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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren, bei dem brennbare Stoffe in einem Ofen mit fluidisiertem
Bett bzw. Wirbelbett vergast werden, und wobei das daraus resultierende
brennbare Gas und feine Partikel bei hohen Temperaturen in einem
Schmelzverbrennungsofen verbrannt werden, und wobei die daraus resultierende
Asche darin geschmolzen wird.
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In den vergangenen Jahren ist verlangt
worden, das Volumen von Abfällen,
beispielsweise von Hausabfällen,
Plastikabfällen
usw. zu verringern, die in großen
Mengen erzeugt werden, und zwar durch Verbrennung, und wirkungsvoll
die Wärme
zu verwenden, die aus der Verbrennung gewonnen wird. Da Asche, die
aus der Verbrennung von Abfallstoffen resultiert, im allgemeinen
schädliche
Schwermetalle enthält,
ist es nötig,
gewisse Maßnahmen
zu ergreifen, beispielsweise die Verfestigung der Schwermetallkomponente,
die verbrannte Asche durch Wiedergewinnung (Reclaiming) abzulagern
bzw. zu entsorgen. Um mit diesen Problemen fertig zu werden, schlägt JP-B2-62-35004
(japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
nach der Prüfung,
KOKOKU, entsprechend
JP
56 003810A ) ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung
von Feststoffen vor. Bei dem vorgeschlagenen Verbrennungsverfahren
wird ein festes Material thermisch in einen Pyrolyseofen mit fluidisiertem
Bett bzw. Wirbelbett zersetzt, und Pyrolyseprodukte, d. h. brennbares
Gas und Partikel werden in einen Zyklon- bzw. Wirbelbrennofen eingeleitet,
in dem die brennbare Komponente bei hoher Intensität durch Druckluft
verbrannt wird, und wobei verursacht wird, daß die Asche mit der Wandoberfläche durch
eine Verwirbelung zusammenstößt und somit
geschmolzen wird. Die geschmolzene Asche fließt an der Wandoberfläche herab,
und die daraus resultierende geschmolzene Schlacke fällt aus
einer Auslaßöffnung in
eine Wasserkammer, wo sie verfestigt wird.
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Das in JP-B2-62-35004 offenbarte
Verfahren leidet jedoch unter dem Nachteil, daß da das gesamte fluidisierte
Bett in einem aktiv fluidisierten Zustand ist, eine große Menge
der nicht reagierten brennbaren Komponente aus dem Ofen mit dem
brennbaren Gas herausgetragen wird, das in dem Ofen erzeugt wird.
Daher kann kein hoher Vergasungswirkungsgrad erhalten werden. Weiterhin
sind Vergasungsmaterialien, die in Öfen mit fluidisiertem Bett
zu verwenden sind, bis jetzt kleine Kohle(-parikel) mit einem Partikeldurchmesser
im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm gewesen, und fein zermahlene Abfallstoffe
von mehreren Millimetern Größe. Vergasungsmaterial,
das bezüglich
der Größe größer ist
als oben erwähnt,
wird die Fluidisierung behindern; Vergasungsmaterial, das bezüglich der
Größe ähnlich ist
wie oben erwähnt
wird aus dem Ofen mit dem brennbaren Gas herausgetragen werden,
und zwar als nicht reagierte brennbare Komponenten, und zwar ohne
vollständig
vergast zu werden. Entsprechend machen die herkömmlichen Öfen mit fluidisiertem Bett
nötig,
daß ein Vergasungsmaterial
zermahlen wird und die daraus resultierenden Partikel bezüglich der
Größe gleichförmig gemacht
werden, und zwar durch Verwendung einer Mühle oder ähnlichem als Vorbehandlung,
die ausgeführt wird,
bevor das Vergasungsmaterial in den Ofen geschüttet wird. Somit kann kein
Vergasungsmaterial verwendet werden, das nicht in einen vorbestimmten
Partikeldurchmesserbereich fällt,
und die Ausbeute muß in
gewissem Ausmaß geopfert
werden.
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Um das oben beschriebene Problem
zu lösen
schlägt
JP-A-2-147692 (japanische Patentanmeldungsveröffentlichung, KOKAI) ein Verfahren
mit der Vergasung in fluidisiertem Bett bzw. Wirbelbett und einen
Vergasungsofen mit fluidisiertem Bett oder Wirbelbett vor. Bei dem
in dieser Schrift veröffentlichten
Vergasungsverfahren mit fluidisiertem Bett hat der Ofen eine rechteckige
horizontale Querschnittskonfiguration, und die Massengeschwindigkeit
eines Fluidisierungsgases, das nach oben in den Ofen aus dem mittleren
Teil des Ofenbodens herausgetrieben wird, wird geringer eingestellt
als die Massengeschwindigkeit eines Fluidisierungsgases, das von
zwei Kantenteilen des Ofenbodens geliefert wird. Der aufwärts gerichtete
Strom des Fluidisierungsgases wird zum Mittelteil des Ofens an einer
Position über
jedem Seitenkantenteil des Ofenbodens abgelenkt. Somit wird ein
sich bewegendes Bett, in dem sich ein fluidisiertes Medium absetzt,
in dem mittleren Teil des Ofens geformt, und ein fluidisiertes Bett,
bei dem das fluidisierte Medium aktiv fluidisiert wird, wird in jedem
Seitenkantenteil des Ofens gebildet. Brennbare Stoffe werden in
das sich bewegende Bett geliefert. Das Fluidisierungsgas ist entweder
eine Mischung aus Luft und Dampf oder eine Mischung aus Sauerstoff
und Dampf, und das fluidisierte Medium bzw. Fluidisierungsmedium
ist Siliziumsand.
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Jedoch hat das Verfahren gemäß JP-A-2-147692
die folgenden Nachteile:
- (1) eine endotherme
Vergasungsreaktion und eine Verbrennungsreaktion finden gleichzeitig
in sowohl dem sich bewegenden als auch dem fluidisierten Bett statt.
Entsprechend wird eine flüchtige
Komponente, die leicht vergast wird, gleichzeitig verbrannt, wenn
sie vergast wird, während
fester Kohlenstoff (Kohle) und Teer, die schwierig zu vergasen sind,
als nicht reagierte Stoffe aus dem Ofen herausgetragen werden, und zwar
mit dem brennbaren Gas, das in dem Ofen erzeugt wird. Somit kann
kein hoher Vergasungswirkungsgrad erreicht werden.
- (2) In einem Fall, wo das brennbare Gas, das in dem Ofen erzeugt
wird, zur Anwendung in einer Leistungserzeugungseinrichtung mit
kombiniertem Dampf- und
Gasturbinenzyklus verbrannt wird, muß der Ofen mit fluidisiertem
Bett von der Druckbauart sein. In diesem Fall ist es schwierig,
den Ofen in Form eines Druckofens aufzubauen, da der Ofen eine rechteckige
horizontale Querschnittskonfiguration hat. Der vorzuziehende Vergasungsofendruck
wird bestimmt durch die Anwendung des erzeugten brennbaren Gases.
In einem Fall, wo das Gas als gewöhnliches Gas zur Verbrennung
verwendet wird, kann der Ofendruck von der Größenordnung von mehreren tausenden
mmAq sein. Jedoch in einem Fall, wo das erzeugte brennbare Gas als
Brennstoff für
eine Gasturbine verwendet wird, muß der Ofendruck bis zu mehreren
kgf/cm2 sein. Wenn das Gas als Brennstoff
für eine
hochwirkungsvolle Vergasungsleistungserzeugung mit kombiniertem Zyklus
verwendet wird, wird ein Ofendruck von mehr als etwas über 10 kgf/cm2 geeigneterweise verwendet.
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Bei der Behandlung von Abfällen, wie
beispielsweise Hausabfällen
spielt die Volumenverringerung durch Verbrennung von brennbarem
Abfall immer noch eine wichtige Rolle. Im Verhältnis zur Verbrennung ist in
letzter Zeit eine steigende Nachfrage nach Müllbehandlungstechniken mit
Umweltschutz auftreten, beispielsweise Maßnahmen zur Steuerung des Dioxins,
Techniken, um Rauchstaub harmlos zu machen, Verbesserungen beim
Energiewiedergewinnungswirkungsgrad usw. Die Verbrennungsrate von
Hausabfällen
in Japan ist ungefähr
100.000 Tonnen pro Tag und die Energie, die aus den gesamten Hausabfällen wiedergewonnen
ist, ist ungefähr
4% der elektrischen Energie, die in Japan verbraucht wird. Gegenwärtig ist
der Energieverwendungsfaktor der Hausabfälle nur ungefähr 10%.
Wenn jedoch der Energieverwendungsfaktor gesteigert werden kann,
sinkt die Verbrauchsrate von fossilen Brennstoffen, so daß es möglich ist,
zur Verhinderung der globalen Erwärmung beizutragen.
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Es kann auch Bezug genommen werden
auf
JP 63 315822 A ,
die eine Vorrichtung offenbart, welche einen Wirbelbettofen zum
Verbrennen vor Verbrennungsmaterial, wie beispielsweise Hausmüll, und
mit einer Öffnung
an einer niedrigeren Stelle als ein oberes Ende eines Wirbelbetts
in dem Ofen, und einen Schmelzofen aufweise, in den verbrannte Asche
aus dem Wirbelbettofen durch die Öffnung zusammen mit Verbrennungsgas
geladen und erhitzt wird und durch Elektroden und einen Brenner
schmilzt. Jedoch ist der Wirbelbettofen dieser Veröffentlichung
kein Vergasungsofen, sondern ein Verbrennungsofen, und er vergast
nicht das Verbrennungsmaterial, um unverbranntes Gas und Schlacke
zu bilden.
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Ferner offenbart
US 5 138 982 A einen Wirbelbettboiler
vom inneren Recycling-Typ,
in dem fester Brennstoff, wie beispielsweise Kohle oder ähnliches,
verbrannt wird und Verbrennungsgas und Asche erzeugt wird.
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Schließlich offenbart
EP 0 347 126A einen Einzelstufen-Zyklonofen
zum Verbrennen und/oder Schmelzen von Pulver, wie beispielsweise
trockenen Aufschlämmungspartikeln,
Kohlepartikeln oder Abgasasche, und zwar derart, dass ein Pulverzuführrohr das
Pulver zuführt
durch einen Wirbel oder Zyklon von brennendem Gas, welcher von Trägergas erzeugt
wird.
