CN1013925B - 在燃烧化石质燃料、垃圾或类似物时使成盐组分化合成固体物质的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在燃烧化石质燃料、垃圾或类似之物时，使成盐组份化合物固体物质的方法及装置。此法于燃烧前在垃圾中添加碱性物质，特别是碳酸钙(CaCO₃)或碳酸镁(MgCO₃)。该方法和装置的具体描述可参照说明书。

Description

本发明涉及在燃烧化石质燃料、垃圾或类似之物时，使成盐组份化合成固体物质的方法及装置。此法于燃烧前在垃圾中添加碱性物质，特别是碳酸钙（Ca CO₃）或碳酸镁（Mg CO₃）。

已知在燃烧垃圾或化石质燃料时，由于添加了碱性固体物质可以抑制酸气产生。还知道在干燥的垃圾中掺和碳酸钙（Ca CO₃）或碳酸镁（Mg CO₃）碱性固体物及将此混合物压制成块。这些块状体紧接着可用相当高的温度进行燃烧。

此外，还知道把碱性固体物成粉末状吹入燃烧室中（沸媵层燃烧）。在这两种情况下添加碱性固体物质的意义是中和燃烧时产生的酸。由于碱性固体物质的化学作用而转化成的一部分成盐组份，特别是囟素，在燃烧过程完了之后成为无害物出现在炉渣中。

用已知的方法获得的结果只能相当少地降低酸气的产量，如果不愿将酸气排入大气中，通常需要紧接着净化烟道气。

因此本发明的基本任务是：发明一种开始就已提及特性的方法，用此法燃烧时实际上不再从成盐组份中产生酸气，因而可以省略净化烟道气过程。

根据本发明，用开始时就已提及特性的方法，通过以下处理步骤，可解决这一任务：

-化石质燃料、垃圾或类似之物的水份含量要调到10至35重量%;

-添加到化石质燃料、垃圾或类似物中的碱性物质要尽可能均匀分布， 碱性物质对成盐组份的化学计算比例小于5∶1;

-添加碱性物质之后，化石质燃料、垃圾或类似之物停留在一个尽可能密闭的容器中，以保持水蒸汽饱和状态。

-随后以燃烧层温度燃烧此混合物，该燃烧层温度应在由碱性物质和成盐组份所生成的新化合物的热分解温度以下。

本发明方法目的在于，在燃烧层前就已得到成盐的组份实际上百分之百转化成无害的化合物。此化合物热强度高，也就是热分解温度高。因此，当把燃烧温度调到使得燃烧层温度在热分解温度以下时，这些新化合物实际上完全留在炉渣中。对通常在垃圾中所含的成盐组份（主要是囟素）来说，在使用碳酸钙或碳酸镁的情况下，热分解温度为850℃或更高些，因而垃圾未经事先检验时，燃烧层温度调到850℃以下，最好810℃以下。燃烧室中燃烧垃圾的有效温度有时很高，因此调节燃烧层温度至850℃以下时才能达到垃圾的有效燃烧。

碱性物质和成盐组份之间的化学计算比最好低4.2∶1，最好约在2∶1。当然，化学计算比取决于所添加的碱性物质的性质，也取决于碱性物质在化石质燃料、垃圾或类似之物中的精细分布程度。当碱性物质例如被喷撒时，那就是说达到了碱性物质与化石质燃料、垃圾或类似之物的彻底混合。

通过调节化石质燃料、垃圾的水份含量-此处所指的水份含量不包括结晶水或化学结合水-以及通过调节在停留时间内的水蒸汽饱和状态，碱性物质实际上能完全与化石质燃料中或垃圾中的囟素起反应。因为反应进行是放热的，过程中会产生大量热，因此发生强烈的汽化作用，汽化使化石质燃料、垃圾或类似之物进行干燥，这样，垃圾在燃烧层上就容易燃烧。

封闭的容器中，在添加固体物质和燃烧层之间的物料停留时间至少为10分钟，最好为20分钟。如用连续进行的方法，可把化石质燃料、垃圾或 类似之物自碱性物质的加料站输送到燃烧层的时间作为物料停留时间。为了创造良好的反应条件，饱和水蒸汽无论如何应至少在40℃出现。

在添加碳酸钙或碳酸镁时与囟素形成的一些化合物是例如：Ca Cl₂、Ca SO₄、Ca（NO₃）₂或Mg Cl₂、Mg SO₄和Mg（NO₃）₂。这些物质有很高的热分解温度，在保持燃烧层温度低于850℃的情况下是达不到这一温度的，因此这些物质都留在炉渣中，而这些炉渣可用作建筑材料，例如作道路建筑材料是没有问题的。

碱性物质最好能作成碱性固体物的悬浮液或溶液加入，同时将化石质燃料、垃圾或类似之物的含水量最好调节至25体积%。

如果碱性物质加在位于燃烧层前的加料站中，此加料站用有大热辐射面的侧面档板围起来，热辐射面由燃烧层的烟道气来加热，而不必再另外加热就能调节到一个有利的温度，使成盐组份在燃烧层燃烧前转化成为分解温度高的无害固体物。碱性物质加料站的受控温度为180℃～300℃，最好为300℃。

