TWI418260B - 用於廢棄物處理室之改良電漿炬 - Google Patents

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TWI418260B
TWI418260B TW095112617A TW95112617A TWI418260B TW I418260 B TWI418260 B TW I418260B TW 095112617 A TW095112617 A TW 095112617A TW 95112617 A TW95112617 A TW 95112617A TW I418260 B TWI418260 B TW I418260B
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David Pegaz
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Description

用於廢棄物處理室之改良電漿炬
本發明係關於一種處理廢棄物之裝置，尤其本發明係關於一種應用於例如廢棄物處理裝置之改良電漿炬。
利用以電漿炬為基礎的廢棄物處理裝置來處理含有都市廢棄物、醫療廢棄物、有毒的與放射性廢棄物是眾所周知的。
由於處理廠內使用電漿炬所產生的高溫，因此必須使用各式各樣的冷卻裝置來防止局部過熱，這種局部過熱會對工廠的零件產生不利影響的。一個需要冷卻的區域是在裝置之室壁的開口，其一般是位於裝置之室壁的下半部，以方便安裝和移出電漿炬。有一個間隙將經由開口插入的電漿炬的外表面與周圍的室壁分開。為了防止熱從腔室內側經由間隙輻射出，而使熱損害室壁的外側金屬殼，一般會在腔室的外側、靠近安裝於開口的電漿炬處安裝水冷護罩。
在處理裝置運作幾個小時的時間之後，腔室下半部的內表面可能會上升至1800－2100 K的溫度。儘管間隙將電漿炬與周圍室壁分開了，電漿炬的主體還是會吸收從室壁輻射出的熱，這會使電漿炬的外壁溫度上升，而降低此程序的效能。另外，這會導致電漿炬的壽命縮短。通常是藉由適當的液體冷卻劑，例如水，來冷卻電漿炬，以防止對電漿炬造成損壞。這種冷卻劑必須不僅可以消除電炬在正常運作下所產生的熱增加，而且還可消除從周圍室壁所輻射出的熱。
間隙的大小是決定處理室的熱損失量的因素之一。縮短間隙使得較少的熱會從腔室輻射出，因而減少腔室的熱損失量，以及會對腔室的外側造成的潛在損害。除了間隙的寬度，熱損失更與腔室內側與冷卻的腔室壁外側以及電漿炬的外表面之間的溫度差有關。
當所使用的電漿形成氣體是空氣時，會產生另一個有關電漿炬操作的問題。雖然空氣是可以用來產生高溫電漿噴射最便宜的氣體，但是由於電炬的金屬成分的高溫氧化，使用空氣會導致電漿炬只有相當短的壽命。
當利用空氣來作為電漿炬的電漿形成氣體時，會有大量的熱氧化氣體進入腔室。然而，空氣大部分是由氮氣所組成的，氮氣會稀釋產物氣體，並降低其產生高熱值的能力。因此，時常會使用蒸汽作為額外的氧化氣體。然而，由於在電漿炬中使用蒸汽作為電漿形成氣體是有困難的，因此通常在低溫時就將蒸汽輸入腔室中。
假使在處理的廢棄物的氧化有機材料中，用來幫助的氧化劑的溫度是低的，則其可致使氧化劑入口附近的位置冷卻，以及在廢棄物移經腔室中產生外觀異常。這些異常可能會進一步導致在腔室的下半部有更大的問題產生，例如裝置擁擠，並增加融化材料的黏度，以及軸的問題，例如支撐柱，亦即橋樑形式的阻礙，其係由於腔室中創造出固體材料所發生之結果。
