CN101287950A - 具有高电力效率和改善的废渣质量的由废气生产蒸汽的锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉(1)，其点燃和燃烧垃圾并通过与废气(3)的热交换产生蒸汽(2，2a)。所述锅炉(1)包括：反应器(16)，其利用二级燃料(18)着火以用于产生腐蚀性较轻的气体流(6)；以及末端过热器(8)，其定位在所述腐蚀性较轻的气体流(6)中。所述反应器(16)可以是烧结反应器、回转炉、流化床或喷动床。这提高了末端过热器的寿命并使得锅炉提供高且有效的电力输出。

Description

具有高电力效率和改善的废渣质量的由废气生产蒸汽的锅炉

技术领域

本发明涉及一种锅炉，其干燥、点燃并燃烧垃圾并通过与废气热交换来生产蒸汽。随后，蒸汽用于产生电力。

要燃烧的垃圾可以是任何生活垃圾、树皮、工业废物和医用垃圾以及其它种类的废物的任意混合物。

背景技术

美国专利No.6269754公开了一种利用焚化设备的腐蚀性废气产生过热蒸汽的蒸汽发生器。其基本上包括辐射部分和对流部分，具有至少一个过热器并具有布置在辐射部分的壁的内侧上的板，在板与辐射部分的壁之间提供一空间。过热器的至少一部分作为壁式过热器设在辐射部分的空间中。该空间包含腐蚀性较轻的气态环境，该气态环境的压力大于燃烧室中的气体的压力。从而可以达到高的过热器温度，而不会腐蚀最后的过热器，使得该过热器可以由便宜的材料制成。

然而，美国专利No.6269754没有在废气与前述过热器之间提供直接接触，因此，能量从废气到蒸汽的传递效率不高。

来自本申请人的EP0536268B1公开了一种用于焚化不同种类的固体以及可能的液体废物材料的方法和设备。固体以及可能的液体废物材料通过以下步骤焚化：a)在固体废物材料的阶梯炉篦上部分燃烧，固体废物材料在如此高的温度下传送到回转炉以至于在回转炉的入口处形成液体废渣，b)可能地将液体废物材料添加至正在阶梯炉篦上焚化的固体废物材料，以及c)收集来自燃烧过程的灰烬产物，例如炉渣、锅炉灰烬、飘尘以及来自废气清洁的残余产物，并将这些产物返回至回转炉的入口端，在该入口端，将这些产物引入到液体废渣。这样，废渣、飘尘和来自燃烧过程的其它有害残余产物熔合成玻璃状物质得以实现，盐和重金属不能从该玻璃状物质滤出。

然而，EP0536268B1没有从固体和液体废物材料中提供优化的、有效的电力输出。

在例如石油的天然能源日益稀缺的世界中，由其它来源供应能量的需求日益增长。当垃圾在锅炉中焚化时，可以从焚化过程提取能量。因此，重要的是优化焚化过程，以提供未冷凝且具有足够高温度的蒸汽，以确保该蒸汽在输入到驱动发电机的蒸汽涡轮时高效地提供高的电力输出。这种蒸汽例如是过热蒸汽。

因此，需要优化锅炉，以从过热蒸汽以及壁上具有较高温度的末端过热器提供高的电力输出。

通常，过热蒸汽来自于所谓的末端过热器。然而，在锅炉中，一些气体(例如废气和灰烬颗粒)是腐蚀性的，这些气体由于其腐蚀特性会侵蚀所述末端过热器，结果是末端过热器的寿命缩短。

因此，需要这样一种具有末端过热器的锅炉，其中提供一些措施来延长末端过热器的寿命。

发明内容

这些需求通过这样一种锅炉实现，该锅炉包括：反应器，其定位在运动沸腾炉的下游并且可能地通过燃烧二级燃料而共燃，以用于产生腐蚀性较轻的气体流；和末端过热器，其定位在所述腐蚀性较轻的气体流中。该锅炉干燥、点燃并燃烧垃圾并通过与废气的热交换产生蒸汽。

