CN1042058C - 变有害废料为无害聚集(结)体的设备 - Google Patents

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Abstract

将物料送入旋转炉，在炉中至少部分大固体被燃烧以形成初级聚集(结)体，从而将有害废物变成无害、无渗出的聚集(结)体。废物料中的气态燃烧副产品和废细微粒料被送入至少一个具有水冷却金属壁的氧化器中。其中一些废细微粒料被熔化以形成为将从设备中除去的熔融的熔渣状物料并被冷却，以形成无害聚集(结)体。未熔化的在氧化器中的部分物料经冷却、中和和固-气分离。其中固体重新送入带有初级聚集(结)体的氧化器中，在此它们或被熔化或被夹带于熔融物料中而成为无害聚集(结)体整体的一部分。

Description

变有害废料为无害聚集(结)体的设备
本申请是于1989年6月6日申请的美国专利申请(系列号为362352)而现获专利权的美国专利(专利号为4922841)的部分续展申请，而后者又是于1988年9月14日申请的、现已废弃的美国专利申请(系列号为244017)的续展申请。
本发明涉及一种利用有害废料通过热诱导氧化作用而形成无害聚集(结)体的设备。
许多工业工艺过程产生出副产品及废料，而这些废料未经某种形式的容器或处理就不能予以合法地处理掉。过去致力于在密闭容器内清除这些废料的尝试证明是不够充分的。因为没有对这种密闭容器的制造或其性能劣化加以注意而造成有害废料的泄漏或流散。处理有害废料的其它措施包括将这些废料灌入井内，但是，这些废料在其灌入的地层中不可能保持不动而结果往往流入地下含水层。
除了与这些处理技术有关的一些技术问题外，使用这种设备的人还可能要对此承担责任。这些废料置于处理场所多年后，由于了解到某一单位虽将有害物质置于一经批准的废料处理场所，但因在处理场所未能成功地防止废料的扩散而被要求承担责任，因而有责任被要求进行赔偿。这些问题就引起人们要寻求一种在制造工艺过程中利用有害废料的装置，用该种装置消除废料的有害性而生产出适于销售和供公众使用的产品。其中的一种装置试图在氧化条件下使废料通过各种类型的加热器，以使其氧化。这种工艺的一种变型，是利用一逆流旋转炉(回转窑，下同)，以诱导有害废料中的可燃成分燃烧，并聚集(结)不可燃材料，以形成一种可销售的具有商业价值及有用的产品。
对这种废物利用的方法所作的种种努力，部分在制造一种符合废物处理的现行EPA(环境保护署)规定的产品中取得了成功。但是，这些方法有明显的缺点。在旋转炉之类设备中利用有害物质的最明显的缺点，是另外又产生了不可燃物质，这种物质不形成聚集(结)体，因而要作为有害废料加以处理。这样，尽管该工艺明显减少了有害废料的数量，但还有一部分处理过的物质要作为有害废料加以处理。此外，大多数常规工艺产生大量的必需处理和清除的污染的洗涤器水。
因此，本发明的一个目的是提供一种设备，可用它在一生产工艺中将有害废料用作再循环物料，而该设备仅有的产品是无害的且可销售给公众使用，而不必再担心该处理过的输入物料是否有害。
本发明的另一目的是变有害的固体物料为可不受限制地销售的安全而隋性的聚集(结)体。
本发明的再一目的是使有害的废液用作燃料和辅助燃料，以一种经济的方法取代天然气或煤，在这种方法中通过使用废料而获得的任何固体可销售给公众，而不必担心输入物料是否有害。
本发明的又一目的是提供一种系统，可用于大规模利用有害废料，且可经济地操作而不会给该系统的操作人员带来风险。
本发明的再一目的是提供一种设备，它不需要在工作期间频繁停机进行定期的保养或维修。
本发明的另一目的是减少注入设备中的水量，以提高能处理的物料量。
本发明的这些和其它目的，将在说明书中更充分地揭示或通过本发明的实施而变得更为清楚。
为实现本发明的这些和其它目的，本发明提供一种变有害废料为无害聚集(结)体的设备，该设备包括一具一入口部的旋转炉。与炉的入口部分连通的是一氧化装置。氧化装置包括至少一水冷却、金属壁的容器。还提供一个包括大颗粒固体废料和废料细微粒的固体废料源。还包括将废料细微粒和大颗粒废料分离的装置，它还有可将大颗粒固体废料送入旋转炉的入口部的装置。该设备还包括用于在炉中诱发燃烧的装置，以便将大颗粒固体废料转变为固体颗粒初级聚集(结)体、渣块、挥发性气体和气态燃烧副产品。还包括用于在氧化装置中引起燃烧的装置，以将废料细微粒、挥发性气体和气态燃烧副产品转变为不可燃细微粒、熔渣和废气。该设备还包括用于将固态颗粒初级聚集(结)体送入和将固态不可燃细微粒再送入到熔渣中，以形成一种基本上熔化的混合物的装置。该设备另包括从其中除去该混合物的装置。
最好是，氧化装置包括多个与旋转炉入口连通的容器。
现在描述本发明的几个最佳实施例。
组成说明书的一部分的几个附图描绘了本发明的一实施例。
图1是本发明一实施例的示意图；
图2是图1所示实施例的氧化装置的部分被横剖后的视图；
图3是图2所示的两氧化器的水冷却容器壁的横断面；
图4是另一种水冷却容器壁结构的横断面；
