【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于将热能(热量)输入到流体中的系统和方法。具体而言，本专利技术涉及一种用于在与通过在高温和极高温度下进行焚烧来处置有害和/或有毒物质相关的工业过程中优化能效并减少温室气体和颗粒排放的工具和方法。
技术介绍
1、工业界和政府一直在努力寻找用于实现显著减少温室气体(ghg)排放的技术。挥发性有机化合物(voc)和有害空气污染物(hap)向大气中的排放是一个重大环境问题，因为其中一些物质具有光化学臭氧产生潜力(pocp)、臭氧消耗潜力(odp)、全球变暖潜力(gwp)、毒性、致癌性和局地臭味损害的可能性。挥发性有机化合物不受控制地向大气中排放会导致它们成为温室气体。因此，防止挥发性有机化合物的排放被认为是关键工业过程的运转所面临的最重要问题之一。
2、几乎任何工业设施都会产生废气，包括但不限于：炼油和石化产品生产、天然气处理、沼气处理、化学处理、食品和饮料加工、采矿、油漆/喷雾剂生产、制药行业和医疗设备制造、以及土壤和地下水修复。在这些工业中，焚烧可用于处置废料流和/或进行空气质量管理。
3、焚烧是处置包括工业气流、各种液体、固体以及它们的混合物在内的几乎所有废物的最著名方法之一。通常将来自工业空气流的气态污染物(例如voc和hap)在热焚烧炉中销毁，该热焚烧炉也被称为热氧化器。这些污染物通常基于烃，并且可能由有机化合物的复杂混合物组成。有时，污染物除了包含氢和碳以外，还可能包含各种含硫(s)和含氮(n)的化合物。在被通过热燃烧销毁时，它们被化学氧化从而形成二氧化碳和水。这种包含碳、氢、氧
4、
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6、热氧化器的废气除了包含二氧化碳和水之外，还可能包含氮氧化物、酸性气体、痕量金属和其它有害空气污染物，这些物质是从存在于废物中的化合物的燃烧或辅助燃料的燃烧产生的。在焚烧炉/氧化器后设置用于去除这些化合物的洗涤器或类似设备能够提供一种经济有效且对环境有益的途径来控制废料流；但是，这大大增加了焚烧系统的安装和运行成本。
7、热氧化器的主要类型包括直接火焰/直接燃烧型热氧化器(后燃器)、催化型热氧化器(cto)、蓄热型热氧化器(rto)和回热型氧化器。在设计有效的热氧化器时要考虑的因素包括氧化器内部(燃烧室中)的温度、停留时间和湍流。温度必须高到足以点燃废气中的有机化合物。根据待燃烧的废物的性质，热氧化器在590-1200℃的温度范围内运行。停留时间(废气流在燃烧室中花费的时间)必须足以使燃烧反应发生，根据废气的类型，停留时间通常是0.2-1秒。湍流又限定将氧气与废气混合以实现后者的完全燃烧所需的燃烧空气的适当流量。
8、常规的热氧化器系统如图1c所示。废气在被设置为燃烧室的焚烧炉101中燃烧，在该燃烧室中，火焰由辅助燃料(qaf)、废气和在必要时添加的补充空气(qa)的组合维持(在最简单的直接燃烧型系统中)。通常，废气流中的全部有机物(挥发性有机化合物和其他物质)的燃烧所释放的能量不足以将其自身温度提高到期望水平。在这些情况下，必须添加辅助燃料(例如天然气)来提高温度(参见图1c中的qaf)。符号“q”表示在过程中产生的和/或向过程中输入的热能(热量)。在废气通过火焰时，废气被从其入口温度(qwi)加热到其点火温度(后者取决于废物的性质)。废气预热器102和热量回收装置104(在此被配置成二次能量回收热交换器)是布置在焚烧设施中的能量回收装置。在某些情况下，热量回收装置不是焚烧炉/燃烧室的一部分(燃烧室被定义为(废)物质点火和燃烧的腔室)；但是，许多工业热氧化器具有至少一个集成到焚烧炉中的预热器(102)来预热废气。第一热交换器102的入口和出口处的废气(烟道气)被相应地表示为fi和fo。
9、废水焚烧是在使用空气氧化有机和无机废水污染物的同时在通常接近大气压的压力下和730℃至1200℃的温度范围内加热和/或蒸发含水部分的过程。焚烧是处理来自多化学产品工厂的废水的一种有效途径，这些废水带有各种有毒废水流，不能将这些有毒废水流送到常规的废水处理厂。废水可能源自工业或市政部门或任何其它来源。
