有害废物的硫化设备与方法 【技术领域】
本发明涉及硫化有害废物的设备与方法。
【发明背景】
各种废弃物质的硫化此前一直是在陶瓷衬里的熔化罐里进行的，这些熔化罐能够被加热到较高的温度，比如在大约1500℃至1600℃的量级上。这种加热，如Roberts等人的美国专利No.4820328所披露的那样，可以用以通过一种高温熔化工艺过程来硫化废弃石棉。其次，一如Richards的美国专利No.5100453所述，这种高温熔化可以用以回收诸如用于建筑隔热的那种类型的玻璃纤维。同样，焚化炉飞灰也可以采用这种高温熔化在一陶瓷熔化罐内予以硫化。在这种工艺处理期间，废物和任何其他各种一当受热即形成一种玻璃状物质的必需组分被送入陶瓷熔化罐，而已熔化的物质可渗入陶瓷熔化罐的各种缝隙或任何裂缝之中，足以冷却和因而密封此罐使之没有泄漏。
有害废物在较低温度下比如在大约1000℃至1100℃的量级上的硫化此前也一直是在金属熔化罐里通过将其加热而进行的。当诸如核废料或各种重金属等的有害废物被硫化时，所形成的已熔混合物可以排入一容器，冷却后供储存。不过，金属熔化罐在使用期间可能失效，而在这种情况下，熔化罐之中的有害废物就可能污染在其中正在从事加工处理地设施。在涉及处理核废料时，这种污染会是一特殊问题。其次，金属熔化罐中的加热此前一直是通过如下方式从事的，使电流通过金属熔化罐与一搅混正在受热的物料的搅拌器之间的已熔化物质。这样，金属熔化罐和搅拌器起到电极的作用，电流流过其间，随着搅混的进行而用以加热。这种加热方式相信可以产生极好的效果，由于使电流均匀地通过搅拌器与熔化罐之间的熔化物而直接在已熔化物质中产生热量。
发明公开
本发明的各项目的是，提供用于硫化有害废物的经过改进的设备和方法，其方式是，一旦有害废物在其中受热硫化的熔化罐失效时，可形成对废物的封围。
在实现上述各项目的时，按照本发明的有害废物硫化设备包括一金属熔化罐，用于容放有害废物和任何其他在受热时形成一种玻璃状物质所必需的一些组分。此设备的一加热器用于加热熔化罐里面的物料。此设备还包括一金属封围罐，熔化罐位于其中，所以，一当熔化罐失效，封围罐就可容放和封围任何从已失效的熔化罐泄出的物料。此设备也设有一传感器，用于检测熔化罐的失效。
加热器的许多不同的实施例现予以披露。一种新披露的加热器可使电流通过熔化罐里面的熔化物料以产生加热，这种加热器的一个实施例具有跨在熔化罐和熔化罐中熔化物料里面的电极之间的电压，使电流通过熔化物料以为其加热，而另一个实施例则具有跨在熔化罐中熔化物料内的一对电极之间的电压，使电流通过熔化物料以为其加热。加热器的另一个实施例包括各感应线圈，用于通过熔化罐的感应加热来加热熔化罐内的物料。加热器的又一个实施例包括各电阻元件，用于通过熔化罐的电阻加热来加热熔化罐内的物料。
包括一用于混拌正在受热物料的搅拌器的有害废物硫化设备也予以披露。
在该设备的最佳结构中，封围罐包围熔化罐以气密方式密封，以形成一个可容纳从已失效熔化罐中泄出的各种气体以及任何其它物质的封闭腔室。
传感器的许多不同的实施例现予以披露。在一个实施例中，传感器连通于熔化罐与封围罐之间的气密性密封腔室，在熔化罐失效时检测气密性密封腔室中的压力变化，从而检测这种失效。在其他各实施例中，用于检测熔化罐失效的传感器可显示封围罐从已失效的熔化罐所接受物质的存在，并最好是包括一个可检测封围罐从已失效的熔化罐所接受物质的存在的电路。在一个实施例中，传感器的电路包括一对电探头，位于熔化与封围两罐之间，并且通常彼此电绝缘，直到封围罐从已失效的熔化罐所接受的物质使两探头在电气上彼此连接为正。在另一个实施例中，电路包括一条流径，位于熔化与封围两罐之间，并且通常是闭合的，只在封围罐从已失效的熔化罐所接受的物质出现时才断路。
