Способ и устройство для получения и использования газа из отходов

 

В способе для газообразования и сжигания отходов последние подают в топочное устройство, где они попадают на топочную колосниковую решетку, к которой через различные камеры с нижним дутьем подают воздух. В первой зоне в камеры с нижним дутьем воздух подводят в соотношении выше стехиометрического для воспламенения отходов. Затем в последующих зонах в камерах с нижним дутьем к воздуху, служащему для газообразования, примешивают кислород, регулируя при этом соотношение ниже стехиометрического, что приводит к газификации отходов. Возникающие при этом горючие газы попадают через газоотводящий канал во второе топочное устройство, в котором газы сжигают посредством подвода воздуха для сгорания с соотношением выше стехиометрического. Возникающие при этом газы попадают в теплообменник. Решаемая техническая задача: обеспечение стабильного процесса газообразования при невысоких температурах, исключение образования пиролитического кокса в шлаке и предотвращение сильного шлакообразования. 2 с. и 16 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для получения и использования газа из отходов, при котором отходы подают вдоль колосниковой решетки в топочное устройство и при этом подводят воздух для сгорания.

Из DE 4220265 C1 известен способ такого типа, в котором отходы проходят последовательно через зону полукоксования, зону восстановления и зону окисления для того, чтобы в конце колосниковой решетки достичь сгорания и образования кокса. При этом происходит образование крупных частиц шлаков, которые должны быть раздроблены дробильными валками, имеющими соответственно большие размеры. Энергию, необходимую для газообразования, передают посредством конвекции и излучения к отходам при сгорании, происходящем на конце колосниковой решетки с помощью воздуха для горения, вводимого, по большей части, поверх колосниковой решетки. Это требует особенно сильного процесса сгорания на конце колосниковой решетки с соответствующим образованием кокса и шлака.

Задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить стабильный процесс газообразования при незначительных температурах и при хорошем сгорании отходов исключить образование пиролитического кокса в шлаке и предотвратить сильное шлакообразование.

Эта задача согласно изобретению решается исходя из способа вышеупомянутого типа за счет того, что, по меньшей мере, в камеры с нижним дутьем, расположенные в продольном направлении колосниковой решетки, подают воздух для сгорания таким образом, что отходы воспламеняются в зоне загрузки колосниковой решетки при подаче кислорода в соотношении выше стехиометрического и что в направлении выноса шлаков ограничивают горение до ниже стехиометрического, которое необходимо для газификации горючих компонентов, а также за счет устройства с признаками пункта 12 формулы изобретения.

В этом способе энергию, необходимую для сгорания, подводят не за счет чрезмерно сильного сгорания на конце колосниковой решетки нагревом воздуха, подаваемого на сгорание, и тем самым энергией излучения из верхней зоны покрытия, нагреваемой этим сгоранием, а энергия газификации возникает в результате сгорания отходов, которые непрерывно воспламеняются в зоне загрузки колосниковой решетки при соотношениях выше стехиометрического и далее сгорают при соотношении ниже стехиометрического. При этом необходимо иметь всегда достаточный подвод энергии, обеспечивающий стабильный процесс сгорания, который приводит к хорошему выгоранию золы и предотвращению образования пиролитического кокса в остатке. Так как необходимая энергия поступает от горючего вследствие его воспламенения и не должна переноситься на отходы извне, достигается более высокий коэффициент полезного действия, благодаря чему для получения энергии на процесс газификации нужно сжечь не так много отходов и при этом получить большее количество полезного газа.

Эти положительные эффекты согласно выполнению изобретения еще более повышаются за счет того, что после воспламенения отходов к воздуху для газификации примешивают кислород при соотношении ниже стехиометрического.

