热回收系统和发电系统技术方案

一种从燃烧可燃物产生的燃气中回收热的改进系统。在开始热回收之前所述燃气或通过可燃物的部分燃烧产生的气体产品在温度４５０－６５０℃，过滤速度１－５ｃｍ／ｓｅｃ、压力－５ＫＰａ（表）至５ＭＰａ下进行除尘。无尘燃气由辅助燃烧或气化产品部分或全部过热至允许热回收的足够高的温度。燃烧炉可以是气化炉，也可与热熔化炉相联合。本系统可较大地提高过热蒸汽温度，增加发电效率而没有使传热管被燃气腐蚀的可能。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从燃烧气体或可燃物部分燃烧所产生气体中回收热的系统。特别涉及能应用于城市固体废物(称为“城市废物”)或废塑料处理的热回收系统。减少二氧化物(dioxins)和使灰尘无害是对近来废物焚化系统的两个基本要求。另外已经提出，建立新的热循环系统，它不仅可将废物处理成能排放的物质，还可将其作为替代能源。使用城市废物的先进发电系统已开发出来，相比普通燃烧固体废物的系统，它以更高的效率发电。根据利用过热的这种系统的改形，使用不同来源的高品质燃料(例如煤油或天然气)燃烧所产生的清洁热燃烧气体使废热锅炉中产生的蒸气过热至更高的温度。使用这样的单独过热器，是为了增强蒸汽透平的发电效率。利用过热从城市废物中发电的先进系统正积极发展成为适合较小规模焚化设备的系统。城市废物燃烧产生的气体一般会有聚氯乙烯燃烧产生的HCl，如果用于热回收的传热管的表面温度超过约400℃，由HCl造成的这些管子的腐蚀变得严重。为避免这个问题，过热蒸汽的温度须维持低于400℃，这样就不能通过采用较高的温度使蒸汽透平的发电效率提高。然而，最近研究表明，传热管腐蚀的重要原因实际上是由于管子上熔化盐的沉积。城市废物中具有高浓度的盐例如NaCl(熔点800℃)和KCl(熔点776℃)，燃烧时，这些盐形成雾，沉积在低温部分的传热管上。由于这种沉积加速了传热管的腐蚀，所以现有的使用城市废物的发电系统所允许的过热蒸汽的最高温度为大约300℃，这样，传热管表面温度能保持低于320℃。表1比较了各种热循环系统的特性，很显然，对于成功的高效发电和废物派生燃料(RDF)发电，使用高品质材料是不够的，必须首先考虑维持无腐蚀条件。表1-1<tables id="table1" num="001"><table width="870">发电方法详述特点结果普通发电机废热锅炉燃烧热用于发电，使用背压排气及直冷式透平由于过热蒸汽温度通常被设置在较低值，所以蒸汽压力也较低，其结果是发电效率也较低。近年来的实践是使用的过热蒸汽温度为400℃如能保证让过热蒸汽温度为400℃，也有可能达到高的蒸汽压力利用新材料发展的高效发电机新材料发展为焚化炉和过热器提供了新材料，使其能防止例如由废物燃烧产生的氯化氢的腐蚀，这样改善了蒸汽状，增强发电效率。燃烧废物燃料，没有对环境产生不利影响能防止熔化盐腐蚀的新材料发展在技术性及经济性上都具有困难，因此必须创造条件，克服腐蚀问题。</table></tables>表1-2 表1-3< >先进的城市废物发电系统，例如再发电系统和联合循环发电系统涉及巨大的建造和燃料费用，因此需要对过程的经济性进行全面的预估算。在日本，不受限的电能利用具有迫切需要，但另一方面，多余电力的卖价被限制为较低(特别是在夜间)。在这种情况下，发展燃料密集的高效发电存在的困境是可能增加公司平衡表上的赤字。寻求理想化本身是有意义的，但是从实际角度出发也需要一些妥协。因此，所需要的就是创造一种经济、合理的发电系统，以在建造费用上增加最少、除城市废物外也消耗小量燃料，即一种能避免腐蚀问题的新的发电系统。腐蚀的机理是复杂的，在反应中涉及多种因素。但至少可以说，在腐蚀中关键因素不是HCl的浓度而是NaCl(熔点800℃)和KCl(熔点776℃)是否处于雾状(熔化的雾)。这些盐被熔化，沉积在传热管上，加速了腐蚀进程。熔化的盐逐渐变成络和盐，在温度低至550-650℃时固化，其固化温度随城市废物的性质(或地点)而变，反过来废物性质又受含盐量和含盐类型的影响。这些就是使用城市废物的先进或高效发电系统在商业实施中所遇到的主要困难。表2列出了腐蚀的主要原因和防止方法。