在最佳结构中，该设备还包括另一用于检测熔化罐失效的传感器，以便提供熔化罐失效的失效-安全检测。这样，就有一对传感器用于检测熔化罐的失效，而每一传感器最好是这样一种传感器，它接通于熔化罐与封围罐之间的气密性密封腔室以显示当熔化罐失效时压力的变化；或者是这样一种传感器，它包括一可显示封围罐以已失效的熔化罐所接受物质的存在的电路。
在实现本发明的各项目的时，有害废物硫化方法是通过把有害废物和任何其他为在受热后形成一种玻璃状物质所必需的一些组分送进一金属熔化罐而实施的。熔化罐之中物料的加热可以任何适当的方式进行。熔化罐也位于一金属封围罐之中，以便容纳一旦熔化罐失效从熔化罐泄出的任何物质。熔化罐失效检测也要进行，以便作出处理过程应当终止的指示，使得有害废物不会污染其中处理过程正在进行的设施。
有害废物硫化方法可以以不同传热方式的加热予以实现，这些方式包括：(a)使电流通过熔化罐内的熔化物质；(b)采用感应加热；以及(c)采用电阻加热。
在实施有害废物硫化方法时，物料在加热期间也可予以搅动。
在该方法的一个最佳实施中，熔化罐失效检测是通过检测熔化与封围两罐之间气密性密封腔室的压力变化而实现的。
在该方法的另一个最佳实施中，熔化罐失效检测是通过检测封围罐中从熔化罐所接受物质的存在而实现的。封围罐中从熔化罐所接受物质的存在由一电路检测而显示出来。
该方法最为可取的实施采用一对传感器来检测熔化罐的失效，这样，检测是以失效-安全方式进行的。
本发明的各项目的、各种特性和各项优点从以下结合各附图所作的关于实现本发明的各最佳模式的详细叙述中是显而易见的。
图1是按照本发明制作的设备的纵剖视图，此设备为硫化有害废物的方法提供了保证；
图2是类似于图1的局部视图，但带有另一种加热器，它象图1实施例一样，使电流通过熔化罐内的熔化物质以构成加热。
图3是类似于图2的视图，但属另一实施例，它包括一感应加热器；
图4也是类似于图2的视图，但属又一实施例，它包括一电阻加热器；
图5是类似于图1-4中每一图的视图，并表示一种搅拌器，无论采用哪一种加热器，都可以用来混拌正被加热的物料。
图6是表示本发明的一种用以检测熔化罐失效的压力传感器的视图。
图7是表示一种用以检测熔化罐失效的通常断路的电路传感器的视图；以及
图7是表示一种用以检测熔化罐失效的通常闭合的电路传感器的视图。
参见图1，按照本发明制作的设备可以实施硫化诸如核废料，各种重金属等有害废物的本发明的方法。此设备包括一金属熔化罐12，具有一入口14，用于接受有害废物和任何其他在加热时为形成一种玻璃状物质所必需的一些组分，这在此后要更加充分地予以说明。熔化罐12也具有一气体出口16，通过这一出口，处理过程所生成的各种气体可以向外流动，用于在被排放到大气之前作任何必需的处理。罐12之中的熔化材料18通过一出口20排出，此出口带有一较低的进入端22和一较高的外部排出端24，其结构的作用好似一茶壶壶嘴。出口20，具有一朝向熔化罐12之外的管状结构，穿过一层由外壳28固定的适当隔热层26，而且出口20还由一加热器30围绕以保持物料熔融，直至它被排送到一适当容器之中用于冷却和随后的凝结为止。同样，一种具有管状金属结构的下部排出口32穿过隔热层26并由一相关的加热器34围绕，而其外端由一水冷栓塞36堵住，此栓塞必要时可以卸掉以便允许熔化罐12泄放。
