CN101688667A - 焚化预热废料的处理过程及机械装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在反应器中焚化家庭或工业废料的处理过程，其特征在于，焚烧是在压力下进行的，并且会对反应器进行纯氧的供应，而且缺少氮气，为了在废料进入反应器前对其进行预热，蒸汽减压涡轮机所产生的水蒸气被萃取，然后为了回收残余的气体，这些气体被凝结。进行处理的机械设备主要包括焚化线(1)、蒸汽线路(2)、燃料供应线(3)、氮气循环线路(4)和氧气循环线路。

Description

焚化预热废料的处理过程及机械装置
本发明涉及一种在反应器中焚化家庭或工业废料的方法，这些废料在焚化之前通过蒸汽线路进行预热，所使用的蒸汽是由蒸汽膨胀涡轮机(TRV)产生的。
本发明的一个目的是为了使焚化炉内的物质完全燃烧，而不存在任何未燃的物质，不残留任何讨厌的残渣，并且为了防止空气污染，不让释放的气体进入大气。
本发明的另一个目的是回收利用所释放出的热能，将其转变成为电能，并且一部分电能被这种装置重新使用。所转化的电能量接近75％，其中不包括被这种装置使用的电能。
通过在焚烧反应器中焚化家庭或工业废料的处理过程来实现这些目的，其特征在于：
-焚化是在高压的环境下进行的，并向焚化反应器内供应添加纯氧，整个环境是没有氮气存在的，
-蒸汽膨胀涡轮机产生的蒸汽在废料进入反应器前对废料进行预热，
-然后为了回收残余的气体，将这些气体压缩。
此外，本方法的特征在于焚化需要的氧气是从空气中将氮气与氧气进行离析而产生的，产生的氮气被用于冷却废料焚化所产生的气体，而氧气在至少一个点处被注入反应器。
本方法能够更有效的消除二恶英、未燃物质以及硝酸盐、碳酸盐和磷酸盐混合所产生的氧化物。
根据本发明提到的机械装置，为了能执行这个处理过程，其特征在于，其包括了：
-进料斗(TA)，在其进口和出口有装有活动窗及相应的装置；
-进料螺杆，其能够使用蒸汽膨胀涡轮机(TRV)产生的蒸汽对废料进行预热；
-中间仓，能够收集在进料斗中加热过的废料并将它们传送到反应器的顶部；和
-反应器，配置有三个炉子，它们是主燃烧炉(BP)、助燃炉(BA)和反应炉(BC)，这三个炉子被放置在燃烧气体的排出口附近，每个炉子都会由燃料供应线(3)注入燃料以及由氧气生产线路(5)注入纯氧，反应器的核心由一种以钨或钽为材料制成的负极墙组成，选用钨或钽是因为他们的耐火性。
作为一个优选的实施方式，氧气是是从空气中将氮气与氧气进行离析而产生的。
本发明将借助下面附图的描述被更好的理解：
-图1：根据本发明的废料焚化装置的图解。
-图2：本装置的水蒸馏器线路的图解。
-图3：根据本发明的进料斗和进料螺杆的详细图解
首先提到的图1所展示的是本机械装置整体，这个装置主要包括：
-焚化线1；
-蒸汽线路2；
-燃料供应线3；
-氮气线路4；
-氧气生产线路；
焚化线(1)
装运用于销毁的废料的货车，将废料倒入出口处装有活动窗(OF1)的进料斗(TA)。
进料螺杆(VA)从进料斗(TA)接收废料并将废料传输并通过位于中间仓(TI)顶部的装有活动窗(OF2)的进口将废料倒入中间仓(TI)。
进料螺杆(VA)也能够对废料进行预热，这会在之后进行说明。在中间仓(TI)有位于底部的中间的装有活动窗(OF3)的出口，通过这个出口利用重力将废料倒在入焚化反应器(RC)顶部的进口活动窗(OF4)上面的进料滑道。
优选的，仓(TI)受到将近900℃的压力，为了加速重整并将持久性有机污染物(POPs)中的卤化物滤除以进入焚化反应器的废料的排出。方便的是，这种压力是通过至少一个孔将大量温度超过1000℃的高温高压的水蒸气导入中间仓(TI)来执行的。这种高压气体将更有效的使在中间仓(TI)的废料液化，这样就能让它更容易流入焚化反应器(RC)。为了防止在中间仓被装满时，中间仓到进料斗TA的气体泄漏，导入气体的孔带有遥控阀门。当中间仓进口处于打开状态时阀门会堵塞孔，当中间仓进口处于关闭状态时孔会打开。
