CN1238247A - 残余物热转换的方法和装置 - Google Patents

Abstract

通过热转换将具有不同粒度的含有能量的可燃残余物转化成固体和废气的方法，该方法是在高于组成所述残余物的成分的熔点的温度下，在大气压力下，通过让残余物与氧气和/或空气反应而实现的，通过输送装置将所述残余物和空气流或氧气流一起送入高温反应器，并让其发生反应，在高温反应器中将所述残余物转化成液态矿渣和气体，将液态矿渣阻拦在位于高温反应器下部的熔池中，该残余物的小颗粒部分在高温反应器的直立的自有空间里主要被转化成矿渣和气体，该残余物的粗颗粒部分主要是在熔池中和熔池上被转化成矿渣和气体，所产生的液态矿渣流过阻拦元件的下部，以及逸出元件的上部，它被连同所产生的气体一起经高温反应器的出口孔排出高温反应器。

Description

残余物热转换的方法和装置

本发明涉及一种以如权利要求1的前序部分所述的方法对具有各种粒度的残余物进行热转换的方法。另外，本发明涉及一种实施所述方法的装置。

DE4439939A1披露了一种上述方法和实施该方法的装置。在该方法中，残余物的气化、燃烧或矿化是在高于1300℃的温度下在熔化旋风器中完成的，该旋风器位于下燃烧室上方。所得到的反应产物被排入下燃烧室，并在这里将该反应产物分离成液态矿渣和废气。

另外，存在着多种具有通过气化或燃烧对残余物进行热转换的用途的方法和装置。

然而，在燃烧过程中，由于氧化气体具有完全燃烧的任务主要只产生不可燃的气体，在气化过程中，由于不完全燃烧，液体或固体物质被诸如空气、蒸汽二氧化碳、氧或氢的气化剂转化成可燃气体和诸如灰尘或矿渣的固体残余物。不完全燃烧伴随着还原状态。为了进行合适的反应，不仅是在燃烧期间，而且在气化期间进行合适的反应，需要有足够高的反应温度，因此，所有过程都是在900℃以上的温度下进行的。提高压力可进一步改善反应状态。

为了安全地处理和利用含烃残余物，已对众所周知的气化方法和装置作过并正在对其进行改进和利用，所述装置如回转炉篦煤气发生器、流化床气化或气载粉尘烟雾的气化。

另外，还有源于有色金属行业和冶金学的方法和装置，如熔化旋风器和熔池，该装置由于利用了残余物而能节省或更换燃料，同时能确保安全处理或利用这些残余物。燃烧和气化可能在该方法中起着重要作用。

具体地讲，将固体残余物用于流化床、气载粉尘烟雾(特别参见DD267880)和熔化旋风器中--特别参见上述DE4439939、DE3525817和DE4123740--具有高的条件要求，因为其利用受到粒度和湿度的严格限制。就粒度而言，在这种情况下其上限为0.1-5mm，而温度最高可达10％(以质量计)。

与上述情况相反，就熔池而言--尤其是如DE3542805和DE3920760所披露的--基本上独立于粒度和湿度。不过，存在着因该系统的反应惯性而产生的缺陷。由于多次努力极少成功，人们正致力于迫使熔融物循环或震动熔池。另外，人们还致力于获得长的驻留时间，这会导致相关装置的大体积。最后，通过人力将液体和热矿渣经所述熔池的出口孔排出的缺陷是，这种排出不能在永久作业中机械进行，直到获得高于10t/h的极高流通量。

因此，本发明的目的是提供一种方法和装置，利用该方法和装置可将一定带宽和湿度的残余物尽可能高的灵活地和经济地转化成惰性、玻璃状对环境无害的固体和废气。在这种情况下的方法和装置要进行连续操作，并容许粒度尽可能的小。

