可燃廢物焚化的方法和裝置的制作方法

專利名稱：可燃廢物焚化的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在制造水泥熟料過程中可燃廢物的焚化方法，其中在具有或者沒有煅燒爐的預熱器體系中預熱水泥生料，在窯中燒成熟料，并且在后續熟料冷卻器中冷卻，通過這種方法，廢物通過廢物進口引入并且被支撐在并入分離室中的支撐面上，其中該廢物在分離室被主動(actively)輸送穿過該室到其出口，同時進行焚化，其中與廢物焚化有關產生的熱廢氣被排放到用于加熱水泥生料的預熱器體系中，并且其中在廢物焚化處理過程中產生的爐渣從該室中取出。
本發明還涉及實現該方法的裝置。
可燃廢物的實例包括輪胎、家具、地毯、廢材、花園廢物、廚房垃圾、紙渣、生物質、petcoke、下水道污泥和漂白土。
從EP-1200778中，其內容在本文中引用作為本申請的一部分，已知上述類型的方法以及裝置，根據該方法和裝置，廢物在分離室中燃燒并且同時供應優選來自于熟料冷卻器的熱空氣。將焚化過程中形成的廢氣從該室送入預熱器，在此這些廢氣被用于加熱水泥生料。實際上，已經證明這種方法和裝置尤其適合用于廢物的焚化，提供顯著的熱量貢獻，這已改善工廠總的經營成本。然而，還已確定假使在該室中沒有還原窯中在燒水泥熟料過程中形成的NOx，這種已知的裝置的NOx排放可處于高水平。另外，在煅燒爐中引入到可能的NOx還原區域中并且可用于還原從窯中排出的NOx的燃料的量減少，因此在這種情況下還原窯NOx效果較小。
本發明的目的是提供一種在制造水泥熟料過程中廢物焚化的方法和裝置，通過這種方法和裝置顯著減少裝置的NOx排放總量。
根據本發明的第一方面，這通過前言中所述的方法實現，其特征在于將包含NOx的廢氣引入室中。
根據本發明的第二方面，提供一種焚化可燃廢物的裝置，包括生料倉庫、具有或沒有煅燒爐的預熱器體系、窯、熟料冷卻器、焚化廢物的室、所述室包括用于將廢物引入該室的進口和用于將爐渣和任何未燃燒的廢物輸送的出口，該室還包括用于在焚化處理過程中支撐廢物的支撐面和用于將廢物從室廢物進口輸送到出口的裝置，其特征在于它包括用于將包含NOx的廢氣引入室(9)的裝置。
從而獲得一種裝置，該裝置不僅僅在設計性能方面簡單，而且也具有充分減少NOx排放的能力。這是因為以下事實包含NOx的廢氣與燃料接觸，該燃料通過各種在該處理過程中發生的NOx還原反應減少廢氣中的一部分NOx含量，如在下文中更詳細地說明的那樣。在該室內的廢物的焚化可以看作包括由加熱階段、熱解階段、點火階段、氣相中組分之間的反應階段和炭與煤煙(soot)的反應階段組成的5個階段。在加熱過程中，與廢物的熱解有關，形成氣態反應物、炭和煤煙。這三種熱解產物包含與廢物和任何可能導入的燃料一起引入室中的氮。在該氣體中，氮以N2、HCN、NH3和NO的形式存在。剩余部分的氮仍然被束縛在煤煙和炭中。除了含氮化合物之外，氣體也包含SO2、H2、CO、CH4、和烴(CxHy)或其基團。在將廢物引入室之后，廢物的熱解立即開始。室內NOx還原通過在烴基(CHi·)和NO之間的反應實現，該反應形成HCNCHi·+NO→HCN，i＝1，2，3(1)或通過CO或H2和NO之間的反應實現，該反應通過生料或炭催化
反應(1)通過高溫促進，并且需要少量氧以便維持CHi·的形成。如前所述，反應(2)、(3)和(4)通過生料催化，并且此外如果存在氧，使這些反應不可能進行。在NO的熱解和分解過程中，形成化合物HCN和NH3。被生料催化，HCN或NH3將根據反應(5)和(6)分解，或將通過反應(5a)或(6a)與基團(在本文中用O2/OH·舉例)和NO反應，這分別除去或形成NOx。
