專利名稱：：利用燃燒廢物發(fā)電的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及利用燃燒廢物發(fā)電的方法和設(shè)備，更具體地，本發(fā)明涉及由高溫和高壓蒸汽高效率地發(fā)電的方法和設(shè)備。該蒸汽是利用各種廢物燃燒產(chǎn)生的廢氣的熱量而生產(chǎn)的，同時(shí)避免了由于高溫熔融鹽而造成的熱交換器的腐蝕問(wèn)題。
背景技術(shù)：
：人們預(yù)計(jì)在二十一世紀(jì)，各種廢物的處理將從簡(jiǎn)單的燃燒轉(zhuǎn)為能夠高效率地回收能量的不含二氧芑(dioxin)的循環(huán)系統(tǒng)。因?yàn)閷?duì)廢物的分類將會(huì)作出更大的努力，因此需要開(kāi)發(fā)針對(duì)廢物的種類的回收技術(shù)。例如，可以利用廢物燃燒時(shí)產(chǎn)生的燃燒熱量同時(shí)解決二氧芑的控制和灰燼的熔融的氣化熔融燃燒系統(tǒng)正逐漸成為處理一般廢物的主流方法。可以將基于塑料的廢物轉(zhuǎn)化為化學(xué)制品的原料的化學(xué)回收技術(shù)，正逐漸成為處理基于塑料的廢物的主流方法。利用燃燒廢物的高效率的發(fā)電要求30％或更高的發(fā)電效率。現(xiàn)有的利用廢物燃燒生成的熱量來(lái)發(fā)電的熱循環(huán)系統(tǒng)通常是這樣實(shí)現(xiàn)的利用廢熱鍋爐將蒸汽形式的廢物的燃燒熱回收，然后將蒸汽送到一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)，利用由蒸汽渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電。基于廢物燃燒的傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例見(jiàn)于附圖中的圖4。如圖4所示，廢物在一個(gè)焚化爐或氣化熔融燃燒爐11中燃燒，并且利用生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽的廢熱鍋爐13將產(chǎn)生的廢氣的熱量回收。過(guò)熱蒸汽被送到一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)15，該蒸汽渦輪機(jī)與一個(gè)發(fā)電機(jī)直接偶連，用來(lái)發(fā)電。產(chǎn)生的電能用于在廢物焚化爐設(shè)備中的消耗和出售給動(dòng)力公司。穿過(guò)廢熱鍋爐13的廢氣流經(jīng)一個(gè)預(yù)熱器16(例如節(jié)熱器)和濾塵袋17，然后通過(guò)一個(gè)煙囪，以低溫清潔的氣體的形式排放到大氣中。在傳統(tǒng)的蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電的效率很大程度上依賴于送到蒸汽渦輪機(jī)的過(guò)熱蒸汽的溫度。隨著過(guò)熱蒸汽溫度的升高，發(fā)電的效率顯著地提高。在利用廢物燃燒發(fā)電的傳統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)中，由于下述原因，過(guò)熱蒸汽溫度的最大值約為400℃，并且發(fā)電的效率最大為約20％。迄今為止，由于廢物燃燒中產(chǎn)生的腐蝕性氣體，例如氯化氫造成的腐蝕和由于高溫熔融鹽造成的腐蝕，過(guò)熱蒸汽的溫度沒(méi)有能夠超過(guò)400℃。對(duì)于廢熱鍋爐，由于具有相對(duì)低溫度(例如大約310℃)的飽和蒸汽流經(jīng)壓力甚至在100kg/cm2的水管，即使使用金屬管作為水管，也可以防止腐蝕。然而，對(duì)于過(guò)熱蒸汽，由于過(guò)熱蒸汽的溫度是400℃或更高，腐蝕性化合物例如高溫熔融鹽的腐蝕將會(huì)造成導(dǎo)熱金屬管表面的損壞。腐蝕的機(jī)理是復(fù)雜的，并且腐蝕反應(yīng)受諸多因素的綜合影響。