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TWI387709B - 將可燃物特別是垃圾焚化的方法 - Google Patents

將可燃物特別是垃圾焚化的方法 Download PDF

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TWI387709B
TWI387709B TW095107111A TW95107111A TWI387709B TW I387709 B TWI387709 B TW I387709B TW 095107111 A TW095107111 A TW 095107111A TW 95107111 A TW95107111 A TW 95107111A TW I387709 B TWI387709 B TW I387709B
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incineration
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incineration gas
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TW095107111A
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Inventor
Johannes Martin
Oliver Gohlke
Masao Takuma
Minoru Kuranishi
Yoshio Yanagisawa
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Ind Ltd
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Description

將可燃物特別是垃圾焚化的方法
本發明關於一種將可燃物(Brennstoff)(特別是垃圾)焚化的方法，其中初級焚化氣體(Primärverbrennungsgas)由下供入可燃物層，而次級(Sekundärverbrennungsgas)在焚化物層上送到廢氣流，且當發生焚化強度的情事時，將初級焚化氣體的氧質量流降低，並將次級焚化氣體的氧質量流提高。
初級焚化氣體一般為周圍的空氣或富含氧的周圍空氣，它在送入可燃物層之前往往加熱。將氧混到周圍空氣以準備初級焚化空氣的作業，係用於加強焚化強度加強、減少廢氣量，特別是提高燃燒床溫度，且因此改善熔渣品質。
如果將可燃物組成改變-換言之，也是將垃圾或廢棄物中的熱值改變--在燃燒時必然造成廢氣的組成會變動，而且廢氣量也會變動。我們不希望廢氣量變動，因為在一焚化設備作設計及操作時，吸取路徑(Saugzug)須考慮到最大可能的波動，這點使氧氣鼓風機的設計對應地不經濟。在廢氣中氧含量的變動會使得當所送的可燃物混合物的值短時提高時，會發生缺氧情事，並因此廢氣中CO及不完全燃燒的產物含量提高(CO-尖峰)。因此當使用不均質的可燃物時，該設備要設計成用高量之過量空氣操作。但高量的過量空氣使廢氣量提高，使得不但「吸取鼓風機」要 加大，且其下游的廢氣淨化設備也要加大。
所運送的可燃物混合物的熱值短時提高會使廢氣變動的負面效果加大，其結果使可燃物混合物提前點火、反應速率提高，這表示焚化強度及單位時間的釋熱增加，使空氣超過量減少，並使氣體溫度提高。這點導致不穩定的性質，其中，如果用富含氧的周圍空氣當作初級焚化氣體進行作業，則這種效應影響特別厲害。氧氣比例提高，使焚化作用整體密集化，且可燃物在運送後，迅速點火。如果在此，所送之可燃物混合物的熱值短時提高，則儘管富含氧，但由於焚化反應密集，使氧消耗量大大提高，以致至少會有局部區域的焚化條件有缺氧情事。這種焚化過程的不穩定及變動現象，由於有上述的作用，故係極端不希望有者。
