專利名稱：殘余物熱轉換的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以如權利要求1的前序部分所述的方法對具有各種粒度的殘余物進行熱轉換的方法。另外，本發(fā)明涉及一種實施所述方法的裝置。
DE4439939A1披露了一種上述方法和實施該方法的裝置。在該方法中，殘余物的氣化、燃燒或礦化是在高于1300℃的溫度下在熔化旋風器中完成的，該旋風器位于下燃燒室上方。所得到的反應產物被排入下燃燒室，并在這里將該反應產物分離成液態(tài)礦渣和廢氣。
另外，存在著多種具有通過氣化或燃燒對殘余物進行熱轉換的用途的方法和裝置。
然而，在燃燒過程中，由于氧化氣體具有完全燃燒的任務主要只產生不可燃的氣體，在氣化過程中，由于不完全燃燒，液體或固體物質被諸如空氣、蒸汽二氧化碳、氧或氫的氣化劑轉化成可燃氣體和諸如灰塵或礦渣的固體殘余物。不完全燃燒伴隨著還原狀態(tài)。為了進行合適的反應，不僅是在燃燒期間，而且在氣化期間進行合適的反應，需要有足夠高的反應溫度，因此，所有過程都是在900℃以上的溫度下進行的。提高壓力可進一步改善反應狀態(tài)。
為了安全地處理和利用含烴殘余物，已對眾所周知的氣化方法和裝置作過并正在對其進行改進和利用，所述裝置如回轉爐篦煤氣發(fā)生器、流化床氣化或氣載粉塵煙霧的氣化。
另外，還有源于有色金屬行業(yè)和冶金學的方法和裝置，如熔化旋風器和熔池，該裝置由于利用了殘余物而能節(jié)省或更換燃料，同時能確保安全處理或利用這些殘余物。燃燒和氣化可能在該方法中起著重要作用。
具體地講，將固體殘余物用于流化床、氣載粉塵煙霧(特別參見DD267880)和熔化旋風器中--特別參見上述DE4439939、DE3525817和DE4123740--具有高的條件要求，因為其利用受到粒度和濕度的嚴格限制。就粒度而言，在這種情況下其上限為0.1-5mm，而溫度最高可達10％(以質量計)。
與上述情況相反，就熔池而言--尤其是如DE3542805和DE3920760所披露的--基本上獨立于粒度和濕度。不過，存在著因該系統(tǒng)的反應慣性而產生的缺陷。由于多次努力極少成功，人們正致力于迫使熔融物循環(huán)或震動熔池。另外，人們還致力于獲得長的駐留時間，這會導致相關裝置的大體積。最后，通過人力將液體和熱礦渣經所述熔池的出口孔排出的缺陷是，這種排出不能在永久作業(yè)中機械進行，直到獲得高于10t/h的極高流通量。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法和裝置，利用該方法和裝置可將一定帶寬和濕度的殘余物盡可能高的靈活地和經濟地轉化成惰性、玻璃狀對環(huán)境無害的固體和廢氣。在這種情況下的方法和裝置要進行連續(xù)操作，并容許粒度盡可能的小。
根據本發(fā)明，上述目的是通過在權利要求1的特征部分所提到的工藝步驟實現的，并通過權利要求14所提到的裝置特征而實現。
輸入高溫反應器上部的殘余物其最大粒度為15-20mm，這些殘余物通過輸送裝置連同氣化劑或氧化劑一起送入所述反應器，所述氧化劑通常為氧氣。所述氣化劑或氧化劑可使殘余物加速。在所述的輸送裝置出口處將氣體/殘余物懸浮物點燃。讓小粒度的殘余物部分，其大小大約為＜O.5mm，在還原或氧化條件下發(fā)應。所產生的礦渣和未反應的通常為粗殘余物的部分根據其密度落在位于所述高溫反應器下部的熔池上或熔池中。有利的是在這里會發(fā)生進一步的氣化或燃燒反應，直到將所輸入的殘余物完全轉化成液態(tài)、惰性礦渣和廢氣。
所述氣體和礦渣是以如下方式排出本發(fā)明反應器的下部用一種磚限制或阻攔礦渣，因此，這種磚在本文中被稱為阻攔磚。這樣，有利的是，只有位于其底部的被完全轉化的材料才能離開反應器。位于后面的阻攔磚產生所希望的礦渣池高度，至于溢出在這里是指溢出磚，并被同時設計成礦渣流的分離邊緣。
