[发明专利]气化燃烧系统

说明书

交叉引用

本申请要求提交于2009年5月18日的美国申请No.12/467,887的优先权。

技术领域

本发明通常涉及气化或燃烧系统。更具体地，本发明涉及用于调节通过气化器或燃烧室系统的气体和废物流量的方法和系统。

背景技术

城市固体废物(″MSW″)是自治区和政府收集和处理的总产量。MSW包括耐用和非耐用商品、容器和包装、食物和庭园废物、以及来源于住宅、商业和工业的各种无机废弃物。作为一次性或丢弃产品的开放列表的一部分，实例包括新闻纸、电器、衣服、残余食物、容器和包装、纸尿布、包括一次性餐具和泡沫包装塑料材料在内的所有类别的塑料、橡胶和木制品、盆栽土、庭园修整物和消费电子产品。传统的废物处理方法是垃圾掩埋法，其在一些地区仍然是常用的手段。然而，许多地方当局已经发现难以建立新的垃圾掩埋。在这些地区，固体废物必须为了处理进行输送，从而更加昂贵。

作为垃圾掩埋法的替换方法，可以通过在城市固体废物燃烧室(″MWC″)中燃烧来处理大量MSW，从而有助于从废物中进行能量回收。废能转换通常在废能工厂(″WTE″)进行。与传统的MSW和其它固体燃料燃烧相关的问题之一是它产生了少量不希望且有可能有害的副产品，例如NOx、一氧化碳和二恶英。例如，NOx在燃烧期间通过两个主要机理形成。首先，燃料NOx通过MSW和其它燃料中发现的有机氮(N)的氧化形成。当燃烧室中的O₂量较低时，N₂是主要的反应产物。然而，当可以使用大量O₂时，燃料氮的增加部分转变为NOx。其次，热氮氧化物通过高温下常压N₂的氧化形成。因为所需的高活性能，热氮氧化物的形成在火焰温度达到1100℃(2000°F)之前不会变得明显。

现有技术中的另一问题是这种系统或方法不能用于燃烧具有高水分含量的废物。像中国这样的国家中，废物的高水分含量使燃烧过程变得麻烦，因为高水分会由于需要附加热量干燥废物而产生不稳定燃烧并导致炉温变低。高水分含量废物需要更多的气流(空气)对废物进行干燥。在传统的系统中难以增大气流，这是因为附加气流会增加对风扇的需求并降低锅炉效率。

尽管在减少传统燃烧系统的有害排放方面进行了改进，但是仍然需要可替换的方法和系统，其有效地将MSW、高水分含量MSW和/或其它固体燃料转换为能量，同时产生最小数量的有害排放。

发明内容

本发明涉及气化燃烧系统和控制气化率或燃烧率的方法。通过控制气化或燃烧的氧化剂供应和温度，该系统可以使废物更有效地燃烧并且减少有害产物(气体和/或固体)排入大气中。另外，通过控制气化或燃烧的速率和温度，可以形成更耐用的系统，其在MSW热处理之后的能量转换和烟道气体处理更为有效。

本发明的实施例可以使用移动炉栅，其能够使废物移动通过燃烧室，从而允许废物完全燃烧。另外，可以使用一级空气源和二级空气源。一级空气可以从炉栅下面供应并且通过炉栅吹出以沿着废物床顺序地干燥(释放出水)、气化(释放出挥发性烃)和烧尽(使非挥发性烃氧化)。可以调节一级空气的数量以使废物床中的含碳材料烧尽，同时使过量空气达到最低程度。二级空气可以通过位于炉栅上方的喷嘴供应并用于产生涡流混合，其破坏从废物床释放出的烃。系统中使用的总空气量(一级和二级)可以为大约30％到100％，大于实现化学计算情况所需的空气量(即，使燃料在理论上完全燃烧的最少空气量)。

本发明可以使用不同的技术减少传统MSW燃烧系统产生的有害物排放。例如，可以使用燃烧控制和燃烧后控制。燃烧控制通过减少火焰中的可用O2和通过降低燃烧区温度限制了燃烧过程期间的NOx的形成；而燃烧后控制包括消除燃烧过程期间产生的NOx排放(例如，选择性非催化还原(SNCR)系统和选择性催化还原(SCR)系统)。