TWI480890B - 低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置 - Google Patents

Description

低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置

本發明有關一種低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置，尤指一種可使電弧熔融爐熔融處理低放射性廢棄物可獲得高減容比效果及密實之熔漿岩塊，又電弧熔融爐運轉過程中，可避免輻射外洩與符合廢氣環保法規之目標者。

台電核能發電廠可燃固體廢棄物經焚化爐焚燒產出之焚化灰渣，以超高壓縮機壓縮為壓縮餅暫存於55加侖桶內，再做進一步處理；另核能研究所之焚化灰渣係以電漿爐熔融，申請獲得二項專利，一為電漿熔融爐進料裝置(專利號碼M287914)，另一為熔漿之冷卻輸送裝置(專利號碼M283959)，該二項專利係以電漿火炬加熱。前項專利，加熱方式以電漿火炬，該火炬有一定使用壽命(life time)，致火炬維修費用偏高；後項專利，其熔融後之熔漿流入金屬筒(容積168公升)，金屬筒再套入55加侖盛裝桶內(容積200公升)，造成熔漿儲存空間浪費與最終處置費用提高。

另一專利名稱為處理廢棄物之方法及裝置(專利號碼I356892)，該爐槽裝置為開放空間，且以AC電漿噴焰器加熱。又另一專利名稱為電弧爐與操作該電弧爐的方法(公告編號574495)，該電弧爐主要熔融廢鐵，電弧爐具傾斜轉動以將鐵水傾倒。以上二項專利之爐體皆為開放空間之腔體，係處理一般廢棄物或熔煉廢鐵，不 適合放射性廢棄物之處理。

故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。

本發明之主要目的係在於，可使電弧熔融爐熔融處理低放射性廢棄物可獲得高減容比效果及密實之熔漿岩塊，又電弧熔融爐運轉過程中，可避免輻射外洩與符合廢氣環保法規之目標。

為達上述之目的，本發明係一種低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置，其包含有：一進料單元；一與該進料單元連通之電弧熔融爐單元，其係為一密閉腔體，以石墨電極當熱源，該電弧熔融爐單元分有二腔室，一為熔融爐腔室，一為持溫爐腔室，該持溫爐腔室有電熱元件加熱，以維持一定溫度，該持溫爐腔室內置一坩堝，該坩堝底部開一孔洞；以及一與該電弧熔融爐單元連通之洩漿單元，可使低放射性廢棄物於熔融爐腔室加熱成熔漿再溢流至該持溫爐腔室坩堝內，再自該坩堝底部孔洞流至下方盛裝桶內，該盛裝桶周圍有冷卻裝置。

於本創作之一實施例中，該進料單元係與一進料口連通之批次式進料，包含有一進料漏斗、一進料螺旋輸送管、一水冷式進料雙閘門。

於本創作之一實施例中，該電弧熔融爐單元包含有一上節電弧熔融爐，一下節電弧熔融爐，該持溫爐腔室，該持溫爐腔室有該電熱元件加熱，以維持一定溫度，一與該熔融爐腔室連通之進料口，一與該熔融爐腔室連通之排氣口，至少二與該熔融爐腔室連通之石墨固定座，及分別由該石墨固定座穿設於該熔融爐腔室內之 二石墨電極棒，一設於該下節電弧熔融爐中的坩堝，該坩堝底部有與該盛裝桶連通之孔洞。

於本創作之一實施例中，該電弧熔融爐單元內設有該熔融爐腔室與該持溫爐腔室，該持溫爐腔室有該電熱元件加熱，以維持一定溫度，該持溫爐腔室內置該坩堝，該坩堝底部開設該孔洞，熱熔漿溢流至該持溫爐腔室坩堝內，再自該坩堝底部孔洞流至下方盛裝桶內，此為兩段式洩漿操作，以維持洩漿流率固定。

於本創作之一實施例中，該石墨固定座係包含有一密封環、分別設於該密封環兩端面之二絕緣墊片、及一環設於該密封環外側緣之流體通道機構，該流體通道機構包含有一冷卻水套、一與該冷卻水套連通之入水口與出水口，且使該石墨電極棒穿過該密封環而設於該熔融爐腔室內。

