CN1065156C - 废料热处理方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种废料热处理方法和系统,所述方法包括如下步骤:使所述废料热解而产生热解气体和含碳的热解固体(SC);使所述热解气体的一部分再循环而作为热解燃料;使至少一部分含碳的热解固体在一第一燃烧装置内燃烧,以产生热气体和含有污染物的固体;将所述热气体供应给一能量回收装置,以从热气体内回收能量;其中:当所述热解固体在第一燃烧装置内燃烧之前,对其进行含碳固体的净化处理而产生净化的含碳固体。
Description
本发明涉及废料热处理领域,该处理尤其包括废料的热解。
按照本发明,受处理的废料最好是固体的、混杂和无危险性的。
因此首位是生活垃圾,但也可是公众事业废料,象汽车碎渣、废旧轮胎、塑料废料、工业污泥或净化站污泥等等。
如接着将清晰地推出的介绍中,本发明可有利地处理大小很不同的废料,其流量也很不一样。
在废料热处理方面,已知有一些用于实现热解的装置,此外,这些装置的大部分可处理或者是热解气体,或者是来自热解的固体。
有关倾向于热解固体的处理装置的文件中,作为例子可举出德国专利DE 4308551或两者均以申请者名义提出的法国专利申请FR2679009和FR 2678850。
德国专利DE 4308551表明的特点是将固体渣的富碳细粒子部分气化,以便产生合成气体和熔化炉渣。
上面提到的两项法国专利申请特别是关于来自热解固体的清洗。
其他专利文件更加专门地显示气体或流体的热解处理,这类专利可举出法国专利申请的FR 2668774,或者还有专利文件EPA10302310。
按照法国专利申请FR 2668774,热解炉本身中可进行热气体的处理;这样得以直接重新利用高温的热解气体,而无需其它处理。按照该专利文件更特别的是高温的热解气体被用来直接或间接地加热废料。
专利文件EPA 10302310特别地显示一种燃烧流出物的甚高温度的燃烧。
从现有技术看来,可改进有关其产生的气体或固体废弃物方面的热解流程。有关环境方面,大部分工业国正在规划或已推行的愈来愈严的标准,实际上迫使操作者们使用污染愈来愈少的装置。NOx、MCI、HF、SO2、CO、飞灰和炉渣等特别受到愈来愈严格的标准所限。
然而上述现有技术只改善热解产品这一种或那一种,即或者是气体流出物,或者是固体产物。
此外在能源方面,能耗,尤其是总能量平衡,在现有技术中仍对其参量估计不足甚至疏忽。
本发明以纠治这些不足为目的。它显然可更好地提高废料的内涵能量。
此外,本发明可使实施工艺所需能量自身消耗减至最少。
为实现上述目的,本发明提供了一种废料热处理方法,包括如下步骤:
使所述废料热解而产生热解气体和含碳的热解固体(SC);
使所述热解气体的一部分再循环而作为热解燃料;
使至少一部分含碳的热解固体在一第一燃烧装置内燃烧,以产生热气体和含有污染物的固体;
将所述热气体供应给一能量回收装置,以从热气体内回收能量;
其中:当所述热解固体在第一燃烧装置内燃烧之前,对其进行含碳固体的净化处理而产生净化的含碳固体。
较佳的是,热解气体中的至少一部分可在一第一燃烧装置内作为燃料燃烧。
较佳的是,热解气体中的至少一部分可在一第二燃烧装置中作为燃料燃烧。
较佳的是,热解气体的至少一部分可在能量回收装置内作为燃料燃烧。
较佳的是,含碳固体的净化步骤包括:
所述固体的冷却;
矿物质的萃取和冲洗;
用于溶解氯盐的热清洗;
含碳固体与水之间的分离。
较佳的是,还包括一在净化步骤中的水的再循环后的处理。
较佳的是,还包括含碳固体的粉碎和/或铝箔的分离。
较佳的是,还包括如下步骤:根据能量平衡来控制气旋炉中燃烧的固体燃料数量和贮存的固体燃料数量。
较佳的是,来自能源回收装置的流出物均经过过滤,然后来自所述过滤器的粒子均被送入气旋炉中。
