CN1131959C - 从烟灰中除炭的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提出一种有效除去烟灰中碳的方法，通过氧化法除去其中的碳。用加热的氧化气流(5)通过大量加热和冲击悬挂的烟灰床(6)实现碳的点燃，并通过保持燃烧条件达到要求的碳燃尽量。

Description

从烟灰中除碳的装置和方法

本申请是1995年3月20日提出的正在审查的美国专利申请序号No.08/406,707的部分继续。

发明背景

燃煤发电厂或其它工业设施将产生大量煤灰，通常称作烟灰。烟灰是煤燃烧过程的废物，必须根据环境法进行适当处理。美国每年产生大量烟灰，因此大量处理形成工业上的负担。虽然对某些工业设施来说烟灰被称作废物，但现在已证实，如果在煤的燃烧过程中没有在烟灰中留下过多的剩余碳量，则烟灰可以用作混凝土的添加剂，可以获得有益的应用。大量低碳量的烟灰可以用作混凝土混合物中的凝硬性材料，既可用作部分波兰特水泥的替代品，又可用作矿物添加剂。加入烟灰由于增加强度提高了抗硫酸盐性，因而提高了产品质量，并且可以降低混凝土产品的成本。然而不允许使用含有过量碳的烟灰。

很多燃煤发电厂产生低含量残留碳的烟灰，这种含碳量称作烧失量或LOI。然而许多发电厂及其它设施产生的烟灰其烧失量高于允许用在混凝土中烟灰的烧失量。如果使残留碳量降低到可接受的含碳量或其以下的含量，则可以将高烧失量的烟灰转变成畅销品。通常约3％或以下的烧失量的烟灰允许用作混凝土的添加剂。

已提出或应用许多除碳方法。例如由国际分离系统公司的DavidR.Whitlock提出的题为“静电分离烟灰中未燃烧碳”的论文中已说明用静电分离法降低烟灰中的碳量，该论文已作为参考包含在本文中。该论文提出应用包含带电分离器的静电方法。这是两种用于干燥粒子分离的基本静电法中的一种方法。更常用的静电法涉及转筒电晕式分离器，但对于降低烟灰中碳量，这种方法不实用。

已经试验的另一种方法是用妥尔油和煤油浮选分离烟灰中碳。然而这种方法由于大量设备投资以及在进行这种处理时需要的操作费用而不能证明是经济的。机械筛选法和风选法也只获得有限的成功。这些方法不适合于处理相当大量的烟灰，因为这些方法对可以处理的烟灰的尺寸和重量分布有一定限制。

Richard E.John的美国专利No.5,390,611说明了另一种方法，该专利已作为参考包含在本文中，该方法中，烟灰用电气装置辐射加热，烟灰装在一个方形槽中并用传送螺杆牵引通过该槽。少量空气和附加的氧气通过传送螺杆进入该槽，从而有助于点然烟灰中的碳。由于只能生产少量可用烟灰，因而该方法也只获得有限的成功。

其它的工作集中于用硫化床燃烧器装置来除去烟灰中碳。J.S.Cochran和J.J.Boyd的论文“采用烧尽碳的方法处理烟灰”已作为参考包含在本文中。此方法的缺点是由于对不同来源的烟灰在流化作用、混合特性、自动点燃温度、反应时间以及形成烧结块的倾向方面具有显著的差别，所以对不同来源的烟灰的差异性很敏感。另外，这种方法最好采用大型高级的也需要应用气体粒子分离器的空气/传输和分配系统。这种方法的操作和控制要求精确，并且对个别操作参数的变化仅留出极小的余地而不显著影响其它参数。

同样，作为参考包含在本文中的Cochran的美国专利No.5,160,539公开一种装置和方法，用于在预先引入烟灰粒子的干的鼓泡流化床上燃烧烟灰细粒中的碳。该方法也具有使烟灰烧结和结块的倾向，这对于用在混凝土中的烟灰是不希望有的。

已作为参考包括在本文中的Trerice的美国专利No.4,663,507研究了一种用于减少和测定烟灰中碳含量的方法和装置，采用微波能使碳燃烧。作为参考包括在本文中的Trerice的美国专利No.4,705,409是美国专利No.4,663,507的组成部分。

已作为参考包含在本文中的Steag AG的德国专利No.2,611,213研究了用烟灰和粘土制作高质量的熔渣砖，在这种方法中，一开始将烟灰在存在燃料例如煤粉或燃气的情况下进行焙烧。用外部燃料源进行烧尽操作。

已作为参考包含在本文中的苏联专利No.734,162研究了热处理烟灰，减小其碳含量的方法，该方法采用固体的载热体并形成烟灰的团块而不是细粒。

Kobe Steel KK的日本专利No.57,179,067涉及烧结烟灰团粒，形成重量轻的团块而不是细粒，Kobe Steel KK的日本专利No.57,100,972也同样研究了烧结烟灰团粒的方法。