對(duì)于導(dǎo)熱管的腐蝕最重要的因素是管是否暴露于含有NaCl或KCl的熔融鹽的環(huán)境中，這甚至比HCl的濃度還重要。在這種環(huán)境下，鹽類被熔融，附著在導(dǎo)熱管上，從而加速了管子的腐蝕。圖5表示了依賴于由廢物的燃燒產(chǎn)生的廢氣的溫度(由橫坐標(biāo)表示)和導(dǎo)熱管的表面溫度(由縱坐標(biāo)表示)的腐蝕的不同形式。它是由本發(fā)明人的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)和采用一個(gè)城市廢物焚化爐的試驗(yàn)所推出的。如圖5所示，有四種形式，它們是“劇烈腐蝕區(qū)”、“腐蝕發(fā)展區(qū)”、“腐蝕延遲區(qū)”和“無(wú)腐蝕區(qū)”。當(dāng)過(guò)熱蒸汽的溫度是400℃時(shí)，導(dǎo)熱管的表面溫度是大約430℃，高于過(guò)熱蒸汽溫度約30℃。在這個(gè)溫度下，正好或約為600℃的廢氣的溫度被認(rèn)為是將“腐蝕發(fā)展區(qū)”和“無(wú)腐蝕區(qū)”彼此分離的邊界溫度。這與下面的事實(shí)一致在城市廢物焚化爐的廢熱鍋爐中，當(dāng)進(jìn)入其中蒸汽管子緊密匯集的鍋爐中的廢氣的溫度是600℃或更高時(shí)，鹽類會(huì)附著在導(dǎo)熱管上造成廢氣通道的堵塞。因此，認(rèn)為鹽類是熔融還是固化態(tài)的邊界溫度是大約600℃。這個(gè)溫度與復(fù)合鹽類的熔點(diǎn)相關(guān)。NaCl的熔點(diǎn)是800℃，KCl的熔點(diǎn)是776℃。然而，鹽類混合以后形成復(fù)合鹽類，它們的熔點(diǎn)降低，例如，在550℃到650℃范圍。這個(gè)熔點(diǎn)隨廢物的性質(zhì)而變化，而廢物也因地而異。在鄰近海濱的地方城市，由于在廢物中鹽類的濃度較高，邊界溫度可以低于600℃。當(dāng)導(dǎo)熱管的表面溫度等于或高與430℃時(shí)，即使廢氣的溫度在500到600℃范圍，它的環(huán)境屬于“腐蝕延遲區(qū)”，導(dǎo)熱管只受到輕微的腐蝕，其強(qiáng)度低于熔融鹽腐蝕。因此，用于邊界溫度的過(guò)熱器管的材料選擇尤為重要。因?yàn)檫^(guò)熱器管的表面溫度比過(guò)熱蒸汽高大約30℃，過(guò)熱蒸汽的溫度，大約為400℃，被認(rèn)為是防止腐蝕的許可溫度界限。對(duì)于過(guò)熱蒸汽的溫度是400℃的情況，根據(jù)渦輪機(jī)的排泄沖擊(drainattack)，蒸汽的壓力限制在大約3.9MPa，因此在廢物燃燒發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電的效率僅僅是大約20％。為了在避免落入“腐蝕發(fā)展區(qū)”的同時(shí)，得到溫度為400℃或更高的過(guò)熱蒸汽，需要安裝能夠在廢氣溫度在500到600℃條件下工作的過(guò)熱蒸汽管。然而，這樣的方法是不利的，因?yàn)閺U氣和過(guò)熱蒸汽的溫度相差很小，為了獲得滿意的熱傳導(dǎo)，所需要的傳熱面積太大，導(dǎo)致大尺寸熱量回收設(shè)備。另一方面，為了實(shí)現(xiàn)通過(guò)升高蒸汽溫度的方法得到更高的發(fā)電效率的目的，人們進(jìn)行了許多嘗試。這些嘗試是為了開(kāi)發(fā)出可以在高溫下使用，而不會(huì)使導(dǎo)熱管腐蝕的耐腐蝕的金屬材料。然而，這些關(guān)于開(kāi)發(fā)新材料的嘗試在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是如此困難，以致于沒(méi)有得到實(shí)用的滿意的結(jié)果。另一個(gè)努力是開(kāi)發(fā)RDF發(fā)電系統(tǒng)，在其中為了除氯和除硫，在廢物中摻入石灰，并且轉(zhuǎn)化為固體燃料。雖然RDF發(fā)電系統(tǒng)能夠降低廢氣中的HCl，但是它不能夠減少熔融鹽的腐蝕。從圖5看出，在從具有800℃或更高溫度的廢氣獲得的溫度為500℃的過(guò)熱蒸汽的情況中，導(dǎo)熱管表面溫度為大約530℃，因此導(dǎo)熱管暴露于“劇烈腐蝕區(qū)”。