申请日2007.09.21
公开(公告)日2009.11.25
IPC分类号A62D3/40; A62D3/38; F23G5/027; F23G7/00
摘要
用于气化颗粒大小小于1cm、具有20%至100%固体含量的生物质污泥的装置，包括主室、烟雾移出口、接受来自主室的烟雾的混合室以及与混合室流体连通的补燃器室。辅助燃烧器在补燃器室的垂直部分中产生初始加热火焰。热传递室与补燃器室流体连通。来自补燃器室的加热气体引起热传递室的加热。主室具有叠加在热传递室之上的热传导底部，使得发生主室的传导和对流加热。至少一个主螺旋钻交叉设置在污泥进料斗与灰斗之间的主室中。热传递室位于主螺旋钻之下靠近灰斗的一端。
权利要求书
1.一种用于气化生物质废料的气化器和焚化炉，所述生物质肥 料以颗粒大小不大于1cm并且具有20%至100%固体含量、其余为液 体的污泥形式，所述气化器和焚化炉包括：
主室，适用于在其中接收生物质污泥以对其气化和焚化;
烟雾移出口，设置在所述主室的顶部附近，所述烟雾移出口与所 述主室流体连通，以准许烟雾从所述主室逸出;
混合室，与所述烟雾移出口流体连通，以接受来自所述主室的所 述烟雾;
补燃器室，与所述混合室流体连通;
辅助燃烧器构件，位于所述气化器中，以便在所述补燃器室的第 一垂直设置部分内产生初始加热火焰，所述燃烧器构件具有准许分别 向所述燃烧器构件供应燃料和氧气的燃料入口和空气入口以及控制 向所述燃烧器构件供应燃料和氧的控制部件;
隔墙，设置在所述混合室与所述主室之间，其中所述隔墙限定所 述移出口的底部界限;
与所述补燃器室流体连通的热传递室，其中从所述补燃器室流动 的加热气体引起所述热传递室的加热;
其中，所述主室具有热传导底部，并且叠加在所述热传递室上， 其中所述热传导底部以分隔关系设置在它们之间，以便准许所述主室 的传导和对流加热;
排气口，与所述热传递室流体连通，以将所述烟雾排放到所述周 围环境;
至少一个主螺旋钻，横跨设置在所述主室中，并且在第一端与污 泥进料斗相连，以及在第二端与灰斗相连;
驱动部件，用于旋转所述至少一个主螺旋钻，以便驱动生物质污 泥通过所述主室经过所述热传导底部从所述污泥进料斗到所述灰斗; 以及
其中，所述热传递室位于所述至少一个主螺旋钻之下靠近其第二 端。
2.如权利要求1所述的气化器和焚化炉，其中，所述生物质污 泥在经过所述主室从所述污泥进料斗流通到所述灰斗时的停留时间 在范围20分钟至3小时之内。
3.如权利要求1或2所述的气化器和焚化炉，其中，在位于所 述热传递室上方的所述主室侧边上向所述主室提供空气或氧的附加 供应。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的气化器和焚化炉，还包 括：位于所述主室上方并且与其具有热传递关系的第一液体提取室;
辅助螺旋钻，横跨设置在所述第一液体提取室中，并且具有用于 在污泥进料斗与中间污泥进料斗之间驱动生物质污泥的驱动部件，其 与所述至少一个主螺旋钻的所述第一端相连;
由此，当待气化和焚化的所述生物质污泥具有高液体含量时，所 述液体的至少一部分在所述第一液体提取室中通过从所述主室传递 到其中的热量被分离。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的气化器和焚化炉，还包 括：分隔墙，纵向设置在所述主室中，并且具有小于所述主室的高度， 以及其中具有开口，所述螺旋钻穿过所述开口，以便将生物质污泥从 所述污泥进料斗驱动到所述灰斗。