表2< >参照表2栏目1，利用中温排气是一已有的技术。然而在工艺中，在排气温度约为600℃时(盐仍为固体)维持400℃的过热蒸汽温度为允许极限。因此，除非有效地解决了熔化盐的腐蚀问题，否则基于从排气中回收热的方法在高效热循环系统中不能被商业化应用。列在表2栏目2、3和4-1，4-2中的避免腐蚀的方法如果在内循环流化床锅炉系统中实施时，它们被认为是有效的。在此锅炉系统中，燃烧室和热回收室由隔墙分开。由于可控制流化床温度低于碱盐溶化温度，所以内循环流化床锅炉系统正吸引商业厂家的注意。然而这种方法不能避免二氧化物的再合成。众所周知，二氧化物在锅炉段会再合成。有关处理杂碎灰尘及其有效利用方法的研究已在排气中残余氧浓度和在800℃时流化床燃烧中HCl的产生之间建立起了关系。根据报告的数据，当残余氧浓度为0时，HCl的生成为大约8000ppm(几乎等于理论值)，但是，随着残余氧浓度的增加，生成的HCl急剧减少，直到在11％的氧时，其浓度小于1000ppm(燃烧的典型状态)。“杂碎灰尘”是一空气废物的组合词，为从废汽车屑或类似物中的回收物，因此杂碎灰尘是塑料、橡胶、玻璃、织物等的混合物。本专利技术人使用30t·d-1的实验装置对杂碎废物进行燃烧实验，发现HCl的浓度大约为1000ppm。为了得知氯含量的物质平衡，专利技术者也对袋式过滤器中的灰进行分析，发现含有高达10.6％的氯化物离子，其中Cu以CuCl2形式存在。关于CuCl2，报告表明，这种化合物是在焚化过程中PCDD/PCDF产生的源泉并且作为二氧化物再合成的催化剂比其它金属氯化物有效上百倍(ISWA 1988，第五届国际固体废物会议报告，Andersen，L.Moller，J(eds)，第1卷331页，学术版伦敦1988)。在这里引用了报告中的两个数据并在图5、图6中再现，图5显示Cu浓度对PCDD(O)和PCDF(Δ)的产生所具有的效果，图6显示PCDD(O)和PCDF(Δ)以飞灰形式的产生与碳含量的关系。报告表明CuCl2和未燃烧的碳对二氧化物的再合成起重要作用。应当注意，由于温度没能维持高于1000℃，所以在焚化过程中，碳易于保持未燃。本专利技术在这种情况下完成，其目的是提供一种热回收系统和发电系统，它通过充分提高过热蒸汽温度而不产生燃烧气体对传热管的腐蚀来提高发电效率，而且它也能抑制在较后阶段的二氧化物的再合成。本专利技术目的是通过从可燃物的完全或部分燃烧所产生的燃烧气体中回收热的系统来完成的，其中在开始热回收之前，所述的气体应在温度为450-650℃，过滤速度1-5cm/sec，压力-5KPa(表)至5MPa范围内将灰尘去除。在热回收系统中，除尘最好使用过滤器介质例如由具有或不具有脱硝催化剂的陶瓷过滤器进行。系统中的热回收可由蒸汽过滤器进行。因此在本专利技术中，不仅造成腐蚀的熔化盐而且CaCl2(由反应产生)均由450℃-650℃范围内的除尘作为固化盐而去除，这样避免了由熔化盐和HCl造成的过热器传热管的腐蚀。另外过滤器介质(可具有或不具有脱硝催化剂)可去除作为二氧化物再合成催化剂的CuO和/或CuCl2。因此本专利技术的热回收系统也能抑制在较后阶段的二氧化物的再合成。在本专利技术中，无尘的燃烧气体可由辅助燃烧或气化产品全部或部分过热至足够高的温度以便于热回收。通过提供空气或富氧空气或纯氧来完成过热。使用在燃烧气体中的残余空气完成用辅助燃烧的过热。气化产品可由可燃物的部分燃烧获得。也可通过在低温流化床气化炉中(其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从可燃物的全部或部分燃烧产生的燃烧气体中回收热的系统，其中在开始热回收之前，所述的任一燃气在温度４５０－６５０℃、过滤速度１－５ｃｍ／ｓｅｃ、压力－５ＫＰａ（表）至５ＭＰａ下进行除尘。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：三好敬久，藤并晶作，广势哲久，入江正昭，高野和天，大下孝裕，
申请(专利权)人：株式会社荏原制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]