CN101675302A - 用于控制城市固体废物密度和提高热值以改善废物变能量锅炉运行的方法和系统 - Google Patents
用于控制城市固体废物密度和提高热值以改善废物变能量锅炉运行的方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
指示城市固体废物(MSW)热值的变化并具有在MSW被送进锅炉前控制MSW的装置,能够实现改善的燃烧控制并增加废物变能量锅炉的能力。MSW的湿度含量对燃烧时其热值和锅炉效率具有显著的影响。湿度含量的变化还改变MSW的密度。在将MSW送到锅炉之前直接测量MSW的密度,允许额外的水或者液体废物的受控的添加,以减少MSW热值的变动。
Description
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119(e)的规定,本申请要求2006年12月22日提交的美国临时专利申请第60/876,581号的优先权,该临时申请的主题通过引用包含在本申请中。
技术领域
本发明涉及一种改善的城市废物燃烧系统和方法。尤其是,通过包含用于精确计算要在城市废物燃烧器(MWC)中燃烧的输入废物中的湿度含量的装置,本发明的实施例对已知的MWC进行了改善。
背景技术
在废物变能量(WTE)工业中,城市固体废物(MSW)的热值一般被认为是不可测量和不可控制的变量。地方天气,尤其是降雨量,极大地影响MSW的热值,而这又影响着废物变能量锅炉的处理能力和运行特征。这个变量是大量燃烧废物变能量(mass burn waste-to-energy)和其他形式的基于燃烧的蒸汽发生之间的最大差别。有效地测量MSW热值变化的能力通过为锅炉燃烧控制提供从前无法得到的严格输入将增强锅炉的运行。此外,通过调整水或者液体废物的添加将MSW的湿度含量控制到相对恒定的值的能力,将进一步增强锅炉的运行,以及通过使从前不可控制的变量恒定,改善了废物处理速度的可预测性。
测量污泥等液体废物中的湿度含量是已知的。例如,颁发给Beaumont等人的美国专利6,553,924涉及一种在城市废物燃烧器注入并共同燃烧污泥的系统和方法,其中,在燃烧前监视并控制污泥的湿度含量。但是,这些技术一般来说不能应用于固体废物的管理和燃烧,这是因为在MWC燃烧炉附近的恶劣条件下,精确、有效地测量大量固体废物中的湿度含量,在技术上是具有挑战性的。
发明内容
针对这些以及其他的需要,本发明的实施例利用被放置用来在燃烧前监视输入废物的核辐射密度计,能够直接测量作为湿度含量指标的MSW燃料的密度。在一个实施例中,一种典型的核湿度密度计含有密封的放射性材料,典型的是铯和混有铍粉末的镅混合物。放射性材料发射出核辐射,当辐射通过MSW时,探测器能够算出这种辐射。这种算出的结果能够被转换成密度值。然后,能够用该密度值推出针对该MSW的湿度含量测量结果。
在本发明的一个方面中,提供了一种用于在固体废物焚烧系统中进行燃烧控制的方法。该方法包括如下步骤:将固体废物送入输入系统中;在所述固体废物进入燃烧室之前确定所述固体废物的湿度含量;根据所确定的湿度含量调节燃烧过程;以及将所述固体废物传进所述燃烧室中。
在本发明的另一个方面中,提供了一种固体废物燃烧系统。该系统包括城市废物燃烧器,所述城市废物燃烧器包括燃烧室。所述系统还包括被构造成将固体废物送进所述燃烧室中的废物输入系统。在所述系统中还包括适合于在所述废物进入所述燃烧室之前确定所述固体废物的湿度含量的湿度传感器。最后,所述系统包括与所述湿度传感器相通讯的控制器,其中,所述控制器从所述湿度传感器接收信息并根据所述信息调整所述城市废物燃烧器和/或所述废物输入系统的运行。
在本发明的实施例中,针对MSW的湿度含量测量结果能够用作发送给MWC的前馈,以相应地调节燃烧过程。
因为基于辐射的测量是一种统计学上的随机过程,所以,可按串联方式配置多个密度传感器,以多次测量废物密度。于是,例如从来自所述多个密度传感器的平均读数,能够确定出最终的密度测量结果,用所述平均测量密度得出湿度含量的估计。
