CN100556644C - 控制废物处理装置中的潜在污染物的水平的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种根据特定化学物质的水平在废物加工装置的入口处在线分拣废物物质的设备和方法，所述特定化学物质典型为在所述废物物质中检测到的氯。所述设备包括向称重模块提供废物物质优选直至达到预设极限值的废物物质入口。随后，该控制体积的废物被引入脉冲中子材料分析器内，所述脉冲中子材料分析器被最优化以确定所述控制体积中的特定化学物质的含量。控制装置如计算机随后确定所述废物的控制体积中的所述化学物质的水平高于或低于预设阈值，且由此引导所述废物进入两条通道中的一条通道或另一条通道。这些通道中的一条通道接收具有低含量的所述给定化学物质的废物，以将其引入所述废物加工室内。另一条通道贮存所述废物直至例如其可与具有足够低的含量水平的其它废物混合以使得所述化学物质的总量仍低于阈值。

Description

控制废物处理装置中的潜在污染物的水平的系统
技术领域
本发明涉及一种根据废物的化学成分分拣所述废物的设备。具体而言，本发明针对提供一种系统，所述系统包括所述设备，所述设备确保被引入废物转化(包括加工、处理或处置)的装置或设备内的含氯组分的量不超过预定值。
背景技术
借助基于等离子体喷枪的废物加工装置对废物进行加工是众所周知的，所述废物包括市政废物、医疗废物、有毒废物和放射性废物。
这种装置的操作过程中普遍遇到的一个问题是使由于对废物进行等离子体处理而导致含氯化合物的产生和排放最小化的问题。废物，尤其是市政固体废物(MSW)，通常包括固体废物的混合物，所述固体废物的混合物通常包含不可预知水平的含氯材料，如聚氯乙烯管、塑料容器等。如果在任何时候在加工装置中对太大量这种材料进行加工，则含氯污染物的排放水平可能超过安全和/或合法限制，使得装置需要被暂时关闭或另一种可选方式是升级气体清洁系统，因此增加操作的成本和/或装置的投资。进一步地，高水平的含氯材料还可导致损伤装置的装备从而使得需要进行更频繁的维护操作，且还可妨碍加工过程中进行的化学过程。
因此在这种装置中，在废物被供给进入装置之前监控废物的成分，且从加工过程中去除，至少暂时去除，具有过高氯含量的废物批次将是有利的。
美国专利US 3,794,843涉及一种通过大量材料中包含的湿气重量确定百分比的仪表。美国专利US 4,028,267针对一种通过使材料暴露于中子源测量铁矿中的铁浓度的设备和方法。日本专利JP 10258428、JP 2002137224、JP 2000126649和JP 06210632描述了使塑料与其它材料分开或从所述其它材料中分拣出所述塑料的多种装置，所述装置没有利用中子发生器。美国专利US 4,702,379和美国专利US 4,830,193涉及一种特别用于分拣离散的金矿石碎片的设备，所述金矿石在连续工艺中在旋转柱体之间相传的同时受到辐射。
然而，这些参考文献没有提供对涉及确定废物中的含氯材料含量的问题的解决方案或事实上甚至解决所述问题，特别是为了如果氯的量超过预定值，则从随后的在基于等离子体喷枪的加工装置中进行的加工过程中去除这种废物的目的。
因此，本发明的一个目的是提供一种在将废物批次供给进入等离子体废物转化装置之前确定所述废物批次中的含氯材料水平的设备，以及一种用于分离和加工包含超过预定阈值的一定量含氯材料的废物的系统。
本发明的另一个目的是提供可被结合在市政固体废物加工设备中的这样一种设备和系统。
本发明的另一个目的是提供在机械上相对简单且因此经济地被结合在加工装置设计中的这样一种设备和系统。
本发明的另一个目的是提供被结合作为基于等离子体喷枪型废物转化器的组成部分的这样一种设备和系统。
本发明还有一个目的是提供可易于相对于至少一些现有的基于等离子体喷枪的废物转化器和对废物进行热处理的其它系统如焚化炉作出改进的这样一种设备和系统。
通过下面进一步的描述，将易于进一步理解本发明的目的和优点。
发明内容
本发明针对一种根据特定化学物质的水平分拣废物物质的材料分拣机器，所述特定化学物质通常是在所述废物物质中检测到的氯。所述机器包括为称重模块提供废物物质优选直至达到预设极限值的废物物质入口。随后，该控制体积的废物被引入脉冲中子材料分析器内，所述脉冲中子材料分析器被最优化以确定所述控制体积中的氯含量。控制装置如计算机随后确定所述废物的控制体积中的氨水平高于或低于预设阈值，且因此引导所述废物进入两条通道中的一条通道或另一条通道。这些通道中的一条通道接收具有低氯含量的废物，以将其引入所述废物加工室内。另一条通道贮存所述废物直至例如其可与具有足够低的氯含量水平的其它废物混合以使得氯的总比例仍低于阈值。所述氯含量通常以氯化物，具体而言以聚氯乙烯(PVC)的形式存在。