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Jedoch haben die bestehenden Verbrennungssysteme
die folgenden Probleme:
- 1. Der Leistungserzeugungswirkungsgrad
kann wegen dem Problem der Korrosion durch HCl nicht gesteigert
werden.
- 2. Ausrüstungsgegenstände zur
Verhinderung von Umweltverschmutzung zur Steuerung von HCl, NOx, SOx, Quecksilber,
Dioxinen usw. sind kompliziert geworden, was eine Steigerung der
Kosten und des Einbauraums zur Folge hat.
- 3. Es gibt eine steigende Tendenz, Einrichtungen für das Schmelzen
von verbrannter Asche zu installieren, und zwar im Hinblick auf
die strengere Handhabung von Regulierungen, Schwierigkeiten, eine
Stelle für
die Endlagerung sicherzustellen, usw. Zu diesem Zwecke jedoch müssen zusätzliche
Einrichtungen gebaut werden, und es wird viel elektrische Leistung
verbraucht.
- 4. Teure Einrichtungen werden benötigt, um Dioxine zu entfernen.
- 5. Es ist schwierig, wertvolle Metalle wiederzugewinnen.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist es, die oben beschriebenen Probleme der verwandten Technik zu
lösen und
ein brennbares Gas mit hohem Wirkungsgrad zu erzeugen, welches eine
große
Menge von brennbaren Komponenten enthält, und zwar aus brennbaren
Stoffen wie beispielsweise Abfällen,
beispielsweise Hausabfällen,
Plastikabfall usw.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vergasung von brennbaren Stoffen
vorzusehen, das zur Wiedergewinnung von Energie geeignet ist, und
das leicht ein brennbares Hochdruckgas erzeugen kann.
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Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, ein Vergasungs- und Schmelzverbrennungsverfahren
vorzusehen, das ein brennbares Gas erzeugen kann, das eine große Menge
von brennbaren Komponenten enthält,
und auch die Asche durch die Wärme
des brennbares Gases schmelzen kann.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, brennbares Gas von einem homogenen Gas zu liefern,
das Kohle und Teer enthält,
und zwar mit einem ausreichend hohen Kalorien- bzw. Brennwert, um
eine hohe Temperatur von 1300°C
oder höher
durch seine eigene Hitze zu erzeugen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, ein Vergasungsverfahren vorzusehen, bei dem brennbare
Stoffe sanft daraus ohne irgendein Problem ausgelassen werden können.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, ein Vergasungsverfahren vorzusehen, das es ermöglicht,
daß wertvolle
Metalle, die in den Abfallstoffen enthalten sind, aus einem Ofen
mit fluidisiertem Bett mit einer Reduzierungsatmosphäre wiedergewonnen
werden, ohne oxidiert zu werden.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein
Verfahren vor gemäß Anspruch
1. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung hat der Ofen mit fluidisiertem Bett eine
ungefähr
kreisförmige
Konfiguration im horizontalen Querschnitt. Ein Fluidisierungsgas,
das an den Ofen mit fluidisiertem Bett geliefert wird, weist ein
zentrales Fluidisierungsgas auf, das als ein Aufwärtsstrom
vom mittleren Teil des Bodens des Ofens zur Innenseite des Ofens
geliefert wird, und ein Umfangsfluidisierungsgas, das als ein Aufwärtsstrom vom
Umfangsteil des Ofenbodens zur Innenseite des Ofens geliefert wird.
Das mittlere Fluidisierungsgas hat eine geringere Massengeschwindigkeit
als die des Umfangsfluidisierungsgases. Der Aufwärtsstrom des Fluidisierungsgases
und des fluidisierten Mediums im oberen Teil des Umfangsteils im
Ofen wird zum mittleren Teil des Ofens durch eine geneigte Wand
umgelenkt oder abgelenkt, wodurch ein sich bewegendes Bett geformt
wird, in dem ein fluidisiertes Medium (im allgemeinen Siliziumsand)
sich absetzt und diffundiert bzw. auseinanderläuft, und zwar im mittleren
Teil des Ofens, und wobei auch ein fluidisiertes Bett gebildet wird,
in dem das fluidisierte Medium aktiv fluidisiert wird, und zwar
im Umfangsteil des Ofens, so daß brennbare
Stoffe, die in den Ofen geliefert werden, vergast werden, um ein
brennbares Gas zu formen, während
diese zusammen mit dem fluidisierten Medium zirkulieren, und zwar
aus dem unteren Teil des sich bewegenden Bettes in das fluidisierte
Bett, und vom Oberteil des fluidisierten Bettes zu dem sich bewegenden
Bett. Der Sauerstoffgehalt des mittleren Fluidisierungsgases wird
auf nicht mehr als den des Umfangsfluidisierungsgases eingestellt,
und die Temperatur des fluidisierten Bettes wird in einem Bereich
von 450°C
bis 650°C
gehalten.
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Das mittlere Fluidisierungsgas kann
aus drei Gasen ausgewählt
werden, d. h. Dampf, eine gasförmige Mischung
aus Dampf und Luft und Luft. Das Umfangsfluidisierungsgas ist eines,
das aus drei Gasen ausgewählt
wird, d. h. Sauerstoff, eine gasförmige Mischung aus Sauerstoff
und Luft und Luft. Es gibt entsprechend neun Wege zur Kombination
der mittleren Fluidisierungsgase und Umfangsfluidisierungsgase,
wie in Tabelle 1 gezeigt. Eine entsprechende Kombination kann entsprechend
dem ausgewählt
werden, wie wichtig der Vergasungswirkungsgrad oder die Wirtschaftlichkeit
ist.
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In Tabelle 1 bietet die Kombination
Nr. 1 den höchsten
Vergasungswirkungsgrad. Da jedoch die Sauerstoffverbrauchsmenge
groß ist,
sind die Kosten hoch. Der Vergasungswirkungsgrad verringert sich
erstens, wenn die Sauerstoffverbrauchsmenge sinkt, und zweitens
wenn die Dampfverbrauchsmenge sinkt. In diesem Fall sinken auch
die Kosten. Sauerstoff, der bei der vorliegenden Erfindung zu verwenden
ist, kann hochreiner Sauerstoff sein. Es ist auch möglich, wenig
reinen Sauerstoff zu verwenden, der unter Verwendung einer Sauerstoffanreicherungsmembran
erhalten wird. Kombination 9, die eine Kombination aus Luft und
Luft ist, ist als Verbrennungsluft für herkömmliche Verbrennungsvorrichtungen
bekannt. Der Ofen mit fluidisiertem Bett hat eine kreisförmige Konfiguration
im horizontalen Querschnitt, und daher ist das untere Vorsprungsgebiet
einer geneigten Wand, die an der Oberseite des Umfangsteils im Ofen
vorgesehen ist, größer als
das untere Vorsprungsgebiet einer geneigten Wand, die in einem Fall
verwendet wird, wo der Ofen mit fluidisiertem Bett eine rechteckige
horizontale Querschnittsfläche
hat. Daher kann die Flußrate
des Umfangsfluidisierungsgases vergrößert werden, und daher kann
die Sauerstoffversorgung vergrößert werden,
entsprechend kann der Vergasungswirkungsgrad vergrößert werden.
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Vorzugsweise weist das Fluidisierungsgas
weiter ein Zwischenfluidisierungsgas auf, das zum inneren des Ofens
von einem Zwischenteil des Ofenbodens zwischen den Mittel- und Umfangsteilen
des Ofenbodens geliefert wird. Das Zwischenfluidisierungsgas hat
eine Massengeschwindigkeit, die zwischen der Massengeschwindigkeit
des mittleren Fluidisierungsgases und der Massengeschwindigkeit
des Umfangsfluidisierungsgases liegt. Das Zwischenfluidisierungsgas
ist eines von zwei Gasen, d. h. eine gasförmige Mischung aus Dampf und
Luft und Luft. Entsprechend gibt es 18 Wege zur Kombination des
mittleren Fluidisierungsgases, des Zwischenfluidisierungsgases und
des Umfangsfluidisierungsgases. Der Sauerstoffgehalt wird vorzugsweise
eingestellt, so daß er
allmählich
vom mittleren Teil zum Umfangsteil des Ofens ansteigt. Es gibt 15
bevorzugte Kombinationen der Gase, wie in Tabelle 2 gezeigt.
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Eine entsprechende Kombination kann
aus jenen ausgewählt
werden, die in Tabelle 2 gezeigt sind, und zwar entsprechend dessen,
wie wichtig der Vergasungswirkungsgrad oder die Wirtschaftlichkeit
ist. In Tabelle 2 bietet die Kombination Nr. 1 den höchsten Vergasungswirkungsgrad.
Da jedoch die Sauerstoffverbrauchsmenge groß ist, sind die Kosten hoch.
Der Vergasungswirkungsgrad nimmt erstens ab, wenn die Sauerstoffverbrauchsmenge
sinkt und zweitens wenn die Dampfverbrauchsmenge sinkt. In diesem
Fall verringern sich auch die Kosten. Der Sauerstoff, der in den
Tabellen 1 und 2 zu verwenden ist, kann hochreiner Sauerstoff sein.
Es ist auch möglich,
weniger reinen Sauerstoff zu verwenden, der durch die Verwendung
einer Sauerstoffanreicherungsmembran erhalten wird.
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Wenn der Ofen mit fluidisiertem Bett
bezüglich
der Größe groß ist, weist
das Zwischenfluidisierungsgas vorzugsweise eine Vielzahl von Fluidisierungsgasen
auf, die von einer Vielzahl von konzentrischen Zwischenteilen geliefert
werden, die zwischen den Mittel- und Umfangsteilen des Ofenbodens
vorgesehen sind. In diesem Fall wird die Sauerstoffdichte des Fluidisierungsgases
vorzugsweise so eingestellt, daß die
Sauerstoffdichte am Mittelteil des Ofens am geringsten ist und allmählich zum
Umfangsteil des Ofens hin ansteigt.