设备10的熔化罐12之中物料的加热是由一加热器38a实现的，加热器38a保证电流流过盛放在熔化罐之中处于熔融状态的物料。在所披露的实施例中，通过熔化物料的电流是由施加电势42和44在一电极40与罐12之间形成的。为了生产电流，需要经由进料口14送进一定量的预加固态物料与电极40接触。隔热层26之中的各辅助电阻加热器45可向固态物料提供足够的热量，使它成为熔融状态，能够输导电极与熔化罐之间的电流。在经由电极与熔化罐之间的电流所开始的电熔之后，其他固态物料被进给到熔化罐，以便连续处理。还有，交普电流最好的作用在于，它可防止各种组分沉积在电极40或熔化罐12上。
示于图1的设备10的一金属封围罐46设置在熔化罐12周围，所以，一当熔化罐失效，封围罐即可接受和容放任何从已失效的熔化罐出来的物质。这样，任何从已失效的熔化罐12出来的物质的有害废物组分就不会污染设备10处于其中的设施，而只是容纳在随后在清洗作业期间可以适当予以处理的封围罐之中。其次，设备10还包括至少一个传感器42，用于检测熔化罐的失效，这在此后要更加充分地予以说明。
继续参见图1，要注意的是，金属熔化罐12和金属封围罐46二者都分别是用金属板50和51制成的，它们由一些焊缝52固定在一起，使这两只罐在完成组装之后主要是彼此一道使用。下部支架54提供底板50与51之间的支承，而一支承杆55从封围罐底板51穿过隔热层26向下伸展以提供对于所使用的熔化和封围两罐12和46的支承。还设置了熔化和封围两罐12和46的侧面壁板50与51之间的各种未示的适当支承，并且象所有的板件和支承一样，这些支承都是靠有关的焊缝固接的。
金属板50和51都是用诸如镍和铬的合金这样的耐高温合金制成的。具体的一些可用的合金由美国西弗吉尼亚州亨汀顿国际耐热合金股份有限公司(Inco Alloys Internatrional，Inc.of Huntington，WestVirginia，United States of America)以INCONEL商标出售。一种这样的合金标作INCONEL601，按重量计的组成是：铝-1成，铬-23成，铁-14成，以及镍-61成。另一种这样的合金标作INCONEL690，按重量计的组成是：铬-29成，铁-9成，以及镍-62成。
参见图2，另一实施例的设备10具有与前述实施例同样的结构，而其加热器38b，象前述实施例一样，使电流通过熔化罐12之中的熔化物质18。不过，加热器38b的这一实施例包括一对电极40和41，设置在熔化物质18之中并具有由电势42和44跨越两电极而施加的电压，以便产生电流。其他方面，图2的实施例与图1的实施例作用相当。
参见图3，另一实施例的设备10具有与前述各实施例同样的结构，例外的是，其加热器38c属于感应加热类型，包括各线圈56，为熔化罐12和熔化罐12之中的物料进行感应加热。
参见图4，又一实施例的设备10具有与前述各实施例同样的结构，例外的是，其加热器38d属于电阻加热类型，包括各电阻加热器57，为熔化罐12和熔化罐12之中的物料进行加热。
如图5所示，设备10，图中表示它具有可以属于前述任何类型的加热器38，还可以配置一搅拌器39，用于比如依靠按照箭头39′所示的转动来混拌正在加热的物料18。搅拌器39也可以是一电极，而金属熔化罐12是另一电极，在二者之间施加一电势，使流经熔融物料的电流在混拌进行的同时进行加热。
参见图1，封围罐46最好是围绕熔化罐12气密性地密封起来以形成一封闭腔室58。这一封闭腔室最好是在两罐之间具有一开阔空间，因为从已失效熔化罐12泄出的任何气体随后也将在容纳在封围罐46之内，如果两罐不是气密性密封起来的，情况本来不会如此。
