[发明专利]流化床气化和熔融燃烧的方法及装置

说明书

本发明涉及可燃性物质在流化床熔炉中气化、所产生的可燃性气体和细粒在熔融燃烧炉中在高温下燃烧和所产生的灰分在其中熔融的一种方法和一套装置。

近年来，业已要求通过焚烧来减小大量产生的废物如城市废物、废塑料等的体积，并有效地利用从焚烧回收的热量。因为废物焚烧所产生的灰分通常含有有害的重金属，因此必须采取某些方法如重金属组分的固化来回收处理燃烧过的灰分。为了处理这些问题，JP-B2-62-35004(日本专利申请审后公开，KOKOKU)提出了一种燃烧固体物质的方法和装置。在该燃烧法中，固体物质在流化床热解炉中热分解，而热解产品，即可燃性气体和颗粒被导入旋风燃烧炉，在这里可燃性组分因加压空气彻底燃烧，灰分通过涡流而与壁表面发生碰撞，因而熔融。熔融的灰分落到壁表面上，而产生的熔融炉渣通过一个卸料口落入水箱，在水箱中固化。

但是，JP-B2-62-35004中公开的方法具有如下缺点：因为整个流化床处于活性流化状态，大量未反应的可燃性组分在该炉中产生可燃性气体时被带到炉外，因此不可能达到高气化效率。此外，流化床熔炉中有用的气化物质至此还是粒径为0.5-3mm的小块和尺寸为几个毫米的细碎的废物。尺寸大于上述范围的气化物质将妨碍流化；尺寸小于上述范围的气化物质将在作为未反应的可燃性组分的可燃性气体未彻底气化时被带到炉外。因此，常规流化床熔炉需要在气化物质注入该炉前进行预处理，即通过使用粉碎机或类似设备预先把气化物质粉碎并使产生的颗粒尺寸均一。这样，预定粒径范围之外的气化物质不能使用，在某种程度上必然使产率受损。

为了解决上述问题，JP-A-2-147692(日本专利申请公开，KOKAI)提出了一种流化床气化方法和流化床气化炉。在该公开中所公开的流化床气化方法中，熔炉具有矩形水平横截面结构，流化气体从熔炉底部的中心部分向上喷入炉中的质量速度设置在低于流化气体从该炉底部的两侧部分供入的质量速度。流化气体的上向流在炉底各侧边部分之上某一位置偏转到炉中部。这样，在炉的中部形成一个流化介质沉降的移动床，而在炉的各侧边部分形成一个流化介质被活性流化的流化床。将可燃性物质供入移动床。流化气体或是空气与蒸汽的混合物，或是氧气和蒸汽的混合物，而流化介质为硅质砂。

但是，JP-A-2-147692的方法具有如下缺点：

(1)在所有移动床和流化床中同时发生气化吸热反应和燃烧反应。因此易气化的挥发性组分在气化的同时燃烧，而难于气化的固定碳(炭)和焦油在炉中产生可燃性气体时以未反应物质带到炉外。因此不能达到高气化效率。

(2)在将熔炉中产生的可燃性气体燃烧以用于蒸汽和燃气轮机联合循环发电设备时，该流化床熔炉必须是加压型熔炉。但是，在这种情况下因为熔炉为矩形水平横截面结构，所以难以将该炉造成加压炉形式。优选的气化炉压力由所产生的可燃性气体的用途决定。当将气体用作普通燃烧气体时，炉压可为几千mmAq数量级。然而，当将产生的可燃性气体用作燃气轮机的燃料时，炉压必须高达几个Kgf/cm²。当气体用作高效气化联合循环发电的燃料时，合适的是使用高于十几个kgf/cm²的炉压。

在废物如城市废物的处理中，通过燃烧可燃性废物而减小体积仍起重要作用。相对于焚烧，近来日益需要环境保护型废物处理技术(例如二恶英控制方法)，使烟尘无害的技术及改进能量回收效率等。在日本，城市废物的焚烧速度约为100,000吨/天，而从整个城市废物回收的能量相当于日本所耗电能的约4％。现在，城市废物能量利用率低至约10％。然而，如果能增加能量利用率，相应地就能降低矿物燃料的耗费率，从而有可能对防止全球变暖有利。

然而，现有的焚烧系统涉及如下问题：

①由于HCl的腐蚀问题发电效率不可能增加。

②控制HCl，NO_x，SO_x，汞，二恶英等的环境污染防止设备复杂化，导致成本和场地增加。

③由于规定的严格及获得最终处理的场地的困难等，安装燃烧过的灰分熔融设备呈上升趋势。然而，为了这个目的必须建造额外的设备，并耗费大量电能。

④需要昂贵的设备来除去二恶英。

⑤难以回收有用金属。

本发明的一个目的是解决相关技术领域的上述问题，并高效率地由可燃性物质如废物(例如城市废物、废塑料等)或可燃性物质如煤生产含有大量可燃性组分的可燃性气体。

本发明的另一个目的是提供一种用于气化可燃性物质的方法和装置，该方法和装置适于能量的回收，且能容易地产生高压可燃性气体。