CS276803B6

CS276803B6 - Electric melting furnace

Info

Publication number: CS276803B6
Application number: CS902100A
Authority: CS
Inventors: Miloslav Ing Drsc Nemecek
Original assignee: Cvut Elektrotechnicka
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1990-04-26
Publication date: 1992-08-12
Also published as: CS210090A3

Abstract

Tavící pec pro taveninu s vrstvou vsázky sestává z hermeticky uzavřeného prostoru (1) pece a shora zavedených elektrod (2) v chlazených průchodkách (3). Elektrody (2) jsou opatřeny dutinami (7) pro přívod plynu do taveniny (18) a spodní konce průchodek (3) jsou umístěny mezi stropem (17) uzavřeného prostoru (1) a taveninou (18). Nad vsázkou (4) je vytvořen nejméně jeden otvor (9) pro odvod plynných zplodin tavení.A melting furnace for molten metal with a layer of charge consists of a hermetically sealed furnace space (1) and electrodes (2) inserted from above in cooled bushings (3). The electrodes (2) are provided with cavities (7) for supplying gas to the molten metal (18) and the lower ends of the bushings (3) are located between the ceiling (17) of the sealed space (1) and the molten metal (18). At least one opening (9) is formed above the charge (4) for discharging gaseous products of melting.

Description

Vynález se tyká elektrické taviči pece, vhodné zejména pro tavení a zeskelňování popílktl ze spálených odpadů, popřípadě kalů z odpadních vod, s uzavřeným prostorem se shora zavedenými elektrodami, umístěnými v chlazených průchodkách.The invention relates to an electric melting furnace, particularly suitable for melting and vitrifying fly ash from incinerated waste or sewage sludge, with an enclosed space with electrodes introduced from above, placed in cooled bushings.

Zneškodnění toxických nebo jinak škodlivých popílků ze spaloven tuhého domovního odpadu, popřípadě dehydrovaného kalu z čistíren odpadních vod se mimo jiné provádí roztavením popílku a jeho přeměnou na relativně inertní a velmi stálou skelnou hmotu . .Disposal of toxic or otherwise harmful fly ash from solid household waste incinerators or dehydrated sludge from wastewater treatment plants is carried out, among other things, by melting the fly ash and converting it into a relatively inert and very stable glass mass. .

Dosud se tavení provádí v elektrické peci, která musí být hermetická, aby bylo zabráněno úniku ledovatých a škodlivých plynných produktů tavení. Ve světě jsou ve vývoji popřípadě na základě podobného využití - prach z ocelářských pecí - doporučovány vysokoteplotní pece obloukové, popřípadě nížeteplotní pece odporové. Oba druhy jsou odsávané, to je oddělené od okolí hermetickým pláštěm s různě dokonale těsněnými průchody. Oba druhy pecí jsou pro účely tavení popílku z odpadů a kalů nevýhodné.Until now, melting is carried out in an electric furnace, which must be hermetic in order to prevent the leakage of icy and harmful gaseous products of melting. In the world, high-temperature arc furnaces or low-temperature resistance furnaces are recommended in development or on the basis of similar uses - dust from steel furnaces. Both species are sucked out, it is separated from the surroundings by a hermetic mantle with various perfectly sealed passages. Both types of furnaces are disadvantageous for the purpose of melting fly ash from waste and sludge.

Obloukové tavící pece pracují s vysokou teplotou, jejich grafitové elektrody redukují oxidy kovů v taveném popílku, což má smysl pouze při recyklaci kovů z hutního prachu, kromě toho jejich utěsnění vůči okolí je znesnadněno pohybem elektrod pří regulaci hoření oblouku.Arc melting furnaces operate at high temperatures, their graphite electrodes reduce metal oxides in the molten fly ash, which only makes sense when recycling metals from metallurgical dust, and their sealing to the environment is hampered by the movement of the electrodes to control the burning of the arc.

