照。按照本發(fā)明，該設(shè)備包括一個(gè)高溫氣體、蒸汽、粒狀材料或它們的混合物的源。這里作為實(shí)施例的這種材料源是一個(gè)圖1所示的旋轉(zhuǎn)窯10。在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)窯10有一入口部12和出口部14。位于該入口部12和出口部14之間的是燃燒部16。圖1所示窯是一個(gè)處理石灰石或蠔殼以產(chǎn)生石灰的標(biāo)準(zhǔn)逆流轉(zhuǎn)窯。該轉(zhuǎn)窯用傳統(tǒng)的軸承支架支撐著(未圖示)且用傳統(tǒng)的窯驅(qū)動(dòng)裝置(未圖示)以1至75RPH范圍的轉(zhuǎn)速對(duì)其驅(qū)動(dòng)。
在該實(shí)施例中，固體從廢物源28輸入轉(zhuǎn)窯10的入口部12。廢物源28的廢物可以由來自分選機(jī)30的廢物加以補(bǔ)充。當(dāng)窯旋轉(zhuǎn)時(shí)，大于約50微米的材料通過燃燒區(qū)16向出口部14移動(dòng)，而較小粒度的材料則被逆較大粒度的固態(tài)材料而流的逆流氣體帶走。在所述實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)窯10包括窯的出口部的冷卻室18?？諝馊剂匣旌衔镌诔隹诓?4引入轉(zhuǎn)窯10，窯10中的氣體流向進(jìn)口部12，方向與由于窯的旋轉(zhuǎn)移向出口部14的較大粒度固體流的流動(dòng)方向相反。較小的粒子被夾帶在通過窯10的氣體之中。于是與較大的固體分開且從窯中傳出。窯中的燃燒和較小、較大粒子材料的分離提供了一個(gè)高溫氣體、蒸氣、粒子材料或其混合物的源。
按照本發(fā)明，該設(shè)備包括至少一個(gè)空心容器，該容器具有與高溫氣體、蒸氣、粒子材料或其混合物源構(gòu)通的內(nèi)部。在這里的實(shí)施例中，設(shè)備包括第一氧化器26。按照本發(fā)明，容器，即這里的第一氧化器26有這樣的壁結(jié)構(gòu)，該壁包含水冷金屬壁、耐火材料內(nèi)襯和通過所述耐火材料內(nèi)襯并與金屬壁相接的多個(gè)金屬件。如這里的實(shí)施例和圖3所示，第一氧化器26有一由外殼106、水套107和內(nèi)殼110構(gòu)成的壁46。有多個(gè)金屬銷釘114穿過的耐火材料內(nèi)襯112襯在內(nèi)殼110的內(nèi)表面115上。在一較佳實(shí)施例中，耐火材料基本上由礬土(90%礬土耐火材料，WestcoTexCastT-QFWestco耐火材料公司，DallasTexas)組成且有2至3英寸的厚度。銷釘子最好是鐵基金屬如低碳鋼，不銹鋼如304、310和330型或其它高溫金屬合金如鉻鎳鐵合金。銷釘最好有0.25到0.375英寸(6.3至10.2毫米)的直徑且相互隔開，具體間距取決于它們?cè)谘b置中的位置。
銷釘最好有與周圍耐火材料嚙合的表面;焊接于容器壁的直螺紋雙頭螺栓證明是比較有效的。使用電弧焊的傳統(tǒng)雙頭螺栓焊接裝置能很方便地將這種螺栓焊接于容器壁。在水套107中流過的冷卻水降低了耐火材料內(nèi)襯的工作溫度，金屬銷釘則減少了耐火材料內(nèi)表面和內(nèi)殼的外表面之間的溫度梯度。
耐火材料內(nèi)襯的作用之一是減少了通過容器壁的傳導(dǎo)熱損耗，但是這樣的熱損耗不是完全是壞事。設(shè)備所消耗的很多燃料是有害的，使用這種燃料時(shí)這種設(shè)備的所有者將因此而得到報(bào)償。這樣，如果裝置的熱效率不好，則必須耗用更多的這類燃料;那樣就會(huì)增加適用設(shè)備的收入。
如圖1所示，第一氧化器26鄰接于轉(zhuǎn)窯的入口部12。氧化器26與轉(zhuǎn)窯10的入口部12相聯(lián)通并接收來自轉(zhuǎn)窯材料的揮發(fā)性氣體和接收由轉(zhuǎn)窯中燃燒所產(chǎn)生的燃燒副產(chǎn)物。一廢料源把材料引入窯10的進(jìn)口部12，在窯中逆流氣體流完成較大粒子和較小粒子的分離。
