專利名稱：用于處理材料尤其是廢料和垃圾的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理各類材料、尤其是但不限于廢料和垃圾的方法和設(shè)備。
本發(fā)明尤其針對(duì)于這樣的設(shè)備和方法來(lái)研制，其中該設(shè)備可接受任何固體、顆粒或液體形式或漿狀的材料作為輸入，而該方法用于進(jìn)行這種處理，并產(chǎn)生可在不破壞環(huán)境的前提下容易地進(jìn)行處置的惰性爐渣和氣體。
背景在美國(guó)專利US 5337683和同一申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)WO 02/081970的后續(xù)改進(jìn)中描述了一種上述類型的已知方法和設(shè)備。該專利涉及通過(guò)將材料如廢料或垃圾引入高壓反應(yīng)器中來(lái)處理材料以保證對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的處置的方法，其中在反應(yīng)器中注入可高達(dá)100％的富氧空氣(即至少在現(xiàn)有技術(shù)手段可達(dá)到的限度內(nèi)的純氧)。在反應(yīng)器中所達(dá)到的高溫會(huì)引起待處理材料的分子鍵完全分裂，并使其升華。
如上述美國(guó)專利US 5337683中所述，該方法優(yōu)選通過(guò)下述方式來(lái)實(shí)現(xiàn)在反應(yīng)器中保持30到100巴的壓力，然而并不排除使用甚至稍高于大氣壓的更低壓力，以便在任何情況下一旦已經(jīng)建立用于待處理材料類型的最適合的作用時(shí)間和溫度，就在反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)材料分子鍵的完全分裂并使其升華。
同一申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)WO 02/081970描述了另一種已知的方法，其對(duì)上述方法作出了改進(jìn)，使得可通過(guò)按照預(yù)定變化規(guī)則在最小值和最大值之間進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)控制反應(yīng)器內(nèi)的壓力，從而增加產(chǎn)量并減少反應(yīng)器中材料分子鍵完全分裂所需的時(shí)間，同時(shí)不需要使用會(huì)導(dǎo)致增加反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的過(guò)高溫度和壓力。
然而，在該方法中所固有的過(guò)渡狀態(tài)不能保證在反應(yīng)過(guò)程中的每一時(shí)刻并且對(duì)于任何類型的易燃材料而言在反應(yīng)器中不存在冷區(qū)，在該冷區(qū)中，由加熱易燃材料所產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)可以重組，從而形成較慢氧化、熱穩(wěn)定性更佳但卻更具毒性的物質(zhì)，例如二噁英、呋喃和多環(huán)芳香烴。
垃圾中的不燃性灰燼的非常多樣化的組合物還包括金屬氧化物的組合物，它不會(huì)升華，因而累積在反應(yīng)器中。在試驗(yàn)水平和工業(yè)化水平下實(shí)現(xiàn)的上述設(shè)備和方法已經(jīng)提供了令人滿意的結(jié)果。然而，從所積累的經(jīng)驗(yàn)中可以看到，實(shí)現(xiàn)下述改進(jìn)是十分必要并且適當(dāng)?shù)模丛摳倪M(jìn)應(yīng)盡可能保證所產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)不處于會(huì)使它們重組以形成較慢氧化、熱穩(wěn)定性更佳但卻更具毒性的物質(zhì)如二噁英和呋喃的環(huán)境下。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法和設(shè)備，其可在大多數(shù)情況下滿足上述需求，同時(shí)使用起來(lái)有效、容易實(shí)現(xiàn)且非?？煽俊?br> 美國(guó)專利US 6029588描述了包括有毒垃圾的易燃材料在旋轉(zhuǎn)圓柱形反應(yīng)器中的燃燒，其中向該反應(yīng)器提供易燃材料、助燃材料以及預(yù)熱過(guò)的再循環(huán)燃燒氣體，不燃性灰燼從旋轉(zhuǎn)筒體的底部處排出。
