CN103547862B - 关于废物处理的改进 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于处理材料(29)的设备，所述材料例如为有机涂层废料和有机材料，包括生物材料、工业废料、城市固体废物和污泥。所述设备包括具有可旋转部分的炉，该可旋转部分包括适于容纳材料以进行处理的处理腔。多个气体入口设置在所述处理腔的至少一个壁中，热气体通过所述入口被引入到处理腔中以加热所述处理腔内的材料，从而使所述材料的有机成分进行热解或气化。至少一个减速装置(26)位于所述处理腔中，以当所述炉旋转时使所述炉内的废料的移动减速。

Description

关于废物处理的改进

技术领域

本发明涉及具有有机成分的材料的处理的改进。具体地，涉及在旋转炉中处理这种材料的方法的改进。

背景技术

使用大型旋转炉处理废物在现有技术中是已知的。用于该用途的旋转炉的例子例如可以在PCT公开WO2004/059229中找到。该文件公开了一种用于处理废物的旋转炉，所述旋转炉具有多个喷嘴以消除进入其处理腔的加热气体。尽管在该现有技术文件中只示出了单排入口，但实际中可以设置覆盖处理腔的侧部或处理腔的至少一个侧部的入口阵列。

随着旋转炉旋转，旋转炉内的废料将落入在入口上，从而暂时会阻塞所述入口并减少通过入口的气流。实际上，在操作这种系统时，随着旋转炉被旋转，材料在处理腔中移动，所述材料往往基本上作为单个块体运动从旋转炉的一侧移动到另一侧，即，一旦待处理的材料与该材料所停留的表面之间的静摩擦被向上并达到特定度数的角度克服，则整个材料块将沿着旋转炉的所述一侧滑动并随后基本停止，直到旋转炉进一步旋转，使得材料再次克服其静摩擦为止。与圆形或管形炉不同，在具有至少一个平坦侧部的处理腔尤其如此。在圆形或管形炉中，能够获得材料的恒定翻滚，而在具有平坦侧部的炉中，会发生上述材料块的块体运动。在废料的高速处理过程中，这是不利的，这是因为材料聚集在一起，只有材料的顶部和底部表面暴露于高温的气体并且因此被加热以发生反应并释放气体。

材料以这种方式的块体运动的另一个问题在于，由于材料通常非常密集，因此材料往往会阻塞从它所停留的位置处的喷嘴中流出的气流。这导致更多的气流从不与待处理材料直接接触的喷嘴进入处理腔。这也是不利的，这是因为最快地将热量从热气体传递给正被处理的材料的方式就是将热的排出气体直接喷射到材料中。

诸如现有技术中得到的现有的旋转炉的另一问题是当气体出口阵列绕旋转炉的不同侧设置时并且如上文所述，将热量传递给材料的最快的方式是将气体直接喷射到所述材料中，当材料位于处理腔的下侧时，由于重力，只有一小部分的入口喷嘴能够将热气体直接喷射到被处理材料中。也就是说，如果如上所述，来自这些喷嘴的气体并未被停留在所述喷嘴上方的材料块阻挡。

如现有技术中所述，处理腔可以是具有双层壁的腔，热气体在腔的内壁和外壁之间穿过以加热内壁。当正在被处理的材料接触该内壁时，则热量从在两个壁之间循环的排气通过材料与热内壁的接触而被传递到材料中。此外，如上所述，由于炉内的材料往往会进行块体运动，因此在任一时刻，只有一小部分内壁与废料接触，从而降低了到已移动的材料的热传递效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于处理废物的改进的设备和方法，其能够至少部分地减轻一些前述问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于处理材料的设备，所述材料例如为有机涂层废料和有机材料，包括生物材料、工业废料、城市固体废物和污泥，所述设备包括:具有可旋转部分的炉，所述可旋转部分包括适于容纳材料以进行处理的处理腔;多个气体入口，所述多个气体入口位于所述处理腔的至少一个壁中，热气体通过所述入口被引入到处理腔中以加热所述处理腔内的材料，从而以使所述材料的有机成分进行热解或气化;和至少一个减速装置，所述至少一个减速装置位于所述处理腔中，以当所述炉旋转时使所述炉内的废料的移动减速。

