氣化燃燒系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】氣化燃燒系統(tǒng)
[0001]引文引入
[0002]本申請要求2012年12月21日提交的美國申請N0.: 13/725，110的優(yōu)先權(quán)，所述申請以全文引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明通常涉及氣化或燃燒系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于調(diào)控通過氣化器或燃燒器系統(tǒng)的氣體和廢料的流動的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]城市固體廢物(“MSW”)為市民和政府收集和處理的總的產(chǎn)品。MSW包括耐用品和非耐用品、容器和包裝、食品和庭院廢物，以及來自居住、商業(yè)和工業(yè)來源的各種無機廢物。例子包括作為一次性或用完即棄產(chǎn)品的開放式列表的部分的新聞用紙、電氣用具、服裝、廢棄食品、容器和包裝、一次性尿布、所有類型的塑料(包括一次性餐具和發(fā)泡包裝材料)、橡膠和木質(zhì)產(chǎn)品、盆栽土、庭院剪枝和消費性電子產(chǎn)品。一種廢物處理的常規(guī)方法是垃圾填埋，這在一些區(qū)域中仍然是慣常做法。然而，許多地方當局發(fā)現(xiàn)難以建立新的垃圾填埋地。在那些區(qū)域中，必須輸送固體廢物以處理，這導致更加昂貴。
[0005]作為垃圾填埋地的替代方式，顯著量的MSW可通過在城市固體廢物燃燒器(“MWC”)處燃燒而處理，以協(xié)助從廢物回收能量。廢物向能量的轉(zhuǎn)化通常在垃圾能源廠(“WTE”)處進行。與MSW和其他固體燃料的常規(guī)燃燒相關(guān)的問題之一為，其產(chǎn)生少量不希望的可能有害的副產(chǎn)物，如氮氧化物(NOx)、一氧化碳和二噁英。例如，NOx通過兩個主要機理而在燃燒過程中形成。首先，燃料NOx通過存在于MSW和其他燃料中的有機鍵合的氮(N)的氧化而形成。當燃燒室中的02的量低時，N2為主要的反應產(chǎn)物。然而，當可得到顯著量的02時，燃料鍵合的N的增加的部分轉(zhuǎn)化為NOx。第二，熱NOx通過在高溫下大氣N2的氧化而形成。由于所需的高活化能，熱NOx形成不顯著，直至火焰溫度達到1，100°C (2，000° F)。
[0006]盡管在降低常規(guī)燃燒系統(tǒng)的有害排放方面的改進，但仍然需要將MSW或其他固體燃料有效轉(zhuǎn)化為能量，并同時產(chǎn)生最少量的不希望的排放物的可選擇的方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明涉及一種控制氣化或燃燒速率的氣化燃燒系統(tǒng)和方法。通過控制氧化劑供應和氣化或燃燒的溫度，所述系統(tǒng)可更有效地燃燒廢料，并降低有害產(chǎn)物(氣體和/或固體)排放至大氣中。另外，通過控制氣化或燃燒的速率和溫度，可產(chǎn)生更耐久的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)就能量轉(zhuǎn)化和在MSW熱處理之后的煙道氣加工而言更有效。
[0008]本發(fā)明的實施方案可使用活動爐排，所述活動爐排能夠使廢料移動通過燃燒室，并因此允許廢料的完全燃燒。另外，可使用主要空氣來源和次要空氣來源。主要空氣可從爐排下方供應，并被強制通過爐排以沿著廢料床依次干燥(產(chǎn)生水)、脫揮發(fā)(產(chǎn)生揮發(fā)性烴類)和燃盡(氧化非揮發(fā)性烴類)?？烧{(diào)節(jié)主要空氣的量，以使廢料床中的碳質(zhì)材料的燃盡達到最大，并同時使過量空氣達到最小。次要空氣可通過位于爐排上方的噴嘴供應，并用于產(chǎn)生湍流混合，所述湍流混合破壞由廢料床產(chǎn)生的烴類。體系中所用的空氣(主要和次要)的總量可比實現(xiàn)化學計量條件所需的空氣量(即理論上完全燃燒燃料的最少空氣量)多大約30%至100%。
[0009]本發(fā)明可使用用于降低由常規(guī)MSW燃燒系統(tǒng)所產(chǎn)生的有害排放物的不同技術(shù)。例如，可使用燃燒控制和后燃燒控制。燃燒控制通過降低火焰內(nèi)O2的可得性并通過降低燃燒區(qū)溫度而限制燃燒過程中NOx的形成，而后燃燒控制涉及去除在燃燒過程中產(chǎn)生的NOx排放物(例如選擇性非催化還原(SNCR)系統(tǒng)和選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng))。
[0010]在本發(fā)明的一個實施方案中，公開了一種用于加工廢料的兩級廢料氣化燃燒系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括推進器(advancer)、第一和第二氣化器、第一氣體調(diào)控器和后燃燒器。后燃燒器可含有連接至第一和第二氣化器的連接件，和設(shè)計用以接收飛灰和重質(zhì)粒子的集灰器。集灰器可含有用于將飛灰和重質(zhì)粒子導入第二氣化器中的連接至第二氣化器的連接件。第一氣體調(diào)控器可含有用于接收氣體的入口、用于輸出氣體的出口、用于調(diào)控氣體流的閥門，和使調(diào)控器控制閥門的打開和關(guān)閉的控制軟件，所述閥門調(diào)控多少氣體流入入口以及多少氣體流出出口。
