專利名稱：降低灰中殘?zhí)己康姆椒ê脱b置的制作方法
降低灰中殘?zhí)己康姆椒ê脱b置本發(fā)明涉及降低灰中、優(yōu)選煤灰中殘?zhí)己康姆椒ê脱b置，其中將具有廣20重量％碳含量的灰引入反應器、尤其是流化床反應器中，并在70(Tll00°C、優(yōu)選75(T900°C的溫度下進行燃燒。將在燃燒期間產(chǎn)生的有機材料的殘余物稱作灰?；翌w粒的組成主要取決于易燃材料且具有從在金屬化合物(主要是氧化物和碳酸(氫)鹽如Al203、Ca0、Fe203、Mg0、Mn0、P2O5, K2O, SiO2, Na2CO3^ NaHCO3)上殘留的碳和礦物(石英)到有毒物質(zhì)如重金屬(例如砷和鋅)和二噁英?；抑泻械臍?zhí)嫉拇蟛糠?，至?0重量％的量集中在煤的核心中，其被金屬氧化物化合物包圍。這種灰不適合簡單傾倒，而是必須宣稱為有害廢物，因為其吸濕且如果進行不適當傾倒，浙出的溶解性成分由此能夠進入地下水中。這種形式的灰也不能用作水泥工業(yè)中的填料，因為殘?zhí)純?nèi)容物劣化粘結(jié)性能。在灰中、尤其是具有O. 9^1. lkg/Ι堆密度的得自燃煤電站的飛灰中殘?zhí)己康膯?題，僅僅作為在微波輻射下透過保護性封裝碳核的金屬氧化物的實驗而知曉。例如EP O521 059 BI描述了一種確定飛灰中碳含量的方法。基于該目的,在測量室中收集灰試樣,所述測量室充當微波共振空間，并將所述試樣暴露在微波輻射下。通過測量試樣和參比材料的吸收，能夠確定試樣材料的介電常數(shù)并由此最終用于評價殘?zhí)己俊S 4，705，409同樣描述了微波輻射的用途以及確定飛灰中的碳含量?；谠撃康?，將飛灰暴露在微波輻射下以測量吸收率。由此一部分微波輻射被碳吸收，剩余的輻射在吸收流體中被吸收。根據(jù)在存在和不存在灰試樣下的測量中該吸收流體溫度的變化，能夠推斷碳含量。由于吸收微波輻射，所以飛灰中的碳內(nèi)容物能夠發(fā)生部分還原，然而這需要比較高的福射能。例如從DE 102 60 745 Al可已知在具有流化床的反應器中對粒狀固體進行熱處理的方法，尤其是焙燒礦石，在所述流化床中將源自微波源的微波輻射供應至反應器中。為了提高能量的利用和微波輻射的供應，通過中心供應管從下部向反應器的混合室中引入氣體或氣體混合物，其中所述氣體供應管至少部分地被通過供應流化氣體而流化的靜態(tài)環(huán)形流化床所包圍。通過所述中心氣體供應管實施微波的供應。本發(fā)明的目的是以有效方式將灰的殘?zhí)纪耆紵瑫r提供一種在能量方面盡可能聞效的程序。通過具有權(quán)利要求I的特征的本發(fā)明，可實現(xiàn)該目的，特征在于將具有f 20重量％碳含量的灰引入反應器中并在70(Tll0(TC、優(yōu)選75(T900°C的溫度下在其中進行燃燒，其中在燃燒期間，將微波輻射供應至反應器中并至少部分回收在燃燒期間所釋放的能量。此處，流化床反應器的使用是首要有利的，因為以此方式，每單位時間內(nèi)微波輻射能夠到達特別高量的灰表面。由于利用微波進行照射，所以優(yōu)選對灰中的殘?zhí)歼M行加熱，導致燃燒速率提高。殘?zhí)既紵尫诺哪芰侩S后被部分回收。通過供應相應量的空氣或另外的燃料，將燃燒溫度保持在 800°C下。在絕熱條件下，能夠?qū)囟壬擀?T表示為殘?zhí)己康姆蔷€性函數(shù)，據(jù)此，在飛灰中I重量％的碳的條件下，每重量百分比的碳的溫升為 290°C，在5重量％的碳的條件下，每重量百分比的碳的溫升為 170°C，且在10重量％的碳的條件下，每重量百分比的碳的溫升為 120°C (假設(shè)灰中的主要礦物成分是SiO2且廢氣中氧的含量為
I.7^1. 8%)。由此，不僅能夠?qū)⒒肄D(zhuǎn)化成適合傾倒或甚至可用于水泥工業(yè)中的材料，而且還能夠利用碳內(nèi)容物以回收能量。在燃燒之后，剩余的灰殘余物中的殘?zhí)己康陀贠. I重量％，優(yōu)選不超過O. 01重量％。在本發(fā)明的優(yōu)選方面中，將灰在至少100°C、優(yōu)選至少120°C、尤其優(yōu)選150°C 30(TC的溫度下裝填到反應器中，因為以此方式必須供應更少的另外的能量用于燃燒工藝。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有利的是，直接在其產(chǎn)生之后，例如在燃煤電站中，將灰經(jīng)歷本發(fā)明的方法。這將使得可對預熱的干灰進行直接加工。
