气化燃烧系统技术方案

本发明专利技术公开了用于处理废物的两级废物气化燃烧系统(50)。该系统可以包括例如推进器(700)、第一气化器(102)、第二气化器(103)、气体调节器(400)和后燃烧室(104)的特征。另外，本发明专利技术公开了通过两级废物气化燃烧系统(50)调节气体和推进废物的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用本申请要求提交于2009年5月18日的美国申请No.12/467,887的优先权。
本专利技术通常涉及气化或燃烧系统。更具体地，本专利技术涉及用于调节通过气化器或燃烧室系统的气体和废物流量的方法和系统。
技术介绍
城市固体废物(″MSW″)是自治区和政府收集和处理的总产量。MSW包括耐用和非耐用商品、容器和包装、食物和庭园废物、以及来源于住宅、商业和工业的各种无机废弃物。作为一次性或丢弃产品的开放列表的一部分，实例包括新闻纸、电器、衣服、残余食物、容器和包装、纸尿布、包括一次性餐具和泡沫包装塑料材料在内的所有类别的塑料、橡胶和木制品、盆栽土、庭园修整物和消费电子产品。传统的废物处理方法是垃圾掩埋法，其在一些地区仍然是常用的手段。然而，许多地方当局已经发现难以建立新的垃圾掩埋。在这些地区，固体废物必须为了处理进行输送，从而更加昂贵。作为垃圾掩埋法的替换方法，可以通过在城市固体废物燃烧室(″MWC″)中燃烧来处理大量MSW，从而有助于从废物中进行能量回收。废能转换通常在废能工厂(″WTE″)进行。与传统的MSW和其它固体燃料燃烧相关的问题之一是它产生了少量不希望且有可能有害的副产品，例如NOx、一氧化碳和二恶英。例如，NOx在燃烧期间通过两个主要机理形成。首先，燃料NOx通过MSW和其它燃料中发现的有机氮(N)的氧化形成。当燃烧室中的O2量较低时，N2是主要的反应产物。然而，当可以使用大量O2时，燃料氮的增加部分转变为NOx。其次，热氮氧化物通过高温下常压N2的氧化形成。因为所需的高活性能，热氮氧化物的形成在火焰温度达到1100℃(2000°F)之前不会变得明显。现有技术中的另一问题是这种系统或方法不能用于燃烧具有高水分含量的废物。像中国这样的国家中，废物的高水分含量使燃烧过程变得麻烦，因为高水分会由于需要附加热量干燥废物而产生不稳定燃烧并导致炉温变低。高水分含量废物需要更多的气流(空气)对废物进行干燥。在传统的系统中难以增大气流，这是因为附加气流会增加对风扇的需求并降低锅炉效率。尽管在减少传统燃烧系统的有害排放方面进行了改进，但是仍然需要可替换的方法和系统，其有效地将MSW、高水分含量MSW和/或其它固体燃料转换为能量，同时产生最小数量的有害排放。
技术实现思路
本专利技术涉及气化燃烧系统和控制气化率或燃烧率的方法。通过控制气化或燃烧的氧化剂供应和温度，该系统可以使废物更有效地燃烧并且减少有害产物(气体和/或固体)排入大气中。另外，通过控制气化或燃烧的速率和温度，可以形成更耐用的系统，其在MSW热处理之后的能量转换和烟道气体处理更为有效。本专利技术的实施例可以使用移动炉栅，其能够使废物移动通过燃烧室，从而允许废物完全燃烧。另外，可以使用一级空气源和二级空气源。一级空气可以从炉栅下面供应并且通过炉栅吹出以沿着废物床顺序地干燥(释放出水)、气化(释放出挥发性烃)和烧尽(使非挥发性烃氧化)。可以调节一级空气的数量以使废物床中的含碳材料烧尽，同时使过量空气达到最低程度。二级空气可以通过位于炉栅上方的喷嘴供应并用于产生涡流混合，其破坏从废物床释放出的烃。系统中使用的总空气量(一级和二级)可以为大约30％到100％，大于实现化学计算情况所需的空气量(即，使燃料在理论上完全燃烧的最少空气量)。本专利技术可以使用不同的技术减少传统MSW燃烧系统产生的有害物排放。例如，可以使用燃烧控制和燃烧后控制。燃烧控制通过减少火焰中的可用O2和通过降低燃烧区温度限制了燃烧过程期间的NOx的形成；而燃烧后控制包括消除燃烧过程期间产生的NOx排放(例如，选择性非催化还原(SNCR)系统和选择性催化还原(SCR)系统)。