然而，由灰燼熔點(diǎn)所代表的燃燒溫度上限以及在供給端不可避免的冷區(qū)的存在(在現(xiàn)有技術(shù)中是比較常見(jiàn)的)導(dǎo)致有會(huì)通過(guò)煙霧來(lái)輸送的有毒的有機(jī)副產(chǎn)品(二噁英和呋喃等)產(chǎn)生。還可觀測(cè)到夾雜在煙霧中并含有眾所周知的有毒重金屬的塵埃(揮發(fā)性灰燼)的增加，這隨著反應(yīng)器溫度的增加而尤其明顯。結(jié)果，針對(duì)煙霧后處理的技術(shù)負(fù)擔(dān)明顯增加，與有機(jī)和無(wú)機(jī)的有毒物質(zhì)相關(guān)的問(wèn)題從燃燒氣體轉(zhuǎn)換到液態(tài)和固態(tài)，而它們的處置存在著問(wèn)題(并會(huì)帶來(lái)所謂的永久性浸析)。
美國(guó)專利US 5309850提供了針對(duì)反應(yīng)器中的具有高固成分和水分的漿狀物的處理，其中使有機(jī)物質(zhì)燃燒，并且不燃性灰燼熔解，隨后凝固為惰性玻璃狀爐渣。向反應(yīng)器提供漿狀物、助燃材料以及燃燒煙霧，它們?cè)谕ㄟ^(guò)濃縮和再加熱而除去水蒸氣之后再循環(huán)到反應(yīng)器中。該煙霧具有雙重用途，即作為溫度調(diào)節(jié)器以及用來(lái)除去由漿狀物帶來(lái)的大量水分的載體。
然而，盡管預(yù)加熱了已除去水分的再循環(huán)煙霧，然而并沒(méi)有消除反應(yīng)器供給端的冷區(qū)，其結(jié)果在現(xiàn)有技術(shù)是已知的，即形成了有毒的有機(jī)物質(zhì)，燃燒期間所達(dá)到的溫度僅允許不燃性灰燼、尤其是熔化餾分部分地離析，這是因?yàn)榛覡a的揮發(fā)性成分夾雜在燃燒煙霧中。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的目的是分別具有如權(quán)利要求1和15所述特征的方法和設(shè)備，這些特征附加到本說(shuō)明書中。
特別是，申請(qǐng)人所進(jìn)行的試驗(yàn)已經(jīng)獲得了可表征本發(fā)明設(shè)備中的燃燒反應(yīng)器或更普遍稱作氧化室的基本特性的可用數(shù)據(jù)。更具體而言，該設(shè)備包括具有壁的燃燒反應(yīng)器，在其所有部件中，反應(yīng)器在高溫或超高溫下使用時(shí)是大致等溫或準(zhǔn)等溫的，并且基本上不缺氧。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，用于在反應(yīng)器的壁與所供應(yīng)的燃燒氣體之間以及在那些氣體與易燃材料之間(主要是與固體易燃材料)進(jìn)行高度熱交換和熱傳遞的手段由可導(dǎo)致交換流動(dòng)和熱傳遞的IR(紅外)輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)，溫度越高，紅外輻射越強(qiáng)(與T4成比例)。
令人驚奇的是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有氧的燃燒產(chǎn)生了具有高濃度化合物(大于約90％體積)的氣體混合物，該化合物是紅外輻射的強(qiáng)吸收-發(fā)射體，例如CO2和H2O(尤其是后者)，即該化合物是“不可透射的”氣體，此外，這一固有特性可以通過(guò)提高那些氣體的體積密度即燃燒室的總壓力來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)。
同樣令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，在使用了工業(yè)用氧氣的燃燒期間，低溫氧與燃燒煙霧(濃度大于10％體積，優(yōu)選大于60％體積)的混合產(chǎn)生了可保證助燃材料的高度“不可透射化”的混合物，當(dāng)在壓力下操作時(shí)該不可透射度甚至更高，因此在輻射反應(yīng)器中，該混合物可確保所提供的助燃材料幾乎瞬間便加熱到高于1300°K的溫度。
因此，在本發(fā)明的上述特定實(shí)施例中消除了供給物附近處的較大冷區(qū)，這些供應(yīng)物是現(xiàn)有技術(shù)中的典型助燃材料，以及氧氣和/或空氣助燃材料(考慮到氧氣O2和氮?dú)釴2都是紅外輻射可透過(guò)的氣體)。