从而，本发明具有以下优点：锅炉的末端过热器的寿命得以延长；由于末端过热器中升高的蒸汽温度，锅炉还提供了高且有效的电力输出。

此外，末端过热器在受到清洁气体(即，腐蚀性较轻的气体)和灰烬颗粒的作用时还可以在较高温度下应用。

附图说明

下面将参考附图并结合优选实施例更完整地解释本发明，附图中：

图1显示本发明的锅炉的实施例，该锅炉使用结合有燃烧器的反应器，该燃烧器用于产生非腐蚀性气体，和

图2显示显示本发明的锅炉实施例，该锅炉使用带有分离器元件、结合有燃烧器的反应器，该燃烧器用于通过分离器元件产生非腐蚀性气体。

在整个附图中，相同的附图标记表示相同或相应的特征或功能。

具体实施方式

总体上，术语“过热器”或“末端过热器”表示这样一种设备，其加热锅炉所产生的蒸汽，并因此进一步增加蒸汽中的热能并降低所述蒸汽冷凝的可能性。已经过热化的蒸汽在理论上称为过热蒸汽，反之，未过热的蒸汽称为饱和蒸汽或湿蒸汽。重要的是避免后一种蒸汽并因而主要使用过热蒸汽。因此，当过热蒸汽输入到驱动发电机的蒸汽涡轮时，将提供高且有效的电力输出，特别是如果蒸汽的温度和压力非常高的话。

总体上，底渣被称为废渣。底渣或废渣定义为从锅炉的燃烧区域的底部部分排出的灰烬。灰烬定义为来自燃烧过程的残余产物。

图1显示了本发明的锅炉实施例，该锅炉使用结合有燃烧器的反应器，该燃烧器用于产生腐蚀性较轻的气体。总体上，锅炉1干燥、点燃并燃烧垃圾。当垃圾被焚化时，气态环境(即废气3)处于垃圾9的焚化结果的第一位置。

反应器16可以是烧结反应器、回转炉、流化床或喷动床。反应器烧结底渣，使得重金属的滤出得到减少并且增加了利用底渣的可能性。

烧结反应器为这样一种反应器，其加热灰烬/废渣，从而改善滤出特性。这意味着减少重金属从灰烬/废渣的滤出。

在流化床和快速流化床中，固体平顺且稳定地再循环通过料腿或其它固体捕获设备对于良好的操作而言很关键。在喷动床中，其表现出一些相关的接触模式，其中较粗、均匀尺寸的固体与气体接触。在这种操作中，高速喷出的气体穿通固体床，从而将颗粒输送到床的顶部。其余固体围绕喷口缓慢向下运动并经过逐渐向上渗过的气体。还可以在起泡和喷出之间某处的行为，并且可以称之为喷动流化床行为。

所述反应器16通常燃烧垃圾并将其转化为废渣和/或灰烬。要燃烧的垃圾可以是生活垃圾、树皮、工业废物和医用垃圾以及其它种类的废物任意组合。通常借助于炉篦板(例如交互的炉篦21)在图中从左到右向反应器供给垃圾。为了运送垃圾，炉篦可以与一个或更多个运送器结合。

在垃圾的流动方向上，反应器定位在炉篦装置21后面。

接下来是垃圾焚化过程(在图中从左到右)：起始于附图标记3处的废气，行进到附图标记7处，并结束于附图标记6处。在附图标记7处，预处理的结果是腐蚀性气体流，相反地在附图标记6处，后处理的结果是腐蚀性较轻的气体流。腐蚀性较轻的气体流是所述反应器16的输出，可能利用燃料18(通常为二级燃料18)着火。选择二级燃料以精练腐蚀性比来自垃圾或废物的废气更轻的废气。

在该实施例中，利用二级燃料18从左手侧点燃反应器。着火遵循反应器内垃圾的运输方向，结果，作为所述反应器的输出的腐蚀性较轻的气体流是同向的，如箭头6所示。

可选地或额外地，反应器的着火可以借助于燃烧器19进行，该燃烧器可以利用所述二级燃料18着火，即，燃烧器可以利用油、天然气、煤、生物燃料、空气和选定废物或垃圾成分的任意组合来着火。这在所述二级燃料额外地或者可选地直接供应到反应器的时候也适用。所述着火可以借助于燃烧器19进行和/或在反应器中进行。

