CN1273628A - 成渣燃烧处理可燃物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过成渣燃烧处理如城市废物、塑料污泥、或汽车废物的可燃废物的方法。可燃物和含氧气体被供应到成渣燃烧炉(3),可燃物在还原性气氛下在主燃烧室(8)中部分氧化,获得可燃气体,并将灰分转化为从融渣分离室(10)排出的融渣;然后,通过供应含氧气体在副燃烧室(9)中完全燃烧可燃气体。
Description
发明领域
本发明涉及一种通过成渣燃烧(slagging combustion)处理可燃物的方法，在该方法中，如城市废物、废渣提取燃料、固体-水混合物、塑料废物、FRP废物、污泥、生物废物、汽车废物、劣质煤、或废油等可燃物在成渣燃烧炉或气化燃烧炉与成渣燃烧炉的组合中燃烧，其中不产生二噁英，同时以玻璃状炉渣的形式回收可燃废物中的灰分，重金属没有从炉渣中排出。
在可燃废物中，废渣提取燃料(RDF)是通过将城市废物破碎、分级、向分级后的城市废物中加入生石灰、并压缩成形所生产的。固体水混合物(SWM)是由破碎城市废物、通过加入水使之成浆、使浆料在高压下通过水热反应(hydrothermal reaction)转化为油状燃料所生产的。
发明背景
为了减少污泥的体积，一种干燥泥浆、再在高温下在成渣燃烧炉中燃烧的技术已付之实施了。此外，一种通过结合气化炉和成渣炉燃烧可燃废物而不排放毒性物质的技术几乎也已付之实施了。这种气化和成渣燃烧***的目的是通过将灰分转化为炉渣以延长掩埋场的寿命，利用由灰分转化为铺路材料的炉渣，完全降解如二噁英之类的有害物质，建立适合于保持环境、简化结构和具有上述功能的低成本设备的燃烧技术。
图6示出常规气化和成渣燃烧***的一种实施例。如图6所示，气化和成渣***包括连续(constant)供料器1，流化床气化炉2以及涡流式(swirling-type)成渣燃烧炉3。流化床气化炉2在其下部有一个空气室5，空气室5的上部有一空气分布板4。在空气分布板4上方形成氧化硅砂的流化床6。在流化床6上方提供自由空间(freeboard)7以防氧化硅砂被夹带走，并抑制压力波动。另一方面，涡流式成渣燃烧炉3中具有主燃烧室8、副燃烧室9以及炉渣分离室10。
氧化硅砂放置在流化床气化炉2中的空气分布板4上方，供应到空气室5中的空气“b”从空气分布板4向上喷射，因此在空气分布板4上方形成氧化硅砂的流化床6。氧化硅砂包括直径约0.5mm的河砂。
由螺旋形连续供料器1供应到流化床气化炉2中的可燃废物“a”落入流化床6中，与热的氧化硅砂接触，并快速热解(pyrolyzed)，因此，产生气体、焦油和固定碳(fixed carbon)，流化床6保持在约450-850℃温度下。然后，这些热解物质通过与空气“b”中的氧气接触被气化。与此同时，由于氧化和流化床的搅拌作用，固定碳被逐渐粉碎。
空气“b”被鼓入流化床气化炉2的自由空间7，如果必要的话，烃、焦油和固定碳在650-850℃的温度下部分燃烧。大粒径的不可燃物“d”与氧化硅砂一起从流化床气化炉2的底部排出。排出的不可燃物“d”含有金属，如铁、铜或铝。由于炉内处于还原性气氛，因此，金属可以在未氧化和干净条件下回收。通过分离装置(未示出)将排出的不可燃物与氧化硅砂分离，大粒径不可燃物排出到分离装置外，而小粒径的氧化硅砂返回流化床气化炉2。
