專利名稱：生產(chǎn)基于固體燃料的清潔熱氣的方法和系統(tǒng)的制作方法
生產(chǎn)基于固體燃料的清潔熱氣的方法和系統(tǒng)本發(fā)明特別涉及一種通過分階段熱反應器來生產(chǎn)具有低含量的揮發(fā)性有機化合物(VOC)、Ν0χ和粉塵的清潔熱煙道氣和具有低碳含量的清潔灰的方法和系統(tǒng)。在所述分階段熱反應器中，固體燃料的轉(zhuǎn)化過程處于獨立的豎直階段中(從下到上)灰燃盡、炭氧化和氣化、熱解、干燥和氣體燃燒階段，來自氣化器的氣體在此中燃燒。氣體燃燒階段既起到氣體燃燒器的作用，同時也是干燥和熱解上升氣流式氣化器的頂層的熱源。在燃料的熱轉(zhuǎn)化期間產(chǎn)生熱煙道氣是眾所周知的。熱煙道氣可以用于幾個目的， 例如用于生產(chǎn)蒸汽、熱水、熱油等。參考WO 2007/036236 Al，其涉及熱反應器中產(chǎn)生的熱氣體的熱量回收，通過以如下的量和方式在一個或更多注入?yún)^(qū)域向氣體中注水而進行，所述量和方式使得由于水的汽化，氣體溫度被降低到低于400°C，氣體露點變?yōu)橹辽?0°C，優(yōu)選至少70V，可能地80或 850C。然后可使氣體通過一個冷凝熱交換裝置，使氣體中的水蒸汽至少部分被冷凝，并且冷凝熱可以用于加熱流體物流——主要為水禾口W0/2007/081296，其涉及一種氣化器，該氣化器可從分類/未分類的城市固體廢物(MSW)、垃圾衍生燃料(RDF)、包括來自廢水處理廠的污泥、皮革工業(yè)殘渣、農(nóng)業(yè)廢料和生物質(zhì)的工業(yè)廢物中通過下降氣流或者上升氣流運行來生產(chǎn)合成氣，該氣化器包括瓶頸區(qū)域、干燥區(qū)域、熱解區(qū)域、還原和氧化區(qū)域、灰區(qū)段、安全閥、旋轉(zhuǎn)閥、振動器和幾個點火裝置和US 6024032A 公開了一種由固體碳質(zhì)燃料生產(chǎn)熱能的方法。所述方法包括在至少一個第一區(qū)域使所述碳質(zhì)燃料進行大致為厭氧的熱解，之后將熱解得到的炭輸送到與第一區(qū)域隔離的第二區(qū)域。通過引入一級燃燒空氣、任選地蒸汽和/或再循環(huán)的廢氣，使炭在第二區(qū)域氣化。第二區(qū)域的排出氣體和來自第一區(qū)域的熱解氣體此后進行二次燃燒。第一區(qū)域通過來自二次燃燒的熱量加熱?；覐牡诙^(qū)域的底部除去禾口WO 01/68789A1 用于特定廢物部分和生物質(zhì)(例如木頭)的熱氣化的分階段氣化過程和系統(tǒng)，包括干燥器(1)，其中燃料通過與過熱的蒸汽的接觸來干燥。將干燥的燃料裝入熱解單元0)，并向其中供以過熱蒸汽。易揮發(fā)性焦油，含熱解單元(4)中產(chǎn)生的組分，被送入氧化區(qū)域(5)，加入氧化劑以便引起部分氧化，焦油的含量由此而明顯降低。來自熱解單元⑷的固體燃料組分被裝入氣化單元(6)，并向其中供以來自氧化區(qū)域(5)的熱氣體。 在氣化單元(6)中固體燃料組分被氣化或者變?yōu)樘?。氣化單?6)產(chǎn)生的氣體可在燃燒單元(7)如內(nèi)燃機中燃燒。因此，獲得的用于生物質(zhì)和廢物氣化的氣化過程具有高能效率、氣化氣體焦油含量低、且對于寬范圍的燃料(包括含大量水分的燃料)具有適度的造渣風險和WO 2008/004070A1 控制發(fā)電設(shè)備的方法和用于所述方法的設(shè)備，所述的設(shè)備包括用于例如廢物、木屑、稻草等生物質(zhì)材料的氣化器。所述氣化器是井式上升氣流固定床類型，其從頂部充填用于氣化的原料并從其底部引入氣化劑，和驅(qū)動用于發(fā)電的發(fā)電機的內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃機由來自氣化器的燃氣驅(qū)動。通過將所產(chǎn)生的燃氣直接來自氣化器供應到內(nèi)燃機并控制氣化器中燃氣的產(chǎn)生以保持恒定的電力輸出，消除了在氣化器和內(nèi)燃機之間使用儲氣器的必要性。
背景技術(shù)：
熱反應器通常固體燃料在移動床或者流化床反應器中轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇細怏w(氣化)或煙道氣 (燃燒)。移動床反應器通常被分為以下類型上升氣流式(空氣/氣體上升且燃料下降)； 下降氣流式(空氣和燃料下降)；或者燃料水平移動的(經(jīng)常具有向下的斜度)基于爐蓖/ 加煤機的系統(tǒng)(移動爐蓖，振動爐蓖，加煤機)。流化床反應器通常被分為以下類型鼓泡式流化床(BFB)、循環(huán)流化床(CFB)，或者氣流床(EF)。大多數(shù)反應器最初是為煤轉(zhuǎn)化設(shè)計的。新型固體燃料(例如生物質(zhì)和廢物)與煤相比具有非常不同的特性。特別是揮發(fā)物和水的含量在生物質(zhì)和廢物中要高得多。在煤中， 揮發(fā)物的含量通常低于30%，而對于生物質(zhì)和廢物來說，揮發(fā)物的含量通常大于65% (不含干燥灰重量基)。此外，新鮮的生物質(zhì)和廢物中水的含量經(jīng)常大于20%，甚至經(jīng)常大于 50%，因此燃料的干燥在生物質(zhì)和廢物的反應器中經(jīng)常是一個非常重要的問題。而且，對于煤和生物質(zhì)/廢物，灰的含量和組成也可能極為不同。此外堿金屬(鈉、鉀)、氯、鉀、硅等的含量可能高很多，并且眾所周知，生物質(zhì)和廢物中的灰熔點比在煤中要低。因此，標準的“煤反應器”用于轉(zhuǎn)變生物質(zhì)和廢物并不是最佳的。供給系統(tǒng)和燃料輸送裝置供給系統(tǒng)通常是螺桿或者推進類型的或者氣動的"拋煤機式"供給機。在爐蓖系統(tǒng)中，爐蓖運送燃料。在多數(shù)情況下，燃燒空氣穿過爐蓖。