按照本發(fā)明，設(shè)有把高溫氣體、蒸氣、粒子材料和其混合物輸入容器即這里的氧化器26的輸入裝置。在這里所示的實(shí)施例中，設(shè)備包括風(fēng)扇76，該風(fēng)扇76產(chǎn)生貫穿整個(gè)設(shè)備的抽力將高溫氣體、蒸氣、粒子材料和其混合物從轉(zhuǎn)窯抽出。來自轉(zhuǎn)窯的材料，來自氧化器的燃燒副產(chǎn)物和通過系統(tǒng)的所有氣體通過風(fēng)扇76，使設(shè)備運(yùn)行在大氣壓以下。
按照本發(fā)明，設(shè)備包括在容器中產(chǎn)生燃燒以便把高溫氣體、蒸氣、粒子材料和其混合物變成不可燃細(xì)料、熔渣和廢氣的燃燒裝置。
如這里的實(shí)施例所示，在氧化器26中產(chǎn)生燃燒的燃燒裝置包含氧化器燃料源36的氧氣源38。氧化器26接收來自轉(zhuǎn)窯10的可燃或不可燃燒的粒子材料。在本實(shí)施例中，第一氧化器26運(yùn)行在1800°F至3000°F范圍內(nèi)。在一個(gè)氧化環(huán)境中，第一氧化器26中的可燃材料被變成廢氣和不可燃的細(xì)料。該不可燃細(xì)料可能被熔化也可能不可以熔化，這取決于它們的組份。
如圖2所示，不可燃細(xì)料的一部分被熔化且以液體渣40的形成聚集在第一氧化器26的底部。設(shè)備還可以包括指向第一氧化器26的燃燒器，其目的是為了提高氧化器26內(nèi)不同部位的溫度。如圖2所示，第一氧化器26包括燃料氧吹管32和33。類似地，燃料氧吹管41和43指向渣40的表面;且火焰也可以稍為阻止一下渣從第二氧化器56流向第一氧化器26。燃料氧吹管32指向第一氧化器26中間部位的渣40。
如圖1和圖2所示，第一氧化器26是一個(gè)水冷、金屬壁、耐火材料內(nèi)襯的容器，它與轉(zhuǎn)窯10的入口部12相聯(lián)通。本實(shí)施例中的第一氧化器26有一方形橫截面并包括由垂直的管狀金屬冷卻劑管道46組成的垂直金屬壁。最好管道46的橫截面為矩形。在該實(shí)施例中，4×8吋0.5吋壁厚的矩形A500B鋼管用作該管道。
冷卻劑供應(yīng)系統(tǒng)(未圖示)向第一氧化器26的通道46提供冷卻劑。冷卻劑通過傳統(tǒng)的集水箱系統(tǒng)流入氧化器下部的管道46并向上流動(dòng)通過管道。冷卻劑的溫度和流速影響到第一氧化器26的壁溫;可用作工藝過程中的變量來控制裝置中的氧化作用。然而在致冷劑流上存在著制約，這是由于它影響氧化器壁的溫度。如冷卻劑流和其它工藝過程變量使壁溫太低，那未氧化器中的材料會(huì)沉積在氧化器的內(nèi)壁上。但是在較佳實(shí)施例中，有耐火材料內(nèi)襯防止金屬氧化器壁受到腐蝕。如果冷卻劑流和其它工藝過程變量使氧化劑壁內(nèi)工作在太高溫度上，則耐火材料內(nèi)襯防止金屬壁被氧化或過熱而導(dǎo)致壁強(qiáng)度下降。由于在耐火材料內(nèi)襯中有金屬銷釘，它們促進(jìn)通過耐火材料內(nèi)襯的熱傳導(dǎo)從而降低了熱梯度，延長了耐火材料內(nèi)襯的使用壽命。在氧化器26中，有銷釘通過共同的耐火材料內(nèi)襯復(fù)蓋著容器的整個(gè)內(nèi)表面。耐火材料內(nèi)襯最好是90%的礬土耐火材料，厚度為2至3英寸(5至7.5厘米)，帶有0.375英寸(10.2毫米)的螺紋不銹鋼銷釘，在火焰對(duì)準(zhǔn)耐火材料內(nèi)襯處中心間距約1英寸(2.5厘米)，而在沒有火焰直接對(duì)準(zhǔn)耐火材料內(nèi)襯處中心間距約2.5至3英寸(5.8至7.5厘米)。這樣，每平方米大約要用390至1550個(gè)銷釘。
在以水作為冷卻劑時(shí)，冷卻劑溫度應(yīng)保持在100°F至175°F范圍內(nèi)。最好，通過第一氧化器26的冷卻劑流使內(nèi)壁表面保持在低于約600°F的溫度上最好約300°F。