HCN+NO+OH·→N2，CO，CO2，H2O(5a)NH3+NO+OH·→N2，H2O (6a)NH3+O2→NO，N2，H2O (7)HCN+O2→NO，N2，CO，CO2，H2O (8)在后續預熱器體系的底部，反應(7)和(8)將繼續進行，因此形成一定量NOx。在炭和在炭中的氮的燃燒在室的還原性氣氛中開始，并且主要在煅燒爐或后續預熱器的立管中發生。僅僅在炭中的一部分氮在燃燒過程中形成NOx，剩余部分將形成N2。而且，炭中的碳能夠與NO反應，形成N2和CO。
炭-N+O2→NO(9)炭-N+O2→N2，O2(10)炭-C+NO→N2，CO(11)NOx還原反應由高溫促進。
進一步，優選的是；室中至少一部分廢物焚化在亞化學計量的氣氛中進行。這進一步增強許多上述的NOx去除反應。
引入室中的包含NOx的廢氣原則上可以來自于任何燃燒單元，但是根據本發明，優選的是從窯中取出廢氣，并且通過豎管引入室內。更優選的是將來自于窯的所有廢氣引入室內。如果在向該過程的任意輸入空氣之前將來自于窯的廢氣引導到室內，由此室內唯一可用的氧是包含于來自于窯的廢氣中的氧，典型地為2-4％的氧。在焚化處理過程中，這些氧被迅速消耗，從而形成NOx還原區域，在該區域中反應(2)到(4)的NOx還原顯著增強，使得除去基本上所有包含于來自于窯的廢氣中的NOx，同時離開該室的廢氣僅僅包含可忽略不計的NOx。
為了獲得滿意程度的NOx還原，必須保證室中廢物具有足夠的與廢氣接觸的停留時間，以便形成還原區。因此，優選的是室中廢物以防止廢物本身具有穿過室的能力的方式支撐，這可以簡單地通過確保室中的支撐面跨越其總面積的一部分上為基本水平的來實現。根據本發明，因此廢物必須被主動輸送穿過該室，并且原則上，這可以以任何方式進行。例如，廢物可以沿著基本上為直線的路徑通過往復移動的推動機構穿過該室進行輸送。然而，優選的是廢物沿著圓周路徑(優選在旋轉圓盤上)穿過該室進行輸送。這允許通過調節圓盤的轉速簡單地控制室中廢物的保留時間。
同樣，已經證明有利的是將廢氣以與廢物流成逆流方式導入并且穿過該室。這樣的效果之一是未燃燒的炭，在從室排放時，將被來自于窯的廢氣俘獲并攜帶，當與廢氣中的氧氣反應時導致炭燃燒。因此，最后可燃的剩余物可以有效地燃燒，并且室中NOx的還原可以通過其他條件都相同的條件下延伸室內的NOx還原區來改善。
可改善反應(1)的效率的高溫可以通過優選使用用于將生料分裂成支流(sub-streams)的可變裝置來產生，該支流分別導入豎管、室和煅燒爐中。優選將室中溫度調節到925-1050℃之間的區間，或不帶來涂層(coating)形成的風險的最高可能范圍。根據本發明，優選通過進口將水泥生料引入豎管。
為了優化裝置的容積和調節用于廢物焚化的室中的溫度，進一步優選的是通過水泥生料的進口將水泥生料引入室中。引入的生料起蓄熱器作用，有助于即使當工藝條件波動時，保持所需的溫度。室可以包括從預熱器引入生料的進口、煅燒爐和/或生料倉庫。進一步，水泥生料可以俘獲氣流中的揮發性組分，否則揮發性組分引起形成結塊。
典型地，必須將10-50％的生料引入窯豎管和/或室中。
對于NOx還原，至關重要的是具有帶有強烈還原的條件的區域，以便促進NOx還原反應。根據本發明，在這種還原區中的保留時間通過在亞化學計量的氣氛中引入并且燃燒廢物來提供。反應的結果是除去50-90％的包含于窯廢氣中的NOx。