本發明的目的在於將焚化過程穩定化而不受到可燃物組成變動造成熱值變動的影響。
這種目的，在上述種類的方法，依本發明達成之道，係將周圍空氣與內部再循環氣體在爐柵上方約6~9米高度的一噴入平面中供應。
基本上，要達成這種調整效果，可以(一)在維持此焚化氣體的質量流的情形下，就初級焚化氣體及次級焚化氣體中的氧含量方面改變組成，或(二)在初級焚化氣體及次級焚化氣體改變質量流，或利用(一)(二)二種措施的組合。
藉著將周圍空氣或內部廢氣再循環氣體在爐柵上方約 6~9米高度的一噴入平面供應，使廢氣從燃燒床到此平面的駐留時間有1~3秒。如此，得到多餘時間供調節，例如可對於焚化強度提高可反應，將次級焚化氣體中氧含量提高，使產生之CO可再燒掉。
在初級焚化氣體的質量保持大致相同的場合，藉著減少氧含量，可在短時運送高熱量的可燃料混合物的場合時，避免急速著火，因此可避免每單位時間的反應速率及熱釋出量提高的情事。此外，藉著利用初級焚化氣體減少氧的供應，可限制可燃物的化學轉變作用，且要發生者大多為氣化反應(Vergasung)及少許焚化反應。這點使初級焚化區域冷域，且可燃物的轉變作用進一步變慢。
此處，爐柵(Rost，英：grat)及最下方的次級氣體噴嘴面之間的空間稱為「初級焚化區域」。
當次級焚化氣體質量大致保持相同的場合下，將次級焚化氣體中的氧含量對應地提高，則還可以將燃燒室中上升的氣化產物可靠地燒掉。
此處所述之在初級與次級焚化氣體之間的氧平衡在整體上使得廢氣組成的變動(這是由可燃物不均勻所造成者)得到緩衝，且因此使過量空氣的量減少。用此方式也將使焚化設備利用不圴勻的可燃物以小於1.5的過量氧的量操作，而不會由於有時所送可燃物組成中熱量增高而在廢氣中產生CO尖峰。
調節作用宜用以下方式達成：在次級焚化氣體中，氧質量流只一時地提高的作用，大致相當於在初級焚化氣體 中氧質量流之時地減少的作用。
為了檢出反應速率或焚化強度(Verbrennungsintensivität，英：incinerating intensity)的增大量，故將以下參數的至少一個作測量：燃燒床溫度、廢氣中的溫度、氧含量、CO2 含量、CO含量作測量，並使用此測量值以調節初級焚化氧體與氣體焚化氣體中的氧氣質量流。燃燒床的溫度宜利用燃燒室的頂蓋中的一紅外線攝影機測量。廢氣中的溫度及CO含量宜利用在地的測量裝置測量，例如根據雷射光的吸收，它可在燃燒室中產生快速信號。此外，可測量燃燒室中的溫度分佈的光學攝影機也適用。
本發明的調節作用當然係基於在初級焚化氣體與次級焚化氣體關於質量流組成與溫度方面檢出決定性的值。此外，這些值須在一焚化設備操作時檢出，如此可根據這些資訊將在初級焚化氣體與次級焚化氣體依反應速率或焚化強度作對應的改變。
在實施本發明的方法時，可就初級焚化氣體及次級焚化氣體將不同的組成作選擇。
基本上，如習知者，可使用周圍空氣或富含氧的周圍空氣當作初級焚化氣體，它在大多數情形也都作預熱。在此，如果初級焚化氣體中的氧含量超過21%，則甚有利。
「次級焚化氣體」可為稱作「次級焚化空氣」的周圍空氣或是內部的再回收(rezyklieren，英：recycle)(再循環)的氣體(它在燃燒室的一位置抽出，該處的氧比例很高)或廢棄 回收氣體(它在鍋爐出口或在更下游的廢氣淨化設備的出口抽出)、以及這些上述成分構成的混合物。
在本發明的另一特點中，宜在初級焚化區域上方將淨化過的「廢氣回流氣體」導入廢氣流中，以作均化及冷却。
此外，宜將內部廢氣回流氣體在爐柵上方約6~9公尺高度的噴入面加入，如此，該廢氣從燃燒床到此平面的駐留時間有1~3秒。如此，可得到一些空餘時間以作調節，舉例而言，依本發明在次級焚化氣體中提高氧含量可反應到較高的焚化強度，使產生的CO還可再燒掉。
