[发明专利]气化熔融炉及用其处理可燃材料的方法

说明书

相关申请

本申请要求均于2012年5月4日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2012-0047755和No.10-2012-0047757的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种气化用熔融炉，更特别地，本发明涉及一种用于处理含可燃材料的废料以从中获取能量的气化熔融炉。

背景技术

将可燃废料转换成能量的反应可分为在富氧气氛下执行的焚烧（燃烧）和在缺氧气氛下执行的气化两种。废料中的大部分通过焚烧产生热排气，从排气的废热中回收蒸汽（steam）。然而，在焚烧期间，洗脱出大量的大气污染物（Sox、NOx、二噁英等）和量为输入量的10～20%的重金属，并且生成需要掩埋的焚烧灰渣（ash）。此外，由于蒸汽的能量效用低，因此也已经研究基于气化的废料处理技术，该技术被认为是焚烧的替代方案。

一般地，气化是指如碳、氢、氧等一些成分转换成一氧化碳、氢气、水和/或烃的处理，其中，如碳、氢、氧等成分在含不足氧气的还原气氛下在600℃以上的条件下可变换成气相。此外，这些成分在1000℃以上的温度下可进一步热解，由此可转换成一氧化碳和氢气。气化是吸热反应，并且可通过供给恒定量的外部热源来执行。这里，这种热源可以是一部分的合成气体进一步氧化且变为二氧化碳的过程中产生的热，该热使得气化得以执行。因此，可以想到，尽管进行的是气化，但是在排气中部分地包含二氧化碳，且在生成二氧化碳期间生成的热可用在气化用吸热反应中。应用气化可具有如下优点：可抑制在氧化期间的大气污染物（Sox、NOx、二噁英等）的生成；使得使用发动机/涡轮机的动力产生效率比使用蒸汽产生的动力生产效率高，或者产生能转换成如氢气和乙醇等燃料的合成气体；和/或将包含在可燃材料中的非可燃成分通过高温气化转换成玻璃状熔渣（slag）而非灰渣。

然而，基于输入材料的均一性和具有低卡路里的废料的特征，归因于输入材料的一部分被氧化，大多数当前研发的气化方法在稳定地应用气化所需的焓方面存在很大的困难。此外，由于气化的热平衡温度较低，因此，稳定地达到不低于1000℃的高温相当困难。此外，很可能排出包含大量的未燃烧部分或未分解污染物的排气。此外，由于温度低，可获得的产物可能不是熔渣而是灰渣。

为了废料的完全处理、将灰渣转换成熔渣并且稳定地提供高温条件，在应用等离子炬来处理废料和产生能量方面已经付出大量的努力。已经对等离子气化熔炉进行细致研究和开发，其中，在以温度为几千摄氏度的等离子炬所提供的能量来熔融/气化废料之后，在将燃烧部分转换成合成气体的状态下，将未燃烧部分转换成熔渣，这反过来产生能量。具体地，为了在大量降低应用到等离子体上的输入功率（一般为“电能”）的前提下提高能量效率，仍将继续大力努力。

根据典型的等离子气化和熔融，等离子体大多用于升高洗涤处理用温度，以便去除在如金属和灰渣等非可燃材料熔融或气化之后留下的合成气体中所包含的碳和烃。此外，现有的等离子气化熔融炉一般是直线形状的上下竖炉|（vertical shaft furnace），其被构造成：从竖炉的上部输入废料，废料移动到竖炉的下部，在下部，进行熔融反应，多个等离子炬安装到底端部。每个等离子炬可用于熔融移向熔融部的下侧的废料。此外，可通过进一步供给如焦炭等高卡路里燃料来执行稳定的气化。熔融的材料所形成的熔融金属形成在熔融部的底面上，合成气体上升到熔融部的上部并且排出到熔融部的外部。

由于现有的等离子气化熔融炉的结构为直线结构，因此输入到熔融部的废料必须以恒定的速率不断地朝向熔融部的底面移动，以便执行稳定的熔融和气化。然而，不易控制废料的转移速度。此外，在废料转移向熔融部底面的转移速度改变时，在废料的熔融和/或气化的处理速率方面将可能出现问题。特别地，当增大废料的输入量时，废料可能不能有效地与气体接触，由此产生延迟反应或减小反应率的问题。

此外，在现有的等离子气化熔融炉中，熔融反应发生在1600℃，但是气化温度较低，例如1200℃左右或低于1200℃。此外，排出的合成气体的温度为1000℃以下。因此，合成气体可能包含几个百分点的烃，焦油和二噁英可能在下一处理中再合成。因此，立即冷却热合成气体，以便抑制在下一处理中出现污染物，然而，该处理劣化能量效率。由于，用于纯化合成气体的下一处理通常是以多级的方式执行的，因此，可能具有复杂的构造并且需要过多的设施。为了克服上述问题，近年来，有时通过使用等离子体升高温度来洗涤合成气体，然而，这招致劣化整体效率的缺陷。

发明内容