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Bei dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung enthält
das Fluidisierungsgas, das zu dem Ofen mit fluidisiertem Bett geliefert
wird, eine Sauerstoffmenge, die in einer Luftmenge enthalten ist,
die nicht mehr als 30 Prozent der theoretischen Menge der Verbrennungsluft
ist, die zur Verbrennung der brennbaren Stoffe benötigt wird.
Nicht brennbare Stoffe werden aus dem Ofen mit fluidisiertem Bett
aus einem Umgangsteil des Ofenbodens herausgenommen und klassifiziert,
und Sand, der durch die Klassifizierung bzw. Abscheidung erhalten wird,
wird zur Innenseite des Ofens mit fluidisiertem Bett zurückgeleitet.
Das brennbare Gas und die feinen Partikel, die in dem Ofen mit fluidisiertem
Bett erzeugt werden, werden auf einer hohen Temperatur von 1300°C oder höher in einem
Schmelzverbrennungsofen verbrannt, d. h. in einem Schmelzofen, und
die Asche wird darin geschmolzen. Abgas aus dem Schmelzverbrennungsofen
wird verwendet, um eine Gasturbine anzutreiben. Der Druck in dem
Ofen mit fluidisiertem Bett wird auf einem Pegel gehalten, der nicht
geringer als der Atmosphärendruck
ist oder darüber
liegt, und zwar entsprechend seiner Verwendung. Die brennbaren Stoffe können Abfallstoffe,
Kohle usw. sein.
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Eine Vorrichtung zum Vergasen von
brennbaren Stoffen in einem Ofen mit fluidisiertem Bett, um ein brennbares
Gas zu erzeugen, weist die folgenden Aufbauelemente auf: eine Seitenwand
mit einer annähernd kreisförmigen horizontalen
Querschnittskonfiguration; einen Abgabemechanismus für Fluidisierungsgas,
der im Bodenteil des Ofens angeordnet ist; einen Auslaß für nicht
brennbare Stoffe, der am Außenumfang
des Abgabemechanismuses für Fluidisierungsgas
angeordnet ist, eine mittlere Versorgungsvorrichtung zum Liefern eines
Fluidisierungsgases zum Inneren des Ofens von einem Mittelteil des
Abgabemechanismusses für
Fluidisierungsgas, so daß das
Fluidisierungsgas vertikal nach oben fließt; eine Umfangsversorgungsvorrichtung zum
Liefern eines Fluidisierungsgases zum Inneren des Ofens von einem
Umfangsteil des Abgabemechanismusses für Fluidisierungsgas, so daß das Fluidisierungsgas
vertikal nach oben fließt;
eine geneigte Wand zum Umwenden des Fluidisierungsgases und des
Fluidisierungsmediums, das vertikal nach oben zum Mittelteil des Ofens
fließt,
und zwar an einer Position über
der Umfangsversorgungsvorrichtung; und ein freies Board bzw. eine
freie Platte, die über
der geneigten Wand angeordnet ist. Die mittlere Versorgungsvorrichtung
liefert ein Fluidisierungsgas mit einer relativ geringen Massengeschwindigkeit
und einer relativ niedrigen Sauerstoffdichte. Die Umfangsversorgungsvorrichtung
liefert ein Fluidisierungsgas mit einer relativ hohen Massengeschwindigkeit
und einer relativ hohen Sauerstoffdichte.
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Der Ofen mit fluidisiertem Bett kann
weiter eine Zwischenversorgungsvorrichtung aufweisen, um ein Fluidisierungsgas
zum Inneren des Ofens von einem ringförmigen Zwischenteil zwischen
den Mittel- und Umfangsteilen des Abgabemechanismusses für Fluidisierungsgas
zu tiefem, so daß das
Fluidisierungsgas vertikal nach oben fließt. Die Zwischenversorgungsvorrichtung
liefert ein Fluidisierungsgas mit einer Massengeschwindigkeit, die
zwischen den Massengeschwindigkeiten der Fluidisierungsgase liegt,
die von der mittleren Versorgungsvorrichtung und der Umfangsversorgungsvorrichtung
geliefert werden, und mit einer Sauerstoffdichte, die zwischen den
Sauerstoffdichten der Fluidisierungsgase liegt, die von der mittleren
Versorgungsvorrichtung und der Umfangsversorgungsvorrichtung geliefert
werden. Die Umfangsversorgungsvorrichtung kann ein ringförmiger Versorgungskasten
sein. Der Ofen mit fluidisiertem Bett kann weiter einen Einlaß für brennbare
Stoffe aufweisen, der im oberen Teil des Ofens mit fluidisiertem
Bett angeordnet ist. Der Einlaß für brennbare Stoffe
kann angeordnet sein, um brennbare Stoffe in einen Raum über der
mittleren Versorgungsvorrichtung fallen zu lassen. Der Abgabe mechanismus
für Fluidisierungsgas
kann so geformt werden, daß sein
Umfangsteil niedriger ist als sein Mittelteil.
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Der Auslaß für brennbare Stoffe kann einen
ringförmigen
Teil haben, der am Außenumfang
des Abgabemechanismusses für
Fluidisierungsgas angeordnet ist, und einen konischen Teil, der
sich von dem ringförmigen
Teil nach unten erstreckt, um sich zusammen zu ziehen, wenn die
Distanz von dem ringförmigen
Teil in Abwärtsrichtung
ansteigt. Der Auslaß für nicht
brennbare Stoffe kann eine bezüglich
des Volumens regelbare Auslaßvorrichtung
haben, ein erstes Schwenkventil zur Abdichtung, ein Schwenkabschlußventil,
ein zweites Schwenkventil zur Abdichtung, die in Serie angeordnet
sind.
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Die Vorrichtung umfasst einen Schmelzverbrennungsofen,
d. h. einen Schmelzofen, in dem das brennbare Gas und feine Partikel,
die in dem Ofen mit fluidisiertem Bett erzeugt werden, bei hoher
Temperatur verbrannt werden, und worin die daraus resultierende
Asche geschmolzen wird. Vorzugsweise hat der Schmelzverbrennungsofen
eine zylindrische Primärbrennkammer
mit einer ungefähr
vertikal angeordneten Achse, und einen Verbrennungsgaseinlaß zur Lieferung
des brennbaren Gases und der feinen Partikel, die in dem Ofen mit
fluidisiertem Bett erzeugt wurden, in die zylindrische Primärbrennkammer,
so daß das
brennbare Gas und die feinen Partikel um die Achse der Primärbrennkammer
kreisen. Der Schmelzverbrennungsofen hat weiter eine Sekundärbrennkammer,
die mit der zylindrischen Primärbrennkammer
in Verbindung steht, und eine Auslaßöffnung, die im unteren Teil
der Sekundärbrennkammer
vorgesehen ist, so daß geschmolzene
Asche aus der Auslaßöffnung ausgelassen
werden kann. Abgas aus der Sekundärbrennkammer des Schmelzverbrennungsofens
wird in einen Abwärmeboiler
und in eine Luftvorheizvorrichtung eingeleitet, wodurch die Abwärme wiedergewonnen
wird. Das Abgas aus der Sekundärbrennkammer
des Schmelzverbrennungsofens kann verwendet werden, um eine Gasturbine
anzutreiben. Abgas kann in eine Staubsammelvorrichtung (Staubfalle) eingeleitet
werden, wo Staub entfernt wird, bevor es in die Atmosphäre ausgelassen
wird.
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(Funktion)
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Der Ofen mit fluidisiertem Bett kann
eine ungefähr
kreisförmige
horizontale Querschnittskonfiguration haben, und daher kann eine
druckbeständige
Ofenstruktur geformt werden. Somit kann der Druck in dem Ofen mit
fluidisiertem Bett auf einem Niveau gehalten werden, das nicht geringer
ist, als der Atmosphärendruck,
und es ist leicht, den Druck eines brennbaren Gases anzuheben, das
aus brennbaren Stoffen erzeugt wird, die in den Ofen geliefert werden.
Das unter hohem Druck stehende brennbare Gas kann als Brennstoff
für eine
Gasturbine oder für
eine Leistungserzeugungseinrichtung mit einem kombinierten Zyklus
aus Boiler und Gasturbine verwendet werden, die mit hohem Wirkungsgrad
betrieben werden können.
Daher macht es die Anwendung des brennbaren Gases in einer solchen
Einrichtung möglich,
den Wirkungsgrad der Energiewiedergewinnung aus den brennbaren Stoffen
zu steigern.
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In dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung wird der Druck in den Ofen mit fluidisiertem Bett vorzugsweise
auf einem Niveau gehalten, das nicht höher ist, als der Atmosphärendruck,
wenn ihr Einsatzzweck die Verarbeitung von Abfällen ist, um die Leckage von
stinkenden Gerüchen
oder schädlichen
Verbrennungsgasen aus dem Ofen zu verhindern. In einem solchen Fall
kann die Ofenwand auch gut der Druckdifferenz zwischen der Innenseite
und der Außenseite
der Ofenwand widerstehen, da der Ofen eine ungefähr kreisförmige horizontale Querschnittskonfiguration
hat.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird
die Massengeschwindigkeit des mittleren Fluidisierungsgases, das
in den Ofen mit fluidisiertem Bett geliefert wird, geringer eingestellt,
als die Massengeschwindigkeit des Umfangsfluidisienangsgases, und
der Aufwärtsstrom
des Fluidisierungsgases im oberen Teil des Umfangsteils im Ofen
wird zum Mittelteil des Ofens hinübergelenkt, wodurch ein sich
bewegendes Bett geformt wird, worin ein fluidisiertes Medium sich
absetzt und diffundiert bzw. auseinander läuft, und zwar im mittleren
Teil des Ofens, und wobei auch ein fluidisiertes Bett gebildet wird,
in dem das fluidisierte Medium aktiv fluidisiert wird, und zwar
im Umfangsteil des Ofens. Somit werden die brennbaren Stoffe, die
in den Ofen geliefert werden, vergast, um ein brennbares Gas zu
bilden, während
sie zusammen mit dem fluidisierten Medium vom untere Teil des sich
bewegenden Bettes zu dem fluidisierten Bett zirkulieren, und auch
vom Oberteil des fluidisierten Bettes zu dem sich bewegenden Bett.
