CN1823016A - 废弃物热回收系统和方法及其在处理高含水量废弃物中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废弃物热回收系统和方法及其在处理高含水量废弃物中的应用。本发明系统(1)包括用于废弃物热解的塔(2)，热解气体燃烧室(3)，热净化和分子裂解装置(4)，包括冷凝装置和元素浓缩装置的热交换装置(5)，用于含碳气体CO₂冷凝的装置(6)，用于冷却系统热部分的装置(8)和联合发电装置(9)。本发明还涉及前述系统的使用，特别是用于处理废水净化站或牲畜淤浆的污泥。

Description

废弃物热回收系统和方法及其在处理高含水量废弃物中的应用

本发明涉及回收废弃物的系统，尤其是高含水量的废弃物。本发明的目的还在于这个系统中使用的方法。

处理高含水量的废弃物，如来自废水处理厂和养殖业淤浆的污泥，现在对于这些设备的操作者和地方政府是很大的问题。日益提高的对环境的关注，使得必须找到有效且经济可行的解决这个问题的方法。

本发明的目的是提出一种废弃物回收系统，解决废弃物处理问题，特别是具有高含水量的废弃物的处理问题。

这个目的通过废弃物热回收系统实现，包括：

-用于废弃物热解的装置，

-用于非气化固体(热解碳)燃烧的装置，

-用于热解气体燃烧的装置，

-用于热净化和分子裂解的装置，

-热交换装置，包括冷凝装置和用于元素浓缩的装置，

-用于二氧化碳CO₂冷凝的装置，

-所述系统热部分的冷却装置，和

-联合发电装置。

根据本发明的系统可以有利地包括用于湿废弃物脱水的装置。而且，系统可以保持在受控的低压下以防止任何气体浓缩。

在本发明的特殊形式中，热解装置包括：

-固体燃料焚烧炉，具有上升流，包括接受燃料的炉排和氧化剂注入器，所述炉排构成调控热的底部，热解/高温分解的碳在该底部上被完全还原，

-热解/高温分解塔，提供废弃物中含有的挥发性物质气化所需的热量，和

-烟道气和可燃挥发性物质匀化室。

例如，固体燃料可以例如包括寿命终止的废弃木头，或被化学元素或化合物污染的处理过的木头。

注入到焚烧炉的氧化剂优选为氧气，但也可以是大气空气。

实际上使用的固体燃料焚烧炉在炉排下设有灰坑，为了接收灰和不能气化的重金属。

根据本发明的系统还可以有利地包括焚烧炉壁、其炉排和灰坑壁的水冷装置，和为焚烧炉提供固体燃料的气密装置。

热解/高温分解塔可以包括倾向于焚烧炉的管道，其可以热控。

管道的倾斜度可作为所需流速和所要燃烧物质密度的函数。

在本发明的一个实施例中，匀化室终止于调节所需流速的喷嘴，其末端排放到热解气体燃烧室。提供了改变在喷嘴中气体流速的装置。

热解气体燃烧的装置有利地包括：

-圆柱形燃烧室，具有类似抛物面形底部，气体喷嘴在其中排放，此底部包括注入氧气O₂的装置，

-燃烧室下游的后燃烧器，终止于用于将烟道气输送到热净化和分子裂解装置的管道中。

热净化和分子裂解装置可以包括：

-第一，所谓的热反应器区域，

-第二，所谓的稳定和膨胀区域，和

-第三，所谓的后燃烧区域。

第一，所谓的热反应器区域是腔室的形式，包括由接收固体燃料[生物-D]的第一倾斜炉排所分成的两部分，上面的部分含有白热灰烬床，位于所述第一炉排下的氧气O₂注入器引入主要的氧化剂，位于所述第一炉排上的氧气O₂注入器提供反应器自身用的氧化剂；下面的部分位于所述第一炉排下，是使要被净化的烟道气(以及要被还原的可燃挥发性物质和要被净化的蒸汽)进入的腔室，还包括在它较低部分的灰坑。

第二，所谓的稳定和膨胀区域是双腔室的形式，包括由垂直非连续隔板分开的两个不同室，第一室由位于第一炉排上的上部构成，并通过隔板上部的自由开口与第二室连通。

这个部分的气体是上升流，固体燃料[生物-D]由进料斜道排放到第一炉排上部的这个部分。

第二室由位于第二炉排上面的上部构成，这个室中的气体流动是逆流(下沉流)。这个部分在其底部包括第二炉排，与第一炉排相反倾斜，且在第一炉排的下部，两个炉排通过位于隔板墙底部的自由开口连通，作为灰烬的燃料通过这个连通从第一向第二炉排流动。