优选地，所述炉具有至少一个大致平坦侧部，并且所述减速装置设置在所述炉的平坦侧部上。

导致处理腔内的有机材料分解的精确反应将取决于处理腔条件。如果在处理腔内没有氧气或存在基本为零的氧气，则反应将主要是热解反应。当存在一些氧气时，将会是包括一些氧化过程的气化反应。在任一种反应中，将产生如现有技术中描述的可利用的气体。

减速装置用于在炉旋转时使废料的运动减速，在没有本发明的减速装置的情况下，具有大致平坦侧部的炉将旋转直到该炉内的废料上的重力克服限制材料移动的静摩擦力的某个点。一旦静摩擦力被克服，则在没有减速装置的情况下，材料将基本上作为一个实心块从其当前位置移动到基本上处于腔的最低点的新位置，从而滑动经过所述大致平坦表面。减速装置在炉旋转时使废料的移动减速，从而所述废料不会具有类似于作为一个单个块从腔内的一个位置到另一个位置的突然移动，而是更加逐步地移动。这种更加逐步的移动延长了废料经过处理腔的侧部时与处理腔的侧部接触的时间周期，并且增加了被处理的材料的表面面积。通过增加被处理的材料的表面面积，可以在热气体和材料之间执行更多的热交换。

在优选的实施例中，所述减速装置可以在所述减速装置突入到处理腔中的活动位置与减速装置少量地突入到处理腔中的非活动位置之间移动。在减速装置的非活动位置，减速装置基本上与处理腔的壁齐平。

该设备优选地具有绕其表面分布的减速装置的阵列。减速装置可在其活动位置和非活动位置之间移动，以当腔旋转时使处理腔内的材料的移动以不同的量减速。例如，通过以连锁反应的方式启动减速装置，所述减速装置可以缓慢地从当前位置释放、沿腔壁滑动到位于腔的最低点处的新位置。通过允许材料的逐步移动，可以实现对材料的最大热交换。

在一个优选的实施例中，减速装置由弹簧钢制成，并且当减速装置从其活动位置移动到其非活动位置时，减速装置弹性地变形。减速装置可延伸穿过处理强的壁并且可进一步包括位于处理腔外部以用于致动所述减速装置的致动器装置。这可以使致动器保持在较低的环境温度下同时仍然能够使减速装置从活动位置移动到非活动位置。致动器装置可以例如是磁驱动致动器。在一个优选的实施例中，减速装置可以包括穿过所述减速装置以使热气体能够通过减速装置被引入到所述处理腔中的流动路径。通过这种方式，当减速装置从腔的壁延伸时，减速装置中留下的气体可以被直接沉积到正在被处理的材料中，而不是像现有技术系统那样，只允许热量被输入到正在被处理的废料块的表面。

处理腔可优选地具有沿所述处理腔的至少一个侧部延伸的双层壁，所述双层壁包括内壁和外壁，并且其中所述减速装置延伸穿过所述内壁和外壁两者。通过这种方式，热气体可在内壁和外壁之间流动，从而加热处理腔的表面。此外，热气体可穿过入口进入处理腔的内部和/或可替换地加热气体可穿过减速装置中的流动路径，以沉积到处理腔内的材料中。在一个优选的实施例中，每个减速装置都包括绕公共中心轴线以径向阵列布置的多个反向钩，其中钩的端部以公共中心轴线为基础。通过这种方式，减速装置可类似于棕榈树或雨伞框架。减速装置，具体地反向钩中的每一个都可包括中空管，热气体可穿过该管进入处理腔，且优选地，反向钩的端部被弯曲，使得从所述端部离开的热气体远离处理腔的表面被引导。通过这种方式，从钩状减速装置的端部离开的气体将被向上引导到处理腔内的废料块中。在优选实施例中，减速装置可以旋转。