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Zuerst wird hauptsächlich eine
flüchtige
Komponente der brennbaren Stoffe durch die Wärme des fluidisierten Mediums
vergast (im allgemeinen Siliziumsand), und zwar in dem sich bewegenden
Bett, das sich im Mittelteil des Ofens nach unten bewegt. Da der
Sauerstoffgehalt des mittleren Fluidisierungsgases, welches das
sich bewegende Bett bildet, relativ gering ist, wird das brennbare
Gas, das in dem sich bewegenden Bett erzeugt wird, praktisch nicht
verbrannt, es wird jedoch nach oben zum freien Board bzw. zur freien
Platte bewegt, und zwar zusammen mit dem mittleren Fluidisierungsgas,
wodurch ein brennbares Gas mit hohem Kalorien- bzw. Brennwert von
guter Qualität
erzeugt wird.
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Die brennbaren Stoffe, d. h. fester
Kohlenstoff (Kohle bzw. Koks) und Teer, die ihre flüchtige Komponente
verloren haben und in dem sich bewegenden Bett aufgeheizt worden
sind, werden dann in das fluidisierte Bett zirkuliert und durch
Kontakt mit dem Umfangsfluidisierungsgas verbrannt, welches einen
relativ hohen Sauerstoffgehalt hat, und zwar in dem fluidisierten
Bett, wodurch sie in ein Verbrennungsgas und Asche umgewandelt werden,
und wobei auch Verbrennungswärme
erzeugt wird, die die Innenseite des Ofens auf einer Temperatur
im Bereich von 450° bis
650°C hält. Das
fluidisierte Medium wird durch die Verbrennungswärme aufgeheizt, und das aufgeheizte
fluidisierte Medium wird zum Mittelteil des Ofens im oberen Teil
des Umfangsteils des Ofens umgewälzt
und bewegt sich dann nach unten in dem sich bewegenden Bett, wodurch
die Temperatur des sich bewegenden Bettes auf einem Niveau gehalten
wird, das zur Vergasung der flüchtigen
Komponenten erforderlich ist. Da der gesamte Ofen, insbesondere
der Mittelteil des Ofens, in einen Zustand mit wenig Sauerstoff
gebracht wird, ist es möglich,
ein brennbares Gas zu erzeugen, das einen hohen Gehalt von brennbaren
Komponenten hat.
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Weiterhin können Metalle, die in den brennbaren
Stoffen enthalten sind, als nichtoxidierte wertvolle Stoffe aus
dem Auslaß für nicht
brennbare Stoffe wiedergewonnen werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann
das brennbare Gas und die Asche zusammen mit anderen feinen Partikeln,
die in dem Ofen mit fluidisiertem Bett erzeugt werden, in dem Schmelzverbrennungsofen
verbrannt werden. In einem solchen Fall kann die Temperatur in dem
Schmelzverbrennungsofen auf ein hohes Niveau angehoben werden, d.
h. auf 1300°C
oder höher,
da das brennbare Gas eine große
Menge von brennbaren Komponenten enthält, und zwar ohne Notwendigkeit
eines Brennstoffes zur Aufheizung. Somit kann die Asche ausreichend
in dem Schmelzverbrennungsofen geschmolzen werden. Die geschmolzene
Asche kann aus dem Schmelzverbrennungsofen herausgenommen werden
und kann leicht durch ein bekanntes Verfahren verfestigt werden,
beispielsweise durch Wasserkühlung.
Entsprechend wird das Volumen der Asche beträchtlich verringert, und schädliche Metalle,
die in der Asche enthalten sind, werden verfestigt. Daher kann die
Asche in eine Form umgewandelt werden, die eine Wiedergewinnungslagerung
ermöglicht.
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Die obigen und andere Ziele, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele davon offensichtlich,
wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird,
in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische vertikale Schnittansicht, die einen wichtigen
Teil einer ersten Vergasungsvorrichtung zeigt.
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2 ist
eine schematische Horizontalschnittansicht eines Ofens mit fluidisiertem
Bett in der in 1 gezeigten
Vergasungsvorrichtung.
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3 ist
eine vertikale schematische Schnittansicht eines wesentlichen Teils
einer zweiten Vergasungsvorrichtung.
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4 ist
eine schematische horizontale Schnittansicht eines Ofens mit fluidisiertem
Bett in der in 3 gezeigten
Vergasungsvorrichtung.
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5 ist
eine schematische vertikale Schnittansicht einer dritten Vergasungsvorrichtung.
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6 ist
eine schematische vertikale Schnittansicht einer vierten Vergasungsvorrichtung.
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7 ist
ein Flußdiagramm,
das ein Beispiel eines Prozesses zum Verbessern des Gases zeigt,
das von der Vergasungsvorrichtung erzeugt wird.
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8 ist
ein Flußdiagramm,
das ein Beispiel eines Prozesses zeigt, in dem Asche geschmolzen
wird.
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9 ist
eine schematische Schnittperspektivansicht einer Vergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung.
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10 zeigt
die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung,
die in Kombination mit einem Abwärmeboiler
und einer Turbine verwendet wird.
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11 zeigt
die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung,
die in Kombination mit einem Gaskühler verwendet wird.
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12 zeigt
die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung,
die in Kombination mit einem Abwärmeboiler
und einem Reaktionsturm verwendet wird.
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13 zeigt
die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung
der gemeinsam arbeitenden bzw. gemeinsam erzeugenden Bauart.
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14 ist
ein Flußdiagramm,
das den Prozeß von
einem Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsverfahren mit
unter Druck stattfindender Vergasung der Bauart mit einer Leistungserzeugung
im kombinierten Zyklus zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden unten im Detail mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß die vorliegende Erfindung
nicht notwendigerweise auf diese Ausführungsbeispiele eingeschränkt ist.
Weiterhin sind in den 1 bis 14 die Glieder, die durch
die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, die gleichen oder
entsprechende Glieder, und eine erneute Beschreibung davon wird
weggelassen.
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1 ist
eine schematische vertikale Schnittansicht, die einen wichtigen
Teil einer ersten Vergasungsvorrichtung zeigt, um das Vergasungsverfahren
der vorliegenden Erfindung auszuführen. 2 ist eine schematische horizontale Schnittansicht
eines Ofens mit fluidisiertem Bett in der in 1 gezeigten Vergasungsvorrichtung. Mit
Bezug auf 1 hat die
Vergasungsvorrichtung einen Ofen 2 mit fluidisiertem Bett.
Ein Fluidisierungsgas wird in den Ofen mit fluidisiertem Bett durch
einen Verteilungs- bzw. Abgabemechanismus 106 für fluidisiertes
Gas geliefert, der in dem Boden des Ofens 2 angeordnet
ist. Das Fluidisierungsgas besteht im wesentlichen aus einem mittleren
Fluidisierungsgas 7, welches von einem mittleren Teil 4 des
Ofenbodens zur Innenseite des Ofens 2 als Aufwärtsstrom
geliefert wird, und aus einem Umfangsfluidisierungsgas 8,
das von einem Umfangsteil 3 des Ofenbodens zur Innenseite
des Ofens 2 als Aufwärtsstrom
geliefert wird.
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Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist das
mittlere Fluidisierungsgas 7 eines von drei Gasen, d. h.
Dampf, eine gasförmige
Mischung aus Dampf und Luft und Luft, und das Umfangsfluidisierungsgas 8 ist
eines von drei Gasen, d. h. Sauerstoff, eine gasförmige Mischung
aus Sauerstoff und Luft und Luft. Der Sauerstoffgehalt des mittleren
Fluidisierungsgases 7 wird geringer eingestellt als der
Sauerstoffgehalt des Umfangsfluidisierungsgases 8. Die
Sauerstoffmenge in dem gesamten Fluidisierungsgas wird so eingestellt,
daß sie
die gleiche ist, wie die, die in einer Luftmenge enthalten ist,
die nicht mehr als 30% der theoretischen Menge der Verbrennungsluft
ist, die zur Verbrennung der brennbaren Stoffe 11 erforderlich
ist. Die Innenseite des Ofens 2 wird in einem Zustand mit
reduzierender Atmosphäre
gehalten.
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Die Massengeschwindigkeit des mittleren
Fluidisierungsgases 7 wird geringer eingestellt als jene
des Umfangsfluidisierungsgases 8, und der Aufwärtsstrom
des Fluidisierungsgases im oberen Teil des Umfangsteils im Ofen 2 wird
zum mittleren Teil des Ofens 2 durch die Wirkung einer
Ablenkvorrichtung (Deflektor) 6 umgeleitet. Somit wird
ein sich bewegendes Bett 9, in dem ein fluidisiertes Medium
(im allgemeinen Siliziumsand) sich absetzt und diffundiert, in dem
Mittelteil des Ofens 2 ausgebildet, und ein fluidisiertes
Bett 10, in dem das fluidisierte Medium aktiv fluidisiert
wird, wird im Umfangsteil des Ofens 2 mit fluidisiertem
Bett geformt. Das fluidisierte Medium bewegt sich nach oben in dem
fluidisierten Bett 10 im Ofenumfangsteil, wie von den Pfeilen 118 gezeigt.
Dann wird das fluidisierte Medium durch den Deflektor 6 umgewälzt, um
in den oberen Teil des sich bewegenden Bettes 9 zu fließen, und
bewegt sich in dem sich bewegenden Bett 9 nach unten. Dann bewegt
sich das fluidisierte Medium entlang dem Gasabgabemechanismus bzw.
Gasverteilungsmechanismus 106, um in den unteren Teil des
fluidisierten Bettes 10 zu fließen, wie von den Pfeilen 112 gezeigt.
Auf diese Weise zirkuliert das fluidisierte Medium durch die fluidisierten
und sich bewegenden Betten 10 und 9, wie von den
Pfeilen 118 und 112 gezeigt.
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Brennbare Stoffe 11 werden
in dem oberen Teil des sich bewegenden Bettes 9 aus einer
Einspeisungsöffnung 104 für brennbare
Stoffe eingespeist. Die brennbaren Stoffe 11 bewegen sich
in dem sich bewegenden Bett 9 nach unten zusammen mit dem
fluidisierten Medium, und während
sie dies tun, werden die brennbaren Stoffe 11 durch das
aufgeheizte fluidisierte Medium aufgeheizt, wodurch gestattet wird,
daß hauptsächlich die
flüchtige
Komponente in den brennbaren Stoffen 11 vergast wird. Da
es keine oder nur eine geringe Sauerstoffmenge in dem sich bewegenden
Bett 9 gibt, wird das erzeugte Gas, das hauptsächlich aus
der vergasten flüchtigen
Komponente besteht, nicht verbrannt, sondern läuft durch das sich bewegende
Bett 9, wie von den Pfeilen 116 gezeigt. Daher
formt das sich bewegende Bett 9 eine Vergasungszone G.