燃烧器可以是可能地供给有煤或天然气的悬炉或燃油炉等。

喷射到反应器入口的燃料和空气经由分离的外壳/槽道过来，其与腐蚀性燃料气体7分离。

由于反应器着火，其相比不着火的燃烧器达到更高的温度。该热是烧尽挥发性物质并烧结废渣、微量的重金属元素所需的。这可以被认为是后处理过程，即，锅炉或废物焚化器结合有反应器。结果，来自反应器的最终灰烬和/或废渣由于其可滤出的微量重金属元素(例如可滤出的Pb、As、Cd、Cu、Zn、Ni和Zn中的一种或更多)的含量低而适于重复使用用于道路建设等中和/或用于丢弃。因此，使得灰烬和废渣对环境的危害最小。

灰烬和/或废渣从反应器通过底渣或废渣去除设备提供，该设备例如为填充通过活塞推动器的水或带运送器。

因此，通过附图所示的概念可以获得整体式的底渣处理以及改进的电力设备效率。因此有利地将垃圾(例如市政固体废物)的高效炉篦着火与底渣的后处理(通过反应器)结合在单个设备中，使得所产生的最终底渣和/或废渣将满足重复使用所必需的当前环境和技术限制，同时该整体的后处理提供了腐蚀性较轻的废气6，其可以用于增加末端过热器8的蒸汽温度并因此提高设备的废物着火锅炉的电力效率。总的过程是集成的、在能量上有效率的且包含在单个设备中，不必在另一设备中输送、储存和随后处理/来自炉篦的底渣和/废渣。

废物焚烧设备的电力效率由于生成腐蚀性低的废气6而明显提高，生成腐蚀性低的废气将允许末端过热器8的出口8b处更高的蒸汽温度(大约500摄氏度)。此外，由于固着了那些微量重金属成分(否则可滤出)，可以抛弃大量来自废物焚烧的底渣和废渣。

所述腐蚀性较轻的气体基本上没有腐蚀性元素，例如Cl(氯)、K(钾)、Na(纳)、Zn(锌)、Pb(铅)，而腐蚀性气体包含腐蚀性元素，例如Cl、K、Na、Zn、Pb中的一种或更多种。实际上，腐蚀性较轻的气体可以被理解为对末端过热器腐蚀较轻的气体。

图2显示了锅炉的一种实施例，其使用带有分离器元件、结合有燃烧器19的反应器，以用于产生腐蚀性较轻的气体。

在该实施例中，反应器利用二级燃料18从右手侧点火。着火不遵循反应器中垃圾的输送方向，因此，作为所述反应器输出的腐蚀性较轻的气体流为逆流，如箭头6所示。要注意，反应器位于垃圾的输送方向的端部处，垃圾直接从炉篦排放到反应器中。

可选地或者额外地，反应器的着火可以借助于燃烧器19进行，该燃烧器可以利用所述二级燃料18着火，即，燃烧器可以利用油、天然气、煤、生物燃料、空气和选定废物或垃圾成分的任意组合来着火。这在所述二级燃料额外地或者可选地直接供应到反应器的时候也适用。

由于反应器着火，其相比不着火的燃烧器达到更高的温度。该热是烧尽挥发性物质并烧结废渣、微量的重金属元素所必需的。这可以被认为是后处理过程，即，锅炉或废物焚化器结合有反应器。结果，来自反应器的最终灰烬和/或废渣由于其可滤出的微量重金属元素(例如可滤出的Pb(铅)、As(砷)、Cd(镉)、Cu(铜)、Zn(锌)、Ni(镍)和Zn(锌)中的一种或更多)的含量低而适于重复使用用于道路建设等中和/或用于丢弃。因此，使得灰烬和废渣对环境的危害最小。

