CN1276048A - 利用燃烧废物发电的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

由高温和高压的蒸汽高效率地发电。该蒸汽是利用各种废物燃烧时产生的废气的热量而生产的。将废物在焚化炉或气化熔融燃烧炉(11)中燃烧以生成废气。生成的废气被引入一个换热器(12),利用热交换加热气体(例如空气)。在一个过热蒸汽加热器(14)中利用被加热的气体作为热源将过热蒸汽加热,然后将被加热的过热蒸汽送到与发电机偶连的蒸汽涡轮机(15)中用以发电。

Description

利用燃烧废物发电的方法和设备
                                技术领域
本发明涉及利用燃烧废物发电的方法和设备，更具体地，本发明涉及由高温和高压蒸汽高效率地发电的方法和设备。该蒸汽是利用各种废物燃烧产生的废气的热量而生产的，同时避免了由于高温熔融盐而造成的热交换器的腐蚀问题。
                             背景技术
人们预计在二十一世纪，各种废物的处理将从简单的燃烧转为能够高效率地回收能量的不含二氧芑(dioxin)的循环系统。因为对废物的分类将会作出更大的努力，因此需要开发针对废物的种类的回收技术。例如，可以利用废物燃烧时产生的燃烧热量同时解决二氧芑的控制和灰烬的熔融的气化熔融燃烧系统正逐渐成为处理一般废物的主流方法。可以将基于塑料的废物转化为化学制品的原料的化学回收技术，正逐渐成为处理基于塑料的废物的主流方法。利用燃烧废物的高效率的发电要求30％或更高的发电效率。
现有的利用废物燃烧生成的热量来发电的热循环系统通常是这样实现的：利用废热锅炉将蒸汽形式的废物的燃烧热回收，然后将蒸汽送到一个蒸汽涡轮机，利用由蒸汽涡轮机驱动的发电机来发电。
基于废物燃烧的传统发电系统的一个实施例见于附图中的图4。如图4所示，废物在一个焚化炉或气化熔融燃烧炉11中燃烧，并且利用生产过热蒸汽的废热锅炉13将产生的废气的热量回收。过热蒸汽被送到一个蒸汽涡轮机15，该蒸汽涡轮机与一个发电机直接偶连，用来发电。产生的电能用于在废物焚化炉设备中的消耗和出售给动力公司。穿过废热锅炉13的废气流经一个预热器16(例如节热器)和滤尘袋17，然后通过一个烟囱，以低温清洁的气体的形式排放到大气中。
在传统的蒸汽涡轮机发电系统中，发电的效率很大程度上依赖于送到蒸汽涡轮机的过热蒸汽的温度。随着过热蒸汽温度的升高，发电的效率显著地提高。在利用废物燃烧发电的传统应用系统中，由于下述原因，过热蒸汽温度的最大值约为400℃，并且发电的效率最大为约20％。
迄今为止，由于废物燃烧中产生的腐蚀性气体，例如氯化氢造成的腐蚀和由于高温熔融盐造成的腐蚀，过热蒸汽的温度没有能够超过400℃。对于废热锅炉，由于具有相对低温度(例如大约310℃)的饱和蒸汽流经压力甚至在100kg/cm2的水管，即使使用金属管作为水管，也可以防止腐蚀。然而，对于过热蒸汽，由于过热蒸汽的温度是400℃或更高，腐蚀性化合物例如高温熔融盐的腐蚀将会造成导热金属管表面的损坏。
腐蚀的机理是复杂的，并且腐蚀反应受诸多因素的综合影响。对于导热管的腐蚀最重要的因素是管是否暴露于含有NaCl或KCl的熔融盐的环境中，这甚至比HCl的浓度还重要。在这种环境下，盐类被熔融，附着在导热管上，从而加速了管子的腐蚀。
图5表示了依赖于由废物的燃烧产生的废气的温度(由横坐标表示)和导热管的表面温度(由纵坐标表示)的腐蚀的不同形式。它是由本发明人的长期经验和采用一个城市废物焚化炉的试验所推出的。如图5所示，有四种形式，它们是“剧烈腐蚀区”、“腐蚀发展区”、“腐蚀延迟区”和“无腐蚀区”。当过热蒸汽的温度是400℃时，导热管的表面温度是大约430℃，高于过热蒸汽温度约30℃。在这个温度下，正好或约为600℃的废气的温度被认为是将“腐蚀发展区”和“无腐蚀区”彼此分离的边界温度。这与下面的事实一致：在城市废物焚化炉的废热锅炉中，当进入其中蒸汽管子紧密汇集的锅炉中的废气的温度是600℃或更高时，盐类会附着在导热管上造成废气通道的堵塞。因此，认为盐类是熔融还是固化态的边界温度是大约600℃。这个温度与复合盐类的熔点相关。NaCl的熔点是800℃，KCl的熔点是776℃。然而，盐类混合以后形成复合盐类，它们的熔点降低，例如，在550℃到650℃范围。这个熔点随废物的性质而变化，而废物也因地而异。在邻近海滨的地方城市，由于在废物中盐类的浓度较高，边界温度可以低于600℃。当导热管的表面温度等于或高与430℃时，即使废气的温度在500到600℃范围，它的环境属于“腐蚀延迟区”，导热管只受到轻微的腐蚀，其强度低于熔融盐腐蚀。因此，用于边界温度的过热器管的材料选择尤为重要。因为过热器管的表面温度比过热蒸汽高大约30℃，过热蒸汽的温度，大约为400℃，被认为是防止腐蚀的许可温度界限。对于过热蒸汽的温度是400℃的情况，根据涡轮机的排泄冲击(drain attack)，蒸汽的压力限制在大约3.9MPa，因此在废物燃烧发电系统中，发电的效率仅仅是大约20％。