US 5,695,662揭露一種電漿弧炬，其係被用以切割片狀金屬，例如厚鋼板、薄的鍍鋅金屬片等等。當開始穿入時，在切穿金屬之前，融化的金屬會往上濺至電炬。這是不受人歡迎的，因為它會使電弧不穩定，導致其挖鑿噴嘴，此會縮短噴嘴的壽命，或者甚至毀壞噴嘴。因此，US 5,695,662在噴嘴附近提供一種富含氧氣的二級氣體混合物的高速流體，以形成一個冷氣體層，其可用來作為護罩，保護噴嘴以及其他鄰近工件的電弧零件，使其免受融化金屬濺潑。此外，使用富含氧氣的二級氣體混合物可以藉由允許比利用其他氣體混合物的電炬更完全且更深地穿透金屬，來改善電炬的穿透能力。在電炬的上端導入二級氣體，二級氣體經過電炬本體流向噴嘴，穿過具有偏心裂縫陣列的環，以對流體導入漩渦移動，並在直接鄰接電漿弧的漩渦流中離開電炬。然而，由於電漿切割器通常不會位於封閉的輻射環境中，故不會存在由外部熱輻射在電漿炬的外表面上產生的不利影響。因此，US 5,695,662與提供冷卻電漿炬的縱軸外表面的裝置無關。
US 3,949,188揭露一種具有陰極棒與二個同軸環狀體的電弧轉移電炬。在陰極棒與第一個環狀體之間的環狀空間供應一種無活性氣體，在陰極棒與一片欲被切割金屬之間建立一個電弧。在第一與第二個環狀體之間的環狀空間供應一種活性氣體，建立由被高溫加熱的活性氣體所組成的電漿。依據US 3,949,188，假使將無活性氣體的流速降低到低於某一關鍵值，則在第二個環狀體的噴嘴口的熱損失會減少。US 3,949,188與任何冷卻電漿炬的縱軸外表面的方法完全無關，而且只與藉由供應冷卻水給第二個環狀體的噴嘴來冷卻第二個環狀體的噴嘴有關。
US 5,514,848揭露一種具有圓筒狀對稱的電漿炬。將陰極與陽極之間的內部通道成形為包含一個可加速從陰極端導入的電漿氣體的流動之限制。依據本發明人，限制的結果是要增加電弧的長度，同時在給定之電力輸入下提供較低的電流強度對電壓比。介於陰極裝配與陽極之間的電弧部分藉由同軸圓筒來圍繞，圓筒形成一個冷卻室，從位在電弧的底部(陽極)端的入口進入冷卻室並經由位在頂部(陰極)的出口離開的冷卻流體在冷卻室裡循環。
因此，本發明之目的為提供一種電漿炬配置，其可克服先前技藝的配置之限制。
本發明之另一目的為提供這樣一種配置，其可將預熱過的氧化介質導引至電漿廢棄物處理裝置的處理室。
本發明之另一目的為提供這樣一種配置，其可最小化電漿廢棄物處理裝置內的熱損失。
當進行敘述時，將會出現本發明的其他目的與優點。
本發明係關於一種電漿炬，用以插入廢棄物處理室壁上之開口，該廢棄物處理室於其下半部上具有至少一液體出口，用以由此移除熔化的材料，該電漿炬包含一主體，其具有一前端、一後端、一縱軸外表面、一高溫電漿噴出物經其離開之出口、以及一熱保護環，該出口與該熱保護環兩者皆位於該前端；該電漿炬之特徵在於其包含一具有一上端與一下端之同軸套筒，該套筒至少圍繞於位於該開口之該外表面部分，藉以於該外表面與該套筒之間形成一絕緣室。
當經由該開口插入該電漿炬時，於該處理室壁與該同軸套筒之間存在一間隙，藉此，該同軸套筒與該絕緣室可以遮住大量的從處理室壁與從該處理室內部輻射出的熱，以保護該電漿炬之外表面。至少一部份位於該開口的同軸套筒是多孔的或是對於熱交換流體是有滲透性的，該電炬包含用以將熱交換流體導入絕緣室之入口。
當該電漿炬運作時，而且當經由該入口將該熱交換流體導入該絕緣室時，該熱交換流體通過該多孔的或是有滲透性的部分而離開該絕緣室，藉以吸收從處理室壁與從該處理室內部輻射出的熱，並將該吸收的熱從該間隙帶離該電漿炬。
電漿炬包括一個位於該前端與該後端之間的環狀間隔元件，以與該同軸套筒之該上端結合。
依據一觀點，至少一部份之該電炬的外表面為放射狀地向內凹入，其中該同軸套筒之該下端與該熱保護環接觸，而該同軸套筒之該上端被密封於該外表面之非凹入部分，藉以形成該絕緣室。
該同軸套筒之該上端被密封於該電炬之該外表面或是該環狀間隔元件上，而且該套筒之該下端係藉由一種選自由焊接；熔接；和使用玻璃棉密封所組成之族群中之方法被密封於該熱保護環上。