第三，所谓的后燃烧区域，包括位于所述第二炉排下面的氧气O₂注入器。这些注入器引入后燃烧氧化剂。这个后燃烧区域包括其下部的灰坑。

热交换装置的配置要使包含在废气中的元素(通过分子裂解还原为天然状态)产生冷凝/固化，该废气来自热净化装置，并且使水在低温和低于大气压的压力下冷凝。

热交换装置还包括低压装置，其配置以使废气中所含的水保持在干蒸汽状态，直到它的冷凝压力-温度范围。

第二交换器，作为液体氧蒸发器，位于热交换装置下游，冷却废气并使蒸汽冷凝，通过重力阻止任何额外空气进入来回收冷凝水的装置。

用于二氧化碳冷凝的装置包括制冷系统，用氧气供应器说明。

在特殊实施例中，湿废弃物脱水装置包括：

-封闭的容器，用于接收要脱水的材料，

-提升湿材料的装置，包括倾斜的容器，要热并通过用于抽走蒸汽且将蒸汽注入热反应器装置的抽风器/压缩机来保持在强低压下。

-将脱水后材料输送到废弃物进料斜道的装置

脱水设备还可以包括注入热气体的装置，使得加热提升装置并使材料中所含的水蒸发。

例如冷却装置安装在双壁内的空间中，所述双壁提供了与所述系统热源相接触的系统区域的冷却。

根据本发明的另一方面，提出了废弃物热回收方法，用于根据前述任一权利要求的系统，这个方法包括：

-废弃物热解阶段，

-碳和热解气体燃烧阶段，

-热净化和分子裂解阶段，

-包括冷凝和元素浓缩阶段的热交换阶段，

-CO₂气体冷凝阶段，

-联合发电阶段

本方法还可以包括前期的湿废弃物脱水阶段。

本发明的其它优点和特征将通过察看实施例的详细描述而变得明显，该实施例不具有限制性，其中附图：

-图1是根据本发明的热回收系统框图；

-图2是根据本发明用于热回收系统的热解塔结构图解；

-图3是根据本发明用于热回收系统的燃烧室结构图解；

-图4是根据本发明用于热回收系统的热净化反应器结构图解；和

-图5是根据本发明用于热回收系统脱水系统结构图解；

现在将参考上述附图描述根据本发明的回收系统实施例和这个系统中所用的方法。

热回收系统1包括七个不同的共存的相连部分：

-热解塔2，

-热解气体的燃烧室3

-热净化和分子裂解反应器4

-包括冷凝器和元素浓缩器的热交换器5

-冷凝二氧化碳CO₂的系统6，

-湿废弃物脱水的系统7，

-水冷系统8，和

-联合发电系统9。

根据本发明的方法是连续的，具有相互作用且同时的操作。热回收系统1保持在控制的低压下以防止任何气体浓缩。

热解塔2包括三个区域，参考附图2。

-固体燃料焚烧炉20

-热解/高温分解塔21

-用于匀化烟道气和挥发性燃料的匀化室22。

固体燃料焚烧炉20，具有上升流，包括炉排24，接收燃料并容纳氧化剂注入器25，26。

固体燃料23可以是寿命终止的废木头，被化学元素CCA(铜、铬、砷)、HAP或PCP杂酚油(用有机氯处理的木头)污染的处理过的木头，和/或称为[生物-D]的改良生物质。

使用者市购的[生物-D]类型的固体燃料，其在本质上是没有任何污染物质的，只用在系统的最终工艺中：净化/断裂为燃烧气体的元素。固体燃料的尺寸必须与投入的使用相对应。

在根据本发明的方法中，氧气可以作为固体燃料特别是燃料[生物-D]燃烧的唯一氧化剂。

这里的固体燃料的作用是调控热的底部，固体燃料体(热解后的废碳)完全不可穿透。固体燃料的厚度与需要的功能相适应。

它的温度升到1500-1600℃之间，使得废碳完全燃烧并使塔中出现的熔化物质流动。

在这个区域，氧化剂优选为O₂，但可以是富O₂或不富O₂的“大气”空气。这个区域产生的气体通过反应器时被净化和裂解。

氧化剂的注入是强制的。首先在炉排下实现，其闪在热的底部核心处实现。因而获得十分活性容易可控制的白热床。

这个标准设计的焚烧炉由特种钢制成，为了能获得非常高的温度，典型的是1600℃。

在炉排24下，灰坑27由于CO₂的轻微过压密封，接收非燃性的残余物：

-主要由燃料含有的矿物质和燃烧后的废弃物组成的灰。

-不能气化的重金属......