在特定情況下，有利的是從熟料冷卻器向室內引入熱空氣。
優選的是將廢物焚化處理過程中產生的廢氣供應到用于煅燒水泥生料的預熱器的煅燒爐中。這在煅燒爐中導致包含于來自于室的廢氣中的可燃揮發性組分和任何不希望的燃燒產物、CO、煤煙等被分別燒盡和分解。
進一步優選的是在廢物焚化處理過程中產生的爐渣以及任何未燃燒的廢物在其出口處從該室排出并且經過豎管進入窯內。結果，一部分任何未燃燒的廢物被從窯導入的廢氣俘獲和攜帶，如上所述，并且當與存在于廢氣中的氧反應時，將被燒盡。
在過熱和/或爆炸的風險的情況下，不可能以常規燃燒器中實踐的方式瞬時中斷室內的焚化處理，并且因此在這種情況下，優選可以將來自于生料倉庫或特別設置的備用料倉的冷生料可以引入室內。進一步優選的是以足以冷卻廢物并且保護廢物免受熱氣流影響的量向室內引入冷生料。
該裝置優選包括用于將廢氣引入室內的豎管，所述豎管連通到窯。
進一步優選的是支撐面是基本上水平的，以防止廢物獨立地移動穿過該室。
在本發明的優選實施方案中，支撐面包括旋轉的圓盤，它同時充當用于輸送廢物穿過室的裝置。
在優選的實施方案中，裝置進一步包括用于使在廢物焚化處理過程產生的爐渣以及任何未燃燒的廢物在其出口處轉向離開該室并且進入豎管的刮刀機構。
旋轉的圓盤可以構成室的底部的一部分或全部。
可以安裝旋轉的圓盤用于圍繞穿過其中心基本上垂直的軸進行旋轉。軸可以相對于垂直的平面成角度，優選在1和10度之間。如果如此使旋轉的圓盤向室的出口稍微傾斜，它會改善爐渣和廢渣從室排放。
為了防止廢氣在室內循環，后者包括優選氣密的固定的分隔壁，該分隔壁安裝在室的出口和其進口之間的旋轉范圍(stretch)內，并且從室的側壁延伸到旋轉圓盤的旋轉軸。
旋轉的圓盤優選包括陶瓷材料。
在本發明的另一個實施方案中，支撐面是固定的，并且輸送廢物穿過該室的裝置包含元件，該元件圍繞垂直于支撐面的軸進行旋轉。在這個實施方案中，輸送裝置優選包含裝備有至少二個鏟的揚水輪(scoop wheel)。
現在參考示意性的附圖，進一步詳細說明本發明，并且其中

圖1表示本發明的裝置，圖2表示從上看本發明的優選實施方案的細節，和圖3-6表示本發明裝置的交替實施方案。
在圖1中看到用于制造水泥熟料的設備。該設備包括具有煅燒爐3的旋風預熱器1、旋轉窯5、熟料冷卻器7、和用于焚化通過室9的開口11引入的廢物的室9。在所示的實施方案中，室9位于煅燒爐3和旋轉窯5之間。在操作期間，水泥生料從生料倉庫17送到預熱器1的生料進口F。生料由此以與來自于旋轉窯5的熱廢氣逆流的方式穿過預熱器1的旋風器和煅燒爐3向旋轉窯5流動，從而使生料被加熱并煅燒。在旋轉窯5中，煅燒的生料被燒成水泥熟料，水泥熟料在后續的熟料冷卻器7中通過大氣冷卻。如此加熱的一些空氣從熟料冷卻器7通過管15導入煅燒爐3中。
廢物通過室9中支撐面21(還是參見圖2)上的廢物進口11引入，并且隨后，當與從旋轉窯5通過豎管6供應到室9中的熱廢氣接觸時，該廢物被加熱、熱解并且至少部分焚化，同時沿著圓周路徑以向室的出口23的方向輸送。來自于窯5的廢氣一般包含2-4％的氧，該氧在所謂的包括豎管6和室9的出口端的燃燒區18中將主要與炭及其它可燃的固體組分反應。在室9的其余部分，即所謂的熱解區19中，廢氣的溫度足夠高，導致廢物熱解，釋放廢物包含的揮發性可燃組分，該揮發性可燃組分被攜帶在廢氣流中，并且通過豎管4排放到將其燒盡的煅燒爐3中。在室9的這種后面的熱解或NOx還原區19中，亞化學計量的NOx還原條件由此占優勢，導致通過反應(1)到(4)有效除去NOx。