Odporové pece se stropním topením při přenosu tepla z topných těles přes vrstvu popílku do hladiny taveniny nedosahují dobré homogenizace utaveného popílku. Příčinou je kromě nevhodné teplotní konvekce v tavícím prostoru také úzký teplotní interval zpracovatelnosti vznikající skioviny. Oba druhy pecí mají také relativně značnou spotřebu elektrické energie.Resistance furnaces with ceiling heating do not achieve good homogenization of the molten fly ash when transferring heat from the radiators through the fly ash layer to the melt level. The cause is, in addition to unsuitable temperature convection in the melting space, also a narrow temperature range of processability of the resulting skin. Both types of furnaces also have a relatively high electricity consumption.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny elektrickou tavící pecí pro taveninu s vrstvou vsázky, sestávající z uzavřeného prostoru se shora zavedenými elektrodami v chlazených průchodkách podle vynálezu. Jeho podstatou je to, že elektrody jsou opatřeny dutinami pro přívod plynu do taveniny a spodní konce průchodek jsou umístěny mezi stropem uzavřeného prostoru a tavenínou. Nad vsázkou je vytvořen nejméně jeden otvor pro odvod plynných zplodin tavení.The above-mentioned drawbacks are eliminated by an electric melting furnace for a charge-melting melt consisting of an enclosed space with above-introduced electrodes in the cooled bushings according to the invention. Its essence is that the electrodes are provided with cavities for the supply of gas to the melt and the lower ends of the bushings are located between the ceiling of the enclosure and the melt. At least one opening for the discharge of flue gases is formed above the charge.

Elektrody jsou s výhodou umístěny v polovině prostoru, v níž je vstup pro zakládání vsázky.The electrodes are preferably located in the middle of the space in which the inlet for loading the charge is.

Dále je výhodné v horní části prostoru vytvořit dělicí přepážku a do oddělené části umístit horní elektrický otop.Furthermore, it is advantageous to form a dividing partition in the upper part of the space and to place the upper electric heating in a separate part.

Elektrody mohou být v průchodkách utěsněny komorovými ucpávkami z minerálních žárovzdorných vláken.The electrodes can be sealed in the bushings with chamber seals made of mineral refractory fibers.

Elektrická taviči pec podle vynálezu pracuje s nižšími teplotami, čímž dochází k tomu, že kovy obsažené v popílku zůstávají ve formě oxidů vázány v tavenině. Tato elektrická pec má nižší energetické ztráty. Elektrody zavedené shora procházejí vrstvou vsázky, která v případě popílku ze spaloven městských odpadů a kalů obsahují uhlík, jehož redukující účinek brzdí oxidaci elektrod a průchodek. Tímto uspořádáním se snižuje spotřeba použité chladicí vody v průchodkách. Přívod plynu elektrodami do taveniny podporuje homogenizaci a pohyb taveniny. Plyn zároveň elektrody chladí, ale teplo potřebné na jeho ohřev zůstává v tavenině a v sázce. Elektrody nejsou napadány elektrokorozí, proto mohou tyto být vyrobeny z levnějších kovů.The electric melting furnace according to the invention operates at lower temperatures, whereby the metals contained in the fly ash remain bound in the melt in the form of oxides. This electric furnace has lower energy losses. The electrodes introduced from above pass through a charge layer which, in the case of fly ash from municipal waste and sludge incinerators, contains carbon, the reducing effect of which inhibits the oxidation of the electrodes and bushings. This arrangement reduces the consumption of used cooling water in the bushings. The supply of gas through the electrodes to the melt promotes homogenization and movement of the melt. At the same time, the gas cools the electrodes, but the heat needed to heat it remains in the melt and at stake. The electrodes are not attacked by electrocorrosion, so they can be made of cheaper metals.

Tlak přiváděného plynu je ukazatelem hloubky ponoření elektrod a jeho pokles signalizuje zkrácení elektrody korozí a potřebu jejího zasunutí do taveniny.The pressure of the supplied gas is an indicator of the depth of immersion of the electrodes and its decrease signals the shortening of the electrode by corrosion and the need to insert it into the melt.

Výhodou dvojitého tavícího prostoru je to, že v části s elektrodami probíhá intenzivní tavení přímým průchodem elektrického proudu, vyvolané proudění podporuje tavení a homogenizaci a rozprostírá trvale zakládanou vrstvu vsázky popílku po povrchu taveniny.The advantage of the double melting space is that in the part with the electrodes intensive melting takes place by direct passage of an electric current, the induced flow promotes melting and homogenization and spreads a permanently formed ash charge layer over the surface of the melt.

Horní elektrický otop vyhřívací části jednak přímým sáláním na hladinu podporuje dokončení tavícího procesu a homogenizaci a zároveň vytváří horký prostor pod stropem vyhřívací části, který podporuje pyrolýzu toxických produktů tavícího procesu před jejich odchodem odváděčím otvorem.The upper electric heating of the heating part, on the one hand, by direct radiation to the surface promotes the completion of the melting process and homogenization and at the same time creates a hot space under the ceiling of the heating part, which promotes pyrolysis of toxic products of the melting process before leaving through the discharge opening.

