專利名稱：垃圾處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及一種垃圾處理系統(tǒng)和一種包括所述的垃圾處理系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)。 本發(fā)明的垃圾處理系統(tǒng)通常涉及包括可燃物質(zhì)的垃圾。
背景技術(shù)：
對包括可燃垃圾的生活和工業(yè)垃圾的清潔、有效和環(huán)保處理成為工業(yè)、各國政府和地方當(dāng)局面臨的持續(xù)的挑戰(zhàn)。例如在市政系統(tǒng)的垃圾掩埋法中的填埋垃圾的垃圾處理方法具有許多缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)包括需要可以被更好利用的大面積土地，風(fēng)吹垃圾亂飛的景象，引來老鼠和其它可能給社區(qū)帶來健康風(fēng)險(xiǎn)的害蟲，討厭的味道和可能從垃圾的生物降解所產(chǎn)生的諸如甲烷的溫室氣體的產(chǎn)生。其它處理方法包括焚化，它包括垃圾的燃燒。雖然焚化對于有害材料的處理通常是方便的，但是焚化是一種垃圾處理不受歡迎的方法，因?yàn)樗赡軐⒂卸練怏w和其它污染物釋放至大氣中。并且現(xiàn)有的焚化爐具有大量的碳排放和高配置。作為上述垃圾處理方法的一種替代，可燃垃圾作為燃料用于產(chǎn)生能量的使用是已知的?；剂蟽?chǔ)備極大減少，由于地理因素導(dǎo)致天然氣和石油的常規(guī)供給的不確定，以及核能會(huì)引起環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，在這種情況下，由廢棄材料產(chǎn)生能量被認(rèn)為是具有吸引力的領(lǐng)域。這是因?yàn)樗冉鉀Q了垃圾處理的問題又提供了可選擇性的燃料來源。但是，許多已知的方法浪費(fèi)資源，成本高和低能效。因此，已經(jīng)找到了垃圾處理的替代方式和將垃圾轉(zhuǎn)化為能源的方式，希望它們是節(jié)約資源，低成本和高能效。本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)這些裝置中的一部分。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種綜合垃圾處理系統(tǒng)，包括可燃垃圾源；用于將所述的可燃垃圾從可回收垃圾中分離的分離器；用于將所述的可燃垃圾干燥以產(chǎn)生熱解原料的真空干燥器；和用于將所述的熱解原料高溫分解以生成焦炭和熱解氣體的熱解器。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種垃圾處理的綜合方法，包括(a)提供可燃垃圾源；(b)從所述可燃垃圾源中存在的可回收垃圾中選擇地分離所述的可燃垃圾；(c)在真空干燥器中將所述的可燃垃圾干燥以產(chǎn)生熱解原料；和(d)將所述的干燥過的熱解原料高溫分解以生成焦炭和熱解氣體。本發(fā)明的垃圾處理的綜合系統(tǒng)和方法提供了一種處理工業(yè)和生活垃圾的經(jīng)濟(jì)且高能效的方式，由此獲得了適于在下游轉(zhuǎn)化為能量的可燃垃圾，被認(rèn)為不適于用于能量轉(zhuǎn)化但可回收的垃圾，它們可以在回收廠被分離并被單獨(dú)處理。因此，利用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對再生環(huán)保的最小限度的危害，從而對垃圾處理的整個(gè)生態(tài)效益是有貢獻(xiàn)的。
熱解過程通常更有效的降低被熱解中的材料的水分含量。在本發(fā)明中，使用真空干燥器在系統(tǒng)運(yùn)行方面產(chǎn)生顯著的整體能耗節(jié)省，與現(xiàn)有的空氣干燥器相比，每單位重量的被干燥的材料，使用真空干燥器大約減少了約30%的能源。此外，與其它形式的干燥相比，減少廢料干燥時(shí)間通常為40至50分鐘，從而增加在處理時(shí)間方面的系統(tǒng)的整體效率。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，包括根據(jù)本發(fā)明的垃圾處理系統(tǒng)，還包括用于高溫氧化從所述的熱解原料產(chǎn)生的合成氣和熱解氣體以產(chǎn)生用于發(fā)電的熱量的氧
化氣