在第一个方面中，本发明提供了一种根据大量材料的化学成分分拣所述大量材料且根据预定标准将所述大量材料引入两条或多条通道中的一条通道内的设备。所述设备包括：
装载单元，所述装载单元适于接收来自一个或多个外源的所述大量材料；
称重单元，所述称重单元适于成批接收来自所述装载单元的所述大量材料且确定每个所述批次的重量；
检测器模块，所述检测器模块适于接收来自所述称重单元的所述大量材料的批次并且确定所述批次中的一种或多种特定化学元素的存在及其量；
转向器门，所述转向器门适于接收来自所述检测器模块的材料批次且适于将所述批次引入所述两条或多条通道中的一条通道内；和
控制器，所述控制器适于控制所述设备的所述元件的启动以及启动的定时且适于执行计算并储存所述设备的操作所需要的数据。
本发明的所述设备的所述检测器模块包括用于执行中子活化分析技术以确定所述一种或多种特定化学元素在所述批次中的存在及其量的元件。利用所述确定的结果决定所述批次被引入哪条所述通道。
在本发明的所述设备的优选实施例中，所述大量材料是要被引入废物加工装置或设备中的废物。
所述预定标准优选为所述特定化学物质的量是小于还是大于预定阈值。在优选实施例中，所述特定化学元素是氯。
在本发明的所述设备的优选实施例中，所述检测器模块包括：
由适当含氢材料例如经过硼酸处理的聚乙烯制成的中子慢化剂壳体；
可选择性地由门打开或密封的所述壳体的上部开口和下部开口；
内室，所述内室的形状和尺寸由所述壳体的内壁以及所述上部开口和所述下部开口确定；
用于发射中子以对所述内室中的大量材料的批次进行辐射的适当的中子发生器；和
用于检测伽马射线量子的适当的能谱伽马射线检测器。
所述发射出的中子与所述材料内的不同核相互作用，因此产生激发核。所述激发核产生衰变从而发射出表征所述核的不同能量的伽马射线量子，且检测器检测由所述核发射出的所述伽马射线量子并测量作为伽马射线量子能量的函数的伽马射线量子的强度。
在本发明的所述设备的优选实施例中，所述上门被枢转安装在臂部的一端上，所述臂部具有安装在其另一端上的漏斗部，以使得在所述臂部产生转动后，所述上门交替地对所述上部开口进行密封，或所述漏斗部移动至有助于使所述大量材料批次从所述称重单元移动进入所述内室内的位置。
在本发明的所述设备的优选实施例中，所述中子发生器是便携式D-T脉冲中子发生器；所述发射出的中子能量是2.5Mev或14.0Mev；所述脉冲周期处于数秒的数量级，优选处于10秒的数量级；且所述能谱伽马射线检测器选自包括：NaI(T1)和CsI(T1)-闪烁检测器的组群。
在另一个方面中，本发明提供了一种用于加工废物的系统。所述系统包括本发明的所述分拣设备且进一步包括：
废物加工装置或设备；
废物接收箱，来自多个来源的废物被初始倾倒进入所述废物接收箱内，等待被输运至所述分拣设备且最终受到所述废物加工装置或设备的加工；和
用于将废物从所述箱输运至所述分拣设备且从所述分拣设备输运至所述废物加工装置或设备或一些其它位置的适当输运系统。
所述分拣设备具有三种功能：第一种功能是将所述废物分成大体上体积相等的批次，第二种功能是测量每个所述批次中存在的氯的量，且第三种功能是根据所述测得的氯的量将每个所述废物批次供给进入两条通道中的一条通道内。使用本发明的系统确保被引入所述废物转化装置或设备内的含氯化合物的量不超过预定值。
在本发明的系统的优选实施例中，其中如果批次中的氯的量低于预定阈值，则所述批次被接受且被转向所述两条通道中的第一通道；其中所述废物批次被输运至所述加工装置，从而在其中以正常方式受到加工。如果氯的量高于预定阈值，则所述批次被拒绝且被转向所述两条通道中的第二通道，从而以选自包括下列可选方案的组群中的方式被处置，所述可选方案包括：
可选方案1，所述第二通道中的所述受到拒绝的废物批次被贮存且通过被拒绝到达所述废物加工装置或设备而最终受到处置；
可选方案2，所述第二通道中的所述受到拒绝的废物批次被放置在临时贮存装置中且稍后受到处理；
可选方案3，所述第二通道中的所述受到拒绝的废物批次被返回所述箱、与其它废物重新混合且被再次传送通过所述分拣设备。