人們所提議的一個(gè)系統(tǒng)，被稱之為先進(jìn)的廢物發(fā)電系統(tǒng)，其中利用一個(gè)氣體渦輪機(jī)和從廢熱鍋爐得到的蒸汽發(fā)電，該廢熱鍋爐用從渦輪機(jī)排出的廢氣再次加熱，以提高在蒸汽渦輪機(jī)中的發(fā)電效率。然而，這個(gè)被提議的系統(tǒng)是有問(wèn)題的，因?yàn)樗拇罅康某龔U物以外的另一種高質(zhì)量的燃料，并且不經(jīng)濟(jì)。另一個(gè)被建議的系統(tǒng)是這樣的為了提高在蒸汽渦輪機(jī)中的發(fā)電效率，用燃燒高質(zhì)量的燃料來(lái)再加熱從廢熱鍋爐得到的蒸汽。因?yàn)橄拇罅康某龔U物外的另一種高質(zhì)量的燃料，所以這個(gè)系統(tǒng)不經(jīng)濟(jì)。發(fā)明的描述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供利用燃燒廢物來(lái)發(fā)電的方法和設(shè)備。本發(fā)明能夠升高過(guò)熱蒸汽的溫度以提高發(fā)電的效率，而不會(huì)產(chǎn)生由腐蝕性成分，例如在廢物燃燒氣中含有的高溫熔融鹽引起的腐蝕問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了利用燃燒廢物發(fā)電的一種方法，該方法包括燃燒廢物以產(chǎn)生高溫廢氣；將廢氣引入一個(gè)換熱器，利用熱交換來(lái)加熱氣體；利用加熱的氣體作為熱源加熱過(guò)熱蒸汽；以及將被加熱的過(guò)熱蒸汽送到一個(gè)與發(fā)電機(jī)偶連的蒸汽渦輪機(jī)用以發(fā)電。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了利用燃燒廢物發(fā)電的一種設(shè)備，該設(shè)備包括用于燃燒廢物以產(chǎn)生高溫廢氣的燃燒器；利用從燃燒器而來(lái)的廢氣和氣體之間的熱交換來(lái)加熱氣體的一個(gè)換熱器；利用被加熱的氣體和過(guò)熱蒸汽之間的熱交換來(lái)加熱過(guò)熱蒸汽的一個(gè)加熱器；和一個(gè)與發(fā)電機(jī)偶連的蒸汽渦輪機(jī)，將加熱的過(guò)熱蒸汽加入蒸汽渦輪機(jī)而發(fā)電。根據(jù)本發(fā)明，由廢物燃燒產(chǎn)生的廢氣被加入換熱器，在換熱器中，利用熱交換，將流經(jīng)換熱器管的氣體(例如空氣)加熱，隨后利用廢熱鍋爐或諸如此類的設(shè)備，利用加熱的氣體作熱源，得到過(guò)熱蒸汽，最后將經(jīng)氣體加熱的過(guò)熱蒸汽送到與發(fā)電機(jī)偶連的蒸汽渦輪機(jī)來(lái)發(fā)電。這就是說(shuō)，沒(méi)有將廢氣直接引入廢熱鍋爐來(lái)加熱過(guò)熱蒸汽，而是將廢氣引入換熱器來(lái)加熱例如空氣的氣體，并由加熱的氣體加熱過(guò)熱蒸汽。利用廢氣加熱例如空氣的氣體的換熱器不需要耐高壓類型，因此對(duì)于換熱器不需要使用特殊材料，這些特殊材料是由例如鍋爐結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)或發(fā)電廠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的。因此可以使用陶瓷材料作為換熱器的材料。如果將陶瓷材料用作換熱器中的導(dǎo)熱管，它們將很難發(fā)生因熔融鹽而產(chǎn)生的腐蝕。即使在使用耐熱鑄鋼或金屬制造的換熱器的情況下，暴露于廢氣中的導(dǎo)熱管能夠在如圖5所示的“腐蝕延遲區(qū)”的環(huán)境下使用。這樣就難以發(fā)生由于熔融鹽造成的腐蝕問(wèn)題。特別地，雖然耐熱鑄鋼是眾所周知的耐腐蝕材料，但是以傳統(tǒng)方法的標(biāo)準(zhǔn)，它一直沒(méi)有能夠用作蒸汽管。然而，在本發(fā)明中能夠使用耐熱鑄鋼，因?yàn)樵诒景l(fā)明中耐熱鑄鋼是作為廢氣和氣體(如空氣)之間的導(dǎo)熱管，而不是作為蒸汽管線被使用。