较低的燃烧温度可通过如下办法来实现良好的调节：在燃烧层上方通过抽气产生一低压，此低压最好为0.3毫巴（mbar），在燃烧室中的流速应为＜3米/秒。

按本发明添加碱性物质和保持燃烧层低温可以减少以上所述方式产生无机酸气。但在燃烧化石质燃料、垃圾或类似之物时也经常产生碳氢化合物。已知通过烟道气的后燃烧可以减少或避免碳氢化合物污染空气。为此可用一个附加的燃烧器将含有碳氢化合物的烟道气加热到1000℃以上，也就是说经过这样一个较长过程使碳氢化合物-可能还有已形成的一氧化碳-转化成二氧化碳。这样的后燃烧段是很费钱的，而且要消耗大量的能。

按本发明，在一个共同的装置中也可使碳氢化合物成为无害物，办法是在燃烧层上方安装一个接受烟道气的后反应室，将反应室壁作成只能放 出热量。这些反应室壁由红外线辐射材料制成，最好是由陶瓷制品制成，碳化硅化合物在此有突出的优点。在此情况下烟道气自动引起后反应室中产生900℃以上的温度，尤其是1050℃～1250℃之间的温度。通过迂回管路可对后反应室中的烟道气增强红外线辐射的辐射强度，使红外线辐射的作用时间大于0.1秒时，碳氢化合物的分子在红外线辐射的作用下即分解成CO₂和H₂O或CO₂和NO₂。此外，在后反应室中也有氧化硫气体及氧化氮气体以致使它们成为硫酸气和硝酸气导入冷凝器中，这里正如在DE-专利说明书3329823中举例所述的那样，从废气中抽出冷凝酸。

如果需要时可以节流控制新鲜空气的输入，使其安装在燃烧层的下方，为了保持后燃烧室中的均匀高温，已提起过的抽出烟道气是可取的。借此可以达到在烟道气区域内的燃烧室上方不因二级空气而发生温度下降，正如以往在燃烧室上方通入二级空气以提高燃烧层温度的情况一样。因此，后反应室不受输入二级空气的干扰。

通过有控制地抽出烟道气可以保持燃烧层温度在所希望的低温上。同时还可防止燃烧层吸入过多的对燃烧不必要的空气，否则会降低燃烧层上部的温度。正确的燃烧标准，尤其在低负荷的情况下，是保持后反应室内的自由氧含量为3体积%或者更低些。因此测定后反应室中的自由空气含量并相应控制抽出量是需要的。

为实施本方法而发明的装置，在图中作了示意说明。在一个尽可能密闭的壳体1中有一条输送带2，如双箭头A所示，此输送带可以在水平方向来回运动。输送带2上面有一些挡楔3。这些挡楔在输送方向倾斜上升，然后呈锯齿形陡然下降，因此形成陡边4。这些陡边4在输送带2向前运动经过斜坡时将滑下来的燃料往输送方向推送。虽然输送带2只是来回运动，但以这种方式实现了图中的向右输料。

化石质燃料从壳体1的上面经过一个计量装置5，例如经过计量螺杆或叶轮闸门加入。在输送带2的末端，化石质燃料经过梯级6落到一个位置 较深的平面上，此平面上有炉栅7。滑板8和输送带2的运动联结在起，此滑板按图示将化石质燃料向右推到炉栅7上，化石质燃料在炉栅上形成燃烧层。在炉栅7的下面有一个炉渣箱9。在炉渣箱壁上有一个用于新鲜空气输入导管的开口10。在新鲜空气输入导管中有一个节气阀11，用它来控制空气流量。在炉栅7前，壳体1的上面有一个碱性固体物溶液或悬浮液的加料站12。此加料站12有一个滴管13，用它定量加入碱性物质。

炉栅7的上方有一个后反应室14，它接受烟道气。后反应室14有陶瓷侧壁15和陶瓷隔板16，陶瓷壁由碳化硅化合物组成，通过此隔板安装形成一垂直的上升导管17和垂直的对流导管18，经过此对流导管到后反应室14的出口19。一个单独的具有传统结构的热交换器（未加说明）和出口19连接。指向加料站12的陶瓷外壁15′有一个大的热辐射面，从它辐射出的热被导热板20吸收。导热板从输送带2的下面倾斜地离开炉栅7向上伸展，直接安装在加料站12的旁边。导热板被陶瓷外壁15′放出的辐射热加热加料站12的区域使其有足够的反应温度。这里最好将温度调节到大约300℃，该温度有利于囟素和加入碱性物质转化成无危险的，分解温度高的反应产物。

