DE69535026T2

DE69535026T2 - Vorrichtung zur Wirbelbettvergasung und Schmelzverbrennung

Info

Publication number: DE69535026T2
Application number: DE69535026T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Zushi-shi Hirayama; Takahiro Yokohama-shi Oshita; Chikashi Tame; Shuichi Yokohama-shi Nagato; Tetsuhisa Hirose; C/o Ebara Corporation Norihisa Ohta-ku Miyoshi; Seiichiro Toyoda; C/o Ebara Corporation Shugo Ohta-ku Hosoda; Shosaku Fujinami; Kazuo Takano
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2015-03-09
Also published as: EP1286113A3; DE69531512D1; US5620488A; DE69531512T2; CN1158471C; EP1111304A3; HK1053348A1; US5725614A; DE69523359D1; CN1252413C; JPH07332614A; EP1286113A2; ES2265017T3; ES2204760T3; CN1271074A; DE69523359T2; US6350288B1; ES2167381T3; CN1311191C; EP0676464B1

Description

Hintergrund der Erfindung
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.
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 zuammenstößt 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.
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 (-partikel) 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.
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 fluid isiert 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.
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.

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.
EP-A-0 554 529 offenbart einen Reaktor mit einer Zone mit fluidisiertem Bett sowie einer Strömungszone, einer Schmelzzone und mit einem Tank verbunden mit dem Reaktor durch eine Leitung. Brennbare Materialien werden in einer Zone mit festem Bett im Tank vergast, um Gas und feste Reststoffe zu erzeugen, wobei letztere an die Zone mit fluidisiertem Bett geliefert werden. In der Zone mit fluidisiertem Bett werden die festen Reststoffe in ein Produktgas vergast. Das durch die Vergasung erzeugte Gas wird durch einen Gasauslaß abgegeben und wird dann über eine Trennvorrichtung von einem Filter als wieder verwendbares Gas abgegeben. Andererseits werden die aus der Zone mit fluidisiertem Bett herausfallenden Feststoffe in die Zone mit stehender Strömung eingeführt und sodann erfolgt ein Einschmelzen durch Erhitzen mit Brennern um die Schmelzzone herum. Das brennbare Gas wird nicht in die eingeführte Strömungszone eingeführt, sondern nur die Feststoffe werden in die eingeführte Strömungszone eingeführt. Auf diese Weise werden brennbares Gas und Kohle enthaltende Stoffe (die Asche enthalten) nicht zusammen in die eingeführte Strömungszone und die Schmelzzone eingeliefert.
JP 63 31 5822 A offenbart eine Abfallentsorgungsvorrichtung, um die Sammlung und das Schmelzen des größten Teils des verbrannten Aschegehaltes zu ermöglichen. Dies geschieht durch ein Verfahren, wo ein Abgasauslaß einer Verbrennungsvorrichtung auf einem höheren Niveau angeordnet ist als der Ausgabeanschluß für verbrannten Aschegehalt. Angebracht ist eine Öffnung des oberen Endteils eines Auslaßrohrs, in dem ein Abgabedurchlaß vorgesehen ist, durch welchen verbrannter Aschegehalt zwangsläufig von einem fluidisiertem Bett nach unten fließt, und zwar zusammen mit Verbrennungsabgas zur Ausgabe, und zwar erfolgt die Anbringung an einem Ofen mit fluidisiertem Bett, und zwar auf einem Niveau niedriger als das obere Ende des fluidisiertem Bettes. Ein Schmelzofen zum Schmelzen des verbrannten Aschegehaltes und zwar herausgeholt durch den Abgabekanal ist unterhalb angeordnet, wobei ein Abgabeanschluß des Abgabedurchlasses im Schmelzofen angeordnet ist, und wobei ferner ein Abgasauslaß des Schmelzofens auf einem Niveau angeordnet ist, das höher liegt als der Abgabeanschluß. Wenn der verbrannte Aschegehalt einer Schicht mit einer bestimmten Grobheit des fluidisierten Bettes gezwungen ist, nach unten durch den Abgabedurchlaß zu fließen, so kann eine hinreichende Menge von Teilchen mit einem hohen scheinbaren spezifischen Gewicht und Korngröße durch den Schmelzofen gesammelt werden. Da ferner ein Teil in der Nähe des Abgabeanschlusses auf 1000°C mittels eines Sekundärbrenners erhitzt wird, wenn der verbrannte Aschegehalt erhitzt in einer Verbrennungskammer auf 800–900°C weiter in den Schmelzofen durch den Abgabeanschluß fällt, eine Erhitzung auf 1000°C bewirkt, und das Schmelzen wird gefördert.
Schließlich sei noch auf die JP 63 06 1811 A und die US-A-5 138 982 hingewiesen, die eine Verbrennungsvorrichtung, aber nicht einen Vergasungsofen als fluidisierten Bettofen offenbaren.
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, NO_X, SO_X, 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.