图5是一积聚送入图1和2所示的实施例的氧化装置中的颗粒物料的实施例的示意图；
图6是图1所示实施例的平面示意图；
图7是一用于从所示实施例中除去熔渣的较佳装置的横剖示意图。
本发明的实施例示意描绘于图1中。
本发明是一种用于变有害废料为无害聚集(结)体的设备和一种用于实现该功能的操作设备的工艺。按照本发明，提供一具有一入口部和一出口部的旋转炉。如图1体现和描绘的，旋转炉10包括一入口部12和一出口部14。在旋转炉的入口部与出口部之间有一燃烧部16。尽管在所描绘的实施例中各部分的边界是相连的，图中画出的旋转炉的三部分仅仅是示意性和说明性的，其实它们是可以互相重叠起来的。也就是说，部分燃烧也可以在入口部12或出口部14进行，但是，燃烧主要发生于旋转炉10的燃烧部16。
图1中示意表示的炉子是一标准的逆流旋转炉，用它可处理石灰石或贝壳，以形成石灰。它由一内砌有耐火砖的外部金属壳组成。耐火砖的成分取决于操作温度及通过旋转炉的物料。本发明实施例的旋转炉用在1600°F至2300°F的温度范围内工作，使用的耐火砖含有70％的氧化铝，是由加利福尼亚州奥克兰(Oakland)的全国耐火材料公司(National Refractory Company)生产的。这种耐火砖在使用中未发生过早地丧失耐火性能的情况。旋转炉支撑在通常的支承物(未画出)上，并通过传统的炉驱动装置(未画出)以每小时1至75转的转速转动。
在后面将更详细讨论，这里先扼要地说一下，固体废料被送入旋转炉10的入口部分12。随着旋转炉的转动，大于约50微米的物料经过燃烧区16朝着出口部14移动，而较小颗粒的物料被夹带在沿与大颗粒固体物料移动方向相反方向流动的气流中。在描述的实施例中，旋转炉10包括有位于炉子出口部的冷却室18。冷却室通过与旋转炉连通的几个孔接收较大的固体物料，该冷却室接收的较大颗粒物料是通过旋转而被传送到一出口滑运道20的，来自旋转炉的固体物料从此滑运道送出。与旋转炉10有关的还有一燃料源22及一空气源24，以保证在旋转炉10内的燃烧。可利用的燃料有可燃性液体或气体，包括可燃废液、可燃液体燃料或可燃天然气。利用氧或混有水的氧来控制温度和燃烧。空气燃料混合物在出口部14处送入旋转炉10，与炉10中的气体一道流向入口部12，其流动方向与通过炉子的旋转朝着出口部14传送的较大颗粒的移动方向相反。如前所述，较小颗粒物料被夹带在通过炉子的气体中，因而与大颗粒物料分离开并从炉中运出。
按照本发明，本设备包括邻接炉子入口部的氧化装置。如这里所具体化了的那样，该设备包括一第一氧化器26。如图1所示，该第一氧化器与旋转炉的入口部12邻接并相连通，它接收从送入旋转炉中的物料中产生的挥发性气体以及在旋转炉中燃烧时产生的燃烧副产品。一废料源将废料送入旋转炉10的入口部12，在炉中，逆流气流将较大的颗粒(固体废料)和较小的颗粒(废细微粒料)分离开。按照本发明，固体废粒包括大颗粒固体废料和废细微粒料。对本发明来说，大颗粒固体废料是指颗粒尺寸大干约50微米的废料，而废细微粒料是指颗粒尺寸小于50微米的物料。该设备操作时，将废料按不同颗粒尺寸分开，分离的目的是将物料提供给第一氧化器26，然后，在物料的物理状态下迅速将其氧化或熔化，而送入炉中的较大颗粒物料在其通过旋转炉运送时被分解成不可燃物料、挥发性气体或燃烧副产品。
按照本发明，提供了将大颗粒固体废料与废细微粒料分离开的装置。如图1具体化和描绘的那样，该设备包括一分类传送器(classi-fying conveyor)30，它接收来自废料源28的废料并将从废料获得的燃料送到旋转炉10的入口部12中。大颗粒固体废料与废细微粒料的分离是在整个旋转炉10内进行的。还要指出的是，固体废料也可以在被送入炉子前预先按颗粒尺寸予以分离，从而可直接将废细微粒料送入氧化装置中。
按照本发明，该设备包括用于在炉中引起燃烧从而变大颗粒固体废料为固体颗粒初级聚集(结)体、渣块、挥发性气体和气态燃烧副产品的装置。如图1具体化和描绘的那样，燃烧诱发装置(Combustioninducing means)包括燃料源22、氧源24和旋转炉10。下面将加以描述，炉内的操作条件应使大部分大颗粒固体废料转变为颗粒初级聚集(结)体、挥发性气体和气态燃烧副产品，而旋转炉生成的渣块则最少。旋转炉10的运转使固体废料移至旋转炉的出口部14经冷却室18至出口滑运道20。如在此具体化的那样，排出出口滑运道20的固体废料被送至旋转炉分离器34。分离器34可以是任何分离大固体颗粒与细微颗粒用的传统的机构。在本实施例中，直径大于3/8英寸的固体物料被分为渣块或碎块，而小于该直径的其它物质被分为初级聚集(结)体。渣块和颗粒通过一磁性分离器(未画出)。初级聚集(结)体则通过另一个磁性分离器(未画出)。黑色金属被分离出送至一金属收集器以作为废钢出售。