在本专利技术的一个实施例中，公开了一种用于处理废物的两级废物气化燃烧系统。该系统可以包括推进器、第一气化器和第二气化器、第一气体调节器和后燃烧室。两个气化器系统强于一个气化器系统，这是因为两个气化器提供了更精确地控制反应的可能性。第一气化器主要使废物干燥和气化，其次用于气化和烧尽，其中，可以使用再循环烟道气体(烟道气体中的CO2有助于碳转换)。后燃烧室可以包括连接至第一气化器和第二气化器的连接器，和用于接收飞灰和重颗粒的灰收集器。灰收集器可以包括连接至第二气化器的连接器，以便引导飞灰和重颗粒进入第二气化器。第一气体调节器可以包括用于接收气体的输入端口，用于输出气体的输出端口，用于调节系统中的气体流动的阀，和允许调节器控制阀的打开和关闭的控制软件，所述阀调节流入输入端口的气体量和流出输出端口的气体量。在本专利技术的另一实施例中，公开了一种用于使具有高水分含量的废物燃烧的系统和方法。尽管下述系统的特定构造适用于具有高水分含量(30-60％)质量比的废物，但是对具有低水分含量(10-30％质量比)的废物而言可以使用本系统的其它构造。高水分气体是具有大于1％体积百分比的水蒸气浓度的气体。在本专利技术的某些实施例中，从干燥器伸出的端口中的水蒸气浓度可以为5到50的体积百分比。在以没有干燥器为特征的实施例中，从第一气化器伸出的端口中的水蒸气浓度为0到15的体积百分比，在从第二气化器(如果有一个的话)伸出的端口中为0到15的体积百分比。本专利技术可以包括特别设计的部件和结构以解决燃烧高水分废物时的一些已知问题。高水分燃烧系统的特定构造可以包括干燥器或干燥室，用于使高水分废物在其进入燃烧室之前干燥。在这样的构造中，空气可以通过炉栅下气体给送斗输送给干燥器。空气可以流过干燥器并且输送给气化器，作为增强来自于MSW的氧气和挥发物的混合的二级空气。二级空气还可以从气化器注入后燃烧室中以氧化合成气。燃烧室可以接收来自于其它气体源的一级空气。通过采用使炉栅下气体再循环流入气化器的干燥机，可以使更少的空气灌入系统中，减少了飞灰的产生并降低了能耗。该系统可以包括处于特定位置和方向的空气喷嘴，从而增强后燃烧室中的空气再循环以便减少一氧化碳的产生。在一些实施例中，三级空气可以从气体源喷入系统中以减少一氧化碳的产生。在该系统的特定构造中，再循环空气可以注入燃烧室或后燃烧室中以减少底灰中的未燃碳含量。在一些构造中，该系统能够使废物的含水量降低到20％质量比或更低。尽管附图没有显示，但本专利技术的一些构造可以包括干燥器、两个气化器、后燃烧室、控制器和/或调节器。这样的系统可以用于是特定类型的废物，例如高水分废物(例如，来自于瓷或泥渣的MSW)气<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.18 US 12/467,8871.一种用于处理废物的两级废物气化燃烧系统，所述系统包括：
推进器，第一气化器和第二气化器，第一气体调节器和后燃烧室：
a.所述推进器从第一气化器延伸到第二气化器以使废物从第一
气化器移动到第二气化器；
b.所述后燃烧室包括与第一气化器和第二气化器相连的连接器；
和
c.所述第一气体调节器包括：用于接收气体的输入端口，用于输
出气体的输出端口，用于调节系统中的气体流的阀，和允许调节器控
制阀的打开和关闭的控制软件，所述阀调节流入输入端口的气体量和
流出输出端口的气体量。
2.如权利要求1所述的系统，其中，第一气体调节器包括多个输
入端口和输出端口，包括：
a.用于接收来自于第二气化器的气体的第一输入端口；
b.用于接收来自于第二气体调节器的气体的第二输入端口；
c.连接至后燃烧室侧壁下部以用于引导气体水平地流入后燃烧
室的第一输出端口；
d.连接至后燃烧室侧壁上部以用于引导气体水平地流入后燃烧
室的第二输出端口；和
e.连接至后燃烧室顶部以用于引导气体向下流入后燃烧室的第
三输出端口。