10、除了接收固体废物作为原料之外，固体废物焚烧炉的运行方式与气态废物氧化器类似。在焚烧时，固体废物材料被转化为灰烬、烟道气和热量。灰烬主要由废物的无机成分形成，并且可能以由烟道气携带的固体团块或颗粒的形式存在。在将烟道气排入大气之前，必须清除其中的气体和颗粒污染物。固体废物焚烧炉的不同设计得到了认可，所有设计都利用热能来燃烧(固体)废物并销毁voc和hap。这些设计包括炉排式焚烧炉(固定或移动式)、回转窑、多炉膛焚烧炉、流化床焚烧炉、受控空气焚烧炉和过量空气焚烧炉。
11、焚烧炉和氧化器可以是小型预制模块化设计，也可以是必须现场建造的大型装置。其中的一些大型装置(尤其是用于燃烧城市废物的大型装置)包括可以用于生产蒸汽和/或发电的热量回收系统。因此，直接火焰型焚烧炉可能包括回热式热交换器或回热系统，该系统以循环模式运行以实现高能量回收。已知的催化型焚烧炉系统包括固定床(填充床或整料)系统和流化床系统，这两种系统都能实现能量回收。
12、焚烧过程的电气化一直被视为减少排放的解决方案。电气化的障碍之一是实现在焚烧过程中所需的高温。举例来说，典型地用于销毁气体污染物(例如voc)的热焚烧炉在590-650摄氏度(℃)的温度范围内运行，大多数有机化合物在该温度范围内着火。危险气体废物焚烧炉在980-1200℃的较高温度范围内运行。由于入口废气温度(参见图1c的qwi)通常比燃烧所需的温度低得多，因此必须向焚烧炉提供附加的热能来预热废气并保持燃烧条件稳定。但是，在废物燃烧过程中释放的能量通常不足以将过程温度保持在所需水平。在这些情况下，通常通过将空气和燃料(例如天然气)连续输送到焚烧炉中来提供附加热量(分别参见图1c的qa和qaf)。燃烧缺氧的有机废气还需要向焚烧炉中供应附加的空气和燃料，源自化工厂(例如来自过程排气管线)的含voc的工业废气就是这种情况。另一方面，在工业除臭系统中处理的大多数含voc的气体是空气中的可燃气体的稀释混合物；因此，它们的氧含量超过燃烧废弃有机物和辅助燃料所需的氧含量，但是它们的热值较低。虽然与(非催化)热氧化器相比催化系统的工作温度较低，然而催化系统也需要利用辅助燃料。但是，当使用化石燃料在焚烧炉中销毁挥发性有机化合物或其它废物时，挥发性有机化合物中的碳和化石燃料中的碳都会导致二氧化碳排放。热氧化器也是氮氧化合物(nox)排放源之一。在尽量减少氮氧化合物排放时，低工作温度和均匀的温度分布是需要考虑的重要因素。
13、高温过程要求和遵守严格的环境法规的需要在所用的技术和能源方面给焚烧设施造成了沉重负担。虽然电力在一些高温工业过程中得到了应用，但是现有的焚烧技术和当前的经济状况还不足以这样做。
14、已经提出了若干个用于加热目的的旋转解决方案。因此，美国专利11,098,725b2(sange本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于通过焚烧来处置物质的方法，包括通过被集成到焚烧设施中的至少一个旋转设备来产生加热的流体介质，所述至少一个旋转设备包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述焚烧设施中，所述至少一个旋转设备连接到至少一个焚烧装置，所述焚烧装置被配置成在基本上等于或超过大约500摄氏度(℃)的温度下进行一个或多个焚烧过程。
3.根据权利要求1或2中的任何一项所述的方法，包括将由所述至少一个旋转设备产生的加热的流体介质流供应到所述焚烧设施内的至少一个焚烧装置中。
4.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中至少一个焚烧装置包括下列装置或由下列装置组成：焚烧炉、熔炉、烘炉、窑炉、燃烧器、加热器、干燥器、输送装置、反应器、或它们的组合。
5.根据权利要求1所述的方法，包括通过至少一个旋转设备产生被加热到基本上等于或超过大约500摄氏度(℃)的温度、优选被加热到基本上等于或超过大约1200℃的温度、更优选被加热到基本上等于或超过大约1500℃的温度的所述流体介质。
6.根据任何一项前述权利要求所述的方法，包括调节穿过所述旋转设备传
7.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中所述加热的流体介质是由所述至少一个旋转设备产生的，所述旋转设备包括沿着所述转子轴按顺序地布置的两排或更多排转子叶片。