還根據(jù)本發(fā)明，提供了一種根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電方法，包括根據(jù)本發(fā)明的廢料處理的綜合方法，以及優(yōu)選還包括以下的步驟(d)氣化焦炭以產(chǎn)生合成氣；(e)在氧化器中高溫氧化合成氣和/或熱解氣體以產(chǎn)生用于發(fā)電的熱量。綜合發(fā)電系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的綜合垃圾處理系統(tǒng)，從可燃垃圾源在垃圾處理廠的沉積直到發(fā)電的所有步驟(例如，從常規(guī)的汽輪機(jī)組的電力發(fā)電)可以在一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行。 這樣顯著節(jié)約了成本和資源，因?yàn)樗档土诉\(yùn)輸成本(例如，垃圾分類廠，垃圾干燥廠以及熱解，氣化和氧化/發(fā)電廠之間的運(yùn)輸成本)，而且還可以通過提供系統(tǒng)的各種部件之間的熱能反饋循環(huán)提高整體能源使用效率。此外，現(xiàn)有技術(shù)的用于發(fā)電的燃燒過程一般經(jīng)過熱解，作為一個(gè)單一步驟的合成氣(或其它燃燒氣體)的氣化和氧化處理。相比之下，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)和方法適于分離干燥過的廢料熱解原料的熱解，熱解產(chǎn)物的氣化以及從氣化的可燃?xì)怏w的氧化。相比于例如在傳統(tǒng)的用于發(fā)電的成批燃燒的焚燒爐內(nèi)進(jìn)行的單一步驟，這樣允許對每一步驟高度控制。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選是所有的可燃垃圾在熱解器或氣化爐中被加熱以獲得不超過900°C的恒溫(通常為250至600°C )。在傳統(tǒng)的爐缸上的焚化中，常常出現(xiàn)熱點(diǎn)和冷點(diǎn)，導(dǎo)致一些可燃垃圾的不能被充分加熱并且不燃燒，留在產(chǎn)生的灰渣內(nèi)。相反，一些可燃垃圾可能會(huì)過熱并可能會(huì)釋放有毒氣體的燃燒副產(chǎn)品。相比之下，在本發(fā)明中，它可以確?；旧纤械目扇祭跓峤馄骰驓饣癄t中被熱分解。此外，基本上沒有可燃垃圾是過熱的，使得氣態(tài)和/或揮發(fā)性的有毒污染物被減至最低。此外，根據(jù)本發(fā)明，氧化器中的燃燒(氧化)在具有恒定氧化溫度的高度受控的氧化環(huán)境中具有中等熱值氣體(即合成氣和/或熱解氣體)。在這種方式下，與傳統(tǒng)成批燃燒的焚化爐的燃燒區(qū)域相比，熱點(diǎn)和冷點(diǎn)再次被保持到最低或被消除，從而在實(shí)質(zhì)上完全燃燒氧化器所排放的氣體中具有較低濃度的一氧化碳和揮發(fā)性有機(jī)化合物的氣體。此外， 恒定的氧化溫度使得升溫的氮氧化物(熱NOx)的產(chǎn)生進(jìn)一步減少，而由于它們的減少的性質(zhì)，熱解和氣化過程減少了產(chǎn)生燃料的氮氧化物的(燃料NOx)的生成。因此，在本發(fā)明中使用的氧化器的排放的氣體中的氮氧化物水平通常比傳統(tǒng)的成批燃燒焚化爐中的氮氧化物水平稍低。優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明中使用的分離器包括一個(gè)或多個(gè)礦石篩，磁選機(jī)，沖擊式分離器，渦流分離器，光學(xué)分離裝置和粉碎機(jī)。這使得本發(fā)明適合根據(jù)垃圾成分分離不同類型的垃圾。例如，從僅僅包含生活生物垃圾和基于紙張的垃圾源得到的垃圾可能通常僅僅需要包括礦石篩和粉碎機(jī)的分離器。另一方面，同樣的生活生物垃圾也包含了可回收的塑料材料(例如瓶子，食品包裝等)，這樣它還可能還包括自動(dòng)光學(xué)分離部件以從這些垃圾中分離出這些可循環(huán)利用的垃圾。在進(jìn)入其各個(gè)組成部分分離可燃垃圾之前，可以使用自動(dòng)開袋器以從例如市政垃圾站的外部位置打開被傳送到垃圾處理廠的垃圾的袋子。優(yōu)選，真空干燥器干燥具有過熱蒸汽(通常在135至145°C )的可燃垃圾，過熱蒸汽作為干燥介質(zhì)。在真空干燥器中，優(yōu)選是在缺氧的情況下進(jìn)行干燥，以防止可燃垃圾的燃燒。因此，優(yōu)選真空干燥器在干燥操作過程中基本防止大氣的進(jìn)入。為了使熱損失降到最低，優(yōu)選真空干燥器包括一個(gè)隔熱的外表面，以保持熱量并提高系統(tǒng)的整體能效。在現(xiàn)有技術(shù)中已知的真空干燥系統(tǒng)在GB2281383 A和GB2378498 A中進(jìn)行描述。在本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中，可燃垃圾通常具有重量比30 %至40 %的初始水分(如 H2O)含量。