專利名稱：廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將炭化裝置和氣化熔融爐技術(shù)相結(jié)合，不受廢棄物的種類(lèi)和所含水分的影響，以低運(yùn)轉(zhuǎn)成本就能夠運(yùn)行的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年，包含大量生垃圾的城市垃圾等廢棄物有增多的趨勢(shì)。另一方面，將其掩埋，在垃圾處理場(chǎng)保存也處于一種極端困難的狀況。尤其在大都市，上述狀況已成為很大的社會(huì)問(wèn)題。因此，為解決這些問(wèn)題及地球環(huán)境問(wèn)題，一種將廢棄物燃燒，將其熱能用于發(fā)電等的廢棄物燃燒能量利用系統(tǒng)得以發(fā)展。
圖4是專利文獻(xiàn)1所披露的這種系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，為一種廢棄物氣化發(fā)電系統(tǒng)。
在這種廢棄物氣化發(fā)電系統(tǒng)100中，氣化爐101為流化床爐，廢棄物從給塵機(jī)102送入爐內(nèi)。在氣化爐101中所產(chǎn)生的部分氧化氣體全部從氣體排放口排出后，被送往旋風(fēng)分離器103，部分氧化氣體在旋風(fēng)分離器103中分離成未燃燒炭105、粉塵104和可燃?xì)怏w120。
未燃燒炭105循環(huán)回到氣化爐101中，作為可燃物使用。粉塵104與未燃燒成分同樣地在灰熔爐等中進(jìn)行處理。分離了固體成分的可燃?xì)怏w120經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器，被導(dǎo)入燃燒爐110中。將在空氣預(yù)熱器中加熱過(guò)的一部分空氣送往燃燒爐110，而將剩余的空氣作為流動(dòng)化空氣送往擴(kuò)散管(未圖示)。送往燃燒爐110的可燃?xì)怏w120與空氣一起在燃燒爐中燃燒，產(chǎn)生高溫的燃燒氣體。
高溫的燃燒排放氣體使鍋爐111中產(chǎn)生蒸汽，并通過(guò)袋式除塵器114除塵后，經(jīng)過(guò)引流鼓風(fēng)機(jī)，從煙囪115排放到大氣中。在袋式除塵機(jī)114的前面，從熟石灰倉(cāng)筒中添加熟石灰，除去鹽分和酸性成分。并且，在鍋爐111中過(guò)熱的蒸汽使蒸汽渦輪機(jī)113驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行發(fā)電。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平11-118124號(hào)公報(bào)但是，由于現(xiàn)有熔融爐采用直接投放廢棄物，使溫度直接上升到1500℃，因而需要大量的燃油。此外，為使廢棄物熔化并發(fā)生反應(yīng)，需要施加內(nèi)壓，因而造成設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作起來(lái)十分困難，所以必須從制造廠家派遣操作人員，為此需要龐大的人工費(fèi)用。而且，一旦含有水分，溫度將難以上升到1500℃。
像這樣，現(xiàn)有熔融爐中，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以造成設(shè)備費(fèi)高昂，同時(shí)需要龐大的燃料費(fèi)和人工費(fèi)，由此導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)成本上升。
另外，在現(xiàn)有熔融爐中，雖然使從爐底灰、煙灰等焚燒殘?jiān)挟a(chǎn)生的二惡英吸附在活性炭及消石灰上以除去，但結(jié)果導(dǎo)致包含這些二惡英的廢棄物不斷產(chǎn)生，成為另一問(wèn)題。
另外，在圖4的廢棄物發(fā)電系統(tǒng)100中，雖然在旋風(fēng)分離器103中將燃燒產(chǎn)生的灰燼清除，僅向燃燒爐提供氣化氣體，但是旋風(fēng)除塵器103中的灰燼的收集率最多不過(guò)90％，不可避免某種程度的灰燼飛散到鍋爐111中。
燃燒產(chǎn)生的灰燼中包含大量的氯化物(NaCl，KCl)和硫酸鹽(Na2SO4，K2SO4)，甚至，在燃燒產(chǎn)生的氣體中包含大量的，例如接近1000ppm的HCl氣體。