根據(jù)上述的本發(fā)明，高溫廢氣加熱流經(jīng)導(dǎo)熱管的氣體(如空氣)。當(dāng)管表面溫度為700℃或更高時(shí)，含于廢氣中的腐蝕性成分難以對(duì)管線造成高溫熔融鹽腐蝕。當(dāng)管表面溫度為700℃或更高時(shí)，由于周?chē)h(huán)境處于圖5所示的“腐蝕延遲區(qū)”，管線的腐蝕很小。因此，即使高溫?fù)Q熱器的導(dǎo)熱管由金屬管制成，流經(jīng)管線的氣體(如空氣)也能夠被加熱到例如大約700℃的高溫。用溫度大約為700℃的氣體(例如空氣)，在廢熱鍋爐中，利用再加熱的方法，很容易由加熱到大約400℃的過(guò)熱蒸汽生產(chǎn)溫度為大約500℃的過(guò)熱蒸汽。由于過(guò)熱蒸汽不是用廢氣再加熱，而是用氣體(例如空氣)再加熱，高溫熔融鹽腐蝕的問(wèn)題不會(huì)發(fā)生。作為熱源被使用的是高溫空氣而不是廢氣，因而不會(huì)發(fā)生由于灰燼在導(dǎo)熱管上的附著而產(chǎn)生的導(dǎo)熱系數(shù)的降低，因此過(guò)熱蒸汽換熱器可以相對(duì)地減小尺寸。如此，被再加熱的過(guò)熱蒸汽被送到一個(gè)與發(fā)電機(jī)偶連的蒸汽渦輪機(jī)，該發(fā)電機(jī)能夠以30％或更高的效率發(fā)電。圖6表示了在一個(gè)傳統(tǒng)系統(tǒng)中和在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中導(dǎo)熱管的腐蝕速率。該傳統(tǒng)系統(tǒng)是用廢氣直接加熱過(guò)熱蒸汽，而本發(fā)明的系統(tǒng)是用廢氣間接加熱過(guò)熱蒸汽。在圖6中用曲線A表示傳統(tǒng)系統(tǒng)，由于在蒸汽一側(cè)的薄層導(dǎo)熱系數(shù)值很大，管的表面溫度與蒸汽的溫度很接近，因此管暴露于“劇烈腐蝕區(qū)”。在圖6中用曲線B表示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，沒(méi)有蒸汽而只有氣體(例如空氣)被廢氣加熱。對(duì)于空氣而言，因?yàn)樵诳諝庖粋?cè)的薄膜導(dǎo)熱系數(shù)要比蒸汽一側(cè)的值小很多，管的表面溫度接近于廢氣的溫度，因此管暴露于圖5所示的“腐蝕延遲區(qū)”。因?yàn)椴捎脧U氣間接加熱過(guò)熱蒸汽方法的系統(tǒng)能夠避免高溫熔融鹽腐蝕的緣故，可以使用一種由已知的金屬材料制造的管子。接下來(lái)，將描述導(dǎo)熱管表面溫度的差異，這種差異是由薄層導(dǎo)熱系數(shù)的不同造成的。采用下面的公式計(jì)算導(dǎo)熱管的表面溫度Tw。Tw＝T-{hio/(hio+ho)}×(T-t)其中T＝廢氣的溫度T＝接受熱量的氣體的溫度Ho＝廢氣的薄膜導(dǎo)熱系數(shù)Hio＝接受熱量的氣流的薄膜導(dǎo)熱系數(shù)1)對(duì)于采用過(guò)熱蒸汽作為熱量接受流體的情況假設(shè)T＝1200℃，t＝500℃，ho≈100kcal/m2h℃，和hio≈2000kcal/m2h℃(在過(guò)熱蒸汽情況下是非常大的值)，Tw＝1200-{2000/(2000+100)}×(1200-500)＝533℃。因此，導(dǎo)熱管暴露于“劇烈腐蝕區(qū)”。2)對(duì)于采用空氣作為熱量接受流體假設(shè)T＝1200℃，t＝500℃，ho≈100kcal/m2h℃，和hio≈200kcal/m2h℃(在氣體(例如空氣)的情況下是非常小的值)，Tw＝1200-{200/(200+100)}×(1200-500)＝733℃。因此，導(dǎo)熱管的劇烈腐蝕可以避免。進(jìn)一步，由于低壓空氣可以用作加熱介質(zhì)，可以利用陶瓷材料制造管子。管是由金屬材料還是由陶瓷材料制造取決于它們使用的條件。例如，對(duì)于管的表面溫度為800℃或更高的情況，管子優(yōu)選采用陶瓷材料或耐熱鑄鋼制造。