CN1882806A - 用于具有潜在危险的废料的旋转炉 - Google Patents

Abstract

在旋转炉(1)中用于产生转换的交流电等离子电弧的必要的电流按本发明通过在炉底(3)内布置多个电极(7)进行。电极(7)的空间布置以及其尺寸主要受预定的运行条件影响。

Description

用于具有潜在危险的废料的旋转炉

本发明涉及一种炉，特别是一种用于具有潜在危险的废料的旋转炉，主要用于放射性和有毒废料。

一系列的废料具有显著的潜在危险，这就要求必须进行进一步的处理。已知各种不同的炉型，例如用于处理有毒的和/或放射性废料的感应炉、电弧炉或者等离子炉。特别是等离子炉内的惰性气氛以及10000℃到15000℃高的电弧温度会导致待处理的材料完全分解。这些材料的固体残渣能够重新在玻璃基体中固定并相对于环境密封。

在EP 0 636 839 B1中描述了一种具有这种等离子燃烧器能量源的旋转炉。等离子旋转炉的圆柱形炉腔具有设置在旋转轴线中的中央浇铸孔，分解的废料的玻璃化的残渣通过该浇铸孔进行浇铸。借助于转换的与炉的底部或者其部件电连接的电弧等离子燃烧器供给用于分解所必要的能量。

通常在炉底中使用石墨块或者导电的、耐热的压实材料用于转换的直流电等离子燃烧器的电连接。但是这些导电材料具有一系列缺点。根据待处理的熔化物的化学成分，这些导电材料使用寿命不够。炉子或者炉底炉衬只能时间上有限地经受运行负荷。这就需要经常更新炉底炉衬。另一方面由于石墨块或者压实材料良好的导热性在与炉底炉衬相邻的炉子结构处会出现热负荷。这里甚至可能需要主动冷却。在由导电材料制成的炉底炉衬的情况下不能设置安全绝缘层，该绝缘层可以防止炉子破裂进入到位于其下的炉子结构中的危险。

本发明的任务在于避免现有技术的缺点，特别是提供一种用于等离子燃烧技术和熔化技术的在炉底中具有改善的电流传导性能的炉子，并延长使用寿命。

该任务通过一种按独立权利要求的特征所述炉子解决。

按本发明的用于等离子燃烧技术和熔化技术的炉包括具有炉底和炉侧壁的炉池(离心机)，其中炉子离心机在内侧具有耐热和耐化学腐蚀的炉衬材料，以及优选布置在旋转炉的旋转轴线中的浇铸孔。通过有抵抗力的炉衬材料电极穿入炉腔中。

本发明通过将到目前为止组合的电引线和对燃烧影响有抵抗能力的炉结构屏障分离提供了一系列的优点。通过将炉池用合适的耐热和耐化学腐蚀的炉衬材料进行覆盖显著延长了旋转炉的使用寿命，因为炉衬材料不必用于导通电流的。使用紧密地被炉衬材料包围的电极一方面使得电流更可靠地输入，以及在控制技术方面得到了改善。对于将电极布置在炉衬材料中重要的是，在给定的运行条件下保证了均匀的电流输送。这意味着尽管逐步地输入电能，但是在旋转炉旋转时在炉池中实现了产生尽可能均匀的电弧等离子。也就是电极在底面上相互间以预定的间距布置，从而可以避免等离子燃烧器电弧的中断。最大间距取决于电参数，例如电压、电流、与等离子电极的距离以及材料特别是流动的、粘滞性的或者可能的话主要是固体的材料的传导能力，这些材料在运行期间位于炉池内。除了这些材料的传导能力，炉池的这种装料的厚度也对最大间距有影响。对于本领域的普通技术人员来说，该最大间距可以根据经验以及给定的工作参数方便地获得。产生均匀的等离子也就是最好意味着根据通过调节预定的参数的恒定的能量流/电流。

最好每平方米炉底面积布置至少60个电极。电极的数量也取决于炉的几何形状、电极的尺寸、等离子燃烧器功率以及待处理的废料种类。例如对于具有较小的横截面的电极必须使用更多的电极。

最好在按本发明的旋转炉中使用由钢或者铜合金制成的电极。这种电极具有多个的优点。一方面这种电极的材料具有非常良好的导电性，从而可以选择比较小的电极尺寸，并且所施加的电参数、主要是电压可以保持较低。另一方面，电极可以与炉池的炉衬分开制造和更换，由此在制造和保养时可以实现进一步的成本优势。

电极的横截面的尺寸最好在5和60mm之间，优选在10和50mm之间。电极的长度在250和800mm之间，最好在300和700mm之间，或者根据所要求的底部炉衬厚度确定。在选择电极时最好选择统一的横截面尺寸，由此可以容易地制造炉底的炉衬。由于炉底向着布置在中央的、也就是旋转轴线中的浇铸孔的必要的倾斜，所使用的电极的所要求的长度可以根据到浇铸孔的距离改变。

用于炉池的炉衬材料最好从在炉子制造中通常使用的有抵抗能力的材料中选择。示例性的材料如浇铸材料、压实材料、浇铸的或者挤压的型砖、特别是刚玉、铬刚玉和/或富含矾土的混合物。也可以考虑这些不同材料的组合。炉衬材料或者耐火材料的选择可以基本上满足使用寿命方面的要求，而不必大大地被电流输入的要求限制。同样有利的是浇铸孔作为中央孔构造在炉衬材料的整体式部件(浇铸块)中。由此保证了流出的熔化物不会在浇铸孔的区域中出现炉结构的损坏。浇铸块与其余炉底的结构上的分离简化了炉池的制造和维护。由材料腐蚀引起的浇铸孔的扩张可以通过选择相应的内衬材料来减小或者甚至避免。