根据可选方案1的所述受到拒绝的废物批次可在专门指定的地点如市政固体废物填埋场受到处置。在所述系统的优选实施例中，将由控制单元编号的标识分配给根据可选方案2的每个所述受到拒绝的废物批次，所述控制单元还包含与每个所述批次中的氯的量以及通过所述加工装置的废物流速相关的数据。因此，在任何给定时间，受到所述加工装置加工的所述废物中存在的氯的量是已知的。此外，位于所述装置的气体出口处的适当的传感器监控所述装置发射出的气体氯化合物且基于实时基础将该数据提供给所述控制器。因此，所述控制器可随后确定在任何给定时间含氯排放物的水平是否足够低以便允许所述第二通道中的一个或多个所述受到拒绝的批次被引入所述装置内。在一些实施例中，根据可选方案2的所述受到拒绝的废物批次被进一步分拣或布置在转盘型布置上以使得所述控制器可选择、接近特定批次且将所述特定批次分派至所述加工装置，所述特定批次最适于保持在任何给定时间通过所述装置的氯的最大流速。可选方案1至3中的任一种或所有可选方案可在任何给定时间实施，且所述控制器可根据需要从一种可选方案切换至另一种可选方案。
在本发明的所述系统的优选实施例中，所述废物加工装置或设备通过利用热处理工艺对所述废物进行加工。所述热处理工艺可包括利用一个或多个等离子体喷枪。
在另一个方面中，提供了一种操作本发明的所述系统的方法。所述方法包括以下步骤：
将来自多个来源的废物倾倒入所述废物接收箱内；
将至少一部分所述废物从所述废物接收箱输运至所述分拣设备的所述装载单元；
将至少一部分所述输运的废物装载入所述装载单元内；
将所述装载单元中的至少一部分所述废物传递至所述称重单元；
当预定量的废物(被称作废物“批次”)已经进入所述称重单元时，停止将废物传递进入所述称重单元内；
将所述废物批次传递至所述检测器模块；
密封所述检测器模块的门；
启动所述中子发生器以对所述检测器模块中的所述废物批次进行辐射，因此在所述废物批次中包括的所述材料中的至少一些分子中产生激发核；
启动所述伽马射线检测器以测量所述激发核发射出的伽马射线量子的数量和能量；
引导所述批次通过转向器门到达两条或多条通道中的一条通道；并且
重复所有上述步骤直至所述接收箱中没有废物残留或必须为了一些其它原因延缓对所述废物进行加工。
选择所述批次被引导至所述两条或多条通道中的哪一条通道取决于所述伽马射线量子的数量和能量的所述测量结果。一条所述通道直接通往所述废物加工装置或设备的所述废物加工室。所述两条或多条通道中的第二条通道通往临时贮存区域、返回所述废物接收箱、或通往并非所述废物加工装置或设备的一部分的处置区域。
在本发明的方法的优选实施例中，利用控制器控制所述系统的所述元件的启动以及启动的定时、执行计算且储存所述系统操作需要的数据。
通过下面对本发明的优选实施例进行的示例性且非限制性的描述并结合附图将进一步理解本发明的所有上述和其它特征和优点。
附图说明
图1示意性地示出了一种典型的现有技术废物等离子体加工设备的总布置图和主要元件；
图2示意性地示出了与典型的废物等离子体加工设备结合的本发明的系统的一个优选实施例的总布置图；
图3示意性地示出了本发明的设备的一个优选实施例；和
图4示出了一种典型的能谱，所述能谱示出了包含1％氯的废料的伽马射线响应。
具体实施方式
在此所使用的术语“废物转化设备”包括适于特别是通过等离子体处理对任何废料进行热处理、加工或处置的任何设备，所述废料包括市政固体废物(MSW)、工业废物[IW]、医疗废物[MW]、放射性废物[RW]、污水处理泥渣(ETS)和其它类型的废物。
本发明涉及一种用于确定在基于等离子体喷枪的加工装置中要进行加工的废物的化学含量的设备。该设备是分拣系统的主要部件，所述分拣系统特别适于确保氯的量低于预定阈值，所述氯通常以在任何给定时间受到装置加工的含氯材料的形式存在。
参见图1，由附图标记(100)表示的典型的等离子体废物加工转化设备或装置包括竖炉或加工室(10)。通常，固体和/或混合废物供给系统(20)通过包括空气锁布置(30)的废物入口装置在室(10)的上端处引入废物。废物供给系统(20)可包括任何适当的传输器装置或类似装置，且可进一步包括用于将废物粉碎成更小的碎片的粉碎机。空气锁布置(30)可包括上部阀(32)和下部阀(34)，所述上部阀和所述下部阀在其间限定出装载室(36)。阀(32)、(34)优选为闸阀，所述闸阀以电方式、气动方式或水压方式操作以根据需要独立地打开和关闭。通常，当上部阀(32)打开且下部阀(34)处于关闭位置时，可关闭的料斗布置(39)通常以漏斗方式使固体和/或混合废物从供给系统(20)进入装载室(36)内。将废物供给进入装载室(36)内的过程通常持续至装载室(36)中的废物水平达到低于完全容量的预定点，以使任何废物妨碍上部阀(32)关闭的可能性最小化。上部阀(32)随后关闭。在关闭位置处，每个阀(32)、(34)提供了空气密封。当需要时，下部阀(34)随后打开，使得废物能够被供给进入加工室(10)内，且相对而言，几乎没有或没有空气与所述废物一起被抽入。可通过任何适当的控制器控制阀(32)、(34)的打开和关闭过程，以及从供给系统(20)供给废物的过程，所述控制器可包括被操作地连接至所述阀和所述供给系统以及装置(100)的其它部件的人类控制器和/或适当的计算机控制系统。可选地，根据需要，特别是当装置(100)加工医疗废物时，料斗布置(39)可包括周期性或连续地对其喷射消毒剂的消毒剂喷射系统(31)。