上述方法的優(yōu)點(diǎn)在再循環(huán)氣體流的測(cè)定中同樣明顯。實(shí)際上在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知道，由于在反應(yīng)器的輸入和輸出之間存在明顯的溫差，因此再循環(huán)的氣體可以執(zhí)行能夠通過(guò)除去多余的反應(yīng)熱量來(lái)保證連續(xù)工作設(shè)備的熱平衡?？梢赃x擇氣體的最小再循環(huán)流率以便使對(duì)反應(yīng)體積的沖擊最小，這伴隨著再循環(huán)氣體的低溫(剛高于燃燒廢氣的露點(diǎn)即約500°K，以便避免使用不得不與酸性冷凝物高度接觸的材料)。再循環(huán)流的上述瞬間加熱使得再循環(huán)溫度降到最低。優(yōu)選的是，燃燒產(chǎn)生的再循環(huán)氣體以最小的流率和/或溫度來(lái)供應(yīng)，使得對(duì)于氣體在反應(yīng)器中所耗費(fèi)的給定時(shí)間來(lái)說(shuō)，反應(yīng)器中的氣體總體積最小，并且保證從反應(yīng)器中除去反應(yīng)熱量。
因此，在美國(guó)專利US 5309850和US 6029588中提供了在再循環(huán)到反應(yīng)器之前通過(guò)濃縮和預(yù)熱來(lái)分離水分之后從煙霧中收回再循環(huán)流，與這兩項(xiàng)美國(guó)專利中所述的相比，在本發(fā)明中，優(yōu)選在再循環(huán)流中存在有水分，以便例如主要針對(duì)碳材料和低含水量的材料來(lái)在反應(yīng)室的每一部分內(nèi)將朝向和離開(kāi)氣體的輻射流加強(qiáng)到可將水注入到再循環(huán)流中的程度，使得再循環(huán)流中的水濃度至少超過(guò)10％體積，優(yōu)選超過(guò)20％體積，更優(yōu)選超過(guò)30％體積。引入到再循環(huán)流中的水可以作為再循環(huán)劑，一直到完全替換煙霧。然而，不建議從最佳效果覆蓋到下面的部分，其由有效反應(yīng)體積減少的負(fù)效應(yīng)占主導(dǎo)而形成，而這又是由于與二氧化碳相比水的摩爾比熱存在不利的差別所引起的。
因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，可在優(yōu)選但不限于具有陶瓷襯里的有限尺寸的緊湊反應(yīng)器中構(gòu)造并實(shí)現(xiàn)大致連續(xù)的方法，這借助于在高溫或超高溫(優(yōu)選高于1900°K)下使用工業(yè)用氧氣和壓力，并因此在壁之間、氣體和壁之間具有很強(qiáng)的能量交換，反之亦然，在通過(guò)輻射來(lái)快速加熱易燃材料和助燃材料時(shí)，基本上非常接近構(gòu)成了本發(fā)明主要特性之一的等溫曲線。
本發(fā)明的另一有利特性源于以下事實(shí)，即已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)，盡管因高溫而導(dǎo)致氣體密度降低，然而可以根據(jù)垃圾的種類來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)壓力(優(yōu)選從大氣壓到約600kPa)，以便對(duì)反應(yīng)器的每一部分而言保證在有限體積內(nèi)每單位反應(yīng)器體積存在大量的氧氣(在本領(lǐng)域稱為滯留量)。燃燒階段(突燃、焦油式燃燒、燒焦)中的差異實(shí)際上源于待處理材料的種類變化，尤其是作為甚至同一種廢料或垃圾的特性變化的結(jié)果；這些差異會(huì)導(dǎo)致突然的局部氧氣消耗峰值的情況出現(xiàn)，而這種情況不能被檢測(cè)到，并且在任何情況下都不能通過(guò)普通的傳統(tǒng)傳感器和控制系統(tǒng)來(lái)校正。氧氣滯留量提供了針對(duì)反應(yīng)器內(nèi)缺氧區(qū)形成的被動(dòng)保護(hù)，這依賴于氧氣的高分壓，其適用于反應(yīng)器出口處的給定濃度，也就是說(shuō)不存在被浪費(fèi)的氧氣，而如果要使用相對(duì)理論上的正確燃燒所必須的化學(xué)量而言為過(guò)多的氧氣時(shí)，這種情況就會(huì)出現(xiàn)。
本發(fā)明的另一有利特征源于本發(fā)明的反應(yīng)器對(duì)不燃性爐渣的操作效率有更令人驚奇的發(fā)現(xiàn)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)(例如美國(guó)專利US 5309850)相比，由輻射對(duì)易燃材料(固體或固體餾分)的高速率加熱導(dǎo)致了由燃燒廢氣帶出反應(yīng)器的塵埃部分存在相當(dāng)大的降低，并且在反應(yīng)器中分離出的熔化液態(tài)灰燼存在相應(yīng)的增加。假定具有低氣體輸送速度和高加熱速率的緊湊反應(yīng)器導(dǎo)致熔解，同時(shí)由氣體除去粉塵狀灰燼，但這一解釋并不是限制性的。此外，甚至在供應(yīng)具有高粉塵含量的易燃材料時(shí)揮發(fā)性灰燼的形成也較少，這會(huì)導(dǎo)致這樣一種不應(yīng)視為具有限制性的假設(shè)，即本方法的高度輻射同樣會(huì)導(dǎo)致氣體中無(wú)論源自何處的揮發(fā)性灰燼液化，同時(shí)在液體粒子上出現(xiàn)聚結(jié)現(xiàn)象；眾所周知，這些現(xiàn)象由于電荷的原因而不對(duì)揮發(fā)性灰燼的固體微粒起作用。