在真空干燥器中對可燃垃圾干燥后，優(yōu)選熱解原料具有重量比0至20%的水分含量，較優(yōu)選是重量比2至18%的水分含量，更優(yōu)選重量比5至15%的水分含量。優(yōu)選，垃圾處理系統(tǒng)還包括用于所述的熱解原料以熱解干燥過的可燃垃圾并生成焦炭和熱解氣體的熱解器。優(yōu)選，熱解原料的熱解在250至600°C的溫度進(jìn)行。焦炭是有機(jī)材料不完全燃燒的固體殘留物產(chǎn)物。除了熱解中存在的包括焦油和其它高分子量組分的不可燃的揮發(fā)性有機(jī)化合物，熱解氣體通常被定義為包括甲烷，水蒸汽，一氧化碳和氫。優(yōu)選，垃圾處理系統(tǒng)還包括通過氣化過程用于將焦炭和/或熱解氣體轉(zhuǎn)化成合成氣的氣化爐。合成氣(或稱為“合成氣體”)是指在焦炭或其它有機(jī)化合物中存在的碳與水蒸汽和空氣或氧氣高溫反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣的純的或接近純的混合物。優(yōu)選，氣化需要在850至900°C的溫度進(jìn)行。在本發(fā)明的一個(gè)方面，真空干燥器包括熱解器。也就是說，真空干燥器相比于其干燥模式(例如110至150°C )可以具有適應(yīng)較高溫度(例如，250到600°C )的配置以作為熱解裝置使用。這樣在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中存在減少了一個(gè)組件的好處，從而提供了具有節(jié)省空間和成本的垃圾處理工廠。優(yōu)選，綜合垃圾處理系統(tǒng)包括真空干燥器，其在干燥過程中由可燃垃圾排出的水分中產(chǎn)生熱蒸汽輸出，其中，一部分熱蒸汽輸出可供給氣化爐(否則被釋放到大氣中)，以通過提供熱量和水蒸汽輔助提供氣化爐的能量和反應(yīng)需要。這一功能可以對根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的整體能效做出貢獻(xiàn)。優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)和方法產(chǎn)生的能量是電能。優(yōu)選，電能的產(chǎn)生包括使用蒸汽循環(huán)裝置。所述的蒸汽循環(huán)裝置可以是本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的傳統(tǒng)的汽輪機(jī)組。 真空干燥器的一部分熱蒸汽輸出可用于預(yù)熱汽輪機(jī)組的蒸汽循環(huán)。此外，蒸汽循環(huán)裝置可適合于引導(dǎo)熱能以輔助真空干燥器的能源需求。這可以由熱能的直接傳遞或通過保溫單元實(shí)現(xiàn)。同樣，這些功能的每一種可以對根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的整體能源的使用效率做出貢獻(xiàn)。汽輪機(jī)組通常包括被設(shè)計(jì)成迅速使氧化器中產(chǎn)生的廢氣急冷的鍋爐。通常情況下，這種廢氣溫度的急冷是從450°C至200°C。在此溫度范圍內(nèi)急冷優(yōu)選小于0. 5秒左右進(jìn)行。廢氣的快速急冷是盡量減少可能從鍋爐中排放至大氣產(chǎn)生污染危害的例如二惡英和呋喃的有毒化合物的從頭合成。因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的熱解，氣化和氧化步驟的順序步驟 (例如，溫度控制)的有效性，輔助在每一步驟中破壞從頭合成的前體，所以這種從頭合成也被最小化。優(yōu)選，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)還包括為吸附在熱解，氣化或氧化步驟中釋放的污染物的煙氣治理單元。這是因?yàn)榄h(huán)境污染立法可能需要治理酸性氣體的煙氣(例如，氯化氫，硫氧化物，HF等)，從在本發(fā)明中使用的氧化器和/或汽輪機(jī)組中產(chǎn)生的廢氣中清除微粒和減少氮氧化物。這可以通過傳統(tǒng)的濕法或干法洗滌器裝置實(shí)現(xiàn)。特別是，除了袋式過濾器，可以使用碳酸氫鈉試劑治理來自廢氣的鹽酸，二氧化硫和顆粒物?？梢允褂眠x擇性催化還原單元治理氮氧化物。溫度約180到220°C，優(yōu)選約200°C是常用的治理過程中的最佳溫度。如果煙氣從汽輪機(jī)組中以高于200°C的溫度排放，能量將被浪費(fèi)掉。因此，熱回收單元可被結(jié)合在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，通常被設(shè)置于汽輪機(jī)組的下游。在實(shí)踐中，熱回收單元將廢氣冷卻到約140°C，從而可選擇將熱能引導(dǎo)至真空干燥器用于過熱蒸汽的加熱介質(zhì)的加熱。