依據一觀點，該同軸套筒之該下端接近、但並未密封於該熱保護環上，藉此該熱交換流體至少部分地流經該套筒與該環之間。選擇性地，該熱保護環是水冷卻的。
該同軸套筒的外徑與被該套筒所圍繞之該電炬之該絕緣室的內徑比率較佳為介於1.01－1.5之間。
用以將熱交換流體導入套筒之入口可位於從該處理室延伸出之該套筒的部分上。或者，該入口從該外表面穿過該電炬之主體。
熱交換流體可以是任意的、可以吸收熱並將其從間隙帶離電炬之適當流體。
較佳地，熱交換流體為富含氧的氣體，而且可以選自由蒸汽；空氣；氧；CO2 ；以及以上之混合物所組成之族群。
較佳地，位於該電炬之該前端之該間隙的截面積與該電炬之該出口的截面積之比率為介於0.5－20之間。
較佳地，該電炬係利用富含氮的氣體作為電漿形成氣體。
較佳地，該同軸套筒係由一選自由不銹鋼；陶瓷；合金；以及以上之混合物所組成之族群之耐高溫材料所製成。
較佳地，該電漿炬之出口端之直徑相對於從位於該電漿炬前端之間隙到包含位於廢棄物處理室的下部、用以釋放液體熔渣之出口中央軸之水平面的最小垂直距離之比率較佳為介於0.02－0.3之間。
術語”廢棄物轉化/處理裝置/廠”在此包含任意的、適合用來處理、加工處理或處置任何廢棄材料之裝置，廢棄材料包括都市廢棄物(MSW)、家庭廢棄物、工業廢棄物、醫療廢棄物、污泥廢棄物(SSW)、放射性廢棄物以及其他種類的廢棄物，尤其是以電漿處理的。
此處所使用的術語”多孔的”或”有滲透性的”包含任意的薄膜或是具有細孔、開口、孔洞或裂縫的材料，其可被流體滲透或穿透。
本發明係指向一種電漿炬配置，其可被使用於處理裝置中加熱材料，例如，包含用以處理金屬或處理廢棄物之豎爐的處理裝置。
參照圖1，典型的以數字(100)標示的電漿廢棄物處理裝置包括處理室(10)。典型地，廢棄物於處理室(10)的垂直軸上部進入加料室(32)，並通過可防止空氣進入處理室(10)中之遮板(shutter)(24)之配置。
處理室(10)也包含位於鄰近加料室(32)的乾燥區(15)，在乾燥區(15)中廢棄物的水分含量降低，而且一些廢棄物進行部分軟化；熱解區(26)位於乾燥區(15)下游，視操作條件與廢棄物停留於區(26)的時間而定，會形成不同量的熱解氣體、熱解油、以及焦炭；氣化區(28)，於此發生焦炭與氧、蒸汽或CO2 的交互作用；熔化區(38)，於此廢棄物的無機成分被至少一電漿炬(40)熔化。熔化的材料累積在室(10)的下部，而且經由至少一個與一個或更多個收集貯存器(未顯示)結合的液體出口(20)被週期性地或連續地移除。可以直接經由入口(16)將氧化材料輸入氣化區(28)。處理室(10)於其上端處更包含至少一個氣體出口(18)，以送出產物氣體。
處理室(10)的內面表面(14)，特別是在熔化區(38)，典型上會以一種或更多的適當耐火材料，像是例如礬土、礬土－矽石、菱鎂礦、鉻鎂礦、燒黏土(chamotte)或耐火磚。典型地，處理室(10)以及裝置(100)整體看來，是被金屬殼(12)或外罩覆蓋，以改善其機械完整性，並使處理室(10)相對於外部環境被密封住。
開口(11)存在於處理室(10)的下部，通往熔化區(38)，用以導入電漿炬(40)。開口(11)的直徑大於電漿炬(40)的外徑，藉以於電漿炬(40)與處理室(10)壁之間形成間隙(36)。為了防止由於熱從處理室(10)內部經由間隙(36)輻射，而對處理室(10)的外部金屬殼(12)造成熱損壞，將典型是水冷卻的上保護罩(22)提供於處理室(10)外部，圍繞並緊密鄰近電漿炬(40)，並覆蓋部分的環繞金屬殼(12)。
傳統的電漿炬(40)典型上具有圓筒狀對稱，而且於此就其本身進行描述，然而，吾人瞭解，依據本發明之描述加上適當的修正，可以利用基本上任意截面形狀的電漿炬(40)。