这将可能使用几个中间仓，每个中间仓轮流与进料斗以及焚化反应器RC连通。这种方法就能够让一个中间仓在其它中间仓将废料导入焚化反应器(RC)的过程中进行装填。
这将可能包含，在进料斗之后，存贮槽能够让废料与氢氧化钠或氢氧化钾的添加物混合，这样当温度超过200℃就可以中和第一阶段的酸性物质以及卤化物会吸附在无机分子上。
持久性有机污染物(POP)中的卤化物将在中间仓温度超过1000℃时被消除或吸附在碱性氧化金属上。
废料的焚化会产生飞尘和气体。飞尘降到焚化反应器(RC)的底部并进入其下方的底部灰斗(TC)。底部灰斗通过活动窗(OF5)将飞尘送入灰尘冷却回收装置(RCE)。灰尘冷却回收装置(RCE)将飞尘与水混合并使氧化物与水之间发生反应形成可溶性的氢氧化物。接着，无法溶解的飞尘被倒入货车运走(1c)。
所有的飞尘，除了空气污染控制残渣(APCR)将在反应器的出口使用200至400℃水进行处理。达到这个温度不需要额外的能量，因为碱金属氧化物稀释的时候会放热。
处理线路能够将可溶解的废料从不可溶的废料中分离出来，不可溶的废料被沉淀并且一些溶液将结晶使其能够再利用。这些可溶部分被倒入进料斗，接着分离出卤化物中的盐、钾中的硫酸盐和钠。
焚化反应器(RC)装有防火砖用来绝热并且在这种反应器的核心有一种以钨或钽为材料制成的负极墙来确保废料在1500-3000℃之间燃烧，并且使用三个独立的被供应燃料和相应氧气的炉子(BP、BA、BC)：
-主燃烧炉(BP)位于焚化反应器(RC)的底部，
-助燃炉(BA)位于焚化反应器(RC)的中间部分，
-反应炉(BC)位于反应器的上面靠近气体排出口的地方，燃烧的气体5完全和有效的燃烧。
主燃烧炉和助燃炉以高于通常燃烧反应速度10到20倍反应速度使用剩余氧气进行运作。
焚化反应器(RC)在恒定的高温高压环境下进行运作，因此它的进口和出口有闸门组成，以起到隔热和密封的作用。
焚化反应器更优选的是一个热氧化反应器(TOR)。
中间仓也是在高压下运作的，在它们的进口和出口活动窗上装有气塞。
在反应器和中间仓中也装有安全阀CE1和CE2。
活动窗OF1到OF5能够被外部配备的发动机开动。发动机可以使任何已知的类型。没有任何限制，它们可以由电子遥控装置、液压或气压缸控制器组成。
燃烧气体从焚化反应器(RC)顶部的排气口(1a)通过管道(SGC)被送入颗粒过滤器(PF)，然后送入热交换器ECT1、ECT2后再送入膨胀涡轮(TRGC)。
膨胀涡轮(TRGC)能够有利地运用电能发电机(GE3)，将一部分燃烧气体的热能转化成电能。
水蒸气被凝结以及气态的氧化物被从(1b)移动到(CGC)。一部分来自CV2的水通过渗透性过滤器被再导入压缩机(7)。
蒸汽线路(2)
有利的是，一部分凝结的水气能够被复原并气化为高温高压的干蒸汽，形成的高压气体被导入中间仓。这样，当离开冷凝器(CV1)时，水流入热交换器6，在那里被气化形成高压的干蒸汽。方便的是，热交换机由热量管束组成，连接着焚化反应器(RC)，来回收利用一部分后者发出的热量，因此恒定焚化反应器内部的温度，这种高温被用于蒸发水气并且大多数蒸汽被送入蒸汽膨胀涡轮机(TRV)，另一部分被送入管道(TI)。
水蒸气离开蒸汽膨胀涡轮机(TRV)被导入预热装置(SP)，这个装置一部分是安装在进料斗(TA)与中间仓(TI)之间环状的进料螺杆(VA)。这种进料螺杆(VA)包含一根纵向的轴(2d)，轴上面配置有螺纹(2c)。任何已知类型的驱动装置将被安装在这种有螺纹的轴上。
预热装置(SP)是优选的，但并不限于此，如图3所示由形成带有进气口下游和出气口上游的盒子的螺纹(2c)组成，出气口在螺纹和进气活动窗(OOF1)之间。上游和下游口进口形成进入轴(2d)相应末端的闭塞的轴向钻孔和进入所述管道和开口的辐射状钻孔，在一端，进入轴向钻孔和进入所示的螺纹(2c)形成的盒子。水蒸气轴向注入螺纹的开始端，加热沿着螺纹法相传送的废料，排除的水蒸气通过压缩机7被送往第一个冷凝器(CV1)。