Zusammenfassung der Erfindung
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., oder brennbares Material, wie beispielsweise Kohle.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Vergasung von brennbaren Stoffen vorzusehen, die zur Wiedergewinnung von Energie geeignet ist, und die leicht ein brennbares Hochdruckgas erzeugen kann.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung vorzusehen, die 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.
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.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vergasungsvorrichtung vorzusehen, bei der brennbare Stoffe sanft daraus ohne irgendein Problem ausgelassen werden können.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vergasungsvorrichtung vorzusehen, die 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.
Mindestens einige der oben genannten Ziel werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Verfahren zur Vergasung brennbaren Materials in einem Ofen mit fluidisiertem Bett erzeugt ein brennbares Gas.
In dem Verfahren 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 Innen seite 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.
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.
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. Gemäß der Erfindung hat der Ofen mit fluidisiertem Bett vorzugsweise 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.
Tabelle 1
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 Zwischenfluidisie rungsgas 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.
Tabelle 2
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 ver ringern 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.
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.
Das Fluidisierungsgas, das zu dem Ofen mit fluidisiertem Bett geliefert wird, hat 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.
In einer Vorrichtung zum Vergasen von brennbaren Stoffen in einem Ofen mit fluidisiertem Bett, um ein brennbares Gas zu erzeugen, weist der fluidisierte Bettofen die folgenden Aufbauelemente auf: eine Seitenwand mit einer an nähernd 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.
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 liefern, 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 Abgabemechanismus für Fluidisierungsgas kann so geformt werden, daß sein Umfangsteil niedriger ist als sein Mittelteil.
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.
Die Vorrichtung der Erfindung 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. Der Schmelzverbrennungsofen hat 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.
(Funktion)
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der Ofen mit fluidisiertem Bett vorzugsweise eine ungefähr kreisförmige horizontale Querschnittskonfiguration, 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.
In der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird der Druck in dem 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.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Massengeschwindigkeit des mittleren Fluidisierungsgases, das in den Ofen mit fluidisiertem Bett geliefert wird, geringer eingestellt, als die Massengeschwindigkeit des Umfangsfluidisierungsgases, 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.
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.
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. Weiterhin können Metalle, die in den brennbaren Stoffen enthalten sind, als nichtoxidierte wertvolle Stoffe aus dem Auslaß für nicht brennbare Stoffe wiedergewonnen werden.
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.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische vertikale Schnittansicht, die einen wichtigen Teil einer ersten Vergasungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Horizontalschnittansicht eines Ofens mit fluidisiertem Bett in der in 1 gezeigten Vergasungsvorrichtung.
3 ist eine vertikale schematische Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer Vergasungsvorrichtung.
4 ist eine schematische horizontale Schnittansicht eines Ofens mit fluidisiertem Bett in der in 3 gezeigten Vergasungsvorrichtung.
5 ist eine schematische vertikale Schnittansicht einer Vergasungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 ist eine schematische vertikale Schnittansicht einer Vergasungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 ist ein Flußdiagramm, das einen Prozeß zum Verbessern des Gases zeigt, das von der Vergasungsvorrichtung erzeugt wird.
8 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel eines Prozesses zeigt, in dem Asche geschmolzen wird.
9 ist eine schematische Schnittperspektivansicht einer Vergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10 zeigt die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in Kombination mit einem Abwärmeboiler und einer Turbine verwendet wird.
11 zeigt die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in Kombination mit einem Gaskühler verwendet wird.
12 zeigt die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in Kombination mit einem Abwärmeboiler und einem Reaktionsturm verwendet wird.
13 zeigt die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung der gemeinsam arbeitenden bzw. gemeinsam erzeugenden Bauart gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
14 ist ein Flußdiagramm, das den Prozeß von einem Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsverfahren mit unter Druck stattfindender Vergasung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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.
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.
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.
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.
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, wer den 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. 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.
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.
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.
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.
3 ist eine schematische vertikale Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer Vergasungsvorrichtung. 4 ist eine schematische horizontale Schnittansicht eines Ofens mit fluidisiertem Bett in der in 3 gezeigten Vergasungsvorrichtung. In der Vergasungsvorrichtung, die 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 Fiuidisierungsgases 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.
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.
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.
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.
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 Verga sungsvorrichtung selbst verursacht werden oder durch ein Druckgefäß, das getrennt außerhalb der Vergasungsvorrichtung vorgesehen ist.
5 ist eine schematische vertikale Schnittansicht einer Vergasungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 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 Doppelfüllvorrichtung 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.
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.
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).