上述参考文献中讨论的工艺并没有满足工业上对减小烟灰中碳含量所用装置和方法的要求，这种要求使制造和操作应更简单和更经济。这种装置例如应当不需要高级的控制设备和不需要使用昂贵的气体/粒子分离器。也需要一种装置来解烟灰烧结成团块的问题而又不有害地影响供混凝土用烟灰的其它物理特性。另外，也需要一种装置来有效地满足水泥工业大量生产对用作凝硬性添加剂的烟灰的需求。

发明概要

本发明旨在提出一种除去烟灰中碳的新方法和装置。在优选实施例中，该方法包括以下步骤：使烟灰层传送通过点燃室；使点燃室中的烟灰与一定温度的含氧气体接触足够长的时间，以便点燃烟灰的碳，该温度至少是可点燃碳的温度；将烟灰层及其中点燃的碳输入到燃尽室；在维持燃烧的气体温度和含氧量条件下保持燃尽室中的碳燃烧，保持足够长的时间，以便烟灰中的碳含量减小到要求的水平；从燃尽室中回收烟灰。在另一实施例中，点燃和燃烧均在一个单一的室中进行。在点燃步骤，该方法最好使向上流的含氧气流从上述烟灰层下侧表面上的许多位置冲击上述烟灰层，由此至少点燃在上述许多位置上的一部分上述烟灰中的碳，并且保持这种接触条件，以避免烟灰上冲并进入气流中由气流带走。

本发明的装置包括：一个容器；至少一个承载烟灰层的承载槽，该槽可移动地定位在该容器内并如此构造，使得在点燃位置可使含氧气流从上述烟灰层下表面上的许多位置冲击上述烟灰层；一种装置，用于使上述向上气流冲击上述烟灰层，而且在同时又可避免烟灰上冲并进入气流由气流带走。

在优选实施例中，本发明的装置旨在一种容器，该容器具有：点燃室和燃尽室；至少一个烟灰层的承载槽，该承载槽可移动地定位在该容器内并构造成可以穿过接触烟灰层的含氧气流；一种装置，用于传送包含烟灰层的承载槽通过点燃室和燃尽室；和管道，该管道使点燃室和燃尽室之间流体相通，用于将含氧气体从点燃室输送到燃尽室，以便在各个室中接触烟灰层。本发明的可替代实施例涉及将烟灰承载槽直接连接到点燃传送带上，该传送带穿过点燃室和燃尽室。

本发明形成一种除去烟灰中碳的有效的经济的系统。除本文中别处所述的优点而外，本优选实施例很多优点中的一个优点是用两个处理室而不用一个处理室。这一点可使绝大部分的碳在点燃之后，在一个单独的环境中燃尽，该环境就是使用温度和含氧量相对较低的氧化气流来使碳继续燃尽。这利用了烟灰中碳的自持燃烧特性，从而实现一种经济的方法。本发明的另一优点是减少或消除了烧结问题。

下面结合附图说明为公开目的给出的优选实施例，由此可以明显看出本发明的另一些目的、特征和优点。

附图的简要说明

图1是装置优选实施例的示意图，示出容器、点燃室和燃尽室以及悬挂在支架上的多层烟灰层，这些支架在同一时间穿过点燃室；

图2是实施本发明所用的承载槽优选实施例的部分示意图，示出位于承载槽中悬挂在氧化气流中的烟灰层；

图3是本发明另一优选实施例的示意图，其中，烟灰悬挂在连接于传送带的承载槽内，该传送带可连续或断续地移过点燃室；

图4是本发明另一优选实施例的示意图，其中，烟灰悬挂在连接于传送带的承载槽内，该传送带拐一个角度或多个角度地通过点燃部分；

图5是本发明另一优选实施例的示意图，其中，烟灰悬挂在连接于传送带的承载槽内，该传送带以多层的大体水平通过的方式穿过点燃部分；

图6是本发明另一优选实施例的示意图，其中碳的点燃和燃尽在一个单一室内完成。

发明优选实施例的说明

本发明旨在提出一种新的降低烟灰中含碳量的方法。图1示出本发明的优选实施例，其中除碳的容器包括点燃室和燃尽室。从图2可清楚看到，烟灰6保持在承载槽2内。再回到图1，包括烟灰的承载槽2配置在装置内部，以便在点燃室7中点燃碳。点燃室7最好沿其水平外周是长方形的，但是可以是大到能容纳承载槽2的任何形状。可以用一个或多个承载槽2。承载槽2最好连接在组合装置或支架22上。在此实施例中承载槽2的各个端部用杆或其装置固定在一起，该杆基本上彼此平行地沿端部长度延伸。该杆可以固定在承载槽的侧面或底部上，或以其它各种方法连接。承载槽连接器的设计是在技术人员设计范围内的事。支架22由点燃传送带19传送进入点燃室7，随后点燃，然后从点燃室7传送到燃尽室10。气体通过间隙3最好通过间隔开支架22上的承载槽2而形成。在各个支架22上的个别承载槽2最好配置成，在一个支架22上的间隙3正好位于该支架上面一个同时位于点燃室中的支架上的个别承载槽2的中心线上。当所有其它支架22的承载槽2之间的间隙水平错开时，这种配置造成有利的气流冲击方式。