6.如权利要求1所述的气化器和焚化炉，其中，所述混合室大 致垂直设置。
7.如权利要求1所述的气化器和焚化炉，其中，所述燃烧器构 件设置在所述混合室的顶部。
8.如权利要求1所述的气化器和焚化炉，其中，所述隔墙的高 度是可变的。
9.如权利要求1所述的气化器和焚化炉，其中，所述补燃器室 具有垂直设置的第一部分和水平设置的第二部分。
10.如权利要求9所述的气化器和焚化炉，其中，所述补燃器室 的所述垂直设置的第一部分以流体连通方式通过90°拐角连接到所述 补燃器室的所述水平设置的第二部分。
11.如权利要求10所述的气化器和焚化炉，其中，所述90°拐角 具有大于所述补燃器室的宽度的“角对角”距离，由此有效地增加该点 处的所述补燃器室的横截面面积。
12.一种连续气化和焚化生物质废料的方法，所述生物质废料以 颗粒大小不大于1cm并且具有20%至100%固体含量、其余为液体的 污泥形式，所述方法包括以下步骤：
将一定量的生物质污泥放入污泥进料斗，并且通过采用螺旋钻驱 动所述生物质污泥经过所述主室，将一部分生物质污泥引入气化器和 焚化炉的主室;
启动设置在所述气化器内的燃烧器构件，以便产生初始加热火 焰，所述初始加热火焰被引导通过混合室并且仅垂直设置于补燃器室 内;
最初通过所述初始加热火焰对热传递室加热，由此阻止来自所述 火焰的辐射直接进入所述主室;
在所述主室中通过仅来自所述热传递室的传导和对流加热来加 热所述生物质污泥，以便阻止所述生物质污泥除了由所述螺旋钻引起 的之外的物理扰动;
将烟雾从所述生物质污泥导入所述混合室;
使用来自所述烟雾的氧化的热量进一步对所述热传递室加热;
从所述热传递室取出所述烟雾;以及
将更多生物质污泥连续进给到所述螺旋钻的第一端，以及从位于 所述螺旋钻的第二端的灰斗移走粉灰。
13.如权利要求12所述的用于气化和焚化生物质污泥的方法， 其中，所述初始加热火焰通过大致垂直设置的混合室来引导。
14.如权利要求12或13所述的用于气化和焚化生物质污泥的方 法，其中，所述燃烧器构件设置在所述气化器内，以便设置在所述混 合室的顶部。
15.如权利要求12至14中的任一项所述的用于气化和焚化生物 质污泥的方法，其中，将所述初始加热火焰引导到具有垂直设置的第 一部分和水平设置的第二部分的补燃器室。
说明书
用于生物质污泥销毁的气化器和焚化炉
技术领域
本发明涉及用于处理生物质废料、具体来说是生物质污泥和例如 动物粪便或其它污水软泥等的泥状物质的焚化炉等。
背景技术
必要的是，各种生物质污泥、具体是例如来自其中也许饲养了成 千上万头动物供屠宰的工厂化农场的动物粪便应当经过适当处理，使 得它们变成惰性无菌材料。可能发生这些形式的生物质及其它相关挥 发性固体中可具有必须销毁的传染性或者甚至致命细菌或病毒的情 况。动物粪便可具有相当多的水，但还可包含大百分比的氢、碳以及 例如氮、硫磺、铁、氯、镁、锰、钠和钾等大量微量元素。希望加热 所有这些材料，使得有机物质转换为气体和残余二氧化碳以及残余化 合物和元素，其中气体优选地为无害气体，例如氧化成水蒸汽的元素 氢和氧等。在周围室温或环境温度通常为固体的残余物应当作为惰性 矿物材料结束。
为了实现将这类生物质废料及相关挥发性固体变成相对惰性气 体和矿物盐、合金或其它化合物，需要充分加热这些材料，以便中断 分子结构之间的化学键。需要强加热来中断各种化学键，例如氢-碳 键。必要的是，基本上中断所有氢-碳键，因为键通常存在于有机材 料，这些有机材料必须被销毁。以这种方式对这类材料的这种极端加 热称作热解，它被定义为通过热作用的化学分解。这种热解通常在大 约850℃至1000℃的温度执行。理想地产生的粉灰(ash)材料在 1000℃时将发橙红色，而在冷却时最终将为白灰，其中粉灰材料主 要由矿物盐组成。有机材料的主要成分、即氢和碳经过气化以便主要 形成二氧化碳和水。