Преимущество этого мероприятия состоит в том, что можно значительно снизить количество воздуха для газообразования и тем самым количество азота, действующего в качестве балластного вещества, что приводит к нескольким преимуществам. Одно из преимуществ состоит в том, что на основе уменьшенного количества воздуха для газообразования снижают скорость протекания через слой горючей массы, что приводит к заметному уменьшению потока летучей пыли. Другое значительное преимущество состоит в том, что вследствие снижения содержания азота предотвращается возникновение оксидов азота. Далее для газообразования в распоряжении имеется увеличенное количество энергии, так как необходимо нагреть не так много азота, который используется исключительно в качестве балластного вещества в воздухе для газификации.

При этом газообразование, предпочтительно, проводят таким образом, что температура газообразования лежит в пределах от 600-850^oC и соотношение воздуха для газообразования при соотношении ниже стехиометрического составляет 0,4-0,8.

Использование полученных газов может осуществляться разнообразными путями. Предпочтительным образом предусмотрено, чтобы для использования полученных газов во второй топочной установке, примыкающей непосредственно или через газоотводящий канал к первой топочной установке, сжигались горючие компоненты, выходящие исключительно из первой топочной установки. Такой способ зависит, в первую очередь, от содержания кислорода и теплотворной способности газов, выходящих из первой топочной установки.

Если содержание кислорода в газах, выходящих из первой топочной установки, недостаточно высокое, то, предпочтительным образом, для получения полного сгорания к отходящим газам, выходящим из первой топочной установки, подводят воздух для газообразования в виде воздуха из окружающей среды.

И наоборот, если теплотворная способность этих газов недостаточна для проведения необходимого сгорания при повышенной температуре, то согласно усовершенствованию изобретения во второй топочной установке к горючим компонентам в зависимости от их теплотворной способности наряду с воздухом для газообразования подводят более активный горючий газ.

Для получения более высоких температур сгорания во второй топочной установке, чем это было бы возможным при использовании воздуха из окружающей среды, является предпочтительным согласно усовершенствованию изобретения к воздуху для сгорания во второй топочной установки и/или к более активному горючему газу примешивать кислород. Введение кислорода в дополнение к воздуху для сгорания имеет преимущество, заключающееся в том, что количество подводимого воздуха для сгорания может поддерживаться меньшим, при этом количество газа, отходящего из второй топочной установки, можно удерживать меньшим.

Если в газе, отходящем из первой топочной установки достаточно кислорода, а теплотворная способность достаточно высока, то для регулировки сгорания во второй топочной установке можно подводить отходящий газ для перемешивания и сжигания газов, которые отбирают от потока отходящего газа после охлаждения в системе, работающей на отходящем тепле. Такой прием способа имеет преимущество, заключающееся в том, что дополнительно сжигаются возможно еще горючие газы, отходящие из второй топочной установки, и, кроме того, уменьшается количество отходящего газа в отличие от приема способа, при котором вводят более активный горючий газ.

Сгорание во второй топочной установке проводят, предпочтительно, путем выбора дополнительных, вышеописанных мероприятий таким образом, что во второй топочной установке соотношение воздуха составляет 1,1-1,8. Температура сгорания газа во второй топочной установке лежит в пределах от 950 до 1250^oC.

Устройство для осуществления способа отличается тем, что в топочной установке, содержащей загрузку горючего, колосниковую решетку с камерами с нижним дутьем, разделенными как в продольном, так и в случае необходимости, в поперечном направлении, и вывод шлаков, камеры с нижним дутьем снабжены трубопроводами для подвода кислорода. Вследствие этого является возможным чувствительно регулировать и более того проводить горение с меньшими количествами отходящего газа по сравнению с применением только воздуха из окружающей среды для процесса горения.

Если использование полученного газа заключается в его сжигании, то согласно изобретению предусмотрено, чтобы вторая топочная установка была соединена с первой топочной установкой непосредственно или через газоотводящий канал. За счет этого не происходит значительного охлаждения горючего газа, возникающего в первой топочной установке, и поэтому сгорание во второй топочной установке может проводиться при относительно небольшом избытке воздуха, во многих случаях даже без дополнительных носителей энергии при таких высоких температурах, что можно уменьшить все органические составляющие горючего газа без склонности к образованию оксидов азота, так как температура во второй топочной установке удерживается на уровне, лежащем ниже критической границы температур, при которой происходит усиленное образование оксидов азота.