這提高了使用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的工廠的整體效率。通常情況下，選擇140°C作為合適的廢煙氣出口溫度。這有助于防止在煙囪出煙口的不美觀的羽狀物，酸氣凝結(jié)，并為真空干燥器提供具有高溫差的熱量?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明利用使用了有機(jī)朗肯循環(huán)，斯特林循環(huán)，布雷頓循環(huán)，在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)鈿廨啓C(jī)或在燃料電池中直接燃燒合成氣的設(shè)備產(chǎn)生能量。此外，以蒸汽或熱水的形式的產(chǎn)生的熱量提供用于過程使用或用于使用吸收式制冷機(jī)的制冷。在本發(fā)明的一個(gè)方面，氧化器優(yōu)選包括將過剩的熱量提供至真空干燥器和/或熱解器的出口和裝置。這可以提高系統(tǒng)的整體能量和運(yùn)作效率，并且當(dāng)局部國內(nèi)電力需求可能減少時(shí)(例如，在晚上的時(shí)間)，但需要持續(xù)產(chǎn)生熱解原料，熱解氣體，焦炭和合成氣的時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)所述的系統(tǒng)?？扇祭膩碓纯梢允侨魏魏锌扇疾牧系纳罨蚬I(yè)垃圾。這種材料可能是食物殘?jiān)?，紙張，紙板，塑料，橡膠，服裝面料，庭院垃圾和例如木材等的建筑材料?？扇祭鴥?yōu)選是有機(jī)材料。在真空干燥器中用于干燥的可燃垃圾的制備包括分離器的使用。分離器可以包括一個(gè)或多個(gè)適于將垃圾分離成具有不同物理性質(zhì)的組件。特別是，所述的分離器可包括若干或單獨(dú)的用于將垃圾按大小分類的礦石篩(旋轉(zhuǎn)的圓筒包括用于將材料按預(yù)先確定的大小分離的孔)，用于將垃圾按重量分類的沖擊式分離器，用于提取并消除黑色金屬垃圾的磁鐵，用于提取和消除有色金屬垃圾的渦流分離器和用于提取可回收材料例如塑料和玻璃的自動(dòng)光學(xué)分離器。有價(jià)值的金屬垃圾和可回收塑料材料可被運(yùn)往其它地方用于回收。此夕卜，對于真空干燥處理，被認(rèn)為是過大或過重的垃圾可在干燥前被轉(zhuǎn)移到粉碎機(jī)中適當(dāng)減少其尺寸和重量。作為用于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中的可燃垃圾分離步驟的一個(gè)例子，一批取自生活垃圾站的垃圾可被存放在在其壁上具有預(yù)先確定大小的孔(例如，直徑80毫米)的礦石篩上。礦石篩繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，根據(jù)礦石篩壁上的孔的直徑，可燃垃圾可分離成細(xì)垃圾組分 (例如，< 80毫米)和大體積垃圾組分(例如，> 80毫米)。細(xì)垃圾組分被置于磁選機(jī)用于提取非可燃的黑色金屬。然后它被轉(zhuǎn)移到用于向真空干燥器供料的容器中。處理大體積垃圾組分，去除金屬，塑料，玻璃和其它可回收的和/或不可燃組分。然后，處理過的大體積組分被送至自動(dòng)光學(xué)分離器以除去剩余的可回收組分，然后其被送至粉碎機(jī)用于將相似顆粒尺寸的材料轉(zhuǎn)化至細(xì)垃圾組分。然后，粉碎過的大體積垃圾組分被傳送至含有細(xì)垃圾組分的容器中用于在真空干燥器中進(jìn)行干燥。用于本發(fā)明的真空干燥器可以使用干燥的過熱蒸汽作為干燥可燃垃圾的加熱介質(zhì)。在真空干燥器中使用過熱蒸汽具有如下的優(yōu)于現(xiàn)有的空氣干燥器的諸多好處。與過熱空氣相比，同樣質(zhì)量流的蒸汽，由于蒸汽的比熱容比空氣高兩倍以上，兩倍以上的熱量可以被轉(zhuǎn)移到要被干燥的物品。因此，在潮濕的可燃有機(jī)垃圾和干燥介質(zhì)之間存在相同溫差時(shí)，獲得特定熱傳遞所需要的風(fēng)機(jī)能量可減少一半以上。使用過熱蒸汽的另一個(gè)好處是，由于它比空氣粘度低(低約50% )，它能夠滲入正在被干燥的可燃有機(jī)垃圾，從而加快了干燥過程。真空干燥器通常是封閉系統(tǒng)，其根據(jù)完整的再循環(huán)原則運(yùn)轉(zhuǎn)，而不是再循環(huán)水蒸汽/蒸汽與干燥期間從干燥器以外引入的環(huán)境中的新鮮空氣相結(jié)合的組合。此外，可以使用間接燃煤熱交換器，以防止環(huán)境中的新鮮空氣進(jìn)入真空干燥器，導(dǎo)致被干燥的物料的不良燃燒。