产生的气体“c”与固定碳一起从流化床气化炉2排出，被供应到涡流式成渣燃烧炉3，它们与预热的涡流空气“b”混合，并在垂直的主燃烧室8和相对水平方向稍微倾斜的副燃烧室9中，在1200-1600℃下迅速燃烧。燃烧反应在副燃烧室9中进行完全。由于高温燃烧，固定碳中的灰分被转化为渣雾(slag mist)，由于涡流离心力的作用，大部分渣雾被燃烧室内壁上的融渣相所捕集。融渣“f”沿内壁向下流动，并从炉渣分离室10底部排出。因此，融渣“f”被间接或直接冷却，然后，以颗粒渣的形式排出到炉外。
另一方面，从炉渣分离室10顶部排出的废气“e”经过一系列热回收设备或除尘装置(未示出)，再排放到大气中。以这种方式，90％的灰分以融渣“f”的形式排出，剩余10％的灰分大多以飞灰的形式由袋式过滤器收集。
在图6所示传统***中，当燃烧反应在副燃烧室中完成后，融渣被从炉中排出，因此，主燃烧室处还原气氛下，而副燃烧室处于氧化气氛下。因为在副燃烧室中产生的融渣暴露于氧化性气氛，低沸点重金属从融渣中的蒸发进行得不很充分。
更具体地说，城市废物和塑料废物是典型的可燃废物，它们含有痕量的低沸点重金属，如Hg、Cd、Pb、Zn或As，在图6所示传统气化和成渣燃烧***中，在炉渣中包括这种低沸点重金属是不可避免的。然而，在酸性溶液中，这种捕集在炉渣中的低沸点重金属会被洗脱出来，因此，不可能将低沸点重金属完全包封在炉渣中。
进一步说，在成渣燃烧炉的完全燃烧过程中，如果废物没有2,000Kcal/kg或更高的低热值时，需要其它辅助燃料。因此，需要降低能单独燃烧的废物的热值。也就是说，需要这样一种技术：在不需辅助燃料的情况下，能在炉内操作的热值下限可以降低。
因此，本发明的目的是提供一种通过成渣燃烧处理可燃废物的方法，在该方法中，可以获得无害融渣，其低沸点重金属含量被降低到尽可能低的水平，即使废物具有低热值时，也可以在不需任何辅助燃料的条件下处理废物。
发明的公开
按照本发明的第一方面，提供了一种通过成渣燃烧处理可燃物的方法，其特征在于：将可燃物和含氧气体供应到成渣燃烧炉中，可燃物在还原性气氛下部分氧化，获得可燃气体，并将灰分转化为从成渣燃烧炉排出的融渣；通过供应含氧气体使可燃气体完全燃烧。
按照本发明的第一方面，因为从熔化可燃物中的灰分形成融渣到排出融渣的过程是在还原性气氛中进行的，低沸点重金属从融渣向气体中的蒸发被加速，保留在融渣中的低沸点重金属的量被降低到非常低的水平，可以获得无害的炉渣，重金属不会在掩埋场从炉渣中洗脱出来。之后，通过供应过量的空气或过量的含氧气体，部分氧化所获得的可燃气体被完全燃烧。在这种方式中，在常规技术方法中不添加辅助燃料就不能燃烧的低热值废物可以在不需供应任何辅助燃料的情况下熔化。
用于可燃物部分氧化的含氧气体中的氧的量必须是理论需氧量的40-100％，优选80-99％，用于完全燃烧可燃气体的含氧气体中的氧气量必须是理论需氧量的30-90％，优选30-50％。
在这种情况下，可燃物包括：通过供应含氧气体在气化炉中对废物进行部分氧化而获得的气态物质和/或固态物质。因此，即使废物难于粉碎，象城市废物或塑料废物等，只要对废物等进行粗切用成渣燃烧就能处理废物。废物的部分氧化是通过使用流化床气化炉，在450-850℃，优选450-650℃，更优选500-600℃下的温度范围内进行的。
在这种情况下，所供应的用于部分氧化可燃废物以及部分氧化气态和/或固态物质的含氧气体中的总氧量是理论需氧量的40-100％，优选80-99％，所供应的用于完全燃烧可燃气体的含氧气体中的氧量是理论需氧量的30-90％，优选30-50％。
成渣燃烧炉包括涡流式成渣燃烧炉。供应到涡流式成渣燃烧炉中的可燃物在1200-1600℃的温度下部分氧化，然后，剩余的可燃气体在900℃或更高的温度下完全燃烧。