Dobrá hermetičnost podpořená ucpávkami v průchodkách z žárovzdorných minerálních vláken a pomalý průchod zplodin vyhřívací částí pece zvyšuje bezpečnost rozkladu jedovatých sloučenin.Good airtightness supported by seals in refractory mineral fiber bushings and slow passage of flue gases through the heating part of the furnace increases the safety of decomposition of toxic compounds.

Vynález a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popisu příkladu konkrétního provedení podle připojeného výkresu, kde je v bo korysu znázorněn řez elektrickou tavící pecí podle vynálezu.The invention and its effects are explained in more detail in the description of an example of a specific embodiment according to the attached drawing, where a cross-sectional view of an electric melting furnace according to the invention is shown.

Elektrická tavící pec je tvořena hermeticky uzavřeným prostorem 1 se shora zavedenými elektrodami 2, které jsou umístěny v chlazených průchodkách 3 procházejících stropem 17. Spodní konce průchodek 3 jsou umístěny ve vrstvě vsázky 4 a elektrody 2 jsou opatřeny dutinami 7 pro přívod plynu do taveniny 18. V horní části prostoru 1 je vytvořena pod stropem 17 přepážka 12 a ve vzniklé vyhřívací části 13 je umístěn horní elektrický otop 14. Elektrody 2 jsou umístěny blíže k místu vstupu 6 základní vsázky, vzdáleněji od boční stěny 5. V dělicí přepážce 12 a boční stěně 5 jsou vytvořeny otvor 9 a další otvor 15 pro odvod plynných zplodin tavení. Ve dnu prostoru 1 je umístěn speciální výtok 10 a výpust 11. Celé těleso pece je opatřeno hermetickým pláštěm 16.The electric melting furnace is formed by a hermetically sealed space 1 with electrodes 2 inserted from above, which are located in cooled bushings 3 passing through the ceiling 17. The lower ends of the bushings 3 are located in the charge layer 4 and the electrodes 2 are provided with cavities 7 for gas supply to the melt 18. A partition 12 is formed in the upper part of the space 1 under the ceiling 17 and an upper electric heating 14 is placed in the resulting heating part 13. The electrodes 2 are located closer to the inlet 6 of the base charge, further away from the side wall 5. In the partition 12 and the side wall 5, an opening 9 and another opening 15 are formed for the removal of flue gases. A special outlet 10 and an outlet 11 are located in the bottom of the space 1. The whole furnace body is provided with a hermetic shell 16.