加工室(10)还包括下部，所述下部具有操作地连接至适当电源的一个或多个等离子体喷枪(40)、气体和水冷却剂源(45)和氧化剂入口(70)。在加工室的下部中发生热解和汽化，所述加工室还包括具有与一个或多个收集贮存装置(60)相关联的至少一个出口(65)的液体产物收集区域(41)。所述加工室(10)进一步包括在其上端的主要用于引导产物气体离开的至少一个气体出口(50)。
加工室(10)的内向表面的至少下部通常由一种或多种适当的耐火材料，例如氧化铝、氧化铝-硅石、菱镁矿、铬镁矿、耐火粘土或耐火砖制成。通常，加工室(10)且通常装置(100)作为整体由金属层或壳体覆盖以改进其机械整体性且使得加工室能够相对于外部环境受到密封。
本发明特别适于在废物被引入这种装置内之前确定废物的化学成分且对废物进行分拣。参见图2，通常由附图标记(300)表示的根据优选实施例的分拣系统包括废物接收箱(320)，来自多个来源的废物被初始倾倒入所述废物接收箱内，等待进行分拣且最终受到废物加工装置(100)的加工。适当的输运系统(325)，例如传输带或起重机将废物从箱(320)输运至分拣器(200)，所述分拣器将在下文得到更详细的描述。分拣器(200)具有三种功能。第一种功能是将废物分成大体上体积相等的批次，第二种功能是测量每个批次中存在的氯的量，且第三种功能是在每个废物批次通过分拣器(200)后根据所测得的氯的量将每个废物批次供给进入两条通道中的一条通道内。通常，如果批次中的氯的量低于预定阈值，则该批次被接受且被转向第一通道(362)，且该废物批次被输运至加工装置(100)，以在其中以正常方式受到加工。另一方面，如果氯的量高于预定阈值，则该批次被拒绝且被转向第二通道(364)，且可使用多种可选方案处理该废物批次。
在第一种可选方案(370)中，第二通道中的受到拒绝的废物批次被贮存(371)且通过被拒绝到达所述废物加工装置或设备而最终受到处置，以使得不会产生有害的含氯产物。例如，这些废物批次在专门指定的地点如市政固体废物填埋场受到处置。
在第二种可选方案(372)中，受到拒绝的废物批次被放置在临时贮存装置中且通过多种不同方式中的一种方式受到处理。在优选实施例中，例如，每个批次由控制单元(500)识别，所述控制单元还包含与每个相应批次中的氯的量相关的数据。与氯的量相关的数据由分拣器(200)提供，所述分拣器通过通信线路(550)被操作地连接至控制器(500)。在任何给定时间，从控制器可得的历史数据可以获知受到加工装置(100)加工的废物中存在的氯的量。控制器(500)还被操作地连接至加工室(10)，且通过例如测量阀32或34的相继开口之间的时间间隔而确定通过室(10)的流速。与由分拣器(200)提供的关于提供给装置(100)的废物批次数量、每个批次中的氯的量以及通过第一通道离开分拣器且被引入室(10)内的任何给定批次之间的时间间隔的数据一起，控制器(500)能够确定在任何给定时间受到装置加工的氯的量。位于装置(100)的气体出口处的适当传感器监控由装置(100)发射出的气体氯化合物，且基于实时基础将该数据提供给控制器(500)。控制器(500)可随后确定在任何给定时间氯排放物的水平是否足够低以便允许第二通道中的一个或多个受到拒绝的批次被引入装置(100)内。这种情况例如可能在当最近通过第一通道提供的废物批次包括基本上低于阈值的氯的量时发生。在这种可选方案中，第二通道(364)中的受到拒绝的批次可被进一步分拣或布置在转盘型布置上以使得控制器可选择、接近特定批次(其中的氯的量是已知的)且将所述特定批次分派至所述加工装置，所述特定批次最适于保持在给定时间通过所述装置的氯的最大流速。在任何情况下，在初始拒绝的批次被传送至装置(100)后，控制器(500)记录被提供给装置(100)的附加氯。
第三种可选方案(374)是使第二通道(364)中的受到拒绝的废物批次被返回箱(320)、与其它废物重新混合且被再次传送通过分拣器(200)。
上述可选方案中的任一种或所有可选方案可在任何给定时间实施，且控制器(500)可根据需要从一种可选方案切换至另一种可选方案。例如，无论何时可能的情况下，控制器(500)优选利用第二种可选方案(372)；然而，如果受到拒绝的批次的数量达到可被大量贮存和加工的最大量，则随后可选择第一种可选方案(370)或第三种可选方案(374)以处理过量的批次。在更简单的分拣系统中，第二种且甚至第三种可选方案可能不能使用，且因此无论任何给定批次中的氯水平高于阈值，则批次被拒绝且在废物加工装置外部被处置。