因此，由于500℃以下的低熔點(diǎn)化合物和氣體中的HCl的合成作用，在設(shè)置于鍋爐中的熱交換器上發(fā)生劇烈的高溫腐蝕。由此，現(xiàn)有廢棄物發(fā)電系統(tǒng)中蒸汽溫度為400℃以下，存在發(fā)電效率低的問(wèn)題。
對(duì)此，雖然嘗試在爐和熱交換器中間設(shè)置過(guò)濾式的除塵裝置等，提高混合在燃燒氣體中的灰燼的收集率，由此防止使用在熱交換器上的材料的腐蝕，提高發(fā)電效率，但是卻無(wú)法得到令人滿意的效果。
另外，近年來(lái)，在尋求資源的有效利用的過(guò)程中，也開(kāi)始尋求利用生物量(生物資源)。但是，在利用生物量中的廢木料等木質(zhì)系生物量或生垃圾等生活系生物量時(shí)，確保穩(wěn)定的收集量、性質(zhì)變化、含水率高等是重要的課題。特別是，雖然在生活系生物量方面，由于排放量大，可做到穩(wěn)定收集，但是木質(zhì)系生物量卻很難保證穩(wěn)定的收集量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這些問(wèn)題，提供了一種高效的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)將炭化裝置和氣化熔融爐技術(shù)相結(jié)合，不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致激烈的高溫腐蝕的焚化灰，并且能夠利用包括水分多的生垃圾在內(nèi)的所有種類(lèi)的廢棄系生物量。
本發(fā)明通過(guò)一種廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)題。所述的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)的特征在于包括將廢棄物炭化后生成炭的炭化裝置；使所述炭燃燒的氣化熔融爐；所述的氣化熔融爐中產(chǎn)生的熱能的利用系統(tǒng)；另外，將所述熱能的利用系統(tǒng)排放的廢氣再次利用于所述炭化裝置的炭化處理。
根據(jù)本發(fā)明，由于在炭化裝置中進(jìn)行廢棄物的炭化時(shí)完全不會(huì)產(chǎn)生焚化灰，所以可以防止高溫腐蝕的發(fā)生。由此，可以在高溫下進(jìn)行燃燒，從而可以將包括水分多的生垃圾在內(nèi)的所有種類(lèi)的廢棄生物量加以利用，并且能得到高的能量利用效率。
此外，由于將熱能利用后的排放廢氣再次利用于炭化裝置的炭化處理，所以除運(yùn)行初期和降溫時(shí)以外，不需要使用輔助燃料，因此，能夠控制運(yùn)行成本。


圖1是本發(fā)明的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)的炭化裝置的說(shuō)明圖，其中(a)為炭化裝置的剖面圖，(b)為(a)的A部的放大剖面圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)的炭化裝置的示意圖；以及圖4是現(xiàn)有技術(shù)的廢棄物氣化發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照?qǐng)D1及圖2，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)10包括炭化裝置20、氣化熔融爐30和發(fā)電設(shè)備(熱能利用系統(tǒng))40，該炭化裝置20將廢棄物炭化后生成炭，氣化熔融爐30使生成的炭燃燒，發(fā)電設(shè)備40利用其燃燒產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電；并且，通過(guò)將發(fā)電后的排放廢氣再利用于炭化裝置20的炭化處理，由此使運(yùn)轉(zhuǎn)成本的降低成為可能。
將采用適當(dāng)方法回收的廢棄物(也可以包含液體物質(zhì)或塑料)從給塵機(jī)50提供給炭化裝置20。在炭化裝置20中，首先將廢棄物干燥，然后炭化，再投放到氣化熔融爐30中。
圍繞一個(gè)氣化熔融爐30設(shè)有多臺(tái)(例如4-6臺(tái))炭化裝置20，經(jīng)炭化變成炭的廢棄物分別從各自的炭化裝置20提供給氣化熔融爐30。
在炭化裝置20的炭化處理中產(chǎn)生的為有機(jī)氣體的炭化氣體在燃燒爐24中燃燒，并被導(dǎo)入氣化熔融爐30中。
圍繞一個(gè)氣化熔融爐30設(shè)有多臺(tái)(例如4-6臺(tái))炭化裝置20的理由在于因?yàn)閷U棄物在炭化裝置20中炭化通常需要40-60分鐘，所以通過(guò)使多臺(tái)炭化裝置20依次工作，可以使發(fā)電順利進(jìn)行。