采用本發(fā)明裝置能以理想方式利用本發(fā)明的上述優(yōu)點。
下面將結合附圖從原理上說明由從屬權利要求和典型實施方案所產生的本發(fā)明的優(yōu)選實施方案及發(fā)展。
在附圖中

圖1表示用于實施本發(fā)明方法的本發(fā)明裝置的第一種實施方案；圖2表示位于熔池上方的燃燒裝置的不同實施方案的通過圖1的線Ⅱ-Ⅱ的三種剖視圖；和圖3表示用于實施本發(fā)明方法的本發(fā)明裝置的第二種實施方案。
根據圖1，一種高溫反應器10被顯示位于中間空間20上方，而該空間又是位于接近淬火裝置或淬火反應器30處的。
所述高溫反應器1O被作成直立的筒狀，其壁可以向著頂部或底部收縮，與本文所示情形不同。在這里高溫反應器10具有一個耐火襯里，不過該襯里也可以是全面或部分配備有一個冷卻套的，以防該耐火襯里過熱，并具有一個用于輸送固體的輸送裝置11，一個具有上述耐火襯里的外殼12，一個具有耐火襯里的虹吸部分15，該部分延伸到高溫反應器10的一側，一個或幾個燃燒裝置13，其作用將在下文作更詳細的說明，在其下部，有一個熔池14，該熔池具有一個被作成阻攔磚16的阻攔元件，以及一個被作成逸出磚17的逸出元件。所述阻攔磚16和逸出磚17在這里是設置在高溫反應器10的虹吸部分中，如圖2所示。
通過輸送裝置11可以將圖中未示出的殘余物(該殘余物的粒度小于20mm，通常小于15mm)輸送到高溫反應器10，該輸送裝置具有一個未示出的計量裝置以及一個燃燒裝置，而該燃燒裝置又配備有一個固體燃燒器，一個氣體或液體輔助燃燒器以及一個點火和監(jiān)測裝置。在這里可以用圖中未示出的已知類型的裝置在將所述殘余物送入高溫燃燒器之前將其破碎至必需的粒度。
在高溫反應器10中，所述殘余物在1200-2000℃的溫度下與空氣或氧氣反應，所述空氣或氧氣可以通過輸送裝置11輸送，并與一種諸如天然氣的可燃氣體反應，所述殘余物是一種含有能量的物質，它本身就是可燃的。輸入天然氣只是為了以加熱的方式加熱反應器10，使其達到所需的工作溫度，該溫度高于1000℃，以點燃所述固體并保持必須的燃燒溫度。諸如油類的液體燃料同樣可以代替諸如天然氣的可燃氣體。
在該反應的第一部分，已經從所述高溫反應器10的上部飛入所述熔池14的極小粒度的材料與所提供的大氣中的氧或氧氣以及諸如天然氣或油類的燃料在還原或氧化條件下起反應，在何種條件下反應取決于所提供的氧氣量。在還原作業(yè)模式下，反應隨著氣化而進行，而在氧化作業(yè)條件下，反應隨著殘余物的燃燒而進行。在這一過程中，所述殘余物產生反應物氣體和液態(tài)礦渣。
能將已被輸入的原料轉化成何種粒度主要取決于該粒子在飛行中的駐留時間以及高溫反應器10的尺寸。用一個高約3m的高溫反應器10，可將其完全轉化成粒度大約為O.25mm。
殘留的未反應的固體和所產生的礦渣已經形成熔池14，該熔池根據整個反應器的流通量可從幾厘米至大約0.5m深。某些尚未反應的固體根據其質量和粒度沉入熔池14并與其融合。該漂浮部分在還原或氧化條件下與熔融物和周圍的氣體起反應，并有可能熔化。
為了加強和加速上述反應，如果必要的話，可以采用一個或幾個位于熔池14上方的燃燒裝置13。至于燃料，可將大氣中的氧或氧氣以及諸如天然氣或油類的燃料以類似方法用于輸入裝置11。如圖2所示，此時的燃燒裝置13通常略微向著熔池14表面傾斜5-40度，超過整個熔池的表面，并通過將脈沖和一定的熱量輸入該部位改善殘余物反應表面的質量交換。另外，當無材料輸入以及要避免礦渣冷凍或固化時，可以使用燃燒裝置13。為了以一種未示出的裝置加固，可將一個電加熱器用于熔池14中或用于具有耐火襯里的外殼12中。