按照本发明的第二方面，提供了一种通过成渣燃烧处理可燃物的方法，其特征在于：将可燃废物和含氧气体供应到气化炉中，废物部分氧化获得可燃气态物质和/或固态物质；气态物质和/或固态物质以及含氧气体被供应到成渣燃烧炉中，气态物质和/或固态物质在还原性气氛下部分氧化，获得可燃气体，并将灰分转化为从成渣燃烧炉排出的融渣；通过供应含氧气体使可燃气体完全燃烧。
按照本发明的第二方面，废物在气化炉中气化获得气态物质和/或固态物质，从熔化气态物质和/或固态物质中的灰分形成融渣到排出融渣的过程是在还原性气氛中进行的。因此，低沸点重金属从融渣向气体中的蒸发被加速，保留在融渣中的低沸点重金属的量被降低到极低的水平，可以获得无害的炉渣，重金属不会在掩埋场从炉渣中洗脱出来。之后，通过使用过量的空气或过量的含氧气体，部分氧化所获得的可燃气体被完全燃烧。在这种方式中，在常规方法中不添加任何辅助燃料就不能燃烧的低热值废物可以在不需供应任何燃料的情况下燃烧。
还是在本发明的第二方面，所供应的用于可燃物的部分氧化以及气态物质和/或固态物质的部分氧化的含氧气体中的氧的量是理论需氧量的40-100％，所供应的用于完全燃烧可燃气体的含氧气体中的氧的量必须是理论需氧量的30-90％。
在本发明的第一和第二方面，所供应的用于部分氧化的含氧气体中的氧的量以及所供应的用于完全燃烧的含氧气体中的氧量的总和是理论需氧量的110-140％，更优选为120-130％。当气化炉用于本发明时，可以使用旋转炉、流化床炉或固定床炉。对于处理废物，流化床气化炉是优选的，因为可以使用的可燃物的尺寸范围宽。当使用成渣燃烧炉时，可以用夹带床(entrained-bed)炉，对于高负荷燃烧，使用涡流式炉是优选的。
附图简述
图1是本发明气化和成渣燃烧***的总体结构的流程示意图；
图2是一个实例中的流化床气化炉的垂直截面图；
图3是图2所示流化床气化炉的水平截面图；
图4是另一个实施方案中的涡流式成渣燃烧炉的垂直截面图；
图5是沿图4中V-V线的截面图；且
图6是常规气化和成渣燃烧***的总体结构的示意流程图。
实施本发明的最佳方式
以下将参照图1-5对本发明气化和成渣燃烧***进行描述。本发明中的部件将以与图6所示常规***中所示部件相同的参考数字表示。
在这一实施方案中，***用于处理如城市废物或塑料废物的难于粉碎的可燃废物“a”，因此，在前面的步骤中提供流化床气化炉2。如城市废物的废物“a”由连续供料器1供应到流化床气化炉2中，在炉中部分氧化，即气化，气态物质“c”伴随固态物质，即粉碎的固定碳，从流化床气化炉2中排出。
内回旋型(revolving-type)流化床气化炉2是这样一种炉子：流化介质的回旋流动确实以如此方式形成，以至于流化介质在流化床6的中心区域内下降，并在流化床6的周边区域内上升。通过将流化床保持在450-800℃，优选450-650℃，更优选500-600℃的温度下，内循环型流化床气化炉2具有如下优点。
仅经过粗切的废物“a”可被供应到流化床中，因此，大颗粒不可燃物“d”可以平稳地从流化床排出。通过将流化床保持在较低的温度下，热解气化反应以相对较慢的速度进行，在产生气体方面的波动被抑制。因为固定碳在流化床中的氧化有效地进行，因此，固定碳的粉碎以及氧化所产生的热的利用也被有效地进行。此外，因为在流化床内热量有效地分散，从而防止了聚结的产生，有价值的金属，如铁、铜、铝可以以非氧化物的形式回收。
