CN1076043C - 对废料进行热处理的装置及这类装置的运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种对废料进行加热处理的装置具有一热解反应器(8)，该热解反应器(8)具有一用于间接加热废物(A)的第一加热设备(20)和一用于对热解反应(8)内的废物(A)进行直接加热的第二加热设备(22、22a)，该热解反应器(8)将废物(A)转换成低温干馏气(S)和固态热解剩余物(r)。必要时可将这两种物质(s、r)经过一处理装置(34)输送到一高温反应器(32)中燃烧。按本发明是这样设置的，第一加热设备(20)用于对在热解反应器(8)内的废物(A)进行主要加热。为此，可采用一特殊的载能体(b)或由高温反应器(32)的废气所携带的废热。借助于通过将空气引入热解反应器(8)的内腔中的第二加热设备(22、22a)可实现符合需求的辅助加热。

Description

对废料进行热处理的装置及这类装置的运行方法
本发明涉及一种带有热解反应器和高温反应器的对废料进行热处理的装置的运行方法，上述热解反应器具有在其内部对废料进行间接加热的第一加热设备，和在其内部通过提供空气对废料进行直接加热的第二加热设备，该热解反应器将废料转换成低温干馏气和固态的热解剩余物，上述高温反应器用于至少使热解剩余物在其中燃烧。此外本发明还涉及一种对废料进行热处理的装置。本发明尤其运用于采用低温干馏燃烧方式对废料进行处理的领域。
在废料清除领域，所谓的低温干馏燃烧方法已为公众所知。例如在EP-A-0302310及DE-A-3830153中对该方法及一种按此方法对废料进行加热处理的装置已作了介绍。这种按低温干馏燃烧方法进行对废料进行加热处理的装置主要包括一台热解反应器和一个高温燃烧室。上述热解反应器将通过一废料输送设备输入的废料转换成低温干馏气和热解剩余物。然后将低温干馏气及经适当后处理的热解剩余物输送到高温燃烧室的燃烧器处。此处产生的熔融状炉渣经出口排出后通过冷却成玻璃状物。产生的废气通过一废气管输送到作为出气口的烟囱处。在该废气管道中特别装设有一废热蒸汽发生器、一灰尘滤清器和废气净化设备。此外，该废气管道中还有一抽吸风机，用于在热解反应筒内保持一负压(尽管不太低)。通过该负压可阻止低温干馏气通过热解反应筒的密封环部件排放到外界。
已经表明，在运行时进入高温燃烧室的低温干馏气和热解剩余物不成恒定的比例关系。根据输送到热解反应器中的废料成份，低温干馏气的湿度和热值以及热解剩余物的热值都会波动。这意味着，在燃烧室内能量的供给也会波动。同时热解反应器中的能量需求也在变化。换句话讲：在燃烧室内热量的供给和在热解反应器中的能量需求取决于废料的种类的和性质。例如湿度较低的高热值废料可使燃烧室内产生的能量提高，并使热解反应器中用于低温干馏废料所需的能量需求降低。另一方面，湿度高的低热值废料使燃烧室内产生的能量减少，而使热解反应器中的能量需求增大。
实践经验告诉我们，应在热解反应器和燃烧室内采用或保持非常恒定的运行参数。尤其重要的是，尽管废料的组成成份有变化，但应一直致力于给热解反应器中的废料提供用于低温干馏(热解)的充足热量。
在DE-A-38 15 187号专利文献中对一种对废料进行加热处理的装置作了介绍，其中热解反应器中的废料通过沿其纵向延伸的、有加热气流过的加热管被间接加热。上述加热气是空气；其在设置在高温反应器中的热交换器里受热并在循环中借助鼓风机通过所述加热管送入。在该热循环中，还有一热交换器用于控制不需要的热量的输出耦合。采用这种方法，热解反应器通过加热气得到了与实际需求相应的热量供应，与此同时在高温反应器的再燃烧室内的温度条件通过一调整回路得以保持恒定。事实证明，所提到的与高温反应器相连接的热交换器较昂贵和花费较大，因为按要求必须将该热交换器设计成适用于相当高的温度，例如520～800℃。故而，热解反应器(低温干馏筒)的廉价加热结构具有很强的竞争力。