第一氧化器26可進(jìn)一步包括設(shè)在底部的耐火磚53，這是由于在氧化器那部分上的工作溫度較高，高溫是由于液態(tài)渣40流過氧化器26的內(nèi)部52時(shí)熾熱氣體所帶來的熱量造成的。和/或渣被允許累積和固化以形成支持液態(tài)熔渣的固體外殼53′.，就像渣殼熔法中的固態(tài)“渣殼”那樣。
在圖2所示的實(shí)施例中，熱氣轉(zhuǎn)過90度朝向連接第一氧化器26和第二氧化器56的管道54。第二氧化器56在某些方面類同于第一氧化器26。然而在所示實(shí)施例中，第二氧化器56為圓筒形，其內(nèi)部58也是圓筒形的。
熱氣和顆粒狀的不可燃細(xì)料從第一氧化器26通過管道54傳遞到第二氧化器56。管道54和第二氧化器56的結(jié)構(gòu)與所述的第一氧化器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相類似，它們都是水冷卻、金屬壁耐火材料內(nèi)襯的容器。
與第一氧化器26相似，如先前關(guān)于氧化器26中所述那樣，第二氧化器56也包括設(shè)在其底部的耐火材料;或者渣允許固化以形成固態(tài)層53′。該層的功能上面已經(jīng)討論過。同樣，第二氧化器56的壁由來自源(未圖示)的冷卻劑流入氧化器56的下部進(jìn)行冷卻。氧化器56接收在冷卻跨接結(jié)構(gòu)72的已預(yù)熱過的冷卻劑。冷卻劑在管道46中向上流動(dòng)且第二氧化器的壁最好保持在300°F至600°F范圍內(nèi)。
在所述實(shí)施例中，并不是所有的廢料的燃燒都發(fā)生在第一氧化器26中。相當(dāng)一部分的燃燒也發(fā)生在第二氧化器56中。在圖1實(shí)施例的運(yùn)行中，不可燃廢物細(xì)料從第一氧化器26的內(nèi)部52通過管道54進(jìn)入第二氧化器56的內(nèi)部58。在較佳實(shí)施例中，管道54基本上呈矩形;它由水冷的上壁和耐火材料或有爐渣襯著的下部分組成。在本實(shí)施例中該上壁用從第一氧化器26輸出的冷卻劑進(jìn)行冷卻。管道54的上壁最好在300°F至600°F之間，理由在討論第一和第二氧化器時(shí)已敘述過。
在較佳實(shí)施例中，液體通過液體入口60注入第二氧化器56，本實(shí)施例中供給液體入口60的液體源包含一個(gè)圍繞整個(gè)裝置的儲(chǔ)槽系統(tǒng)(未圖示)。任何液體，如雨水或受污染的雨水被收集在該儲(chǔ)槽系統(tǒng)中且通過液體入口60注入到第二氧化器56中。另外，來自燃料的廢物也可通過液體入口60注入。
還設(shè)有冷卻不可燃細(xì)料和廢氣的冷卻裝置。如圖1所示，那里設(shè)有一個(gè)第三氧化器62。第三氧化器可以由通過構(gòu)成容器壁的多個(gè)管道的冷卻水進(jìn)行冷卻。
第三氧化器62包括將水引入容器內(nèi)部的水入口64。一水源66與該水入口相連。在本實(shí)施例中，饋入水源66的水是不包含廢料的。水源66的水的作用是使廢氣和不可燃細(xì)料的溫度降至約350°F至400°F之間。使氣體和細(xì)料能用后面將要描述的傳統(tǒng)分離裝置將它們分開。另一種方法是，冷卻裝置也可以設(shè)在氧化器62下游的另一容器中(在圖中是65)。在這一實(shí)施例中，材料進(jìn)入氧化器62時(shí)溫度為約1600°F，離開時(shí)溫度約為1400°F。在此實(shí)施例中，進(jìn)入過濾裝置的溫度，即進(jìn)入歧管71和過濾器74的溫度約400°F或400°F以下。
在較佳實(shí)施例中，還包括使來自窯的氣體燃燒副產(chǎn)物和廢氣通過氧化裝置的裝置。在這里的實(shí)施例中，包括一個(gè)與第二氧化器56和第三氧化器62聯(lián)通的跨接(過橋)部分72。在第二和第三氧化器是垂直圓筒形容器的較佳實(shí)施例中，跨接部分72是連接第二和第三氧化器頂部開口的U形容器。在這種結(jié)構(gòu)中，通過噴咀(圖未示)的空氣流一般平行于來自噴咀的噴流;粒子被有效地冷卻而使凝結(jié)達(dá)到最少的程度。