如果流化床保持在450℃或更低的温度下，则热解气化反应进行得十分缓慢，未分解的材料可能沉积在流化床中。另一方面，如果流化床保持在650℃或更高的温度下，则铝不能回收，因为热解气化反应快速进行，在气体的生产上有大的波动，从而产生一种现象，即由于向流化床中输送废物“a”的波动引起的所谓的“扰动”。如果流化床保持在850℃或更高的温度下，则产生聚结的可能性增大。所以，流化床的温度应在450-850C℃，优选450-650℃，更优选在500-600℃的范围内。
在物料是颗粒或易于粉碎，如污泥或煤的情况下，不需在流化床气化炉2中部分氧化，可以直接供应到涡流式成渣燃烧炉3中。在这种情况下，流化床气化炉2可以从图1所示的***中省略，在***中仅安装涡流式成渣燃烧炉3。空气被鼓入流化床气化炉2的自由空间7，如果必要的话，在高于流化床温度100-200℃的温度下，所产生的气态物质进一步部分气化。
产生的气体“c”伴随着来自流化床气化炉2的粉碎的固定碳被供应到涡流式成渣燃烧炉3，与预热的涡流空气“b”混合，并在1200-1600℃、优选1300-1400℃下在垂直的主燃烧室8中部分氧化。这时，由于高温，固定碳中的灰分被转化成渣雾，由于涡流离心力的作用，渣雾大多被主燃烧室8内壁上的融渣相所捕获。融渣“f”沿内壁向下流，并从主燃烧室8与副燃烧室9之间的融渣分离室10中排出。之后，融渣“f”被直接或间接冷却，然后，以颗粒炉渣的形式排到炉外。
供应到流化床气化炉2和涡流式成渣燃烧炉3的主燃烧室8中的空气中的总氧量优选为理论需氧量的40-100％，优选为80-99％，因此，从流化床气化炉2经涡流式成渣燃烧炉3的主燃烧室8到副燃烧室9入口的这一部分被保持在还原性气氛下。
在流化床气化炉2和涡流式成渣燃烧炉3的主燃烧室8中部分氧化的需氧量可以是将炉内温度升高到所希望的成渣温度，同时将其中的气氛保持在还原条件下所需的量。
当废物具有高热值时，当作为气化剂的含氧气体的预热温度较高时，以及当气化剂中氧的浓度较高时，需氧量就低。经验证明，氧量的下限为理论需氧量的40％左右。另一方面，氧量的上限是理论需氧量的100％以将气氛仅保持在还原条件下。因此，部分氧化的需氧量是理论需氧量的40-100％，优选80-99％。
通过在还原性气氛中实施从废物“a”部分氧化到通过在还原性气氛中熔化灰分形成融渣的过程，低沸点重金属向气体的蒸发被加速，炉渣中剩余的低沸点重金属量被减少到极低的水平，获得了无害炉渣，重金属不会在掩埋场从炉渣中被洗脱出来。
以下将描述上述现象的原理。
从报导(日本废物管理专家协会第七届年会论文集413-415页)中引用了表1，在该表中研究了由各种灰分熔化炉获得的炉渣和融化飞灰组成与熔化条件之间的关系。
表1
| 焦炭床 | 高频 | 表面 | 电弧 | 等离子体 | ||||||||
| 底灰 | 与15％飞灰混合 | 与30％飞灰混合 | 与25％飞灰混合 | 飞灰 | 飞灰 | 与30％飞灰混合 | 与20％飞灰混合 | 飞灰 | ||||
| 飞灰在炉渣中的比率(％) | 93 | 89 | 87 | 94 | 89 | 81 | 73 | 79 | 77 | |||
| 炉渣 | Pb | 浓度(mg/kg) | 71 | 65 | 63 | 5 | 40 | 570 | 110 | 600 | 460 | |
| 飞灰在炉渣中的比率(％) | 4.3 | 5.7 | 5.6 | 0.3 | 3.4 | 30 | 8.2 | 20 | 14 | |||
| 洗脱量(mg/l) | N.D. | N.D. | N.D. | N.D. | N.D. | N.D. | N.D. | N.D. | N.D. | |||