依本發明可使調節能特別敏感且對於改變能迅速反應，其方法係將初級焚化氣體中的氧質量流在焚化強度升高的地點減少，且在焚化強度升高的地點正方的次級焚化氣體中的氧質量流增加。這種調節方式能對所發生的改變迅速調整並因此直接與所發生之上述的變動情形拮抗，然而其前提為要有另一種本發明的措施，其要點在於：要檢知焚化強度升高的地點及程度，至少有一個以下的參數--燃燒床的本身溫度、廢氣中的溫度、氧含量、CO2 含量及CO含量--係在燃燒床正上方形成的初級焚化區域中測量，並將這些測量值用來調節初級焚化氣體與次級焚化氣體中的氧質量流。在此，要在數個位置作測量，俾能盡量準確地定出焚化強度升高的地點。
依本發明，在初級焚化氣體與次級焚化氣體之間的氧平衡也可藉調節所供之內部再循環氣體的量而達成。這種措施的作用係在初級焚化區域中將初級焚化氣體抽出，這 點在該處使氧質量流減少，並因此減低反應速率。因此，所抽出之內部再循環氣體的量的調節作用間接地對初級焚化區域中可用的氧質量流的多寡(它可藉改變內部再循環氣體的量改變)有影響，而且在初級焚化區域內部再循環氣體的量增加時，將初級焚化氣體及氧抽出。
在次級焚化氣體中的氧以有利方式在一增強的紊流區域中達成。這點不但是當由於結構情況而不可能在局部達成氧平衡的場合特別有利，而且當在發生焚化強度升高情事的區域中造成氧質料流平衡的場合也有利，因為即使在這些場合，也能確保特別是CO氣流不會失控地亂移動。
次級焚化氣體宜在一區域送到燃燒室，該處由於燃燒室變狹而使紊流增大。
如將次極焚化氣體的各不同部分在燃燒層上方不同高度之處供應，則也很有利，此處可依標的決定作改變。因此，舉例而言，將內部再循環氣體在一個與淨化過的廢氣不同的位置供應，該廢氣被導入用於作氧質量的調節者比用於達成一定的紊流者更少。內部再循環氣體宜在一個比淨化過之再循環氣體更高的位置供應，其中如有必要，可將周圍空氣混到此內部再循環氣體。
本發明在以下利用一焚化設備之示意圖示的實施例詳細說明。
依圖示實施例，用於實施上述方法的燃燒設備具有一「供應料斗」(1)，它具有接在後方的「供應滑道」(2)，用 於將可燃物供應到一「供應台」(3)上，「運送活塞」(4)設在該供應台(3)上，可來回運動，俾將來自供應滑道的可燃送供應到一燃燒爐柵(5)，在燃燒爐柵(5)上將可燃物焚化。在此，是否它是一種傾斜爐柵或水平爐柵用何升原理，都不重要。
舉例而言，以下說明的方法也可用在一漩渦層焚化設備，但它在圖中未示。
在燃燒爐柵(5)下方設有一個整體用(6)表示的裝置，以供應被級焚化氣體，它可包含數個室(7)~(11)，初級焚化氣體呈周圍空氣的形式利用一鼓風機(12)經一管路(13)供應到這些室。利用室(7)~(11)的設置，將燃燒爐柵分成數個下風區域，因此初級焚化氣體可配合燃燒爐上的需求作不同調整。下風區域也可各依燃燒爐柵的寬度沿橫方向劃分，如此可配合局部的情況調節被級焚化氣體的供應量。
在燃燒爐柵(5)上方有燃燒室(14)，它的上部過渡變成一廢氣道(15)，圖未示的機組，例如一「抽離鍋爐」及一廢氣淨化裝置接到該廢氣道(15)。
用(16)表示的可燃物在燃燒爐柵(5)的前部上燃燒，廢氣道(15)位在該燃燒爐柵(5)上方。在此區域中，大部分初級焚化氣體經室(7)(8)(9)供應。在燃燒爐柵(5)的後部只有燒剩的可燃物，亦即熔渣，而初級焚化氣體經由室(10)(11)送到此區域主要只用於將熔渣冷却。因此之故，在燃燒室的後方區域的廢氣和前方區域相比，其氧含量較高，因此，如對應的情況有需要時，則這種廢氣可當作內部再回流氣體以 作次級焚化。
為此設有一條吸離管路(17)，它通到一「吸取鼓風機」(18)，該吸取鼓風機將再循環氣體導至次級焚化氣體噴嘴(19)(20)，該次級焚化噴嘴設在廢氣道的對立位置及在其間的位置。