習知技藝的電漿炬(40)，其縱軸剖面圖顯示於圖2。電漿炬(40)是作為能量來源的系統，以熔化並玻璃化廢棄物的無機成分，並控制處理室(10)內的熱狀況。具有圓筒狀對稱的電漿炬(40)典型上包含位於電炬主體(40)內的中央通道(42)，並且於電炬主體(40)的前端(43)具有出口(70)。陰極和陽極位於通道(42)的相反兩端(46)、(48)，被電絕緣體(51)互相分開。電弧形成於這兩個電極之間。典型地，雖然並非必須地，陽極是位於通道(42)的下端(46)，而陰極是位於其上端(48)。用以將電漿形成氣體導入通道(42)的氣體入口管路(60)是位於靠近其上端(48)。介於陰極和陽極之間、在通道(42)內的電場使電漿形成氣體的原子離子化，並產生電漿或高溫且高速的、往出口(70)流動、並流出出口(70)的噴射物。雖然圖中並未詳細顯示陰極、陽極以及其間來回的線路，但是其可為此項技藝中許多習知的具體實例。環狀通道(50)被定義於通道(42)與電炬(40)的外表面(41)之間。冷卻水在環狀通道(50)內流動，以冷卻在運作期間加熱升溫的電炬(40)。
參照圖3，其顯示本發明電漿炬(140)配置的較佳具體實例之縱軸剖面圖。其顯示電漿炬(140)被安裝於處理室(10)的下部。
電漿炬(140)包含前端(143)與後端(145)。前端(143)指向於處理室(10)的內部，並且置放於開口(11)，而後端(145)凸出室(10)之外。依據一個較佳具體實例，當電漿炬(140)完全經由開口(11)插入，前端(143)基本上是與處理室(10)的下部之內面表面(14)平的。或者，電漿炬(140)可經由開口(11)插入，使得前端(143)延伸進入熔化區(38)。
依據一較佳具體實例，至少一部份的、位於開口(11)中的電漿炬(140)外表面(141)是放射狀的向內凹入，藉以形成至少一個電漿炬(140)外表面(141)的、具有比電漿炬(140)其餘部分更小直徑的凹入部分(41’)。圖3顯示凹入部分(41’)，其從靠近電漿炬(140)的前端(143)縱向延伸至一部份凸出室(10)外的電漿炬(140)。熱保護環元件圍繞並且整體地與電漿炬(140)的前端(143)結合。凹入部分被同軸套筒(52)圍住，藉以形成絕緣室(54)。同軸套筒(52)的至少一部份(56)是由多孔性或有滲透性的材料所構成，同軸套筒(52)圍繞部分的電漿炬(140)，電漿炬(140)位於處理室(10)壁的開口(11)中。
較佳地，至少位於開口(11)的同軸套筒(52)部分是由耐高溫材料所製成的，例如鎳合金、不銹鋼、陶瓷材料、或其組合。
依據本發明之另一具體實例，如圖4所示，熱保護環元件(21)整體地圍繞電炬(140)的外表面(141)之前端(143)，而環狀間隔元件(19)係位於前端(143)與後端(145)之間。同軸套筒(52)位於電炬的外表面(141)周圍，在熱保護環元件(21)與間隔元件(19)之間。
依據一較佳具體實例，至少位於開口(11)的同軸套筒(52)部分是由耐高溫材料(62)，像是玻璃棉密封料所封住。依據另一較佳具體實例，位於開口(11)的套筒(52)部分是與熱保護環元件(21)接觸，但是不與其密封住，使得一些熱交換流體可以在套筒(52)與熱保護環元件(21)之間流動。至少套筒(52)的上端是藉由焊接或熔接與環狀間隔元件(19)密封。選擇性地，環狀間隔元件(19)可以是水冷卻的。
將熱交換流體導入絕緣室(54)，使得大體上環狀的熱交換流體環圍繞著至少一部份的電漿炬(140)。熱交換流體流經同軸套筒(52)的多孔性或有滲透性的部分(56)而進入間隙(36)，於此此介質至少部分地吸收從處理室(10)壁周圍輻射出的熱，藉以從電漿炬移出熱，並減少熱損失。依據某些具體實例，熱交換流體另外流經分隔套筒(52)與熱保護環元件(21)的小空間。在吸收熱之後，熱交換流體流進位於處理室(10)下部的熔化區(38)，與其內所容納的廢棄物反應，持續往垂直軸延伸，並經由氣體出口(18)離開(請見圖1)。
