[发明专利]用于废物熔化和气化的DC电弧炉

说明书

一种用于废物的气化和玻璃化的设备包括设置有两个可移动石墨电极的等离子电弧炉。该炉包括空气冷却的底部电极，该空气冷却的底部电极适于转移电流通过渣熔体。该炉是完全密封的并且还设置有气密电极密封件，所述气密电极密封件适于控制炉内部的还原条件。还提供了一种电路，该电路适于从加热的转移模式切换至加热的非转移模式，从而使得在渣冻结的情况下能够重新启动炉。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月13日提交的现在悬而未决的美国临时申请第62/572,412号的优先权，该美国临时申请通过引用并入本文。

技术领域

本主题涉及用于废物玻璃化和气化的直流(DC)电弧炉，并且更具体地涉及用于点燃并重新启动在金属氧化物的非导电混合物例如在废物中找到的那些金属氧化物的非导电混合物上的DC电弧并用于提供完全熔化的方法和设备。

背景技术

已经提出了用于将废物转化为能源材料和建筑材料的等离子电弧炉。更具体地，等离子炉已经用于使废物中的无机材料熔化并使有机化合物气化。等离子炉与常规的焚烧技术相比具有若干优势，例如处理材料的能力与材料固有热值无关、将废物的无机成分玻璃化为惰性渣的能力以及将废物的有机成分转化为主要由氢气和一氧化碳组成的被称作合成气的可燃气体从而使得从废物中能够产生清洁能源的能力。已经提出了与使用等离子炉用于将废物转化为熔渣和能量有关的若干设备和方法。

例如，题为“Municipal Solid Waste Disposal Process”并且以Carter等人的名义于1994年1月25日发布的美国专利第5,280,757号公开了使用非转移等离子炬将城市固体废物、煤、木材和泥煤气化为中等质量气体以及具有大幅降低的毒性元素的可浸出性的惰性整体渣的设备。

类似地，题为“Process and Apparatus for Treatment of Excavated LandfillMaterial in a Plasma Fired Cupola”并且以Dighe等人的名义于1991年3月12日发布的美国专利第4,998,486号公开了如下设备，该设备也使用非转移等离子炬在冲天炉中处理有害废物，从而使有害材料例如PCB在后燃器中挥发并消耗，而包含重金属的有害材料在冲天炉内熔化并转化为不可浸出的固体产物。

然而，使用非转移等离子炬来使废物和其他材料气化和玻璃化具有若干缺点。由于等离子气体的极端温度，因此需要对非转移等离子炬进行水冷却。在炬中使用水冷却降低了炬的热转换效率。在许多情况下，冷却水的能量损失可能达到输入至炬的电能的15％至35％之间。另外，由于炬通常需要穿过厚的耐火衬里壁伸出，因此从炬的水冷却体至这种耐火壁会发生额外的热损失。最终，在炬以非转移模式操作的情况下，大部分等离子气体逸出至炉废气中，而不是在炉中处理固体材料。因此，热的净效率通常小于50％。

水冷却式非转移炬的另一缺点是水泄漏的风险。在一些情况下，当从故障炬逸出的高压水击中炉内部的过热的熔渣时，炬水泄漏可能导致蒸汽爆炸(Beaudet等，2000)。

因此，已经提出了使用非水冷却式石墨电弧炉用于使废物气化和玻璃化的目的。与使用等离子炬的等离子炉相比，石墨电弧炉具有若干优势。与使用可能产生泄漏的炬的炉相比，由于不进行水冷却，石墨电极本质上是安全的。由于不进行水冷却，石墨电极也比水冷却式炬的效率高得多，在将能量从电弧转移至待处理的大量废物材料的过程中，石墨电极达到了接近100％的效率。石墨电弧炉可以是交流(AC)类型或直流(DC)类型。