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.
6 ist eine schematische vertikale Schnittansicht einer Vergasungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 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 Komibination 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.
7 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Verfeinerung des Gases zeigt, das in der Vergasungsvorrichtung gemäß eome, Ausführungsbeispiel der Erfindung 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.
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 Auslaßturm bzw. Schornstein 55 ausgelassen.
9 ist eine schematische Perspektivschnittansicht einer Vergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 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.
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. 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.
10 zeigt die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 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.
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.
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.
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.
11 zeigt die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 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.
12 zeigt die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 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.
13 zeigt die Anordnung einer Wirbelbettvergasungs- und Schmelzverbrennungsvorrichtung der Bauart gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 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 da raus 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.
14 ist ein Flußdiagramm, das den Prozeß des Vergasungs- und Schmelzverbrennungsverfahrens mit fluidisiertem Bett der Leistungserzeugungsart mit unter Druck gesetzter Vergasung und kombiniertem Zyklus 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 Staubsammelvorrich tung 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.
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.
(Effekte der Erfindung)
Entsprechend sieht die vorliegende Erfindung folgende vorteilhafte Effekte vor:

(1) Bei der Vergasungsvorrichtung 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 Erfindung sieht ein Verfahren vor, wodurch eine Abfallbehandlung harmlos gemacht werden kann, und wodurch ein hoher Energieverwendungsfaktor bzw. Energieumwandlungsfaktor erreicht werden kann.

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.