在过程开始时最好用装载器8装载承载槽2。可以用适合于将烟灰输送到和分配到承载槽2的任何装置进行装载，这种装置以平缓方式装载，以避免在装载时过多地漏失或使烟灰溢出承载槽2，这种装置最好是漏斗。本发明的一个优选实施例包括一个位于承载槽2正下方的收集器20，在装载烟灰期间，该收集器将收集烟灰，并构成装置21的一部分，装置21用于将装载时掉下的或从承载槽2溢出的烟灰返回去。在另一个优选实施例中，在装载烟灰期间可以在承载槽2的正下面放置一个挡板或平板20，利用烟灰可以在承载槽2的开口区域上的桥接作用防止烟灰漏失，装置21可以是机械或气动装置，用于将漏失的烟灰返回去。

在承载槽装满烟灰之后，支架22便由传送器19或其它运动装置送进点燃室7。传送器19可以是工业上任何公知的传送装置，该装置可以以可控的相当防振和防冲击的方式并且使承载槽2基本上保持在恒定的垂直方向的状态传送支架22。这种传送器19的设计在普通技术人员范围内是周知的。

在点燃室7中，支架22以垂直叠层排列方式连接其它支架22。这种叠层最好在支架22之间保持特定的垂直间隔25。在任何给定时间在点燃室7中支架22的数目可以改变并受到限制，特别是受到点燃室中可利用空间以及气体穿过连续支架22的可允许的最大压降的限制，该压降由选用的气体输送和分配系统决定。换言之，氧化气流最好能够以维持点燃的速度和温度穿过所有支架。决定点燃室7中支架22数目的另一个参数是支架22之间所要求的间隙量。可以用1-10个支架，但3-6个比较好，在最优选实施中用4-5个支架。

在至少点燃少量碳之后，还可应用装置28耙动或物理上搅动烟灰层的上部分。这种耙动装置28可以是任何固定的或活动的能够对上部烟灰层进行物理搅动的装置。在优选实施例中耙动装置28是装有下类耙钉的杆。在点燃少量碳之后搅动烟灰的上层(最好搅动烟灰的上半层)有助于防止最上部烟灰层烧结和有利于从烟灰层中排除燃烧碳时生成的二氧化碳。

将支架22移入和移出的时间随需要的生产率以及氧化气体温度(它影响点燃时间)而变化。在点燃室中滞留的时间最好在1.0-6.0min(分)之间。在一个优选实施例中，在点燃室7中的四个支架22停留在一个位置约为总的气体冲击时间的四分之一，然后同时向下移动，停在下一个较低的位置，该位置间约保持同样的间隔25。对于不同的支架数目，在每一个相应编号的位置上支架将停留总接触时间的不同分数时间。可替换实施例采用连续移动的支架22，同时保持要求的间隙25。在最下部支架22到达室7中的最后位置时，它便由传送器19送出点燃室7和送入燃尽室10，在燃尽室中烟灰被卸下来。

在本发明的优选实施例中，可以利用使承载槽2机械振动的装置23辅之以燃尽室气体分配器15的气流作用为将点燃的烟灰从承载槽2卸下来。这些气流作用力使得烟灰不能在承载槽2的开口区域形成桥接作用，从而有利于烟灰从承载槽2上漏下，漏到燃尽接收器11的表面上。也可以采用其它通用装置23，例机械倾卸装置、冲击装置或其它迫使烟灰脱离承载槽2的装置。在一个实施例中，装置23可以是冲击和转动承载槽2固定延伸部(未示出)的脱扣杆。燃尽接收器11可以是托盘、箱子、传送器或其它可以收集烟灰的任何数目的东西。接收器11最好是传送器，例如裙式传送器。

气流5由气体传送装置9例如风扇、再生式鼓风机或压缩机组件9送入点燃室7，在点燃室7中该气流由加热器12加热。或者气体可以先直接或间接地加热，然后再吹入点燃室7。可以用任何工业上周知的任何装置进行气体加热，包括直接和间接加热装置。加热气流基本上垂直向上通到点燃室7并冲击着悬挂沟槽2中的烟灰层的连续支架22。采用另外的抽风吸气装置例如风扇13有助于在气流冲击和通过各个承载槽2的各个支架22时保持气体的气流和动态压力，并有利于气体流过排气管14，进入燃尽室气体分配管(器)15和气体循环使用回路16。气体经循环使用回路16再引入到点燃室7，用作氧化冲击气流5。可用装置例如挡板17控制通过气体循环回路16的循环气体量。另一挡板17可用来控制气体进入点燃室7的进入量。