這些系統(tǒng)存在一些問題，包括爐蓖的熱斑點，不均勻的空氣分布，灰/炭通過爐蓖下落，控制在爐蓖上的階段等等。在流化床系統(tǒng)中，燃料與床材料混合。流化床系統(tǒng)在把床材料與灰分開方面存在問題，并且由于流化床通常是好的攪拌反應器，可能在區(qū)分不同的處理步驟方面存在問題。轉(zhuǎn)變的目的是生產(chǎn)可燃氣體時上升氣流式氣化器通常被使用。上升氣流式氣化器通常用于民用燃氣的生產(chǎn)，最近也用于內(nèi)燃機操作，如WO 2008/004070A1的記載。在上升氣流式氣化器中，有簡單的供給和傳送機械，既包括送入也包括送出反應器，其中灰可以在冷的狀態(tài)下除去。當灰層處于反應器的底部時，加入氣化劑(空氣/蒸汽)。眾所周知，上升氣流式氣化器能很好地轉(zhuǎn)變?nèi)剂锨以诨抑写嬖跇O少的碳。上升氣流氣化技術(shù)被稱為一項簡單和強有力的技術(shù)。然而，上升氣流氣化技術(shù)有一些缺點，例如 生產(chǎn)的氣體中一氧化碳、焦油和其它未燃燒氣體的含量高，當合成氣生產(chǎn)是氣化器的目的時，這些物質(zhì)難以清除 由于通常使用圓形，放大困難當使用濕燃料時，床相對較高，例如4米或更高，因為干燥需要長的反應時間。例如在US 60M032A和WO 01/68789A1的系統(tǒng)中，一個或多個過程反應與其他反應物理分離。 這具有一些處理優(yōu)勢，但是也有缺點，反應器會
更大 建造的費用更高 維持的費用更高。燃料中的水含量通常的燃燒裝置或用于高含水量(具有低熱值)的燃料或用于低水含量(具有高熱值)的燃料。然而，使用者經(jīng)常更喜歡能燃燒寬范圍的燃料的裝置。WO 2007/036236A1記載了解決這個問題的方法如果燃燒裝置設(shè)計用于濕燃料而收到干燥的燃料，那么燃料中缺乏的水可以通過添加水至燃料或者熱反應器來補償，從而使干燥區(qū)域不會變得太熱而導致NOx形成和/或過度加熱材料。氣體燃燒在把固體燃料轉(zhuǎn)變成清潔煙道氣的過程中，一個主要的技術(shù)和環(huán)境問題是防止煙道氣中不希望的物質(zhì)。這些物質(zhì)包括 有機物質(zhì)⑶，PAH (聚芳香烴)，二惡英或VOC· NOx 顆粒 其它。在現(xiàn)有技術(shù)的燃燒設(shè)施中，經(jīng)常有幾個空氣注入階段(一級，二級和三級空氣)， 具有許多噴嘴和/或下游氣體凈化裝置如NOx去除過濾器，針對有機材料的氧化器或者粉塵收集器以得到足夠低的排放。有機材料的燃燒可以通過以下方式優(yōu)化，通過保證氧氣和氣體之間有效混合；通過保證高的保留時間，如2秒或者更高，和通過保證高的燃燒溫度，例如900°C或者更高。熱NOx在氣體燃燒階段形成并且在很大程度上取決于溫度。溫度越高，NOx的形成越多，而且氧含量越高，NOx的形成越多。當溫度低于1100°C時，NOx的形成適度，但是當溫度大大超過1100°C時，NOx的形成加速。來自流化床反應器的顆粒排放通常較高，而對于爐蓖系統(tǒng)，眾所周知上升氣流氣化器所產(chǎn)生氣體的顆粒非常少。燃料NOx除了上述的熱NOx以外，NOx可以由燃料中的氮形成當在燃料中超過空氣與燃料的化學計量比時燃料NOx形成。這經(jīng)常發(fā)生在爐蓖系統(tǒng)和流化床燃燒室，而在上升氣流式氣化器中，情況并非如此。眾所周知上升氣流氣化器產(chǎn)生低NOx的氣體。煙道氣中的氧含量燃燒設(shè)施的一個重要的參數(shù)是煙道氣中的氧含量。含氧量越低越好。低過量氧具有幾個優(yōu)勢，包括·更低的鼓風機投資費用和能耗 較低煙道氣量，因此在熱反應器下游的部件更小和更便宜 煙道氣中蒸汽比率更高，因此具有更好的輻射性質(zhì) 煙道氣中水露點更高，因此在冷凝器中具有更高的能量效率。通常，過量的空氣大于5%，例如7% (干燥基)，其對應于1.3或更高的λ (化學計量比)。
煙道氣中的蒸汽含量在煙道氣中高蒸汽含量具有幾點優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括但不局限于 改善輻射性質(zhì) 改進冷凝單元中的熱回收 阻止煙灰生成·限制溫度和由此NOx的形成。空氣分布在典型的燃燒設(shè)施中，空氣被分布到多個燃燒階段 干燥階段 熱解階段 氣化/氧化階段 灰燃盡階段 氣體燃燒階段，此處經(jīng)常分為幾個階段(二級和三級階段)。當將氧通入干燥和/或熱解階段和/或氧化階段時，目標不是專門針對去揮發(fā)分的炭的燃盡或氣體燃燒，而是導致整個裝置中過量空氣的高水平。燃燒空氣中蒸汽和氧氣的含量通常將未處理的空氣用于燃燒，但是所述空氣的性質(zhì)可以通過向其中添加蒸汽和 /或氧氣來改進。一級空氣中的蒸汽導致氧化區(qū)域內(nèi)較低的溫度，其防止灰的結(jié)渣并且改進氣化反應(H20+C->C0+H2)。二級空氣中的蒸汽降低氣體燃燒區(qū)段內(nèi)的溫度，從而降低NOx。更多的蒸汽防止煙灰的生成。高含量氧氣導致燃燒液的更低質(zhì)量流速，從而減小了裝置的大小?；抑械奶己吭跔t蓖和流化床系統(tǒng)中，灰的碳含量通常是10%或更多。這導致了效率和環(huán)境問題碳包含了沒被利用的有價值的能量，以及環(huán)境不友好的物質(zhì)例如PAH。而且，主要的技術(shù)問題經(jīng)常是灰在700-900°C燒結(jié)，取決于灰的組分。為了防止灰在流化床和爐蓖系統(tǒng)中燒結(jié)，炭的含量經(jīng)常高，例如10%或以上。而且，在爐蓖系統(tǒng)中，含有高含量的炭的未燃燒燃料經(jīng)常通過爐蓖下落；因此在爐底部的灰中炭含量會增加?；仪宄到y(tǒng)在爐蓖系統(tǒng)和流化床系統(tǒng)中，灰清除系統(tǒng)是昂貴和復雜的。在流化床系統(tǒng)中，灰和沙被混合，因此在除掉灰/沙之后，沙需要從灰中分離。上升氣流式氣化器的灰清除系統(tǒng)制造簡單，因為爐蓖的溫度低。反應器和熱階段的活動部件在爐蓖系統(tǒng)中，燃料被爐蓖從入口移動到灰出口。通常，爐蓖由優(yōu)質(zhì)鋼制成，其是昂貴的和需要替換的。通常，部分爐蓖至少每年被替換，與停工期、材料和人工有關(guān)的費用也是非常高的。在一些上升氣流式氣化器中，在頂部具有大的攪拌器用來使燃料均勻。