在美國專利4986197圖4中所示的跨接部分72是由管子和分隔器構(gòu)成的一個(gè)金屬壁、水冷容器。然而，在本實(shí)施例中，跨接部分72還包括如這里圖3中所示的耐火材料內(nèi)襯?？缃硬糠?2接收通過氧化器26和通道54時(shí)被預(yù)熱過的冷卻水，如前所述，它流向第二氧化器56。
較佳實(shí)施例的運(yùn)行表明對(duì)第三氧化器62進(jìn)行水冷是不必要的。所述實(shí)施例包括一個(gè)可以供選用的第四氧化器65。這增加了材料在氧化裝置中的駐留時(shí)間且有助于排除廢氣中的酸。
在該實(shí)施例中，氧化器62和65由連接器73在它們的最低部連接起來。最好，本設(shè)備包括從各氧化器底部排出固體粒子材料的排出裝置。如圖1實(shí)施例所示，其中設(shè)有鏈板輸送機(jī)75用來抽出固體粒子材料，它們本來是會(huì)積累在氧化器62和65的底部和這兩氧化器之間的連接器73之中的。所收集的固體粒子材料被引入通向積存器84的管道77以便再輸入第二氧化器56中。
如圖1實(shí)施例所示，其中有一與第四氧化器65相聯(lián)通的堿(苛)性材料源67。該堿性材料用于中和廢氣中的酸。該堿性材料可通過pH控制入口70以液體或干粒子形式、如熟石灰等注入?？?堿)性材料也可以引入第三氧化器62之中。
在本發(fā)明各構(gòu)件之間進(jìn)行連接時(shí)，必須考慮不同的熱膨脹效應(yīng)，這是由于第一和第二氧化器26和56、管道54和跨接部分72中的材料都是高溫的。另外，在設(shè)備不同部分中存在較大的溫度差，所以在這些部分之間的接口處必須考慮它們的膨脹和收縮。
系統(tǒng)最好在低于大氣壓下運(yùn)行。這樣，只要泄漏量不太大以致影響到氧化器中材料的燃燒，那么設(shè)備各部分之間接口處的泄漏就不會(huì)損害設(shè)備的性能。這一要求對(duì)工作在較低溫度的其他部分并不是關(guān)鍵的。
該較佳實(shí)施例包括分離不可燃細(xì)料和廢氣的分離裝置。如圖1實(shí)施例所示，該設(shè)備包括由兩臺(tái)風(fēng)扇76并行驅(qū)動(dòng)工作的三個(gè)過濾器74。輸入這些過濾器的廢氣和細(xì)粒的溫度最好大于350°F而低于400°F、以便可應(yīng)用傳統(tǒng)的集塵室過濾器。本實(shí)施例的運(yùn)行表明傳統(tǒng)的聚四氟乙烯過濾器構(gòu)件能用于裝置的工作。廢氣先與不可燃細(xì)粒分離然后通過監(jiān)測裝置78監(jiān)測廢氣的組份和溫度。然后廢氣通過煙囪80進(jìn)入大氣。過濾器74中累積的細(xì)粒用一泵裝置82通過通道77送入積存器84，類似地，來自窯的顆粒可以通過通道85用泵86送入積存器84。
按照本發(fā)明，設(shè)有將不可燃顆粒輸入設(shè)備以基本上形成熔融混合物的裝置，如圖1和圖2實(shí)施例所示，設(shè)備包括把不可燃顆粒輸入第二氧化器56的裝置。如圖1和圖4所示，積存器84包括一個(gè)入口88用于接收來自通道77和85的顆粒。該實(shí)施例包括一個(gè)通向過濾器的出口89(未圖示)。
圖4所示較佳實(shí)施例中，積存器84有一個(gè)由閥控制裝置100控制的出口閥98。在設(shè)備運(yùn)行期間，入口88將顆粒輸入積存器84讓顆粒積存其中。顆粒能以多種方式加入設(shè)備。最好用控制裝置100打開閥98，從而允許顆粒通過通道102進(jìn)入通道103和105，兩通道都把顆粒送入如圖2所示的第二氧化器56中。
在該實(shí)施例中，固體顆粒被輸入第二氧化器56中，然而，固體顆粒也可輸入第一氧化器26中或同時(shí)輸入第一和第二氧化器兩者之中。