按照本发明，提供一种用于在氧化装置中引起燃烧，以将废细微粒料、挥发性气体和气态燃烧副产品变为不可燃细微粒、熔渣和废气的装置。在本实施例中，在氧化器装置中引起燃烧用的装置包括氧化器燃料源36和氧源38。这样，氧化器26从旋转炉10中接收可燃或不可燃废细微粒料和挥发性气体、燃烧副产品，同时从燃料源36接收燃料，从氧源38接收氧气。在本实施例中，第一氧化器26在1800°F至3000°F下工作。在氧化环境中，第一氧化器26中的可燃物料转变为废气和不可燃细微粒。不可燃细微粒可被熔化或不被熔化，这要根据其组成情况而定。
如图2示意所示，一部分不可燃细微粒被熔化，并以液态熔渣40的形式被收集于第一氧化器26的底部。本设备可任选地包括一指向第一氧化器26的燃烧器，用以提高氧化器26中各位置处的温度。如在此具体化和图2所示的那样，第一氧化器26包括燃料—氧气喷管32和33。在该实施例中，燃料—氧气喷管33的能力为每小时2千万英制热量单位(BTU)，它指向管道54中的熔渣的表面，用以稍微阻碍熔渣从第二氧化器56流向第一氧化器。类似地，燃料—氧气喷管41和43指向熔渣40的表面，火焰稍微阻碍熔渣从氧化器56流向氧化器26。燃料—氧气喷管32的能力为每小时9千万英制热量单位，它指向氧化器26的中央部分中的熔渣40。
如图2示意性地所示，第一氧化器是一与旋转炉10的入口部12连通的水冷却、金属壁的容器。本实施例中的第一氧化器有一矩形横断面，它包括由诸垂直安放的管状金属冷却剂管道46组成的垂直金属壁。如图3所示，在本实施例中，管道46具有矩形横断面，它们沿着长度方向焊在一起以形成金属板。在这样的实施例中，第一氧化器26的壁52是由诸板组成，而每块板又是由诸管道46组合而成(如图3所示)。在该实施例中，管道是用壁厚为0.5英寸的4×8英寸的矩形A500B钢管制成的。图3描绘的结构是一种标准的锅炉管道结构，熟悉锅炉结构的人员能容易地制造一圆柱形或平的板，再可用此板做成一平侧面的或圆柱形氧化器。
冷却剂供给系统(未画出)将冷却剂供给第一氧化器26的诸管道46。通过一通常的联管箱系统(head system)可从氧化器的下方部位将冷却剂送入诸管道46，并通过管道流向上方。冷却剂的温度和流速影响到氧化器26的壁的温度，可用作控制设备中的氧化的过程(工艺)变量。但是，由于冷却剂影响氧化器壁的温度，所以冷却剂流量受到限制。如冷却剂的流量使壁温太低的话，那末，该工艺过程的热效率就不高，燃料消耗将过大。此外，在某些情况下，氧化器中的物料会沉积在氧化器的内壁上，引起对金属壁的腐蚀。相反，如果冷却剂的流量使氧化器的内部处于太高温度下工作，则金属壁会受氧化，引起壁强度的降低。过高的壁温也可能由于影响组成诸管道46的金属的机械、热机械或热处理而不利于壁的强度。当用水作为冷却剂时，冷却剂温度应保持于100°F到250°F这一范围。
最好是，流经第一氧化器26的冷却剂使内壁表面温度保持于低于约600°F，最好约300°F。令人意想不到的是，处在这种较低温度的壁并不影响氧化器工艺过程的工艺经济性或有效性。由于流动的液态熔渣40通过氧化器26内部52时以炽热的热气传递热量，而使氧化器的底部的工作温度较高，所以第一氧化器26的底部可砌上耐火砖53。或者，让熔渣积集和固化，形成一层象渣壳熔炼(凝壳熔炼)中的固态“渣壳”般的固态壳体53，用以支承融熔的熔渣。在图2的实施例中，炽热气体转过90°朝向连接第一和第二氧化器26和56的管道54。第二氧化器56的结构在某些方面与第一氧化器26的相类似。但是，在所示的实施例中，第二氧化器56是圆柱形的，其内部58也是圆柱形的。
炽热气体和颗粒细微粒料从第一氧化器26经过管道54通向第二氧化器56。管道54和第二氧化器26的构造和第一氧化器所示实施例的结构类似，它们都是水冷却的金属壁容器。
与第一氧化器26类似，第二氧化器56的底部也可包括耐火层或让熔渣固化以形成一层与前面对第一氧化器26描述过的固态层53。这一层的功能已在上面讨论过。类似地，第二氧化器56的壁由从一冷却剂源(未画出)到氧化器56的下方部位的冷却剂流冷却。氧化器56接收用于冷却跨接管(桥管)72因而被预热的冷却剂。在管道46和第二氧化器壁中向上流动的冷却剂最好保持在300°F至600°F的范围。由操作一内壁温度高于或低于最佳范围的设备所引起的问题，和前面对氧化器26所描述的相同。
在描绘的实施例中，不是所有的废物料都在第一氧化器26中燃烧而是有相当一部分是在第二氧化器56中燃烧。这样，在图1实施例的操作中，废细微粒料从第一氧化器26的内部52经过管道54进入第二氧化器56的内部58。在最佳实施例中，管道54总的是矩形的，包括水冷却的上壁和耐火砖或熔渣作内衬的下方部位。在此实施例中，上壁是由从第一氧化器26出来的冷却剂冷却的。由于上述对第一和第二氧化器所述的理由，管道54的上壁最好保持在300°F至600°F的温度范围内。
在一最佳实施例中，液体通过液体入口60注入第二氧化器56中。本实施例中的液体入口60的液体源由一围绕整个设备的储存槽系统(sump system)(未画出)组成。任何液体，包括从废料得到的燃料，雨水或污染的雨水都被收集到一储存槽中，并通过液体入口60被注入第二氧化器56中。这样，整个设备就有了自己的围绕该设备的、使用从废料获得的燃料和污染水的装置。熟悉本发明所属的技术领域的人员能容易地设计一排水和存储槽系统供本发明之用而无需专门揭示这样的系统。