| Zn | 浓度(mg/kg) | 600 | 930 | 670 | 3500 | 4200 | 3600 | 1400 | 6100 | 11000 | ||
| 飞灰在炉渣中的比率(％) | 20 | 24 | 18 | 19 | 48 | 34 | 18 | 33 | 68 | |||
| 洗脱量(mg/l) | - | - | - | - | - | - | N.D. | N.D. | N.D. | |||
| 飞灰率(％) | 1.4 | 4.5 | 5.6 | 2.0 | 1.3 | 6.5 | 8.6 | 4.5 | 11 | |||
| 飞灰组成 | Pb(％) | 7.8 | 5.7 | 5.1 | 4.8 | 4.0 | 2.8 | 1.3 | 2.7 | 1.2 | ||
| Zn(％) | 8.6 | 8.3 | 5.6 | 4.5 | 13 | 1.6 | 4.7 | 2.3 | 1.7 | |||
| Cl(％) | 19 | 28 | 25 | 22 | 33 | 28 | 41 | 23 | 32 | |||
| SiO2(％) | 10 | 3.9 | 5.0 | 0.15 | 0.27 | 2.9 | 2.8 | 2.3 | 1.0 | |||
| 废气组成 | O2(％) | 0.2 | 0.6 | 0.6 | 20 | 20 | 6.0 | 20 | 20 | 20 | ||
| HCl(O212％-ppm) | 8 | 270 | 500 | 520 | 270 | 4200 | 650 | 240 | 550 | |||
| Cl的气化率(％) | 2.9 | 2.8 | 5.1 | 2.5 | 3.8 | 44 | 15 | 40 | 54 | |||
| NO2(O212％-ppm) | 12 | 9 | 8 | N.D. | 21 | 86 | 14 | 1100 | 750 | |||
从表1可以看出，炉渣中剩余的Pb和Zn量与废气中氧气的浓度之间有密切的关系。更具体地说，如果氧气浓度为0.2-0.6％的焦炭床型用A组表示，氧气浓度20％的高频型、电弧型和等离子体型用B组表示，氧气浓度为6％的表面熔化型用C组表示，则在氧气浓度为6-20％的B组和C组中，Pb和Zn浓度高于氧气浓度接近于零的A组数倍。
这意味着在还原性气氛中，低沸点重金属的蒸发被加速了，而相反在氧化气氛中是被抑制的。例外的是在B组的高频型中，尽管氧气浓度高，炉渣中Pb含量极低。
低沸点重金属的蒸发与环境气氛之间的关系的解释如下：
在不含氧气的还原性气氛中，例如，当灰分被转化成融渣，捕集在融渣中的低沸点重金属中的Pb和Zn与融渣中的Cl和S反应，并转化为金属化合物，快速蒸发。因此，Pb和Zn的蒸发加速。与些相反，当气氛中的氧气充分时，Pb和Zn被快速氧化，并转化成PbO和ZnO，因此，Pb和Zn的蒸发被抑制。因此，重金属蒸发被加速或被抑制取决于气氛是在还原条件还是氧化条件下。
因此，如果从通过熔融使炉渣形成到炉渣的排出都在还原性气氛中进行，从而，低沸点重金属加速蒸发到气体中，减少了炉渣中剩余的低沸点金属的量，获得了无害炉渣，重金属不会从中洗脱出来。通过重金属被加速蒸发到气体中，当排废气体被冷却时，低沸点重金属可以高含量沉积在飞灰上。因此，飞灰由如袋式过滤器的过滤型除尘器收集时，可以通过如酸性组分萃取的提炼方法来回收资源，可以实现原材料的再生。通过延长炉渣在高温下的滞留时间，可以加速低沸点重金属的蒸发，这是已知的。