预定阈值可以是常数或可随时间变化。例如，如果受到处理的废物具有大体上均匀的本质，则可确定平均阈值以使得将确保受到装置(100)加工的氯水平绝不会过高。对于废物中氯的量已知特别低的某些废物类型也可应用相同的平均阈值。
应该注意，规章限制指的是从加工装置排放进入大气内的含氯污染物的浓度。因此，被允许进入加工室(10)内的废物中的氯的阈值水平还取决于安装在气体出口(50)后面的空气污染控制系统(APC)的效率。作为等离子体废物处理装置的一部分的典型空气污染控制系统能够去除相当大部分含氯污染物，如果空气污染物控制系统被适当设计且维护，且假定排出气体中的含氯污染物的浓度不太高。换句话说，空气污染控制系统的效率越高，则加工室的入口处可使用的阈值越高。
另一种可选方式是，且优选地，对控制器(500)进行编程以连续更新目前受到装置(100)加工的氯的量，且确定下一批次中可能允许的氯的最大量，以使得，到该批次被引入装置(100)内时，由此受到加工的氯的量仍低于可接受的水平。因此计算出新的暂时阈值，且如果氯的水平小于该阈值，则当前批次被允许。如果不是，则该批次被拒绝且控制器从先前被拒绝且根据上文所述的第二种可选方案而被贮存的那些批次中搜寻适当批次。在任何情况下，在将新的批次引入装置内或等待预定时间间隔后，如果没有发现适当批次，则控制器重新计算将存在于装置(100)中的氯的量，且基于该计算确定下一批次所需要的阈值。因此，阈值被连续更新以便保持装置(100)中的氯的平均量处于可接受值的范围内，同时允许以最大速率加工含氯废物。
在根据本发明的系统的其它实施例中，分拣器(200)可根据预定标准分拣废物进入多条通道内。通常，预定标准包括相应的多个氯含量范围，以使得废物被分拣到达对应于特定范围的通道。在通过一个或多个这种分拣器供应多个加工室(10)的情况下，其中每个分拣器可将特定批次的废物传送至最适当的室，例如使受到每个室加工的氯的量最优化，这种实施例特别有用。
本发明还针对一种分拣器，所述分拣器本质上是新颖的以根据废料中的氯水平分拣废料进入至少两条通道中的一条通道内。在优选实施例中，分拣器(200)测量预定量的废物(在本文中被称作“批次”)，确定其中的氯的量，且根据该氯的量是否与预定标准相称，通常根据所述氯的量低于或高于预定阈值而将该废物批次分别转向第一通道(362)或第二通道(364)。在本发明的其它实施例中，分拣器可被构造以将废物分拣进入多条通道的任一通道内，每条通道对应于一定的氯浓度范围。
因此，参见图3，分拣器(200)的优选实施例包括装载单元(220)、称重单元(240)、检测器模块(260)和转向器门(280)。
装载单元(220)包括接收来自输运系统(325)的废物的料斗(201)或其它布置，所述料斗或其它布置将该废物引导至振动台(202)。振动台(202)倾斜远离料斗(201)且被安装在弹簧上，且被连接至适当的振动器(203)。当台(202)在振动器(203)的作用下振动时，位于最接近料斗(201)的更高端处的废物朝向台的下部开口端迁移，最终跌落离开台(202)且进入称重单元(240)内。台(202)的倾斜度使得仅当台(202)产生振动时，废物从所述台上落下，但台以其它方式动作时所述废物通常不会落下。振动器(203)被操作地连接至控制单元，通常是系统(300)的控制单元(500)，但代替地可以是独立的控制单元。控制单元适于控制振动器(203)的操作，正如本文进一步描述地。
称重单元(240)适于接收来自装载单元(220)的预定量的废物，所述预定量的废物在本文中被称作“批次”；适于称重该批次废物；且适于随后将该批次输送至检测器模块(260)。称重单元(240)包括容器(204)，所述容器具有适于接收来自装载单元(220)的废物的开口上端和可由门(208)选择性地关闭或打开的底端。容器(204)包括适当的水平检测器(206)，例如微波水平检测器，以确定容器(204)中的废物何时达到预定水平，且因此达到预定体积。检测器(206)被操作地连接至控制器(500)且当进入容器(204)的废物达到预定水平时将适当的信号发送给所述控制器。进一步地，控制器(500)随后将适当信号发送给振动器(203)以停止振动且因此不会有更多废物被引入容器(204)内。称重单元(240)随后称重容器(204)中的废物量。