3.如权利要求1所述的后燃烧室，包括用于接收飞灰和重颗粒的
灰收集器；所述灰收集器包括连接至第二气化器以用于引导飞灰和重
颗粒进入第二气化器的连接器。
4.如权利要求1所述的系统，包括输入部，该输入部具有由用于
接收所述废物的外壳形成的开口。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括流体地连接至
第一气体分流器和第一气化器的第一气体给送斗，所述第一气体分流
器能连接至用于接收来自于系统外部的气体的气体源上；所述第一气
化器包括用于引导气体进入后燃烧室的倾斜顶部。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括流体地连接至
第二气体分流器和第二气化器的第二气体给送斗，所述第二气体分流
器能连接至用于接收来自于系统外部的气体的气体源上；所述第二气
化器包括用于引导气体进入后燃烧室的倾斜顶部。
7.如权利要求2所述的系统，其中，灰收集器具有圆锥或旋风形
状。
8.如权利要求1所述的系统，其中，第一气体调节器包括：
a.连接至包含压缩气体的气体源或气体移动装置的连接器；
b.用于确定后燃烧室或通向后燃烧室的端口中的气体温度或气
体含氧量的传感器；和
c.用于调节流入后燃烧室的气体量的调节器，所述调节器还允许
调节器调节端口使气体排入后燃烧室的角度。
9.如权利要求1所述的系统，包括连接至后燃烧室的烟道，所述
烟道包括阀，所述阀为可操作的，从而在处于第一位置中时允许气体
逃离系统或者在处于第二位置中时使至少一部分气体再循环。
10.如权利要求9所述的系统，包括用于引导气体通过系统的第
二气体调节器，所述第二气体调节器包括与烟道连接以接收循环气体
的连接器和控制烟道阀位置的阀控制器。
11.如权利要求5所述的系统，包括：
a.连接至后燃烧室的烟道，所述烟道包括烟道阀，所述阀为可操
作的，从而在处于第一位置中时允许气体逃离系统或者在处于第二位
置中时使至少一部分气体再循环；
b.用于引导气体通过系统的第二气体调节器，所述第二气体调节
器包括：
i.与烟道相连以接收来自于烟道的循环气体的连接器；
ii.用于控制烟道阀位置的控制器；
iii.连接至气体源以允许第二气体调节器接收来自系统外面的
气体的连接器；
iv.连接至第一气体调节器以引导气体进入第一气体调节器的
气体输出口；和
v.用于控制从烟道和气体源流过气体输出口的气体量的阀和
阀控制器。
12.如权利要求2所述的系统，其中，第一气体调节器包括用于
控制三个输出端口引导气体进入后燃烧室的角度的调节器。
13.如权利要求1所述的系统，包括中央控制器，其包含用于使
控制器执行下列步骤的软件或电路：
a.控制推进器的速度；
b.控制气体通过第一气体分流器和第二气体分流器的流速；和
c.控制第一气体调节器中的阀的位置。
14.如权利要求1所述的系统，包括含有储存在计算机可读介质
上的软件的控制器和用于执行所述软件的微处理器，所述软件包含用
于使控制器调节和控制第一气化器、第二气化器和后燃烧室中的氧气
量，从而控制废物和气体的燃烧温度和速度，允许所述系统减少氮氧
化物产生的指令集。
15.如权利要求14所述的软件，包括用于使控制器命令第一气体
分流器将具有低含氧量的气体通过第二气体分流器送至第一气化器的
指令。
16.如权利要求15所述的软件，其中，所述指令使控制器命令第
一气体分流器发送气体，所述气体含有体积百分比5-20％的02。
17.如权利要求15所述的软件，包括用于使第一气体调节器通过
连接至第二调节器的第一端口发送循环烟道气体的指令。
18.如权利要求17所述的软件，其中，所述指令使控制器命令第
一气体调节器发送循环烟道气体。
19.如权利要求17所述的软件，包括用于使第二调节器部分地打
开烟道中的阀，从而使循环烟道气体进入连接至第二调节器的第二端
口的指令。
20.如权利要求19所述的软件，其中，所述指令使控制器命令第
一气体调节器将阀部分地打开。