位于滴管13下面不远的导热板20的上部边缘与板块21相连，后者与外壁15′成倾斜状。板块21有一些冷凝液口，在壳体1的上部区域内冷却的冷凝液通过这些口落到导热板20和后反应室14的包壁15′之间的一块陶瓷底板22上，经过一个孔可以滴落到炉栅7上，这就形成了一个循环过程。

所述的后反应室14的结构，可通过适当地调节抽气以保持烟道气的低速流动，从而保持烟道气在高温区有足够的停留时间，使烟道气按要求进行反应。

Claims (27)

1、在燃烧化石质燃料，垃圾或类似之物时，使成盐组份化合成固体物质的方法，此法于燃烧前在固体燃料，垃圾或类似之物中添加碱性物质，特别是添加CaCO₃或MgCO₃，它以如下处理步骤为特征：

--化石质燃料、垃圾或类似之物的含水量要调节到10到35重量%；

--加到化石质燃料、垃圾或类似之物中的碱性物质要尽可能均匀分布，碱性物质对成盐组份的化学计算比例小于5∶1；

--添加碱性物质之后，化石质燃料、垃圾或类似之物停留在一个尽可能密闭的容器中，以保持水蒸汽饱和状态，使碱性物质与成盐组分发生基本完全的反应；

--随后在燃烧床温度下燃烧此混合物，此燃烧床温度低于由碱性物质和成盐剂生成的化合物的分解温度。

2、按权利要求1所述的方法，其特征在于选择化学计算比小于4.2∶1。

3、按权利要求2所述的方法，其特征在于所选化学计算比约为2∶1。

4、按权利要求1至3所述的方法，其特征在于燃烧层温度选在850℃以下。

5、按权利要求1或4所述的方法，其特征在于在加入碱性物质和燃烧之间，物料在密闭容器中停留的时间最少为10分钟。

6、按权利要求5所述的方法，其特征在于把化石质燃料、垃圾或类似之物从碱性物质加料站输送到燃烧层的时间算作停留时间。

7、按权利要求1所述的方法，其特征在于把含水量调到25体积%。

8、按权利要求1或7所述的方法，其特征在于将碱性物质作成碱性物质的悬浮物或溶液加入。

9、按权利要求1所述的方法，其特征在于在加碱性物质过程中，温度调节在180℃-350℃。

10、按权利要求9所述的方法，其特征在于在加碱性物质过程中，温度调节在300℃。

11、按权利要求1所述的方法，其特征在于在燃烧层上面通过抽气产生一低压。

12、按权利要求11所述的方法，其特征在于低压调节在0.3毫巴。

13、按权利要求1所述的方法，其特征在于燃烧气体的温度调到＞900℃。

14、按权利要求13所述的方法，其特征在于燃烧气体的温度调到1050℃-1250℃。

15、按权利要求13或14所述的方法，其特征在于燃烧气体中游离氧含量调到≤3体积%。

16、按权利要求1所述的方法，其特征在于通过控制低压或控制抽出烟道气的流速来调节燃烧参数。

17、实施在燃烧化石质燃料、垃圾或类似物时，使成盐组份化合成固体物质的方法的设备，此法于燃烧前在固体燃料、垃圾或类似物中加碱性物质，特别是添加CaCO₃或MgCO₃，所述设备的特征在于：

-有一个燃料输送到燃烧层的装置，

-有一个安装在燃烧层前面的碱性物质加料站，

-有一个围绕加料站及燃烧层的，至少尽可能密闭的壳体。

-一个用来抽吸从燃烧层产生的烟道气的可调抽气装置。

18、按权利要求17所述的装置，其特征是有一个装在燃烧层下面的新鲜空气输入装置中的节流阀。

19、按权利要求17所述的装置，其特征是其还包括一个后反应室，其中形成的室壁使热损失低。

20、按权利要求17所述的装置，其特征是有一个装在燃烧层上方的，用陶瓷壁构成的后反应室。

21、按权利要求20所述的装置，其特征在于，后反应室壁是这样形成的，使燃烧气体不断地从室壁折回。

22、按权利要求21所述的装置，其特征是在后反应室中有一套用一根垂直的上升导管和至少一根垂直的对流导管敷设成的管道，上升管和对流管各自被陶瓷室壁包围。

23、按权利要求20所述的装置，其特征在于陶瓷壁由碳化硅化合物组成。

24、按权利要求20所述的装置，其特征是有一个单独的，装在后反应室出口处的热交换器。

25、按权利要求17所述的装置，其特征在于在加料站近旁安装了一块从燃烧层开始斜向的导热板，此导热板接受由后反应室的陶瓷外壁辐射出的热。

26、按权利要求25所述的装置，其特征在于斜向后反应室的，有许多冷凝液流入口的一节板块和导热板的上边缘连接;在导热板的底边和后反应室外壁之间装有一块底板，此底板有一个位于炉栅上方的冷凝液出口。

27、按权利要求17所述的装置，其特征在于加料站有一个碱性物质悬浮液或溶液的滴管。