被炭化的廢棄物在氣化熔融爐30中急劇燃燒。氣化熔融爐30內(nèi)的溫度變成1250～1500℃。在炭化物燃燒的下方，溫度超過(guò)1500℃。
在發(fā)電設(shè)備40中，利用這種熱能，使蒸汽渦輪機(jī)工作而進(jìn)行發(fā)電。并且，將發(fā)電后的排放廢氣再利用到炭化裝置20的炭化處理中。此外，導(dǎo)入發(fā)電設(shè)備40中的氣體溫度為1100℃～1500℃，而被再利用到炭化處理中的排放廢氣溫度為600℃左右。
在炭化處理中經(jīng)過(guò)了再利用的排放廢氣最后在降溫器60中下降到200℃左右，經(jīng)過(guò)集塵機(jī)70，從煙囪80排放到大氣中。
另外，熱能利用系統(tǒng)并不局限于發(fā)電設(shè)備，也可以是局域的冷暖氣系統(tǒng)。
在此，炭化裝置20是，例如特開(kāi)平10-185138號(hào)公報(bào)中所披露的裝置，如圖2(a)所示，其包括炭化槽護(hù)套28，在其內(nèi)部被提供有加熱介質(zhì)(熱風(fēng))；炭化槽傳熱面26，其是被加熱介質(zhì)加熱的內(nèi)壁面；旋轉(zhuǎn)葉片21，用于使廢棄物旋轉(zhuǎn)并通過(guò)離心力將其推向炭化槽傳熱面26。該炭化裝置20內(nèi)部具有被投放廢棄物的炭化槽22。在炭化槽22內(nèi)產(chǎn)生的為有機(jī)氣體的碳化氣體Y在燃燒爐24中進(jìn)行燃燒，再導(dǎo)入到氣化熔融爐30中。
對(duì)炭化槽傳熱面26進(jìn)行加熱的加熱介質(zhì)是排放氣體H，該排放氣體H就是發(fā)電后的大約600℃的熱風(fēng)，廢氣H流入炭化槽護(hù)套28，并對(duì)炭化槽傳熱面26進(jìn)行加熱后，在降溫器60中降溫到大約低于200℃，經(jīng)過(guò)集塵機(jī)70，再?gòu)臒焽?0排放到大氣中。
炭化裝置20最大的特征在于安裝在主體中央下端的旋轉(zhuǎn)葉片21。如圖2(b)所示，通過(guò)其旋轉(zhuǎn)，廢棄物沿著炭化槽傳熱面26卷起，同時(shí)，被擠壓成薄膜狀。此時(shí)，由于離心力的作用，更重的物質(zhì)，即含水率高的物質(zhì)被最先推到炭化槽傳熱面26上。并且，經(jīng)加熱變成含水率低的廢棄物，該含水率低的廢棄物向與空氣接觸的氣化面23移動(dòng)，進(jìn)一步促進(jìn)氣化。
另外，廢棄物變成薄膜并與炭化槽傳熱面26接觸，由此，炭化槽傳熱面26和氣化面23接近于重合，同時(shí)與炭化槽傳熱面26接觸的圓周速度達(dá)到5-15m/s，因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能得到其4～6倍的熱效率。此外，炭化裝置20也能將泥漿等流體卷起，并使其成為薄膜狀與炭化槽傳熱面26接觸。
與此相對(duì)，在如圖3所示的現(xiàn)有炭化(干燥)裝置20A中，由于在加熱和氣化上存在時(shí)間差，廢棄物所保存的熱量無(wú)法均勻地、同時(shí)被氣化而放散，所以導(dǎo)致炭化效率非常差。
由于炭化槽22內(nèi)部處于無(wú)氧狀態(tài)(1％以下)，所以即使將聚氯乙烯等加熱到400～450℃也完全不會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，在聚氯乙烯中結(jié)合的氯、和在苯中結(jié)合的氫等分別分離氣化，導(dǎo)入燃燒爐24中。在通向燃燒爐24的通路中也不存在氧(一氧化碳)，不會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)。以這種狀態(tài)達(dá)到約800℃以上時(shí)，一進(jìn)入燃燒爐24，瞬間就發(fā)生完全燃燒，因而不會(huì)產(chǎn)生一氧化碳。而且，幾乎也不會(huì)產(chǎn)生二惡英。
此外，如前所述，因?yàn)闅饣廴跔t30內(nèi)的溫度為1250～1500℃的高溫，所以，即使在前面的哪個(gè)工序中產(chǎn)生了二惡英，也能將其分解，成為無(wú)害。
通過(guò)這種炭化裝置20，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠控制運(yùn)轉(zhuǎn)成本，實(shí)現(xiàn)高效率。
此外，圖1中所顯示的是單級(jí)式炭化裝置，圖2則是二級(jí)式炭化裝置，但并不局限于此，也可以是三級(jí)式，或四級(jí)式。