为了在避免落入“腐蚀发展区”的同时，得到温度为400℃或更高的过热蒸汽，需要安装能够在废气温度在500到600℃条件下工作的过热蒸汽管。然而，这样的方法是不利的，因为废气和过热蒸汽的温度相差很小，为了获得满意的热传导，所需要的传热面积太大，导致大尺寸热量回收设备。
另一方面，为了实现通过升高蒸汽温度的方法得到更高的发电效率的目的，人们进行了许多尝试。这些尝试是为了开发出可以在高温下使用，而不会使导热管腐蚀的耐腐蚀的金属材料。然而，这些关于开发新材料的尝试在技术上和经济上是如此困难，以致于没有得到实用的满意的结果。另一个努力是开发RDF发电系统，在其中为了除氯和除硫，在废物中掺入石灰，并且转化为固体燃料。虽然RDF发电系统能够降低废气中的HCl，但是它不能够减少熔融盐的腐蚀。从图5看出，在从具有800℃或更高温度的废气获得的温度为500℃的过热蒸汽的情况中，导热管表面温度为大约530℃，因此导热管暴露于“剧烈腐蚀区”。
人们所提议的一个系统，被称之为先进的废物发电系统，其中利用一个气体涡轮机和从废热锅炉得到的蒸汽发电，该废热锅炉用从涡轮机排出的废气再次加热，以提高在蒸汽涡轮机中的发电效率。然而，这个被提议的系统是有问题的，因为它消耗大量的除废物以外的另一种高质量的燃料，并且不经济。另一个被建议的系统是这样的：为了提高在蒸汽涡轮机中的发电效率，用燃烧高质量的燃料来再加热从废热锅炉得到的蒸汽。因为消耗大量的除废物外的另一种高质量的燃料，所以这个系统不经济。
                         发明的描述
本发明的一个目的是提供利用燃烧废物来发电的方法和设备。本发明能够升高过热蒸汽的温度以提高发电的效率，而不会产生由腐蚀性成分，例如在废物燃烧气中含有的高温熔融盐引起的腐蚀问题。
根据本发明的一个方面，提供了利用燃烧废物发电的一种方法，该方法包括：燃烧废物以产生高温废气；将废气引入一个换热器，利用热交换来加热气体；利用加热的气体作为热源加热过热蒸汽；以及将被加热的过热蒸汽送到一个与发电机偶连的蒸汽涡轮机用以发电。
根据本发明的另一个方面，提供了利用燃烧废物发电的一种设备，该设备包括：用于燃烧废物以产生高温废气的燃烧器；利用从燃烧器而来的废气和气体之间的热交换来加热气体的一个换热器；利用被加热的气体和过热蒸汽之间的热交换来加热过热蒸汽的一个加热器；和一个与发电机偶连的蒸汽涡轮机，将加热的过热蒸汽加入蒸汽涡轮机而发电。
根据本发明，由废物燃烧产生的废气被加入换热器，在换热器中，利用热交换，将流经换热器管的气体(例如空气)加热，随后利用废热锅炉或诸如此类的设备，利用加热的气体作热源，得到过热蒸汽，最后将经气体加热的过热蒸汽送到与发电机偶连的蒸汽涡轮机来发电。这就是说，没有将废气直接引入废热锅炉来加热过热蒸汽，而是将废气引入换热器来加热例如空气的气体，并由加热的气体加热过热蒸汽。利用废气加热例如空气的气体的换热器不需要耐高压类型，因此对于换热器不需要使用特殊材料，这些特殊材料是由例如锅炉结构标准或发电厂的技术标准所规定的。因此可以使用陶瓷材料作为换热器的材料。如果将陶瓷材料用作换热器中的导热管，它们将很难发生因熔融盐而产生的腐蚀。即使在使用耐热铸钢或金属制造的换热器的情况下，暴露于废气中的导热管能够在如图5所示的“腐蚀延迟区”的环境下使用。这样就难以发生由于熔融盐造成的腐蚀问题。特别地，虽然耐热铸钢是众所周知的耐腐蚀材料，但是以传统方法的标准，它一直没有能够用作蒸汽管。然而，在本发明中能够使用耐热铸钢，因为在本发明中耐热铸钢是作为废气和气体(如空气)之间的导热管，而不是作为蒸汽管线被使用。
根据上述的本发明，高温废气加热流经导热管的气体(如空气)。当管表面温度为700℃或更高时，含于废气中的腐蚀性成分难以对管线造成高温熔融盐腐蚀。当管表面温度为700℃或更高时，由于周围环境处于图5所示的“腐蚀延迟区”，管线的腐蚀很小。因此，即使高温换热器的导热管由金属管制成，流经管线的气体(如空气)也能够被加热到例如大约700℃的高温。用温度大约为700℃的气体(例如空气)，在废热锅炉中，利用再加热的方法，很容易由加热到大约400℃的过热蒸汽生产温度为大约500℃的过热蒸汽。由于过热蒸汽不是用废气再加热，而是用气体(例如空气)再加热，高温熔融盐腐蚀的问题不会发生。作为热源被使用的是高温空气而不是废气，因而不会发生由于灰烬在导热管上的附着而产生的导热系数的降低，因此过热蒸汽换热器可以相对地减小尺寸。如此，被再加热的过热蒸汽被送到一个与发电机偶连的蒸汽涡轮机，该发电机能够以30％或更高的效率发电。