為了促進(jìn)從反應(yīng)器中提取熔化的爐渣，優(yōu)選但并不是必須在所供應(yīng)的易燃材料中添加渣化物，例如硅石和/或堿金屬氧化物，其添加百分比取決于所供應(yīng)易燃材料的含灰量。
熔化爐渣優(yōu)選被冷卻并固化為珠粒，以保證包含在不燃性爐渣中的有毒重金屬是完全惰性的，因此重金屬的釋放低于醋酸溶解測(cè)試中的法定限度。
總體上，本發(fā)明的方法可以保證對(duì)物理形式為固體、固體顆粒、液體和漿狀物的廣泛類型材料而言，可以在反應(yīng)器的出口處產(chǎn)生具有非常低的TOC(處于百萬(wàn)分之幾(ppm)的級(jí)別)和非常低的揮發(fā)性含灰量的燃燒煙霧。這便顯著簡(jiǎn)化了燃燒煙霧的后處理技術(shù)，使得在后處理中使用的液相/固相處置所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題更少。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利特性，已經(jīng)觀察到，本方法的性能通常還取決于有效的控制和管理系統(tǒng)。特別是已經(jīng)觀察到，廢料和垃圾的一項(xiàng)區(qū)別性特征是不存在可精確反映提供給反應(yīng)器的材料特性的有效特征。朝這一方向的努力，特別是通過(guò)統(tǒng)計(jì)抽樣和評(píng)估方法來(lái)輔助的廣泛特征不能克服廢料和垃圾的這一區(qū)別性特征。結(jié)果，由于針對(duì)逐步提供給反應(yīng)器的材料特性存在著不確定性，因此通常有效的優(yōu)化和控制方法如MIMO(多輸入/多輸出)并不能為該工藝的性能和成本優(yōu)化提供令人滿意的結(jié)果。由此構(gòu)思出可將注意力從反應(yīng)器的輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)移到輸出參數(shù)上。已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，如果控制和優(yōu)化模型集中在反應(yīng)器的輸出參數(shù)上，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，例如通過(guò)加快分析傳感器的響應(yīng)時(shí)間以使之與反應(yīng)所涉及現(xiàn)象的特征時(shí)間相容，那么就可以明顯提高針對(duì)控制和操作優(yōu)化的有效預(yù)測(cè)的數(shù)量，同時(shí)排放物的質(zhì)量和安全性能完全滿足要求。
基本上說(shuō)，本發(fā)明的設(shè)備和方法具有個(gè)別創(chuàng)新并整體成形的多種有利特征，這些特征中比較的明顯有反應(yīng)器的供應(yīng)在高溫下傾向于等溫或準(zhǔn)等溫；可以使用數(shù)量最少且溫度最低的再循環(huán)氣體，然而在壓力下同樣可在反應(yīng)器中達(dá)到均勻的高溫，其中在使用中在反應(yīng)器內(nèi)優(yōu)選但非限制性地保持高于大氣壓的壓力，以便還保證存在每單位體積的氧氣最大滯留量，其可以吸收助燃材料需求中的不可控制的波動(dòng)；不能氣化的物質(zhì)可在反應(yīng)器中立即熔化，避免它們擴(kuò)散為夾雜在燃燒氣體中的塵埃；以及控制反應(yīng)器的輸出參數(shù)，以便控制因提供給反應(yīng)器的材料的不均勻性而引起的波動(dòng)。
從優(yōu)選實(shí)施例的下述詳細(xì)描述中可以清楚其它的特征和優(yōu)點(diǎn)，該優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)非限制性的示例并參考附

圖1來(lái)給出，圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明所形成的反應(yīng)器和設(shè)備的基本反應(yīng)回路的示意性布局。