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Das erzeugte Gas bewegt sich dann
zu einer freien Platte bzw. einem freien Board 102, wo
es sich nach oben bewegt, wie vom Pfeil 120 gezeigt, und
wird dann aus einem Gasauslaß 108 als
brennbares Gas 29 ausgelassen.
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Stoffe, die nicht in dem sich bewegenden
Bett 9 vergast werden, hauptsächlich Kohle bzw. Koks (fixierte
Kohlenstoffkomponente) und Teer 114 bewegen sich vom unteren
Teil des sich bewegenden Bettes 9 zum unteren Teil des
fluidisierten Bettes 10 im Umfangsteil des Ofens 2 zusammen
mit dem fluidisierten Medium, wie von den Pfeilen 112 gezeigt,
und wird durch das Umfangsfluidisierungsgas 8 verbrannt,
das einen relativ hohen Sauerstoffgehalt hat, und wird somit teilweise
oxidiert. Das fluidisierte Bett 10 formt eine Oxidationszone
S für brennbare
Stoffe. In dem fluidisierten Bett 10 wird das fluidisierte
Medium auf eine hohe Temperatur durch die Hitze der Verbrennung
in dem fluidisierten Bett 10 aufgeheizt. Das fluidisierte
Medium, das auf eine hohe Temperatur aufgeheizt ist, wird durch
eine geneigte Wand 6 zur Seite geleitet, um sich zu dem sich
bewegenden Bett 9 zu bewegen, wie von den Pfeilen 118 gezeigt,
und dient dadurch als eine Wärmequelle
zur erneuten Vergasung. Die Temperatur des fluidisierten Bettes 10 wird
in einem Bereich von 450°C
bis 650°C
gehalten, wodurch ermöglicht
wird, daß eine
effektiv gesteuerte Verbrennungsreaktion weiter andauert.
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Gemäß der in den 1 und 2 gezeigten
Vergasungsvorrichtung 1 werden die Vergasungszone G und die
Oxidationszone S in dem Ofen 2 mit fluidisiertem Bett geformt,
und es wird gestattet, daß das
fluidisierte Medium als ein Wärmeübertragungsmedium
in den zwei Zonen G und S dient. Somit wird ein brennbares Gas mit
hohem Brennwert von guter Qualität
in der Vergasungszone G erzeugt, und die Kohle bzw. Koks und der Teer 114,
die schwierig zu vergasen sind, können wirkungsvoll in der Oxidationszone
S verbrannt werden. Daher kann der Wirkungsgrad der Vergasung von
brennbaren Stoffen gesteigert werden, und ein brennbares Gas von
guter Qualität
kann erzeugt werden.
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Wie in 2 gezeigt,
die eine horizontale Schnittansicht des Ofens 2 mit fluidisiertem
Bett ist, wird das sich bewegende Bett 9, das die Vergasungszone
G bildet, kreisförmig
in dem Mittelteil des Ofens geformt, und das fluidisierte Bett 10,
das die Oxidationszone S bildet, wird ringförmig um das sich bewegende
Bett 9 herum geformt. Eine ringförmige
Auslaßöffnung 5 für nicht
brennbare Stoffe ist um den Umfang des fluidisierten Bettes 10 herum
angeordnet. Wenn die Vergasungsvorrichtung 1 in einer zylindrischen
Konfiguration geformt wird, kann ein hoher Ofendruck leicht entstehen.
Es ist auch möglich,
ein (nicht gezeigtes) Druckgefäß getrennt
außerhalb
der Vergasungsvorrichtung 1 vorzusehen, und zwar anstelle
der Struktur, in der der Ofendruck durch den Vergasungsofen selbst
hervorgerufen wird.
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3 ist
eine schematische vertikale Schnittansicht eines wesentlichen Teils
einer zweiten Vergasungsvorrichtung zur Ausführung des Vergasungsverfahrens
der vorliegenden Erfindung. 4 ist
eine schematische horizontale Schnittansicht eines Ofens mit fluidisiertem
Bett in der in 3 gezeigten
Vergasungsvorrichtung. In der zweiten Vergasungsvorrichtung, das
in 3 gezeigt ist, weist
ein Fluidisierungsgas ein Zwischenfluidisierungsgas 7' auf, das in
den Ofen 2 mit fluidisiertem Bett geliefert wird, und zwar
von einem Ofenbodenzwischenteil zwischen dem Ofenbodenmittelteil
und dem Ofenbodenumfangsteil, und zwar zusätzlich zu dem mittleren Fluidisierungsgas 7 und
dem Umfangsfluidisierungsgas 8. Die Massengeschwindigkeit des
Zwischenfluidisierungsgases 7' wird so ausgewählt, daß sie zwischen den Massengeschwindigkeiten
des mittleren Fluidisierungsgases 7 und des Umfangsfluidisierungsgases 8 liegt.
Das Zwischenfluidisierungsgas 7' ist eines von drei Gasen, d. h.
Dampf, eine gasförmige
Mischung aus Dampf und Luft und Luft.
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Bei der in 3 gezeigten Vergasungsvorrichtung ist
das mittlere Fluidisierungsgas 7 eines von drei Gasen,
d. h. Dampf, eine gasförmige
Mischung aus Dampf und Luft und Luft, und das Umfangsfluidisierungsgas 8 ist
eines von drei Gasen, d. h. Sauerstoff, eine gasförmige Mischung
aus Sauerstoff und Luft und Luft, und zwar in der gleichen Weise
wie im Fall der in
1 gezeigten
Vergasungsvorrichtung. Der Sauerstoffgehalt des Zwischenfluidisierungsgases 7' wird so ausgewählt, daß er zwischen
den Sauerstoffgehalten des mittleren Fluidisierungsgases 7 und
des Umfangsfluidisierungsgases 8 liegt. Daher gibt es 15
vorzuziehende Kombinationen von Fluidisierungsgasen, wie in Tabelle
2 gezeigt. Es ist wichtig für
jede Kombination, daß der
Sauerstoffgehalt ansteigen sollte, wenn die Distanz vom Mittelpunkt
des Ofens 2 mit fluidisiertem Bett zu seinem Umfangsteil
ansteigt. Die Menge des Sauerstoffes in dem gesamten Fluidisierungsgas
wird so eingestellt, daß sie
die gleiche ist, wie in einer Luftmenge enthalten, die nicht mehr
ist als 30% der theoretischen Verbrennungsluftmenge, die zur Verbrennung
von brennbaren Stoffen 11 erforderlich ist. Die Innenseite
des Ofens 2 wird in einem Zustand mit reduzierender Atmosphäre gehalten.
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In der in 3 gezeigten Vergasungsvorrichtung wird
ein sich bewegendes Bett 9, in dem sich ein fluidisiertes
Medium absetzt und diffundiert bzw. auseinanderläuft, in den mittleren Teil
des Ofens 2 geformt, und ein fluidisiertes Bett 10,
in dem das fluidisierte Medium aktiv fluidisiert wird, wird im Umfangsteil
des Ofens 2 mit fluidisiertem Bett geformt, und zwar in
der gleichen Weise wie im Fall der in 1 gezeigten
Vergasungsvorrichtung. Das fluidisierte Medium zirkuliert durch
die sich bewegenden und fluidisierten Betten 9 und 10,
wie von den Pfeilen 118 und 112 gezeigt. Ein Zwischenbett 9', in dem das
fluidisierte Medium hauptsächlich
in Horizontalrichtung diffundiert bzw. auseinanderläuft, wird
zwischen dem sich bewegenden Bett 9 und dem Fluidisierungsbett 10 gebildet.
Das sich bewegende Bett 9 und das Zwischenbett 9' bilden eine
Vergasungszone G, und das fluidisierte Bett 10 bildet eine
Oxidationszone S.
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Brennbare Stoffe 11, die
in den oberen Teil des sich bewegenden Bettes 9 geschüttet werden,
werden aufgeheizt, während
sie sich in dem sich bewegenden Bett 9 zusammen mit dem
fluidisierten Medium nach unten bewegen, wodurch es ermöglicht wird,
daß die
flüchtige
Komponente in den brennbaren Stoffen 11 vergast wird. Kohle
und Teer zusammen mit einem Teil der flüchtigen Komponente, die in
dem sich bewegenden Bett 9 nicht vergast wurden, bewegen
sich zum Zwischenbett 9' und
dem fluidisierten Bett 10 zusammen mit dem fluidisierten
Medium, wodurch sie teilweise vergast und teilweise verbrannt werden.
Stoffe, die in dem Zwischenbett 9' nicht vergast werden, hauptsächlich Kohle
bzw. Koks und Teer bewegen sich in das fluidisierte Bett 10 im
Ofenumfangsteil zusammen mit dem fluidisierten Medium und werden
in dem Umfangsfluidisierungsgas 8 mit einem relativ hohen
Sauerstoffgehalt verbrannt. Das fluidisierte Medium wird in dem
fluidisierten Bett 10 aufgeheizt und zirkuliert dann zu
dem sich bewegenden Bett 9, wo es brennbare Stoffe in dem
sich bewegenden Bett 9 aufheizt. Die Sauerstoffdichte in
dem Zwischenbett 9' wird
gemäß der Art
der brennbaren Stoffe ausgewählt
(d. h. ob der flüchtige
Gehalt hoch ist, oder ob der Koks- bzw. Kohle- und Teergehalt hoch ist).
D. h., es wird gemäß der Art
der brennbaren Stoffe entschieden, ob die Sauerstoffdichte gering
gemacht werden sollte, um hauptsächlich
eine Vergasung auszuführen,
oder ob die Sauerstoffdichte hoch gemacht werden sollte, um hauptsächlich die
Oxidationsverbrennung auszuführen.