作为一个优选的，压缩机7被放置在交换机6的上游来维持水蒸气的气压并且在后端产生压力防止水蒸气逆流回冷凝器(CV1)。这里需要指出水蒸气通过螺丝的循环与废料运输的方向是相反的。
冷凝器(CV1，CV2，CGC)是传统类型的通过来自蒸发器冷却设备(EFF)的制冷剂的管状内部热交换的装置。
在输气管SGC中排出的燃烧气体是含有氧化物的气体，稳定的不含有二恶英和未燃物质。一部分热能被与膨胀涡轮(TRGC)相关的发电机转化成电能，并且大部分能量被用来加热氮气。
接下来冷却所使用的氮气，燃烧气体被运往ECT1和ECT2。这些气体被冷凝然后被导入可以让燃烧气体的能量转变成电能的膨胀涡轮(TRGC)。接下来为了以后的冷凝，气体和水蒸气被分离。
这种水蒸气线路(1d)也包含至少一个关于在冷凝器(CV2)中被冷凝的水蒸气的装置(例如渗透性过滤器)。
燃料供应线(3)
为了沿着燃料供应线(3)供应燃料，供应有利于燃料从油罐(RCA)中取出并在高压下注入三个炉子，这三个炉子为主燃烧炉(BP)、助燃炉(BA)和反应炉(BC)。
氮气线路(4)
一组空气压缩机(BCA)将大气空气压强从1巴压缩到大约300巴，这些空气在每次压缩之后在热交换机内使用从已经提到的冷却装置(EFF)沿着管道(4a)传输的制冷剂进行冷却。
涡轮压缩机(TCA)再将空气的压强从300巴减压到50巴，这个过程伴随的将空气从-43℃(大约是在最后一个冷凝阶段离开热转换器)冷却到大约-134℃，这样在空气减压罐(BDA)里就能让气态氮与液态氧分离。
同一个涡轮压缩机(TCA)再次将气态氮从50巴压缩至大约280巴，在RAL中液化一部分氮气并将剩余的气态氮气送至氮气罐RAG。
氮气然后从氮气罐(RAG)被送入热交换器(CFF2)，在那里被加热到61℃然后为了将燃烧气体冷却到200℃被送入管状的热交换器ECT1和ECT2。与燃烧气体不同的是氮气被加热到900℃。然后氮气被送入带有发电机GE3的氮气回收涡轮机(TRA)。这样，氮气的热能被发电机GE3转化成为电能。
氮气分离线路被认为是不受限制的，例如，有意避免关于氮气在大气中占78％的含量和产生多余的氮氧化合物。
氧气生产线路(5)
磁性离析器在大气离开空气减压罐BDA时将液态氧气从气态氮气中分离出来。
液态氧被送入液态氧存贮罐(ROL)。接着，对在热交换器CFF2中对液态氧进行预热，将温度从-134℃升至大约0℃使它成为气态并被用于焚化反应器RC供应给三个炉子(BP，BA，BC)。
供应给炉子的氧气有利于废料的完全焚化。
一个附加的反应炉(未图示)也有氧气供应，也让二恶英分子分解以及除去未燃烧的物质。
这个装置说明了分离空气中的氧气和氮气被使用在根据本发明的优选的大容量的焚化炉。
根据本发明的焚化炉，但是它是小容量的，它能够更好的使用空气分离器操作使用薄膜滤器来分离氧气和氮气，这种类型的分离器能够很快就获得气态的氧气和氮气。
如下所述的是这种新型的焚化炉所带来的优点在于：
-焚化同样数量的废料，本焚化炉的容积明显比现在使用的焚化炉小，
-用氧气代替空气减少包含在大气中79％氮气所产生的氧化物的通量。在焚化炉里的高压运作加快的废料在氧气中的燃烧，缺乏氮气让直接接触氧化物，
-回收利用从空气中分离出来的氮气使得大容量的焚化炉能够使用带有发电机的回收涡轮机生产电能，
-因为焚化炉在高压环境下运作，燃烧的气体通过使用带有发电机的回收涡轮机生产电能，
-考虑到这种新型焚化炉运作的特征，焚化同样数量的废料所需的资源比当今的焚化炉所需的资源少，
-实现闭路操作是由于氧化气体的在流通避免了气体泄漏到大气里。
-这种机械装置能够焚化包括石棉和煤泥在内的所有种类的废料。

Claims (20)

1.一种在焚化反应器(RC)中焚化家庭或工业废料的处理过程，其特征在于：
-焚化是在高压的环境下进行的，并向焚化反应器内供应纯氧，整个环境是没有氮气存在的，
-蒸汽膨胀涡轮机产生的蒸汽在废料进入反应器前对废料进行预热，