如此，可燃物之燃燒過的剩餘部分掉入燃燒爐柵(5)末端的一熔渣帶出機(21)中。
其他次級焚化氣體噴嘴(22)(23)同樣以較大的數目分佈在廢氣道(15)周圍。此處，次級焚化氣體可呈周圍空氣的形式供入，它利用一鼓風機(24)運送。為此設有一吸取管路(25)，其中設有一調節元件(26)，以調整周圍空氣量。有另一與鼓風機(24)連接的管路(27)，它利用一調節元件(28)監控，且用於吸取廢氣淨化過之廢氣再循環氣體，該氣體混到周圍空氣中。這種淨化過的廢氣再循環氣體在廢氣流過廢氣淨化設備後被吸出，且其氧含量比內部再循環氣體低。如果廢氣通道(15)中的廢氣量太少，則此廢氣再循環氣體主要用於產生紊流，以產生足夠的紊流來改善次級區域中的焚化作用。
一方面純氧從一空氣析離設備(29)經一「運送及分配裝置」(30)送入一管路(31)，以混到初級焚化氣體，另方面送到一管路(32)以混到次級焚化氣體。相關的調節指令經一線路(33)由一中央的及組合的「調節及電腦單元」(34)來，其目的在下文還要說明。分枝管路(31a)~(31e)經管路(31)供應，且利用閥(35a)~(35e)監控，且同樣地受「調節及電腦 單元(34)影響。「供應管路」(31a)~(31e)開口到分枝管路(13a)~(13e)，後者從周圍空氣的管路(13)分枝並通到個別的下風室(7)~(11)。
第二管路(32)〔它從運送與分配裝置(30)出發〕經調節部再循環空體經該噴嘴(19)(20)導入焚化室中。氧可經分枝管路(38)〔它們用調節閥(39)監控〕送到次級焚化氣體噴嘴(22)(23)，次級焚化氣體經一管路(40)由鼓風機(24)送到該噴嘴(22)(23)。此次級焚化氣體可包含純粹周圍空氣或為混有淨化之廢氣的周圍空氣。
一個熱分佈圖攝影機(Thermographiekamera)(41)透過烟氣看過去觀察燃燒床(42)的表面，且所攝取的值再送到「電腦與調節單元(34)。(43)(44)表示感測器，其中有數個感測器設在燃燒床層(42)的表面上方，且它們用於測量燃燒床(42)上方，亦即初級焚化氣體區域中的O2 、CO及CO2 的含量。
為了一目了然起見，用於分配流動介質或將檢出的資料進一步導送的管路及線路用實線表示，而用於傳輸調節指令的線路則用虛線表示。
本發明的調節方法在以下說明。
如果在燃燒爐柵(5)的特定區域中焚化強度升高(受到具有高的熱值的特別易燃的可燃物的存在的影響)，熱圖攝影機(41)檢測到可燃物表面(42)溫度升高，且當利用感測器(43)(44)檢知。到氧含量減少而CO含量增加，則這些資料送到中央調節單元(34)，它作初級焚化氣體與次級焚化氣體 之間的氧質量流平衡。在此，由各位置經至少一分枝管路(13a)~(13e)將初級氣體量作節流(drosseln，英：choke)，其中，此處發生氧氣質量流減少的情形(只要初級焚化氣體由周圍空氣構成的話)。在分枝管路(13a)~(13e)中的個別調節裝置用圖號(45)表示，且用調節線路(46)改變，該調節線路(46)由線路(33)分枝出，該管路(33)在實用上做成「匯集管路」形式。周圍空氣的鼓風機(12)的管路也可經一調節線路(47)整體上減少〔只要周圍空氣經由管路(31a)~(31e)供應純氧的話〕，因此氧供應量可利用閥(35a)~(35e)減少，其中這些調節閥經由對應的「控制線路」與「匯集管路」(33)以及與中央調節單元(34)連接。