图6表示了在一个传统系统中和在一个根据本发明的系统中导热管的腐蚀速率。该传统系统是用废气直接加热过热蒸汽，而本发明的系统是用废气间接加热过热蒸汽。在图6中用曲线A表示传统系统，由于在蒸汽一侧的薄层导热系数值很大，管的表面温度与蒸汽的温度很接近，因此管暴露于“剧烈腐蚀区”。在图6中用曲线B表示根据本发明的系统，没有蒸汽而只有气体(例如空气)被废气加热。对于空气而言，因为在空气一侧的薄膜导热系数要比蒸汽一侧的值小很多，管的表面温度接近于废气的温度，因此管暴露于图5所示的“腐蚀延迟区”。因为采用废气间接加热过热蒸汽方法的系统能够避免高温熔融盐腐蚀的缘故，可以使用一种由已知的金属材料制造的管子。
接下来，将描述导热管表面温度的差异，这种差异是由薄层导热系数的不同造成的。
采用下面的公式计算导热管的表面温度Tw。
      Tw＝T-{hio/(hio+ho)}×(T-t)
其中：
T      ＝    废气的温度
T      ＝    接受热量的气体的温度
Ho     ＝    废气的薄膜导热系数
Hio    ＝    接受热量的气流的薄膜导热系数
1)  对于采用过热蒸汽作为热量接受流体的情况
假设T＝1200℃，t＝500℃，ho≈100kcal/m2h℃，和hio≈2000kcal/m2h℃(在过热蒸汽情况下是非常大的值)，Tw＝1200-{2000/(2000+100)}×(1200-500)＝533℃。
因此，导热管暴露于“剧烈腐蚀区”。
2)  对于采用空气作为热量接受流体
假设T＝1200℃，t＝500℃，ho≈100kcal/m2h℃，和hio≈200kcal/m2h℃(在气体(例如空气)的情况下是非常小的值)，Tw＝1200-{200/(200+100)}×(1200-500)＝733℃。
因此，导热管的剧烈腐蚀可以避免。
进一步，由于低压空气可以用作加热介质，可以利用陶瓷材料制造管子。管是由金属材料还是由陶瓷材料制造取决于它们使用的条件。例如，对于管的表面温度为800℃或更高的情况，管子优选采用陶瓷材料或耐热铸钢制造。
通过以实施例的方式并结合附图来说明本发明的优选实施方案，本发明的上述和其他的目的、特性和优点将变得显而易见。
                    附图的简要说明
图1是一个发电系统的流程图，该系统是根据本发明的一个实施方案，利用燃烧废物的方法发电；
图2是插入式换热器(bayonet type heat exchanger)的截面图；
图3是一个发电系统的流程图，该系统是根据本发明的另一个实施方案，利用燃烧废物的方法发电；
图4是一个利用燃烧废物发电的传统发电系统的流程图；
图5是显示腐蚀区与废气温度和导热管表面温度的关系的图；和
图6是显示腐蚀速度和导热管表面温度之间关系的图。
                   本发明的最佳实施方案
图1是一个发电系统的流程图，该系统根据本发明的一个实施方案，利用燃烧废物的方法发电。
如图1所示，在一个焚化炉或一个气化熔融燃烧炉11中，燃烧废物以产生废气。产生的废气穿过一个用耐热金属或陶瓷制成的高温换热器12，以加热流体气体(例如空气)到优选高至大约700℃的温度。经过高温换热器12的废气被送到一个废热锅炉13，后者由向该处提供的水而生产蒸汽。加热产生的蒸汽，从而得到具有大约100kg/cm2的蒸汽压力和大约400℃的温度的过热蒸汽。过热蒸汽被送到一个过热蒸汽加热器14，在该加热器中，用被加热的流体气体(例如空气)将过热蒸汽加热到约500℃。该被加热的流体来自高温换热器12，并且具有大约700℃的温度。由过热蒸汽加热器14加热的过热蒸汽被送到一个与发电机直接偶连的蒸汽涡轮机而发电。
穿过废热锅炉13的废气被送入一个空气预热器16。在该预热器中，用废气预热将被送到高温换热器12的流体气体(例如空气)。废气还在一个节热器中预热水，并且预热后的水被送到废热锅炉13。从预热器16排出的降低了温度的废气，用一个滤尘袋17过滤，然后以干净的废气形式从烟囱排出。