Для обеспечения проведения предпочтительных усовершенствований способа предусмотрено другое выполнение устройства, состоящее в том, что вторая топочная установка снабжена, по меньшей мере, одним трубопроводом для подвода воздуха для сгорания, по меньшей мере, одним трубопроводом для подвода высокоактивного горючего газа или, по меньшей мере, одним трубопроводом для подвода рециркулирующего отходящего газа. Эти три мероприятия могут быть предусмотрены по выбору по отдельности или вместе в зависимости от типа осуществления способа.

Далее изобретение поясняется более подробно с помощью примера выполнения, показанного на чертеже, на котором дано схематическое изображение топочной установки с примыкающей второй топочной установкой.

Как видно на чертеже устройство для осуществления способа содержит топочную установку, целиком обозначенную позицией 1, которая до сих пор использовалась для сжигания мусора в комбинации со второй топочной установкой 2, служащей в качестве камеры дожигания, которая включена после теплообменника 3. Другие приспособления, необходимые, в частности, для очистки отходящего газа, на чертеже не показаны, так как в случае топочных установок они относятся к уровню техники и являются лишними для пояснения изобретения.

Первая топочная установка 1 имеет загрузочную воронку 4 с примыкающим загрузочным желобом 5, посредством которого подлежащие сжиганию отходы попадают на топочную колосниковую решетку 6, при этом отходы на топочной колосниковой решетке 6 обозначены позицией 7. Под топочной колосниковой решеткой 6 предусмотрены отдельные камеры 8a-8e с нижним дутьем, через которые из подводящей магистрали 9 по трубопроводам 9a-9e подается воздух. Он поступает через колосниковую решетку 6 в топочную камеру 10. Над камерами 8a и 8b с нижним дутьем подводят воздух для сгорания в смеси с кислородом для воспламенения отходов в атмосфере выше стехиометрической. После этой начальной фазы воспламенения через камеры 8c и 8e с нижним дутьем к колосниковой решетке подводят воздух, предпочтительно смешанный с кислородом, в качестве воздуха для газообразования, при этом количество воздуха для газообразования и количество кислорода регулируют таким образом, что газообразование происходит при соотношении воздуха λ = 0,4-0,8 ниже стехиометрического. Подвод кислорода к отдельным камерам с нижним дутьем осуществляют по трубопроводам 11a-11e, питающимся от общего трубопровода 11 и входящих в трубопроводы 9a-9e. Для регулировки соответствующих количеств имеются как трубопроводы 9a-9e, так и трубопроводы 11a-11e с клапанами, не показанными на чертеже. Дополнительный подвод кислорода осуществляют не только для повышения содержания кислорода в подводимом воздухе, а одновременно также для уменьшения содержания азота. При этом газообразование проводят таким образом, что устанавливаются температуры в пределах от 600 до 850^oC. Получаемый при этом горючий газ практически без потери тепла подводят через газоотводящий канала 12, расположенный перед топочной установкой, ко второй топочной установке 2, выполненной в виде камеры дожигания. Шлаки, получающиеся при газообразовании, выходят из топочной установки через вывод 13 шлаков.

Во второй топочной установке 2 с помощью подвода воздуха для сгорания через трубопровод 14 устанавливают соотношение избытка воздуха в пределах от 1,1 до 1,8, предпочтительно, 1,2. Получаемые при этом температуры лежат в пределах 950-1250^oC. Так как подлежащий сгоранию газ из первой топочной установки 1 имеет очень низкую теплотворную способность, предусмотрен дополнительный трубопровод 15 для подвода высокоактивного горючего газа, например природного газа. Как в трубопровод 14 воздуха для сгорания, так и в трубопровод 15 для высокоактивного газа может входить смотря по обстоятельствам трубопровод 16 или 17 для дополнительного кислорода. Другой трубопровод 18 может быть предусмотрен для введения рециркулированного отходящего газа во вторую топочную установку 2, при этом этот рециркулированный отходящий газ после прохождения через теплообменник 3 охлажден до температуры ниже 300^oC. Этот рециркулированный отходящий газ служит для сильного смешивания горючего газа во второй топочной установке 2, благодаря чему предотвращается подвод большого количества воздуха для сгорания, который мог бы потребоваться для турбулизации и мог бы повысить количество отходящего газа, а также температуру, установившуюся во второй топочной установке. При этом могут также сжигаться горючие составляющие, содержащиеся в отходящем газе. Газы, выходящие из теплообменника 3, подводят по трубопроводу 19 к установке для очистки отходящего газа, не показанной на чертеже, так как она не является предметом изобретения и хорошо известна.