在一个实施例中,在MSW被强制进入燃烧室之处的压头(ram)台的正上方通过MSW送料料斗的平面内,设置密度传感器仪器,用于读取燃料的密度。按照这种方式,MSW能够刚好在被引入MWC中的燃烧室内之前得到测量。
作为其他方式,在该平面内的多个测量点将确保合理地表示MSW条件。
接着,经平滑的密度读数将用来表征锅炉控制参数(诸如空气分布和控制系统增益),以改善燃烧控制并增强锅炉稳定性。MSW密度读数还将用来控制液体喷射速率,以维持相对恒定的MSW热值。受控的热值将处于正常范围的下端,使得锅炉能够在连续的基础上接近其炉排极限(grate limit)地运行,由此,不管MSW组成和热值如何变化,都能最大化MSW处理吨数。
在一个实施例中,该密度测量的输出可以与MSW热值的变化相关并用作给燃烧控制的输入前馈。
在另一个实施例中,湿度/密度测量结果可以用来控制水喷射过程,以控制MSW热值。
附图说明
通过参照下面结合附图所进行的描述,可以获得对本发明及其优点的更完整的理解。在附图中,类似附图标记代表类似特征。其中:
图1所示为根据本发明实施例的改善后的城市废物燃烧(MWC)系统;
图2提供的是形式为经过MWC燃烧系统的纵截面的示意图;以及
图3提供的是用于控制MWC中城市固体废物(MSW)热值的方法的流程图。
具体实施方式
如图中所示以及如这里所描述的,本发明的实施例提供了改善后的城市废物燃烧系统和方法。具体地说,通过包含用于精确计算要在MWC中燃烧的输入废物中的湿度含量的装置,本发明的实施例对已知的MWC进行了改进。通过对废物湿度含量更好的测量,能够更好地控制MWC中的燃烧,以实现期望的结果,包括排放物的减少和更高的燃烧效率。
湿度含量的变化能够使MSW处理吨数改变多达10%,然而,废物变能量锅炉极少以其炉排能力极限运行。这种思想的效果将会维持锅炉一直接近其炉排极限,这应该导致MSW产量增加大约5%。
通过最小化由MSW组成和热值变化造成的低摆动,燃料变动的减少还将改善运行的一致性,导致更多的净功率输出。
现参见图1,提出了根据本发明实施例的改善后的MWC系统100。MWC系统100包括用于燃烧城市固体废物(MSW)110的MWC 100和用于向MWC100供应MSW 110的废物输入系统120。多种类型的MWC 100是已知的并包括例如动炉排燃烧器、废物通过移动安装在中心转轴上的齿经燃烧炉传输的旋转窑、以及使强气流强制经过沙床的流化床。类似的,取决于MWC 110的类型,可以使用多种类型的废物输入系统120。
一般地,在MSC 100中烧MSW 110,来自燃烧的能量被用来加热水,以产生高压蒸汽。可以调节来自管道150的燃烧空气和其他变量以优化燃烧过程。
大体上在MWC 100的燃烧炉之前的位置上,放置一个或者多个湿度传感器130,以测量MSW 110的湿度含量。湿度传感器130可以是间接估计MSW110湿度含量的密度传感器的形式,诸如核辐射密度计。其他类型的湿度传感器130可以包括位于MSW 110燃烧附近的空气湿度传感器。作为另外的替换方式,湿度传感器130可包括MSW 100的高度测量,以估计密度并因此估计湿度含量。湿度传感器130可包括单个的传感器或者在MSW输入流中不同位置处进行测量的相同类型的多个传感器。湿度传感器130还可包括诸如核辐射密度计和空气湿度传感器等不同类型传感器的组合。
接着图1中的改善的MWC系统100,控制器140接收来自MWC 100和废物输入系统120的状态信息并调整MWC 100和废物输入系统120的运行。在已知系统中,控制器140接收的信息类型通常包括诸如燃烧炉温度、诸如一氧化碳等各种输出污染物的测量水平以及燃烧炉内氧元素量等其他测量水平等关于燃烧过程的来自MWC 100的反馈状态信息。除了这些传统信息,来自湿度传感器130的信息被提供给控制器140并用来调节来自废物输入系统120的输入流量和来自管道150的空气流量。而且,控制器140进一步接收关于废物输入系统120状态的前馈信息。这种信息通常与引入MWC 100的城市废物的量和定时有关。