形狀流化床反應器和上升氣流式氣化器通常是圓形的，而爐蓖系統(tǒng)通常是矩形的。典型的上升氣流式氣化器中的圓形導致大約IOMW熱的最大規(guī)模。一個上升氣流氣化器的典型關(guān)鍵數(shù)值是lMW/m2炭氣化反應器。7MW時，直徑超過: ，并且在這個尺寸時流動可能變得不均勻。因此，公認大約IOMW是上升氣流式氣化器的最大輸入值。裝置的大小燃燒裝置以非常小的規(guī)模生產(chǎn)，例如5KW甚至更小的爐，或者以非常大的規(guī)模生產(chǎn)，例如數(shù)百兆瓦的燒煤的電廠?？煞鄣谋嚷薁t蓖系統(tǒng)和流化床的典型的可翻折的比率是大約1 2，而上升氣流式氣化器具有1 10或者甚至1 20可翻折的比率。本發(fā)明及其優(yōu)選實施方案的描述本發(fā)明提供了用于生物質(zhì)和廢物燃燒的一種改進的方法和改進的系統(tǒng)或裝置。本發(fā)明的各個方面、特征和實施方案將在以下陳述。熱反應器本發(fā)明可被認為使用了移動床技術(shù)。上升氣流氣化理論用于把燃料轉(zhuǎn)變成氣體和灰在很多優(yōu)選實施方案中燃料被裝入頂部并且在下述連續(xù)連貫的階段(從頂?shù)降?變?yōu)榭扇紵臍怏w干燥階段、熱解階段、炭氣化和氧化階段以及灰燃盡階段。上升氣流式氣化器上方是氣體燃燒階段，其中來自上升氣流式氣化器的氣體被燃燒，并且來自氣體燃燒的熱被傳遞到在上升氣流氣化器中的燃料的頂層，從而有效地干燥和熱解燃料。因此，本發(fā)明提供一種分解易燃有機材料的方法，所述的方法包括在獨立的階段 (例如干燥階段、熱解階段、氣化和氧化階段、燃盡階段和氣體氧化階段)加熱燃料到造成燃料分解為氣體和固體組分的溫度。此外，在干燥階段和熱解階段的燃料被通過氧化過程形成的氣體加熱。本文的“階段”優(yōu)選用來表示在室內(nèi)的具體區(qū)域，其中室被墻元件界定。另外，階段優(yōu)選被定義為規(guī)定的過程進行的區(qū)域。在本文中，不同的階段(例如干燥、熱解、炭氣化和氧化、灰燃盡)是獨立連貫的，這是就對燃料的不同處理過程在獨立階段中進行而言。另外，階段是連續(xù)和連貫的，這是就燃料直接從一個階段到達另一個而言。因此，在本發(fā)明的幾個方面，提供了一種用于在熱反應器中把固體碳質(zhì)燃料轉(zhuǎn)變成煙道氣和灰的方法，所述的方法包括在獨立的階段加熱燃料到造成燃料分解為氣體和固體組分的溫度，所述階段包括-熱解階段，其中燃料在不加入氧氣的條件下熱解，-氣化和氧化階段-有氧氣供應的灰燃盡階段，和-有氧氣供應的氣體燃燒階段，其中燃料在熱解階段通過在氣化和氧化階段和氣體燃燒階段中形成的氣體加熱。這些階段在本發(fā)明的很多方面中是連貫的，并且在氣化和氧化階段炭轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w。術(shù)語燃料是單個一種燃料或者任何類型燃料的組合。氣化和氧化階段可以是獨立的階段，然而，在本發(fā)明的許多優(yōu)選方案中，氣化和氧化階段實際上是一個階段。輸送系統(tǒng)燃料被輸送到熱反應器。優(yōu)選，氣化器除了灰清除系統(tǒng)以外在反應器中不需要任何輸送機構(gòu)。固體部分階段的描述(從頂部到底部)優(yōu)選將新鮮的燃料運送到反應器的干燥階段。在干燥階段，燃料中的水蒸發(fā)。燃料可含有極少量的水，例如百分之幾，或者燃料可含有高含量的水，例如55% (重量基)或者更高。在常壓下，燃料加熱到100°C時干燥發(fā)生。溫度越高，干燥過程越快。干燥過程的能量來自兩個內(nèi)部過程 來自上面的氣體燃燒的熱，主要通過輻射和對流傳遞 來自下面的炭氣化的熱，主要通過對流傳遞。由于干燥階段被有效地加熱到高溫，例如400°C或甚至600°C或者更高，在該反應器內(nèi)的干燥反應時間短，例如低于5分鐘，從而造成非常緊致的干燥階段。當燃料干燥后被進一步加熱時，進一步去揮發(fā)分作用在熱解階段發(fā)生。在熱解階段，固體有機燃料被加熱到約300°C至900°C的溫度，并分解成包含炭和灰的固體組分和包含有機組分(包括焦油、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫和水等)的氣體成分。熱解過程的能量主要來自兩個其它的內(nèi)部過程 來自上面的氣體燃燒的熱，主要通過輻射和對流傳遞 來自下面的炭氣化的熱，主要通過對流傳遞。由于熱解階段被有效地加熱到高溫，例如500°C或甚至700°C或者更高，本發(fā)明的熱解反應時間非常短，例如低于5分鐘，從而造成一個非常緊致的熱解階段。緊致的干燥和熱解階段導致裝置的建筑高度降低并且材料成本降低。在炭氧化和氣化階段，在熱解階段生產(chǎn)的固體組分轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇嫉臍怏w和富含碳的灰。氣化反應(主要是C02+C->2C0和H20+C-XXHH2)是吸熱的(耗能的)。氣化劑是氧化反應產(chǎn)生的氣體。氣化和氧化階段的溫度在600°C至1100°C。在文獻中，“氣化〃經(jīng)常被命名為“還原”。在氧化階段，在氣化階段沒氣化的碳通過使用氧氣被氧化/燃燒。除氧氣之外，還有蒸汽和氮氣可以被作為干空氣、濕空氣加入，并且蒸汽還可進入氧化階段。氧化階段的溫度是 700-1IOO0C ο在氧化階段下面是灰。氧化劑(空氣)和可能的蒸汽進入灰層?？諝?蒸汽的溫度較低，例如低于300°C甚至低于100°C。