在这一方案中，供应到流化床气化炉2和涡流式燃烧炉3的主燃烧室8中的空气中的氧气量是理论需氧量的40-100％，优选为80-99％。然而，当废物“a”不是供应到流化床气化炉2中，而是直接供应涡流式成渣燃烧炉3中时，供应到涡流式成渣燃烧炉3的主燃烧室8中的空气中的氧气量是理论需氧量的40-100％，优选为80-99％。
在炉渣排出后，在主燃烧室8中由部分氧化获得的可燃气体进入副燃烧室9，与预热空气“b”涡流混合，并在900℃或更高温度下完全燃烧。这时，供应到副燃烧室9中的空气“b”中的氧气量是理论需氧量的30-90％，优选为30-50％，因此，在副燃烧室9中是氧化性气氛。
在这种情况下，在副燃烧室9中只需燃烧可燃气体，因为灰分的熔化和排出已经完成，在副燃烧室9中的燃烧温度等于或低于主燃烧室8中的温度。如果考虑耐火材料的耐久性，副燃烧室9中的燃烧温度可以为900℃或更高，优选900-1100℃，以分解二噁英和其前体。
在这种方式中，处理可燃废物所需要的氧气总量为理论需氧量的120-130％。特别是当废物具有低热值时，可以通过提高用于部分氧化的气化剂中的氧气浓度，在还原性气氛中完成废物的成渣燃烧。此外，可以向废物中添加高热值的辅助燃料，如煤，或者将废物干燥。
在本发明的上述方案中，从形成渣雾和将渣雾粘附至炉的内壁上到向下流动和从成渣燃烧炉排出融渣的过程是在还原性气氛下进行的。然而，从形成渣雾到将渣雾粘附至炉的内壁的过程可以在还原性气氛下进行，而向下流动和排出粘附到内壁上的融渣可以在氧化性气氛中进行。这样，本发明的效果会稍微降低，但仍然有效。
在副燃烧室9中产生的燃烧废气“e”从副燃烧室9的顶部排出，经过一系列的热回收设备和除尘设备(未示出)，然后，排放到大气中。在这种方式中，废物中约90％的灰分以融渣的形式回收，剩余的10％的灰分大多以飞灰的形式由袋式过滤器收集。
在这种方式中，因为废物在高温下在还原性气氛中部分燃烧，融渣从炉中排出，在排出融渣时，保持融渣周围为还原性气氛。因此，低沸点重金属从融渣中充分蒸发，可以回收无害炉渣，重金属不会从中洗脱出来。
图2流化床气化炉2的垂直截面图，图3是图2所示气化炉中流化床的水平截面图。在图3所示气化炉中，通过设置在其底部的流化气体分散装置106供应到流化床气化炉2中的流化气体，包括从炉底中央区域24向上流入炉中央的流化气体27，以及从炉底周边区域23流入炉中周边的周边流化气体28。
中央流化气体27和周边流化气体28中的每项均为选自三种气体，如氧气、氧气和蒸汽混合物和蒸汽中的一种。中央流化气体的氧气浓度低于周边流化气体的氧气浓度。
中央流化气体27的整体速度被设置成低于周边流化气体28。在炉子周边区域上部，流化气体向上方的流动被偏流板26向炉子的中央区域偏转。因此，在炉子的中央区域形成了流化介质(通常是氧化硅砂)的下降流化床29，在炉子的周边区域形成了上升床210。由箭头118所指，流化介质在炉子周边区域的上升流化床中上升，由偏流板26引导到下降流化床29的上部，在下降流化床29中下降。然后，如箭头112所指，流化介质沿流化气体分散装置106移动，流入上升流化床210的底部。在这种方式中，流化介质在上升流化床210和下降流化床29中按箭头118、112所指方向回旋。
当由连续供料器1供应到下降流化床29上部的废物“a”与流化介质一起在下降流化床29中下降时，通过与流化气体中的氧气接触，废物被气化。因为在下降流化床29中不能获得氧气或获得的氧气很少，由于气化产生的高热量气体被稍微燃烧，并按箭头116的方向通过下降流化床。与此相应，下降流化床29形成了气化区G。所产生的气体按箭头120的方向移动到自由空间7。