8.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中所述加热的流体介质由所述至少一个旋转设备产生，所述旋转设备还包括在所述至少一排转子叶片的下游布置的扩散器区域，所述方法包括操作被集成到所述焚烧设施中的所述至少一个旋转设备，以使得借助于流体介质流按顺序分别通过所述固定叶片、所述转子叶片和所述扩散器区域时发生的一系列能量转换将一定量的热能赋予沿着在壳体内在入口与出口之间形成的流动路径被引导的所述流体介质流，从而产生加热的流体介质流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述旋转设备中，所述扩散器区域配有或没有固定扩散器叶片。
10.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中通过调节被传导到集成在所述焚烧设施中的所述至少一个旋转设备中的输入能量的量来控制向穿过所述旋转设备传播的所述流体介质流增加的热能的量。
11.根据任何一项前述权利要求所述的方法，还包括在所述至少一个旋转设备的下游布置附加的加热设备，并将反应性化合物或反应性化合物的混合物引入到穿过所述附加的加热设备传播的所述流体介质流中，由此通过一个或多个放热反应向所述流体介质流中增加一定量的热能。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述反应性化合物或反应性化合物的混合物引入到被预热到预定温度的所述流体介质流中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中将所述反应性化合物或反应性化合物的混合物引入到被预热到基本上等于或超过大约1500℃的温度的所述流体介质流中。
14.根据权利要求11-13中的任何一项所述的方法，其中将所述流体介质流预热到所述预定温度是在所述旋转设备中实施的。
15.根据任何一项前述权利要求所述的方法，包括通过被集成到所述焚烧设施中的至少两个旋转设备来产生所述加热的流体介质，其中所述至少两个旋转设备并联或串联连接。
16.根据权利要求15所述的方法，包括通过至少两个顺序连接的旋转设备产生所述加热的流体介质，其中所述流体介质流在序列中的至少第一旋转设备中被预热到预定温度，并且其中通过向穿过所述序列中的第二旋转设备传播的被预热的流体介质流输入附加量的热能，所述流体介质流在至少第二旋转设备中被进一步加热。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述序列中的所述至少第一旋转设备中，所述流体介质流被预热到基本上等于或超过大约1500℃的温度。
18.根据前述权利要求16或17中的任何一项所述的方法，其中通过将所述反应性化合物或反应性化合物的混合物引入到穿过所述序列中的所述至少第二旋转设备传播的所述流体介质流中，从而将所述附加量的热能增加到所述流体介质流中。
19.根据任何一项前述权利要求所述的方法，包括将所述反应性化合物或反应性化合物的混合物引入到所述焚烧过程中。
20.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中进入所述旋转设备的所述流体介质是基本上气态的介质。
21.根据任何一项前述权利要求所述的方法，包括在所述旋转设备中产生所述加热的流体介质。
22.根据权利要求21所述的方法，其中在所述旋转设备中产生的所述加热的流体介质是有害和/或有毒的气体。
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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于通过焚烧来处置物质的方法，包括通过被集成到焚烧设施中的至少一个旋转设备来产生加热的流体介质，所述至少一个旋转设备包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述焚烧设施中，所述至少一个旋转设备连接到至少一个焚烧装置，所述焚烧装置被配置成在基本上等于或超过大约500摄氏度(℃)的温度下进行一个或多个焚烧过程。
3.根据权利要求1或2中的任何一项所述的方法，包括将由所述至少一个旋转设备产生的加热的流体介质流供应到所述焚烧设施内的至少一个焚烧装置中。