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Wie in 4 gezeigt,
die eine horizontale Schnittansicht des Ofens 2 mit fluidisiertem
Bett ist, wird das sich bewegende Bett 9, das eine Vergasungszone
bildet, kreisförmig
in dem Mittelteil des Ofens 2 gebildet, und das Zwischenbett 9' wird aus dem
Zwischenfluidisierungsgas 7' entlang
des Außenumfangs
des sich bewegenden Bettes 9 geformt. Das fluidisierte
Bett 10, welches eine Oxidationszone bildet, wird ringförmig um das
Zwischenbett 9' herum
geformt. Eine ringförmige
Auslaßöffnung 5 für nicht
brennbare Stoffe ist um den Umfang des fluidisierten Bettes 10 herum
angeordnet. Durch Formen der Vergasungsvorrichtung 1 in
einer zylindrischen Konfiguration kann ein hoher Ofendruck leicht
entstehen. Der Ofendruck kann durch die Vergasungsvorrichtung selbst
verursacht werden oder durch ein Druckgefäß, das getrennt außerhalb
der Vergasungsvorrichtung vorgesehen ist.
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5 ist
eine schematische vertikale Schnittansicht einer dritten Vergasungsvorrichtung.
In der Vergasungsvorrichtung 1, die in 5 gezeigt ist, wird ein Vergasungsmaterial 11,
welches aus brennbaren Stoffen besteht, beispielsweise aus Abfall,
zu einem Ofen 2 mit fluidisiertem Bett durch eine Doppel füllvorrichtung 12,
eine Druckfördervorrichtung 13 und
eine Mülleinspeisungsvorrichtung 14 geliefert.
Die Druckeinspeisungsvorrichtung 13 komprimiert das Vergasungsmaterial 11 in
eine stöpselartige
Form, wodurch gestattet wird, daß der Ofendruck abgedichtet
wird. Der Müll,
der in eine stöpselartige
Form zusammengepreßt
wird, wird durch eine (nicht gezeigte) Trennvorrichtung bzw. Zerkleinerungsvorrichtung
zerkleinert und in den Ofen 2 mit fluidisiertem Bett durch
die Mülleinspeisungsvorrichtung 14 eingespeist.
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In der in 5 gezeigten Vergasungsvorrichtung werden
das mittlere Fluidisierungsgas 7 und das Umfangsfluidisierungsgas 8 in
der gleichen Weise geliefert, wie in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Daher werden
die Vergasungs- und Oxidationszonen der reduzierenden Atmosphäre in dem
Ofen 2 mit fluidisiertem Bett in der gleichen Weise gebildet,
wie in dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel.
Das fluidisierte Medium dient als Wärmeübertragungsmedium in den zwei
Zonen. In der Vergasungszone wird ein brennbares Gas mit hohem Brennwert
von guter Qualität
erzeugt; in der Oxidationszone werden Kohle bzw. Koks und Teer,
die schwierig zu vergasen sind, effektiv verbrannt. Somit ist es
möglich,
einen hohen Vergasungswirkungsgrad und ein brennbares Gas von guter
Qualität
zu erhalten. In dem in 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist ein Roots-Gebläse 15 vorgesehen,
um mit sowohl der doppelten Einspeisungsvorrichtung 12 als
auch dem freien Board bzw. der freien Platte 102 in der
Vergasungsvorrichtung 1 in Verbindung zu stehen, so daß Gas, das
aus dem Ofen 2 zum doppelten Dämpfer 12 durch die
Kompressionseinspeisungsvorrichtung 13 herausleckt, zurück zum Ofen 2 durch
die Wirkung des Roots-Gebläses 15 geleitet
wird, wenn die Kompression bzw. Verdichtung des Mülls nicht
ausreichend ist. Vorzugsweise saugt das Roots-Gebläse 15 eine
geeignete Menge von Luft und Gas aus der doppelten Einfüllvorrichtung 12 und
bringt sie zum Ofen 2 zurück, so daß der Druck in der oberen Stufe
der doppelten Einspeisungsvorrichtung 12 gleich dem Atmosphärendruck
ist.
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Weiterhin hat die in 5 gezeigte Vergasungsvorrichtung eine
Auslaßöffnung 5 für nicht
brennbare Stoffe, einen konischen Fallraum 16, eine Auslaßvorrichtung 17 zur
Volumenregelung, ein erstes Schwenkventil 18 zum Abdichten,
ein Schwenkabschlußventil 19,
ein zweites Schwenkventil 20 zum Abdichten und eine Auslaßvorrichtung 23,
die mit einer Trommel ausgerüstet
ist, die in der erwähnten
Reihenfolge angeordnet sind und wie folgt betrieben werden:
- (1) In einem Zustand, wo das erste Schwenkventil 18 zur
Abdichtung offen ist, während
das zweite Schwenkventil 20 geschlossen ist, und wo der
Ofendruck durch das zweite Schwenkventil 20 abgedichtet wird,
wobei die Auslaßvorrichtung 17 zur
Volumenregelung betätigt
bzw. betrieben wird, so daß nicht
brennbare Stoffe einschließlich
Sand als Fluidisierungsmedium aus dem konischen Fallraum 16 zu
dem Schwenkabschlußventil 19 ausgelassen
werden.
- (2) Wenn das Schwenkabschlußventil 19 eine
vorbestimmte Menge von nicht brennbaren Stoffen aufgenommen hat,
wird die Auslaßvorrichtung 17 zur
Volumenregelung abgeschaltet, und das erste Schwenkventil 18 wird
geschlossen, so daß der
Ofendruck durch das erste Schwenkventil 18 abgedichtet
wird. Weiterhin wird ein Auslaßventil 22 geöffnet, so
daß der
Druck in dem Schwenkabschlußventil 19 zum
Atmosphärendruck
zurückgebracht
wird. Als nächstes
wird das zweite Schwenkventil 20 vollständig geöffnet, und das Schenkabschlußventil 19 wird
geöffnet,
wodurch gestattet wird, daß nicht
brennbare Stoffe aus der Auslaßvorrichtung 23 ausgelassen
werden.
- (3) Nachdem das zweite Schwenkventil 20 vollständig geschlossen
worden ist, wird ein Ausgleichsventil 21 geöffnet. Nachdem
der Druck in dem ersten Schwenkventil 18 und der Druck
in dem konischen Fallraum 16 miteinander ausgeglichen worden
sind, wird das erste Schwenkventil 18 geöffnet. Somit
kehrt der Prozeß zurück zum ersten
Schritt (1).
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Diese Schritte (1) bis (3) werden
automatisch wiederholt. Die Auslaßvorrichtung 23, die
mit einer Trommel ausgerüstet
ist, wird kontinuierlich betrieben. Somit werden groß bemessene
nicht brennbare Stoffe 27 zum Äußeren des Systems durch eine
Trommel ausgelassen, und Sand und klein bemessene nicht brennbare Stoffe
werden durch einen Sandzirkulationsaufzug 24 transportiert.
Nachdem die fein verteilten nicht brennbaren Stoffe 28 durch
eine Klassifizierungsvorrichtung 25 entfernt worden sind,
wird der Sand zur Vergasungsvorrichtung 1 durch eine verriegelte
Füllvorrichtung 26 zurückgebracht.
In diesem Auslaßmechanismus
für nicht
brennbare Stoffe nehmen die zwei Schwenkventile 18 und 20 keine
brennbaren Stoffe auf, sondern haben nur eine Druckabdichtungsfunktion.
Entsprechend ist es möglich,
zu vermeiden, daß nicht
brennbare Stoffe an den Dichtungsteilen der ersten und zweiten Schwenkventile 18 und 20 anbeißen bzw.
diese abnutzen. In einem Fall, wo der Ofendruck geringfügig negativ
sein kann, ist keine Abdichtungsfunktion erforderlich.
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6 ist
eine schematische vertikale Schnittansicht einer vierten Vergasungsvorrichtung.
In der in 6 gezeigten
Vergasungsvorrichtung werden die Einspeisung des Vergasungsmaterials 11 und
der Vorgang der Ofendruckabdichtung, der damit in Bezug steht, durch
Verwendung und Kombination eines Paares von Schwenkabschlußventilen 19 und 19' und eines Paares
von ersten und zweiten Schwenkventilen 18 und 20 in
der gleichen Weise ausgeführt,
wie im Fall des Mechanismusses zum Auslassen von nicht brennbaren Stoffen,
der in 5 gezeigt ist.
Die Druckeinspeisungsvorrichtung 13, die in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
verwendet wird, wird weggelassen. In dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird Gas, das
aus dem Ofen zum ersten Schwenkventil 18 herausleckt, zum
Ofen durch ein Auslaßventil 22 und
ein (nicht gezeigtes) Gebläse
zurückgeleitet.
Nach dem weiterhin das erste Schwenkventil 18 vollständig geschlossen
worden ist, wird das Ausgleichsventil 21 geöffnet, um
den Druck in dem Schwenkabschlußventil 19 mit
dem Druck im Ofen auszugleichen.
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7 ist
ein Flußdiagramm,
das ein Beispiel eines Verfahrens zur Verfeinerung des Gases zeigt,
das in der Vergasungsvorrichtung erzeugt wird. In dem in 7 gezeigten Verfeinerungsprozeß wird die
Vergasungsvorrichtung 1 mit dem Vergasungsmaterial 11 und
den Fluidisierungsgasen 7 und 8 beliefert. Das
brennbare Gas, das in der Vergasungsvorrichtung 1 erzeugt
wird, wird zu einem Abwärmeboiler 31 gesandt,
wo die Wärme
wiedergewonnen wird, und das so gekühlte Gas wird dann zu einer
Wirbeltrennvorrichtung bzw. einem Zyklonseparator 32 gesandt,
wo die Feststoffe 37 und 38 getrennt werden. Danach
wird das brennbare Gas in einem Wasserspül- bzw. Wasserreinigungsturm 33 gespült und gekühlt, und
Wasserstoffsulfid wird aus dem brennbaren Gas in einem Waschturm 34 mit
alkalischer Lösung
entfernt. Danach wird das brennbare Gas in einem Gasspeicher 35 gespeichert.