如上所述，高温换热器12与一个高温废气管线相连。从焚化炉或气化熔融燃烧炉11中排放出的废气在该管线中流动。在高温换热器12中，将气体(例如空气)加热到大约500℃或更高的温度，优选大约700℃。然后将被加热的空气送到过热蒸汽加热器14中，在该加热器中，具有400℃温度的过热蒸汽被加热到大约500℃的温度。将被过热蒸汽加热器14加热的过热蒸汽送到与发电机直接偶连的蒸汽涡轮机15，由蒸汽涡轮机发电。用来加热过热蒸汽的气体(例如空气)被作为燃烧空气，从过热蒸汽加热器14送到焚化炉或气化熔融燃烧炉11。
对于焚化炉11，因为从该处释放的废气的温度大约为850℃，废气和空气之间的温度差很小，所以高温换热器12需要一个相应地大的换热面积。然而，对于气化熔融燃烧炉11，因为从该处释放的废气的温度为1200℃或更高，废气和空气之间的温度差很大，所以在高温换热器12中的换热面积可以很小。作为传导来自废气的热量的载热介质的气体，优选空气或惰性气体(例如氮气)。
图2表示了一个用作高温换热器12的插入式换热器。该插入式换热器包括一些具有复合管(duplex-tube)结构的换热部分31。在图2中，显示了一个单独的复合管换热部分31。换热部分31包括一个外套管32和一个内管33。外套管具有圆柱体的形状并且一端敞开另一端封闭。内管具有相对的两端敞开的圆柱体形状。高温废气接触外套管32的外表面。低温气体(例如空气)从内管33的一端引入内管33并从内管33的另一端排出，该低温气体在内管33和外套管32之间的环状空间流动，并且从外套管32的敞开的一端流出。与此同时，用与废气的热交换来加热气体(例如空气)。因为插入式换热器由复合管换热部分31组成，在废气和气体之间的换热以两级方式进行。更具体地，两步换热包括一个第一级换热和一个第二级换热。第一级换热是在流经内套管33的气体与流经外套管32与内管33间环状空间的气体之间进行的。第二级换热是在外套管32外侧流动的废气与流经外套管32与内管33间环状空间的气体之间进行的。因为低温气体被第一级换热加热，与废气接触并且被第二级换热所加热的外套管32的表面温度变得相当高，因此避免了“剧烈腐蚀区”。进一步，换热部分31暴露于一个高温环境，因而产生一个相对大的线性膨胀。如果将换热部分的两端都固定，将需要采取解决线性膨胀的措施。而本实施方案换热部分是简洁的悬臂式结构。
对用于插入式换热器的耐热铸钢，JIS(日本工业标准)中的SCH是理想的，对于金属而言，具有高含量的镍(Ni)、钴(Co)和铬(Cr)的耐热合金是理想的。对于陶瓷，优选碳化硅(SiC)。当碳化硅、铝和氮化硅的片状材料暴露于来自一个气化熔融燃烧炉的具有大约1350℃的废气中一个月后，铝和氮化硅的片状材料完全熔融，而碳化硅的片状材料虽然厚度从10mm减少到5mm，却保持了它原先的形状。具体地，在废气的强气流中，例如废气的流动方向，碳化硅片状材料的厚度的减少较多，而在废气的弱气流中，碳化硅片厚度的减小较少。当碳化硅的表面温度为1000℃或更低时，几乎不发生在废气的流动方向上的厚度减少。
从上述的试验结果可以看出，对于用碳化硅制成的换热器，并且表面温度在1000℃或更低的情况下，高温换热器12的使用寿命可以极大地延长。
虽然高温换热器12并不限于插入式换热器，但是优选插入式换热器。插入式换热器适于用高温流体加热低温流体，以升高暴露于废气的导热表面的温度。
对于中等温度和高温，可以使用两个或更多的换热器，并且可以改变换热器的结构。例如，中温换热器可以安排用于将大约250℃的空气加热到大约500℃，高温换热器可以安排用于将大约500℃的空气加热到大约700℃。采用这种安排，中温换热器可以是一个插入式换热器，而高温换热器可以是其他类型的普通换热器。其原因是：当空气的温度大约是500℃时，导热管的表面温度是700℃或更高，因此进入了图5所示的“腐蚀延迟区”。不过，高温换热器也可以是由陶瓷材料制成的插入式换热器。
图3是一个发电系统的流程图，该系统是根据本发明的另一个实施方案，利用燃烧废物的方法发电。根据图3中所示的实施方案，一个流化床气化器和一个涡流式熔融燃烧炉被用于气化和燃烧废物。
如图3所示，废物被装入流化床气化器21中，在氧气的总量小于废物燃烧所需氧气的理论值的条件下，将废物加热到500到600℃的温度范围气化。在流化床气化器21中，流化床的温度低并且流化床处于还原性氛围。因此，包括铁、铜和铝等金属能够以非氧化态被分离。在流化床气化器21中生成的含有炭和焦油的热解气，被送到一个涡流式熔融燃烧炉22。在涡流式燃烧炉22中，在不加入辅助燃料的条件下，加入的气体以1350℃或更高的高温燃烧。燃烧温度可以在1200℃至1500℃范围内。由于气体的燃烧主要是在涡流式熔融燃烧炉22中进行，大约1.3的低过量空气比是可能的，并且因此减少了从涡流式熔融燃烧炉22排放的废气的量。因为气体在1200℃或更高的温度下燃烧，所以二氧芑能够被完全分解。在涡流式熔融燃烧炉22中，形成了涡流流动，利用离心力的作用将炉渣有效地分离，并且有害的成分(例如重金属)含于炉渣中，之后将炉渣冷却成为密封有重金属的玻璃状固态物质。