於本創作之一實施例中，該洩漿單元係與該持溫爐腔室活動結合，其包含有一升降機構、一環設於該盛裝桶外緣之冷卻夾套、一設於該升降機構與該盛裝桶間之冷卻底盤、一冷卻水通道，該冷卻水通道串聯流經該冷卻夾套與該冷卻底盤、一成形於該盛裝桶與該冷卻夾套間之氣冷通道、及該設於該升降機構上且與該持溫爐腔室連通之盛裝桶，該盛裝桶之一端係以開口與該持溫爐腔室連通。

於本創作之一實施例中，該盛裝桶係為55加侖盛裝桶之設計，且該盛裝桶底部敷設2-3cm桶底耐火泥，以避免高溫熔漿落入桶底瞬間，對桶底產生熱熔穿，該盛裝桶內壁設有多數桶壁延伸板，並於該盛裝桶之內壁面與底部之間係設有桶底補強板，以加強桶 身起吊應力。

1‧‧‧電弧熔融爐單元

11‧‧‧上節電弧熔融爐

12‧‧‧進料口

13‧‧‧排氣口

14‧‧‧石墨固定座

141‧‧‧密封環

142、143‧‧‧絕緣墊片

144‧‧‧流體通道機構

1441‧‧‧冷卻水套

1442‧‧‧入水口

1443‧‧‧出水口

15‧‧‧石墨電極棒

16‧‧‧下節電弧熔融爐

161‧‧‧熔融爐腔室

162‧‧‧持溫爐腔室

163‧‧‧坩堝

164‧‧‧孔洞

2‧‧‧進料單元

21‧‧‧進料漏斗

22‧‧‧進料螺旋輸送管

23‧‧‧水冷式進料雙閘門

3‧‧‧洩漿單元

31‧‧‧升降機構

32‧‧‧盛裝桶

321‧‧‧桶壁延伸板

322‧‧‧桶底補強板

33‧‧‧冷卻夾套

34‧‧‧冷卻底盤

35‧‧‧氣冷通道

36‧‧‧桶底耐火泥

第1圖，係本發明之剖面狀態示意圖。

第2圖，係本發明石墨固定座之示意圖。

第3圖，係本發明改良型55加侖桶之示意圖。

請參閱「第1、2及第3圖」所示，係分別為本發明之剖面狀態示意圖、本發明石墨固定座之示意圖及本發明改良型55加侖桶之示意圖。如圖所示：本發明係一種低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置，其至少包含有至少一電弧熔融爐單元1、一進料單元2以及一洩漿單元3所構成。

該電弧熔融爐單元1其包含有一上節電弧熔融爐11與一下節電弧熔融爐16、一熔融爐腔室161、一持溫爐腔室162、一與該上節電弧熔融爐11連通之進料口12、一與該上節電弧熔融爐11連通之排氣口13、至少二與該上節電弧熔融爐11連通之石墨固定座14、及分別由該石墨固定座14穿設於該上節電弧熔融爐11內之二石墨電極棒15。

該進料單元2包含有一進料漏斗21、一進料螺旋輸送管22、一水冷式進料雙閘門23。

該洩漿單元3，係與該下節電弧熔融爐16之持溫爐腔室162活動結合，其中有一坩堝163，並於該坩堝163底部具有一孔洞164，使熔漿流入該洩漿單元3中，該洩漿單元3包含有一升降機構31、一盛裝桶32、一環設於該盛裝桶32外緣之 冷卻夾套33、一設於該升降機構31與該盛裝桶32底部間之冷卻底盤34、一成形於該盛裝桶32與該冷卻夾套33間之氣冷通道35、及一設於該盛裝桶32之桶底耐火泥36。

由第2圖觀之，該石墨固定座14係包含有一密封環141、二分別設於該密封環141兩端面之絕緣墊片142、143、及一環設於該密封環141外側緣之流體通道機構144，且使該石墨電極棒15穿過該密封環141而設於該上節電弧熔融爐11內，而該流體通道機構144係包含有一冷卻水套1441、一與該冷卻水套1441連通之入水口1442、及一與該冷卻水套1441連通之出水口1443。