在初級焚化氣體的氧質量流降低的同時，在次級焚化氣體中氧質量流升高而造成對應的氧平衡。為此，由該運送及分配裝置(30)著手，經管路(32)將氧供應，受閥(36)控制，供到內部再循環氣體〔它經噴嘴(19)(20)送入〕或受調節地經閥(39)送到次級焚化氣體(它呈純周圍空氣形式，或周圍空氣與淨化過之廢氣的混合物的形式)。各依該焚化設備的設計而定，該次級焚化氣體(藉它作氧平衡)的供應作業可在廢氣道的少許位置或在很多個別位置供應。如果次級焚化氣體(它的組成改變以改變氧質量流)在少許位置供應，則如果先前在廢氣道中造成一均勻區域，則甚有利，該區域藉供應淨化過的紊流形式的廢氣而產。如此，該次級焚化氣體以改變的氧質量流在此均勻區域上方運送，其中，如果在供應內部再循環氣體時，將它在具特高 紊流及特高均勻度的位置引入，則特別有利。這種有許多次級焚化氣體噴嘴的設置有一優點，即：氧質量流平衡作用可直接在某些位置或地點正上方做，在這些位置檢出到焚化強度上升。在這種操作方式，均化區負責一附加的均化作用以及使CO燃燒，因為即使利用更大數目的供應次級焚化氣體，也不能避免形成個別的CO氣流，它們不受第一道次級焚化氣體供應影響向上升。
(1)‧‧‧供應料斗
(2)‧‧‧供應滑道
(3)‧‧‧供應台
(4)‧‧‧運送活塞
(5)‧‧‧燃燒爐柵
(7)~(11)‧‧‧室
(12)‧‧‧鼓風機
(13)‧‧‧管路
(13a)~(13e)‧‧‧分枝管路
(14)‧‧‧燃燒室
(15)‧‧‧廢氣道
(16)‧‧‧可燃物
(17)‧‧‧吸離管路
(18)‧‧‧吸取鼓風機
(19)(20)‧‧‧次級焚化氣體噴嘴
(21)‧‧‧熔渣帶出機
(22)(23)‧‧‧次級焚化氣體噴嘴
(24)‧‧‧鼓風機
(25)‧‧‧吸取管路
(26)‧‧‧調節元件
(27)‧‧‧管路
(28)‧‧‧調節元件
(29)‧‧‧空氣析離設備
(30)‧‧‧運送及分配裝置
(31)‧‧‧管路
(31a)~(31e)‧‧‧分枝管路
(32)‧‧‧管路
(33)‧‧‧線路
(34)‧‧‧調節及電腦單元
(35a)~(35e)‧‧‧閥
(38)‧‧‧分枝管路
(39)‧‧‧調節閥
(40)‧‧‧管路
(41)‧‧‧熱分佈圖攝影機
(42)‧‧‧燃燒床
(43)(44)‧‧‧感測器
(45)‧‧‧圖號
(46)‧‧‧調節線路
(47)‧‧‧調節線路
圖1係一垃圾焚化設備的示意構造圖，具有回送爐柵，並顯示改變初級焚化氣體及次級焚化氣體的各種不同可能方式。
(1)‧‧‧供應料斗
(2)‧‧‧供應滑道
(3)‧‧‧供應台
(4)‧‧‧運送活塞
(5)‧‧‧燃燒爐柵
(7)~(11)‧‧‧室
(12)‧‧‧鼓風機
(13)‧‧‧管路
(13a)~(13e)‧‧‧分枝管路
(14)‧‧‧燃燒室
(15)‧‧‧廢氣道
(16)‧‧‧可燃物
(17)‧‧‧吸離管路
(18)‧‧‧吸取鼓風機
(19)(20)‧‧‧次級焚化氣體噴嘴
(21)‧‧‧熔渣帶出機
(22)(23)‧‧‧次級焚化氣體噴嘴
(24)‧‧‧鼓風機
(25)‧‧‧吸取管路
(26)‧‧‧調節元件
(27)‧‧‧管路
(28)‧‧‧調節元件
(29)‧‧‧空氣析離設備
(30)‧‧‧運送及分配裝置
(31)‧‧‧管路
(31a)~(31e)‧‧‧分枝管路
(32)‧‧‧管路
(33)‧‧‧線路
(34)‧‧‧調節及電腦單元
(35a)~(35e)‧‧‧閥
(38)‧‧‧分枝管路
(39)‧‧‧調節閥
(40)‧‧‧管路
(41)‧‧‧熱分佈圖攝影機
(42)‧‧‧燃燒床
(43)(44)‧‧‧感測器
(45)‧‧‧圖號
(46)‧‧‧調節線路
(47)‧‧‧調節線路

Claims (17)