可通过多种方式实现称重。例如，且如图3所示，容器(204)被枢转安装到杠杆布置(221)上，所述杠杆布置的一端相对于锚固点(222)进行枢转，且通过弹簧(205)或类似装置使所述杠杆平衡，所述弹簧或类似装置根据容器(204)的重量以可预测的方式产生压缩或伸展。杠杆布置(221)和/或弹簧(205)被连接至适当的重量确定装置(207)，所述重量确定装置基于杠杆布置(221)产生的移置或基于弹簧(205)的变形确定容器(204)的包含物的重量。重量确定装置(207)被操作地连接至控制器(500)且将与容器(204)的包含物的重量相关的信号发送给所述控制器。另一种可选方式是，容器(204)可被连接至适当的应变仪表，所述应变仪表测量容器的重量且将代表容器重量的适当信号发送给控制器(500)。在每个批次的体积及其重量已知的情况下，每个批次的密度被确定且储存在控制器中以便以后使用。在这一点上，控制器(500)通常通过动力驱动的致动器(209)将信号发送给门(208)导致其打开，且因此允许废物批次行进至检测器模块(260)。当容器(204)已经清空其包含物时，控制器(500)发送信号以关闭门(208)，且随后将另一个信号发送至装载单元以继续将废物供应至容器(204)直至其被再次填充。
如上文所述，废物被分成大体上体积相等的批次，随后通过适当的称重单元对所述批次进行称重，所述称重单元随后将已称重的批次输送至检测器模块(260)。另一种可选方式是，废物可被分拣成大体上重量相等的批次。只要有废物受到加工，则一批又一批地重复称重过程。
检测器模块(260)利用中子活化分析技术确定被输送至所述检测器模块的废物批次中的氯的百分比(重量)。检测器模块(260)包括由适当含氢材料制成的中子慢化剂壳体(216)。适当的含氢材料是富含化学元素以使得其能够在具有高截面-概率(crosssection-probability)的情况下捕获热中子且不会发射出高能伽马射线量子的材料。这种材料的一个实例是经过硼酸处理的聚乙烯。壳体(216)具有其上部开口(232)和下部开口(234)，以允许材料通过内室(236)通过壳体(216)。通常由与壳体(216)相似的材料制成的门(210)、(212)分别使得上部开口(232)和下部开口(234)能够被选择性地打开或密封。门分别由操作地连接至控制器(500)的适当的动力驱动致动器(211)、(213)启动。在一个实施例中，门(210)优选被安装在臂部(235)的一端上，所述臂部的另一端上安装有漏斗部(233)。
通过这种布置，通过致动器(211)所致的臂部(235)的旋转交替地密封开口(232)或将漏斗部(233)置于帮助废物批次从称重单元(240)进入内室(236)的位置处。
适当的中子发生器(214)，例如便携式D-T脉冲中子发生器被设置在壳体(216)中。在检测器模块(260)的典型操作条件下，脉冲中子发生器通过具有2.5Mev或14.0Mev的能量的中子对室(236)中的废物批次进行时间达数秒数量级的辐射。发射出的中子与废物内的不同核相互作用，因此产生激发核。激发核产生衰变从而发射出表征核的不同能量的伽马射线量子。设置适当的能谱伽马射线检测器(215)，例如NaI(T1)和CsI(T1)闪烁检测器，以检测废物中的核发射出的伽马射线量子且测量作为伽马射线量子能量的函数的伽马射线量子的强度。使所获得的能谱中的特定能量与中子和氯核之间的相互作用相关。利用已公知的技术，可从这些能量处的能谱强度确定废物批次中的氯的相对量(重量)。
图4示出了典型的能谱，所述能谱示出了包含1％氯的废料的伽马射线响应。竖轴示出了检测器测得的以伽马射线计量的发射强度且横轴代表测量单位为Kev的伽马射线粒子的能量。造成主峰的核被标记在能谱上且可以看到，有多个峰与适用于本发明的目的氯核相关。
室(236)优选大体上是圆柱形且平滑的，以便有利于废物通过其中。可选地，活塞或类似装置(未示出)、传输器装置或实际上包括或不包括重力的任何适当方式，如空气压力可用于驱使废物通过室(236)。在其它实施例中，检测器模块(260)可适于沿水平或倾斜方向而不是垂直方向接收和分配废物批次，且可利用任何适当的输运系统将废物输运至检测器模块且离开检测器模块。例如，可利用水平管链式传输器将废物批次输运通过检测器模块(260)。如果需要，这种传输器还可被设计成倾斜构型。
检测器模块(260)的操作如下所述。当称重单元准备为检测器模块(260)提供废物批次时，控制器(500)确保室(236)已经清空其先前包含物(可能通过打开下门(212)达预设时间量，且随后关闭所述下门；此外或另一种可选方式是，可设置适当的传感器例如水平传感器)，且随后确保下门(212)被关闭。上门(210)现在打开且随后对门(208)进行制动以使得废物能够从称重单元(240)到达检测器模块(260)的室(236)。在适当情况下，可利用活塞传输带或其它装置将废物从称重单元(240)输运至检测器模块(260)。随后，上门(210)被关闭，且控制器(500)将适当指令发送给中子源以产生所需的中子发射达预定时间，通常约10秒且伽马射线检测器(215)检测到的能谱被传送给控制器(500)。由于每个批次的重量及其体积是已知的，控制器(500)能够计算废物的密度。通过伽马辐射的密度和强度确定批次中的氯的量(重量)。