本发明还提供了一种废料热处理设备,包括:
一台热解炉,用以热解废料而产生热解气体和含碳的热解固体;
至少一个热解气体的燃烧装置,用以燃烧至少一部分热解固体而产生热气体和含有污染物的固体;
至少一个能量回收装置,用以回收热气体的能量;和
至少一个热解固料的后处理装置,用以净化所述含碳固体;
其中,所述热解固体后处理装置是这样设置的,即,在热解固体进入燃烧装置之前,对其进行含碳固体的净化处理。
较佳的是,热解气体燃烧装置包括所述的气旋炉。
较佳的是,热解气体的燃烧装置和能量回收均安排成这样:即燃烧由热解气体(GT2)供气和能量回收则由燃烧装置的流出物(F)供热,以及在某些运行条件下由来自气旋炉的热气体供热。
较佳的是,用于净化含碳固体的装置包括:
一冷却固体的第一槽;
一与所述槽相连的矿物质萃取装置;
一热清洗槽;及
一种用于将水从净化过的含碳固体中分离出来的过滤和(或)冲洗装置。
较佳的是,它还包括一过滤来自能量回收装置的烟尘的装置,所述过滤装置的出口与气旋炉的进口相连。
较佳的是,它还包括一安装在热解炉上流的一台如同干燥器那样的废料预处理装置。
本发明的其他特点、改进和优点将在以下的描述中更清楚地向读者显示,以图示的形式说明,附图仅供参考,无限制性,图中:
图1是按照本发明实施方式表示的一种装置的运行示意图;
图2是按照本发明另一种实施方式表示的运行示意图;及
图3是按照本发明表示的热解固体后处理总成的运行示意图。
根据图1,原样废料(DB)首先受到预处理,其复杂性取决于待处理废料的样式,且运用传统技术:粉碎、部分选分、去铁、干燥等等。该预处理步骤的目的是回收易于分离并增值的材料,使废料均质。鉴于该技术已在废料处理工业中长期以来投入使用,装置的这部分本身不构成革新的特点。该预处理不具有注定特性的优点。
继预处理之后,预处理过的废料(DP)通过装置2被注入外部或内部间接加热的旋转炉1,装置2可保证旋转炉与外界的密封性,因而阻止所有空气进入炉内。可实现该密封性能的装置2可以是一螺旋运输机,或者是由密闭包进行加料的设备。
只要不脱离本发明的范围,旋转炉可以是象法国专利申请EN。94/06660显示的那样,带有间接的内部加热炉。
预处理废料在炉1内的渐进过程中,为了达到气相(GT)和富含碳质的固体渣(SC)的形成,废料经受着热衰变。来自热分解的废料和气体在炉中以共流循环。该操作在温度介于200℃和800℃之间,最好是350℃和600℃之间进行。旋转炉包有双套3,双套装有作为燃烧嘴的燃烧装置(无参考号),可产生废料加热所需的热功率。
燃烧嘴可以以众所周知的方式,用热解气体的GTI部分或作为燃气的所有其他燃料或天然气来供气。
在象PVC那样的含氯塑料热分解时,热解反应状态可在含碳固体中保持几近总量的酸气,尤其是盐酸产生的酸气。这种酸性成分通过经常在废料中出现的碱性物而进行自动中和,特别是,通过还原空气,以及在热解过程中废料所经受的低温有利于自动中和。通过添加含钙或含钠吸收剂提高废料的碱性成分,改善了含碳固体捕集酸气的效率。以下所描述的含碳固体的净化特别可消除由酸气捕集所形成的氯盐。同样,低的处理温度和隔氧实现热解,重金属既不挥发也不氧化,因而在含碳固体(SC)中保持其浓度。
在旋转炉1的出口,含碳固体(SC)通过对于外界确保密封的装置4(转阀、截止阀闸门箱,或所有可实现该功能的其他相当的装置)而排出。含碳固体(SC)被送往净化装置6,净化装置的目的是分离惰性物质部分和消除在含碳固体中出现的溶解污染物,尤其是出现在含碳固体中的氯盐。含碳固体净化装置6的细节下面将结合图3详细描述。继净化处理之后,净化了的含碳固体(SCE)可送往由熔化灰分的气旋炉构成的燃烧装置5。
如上所述,一部分热解气体(GTI)可通过例如一些位于旋转炉1周围的双套3内的燃嘴中的燃烧用于加热旋转炉。热解气体的过剩部分(GT2)可被送往一个燃烧装置,例如熔化灰分的气旋炉5。