燃燒裝置13可額外提供氣化劑或氧化劑使所述熔池發(fā)生震動并迫使未反應的，尤其是粗材料燃燒，以及通過引入額外的燃燒熱量使其融合。
除了上述燃燒裝置13以外，還可以以一種未示出的方式用噴槍噴射氣體和/或固體，使其成為具有高動能的速流。在這種場合下氣體能與氧和/或空氣混合，而且可以噴射還原氣體，像中性氣體和/或氧化氣體。所述固體可以包括原料、添加燃料或其它成礦渣材料或助熔劑，以改善其流動性能。
改善熔化或還原過程的另一種可行方案是使用一個未示出的裝置，由該裝置將固體和/或氣體導入熔池14的熔池表面以下或從其底部導入。此時的主要目的是對液態(tài)熔融物進行后處理。
為了防止漂浮的仍未反應的殘余物經橫向分布的虹吸部分15離開高溫反應器10，在熔池表面的高度上設有阻攔磚16。由虹吸部分15形成一個保險裝置，使得僅有液體和完全轉化過的礦渣能夠從阻攔磚16下方離開反應器10。熔池14的高度是通過逸出磚17的高度而確定的。
使熱氣體偏離反應器部分90度以上進入其延伸部分，流經排出礦渣的表面，并防止該礦渣固化。
由于高溫反應器10的體積很大，在反應器中轉化速率低，以及礦渣的流量小，有可能在某些場合下使流動的排出的礦渣在具有阻攔磚16和逸出磚17的虹吸部分15的部位發(fā)生固化。為了避免這種現象，采用了如圖3所示的另一個燃燒裝置41。供給燃燒裝置41的燃料是諸如大氣氧氣或氧氣以及諸如天然氣或油類的燃料。
為了排空礦渣池14以及在清除諸如鐵礦的重層的過程中，可以另外設置諸如圖3所示的礦渣孔42。
所述氣體和礦渣經過設置在虹吸部分15下部的一個排出孔18向下排入中間空間20，排出孔18被設計成錐形。
在所述中間空間20的沒有耐火襯里的內側一壁上，設有噴射裝置24，該裝置是以已知方法制作的，例如制成逸出頭和噴水頭，由該噴水頭將水噴灑在所述壁的整個表面上。這樣可以防止中間空間20的所述壁過熱，并將到達該壁的所有礦渣顆粒沖走。
其他實施方案也是可行的，只要該方案能夠保護中間空間20不受固化礦渣的破壞和不發(fā)生熱過載。因此，諸如具有冷卻套或外部安裝的噴水裝置的設計都是可行的。
液態(tài)礦渣通過中間空間20落入位于該空間下部的水池21中，并由該水池將中間空間20與外部呈氣密性密封地分隔開。所述液態(tài)礦渣在這里被冷卻、粒化、沉降，并通過一個排出裝置22，例如一個牽引鏈輸送，以便作進一步的處理，該處理未示出。在水池中冷卻液態(tài)礦渣是一種非常簡單而又可靠的方法，該方法可以獲得一種惰性的、玻璃狀的、對環(huán)境無害的、而且是防滲的固體作為由礦渣制成的最終產物，該最終產物可用于建筑行業(yè)和陶瓷行業(yè)。
由噴水裝置24所產生的氣體和蒸汽，基本上未經冷卻就流經所述中間空間20，進入一個橫向設置的略微向下傾斜的管道25并從這里進入所謂淬火裝置30。在管25的入口處已經有一個或幾個高壓霧化噴頭32，這些噴頭在第一階段對所述氣體進行淬火，以防管25過熱。淬火在這里是指在極短的時間內以很高的溫差冷卻。
管25的其他實施方案也是可行的，只要它能防止管25熱過載即可，例如像護套冷卻、耐火襯里或外加噴射裝置一樣。這里所說的管25在任何情況下都有盡可能大的開口直徑。
如果中間空間20和/或管25具有冷卻套，冷卻套具有冷卻水輸入管和輸出管，并可以與燃燒裝置11、13和41的冷卻回路整合，所述回路未示出。
在淬火裝置30中，在其整個上部設有高壓霧化噴頭33，這些噴頭可能設在多個平面上。很明顯，根據淬火裝置30的大小，高壓霧化噴頭33還可以不同于圖中所示方式的形式設置。離開高壓霧化噴頭32的水流將氣體冷卻至其水蒸氣結露點。由一個淬火水箱31密封淬火裝置30，在其下部形成氣體密封。
通過將淬火水注入淬火裝置30冷卻氣體，使得快速冷卻該氣體成為可能，而且與此同時也非常簡單而且無須很高的造價。