據(jù)此，進行最后的燃盡且灰被冷卻，導致具有非常低的含碳量一一以重量基計例如低于10%或甚至低至5%或者更低——的冷灰的生成，例如低于300°C或者甚至低于200°C?；彝ㄟ^灰清除系統(tǒng)除去。氣體燃燒部分的描述(固體部分以上)上升氣流式氣化器產(chǎn)生包含水、氫、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和更高級的烴的可燃氣體。由于熱解階段的頂部溫度高，例如700°C或者更高，氣體水、氫、一氧化碳和二氧化碳將接近于平衡。由于燃料的高水分含量或者如果合適的話加入水，和在氣化器中蒸汽和/ 或濕空氣的使用，造成氫氣含量高，意味著接下來的氣體燃燒非常快的正面影響，因為氫氣增加了火焰的速度。恰好在床上面的典型的氣體組成是水30%，氫氣23%，甲烷1%，一氧化碳8%，二氧化碳13%，氮氣25%。由于被空氣氧化，可燃氣體轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退?。氣體燃燒過程在床表面附近進行，例如4米或者更低，并且因此由氣體燃燒階段加熱床的頂部，主要通過輻射，還有一些通過對流。從氣體燃燒到床的熱傳遞導致了較冷的火焰，降低了 NOx和煙灰的生成。在熱反應器中，可插入其他冷卻物件，例如蒸汽過熱器或者其它類型的過熱器，即基于氦氣的在斯特林發(fā)動機(Stirling engine)中使用的過熱器。此外水和/或?qū)嵊湾仩t可用來冷卻熱反應器。優(yōu)選將氣體噴嘴在熱反應器中設(shè)置在相同的高度，優(yōu)選噴嘴指向水平或者甚至有點向下，例如以0-20度角，其設(shè)置方式和高度使得向床下面的熱傳遞被優(yōu)化。優(yōu)選熱反應器壁以如下方式成型使煙道氣存在一些返混/循環(huán)，其將改進一氧化碳和NOx的減少，并且使來自熱壁和到燃料頂層的輻射增加。優(yōu)選將濕空氣用于燃燒，因為濕空氣能讓溫度下降從而降低NOx的形成。噴嘴被設(shè)計為使燃燒空氣具有合適的速度，從而獲得好的燃盡效果。通常，噴嘴的速度滿負荷是在10-40m/s之間。氣體燃燒部分的溫度通常在900-1100°C。燃料的水含量本發(fā)明的燃燒單元可以使用寬范圍的燃料，例如具有低熱值的濕燃料或具有高熱值的干燃料。這些優(yōu)點來自于在能夠使用兩種類型的燃料的裝置中安裝有灑水系統(tǒng)。灑水系統(tǒng)保證穩(wěn)定并且可控的燃燒過程，因為——當燃料變干燥，熱反應器的溫度將要增加時——灑水系統(tǒng)將穩(wěn)定溫度，水被灑入燃料和/或熱反應器。水將會蒸發(fā)，并且由于水的高蒸發(fā)能量，熱反應器中的溫度將會降低。灑水系統(tǒng)另外具有的優(yōu)勢 通過降低溫度防止NOx的形成 通過降低溫度并且增加蒸汽含量降低煙灰的產(chǎn)生 通過增加蒸汽含量增加輻射性質(zhì)眷低溫冷凝器中可回收用于產(chǎn)生熱量的冷凝能量隨著熱反應器中蒸發(fā)水的量而增加。與熱反應器中的燃料熱值無關(guān)，向所述系統(tǒng)中添加水的系統(tǒng)能夠確保穩(wěn)定的溫度，從而確保穩(wěn)定和低的排放量。氣體燃燒 因為氧化階段提供了空氣/氣體的良好混合和高保留時間，例如2秒或者以上， 有機材料被有效地燃燒成二氧化碳。此外，到達氣體燃燒階段的氣體由于干燥/熱解階段的強輻射具有高溫，例如 500°C或甚至700°C或更高，因此用于轉(zhuǎn)變氣體的反應時間非常少。此外，900-1100°C的溫度范圍和氧氣與待燃燒氣體組分的高比率保證了快速和有效的燃燒。 由于氣體燃燒階段中的溫度被限制低于1100°C，限制了氣相中NOx的形成。此外，濕空氣可以用于氣體燃燒，其也能降低NOx的形成。 與爐蓖系統(tǒng)和流化床相比，上升氣流式氣化器產(chǎn)生的氣體具有非常少的顆粒。 而且，在氣化器頂部的增加的床面積能更進一步降低顆粒的排放，因為向上的氣流速度隨著面積的增加而降低。此外，灑水系統(tǒng)能降低顆粒的排放，因為水滴能捕獲顆粒并且使它們返回床，正如在洗滌系統(tǒng)中一樣。應注意US 6024032導致1100-1300°C的氣體燃燒溫度，其將導致高的NOx，也因為 US 6024032的結(jié)構(gòu)復雜而導致高的維護費用。燃料NOx本發(fā)明的一個重要的特征是低NOx。當在燃料中有超過化學計量的空氣-燃料比例時，燃料NOx形成。在本發(fā)明中，在炭氧化階段沒有過量空氣，這是由于本發(fā)明利用上升氣流氣化理論，眾所周知其產(chǎn)生低NOx的氣體。煙道氣中的含氧量本發(fā)明的一個主要優(yōu)點是限制了過量空氣含量。通常，過量空氣超過5%，例如 7% (干燥基)，其對應1.3或更高的λ (化學計量比)。在本發(fā)明中，過量空氣低于5%，例如4% (干燥基)或者更低。能達到如此低的過量空氣是因為大多數(shù)空氣，大約空氣的80%，被引向在上升氣流氣化器中產(chǎn)生的氣體。4%的過量空氣對應1. 3的空氣-氣體化學計量比，其對于氣體燃燒過程是正常的。本發(fā)明的低氧含量一部分是由于具體的空氣分布(如下)，一部分是由于離開本發(fā)明的氣化器的氣體比在傳統(tǒng)的上升氣流式氣化器中更熱(與冷氣比較，熱氣為完全燃燒需要較少的氧)。低過量空氣的一些優(yōu)勢包括 更低的鼓風機投資費用和能耗 較低的煙道氣量，從而更小和更便宜的熱反應器下游部件 煙道氣中更高的蒸汽比率，以及因此更好的輻射性質(zhì) 在煙道氣中更高的水露點，以及因此在冷凝冷卻器中的更高能量效率?？諝夥植急景l(fā)明的一個非常獨特的特征是同時兼具低過量氧氣，煙道氣中碳物質(zhì)的良好燃盡，低NOx以及清潔的灰。這之所以能實現(xiàn)，是因為完全燃燒所需要的空氣只用于兩個過程 炭轉(zhuǎn)變(一級空氣) 氣體燃燒(二級空氣)而干燥和熱解通過來自氣體燃燒的輻射能量和來自炭氣化器的熱氣的對流能量驅(qū)動。由此，每個活性氧分子或被用于燃盡去揮發(fā)分的炭或被用于氧化氣體組分。煙道氣中的蒸汽含量本發(fā)明的一個主要優(yōu)勢是在煙道氣中的高蒸汽含量。高蒸汽含量的優(yōu)勢已經(jīng)被描述(輻射性質(zhì)的改進，冷凝單元中的熱回收的改進，防止煙灰生成，限制溫度，以及因此限制NOx形成，等等)。