再由第3圖觀之，該盛裝桶32之內壁面上係設有多個桶壁延伸板321，並於該盛裝桶32之內壁面與底部之間係設有桶底補強板322。

如是，藉由上述之結構構成一全新之低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置。

今將本發明之使用狀況說明如下：

一、進料單元實施步驟：

將放射性廢棄物傾倒於該進料單元2的進料漏斗21中，經由該進料螺旋輸送管22，使廢棄物在該進料螺旋輸送管22定量控制情況下，輸送到該水冷式進料雙閘門23的上閘門，其上下閘門皆有水冷卻保護。然後，在該下閘門關閉，以維持該進料單元2與該電弧熔融爐單元1間的氣密條件下，該上閘門打開，讓廢棄物進入。最後，待進入廢棄物達預定量時，該上閘門關閉，以 繼續維持該進料單元2與該電弧熔融爐單元1間的密閉時，該下閘門打開，讓進入該水冷式進料雙閘門23空間內之廢棄物以重力方式批次式經過該進料口12落入該熔融爐腔室161中。並週而復始地運作，以維持該電弧熔融爐單元1的進料工作。

二、電弧熔融爐單元實施步驟：

電弧熔融爐單元1內通電入該石墨電極棒15進行熔融，同時以該流體通道機構144之入水口1442導入純水，並經由該冷卻水套1441後由該出水口1443導出，而使純水流動並冷卻該石墨固定座14與該石墨電極棒15，並利用純水導電極低之特性與該絕緣墊片142、143使該石墨固定座14及該石墨電極棒15等，與該上節電弧熔融爐11完全絕緣外，並在該密封環141作用下，使該熔融爐腔室161與該持溫爐腔室162內保持適度負壓。且使該電弧熔融爐單元1產生之廢氣由該排氣口13連接到後段之廢氣處理系統淨化處理後排放。

三、洩漿單元實施步驟：

熔融之熔漿由該下節電弧熔融爐16溢流至該持溫爐腔室162之坩堝163內，該坩堝163維持恆溫，並由該坩堝163底部之孔洞164，使熔漿由該孔洞164之孔洞大小，以控制熔漿流量外，並垂流至55加侖盛裝桶32內，於該盛裝桶上方設有紅外線液位計與監視系統，可觀察該盛裝桶32液位動態，俟該盛裝桶32熔漿液位至85-90%，即暫停廢棄物之進料，俟該盛裝桶32移出再置入新盛裝桶32後，再重新進料，此為兩段式洩漿。該盛裝桶32內之熔漿經該冷卻夾套33、該冷卻底盤34 及該氣冷通道35，經控制洩漿流率與冷卻速度，使熔岩密實存於55加侖盛裝桶32內，且該盛裝桶32身不會被熔穿或變形，俟該盛裝桶32外表冷卻至一定溫度，再配合該升降機構31起吊出至儲存區。

當熔漿流入該盛裝桶32時係以密閉方式與該持溫爐腔室162相結合，且該盛裝桶32外部因設有該冷卻夾套33、該冷卻底盤34及該氣冷通道35，因此，可以有效控制冷卻速率，降低熔漿在該盛裝桶32之溫度。此外，該盛裝桶32底部塗覆一桶底耐火泥36，可避免該盛裝桶32底部被高熱熔漿熔穿。另外，該盛裝桶32底部設有該桶底補強板322，可防止該盛裝桶32底部在起吊時因過重而脫落，且該盛裝桶32設有多數桶壁延伸板321可加強高溫熔漿岩塊與該盛裝桶32桶身之結合力。最後，藉由起吊機構，將該盛裝桶32吊出作業區，完成低放射性廢棄物電弧熔融與固化作業。

綜上所述，本發明低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置，適用於低放射性廢棄物熱熔融處理，可獲得高減容比之處理效果，利用電弧熔融爐單元、進料單元與洩漿單元之配合，以進行廢棄物熔融與固化之動作，而達到高減容效果且符合廢氣環保法規，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧電弧熔融爐單元