下面以图2中的布置为例更详细地解释这些系统。图2是形式为穿过MWC的燃烧系统200的纵剖视图的示意图。尽管一个特定的燃烧系统200画于图2中并在下面进行了描述,但是,应该理解的是,本发明原理可适应于各种焚烧系统,而实现期望的优化MSW处理速率。
如图2中看到的那样,在这个示例性实施例中的燃烧系统200具有送料料斗210,随后的是送料溜槽220,用于向送料台235供应燃料。在送料台235上设有能够来回运动的送料压头(feed ram)240,以将从送料溜槽220到来的燃料输送到燃烧炉排250上面。燃料的燃烧发生在燃烧炉排250上。炉排倾斜还是水平布置以及应用何种原理是无关紧要的。
恰在压头台(ram table)235上方通过送料溜槽220的平面内,设置密度计230来读取燃料的密度。优选地,可以使用在相同平面内的多个测量点以确保合理地表示MSW状况。
仍然参见图2,控制器(诸如图1的控制器140)从各种受监视的功能元件接收状态信息并调整MWC 200的运行以及MSW 290的输入。来自密度计230的读数还将被控制器用来控制液体(例如水或者液体废物)喷射速率,使液体将被添加给相当干燥的废物,以维持相对不变的MSW热值。受控的热值将处于正常范围的下端,使得锅炉能够在连续的基础上接近其炉排极限地运行,因此,不管MSW组成和热值如何变化,都能最大化MSW处理吨数。作为液体喷射的优点,对包括过量空气比例、供水温度和燃烧空气预热温度的其他过程参数的自动调整,可以包含在控制策略中,以允许过程以相对不变的射速(firing rate)运行。针对采用本发明的设施的具体经济目标,将优化目标射速。
在图2所示的代表性实施例中,在燃烧炉排250下方布置一个整体上用260代表的装置,该装置供应主燃烧空气并由若干室261~265构成。主燃烧空气利用风扇275经管道270被引入室261~265。通过室261~265的布置,燃烧炉排被分成若干个炉排下(undergrate)空气区,使得主燃烧空气能够根据对燃烧炉排的要求被调节到不同的设定值。
在燃烧炉排250的上方是燃烧炉280,燃烧炉280通向烟道气体通道285,跟着烟道气体通道285的是没有示出的部件,诸如发热锅炉和烟道气体清洁系统。燃烧炉280的后部区域由顶部288、后壁283和侧壁284限定。由290代表的燃料的燃烧发生在燃烧炉排250的前部(烟道气体通道285位于燃烧炉排250的上方)。大部分主燃烧空气经室261、262、263被引入这个区域。在燃烧炉排250的后部区域上基本上只有燃尽的燃料或者底灰,主燃烧空气经室264、265被引入这个区域,主要是为了冷却的目的,并促进剩余的底灰燃尽。
接着,燃尽的燃料落进在燃烧炉排250端部的排放装置295中。可选择的是,在烟道气体通道285的区域中设置喷嘴271和272,以向上升的烟道气体供应二次燃烧气体,因此,混合烟道气体流并促进烟道气体中残余的可燃部分的后燃烧。
在本发明的某些实施例中,这里所描述的改善后的MWC系统可以同用于还原不想要的排放物的其他已知的燃烧技术相结合,这些燃烧技术诸如2006年9月29日和2007年10月4日提交的一起审查并共同转让的美国专利申请第11/529,292号和第11/905,809号中所描述的技术。这两个美国专利申请整体上通过引用包含于此。
图3提供了用于控制MWC中MSW热值的方法300的流程图。在步骤S310,MSW被送进MWC的输入系统中。诸如气候、废物类型和运输条件等外部因素能够影响MSW的热值,而这又影响废物变能量锅炉的处理能力和运行特征。因此,在步骤S320,在废物进入MWC的燃烧室之前监视输入废物的湿度含量。