按照本发明，提供了一种冷却不可燃细微粒料和废气的装置。如图1所示，本发明包括第三氧化器62。第三氧化器可依靠使冷却剂(水)通过组成容器壁的多根管道而进行水冷却。这样的实施例描绘于图4中，其中的诸管道46’沿它们的长度方向被隔开，并焊于一位于诸管道46’之间的长金属间隔器48上。在该实施例中，管子外径为3.0英寸，壁厚为0.3英寸。
第三氧化器62包括一水入口64，用以将水送入容器的外部。在本实施例中，水入口64中有一喷咀(图中未画出)，它以大于声速的速度送入水和空气。在本实施例中，喷咀是新泽西州声学公司(SonicofNew Jersey)制造的“声学”型(“Sonic”model)SC CNR-03-F-02喷咀。与水入口连通的是一水源66。在本实施例中，水源66送出不包括废水的水。来自水源66的水的功能是将废气和不可燃的细微粒料冷到约350°F至400°F的温度范围，这样，利用后面要揭示的传统的分离装置可分离气体和颗粒物料。如果需要，冷却装置可设在氧化器62下游的另一容器(在此为容器65)中。在这一实施例中，进入氧化器62的物料的温度约1600°F，离开氧化器时物料温度约1400°F。在该实施例中，物料送入过滤装置(在此为管道(集合管)70和过滤器74)时的温度约400°F或400°F以下。
按照本发明，本设备包括用于使来自炉子的气态燃烧副产品和废气通过氧化器装置的装置。如实施例中，有一连通第二氧化器56和第三氧化器62的连接管(桥管)72。在最佳实施例中，第二和第三氧化器是垂直设置的圆柱形容器，跨接管(桥管)72是一连接第二和第三氧化器的顶部开孔的U形容器。采用这种构形，通过喷咀的空气流总的平行于来自喷咀的喷射，颗粒料得以有效地冷却而很少相互聚结。跨接管(桥管)72的结构与第三氧化器的类似，即，是用如图4中描绘的管子和间隔器组成的金属壁水冷容器。在本实施例中，跨接管(桥管)72接收的是通过氧化器26和管道54时被预热的冷却水。
最佳实施例的操作确定了第三氧化器不一定要用水冷却。所描绘的实施例包括一任选的第四氧化器65。这增加了物料在氧化器中的停留的时间，且还有助于除去待处理物料中的有害成分。
在该实施例中，氧化器62和65的下端通过一连接器73相连。本设备最好还要包括用于从诸氧化器的底部除去固态颗粒物料的装置。如在图1已具体化和描绘的，其中提供了一排走固态颗粒物料用的链板输送机75，否则，这些物料会积聚在氧化器62和65的底部以及此两氧化器之间的连接器73中。此收集的固态颗粒物料被送到导入积聚器84的管道75中，以再送入氧化器56。
如在此以图1已具体化和示意描绘的，有一与第四氧化器65连通的苛性物料源67。苛性物料的作用是中和废气中的酸。苛性物料可以是液态或干燥颗粒如熟(消)石灰通过pH控制入口70注入。喷射苛性物料的作用是中和在废气中的酸。如果需要，苛性物料可注入第三氧化器62。
在设计本发明的各组件之间的连接时，要考虑不同的热膨胀，这是因为氧化器26和56，管道54和跨接管(桥管)72中的物料温度较高。此外，在设备的不同部位存在明显的温差，故必须在这些部位之间的接界处设置调节附件，以供补偿膨胀和收缩。
下面行将揭示，系统工作压力低于大气压。如此，只要设备的诸部分之间的界面处的渗漏量不是大到足于损害物料在诸氧化器中的燃烧作用，略有渗漏并不会损害设备的性能。在设备中处于较低温操作的其他部分，这种要求并不重要。
按照本发明，本设备包括用于分离不可燃细微粒和废气的装置。如在图1已具体化和示意描绘的，本设备包括由两个风扇76驱动的三个平行工作的过滤器74。废气和细微粒最好在大于350°F小于400°F的情况下送入过滤器，这样就可使用传统的集尘室过滤器。本实施例的操作情况决定了在操作中可使用传统的聚四氟乙烯过滤器。废气从不可燃细微颗粒中分离出来，然后通过监视其组份和温度的监视装置78，最后经过烟囱80排到大气中。风扇76对整个设备产生一股抽力，从旋转炉抽吸挥发性气体和燃烧副产品。来自旋转炉的燃烧副产品、来自诸氧化器的燃烧副产品和所有通过系统的气体都通过风扇76，这样，整个设备就在负压(低于大气压的压力)条件下运行。利用一泵装置82通过管道75，使积聚在过滤器74中的细微粒料流向收集器84。类似地，利用一泵86通过管道85，使初级聚集(结)体流入收集器84。图5描绘了收集器84的最佳实施例。
按照本发明，设有用于送入固体颗粒状初级聚集(结)体和将不可燃细微粒料再送入该设备以形成基本上是熔融的混合物的装置。如在图1，2和6中已具体化和描绘的，该设备包括将不可燃细微粒料和初级聚集(结)体送入氧化器装置，在该实施例中为第二氧化器56中的装置。如图5所描绘的，收集器84包括一用来接收来自管道75和85的颗粒细微粒料的入口88。该实施例包括一通向一过滤器(未画出)的排气口89。