  1. 一種用於將可燃物特別是垃圾焚化的方法，其中初級焚化氣體由下方送入可燃物層，次級焚化氣體由焚化物層上方送到廢氣流中，且當發生焚化強度提高的情事時，將初級焚化氣體的氧氣質量流降低，並將次級焚化氣體的氧氣質量流提高其特徵在：周圍空氣與內部廢氣再循環氣體在爐柵上方約6~9米高度的一噴入平面中供應。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：在次級焚化氣體中氧質量流之一時地上升大致對應於初級焚化氣體中氧質量流的一時的下降。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：至少將以下一參數：焚化床的溫度、廢氣中的溫度、氧含量、CO2 含量、CO含量測量，以檢知焚化強度上升，並將這些測量值用於調節初級焚化氣體與次級焚化氣體之間的氧質量流。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該初級焚化氣體中的氧含量超過21%。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該次級焚化氣體包含周圍空氣。
  6. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該次級焚化氣體包含內部再循環氣體，該內部再循環氣體在燃燒室之一位置抽出，在該處仍有高比例的氧。
  7. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該次級焚化氣體包含淨化過的廢氣再循環氣體。
  8. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該次級焚化氣體一部分包含周圍空氣，一部分包含淨化過的廢氣再循環氣體、一部分包含內部再循環氣體。
  9. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：在初級焚化區域上方將淨化過廢氣再循環氣體導入廢氣流以作均化及冷却。
  10. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：將初級焚化氣體的氣質量流在反應速率或燃燒強度升高的地點降低，並將此反應速率或焚化強度上升的地點正上方的次級焚化氣體中的氧質量流提高。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中：將以下至以一種參數：燃燒床本身的溫度、廢氣中的溫度、氧含量、CO2 含量、CO含量--在燃燒床正上方形成之初級焚化區域中測量，以檢出焚化強度升高的地點及量質，並使用這些測量值以調節初級焚化氣體與次級焚化氣體中的氧質量流。
  12. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該被級焚化氣體與次級焚化氣體之間的氧平衡係藉著減少初級焚化氣體的量及提高次級焚化氣體的量而達成。
  13. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：初級焚化氣體與次級焚化氣體之間的氧平衡係藉著減少初級焚化氣體中的氧比例以及將次級焚化氣體的至少一成分中的氧比例提高而達成。
  14. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中： 該初級焚化氣體與次級焚化氣體之間的氧平衡藉調節供應的內部再循環氣體的量而達成。
  15. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：在一高紊流區域中提高次級焚化氣體中的氧量。
  16. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：次級焚化氣體燃燒室的一區域供應，在該處利用燃燒室變狹而造成高紊流。
  17. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：次級焚化氣體的不同成分送到可燃物層上方的不同高度。
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