由于灑水系統(tǒng)，穩(wěn)定的高蒸汽含量，例如基于重量基計20%或者更高，可以被保持在系統(tǒng)中，當燃料中的含水量降低時灑水系統(tǒng)被激活。此外，用于燃燒的濕空氣的使用能增加煙道氣中的蒸汽含量?；业暮剂吭诒景l(fā)明中，上升氣流氣化理論用于把炭轉(zhuǎn)變成可燃的氣體和灰。這導致高的炭燃燒在灰中的含碳量少于10 %，或者甚至低于5 %。為了減少燒結(jié)，可使用濕空氣，或者在反應器的底部加入蒸汽?；仪宄到y(tǒng)本發(fā)明的一個主要優(yōu)勢是高的炭燃盡和清除灰的簡單性。在爐蓖系統(tǒng)和流化床系統(tǒng)中，灰清除系統(tǒng)昂貴而且結(jié)構(gòu)復雜，而根據(jù)本發(fā)明的灰清除系統(tǒng)技術(shù)上容易實現(xiàn)并且便且。在本發(fā)明中，灰可例如通過一個或者幾個螺桿清除。在反應器和在熱階段中的非活動部件(或者有限制的活動部件)本發(fā)明的一個主要優(yōu)點是，干燥、熱解、炭氧化和炭氣化階段沒有爐蓖。理想地，系統(tǒng)由下列活動部件組成 供給機(100°C以下) 灰螺桿(灰低于300°C ) 鼓風機(低于50°C )。然而，對于本發(fā)明的一些裝置類型和/或燃料類型，用一臺或幾臺攪拌器/推進機使生物質(zhì)/灰從一個反應階段移動到另一個階段可能是有利的。另外，對于本發(fā)明的一些裝置，將一個或幾個熱電偶或其他傳感器出于壽命考慮而移動到高溫階段中或長或短的時段可能是有利的。形狀熱反應器在豎直方向分成幾個階段。各階段包括(從下到上) 灰燃盡 炭氧化和氣化 熱角軍 干燥 氣體燃燒。氣體燃燒階段的功能既包括氣體燃燒器，也是上升氣流式氣化器的頂層的熱源。根據(jù)本發(fā)明，所述階段可部分水平劃分，即干燥區(qū)可靠近供給機，并且熱解階段可水平離開供給機。這樣的形狀使熱解氣遠離供給機，并且可使供給機區(qū)段保持較冷(低于 200 0C )。熱反應器的高度從用于小裝置的幾米到用于大裝置的大于8米可變。在水平面內(nèi)，熱反應器優(yōu)選是圓形或者矩形。固體床和氣體燃燒部分可以具有不同的尺寸。例如，熱反應器的底部部分可以有一直徑，并且在較高的干燥/裂解區(qū)域，它可以更寬，并且在上面的氣體燃燒階段，熱反應器可能更寬。裝置的大小
通常，這些類型的裝置是在1-20兆瓦熱量輸入之間，但是它們可以更小或更大。一個典型的設(shè)計參數(shù)是，在氣化區(qū)段應為大約lm2/MW燃料輸入和在氣體燃燒區(qū)段大約2秒的氣體保留時間。可翻折比率本發(fā)明的另一個重要的特征是高的可翻折比率。根據(jù)設(shè)計和燃料，本發(fā)明可用于設(shè)計1 10或者甚至更低例如1 20的可翻折比率的熱反應器。容易調(diào)節(jié)另一個重要的特征是系統(tǒng)非常容易調(diào)節(jié)。床高度具有均勻的床高度是合乎需要的。因此，床高度的記錄系統(tǒng)應被建立，其與供給系統(tǒng)相互作用。傳感器，例如雷達，超聲波或者Y測量，可以記錄床高度。此外床高度可以通過使用熱電偶來間接記錄在供給機處干燥和熱解階段接收上面的氣體燃燒階段的輻射熱。當在干燥和熱解階段過程中具有正常的燃料層時，供給機的底部是冷的，而當在干燥和熱解階段過程中的燃料層低時，底部將變暖。然后熱電偶把信號傳給供給系統(tǒng)，指示新鮮的(冷)燃料需要被填入。在供給機對面通過記錄在不同高度的熱反應器壁的溫度可以確定燃料層的大約高度氣體燃燒所在的熱反應器壁與燃料層的頂部所在的熱反應器壁相比將更熱。灰清除在氣化器的底部，灰被清除，并且氧氣(空氣)被注入到燃盡層。當灰中的炭被燃盡時，灰清除系統(tǒng)被激活。當灰層含炭時，炭將氧化，并且灰將變熱。當炭被完全燃燒時，灰將變冷。因此，剛好在氧氣(空氣)入口上方的溫度測量裝置能指示炭是否被完全燒毀，然后激活灰清除系統(tǒng)。用于氣化和氣體燃燒的氧氣對于熱反應器的化學計量比為大約1. 2-1. 3，對應于煙道氣中大約4-5%的(干燥基)氧氣含量?？刂埔粋€或多個鼓風機來保證該氧氣量。氧氣被分配到氣化反應器和氣體燃燒階段。氣化反應器以0. 2-0. 25的化學計量比運行，因此大約15_20%的氧氣通向灰燃盡階段，其余的通向氣體燃燒階段。用于控制溫度的水如前所述，水可以用于氣體燃燒階段的溫度控制。便宜、簡單且緊致如上所述，與現(xiàn)有的燃燒技術(shù)相比，該系統(tǒng)提供了許多優(yōu)勢。因而可能預期該系統(tǒng)將會是昂貴和結(jié)構(gòu)復雜的。然而，系統(tǒng)的簡單和緊致性是本發(fā)明的一個主要優(yōu)勢。系統(tǒng)的壓力通常，系統(tǒng)的壓力為常壓，但是系統(tǒng)也可以被建造為用于負壓和加壓。材料通常，系統(tǒng)內(nèi)側(cè)用高溫材料建造，例如磚和隔熱塊，隨后是絕熱和鋼鐵容器。本發(fā)
13明，特別是其優(yōu)選的實施方案，在下文中通過參考附圖更詳細地介紹，其中

圖1示意性地說明本發(fā)明的熱反應器的基本工序如何相互作用。圖2示意性地說明本發(fā)明的一個生產(chǎn)熱水的加熱設(shè)備的基本工序。圖3示意性地說明本發(fā)明的一個熱反應器和輻射氣體冷卻器。圖3a說明一個2麗木屑熱量輸入的尺寸的熱反應器。尺寸以毫米計。圖4示意性地說明根據(jù)氣體燃燒的CFD模擬在熱反應器的煙道氣中的一氧化碳含量。圖如示意性地說明根據(jù)圖3a的熱反應器的CFD模擬在熱反應器的煙道氣中的一