4.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中至少一个焚烧装置包括下列装置或由下列装置组成：焚烧炉、熔炉、烘炉、窑炉、燃烧器、加热器、干燥器、输送装置、反应器、或它们的组合。
5.根据权利要求1所述的方法，包括通过至少一个旋转设备产生被加热到基本上等于或超过大约500摄氏度(℃)的温度、优选被加热到基本上等于或超过大约1200℃的温度、更优选被加热到基本上等于或超过大约1500℃的温度的所述流体介质。
6.根据任何一项前述权利要求所述的方法，包括调节穿过所述旋转设备传播的所述流体介质流的速度和/或压力，以产生生成所述加热的流体介质流的条件。
7.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中所述加热的流体介质是由所述至少一个旋转设备产生的，所述旋转设备包括沿着所述转子轴按顺序地布置的两排或更多排转子叶片。
8.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中所述加热的流体介质由所述至少一个旋转设备产生，所述旋转设备还包括在所述至少一排转子叶片的下游布置的扩散器区域，所述方法包括操作被集成到所述焚烧设施中的所述至少一个旋转设备，以使得借助于流体介质流按顺序分别通过所述固定叶片、所述转子叶片和所述扩散器区域时发生的一系列能量转换将一定量的热能赋予沿着在壳体内在入口与出口之间形成的流动路径被引导的所述流体介质流，从而产生加热的流体介质流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述旋转设备中，所述扩散器区域配有或没有固定扩散器叶片。
10.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中通过调节被传导到集成在所述焚烧设施中的所述至少一个旋转设备中的输入能量的量来控制向穿过所述旋转设备传播的所述流体介质流增加的热能的量。
11.根据任何一项前述权利要求所述的方法，还包括在所述至少一个旋转设备的下游布置附加的加热设备，并将反应性化合物或反应性化合物的混合物引入到穿过所述附加的加热设备传播的所述流体介质流中，由此通过一个或多个放热反应向所述流体介质流中增加一定量的热能。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述反应性化合物或反应性化合物的混合物引入到被预热到预定温度的所述流体介质流中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中将所述反应性化合物或反应性化合物的混合物引入到被预热到基本上等于或超过大约1500℃的温度的所述流体介质流中。
14.根据权利要求11-13中的任何一项所述的方法，其中将所述流体介质流预热到所述预定温度是在所述旋转设备中实施的。
15.根据任何一项前述权利要求所述的方法，包括通过被集成到所述焚烧设施中的至少两个旋转设备来产生所述加热的流体介质，其中所述至少两个旋转设备并联或串联连接。
16.根据权利要求15所述的方法，包括通过至少两个顺序连接的旋转设备产生所述加热的流体介质，其中所述流体介质流在序列中的至少第一旋转设备中被预热到预定温度，并且其中通过向穿过所述序列中的第二旋转设备传播的被预热的流体介质流输入附加量的热能，所述流体介质流在至少第二旋转设备中被进一步加热。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述序列中的所述至少第一旋转设备中，所述流体介质流被预热到基本上等于或超过大约1500℃的温度。
18.根据前述权利要求16或17中的任何一项所述的方法，其中通过将所述反应性化合物或反应性化合物的混合物引入到穿过所述序列中的所述至少第二旋转设备传播的所述流体介质流中，从而将所述附加量的热能增加到所述流体介质流中。
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【专利技术属性】
技术研发人员：韦利·马蒂·普罗拉，T·欧尼，
申请(专利权)人：酷布鲁克公司，
类型：发明
国别省市：
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