在一个实施例中，减速装置包括轴和减速装置头部。所述轴可枢转地连接到所述减速装置头部。通过这种方式，当减速装置处于其活动位置时，当炉整体旋转时，减速装置的头部可在重力的影响下转动。根据本发明的第二方面，提供了一种用于处理材料的方法，所述材料例如为有机涂层废料和有机材料，包括生物材料、工业废料、城市固体废物和污泥，所述方法包括以下步骤:将待处理的材料放入具有可旋转部分的炉中，所述可旋转部分包括处理腔;通过经由处理腔的至少一个壁中的气体入口将热气体引入到处理腔中来加热处理腔中的材料;旋转所述炉，以使所述炉中的材料翻滚;以及通过在废料的移动路径中设置减速装置来使处理腔中的材料的移动减速。

如上所述，通过以这种方式使处理腔中的废料的移动减速，废料的更大的表面面积/体积比暴露于热气体和废料处理腔的被加热侧壁。

优选地，所述方法还以下步骤:通过使减速装置从所述减速装置突入到处理腔中的活动位置移动到所述减速装置少量地突入到处理腔中的非活动位置来搅动所述处理腔中的材料。优选地，所述减速装置在其活动位置和非活动位置之间重复移动。正在被处理的材料的搅动将所述材料从其所位于的表面上升高，并且通过搅动所述材料，提供从中穿过的持续气体路径，使得从废料所位于的处理腔的侧壁中的出口离开的气体可以从所述出口遗漏并流入并穿过被搅动的废料中，通过以这种方式搅动废料，即使是在处理腔中处理相对大量的材料并且这些材料位于所述出口的顶部上的情况下，也能够保持穿过气体出口的恒定的气流。

优选地，热气体还可以穿过减速装置中的流动路径，从而将热气体直接地引导到正在被处理的材料的中心。

该方法还可包括以下步骤:旋转一个或多个减速装置。热气体直接引入正在被处理的废料的中心以及当炉旋转时废料的移动被减速使得到正在被处理的材料的更快的热传递。

该方法还包括以下步骤:当减速装置中的至少一些被正在处理的材料覆盖时，将减速装置中的所述至少一些移动到其非活动位置并保持在所述非活动位置。在带有诸如反向钩类型的减速装置的情况下，这是尤其有利的。由于当减速装置被正在被处理的材料覆盖时从其活动位置移动到其非活动位置，当炉旋转时，正在被处理的材料一些材料将被捕获在减速装置下方并保持在炉的热表面上的适当位置。由于一些材料被保持在炉的热表面上而不会在重力作用下从所述表面掉落，因此这再次有助于对材料进行更快的热传递。

附图说明

本发明的具体实施例将参照附图以举例的方式加以描述，其中:

图1示出了本发明的旋转炉;

图2示出了本发明的旋转炉的局部剖开腔;

图3示出了本发明的处理腔中的减速装置的细节的等距视图;

图4和5示出了减速装置在其活动和其非活动位置之间的运动;

图6示出了本发明的另一个实施例;以及

图7和8示出了在旋转炉中正在被处理的材料的运动的示意图，其中分别示出了在设有和没有设有减速装置情况下所述材料的运动。

具体实施方式

参见图1，示出了旋转炉。炉10包括处理腔12和连接到处理腔并允许废物添加到炉中和从炉中移除的加料箱14。该炉工作的基本原理可在现有技术文件WO2004/059229中获得。待处理的废料被装载到加料箱中，所述加料箱随后连接到旋转炉。当炉内的材料被加热时，所述炉旋转以使材料分解。材料可以在零或大致零百分比的氧气环境下被加热，使得所述材料在炉中热解以产生气体。