於本發明之一個具體實例中，用以將熱交換流體導入絕緣室(54)的入口(58)是位於從熔爐(100)向外凸出的同軸套筒(52)部分。於另一個具體實例中(未顯示)，熱交換流體是經由從上端(145)穿過電漿炬(140)主體之入口導入絕緣室(54)，與用以將操作氣體輸入中央通道(142)的入口(160)類似。或者，入口是從套筒上方的外表面(141)穿過電漿炬(140)的主體。可在室(54)內的任意位置將熱交換流體導入絕緣室(54)。
發明人已經發現到，視熱交換流體、流速以及裝置(100)的熱條件而定，適當的同軸套筒(52)之外徑相對於被套筒(52)圍繞的電漿炬(140)的絕緣室(54)內徑之比率較佳為介於1.01－1.5之間。
重要的是要注意到，藉由以同軸套筒(52)來將電炬(140)的外表面(141)與室(10)壁分隔，即使未將熱交換流體導入絕緣室(54)，電炬(140)約吸收少於50%的從室(10)壁輻射出的熱。
用於本發明之熱交換流體為任意適當的、可以吸收熱、並將熱從間隙(36)帶離電漿炬的流體。較佳地，可使用富含氧的氣體，如蒸汽、空氣、氧、CO2 、或其混合物，其原因將於以下討論。
一個以上所討論的、關於以電漿炬為基礎的處理裝置(100)之操作的困難在於提供用以於裝置(100)中氧化有機材料的氧化劑實際上可能會導致裝置擁擠與在室之較低部中的熔化材料黏度增加，以及軸內架橋，因為典型上處於遠低於處理室(10)內部的溫度之溫度的氧化流，會冷卻鄰近流動的廢棄物區域。此困難可以藉由在氧化劑與處理室(10)內的廢棄物接觸之前，先預熱氧化劑而減少。
因此，於本發明中，熱交換流體由可以幫助氧化處理室(10)內的廢棄物的有機成分之流體所組成是較佳的。在熱交換流體通過套筒(52)進入間隙(36)之後，介質會吸收輻射熱，以較其進入套筒(52)時更高的溫度進入處理室(10)的熔化區(38)，往上流經爐身並經由出口(18)離開。而在氣化區，熱交換流體和廢棄物與含碳成分(焦炭)反應。因此，本發明提供一種方法與裝置，以供應預熱過的氧化劑給處理室。即使無法減少添加位於處理室(10)(未顯示於圖1)的氣化區(28)之氧化劑入口(16)的需求，也可以使作為在電炬(140)附近的處理室(10)導入的氧化劑之熱交換流體可以減少經由入口(16)導入大量冷卻氧化劑的需求，而且也可以允許氧化劑以較低的流速流經入口(16)，藉以防止、或是至少大大地降低擁擠的發生以及於爐身內架橋。
影響電漿炬(140)的壽命其中一個原因是用於其操作之電漿形成氣體的種類。雖然氣體像是氫、甲烷、氬、與其他的都可以使用，但是空氣是可以使用的最不貴的電漿形成氣體。不幸地，由於電炬(140)的金屬成分之高溫氧化，其內所含大量的氧會導致電炬(140)的使用壽命縮短，例如，富含氮的氣體，由於較低的氧濃度，將會減低氧化率，並且因而得到較長的電炬(140)壽命。
依據一個具體實例，可提供富含氮的氣體與富含氧的氣體之分開供應，其中將富含氮的氣體經由入口(160)輸入電漿炬(140)，並用來作為其電漿形成氣體，而富含氧的氣體經由入口(58)輸入絕緣室(54)，並作為熱交換流體，如上所述。
由於當高溫電漿噴射物(39)離開電漿炬(140)時所維持的高溫(典型地，介於2500－7000 K)，室(10)的內部表面(14)之耐火材料可能會被損壞。因此，可能需要降低壁上的溫度。本發明藉由調整熱交換流體的速度來達成之，當其進入室(10)時，使得其速度較高溫電漿噴射物(39)的低，以下將做討論。在這些條件下，高溫電漿噴射物(39)將會到達熔化材料的表面，且將會熔化廢棄物的無機成分，而且大部分的熱交換流體將會沿著耐火材料的上表面(14)流動，藉以至少部分地將內表面(14)與熔化材料所輻射的熱隔絕。