在处理过程的该点处，重要的是腐蚀性和腐蚀性较轻的气体没有混合，原因在于这些气体(即，附图标记6和7)被不同地处理。

这是因为腐蚀性较轻的气体6必须保持与从炉篦燃烧升起的腐蚀性气体7分离。

因此，根据本发明，设置分离装置以维持气体的分离，以便防止末端过热器8受到腐蚀性气体7的损害，从而使其主要经受非腐蚀性的气体6的作用。所述废气3的分离通过用附图标记4表示的分离器元件维持。该元件在示例性实施例中可以设作板4a或者壁4b的形式。

板4a通常是从一个锅炉侧壁延伸至另一锅炉侧壁的充水锅炉管面板，所述一个锅炉侧壁通常也是充水锅炉管面板，并且所述板悬挂在所述侧壁上。该板可以通过例如高合金Cr-Ni堆焊或者通过非常紧致的耐火材料在表面上进行耐腐蚀处理。

壁4b通常是强化砖或浇铸耐火壁，其从一个锅炉侧壁延伸到另一锅炉侧壁。强化砖可以是中空的，从而允许冷却介质通过，该冷却介质例如为液体、蒸汽、气体或空气。

而且，分离器元件在另一示例性实施例中可以设作通道，即，可以以各种组合使用所述板4a和壁4b以形成通道。该通道还可以具有管状形状。

因此，分离器元件保证腐蚀性较轻的气体流6和腐蚀性气体流7在该点保持分离，并且主要是来自反应器16的腐蚀性较轻的气体流6到达末端过热器8。最后，分离器元件的最佳位置可以以高效率以及来自发电机的高的电力输出的形式反映出来，该发电机由供给有来自锅炉的蒸汽的蒸汽涡轮驱动。

分离器元件适于悬挂在锅炉的壁上或从壁悬挂。在示例性实施例中，分离器元件可以是板、壁或通道，其能在顶部在悬挂于相对的锅炉侧壁的轴承中枢转并能够在底部前后移动并固定到锅炉侧壁上的不同位置。

总体上对于任意实施例，当着火从左手侧(图1)以及从右手侧(图2)进行时，这都适用，所述腐蚀性较轻的气体6和腐蚀性气体7在锅炉中继续行进至锅炉1的混合区10。

总体上对于任意实施例，离开所述一个或更多个过热器、温度在300到450摄氏度之间的蒸汽通过一个或更多管道供给至末端过热器8的入口8a，通过该末端过热器，蒸汽2被加热，导致温度上升25到200摄氏度。

该较热的蒸汽2a(即温度升高的蒸汽)例如从末端过热器8的出口8b供给至蒸汽涡轮14。因此，该蒸汽2a可用于产生电力。例如，所述蒸汽可以通过从所述出口到蒸汽涡轮14的管道进给，该蒸汽涡轮14驱动发电机15，然后从该发电机产生电力。由于较热的蒸汽2a是锅炉的输出(即末端过热器的输出)，因此，锅炉还提供了高的功率输出效率。当然，这比如果锅炉的输出为温度在300到450摄氏度之间的蒸汽2时的效率高。因此，在所述末端过热器中加热蒸汽提供了高的电力以及高的效率输出。

通常，所述末端过热器8邻近所述分离器元件4(即，所述板、壁)定位或定位到通道中，并且在所有情况下定位在所述腐蚀性较轻的气体流6中。因此，优点是末端过热器受到的腐蚀较少。

因此，适用于两个图的优点是：末端过热器定位在所述腐蚀性较轻的气体流6而不是所述腐蚀性气体流7中。如果末端过热器定位在所述腐蚀性气体流7中(这不是根据本发明的情况)，末端过热器的这种定位将导致末端过热器的寿命很短，并且在侵蚀性环境中的这种定位将需要额外且频繁的维修工作，原因在于在其工作寿命期间受到腐蚀性气体的侵蚀。