此外，為防止環(huán)境空氣(或其顯著數(shù)量)的進(jìn)入和蒸汽泄漏，真空干燥器應(yīng)構(gòu)造成具有高度的氣密性。在干燥過程中，在干燥器中沒有含氧空氣的情況下，有助于防止在干燥中可燃有機(jī)垃圾中存在的易燃產(chǎn)品的燃燒或爆炸。真空干燥器可以是隔熱的以幫助防止熱量散失。在沒有空氣或氧氣的情況下，熱解器間接將可燃垃圾加熱至高溫(通常是在大約 600°C，但一般在范圍250至600°C內(nèi))。這可通過將干燥過的可燃垃圾(熱解原料)借助螺旋輸送器通過加熱過的熱解管實(shí)現(xiàn)。熱解管被包含在熱解室中，來自氧化器出口或其它來源的熱的廢氣可以通過熱解室。熱的廢氣通過熱解管的外表面并通過對流和輻射將熱量傳遞給管。然后熱解管將熱量通過從管的內(nèi)部管壁的內(nèi)表面的傳導(dǎo)和輻射轉(zhuǎn)移到可燃垃圾。 熱能將可燃垃圾通常加熱至約600°C并將垃圾熱降解為熱解氣體和焦炭。在不存在空氣或氧氣的情況下可防止可燃垃圾在熱解管內(nèi)燃燒。使用本發(fā)明熱解器的好處包括產(chǎn)生用于氣化爐的干燥的，熱的，預(yù)先熱解的且同質(zhì)的優(yōu)質(zhì)熱解原料。這使得在隨后氣化爐的操作中更簡單且更高效。優(yōu)選，熱解室包括隔熱的外表面，以保持熱量并提高根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的整體能源使用效率。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，熱解器可具有模塊化設(shè)計(jì)，具有一個(gè)用包含在熱解室和/ 或一個(gè)熱解室或多個(gè)熱解室中的單一的熱解管或多個(gè)熱解管。這些設(shè)置可以幫助在熱解器中優(yōu)化表面積以輔助來自氧化器出口或其它來源的加熱過的氣體傳熱至正在被熱解的可燃垃圾，從而提高系統(tǒng)的能效。氣化爐接收來自熱解管的焦炭和熱解氣體。焦炭通常從熱解管的出口離開熱解器并被轉(zhuǎn)入氣化爐，在氣化爐底部的內(nèi)表面形成焦炭床。氣化爐優(yōu)選是上升氣流式氣化爐類型，其中蒸汽和空氣在接近氣化爐的底部的內(nèi)表面的焦炭床的較低表面被注入，并向上滲入焦炭，經(jīng)過了各種化學(xué)反應(yīng)并減少蒸汽和焦炭，產(chǎn)生主要包括一氧化碳和氫氣的合成氣。 這種反應(yīng)通常發(fā)生在約850°C，并且是通過競爭反應(yīng)的吸熱和放熱性質(zhì)和它們在不同溫度不同反應(yīng)速率的自我調(diào)控反應(yīng)。合成氣結(jié)合來自氣化爐焦炭床的上方頂部空間中的熱解器的熱解氣體，所有氣體通過管道系統(tǒng)進(jìn)入氧化器。含有少量未反應(yīng)的碳?xì)埢覐臍饣癄t底部的內(nèi)表面上的出口被排放至密閉灰渣容器，以防止不受控制的空氣進(jìn)入氣化爐底部。殘灰被處理。利用上升氣流式氣化爐的優(yōu)點(diǎn)是，與例如下吸式氣化爐或流化床氣化爐相比，它使氣化爐設(shè)計(jì)的簡單，并對粒度，均勻性和水分含量不敏感。簡單的設(shè)計(jì)讓上升氣流式氣化爐的操作更簡便，更可靠，更便宜，具有超過所有其它類型的氣化爐的優(yōu)勢。然而，根據(jù)本發(fā)明，如果必要，也可以使用下吸式氣化爐或流化床氣化爐。上升氣流式氣化爐可進(jìn)一步包括用于頂部空間氣體的氣旋誘導(dǎo)器。這有利于負(fù)載于合成氣或熱解氣體中的非常低的微粒轉(zhuǎn)移到用于氧化的氧化器中。從氣化爐中存在焦炭中將低水平的微粒轉(zhuǎn)移到氧化器，還幫助最大限度地減少來自氧化器的廢氣的不良氧化的
副廣品。在本發(fā)明的一個(gè)方面，氣化爐可以接收來自真空干燥器的出口的蒸汽，用于驅(qū)動(dòng)氣化過程，以提高根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的整體能源使用效率。優(yōu)選的氣化室包括隔熱的外表面，以保持熱量并改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的整體能源使用效率。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，熱解器和氣化爐的設(shè)置可以是模塊化的，使得一個(gè)熱解管或多個(gè)熱解管可以被送入可將合成氣提供至氧化器的氣化爐和/或一個(gè)氣化爐室或多個(gè)氣化爐室。通過管道將氣化爐的合成氣和熱解氣體提供至氧化器。氧化器將合成氣和熱解氣體與空氣混合，在此它在高溫被氧化釋放熱形式的化學(xué)能量。通過調(diào)控被導(dǎo)入氧化器的過量可燃空氣的數(shù)量控制氧化器出口的溫度。