在下降流化床29中产生的固定碳与流化介质一起从下降流化床29下部按箭头112所指方向向炉子周边区域的上升流化床210下部移动，并被氧气含量相对高的周边流化气体28部分氧化。与此相应，上升流化床210形成了氧化区S。在上升流化床210中，当固定碳被氧化时，流化介质被所产生的热量加热。被加热的流化介质由于偏流板26而按箭头118所指方向转向，被输送到下降流化床29中，作为气化的热源。在这种方式中，流化床被保持在450-850℃的温度下。
在图2和3所示的流化床气化炉2中，在流化床中形成了气化区G和氧化区S，流化介质在两个区域中循环。因此，在气化区G中产生高热值可燃气体，固定碳在氧化区S中被有效地部分氧化。与此相应，流化床气化炉可以有效地气化废物。
在图3所示的图2的流化床气化炉的水平截面图中，形成气化区G的下降流化床29在炉子中央区域，成圆形；形成氧化区S的上升流化床210在下降流化床29周围，形成环形。上升流化床210被环形不可燃的出口25所包围。
图4示出了本发明另一方案的成渣燃烧炉。在图4中，参考数字301代表气体入口，参考数字302代表气体出口，参考数字303、304和305分别代表主燃烧室的空气入口。参考数字306和307分别代表副燃烧室的空气入口，参考数字308代表融渣出口，参考数字309和310分别代表启动燃烧器(start-up burner)的端口。来自流化床气化炉(未示出)的所产生的气体“c”和与之伴随的固定碳被供应到位于涡流式燃烧炉3的主燃烧室8上部的气体入口301，同时，预热空气“b”被供应到空气入口303-305，空气入口基本上与气体入口301位于相同的位置。供应气体“c”和空气“b”以形成涡流，当相互混合时，形成强烈的涡流，该气体在1200-1600℃，优选在1300-1400℃的高温下燃烧。这时，供应到成渣燃烧炉的空气“b”和供应到流化床气化炉的空气中的氧气量优选为理论需氧量的40-100％，优选为80-90％，因此，主燃烧室8和融渣分离室10保持在还原性气氛中，其中保持了可燃气体。所以，从通过成渣燃烧形成融渣到排出融渣的过程都是在还原性气氛中进行，如Pb或Zn的重金属的蒸发，即重金属转移到气体中，被加速了。为了保证在还原性气氛中进行部分氧化，炉渣的收集和将重金属从炉渣中蒸发到气体中所需要的滞留时间，主燃烧室8包括一个垂直部分和一个倾斜部分。气体的滞留时间被设定在1-2秒。部分氧化反应在倾斜部分完成，其中的涡流被削弱。含有可燃气体的废气被引入到副燃烧室9的下部，融渣“f”在主燃烧室8的倾斜部分的末端从废气中排出。高温预热空气“b”被供应到空气入口306和307，可燃气体在副燃烧室9中完全燃烧。这时，所供应的空气“b”中的氧气量为理论值的30-90％，优选30-50％，燃烧是在氧化性气氛中进行的。在副燃烧室9中的完全燃烧了剩余的可燃气体，因此，不必象在主燃烧室9中一样进行高温燃烧。所以燃烧在900℃或更高的温度下进行，优选900-1100℃。获得的废气“e”伴随着尘埃从设置在副燃烧室9上部的气体出口302排出，经一系列热回收装置或除尘装置，然后排放到大气压中。
图5是沿图4所示成渣燃烧炉的气体引入部分中沿V-V线的横截面图。如图5所示，流化床气化炉产生的气体“c”被供应到主燃烧室8，以至于被沿切向引导到涡流形成的直径稍小于主燃烧室8内径的假想圆中，类似地，燃烧空气“b”从四个等距间隔的入口供应到主燃烧室8中，以至于也被沿切向引导到同一假想圆中。