如圖2所示，固體顆粒通過顆粒分批注入器117輸入第二氧化器中的料堆104表面層的下面。顆粒分批注入器117最好將分批的顆粒料通過通道103壓入容器56。一類似的顆粒分批注入器(未圖示)可與通道105相連，或者，通過105可以以先前援引過的JohnM.Kent(即美國專利4922841和4986197)專利所揭示的方式將顆粒輸入料堆104的表面。但是，最好兩通道103和105都將顆粒注入料堆104表面層的下面。
如圖7所示，顆粒分批注入器117包含注入缸148，該注入缸包含一機(jī)械地聯(lián)于液壓缸152的饋料壓頭150。饋料壓頭包括一中空的傾斜端帽154。該壓頭能沿其縱軸使饋料壓頭150往復(fù)運(yùn)動(dòng)到圖8所示位置。圖7和圖8的注入機(jī)構(gòu)還有一饋料機(jī)構(gòu)154、用以控制顆粒料進(jìn)入圓筒103′的膛內(nèi)。饋料機(jī)構(gòu)由通道103連至積存器84。該實(shí)施例運(yùn)行時(shí)，來自積存器(儲(chǔ)料器)84的顆粒料饋入注入缸148的膛內(nèi)直至其中達(dá)到足夠的量為止。然后液壓缸152被驅(qū)動(dòng)，壓頭從圖7所示位置移到圖8所示位置。由此驅(qū)使粒料通過通道103′進(jìn)入氧化裝置的內(nèi)部。如圖7和圖8所示，饋料壓頭150特地與氧化器的壁分離開，通道103′的一部分始終填滿粒料，在饋料壓頭150的壓力作用下，后加的粒料在壓頭的影響下迫使此料通過通道。整個(gè)裝置懸裝在框架158上的裝置外部。
圖6顯示了將粒料注入設(shè)備的另一個(gè)較佳實(shí)施例117′。該實(shí)施例有一個(gè)螺旋推進(jìn)器160，它與連至粒料源的通道103″相連通。該螺旋推進(jìn)器接收通過通道103的粒料，受電動(dòng)機(jī)(未圖示)的驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)迫使粒料通過通道103″而進(jìn)入設(shè)備。在實(shí)踐上，螺旋推進(jìn)器160和設(shè)備之間的通道103″必須成錐形且有一個(gè)不小于9英寸(23公分)的直徑。對(duì)于這樣的管子，管子103″每英尺的錐度不應(yīng)低于3/4英寸。美國俄亥俄州科馬Groveport(Komar)工業(yè)公司有這種裝置的供應(yīng)。來自通過第二氧化器56的氣體的熱照射到粒料堆的表面，熔點(diǎn)低于射在其表面上的氣體的溫度的粒料部分將會(huì)熔化。在注入的粒子料上面的熔化材料層形成一密封殼以防止所注入材料中的揮發(fā)性重金屬或其它揮發(fā)性材料帶進(jìn)氣流通過設(shè)備從煙囪80出去。這樣，不希望的揮發(fā)性材料如重金屬留在熔化了的材料40之中，之后被固化成無害固體而不是隨氣體向下游流動(dòng)從系統(tǒng)流入煙囪氣體。
熔化了的材料從堆104流動(dòng)時(shí)帶著沒有熔化的粒料且在氧化器56的底部與液態(tài)熔渣相匯合。如圖2所示，液態(tài)熔渣40累積在氧化器26、通道54和氧化器56的底部。雖然液態(tài)熔渣可從通道54抽出，但最好用另外的如圖1和圖5中所示的熔渣箱108將液態(tài)熔渣從設(shè)備中除去。這種熔渣箱的結(jié)構(gòu)美國專利4986197有所揭示。然而，在這里，熔渣箱的內(nèi)表面用耐火材料內(nèi)襯112復(fù)蓋，如圖3所示。
按照本發(fā)明，該設(shè)備包括基本上冷卻熔融混合物而形成無害團(tuán)塊的冷卻裝置。如這里的實(shí)施例所示，裝置包括如圖1所示的冷卻裝置106。在較佳實(shí)施例中，冷卻裝置簡單地采用水，基本上熔融的混合物就傾倒入水中。冷卻裝置從熔化混合物中抽出熱量而產(chǎn)生無害團(tuán)塊。
下面將描述前面敘述過的設(shè)備的運(yùn)行情況，即按照在生產(chǎn)工藝過程中將有害廢物變成無害團(tuán)塊的過程進(jìn)行描述。過程的較佳參數(shù)在授予JohnM.Kent的美國專利4986197中給出。