在确定批次中的氯的量之后，启动转向器门(280)以根据来自控制器(500)的指令使废物批次转向第一通道(362)或第二通道(364)。在如图3所示的实施例中，转向器门包括布置在中心支承部(281)周围的两条斜道(217)的组件，所述中心支承部进行枢转以在两个角度位置之间摆动。在第一角度位置处，一条斜道(217)位于紧接下门(212)的位置处，且能够使废物从检测器模块(260)转向第一通道(362)，而在第二角度位置处，另一条斜道(217)位于门(212)下面且因此能够使废物转向第二通道(364)。操作地连接至控制器(500)的动力驱动的致动装置(219)根据控制器所确定的关于废物批次应该转向第一通道(362)或第二通道(364)的情况使转向器门(280)在角度位置之间摆动。适当的容器(218)或其它布置可被设置在第一通道(362)或第二通道(364)中以在任何给定时间贮存和处理一批或多批废物。
尽管前面说明书中仅对本发明的多个特定实施例进行了详细描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明不限于此，且可能在不偏离在此披露的本发明的范围的情况下在形式和细节方面作出多种其它变型。例如，本发明的装置和方法可被用于确定废物中其它潜在污染元素的量且可被用于定性和定量地确定特定元素在其它大量材料如煤中的存在。

Claims (22)

1、一种设备，所述设备在将所述废物引入废物加工装置或设备中之前根据未经预先分拣的废物的化学成分对未经预先分拣的废物进行在线分拣且根据所述废物中的一种或多种特定化学元素的存在及其量将所述废物引入两条或多条通道中的一条通道内，由此确保在任何给定时间，受到所述装置加工的所述一种或多种特定化学元素的量小于预定阈值，其中所述设备包括以下部件：
装载单元，所述装载单元适于接收来自一个或多个外源的所述废物；
称重单元，所述称重单元适于成批接收来自所述装载单元的所述废物且确定每个所述批次的重量；
检测器模块，所述检测器模块适于接收来自所述称重单元的一个所述批次，所述检测器模块包括用于执行中子活化分析技术以确定所述批次中的所述一种或多种特定化学元素的存在及其量的元件；
转向器门，所述转向器门适于接收来自所述检测器模块的所述材料批次且适于将所述批次引入所述两条或多条通道中的一条通道内；和
控制器，所述控制器适于控制所述装载单元、所述称重单元、所述检测器模块和所述转向器门的启动以及启动的定时且适于执行计算并储存所述设备的操作需要的数据；
其特征在于：根据由所述检测器模块确定的所述特定化学元素的量是小于还是大于预定阈值，所述控制器启动所述转向器门从而使所述批次转向进入所述多条通道中的一条特定通道。
2、根据权利要求1所述的设备，其中所述特定化学元素是氯。
3、根据权利要求1所述的设备，其中所述检测器模块包括：
由适当的含氢材料制成的中子慢化剂壳体，所述壳体具有可选择性地由门打开或密封的上部开口和下部开口；
内室，所述内室的形状和尺寸由所述壳体的内壁以及所述上部开口和所述下部开口确定；
用于发射中子以对所述内室中的废物批次进行辐射的适当的中子发生器；和
用于检测伽马射线量子的适当的能谱伽马射线检测器；
其中，所述发射出的中子与所述材料内的不同核相互作用，因此产生激发核，所述激发核产生衰变从而发射出表征所述核的不同能量的伽马射线量子，且所述检测器检测由所述核发射出的所述伽马射线量子并测量作为伽马射线量子能量的函数的伽马射线量子的强度。
4、根据权利要求3所述的设备，其中所述适当的含氢材料是经过硼酸处理的聚乙烯。
5、根据权利要求3所述的设备，所述上门被枢转安装在臂部的一端上，所述臂部具有安装在其另一端上的漏斗部，以使得在所述臂部产生转动后，所述上门交替地对所述上部开口进行密封，或所述漏斗部移动至有助于使所述废物批次从所述称重单元移动进入所述内室内的位置。
6、根据权利要求3所述的设备，其中所述中子发生器是便携式D-T脉冲中子发生器。
7、根据权利要求3所述的设备，其中所述发射出的中子能量是2.5Mev。
8、根据权利要求3所述的设备，其中所述发射出的中子能量是14.0Mev。
9、根据权利要求6所述的设备，其中所述脉冲周期处于数秒的数量级。
10、根据权利要求9所述的设备，其中所述脉冲发射周期处于10秒的数量级。
11、根据权利要求3所述的设备，其中所述能谱伽马射线检测器选自包括：NaI(T1)和CsI(T1)闪烁检测器的组群。