氧化碳含量。圖5示意性地說明根據(jù)氣體燃燒的CFD模擬在熱反應器的煙道氣中的流態(tài)和溫度。圖fe示意性地說明根據(jù)圖3a的熱反應器的CFD模擬在熱反應器的煙道氣中的溫度。圖6示意性地說明本發(fā)明的一個生產(chǎn)熱水的加熱設(shè)備。圖6a示意性地說明本發(fā)明的一個生產(chǎn)熱水的加熱設(shè)備。圖7示意性地說明本發(fā)明的一個生產(chǎn)熱水的加熱設(shè)備的3D設(shè)計。圖7a示意性地說明根據(jù)圖6a的設(shè)計的5麗木屑熱量輸入的加熱設(shè)備的3D設(shè)計。圖8說明根據(jù)燃料的含水量和過量空氣的比例的氣體燃燒階段絕熱溫度。在圖1中，1是加入燃料的單元或反應器。燃料通過添加空氣(和/或氧氣)被熱轉(zhuǎn)化。因此，熱氣體在熱反應器1中產(chǎn)生。添加到單元1的燃料是固體，例如生物質(zhì)，廢物或者煤。如果熱反應器1是為低熱值的燃料設(shè)計的，例如濕燃料，以及如果加入的燃料具有高熱值，在單元或在發(fā)生器1中的溫度可以通過添加水至燃料、干燥階段3、熱解階段4和/ 或氣體燃燒階段2來調(diào)整。通過來自燃燒階段2的對流和輻射和通過來自氣化和氧化階段5的氣體的對流， 燃料被干燥和熱解(去揮發(fā)分)。氣體燃燒階段的主要參數(shù)，例如溫度、NOx和一氧化碳，可以通過根據(jù)傳感器(Si) 的測量結(jié)果調(diào)節(jié)氧氣和加水量來控制和調(diào)整。去揮發(fā)分的燃料在階段5被氣化和氧化，并且最后的灰燃盡在階段6完成，其中氧氣和可能的蒸汽被注入?；仪宄到y(tǒng)可以基于在氧氣入口附近的溫度傳感器而具有簡單調(diào)節(jié)。當所述溫度傳感器周圍的灰沒有炭時，空氣將冷卻傳感器，并且灰清除將被激活。上面的熱氧化階段然后將向下移動，并且當溫度傳感器記錄到溫度升高時，灰清除系統(tǒng)將停止。供給系統(tǒng)也可通過一個或多個溫度傳感器調(diào)節(jié)。熱電偶被集成在干燥和熱解階段的地板中和/或在供給機的對面的壁上。接近于供給機的地板的溫度升高表明在地板上沒有(或者極少)生物質(zhì)，因此溫度升高把啟動信號給供給機。由于在氣體燃燒區(qū)段中的溫度比固體部分的溫度高，因此供給機對面的熱電偶能用來記錄床的高度?；蛘?，使用床高度儀器，例如雷達，超聲波，紅外照相機或者可使用的類似儀器。氣體離開燃燒階段時遠遠超過900°C。然后氣體在一個或多個氣體冷卻器8中被冷卻，冷卻器8可以被集成在熱反應器中或者接下來的階段中。
在圖2中，生產(chǎn)熱水的能量裝置被示意說明。示出了如何將干燥階段3，熱解階段 4，氣化和氧化階段5和灰燃盡階段6連結(jié)在一起，以便在熱反應器1內(nèi)在豎直方向上是連貫的。也說明了氣體燃燒階段如何由于輻射將能量送到燃料的頂部。8是內(nèi)部換熱器，例如水和/或?qū)嵊桶寤蛘羝?氦過熱器，而9是熱反應器下游的氣體冷卻器。10是更進一步地冷卻氣體的注水設(shè)備，11是過濾器，12是鼓風機。13是用于將氣體冷卻至低于100°C的注水設(shè)備。15是冷凝熱交換器，其中水被加熱，而煙道氣被冷卻且水蒸汽冷凝。17是熱焓熱交換系統(tǒng)，其中空氣被加濕和加熱，而煙道氣被冷卻并且去除水分。在 18中，空氣在通向熱反應器1之前被預熱。圖3是原理上如圖1和圖2說明的熱反應器的示意圖。在反應器的底部，空氣在灰螺桿的兩側(cè)被引入灰燃盡階段6?；彝七M機把灰移向螺桿。流量計測量空氣的進入量保證總空氣量的大約20%進入了灰燃盡階段。當溫度降低到設(shè)定點時，例如200°C時，熱電偶(傳感器S2)記錄溫度并且激活灰螺桿?？諝庠谘趸A段恥中氧化，并且熱氣(二氧化碳和水)使氣化階段fe中的炭氣化。上面是干燥和熱解階段。一個或多個溫度傳感器設(shè)置在地板(Si)中，因此當熱解階段向上移向進料時，地板溫度升高，供給機被激活并且推進一些新燃料。氣體燃燒階段2通過初級燃燒階段加形成，在此中，新鮮空氣與氣化氣體相遇并混合，并在1000-1100°c的溫度區(qū)域內(nèi)有效地燃燒。熱氣輻射至床，從而冷卻氣體并加熱床。 流量校正"鼻形物"放在噴嘴邊對面的墻上，從而使離開初級燃燒室的氣體返混，并使" 鼻形物"的較低的(并且最溫暖的)一邊輻射到床的頂。在初級燃燒階段之后是氣體燃盡階段2b，其中殘余的一氧化碳、烴和二惡英被燃盡，從而導致非常低的一氧化碳排放，即，低于 500mg/Nm3，甚至低于 300mg/Nm3。同樣，干燥(3)、熱解G)、氣化和氧化階段(5)以及燃盡階段(6)各個階段，是獨立和連貫的。圖3a說明大約2麗木屑熱量輸入的熱反應器的橫斷面?？梢钥闯鰺岱磻鞅环殖?個物理部分，因此容易制造和運輸至工作地點。燃料在左邊的開口用螺桿送入反應器。由于重力燃料落到反應器的底部。左側(cè)壁是垂直的，其將使掛料(bridging)減到最小。為了進一步防止掛料可以在熱反應器上設(shè)置低頻振動器。使用兩個螺桿，因此不一定需要推進機把灰移到螺桿。熱反應器(從外到內(nèi))由鋼質(zhì)外殼、絕緣層和耐火襯層組成。供給區(qū)段對面的熱電偶放置在耐火襯層內(nèi)，以指示燃料層的位置。加濕的一級空氣被注入底部的大約12個噴嘴，而二級空氣被注入高于供給口大約400毫米的約35度向下的大約3個噴嘴。圖4和如是在氣體燃燒階段2中局部一氧化碳含量的圖。該圖是CFD模擬的結(jié)果，根據(jù)結(jié)果在氣體燃燒階段之后一氧化碳含量將低于lOOppm。二級燃燒空氣進入氣體燃燒階段的3個噴嘴，每個直徑為120毫米，進入的速度為大約20m/s。圖5是氣體燃燒階段2中氣體的局部溫度和方向的圖。