過程包括在一個(gè)氧化裝置中產(chǎn)生燃燒的步驟，以便將廢物細(xì)料變?yōu)椴豢扇技?xì)料、液態(tài)溶渣和廢氣。按照這里的實(shí)施例，氧化裝置包含3個(gè)氧化器，即第一氧化器26、第二氧化器56和第三氧化器62。在第一氧化器26中，可燃材料的主要部分被氧化以形成氣體燃燒的副產(chǎn)物。這些產(chǎn)物通過第一氧化器26的內(nèi)部52并通過通道54抽入第二氧化器56的內(nèi)部58。工作溫度最好在1800°F至3000°F，部分固體材料被熔化。這種材料如圖2所示，作為液態(tài)熔渣集聚在第一氧化器的底部，然后移向圖1和圖5所示的熔渣箱108。未熔化的固體粒料隨氣體燃燒副產(chǎn)物通過通道54傳進(jìn)入第二氧化器56的內(nèi)部，在那里一部分可在第二氧化器中熔化，或者保持不變作為固體粒子細(xì)料通過裝置。
固體粒子材料輸入氧化裝置。如圖2實(shí)施例所示，通道103′將固體粒子材料輸入第二氧化器56的內(nèi)部。最好，固體粒子材料以一批批離散的方式輸入。因?yàn)檫B續(xù)地將這些材料輸入氧化器會(huì)冷卻氧化器中的粒子材料堆，妨礙其表面的熔化。這將使輸入到氧化器中的粒子材料無法熔化;且由此無法產(chǎn)生液態(tài)溶渣構(gòu)成無害團(tuán)塊。
如圖2所示，最好讓粒子材料離散地分批地輸入到第二氧化器中并在該氧化器中形成材料堆。來自氧化器的熱照射到材料堆的表面由此使熔點(diǎn)較低的材料熔化后移動(dòng)到氧化器的底部、再通過54流向第一氧化器26并從熔渣箱108排出。在這過程中可產(chǎn)生具有比第二氧化器的溫度更高的熔點(diǎn)的粒子材料，這樣的粒子材料不會(huì)熔化。然而，這樣的材料被帶入形成在第二氧化器中的熔融材料內(nèi)且進(jìn)入熔渣內(nèi)而形成一種基本上熔融的混合物。通過將材料堆表面熔化并讓熔融材料和帶入其中的固體粒子材料向通道54移動(dòng)，一個(gè)新的表面暴露在粒子材料上，然后再被熔化、通過熔渣箱排出設(shè)備。雖然，在這里的實(shí)施例中，粒子材料被輸入第二氧化器，但如果部分材料輸入第一氧化器，上述過程也是可以進(jìn)行的。
本發(fā)明的過程實(shí)施例是對(duì)將粒子材料加到氧化裝置中的材料堆的步驟的改進(jìn)。在本發(fā)明和上面援引的美國專利4922841和4986197中，不可燃材料添加到氧化裝置中以在氧化器中形成材料堆。這是通過將這種材料以分批注入的形式從外部粒子材料源注入氧化器來實(shí)現(xiàn)的，注入之處是氣體燃燒副產(chǎn)物的熱量將注入材料熔化得最多的部分。
本發(fā)明的改進(jìn)在于在材料堆的被熔化的表面層的下面分批注入粒子材料。如上所述，這樣就防止了新輸入的一批材料中的揮發(fā)性材料、如重金屬進(jìn)入氣流;相反，這些材料被帶入熔融材料中變成固體、無害、無浸出的團(tuán)塊的一部分。
該過程包括將液態(tài)熔渣和固體粒子的混合物冷卻形成無害團(tuán)塊的步驟。在較佳實(shí)施例中，這種液態(tài)熔渣和固體粒子的混合物被引入充水的輸送機(jī)、水的淬火效應(yīng)將混合物冷卻形成固態(tài)的無害、無浸出的團(tuán)塊。而后，用于冷卻熔化材料的水再輸入處理過程，廢水輸入第二氧化器56或第三氧化器62。
本發(fā)明運(yùn)行后產(chǎn)生四種流出物鐵類金屬，它通過轉(zhuǎn)窯，因此無有害材料;熔渣，它通過轉(zhuǎn)窯，如果它包含有害材料，則要么約束在熔渣結(jié)構(gòu)中要么再返入處理過程直至該熔渣組份無害為止。第三種流出物是來自煙囪的氣體，它主要由二氧化碳和水組成。第四種流出物是固體、無害、無浸出的團(tuán)塊。