在另一种实施方式中，电极在炉底炉衬的下侧与最好由钢制成的炉底承载结构导电连接。炉底炉衬在此最好具有层结构。该层结构包括作为内侧上的、也就是面向反应室的一侧上的炉衬材料层和至少一层稳定层或者绝缘层。稳定层或者绝缘层基于炉底承载结构上。该炉底承载结构是导电的并且借助于多个电刷连接在电路上。当电极直接与炉底承载结构形状配合连接时获得了特别良好的稳定性。

电极最好以其纵轴线相对于炉底承载结构的表面略微倾斜地布置。这种布置避免了在电极和周围的炉衬材料之间的过渡区域中的结构上的薄弱位置。

由于炉底的倾斜和最好水平的炉底承载结构，电极的接触面在与承载结构的分界面上具有椭圆形的横截面。

下面根据附图详细说明本发明。

附图示出：

图1示出了旋转炉的横截面；

图2示出了炉底的俯视图。

图1给出了按本发明的炉1的简化视图。炉1包括炉池2以及用于炉池2的炉底承载结构9。炉池包括用于炉壁炉衬4的支承结构8、稳定或者绝缘结构10、11、12以及具有布置在中央的、也就是与旋转轴线R重合的浇铸孔6的浇铸块13。炉壁炉衬4和炉底炉衬3由稳定或者绝缘层10、11、12支承。在炉底炉衬3中在四个绕着浇铸孔6同心布置的圆上布置了用于产生等离子电弧的供电的电极7。电极除了炉衬3还穿过稳定或者绝缘层10、11、12，并与炉底承载结构9保持电接触。电刷14在图1中示出。

炉底承载结构9具有向上敞开的U型横截面轮廓，从而包围支承结构8。在炉底承载结构9的外围侧面上通过电刷14、其支架15和缆线16建立电连接用于闭合用于产生等离子的电路。借助于驱动单元20使旋转炉旋转。驱动单元20作用在齿圈19上，齿圈19与具有炉池2的炉底承载结构9的支承支架18连接。支承支架18也支撑在位置固定的支承物17上。通过炉1的旋转速度的匹配在旋转炉运行期间使置入炉池2的玻璃材料由于离心力压在炉侧壁4上。为了使炉清空，降低炉的旋转速度，使得流出量在考虑炉底3的存在的倾角的情况下流向浇铸孔6。

在图2中再次给出了电极7的特殊布置。在四个不同大小的环绕浇铸孔6同心的圆上各布置了30个电极7。由钢St 37-2制成的电极7的直径为15mm，并且长度在411和436mm之间。长度差由于炉底3的倾斜和水平布置的炉底承载结构9引起，在此各个较长的电极7布置在具有相应较大周长的圆上。根据该实施例，直径差分别为200mm，其中最小的圆直径为1085mm。炉侧壁4的内直径为2041mm。浇铸孔6的直径为80mm，浇铸块13在炉底3上的外直径为460mm或者640mm。

旋转炉1的各个组件的顺序按从外到内依次如下布置：通过缆线16、支架15和电刷14的电连接在俯视图中位于支承结构18的上方。例如由铜合金制成的电刷14靠在炉底承载结构9的外圆周上。向着炉中心的方向依次是支承结构8以及炉池2的内衬5。内衬5由浇铸材料、压实材料、浇铸或者挤压的型砖制成，特别是由刚玉、铬刚玉和/或富含矾土的混合物制成。在俯视图中可以清楚地看到电极7相对于相邻的布置圆上的电极径向错开地布置。在一个圆内电极分别隔开12°的角度A1。两个在径向上相外依次连续的布置圆上的电极7的最小角度A2为6°。电极7的布置以及其尺寸设计用于最大功率为1.2MW或者最大工作电流为2000A的等离子燃烧器的电流强度。

对于改变的运行条件，电极的尺寸以及布置需要进行相应匹配。

Claims (7)

1.旋转炉(1)，其具有作为能量源的等离子燃烧器，还包括具有炉底(3)和炉侧壁(4)的炉池(2)，其中炉池(3)在内侧具有耐热和耐化学腐蚀的炉衬材料(5)，并且还有浇铸孔(13)，其特征在于：多个电极(7)穿过炉底(3)的炉衬材料(5)。

2.按权利要求1所述的旋转炉(1)，其特征在于：布置所述电极，使得保证可靠的电流。

3.按权利要求1所述的旋转炉(1)，其特征在于：在所述产生等离子的区域中每平方米的炉底(3)的面积布置至少60个电极(7)。

4.按权利要求1或者2所述的旋转炉(1)，其特征在于：所述电极(7)由钢或者铜合金制造。

5.按前述权利要求任一项所述的旋转炉(1)，其特征在于：所述电极(7)横截面的尺寸在5和60mm之间，优选在10和50mm之间，并且长度在250和800mm之间，优选在300和700mm之间。

6.按前述权利要求任一项所述的旋转炉(1)，其特征在于：炉衬材料(5)从由浇铸材料、压实材料、浇铸或者挤压的型砖、特别是刚玉、铬刚玉和/或富含矾土的混合物组成的组中选择或者是这些材料的组合。

7.按前述权利要求任一项所述的旋转炉(1)，其特征在于：所述电极(7)与炉底炉衬(3)下方的炉底承载结构(9)导电连接。

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