气体通过分配管15后引入燃尽室10，在该室中气体除其它作用外还有助于使点燃的烟灰从承载槽2中卸出来。一当点燃的烟灰从承载槽2卸到燃尽接收器11上时，其中碳由于与热气流相作用而继续进行燃烧。还可应用补充加热该气体的装置26来保持必需的或要求的气体温度并提供其它成分的气体。辅助加热装置26可以是任何工业上周知的装置，但是在优选实施例中，它是普通的独立的直燃式燃烧器，并可以装在燃尽室10的任何位置。燃尽室气体可以利用工业上公知的任何装置排出燃尽室10，但在优选实施例中是排出口24。也可以采用抽气风扇27来形成有效的气体分布和使气体排出燃尽室10。

如果所用燃尽接收器是传送器，则可以调节燃尽传送器11的传送速度，使其达到烟灰在燃尽室10中要求的滞留时间，以便获得最佳的除碳量。另外，燃尽传送器11的传送速度应与燃尽室10中的气体温度配合，需要根据气体温度的减少或增加相应地使其增加或减小。在优选实施例中，假如输入烟灰中的含碳量约为7％，则从支架22卸出的烟灰将在燃尽室10中滞留6-9min，以便继续碳的燃烧。碳的燃烧一直继续到基本上完全除去碳。燃烧最好继续到烟灰中约含3％重量或更低的碳。

在燃尽室10中装有耙动或搅动点燃烟灰的装置30，以便使点燃的碳粒与氧化气体达到最大的作用。该装置30可以是任何工业上公知的能够分离、耙动或搅动烟灰的装置，在优选实施例中，它是一种带钉的栅板，该钉向下凸出，可以伸入烟灰的点燃层中，当烟灰在燃尽传送器11传送时，该钉便可以耙动烟灰层。

参照附图，图2示出装有烟灰层6的位于氧化气流5中的承载槽2的优选实施例部分示意图，并示出用于节流气体和旁通气体的通气间隙3。承载槽2可用任何有孔的和/或透气的材料制作，该材料可以抵抗高温氧化环境而同时又能为烟灰层6提供适当的结构支承。另外，承载槽2最好作成具有充分透气性，以便获得最大的烟灰气体接触面积，并最好作成可以防止烟灰溢出，特别是传输期间的溢出。许多工业上公知的材料和装置可以用来制作承载槽2，但在最优实施例中利用约0.025英寸直径金属丝作的#10丝网，这形成大约56.3％的接触气体的直接通气面积。直接通气区域是承载槽的可以通气的表面积，因而气体可以穿过该表面积，无阻碍地接触烟灰层。这种设计可使烟灰6在装载之后保持在悬挂状态，而同时又保持较高的(56.3％)通气面积，以便接触氧气气体。

每平方英寸金属丝的数目(目)可以不同，金属丝的直径可以不同，使二者相结合可以形成很大范围的网的比通气面积。可以选择网中各个个别通气孔的宽度，使网的直接通气面积的百分数达到最大，而同时又使各个个别通气孔的宽度最小。网的直接通气面积的百分数在范围1％-99％内。比较好的通气面积范围是40％-80％。最好选择56.3％。各个通气孔的宽度范围从约0.0008英寸到约0.2英寸，最好的选择是0.075英寸。也可以用一个以上的网，顺序相结合形成。

另外，在本发明的替代实施例中，支架22由承载槽2构成，没有上述通气间隙3。在此实施例中，气体通过支架22是靠某些空着的承载槽2实现的。最好每隔一个承载槽2便使一个承载槽2空着。另外，在本发明的再一个实施例中，每个支架由一个平板形的网或其它材料构成。然后将烟灰6间断式地放在支架22上，从而允许适当气体流过支架22。

承载槽2可用公知的适合于在高温氧化环境中使用的任何材料制作，在大多数实施例中是不锈钢。其它适合的承载槽2的材料包括打孔的金属(最好是不锈钢)、打孔的陶瓷材料、网形钢板、冲孔的、开槽的、钻孔的或刻槽的金属以及各种各样的难熔材料。当用金属丝网时，最好形成为承载槽2的形状，如图2所示，以便形成通气间隙3。通气间隙3除其它作用外尤其可使氧化气体5旁通烟灰6，并使气体5冲击在烟灰6上，以保持连续流动和有效的热量传输。通气间隙3的宽度被设计成适于保持最佳的气体节流，这种节流优化了气体流速，从而可以稳定冲击在烟灰上的氧化气流5的动态压力，防止冲散烟灰。在一个优选实施例中，间隙3的宽度约0.5英寸。可以用各种型式的承载槽2，包括如上所述的用金属丝网作的其它构形。