系统的壁28，其焚烧炉炉排24，管状炉排201和灰坑27的壁29是被水冷的，为了维持它们标设定的使用温度，通常为1200℃。

气密斜道200被配置在焚烧炉20的上方，用于供给固体燃料。这个供给是连续和受控的，为了避免任何额外空气的进入。

热解/高温分解塔2构成高体积区域，其适于获得用于气化废弃物中所含的挥发性物质的热。

管状炉排201，向焚烧炉倾斜且热量受控，配置在这个空间以降低废弃物斜道的排放速度并使得能够渐进的热量获取。

根据所要焚烧材料的密度，倾斜度与所需流速相对应。这个区域的大气是还原性的。连续监控以排除任何剩余氧气的存在可能。热的底部连续被监控并受控制是为了：

-提供废弃物中所含的可气化的有机材料挥发所需热量，

-确保热解碳完全燃烧，

-保证氧化剂氧气的全部吸收。

废弃物进料斜道202位于管状炉排上部。它是气密的并受控于CO₂的强制流动，为了避免任何额外空气的进入。正是通过这个斜道源自淤浆和液体粪肥的干材料被引入。

注入废弃物进料斜道的固体燃料的百分比有利于其恒定的流动，并不堵塞塔的炉排。

在根据本发明的方法中，具有高能量潜势的废弃物、废轮胎和动物食品等将通过该斜道引入到热解/高温分解塔2。该废弃物的去除将提供用于使淤浆和液体粪肥脱水的能量。

用于烟道气203和挥发性燃料的匀化室22终止于适于所需流速的喷嘴220。水压系统使得这个喷嘴中的气体流速可以改变。它随压降和塔中时时的热量监控而调节。喷嘴的末端开口入热解气体的燃烧室。在这个水平位置，气体不含有O₂，平均温度在1400℃。

用于热解气体的燃烧室3是包括三个区域的空间，参考附图3：

-第一区域30，构成具有抛物面形底部300的圆柱形燃烧室，气体喷嘴220开口入其中，

-第二区域31，构成后燃烧器，其是第一燃烧室的延续，

-后燃烧器末端的管道32，其将烟道气输送向热净化和分子裂解反应器。

抛物面形底部300提供O₂注入器301和302，其可以将进入腔室的气体瞬时点燃。

在喷嘴对面，直径小于腔室圆柱体的抛物面303，装备了中心锥体304。这个组件的功能是送回气体并产生湍流，以使它们的燃烧均匀。

腔室的底部和抛物面的距离与系统的废弃物处理能力相关。这个区域的温度达到将近2000℃，壁和抛物面由水冷系统调控。

当系统处于低压时，点燃的气体通过抛物面的外围，被连续调控和控制。气体在此圆柱形腔室中膨胀，该圆柱形腔室包括在其轴线中抛物面的支撑喷嘴305。

后燃烧器的体积由整个系统的技术特征决定，目的是使气体完全燃烧。这个腔室的大气根据组成、温度、压力和流速控制。目的是在废气出口不含有剩余氧气。

热净化和分子裂解反应器4包括三个区域，参考附图4：

-第一区域40，称为热反应器，

-第二区域43，用于处理过的气体的稳定和膨胀，

-第三区域44，用于后燃烧。

热反应器区域40包括由第一倾斜管状炉排410分为两个空间的腔室，所述第一倾斜管状炉排410只接收固体燃料[生物-D]。参考附图5，这个炉排沿管子长度方向倾斜，炉排部分形成褶状，其折叠的高度形成了预热层421。

上部空间42包含在这个炉排中，并配置形成适合于总系统技术特征的第一白热床。

这个床设计形成三个不同的层：

-第一层421，用于预热和过滤，被炉排410包含，其厚度是所述炉排的高度，

-第二层422，称为热反应器，由最初方法的技术特征定义的，其包含在空间42的形状内，

-第三层423，由通过斜道44连续供给的燃料[生物-D]形成。

正是这个处于吸热状态的第三层调控氧气，保证在区域42处理的气体进入前氧气被完全消耗。

注入器423推动氧气到构成点燃材料的第二层的核心以形成热反应器，其过滤并使所要处理的气体还原。设计使它们提供必需的氧化剂以连续保持反应器的温度在1600℃。

第二空间41位于炉排410以下，管道32带着来自燃烧室的气体在这里排放。要被净化和裂解的气体以及源自脱水系统7的蒸汽注入到这个空间。注入器415和416给第一[生物-D]床提供主要的氧气。

第一炉排410的底部与第二炉排430连通，第二炉排是用于稳定和膨胀的区域43的第二空间的底部。50％消耗的固体燃料(其在高于1600℃下则为灰烬形态的纯炭)通过炉排410的这个连通流到第二炉排430上。此第二炉排的配置像第一个，它的倾斜与热反应器的方向相反。

用于热净化和分子裂解的系统被称为“还原作用过滤器”(RAF)。它是处理热的或冷的承载的和污染的烟道气和工业气体的系统。

RAF系统设计用来使气体流出物整体过滤和化合物分子热裂解。RAF系统，设计作为固体燃料的热产生器，配置用来利用固体燃料[生物-D]，固体燃料[生物-D]在很高温度和纯氧条件下燃烧，构成流动和持久的灰烬床。