根据本发明，上述目的是通过在权利要求1的特征部分所提到的工艺步骤实现的，并通过权利要求14所提到的装置特征而实现。

输入高温反应器上部的残余物其最大粒度为15-20mm，这些残余物通过输送装置连同气化剂或氧化剂一起送入所述反应器，所述氧化剂通常为氧气。所述气化剂或氧化剂可使残余物加速。在所述的输送装置出口处将气体/残余物悬浮物点燃。让小粒度的残余物部分，其大小大约为＜O.5mm，在还原或氧化条件下发应。所产生的矿渣和未反应的通常为粗残余物的部分根据其密度落在位于所述高温反应器下部的熔池上或熔池中。有利的是在这里会发生进一步的气化或燃烧反应，直到将所输入的残余物完全转化成液态、惰性矿渣和废气。

所述气体和矿渣是以如下方式排出本发明反应器的下部：用一种砖限制或阻拦矿渣，因此，这种砖在本文中被称为阻拦砖。这样，有利的是，只有位于其底部的被完全转化的材料才能离开反应器。位于后面的阻拦砖产生所希望的矿渣池高度，至于溢出在这里是指溢出砖，并被同时设计成矿渣流的分离边缘。

采用本发明装置能以理想方式利用本发明的上述优点。

下面将结合附图从原理上说明由从属权利要求和典型实施方案所产生的本发明的优选实施方案及发展。

在附图中：

图1表示用于实施本发明方法的本发明装置的第一种实施方案；

图2表示位于熔池上方的燃烧装置的不同实施方案的通过图1的线Ⅱ-Ⅱ的三种剖视图；和

图3表示用于实施本发明方法的本发明装置的第二种实施方案。

根据图1，一种高温反应器10被显示位于中间空间20上方，而该空间又是位于接近淬火装置或淬火反应器30处的。

所述高温反应器1O被作成直立的筒状，其壁可以向着顶部或底部收缩，与本文所示情形不同。在这里高温反应器10具有一个耐火衬里，不过该衬里也可以是全面或部分配备有一个冷却套的，以防该耐火衬里过热，并具有一个用于输送固体的输送装置11，一个具有上述耐火衬里的外壳12，一个具有耐火衬里的虹吸部分15，该部分延伸到高温反应器10的一侧，一个或几个燃烧装置13，其作用将在下文作更详细的说明，在其下部，有一个熔池14，该熔池具有一个被作成阻拦砖16的阻拦元件，以及一个被作成逸出砖17的逸出元件。所述阻拦砖16和逸出砖17在这里是设置在高温反应器10的虹吸部分中，如图2所示。

通过输送装置11可以将图中未示出的残余物(该残余物的粒度小于20mm，通常小于15mm)输送到高温反应器10，该输送装置具有一个未示出的计量装置以及一个燃烧装置，而该燃烧装置又配备有一个固体燃烧器，一个气体或液体辅助燃烧器以及一个点火和监测装置。在这里可以用图中未示出的已知类型的装置在将所述残余物送入高温燃烧器之前将其破碎至必需的粒度。

在高温反应器10中，所述残余物在1200-2000℃的温度下与空气或氧气反应，所述空气或氧气可以通过输送装置11输送，并与一种诸如天然气的可燃气体反应，所述残余物是一种含有能量的物质，它本身就是可燃的。输入天然气只是为了以加热的方式加热反应器10，使其达到所需的工作温度，该温度高于1000℃，以点燃所述固体并保持必须的燃烧温度。诸如油类的液体燃料同样可以代替诸如天然气的可燃气体。

在该反应的第一部分，已经从所述高温反应器10的上部飞入所述熔池14的极小粒度的材料与所提供的大气中的氧或氧气以及诸如天然气或油类的燃料在还原或氧化条件下起反应，在何种条件下反应取决于所提供的氧气量。在还原作业模式下，反应随着气化而进行，而在氧化作业条件下，反应随着残余物的燃烧而进行。在这一过程中，所述残余物产生反应物气体和液态矿渣。

能将已被输入的原料转化成何种粒度主要取决于该粒子在飞行中的驻留时间以及高温反应器10的尺寸。用一个高约3m的高温反应器10，可将其完全转化成粒度大约为O.25mm。