另外，氣化熔融爐30以及發(fā)電設(shè)備40可以采用現(xiàn)有的公開(kāi)技術(shù)，這對(duì)于同行業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是眾所周知的，故省略其說(shuō)明。
最后，位于氣化熔融爐30下方的是與炭化裝置20具有類(lèi)似結(jié)構(gòu)的冷卻裝置90，由于炭燃燒后生成的灰燼溶解，以溶渣狀出現(xiàn)，所以該冷卻裝置將其用水冷卻后回收。
這種排出物與開(kāi)始投放的廢棄物相比，取得了大大地減少了容積的效果，可作為路基等材料加以利用。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于在炭化裝置中進(jìn)行廢棄物的炭化時(shí)完全不會(huì)產(chǎn)生焚化灰，所以可以防止發(fā)生高溫腐蝕。由此，可以在高溫下進(jìn)行燃燒，從而可以將包括水分多的生垃圾在內(nèi)的所有種類(lèi)的廢棄生物量加以利用，且能得到高的能量利用效率。
此外，由于將能量利用后的熱量作為熱風(fēng)再次利用于炭化裝置的炭化處理，由此，除運(yùn)轉(zhuǎn)初期和降溫時(shí)以外，不需要使用輔助燃料，從而可以起到降低運(yùn)轉(zhuǎn)成本的顯著效果。
另外，由于本發(fā)明的系統(tǒng)能夠?qū)Πㄋ侄嗟纳趦?nèi)的所有種類(lèi)的廢棄生物量加以利用，從而可以解決資源保護(hù)和有效利用、能源及環(huán)境保護(hù)等各種問(wèn)題。
符號(hào)說(shuō)明10廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)20炭化裝置21旋轉(zhuǎn)葉片22炭化槽24燃燒爐26傳熱面28護(hù)套30氣化熔融爐40發(fā)電設(shè)備(能量利用系統(tǒng))
權(quán)利要求
1.一種廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)，其特征在于包括炭化裝置，用于將廢棄物炭化后生成炭；氣化熔融爐，用于使所述炭燃燒；熱能利用系統(tǒng)，用于利用在所述氣化熔融爐中產(chǎn)生的熱能；并且，將所述熱能利用系統(tǒng)排出的廢氣再次利用于所述炭化裝置的炭化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)，其特征在于所述廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)還包括燃燒爐，使在所述炭化裝置的炭化處理中產(chǎn)生的炭化氣體在所述燃燒爐中燃燒，再引入所述氣化熔融爐中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)，其特征在于所述炭化裝置包括炭化槽，用于被投放入所述廢棄物；護(hù)套，其圍住所述炭化槽，并被提供加熱介質(zhì)；旋轉(zhuǎn)葉片，用于通過(guò)離心力，將所述廢棄物推向所述炭化槽內(nèi)表面的傳熱面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)，其特征在于圍繞所述氣化熔融爐，設(shè)有多臺(tái)所述炭化裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種將廢棄物的炭化裝置和氣化熔融爐技術(shù)相結(jié)合，不受廢棄物的種類(lèi)和所含水分的影響，以低運(yùn)轉(zhuǎn)成本就能夠運(yùn)行的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)。本發(fā)明的廢棄物炭化、能量利用系統(tǒng)(10)包括炭化裝置(20)、氣化熔融爐(30)和發(fā)電設(shè)備(熱能利用系統(tǒng))(40)，炭化裝置(20)將廢棄物炭化后生成炭，氣化熔融爐(30)使生成的炭燃燒，發(fā)電設(shè)備(40)再利用其燃燒產(chǎn)生的熱能來(lái)發(fā)電，并且，發(fā)電后的排放廢氣再次利用于炭化裝置(20)的炭化處理，從而使運(yùn)轉(zhuǎn)成本的降低成為可能。
文檔編號(hào)F23B80/02GK1782495SQ200410095608
公開(kāi)日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者金井正夫 申請(qǐng)人:金井正夫