現(xiàn)在來(lái)看圖1，材料處理設(shè)備包括具有至少一個(gè)輸入口11的氧化反應(yīng)器或氧化室10，待處理材料通過(guò)該輸入口來(lái)供應(yīng)。特別是，本發(fā)明的設(shè)備可以處理通過(guò)供料裝置12和推進(jìn)室13來(lái)供給的粗粒片狀固體材料、通過(guò)供料裝置14來(lái)供給的顆粒材料，以及通過(guò)供料裝置15而提供到反應(yīng)器中的液體，該液體大致包括水與懸浮及沉淀固體、粘性瀝青或各種密度和成分的漿狀物的混合物。氣體材料同樣可通過(guò)供料裝置16而輸送到反應(yīng)器中。
反應(yīng)器10還包括入口17，來(lái)自管道18的氧氣按照一定程序與來(lái)自管道19的再循環(huán)煙霧以一定比例混合，之后提供給該入口，該程序可從本說(shuō)明書的后面部分中清楚。根據(jù)所處理的材料，可在管道19中加入預(yù)定的蒸氣流?？梢愿鶕?jù)預(yù)定范圍內(nèi)的從反應(yīng)器10輸出的流25的預(yù)設(shè)超額量以及根據(jù)提供給反應(yīng)器的材料的數(shù)量和質(zhì)量來(lái)自動(dòng)地調(diào)節(jié)氧氣的流率，所述材料優(yōu)選但非限制性地以少量但頻繁供給的方式進(jìn)入反應(yīng)器。
反應(yīng)器10包括殼體，其優(yōu)選由金屬制造且襯有陶瓷涂層，并通過(guò)來(lái)自進(jìn)料裝置20的冷卻水從外部冷卻。反應(yīng)器內(nèi)所產(chǎn)生的不燃性爐渣聚集在朝向輸出管道22呈傾斜的反應(yīng)器底部21處，該輸出管道優(yōu)選但非限制性地包括由高熔點(diǎn)材料(如鉬、鉭或經(jīng)抗氧化處理的鎢或碳化硅)制成的管，該管被加熱以使?fàn)t渣處于液態(tài)，并且設(shè)置在反應(yīng)器10的封閉端23的附近。液態(tài)爐渣在水浴中迅速冷卻(淬火)，同時(shí)伴隨有固態(tài)珠粒的形成，從而在水中形成非常稀的漿狀物，該漿狀物從收集槽24中連續(xù)地輸送出來(lái)，以便由已知的裝置如過(guò)濾器(未顯示)來(lái)進(jìn)行后續(xù)過(guò)濾和處置。
輸出管道25設(shè)置在反應(yīng)器10的封閉端23上，將在反應(yīng)器10內(nèi)產(chǎn)生的氣體提供給用于通過(guò)由已知系統(tǒng)從反應(yīng)器中輸出的氣體的熱交換中回收能量的裝置，為簡(jiǎn)化描述，該裝置在下文中以用語(yǔ)“鍋爐”來(lái)表達(dá)，但其應(yīng)在最廣泛的意義上進(jìn)行理解。其類型優(yōu)選但非限制性地為煙管的這種鍋爐26產(chǎn)生并使來(lái)自管道27的供水過(guò)度加熱為蒸氣。過(guò)熱蒸氣經(jīng)管道35離開(kāi)鍋爐26，并被送去用于通常已知的用途，例如提供給渦輪機(jī)等。
在進(jìn)入鍋爐26之前，從反應(yīng)器10經(jīng)管道25輸出的氣體與經(jīng)管道28來(lái)供應(yīng)的緩和用再循環(huán)氣體混合。緩和用再循環(huán)氣體表示從鍋爐26經(jīng)管道29輸出的一部分氣體，作為選擇其還可通過(guò)傳統(tǒng)系統(tǒng)(未示出)進(jìn)一步冷卻并由吹風(fēng)機(jī)30再增壓。緩和用再循環(huán)氣體中未輸送到管道28而將與反應(yīng)器10所輸出的氣體相混合的部分被送到由調(diào)節(jié)系統(tǒng)32來(lái)操作的管道31中，允許經(jīng)調(diào)節(jié)量的氣體進(jìn)入管道19，以便如上所述地混合該氣體與通過(guò)管道18提供給反應(yīng)器10的入口的氧氣。通過(guò)管道31的流的功能還包括利用明顯的輸入/輸出溫差來(lái)防止涂層的表層溫度超過(guò)特定耐火材料所允許的極限(約2130°K)，從而保證反應(yīng)器的熱平衡。因此，可根據(jù)處在流經(jīng)管道25的流中的反應(yīng)器10出口處的溫度傳感器來(lái)調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)器32。
由于在反應(yīng)器輸入和輸出之間的明顯溫差，因此能夠保證設(shè)備熱平衡的再循環(huán)氣體可通過(guò)除去多余的反應(yīng)熱量而連續(xù)地操作，并且在與普通冷卻裝置相容并優(yōu)選剛高于露點(diǎn)的最低溫度下再循環(huán)。