残留的未反应的固体和所产生的矿渣已经形成熔池14，该熔池根据整个反应器的流通量可从几厘米至大约0.5m深。某些尚未反应的固体根据其质量和粒度沉入熔池14并与其融合。该漂浮部分在还原或氧化条件下与熔融物和周围的气体起反应，并有可能熔化。

为了加强和加速上述反应，如果必要的话，可以采用一个或几个位于熔池14上方的燃烧装置13。至于燃料，可将大气中的氧或氧气以及诸如天然气或油类的燃料以类似方法用于输入装置11。如图2所示，此时的燃烧装置13通常略微向着熔池14表面倾斜5-40度，超过整个熔池的表面，并通过将脉冲和一定的热量输入该部位改善残余物反应表面的质量交换。另外，当无材料输入以及要避免矿渣冷冻或固化时，可以使用燃烧装置13。为了以一种未示出的装置加固，可将一个电加热器用于熔池14中或用于具有耐火衬里的外壳12中。

燃烧装置13可额外提供气化剂或氧化剂使所述熔池发生震动并迫使未反应的，尤其是粗材料燃烧，以及通过引入额外的燃烧热量使其融合。

除了上述燃烧装置13以外，还可以以一种未示出的方式用喷枪喷射气体和/或固体，使其成为具有高动能的速流。在这种场合下气体能与氧和/或空气混合，而且可以喷射还原气体，像中性气体和/或氧化气体。所述固体可以包括原料、添加燃料或其它成矿渣材料或助熔剂，以改善其流动性能。

改善熔化或还原过程的另一种可行方案是使用一个未示出的装置，由该装置将固体和/或气体导入熔池14的熔池表面以下或从其底部导入。此时的主要目的是对液态熔融物进行后处理。

为了防止漂浮的仍未反应的残余物经横向分布的虹吸部分15离开高温反应器10，在熔池表面的高度上设有阻拦砖16。由虹吸部分15形成一个保险装置，使得仅有液体和完全转化过的矿渣能够从阻拦砖16下方离开反应器10。熔池14的高度是通过逸出砖17的高度而确定的。

使热气体偏离反应器部分90度以上进入其延伸部分，流经排出矿渣的表面，并防止该矿渣固化。

由于高温反应器10的体积很大，在反应器中转化速率低，以及矿渣的流量小，有可能在某些场合下使流动的排出的矿渣在具有阻拦砖16和逸出砖17的虹吸部分15的部位发生固化。为了避免这种现象，采用了如图3所示的另一个燃烧装置41。供给燃烧装置41的燃料是诸如大气氧气或氧气以及诸如天然气或油类的燃料。

为了排空矿渣池14以及在清除诸如铁矿的重层的过程中，可以另外设置诸如图3所示的矿渣孔42。

所述气体和矿渣经过设置在虹吸部分15下部的一个排出孔18向下排入中间空间20，排出孔18被设计成锥形。

在所述中间空间20的没有耐火衬里的内侧一壁上，设有喷射装置24，该装置是以已知方法制作的，例如制成逸出头和喷水头，由该喷水头将水喷洒在所述壁的整个表面上。这样可以防止中间空间20的所述壁过热，并将到达该壁的所有矿渣颗粒冲走。

其他实施方案也是可行的，只要该方案能够保护中间空间20不受固化矿渣的破坏和不发生热过载。因此，诸如具有冷却套或外部安装的喷水装置的设计都是可行的。

液态矿渣通过中间空间20落入位于该空间下部的水池21中，并由该水池将中间空间20与外部呈气密性密封地分隔开。所述液态矿渣在这里被冷却、粒化、沉降，并通过一个排出装置22，例如一个牵引链输送，以便作进一步的处理，该处理未示出。在水池中冷却液态矿渣是一种非常简单而又可靠的方法，该方法可以获得一种惰性的、玻璃状的、对环境无害的、而且是防渗的固体作为由矿渣制成的最终产物，该最终产物可用于建筑行业和陶瓷行业。