EP-A-0 360 052号专利文献的图3公开了一种按本文开头部分所述类型的方法和装置。根据该文献，热解反应器装备有一用于间接加热废料的第一加热设备和用于直接加热废料的第二加热设备。用于间接加热的第一加热设备又包括一些用于载热介质、例如用于热机油、热水、饱和蒸汽或一种蒸汽-水的混合物的来回流动的平行加热管。上述载热流体介质在循环回路中流经一热交换器系统，第一加热设备仅设置在热解反应器内腔的废料输入口部分。用于直接加热废料的第二加热设备包括一调节供给低温干馏腔空气的空气供给部件。该第二加热设备设置在热解反应器内腔的废料输入和/或输出区内。反向的火焰在热解反应器运行时，位于废料输出部分。为了翻转输入废料，借助一驱动马达，上述热解反应器(低温干馏筒)可绕其中央轴旋转。该热解反应器在与氧隔离的状态下，即减少大气的情况下，在300～600℃的温度下工作、运行、并且除产生水蒸汽和液态低温干馏气之外，还产生固态热解剩余物。在该文本中还用图2示出了一种实施形式，其中通过部分燃烧在热解反应器中生成的低温干馏气来保证进行直接加热。被预热的或较冷的空气流经固定设置的不同长度的管而输入，这些管在其一端分别设有许多起燃烧器作用的孔或喷嘴。在与上述管相通的空气输入导管内设有可操纵的阀门，通过该阀门，可调节或控制流到孔(喷嘴)处的空气输入量。通过带孔眼的固定不动的管输入空气并借助阀门对其进行控制，可在低温干馏区域内部按区域计量配料。借此可以分别按需要对空气输入量进行控制。这样用于低温干馏废料的输入能量也可按需要即符合废料组成成份地在各低温干馏区内受到控制。因为在孔眼(喷嘴)区域产生的反向火焰用于直接对位于其下方的废料进行加热，在图2和图3所示的两种实施形式中，实际上由有关的加热设备提供全部用于低温干馏所需的热量。这是相当繁琐而麻烦的。
本发明的目的在于提供一种本文开头部分所述类型的方法和装置，其中在热解反应器中可十分廉价且方便地对废料加热。
本发明考虑的基础是将加热分成可完成大部分加热任务的主要加热和完成少部分加热任务的辅助加热。
本发明有关方法方面的目的是通过这样一种对废料进行热处理的方法来实现的，其中废料在一个热解反应器中既被间接加热又被直接加热，为直接加热供入空气，废料被转换成低温干馏气和固态热解剩余物，该低温干馏气和/或经处理过后的热解剩余物在一个高温反应器中被燃烧，在热解反应器的整个长度范围内对废料进行完成大部分加热任务的主要加热，通过将空气输入热解反应器的内腔，利用直接加热在热解反应器的整个长度范围内对废料进行符合需求的受调节控制的完成少部分加热任务的辅助加热。
在已提到过的现有技术EP-A-0 360 052号专利文献中，没有这样划分成主要加热和辅助加热。而是与之相反地完全按规定为废料输入区段设置第一加热设备，为废料排出区段设置第二加热设备。对此，按本发明在热解反应器的横截面上通常也在其总长上提供主要加热和符合需求的辅助加热。
最好对流入热解反应器的内腔中的空气进行控制，使得低温干馏气的温度尽可能地保持恒定不变。
原则上可将空气输送到废料输入区段及废料输出区段或输送到该两个区段内。
或者将冷空气或者将预热后的空气输送到热解反应器的废料输出区段是有利的。这样可实现快速调节。原则上人们也可以如提及那样出于部分燃烧低温干馏气和/或低温干馏剩余物的目的将冷的或预热后的空气输送到反应腔内干馏筒冷端的废料输入区段内。
为对废料进行主要加热，可使用热能，该热能a)可借助载能体单独产生和/或b)从高温反应器的废热中而获得。
本发明有关装置方面的目的是通过一种实施上述方法并带有一高温反应器和一热解反应器对废料进行加热处理的装置来实现的，该热解反应器具有对在其内部的废料进行间接加热的第一加热设备，以及一个通过引入空气对在热解反应器内部的废料进行直接加热的第二加热设备，该热解反应器可将废料转化成低温干馏气和固态热解剩余物，上述低温干馏气和/或热解剩余物可在上述高温反应器中燃烧，用于对废料进行完成大部分加热任务的主要加热的第一加热设备在热解反应器的整个长度范围内延伸，第二加热设备设置在热解反应器的整个长度范围并且具有一根为了对废料进行符合需求的受控制的完成少部分加热任务的辅助加热的空气的导入管，该导入管终止于热解反应器中。
从属权利要求的特征反映了优选的其它结构。
下面结合三张附图对本发明的实施例作进一步说明，图中同样的构件用同样的标号代表，附图中：
图1所示为一种对废料进行加热处理的装置，其中该第一加热设备包括在热循环回路中连续的加热管和一分开的燃烧器；
图2所示为一种对废料进行加热处理的装置，其中该第一加热设备也包括在热循环回路中连续的加热管和一加热气发生器；