水池21的水通常與淬火水箱31中的水以自然逸出的方式合并并循環(huán)，凈化是必要的，如果合適的話還可以中和和熱退偶。在圖中沒有示出合并水池21和淬火水箱31的過程，但這一過程可以非常簡單的實現，即通過使水池21的水位略高于淬火水箱31的水位。凈化的結果是將轉移的淬火水箱31中的重金屬和鹵從中清除，并可以以粉塵或鹽的形式進行單獨處理。
以上述方式冷卻的氣體經位于其上部的管34離開冷卻裝置30并可被送入諸如粉塵旋風器的粉塵容器中，和/或送入下游的能量利用裝置，該裝置未示出，如果在還原條件下于高溫反應器10中形成的氣體是可燃氣體的話。在氧化作業(yè)模式下，需要適當進行加熱氣體的清除。
另外，氣體的冷卻還可以通過蒸發(fā)性冷卻器來完成，該冷卻器未示出，而且該冷卻器是具有雙元噴頭的常規(guī)類型。在這種場合下，可以噴入特定量的水，并由完全蒸發(fā)量的水吸收熱量并冷卻氣體。在其下游有一個常見類型的收塵裝置，例如，粉塵過濾器。
圖中未示出的另一種可行方案是在均分的中間空間20中聯(lián)合完成所述過程的氣體冷卻和礦渣固化。在這種情況下，從出口孔18中流出的液態(tài)礦渣和氣體在流出以后被位于中間空間20中的高壓霧化噴頭直接地充分冷卻，這種方式可被稱作直接淬火。在中間空間20下面可以設置一個具有排出裝置22的水池21，用于冷卻、?；⒊两挡⑴欧潘龅V渣。氣體可以從中間空間20中橫向排出。在這里，水池21中的水也是循環(huán)的，而且在一個水處理步驟中被凈化，如果必要的話還可以進行中和和熱退偶。另外，存在于該回路中的水的量僅能在淬火空間和中間空間20中發(fā)生部分蒸發(fā)。
上述直接淬火是一種快速冷卻氣體的簡單的可行方案，在這種情況下，還可以通過淬火水的噴射冷卻液態(tài)礦渣，這樣可以縮短其處理過程。
權利要求
1．通過熱轉換將具有不同粒度的含有能量的可燃殘余物轉化成固體和廢氣的方法，該方法是在高于組成所述殘余物的成分的熔點的溫度下，在大氣壓力下，通過讓殘余物與氧氣和/或空氣反應而實現的，其特征在于1.1通過輸送裝置(11)將所述殘余物與空氣流或氧氣流一起送入高溫反應器(10)，并讓其發(fā)生反應，1.2在高溫反應器(10)中將所述殘余物轉化成液態(tài)礦渣和氣體，1.3將液態(tài)礦渣阻攔在位于高溫反應器下部的熔池(14)中，1.4該殘余物的小顆粒部分在高溫反應器(10)的直立的自由空間里主要被轉化成礦渣和氣體，1.5該殘余物的粗顆粒部分主要是在熔池(14)中和熔池上被轉化成礦渣和氣體，1.6所產生的液態(tài)礦渣流過阻攔元件(16)的下部，以及逸出元件(17)的上部，它被連同所產生的氣體一起經高溫反應器(10)的出口孔(18)排出高溫反應器(10)。
2．如權利要求1的方法，其特征在于，所述氣體和液態(tài)礦渣被一同送入中間空間(20)，而液態(tài)礦渣是在位于中間空間下面的水池(21)中冷卻和?；?br> 3．如權利要求1的方法，其特征在于所述氣體是通過噴射淬火水充分冷卻的。
4．如權利要求1的方法，其特征在于，為了轉化所述殘余物的粗顆粒部分，將部分含有空氣和氧氣的氣體額外輸入高溫反應器(10)的位于熔池表面上方的熔池(14)部位。
5．如權利要求1的方法，其特征在于，為了對熔池(14)中的熔融物進行后處理，將氣體以高的動能輸送到熔池表面的下方，所述氣體部分包含有空氣和/或氧氣。
6．如權利要求1的方法，其特征在于，所述將殘余物熱轉化成氣體和液態(tài)礦渣的過程是在1000-1800℃的溫度范圍內進行的。
7．如權利要求1的方法，其特征在于，讓熱值大于3000kJ/kg的殘余物與氧氣和/或空氣部分至完全燃燒，以產生所必需的反應溫度和轉化溫度，在還原作業(yè)模式下產生一種可燃的高能可利用氣體，而在氧化作業(yè)模式下，產生一種不可燃的熱氣體。