通過確保在渦旋環(huán)境(例如，氣旋)與在高溫下的長停留時(shí)間，合成氣(或合成氣/熱解氣體混合物)和可燃空氣充分混合達(dá)到良好的燃燒。通常情況下，在氧化過程中，氧化器的溫度被保持在約1250°C，但它可以在低至850°C 的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)。通常情況下，在氧化器中的合成氣(或合成氣/熱解氣體混合物)的停留時(shí)間大于2秒。通常情況下，通過將可燃空氣以高速(大于20米/秒)注入氧化器并將可燃空氣流引入合成氣(或合成氣/熱解氣體混合物)注入端口的中心來達(dá)到良好的混合和湍流。空氣和合成氣(或合成氣/熱解氣體混合)被切向注入，以在氧化器內(nèi)誘導(dǎo)廢氣的氣旋旋轉(zhuǎn)。這進(jìn)一步混合了可燃的廢氣，并也可輔助吸附在廢氣中存在的微粒材料以獲得更清潔的整體過程。優(yōu)選的氧化器包括隔熱的外表面，以保持熱量并改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的整體能源使用效率。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)(例如，在垃圾處理或發(fā)電廠的形式)保持負(fù)壓。這可使用一個(gè)或多個(gè)引風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。引風(fēng)機(jī)的使用有助于確保過程安全，系統(tǒng)中的泄漏或其它故障不會(huì)導(dǎo)致氣體排出系統(tǒng)，而是取而代之的是大氣的進(jìn)入。通常會(huì)考慮備份引風(fēng)機(jī)，這樣使用本發(fā)明的處理廠會(huì)在維持負(fù)壓情況下工作(和產(chǎn)生氣體)。


通過參考附圖，本發(fā)明的具體實(shí)施例被進(jìn)一步描述，其中圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的垃圾處理系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。圖2a是根據(jù)本發(fā)明的垃圾處理系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖，其中顯示真空干燥器 (濕)原料的制備。圖2b是包括根據(jù)本發(fā)明的垃圾處理系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的示意圖，接續(xù)圖2a的實(shí)施例，顯示處理真空干燥器(濕)原料至發(fā)電的過程。
具體實(shí)施例方式參考圖1，發(fā)電系統(tǒng)1具有可燃垃圾源2，用于可燃垃圾的垃圾分離器3和用于干燥可燃垃圾(未顯示)以產(chǎn)生熱解原料(未顯示)的真空干燥器4。系統(tǒng)1具有用于由熱解原料產(chǎn)生焦炭和熱解氣體(未顯示)的熱解器5，用于由焦炭產(chǎn)生合成氣(未顯示)的氣化爐6，和在空氣存在下用于高溫(例如，1250°C )氧化合成氣和熱解氣體以產(chǎn)生由箭頭8所描述的熱量的氧化器7。使用這些熱量由常規(guī)的汽輪機(jī)組 9產(chǎn)生電力。在使用過程中，源2提供的可燃垃圾是沿著傳送帶10被提供至分離裝置3，用于將其分離成可燃垃圾組分和其它有價(jià)值的垃圾，包括不是用于燃燒的可循環(huán)再造的物料，如金屬，玻璃，塑料等(未顯示)。然后可燃垃圾組分沿著傳送帶11被送入真空干燥器4，在此其使用過熱蒸汽在110至150°C被干燥，直到從可燃垃圾中基本去除全部水分(即主要是水)以產(chǎn)生熱解原料。熱解原料沿著環(huán)形傳送帶12被轉(zhuǎn)移到熱解器5中，在600°C的無氧環(huán)境中進(jìn)行熱解。熱解產(chǎn)生焦炭和熱解氣體的混合物(未顯示)。焦炭和熱解氣體沿著管道13被轉(zhuǎn)移到氣化爐6。焦炭在氣化爐6中在約850°C的溫度被氣化獲得被統(tǒng)稱為合成氣的氫氣和一氧化碳?xì)怏w產(chǎn)物(未顯示)。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)真空干燥器4在高于600°C的溫度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它還可以作為熱解設(shè)備。合成氣和熱解氣體可以選擇性地被存儲(chǔ)供以后使用，或者可以沿著管道14被轉(zhuǎn)移至氧化器7，在此合成氣和熱解氣體的燃燒在1250°C進(jìn)行，從而產(chǎn)生由箭頭8所描述的用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組9的熱量。