熔化灰分气旋炉5是一台适于燃烧含有大量低熔点灰分的固体燃料的炉子。其特点在于强涡流和灰分流的旋转,可得到燃料的长时间停留,良好的灰分抑制。运行的温度约1000~1500℃。在这些温度中,灰分在反应器之外熔化并以熔化状态流动。
这种类型的炉子与传统的燃烧装置相比有如下优点:由于粒子在炉中停留时间长,没有完全燃烧的粒子量就少,灰分由于玻璃化而是惰性的,由于装置的火焰密度大,其密集性也大;分步燃烧用空气的可能性使氧化氮的生成减至最少;即使燃料特性明显变化时,燃烧也稳定。
气旋炉5内部可优先地复盖一能承受约1500℃温度的耐火陶瓷材料复盖层。净化过的含碳固体(SCE)通过分布在气旋炉圆周上的一个或数个矩形或圆形的切向进口而被气动地喷入。也能在这些进口的一个或数个中补充地喷入燃烧空气和(或)喷入全部或部分过剩的热解气体GT2。为了进行燃烧角空气或象全部或部分过剩的热解气体GT2那样的气体燃料的附加注入,在第二个气旋炉圆周上可设置另外一些切向进口以便进行燃烧空气或气体燃料(例如全部或部分过剩的热解气体)的附加喷射。最后,为了提高燃烧效率,在气旋炉的上部出口可进行空气的补充注入。
熔化灰分的气旋炉中的燃烧优化方式是使气体污染物的生成减至最小。因而,在不同进口之间的燃烧空气分配是以保证净化过的含碳固体和热解气体的完全燃烧的方式进行的,使氧化氮和未完全燃烧物的生成减至最少。另一方面,为了便于在气旋炉中得到高温,可预热全部或部分燃烧空气。
熔化灰分气旋炉可有利地使在净化过的含碳固体中出现的污染元素,尤其是重金属固定不动,这是由净化过的含碳固体所含矿物质熔化时生成玻璃基体的捕集所致。净化过的含碳固体(SCE)和热解气体GT2剩气燃烧时所得温度,足以熔化这些矿物质。这样熔化的灰分(CF)流出炉子5外,落在水槽10内,在水槽中冷却。在其冷却时,灰分形成固体颗粒。这些颗粒对于浸析是惰性的,这样就可使他们在例如公共工程或道路用途中再循环和再利用。
来自气旋炉5中的净化过的含碳固体和一部分热解气体的混合燃烧的热烟气(F),随后热烟被送往一作为热交换器的能量回收装置11,一产生蒸汽或热水的锅炉,或一与可发电的汽轮机匹配的锅炉。然后这些烟气在装置12中除尘,该装置可以是一个布袋收尘器或一个静电除尘器,接着,热烟气借助抽烟器13和烟囟14,通过管道35被送入大气。分别来自能量回收装置11和除尘器12的灰分与净化的含碳固体混合,然后分别通过管道36和37送入气旋炉5。在气旋炉5中的灰分是玻璃状的,因此可使这些被尘埃吸收的污染物惰性化。
本发明的第二种实施方式示于图2。在已描述的实施方式与现将描述的实施方式之间的差别在于来自废料热解的气体和净化的含碳固体是在两套分开的装置中燃烧的。如本发明的第一种实施方式那样,一部分热解气体(GTI)用于通过例如位于旋转炉1周围的双套3中的燃嘴的燃烧以加热旋转炉。这里的剩余气体馏分(GT2)被送往装有一个气体燃嘴的标准燃烧室15。燃嘴和燃烧室的形状使热解气体燃烧时生成的氧化氮减至最少,由于在850℃的气体逗留时间至少为2秒,保证了所有有机成分分解。
与上述设计相同,净化的含碳固体(SCE)在熔化灰分的气旋炉5中燃烧,但热功率较低,它与来自能量回收装置11和烟雾除尘装置12的灰分混合燃烧。如前所述,净化的含碳固料燃烧时达到的温度足以使灰分熔化,因此将污染物截留在玻璃状基体内。从炉中出来的熔化了的灰分(CF)流入水槽10,在水槽中冷却并固化成惰性颗粒。如前所述,燃烧用空气是分步的,该空气的全部或部分也可用来预热,以便提高操作的热量平衡。
来自燃烧室15中的热解气体(GT2)燃烧的热烟(F)与来自气旋炉5中的净化的含碳固体(SCE)燃烧的热烟混合并送至一作为热交换器的能量回收装置11、一产生蒸汽或热水的锅炉,或一与能发电的汽轮机匹配的锅炉。然后这些烟气在装置12中加以过滤,并通过抽烟器13和烟囱14送至大气中。来自能量回收装置11和除尘器12的灰分和粉末与净化的含碳固体混合,然后送入气旋炉5中以使其玻璃化,因此使吸附在这些粉尘上的污染物彻底惰性化。