雖然增加間隙(36)的截面積會減低流體進入室(10)時的流速，但是更大的間隙(36)會形成更大的熱損失。因此，必須在需要的冷卻效應與防止熱損失的需求之間達成妥協，發明人已經發現到，視使用的熱交換流體與裝置(100)的熱條件而定，適當的位在電漿炬(140)的前端(143)的間隙(36)之截面積相對於電漿炬(140)的通道(142)的出口(170)之截面積比率較佳為介於0.5－20之間。
參照圖5，發明人已經進一步發現到，視使用的熱交換流體與裝置(100)的熱條件而定，適當的通道(142)的出口(170)之直徑相對於最小的垂直距離(L)較佳為介於0.02－0.3之間，垂直距離(L)是從位在電漿炬(140)的前端(143)的間隙(36)到包含位於室(10)下部的液體出口(20)的中央軸(25)之水平面(23)。使用此比率將可藉由流入室(10)下部的熱交換流體防止熔化物冷卻。
本發明之電漿炬已經參照於特殊設計的處理廠中的廢棄物處理做了描述，本發明之電漿炬的特徵可以被輕易地採用、適當地修正於其他應用以及其設計中需要將材料於高溫環境中加熱之處理室。
雖然先前敘述僅詳細地描述了本發明幾個特定的具體實例，但是熟悉此項技藝之人士將會瞭解到，本發明並非限制於此，而且其他形式上以及細節上的變化，在不背離此處所揭露的發明之範疇與精神下，都是可能的。
10．．．處理室
11．．．開口
12．．．金屬殼
14．．．內面表面
15．．．乾燥區
16．．．氧化劑入口
18．．．氣體出口
19．．．環狀間隔元件
20．．．液體出口
21．．．熱保護環元件
22．．．上保護罩
24．．．遮板
25．．．液體出口20之中央軸
26．．．熱解區
28．．．氣化區
32．．．加料室
36．．．間隙
38．．．熔化區
39．．．電漿噴射物
40．．．電漿炬
41．．．外表面
41’．．．凹入部分
42．．．電炬的中央通道
43．．．前端
46．．．通道42之下端
48．．．通道42之上端
50．．．環狀通道
51．．．電絕緣體
52．．．同軸套管
54．．．絕緣室
56．．．部分
58．．．入口
60．．．氣體入口管路
62．．．耐高溫材料
70．．．出口
100．．．電漿廢棄物處理裝置
140．．．電漿炬
141．．．前端
142．．．中央通道
143．．．前端
145．．．後/上端
160．．．入口
170．．．出口
圖1顯示習知技藝之典型廢棄物電漿處理裝置之大致配置與主要元件圖。
圖2顯示典型習知技藝之電漿炬縱軸剖面圖。
圖3顯示本發明之電漿炬之一具體實例縱軸剖面圖，其係插入處理室下部內的開口中。
圖4顯示本發明之電漿炬之另一具體實例縱軸剖面圖，其係插入處理室下部內的開口中。
圖5顯示本發明之電漿炬配置之尺寸範例圖。
10．．．處理室
11．．．開口
12．．．金屬殼
14．．．內面表面
21．．．熱保護環元件
22．．．保護罩
36．．．間隙
41’．．．凹入部分
52．．．同軸套筒
54．．．絕緣室
56．．．部分
58．．．入口
62．．．耐高溫材料
100．．．電漿廢棄物處理裝置
140．．．電漿炬
141．．．電漿炬140的外表面
142．．．中央通道
143．．．前端
145．．．後端
160．．．入口
170．．．出口

Claims (18)