因此，本发明具有以下优点：提高了末端过热器的寿命；以及锅炉提供了高的电力效率。

如上所述，所述腐蚀性较轻的气体6和腐蚀性气体7在锅炉1的混合区1中混合在一起。锅炉还包括风机单元12。这适于通过吹进二级空气有效地混合所述腐蚀性较轻的气体6和腐蚀性气体7，从而所述混合物可以在其到达锅炉的顶部区域13之前有效地烧尽。而且，锅炉设有工业用通风机(这适用于两个图)，其将气体(即废气：腐蚀性较轻的气体和腐蚀性气体)抽吸通过锅炉。额外地，燃烧空气可以在炉篦装置21下方吹入。

当所述腐蚀性较轻的气体6和腐蚀性气体7一起到达锅炉的混合区10时，这些气体通过注入用于烧尽的二级燃烧空气而混合，并且现在混合气体通过辐射区域中的蒸发壁以及产生温度在300到450摄氏度之间的蒸汽2的一个或更多个过热器11而冷却。这(即，通过所述一个或更多过热器的冷却)都要发生，不管腐蚀性较轻的气体6在它沿方向6运动时是否已经接触板、壁或通道和/或利用燃烧器使反应器着火是从左手侧还是从右手侧进行。

Claims (18)

1.一种锅炉(1)，其干燥、点燃和燃烧垃圾并通过与废气(3)的热交换产生蒸汽(2，2a)，所述锅炉(1)包括：反应器(16)，其利用二级燃料(18)着火以用于产生腐蚀性较轻的气体流(6)；以及末端过热器(8)，其定位在所述腐蚀性较轻的气体流(6)中。

2.根据权利要求1的锅炉，其特征在于，所述反应器(16)是烧结反应器、回转炉、流化床或喷动床。

3.根据权利要求1或2的锅炉，其特征在于，所述利用二级燃料(18)的着火通过燃烧器(19)进行和/或在反应器自身中进行。

4.根据权利要求1或2的锅炉，还包括用于将所述废气(3)分别分离成所述腐蚀性较轻的气体流(6)和腐蚀性气体流(7)的分离器元件(4)。

5.根据权利要求4的锅炉，其特征在于，所述分离器元件(4)包括板(4a)或壁(4b)。

6.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，多个所述分离器元件(4)形成通道。

7.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述分离器元件或通道适于可悬挂在锅炉的壁上或从锅炉的壁悬挂。

8.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述腐蚀性较轻的气体(6)和腐蚀性气体(7)通过辐射区域中的蒸发壁和一个或更多个过热器(11)冷却，该一个或更多个过热器产生温度在300到450摄氏度之间的蒸汽(2)。

9.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述蒸汽(2)在末端过热器(8)中加热。

10.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述末端加热器(8)加热所述蒸汽(2)，使其变成温度升高的蒸汽(2a)，相比所述蒸汽(2)的温度，所述温度升高在25到200摄氏度之间。

11.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述腐蚀性较轻的气体基本上不含Cl、K、Na、Zn、Pb。

12.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述腐蚀性气体(7)包括Cl、K、Na、Zn和Pb中的一种或更多种。

13.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述废气(3)是垃圾(9)的焚烧结果。

14.根据前述权利要求中任一项的锅炉，还包括风机单元(12)，该风机单元适于通过吹进二级空气来有效地混合所述腐蚀性较轻的气体(6)和所述腐蚀性气体(7)，从而混合物可以在其到达锅炉的顶部区域(13)之前有效地烧尽。

15.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，蒸汽(2a)在其进给到驱动发电机(15)的蒸汽涡轮(14)时用于产生电力。

16.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，反应器(16)产生最终灰烬和/或废渣，该最终灰烬和/或废渣具有低含量的可滤出微量重金属元素，例如低含量的可滤出Pb、As、Cd、Cu、Zn、Ni和Zn。

17.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，二级燃料(18)为油、天然气、煤、生物燃料、空气和选定废物或垃圾成分的任意组合。

18.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，二级燃料被选择用于精炼废气，该废气的腐蚀性比来自所述垃圾或废物的废气的腐蚀性轻。

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