在一个优选实施例中，用结构支承件连接19个承载槽2，沿其长度以基本平行的方式连接，该结构支承件例如为杆，如上所述，该杆在每个端部沿承载槽2的端部延伸。承载槽2宽约3英寸，高约1英寸，长约5.54英尺。由连接19个承载槽2产生的支架其尺寸约5.54×5.54英尺。承载槽2的端部最好是封闭的。在另一个优选实施例中，用结构支承杆连接12个承载槽2，沿其长度以基本平行的方式连接，该杆在每个端部沿承载槽2的端部延伸。该承载槽2宽约3英寸，高约1英寸，长约42英寸。由连接12个承载槽2形成的支架其尺寸约为44×44英寸。

理论上可以用任何宽度、高度或长度的承载槽2。通常选择这种参数，使得可以处理选择量的烟灰。上述讨论的第一优选实施例每小时可以处理5吨的高含碳量的烟灰。第二实施例每小时可以处理2.5吨。

可以在支架22的结构支承件上装上滚子或其它运动装置，这样可以使支架22沿轨道或其它装置移动，从而可在传送器上运动或由传送器移动。

最好应用直接冲击在烟灰层6上的均匀的适当取向的气流5。利用通气隙3的适当间距和取向可以控制气流的方向、均匀性和动态压力。氧化气流5可以是工业上公知的承载氧的很多混合物中的一种，本发明的一个优选实施例应用普通空气。在另一个优选实施例中，含氧气体主要地由O₂和惰性气体构成。在又一个优选实施例中用纯的O₂。也可以用另外加入氧气的空气。在点燃室中，气体中O₂的体积约占5％-100％。在燃尽室中，气体混合物中按体积约占1％-100％。氧化气流5被加热到氧可以点燃或燃烧碳所需要的温度或高于此温度的温度。此点燃温度是可用氧量的百分浓度的函数，在大气压下如果用空气，则最小约在750-800°F。也可以用其它的温度，只要这些温度在用选择的气流可以维持碳燃烧所需的温度以上。选择的温度影响达到点燃碳所需要的时间以及在烟灰层中点燃碳的饱和量。在本发明优选实施例中，用空气，并加热到约1300°-1800°F，加热到约1500-1600°F比较好，最好加热到约1650°-1700°F。

在约2min之后，高度4中约1英寸烟灰中的碳被少量点燃，再过约75S(秒)，经气体连续冲击之后便达到很好的点燃饱和状态。承载槽2如上所述，最好用#10，0.025英寸金属丝网槽制作，该承载槽宽约3英寸，通气间隙3约为0.5英寸，但可以根据要求的温度、气体组成以及氧化气体的流速和要求的烟灰高度4，采用其它的组合方法。氧化气体(当用空气时)的流速被优选在约50-95标准立方英尺每分钟每平方英尺烟灰冲击面积，但在约60-80比较好，最好在约65-75之间。在一个用空气的优选实施例中，1700°F的流速是70标准立方英尺每分钟每平方英尺烟灰冲击面积。根据本发明适当选择这些参数是普通工程师技能范围内公知的事，可以调节这些参数以适应要求的产率指标。这一点很容易作到，方法是首先选择烟灰层高度4、通气间隙3的间距和取向，以满足要求的烟灰处理速度，然后调节冲击气流速度到可以避免冲散烟灰而由气流带走的最大值。

在点燃碳之后，使烟灰层与氧化气流继续作用，以达到碳的烧尽。这种作用可以在点燃室中继续进行，一直到达到所需碳燃尽量所需要的时间。但是，为继续燃尽碳，包括点燃碳的烟灰最好不与同样的氧化气流作用，而最好是在较低的燃烧速度下燃烧或闷烧，由此可以利用碳自持燃烧的特性，达到经济的目的。为此可以减小氧化气流的流速和/或其温度，或者使点燃的碳与回收的和/或循环的气流相互作用。这一过程可以在一个单一容器中的一个单一室内进行，或者在一个单一容器内的两个或多个分开的室内进行。或者通过使闷燃的烟灰在分开的容器或许多分开的容器之间传送时实现这一过程。如上所述，本发明的优选实施例利用了第二室10，该室保持足以使点燃煤灰中的碳继续燃烧的条件。第二室10不使气流直接冲击在悬挂在气流中的烟灰上。另外，最好将回收的/循环的气流引入到室10中。而且，利用耙动或搅动烟灰的装置30可以增强烟灰和含氧气体的作用。点燃碳的燃烧速度通常正比于温度和与氧的作用时间。

冷却烟灰6的装置18可以是任何工业上周知装置，这种装置是技术人员熟知的。在一个优选实施例中，装置18是一个立体冷却器例如总体流动的热交换器。在另一个优选实施例中，装置18可以是空气冷却器，该冷却器采用具有横流式通风机的裙式传送器，或许再加上耙动烟灰的耙动装置，从而增强与冷却空气的作用。

一当达到要求的碳燃尽，便使烟灰6从燃尽室10中排出，最好用燃尽传送传送器11送出，或者，如果不用传送器11，则可以将烟灰排出。在所有实施例中，均可使用通常用的装置例如振动式装置、空气引发装置或机械装置将烟灰从燃尽接收器11上卸下来，这是普通工程人员范围内公知的事情。然后空气冷却或强迫冷却排出的烟灰。或者通过暴露于大气进行冷却。