产生过热蒸汽的废热锅炉24与涡流式熔融燃烧炉22相连，并且一个高温换热器23被放置在废热锅炉24中的辐射导热部分。高温换热器23包括由耐热铸钢、耐热金属或碳化硅制成的管子，用于加热经过预热的空气。该预热的空气具有150℃到300℃的温度，且它流经温度高达500℃到800℃，优选大约700℃的管子。此时，废气的温度在1000到1300℃的温度范围，优选大约1200℃，以防止灰烬在高温换热器23的管子上沉积。由于在高温换热器23中的空气流和废气之间的温度差很大，高温换热器23的换热面积可以很小，并因此高温换热器在尺寸上可以是紧凑的。因为空气以2kg/cm2或更低的压力，优选大约0.05kg/cm2的压力流经管子，所以高温换热器23的管不需要是耐压结构。因此，高温换热器23的管子可以由陶瓷或铸钢制造。高温换热器23的位置并不限制于废热锅炉24的辐射导热部分，而是可以在涡流式熔融燃烧炉22和废热锅炉24之间的任何位置。例如，可以在涡流式熔融燃烧炉22的下游设置一个导管，将高温换热器23安装在该导管中。
被高温换热器23加热到500℃到800℃，优选大约700℃的空气被送到一个过热蒸汽加热器25，在此来自废热锅炉24的温度为大约400℃的过热蒸汽被加热到400℃到600℃的温度范围，优选温度是大约500℃。加热过热蒸汽后温度下降的空气被作为燃烧气送到涡流式熔融燃烧炉22。在涡流式熔融燃烧炉22中，由于这样加入的燃烧气具有范围在350℃到550℃的相对高的温度，高效率的高温燃烧得以实现。用过热蒸汽加热器25加热到400℃到600℃，优选大约500℃的过热蒸汽，以大约100kg/cm2的压力加入一个蒸汽涡轮机26。该蒸汽涡轮机与一个发电机直接偶连而发电。
以这种安排方式，利用燃烧废物发电的系统能够以30％到32％的效率发电，并避免由于高温熔融盐产生的腐蚀问题。随着过热蒸汽温度的升高，发电效率升高。因为利用过热蒸汽加热器25将过热蒸汽的温度升高到500℃或更高是可能的，所以利用燃烧废物发电的系统能够以较高的效率发电。
废热锅炉24有管30。该管用来与废气接触，生产温度大约是400℃的过热蒸汽。由于在高温换热器23中的换热，该废气的温度降低到大约600℃。当废气的温度降低到大约600℃时，废气不会产生如图5所示的高温熔融盐腐蚀的问题。在废热锅炉24出口的废气温度是大约350℃，并且将排放的废气送到一个节热器27，该节热器用于将加入到废热锅炉24的水预热。然后将从节热器27排放的废气送到一个空气预热器28，该空气预热器用于将加入到高温换热器23的空气预热到大约150℃到300℃的温度。从空气预热器28排放的、温度降低到大约160℃的废气，用一个灰尘收集器29，例如滤尘袋，进行过滤，然后以干净的废气的形式从烟囱排放到空气中。
因为气化熔融燃烧系统可以在过量空气比的条件下操作，所以可以获得高的锅炉效率，通风设备所消耗的电能也将极大地降低，并且不需要消耗灰烬熔融炉的电能，因此改进了在电力输送中的效率。高效率的电力输送比高效率的发电更能够体现高效率的热循环的特征。气化和熔融燃烧系统可以在不使用辅助燃料的条件下操作，因此该系统是高经济性的。下面的表1表示了不同系统的包括电力输送效率的比较。
                             表1
项目 系统A 系统B 系统C
(1)燃料 废物 废物 废物
(2)热值kcal/kg 3500 3500 3500
(3)到达蒸汽涡轮机的过热蒸汽 100ata  ×540℃ 40ata  ×400℃ 100ata  ×500℃
(4)发电效率 35％ 24％ 31％
(5)生产的电能 1424kW 977kW 1262kW
(6)消耗的电能[1]设备[2]灰烬熔融190kg灰烬1200kW/t(灰烬) 130kW230kW 110kW0kW 120kW0kW
(7)输送的电能[(5)-(6)] 1064kW 867kW 1142kW
(8)电力输送效率 26.1％ 21.3％ 28.1％
系统A：焚化炉+电灰烬熔融
系统B：气化熔融燃烧-I
系统C：气化熔融燃烧-II
*在表1中指出的电能的总量是对应于每吨废物的量。