通過(guò)以實(shí)施例的方式并結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明的上述和其他的目的、特性和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的流程圖，該系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，利用燃燒廢物的方法發(fā)電；圖2是插入式換熱器(bayonettypeheatexchanger)的截面圖；圖3是一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的流程圖，該系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，利用燃燒廢物的方法發(fā)電；圖4是一個(gè)利用燃燒廢物發(fā)電的傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的流程圖；圖5是顯示腐蝕區(qū)與廢氣溫度和導(dǎo)熱管表面溫度的關(guān)系的圖；和圖6是顯示腐蝕速度和導(dǎo)熱管表面溫度之間關(guān)系的圖。本發(fā)明的最佳實(shí)施方案圖1是一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的流程圖，該系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，利用燃燒廢物的方法發(fā)電。如圖1所示，在一個(gè)焚化爐或一個(gè)氣化熔融燃燒爐11中，燃燒廢物以產(chǎn)生廢氣。產(chǎn)生的廢氣穿過(guò)一個(gè)用耐熱金屬或陶瓷制成的高溫?fù)Q熱器12，以加熱流體氣體(例如空氣)到優(yōu)選高至大約700℃的溫度。經(jīng)過(guò)高溫?fù)Q熱器12的廢氣被送到一個(gè)廢熱鍋爐13，后者由向該處提供的水而生產(chǎn)蒸汽。加熱產(chǎn)生的蒸汽，從而得到具有大約100kg/cm2的蒸汽壓力和大約400℃的溫度的過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽被送到一個(gè)過(guò)熱蒸汽加熱器14，在該加熱器中，用被加熱的流體氣體(例如空氣)將過(guò)熱蒸汽加熱到約500℃。該被加熱的流體來(lái)自高溫?fù)Q熱器12，并且具有大約700℃的溫度。由過(guò)熱蒸汽加熱器14加熱的過(guò)熱蒸汽被送到一個(gè)與發(fā)電機(jī)直接偶連的蒸汽渦輪機(jī)而發(fā)電。穿過(guò)廢熱鍋爐13的廢氣被送入一個(gè)空氣預(yù)熱器16。在該預(yù)熱器中，用廢氣預(yù)熱將被送到高溫?fù)Q熱器12的流體氣體(例如空氣)。廢氣還在一個(gè)節(jié)熱器中預(yù)熱水，并且預(yù)熱后的水被送到廢熱鍋爐13。從預(yù)熱器16排出的降低了溫度的廢氣，用一個(gè)濾塵袋17過(guò)濾，然后以干凈的廢氣形式從煙囪排出。如上所述，高溫?fù)Q熱器12與一個(gè)高溫廢氣管線相連。從焚化爐或氣化熔融燃燒爐11中排放出的廢氣在該管線中流動(dòng)。在高溫?fù)Q熱器12中，將氣體(例如空氣)加熱到大約500℃或更高的溫度，優(yōu)選大約700℃。然后將被加熱的空氣送到過(guò)熱蒸汽加熱器14中，在該加熱器中，具有400℃溫度的過(guò)熱蒸汽被加熱到大約500℃的溫度。將被過(guò)熱蒸汽加熱器14加熱的過(guò)熱蒸汽送到與發(fā)電機(jī)直接偶連的蒸汽渦輪機(jī)15，由蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電。用來(lái)加熱過(guò)熱蒸汽的氣體(例如空氣)被作為燃燒空氣，從過(guò)熱蒸汽加熱器14送到焚化爐或氣化熔融燃燒爐11。對(duì)于焚化爐11，因?yàn)閺脑撎庒尫诺膹U氣的溫度大約為850℃，廢氣和空氣之間的溫度差很小，所以高溫?fù)Q熱器12需要一個(gè)相應(yīng)地大的換熱面積。然而，對(duì)于氣化熔融燃燒爐11，因?yàn)閺脑撎庒尫诺膹U氣的溫度為1200℃或更高，廢氣和空氣之間的溫度差很大，所以在高溫?fù)Q熱器12中的換熱面積可以很小。