气体流出物通过这些十分活性的灰烬床：烟道气、脱气、多种处理的空气排放、工业系统废气等。

因而，提供了反应器来热还原被自然元素污染的气体，不管它们的温度或污染类型。

操作的原则是使用完所有可利用的氧气分子，不管是供给的还是流出物中存在的。这些分子与碳元素结合为CO₂，加速了反应器核心的传热。

在本方法这个阶段，出口处的气体现在只是由CO₂和未结合的自然元素组成，不再有任何O₂。气体含有的氢气参与了热生成，结合为H₂O。

氧气注入器415，416位于第一炉排410“热反应器”下方，给固体燃料供给主要的氧气。烟道气通过管道32引入到腔室的这个部分41，与主要的氧气混合。在这个区域，气体流动方向是上升流。

此气体混合物通过“反应器42”，在这里受到强烈的还原热冲击。正是在腔室的这个部分41，源自高含水量废弃物处理的蒸气和可燃气体被注入。

灰坑411位于这个腔室部分的下面，它专门接收固体燃料中所含的矿物灰，大约是消耗物质的0.5％。灰坑的空气密封性是通过注入CO₂产生的轻微过压保证的。

在热反应器区域42上方，斜道44为它供给固体燃料。它是气密的，并受CO₂强制流动控制，为了防止任何额外空气进入。这个供给是连续并受控的，为了保持这个区域的特征。

在这个水平位置，气体最低温度为1600℃，它们被分解为元素。它们不含有剩余的氧气，这个状态通过固体燃料的连续供给保证的，所述固体燃料消耗的氧气多余供给的氧气。在斜道44的这个水平位置不再注入氧气。控制装置432安装在这个区域的出口，通过控制给反应器供给的氧化剂保证这个区域不含有剩余O₂。

用于处理过的气体稳定和膨胀的区域43通过隔板431分成两部分。这个隔板在顶部允许区域43的部分间连通，且在这个隔板底部的空间保证灰烬从炉排410到炉排430的流动。区域43的两个空间具有相反的流动方向。位于所谓的反应器区域42下部的第一部分是上升流状态。通过隔板431与第一部分分开的第二部分具有相反的下降流。

[生物-D]固体燃料(压实的生物质)的第二床45是此第二区域的底部。与第一炉排配置相同的第二炉排430含有燃料。它的倾斜与第一炉排相反，位于后者的下部。需要指出这些炉排通过隔板431的底部和第一炉排的底部相互连通，所述第一炉排在第二炉排之上排出物质。

这个床45由源自第一床的固体燃料的灰烬组成，消耗的这些物质的50％以上是炭的灰烬。这些灰烬通过重力作用从一个床向另一个床流动，它们的流动是由材料消耗而自然调整的。

在这个水平位置仍没有氧化剂供给。由通过连通部位的部分氧气使这些固体燃料保持活灰烬状态。这个供给是不足的，因而是还原态。由于在1600℃左右，固体燃料特别易燃。

分解为元素的处理过的气体当通过这个床的时候由炭颗粒物承载，这个的目的是在后燃烧前用可燃材料富集气体并为第三后燃烧区域提供强的能量潜势。

这个后燃烧区域44紧位于第二炉排430的下部，O₂注入器422安装在这里。这个位置氧化剂的注入立即点燃由气体带入的炭颗粒物，所述气体已经分解为元素。在这个位置温度可以达到2000℃。这个区域的定义和配置是为了实现炭颗粒物的完全燃烧。