由喷水装置24所产生的气体和蒸汽，基本上未经冷却就流经所述中间空间20，进入一个横向设置的略微向下倾斜的管道25并从这里进入所谓淬火装置30。在管25的入口处已经有一个或几个高压雾化喷头32，这些喷头在第一阶段对所述气体进行淬火，以防管25过热。淬火在这里是指在极短的时间内以很高的温差冷却。

管25的其他实施方案也是可行的，只要它能防止管25热过载即可，例如像护套冷却、耐火衬里或外加喷射装置一样。这里所说的管25在任何情况下都有尽可能大的开口直径。

如果中间空间20和/或管25具有冷却套，冷却套具有冷却水输入管和输出管，并可以与燃烧装置11、13和41的冷却回路整合，所述回路未示出。

在淬火装置30中，在其整个上部设有高压雾化喷头33，这些喷头可能设在多个平面上。很明显，根据淬火装置30的大小，高压雾化喷头33还可以不同于图中所示方式的形式设置。离开高压雾化喷头32的水流将气体冷却至其水蒸气结露点。由一个淬火水箱31密封淬火装置30，在其下部形成气体密封。

通过将淬火水注入淬火装置30冷却气体，使得快速冷却该气体成为可能，而且与此同时也非常简单而且无须很高的造价。

水池21的水通常与淬火水箱31中的水以自然逸出的方式合并并循环，净化是必要的，如果合适的话还可以中和和热退偶。在图中没有示出合并水池21和淬火水箱31的过程，但这一过程可以非常简单的实现，即通过使水池21的水位略高于淬火水箱31的水位。净化的结果是将转移的淬火水箱31中的重金属和卤从中清除，并可以以粉尘或盐的形式进行单独处理。

以上述方式冷却的气体经位于其上部的管34离开冷却装置30并可被送入诸如粉尘旋风器的粉尘容器中，和/或送入下游的能量利用装置，该装置未示出，如果在还原条件下于高温反应器10中形成的气体是可燃气体的话。在氧化作业模式下，需要适当进行加热气体的清除。

另外，气体的冷却还可以通过蒸发性冷却器来完成，该冷却器未示出，而且该冷却器是具有双元喷头的常规类型。在这种场合下，可以喷入特定量的水，并由完全蒸发量的水吸收热量并冷却气体。在其下游有一个常见类型的收尘装置，例如，粉尘过滤器。

图中未示出的另一种可行方案是在均分的中间空间20中联合完成所述过程的气体冷却和矿渣固化。在这种情况下，从出口孔18中流出的液态矿渣和气体在流出以后被位于中间空间20中的高压雾化喷头直接地充分冷却，这种方式可被称作直接淬火。在中间空间20下面可以设置一个具有排出装置22的水池21，用于冷却、粒化、沉降并排放所述矿渣。气体可以从中间空间20中横向排出。在这里，水池21中的水也是循环的，而且在一个水处理步骤中被净化，如果必要的话还可以进行中和和热退偶。另外，存在于该回路中的水的量仅能在淬火空间和中间空间20中发生部分蒸发。

上述直接淬火是一种快速冷却气体的简单的可行方案，在这种情况下，还可以通过淬火水的喷射冷却液态矿渣，这样可以缩短其处理过程。

Claims (21)

1．通过热转换将具有不同粒度的含有能量的可燃残余物转化成固体和废气的方法，该方法是在高于组成所述残余物的成分的熔点的温度下，在大气压力下，通过让残余物与氧气和/或空气反应而实现的，其特征在于：

1.1通过输送装置(11)将所述残余物与空气流或氧气流一起送入高温反应器(10)，并让其发生反应，

1.2在高温反应器(10)中将所述残余物转化成液态矿渣和气体，

1.3将液态矿渣阻拦在位于高温反应器下部的熔池(14)中，

1.4该残余物的小颗粒部分在高温反应器(10)的直立的自由空间里主要被转化成矿渣和气体，

1.5该残余物的粗颗粒部分主要是在熔池(14)中和熔池上被转化成矿渣和气体，

1.6所产生的液态矿渣流过阻拦元件(16)的下部，以及逸出元件(17)的上部，它被连同所产生的气体一起经高温反应器(10)的出口孔(18)排出高温反应器(10)。