作為傳導(dǎo)來(lái)自廢氣的熱量的載熱介質(zhì)的氣體，優(yōu)選空氣或惰性氣體(例如氮?dú)?。圖2表示了一個(gè)用作高溫?fù)Q熱器12的插入式換熱器。該插入式換熱器包括一些具有復(fù)合管(duplex-tube)結(jié)構(gòu)的換熱部分31。在圖2中，顯示了一個(gè)單獨(dú)的復(fù)合管換熱部分31。換熱部分31包括一個(gè)外套管32和一個(gè)內(nèi)管33。外套管具有圓柱體的形狀并且一端敞開(kāi)另一端封閉。內(nèi)管具有相對(duì)的兩端敞開(kāi)的圓柱體形狀。高溫廢氣接觸外套管32的外表面。低溫氣體(例如空氣)從內(nèi)管33的一端引入內(nèi)管33并從內(nèi)管33的另一端排出，該低溫氣體在內(nèi)管33和外套管32之間的環(huán)狀空間流動(dòng)，并且從外套管32的敞開(kāi)的一端流出。與此同時(shí)，用與廢氣的熱交換來(lái)加熱氣體(例如空氣)。因?yàn)椴迦胧綋Q熱器由復(fù)合管換熱部分31組成，在廢氣和氣體之間的換熱以兩級(jí)方式進(jìn)行。更具體地，兩步換熱包括一個(gè)第一級(jí)換熱和一個(gè)第二級(jí)換熱。第一級(jí)換熱是在流經(jīng)內(nèi)套管33的氣體與流經(jīng)外套管32與內(nèi)管33間環(huán)狀空間的氣體之間進(jìn)行的。第二級(jí)換熱是在外套管32外側(cè)流動(dòng)的廢氣與流經(jīng)外套管32與內(nèi)管33間環(huán)狀空間的氣體之間進(jìn)行的。因?yàn)榈蜏貧怏w被第一級(jí)換熱加熱，與廢氣接觸并且被第二級(jí)換熱所加熱的外套管32的表面溫度變得相當(dāng)高，因此避免了“劇烈腐蝕區(qū)”。進(jìn)一步，換熱部分31暴露于一個(gè)高溫環(huán)境，因而產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)大的線性膨脹。如果將換熱部分的兩端都固定，將需要采取解決線性膨脹的措施。而本實(shí)施方案換熱部分是簡(jiǎn)潔的懸臂式結(jié)構(gòu)。對(duì)用于插入式換熱器的耐熱鑄鋼，JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))中的SCH是理想的，對(duì)于金屬而言，具有高含量的鎳(Ni)、鈷(Co)和鉻(Cr)的耐熱合金是理想的。對(duì)于陶瓷，優(yōu)選碳化硅(SiC)。當(dāng)碳化硅、鋁和氮化硅的片狀材料暴露于來(lái)自一個(gè)氣化熔融燃燒爐的具有大約1350℃的廢氣中一個(gè)月后，鋁和氮化硅的片狀材料完全熔融，而碳化硅的片狀材料雖然厚度從10mm減少到5mm，卻保持了它原先的形狀。具體地，在廢氣的強(qiáng)氣流中，例如廢氣的流動(dòng)方向，碳化硅片狀材料的厚度的減少較多，而在廢氣的弱氣流中，碳化硅片厚度的減小較少。當(dāng)碳化硅的表面溫度為1000℃或更低時(shí)，幾乎不發(fā)生在廢氣的流動(dòng)方向上的厚度減少。從上述的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)于用碳化硅制成的換熱器，并且表面溫度在1000℃或更低的情況下，高溫?fù)Q熱器12的使用壽命可以極大地延長(zhǎng)。雖然高溫?fù)Q熱器12并不限于插入式換熱器，但是優(yōu)選插入式換熱器。插入式換熱器適于用高溫流體加熱低溫流體，以升高暴露于廢氣的導(dǎo)熱表面的溫度。對(duì)于中等溫度和高溫，可以使用兩個(gè)或更多的換熱器，并且可以改變換熱器的結(jié)構(gòu)。例如，中溫?fù)Q熱器可以安排用于將大約250℃的空氣加熱到大約500℃，高溫?fù)Q熱器可以安排用于將大約500℃的空氣加熱到大約700℃。采用這種安排，中溫?fù)Q熱器可以是一個(gè)插入式換熱器，而高溫?fù)Q熱器可以是其他類型的普通換熱器。