Nicht reagierte Kohle bzw. Koks 37 in den Feststoffen,
die von der Zyklontrennvorrichtung 32 abgetrennt wurden,
wird zur Vergasungsvorrichtung 1 zurückgeleitet, und die restlichen Feststoffe 38 werden
aus dem System ausgelassen. Groß bemessene
nicht brennbare Stoffe 27 in den brennbaren Stoffen, die
aus der Vergasungsvorrichtung 1 ausgelassen wurden, werden
aus dem System ausgelassen, während
Sand in den nicht brennbaren Stoffen in die Vergasungsvorrichtung 1 zurückgebracht
wird, und zwar in der gleichen Weise wie in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel. Abwasser aus
den Waschtürmen 33 und 34 wird
in eine Abwasserbehandlungsvorrichtung 36 eingeleitet,
wo es harmlos gemacht wird.
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8 ist
ein Flußdiagramm,
das ein Beispiel eines Prozesses zeigt, in dem das brennbare Gas
und die feinen Partikel, die in der Vergasungsvorrichtung 1 erzeugt
werden, in einen Schmelzverbrennungsofen 41 eingeleitet
werden, wo sie bei hoher Temperatur verbrannt werden, und wobei
die daraus resultierende Asche geschmolzen wird. In dem in 8 gezeigten Prozeß wird das
brennbare Gas 29, das eine große Menge von brennbaren Komponenten
enthält,
welches in der Vergasungsvorrichtung 1 erzeugt worden ist,
in einen Schmelzverbrennungsofen 41 eingeleitet. Der Schmelzverbrennungsofen 41 wird
auch mit dem Gas 8 beliefert, welches eines von drei Gasen
ist, d. h. Sauerstoff, eine gasförmige
Mischung aus Sauerstoff und Luft und Luft, so daß das brennbare Gas und die
feinen Partikel bei 1300°C
oder höher
verbrannt werden, und daß die daraus
resultierende Asche geschmolzen wird. Zusätzlich werden schädliche Substanzen,
beispielsweise Dioxine, PCB usw., zersetzt. Die geschmolzene Asche 44,
die aus dem Schmelzverbrennungsofen 41 ausgelassen wird,
wird schnell abgekühlt,
um Schlacke zu bilden, wodurch eine Volumenverringerung des Mülls erreicht wird.
Verbrennungsabgas, das durch den Schmelzverbrennungsofen 41 erzeugt
wird, wird schnell in einer Waschvorrichtung (Sprenklerturm) 42 abgekühlt, wodurch
die erneute Synthese von Dioxinen verhindert wird. Das Abgas, das
schnell in der Waschvorrichtung 42 abgekühlt wird,
wird zu einem Staubsammler 43 gesandt, beispielsweise einem
Filter, wo Staub 38 aus dem Gas entfernt wird. Dann wird
das Abgas in die Atmosphäre aus
einem Auslaßturrn
bzw. Schornstein 55 ausgelassen.
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9 ist
eine schematische Perspektivschnittansicht einer Vergasungs- und
Schmelzverbrennungsvorrichtung. Mit Bezug auf 9 ist die Vergasungsvorrichtung 1 im
wesentlichen die gleiche wie jene, die in 1 gezeigt ist. Jedoch steht der Gasauslaß 108 in
Verbindung mit einem Einlaß 142 für brennbares
Gas des Schmelzverbrennungsofens 41. Der Schmelzverbrennungsofen 41 weist
eine zylindrische primäre
Brennkammer 140 auf, mit einer ungefähr vertikal liegenden Achse,
und einer Sekundärbrennkammer 150,
die horizontal geneigt ist. Brennbares Gas 29 und feine
Partikel, die in dem Ofen 2 mit fluidisiertem Bett erzeugt
werden, werden zu der Primärbrennkammer 140 durch
den Einlaß 142 für brennbares
Gas geliefert, so daß sie um
die Achse der Primärbrennkammer 140 kreisen.
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Das obere Ende der Primärbrennkammer 140 ist
mit einem Startbrenner 132 und einer Vielzahl von Luftdüsen 134 versehen,
die Verbrennungsluft liefern, so daß die Luft um die Achse der
Primärbrennkammer 140 kreist.
Die Sekundärbrennkammer 150 wird
mit der Primärbrennkammer 140 an
ihrem unteren Ende verbunden. Die Sekundärbrennkammer 150 hat
eine Schlacketrennvorrichtung 160 und eine Auslaßöffnung 152, die
im unteren Teil der Sekundärbrennkammer 150 angeordnet
ist, um die geschmolzene Asche auslassen zu können, und eine Auslaßöffnung 154,
die über
der Auslaßöffnung 152 angeordnet
ist. Die Sekundärbrennkammer 150 hat
weiter einen Hilfsbrenner 136, der in der Nachbarschaft
von dem Teil der Sekundärbrennkammer 150 angeordnet
ist, an dem die Kammer 150 in Verbindung mit der Primärbrennkammer 140 steht,
und eine Luftdüse 134 zum
Liefern von Verbrennungsluft.
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Die Auslaßöffnung 154 zum Auslassen
eines Abgases 46 ist mit einer Abstrahlplatte 162 versehen, um
die Wärmeverlustmenge
durch die Auslaßöffnung 154 durch
Strahlung zu verringern.
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10 zeigt
die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung,
die in Kombination mit einem Abwärmeboiler
und einer Turbine verwendet wird. Mit Bezug auf 1 hat die Vergasungsvorrichtung 1 eine
Fördervorrichtung 172 zum
Transport von groß bemessenen
nicht brennbaren Stoffen 27, die aus der Auslaßvorrichtung 23 ausgelassen
wurden zusammen mit fein verteilten nicht brennbaren Stoffen 28,
die aus der Klassifizierungsvorrichtung 25 ausgelassen
wurden. Ein Luftmantel 185 ist um den konischen Fallraum 16 herum
angeordnet, der verwendet wird, um die nicht brennbaren Stoffe aus
dem Boden des Ofens 2 mit fluidisiertem Bett heraus zu
nehmen. Luft in dem Luftmantel 185 wird durch Sand mit
hoher Temperatur aufgeheizt, der aus dem Ofen 2 mit fluidisiertem
Bett herausgezogen wird. Ein Hilfsbrennstoff F wird in die Primär- und Sekundärbrennkammern 140 und 150 des
Schmelzverbrennungsofens 41 geliefert. Geschmolzene Asche 44,
die aus der Auslaßöffnung 152 des
Schmelzverbrennungsofens 41 ausgelassen wird, wird in einer
Wasserkammer 178 aufgenommen, wo sie schnell abgekühlt wird,
und wird dann als Schlacke 176 ausgelassen.
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In der in 10 gezeigten Anordnung wird Verbrennungsgas,
das aus dem Schmelzverbrennungsofen 41 ausgelassen wird,
in die Atmosphäre
durch den Abwärmeboiler 31 ausgelassen,
durch einen Vorwärmer
(Economizer) 183, eine Luftvorheizvorrichtung 186,
eine Staubsammelvorrichtung 43 und einen induzierten Abzugsventilator 54.
Ein Neutralisierungsmittel N, beispielsweise gelöschter Kalk (Calciumhydroxid)
wird zum Verbrennungsgas hinzugefügt, das aus der Luftvorheizvorrichtung 186 herauskommt,
bevor das Gas in die Staubsammelvorrichtung 43 eintritt.
Wasser W wird zum Vorwärmer 183 geliefert,
wo es vorgewärmt
wird, und wird dann im Boiler 31 aufgeheizt, um Dampf zu
bilden. Der Dampf wird verwendet, um eine Dampfturbine ST anzutreiben.
Luft A wird zur Luftvorheizvorrichtung 186 geliefert, wo
sie aufgeheizt wird, und wird dann weiter in dem Luftmantel 185 aufgeheizt.
Die aufgeheizte Luft wird durch ein Luftrohr 184 zum Schmelzverbrennungsofen 41 geliefert.
Falls nötig
wird die aufgeheizte Luft auch zum freien Board bzw. der freien
Platte 102 geliefert.
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Feine Partikel 180 und 190,
die an den Bodenteilen des Abwärmeboilers 31,
des Vorwärmers 183 und der
Luftvorheizvorrichtung 186 gesammelt werden, werden zur
Klassifizierungsvorrichtung 25 durch den Sandzirkulierungsaufzug 24 transportiert,
um fein verteilte nicht brennbare Stoffe 28 daraus zu entfernen,
und dann werden sie zu dem Ofen 2 mit fluidisiertem Bett
zurückgeleitet.
Flugasche 38, die in der Staubsammelvorrichtung 43 abgetrennt
wird, enthält
Salze von Alkalimetallen, beispielsweise Na, K usw., die bei hoher
Temperatur verflüchtigt
wurden, und sie wird daher mit Chemikalien in einer Behandlungsvorrichtung 194 behandelt.
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In der in 10 gezeigten Vorrichtung wird die Verbrennung
in dem Ofen 2 mit fluidisiertem Bett durch ein Niedertemperaturteilverbrennungsverfahren
mit einem Verhältnis
von einem geringfügigen Übermaß an Luft
ausgeführt,
und die Temperatur des fluidisierten Bettes wird in dem Bereich
von 450°C
bis 650°C
gehalten, um dadurch zu ermöglichen,
daß ein
brennbares Gas mit hohem Brennwert erzeugt wird. Das weiterhin die Verbrennung
bei einem Verhältnis
von etwas übermäßiger Luft
stattfindet, und zwar in einem Zustand unter reduzierender Atmosphäre, werden
Eisen und Aluminium als nichtoxidierte Anteile erhalten. Das brennbare Gas
mit hohem Brennwert und Koks bzw. Kohle, die in dem Ofen 2 mit
fluidisiertem Bett erzeugt wird, kann bei hoher Temperatur verbrannt
werden, d. h. bei 1300°C
oder mehr, und zwar im Schmelzverbrennungsofen 41. Somit
kann die Asche geschmolzen werden und die Dioxine können zersetzt
werden.