8．如權利要求1的方法，其特征在于，如果所述殘余物的熱值太低，就把可燃氣體或可燃液體形式的額外能量輸送到高溫反應器(10)中。
9．如權利要求8的方法，其特征在于，額外的能量，可以使用高熱值氣體、高熱值液體或可燃的含有能量的熱解制品。
10．如權利要求1的方法，其特征在于，為了對熔融物進行后處理，并改善其流動性能，將固體以成礦渣材料或流通氣的形式輸入。
11．用于實施如權利要求1-10中的一項或幾項所述方法的裝置，它具有一個高溫反應器(10)，該反應器具有一個用于輸送殘余物的輸送裝置(11)，在該輸送裝置中有一個熔池(14)，該熔池由一個逸出元件(17)限制在一側，在該熔池中設有阻攔元件(16)。
12．如權利要求11的裝置，其特征在于，高溫反應器(10)基本上被制成一個長形的直立筒，該筒具有一個橫向虹吸部分(15)，在該虹吸部分(15)的下部設有一個出口孔(18)，用于連接所述氣體和礦渣出口。
13．如權利要求11的裝置，其特征在于，所述逸出元件被制作成一個位于虹吸部分(15)的逸出磚(17)，其中所述阻攔元件被設計成一個位于虹吸部分(15)和高溫反應器(10)的圓筒部分之間的阻攔磚(16)。
14．如權利要求11的裝置，其特征在于，所述輸送裝置(11)具有一個計量裝置和一個燃燒裝置，該燃燒裝置具有一個固體燃燒器，一個氣體或液體輔助燃燒器，以及一個點火和監(jiān)測裝置。
15．如權利要求11的裝置，其特征在于，為了支持在高溫反應器(10)中的反應，至少再提供一個額外的燃燒裝置(13)，該燃燒裝置向著熔池(14)的表面傾斜。
16．如權利要求11的裝置，其特征在于，在高溫反應器(10)中設有噴射噴槍，通過該噴射噴槍可將氣體和/或固體噴射在熔池(14)上。
17．如權利要求11的裝置，其特征在于，在熔池(14)的下面設有可將氣體和/或固體導入熔池(14)中的裝置。
18．如權利要求11的裝置，其特征在于，在高溫反應器(10)中的虹吸部分(15)的部位設有至少一個指向熔池(14)的燃燒裝置(41)。
19．如權利要求11的裝置，其特征在于，至少設有一個位于高溫反應器(10)的熔池(14)下面的礦渣出口(42)。
20．如權利要求11的裝置，其特征在于，在高溫反應器(10)的下面設有一個中間空間(20)，在該中間空間的側壁設有噴霧裝置(24)，在其底部設有一個水池(21)。
21．如權利要求20的裝置，其特征在于，所述中間空間(20)通過一個管(25)與一個淬火裝置(30)連接，在該淬火裝置的側壁上有一個高壓霧化噴頭(33)，在其底部有一個淬火水箱(31)。
全文摘要
通過熱轉換將具有不同粒度的含有能量的可燃殘余物轉化成固體和廢氣的方法，該方法是在高于組成所述殘余物的成分的熔點的溫度下，在大氣壓力下，通過讓殘余物與氧氣和/或空氣反應而實現的，通過輸送裝置將所述殘余物和空氣流或氧氣流一起送入高溫反應器，并讓其發(fā)生反應，在高溫反應器中將所述殘余物轉化成液態(tài)礦渣和氣體，將液態(tài)礦渣阻攔在位于高溫反應器下部的熔池中，該殘余物的小顆粒部分在高溫反應器的直立的自有空間里主要被轉化成礦渣和氣體，該殘余物的粗顆粒部分主要是在熔池中和熔池上被轉化成礦渣和氣體，所產生的液態(tài)礦渣流過阻攔元件的下部，以及逸出元件的上部，它被連同所產生的氣體一起經高溫反應器的出口孔排出高溫反應器。
文檔編號C03B3/00GK1238247SQ9910700
公開日1999年12月15日 申請日期1999年5月21日 優(yōu)先權日1998年5月22日
發(fā)明者D·埃德納, W·卡德魯波弗斯基, A·埃舍爾勒, W·莫蒂特施卡, T·弗利克, A·施貝爾, L·塞爾勒納 申請人:德國燃料研究所,原料及設備技術股份有限公司