这种收集器84的最佳实施例中有一第一传感器92用于检测收集器84内颗粒物料的所期望的最大高度。第二传感器94检测收集器84内的颗粒物料的高度并通过一传感器控制机构，借助阀控制装置100以操纵阀98。在设备运行中，入口88将颗粒材料送入收集器84，在收集器内，当颗粒物料累积到使上部传感器92开始启动的预定高度时，就通过传感器控制装置96和阀控制装置100将阀98打开，从而使颗粒物料通过分成两入口管103和105的管道102，将颗粒物料送入第二氧化器56(如图2，5和6所描绘的)。当收集器84内的颗粒物料高度到达下部传感器94的高度时，传感器控制装置和阀控制装置100就将阀98关闭，从而切断颗粒物料经管道102的流动。
虽然图中表示了管道102将固体颗粒物料送入第二氧化器56，但也可将颗粒物料送入第一氧化器26中或第一和第二两个氧化器中都送入。如图2所示，经管103和105(只描绘出管105)送入第二氧化器的颗粒物料落在第二氧化器56的底部形成一堆垛104。穿过第二氧化器56的气体的热量辐射在颗粒物料堆垛的表面上，使一部分熔点低于辐射在该表面上的气体温度的颗粒物料熔化。从堆垛104流出的物料夹带着未熔化的颗粒物料，并和氧化器56底部的熔渣结合。如图2所描述的，液体熔渣40聚积在氧化器26管道54和氧化器56的底部上。虽然熔渣可从管道54中排走，但最好用一另外的熔渣箱从设备中除去熔渣40。
如图7所描绘的，总的为矩形横截面的熔渣箱108有一与氧化器26底部连通的开孔110。熔渣40流入熔渣箱108，在此熔渣暴露于来自燃烧器112的一股火焰中。来自燃烧器112的这股火焰的高能量足以在熔渣箱108中的熔融物料40中形成紊流，因而促进其中的物料熔化(玻璃化)。燃烧器112结合如图2所描绘的燃烧器32，33，41和43，用以略微阻碍从出口124来的熔渣的流动因而增加了熔渣在设备中的停留时间。该量佳实施例还包括一位于出口124的燃烧器114，以恰在熔渣淬冷以前提供对熔渣温度的附加的控制。熔渣箱108中的情况由一光学高温计通过开孔126监视。
在该实施例中，熔渣箱108的结构为水冷却金属壁，其接触熔渣的下方部位具有耐火砖内衬或包括一层固化的熔渣。
接照本发明，该设备包括冷却装置，它用于冷却大体上是熔融的混合物使之形成无害的聚集(结)体。在本实施例中，该设备包括如图1所示的冷却装置106。在本最佳实施例中，冷却装置只包括水，大体上熔融的混合物可倾倒在水中。冷却装置从熔融混合物中吸取热量并使之形成无害聚集(结)体。
下面将按照工艺来说明上述设备在其操作工艺中将有害废料制成无害聚集(结)体的过程。该工艺的第一步是提供一固体废料源，这些固体废料源包括大固体废料和废细微粒料。在本发明的实施例中，送入该设备的这些废料可以有各种形式。这些废料可以是象污染的表层土，污染的建筑碎砖、破瓦、毛石，污水处理作业中出现的半固态污泥，液态废物的金属(铁)桶(drums)，含有液体和固体的纤维鼓形物(通常称作实验室包)之类的固体颗粒。如果废料为含有液体的污泥，则先将该废料通过摇动筛以去除液体，再将液体与残留固体分开地送入本发明的设备。如果废料装在55加仑的金属桶中，就将这些桶弄碎并送入旋转炉中作为部分的大固体废料，这样就不需要对桶进行清洁和检查了。有可能要将进料破碎若干次，以便获得一种在工艺过程中能充分处理的进料。
在对工艺和执行该工艺的各种组件的工作温度进行控制时，最好能了解进料的一些特性，以便对送入该设备的废料和其它进料的加料速率可进行控制，从而达到所需的操作条件。运到的废料最好有一个包括英制热量单位和含水量的说明。然而，还需检查进料的英制热单位含量和其它特性，这样有利于对设备进行操作。还应注意到：虽然有的加入的废料总的具有统一的英制热单位含量，但是往往加入的废料是不均匀的，因此，必须对设备操作和工艺控制进行干预，以防止操作参数偏离完全氧化废料中的可燃组分所必需的参数值从而能产生所需的无害聚集(结)体。除了英制热单位含量和含水量外，最好还能了解其含酸量，灰分量和卤素浓度。了解含酸量后，操作者可根据废料的含酸量估计本工艺将消耗多少苛性物，这对本工艺的操作及其经济性都是有影响的。废料中的灰分量决定了将产生多少聚集(结)体。卤素含量会影响本工艺的操作，最好在1％到5％的范围内。利用废料的这些特性并通过对水，辅助燃料，氧，苛性物，冷却剂等输入的适当控制，就能达到所希望的工作状况，从而能经济地生产出所需的聚集(结)体。
本工艺还包括将废细微粒料和大固体废料分离的步骤，如上所述，分离可在旋转炉10中进行或简单地将事先分成适当大小的废料引向该设备的不同部位。例如，如果废细微粒料是污染的表层土，可以将它们直接送入氧化装置。
大固体废料被送到一具有一入口部，一燃烧部和一出口部的旋转炉中。将炉中的运行条件控制得使大固体废料燃烧形成固体颗粒状初级聚集(结)体，渣块和气态燃烧副产品，大固体废料中的大部分可燃挥发性物质在炉子的入口部挥发掉。旋转炉最好在其平均内部温度为1600°F至2300°F的范围内工作。