图3所示为一种对废料进行加热处理的装置，其中该第一加热设备同样包括在热循环回路中连续的加热管和一由废热蒸汽发生器供应的蒸汽空气预热器。
如图1所示，固态废料A通过一输入或加料设备2及一个由马达6驱动的填料螺旋输送机(Stopfschnecke)4被送入热解反应器8中。热解反应器8在本实施例中被制成为热解或低温干馏筒并可绕其纵轴(通过未示出的传动手段)旋转。该热解反应器8具有许多相互平行设置的在两筒底板12、14间沿其纵向延伸的加热管10。该带有内管的热解反应器8具有位于其一端的用于加热气h的进气箱16和位于另一端的排气箱18。加热气h的进口温度用TE表示，其出口温度用TA表示。组件10至18作为第一加热设备20的组成部分，该第一加热设备用于对热解反应器8内腔中的废料A进行间接加热，此外还设有一第二加热设备22和/或22a，其通过向内腔中吹入空气l′来直接加热废料A。该热解反应器8在一可调节的温度范围300～600℃内工作。此外它还在与氧隔离的状态下运行，并除了产生低温干馏气S以外，还生成大量的固态热解剩余物r。
热解反应器8在其排出或排渣侧与一排渣设备24相连接，该排渣设备设有一用于排出低温干馏气S的低温干馏气排出接管26和一用于排出固态热解剩余物r的热解剩余物排渣口28。
一根与低温干馏气排出接管26相连接的低温干馏气导管29与高温反应器32的燃烧器30相连。上述热解剩余物r在经过适当的处理例如分离出某些成分并研磨之后，被投入一剩余物处理设备34。经处理后的剩余物r′也如同低温干馏气S一样被输送到燃烧器30处。在此处进行燃烧，其中温度可达1200℃或更高，气体停留时间可达1至5秒。该高温反应器32设有用于排出熔融状炉渣的排渣口36，炉渣在一容器38内冷却凝固成玻璃状。
由高温反应器32所产生的废气被输送到一废热锅炉或废热蒸汽发生器40内。在此处废气被冷却到一后接的废气净化设备42所要求的进气温度。然后，经净化处理的废气可通过一烟囱44被排到外界环境中。
由燃烧设备46例如管路燃烧器产生的用于间接加热热解反应器8的加热气h特别重要。空气及载能体或燃烧剂b(例如油或天然气)被送入燃烧器48中。借助于一个开关设备式阀门50可以将燃烧器设备46连入加热循环中。在这个加热循环中，也装有一个风机52，该风机例如可直接与排气箱18相连。出口温度被冷却到TA的热气h也可选择成经过一个阀门51和输送管53全部或部分地送入烟囱44。
在本实施例中，加热气h的进气温度TE约为440℃，排气温度TA约为220℃。借助第二加热设备22和/或22a，不用上述鼓风设备也可使热解反应器8的内腔中产生约400℃的低温干馏温度。进一步的研究表明，这对于低温干馏而言可能太低了。废料不能全部被低温干馏，从而使得能源未完全充分地加以利用。为避免该缺点。将通过第一加热设备20对废料A进行主要加热与通过第二加热设备22、22a将空气l′引入热解反应器8的内腔对废料A进行符合需求的辅助加热相结合。空气l′的引入例如导致温度上升ΔT＝50℃，这样在热解反应器8内部产生450℃的低温干馏温度。该温度一般对于完全焦化是足够的。
第二加热设备22、22a包括一个或多个用于控制调节输入空气l′的空气进口或喷嘴54、54a。这许多空气进口54、54a应当大体均匀分布在热解反应器8的纵向长度上。在一些应用场合，将空气进口54、54a仅设置在废料排渣侧或仅设置在废料进口侧就足够了。还借助第二加热设备22将空气供到废料排渣侧是非常有利的，对此，根据低温干馏温度Ts改变输入的空气l′的流量可方便地获得快速反应，从而可实现一快速调节。
由图1还可看出，借助一调节回路将空气l′引入热解反应器8的内腔，致使低温干馏气S的温度Ts保持持续恒定。为测量低温干馏气S的温度Ts，设置一温度传感器60，该传感器设置在排渣设备24中或(如图示)设置在低温干馏气导管29内或其一边。该传感器60与一调节器64的比较元件62相连接，其中对比较元件62设定了低温干馏气温度Ts的额定温度Ts *。调节器64的出口操作一执行元件(例如一调节阀)66，由一风机68将空气l输送到该调节阀处。上述按照调节器64的要求控制的空气流l′被输送到第二加热设备22或22a的空气喷嘴54、54a处。该低温干馏气温度调节回路用于使低温干馏气温度Ts在废料A的内能变化时也能始终保持恒定，这样就实现了均匀稳定的低温干馏。这表明，尽管在热解反应器8中所需的输入能量例如随湿度而变，仍可经受激烈的波动。