在表1中，100ata×540℃，40ata×400℃和100ata×500℃代表各自系统中过热蒸汽的压力和温度。由表1可见：利用高压和高温的过热蒸汽(100ata×500℃)来发电的气化和熔融燃烧系统得到28.1％的电力输送效率。这是最高的效率。利用本发明获得的过热蒸汽，焚化炉和灰烬熔融炉组合的燃烧系统达到最高的发电效率，但是因为在灰烬熔融炉中消耗了大量的能量，其电力输送效率降低到26.1％。利用经废气直接加热的过热蒸汽(40ata×400℃)来发电的传统的气化熔融燃烧系统得到最低的发电效率和最低的电力输送效率。
根据本发明，由耐热铸钢、合金或陶瓷材料制成的管线被放置在高温燃烧废气中，以加热例如空气的气体，并且利用热交换，使用被加热的气体(例如空气)来再加热过热蒸汽。利用含有腐蚀性成分的废气能够获得温度为大约500℃或更高的过热蒸汽，且避免因高温熔融盐造成的腐蚀的问题，因此能够获得30％或更高的发电效率。
虽然对本发明的特定优选实施方案进行了详细的展示和描述，应当理解的是，在其中可以进行各种变化和修改，而不偏离所附权利要求的范围。
                     工业实用性
本发明应用于废物处理设备。在其中以高温和高压的蒸汽高效率地发电。该蒸汽是用不同废物燃烧时产生的废气的热量生产的。

Claims (17)

1.一种利用燃烧废物发电的方法，该方法包括：
燃烧废物以产生高温废气；
将所述的废气引入一个换热器，利用热交换加热气体；
利用所述的被加热的气体作为热源，加热过热蒸汽；和
将所述的被加热的过热蒸汽送到一个与发电机偶连的蒸汽涡轮机中用以发电。
2.根据权利要求1的方法，其中与所述废气接触的所述换热器的导热管包括耐热铸钢和陶瓷中的一种。
3.根据权利要求1的方法，其中与所述废气接触的所述换热器的导热管包括耐热金属。
4.根据权利要求1的方法，其中所述换热器包括一个插入式换热器。
5.根据权利要求1的方法，其中所述的换热器的导热管的表面温度维持在700℃或更高。
6.根据权利要求1的方法，其中所述的过热蒸汽由一个废热锅炉生产，向该废热锅炉中加入所述的废气。
7.根据权利要求1的方法，其中所述气体和所述过热蒸气之间的热交换是在一个过热蒸汽加热器中进行。
8.根据权利要求1的方法，其中所述气体包括空气，且所述的空气在被加入到所述的换热器之前，在一个空气预热器中被所述的废气预热。
9.根据权利要求1的方法，其中所述的过热蒸汽的加热是在一个过热蒸汽加热器中进行，并且从所述的过热蒸汽加热器排放的所述空空气，作为燃烧空气，被引入一个焚化炉或一个气化熔融燃烧炉中。
10.一种利用燃烧废物发电的设备，该设备包括：
一个燃烧废物以生产高温废气的燃烧器；
一个换热器，该换热器利用从所述的燃烧器排放出的废气和气体之间的热交换来加热所述的气体；
一个加热器，该加热器利用所述的被加热的气体和过热蒸汽之间的热交换来加热所述的过热蒸汽；
一个与发电机偶连的蒸汽涡轮机，所述的被加热的过热蒸汽被加入到所述的蒸汽涡轮机中用以发电。
11.根据权利要求10的设备，其中与所述的废气相接触的换热器的导热管包括耐热铸钢和陶瓷中的一种。
12.根据权利要求10的设备，其中与所述的废气相接触的换热器的导热管包括耐热金属。
13.根据权利要求10的设备，其中换热器包括一个插入式换热器。
14.根据权利要求10的设备，其中所述换热器的导热管的表面温度保持在700℃或更高。
15.根据权利要求10的设备，进一步包括用于生产所述的过热蒸汽的一个废热锅炉，所述的废气被加入到所述的废热锅炉中。
16.根据权利要求10的设备，其中所述的气体包括空气，并且所述的空气在被加入到所述的换热器之前，在一个空气预热器中，被所述的废气预热。
17.根据权利要求16的设备，其中从所述的加热器排放的所述空气，作为燃烧空气，被引入一个焚化炉或一个气化熔融燃烧炉中。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102130632A (zh) * 2010-01-15 2011-07-20 能原科技股份有限公司 能量再生系统
CN102770709A (zh) * 2010-02-24 2012-11-07 美得华水务株式会社 废热发电方法以及废热发电系统
CN102964049A (zh) * 2011-08-26 2013-03-13 三菱综合材料管理（上海）有限公司 含水被处理物的处理系统及含水被处理物的处理方法
CN103104922A (zh) * 2013-02-06 2013-05-15 西安宇清环境工程科技有限责任公司 一种垃圾焚烧烟气余热回收装置
CN104412060A (zh) * 2012-05-16 2015-03-11 巴威福龙股份公司 具有增强的耐腐蚀性的换热器
CN109812821A (zh) * 2019-03-27 2019-05-28 四川川锅锅炉有限责任公司 一种防腐蚀的垃圾焚烧锅炉过热器系统