尽管现有技术被描述为具有用于燃烧正在产生的气体的一体式后燃烧器，但要认识的是该后燃烧器可以与炉分离并通过管道连接到炉。本领域技术人员将要认识的是后燃烧器可以用于使在腔中产生的气体燃烧以产生例如可用于驱动锅炉的热量。可替换地，后燃烧器可以设有燃料源和燃烧所述燃料的氧气源，使得在后燃烧器附近源自于处理腔的气体被加热至高温以破坏其中的任何物质但实际上并没有被燃烧。通过这种方式，可以产生清洁燃料气体，该燃料气体例如可以在燃气涡轮机中燃烧。对本领域技术人员来说显而易见的是根据正在被处理的具体材料对处理参数进行各种修改以实现稍微的不同的结果。

参见图2，其示出了通过炉的处理腔的局部剖视图。处理腔具有包括外壁20和内壁22的双壁构造。处理腔具有开口端24，材料可通过该开口端从加料箱(见图1)进入处理腔。多个减速装置26从位于处理腔外侧的致动器28处伸出，穿过外壁20和内壁22之间的空间25并突入到处理腔中。为清楚起见，尽管只有三个这种减速装置26被示出，但实际上可以使用大量的减速装置。具体地，减速装置的XY阵列和多个减速装置可以设置在处理腔的多于一个的侧部上。当处理腔旋转时，减速装置26减缓正在被处理的材料29的运动，从而增加所述材料对于热量的暴露。

参见图3，其更详细地示出了加速装置。每个减速装置包括绕公共中心轴线以圆形阵列定位的多个反向钩形元件30。中心轴线形成穿过内壁22的轴32，从而磁性地排斥位于轴32的端部处的板34，而板34则进而由位于处理腔外侧的致动器28致动。致动器28优选地为磁式致动器，使得在被通电时，至少部分地由多孔材料制成的减速装置的轴32将被拉下进入致动器中，从而使减速装置从其活动位置26a移动到其非活动位置26b，如图3中所示。内壁22具有允许减速装置的轴32从中穿过并当减速装置在活动位置和非活动位置之间行进时宽松地引导所述轴的间隙保持孔。内壁中的孔不必是气密的，因为即使少量的气体通过这些孔泄漏也是没问题的。内壁22具有多个气体入口36，所述气体入口允许在外壁20和内壁22之间穿过的热气体通过该气体入口而进入处理腔中以与所述处理腔中的材料直接接触。热气体在外壁20和内壁22之间的间隙中的穿行加热内壁22，使得与内壁接触的待处理的任何材料通过内壁22的导热而被加热。

致动器28还可以被构造成使减速装置26旋转以搅动炉中的材料。

减速装置26的反向钩可以由任意适当的材料制造而成，所述材料耐热并具有必要的弹性，以当致动器28被启动并且减速装置的轴被拉入致动器并且减速装置的反向钩被拉平抵靠在处理腔的内壁时在减速装置26在活动位置26a和非活动位置26b之间运动时允许所述材料偏转。减速装置可以通过两种方式之中的一种从其非活动位置移动到其活动位置。致动器28可以是推拉式致动器并且能够使减速装置从其非活动位置26b直接移动到其活动位置26a，或者可替换地，减速装置的反向钩的弹性可利用其自然的弹性力返回到其自然的位置从而将减速装置移动到其活动位置。

图4和5示出了减速装置的可替换的结构，其中减速装置的轴38没有延伸通过处理腔的外壁中的密封件。在图4和5所示的例子中，轴38终止于位于外壁20和内壁22之间的空间内的板40。在这种结构中，致动器28为强电磁体并且板40和/或轴38是含铁的。电磁体28的启动沿箭头A的方向拉板40，从而将减速装置26移动到其非活动位置。当电磁铁28被去激励时，减速装置26的自然弹性使其沿箭头b的方向移动到其活动位置。减速装置的反向钩30可包括中空管，并且减速装置26可具有位于在外壁20和内壁22之间延伸的轴38上的气体入口42。在两个壁之间流动的气体能够因此进入轴38，穿过减速装置26的反向钩并从反向钩的端部离开进入处理腔。