從鍋爐26中輸出且并未朝管道29再循環(huán)的那部分氣體通過(guò)膨脹閥33而膨脹，隨后被輸送給通常已知類型的煙道34。該輸出氣體的一部分優(yōu)選通過(guò)管道36返回并用來(lái)使推進(jìn)室13增壓，以便周期性地允許固體材料進(jìn)入到反應(yīng)器10中。
上述設(shè)備的各部件優(yōu)選安裝在一個(gè)或多個(gè)滑軌上，以便能夠容易地運(yùn)輸并在使用位置處方便地安裝。
用于處理材料并在上述設(shè)備中實(shí)施的方法由電子處理器來(lái)總體控制，該處理器可保證燃燒氣體在反應(yīng)器10中保持預(yù)定的最短時(shí)間，優(yōu)選但非限制性地為約2秒，并且保持預(yù)定的最小保證均勻溫度，優(yōu)選但非限制性地為約1500℃。
特別是，供應(yīng)給反應(yīng)器10并包含有氧氣(紅外線可透射的氣體)和緩和用再循環(huán)氣體的預(yù)定比例混合物的助燃材料因其對(duì)紅外線是非常難透過(guò)的而被立即照射。由于在助燃材料混合物中在使用濃縮空氣時(shí)氮?dú)?紅外線可透射的氣體)不存在或濃度較低，相反主要存在有二氧化碳和構(gòu)成緩和用再循環(huán)氣體的水(占多數(shù))，因此這種特性便得以保證。優(yōu)選但非限制性地在壓力狀態(tài)下進(jìn)行該工藝時(shí)，在反應(yīng)器表面的高工作溫度下，可進(jìn)入助燃材料混合物中的水和二氧化碳與氧氣一起本身成為紅外能量的最佳吸收體。另一方面，再循環(huán)氣體和所產(chǎn)生的煙霧用作紅外能量的有效發(fā)射體，并且還依賴于反應(yīng)器10的優(yōu)選但非限制性地處于0.5到6巴之間的工作壓力，從而在反應(yīng)器10的內(nèi)部保持均勻的溫度。
該控制系統(tǒng)設(shè)置用于通過(guò)在推進(jìn)室上游位置處的進(jìn)料系統(tǒng)中的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)，其中使用了不會(huì)被所供給材料的重量干擾的測(cè)定值?？刂葡到y(tǒng)可立即進(jìn)行干預(yù)，使得反應(yīng)器10中的氣體所耗費(fèi)的溫度和時(shí)間高于預(yù)定的最低閥值，其次，對(duì)氧氣流率和垃圾流率即其進(jìn)料頻率進(jìn)行干預(yù)，以保證從反應(yīng)器10中輸出的氣體具有良好的質(zhì)量。另一方面，MIMO(多輸入/多輸出)法則使用了范圍更廣的操作數(shù)據(jù)，尤其是反應(yīng)器輸出處的氣體成分的測(cè)量數(shù)據(jù)，該測(cè)量數(shù)據(jù)與大約但非限制性地為2秒的特征響應(yīng)時(shí)間來(lái)進(jìn)行，還包括用于實(shí)現(xiàn)材料處理方法的滿意生產(chǎn)率的優(yōu)化操作和降低統(tǒng)一運(yùn)行成本的策略。
自然，在本發(fā)明的原理保持不變且不脫離本發(fā)明范圍的前提下，實(shí)施例的形式和結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)可以不同于所顯示和描述的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于處理材料尤其是廢料和垃圾的方法，其中將待處理材料和包括氧氣在內(nèi)的助燃材料提供給氧化室或燃燒反應(yīng)器，在上述材料的氧化或燃燒期間所產(chǎn)生的氣體從所述氧化室或燃燒反應(yīng)器中排出，其特征在于，在燃燒室或反應(yīng)器的任何一個(gè)部分中，引入所述氧化室或燃燒反應(yīng)器的待處理材料和由氧化或燃燒而生成的產(chǎn)物在高溫或超高溫下處于等溫或準(zhǔn)等溫的狀態(tài)，并且基本上不缺氧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料處理方法，其特征在于，所述方法包括提供助燃材料，其包含有與燃燒所產(chǎn)生的氣體、水或者水和氣體的組合相混合的氧氣，以便實(shí)現(xiàn)助燃材料的高度不可透射化，并且保證提供給所述反應(yīng)器的助燃材料的幾乎瞬時(shí)被加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的材料處理方法，其特征在于，燃燒產(chǎn)生的再循環(huán)氣體以最小的流率和/或溫度來(lái)供給，以便對(duì)于氣體在反應(yīng)器中耗費(fèi)的給定時(shí)間而言減小所述反應(yīng)器中的氣體總體積，并保證從所述反應(yīng)器中除去反應(yīng)熱量