21.如权利要求19所述的软件，包括用于将阀打开以允许烟道气
体从第二端口通过第二调节器流入通向第一气体分流器的第一端口的
指令。
22.如权利要求21所述的软件，其中，所述指令使控制器命令第
二调节器将阀打开以允许烟道气体从第二端口流出。
23.如权利要求14所述的软件，包括用于命令第一气体分流器将
富氧气体通过第二气体分流器送至第二气化器的指令。
24.如权利要求23所述的软件，其中，所述指令使控制器命令第
一气体分流器发送富氧气体，所述气体含有体积百分比20-100％的
O2。
25.如权利要求23所述的软件，包括用于命令气体源将气体导入
第一气体分流器的指令。
26.如权利要求23所述的软件，包括用于命令第一气体分流器将
阀打开以允许气体从气体源进入第一气体分流器的指令。
27.如权利要求23所述的软件，包括用于命令控制器或第一调节
器将连接至端口的阀关闭以防止来自第一调节器的循环气体流动的指
令。
28.如权利要求23所述的软件，包括用于命令控制器或第一调节
器将烟道中的阀关闭的指令。
29.如权利要求14所述的软件，包括用于命令控制器或第一调节
器监视后燃烧室中的气体温度或含氧量的指令。
30.如权利要求29所述的软件，包括用于在后燃烧室中的气体的
气体温度或含氧量高于预定值时命令第一调节器将循环气体送至后燃
烧室的指令。
31.如权利要求30所述的软件，其中，预定值为1000℃或体积百
分比10％的O2。
32.如权利要求29所述的软件，包括在后燃烧室中的气体温度或
含氧量低于预定值时命令来自气体源的富氧气体经由穿过第一气体调
节器和第二调节器的端口进入后燃烧室的指令。
33.如权利要求29所述的软件，包括在后燃烧室中的气体温度或
含氧量低于预定值时命令第一气体调节器或第二调节器将通向直接连
接至第一气体调节器的气体源的阀打开的指令。
34.如权利要求14所述的软件，包括用于命令调节器改变端口引
导气体进入后燃烧室的角度的指令。
35.如权利要求14所述的软件，包括用于增大或减小推进器速度
的指令。
36.一种用于通过两级废物气化燃烧系统调节气体和推进废物的
方法，包括以下步骤：
a.将废物推进到第一气化器内；
b.通过将气体引导穿过废物在第一气化器中处理废物以在第一
气化器中产生挥发物；
c.将气体和挥发物从第一气化器引导到后燃烧室中；
d.在后燃烧室中使气体和挥发物混合物燃烧；
e.将废物推进到第二气化器中；
f.在第二气化器中处理废物以产生含氧气体；
g.将气体从第二气化器引导至第一气体调节器；
h.将气体从第一气体调节器引导至后燃烧室；和
i.在后燃烧室中使气体燃烧以产生热量和燃烧气体。
37.如权利要求36所述的方法，包括以下步骤：
a.在输入口处接收废物；
b.利用推进器将废物从输入口推进到第一气化器；
c.在第一气体分流器处接收气体，将气体从第一气体分流器穿过
第一气体给送斗引导至第一气化器；和
d.在第二气体分流器处接收气体，将气体从第二气体分流器通过
第二气体给送斗引导至第二气化器。
38.如权利要求36所述的方法，包括利用灰收集器收集残余飞灰
和颗粒并将残余飞灰和颗粒引导至第二气化器中的步骤。
39.如权利要求36所述的方法，其中，在第二气化器中处理废物
的步骤将废物转化为底灰、热量和气体。
40.如权利要求39所述的方法，包括将底灰沿着推进器推进到底
灰收集器并引导气体进入第一气体调节器的步骤。
41.如权利要求36所述的方法，其中，从第一气体调节器接收气
体并使气体燃烧的步骤包括产生飞灰的步骤，其中，燃烧气体至少包
含二氧化碳和水蒸气。
42.如权利要求36所述的方法，包括以下步骤：
a.在第一气体调节器处接收来自第二气化器的气体；
b.在第一气体调...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·布罗格里奥，张汉威，R·L·贝克尔，S·P·戈夫，
申请(专利权)人：卡万塔能源公司，
类型：发明
国别省市：