按照图2的本发明实施方式具有一种比按照图1的方式更灵活的运行方式。特别是当总能量消耗低的时候,根据这一实施方式停止气旋炉5是可能的。在这种情况下,净化的含碳固体(SCE)不被送往气旋炉5,而是贮存起来。相反,在能源需求强的季节(例如冬季),气旋炉5就如上所述地运行。于是贮存的燃料可用于在该季节中燃烧。
因此本发明的实施方式可使能源的供需之间得以很好地协调。
现将描述图3所示的含碳固体的净化装置6。
在旋转炉1的出口含碳固体(SC)通过密封装置4排出,依靠重力落入一充满环境温度水的搅拌槽16中,这样就能使固体冷却。混合物的搅拌是通过例如带有叶片17的轴的旋转而得以确保的,这样就使基本上由金属、矿物质或玻璃组成的最重粒子沉积在槽底,而富碳的较轻粒子仍保持悬浮。搅拌槽16的底部可浸埋有一根螺杆、一条输送带、一刮板或其他各种用于连续地提取沉积在槽底的矿物质的相当装置18。
因而第一搅拌槽16可冷却含碳固体,及分离含碳固体中所含矿物质的一部分。
接着,由提取装置18所萃取的惰性矿物质,通过在振动筛19顶上有喷水20的水冲洗装置,以便清除这些沉积在矿物质上的碳粒。由这些碳粒污染的冲洗水可被泵21送往第一澄清槽16。
矿物质冲洗操作当然可由不脱离本发明范围,用即将描述的其他方法来实现。
此外,在槽16中的悬浮的含碳固体-水混合物再由泵22抽取,然后将其送入含水的充分搅拌的第二清洗槽23中水温保持在40~95℃之间水温最好在75~85℃之间。由于与电阻或与所有其它相当装置连接的温度调节装置使水温保持其指定值,因而使在槽23中的水温保持恒定。含碳固体在槽23中逗留的时间介于15~120分之间。水/含碳固体质量比介于1~100之间,最好是介于5~15之间。该操作使在热解步骤期间基本上形成氮盐的溶解。重金属不被溶解,仍集中在含碳固体内。
在含碳固体送入搅拌槽23前,可在以液相操作的粉碎器25中粉碎,以便减小含碳粒子的平均颗粒度,加速清洗步骤。该步骤后面也可跟有一在定径筛上进行的分离步骤,以分离含碳固体(SC)内所含有的铝箔。当含碳固体来由生活垃圾热解所产生时,这一操作尤其必要。在含有铝箔的筛子上装有水的喷淋装置27,以便消除留在铝箔表面上的碳粒。这后一操作可回收铝箔,然后,铝箔可再循环并增值。
在清洗槽23的出口,含碳固料一水的悬浮液即由泵28抽取,然后送往过滤装置29,目的是除去含碳固体氯化物所带有的水,该操作可由一离心机、一真空带式过滤器或所有其他将水从含碳固体中分离出来的过滤装置加以进行。
在过滤装置29的出口处的净化干燥的含碳固体或只含少量水分的含碳固体均存放在料槽30中。来自过滤器已用过的水如有必要即送往水处理装置34,该装置可使氯盐沉淀,然后再注入第一澄清槽16中,由于有装置20和27,可持续实现新水的补加。
某些情况下,如上所述的清洗和澄清步骤可在同一槽内实现,槽16和23可同时担任上述清洗和澄清步骤,两槽的温度保持在40~95℃之间。因此以前用的装置就简化了。
在该净化操作后,具有富碳的燃料,清除了一部分污染元素,燃料可立即在熔化灰分的气旋炉内燃烧而产生能量,或者存起来作为以后的燃烧用。
从前述可得出的结构是,本发明由于产生净化过的固体燃料和气体燃料,以及它们的燃烧,可使废料内含有的能量增值。
此外,按照本发明,含碳固体净化装置6可消除一部分矿物质和回收如铝那样的增值材料。该装置还可提高所产生的燃料质量,降低其灰分和污染元素含量。最终提高其热值。
另外,按照本发明所用燃烧空气分步的熔化灰分气旋炉,可以燃烧净化过的含碳固体和(或)来自废料热解的气体的全部或一部分,这又不会在气体流出物或固体流出物燃烧过程中排出污染成分。