要注意：炉内沿炉长及其径向的温度梯度都相当大。因此，炉子中一部分的温度有可能明显偏离1600°F至2300°F这一范围。
大固体废料送入旋转炉的速率取决于它的英制热单位含量，但通常为约每小时20吨。炉子以(1至75)转/小时的速度旋转，这样，在出口部14处流出炉子的固体物料的总停留时间约为90至120分钟。
在这些工作参数下，旋转炉生产并输出的固体大部分是固体颗粒状初级聚集(结)体，另外带有少量渣块的物料。按照本发明目的，渣块通常为较大尺寸的固体，例如，经过旋转炉而未发生反应的建筑用砖，或是在相当低的温度下在旋转炉中熔化并聚集(结)的低熔点物料的集块。旋转炉的操作条件要控制得以利于两个情况的产生。
第一是将大部分大固体废料转化成颗粒状初级聚集(结)体，第二是将大固体废料中的大部分挥发性可燃物在炉子的入口部挥发掉。如下文要讨论的，初级聚集(结)体在该工艺中被再循环以被熔化和送到氧化装置中的熔渣中。因为熔渣构成为无害聚集(结)体，故希望经处理的物料变为尽可能多的熔渣。对炉中送出的形成渣块的物料要进行测试，以确定它是否还具有可从中渗出的有害物料。任何具有可渗出有害物质的物料从炉子入口部再送入炉子中。这样，经过本设备操作和处理后，旋转炉送出的只有极少部分物料是渣块物料。
旋转炉工作的第二个目的，是在旋转炉的入口部将大部分挥发性可燃物挥发掉。这样，可以使固体物料经过旋转炉进入旋转炉燃烧部16时降低英制热单位含量。如果到达旋转炉燃烧部16的固体物料的英制热单位含量过高，在旋转炉的燃烧部的内部就可能无法控制其燃烧。因此，旋转炉的操作条件必须包括入口部要有足够高的温度，以便挥发掉大部分送入旋转炉的大固体废料的可挥发组分。
如图1示意所示，将从出口滑运道20流出的固体物料送到炉子分类器34。分类器34可以是任何一种能将大固体颗粒与固体细微粒分离的传统机械。在本实施例中，将直径超过3/8英寸的任一固体物料定为渣块，而其它小于该直径的均作为初级聚集(结)体。这些渣块和颗粒通过一磁分离器(未画出)，而铁金属被除去并被送到一金属仑作为废钢出售。
将气态燃烧副产品通过风机抽力从旋转炉内抽出。如上所述，风机76将整个设备保持在负压下(低于大气压力)，并通过整个系统从旋转炉和氧化器抽气。
本工艺包括将废细微粒料送到氧化装置。在本实施例中，来自旋转炉10的废细微粒料是夹带在气流中进入氧化器26中的。将可燃物料送入氧化装置。在本实施例中，有一与第一氧化器26相连的液体燃料源36。燃料，废细微粒料，来自旋转炉中的固体废料的可挥发气体的输入和氧气的送入均被用来控制第一氧化器中的温度，该温度应在约1800°F至3000°F范围内。该温度是由进料包括被送入的辅助燃料在内的英制热量单位含量所决定的。来自燃料源36的辅助燃料最好包括可燃液体废料。如可燃液体废料包括一种或是有机溶剂，或是钻孔废液或油漆的液体则更好。
本工艺包括在氧化装置中诱发燃烧从而将废细微粒料转化成不可燃细、微颗粒，熔渣和废气的这一步骤。在本实施例中，氧化装置包括三个氧化器，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，大部分可燃物料都被氧化成气态燃烧副产品。这些副产品经第一氧化器26的内腔52和管道54被抽送到第二氧化器56的内腔58。最好是在1800°F到3000°F的操作温度下将一部分固体物料熔化。这些物料聚集在第一氧化器的底部，如图2中液态熔渣40所示，这些液态溶渣40随后流向熔渣箱108。未熔化的固体颗粒物料随气态燃烧副产品一起，流经管道54，进入氧化器56的内部，一部分可能在第二氧化器内熔化，或者不熔化作为固体细微粒料穿过该装置。
将固体颗粒初级聚集(结)体和无害细微粒送入氧化装置。如本实施例中图2和6清晰描绘的，管103和105将初级聚集(结)体和固体细微粒送入第二氧化器56内部。最好是，以不连续的批料送入初级聚集(结)体和固体细微粒。如果将它们连续地送入，就会使氧化器内的颗粒堆料表面冷却，从而阻碍了表面熔化。这样，就阻止了送入氧化器的颗粒物料熔化，并因此阻止了形成无害聚集(结)体的产生。
如图2示意所示，最好使初级聚集(结)体和不可燃细微粒按分散的批料送入第二氧化器在氧化器内形成一堆。氧化装置的热量辐射在料堆的表面上，因此较低熔点的物料熔化而流到该氧化器的底部并流向管道54，在那里，熔融物料流到第一氧化器26并流出熔渣箱108。本工艺会产生聚集(结)体或熔点高于第二氧化装置温度的不可燃细微粒。因此，这种细微粒物料不会熔化。然而，它们夹杂在第二氧化器中形成的熔化物料中并混入渣中而形成一种大体上是熔化的混合物。通过将料堆表面熔化并让熔融物料及夹杂在其中的颗粒物料流向管道54，就使颗粒物料暴露出一个新的表面，随后，此颗粒物料表面又被熔化并经由出渣口流出本设备。虽然本实施例是将初级聚集(结)体和不可燃细微粒送入第二氧化器的，但将这些物料的一部分送入第一氧化器也是可以的。还可以单独将初级聚集(结)体送入第一或第二氧化器，或将微粒送入第一或第二氧化器中，然而，最好将颗粒状初级聚聚(结)体与不可燃细微粒加以混合，并以一种混合体再将它们送入本工艺过程中。