汽輪機(jī)組9產(chǎn)生電力，所述的電力被送入電網(wǎng)15，這可以是一個(gè)局部的網(wǎng)絡(luò)(例如，在工廠或加工廠中)或家用供電電網(wǎng)的其它部分。根據(jù)當(dāng)前的能源需求，在系統(tǒng)1的各個(gè)階段的由真空干燥器4釋放的過量的熱能 16,26或由氧化器7釋放的過量的熱能17可以有選擇性地被導(dǎo)向，以輔助系統(tǒng)1的其它組成部分的能源需求。具體來說，以蒸汽蒸發(fā)形式的熱能16可以被導(dǎo)向氣化爐6。以蒸汽蒸發(fā)形式的熱能26可以被導(dǎo)向至汽輪機(jī)組9，以將在汽輪機(jī)組中回收的冷凝水預(yù)熱。來自氧化器7的熱能17可以被導(dǎo)向至熱解器5。此外，來自汽輪機(jī)組9的過量的以蒸汽蒸發(fā)形式的熱能可以被導(dǎo)向至真空干燥器4。由箭頭23所描述的過量熱量可以被轉(zhuǎn)移到熱回收單元 24，用于如箭頭25所顯示被轉(zhuǎn)移到真空干燥器4。這些用于熱能反饋的選擇使若干高效的熱能反饋機(jī)構(gòu)為系統(tǒng)1的整體能源使用效率和適應(yīng)性做出了貢獻(xiàn)。為了進(jìn)一步使系統(tǒng)1的能效提高，各個(gè)組成部分可以部分或全部用耐熱隔熱層 19，20，21，22覆蓋，用于改善系統(tǒng)1的保溫性能。參考圖2a，圖2a是根據(jù)本發(fā)明的垃圾處理系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)例的一個(gè)方面的示意性的概述，其中，產(chǎn)生濕原料用于真空干燥器(參見圖2b)。圖2a顯示了依次序提供可燃垃圾和將該垃圾分離為構(gòu)成在干燥器內(nèi)的(濕的)原料的可回收(可燃)組分，以及非可燃組分(例如金屬)或不需要用于燃燒的可燃垃圾組分(例如塑料)。參考圖2b，圖2b是根據(jù)本發(fā)明的垃圾處理過程的延續(xù)部分的示意性概述，其中根據(jù)圖2a所示的實(shí)施例制備的干燥器的(濕的)原料在真空干燥器中被干燥，產(chǎn)生干燥過的原料。所述的干燥過的原料被熱解以形成焦炭和熱解氣體，所述的焦炭和熱解氣體被氣化以生成熱解氣體和合成氣以及灰渣廢棄物，然后所述的熱解氣體/合成氣混合物在與空氣氧化之前在氣旋裝置中被混合，以產(chǎn)生用于加熱鍋爐的高溫廢氣，從而驅(qū)動(dòng)用于發(fā)電的現(xiàn)有的渦輪機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種綜合垃圾處理系統(tǒng)，包括可燃垃圾源；用于從可回收材料中分離所述的可燃垃圾的分離器；用于將所述的可燃垃圾干燥以產(chǎn)生熱解原料的真空干燥器；和用于將所述的熱解原料高溫分解以生成焦炭和熱解氣體的熱解器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合垃圾處理系統(tǒng)，其中所述的分離器包括礦石篩，磁選機(jī)， 沖擊式分離器，渦流分離器，自動(dòng)光學(xué)分離裝置和粉碎機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的綜合垃圾處理系統(tǒng)，其中所述真空干燥器采用過熱蒸汽作為干燥介質(zhì)干燥所述的可燃垃圾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的綜合垃圾處理系統(tǒng)，其中密封所述的真空干燥器以防止大氣的進(jìn)入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的綜合垃圾處理系統(tǒng)，其中所述的真空干燥器包括隔熱的外表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的綜合垃圾處理系統(tǒng)，還包括用于將所述焦炭轉(zhuǎn)化成合成氣的氣化爐。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的綜合垃圾處理系統(tǒng)，還包括用于將在熱解原料產(chǎn)生的過程中所產(chǎn)生的從所述真空干燥器輸出的加熱過的蒸汽提供給所述氣化爐的裝置。