从附图中可以看出，减速装置的反向钩30的端部向上弯曲，从而所述反向钩的端部背离处理腔的内壁22，从而确保气体能够流入位于减速装置顶部上的材料中而不会进入到内壁22中。

现在参见图6，其示出了一个实施例，其中减速装置26具有铰接接头44，当减速装置处于其活动位置时，铰链接头44位于处理腔中，当减速装置处于非活动位置时，铰链接头44位于内壁22和外壁20之间的空间25中。通过这种方式，当减速装置26被升高到其活动位置时，减速装置26的末端在其铰链44处弯曲并且多个钩形元件本身暴露给在腔内移动的材料的更大的表面面积，从而增加了所述材料的移动的减速效果。电磁体28的激活在板40上产生一力并且将致动器移动到其非活动位置。当铰链44穿过内壁22时，所述铰链将减速装置26重新定向到其初始位置。通过铰接减速装置，所述减速装置的反向钩可以在翻转时捕获一些材料，这有助于保持材料与腔壁的最大表面面积接触。

在一种操作模式中，当减速装置被已处理的材料覆盖时，所述减速装置可以在活动和非活动位置之间移动，以搅动正在被处理的材料。

在使用中，当炉旋转时，减速装置可以在其活动和非活动位置之间移动。将会认识到，减速装置的次序可根据被处理的具体材料而变化。然而，其目的是相同的，都是用于最大化废料相对于进入的热气体和被在处理腔内壁外流动的气体加热的处理腔的侧面的暴露。

参见图7，通常，当现有技术的炉旋转时，所述炉内部的材料往往会作为一个整体随炉旋转，即，当炉旋转时，材料由于该材料与腔侧壁之间的静摩擦而最初不移动。一旦旋转到达一定水平，静摩擦被克服，并且动摩擦小于静摩擦，因此材料将作为一个整体从由虚线所示的第一位置跨过腔的表面移动至由实线所示的第二位置(如箭头所示)。通过以这种方式移动，材料块29与腔的壁之间具有小的接触面积，并且大面积的已被加热的腔壁46不与处于任一位置的材料接触。这增加了对材料加热所需的时间并且因而增加了其处理时间。

参见图8，通过使用本发明，当材料上的重力足以克服静摩擦时，所述材料开始移动经过腔的表面。然而，处于其活动伸出位置的减速装置26在正在移动的材料的表面上起用作以减慢该运动，并随着材料的运动而使其分离，从而使得所述材料不会作为一个整体移动。这具有两个效果。首先，材料的表面面积/体积比增加，其次，大量表面面积与处理腔的加热壁接触。

当材料在处理腔的表面上分散时，减速装置可以缩回到其非活动位置。通过这种方式缩回减速装置将在减速装置和腔壁之间捕获一定量的被处理材料，从而防止所有材料都落入旋转腔的最低点。当腔持续旋转时，该材料29a将被保持在腔壁上，并且由于腔壁被加热，因此即使是在大部分材料已经接触的腔的侧面上，也将持续地具有大的表面面积可以从腔壁吸收热量。

一些被处理的材料可能非常密集并且其质量可能足以阻塞或部分地阻塞从喷嘴进入处理腔的热气流。在这种情况下，减速装置可以在其活动和非互动位置之间移动。以这种方式移动所述减速装置将移动覆盖喷嘴的材料并使热气体能够从喷嘴更好地穿透进入材料。如上文所述，减速装置本身也可以具有热气体通道，以当减速装置运动时将热气体分散到材料中。

Claims (22)

1.一种用于处理材料的设备，所述材料例如为有机涂层废料和有机材料，包括生物材料、工业废料、城市固体废物和污泥，所述设备包括：

具有可旋转部分的炉，所述可旋转部分包括适于容纳材料以进行处理的处理腔；

多个气体入口，所述多个气体入口位于所述处理腔的至少一个壁中，热气体通过所述入口被引入到处理腔中以加热所述处理腔内的材料，从而使所述材料的有机成分进行热解或气化；和