其原因是當(dāng)空氣的溫度大約是500℃時(shí)，導(dǎo)熱管的表面溫度是700℃或更高，因此進(jìn)入了圖5所示的“腐蝕延遲區(qū)”。不過(guò)，高溫?fù)Q熱器也可以是由陶瓷材料制成的插入式換熱器。圖3是一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的流程圖，該系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，利用燃燒廢物的方法發(fā)電。根據(jù)圖3中所示的實(shí)施方案，一個(gè)流化床氣化器和一個(gè)渦流式熔融燃燒爐被用于氣化和燃燒廢物。如圖3所示，廢物被裝入流化床氣化器21中，在氧氣的總量小于廢物燃燒所需氧氣的理論值的條件下，將廢物加熱到500到600℃的溫度范圍氣化。在流化床氣化器21中，流化床的溫度低并且流化床處于還原性氛圍。因此，包括鐵、銅和鋁等金屬能夠以非氧化態(tài)被分離。在流化床氣化器21中生成的含有炭和焦油的熱解氣，被送到一個(gè)渦流式熔融燃燒爐22。在渦流式燃燒爐22中，在不加入輔助燃料的條件下，加入的氣體以1350℃或更高的高溫燃燒。燃燒溫度可以在1200℃至1500℃范圍內(nèi)。由于氣體的燃燒主要是在渦流式熔融燃燒爐22中進(jìn)行，大約1.3的低過(guò)量空氣比是可能的，并且因此減少了從渦流式熔融燃燒爐22排放的廢氣的量。因?yàn)闅怏w在1200℃或更高的溫度下燃燒，所以二氧芑能夠被完全分解。在渦流式熔融燃燒爐22中，形成了渦流流動(dòng)，利用離心力的作用將爐渣有效地分離，并且有害的成分(例如重金屬)含于爐渣中，之后將爐渣冷卻成為密封有重金屬的玻璃狀固態(tài)物質(zhì)。產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽的廢熱鍋爐24與渦流式熔融燃燒爐22相連，并且一個(gè)高溫?fù)Q熱器23被放置在廢熱鍋爐24中的輻射導(dǎo)熱部分。高溫?fù)Q熱器23包括由耐熱鑄鋼、耐熱金屬或碳化硅制成的管子，用于加熱經(jīng)過(guò)預(yù)熱的空氣。該預(yù)熱的空氣具有150℃到300℃的溫度，且它流經(jīng)溫度高達(dá)500℃到800℃，優(yōu)選大約700℃的管子。此時(shí)，廢氣的溫度在1000到1300℃的溫度范圍，優(yōu)選大約1200℃，以防止灰燼在高溫?fù)Q熱器23的管子上沉積。由于在高溫?fù)Q熱器23中的空氣流和廢氣之間的溫度差很大，高溫?fù)Q熱器23的換熱面積可以很小，并因此高溫?fù)Q熱器在尺寸上可以是緊湊的。因?yàn)榭諝庖?kg/cm2或更低的壓力，優(yōu)選大約0.05kg/cm2的壓力流經(jīng)管子，所以高溫?fù)Q熱器23的管不需要是耐壓結(jié)構(gòu)。因此，高溫?fù)Q熱器23的管子可以由陶瓷或鑄鋼制造。高溫?fù)Q熱器23的位置并不限制于廢熱鍋爐24的輻射導(dǎo)熱部分，而是可以在渦流式熔融燃燒爐22和廢熱鍋爐24之間的任何位置。例如，可以在渦流式熔融燃燒爐22的下游設(shè)置一個(gè)導(dǎo)管，將高溫?fù)Q熱器23安裝在該導(dǎo)管中。被高溫?fù)Q熱器23加熱到500℃到800℃，優(yōu)選大約700℃的空氣被送到一個(gè)過(guò)熱蒸汽加熱器25，在此來(lái)自廢熱鍋爐24的溫度為大約400℃的過(guò)熱蒸汽被加熱到400℃到600℃的溫度范圍，優(yōu)選溫度是大約500℃。加熱過(guò)熱蒸汽后溫度下降的空氣被作為燃燒氣送到渦流式熔融燃燒爐22。在渦流式熔融燃燒爐22中，由于這樣加入的燃燒氣具有范圍在350℃到550℃的相對(duì)高的溫度，高效率的高溫燃燒得以實(shí)現(xiàn)。用過(guò)熱蒸汽加熱器25加熱到400℃到600℃，優(yōu)選大約500℃的過(guò)熱蒸汽，以大約100kg/cm2的壓力加入一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)26。該蒸汽渦輪機(jī)與一個(gè)發(fā)電機(jī)直接偶連而發(fā)電。