参见图6，所示一个实施例的传感器48a具有一导管60，连通于熔化罐12与封围罐46之间的气密性密封腔室58，以便在熔化罐失效时检测气密性密封腔室之中的压力变化，从而检测此种失效。更具体地说，传感器48a具有一压力表62，当出现比如表示于64处的、熔化罐12底板与侧面壁板50之间的失效时，可以检测压力变化。如果起初腔室58中被抽空，这种压力变化可能是压力增大，或者如果起初腔室被充压，则也可能是压力减小。
参见图7和8，另两个实施例的传感器48b和48c制作得可以通过检测封围罐46从已失效的熔化罐12所接受物质18的存在而检测熔化罐12的失效。每一传感器48b和48c包括一电路66，可检测封围罐46从已失效的熔化罐所接受物质的存在。
在示于图7中实施例的传感器48b中，电路66包括一对电探头68，它们位于熔化和封围两罐12和46之间，并且通常是彼此电绝缘的，而它们的下端正好悬挂在封围罐底板51的上方，并与之互相间隔开来。一旦熔化罐12失效，比如通过所指失效处64，从它那里接受的物料18会使两探头68电连接起来，以接通电路66并因而提供失效显示。
参见图8，该实施例的传感器48c具有其电路66，设备在熔化与封围两罐12和46之间，并具有一伸展在两探头68下端之间的可熔化熔断器70。当比如通过所示失效处64从已失效的熔化罐12接受到物料18时，熔断器70熔化以开断电路66，随之两探头66就成为彼此电绝缘的，而相比之下，当熔断器就位以适合两电探头之间相对的电势值时，它们是电连接的。
在示于图1的设备10的最佳结构中，至少有两个传感器，用于检测熔化罐12的失效。最为可取的是这些传感器具有示于图6、7和8的类型。更具体地说，如图所示，有两个传感器48，具有电路66，并设置在所使用的熔化和封围两罐12和46的设置两侧。在各底板支架54上可设置一些适当的孔口，使得所接受的物料可以来回流动，以致在熔化罐12任何部分处的失效都会使这些物料存在显示型传感器起作用。其次，图示设备10具有在其左上侧的压力传感器48以及其他两个传感器。也可以设置一些适当的孔口使气密性密封腔室58的整个范围都连通于压力传感器48a，在使用这一类型的传感器时供其运作。
本发明的有害废物硫化方法是依靠把有害废物和任何其他为在受热时形成一种玻璃状物质所必需的一些组分通过入口14送进金属熔化罐12而实现的。熔化罐12之中物料18的加热是在同时把熔化罐置放在金属封围罐46内以容纳任何在熔化罐失效时从熔化罐泄出的物料的情况下进行的。由至少一个传感器48检测的这种故障提供了应当终止该处理过程的信号。
藉此方法所完成的加热可以以任何适当的方式来做，比如采用前述任何类型的加热器。更具体地说，加热实现的方式可以是使电流通过熔化罐12内的熔融物料18；采用感应加热，或采用电阻加热，等等。
在实施有害废物硫化方法时，物料18可以如同前面结合图5所述那样在加热期间予以搅拌。其他一些常用的混拌方法，比如起泡法，也是可以采用的。
如上所述，熔化罐12失效的检测可以通过检测熔化与封围两罐12与46之间气密性密封腔室58中的压力变化来实现，而且也可以通过检测封围罐中从已失效的熔化罐所接受的物料的存在来实现，后一种类型的检测则最好是由某一电路来实现。其次，如前所提及，此方法最为可取的实施方式是，采用一对传感器以失效-安全方式来检测熔化罐12的失效。
虽然就实施本发明的各种最佳模式已经详细地作了说明，但那些熟悉本发明所涉及的技术领域的人员将会认可以下权利要求书所限定的、用以实施本发明的各种替代的设计和实施例。