另外，將首先在傾倒之后臨時能夠具有不超過20重量％、尤其不超過15重量％的殘水含量的灰供應至在反應器上游提供的干燥裝置。在該干燥裝置中，將灰預熱至至少100°C、優(yōu)選至少120°C、尤其優(yōu)選150°C 300°C的溫度，其中同時，灰中所含有的水因這種加熱而蒸發(fā)。由于這種預處理，可減少引入反應器中的能量的量。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，將在干燥期間得到的水作為冷凝物供應至蒸汽發(fā)生器中并將該蒸汽的至少一部分作為能量載體再次循環(huán)入干燥裝置中。由于該循環(huán)在內(nèi)部，所以能夠使得干燥階段的能量損耗最小化。根據(jù)本發(fā)明的能量回收的一個方面提供，對反應器中釋放的能量進行至少部分利用以產(chǎn)生蒸汽。當工藝包括干燥裝置時，特別地，建議至少部分使用在燃燒期間所釋放的能量以在蒸汽發(fā)生器中蒸發(fā)在干燥期間得到的冷凝物并再次將由此得到的蒸汽供應至干燥裝置中。在蒸汽發(fā)生器的下游能夠提供其他單元以進行能量回收。此外，根據(jù)本發(fā)明向反應器中引入其他燃料、尤其是煤是有可能的。結(jié)果，燃燒溫度能夠在75(T900°C的特別有利的范圍內(nèi)保持恒定。另外，不需要通過微波輻射來實施全部能量輸入。特別地，當在燃煤電站下游實施本發(fā)明的方法且由此煤易于獲得時，建議使用煤作為燃料。為了優(yōu)化傳質(zhì)和傳熱，有利的是從下部通過優(yōu)選的中心氣體供應管(中心管或中心管道)向反應器的混合室中引入氣體或氣體混合物，其中所述氣體供應管被灰的靜態(tài)環(huán)形流化床至少部分包圍，所述灰通過供應流化氣體進行流化，并通過同一氣體供應管將微波輻射導入混合室中。通過氣體供應管引入的氣體和/或所述流化氣體含有燃燒所需要的氧氣。根據(jù)本發(fā)明的特別適用于實施上述方法的裝置包括形成為流化床反應器以對灰進行熱處理的反應器和微波源。此外，將氣體供應系統(tǒng)連接到反應器上，以流動通過所述氣體供應系統(tǒng)的氣體將固體從灰的靜態(tài)環(huán)形流化床夾帶進入反應器的混合室的方式形成所述氣體供應系統(tǒng)，其中通過所述微波源產(chǎn)生的微波輻射能夠通過所述氣體供應系統(tǒng)供應。同時，用于引入燃料的燃料導管向反應器內(nèi)開放。最后，所述裝置還包括在反應器下游提供的用于熱回收的單元。當在反應器上游提供干燥裝置時，實現(xiàn)了裝置的改進，所述干燥裝置利用源自蒸汽發(fā)生器的蒸汽以循環(huán)方式運行。在這種循環(huán)中，通過導管將在干燥裝置中得到的冷凝物引入蒸汽發(fā)生器中，在那里通過供入能量(優(yōu)選所述能量是在反應器中的燃燒過程中得到的)，可將冷凝物轉(zhuǎn)換成蒸汽并原樣傳送回干燥裝置中。
根據(jù)實施方案的如下說明和附圖
，也能夠展現(xiàn)本發(fā)明的其他發(fā)展、優(yōu)勢和可能的應用。所述的和/或所顯示的所有特征形成本發(fā)明本身或任意組合形式的主旨，與其包括在權(quán)利要求書中或其背景參考中無關(guān)。在所述附圖中圖I顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的方法和裝置的工藝圖；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的方法和裝置的工藝圖；圖3示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的裝置的構(gòu)造。