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的材料處理方法，其特征在于，氧氣與燃燒煙霧以所述燃燒煙霧的濃度超過(guò)10％體積、優(yōu)選超過(guò)60％體積的方式相混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的材料處理方法，其特征在于，通過(guò)提高紅外線不可透射的氣體的濃度以及所述氣體在反應(yīng)器中的體積密度、尤其是通過(guò)提高所述燃燒室的總壓力來(lái)增強(qiáng)所述反應(yīng)器(10)中的紅外輻射的熱交換特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到5中任一項(xiàng)所述的材料處理方法，其特征在于，所述再循環(huán)氣體在與普通冷卻裝置相容且優(yōu)選剛高于露點(diǎn)的最低溫度下再循環(huán)，其中由于在所述反應(yīng)器的輸入和輸出之間存在明顯的溫差，因此所述再循環(huán)氣體可通過(guò)除去多余的反應(yīng)熱量來(lái)保證連續(xù)操作的設(shè)備的熱平衡。
7.根據(jù)權(quán)利要求2到6中任一項(xiàng)所述的材料處理方法，其特征在于，用來(lái)保證熱平衡的再循環(huán)氣體總體上或部分地由蒸氣構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的材料處理方法，其特征在于，根據(jù)提供給反應(yīng)器的待處理材料類型來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的材料處理方法，其特征在于，所述反應(yīng)壓力在大氣壓到約600kPa的更高壓力之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的材料處理方法，其特征在于，不能在反應(yīng)器中氣化的物質(zhì)尤其是其固體餾分在所述反應(yīng)器中依靠易燃材料的高速率加熱而立即熔化，從而顯著地減少了由燃燒廢氣帶出所述反應(yīng)器的塵埃部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的材料處理方法，其特征在于，熔化的爐渣冷卻并固化為珠粒，以便保證不燃性爐渣所含的有毒重金屬變成完全惰性。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的材料處理方法，其特征在于，所述方法包括MIMO(多輸入/多輸出)控制和優(yōu)化過(guò)程，所述過(guò)程集中在反應(yīng)器輸出處的參數(shù)，尤其是與反應(yīng)器輸出處的氣體成分相關(guān)的數(shù)據(jù)測(cè)量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的材料處理方法，其特征在于，氣體成分?jǐn)?shù)據(jù)的測(cè)量以約2秒的特征響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行。
14.一種用于處理材料尤其是廢料和垃圾的設(shè)備，包括待處理材料提供到其中的氧化室或燃燒反應(yīng)器(10)，其包括用于含有氧氣的助燃材料的入口(17)，以及用于上述材料在所述氧化室或反應(yīng)器(10)中的氧化或燃燒期間所產(chǎn)生的氣體的出口(34)，其特征在于，在其任何一個(gè)部分中，所述氧化室或燃燒反應(yīng)器在高溫或超高溫下使用時(shí)基本上處于等溫或準(zhǔn)等溫狀態(tài)，并且基本上不缺氧。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述反應(yīng)器(10)的壁包括有助于所述反應(yīng)器的等溫或準(zhǔn)等溫狀態(tài)的陶瓷內(nèi)襯材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于冷卻燃燒期間所產(chǎn)生的氣體的裝置(26)，用于收回和回收利用一部分所述冷卻氣體的裝置(29，30)，所述一部分冷卻氣體提供用于在所述反應(yīng)器(10)的入口處與氧氣混合，并產(chǎn)生紅外線不可透射的助燃材料混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置(26)包括通過(guò)所述反應(yīng)器(10)所輸出的氣體的放熱來(lái)回收能量的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于將