图2实施例还示出了一种将氧气注入第一氧化器的装置。如果将氧气注入第二氧化器，本工艺还是可行的，图2示意表示出注氧器60。当该装置处于最佳工作状态时，第一氧化器内的平均温度是近3000°F。第一和第二氧化器之间的管道内的温度是约2800°F。第二氧化器内的温度是近2800°F。第二氧化器最好能接收较小量的液体，这样，这些液体中的可燃有害废料就能在氧化装置中被氧化。在本实施例中，正是第二氧化器56包括有一入口61。在第二氧化器的工作温度下，水被蒸发并将固体送入热气流，使之燃烧或熔化或与其它不可燃细微粒一起流出而进入本设备的下游区。
最好通过水的注射，将废气、气态燃烧副产品和来自氧化装置的不可燃细微粒冷却而形成一股冷却的流出物。如本实施例和图1示意所示，第三氧化器62包括用于将水注入第三氧化器62的装置。这些水最好是形成一股温度低于约400°F最好高于350°F的冷却水流。如前面揭示的，也可在氧化器65中进行冷却。
最好这股冷却水流中的酸能被中和掉。如本实施例和图1示意所示，本设备包括用于将苛性溶液引入并生成包括不可燃细微粒和废气的中和液流的装置。在本工艺中可将固体颗粒状苛性物料或一种苛性溶液加入到第三或第四氧化器中。
最好通过干燥过滤使废气与不可燃细微粒分离。这个步骤可使不可燃细微粒与废气通过一通常的集尘室完成(在图1和图6中表示为过滤器)。该集尘室的风机，本实施例中为图1中的风机76，在整个设备内产生抽吸力，使设备在负压下工作。
使用水冷却氧化器的主要优点在于减少物料过滤前冷却物料所需的水量。除去有害物料的主要方法是利用氧化。如此，在某些方面，该工艺受系统中的氧气的流量所限制。风机76将氧气吸入到设备中，如在过滤前注入冷却混合物的水量过大，风机76必须排走大量的蒸气。这样就限制了吸进系统中作氧化用的氧气量。使用水冷却氧化器的最佳实施例明显减少对注入冷却水的需求，而却保持了为有害物料的有效的氧化所需的条件。
本工艺包括将熔渣和固体颗粒混合物冷却并使之形成一种无害聚集(结)体的步骤。在本最佳实施例中，将熔渣和固体颗粒混合物送到一充满水的输送机，在那里，水的骤冷效应使混合物冷却并形成无害无渗漏的固态聚集(结)体。用于冷却熔融物料的水随后再送到本工艺，或与废水一起送入第二氧化器56，或作为水冷却剂送入骤冷器62。
本发明的操作导致产生四种流出物：铁质金属，它通过旋转炉并成为无害物料；渣块，它是通过旋转炉的，如渣块含有有害物料，它们或者与渣块的组织相结合，或者将渣块重新送入本工艺直到渣块成分成为无害为止；第三种流出物是从烟囱80流出的气流，它基本上包括二氧化碳和水。虽然本最佳实施例并没有被划为有害废料焚火炉一类，因而不受有害废料焚化规定的约束，但就其空气质量而言，是基于“B”部有害废气焚化炉规定作同样考虑的。本发明很容易达到这种标准。除了严格达到空气质量规范外，如果经本工艺生产的聚集(结)体产品含有重金属，这种重金属如从聚集(结)体中分离的话则是有害的，但在本发明中，这种聚集体已将重金属转化成另一种形式，即重金属被结合在玻璃状的聚集(结)体中。具体地说，砷、钡、镉、铬、铅、汞、硒和银的含量均大大低于规定限度。另外，农药、除草剂化合物、酸酚化合物、碱中和化合物及其它挥发性化合物的浓度也大大低于规定限度。这样，尽管进料可能含有有害物料，这些有害物料或者通过氧化作用而氧化，或者被锁定在聚集(结)体的组织内，因此，本工艺能生产出无害的流出物。
上面对本发明以实施例的形式作了揭示，但是，本发明并不限于此，本发明的保护范围仅仅由所附的权利要求及其等效物所限定。

Claims (21)

1.一种将有害废料转变为无害的非渗出的聚集体用的设备，它具有：一有一入口部(12)的旋转炉(10)；氧化装置，该装置包括一与旋转炉(10)的入口部(12)相邻的水冷却的金属壁容器(26)；一固体废物料源(28)，该种固体废物料包括有大固体废料和废细微粒料；从废细微粒料分离出大固体废料用的装置；将大固体废料送入旋转炉(10)的入口部(12)用的装置；将所述废细微粒料送入氧化装置(26)用的装置；在炉(10)中引起燃烧以将大固体废料转化为固体颗粒初级聚集体、渣块、气体和气体燃烧副产品用的装置；从固体颗粒初级聚集体分离出渣块用的装置(34)；在氧化装置(26)中引起燃烧以将废细微粒料、气体和气体燃烧副产品转化为不可燃细微粒料、熔渣和废气用的装置(36，38)；从炉(10)通过气体燃烧副产品和从氧化装置(26)通过废气用的装置；冷却不可燃细微粒料和废气用的装置(64，66)；从废气分离出不可燃细微粒料用的装置(74)；将固体颗粒初级聚集体和不可燃细微粒料送入熔渣以形成一种基本上熔融的混合物用的装置(84，98)；从氧化装置(26)除去基本上熔融的混合物用的装置(108)；以及，冷却基本上熔融的混合物以形成无害的非渗出的聚集体用的装置(106)，其特征在于，从氧化装置除去基本上熔融的混合物用的装置包括一与氧化装置连通的熔渣清除容器(108)，该熔渣清除容器(108)包括一燃烧器(112)以在其内对熔渣加热并使之玻璃化，该燃烧器(112)被斜置以妨碍熔渣流动而就此增加了熔渣在熔渣清除容器(108)中的停留时间。