圖I顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的不具有預干燥階段的方法。通過導管1，將具有例如250°C溫度和例如10t/h質(zhì)量流量的干灰供應至燃燒反應器3中。同時，通過導管2將煤作為具有環(huán)境溫度(例如25°C)的其他燃料引入反應器3中。原則上，此處還能夠使用其他燃料如柴油、汽油或燃氣。通過微波源4，向反應器3中注入電磁波(微波)，其中能夠設(shè)置不同的波長。合適的微波源包括例如磁電管或速調(diào)管。此外，能夠使用具有相應盤管或功率晶體管的高頻發(fā)生器。通過微波源發(fā)射的電磁波的頻率通常在300MHf30GHz的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，使用ISM頻率 435MHz、915MHz 和 2. 45GHz。在70(Tll00°C、優(yōu)選75(T900°C下在反應器3中進行燃燒。通過導管5和7將在
壓縮機6中壓縮的空氣作為氧氣源注入反應器3中。如果反應器構(gòu)成流化床反應器，則含有氧氣的氣體能夠用作流化氣體和/或單獨進料。將空氣用作氧氣的載體特別有利，因為其能夠在不增加成本的條件下從周圍氣氛中抽取。然而，原則上，僅能夠?qū)⒓冄鯕庾鳛楹鯕獾娜魏螝怏w混合物來使用。有時壓縮也不是絕對需要的。通過導管8，將例如800°C的熱的燃燒殘余物和氣體傳送入能量回收裝置9中。這種能量回收裝置9能夠為例如用于產(chǎn)生蒸汽的單元，其中然后利用蒸汽渦輪將所述蒸汽用于產(chǎn)生電能。如果將本發(fā)明的裝置提供在電站的下游，則這種蒸汽也能夠混入在電站實際運行中得到的蒸汽流中。通過導管10將具有例如250°C溫度的燃燒殘余物和廢氣從能量回收裝置9轉(zhuǎn)移入旋風分離器11中，其中將灰與廢氣分離。然而，為了將固體與廢氣分離，其他分離裝置如過濾器也是可能的。通過導管12從工藝中排出殘余的灰，同時通過導管13將廢氣從旋風分離器中排出。圖2顯示本發(fā)明的方法和具有用于干燥灰的上游裝置的相關(guān)裝置?；谠撃康模ㄟ^導管I將具有15%殘水含量的灰裝入干燥器21中。通過導管22，將在干燥器21中得到的冷凝物供應至蒸汽發(fā)生器23中，通過導管24能夠再次將其作為能量載體從所述蒸汽發(fā)生器23供應至干燥階段21。通過導管25將源自干燥階段21的廢氣排出。然后，通過導管20，將干燥的灰在例如110°C的溫度和例如10t/h的質(zhì)量流量下供應至燃燒反應器3中。同時，通過導管2將具有25°C環(huán)境溫度的煤引入反應器3中以作為另外的燃料。此處，同樣地，具有例如25°C溫度的空氣用作氧氣源。通過微波源4，另外將微波輻射引入反應器3中，從而對灰的碳核進行活化并使其可進行燃燒。由于根據(jù)本發(fā)明的燃燒，灰的殘?zhí)己磕軌蛳陆抵罯. I重量％或甚至該實施方案中的O. 01重量％，如同也第一實施方案中那樣。通過導管8將具有約800°C溫度的熱殘余物和廢氣供應至蒸汽發(fā)生器23中，其中將源自干燥階段21的冷凝物轉(zhuǎn)換成蒸汽。在過量的條件下，能夠從蒸汽發(fā)生器23中抽取另外的蒸汽以進行能量利用。結(jié)果，通常需要將另外的水引入蒸汽發(fā)生器本身或通過未示出的導管引入供應導管22中。原則上，還可僅利用在蒸汽發(fā)生器23中通過燃燒產(chǎn)生的能量的一部分并提供至少一個另外的下游、未示出的能量產(chǎn)生階段。在最后的能量產(chǎn)生階段之后，在圖2中所述最后能量產(chǎn)生階段為蒸汽發(fā)生器23，將氣體/固體混合物傳送入旋風分離器11中以進行分離，在此大部分從碳釋放的灰與仍具有例如250°C溫度的熱廢氣分離。圖3顯示具有反應器3的所主張設(shè)計的本發(fā)明裝置的構(gòu)造，中心管35向例如圓柱體形的反應器3內(nèi)部開放，以使得中心管從反應器3的底部基本豎直向上延伸。在反應器3的底部區(qū)域中，提供未示出的氣體分布器，流化氣體用供應導管32通往該氣體分布器。在反應器3的形成混合室34的豎直上部區(qū)域中，安排出口 36，所述出口 36通過導管8向用于能量回收的單元9的內(nèi)部開放。通過導管10將該單元9中含有的廢氣和顆粒兩者都從該單元9傳遞入未示出的分離裝置11中。