Формула изобретения

1. Способ получения газа из отходов, в котором отходы подают вдоль колосниковой решетки в топочную установку и при этом снабжают воздухом для сгорания, отличающийся тем, что, по меньшей мере, камеры с нижним дутьем, расположенные в продольном направлении колосниковой решетки, снабжают воздухом для сгорания таким образом, что отходы воспламеняют в зоне загрузки колосниковой решетки при подаче кислорода при соотношении выше стехиометрического и что в направлении вывода шлаков сгорания ограничивают соотношением ниже стехиометрического, которое необходимо для газообразования горючих составляющих.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после воспламенения отходов к воздуху для сгорания примешивают кислород при соотношении ниже стехиометрического.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что температура газообразования газифицируемых отходов лежит в пределах 600 - 850^oC.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что соотношение воздуха для получения газообразования лежит в пределах 0,4 - 0,8 ниже стехиометрического уровня.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что для использования полученных газов во второй топочной установке, примыкающей к первой топочной установке, непосредственно или через газоотводящий канал, сжигают исключительно горючие составляющие, выходящие из первой топочной установки.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что к газу, отходящему из первой топочной камеры, подводят воздух для сгорания в виде воздуха из окружающей среды.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что во второй топочной установке к летучим составляющим в зависимости от их теплотворной способности подводят наряду с воздухом для сгорания высокоактивный горючий газ.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что к воздуху для сгорания для второй топочной установки и/или высокоактивному горючему газу примешивают кислород.

9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что отходящий газ, рециркулирующий во второй топочной установке, подводят для смешивания и сгорания газов, который отбирают из потока отходящего газа после охлаждения в системе, работающей на отходящем тепле.

10. Способ по любому из пп.5 - 9, отличающийся тем, что во второй топочной установке соотношение воздуха составляет 1,1 - 1,8.

11. Способ по любому из пп.5 - 10, отличающийся тем, что температура сгорания во второй топочной установке лежит в пределах от 950 до 1250^oC.

12. Устройство для получения газа из отходов, отличающееся тем, что топочное устройство (1), имеющее приспособление для загрузки горючего (4, 5), колосниковую решетку (6) с камерами (8а-8е) с нижним дутьем, разделенными как в продольном, так и в поперечном направлении, и приспособление (13) для вывода шлаков, снабжено камерами (8а-8е) с нижним дутьем с трубопроводами (11а-11е) для подвода кислорода.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что второе топочное устройство (2) соединено с первым топочным устройством непосредственно или через газоотводящий канал (12).

14. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что второе топочное устройство (2) снабжено, по меньшей мере, трубопроводом (14) для подвода воздуха для сгорания.

15. Устройство по любому из пп.12 - 14, отличающееся тем, что второе топочное устройство (2) снабжено, по меньшей мере, трубопроводом (15) для подвода высокоактивного горючего газа.

16. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что в трубопровод (14) для подвода воздуха для сгорания входит трубопровод (16) для подвода кислорода.

17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что в трубопровод (15) высокоактивного горючего газа входит трубопровод (17) для подвода кислорода.

18. Устройство по любому из пп.12 - 17, отличающееся тем, что второе топочное устройство (2) снабжено, по меньшей мере, одним трубопроводом (18) для подвода рециркулированного отходящего газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1