[發明專利]氣化熔融爐及用其處理可燃材料的方法

無效

• 申請號: 201310162974.5
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN103383108A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 金永奭;黃淳謨;都喆鎮;李珍昊
• 申請（專利權）人: GS普蘭斯特有限公司
• 主分類號: F23G5/027
• 分類號: F23G5/027;F23G5/44
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

相關申請

本申請要求均于2012年5月4日提交至韓國知識產權局的韓國專利申請No.10-2012-0047755和No.10-2012-0047757的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明涉及一種氣化用熔融爐，更特別地，本發明涉及一種用于處理含可燃材料的廢料以從中獲取能量的氣化熔融爐。

背景技術

將可燃廢料轉換成能量的反應可分為在富氧氣氛下執行的焚燒（燃燒）和在缺氧氣氛下執行的氣化兩種。廢料中的大部分通過焚燒產生熱排氣，從排氣的廢熱中回收蒸汽（steam）。然而，在焚燒期間，洗脫出大量的大氣污染物（Sox、NOx、二噁英等）和量為輸入量的10～20%的重金屬，并且生成需要掩埋的焚燒灰渣（ash）。此外，由于蒸汽的能量效用低，因此也已經研究基于氣化的廢料處理技術，該技術被認為是焚燒的替代方案。

一般地，氣化是指如碳、氫、氧等一些成分轉換成一氧化碳、氫氣、水和/或烴的處理，其中，如碳、氫、氧等成分在含不足氧氣的還原氣氛下在600℃以上的條件下可變換成氣相。此外，這些成分在1000℃以上的溫度下可進一步熱解，由此可轉換成一氧化碳和氫氣。氣化是吸熱反應，并且可通過供給恒定量的外部熱源來執行。這里，這種熱源可以是一部分的合成氣體進一步氧化且變為二氧化碳的過程中產生的熱，該熱使得氣化得以執行。因此，可以想到，盡管進行的是氣化，但是在排氣中部分地包含二氧化碳，且在生成二氧化碳期間生成的熱可用在氣化用吸熱反應中。應用氣化可具有如下優點：可抑制在氧化期間的大氣污染物（Sox、NOx、二噁英等）的生成；使得使用發動機/渦輪機的動力產生效率比使用蒸汽產生的動力生產效率高，或者產生能轉換成如氫氣和乙醇等燃料的合成氣體；和/或將包含在可燃材料中的非可燃成分通過高溫氣化轉換成玻璃狀熔渣（slag）而非灰渣。

然而，基于輸入材料的均一性和具有低卡路里的廢料的特征，歸因于輸入材料的一部分被氧化，大多數當前研發的氣化方法在穩定地應用氣化所需的焓方面存在很大的困難。此外，由于氣化的熱平衡溫度較低，因此，穩定地達到不低于1000℃的高溫相當困難。此外，很可能排出包含大量的未燃燒部分或未分解污染物的排氣。此外，由于溫度低，可獲得的產物可能不是熔渣而是灰渣。

為了廢料的完全處理、將灰渣轉換成熔渣并且穩定地提供高溫條件，在應用等離子炬來處理廢料和產生能量方面已經付出大量的努力。已經對等離子氣化熔爐進行細致研究和開發，其中，在以溫度為幾千攝氏度的等離子炬所提供的能量來熔融/氣化廢料之后，在將燃燒部分轉換成合成氣體的狀態下，將未燃燒部分轉換成熔渣，這反過來產生能量。具體地，為了在大量降低應用到等離子體上的輸入功率（一般為“電能”）的前提下提高能量效率，仍將繼續大力努力。

根據典型的等離子氣化和熔融，等離子體大多用于升高洗滌處理用溫度，以便去除在如金屬和灰渣等非可燃材料熔融或氣化之后留下的合成氣體中所包含的碳和烴。此外，現有的等離子氣化熔融爐一般是直線形狀的上下豎爐|（vertical?shaft?furnace），其被構造成：從豎爐的上部輸入廢料，廢料移動到豎爐的下部，在下部，進行熔融反應，多個等離子炬安裝到底端部。每個等離子炬可用于熔融移向熔融部的下側的廢料。此外，可通過進一步供給如焦炭等高卡路里燃料來執行穩定的氣化。熔融的材料所形成的熔融金屬形成在熔融部的底面上，合成氣體上升到熔融部的上部并且排出到熔融部的外部。

由于現有的等離子氣化熔融爐的結構為直線結構，因此輸入到熔融部的廢料必須以恒定的速率不斷地朝向熔融部的底面移動，以便執行穩定的熔融和氣化。然而，不易控制廢料的轉移速度。此外，在廢料轉移向熔融部底面的轉移速度改變時，在廢料的熔融和/或氣化的處理速率方面將可能出現問題。特別地，當增大廢料的輸入量時，廢料可能不能有效地與氣體接觸，由此產生延遲反應或減小反應率的問題。

此外，在現有的等離子氣化熔融爐中，熔融反應發生在1600℃，但是氣化溫度較低，例如1200℃左右或低于1200℃。此外，排出的合成氣體的溫度為1000℃以下。因此，合成氣體可能包含幾個百分點的烴，焦油和二噁英可能在下一處理中再合成。因此，立即冷卻熱合成氣體，以便抑制在下一處理中出現污染物，然而，該處理劣化能量效率。由于，用于純化合成氣體的下一處理通常是以多級的方式執行的，因此，可能具有復雜的構造并且需要過多的設施。為了克服上述問題，近年來，有時通過使用等離子體升高溫度來洗滌合成氣體，然而，這招致劣化整體效率的缺陷。

發明內容