[发明专利]用于废物处理的等离子体熔融炉、系统及方法

说明书

相关申请

本申请要求于2013年4月11日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2013-0039957的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及用于通过对废物进行热分解和熔融来进行废物处理的等离子体熔融炉、包括该等离子体熔融炉的用于废物处理的等离子体熔融系统以及用于使用该等离子体熔融炉通过对废物进行热分解和熔融来进行废物处理的方法。

背景技术

在韩国，已知每年的废物数量超过了300,000吨，并且由于工业活动的增长使得工厂废物持续增长。50%或更多的废物借助于填埋或焚烧来处置。在废物处置过程中产生的诸如二噁英（dioxin）等的有毒物质引起的诸如空气污染及地下水和土壤污染等的环境污染正在变成社会问题。而且，由于这种环境污染，安全填埋变得越来越难并且用于废物的填埋和焚烧的社会成本持续增长。

鉴于此，对能够减少废物处理过程中产生的环境污染的技术研发的需求增强。本着这一精神，使用等离子体的废物处理技术在近来引起关注。

使用等离子体的废物处理技术例如是如下的技术：其不仅不会造成环境污染，还能够将废物作为能源再利用并且将无机物玻璃化以便作为建筑材料再使用。

具体地，在使用等离子体的废物处理技术中，在等离子体熔融炉中于1400℃或更高的高温下使废物热分解，使得与传统的焚烧处理技术相比二噁英等的产生最小化，还能够通过去除SO_x、Cl和挥发性金属成分（Pb、Hg、As等）创新性地减少环境污染。进一步地，通过借助于高温等离子体对废物进行热分解和气化处理（gasification treatment），能够产生包括一氧化碳和氢气的热分解气体，并且燃烧这些气体以用于发电或将这些气体分离以生成能够被用在燃料电池中的氢和能够被用于工业目的的气体。而且，在通过等离子体熔融炉进行废物处理的过程中产生的熔渣（slag）不会洗脱（elute）出有毒的重金属物质，所以能够将熔渣用作建筑材料和建造材料。

此外，在这种废物处理技术中使用的等离子体是热等离子体，其能够通过产生直流或交流电弧放电的等离子体装置产生或通过高频等离子体装置利用高频磁场产生。热等离子体是由电子、离子和中性粒子组成的部分离子化的气体。其保持局部热力学平衡状态（local thermodynamic equilibrium state），使得所有组成物颗粒形成了具有从数千摄氏度至数万摄氏度范围的均匀温度的高速射流焰形状。

主要使用等离子体炬作为产生这种等离子体的装置。已知等离子体炬能够通过向离子化的等离子体施加电弧来产生极端高温的等离子体射流，由此生成通常在4000℃至7000℃范围内的高温气氛。

在使用这种等离子体炬的等离子体熔融炉中，一个代表性的方法是如下方法：从装置中的等离子体炬施加强大的等离子体射流，以使废物在高温下气化并将残留物质转换成熔融的物质。作为示例，在韩国专利公报No.2005-0104708中公开了一种循环型等离子体热分解炉。

发明内容

考虑到上述情况，本发明的一个目的是提供一种用于废物处理的等离子体熔融炉以及使用该等离子体熔融炉的用于废物处理的系统和方法，其能够在用于废物处理的等离子体熔融炉中稳定地处理废物。

本发明的另一个目的是提供一种用于废物处理的等离子体熔融炉以及使用该等离子体熔融炉的用于废物处理的系统和方法，以使得排出到用于废物处理的等离子体熔融炉的外部的排放气体中的有害成分（例如，二噁英等）最小化。

此外，本发明的另一个目的是提供一种用于废物处理的等离子体熔融炉以及使用该等离子体熔融炉的用于废物处理的系统和方法，以通过增加排放气体在用于废物处理的等离子体熔融炉中所流经的路径来充分进行废物的热分解和熔融。

进一步地，本发明的另一个目的是提供一种用于废物处理的等离子体熔融炉以及使用该等离子体熔融炉的用于废物处理的系统和方法，其能够持续地维持用于废物处理的等离子体熔融炉的内部温度。

进一步地，本发明的另一个目的是提供一种用于废物处理的等离子体熔融炉以及使用该等离子体熔融炉的用于废物处理的系统和方法，其能够维持在用于废物处理的等离子体熔融炉中产生的熔融熔渣的高温。