这个区域出口氧气的控制使得燃烧被调节，实现严格的按化学计量反应。

灰坑420位于这个腔室部分以下，它专门接收固体燃料中所含的矿物灰，大约是消耗物质的0.5％。这个灰坑的空气密封性是通过注入CO₂产生的轻微过压保证的。

废气由高温干蒸汽状态的CO₂，H₂O和处理过的废弃物中所含的自然元素组成的。此气体被抽到热交换器，在那里失去它含有的所有热能。

组件5热交换器/元素浓缩器冷凝器是根据对系统处理的废弃物前期分析设计的。

这个分析能够确定：

-废弃物含有的元素和它们的物理化学特征，

-要冷凝蒸汽的量，

-将产生的CO₂体积，和

-既不能冷凝也不能固化的元素的体积和性质。

然后可以定义和配置交换器5，以保护“着陆”区域。这些区域的目的是提供元素状态改变的条件。热交换可以根据使得废气温度保持并控制在需要水平的技术来实现。

例如，冷却剂是水，在热交换过程中达到过热蒸汽状态并有非常高的压力。此蒸汽用于产生联产电力，其提供本方法中使用的能量，多余的可以销售。

本方法中保证低压的系统和控制它的装置使得废气中所含的水保持干蒸汽状态，即使在低温下。这个状态使得在水冷凝前气体中含有的自然元素最大相变并实现它们的回收。

废气中含有的水冷凝是在低温和低于大气压的条件下实现的。这个状态以及气体抽出而增加低压，保证了在水冷凝时通过重力回收纯水。

在这些温度下仍然是气态的元素和二氧化碳CO₂由系统抽出，其保证了本方法中的低压。它们被这个相同的系统稍微压缩以将其引入到CO₂冷凝循环。

用于二氧化碳冷凝的装置6是根据本发明的热回收系统1的组成部分。它包括用于降低废气温度到CO₂大约-80℃的冷凝温度的重要装置。

为了这个目的，安装在前述循环末端的第二交换器作为氧气液体的蒸发器。它从吸收废气中可得到的能量帮助O₂蒸发。为了冷凝CO₂还要抽出的热量被标准制冷系统抽出，它的功率与总系统的技术特征相关。制冷装置可以是冷冻系统，如果安装了的话，该冷冻系统用于为本方法提供氧气，

冷凝设备5按照以下方式配置，在废气冷却循环过程中，可以在CO₂之前冷凝的剩余元素被回收。

根据情况和目的，为了完成其它元素的冷凝/回收，温度可以降低到更低温度。

剩余气态元素是无害的，它们可以被送回到生态系统。另外，可以降低它们的体积到最小，然后被中和，例如玻璃化。热回收系统需要的能量是由总系统产生的联产电力提供。

参考附图6，根据本发明的热回收系统中使用的脱水装置7由三部分组成，它的体积和技术特征根据要处理的湿材料的数量确定：

-封闭的罐70，它通过斜道、传输装置、卸载锁接收要脱水的材料，

-机械装置71，用于提升和预干燥湿材料，和

-脱水器/传输器装置72，用于干材料。

如果根据本发明的热回收系统与生产现场有一段距离，要被脱水的材料可以用卡车运输。如果系统安装在现场，那么罐可以直接与材料出口连接。材料由斜道701引入罐。通过注入来自总系统的加热过的CO₂，这个斜道保持在轻微的过压下。

在这个罐70的底部，螺杆输送机702输送存储的材料75到所提供的机械装置71，为了将它们提升到脱水区域。

根据本发明，罐70被热回收总系统内产生的过热蒸汽703加热。通过螺杆输送机的穿孔轴704引入，使蒸汽上升并保持罐70的温度最高为60℃。这个罐体通过通风孔731保持轻微的低压。连续的抽取将抽取的蒸汽输送到热反应器装置。这个抽取是通过抽风机/压缩机733实现的，所述抽风机/压缩机733通过管道73抽出总脱水系统产生的蒸汽，并将它们注入到热反应器装置。

用于提升湿材料的机械装置71是由具有两壁的倾斜的罐710组成，这个罐被双壁中循环的过热蒸汽703加热。

在倾斜罐710中，螺杆输送机71提升湿材料。它是以以下方式配置的，只有预干燥的材料到达顶部。这个螺杆轴是穿孔的，为了使受热气体沿这个罐的整个长度方向注入。管道系统注入受热气体711(来自总系统的CO₂)，其加热机械装置710和罐71的内部体积以使得材料中所含的水分蒸发。这个空间通过抽风机/压缩机733经由通风口732抽出蒸汽734并将其注入到热反应器装置而保持在非常低的压力下。

材料通过螺杆702和71搅拌，其防止它们结块并利于它们所含水分的蒸发。蒸汽，注入的受热气体和通过这些操作蒸发的气体734连续被抽取并注入到热反应器装置。

机械装置71提升的预干燥材料76被引入到脱水罐72，其是本系统的第三部分。倾斜的传输带721填充了这个罐的空间，传输带有微细的开孔，为了使受热气体711和703通过，这些气体完成对材料的脱水。这个传输带接收预干燥材料76以将它们提升到斜道80。材料占据传输带721的表面，受热气体穿过传输带以完成脱水。

受热气体711和703完成材料76的蒸发。蒸汽和气体734通过抽风机/压缩机733从通风孔732抽出，并通过管道73注入到热反应器装置。

这个传输带721的上部开口到斜道80上，其与附图2区域21(为附图2中的热解塔2提供废弃物)中所述的斜道202相连通。这个斜道80通过注入810惰性受热CO₂气体保持过压来保证来自热解塔的气体不会被抽出。

旋转刮板81去除传输带721顶部的干燥材料。材料被刮板破碎77，刮板将其推入斜道80，在斜道上它们靠重力流向热解塔。根据总系统的配置，传输机械装置可以连续把这些材料输送到热解塔。