該圖是CFD模擬的結(jié)果， 根據(jù)結(jié)果溫度將在700-1100°C范圍內(nèi)，其可防止熱NOx的高含量。該圖顯示將存在良好的返混。圖6是本發(fā)明的一個生產(chǎn)熱水的加熱設(shè)備的示意圖。圖6說明圖2描述的反應器。在熱反應器1中，灰螺桿設(shè)置在反應器的一側(cè)?？諝庵皇峭ㄏ蚵輻U的一側(cè)。燃燒室 2之后是輻射冷卻器9。輻射冷卻器之后是蒸發(fā)冷卻器10，其中氣體被冷卻到低于400°C， 并且顆粒被螺桿11收集并且清除。洗滌水在13中進一步冷卻氣體，并且氣體被泵12抽出。顆粒通過水電旋流器14從洗滌水中清除，并且熱在熱交換器15中被回收。燃燒和氣化空氣在空氣加濕器17中被加濕和加熱，而洗滌水被冷卻。過量的水(冷凝物)在過濾器 14中被凈化。圖6a是使用本發(fā)明的系統(tǒng)燃燒的一個本發(fā)明實施方案的全景示意圖。在本實施方案中，包括燃料存儲單元(30)和燃料供給設(shè)備(31)的供給系統(tǒng)把燃料供給到包括熱反應器(3 的熱反應器單元中。熱反應器(3 連接有兩個入口把加濕空氣或氧氣供給到熱反應器(32)。濕空氣被分配在熱反應器的底部(33)和燃料供給點上方(34)。在熱反應器的底部是出口 G4)，用于把灰取出至例如森林、田地或者堆放點。濕空氣或氧氣來自于包括兩個加濕裝置(35，36)的加濕系統(tǒng)，與洗滌器的工作原理相同。這兩個加濕裝置(35，36) 是串聯(lián)的。此處，主加濕裝置(3 把加濕空氣分配到熱反應器(3 供給口上方的進氣口 (34)和空氣加濕升壓器(36)，空氣加濕升壓器進一步加濕空氣然后空氣再在注入點注入熱反應器(32)底部(33)。在熱反應器(3 產(chǎn)生的熱廢氣經(jīng)過熱交換單元(37)，該熱交換單元連接到用于產(chǎn)生電能和/或區(qū)域供熱的能量提取設(shè)備(38)。熱氣然后進入洗滌系統(tǒng)，其首先進入驟冷設(shè)備(39)，在此中來自空氣加濕升壓器(36)的水在進入洗滌器GO)之前冷卻廢氣。剩余的洗滌水在驟冷設(shè)備(39)的底部與顆粒和鹽一起被收集。這些渣滓將返回到燃料存儲裝置(30)進而返回到系統(tǒng)；這個循環(huán)是以前所稱的第一物流。被冷卻的廢氣然后繼續(xù)進入洗滌器(40)，其中水在兩個不同的點噴到氣體上。第一個點Gl)是用來自空氣加濕升壓器 (36)的水和來自06)的冷凝液，第二個點G2)用經(jīng)過過濾03)的來自主加濕裝置(35) 的高度潔凈的水。然后凈化且冷卻的氣體連接到煙 (45)，而由大量水和小濃度的顆粒和鹽組成的其余洗滌水將回到空氣加濕單元，結(jié)束第二物流。來自洗滌器GO)的部分洗滌水將不作處理而用于空氣加濕升壓器(36)中，其余洗滌水通過熱交換器G6)用于提取能量， 提取的能量可以用于區(qū)域供熱。水然后在空氣加濕升壓器(36)之后的一個點07)重新連結(jié)到第二物流。部分來自升壓器的水和來自熱交換器的水混合然后進入主加濕裝置(35)， 而其余的連結(jié)回到洗滌器GO)中。因此第二物流從洗滌器GO)到空氣加濕單元有一條單水道，但是有兩條水道回到洗滌器單元。一條將水分配到驟冷設(shè)備(39)和洗滌器00)的第一個注水點(41)，一條將非常潔凈的水注入到洗滌器00)的第二個注水點0幻。如果需要，非常潔凈的水可以在主加濕裝置(3 之后在過濾點從第二物流取出。圖7是本發(fā)明一個生產(chǎn)熱水的加熱設(shè)備的布局的3D示意圖。它是圖6裝置的示意。熱反應器在水平平面中是矩形；輻射冷卻器、蒸發(fā)冷卻器、氣體洗滌器和空氣加濕裝置是圓形。
圖7a是本發(fā)明一個生產(chǎn)熱水的5MW熱量輸入加熱設(shè)備的布局的3D示意圖，它是圖6a裝置的示意。尺寸以毫米計。圖8說明氣體燃燒室的絕熱溫度隨燃料的含水量和過量空氣的變化。圖顯示 52-58%含水量的燃料非常合適。對更干燥的燃料而言，必須設(shè)置一些類型的冷卻，其可為加水或者主動冷卻熱反應器。
權(quán)利要求
1.一種在熱反應器(1)中把固體碳質(zhì)燃料轉(zhuǎn)變成煙道氣和灰的方法，所述的方法包括在獨立連續(xù)的階段把燃料加熱到使燃料分解成為氣體和固體組分的溫度，所述的階段包括-熱解階段G)，其中燃料是在不加氧條件下熱解，-氣化和氧化階段(5)，其中炭轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，-有氧氣供應的灰燃盡階段(6)，和-有氧氣供應的氣體燃燒階段0)，其中在熱解階段通過在氣化和氧化階段( 和氣體燃燒階段( 形成的氣體來加熱燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中熱解階段(4)和氣化和氧化階段( 和灰燃盡階段(6)在上升氣流式移動床反應器中進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在熱解階段的上游設(shè)置干燥階段(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其中在熱解階段(4)產(chǎn)生的氣體在固體燃料頂部附近燃燒，例如距離小于細，或甚至小于an。