-然后为了回收残余的气体，将这些气体凝结。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，焚化需要的氧气是从空气中将氮气与氧气进行离析而产生的，产生的氮气被用于冷却废料焚化所产生的气体，而氧气被注入焚化反应器。
3.一种由带有至少一个由燃料供应线(3)供应燃料的炉子的焚化反应器(RC)组成的焚化家庭或工业废料的机械装置，其特征在于包括：
-进料斗(TA)，在其进口和出口有装有活动窗，并且由能够使用从蒸汽膨胀涡轮机(TRV)流出的水蒸气来预热废料的装置组成；
-中间仓(TI)，能够收集在进料斗中加热过的废料并将它们传送到焚化反应器的顶部，
-焚化反应器，配置有三个炉子，它们是主燃烧炉(BP)、助燃炉(BA)和反应炉(BC)，这三个炉子被放置在燃烧气体的排出口附近，每个炉子都会由燃料供应线(3)注入燃料以及由氧气生产线路(5)注入纯氧。
4.根据之前的权利要求中任意一项的机械装置，其特征在于，能够预热废料的进料斗装置由形成在带有进气口下游和出气口上游的盒子的螺纹(2c)组成，出气口在螺纹和进气活动窗(OF1)之间。
5.根据权利要求3和4中的一项所述的机械装置，其特征在于，这种装置包含一个附着在焚化反应器的墙上的蒸汽线路(2)。
6.根据之前的权利要求中任意一项的机械装置，其特征在于，蒸汽回收线路至少包含一个冷凝器(CV1)。
7.根据权利要求3到6中的一项所述的机械装置，其特征在于，它包含使用薄膜滤器来分离氧气和氮气的空气分离器。
8.根据权利要求3到6中的一项所述的机械装置，其特征在于，它包含由一组能够将气态氮从液态氧中分离出来的空气压缩机(BCA)和涡轮压缩机TCA组成的空气分离器。
9.根据权利要求8所述的机械装置，其特征在于，氧气生产线路包括，空气分离器和涡轮压缩机、空气减压罐(BDA)、液态氧存贮罐(ROL)以及将注入三个炉子(BP、BA、BC)的氧气气化的热交换器(CFF2)。
10.根据权利要求8所述的机械装置，其特征在于，它包括空气分离器和涡轮压缩机、空气减压罐(BDA)、氮气罐(RAG)、三个热交换器(CFF2、ECT1、ECT2)、管状的热交换器和氮气回收涡轮机(TRA)。
11.根据权利要求5和6中的一项所述的机械装置，其特征在于，蒸汽膨胀涡轮机(TRV)带有一个发电机。
12.根据权利要求3到11中的任意一项所述的机械装置，其特征在于，中间仓(TI)受到压力使得废料更容易喷出进入焚化反应器。
13.根据权利要求12所述的机械装置，其特征在于，中间仓(TI)所受到的压力由通过至少一个孔进入所述中间仓(TI)的高压气体所产生的。
14.根据权利要求13所述的机械装置，其特征在于，气体进入中间仓(TI)所通过的孔带有遥控阀门以防止当所述中间仓装满的时候气体从中间仓到进料斗(TA)的泄漏。
15.根据权利要求12或13所述的机械装置，其特征在于，所述的气体是高压干蒸气。
16.根据权利要求4所述的机械装置，其特征在于，气体离开螺杆的螺纹被送入第一个冷凝器(CV1)，目的是为了凝结通过压缩机(7)的包含在燃烧气体内的水蒸气。
17.根据权利要求15和16所述的机械装置，其特征在于，一部分水蒸气的凝结物离开冷凝器(CV2)之后被送入热交换机(7)，在那里被蒸发形成高压的干蒸气。
18.根据权利要求17所述的机械装置，其特征在于，所述的热交换由热量管束组成，连接着焚化反应器(RC)，来回收一部分发出的热量，并使用这种热量来蒸发水气。
19.根据权利要求18所述的机械装置，其特征在于，压缩机(7)位于热交换机的上游对水蒸气加压，在后端产生压力防止水蒸气逆流回冷凝器(CV1)。
20.根据权利要求3到19中任意一项所述的机械装置，其特征在于，之后冷却所使用的氮气，燃烧气体被运往ECT1和ECT2这些气体被冷凝然后被导入膨胀涡轮(TRGC)；被减压之后，气体从冷凝的水蒸气中分离出来。
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