现在描述根据本发明热回收系统中使用的冷却系统8的实施方案。

这个冷却系统基于以下原则设计的：减少热交换，其是对材料来说可行的最小值，利于获取并控制方法的温度，减少能量消耗。这个冷却系统中使用的方法是使用对于矿物质和pH稳定的水，并且永远循环。

本方法的原则是用高压下喷洒雾化水的系统取代标准方式中所用的大量冷却剂。这个系统安装在为冷却与热源接触区域而预留的双壁内的空间中。

系统由传输加压水的管网组成。压力与所要控制的不同区域的调节和控制所需要的流速相关。安装在双壁的外隔板(冷)上，这个管网形成了使结构结实的框架，可以减小此隔板的厚度。

根据接收设备的总体配置，这个管网可以以任何方式安装在壁的一侧或另一侧。

这些管道上旋塞的位置根据所要控制的热区域而定。指向所要冷却的壁的喷嘴或注入器安装在这些旋塞的末端。这些旋塞的控制是电控的，且是渐进的，具有微调和自动化的计算机控制的控制。当管道处于负压时，为了维护，这些旋塞可以被去除而不必出于技术原因而停车。

水在通过喷嘴时被微化。水在高压下喷洒，在内部空间所含体积内以完全圆锥形喷射到隔板的外表面，所述隔板释放所要控制的热。这些特征保证了所要控制的壁的所有点都受到小水滴的作用，不管设备的结构，并保证所喷洒的水的湿润能力。

这个系统能够监控、控制和调节受到热流或明显热传导的壁的温度。特别是如果这个热量释放的强度大于所用材料的物理-化学抗性。

每个热区域都配备了监测器系统，包括接触传感器，其能够连续监视所要调控的壁的温度。

系统通过控制旋塞而操作，调节水喷洒流速，并通过改变这个流速来实现对壁温的控制。

由于蒸汽抽风机/压缩机的作用，双壁内所含体积是在低压下。由此，这使得在低温下喷洒水一接触到要控制的壁就瞬时蒸发，并限制了热冲击。

虽然只使用需要量的液体，系统吸收的潜热的量通过壁所需要的热交换使得更好的控制所需的温度，并且只去除过剩量的能量。

与热流接触的壁厚度可以降低到最小的机械强度，这些壁的两侧的压力平衡稳定。厚度的降低优化了热交换和温度控制的效率。

这种情况可以生产具有更好的热交换和维修费用降低的设备。为了可以互换，与热流接触的壁可以生产为覆层。控制系统的结构和承重壁不受任何压力，减少对它们的维护，延长它们的使用寿命。

向所要控温的壁喷洒水利于它的瞬时蒸发，在高压下喷洒保证所要控制的壁的完全且精准的湿润，不管位于或安置在设备配置的什么位置。

这种情况允许每次喷口作用区域的准确定位，并瞬时分配它们能量，该能量作为必要热量吸收的函数。每个旋塞都可以自动微调并且数字控制。根据所要控制的区域其对应于一个或多个喷口。因此每个敏感区域都可以被特殊处理。管道组件的压力使得喷口可以被精确定向，并且可以到达难于冷却的区域。

高压下喷射雾化水加速了它的蒸发。此瞬时蒸发在更少的时间内吸收了大量热能。传感器分布在每个敏感点，由于传感器对与其相关的区域水流速的实时调控的作用，可以尽可能控制温度在需要的范围。这个冷却系统通过对所有热量释放波动的瞬时响应保证了热量释放空间的壁温均一。

这就将所用材料受到的应力降低到最小同时使热冲击最小化并使它们具有了更长的使用寿命。

水通过管网分布，其固定在热交换器保护套的外壁上。该网络中水的压力可以是相当大的而不损坏壁强度。相反，这些管道有助于加强壁的支撑。

压力可以调节到需要的流速，对于每个注入器流速的分配是更容易控制的。此压力能力的优点在于在处理区域的任何点引入需要的流速，使得水雾化，强烈喷洒该雾化水，因而促进了它的微化，保证了快速蒸发。

这个在保护套壁上的分配网络的位置可以实现快速维护而不用关停系统。每个喷射机械装置都可以被安装，使得可以从外部到达。

水瞬时蒸发在低温下发生并使得热交换器内部压力得到控制。为了使蒸发温度小于或等于70℃，这个压力要尽可能的低。产生的蒸汽通过专用的压缩机抽出。

这些特征的目的是在低压下保持双壁的体积，而所述低压促进蒸汽的排出。这些条件下获得的蒸汽是干的，且在非常低的温度下。压缩后，被输入到已知的交换器组件中，在那里获得用于联合发电的温度和工作压力。