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11 zeigt
die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung,
die in Kombination mit einem Gaskühler 280 verwendet
wird. Mit Bezug auf 11 sind
die Vergasungsvorrichtung 1, der Schmelzverbrennungsofen 41,
die Wasserkammer 178, die Staubsammelvorrichtung 43,
der induzierte Abzugsventilator 54 usw. die gleichen wie
jene in
10. In der in 11 gezeigten Anordnung werden
ein Gaskühler 280 und
eine unabhängige
Luftvorheizvorrichtung 188 anstelle des Abwärmeboilers
vorgesehen. Hochtemperaturverbrennungsabgas aus dem Schmelzverbrennungsofen 41 wird
in den Abgaskühler 280 durch
eine Hochtemperaturleitung 278 eingeleitet, die mit einer
thermischen Isolation beschichtet ist. In dem Gaskühler 280 wird
das Verbrennungsgas sofort heruntergekühlt durch Besprühen mit
feinen Wassertröpfchen,
wodurch eine erneute Synthese von Dioxinen verhindert wird. Die
Flußgeschwindigkeit
des Abgases in der Hochtemperaturleitung 278 wird auf ein
geringes Niveau gesetzt, d. h. 5 m/s oder geringer. Ein Heißwassergenerator 283 wird
im oberen Teil des Gaskühlers 280 angeordnet.
Luft, die in der Luftvorheizvorrichtung 188 aufgeheizt
wird, wird zu dem freien Board bzw. der freien Platte 102 in
der Vergasungsvorrichtung 1 geliefert, und auch in den
Schmelzverbrennungsofen 41.
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12 zeigt
die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung,
die in Kombination mit dem Abwärmeboiler 31 und
einem Reaktionsturm 310 verwendet wird. In 12 sind die Vergasungsvorrichtung 1,
der Schmelzverbrennungsofen 41, die Wasserkammer 178,
der Abwärmeboiler 31, die
Dampfturbine ST, der Vorwärmer 183,
die Luftvorheizvorrichtung 186, die Staubsammelvorrichtung 43,
der induzierte Abzugsventilator 54 usw. die gleichen wie
jene in 10. In der in 12 gezeigten Anordnung werden
ein Reaktionsturm 310 und ein Überhitzungsheizbrenner 320 zwischen
dem Abwärmeboiler 31 und dem
Vorwärmer 183 angeordnet.
In dem Reaktionsturm 310 wird ein Neutralisiermittel N,
beispielsweise gelöschter
Kalkschlamm zum Verbrennungsabgas hinzugefügt, wodurch HCl aus dem Gas
entfernt wird. Feine Festpartikel 312, die aus dem Reaktionsturm 310 ausgelassen
wurden, zusammen mit feinen Festpartikeln 312, die aus
dem Abwärmeboiler 31 ausgelassen
wurden, werden zur Klassifizierungsvorrichtung 25 durch den
Sandzirkulationsaufzug 24 geliefert. In dem Heizbrenner 320 wird
brennbares Gas und ein Hilfsbrennstoff F verbrannt, um die Dampftemperatur
auf ungefähr
500°C anzuheben.
Bei der in 12 gezeigten
Vorrichtung hat der Dampf eine hohe Temperatur und einen hohen Druck,
und das Verhältnis
der übermäßigen Luft
ist gering, und daher ist die Menge der fühlbaren Hitze, die von dem
Abgas übertragen
wird, gering. Daher kann der Leistungserzeugungswirkungsgrad auf
ungefähr
30% gesteigert werden.
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13 zeigt
die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung
der Bauart mit gleichzeitiger Erzeugung bzw. vom Co-Generations-Typ.
In 13 sind die Vergasungsvorrichtung 1,
der Schmelzverbrennungsofen 41, die Wasserkammer 178,
der Abwärmeboiler 31,
die Staubsammelvorrichtung 43, der induzierte Abzugsventilator 54 usw.
die gleichen, wie jene in der in 10 gezeigten
Vorrichtung. Mit Bezug auf 13 wird
der Reaktionsturm 310 zwischen dem Abwärmeboiler 31 und der
Staubsammelvorrichtung 43 angeordnet. Im Reaktionsturm 310 wird
ein Neutralisierungsmittel N, beispielsweise gelöschter Kalkschlamm, zu dem
Verbrennungsabgas hinzugefügt,
wodurch HCl entfernt wird. Abgas vom Reaktionsturm 310 wird
durch die Staubsammelvorrichtung 43 zu einer Gasturbinenanordnung 420 geliefert,
wo es verwendet wird. In der Gasturbinenanordnung 420 wird
Luft A durch einen Kompressor C komprimiert, und die komprimierte
Luft wird zu einem Brenner CC geliefert. In dem Brenner CC wird
ein Brennstoff F verbrannt, und das daraus resultierende Verbrennungsgas
zusammen mit dem Abgas, das in einem Kompressor 410 komprimiert
wird und zum Brenner CC geliefert wird, wird als Arbeitsströmungsmittel
für eine
Turbine T verwendet. Abgas von der Abgasturbinenanordnung 420 wird
durch eine Überhitzungsvorrichtung
(Superheater) 430 geleitet, weiter durch einen Vorwärmer 440 und
eine Luftvorheizvorrichtung 450, und zwar in der erwähnten Reihenfolge,
und wird dann in die Atmosphäre
durch den induzierten Abzugsventilator 54 ausgelassen. Dampf,
der in dem Abwärmeboiler 31 erzeugt
wird, wird von dem Abgas von der Gasturbinenanordnung 420 in
der Überhitzungsvorrichtung 430 aufgeheizt,
und der aufgeheizte Dampf wird an die Dampfturbine ST geliefert.
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14 ist
ein Flußdiagramm,
das den Prozeß des
Vergasungs- und Schmelzverbrennungsvertahrens mit fluidisiertem
Bett der Leistungserzeugungsart mit unter Druck gesetzter Vergasung
und kombiniertem Zyklus der vorliegenden Erfindung zeigt. Brennbares
Gas 29 mit hoher Temperatur und hohem Druck, das in dem unter
Druck gesetzten Vergasungsofen 1 erzeugt wird, wird in
einen Abwärmeboiler 31' eingeleitet,
wo es bewirkt, daß Dampf
erzeugt wird, und das Gas selbst gekühlt wird. Das Gas, das aus
dem Abwärmeboiler 31' herauskommt,
wird in zwei Teile aufgeteilt, wobei der eine davon in den Schmelzverbrennungsofen 41 eingeleitet
wird, und wobei der andere in eine Staubsammelvorrichtung 43' eingeleitet
wird, nachdem ein Neutralisierungsmittel N hinzugegeben worden ist,
um HCl zu neutralisieren. In der Staubsammelvorrichtung 43' werden niedrig
schmelzende Substanzen 38' in
dem brennbaren Gas, die verfestigt worden sind, wegen des Abfalls
der Temperatur von dem brennbaren Gas getrennt und werden zum Schmelzverbrennungsofen 41 gesandt,
wo die niedrig schmelzenden Substanzen 38' geschmolzen werden. Das brennbare
Gas, das die niedrig schmelzenden Substanzen 38' abgegeben hat,
wird als Brennstoffgas in der Gasturbinenanordnung GT verwendet.
Abgas aus der Gasturbinenanordnung GT wird einem Wärmeaustausch
in einer Überhitzungsvorrichtung
(Superheater) SH und einem Vorwärmer
Eco unterworfen, und danach wird es in einer Abgasbehandlungsvorrichtung 510 behandelt
und dann in die Atmosphäre
ausgelassen. Abgas aus dem Schmelzverbrennungsofen 41 wird
durch einen Wärmetauscher
EX und die Staubsammelvorrichtung geleitet und wird in die Abgasbehandlungsvorrichtung 510 eingeleitet.
Geschmolzene Asche 44, die aus dem Schmelzverbrennungsofen 41 ausgelassen
wird, wird schnell abgekühlt,
um Schlacke zu bilden. Die Feststoffe 38, die aus der Staubsammelvorrichtung 43 ausgelassen
werden, werden mit Chemikalien in der Behandlungsvorrichtung 194 behandelt.
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Bei dem in 14 gezeigten Prozeß wird ein Gas, das aus Abfallstoffen
erzeugt wird, als Brennstoff verwendet, nach dem HCl und Feststoffe
daraus entfernt worden sind. Entsprechend wird die Gasturbine nicht durch
das Gas korrodiert. Da weiterhin HCl aus dem Gas entfernt worden
ist, kann Hochtemperaturdampf durch das Gasturbinenabgas erzeugt
werden.
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(Effekte der Erfindung)
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Entsprechend sieht die vorliegende
Erfindung folgende vorteilhafte Effekte vor:
- (1)
Bei dem Vergasungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird Wärme durch
zirkulierende Ströme
in dem Ofen mit fluidisiertem Bett verteilt. Daher kann eine Verbrennung
mit hoher Intensität
verwirklicht werden, und der Ofen kann bezüglich seiner Größe verringert
werden.
- (2) In der vorliegenden Erfindung kann der Ofen mit fluidisiertem
Bett die Verbrennung mit einer relativ kleinen Luftmenge aufrecht
erhalten. Daher ist es möglich,
ein homogenes Gas zu erzeugen, das eine große Menge von brennbaren Komponenten
enthält,
und zwar durch sanftes Ausführen
von einer Verbrennung mit einem Verhältnis von geringfügig übermäßiger Luft
und mit geringer Temperatur (450°C
bis 650°C)
in dem Ofen mit fluidisiertem Bett, und somit die Wärmeerzeugung
zu minimieren. Somit kann der größere Teil
der brennbaren Stoffe, die in dem Gas enthalten sind, d. h. Teer
und Kohle bzw. Koks, wirkungsvoll in einem Schmelzverbrennungsofen
im folgenden Schritt verwendet werden.
- (3) Bei der vorliegenden Erfindung können auch groß bemessene
nicht brennbare Stoffe leicht durch die Wirkung der zirkulierenden
Ströme
in dem Ofen mit fluidisiertem Bett ausgelassen werden. Zusätzlich können Eisen
und Aluminium, die in den nicht brennbaren Stoffen enthalten sind,
als nicht oxidierte wertvolle Stoffe verwendet werden.
- (4) Die vorliegende Endung sieht ein Verfahren vor, wodurch
eine Abfallbehandlung harmlos gemacht werden kann, und wodurch ein
hoher Energieverwendungsfaktor bzw. Energieumwandiungsfaktor erreicht werden
kann.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
mit speziellen Ausdrücken
beschrieben worden ist, sei hier bemerkt, daß die beschriebenen Ausführungsbeispiele
nicht notwendigerweise exklusiv sind, und daß verschiedene Veränderungen
und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung
abzuweichen, der allein durch die beigefügten Ansprüche eingeschränkt wird.