Tavení popílku probíhá v části hermeticky uzavřeného prostoru 1, do kterého shora ze stropu 17 zasahují elektrody 2 připojené na zdroj střídavého elektrického proudu. Mezi nimi se v elektricky vodivé tavenině 18 vyvíjí průchodem proudu Jouleovo teplo, kterým se odtavuje vrstva vsázky 4 popílku zakládaného v místě vstupu 6 na hladinu jeho taveniny 18. Umístění elektrod 2 blíže k místu vstupu 6 zakládání popílku a vzdáleněji od zadní stěny 5 uzavřeného prostoru 1 způsobuje silný vzestupný tepelný proud taveniny 18, který pod vrstvou vsázky 4 směřuje především k boční stěně 5- Pod jejím ochlazujícím účinkem klesá dolů, což vytváří jednoznačně proudění odporující tavení a homogenizaci a rozprostírá trvale zakládanou vrstvu vsázky 4 popílku po povrchu taveniny 18,. Intenzitu proudění popsaného charakteru podstatně podporuje přívod plynu dutinami 7 elektrod 2 z potrubí 8. Tento plyn chladí elektrody 2, jeho ohřátí však je využito.v tepelné bilanci taveniny 18. Podstatnou funkci v chlazení elektrod 2 však mají chlazené průchodky 3 zasahující až do vrstvy vsázky 4 zakládaného popílku. Také samotná tato vrstva vsázky 4, která je ve styku se žhavými částmi elektrod 2 mezi spodním koncem průchodky 3 a rozhraním popílku a taveniny 18 přispívá k chlazení horních konců elektrod 2. Chlazení elektrod 2 v průchodkách 3 brání jejich oxidaci a hladinové korozi, oxidaci potlačuje také mírný obsah nespáleného uhlíku v popílku. V horní části průchodek 3 mohou být uspořádány ucpávky 19 z minerálních žárovzdorných vláken, které podpoří hermetičnost pece. Přívod bubblingového plynu dutinou 7 elektrody 2 dovolí poměrně jednoduše, měřením jeho tlaku,, zjistit stupeň zkrácení elektrody 2 korozí jejího konce v tavenině 18. To usnadní seřizování výkonu pece a symetrizaci jejího odběru zasouváním elektrod 2. Vyhřívací část 13, v tomto příkladném provedení s horním otopem 14 například s odporovými topnými tělesy zároveň slouží k pyrolyze škodlivých a toxických produktů tavení popílku. Ty odcházejí z uzavřeného prostoru 1 nad vrstvou vsázky 4 otvorem 9 v přepážce 12, ohřívají se na potřebnou teplotu ve vyhřívací části 13 a odsávají se dalším otvorem 15 k zařízení, které je zneškodní. Tavenina 18 ve formě tekuté sklovlny odchází v tomto příkladném provedení kontinuálně speciálním výtokem 10 a vyredukované nížetavitělně kovy mohou být občasně vypouštěny výpustí 11 ve svážitém dnu pece.The melting of the fly ash takes place in a part of the hermetically sealed space 1, into which the electrodes 2 connected to the source of alternating electric current extend from above the ceiling 17. Between them, Joule heat is generated in the electrically conductive melt 18 by passing a current, which melts the layer of ash 4 deposited at the inlet 6 to the level of its melt 18. Placing the electrodes 2 closer to the ash inlet 6 and further away from the rear wall 5 of the enclosure 1 causes a strong upward heat flow of the melt 18, which below the charge layer 4 is directed mainly towards the side wall 5. Under its cooling effect it decreases downwards, which clearly creates a flow resistant to melting and homogenization and spreads the permanently formed ash charge layer 4 over the melt surface 18. The intensity of the flow of the described character is substantially supported by the gas supply through the cavities 7 of the electrodes 2 from the pipe 8. This gas cools the electrodes 2, but its heating is used in the heat balance of the melt 18. However, cooled passages 3 extending up to the charge layer have a substantial function in cooling the electrodes 2. 4 of the installed ash. This layer of the charge 4 itself, which is in contact with the hot parts of the electrodes 2 between the lower end of the bushing 3 and the ash-melt interface 18, contributes to cooling the upper ends of the electrodes 2. Cooling the electrodes 2 in the bushings 3 prevents their oxidation and corrosion. also a slight content of unburned carbon in the fly ash. In the upper part of the bushings 3, seals 19 made of mineral refractory fibers can be arranged, which support the hermeticity of the furnace. The supply of bubbling gas through the cavity 7 of the electrode 2 makes it relatively easy, by measuring its pressure, to determine the degree of shortening of the electrode 2 by corrosion of its end in the melt 18. This facilitates adjusting the furnace power and symmetrizing its consumption. The upper heating 14, for example with resistance heaters, also serves to pyrolyze harmful and toxic fly ash melting products. These leave the enclosure 1 above the charge layer 4 through an opening 9 in the partition 12, are heated to the required temperature in the heating part 13 and are sucked through another opening 15 to a device which disposes of them. In this exemplary embodiment, the melt 18 in the form of a liquid glass leaves continuously through a special outlet 10 and the reduced low-melting metals can occasionally be discharged through the outlet 11 in the sloping bottom of the furnace.

Elektrická tavící pec nalezne uplatnění zejména při tavení a zeskelňování popílků ze spálených odpadů popřípadě kalů z odpadních vod.The electric melting furnace finds application especially in the melting and vitrification of fly ash from incinerated waste or sludge from wastewater.

Claims

PATENT CLAIMS

An electric melting furnace for a charge layer melt, consisting of an enclosure with electrodes introduced from above in cooled bushings, characterized in that the electrodes (2) are provided with cavities <71 for supplying gas to the melt (18) and the lower ends of the bushings ( 3) are located between the ceiling (17) of the enclosure (1) and the melt (18), at least one opening (9) for drainage being formed above the charge (4). flue gas melting. OF

2. Electric melting furnace according to claim 1, characterized in that the electrodes (2) are located in the middle of the space (1) in which there is an inlet (6) for loading the charge (4).

3. Electric melting furnace according to claim 1 or 2, characterized in that a partition (12) is formed in the upper part of the enclosure (1), and an upper electric heating element (14) is arranged in a separate part (13).

Electric melting furnace according to item 1, 2 or 3, characterized in that the electrodes (2) are sealed in the bushings (3) by chamber seals (19) made of mineral refractory fibers.