本发明的替代实施例如图3所示，除承载槽2直接连接在点燃传送器19上以外，其配置与图1的实施例相同，加热氧化的气流5一次穿过悬挂的烟灰层6，随后烟灰在点燃之后被倾卸在燃尽接收器11上。点燃传送器19将承载槽2返回到装载器8，再装入烟灰。传送器19可以连续地移动或断续地移动。另外，这种配置可以利用固定的或活动的装置28来耙动烟灰层的上部。在本发明的任何一个实施例中，均可采用固定的或活动的装置来耙动或搅动上部烟灰。

图4示出另一替代的优选实施例，该实施例除承载槽2直接连接于传送器19而外，其配置类似于图3的实施例，该传送器拐一个或多个角度地通过点燃室7，并同时保持承载槽2在大体水平方向，由此烟灰层可多次地穿过氧化气体。选择的传送器角度从0～90°角，但是在优选实施例中是45°。依赖于选择的室的尺寸以及需要承载槽2在室7中的滞留时间可以改变点燃室7中的拐角数目。另外，图4的替代优选实施例示出装置32，该装置可使一部分灼热的氧化气流5通过点燃室7并接触在燃尽室10中的承载槽2。该装置有助于在将烟灰送到燃尽室10的期间保持烟灰的点燃和其中点燃碳的燃烧。由装置32导向进入燃尽室10中的气体有助于承载槽的卸槽及在燃尽室10中的碳的继续燃尽。因气流冲击着承载槽2中的烟灰6，强烈到足以使烟灰落下并被带走，所以有助于承载槽2的卸载。

图5示出另一个可替代优选实施例，除承载槽2直接连接于传送器19而外，其配置与图3的实施例相同，该传送器多次基本上水平地通过点燃室7，并且承载槽2基本上保持水平取向。这使得氧化气体可以多次冲击烟灰层。可以根据要求的室的尺寸和操作效率选择点燃室7中的水平通道的长度和数目。

本发明再一个可替代实施例中，在点燃室7中的传送器19上的承载槽2基本上保持水平取向，由此可使氧化气流通过烟灰层，达到经济的目的。另外，本发明的替代实施例可以循环和再使用从燃尽室10中排出的一部分气体，供点燃室7使用。利用工业上公知的任何常用的装置可以控制从燃尽室10中抽出供循环使用的气体体积，该装置在优选实施例中是挡板17。

本发明的优选方法是一种减小烟灰中碳量的新方法，在优选实施例中，具有高碳量的烟灰放在装载器8中，该装载器将烟灰输送到作为支架22一部分的承载槽2内。在一个优选实施例中，装载器8的宽度与承载槽2的长度一致。或者，使用较少的装载器8，使该装载器可沿各个承载槽2的长度来回运动，从而可在各个承载槽2中形成相当均匀的约1英寸的烟灰层。在装载器8下面的收集器20收集掉下的烟灰，然后用装置21将其返回到装载器8。如上所述，装载器最好是漏斗，但可以用任何装置进行装载，只要这种装置适合于在装载期间将烟灰极其平缓地输送和分配到承载槽2内，而不会造成过分的漏失或从承载槽2中溢出来。该装置21可以是输送固体的传送器或其它装置。这种装置对技术人员是公知的。一当承载槽2的支架装满烟灰，它便沿点燃传送器19进入点燃室7。传送器19可以是工业中任何公知的传送器，它能够以可控的相当防振和防冲击的方式输送支架22，并使该支架保持恒定的大体水平取向。这种传送器19的设计属于技术人员知识范围内的事。在一个优选实施例中，在点燃室7中支架22可取四个位置。支架22首先进入点燃室7中的顶部位置，然后接续地向下移动，移到室中其它三个下面的位置。支架22在点燃室7中滞留的时间变化相当大，例如约在1～20min之间变动，在约2～10min之间变动比较好，最好在约3～5min之间变动。在一个优选实施例中，该时间约为3.5min。支架22在四个位置的一个位置上的停留时间为在点燃室7中的时间的四分之一。在另一个优选实施例中，支架22在点燃室7中占有五个位置。支架22首先进入点燃室7，位于点燃室中的顶部位置，然后连续向下移动，移到下面四个位置。支架22在五个位置的各个位置上的停留时间为在点燃室7中滞留时间的五分之一。

含氧气体5以可以用氧点燃碳的温度和流率穿过点燃室7。在优选实施例中，该气流5用气体输送装置9例如风扇、再生式鼓风机或压缩机组件送入点燃室7，在该室中该气流由加热器12直接加热。或者可以首先直接或间接地加热气体，然后再送入点燃室7。如上所述，可以用工业上已知的任何装置加热气体，包括直接或间接加热装置。使被加热的气流5在点燃室7中以大体垂直的方式流动，并冲击在位于悬挂支架22上的接连悬挂的烟灰层6上。应用附加的抽气装置例如风扇13，以便在气体冲击和通过各个支架22时保持正确的气体流动和动态压力以及帮助气体流过排出管14、循环回路16或燃尽室气体分配管15。