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其中水被加到燃料和/或干燥階段C3)和/ 或熱解階段(4)和/或氣體燃燒階段O)，其加入方式和加入量使得在氣體燃燒階段產(chǎn)生的煙道氣的溫度被降低到防止大量NOx形成的溫度，例如1100°C或更低，和/或其加入方式使得煙道氣的蒸汽含量保持在高含量，例如至少20重量％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其中氣體燃燒階段O)的氧氣量通過傳感器 (S)調(diào)節(jié)，使得裝置是在溫度和/或NOx和/或CO和/或02的限值內(nèi)和/或設(shè)定點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其中煙道氣或者在熱反應器(8)內(nèi)被冷卻或者在熱反應器(9)的下游被冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的方法，其中將在氣體冷卻器(8，9)中獲得的能量用于能量生產(chǎn)，例如蒸汽和/或熱水和/或?qū)嵊秃?或電力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的方法，其中注入到氣體燃燒階段O)的氧氣是空氣或者富氧空氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的方法，其中注入到氣體燃燒階段( 的氧氣水平地或者向下地注入。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項所述的方法，其中注入到氣體燃燒階段O)的氧氣是加濕的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項所述的方法，其中注入到氣體燃燒階段O)的氧氣以 10-40m/s的速度離開噴氣嘴。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項所述的方法，其中在氣體燃燒階段O)的壁成形為使煙道氣形成一些進入氧氣供給中的返混。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13任一項所述的方法，其中在氣體燃燒階段O)的壁成形為使從壁到碳質(zhì)燃料的表面有大量的輻射。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項所述的方法，其中注入灰燃盡階段(6)的氧氣是加濕空氣或者蒸汽和空氣被分別注入。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項所述的方法，其中注入灰燃盡階段(6)的空氣量導致氧化階段的高溫，例如800°C或更高。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16任一項所述的方法，其中注入灰燃盡階段(6)的空氣量對應于 0. 15-0. 25的化學計量比(空氣與完全燃盡的新燃料之比)，和/或空氣導致灰燃盡階段 (6)中降低的溫度，例如300°C或更低。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17任一項所述的方法，其中添加到熱反應器(1)的水和/或蒸汽從熱交換單元(1 冷凝。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18任一項所述的方法，其中熱反應器的直徑在不同的階段不同， 例如在氣體燃燒階段⑵比在干燥⑶和熱解⑷階段寬，其同樣也可比在炭氧化和氣化階段(5)寬。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19任一項所述的方法，其中氣體中的污染物的含量低，例如NOx為 300mg/Nm3或甚至更低，例如200ppm或更低；CO為500mg/Nm3或甚至更低，例如400mg/Nm3 或更低，且灰中的炭含量低，例如10重量％或甚至低于5重量％。
21.一種在熱反應器(1)中把固體碳質(zhì)燃料轉(zhuǎn)變成熱煙道氣和含碳的灰的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括熱反應器(1)，包括把固體燃料轉(zhuǎn)化為可燃氣體的上升氣流式氣化反應器G，5和6)和氣體燃燒階段O)，和適于控制通向最后的燃盡階段(6)和氣體燃燒階段O)的氧氣量的裝置，從而使上升氣流式氣化器中產(chǎn)生的氣體轉(zhuǎn)化為具有低排放量(NOx，CO)、以及低的過量氧氣含量、和優(yōu)選地高蒸汽含量的煙道氣，并通過輻射和對流向上升氣流式氣化器中的熱解和干燥階段提供熱量。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，還包括把水注入燃料和/或燃燒階段O)的灑水系統(tǒng)，和適于控制灑水系統(tǒng)的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的系統(tǒng)，還包括在干燥狀態(tài)下把灰傳送到熱反應器(1)外面的灰螺桿。
24.根據(jù)權(quán)利要求21或23所述的系統(tǒng)，還包括在水平或傾斜方向從燃料入口延伸到灰出口的反應器壁，以便燃料通過重力移向灰出口。
25.根據(jù)權(quán)利要求21-M任一項所述的系統(tǒng)，配置為可實施一種或多種根據(jù)權(quán)利要求 1-20任一項所述的方法。
全文摘要
固體燃料通過分階段熱反應器被轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂械秃康膿]發(fā)性有機化合物(VOC)、NOx和粉塵的清潔熱煙道氣和具有低含碳量的清潔灰，其中固體燃料的轉(zhuǎn)變過程分為獨立的豎直階段(從下到上)灰燃盡、炭氧化和氣化、熱解、干燥和氣體燃燒階段，來自氣化器的氣體在此中燃燒。
文檔編號F23G5/24GK102203220SQ200980143466
公開日2011年9月28日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月30日
發(fā)明者J·D·本特森 申請人:達爾能源控股有限責任公司