在豎管6和室9中的溫度可以分別通過從預熱器、煅燒爐和/或生料倉庫分別經過12和13向豎管6和室9本身引入水泥生料進行控制。引入豎管6中的生料會有效地降低廢氣溫度，并且俘獲廢氣中的揮發性組分，因此防止在該區域形成結塊。而且，在該區域中，這種生料會起到NOx還原的催化劑作用。
在所示的實施方案中，支撐面由旋轉的圓盤21組成，該旋轉圓盤21圍繞軸25旋轉，并且構成室9的底部。為了以爐渣和任何未燃燒的形式通過室的出口23轉移燃燒殘渣，并且進入豎管6中，室9包括刮刀機構27。
在這個實施方案中，廢物從旋轉圓盤21支撐的進口11沿著如同箭頭所示的圓周路徑輸送，直到室9的出口23，其中刮刀機構27確保將旋轉圓盤上的所有材料推倒邊緣并且進入豎管6，其中將材料分類，使得懸浮在廢氣中的小顆粒被向上推，并且回到室9中，而任何大顆粒向下導入窯中。因此被擲回室9中的顆粒當與廢氣中的氧反應時會被燒盡，從而在室9中延伸NOx還原區。
室也可以包含氣密的固定分隔壁29，該分隔壁29位于室的出口23和進口11之間的旋轉范圍內。分隔壁的作用是確保來自于窯5的熱廢氣以對廢物逆流的方式沿著大致相同的路徑移動。因此，在室中焚化過程中由它們包含的可燃組分形成的廢氣通過豎管4導入煅燒爐3中，在其中，它包含的可燃組分被燒光，并且用于水泥生料的煅燒。
室中廢物的保留時間可以簡單地通過調節旋轉圓盤轉速來控制。而且，通過在短的時間內在較高的速度下進行操作，接著，長時間中斷，可以獲得顯著的優點，因為這導致比恒定的低速操作可實現的性能更好的刮削性能。另一選擇包括正向間歇高速操作，通過在較小的間隔進行反向操作的間歇周期分隔。不同的操作方式可以改變廢物的保留時間，以便確保廢物的完全燃燒。
在室9中過熱和/或爆炸的風險情況下，可以將來自于生料倉庫17或特別設置的備用料倉的冷生料引入室9中。優選以確保冷卻廢物和保護廢物以免受到來自于窯5的熱氣的影響的量提供冷生料。
在圖3到6中看到本發明裝置的交替實施方案的4個實施例。
圖3所示的實施方案不包括管15，這意味著所有從熟料冷卻器7排出的加熱空氣被引到通過窯5。因此，從窯5排出并且引入室9的廢氣具有較高的氧含量，這要求室中廢物更快焚化。在這個實施方案中，發生包含于窯氣中的NOx的還原，因為廢物和熱解氣體與包含窯氣的NOx接觸，并且在局部存在還原條件，然而總的NOx還原程度低于圖1所示的實施方案。
圖4所示的實施方案包括額外的管14，以便通過調節裝置10以可變方式使來自于窯的廢氣、顆粒和揮發性的可能形成結塊的組分可分別通過或圍繞室9進行發送。
除了包括“倒風”(down draft)類型的煅燒爐3a、3b以外，圖5所示的實施方案相應于圖4所示的實施方案。
除了包括用于取出爐渣和未燃燒組分的部件16之外，圖6所示的實施方案基本上相應于圖1所示的實施方案，與具有高含量的鐵或鋼的廢物如汽車輪胎的燃燒中有關，其是非常重要的，以免以無意的方式影響水泥的化學性質。
權利要求