[0011]在本發(fā)明的一個實施方案中，所述系統(tǒng)可包括推進器和兩個氣化器室。所述氣化器可由例如下滑槽(drop chute)連接，來自一個氣化器的殘余物通過所述下滑槽流入另一氣化器。在一個實施例中，第二氣化器可完成從第一氣化器傳送至第二氣化器的殘余物中的未反應的碳的燃燒。可使用另外的氣體源進料第二氣化器。例如，可使用新鮮主要空氣進料第二氣化器，所述新鮮主要空氣的量超過完成進入第二氣化器室的材料的碳含量的燃燒所需的量。可控制新鮮主要空氣在第二氣化器中的分布，以獲得碳的高燃盡率，從而在離開第二氣化器的灰分中留下低的殘余碳含量。
[0012]在一個實施方案中，來自第二氣化器室的熱的燃燒煙道氣可與另外的氣體源混合。例如，來自第二氣化器室的熱的燃燒煙道氣可與另外的新鮮空氣混合，以控制氣體的溫度。此外，熱的燃燒煙道氣可通過顆粒去除裝置，以去除夾帶的顆粒。熱的燃燒氣體可用于將主要和次要空氣提供至第一氣化器室。除了通過混合熱的燃燒氣體與另外的氣體源而控制溫度之外，也可控制氣體的流速。例如，可調(diào)節(jié)熱的燃燒氣體的氣體流速，以控制第一氣化器室中的溫度，從而有效促進進入廢物的干燥和氣化。所需溫度將取決于廢物進料的熱值而不同，但舉例而言，可在大約1600至大約1800° F之間。來自第二氣化器的熱的燃燒煙道氣的高溫有利地增加第一氣化器室中的廢物的干燥和氣化速率，所述高溫由通過燃燒進入第二氣化器室的殘余物中的殘余碳含量而釋放的能量導致。這減少了必須在第一氣化器室中氧化的廢物中的有機物含量的部分，并轉(zhuǎn)而降低了可能需要的進入第一氣化器室的含氧空氣的亞化學計量流的體積。如本文所述控制氣體參數(shù)(包括溫度、組成、混合和流速)具有許多優(yōu)點，包括更有效的能量集成。所述能量集成相比于現(xiàn)有技術(shù)具有顯著改進，包括增加由第一氣化器室產(chǎn)生的合成氣的熱值，如通過例如其氫和一氧化碳含量所測得。這表示相比于現(xiàn)有技術(shù)的效率的顯著改進。
[0013]在一個實施方案中，離開第一氣化器室的合成氣可被傳送至合成氣燃燒器，合成氣可在所述合成氣燃燒器處燃燒。另外的氣體可包含于該燃燒中。例如，可將熱的燃燒氣體進料至合成氣燃燒室。如上，可使用顆粒去除裝置。如果例如需要完成合成氣的燃燒，則也可包括一定量的新鮮空氣。也可將其他氣體添加至燃燒中?？煽刂瓢ê铣蓺獾娜我鈿怏w在合成氣燃燒器中的分布、流速等。該控制具有許多優(yōu)點，包括在離開合成氣燃燒器的煙道氣中獲得低量的NOdP CO。
[0014]通常，第一室中的反應(如氣化反應)可與第二室中的反應(如燃燒反應)分別控制，由第二室中的反應釋放的能量可被有效回收并用于促進第一室中的反應。如上在本文描述的過程集成能夠使進入第一室的所需空氣流達到最小，除了其他優(yōu)點之外，這增加了由第一室產(chǎn)生的合成氣的熱值。
[0015]在本發(fā)明的一個實施方案中，公開了一種用于加工廢料的兩級廢料氣化燃燒系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括推進器、一個或多個氣化器、第一氣體調(diào)控器和后燃燒器。所述后燃燒器可含有連接至一個或多個氣化器的連接件，來自一個或多個氣化器的殘余物通過所述連接件流入后燃燒器中。所述殘余物可包含氣體殘余物、非氣體殘余物(包括未在一個或多個氣化器中氧化的有機物含量)，或氣體和非氣體殘余物的組合。所述系統(tǒng)還可包括設(shè)計用以接收飛灰和重質(zhì)粒子的集灰器。集灰器可含有用于將飛灰和重質(zhì)粒子導入氣化器中的連接至一個或多個氣化器的連接件。或者，集灰器可連接至后燃燒器。后燃燒器和一個或多個氣化器可通過例如下滑槽連接，來自一個或多個氣化器的殘余物通過所述下滑槽流入后燃燒器。第一氣體調(diào)控器可含有用于接收氣體的入口、用于輸出氣體的出口、用于調(diào)控氣體流的閥門，和使調(diào)控器控制閥門的打開和關(guān)閉的控制軟件，所述閥門調(diào)控多少氣體流入入口以及多少氣體流出出口。
[0016]在本文描述的系統(tǒng)和方法的一個實施方案中，后燃燒器可包括燃盡室，其中使用過量的氧來氧化來自氣化器的殘余物。例如，供應的氧的量可超過后燃燒器中的剩余有機物含量的完全燃燒的化學計量要求。作為另一例子，氧濃度可為大約4至大約10% O2之間，如在后燃燒器中的爐排上方的蒸氣空間中所測得。在一個實施方案中，過量的氧的溫度可為環(huán)境溫度。過量的氧可作為空氣供應。
[0017]分開的室中的反應可與在其他室中的反應分開控制。例如，由在一個室中的燃燒所釋放的能量可被有效回收并用于促進在另一個室中的反應(如氣化)。該過程集成使得進入氣化室的所需空氣流達到最小，從而增加所產(chǎn)生的合成氣的熱值。
[0018]在本發(fā)明的一個實施方案中，公開了一種用于加工廢料的兩級廢料氣化燃燒系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括推進器、一個或多個氣化器、第一氣體調(diào)控器和一個或多個后燃燒器。一個后燃燒器可含有連接至氣化器的一個或多個的連接件，來自氣化器的某些