再循環(huán)氣體的一部分與反應(yīng)器輸出的氣體在它們進(jìn)入所述冷卻裝置(26)之前進(jìn)行混合的裝置(28)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14到18中任一項(xiàng)所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括在使用中在所述反應(yīng)器(10)內(nèi)保持大于大氣壓的壓力的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于根據(jù)提供給所述反應(yīng)器的材料類型而在基本上從大氣壓到大于大氣壓的壓力之間選擇性地調(diào)節(jié)所述反應(yīng)器內(nèi)的壓力的裝置，以便保證在使用中在所述反應(yīng)器的每一部分內(nèi)均存在一定的反應(yīng)器每單位體積的氧氣滯留量。
21.根據(jù)權(quán)利要求14到20中任一項(xiàng)所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括多個(gè)為所述反應(yīng)器(10)提供不同材料的供料裝置(12，14，15，16)，所述材料尤其是片狀固體材料、顆粒材料、液體或漿狀材料和/或氣體材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括至少一個(gè)推進(jìn)室(13)，用于將片狀固體材料以加壓且不連續(xù)的方式提供給所述反應(yīng)器(10)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述推進(jìn)室包括用于提供壓力氣體的管道(36)，所述壓力氣體從輸出管道(34)中收回。
24.根據(jù)權(quán)利要求14到23中任一項(xiàng)所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述反應(yīng)器(10)包括底部(21)，所述底部與用于收集液體爐渣的加熱管道(22)連通并傾斜地朝向所述加熱管道。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述收集管道(22)與用于收集液體爐渣的容器(24)連通，所述液體爐渣在水浴中迅速冷卻，同時(shí)形成固體珠粒，從而在水中形成非常稀的漿狀物。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述收集管道(22)包括用于使?fàn)t渣保持流態(tài)的加熱裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求14到26中任一項(xiàng)所述的材料處理設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于測(cè)量所述反應(yīng)器(10)的輸出參數(shù)的傳感器裝置，以及控制和管理系統(tǒng)，其可接收所述傳感器裝置的信號(hào)，用于顯著提高可干預(yù)設(shè)備操作條件的有效預(yù)測(cè)的數(shù)量，并且控制因提供給反應(yīng)器的材料的不均勻性所引起的波動(dòng)。
28.一種根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的方法來(lái)操作的材料處理設(shè)備。
全文摘要
一種用于處理材料尤其是廢料和垃圾的設(shè)備，包括待處理材料將提供到其中的燃燒反應(yīng)器(10)。該燃燒反應(yīng)器具有用于含有氧氣的助燃材料的入口(17)，以及用于在材料于反應(yīng)器(10)中燃燒所產(chǎn)生的氣體的出口(34)，在燃燒反應(yīng)器的所有部分內(nèi)，反應(yīng)器在高溫和超高溫下使用時(shí)處于基本上等溫或準(zhǔn)等溫狀態(tài)，并且基本上不缺氧。燃燒氣體的一部分再循環(huán)并與助燃材料混合，從而產(chǎn)生高度的不可透射性，其通過(guò)燃燒室總壓力的提高而提高。不能在反應(yīng)器中氣化的物質(zhì)被立即熔化。反應(yīng)器出口處的氣體參數(shù)由傳感器以約2秒的特征響應(yīng)時(shí)間來(lái)連續(xù)地測(cè)量。
文檔編號(hào)F23L7/00GK1809714SQ200480017349
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者M·馬拉瓦西, E·羅塞蒂 申請(qǐng)人:伊蒂股份有限公司