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述氧化装置包括多个与所述旋转炉(10)的入口部(12)连通的容器，所述氧化装置包括第一氧化器(26)和第二氧化器(56)。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述氧化装置包括一设置用来从所述炉(10)接收所述废细微粒料、挥发性气体和气体燃烧副产品的第一氧化器(26)。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述氧化装置包括一设置用来从所述第一氧化器(26)接收所述废细微粒料、挥发性气体和气体燃烧副产品的第二氧化器(56)。
5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述氧化装置包括一设置用来从所述第二氧化器(56)接收所述废细微粒料、挥发性气体和气体燃烧副产品的第三氧化器(62)。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，它还包括一连接所述第二氧化器(56)和第三氧化器(62)用的跨接装置(72)。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述跨接装置(72)包括一连接所述第二氧化器(56)和第三氧化器(62)的水冷却金属壁容器。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，它还包括将所述不可燃细微颗粒和所述初级聚集体送入所述氧化装置用的装置。
9.如权利要求2所述的设备，其特征在于，它还包括将所述不可燃细微颗粒和所述初级聚集体送入所述第二氧化器(56)用的装置。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，它还包括从所述第一氧化器(26)除去所述熔融混合物用的装置。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，从所述炉(10)通过所述气体燃烧副产品和从所述氧化装置(26)通过所述废气用的装置包括在所述设备中产生负压用的装置。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，从废细微粒料分离出大固体废料用的装置包括所述旋转炉(10)。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述氧化装置的诸垂直壁的大部分由诸基本上垂直设置的管状管道组成。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，至少一个所述氧化器的诸垂直壁由多根平行的、各具有一矩形横截面的金属管道(46)组成。
15.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述氧化装置包括一设置用来从所述炉(10)接收所述废细微粒料、挥发性气体和气体燃烧副产品的第一氧化器(26)；所述氧化装置包括一设置用来从所述第一氧化器(26)接收所述废细微粒料、挥发性气体和气体燃烧副产品的第二氧化器(56)。
16.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述氧化装置包括一第三氧化器(62)，所述第二和第三氧化器(56，62)包括两通常为圆筒形的垂直设置的壁，诸所述容器的上端部上各有一开孔。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述氧化装置包括一连接所述第二和第三氧化器(56，62)的跨接装置(72)，所述跨接装置(72)由一连接所述第二和第三氧化器(56，62)的通常为U形的容器组成。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述跨接装置(72)包括一金属壁的水冷却容器。
19.如权利要求1所述的设备，其特征在于，它还包括控制氧化装置内的温度用的装置。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述温度控制装置包括冷却所述氧化装置的诸壁用的装置。
21.如权利要求1所述的设备，其特征在于，冷却所述基本上熔融的混合物以形成所述无害的非渗出的聚集体用的所述装置(106)包括与所述熔渣清除容器(108)的一出口操作联系的水淬冷装置(106)。
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