在一个实施例中,监视步骤S320是用一个或者多个核辐射密度计直接监视废物密度以估计湿度含量来实现的。一种典型的核湿度-密度计含有被密封的放射性材料,通常是铯和混有铍粉末的镅混合物。放射性材料发射出核辐射,当辐射通过MSW时,探测器能够算出这种辐射。这种算出的结果能够被转换成密度值。然后,能够用该密度值推出针对该MSW的湿度含量测量结果。
在步骤S330,根据受监视的读取步骤S320调节燃烧过程。如针对前面的附图进行的讨论那样,可以调节过程变量以维持相对不变的MSW热值。在某些实施例中,受控的热值将处于正常范围的下端。在步骤S340,MSW被强制进入燃烧室并被焚烧,生成用于高压蒸汽或者其他能源的热。
虽然本发明参照示例性实施例进行了描述,但是,在不脱离本发明的精神或者范围的情况下可以做出各种增添、删减、替换或者其他变更。相应地,本发明不应被认为受限于前面进行的描述,而仅仅由权利要求的范围限定。
Claims (21)
1.一种用于在固体废物焚烧系统中进行燃烧控制的方法,包括如下步骤:
将固体废物送入输入系统中;
在所述固体废物进入燃烧室之前确定所述固体废物的湿度含量;
根据所确定的湿度含量调节燃烧过程;以及
将所述固体废物传进所述燃烧室中。
2.如权利要求1所述的方法,其中,确定步骤进一步包括识别所述固体废物的密度以估计湿度含量。
3.如权利要求2所述的方法,其中,所述固体废物的密度使用核辐射密度计确定。
4.如权利要求2所述的方法,其中,所述固体废物的密度使用固体废物高度测量来确定。
5.如权利要求1所述的方法,其中,所述固体废物的湿度含量使用空气湿度传感器确定。
6.如权利要求1所述的方法,其中,所述确定湿度含量的步骤包括对来自所述多个密度传感器的多个密度读数进行平均,使用所平均的测量密度得出湿度含量的估计值。
7.如权利要求1所述的方法,其中,所述燃烧过程维持相对恒定的固体废物热值。
8.如权利要求1所述的方法,其中,调节步骤进一步包括调整向所述固体废物添加水或者液体废物。
9.一种固体废物燃烧系统,包括:
城市废物燃烧器,所述城市废物燃烧器包括燃烧室;
被构造成将固体废物送进所述燃烧室中的废物输入系统;
适合于在所述固体废物进入所述燃烧室之前确定所述固体废物的湿度含量的湿度传感器;以及
与所述湿度传感器相通讯的控制器,其中,所述控制器从所述湿度传感器接收信息并根据所述信息调整所述城市废物燃烧器和所述废物输入系统中至少一个的运行。
10.如权利要求9所述的系统,其中,所述湿度传感器包括密度传感器以估计湿度含量。
11.如权利要求9所述的系统,其中,所述密度传感器是核辐射密度计。
12.如权利要求9所述的系统,其中,所述密度传感器使用固体废物的高度测量。
13.如权利要求9所述的系统,其中,所述湿度传感器被设置成在所述固体废物被输入到所述废物输入系统中之后而在燃烧之前监视所述固体废物。
14.如权利要求9所述的系统,其中,所述城市废物燃烧器进一步包括送料台,其中,所述湿度传感器设置在所述送料台的上方。
15.如权利要求9所述的系统,其中,按串联方式配置多个密度传感器以确定平均废物密度。
16.如权利要求9所述的系统,其中,所述湿度传感器包括空气湿度传感器。
17.如权利要求16所述的系统,其中,所述湿度传感器进一步包括核辐射密度计以估计湿度含量。
18.如权利要求9所述的系统,其中,所述城市废物燃烧器进一步包括液体喷射系统,其中,所述控制器利用来自所述湿度传感器的信息控制所述液体喷射系统的喷射。
19.如权利要求9所述的系统,其中,所述固体废物燃烧系统维持相对恒定的固体废物热值。
20.如权利要求9所述的系统,其中,所述城市废物燃烧器进一步包括焚烧炉排和位于所述焚烧炉排下方用于经所述焚烧炉排送进主燃烧空气的装置,所述焚烧炉排下方的装置由所述控制器控制。
21.如权利要求20所述的系统,其中,所述城市废物燃烧器进一步包括至少一个喷嘴,所述至少一个喷嘴开口于所述焚烧炉排上方的焚烧室内,用于送进二次燃烧气体,所述至少一个喷嘴由所述控制器控制。
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