按照本发明，相对于热值为2000kcal/kg或更低的低质废物，主燃烧室中使用的氧气量为理论需氧量的40-100％，优选80-99％，由此用尽可能少的氧气量使主燃烧室中的温度升高到较高的值。进一步说，供应到副燃烧室的氧气量为理论需氧量的30-90％，优选30-50％以实现完全燃烧。由于供应到主燃烧室中的氧气量可以降低到将主燃烧室中的温度提高到一个较高值所需的最小量，因此，低热值废物可以在不添加辅助燃烧条件下燃烧。进一步说，由于只需要将熔化灰分所需的氧气供应到主燃烧室，所以，主燃烧室的体积可以减少，在其中的热量损失也下降了。此外，按照本发明，不需辅助燃料就能燃烧的下限热值可以降低到约1500kcal/kg。
发上所述，按照本发明，可燃物在高温下部分氧化，灰分被转化为融渣，从灰分熔化成融渣到排出融渣的过程是在还原性气氛下进行。因此，低沸点重金属向可燃物气体中的蒸发可以被加速，使得保留在融渣中的低沸点重金属量减少到下限，获得了无害炉渣，重金属不会从其中洗脱出来。
进一步说，按照本发明，由于不需在在涡流式成渣燃烧炉中进行完全燃烧，只需获得高温所需的氧气量，在不加入辅助燃料的条件下可以燃烧低热值废物，主燃烧室的体积可以减少。
工业应用性
本发明涉及一种在成渣燃烧炉中，或在组合的气化炉和成渣燃烧炉中，燃烧如城市废物、塑料废物、污泥或汽车废物的方法，不会产生二噁英，同时能以玻璃状炉渣的形式回收可燃废物中的灰分，重金属不会从炉渣中洗脱出来。本发明可以用于处理各种废物。
Claims (9)
1.一种通过成渣燃烧处理可燃废物的方法，其特征在于：
将可燃物和含氧气体供应到成渣燃烧炉中，所述的可燃废在还原性气氛下部分氧化，获得可燃气体，并将灰分转化为从所述成渣燃烧炉排出的融渣；和通过供应含氧气体使所述的可燃气体完全燃烧。
2.权利要求1的通过成渣燃烧处理可燃废物方法，用于部分氧化所述可燃物的所述含氧气体中的氧气量为理论需氧量的40-100％，用于完全燃烧所述可燃气体的所述含氧气体中的氧气量为理论需氧量的30-90％。
3.权利要求1的通过成渣燃烧处理可燃废物方法，其中所述成渣燃烧炉包括涡流式成渣燃烧炉。
4.权利要求1的通过成渣燃烧处理可燃废物方法，其中所述可燃物包括在气化炉中部分氧化废物所获得的气态和/或固态材料。
5.权利要求4的通过成渣燃烧处理可燃废物方法，其中用于部分氧化所述废物以及部分氧化所述气态和/或固态材料的所述含氧气体中的氧气量为理论需氧量的40-100％，用于完全燃烧所述可燃气体的所述含氧气体中的氧气量为理论需氧量的30-90％。
6.权利要求1的通过成渣燃烧处理可燃废物方法，其中所述可燃物在1200-1600℃下部分氧化，然后，剩余的可燃气体在900℃或更高的温度下完全燃烧。
7.权利要求4的通过成渣燃烧处理可燃废物方法，其中所述废物的所述部分氧化是在450-850℃下进行的。
8.一种通过成渣燃烧处理可燃废物方法，其特征在于：
将可燃废物和含氧气体供应到气化炉中，所述的废物部分氧化获得可燃气态材料和/或固态材料；
所述气态材料和/或固态材料以及含氧气体被供应到成渣燃烧炉中，所述的气态材料和/或固态材料在还原性气氛下部分氧化，获得可燃气体，并将灰分转化为从所述成渣燃烧炉排出的融渣；通过供应含氧气体使可燃气体完全燃烧。
9.权利要求8的通过成渣燃烧处理可燃废物方法，用于部分氧化所述废物以及部分氧化所述气态和/或固态材料的所述含氧气体中的氧气量为理论需氧量的40-100％，用于完全燃烧所述可燃气体的所述含氧气体中的氧气量为理论需氧量的30-90％。
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