四个过压罐(或更多，根据产生蒸汽的热量和数量)将参加过热蒸汽的生产。交替地，这些罐被联合发电设备抽空过热蒸汽，再次通过压缩机充入低温蒸汽以获得过压“敏感”热负荷等。

这个冷却技术的优点包括：热产生装置的双壁交换体积内保持低压。只有用于联合发电的罐需要有明显的压力。如果热产生装置交换器承受联合发电所需的非常高的压力，罐的生产比热产生装置交换器成本更低。维护更容易，不需要关停系统。控制流动可以实现对热交换器的维护而不间断运行，这个维护可以自动化。

根据本发明的热回收系统中使用的冷却系统还可以最优化过压罐中的热交换。作为气体/气体交换，摩擦和流动都被最优化。

交换表面要尽可能大，感热的热获得更快速，并加速过压。利于流动的控制和管理。罐状态的交替变化(充满或空)保证了用于联合发电设备的过热蒸气是规律的，持久的和受控制的。

根据本发明，用于热回收系统的联合发电系统的功能是合理利用源自热交换器的蒸汽。作为非限制性的实施方案，该联合发电系统包括：

-压力/背压蒸汽涡轮发电机，和

-根据本发明热回收方法需要的高压和低压蒸汽网络。

所有联合发电后的余热被本方法所使用，系统的技术特征是(尤其)基于本标准定义的。

通过涡轮发电机产生的电可通过根据本发明的热回收方法使用，剩余的电可以销售。

根据本发明，考虑到本方法释放的热能，并由于系统中达到高的温度，来自热回收方法的蒸汽本质是异常多的。

当然，本发明不限于刚刚描述的实施例，可以对这些实施例做很多改动而不超出本发明的范围。

Claims (46)

1.废弃物热循环系统(1)，包括

-装置(2)，用于废弃物热解，

-装置(20)，用于非气化固体燃烧，

-装置(3)，用于热解气体燃烧，

-装置(4)，用于热净化和分子裂解，

-热交换装置(5)，包括冷凝装置和用于元素浓缩的装置，

-装置(6)，用于二氧化碳CO₂冷凝，

-装置(8)，用于冷却所述系统的热部分，和

-装置(9)，用于联合发电。

2.根据权利要求1的系统(1)，其特征在于它还包括用于湿废弃物脱水的装置(7)。

3.根据一个权利要求的系统，其特征在于其维持在受控的低压下，以防止任何气体浓缩。

4.根据前述权利要求之一的系统，其特征在于热解装置(2)包括：

-固体燃料焚烧炉(20)，具有上升流，包括接收燃料的炉排和氧化剂注入器，

-热解/高温分解塔(21)，用于废弃物中含有的挥发性物质气化所需的热量。

-腔室(22)，用于废气与可燃挥发性物质均一化。

5.根据权利要求4的系统，其特征在于固体燃料包括寿命终止的废木头。

6.根据权利要求4或5的系统，其特征在于固体燃料包括用化学元素或化合物污染的处理过的木头。

7.根据权利要求4-6之一的系统，其特征在于注入焚烧炉的氧化剂是氧气。

8.根据权利要求4-7之一的系统，其特征在于注入焚烧炉的氧化剂是大气空气。

9.根据权利要求4-8之一的系统，其特征在于固体燃料焚烧炉(20)在炉排下配置有灰坑，来接收灰和不能气化的重金属。

10.根据权利要求9的系统，其特征在于它还包括对焚烧炉壁、其炉排和灰坑壁的水冷装置。

11.根据权利要求4-10之一的系统，其特征在于它还包括为焚烧炉供给固体燃料的气密装置。

12.根据权利要求4-11之一的系统，其特征在于热解/高温分解塔包括倾向于焚烧炉的管道，该管道是热控的。

13.根据权利要求12的系统，其特征在于管道的倾斜度取决于需要的流速和所要燃烧的材料的密度。

14.根据权利要求4-13之一的系统，其特征在于它还包括控制热解/高温分解塔内部大气的装置。

15.根据权利要求4-14之一系统，其特征在于热解/高温分解塔具有安装在所述塔的炉排上方的废弃物进料斜道。

16.根据权利要求15的系统，其特征在于废弃物进料斜道是气密的并受控于二氧化碳的强制流动。

17.根据权利要求16的系统，其特征在于进料斜道还设计用来接收至少部分固体燃料。

18.根据权利要求4-17之一的系统，其特征在于匀化室终止于调节所需流速的喷嘴，其末端排放到热解气体燃烧室。

19.根据权利要求18的系统，其特征在于它还包括改变喷嘴中气体流速的装置。

20.根据前述权利要求之一的系统(1)，其特征在于用于热解气燃烧的装置(3)包括：

-圆柱形燃烧室(30)，具有类似抛物面形底部(300)，气体喷嘴(220)在其中排放，此底部包括注入氧气O₂的装置(301，302)