  1. 一種電漿炬，用以插入廢棄物處理室壁上之開口，該處理室於其下半部上具有至少一液體出口，用以移除熔化的材料，該電漿炬包含一主體，其具有一前端、一後端、一縱軸外表面、一高溫電漿噴出物經其離開之出口、以及一熱保護環，該出口與該熱保護環兩者皆位於該前端；該電漿炬之特徵在於其包含一具有一上端與一下端之同軸套筒，該套筒至少圍繞於位於該壁之開口上之該電漿炬的該外表面部分，藉以於該電漿炬的該外表面與該套筒的該內表面之間形成一絕緣室；其中至少一部份之該同軸套筒是多孔的或是對於一熱交換流體是有滲透性的，該同軸套筒至少圍繞一部份之該電漿炬的該外表面，該電漿炬位於該壁之該開口中，該電漿炬包含一入口，用以將該熱交換流體導入該絕緣室。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿炬，其中當經由該開口插入該電漿炬時，於該處理室壁與該同軸套筒之間存在一間隙，藉此，該同軸套筒與該絕緣室可以遮住大量的從處理室壁與從該處理室內部輻射出的熱，以保護該電漿炬之外表面。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿炬，其中當該電漿炬運作時，而且當經由該入口將該熱交換流體導入該絕緣室時，該熱交換流體通過該多孔的或是有滲透性的部分而離開該絕緣室，藉以吸收從處理室壁與從該處理室內部輻射出的熱，並將該吸收的熱從該間隙帶離該電漿炬。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿炬，其中一環狀間隔元件位於該前端與該後端之間，以與該同軸套筒之該上端結合。
  5. 如申請專利範圍第4項之電漿炬，其中至少一部份之該電漿炬的外表面為放射狀地向內凹入，其中該同軸套筒之該下端與該熱保護環接觸，而該同軸套筒之該上端被密封於該外表面之非凹入部分，藉以形成該絕緣室。
  6. 如申請專利範圍第5項之電漿炬，其中該同軸套筒之該上端被密封於該電漿炬之該外表面或是該環狀間隔元件上，而且該套筒之該下端係藉由一種選自由以下所組成之族群中之方法被密封於該熱保護環上：a. 焊接；b. 熔接；c. 使用玻璃棉密封。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿炬，其中該同軸套筒之該下端靠近、但並未密封於該熱保護環上，因而於該套筒之該下端與該環之間形成一空間，藉此該熱交換流體至少部分地流經該空間。
  8. 如申請專利範圍第1項之電漿炬，其中該熱保護環是水冷卻的。
  9. 如申請專利範圍第1項之電漿炬，其中該同軸套筒的外徑與被該套筒所圍繞之該電漿炬之該絕緣室的內徑比率較佳為介於1.01-1.5之間。
  10. 如申請專利範圍第1項之電漿炬，其中該入口位於 從該處理室延伸出之該套筒的部分上。
  11. 如申請專利範圍第1項之電漿炬，其中該入口從該後端穿過該電漿炬之該主體。
  12. 如申請專利範圍第1項之電漿炬，其中該入口從該外表面穿過該電漿炬之該主體。
  13. 如申請專利範圍第1項之電漿炬，其中該熱交換流體為任意的、可以吸收熱並將其從該間隙帶離該電漿炬之適當流體。
  14. 如申請專利範圍第13項之電漿炬，其中該熱交換流體為富含氧的氣體，而且可以選自由以下所組成之族群：a. 蒸汽；b. 空氣；c. 氧；d. CO2；e. 以上之混合物。
  15. 如申請專利範圍第2項之電漿炬，其中位於該電漿炬之該前端之該間隙的截面積與該電漿炬之該出口的截面積之比率較佳為介於0.5-20之間。
  16. 如申請專利範圍第1項之電漿炬，其中該電漿炬係利用富含氮的氣體作為電漿形成氣體。
  17. 如申請專利範圍第1項之電漿炬，其中該同軸套筒係由一選自由以下所組成之族群之耐高溫材料所製成：a. 不銹鋼；b. 陶瓷； c. 合金；d. 以上之混合物。
  18. 如申請專利範圍第2項之電漿炬，其中該電漿炬出口之直徑相對於從位於該電漿炬前端之間隙到包含位於廢棄物處理室的下部之液體出口中央軸之水平面的最小垂直距離之比率較佳為介於0.02-0.3之間。
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