在图2中所示的用于对废料进行加热处理的装置关于第一加热设备20的结构和第二加热设备22、22a的结构与图1所示装置有细微的区别。下面主要仅从其不同之处进行描述。
如图2所示，第一加热设备20包括一热交换器或加热气发生器70，该发生器设置在高温反应器32的出口处。热交换器70被连接到加热循环回路中，进气箱16，加热管10，排气箱18和风机52都属于该循环回路。借助两个阀门72、74可选择地经加热气发生器70分流出加热气h的一部分气流，并进而可进行主要加热。此处还应想到，废热蒸汽发生器40中的能量输出随废料A携带的能量而波动。此外，本实施例基于这样的设计考虑，即，为低温干馏所需的主要加热可通过在废热蒸汽发生器40中输出耦合的废热达到例如为400℃的低温干馏温度Ts。此处还通过第二加热设备22和/或22a并借助吹入空气l′进行辅助加热。本实施例的重要性在于，热交换器或加热气发生气70与现有技术水平相比更小。例如按450℃而不必按520～550℃来设计该热交换器就已足够。由于该热交换器的温度明显低得多，因此腐蚀损害也较小。
还应当加以描述的是：本实施例将空气作为加热气h使用。在进气部件16的进气温度TE例如可为400℃。该温度TE随着从加热气发生器70输出的能量而波动，也就是随着在高温燃烧室32内燃烧废料A所产生的能量而变化。这种能量不足，例如由能量不足引起的温度差ΔT＝50℃可由第二加热设备22、22a按需求提供，也就是按需求提供空气流l′。此处还设有调节低温干馏气温度Ts的调节回路。与图1所示相反，此处的温度传感器60安置在排渣装置24内。
本实施例在热循环回路中还附加地连接有一燃烧装置46，向该燃烧装置供给燃料b和空气l。这些都用虚线表示，燃烧装置46与阀50一道位于风机52和进气箱16之间。该燃烧装置最好由一未示出的调节回路调节，使其可将加热气入口温度TE调节到一固定值，例如450℃。辅助加热所需的部分热量在本实施例中也可由燃烧装置46提供。为此也可设置一阀51和一排气导管53。
在图3所示的对废料进行加热处理的装置中，第一加热设备20包括一蒸汽空气预热器80，该预热器同样是为了输出高温反应器32中的废气热量而设置。在本实施例中上述预热器与一过热器82相连接，该过热器安置在废热蒸汽发生器40中。为了将低温干馏所需的主要热量引入热循环回路，与图2所示实施例相应在此处设置了蒸汽空气预热器80。由过热器82提供的过热蒸汽或水蒸汽混合物供给蒸汽空气预热器80。蒸汽空气预热设备80又将作为加热气h的受热空气输送给第一加热设备20。与图2所示实施例相一致地在此处又设置了调节阀72、74。必要的话在热循环回路中还可与组件16、10、18和52相并联地设置用虚线表示的附加燃烧设备46和阀50。燃料b和空气l被供给到该燃烧设备。借助该燃烧设备46，进气温度TE可被调节到一固定值，例如将TE调节到TE＝450℃，因此，由蒸汽空气预热器80制备的预热空气可承受温度的波动影响，具有例如为350℃的平均温度值。
此处还应象图2所示实施例那样注意到，当以低温干馏气S和剩余物r′形式的废料A输送到废料蒸汽发生器40中的能量变小时，由空气预热器80所提供的热量也会下降。与此相反，当输入的能量变大时，温度又升高。为了完成补救措施并保证主要加热十分均匀稳定，在本实施例中设有一废气调节回路84，该回路可使蒸汽空气预热器80的蒸汽温度Td始终保持恒定。人们可通过一废气再循环回路调节上述蒸汽温度Td。换句话讲：废气R的一部分由废热蒸汽发生器40输送给废气净化设备42，这部分废气在一分路点86分支，通过一鼓风机87和一控制设备88输送到一废热蒸汽发生器40前的废气管道中的进气口89内。调节元件88可以是一调节阀门，它可连接在一调节器90的出口处，该调节器的比较元件92将蒸汽温度Td的额定值Td *和蒸汽温度Td的实际值进行比较。后者即所提及的实际温度值Td可由设置在过热器82和蒸汽空气预热器80之间的温度传感器94来测量。该调节回路84使蒸汽温度Td保持恒定，这样用于热解反应器8中的间接加热所需的第一加热设备20的主要加热热量也同样能始终保持恒定。