根據(jù)資源保護(hù)和回收條例(RCRA)批準(zhǔn)公布的EPA的鍋爐和工業(yè)用爐的條例，本發(fā)明較佳實(shí)施例現(xiàn)在歸類于工業(yè)用爐，并且至少要符合與用于“B”部分的有害廢料焚化爐同樣嚴(yán)格的空氣排放和過程控制的要求。本發(fā)明很容易滿足這樣的標(biāo)準(zhǔn)。除了滿足嚴(yán)格的空氣質(zhì)量要求外，由本發(fā)明處理過程所產(chǎn)生的團(tuán)塊，雖然包含一旦脫離團(tuán)塊就會(huì)造成危害的重金屬，但本發(fā)明所產(chǎn)生的團(tuán)塊已將該重金屬變換成約束到玻璃狀的團(tuán)塊內(nèi)的形式。特別是，砷、鋇、鎘、鉻、汞、硒、鉛和銀等的含量也低于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。另外，農(nóng)藥除莠劑組份、石炭酸組份、鹽基中性組份、和其它揮發(fā)性組份也在規(guī)定的限度以下。因此，雖然輸入材料可能包含有害材料，但材料要么被氧化要么鎖入團(tuán)塊結(jié)構(gòu)中，這樣處理過程就產(chǎn)生了無害廢料。
本發(fā)明已根據(jù)較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不限于此。本發(fā)明的保護(hù)范圍僅由所附權(quán)利要求書和它們的等同物加以確定。
權(quán)利要求
1.一種將有害廢料變換為無害、無浸出團(tuán)塊的設(shè)備，所述設(shè)備包含粒子固體材料、揮發(fā)性氣體和氣體燃燒副產(chǎn)物的源；包含至少一個(gè)耐火材料內(nèi)襯、水冷、金屬壁的容器的氧化裝置；將所述粒子固體材料、揮發(fā)性氣體和氣體燃燒副產(chǎn)物輸入所述氧化裝置的輸入裝置；在所述氧化裝置中產(chǎn)生燃燒的裝置，燃燒熱產(chǎn)生液態(tài)熔渣和來自不可燃材料的不可燃細(xì)料；積聚所述熔渣的裝置；將所述不可燃細(xì)料輸入所述液態(tài)熔渣以形成基本上為熔融混合物的輸入裝置，所述輸入裝置包括將所述不可燃細(xì)料部分注入所述熔渣外表層下面的所述液態(tài)熔渣內(nèi)的注入裝置；將所述混合物移出所述設(shè)備的裝置；和對(duì)所述混合物進(jìn)行冷卻形成所述無害、無浸出團(tuán)塊的冷卻裝置。
2.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于，還包括將所述不可燃細(xì)料以離散分批形式輸入所述熔渣的裝置。
3.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于，所述輸入裝置將所述不可燃細(xì)料以放入所述熔渣內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述設(shè)備，其特征在于，所述堆有一傾斜的外表面，來自所述氧化裝置的熱照射在所述表面上。
5.如權(quán)利要求4所述設(shè)備，其特征在于，所述傾斜外表面被熔化。
6.如權(quán)利要求5所述設(shè)備，其特征在于，所述注入裝置把不可燃細(xì)料注入所述堆的熔化了的表面下面中的所述堆中。
7.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于，所述熔渣堆積在所述氧化裝置中。
8.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于，所述氧化裝置包含多個(gè)容器。
9.如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其特征在于，所述氧化裝置至少包含三個(gè)氧化器。
10.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于，所述粒子固體材料、揮發(fā)性氣體和氣體燃燒副產(chǎn)物的源是一個(gè)轉(zhuǎn)窯。