8.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的垃圾處理系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，還包括氧化器，用于高溫氧化從所述熱解原料產(chǎn)生的合成氣和/或熱解氣體以產(chǎn)生用于發(fā)電的熱量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述能量是電能。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述的氧化器包括用于提供過剩的熱的出口，以將所述的過剩的熱提供給(i)所述真空干燥器；和/或( )所述熱解器。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述的真空干燥器包括用于將在所述的真空干燥器的干燥步驟中形成的蒸汽提供給所述氣化爐的出口。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述的發(fā)電系統(tǒng)包括用于發(fā)電的例如汽輪機(jī)組的蒸汽循環(huán)設(shè)備。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括用于將優(yōu)選從蒸汽循環(huán)設(shè)備中過量的熱能提供給所述真空干燥器的熱回收單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括用于吸附污染物的煙氣治理單元。
15.一種垃圾處理的綜合方法，包括(a)提供可燃垃圾源；(b)從所述可燃垃圾源中存在的可回收材料中選擇地分離所述的可燃垃圾；(c)在真空干燥器中將所述的可燃垃圾干燥以產(chǎn)生熱解原料；和(d)將所述的干燥過的熱解原料高溫分解以生成焦炭和熱解氣體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的垃圾處理的綜合方法，其中所述可燃垃圾源是包括食物殘?jiān)?，紙張，紙板，塑料，橡膠，庭院垃圾，服裝面料和/或木材的生活垃圾。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的垃圾處理的綜合方法，其中所述可燃垃圾的分離包括礦石篩，磁選機(jī)，沖擊式分離器，渦流分離器，自動(dòng)光學(xué)分離裝置和粉碎機(jī)中一個(gè)或多個(gè)的使用。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的垃圾處理的綜合方法，其中使用過熱蒸汽在所述真空干燥器中干燥所述的可燃垃圾。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的垃圾處理的綜合方法，其中干燥所述的可燃垃圾，以產(chǎn)生具有重量比0至20 %，優(yōu)選重量比2至18 %，或更優(yōu)選重量比5至15 %水分含量的熱解原料。
20.一種發(fā)電方法，包括根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項(xiàng)所述的垃圾處理的綜合方法。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)電方法，其中所述的能量是電能。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的發(fā)電方法，還包括以下步驟(d)將所述的焦炭氣化以產(chǎn)生合成氣；和(e)在氧化器中高溫氧化所述的合成氣和熱解氣體以產(chǎn)生用于發(fā)電的熱量。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的發(fā)電方法，其中電能的產(chǎn)生包括使用蒸汽循環(huán)。
24.綜合垃圾處理系統(tǒng)，如在此基本參考附圖1，2a和2b所描述。
25.發(fā)電系統(tǒng)，如在此基本參考附圖1，2a和2b所描述。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種綜合垃圾處理系統(tǒng)(1)和方法，其包括可燃垃圾源(2)的使用，用于從可回收材料中分離所述的可燃垃圾的分離器(3)，用于將所述的可燃垃圾干燥以產(chǎn)生熱解原料的真空干燥器(4)和用于將所述的熱解原料高溫分解以生成焦炭和熱解氣體的熱解器(5)。用于發(fā)電的系統(tǒng)和方法，包括根據(jù)本發(fā)明的垃圾處理系統(tǒng)或方法，還包括氧化器(7)，用于將從所述的熱解原料產(chǎn)生的合成氣高溫氧化以產(chǎn)生用于發(fā)電的熱量。
文檔編號F23G5/16GK102472486SQ201080029435
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者約翰·杰勒德·斯維尼 申請人:約翰·杰勒德·斯維尼