1.一種在制造水泥熟料過程中可燃廢物的焚化方法，其中水泥生料在具有或者沒有煅燒爐(3)的預熱器體系(1)中預熱，在窯(5)中燒成熟料，并且在后續熟料冷卻器(7)中冷卻，通過這種方法廢物通過廢物進口(11)引入并且被支撐在并入分離的室(9)中的支撐面(21)上，其中該廢物被主動輸送穿過該室到其出口(23)，同時進行焚化，其中與該廢物焚化有關產生的熱廢氣被排到用于加熱水泥生料的預熱器體系中，并且其中在廢物焚化處理過程中產生的爐渣從該室(9)中取出，其特征在于將包含NOx的廢氣引入室(9)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于室中至少一部分廢物焚化在亞化學計量的氣氛中進行。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于將來自于窯(5)的廢氣通過豎管(6)引入該室中。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于將所有來自于該窯的廢氣引入該室中。
5.根據權利要求1到4中任何一項所述的方法，其特征在于將廢物沿著圓周路徑穿過室(9)輸送到其出口(23)。
6.根據權利要求1到5中任何一項所述的方法，其特征在于將廢氣以與廢物流逆流的方式引入并且穿過室(9)。
7.根據權利要求1到6中任何一項所述的方法，其特征在于將水泥生料通過進口(12)引入豎管(6)中。
8.根據權利要求1到7中任何一項所述的方法，其特征在于將水泥生料通過進口(13)引入室(9)中。
9.根據權利要求1到8中任何一項所述的方法，其特征在于將來自于熟料冷卻器(7)的熱空氣引入室(9)中。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于將廢物焚化處理過程中產生的廢氣供應到用于煅燒水泥生料的預熱器(1)的煅燒爐(3)中。
11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于將廢物焚化處理過程中產生的爐渣以及任何未燃燒廢物在其出口(23)排出該室并且進入該窯中。
12.一種可燃廢物的焚化裝置，包括生料倉庫(17)、具有或沒有煅燒爐(3)的預熱器體系(1)、窯(5)、熟料冷卻器(7)、焚化廢物的室(9)，所述室包括將廢物引入該室(9)的進口(11)和用于將爐渣和任何未燃燒的廢物輸送的出口(23)，該室(9)還包括用于在焚化處理過程中支撐廢物的支撐面(21)和用于將廢物從室的廢物進口(11)輸送到出口(23)的裝置(21、31)，其特征在于它包括用于將包含NOx的廢氣引入室(9)的裝置。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于用于將廢氣引入室(9)中的裝置包括與窯(5)連通的豎管(6)。
14.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于支撐面(21)基本上是水平的。
全文摘要
公開一種在制造水泥熟料過程中可燃廢物焚化的方法以及裝置，通過該方法，廢物通過廢物進口(11)引入并且被支撐在并入分離室(9)中的支撐面(21)上，其中該廢物被主動輸送穿過該室到其出口(23)，同時進行焚化，其中與廢物焚化有關產生的熱廢氣被排到用于加熱水泥生料的預熱器體系中，并且其中在廢物焚化處理過程中產生的爐渣從該室(9)中取出。該方法和裝置的特征在于將包含NO
文檔編號F23G5/26GK1981173SQ200580014734
公開日2007年6月13日 申請日期2005年5月10日 優先權日2004年5月10日
發明者肯特·湯姆森, 亞歷山大·赫爾姆, 拉爾斯·斯卡拉普詹森 申請人:Fl史密斯公司