在点燃室7中，最佳实施例的支架22被间隔开，形成保持一定垂直间距的垂直叠层配置。在点燃室7中在任何时间存在的支架22的数目可以改变，并受到点燃室内空间大小以及上述其它因素的限制。在点燃室7中可以叠置1～10个支架，但叠3～6个比较好，在最佳实施例中叠置4或5个支架。

一当支架22内的烟灰至少被小部分点燃，则可用耙动装置28进行耙动或物理搅动。装置28搅动约烟灰层的上半部分。该耙动装置28可以是固定或活动式装置，它可以物理搅动上部烟灰层。在优选实施例中，装置28是包含向下尖钉的杆。

在支架22到达点燃室7中的最后位置时，它便由传送器19送出点燃室5，然后进入将卸下烟灰层的燃尽室10。利用机械振动支架22的装置23以及在燃尽室气体分配管15中的气体力的作用可将点燃的烟灰从承载槽2中卸下来。离开点燃室7的部分气体5经分配管15进入燃尽室，在该室中，该气体的部分功能是辅助卸下承载槽2中的点燃的烟灰。这些力使烟灰不能在任何承载槽2的通气区域上形成桥接，并驱动烟灰从承载槽2下落到燃尽接收器11的表面上。如上所述，可以使用其它常用的装置卸载承载槽2。

进入燃尽室10后，烟灰继续与流过燃尽室气体分配管15的灼热气体5发生作用。与氧化气流5继续作用维持了碳在燃尽室10中的燃烧。在燃尽室中大部分碳在温度和含氧量比点燃室中点燃碳所用的温度和含量低的环境中被烧尽。另外，可以采用装置26来保持特定的气体温度或提供另外组成的气体，该装置可以对由分配管15流入燃尽室的气体进行补充加热。在优选实施例中，假定输入的烟灰中的含碳量约7％，则支架22将在燃尽室10中停留约6～9min，以便继续进行碳的燃烧。如果采用燃尽室传送器11，则可以调节该传送器的输送速度，以达到烟灰在燃尽室10所需要的滞留时间。碳的燃烧可继续到基本上除去所有的碳。该燃烧最好继续到烟灰中的碳含量约低于3％重量。

可以采用任何工业上已知的装置将燃尽室气体从燃尽室10中排出，在优选实施例中该装置是排出孔24。也可以采用抽气风扇27，以便于有效地分配气体和使气体从燃尽室10中排出。

在烟灰处于燃尽室10中时，可以用装置30耙动或搅动在燃尽接收器或传送器11上的烟灰，以便使碳粒与氧化气体发生更大的作用。如上所述，该装置30可以是任何工业上公知的可以分离、耙动或搅动烟灰的装置，在优选实施例中该装置是一种带钉的栅板，该钉子垂直向下伸入到烟灰的燃烧层，从而可以在传送烟灰时耙动烟灰。

当烟灰达到传送器11的端部时，最好使其倾卸在主体冷却装置18内，从而在卸出烟灰之前使含碳量减小的烟灰6冷却。然而在本发明的所有实施例中如上所述烟灰不需要强迫冷却。冷却后的烟灰6可以卸到卡车上，仓库内圆筒中以及任何其它形式的贮存容器内，或卸到堆放场上。

现在回到经抽风扇13抽出点燃室7的氧化气流5，该气流还可以经回路16循环，供点燃室7重新使用。可以放置挡板17，周期性地接通气体分配系统，以控制气体流量。这种装置的选择和配置是普通工程师技能范围内众所周知的。

参考图3，本发明的替代方法除在点燃室7中的承载槽2直接连接于点燃传送器19外，与上述方法相同。在此方法中，加热的氧化气流5单次穿过悬挂的烟灰层6，然后烟灰6倾卸在燃尽接收器11上。传送器装置19可以连续运动或间断运动。

本发明的另一个替代方法，参考图4，除承载槽2直接连接于点燃传送器19而外，与上述(图1)的优选实施例相同，该点燃传送器19以拐一个或多个角度的方式通过点燃室7，而同时基本上保持承载槽2的水平取向。因此氧化气体多次地冲击在烟灰层上。如上所述，角度的选择将影响气体多少次穿过各层烟灰。同时，氧化气流5可以经通道引入在隔间32后面的燃尽室10。通到隔间32的气体进入燃尽室10，如上所述，该气体用于帮助承载槽2卸载和保持碳在燃尽室10中的烧尽。

本发明的再一个优选方法，参考图5，除承载槽2直接连接于传送器19而外，类似于参照图2所述的方法，该传送器19多次基本上水平地穿过点燃室7，从而使氧化气体多次冲击在烟灰层6上。