至少一个减速装置，所述至少一个减速装置位于所述处理腔中，以当所述炉旋转时使所述炉内的废料的移动减速，所述减速装置包括绕公共中心轴线以径向阵列布置的多个反向钩，且所述反向钩的端部与所述公共中心轴线间隔开。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述炉具有至少一个大致平坦侧部，并且所述减速装置设置在所述炉的平坦侧部上。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述减速装置能够在所述减速装置以第一距离突入到处理腔中的活动位置与所述减速装置以第二距离突入到处理腔中的非活动位置之间移动，所述第一距离大于所述第二距离。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，在所述非活动位置，所述减速装置基本上与处理腔的壁齐平。

5.根据权利要求3所述的设备，其中，减速装置由弹簧钢制成，并且其中当减速装置从其活动位置移动到其非活动位置时，减速装置弹性变形。

6.根据权利要求3所述的设备，其中，减速装置延伸穿过处理腔的壁，并进一步包括位于处理腔外部以用于致动所述减速装置的致动器装置。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，处理腔具有沿所述处理腔的至少一个侧部延伸的双层壁，所述双层壁包括内壁和外壁，并且其中所述减速装置延伸穿过所述内壁和外壁两者。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，减速装置还包括穿过所述减速装置的流动路径，并且热气体通过所述减速装置中的所述流动路径被引入到所述处理腔中。

9.根据权利要求7所述的设备，其中，减速装置还包括穿过所述减速装置的流动路径，并且热气体通过所述减速装置中的所述流动路径被引入到所述处理腔中，所述流动路径具有至少一个流动路径入口和至少一个出口，所述至少一个流动路径入口位于所述流动路径的在所述内壁和外壁之间延伸的一部分中，所述至少一个出口位于所述流动路径的延伸到所述处理腔中的一部分中。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，每个减速装置都包括至少一个中空管，热气体能够通过所述至少一个中空管进入到处理腔中。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，每个反向钩都包括中空管，热气体能够通过所述中空管进入到处理腔中。

12.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，减速装置能够旋转。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，反向钩的端部在朝向处理腔的方向上弯曲，使得在使用中从所述反向钩离开的热气体远离处理腔表面被引导。

14.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，减速装置包括轴和减速装置头部，并且其中所述轴能够枢转地连接到所述减速装置头部。

15.一种用于处理材料的方法，所述材料例如为有机涂层废料和有机材料，包括生物材料、工业废料、城市固体废物和污泥，所述方法包括以下步骤：

将待处理的材料放入具有可旋转部分的炉中，所述可旋转部分包括处理腔；

通过经由处理腔的至少一个壁中的气体入口将热气体引入到处理腔中来加热处理腔中的材料；

旋转所述炉，以使所述炉中的材料翻滚；以及

通过在废料的移动路径中设置减速装置来使处理腔中的材料的移动减速，所述减速装置包括绕公共中心轴线以径向阵列布置的多个反向钩，且所述反向钩的端部与所述公共中心轴线间隔开。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：

通过使减速装置从所述减速装置突入到处理腔中的活动位置移动到所述减速装置少量地突入到处理腔中的非活动位置来搅动所述处理腔中的所述材料。

17.根据权利要求16所述的方法，包括以下步骤：

使减速装置在所述活动位置和所述非活动位置之间重复地移动。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

通过使热气体穿过减速装置中的流动路径而将热气体引入到处理腔中。

19.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

通过使减速装置旋转来搅动处理腔中的所述材料。

20.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

当减速装置中的至少一些被正在处理的材料覆盖时，使减速装置中的所述至少一些移动到其非活动位置并保持在所述非活动位置，以将所述材料中的至少一些捕获在处理腔的壁上。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括以下步骤：

当减速装置中的所述至少一些保持在其非活动位置时，持续旋转所述炉，以当炉旋转时将捕获的所述材料保持在处理腔的所述壁附近。

22.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：

当处理腔旋转时，选择性地使处理腔中的材料的移动减速，以在处理腔壁和材料之间提供更大的接触面积。