作为最终产物不希望的并且甚至是不可接受的是黑色粉灰。这种 黑色粉灰指明粉灰没有完全化掉(reduce)，以及在粉灰中仍然存在 碳和烃材料等等。因此，粉灰中可能包含有机材料，其中有机材料甚 至可能采取细菌或病毒的形式，或者可能是化合物，包括毒性材料， 例如二恶英(dioxin)、呋喃和其它有机氯化物。
基本上，热使废料自行处理，其中处理主要包括例如氢-碳键等 各种化学键的热解中断，以便准许所有可能的材料的气化。
简言之，生物质的焚化包括两个阶段，即气化阶段和碳处理阶段。 在第一气化阶段中，当生物质被加热时-也就是说当它吸收热量时 -从其中驱散气体，以及这类气体包括水、例如甲烷等烃类气体和其 它挥发性有机化合物(VOC)。当气化阶段结束时，剩余污泥通常将变 成具体包含碳和其它矿物的干粉状物质。在焚化的碳处理阶段中，通 常通过提供附加气流来使碳氧化，并且从剩余粉灰中驱散二氧化碳。
此外，应当注意，根据本发明的生物质污泥的二阶段焚化仅在热 炉膛系统中进行，正面进行论述;以及第一气化阶段通常在无需附加 氧的情况下以略低于第二碳处理阶段的温度进行。通常还将通常为空 气的附加氧提供到其中发生碳处理阶段焚化的焚化炉的侧面。
其中使数千头牛相互保持在近距离而不允许在草地上放牧以及 从饲料槽喂养牛的德克萨斯州的大规模育肥场牛运营研究表明，可每 天例如以200吨的数量产生牛粪。显然，掩埋或筑池存放那种数量的 生物泥状物质只能是短期解决方案。即使这样做，也可能对周围区域 以及对当地环境形成废物或其它污染。
然而，来自所谓的在那里废物进入市政给水的“工厂化农场”的废 物的众所周知的示例于2000年5月在加拿大的安大略的沃克顿镇发 生。七人死亡，主要是由于存在大肠杆菌(e-Coli);以及超过2300 人染病。发生所有这一切都是因为来自其中饲养肉牛供屠宰一个或多 个工厂化农场的废物，以及在那里污染雨水进入市政给水或者市政水 供应从其中抽取的其它地下水源。市政供水系统得到不适当监测和监 管;但值得怀疑的是，如果没有适当控制以防止这种废物，则会发生 悲剧。
本发明人出乎意料地发现，如上所述，例如牛粪或其它动物粪便 等生物质污泥或者甚至人类排泄物能够在下面所述的连续过程中并 且通过下列方式有效地燃烧或者通过热解(如上所述的)来焚化：一 旦已经建立热解过程，则需要极少附加能量输入。生物质污泥是有效 的单一燃料，它起作用以便确保它自己的通过热解或气化的销毁。
根据本发明可焚化的生物质污泥的性质必须使得具有较细稠度; 优选地具有小于1cm的颗粒大小，并且更通常在1至5mm范围内。 此外，污泥可包含高达100%的细分度的固体含量，但是，生物质污 泥、如动物粪便通常具有从20%直到大约80%的固体范围，其余为 液体。下面将会论述，生物质污泥必须使得它能由螺旋钻来移动。
下面还会强调，本发明包括所谓的“热炉膛系统”，表示待焚化的 生物质污泥的装入料将驻留在按照以下所述方式从下面加热的极热 炉膛上。
此外，下面进行论述，本发明提供一种用于生物质污泥的焚化的 连续操作，而不是通过需要焚化炉的冷却和加热循环的分批过程。显 然，如果生物质污泥的焚化可使用连续过程来实现，由此避免焚化炉 的冷却和加热，则可实现所引起的能量节省。