在與反應器3相對的中心管35的末端，安排微波 源4。通過中心管35將此處產(chǎn)生的微波射線引入混合室34中。通過固體導管1，將灰引入反應器3中并形成層33，所述層33在反應器3的底部上方環(huán)形包圍所述中心管35。通過導管32引入的氣體使得該環(huán)形流化床33流化，從而形成靜態(tài)流化床。優(yōu)選對供應至反應器3的氣體的速度進行調(diào)節(jié)，以使得環(huán)形流化床33中的顆粒弗雷德(Froude)數(shù)為約O. 115^1. 15。將所述顆粒弗雷德數(shù)定義為
權(quán)利要求
1.一種降低灰中碳含量的方法，其中將具有f 20重量％碳含量的灰引入反應器中并在70(Tii0(rc下在其中燃燒，所述方法的特征在于，在所述燃燒期間，將微波輻射供應至所述反應器中并至少部分回收在所述燃燒期間所釋放的能量。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在燃燒之后所述灰的殘?zhí)己坎怀^O.I重量％。
3.如上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，將具有至少100°c溫度的灰引入所述反應器中。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，將具有至多20重量％的殘水含量的灰供應至在所述反應器上游提供的干燥裝置中。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將在干燥期間得到的水作為冷凝物供應至蒸汽發(fā)生器中并將在所述蒸汽發(fā)生器中得到的蒸汽至少部分地作為能量載體再次供應入所述干燥裝置中。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對所述反應器中釋放的能量進行至少部分利用以產(chǎn)生蒸汽。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，除了燃料之外，特別地，將煤引入所述反應器中。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，從下部通過至少一個氣體供應管向所述反應器的混合室中引入氣體或氣體混合物，其中所述氣體供應管被由灰構(gòu)成的靜態(tài)環(huán)形流化床至少部分包圍，所述灰通過供應流化氣體進行流化，并通過所述氣體供應管將微波輻射供應至所述混合室中。
9.一種利用具有流化床的反應器降低灰中碳含量的裝置，其中所述反應器(3)包括氣體供應系統(tǒng)，以流動通過所述氣體供應系統(tǒng)的氣體將灰從靜態(tài)環(huán)形流化床(33)夾帶進入混合室(34)的方式形成所述氣體供應系統(tǒng)，所述靜態(tài)環(huán)形流化床(33)至少部分包圍所述氣體供應系統(tǒng)，具有通過所述氣體供應系統(tǒng)將微波輻射供應至所述反應器內(nèi)的微波源(4)，具有用于將燃料進料至所述反應器(3)中的燃料導管(2)以及在所述反應器下游提供的用于回收能量的單元(9)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，在所述反應器(3)的上游提供有干燥裝置(21)，所述干燥裝置(21)利用源自蒸汽發(fā)生器(23)的蒸汽以循環(huán)的方式運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及降低灰中的碳含量，其中將具有1~20重量%碳含量的灰引入反應器中并在700~1100℃的溫度下在其中燃燒。在所述燃燒期間，將微波輻射供應至所述反應器中并至少部分回收在所述燃燒期間所釋放的能量。
文檔編號B01J8/42GK102917785SQ201180026619
公開日2013年2月6日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者N·阿納斯塔西杰維克, G·施耐德 申請人:奧圖泰有限公司