[发明专利]利用后燃烧器进行气化燃烧过程的系统和方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2008年7月15日提交的美国临时申请61/080,805和2009年5月18日提交的美国专利申请12/467,887的优先权利益，其公开通过参考全文并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于实施气化燃烧过程的系统和方法，该气化燃烧过程将废弃物或固定燃料转换为能量，同时产生最小量的不期望的排放。

背景技术

城市固体废弃物(“MSW”)是由市政和政府收集和处理的总产品。MSW包括耐久性和非耐久性货物、容器和包装、食物和庭院废弃物，以及来自住宅、商业和工业源头的混杂的无机废弃物。实例包括新闻用纸、用具、衣物、废弃食物、容器和包装、一次性尿布、所有类型的塑料(包括一次性餐具和泡沫包装材料)、橡胶和木材产品、盆栽土、庭院修剪物和消费电子产品、一次性或丢弃产品的可扩充列表的一部分。传统的废弃物处理方法是垃圾掩埋法，这仍然是某些领域中常用的实践方法。然而，许多权威机构已经发现，难以形成新的垃圾掩埋法。在某些领域中，固体废弃物必须被运输而用于处理，这使其成本更高。

作为垃圾掩埋法的替代方案，可以通过在城市固体废弃物燃烧器(“MWC”)中燃烧来处理大量的MSW，其也被称为废弃物转换能源设备(“WTE”)。典型的MWC具有活动炉排，该活动炉排使得废弃物能够运动通过燃烧室，从而使得废弃物能够完全燃烧。MWC通常包括一次空气源和二次空气源。一次空气从炉排下方供给，并且被迫通过炉排，以接下来干燥(析出水分)、完全挥发(析出挥发性碳氢化合物)和燃尽(氧化非挥发性碳氢化合物)废弃物床。一次空气的量通常调节至最大限度地燃尽废弃物床中的碳材料，而没有任何多余的空气。二次空气通过位于炉排之上的喷嘴供给并且用来产生紊流混合，该紊流混合破坏从废弃物床中析出的碳氢化合物。在典型的MWC中使用的(一次和二次)空气的总量比获得理想当量条件(也就是，燃料完全燃烧的理论条件)所需的空气量多大约60％至100％。

与MSW和其它固体燃料的常规燃烧相关的问题之一在于，其产生了不期望的和有害的副产品，例如NOx、一氧化碳和二恶英。例如，在通过两个主要机制进行燃烧期间形成NOx。首先，通过在MSW和其它燃料中找到的有机地结合的氮(N)的氧化而形成燃料NOx。当燃烧室中的O₂的量低时，N₂是主要反应产物。然而，当能够获取足够量的O₂时，燃料结合的N的增大部分转换为NOx。其次，通过大气中的氮N₂在高温下氧化而形成热的NOx。因为需要高的活化能，所以热的NOx的形成不会变得显著，直到火焰温度达到1,100℃(2,000℉)。

具有几种已知的技术来降低常规MSW燃烧系统产生的有害排放。例如，有两组已知的控制NOx排放的技术：燃烧控制和燃烧后控制。燃烧控制通过降低火焰中O₂的利用率且降低燃烧区域的温度来限制燃烧过程期间NOx的形成。燃烧后控制涉及去除燃烧过程期间产生的NOx排放(即，选择性的非催化还原(SNCR)系统和选择性的催化还原(SCR)系统。

尽管在降低常规燃烧系统的有害排放方面进行了改进，但是仍然需要可替代的方法和系统，其有效地将MSW或其它固体燃料转换成能量，同时产生最少量的不期望的排放。

发明内容

本发明涉及气化燃烧系统和方法，其将废弃物或其它固体燃料转换成能量，同时产生比常规集中燃烧显著少的量的NOx、一氧化碳、二恶英和其它不期望的排放。气化是产生气体混合物的固体燃料的不完全燃烧。本发明的气化器在较低温度下操作，并且引入比常规燃烧系统少的空气，从而其产生较少量的不期望的排放。根据本发明，后燃烧器利用气化器产生的气体混合物来产生热能。后燃烧器利用可调节的喷射喷嘴来控制气体混合物的燃烧。喷嘴可以根据进入后燃烧器的具体气体混合物的成分进行调节，以获得最佳的燃烧条件而产生最少的排放。总之，使用本发明的后燃烧器的气化-燃烧过程显著地降低了将废弃物或固体燃料转换为能量时产生的不期望排放的量。上述方法和系统仅仅是本发明的一个实例，其可以变化为其它的实施例。