Claims

Vorrichtung zur Verarbeitung von brennbarem Material, wobei folgendes vorgesehen ist: Ein Vergasungsofen (2) mit fluidisiertem Bett, der Fluidisierungsgasliefermittel (3, 4, 106) aufweist zum Liefern eines Fluidisierungsgases in den Vergasungsofen mit fluidisiertem Bett und zur Erzeugung eines Zirkulationsstroms (118, 112) eines fluidiserten Mediums innerhalb des Vergasungsofens mit fluidisiertem Bett; Mittel (14, 104) zum Liefern des brennbaren Materials in den Vergasungsofen mit fluidisiertem Bett zum Zwecke der Vergasung in dem zirkulierenden Strom aus fluidisiertem Medium, erzeugt durch das Fluidisierungsgas, wodurch brennbares Gas und Koks (char) erzeugt werden; und ein Schmelzofen (41), in den das brennbare Gas und der Koks abgegeben von dem Vergasungsofen (2) mit fluidisiertem Bett eingeführt werden zum Schmelzen der Asche zur Bildung von geschmolzener Schlacke.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fluidisiergasliefermittel, Mittel aufweisen zum Liefern eines Fluidisierungsgases mit einer relativ niedrigen Massengeschwindigkeit und Mittel zum Liefern eines Fluidisierungsgases mit einer relativ hohen Massengeschwindigkeit.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vergasungsofen mit fluidisiertem Bett eine Abgabeöffnung (5) aufweist, um nicht brennbares Material, enthalten in dem brennbaren Material und dem fluidisierten Medium abzugeben, und eine Hubvorrichtung (24) zum Transfer des fluidisierten Mediums, abgegeben von der Abgabeöffnung, zu dem fluidisierten Bettes.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vergasungsofen mit fluidisiertem Bett eine Abgabeöffnung (5) aufweist zur Abgabe von nicht brennbarem Material, enthalten in dem brennbaren Material und dem fluidisierten Medium und wobei das nicht brennbare Material und das fluidisierte Medium, abgegeben von der Abgabeöffnung klassifiziert werden und wobei ferner das fluidisierte Medium zu dem Vergasungsofen mit fluidisiertem Bett zurückgebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das fluidisierte Medium über einen Verriegelungstrichter (lock hopper) (26) zurückgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ferner ein Ventil (19, 19') vorgesehen ist, und zwar zum Liefern des brennbaren Materials in den Vergasungsofen mit fluidisiertem Bett während der Druck des Ofens abgedichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ferner eine Kompressionseingabevorrichtung (13) vorgesehen ist, um das brennbare Material zu komprimieren und in den Vergasungsofen mit fluidisiertem Bett zu liefern, während der Dichtdruck im Ofen herrscht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schmelzofen eine Düse (134) aufweist, und zwar zum Liefern von Sauerstoff, einer Mischung von Sauerstoff und Luft, oder von Luft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schmelzofen eine Wasserkammer (178) aufweist, um die geschmolzene Asche zur Bildung von Schlacke (176) schnell abzukühlen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schmelzofen eine Abgabeöffnung (152) aufweist, um geschmolzene Asche im unteren Teil des Ofens abzugeben und ferner mit einer Ausstoßöffnung (154) zur Abgabe eines Abgases, wobei die Ausstoßöffnung (152) oberhalb der Abgabeöffnung (152) für die Abgabe von geschmolzener Asche angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vergasungsofen mit fluidisiertem Bett eine annähernd kreisförmige, horizontale Querschnittskonfiguration besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Fluidisiergasliefermittel folgendes aufweisen: Eine zentrale Liefervorrichtung zum Liefern von einem Fluidisierungsgas (4) zur Innenseite des Ofens zur Bildung eines sich bewegenden Bettes (9), in dem sich ein fluidisiertes Medium absetzt und diffundiert; und eine Umfangsliefervorrichtung zum Liefern eines Fluidisierungsgases (3) zur Innenseite des Ofens zur Bildung eines fluidisierten Bettes (10), in dem ein fluidisiertes Medium aktiv fluidisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vergasungsofen mit fluidisiertem Bett (2) Mittel (3, 4, 106) aufweist, zur Erzeugung eines Zirkulationsstromes aus fluidisiertem Medium, gebildet durch Liefern eines Fluidisierungsgases mit einer relativ kleinen Massengeschwindigkeit und mit Liefern eines Fluidisierungsgases mit einer relativ großen Massengeschwindigkeit, derart dass die Temperatur des fluidisierten Bettes (10) im Bereich von 450°C bis 650°C gehalten wird, wodurch eine effektiv gesteuerte fortgesetzte Verbrennung ermöglicht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ferner Mittel vorgesehen sind, um die feinen Teilchen zurückzuführen, die in einem Gas enthalten sind, welches von dem Schmelzofen (41) abgegeben werden, und zwar zurück in den Vergasungsofen (2) mit fluidisiertem Bett.
Ein Verfahren zur Verarbeitung von brennbarem Material in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Innere des Vergasungsofens (2) mit fluidisiertem Bett auf einer Temperatur von 450°C bis 650°C gehalten ist.
Ein Verfahren zur Verarbeitung von brennbarem Material in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei in dem Vergasungsofen (2) mit fluidisiertem Bett ein fluidisiertes Bett auf einer Temperatur von 450°C bis 650°C gehalten ist.
Ein Verfahren zur Verarbeitung von brennbarem Material in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Innere des Schmelzofens (41) auf einer Temperatur von 1300°C oder höher gehalten ist.
Ein Verfahren zur Verarbeitung von brennbarem Material in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Koks (char) zu feinen Teilchen in dem erwähnten zirkulierenden Strom innerhalb des Vergasungsofens (2) mit fluidisiertem Bett wird.