11‧‧‧上節電弧熔融爐

12‧‧‧進料口

13‧‧‧排氣口

14‧‧‧石墨固定座

15‧‧‧石墨電極棒

16‧‧‧下節電弧熔融爐

161‧‧‧熔融爐腔室

162‧‧‧持溫爐腔室

163‧‧‧坩堝

164‧‧‧孔洞

2‧‧‧進料單元

21‧‧‧進料漏斗

22‧‧‧進料螺旋輸送管

23‧‧‧水冷式進料雙閘門

3‧‧‧洩漿單元

31‧‧‧升降機構

32‧‧‧盛裝桶

33‧‧‧冷卻夾套

34‧‧‧冷卻底盤

35‧‧‧氣冷通道

36‧‧‧桶底耐火泥

Claims (7)

1. 一種低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置，包含：一進料單元；一電弧熔融爐單元，係與該進料單元連通，為一密閉腔體，以石墨電極當熱源，該電弧熔融爐單元分有二腔室，一為熔融爐腔室，一為持溫爐腔室，該持溫爐腔室有電熱元件加熱，以維持一定溫度，該持溫爐腔室內置一坩堝，該坩堝底部開一孔洞；以及一洩漿單元，係與該電弧熔融爐單元連通，低放射性廢棄物於該熔融爐腔室加熱成熔漿再溢流至該持溫爐腔室之坩堝內，再自該坩堝底部孔洞流至下方一盛裝桶內，該盛裝桶周圍有冷卻裝置。
2. 如申請專利範圍第1項之低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置，其中，該進料單元係與一進料口連通之批次式進料，包含有一進料漏斗、一進料螺旋輸送管、一水冷式進料雙閘門。
3. 如申請專利範圍第1項之低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置，其中，該電弧熔融爐單元包含有一上節電弧熔融爐，一下節電弧熔融爐，該持溫爐腔室，該持溫爐腔室有該電熱元件加熱，以維持一定溫度，一與該熔融爐腔室連通之進料口，一與該熔融爐腔室連通之排氣口，至少二與該熔融爐腔室連通之石墨固定座，及分別由該石墨固定座穿設於該熔融爐腔室內之二石墨電極棒，該設於該下節電弧熔融爐中的坩堝，該坩堝底部有與該盛裝桶連通之孔洞。
4. 如申請專利範圍第3項之低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩 漿裝置，其中，該電弧熔融爐單元內設有該熔融爐腔室與該持溫爐腔室，該持溫爐腔室有該電熱元件加熱，以維持一定溫度，該持溫爐腔室內置該坩堝，該坩堝底部開設該孔洞，熱熔漿溢流至該持溫爐腔室坩堝內，再自該坩堝底部孔洞流至下方盛裝桶內，此為兩段式洩漿操作，以維持洩漿流率固定。
5. 如申請專利範圍第3項之低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置，其中，該石墨固定座係包含有一密封環、分別設於該密封環兩端面之二絕緣墊片、及一環設於該密封環外側緣之流體通道機構，該流體通道機構包含有一冷卻水套、一與該冷卻水套連通之入水口與出水口，且使該石墨電極棒穿過該密封環而設於該熔融爐腔室內。
6. 如申請專利範圍第1項之低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置，其中，該洩漿單元係與該持溫爐腔室活動結合，其包含有一升降機構、一環設於該盛裝桶外緣之冷卻夾套、一設於該升降機構與該盛裝桶間之冷卻底盤、一冷卻水通道，該冷卻水通道串聯流經該冷卻夾套與該冷卻底盤、一成形於該盛裝桶與該冷卻夾套間之氣冷通道、及該設於該升降機構上且與該持溫爐腔室連通之盛裝桶，該盛裝桶之一端係以開口與該持溫爐腔室連通。
7. 如申請專利範圍第6項之低放射性廢棄物電弧熔融爐與兩段式洩漿裝置，其中，該盛裝桶係為55加侖盛裝桶之設計，且該盛裝桶底部敷設2-3cm桶底耐火泥，以避免高溫熔漿落入桶底瞬間，對桶底產生熱熔穿，該盛裝桶內壁設有多數桶壁延伸板，並於該盛裝桶之內壁面與底部之間係設有桶底補強板，以加強桶身起吊應力。