2．如权利要求1的方法，其特征在于，所述气体和液态矿渣被一同送入中间空间(20)，而液态矿渣是在位于中间空间下面的水池(21)中冷却和粒化。

3．如权利要求1的方法，其特征在于所述气体是通过喷射淬火水充分冷却的。

4．如权利要求1的方法，其特征在于，为了转化所述残余物的粗颗粒部分，将部分含有空气和氧气的气体额外输入高温反应器(10)的位于熔池表面上方的熔池(14)部位。

5．如权利要求1的方法，其特征在于，为了对熔池(14)中的熔融物进行后处理，将气体以高的动能输送到熔池表面的下方，所述气体部分包含有空气和/或氧气。

6．如权利要求1的方法，其特征在于，所述将残余物热转化成气体和液态矿渣的过程是在1000-1800℃的温度范围内进行的。

7．如权利要求1的方法，其特征在于，让热值大于3000kJ/kg的残余物与氧气和/或空气部分至完全燃烧，以产生所必需的反应温度和转化温度，在还原作业模式下产生一种可燃的高能可利用气体，而在氧化作业模式下，产生一种不可燃的热气体。

8．如权利要求1的方法，其特征在于，如果所述残余物的热值太低，就把可燃气体或可燃液体形式的额外能量输送到高温反应器(10)中。

9．如权利要求8的方法，其特征在于，额外的能量，可以使用高热值气体、高热值液体或可燃的含有能量的热解制品。

10．如权利要求1的方法，其特征在于，为了对熔融物进行后处理，并改善其流动性能，将固体以成矿渣材料或流通气的形式输入。

11．用于实施如权利要求1-10中的一项或几项所述方法的装置，它具有一个高温反应器(10)，该反应器具有一个用于输送残余物的输送装置(11)，在该输送装置中有一个熔池(14)，该熔池由一个逸出元件(17)限制在一侧，在该熔池中设有阻拦元件(16)。

12．如权利要求11的装置，其特征在于，高温反应器(10)基本上被制成一个长形的直立筒，该筒具有一个横向虹吸部分(15)，在该虹吸部分(15)的下部设有一个出口孔(18)，用于连接所述气体和矿渣出口。

13．如权利要求11的装置，其特征在于，所述逸出元件被制作成一个位于虹吸部分(15)的逸出砖(17)，其中所述阻拦元件被设计成一个位于虹吸部分(15)和高温反应器(10)的圆筒部分之间的阻拦砖(16)。

14．如权利要求11的装置，其特征在于，所述输送装置(11)具有一个计量装置和一个燃烧装置，该燃烧装置具有一个固体燃烧器，一个气体或液体辅助燃烧器，以及一个点火和监测装置。

15．如权利要求11的装置，其特征在于，为了支持在高温反应器(10)中的反应，至少再提供一个额外的燃烧装置(13)，该燃烧装置向着熔池(14)的表面倾斜。

16．如权利要求11的装置，其特征在于，在高温反应器(10)中设有喷射喷枪，通过该喷射喷枪可将气体和/或固体喷射在熔池(14)上。

17．如权利要求11的装置，其特征在于，在熔池(14)的下面设有可将气体和/或固体导入熔池(14)中的装置。

18．如权利要求11的装置，其特征在于，在高温反应器(10)中的虹吸部分(15)的部位设有至少一个指向熔池(14)的燃烧装置(41)。

19．如权利要求11的装置，其特征在于，至少设有一个位于高温反应器(10)的熔池(14)下面的矿渣出口(42)。

20．如权利要求11的装置，其特征在于，在高温反应器(10)的下面设有一个中间空间(20)，在该中间空间的侧壁设有喷雾装置(24)，在其底部设有一个水池(21)。

21．如权利要求20的装置，其特征在于，所述中间空间(20)通过一个管(25)与一个淬火装置(30)连接，在该淬火装置的侧壁上有一个高压雾化喷头(33)，在其底部有一个淬火水箱(31)。

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