Claims (17)

1、一种对废料进行加热处理的方法，其中废料(A)在一个热解反应器(8)中既被间接加热又被直接加热，为直接加热供入空气，废料(A)被转换成低温干馏气(s)和固态热解剩余物(r)，该低温干馏气(s)和/或经处理过后的热解剩余物(r′)在一个高温反应器(32)中被燃烧，其特征在于，在热解反应器(8)的整个长度范围内对废料(A)进行完成大部分加热任务的主要加热，通过将空气(l′)输入热解反应器(8)的内腔，利用直接加热在热解反应器(8)的整个长度范围内对废料(A)进行符合需求的受调节控制的完成少部分加热任务的辅助加热。
2、按权利要求1所述的方法，其特征在于：对送入热解反应器(8)的内腔中的空气(l′)进行控制，使得低温干馏气(S)的温度(Ts)始终保持恒定。
3、按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：空气(l′)被输送到热解反应器(8)的废料排渣部段。
4、按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过流经加热管(10)的加热气(h)对废料(A)进行间接加热，该加热管贯穿热解反应器(8)的内腔。
5、按权利要求4所述的方法，其特征在于：用于对废料(A)进行主要加热的热能a)借助一载能体(b)单独产生和/或b)从高温反应器(32)的废热中获得。
6、一种实施按权利要求1至5中任一项所述方法带有一高温反应器(32)和一热解反应器(8)的对废料进行加热处理的装置，该热解反应器(8)具有对在其内部的废料(A)进行间接加热的第一加热设备(20)，以及一个通过引入空气对在热解反应器内部的废料(A)进行直接加热的第二加热设备(22、22a)，该热解反应器(8)可将废料(A)转化成低温干馏气(S)和固态热解剩余物(r)，上述低温干馏气(S)和/或热解剩余物(r)可在上述高温反应器(32)中燃烧，其特征在于：用于对废料(A)进行完成大部分加热任务的主要加热的第一加热设备(20)在热解反应器(8)的整个长度范围内延伸，第二加热设备(22、22a)设置在热解反应器(8)的整个长度范围并且具有一根为了对废料(A)进行符合需求的受控制的完成少部分加热任务的辅助加热的空气(l′)的导入管，该导入管终止于热解反应器(8)中。
7、按权利要求6所述的装置，其特征在于：第一加热设备(20)包括至少被供给空气(l)和载能体(b)的燃烧装置(46)。
8、按权利要求7所述的装置，其特征在于：上述燃烧装置(46)连接到一热循环回路中。
9、按权利要求6所述的装置，其特征在于：第一加热设备(20)包括一热交换器(70)，该热交换器设置在高温反应器(32)上。
10、按权利要求9所述的装置，其特征在于：上述热交换器(70)连接到一热循环回路中。
11、按权利要求6所述的装置，其特征在于：第一加热设备(20)包括一蒸汽空气预热器(80)，该蒸汽空气预热器同高温反应器(32)中的一过热器(82)相连接。
12、按权利要求11所述的装置，其特征在于：上述蒸汽空气预热器(80)连接在一热循环回路中。
13、按权利要求11或12所述的装置，其特征在于：为了调节蒸汽空气预热器(80)的蒸汽温度(Td)设有一废气调节回路(84)。
14、按权利要求6所述的装置，其特征在于：第二加热设备(22、22a)包括至少一空气喷嘴(54、54a)，其空气流量(l′)可通过一调节器(64)最好是通过一低温干馏气温度调节器调节。
15、按权利要求14所述的装置，其特征在于：调节器(64)与一温度传感器(60)相连，该温度传感器设置在由排渣装置(24)伸出的低温干馏气导管(29)中。
16、按权利要求14或15所述的装置，其特征在于：调节器(64)在排渣侧与一调节阀(66)相连，该调节阀是为了调节控制流入热解反应器(8)内腔中的空气流量(l′)而设置的。
17、按权利要求8，10，12中任一项所述的装置，其特征在于，所述热循环回路具有一个鼓风机(52)。
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