CN110214220A (zh) * 2016-11-01 2019-09-06 通用电器技术有限公司 用于提供超临界蒸汽的系统和方法
CN112567174A (zh) * 2018-08-09 2021-03-26 阿姆斯特丹环境废物咨询科技有限公司 包括先进面板设计及其覆层的高压加热装置

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001046620A1 (en) * 1999-12-22 2001-06-28 Olivine (Nz) Limited Waste incinerator, method of combustion and waste-to-energy facility
FR2836715B1 (fr) * 2002-03-04 2004-06-25 Brunel Bureau Et Chaudiere a vapeur pour la production de vapeur surchauffee
DE10221469A1 (de) * 2002-04-16 2003-12-04 Swe Strom Und Fernwaerme Gmbh Verfahren zur energetischen Nutzung von Restabfällen
US8069676B2 (en) 2002-11-13 2011-12-06 Deka Products Limited Partnership Water vapor distillation apparatus, method and system
CN101658740B (zh) 2002-11-13 2014-06-04 迪卡产品合伙有限公司 压力蒸汽循环液体蒸馏器
US8511105B2 (en) 2002-11-13 2013-08-20 Deka Products Limited Partnership Water vending apparatus
US7325399B2 (en) * 2003-02-10 2008-02-05 New Power Concepts Llc Coolant penetrating cold-end pressure vessel
KR100712730B1 (ko) * 2005-12-30 2007-05-04 경기대학교 산학협력단 인공경량 세골재 제조를 위한 수직 소성장치
US11826681B2 (en) 2006-06-30 2023-11-28 Deka Products Limited Partneship Water vapor distillation apparatus, method and system
US8763391B2 (en) 2007-04-23 2014-07-01 Deka Products Limited Partnership Stirling cycle machine
US11884555B2 (en) 2007-06-07 2024-01-30 Deka Products Limited Partnership Water vapor distillation apparatus, method and system
EP3730458A1 (en) 2007-06-07 2020-10-28 DEKA Products Limited Partnership Water vapor distillation apparatus, method and system
SI2011972T1 (sl) 2007-07-03 2013-12-31 Clm Technologie Ag Postrojenje, postopek in naprava za pridobivanje pregretega medija
DE102008022188B4 (de) * 2008-05-05 2010-02-11 Applikations- Und Technikzentrum Für Energieverfahrens-, Umwelt- Und Strömungstechnik (Atz-Evus) Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine
MX367394B (es) 2008-08-15 2019-08-20 Deka Products Lp Aparato expendedor de agua.