按照本发明的废料处理方法,可以避免污染物的扩散,因为几乎全部污染物均集中在含碳固体中。这些污染物的一部分随后通过含碳固体的净化处理而被除去,来自熔化灰化气旋炉中燃烧的惰性颗粒中的另一部分则固定不变。
本发明涉及废料处理的完整设备的实施,它消除来自热解气体的燃烧和含碳固体的烟雾中的污染物的放出,因此,投入使用的唯一的烟雾处理是简单的除尘。因此本发明可避免安装靠清洗的烟雾处理装置,这与象焚烧那样的传统技术处理相比,降低了废料处理的成本。
Claims (15)
1.一种废料热处理方法,包括如下步骤:
使所述废料热解而产生热解气体(GT)和含碳的热解固体(SC);
使所述热解气体的一部分(GT1)再循环而作为热解燃料;
使至少一部分含碳的热解固体在一第一燃烧装置(5)内燃烧,以产生热气体和含有污染物的固体;
将所述热气体供应给一能量回收装置(11),以从热气体内回收能量;
其特征在于:
当所述热解固体(SC)在第一燃烧装置(5)内燃烧之前,对其进行含碳固体的净化处理而产生净化的含碳固体(SCE)。
2.按照权利要求1的方法,其特征在于,热解气体(GT)中的至少一部分(GT2)可在一第一燃烧装置(5)内作为燃料燃烧。
3.按照权利要求1的方法,其特征在于,热解气体(GT)中的至少一部分(GT2)可在一第二燃烧装置(15)中作为燃料燃烧。
4.按照权利要求1的方法,其特征在于,热解气体(GT)的至少一部分可在能量回收装置(11)内作为燃料燃烧。
5.按照权利要求1的方法,其特征在于,含碳固体的净化步骤包括:
所述固体的冷却;
矿物质的萃取和冲洗;
用于溶解氯盐的热清洗;
含碳固体与水之间的分离。
6.按照权利要求5的方法,其特征在于,还包括一在净化步骤中的水的再循环后的处理。
7.按照权利要求5的方法,其特征在于,还包括含碳固体的粉碎和/或铝箔的分离。
8.按照权利要求1的方法,其特征在于,还包括如下步骤:根据能量平衡来控制气旋炉中燃烧的固体燃料数量和贮存的固体燃料数量。
9.按照权利要求1的方法,其特征在于,来自能源回收装置的流出物均经过过滤,然后来自所述过滤器的粒子均被送入气旋炉中。
10.废料热处理设备包括:
一台热解炉(1),用以热解废料而产生热解气体(GT)和含碳的热解固体(SC);
至少一个热解气体的燃烧装置(5;15),用以燃烧至少一部分热解固体而产生热气体和含有污染物的固体;
至少一个能量回收装置(11),用以回收热气体的能量;和
至少一个热解固料的后处理装置(6),用以净化所述含碳固体;
其特征在于:
所述热解固体后处理装置(6)是这样设置的,即,在热解固体进入燃烧装置之前,对其进行含碳固体的净化处理。
11.按照权利要求10的处设备,其特征在于,热解气体燃烧装置包括所述的气旋炉(5)。
12.按照权利要求10的设备,其特征在于,热解气体的燃烧装置(15)和能量回收装置(6)均安排成这样:即燃烧装置(15)由热解气体(GT2)供气和能量回收装置(11)则由燃烧装置(15)的流出物(F)供热,以及在某些运行条件下由来自气旋炉(5)的热气体供热。
13.按照权利要求10的设备,其特征在于,用于净化含碳固体的装置包括:
一冷却固体的第一槽(16);
一与所述槽(16)相连的矿物质萃取装置(18);
一热清洗槽(21);及
一种用于将水从净化过的含碳固体中分离出来的过滤和(或)冲洗装置(27)。
14.按照权利要求10的设备,其特征在于,它还包括一过滤来自能量回收装置(11)的烟尘的装置(12),所述过滤装置的出口(37)与气旋炉(5)的进口相连。
15.按照权利要求10的设备,其特征在于,它还包括一种安装在热解炉上流的一台如同干燥器那样的废料预处理装置(0)。
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