12、一种用于加工废物的系统，所述系统包括根据权利要求1所述的分拣设备且进一步包括：
废物加工装置或设备；
废物接收箱，来自多个来源的废物被初始倾倒进入所述废物接收箱内，等待被输运至所述分拣设备且最终受到废物加工装置或设备的加工；和
用于将废物从所述箱输运至所述分拣设备且从所述分拣设备输运至所述废物加工装置或设备或一些其它位置的适当输运系统；
其中所述分拣设备具有三种功能：第一种功能是将所述废物分成大体上体积相等的批次，第二种功能是测量每个所述批次中存在的氯的量，且第三种功能是根据所述测得的氯的量将每个所述废物批次供给进入两条通道中的一条通道内且使用所述系统确保被引入所述废物转化装置或设备内的含氯化合物的量不超过预定值。
13、根据权利要求12所述的系统，其中，如果批次中的氯的量低于预定阈值，则所述批次被接受且被转向所述两条通道中的第一通道；其中所述废物批次被输运至所述加工装置，从而在其中以正常方式受到加工。
14、根据权利要求12所述的系统，其中，如果氯的量高于预定阈值，则所述批次被拒绝且被转向所述两条通道中的第二通道，从而按照下列可选方案中的一种方式被处置，所述可选方案包括：
可选方案1，所述第二通道中的所述受到拒绝的废物批次被贮存且通过被拒绝到达所述废物加工装置或设备而最终受到处置；
可选方案2，所述第二通道中的所述受到拒绝的废物批次被放置在临时贮存装置中且稍后受到处理；
可选方案3，所述第二通道中的所述受到拒绝的废物批次被返回所述箱、与其它废物重新混合且被再次传送通过所述分拣设备。
15、根据权利要求14所述的系统，其中根据可选方案1的所述受到拒绝的废物批次在专门指定的地点如市政固体废物填埋场受到处置。
16、根据权利要求14所述的系统，其中将由控制单元编号的标识分配给根据可选方案2的每个所述受到拒绝的废物批次，所述控制单元还包含与每个所述批次中的氯的量以及通过所述加工装置的废物流速相关的数据；由此，在任何给定时间，受到所述加工装置加工的所述废物中存在的氯的量是已知的；此外，位于所述装置的气体出口处的适当的传感器监控所述装置发射出的气体氯化合物且基于实时基础将该数据提供给所述控制器；由此，所述控制器可随后确定在任何给定时间含氯排放物的水平是否足够低以便允许所述第二通道中的一个或多个所述受到拒绝的批次被引入所述装置内。
17、根据权利要求16所述的系统，其中根据可选方案2的所述受到拒绝的废物批次被进一步分拣或布置在转盘型布置上以使得所述控制器可选择、接近特定批次且将所述特定批次分派至所述加工装置，所述特定批次最适于保持在任何给定时间通过所述装置的氯的最大流速。
18、根据权利要求14所述的系统，其中所述可选方案1至3中的任一种或所有可选方案可在任何给定时间实施，且所述控制器可根据需要从一种可选方案切换至另一种可选方案。
19、根据权利要求12所述的系统，其中所述废物加工装置或设备通过利用热处理工艺对所述废物进行加工。
20、根据权利要求19所述的系统，其中所述热处理工艺包括利用一个或多个等离子体喷枪。
21、一种操作根据权利要求12所述的系统的方法，所述方法包括以下步骤：
将来自多个来源的废物倾倒入所述废物接收箱内；
将至少一部分所述废物从所述废物接收箱输运至所述分拣设备的所述装载单元；
将至少一部分所述输运的废物装载入所述装载单元内；
将所述装载单元中的至少一部分所述废物传递至所述称重单元；
当预定量的废物，所述预定量的废物因此形成废物批次，已经进入所述称重单元时，停止将废物传递进入所述称重单元内；
将所述废物批次传递至所述检测器模块；
密封所述检测器模块的门；
启动所述检测器模块中的中子发生器以对所述检测器模块中的所述废物批次进行辐射，因此在所述废物批次中包括的所述材料中的至少一些分子中产生激发核；
启动所述检测器模块中的伽马射线检测器以测量所述激发核发射出的伽马射线量子的数量和能量；
引导所述批次通过转向器门到达两条或多条通道中的一条通道；并且
重复所有上述步骤直至所述接收箱中没有废物残留或必须为了一些其它原因延缓对所述废物进行加工；
其中，选择所述批次被引导至所述两条或多条通道中的哪一条通道取决于所述伽马射线量子的数量和能量的所述测量结果且一条所述通道直接通往所述废物加工装置或设备的所述废物加工室且所述两条或多条通道中的第二条通道通往临时贮存区域、返回所述废物接收箱、或通往并非所述废物加工装置或设备的一部分的处置区域。
22、根据权利要求21所述的方法，其中利用控制器控制所述系统的所述元件的启动以及启动的定时且执行计算且储存所述系统的操作所需要的数据。
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