WO2012067605A1 (en) * 2010-11-15 2012-05-24 Biomass Products, Llc. Systems and methods for managing and utilizing excess corn residue
US8712787B2 (en) * 2010-11-15 2014-04-29 Biomass Products, Inc. Systems and methods for managing and utilizing excess corn residue
DE102012003504A1 (de) * 2012-02-22 2013-08-22 Joachim Mallon Verfahren zur Verwertung von phosphorhaltigen Abfällen
WO2014018896A1 (en) 2012-07-27 2014-01-30 Deka Products Limited Partnership Control of conductivity in product water outlet for evaporation apparatus
EP2990726B1 (en) 2013-04-22 2017-06-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Combined heat and power system
CN103897743B (zh) * 2014-03-28 2016-02-03 上海锅炉厂有限公司 固体燃料分级气化-燃烧双床多联产系统与方法
PL3193082T3 (pl) * 2016-01-12 2019-02-28 Hitachi Zosen Inova Ag Sposób i urządzenie do wytwarzania pary przegrzanej za pomocą ciepła wytworzonego w kotle instalacji spalania
KR101856464B1 (ko) * 2016-12-12 2018-05-11 한전원자력연료 주식회사 압력용기 내부 온도 유지 장치

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4099382A (en) 1976-06-21 1978-07-11 Texaco Inc. By-product superheated steam from the partial oxidation process
US4788824A (en) * 1986-09-02 1988-12-06 Spurr Charles A Electrical power plant and method of producing electricity
DE4041251A1 (de) * 1990-12-21 1992-06-25 Krupp Polysius Ag Verfahren und anlage zur herstellung von gebranntem gut sowie zur erzeugung von elektrischer energie
JPH0598908A (ja) 1991-10-09 1993-04-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃焼炉の燃焼ガスを利用する発電装置
DK114792D0 (da) * 1992-09-17 1992-09-17 Ansaldo Volund As Fremgangsmaade og anlaeg til opnaaelse af hoeje damptemperaturer ved forbraendig af vanskelige braendsler
EP0671587A1 (en) * 1993-12-31 1995-09-13 CONSIT S.r.l. Waste destructor combined with a second thermal source for the production of electric or mechanical energy
US20020005152A1 (en) * 1996-03-29 2002-01-17 Mitsui Engineering And Shipbuilding Company Limited High temperature air heater and waste treatment equipment
US5603218A (en) * 1996-04-24 1997-02-18 Hooper; Frank C. Conversion of waste heat to power

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102130632A (zh) * 2010-01-15 2011-07-20 能原科技股份有限公司 能量再生系统
CN102130632B (zh) * 2010-01-15 2013-07-03 能原科技股份有限公司 能量再生系统
CN102770709A (zh) * 2010-02-24 2012-11-07 美得华水务株式会社 废热发电方法以及废热发电系统
CN102770709B (zh) * 2010-02-24 2015-02-11 美得华水务株式会社 废热发电方法以及废热发电系统
CN102964049B (zh) * 2011-08-26 2015-04-22 三菱综合材料管理（上海）有限公司 含水被处理物的处理系统及含水被处理物的处理方法
CN102964049A (zh) * 2011-08-26 2013-03-13 三菱综合材料管理（上海）有限公司 含水被处理物的处理系统及含水被处理物的处理方法
CN104412060B (zh) * 2012-05-16 2017-03-08 巴威福龙股份公司 具有增强的耐腐蚀性的换热器
CN104412060A (zh) * 2012-05-16 2015-03-11 巴威福龙股份公司 具有增强的耐腐蚀性的换热器
CN103104922B (zh) * 2013-02-06 2015-09-02 西安宇清环境工程科技有限责任公司 一种垃圾焚烧烟气余热回收装置
CN103104922A (zh) * 2013-02-06 2013-05-15 西安宇清环境工程科技有限责任公司 一种垃圾焚烧烟气余热回收装置
CN110214220A (zh) * 2016-11-01 2019-09-06 通用电器技术有限公司 用于提供超临界蒸汽的系统和方法
CN112567174A (zh) * 2018-08-09 2021-03-26 阿姆斯特丹环境废物咨询科技有限公司 包括先进面板设计及其覆层的高压加热装置
CN109812821A (zh) * 2019-03-27 2019-05-28 四川川锅锅炉有限责任公司 一种防腐蚀的垃圾焚烧锅炉过热器系统

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Publication number Publication date
EP1023558A1 (en) 2000-08-02
WO1999019667A1 (en) 1999-04-22
US6381962B1 (en) 2002-05-07

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