11.一種將有害廢料變?yōu)闊o害，無浸出團(tuán)塊的方法，這里粒子固體材料被氧化形成不可燃細(xì)料，所述方法包含如下步驟將部分所述不可燃細(xì)料熔化以形成一個(gè)熔化材料層;將另一部分所述不可燃細(xì)料加到所述層下面的所述熔化材料中以形成不可燃材料堆;熔化所述堆的表面以形成熔化混合物;和將所述混合物冷卻以形成無害、無浸出的團(tuán)塊。
12.如權(quán)利要求11所述方法，其特征在于，包含將所述不可燃細(xì)料以離散分批形式加到所述層的步驟。
13.如權(quán)利要求11所述方法，其特征在于，還包括從所述不可燃細(xì)料部分形成堆的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述方法，其特征在于，還包括將熱照射到所述堆表面的步驟。
15.如權(quán)利要求14所述方法，其特征在于，所述堆有一傾斜外表面，還包括將熱照射到所述面上的步驟。
16.如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，還包括熔化所述傾斜外表面的步驟，以便使所述表面上的熔化材料從所述表面移動(dòng)，在所述堆上暴露出一個(gè)新的表面。
17.一種將有害廢料變?yōu)闊o害的、無浸出的團(tuán)塊的設(shè)備，所述設(shè)備包含一個(gè)高溫氣體、蒸氣、粒子材料或它們的混合的源;至少一個(gè)具有內(nèi)部空心的容器，所述容器與所述源相連通，所述容器的壁結(jié)構(gòu)為水冷金屬壁和耐火材料內(nèi)襯，其中，所述容器包括多個(gè)通過所述耐火材料內(nèi)襯并與所述金屬壁相接觸的金屬構(gòu)件，所述金屬構(gòu)件有效地減少所述耐火材料內(nèi)襯的工作溫度;將所述高溫氣體、蒸氣、粒子材料或它們的混合物輸入所述容器的輸送裝置;在所述容器中產(chǎn)生燃燒的裝置，它將所述高溫氣體、蒸氣、粒子材料或它們的混合物變換為不可燃細(xì)料、液態(tài)熔渣和廢氣;將部分所述不可燃細(xì)料輸入所述液態(tài)熔渣以形成主要為熔化混合物的輸入裝置、所述輸入裝置將所述不可燃細(xì)料部分置于所述熔渣外表面下面;將所述混合物移出所述設(shè)備的裝置;和對(duì)所述基本上熔化的混合物冷卻以形成所述無害、無浸出的團(tuán)塊的冷卻裝置。
18.如權(quán)利要求17所述設(shè)備，其特征在于，所述耐火材料內(nèi)襯基本上是整體式的。
19.如權(quán)利要求17所述設(shè)備，其特征在于，所述耐火材料內(nèi)襯基本上由礬土構(gòu)成的層組成。
20.如權(quán)利要求17所述設(shè)備，其特征在于，所述耐火材料內(nèi)襯包括多個(gè)與所述金屬壁接觸的金屬銷釘，多個(gè)所述銷釘通過所述耐火材料內(nèi)襯。
21.如權(quán)利要求19所述設(shè)備，其特征在于，所述耐火材料內(nèi)襯包括多個(gè)較直的銷釘，它們與所述容器內(nèi)部成直角。
22.如權(quán)利要求20所述設(shè)備，其特征在于，所述耐火材料內(nèi)襯在每平方米耐火材料內(nèi)襯上包括約390至1550銷釘。
23.如權(quán)利要求22所述設(shè)備，其特征在于，所述銷釘?shù)闹睆皆诩s6.3至10.2毫米范圍內(nèi)。
全文摘要
通過將不可燃顆粒材料引入至少一個(gè)氧化器內(nèi)的熔融不可燃材料堆的表面之下，使有害廢料變成無害的、無浸出的團(tuán)塊。最好是設(shè)備一部分的壁由含有與金屬壁、水冷的容器相接觸的金屬銷釘?shù)哪突鸩牧蠈咏M成。
文檔編號(hào)F23M5/08GK1074525SQ9211084
公開日1993年7月21日 申請(qǐng)日期1992年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月1日
發(fā)明者肯特·約翰M, 羅巴茲·亨利L·Jr 申請(qǐng)人:海洋頁巖加工股份有限公司