-燃烧室下游的后燃烧器(31)，末端终止于用于将烟道气输送到热净化和分子裂解装置(4)的管道中。

21.根据权利要求20的系统，其特征在于抛物面底部装备了中心锥体(304)。

22.根据权利要求20-21之一系统，其特征在于它还包括根据组成、温度、压力和流速控制后燃烧器的装置。

23.根据前述权利要求之一的系统，其特征在于热净化和分子裂解装置(4)包括：

-第一区域(40)，称为热反应器，是腔室的形式，所述腔室包括由接收固体燃料的第一倾斜炉排分开的两部分，上面的部分含有白热灰烬床，氧气O₂注入器配置在所述第一炉排下。

-第二区域(43)，用于稳定和膨胀，是双腔室的形式，所述腔室包括由垂直的不连续隔板分开的两个不同室，第一室由位于第一炉排上的上部构成，通过隔板上方的自由开口与第二室连通。

-第三区域(44)，用于后燃烧，包括与所述第一炉排倾斜方向相反的第二炉排，并在第一炉排的下方，燃料以灰烬的状态在其上流动。

24.根据前述权利要求之一的系统，其特征在于热交换装置(5)的配置使在低温和低于大气压的压力下冷凝来自热净化装置废气中含有的水。

25.根据权利要求24的系统，其特征在于热交换器装置还包括低压装置，其配置以使废气中所含的水保持在干蒸汽状态。

26.根据前述权利要求之一的系统，其特征在于二氧化碳冷凝装置包括下游热回收装置的第二交换器，用于作为液体氧蒸发器。

27.根据前述权利要求之一和权利要求2的系统，其特征在于用于湿废弃物脱水的装置(7)包括：

-封闭的罐(70)，用于接收要脱水的材料，

-装置(71)，用于提升湿材料，包括倾斜罐，受热并通过抽走蒸汽并将蒸汽注入到热反应器装置的抽风机/压缩机来保持在强低压下。

-装置(72)，用于将湿材料传输给废弃物进料斜道。

28.根据权利要求27的系统，其特征在于脱水装置还包括螺杆传输机(702)，其配置在罐底部。

29.根据权利要求27或28的系统，其特征在于倾斜罐含有提升湿材料的装置，其配置使得只有预干燥材料到达所述倾斜罐的顶部。

30.根据权利要求29的系统，其特征在于提升装置包括传输带，其设计用来接收预干燥材料，这个传输带具有微穿孔以使受热气体通过。

31.根据权利要求27-30之一的系统，其特征在于脱水装置还包括用于注入受热气体的装置，来加热提升装置并蒸发掉材料中含有的水。

32.根据权利要求27-31之一的系统，其特征在于脱水装置还包括防止来自提升装置的干材料阻塞的装置。

33.根据权利要求32的系统，其特征在于防阻塞装置包括旋转刮板，其破碎并推动干材料。

34.根据权利要求27-33之一的系统，其特征在于传输湿材料的装置包括惰性受热气体(CO₂)所注入的空间内的螺杆。

35.根据权利要求27-34之一的系统，其特征在于传输湿材料的装置配置为通过重力而使所述材料流动。

36.根据前述权利要求之一的系统，其特征在于在双壁内的空间中安装冷却装置，提供与所述系统热源接触的系统区域的冷却。

37.根据权利要求36的系统，其特征在于冷却装置包括管网，其输送加压水。

38.根据权利要求37的系统，其特征在于冷却装置还包括在这些管道适当位置上的旋塞，和指向要冷却的壁并安装在所述旋塞末端的注入装置。

39.根据权利要求36-38之一的系统，其特征在于冷却装置还包括温度传感器装置，用来连续监测要调节的壁的温度。

40.根据权利要求36-39之一的系统，其特征在于冷却装置还包括用于在低压下保持双壁体积的装置。

41.根据权利要求36-40之一的系统，其特征在于它还包括多个过压罐，用于生产过热蒸汽，这些罐被联合发电装置连续抽空其内容物，并再充入要受过压的蒸汽。

42.废弃物热回收的方法，其用于根据前述权利要求的任一权利要求的系统，所述方法包括：

-废弃物热解阶段，

-热解气体燃烧阶段，

-热净化和分子裂解阶段，

-包括冷凝和元素浓缩阶段的热交换阶段，

-CO₂气体冷凝阶段，和

-联合发电阶段。

43.根据权利要求42的方法，其特征在于它还包括前期的湿废弃物脱水阶段。

44.根据权利要求1-41之一的系统的用途，用于处理具有高含水量的废弃物。

45.根据权利要求1-41之一的系统的用途，用于处理来自废水处理厂的污泥。

46.根据权利要求1-41之一的系统的用途，用于处理牲畜液体粪肥。

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