如上所述，烟灰层和氧化气流的作用可以在烟灰中的碳被点燃后在同一个室内进行。图6示出在概念上很类似于图1的装置，其不同之处在于，图6的装置只有一个室7，而不是图1所示的分开的点燃室7和燃尽室10。即分开的燃尽室是可选的，虽然在大多数情况下，分开的燃尽室可以降低操作成本。在图6的实施例中，尽管烟灰处于点燃室7中，但可以达到充分减小烟灰中的碳量。可以调节在点燃室7中的滞留时间，以便有足够时间使碳烧尽到要求的量。也可以将点燃室7分成许多区域(未示出)，该区域可以利用体积、含氧量或温度已降低或变化的氧化气体，从而控制燃烧速度。本发明的各个其它实施例也可以采用这种多区域特征。参考图6，烟灰用装置23从承载槽2内卸出来，并落在用于冷却烟灰的装置18中。图6的装置18被表示为一个传送器40，该传送器可将烟灰传送到排出槽41。装置18还包括横向流风扇42，该风扇在耙动装置30耙动烟灰时使冷却空气在传送器40上的烟灰上方循环。

本文中，除为了理解本发明所必须示出的部件而外，没有示出和说明一些普通的工程部件例如仪表、阀门和控制器等。对于大多数情况，这种部件的选择和配置是一般工程师技术范围内周知的。虽然已通过上述优选实施例说明上述方法和装置，但技术人员会认识到，可以进行方法和装置的各种改变而不违背本发明的精神。这些改变意味着属于下述权利要求书所确定的范围内。

Claims (19)

1.一种用于降低含碳烟灰中碳含量的方法，包括以下步骤：

(a)形成一个烟灰层；

(b)使加热的含氧气流沿着上述烟灰层下表面的许多位置处冲击上述烟灰，从而点燃位于上述许多位置处的上述烟灰中的至少一部分碳；

(c)维持上述碳的燃烧，从而生产出具有低含量碳的烟灰产品，其特征在于，维持气流流率足够低，以避免冲散烟灰而使烟灰卷入气流。

2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：形成上述烟灰的许多烟灰层；使上述烟灰层向下移动通过一个室；当上述气流向上流动通过上述室时，至少使部分上述气流连续冲击上述许多烟灰层的至少两个烟灰层的下表面，冲击上述烟灰层下表面的气流流率在约50～95标准立方英尺每分钟每平方英寸烟灰冲击面积。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，含氧气体的温度在约750°～1800°F的范围内。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，含氧气体是空气或相当纯的O₂。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在碳的燃尽阶段，在维持上述碳燃烧的条件下维持燃烧，其方法是，使烟灰及其中在上述接触阶段形成的点燃的碳与至少一部分步骤(b)中的上述气流接触，从而生产出低含碳量的烟灰制品。

6.如权利要求5所述的方法，在该方法中，在第一室内完成上述碳的燃尽阶段。

7.如权利要求5所述的方法，在该方法中，在第二室内完成上述碳的燃尽阶段，该第二室的温度和含氧量低于或等于在上述第一室中的温度和含氧量。

8.一种用于减小烟灰中碳含量的装置，包括：一个室；至少一个用于支承烟灰层的承载槽，该承载槽活动地配置在上述室内并这样构造，使得在点燃位置时可使含氧气流沿着上述烟灰层下表面的许多位置处冲击上述烟灰层；一种装置，用于使上述气流向上冲击上述烟灰层，同时又可避免冲散烟灰而使其卷入气流中。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，上述室包括点燃室，上述装置包括分开的燃尽室、用于传送一个或多个承载烟灰层的承载槽通过点燃室和燃尽室的装置以及使点燃室和燃尽室之间流体相通的导管，该导管用于从点燃室中将含氧气体传送到燃尽室中，以便在各个室中接触烟灰层。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，点燃室还包括气体流入点燃室的管和气体流出点燃室的管，而且在流入管上装有气体传送装置。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，一个抽风扇装在点燃室的流出管内，气流的再循环管路从点燃室的流出管连接到点燃室的流入管上。

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，一个气体加热装置装在点燃室内，由此可以加热含氧气体。

13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，承载槽被连接以形成一个支架，而且在点燃室中叠置两个或多个支架。

14.如权利要求9所述的装置，还包括点燃传送器，该点燃传送器直接连接于承载槽2并可运行通过点燃室和燃尽室，该点燃传送器或者一次或者多次地大体水平地穿过点燃室，或者拐两个或多个弯地通过点燃室。

15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，点燃室还包括耙动承载槽内烟灰的装置。

16.如权利要求9所述的装置，其特征在于，燃尽室还包括承载槽的卸载装置，该卸载装置包括收集从承载槽上卸下来的烟灰的燃尽接收器。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，燃尽接收器是传送器。

18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，燃尽室还包括用于耙动燃尽接收器上烟灰的装置。

19.如权利要求8～18中任一项所述的装置，还包括冷却已处理烟灰的装置。

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