以這種安排方式，利用燃燒廢物發(fā)電的系統(tǒng)能夠以30％到32％的效率發(fā)電，并避免由于高溫熔融鹽產(chǎn)生的腐蝕問(wèn)題。隨著過(guò)熱蒸汽溫度的升高，發(fā)電效率升高。因?yàn)槔眠^(guò)熱蒸汽加熱器25將過(guò)熱蒸汽的溫度升高到500℃或更高是可能的，所以利用燃燒廢物發(fā)電的系統(tǒng)能夠以較高的效率發(fā)電。廢熱鍋爐24有管30。該管用來(lái)與廢氣接觸，生產(chǎn)溫度大約是400℃的過(guò)熱蒸汽。由于在高溫?fù)Q熱器23中的換熱，該廢氣的溫度降低到大約600℃。當(dāng)廢氣的溫度降低到大約600℃時(shí)，廢氣不會(huì)產(chǎn)生如圖5所示的高溫熔融鹽腐蝕的問(wèn)題。在廢熱鍋爐24出口的廢氣溫度是大約350℃，并且將排放的廢氣送到一個(gè)節(jié)熱器27，該節(jié)熱器用于將加入到廢熱鍋爐24的水預(yù)熱。然后將從節(jié)熱器27排放的廢氣送到一個(gè)空氣預(yù)熱器28，該空氣預(yù)熱器用于將加入到高溫?fù)Q熱器23的空氣預(yù)熱到大約150℃到300℃的溫度。從空氣預(yù)熱器28排放的、溫度降低到大約160℃的廢氣，用一個(gè)灰塵收集器29，例如濾塵袋，進(jìn)行過(guò)濾，然后以干凈的廢氣的形式從煙囪排放到空氣中。因?yàn)闅饣廴谌紵到y(tǒng)可以在過(guò)量空氣比的條件下操作，所以可以獲得高的鍋爐效率，通風(fēng)設(shè)備所消耗的電能也將極大地降低，并且不需要消耗灰燼熔融爐的電能，因此改進(jìn)了在電力輸送中的效率。高效率的電力輸送比高效率的發(fā)電更能夠體現(xiàn)高效率的熱循環(huán)的特征。氣化和熔融燃燒系統(tǒng)可以在不使用輔助燃料的條件下操作，因此該系統(tǒng)是高經(jīng)濟(jì)性的。下面的表1表示了不同系統(tǒng)的包括電力輸送效率的比較。表1</tables>系統(tǒng)A焚化爐+電灰燼熔融系統(tǒng)B氣化熔融燃燒-I系統(tǒng)C氣化熔融燃燒-II*在表1中指出的電能的總量是對(duì)應(yīng)于每噸廢物的量。在表1中，100ata×540℃，40ata×400℃和100ata×500℃代表各自系統(tǒng)中過(guò)熱蒸汽的壓力和溫度。由表1可見(jiàn)利用高壓和高溫的過(guò)熱蒸汽(100ata×500℃)來(lái)發(fā)電的氣化和熔融燃燒系統(tǒng)得到28.1％的電力輸送效率。這是最高的效率。利用本發(fā)明獲得的過(guò)熱蒸汽，焚化爐和灰燼熔融爐組合的燃燒系統(tǒng)達(dá)到最高的發(fā)電效率，但是因?yàn)樵诨覡a熔融爐中消耗了大量的能量，其電力輸送效率降低到26.1％。利用經(jīng)廢氣直接加熱的過(guò)熱蒸汽(40ata×400℃)來(lái)發(fā)電的傳統(tǒng)的氣化熔融燃燒系統(tǒng)得到最低的發(fā)電效率和最低的電力輸送效率。根據(jù)本發(fā)明，由耐熱鑄鋼、合金或陶瓷材料制成的管線被放置在高溫燃燒廢氣中，以加熱例如空氣的氣體，并且利用熱交換，使用被加熱的氣體(例如空氣)來(lái)再加熱過(guò)熱蒸汽。利用含有腐蝕性成分的廢氣能夠獲得溫度為大約500℃或更高的過(guò)熱蒸汽，且避免因高溫熔融鹽造成的腐蝕的問(wèn)題，因此能夠獲得30％或更高的發(fā)電效率。雖然對(duì)本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)的展示和描述，應(yīng)當(dāng)理解的是，在其中可以進(jìn)行各種變化和修改，而不偏離所附權(quán)利要求的范圍。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明應(yīng)用于廢物處理設(shè)備。在其中以高溫和高壓的蒸汽高效率地發(fā)電。該蒸汽是用不同廢物燃燒時(shí)產(chǎn)生的廢氣的熱量生產(chǎn)的。權(quán)利要求1.一種利用燃燒廢物發(fā)電的方法，該方法包括燃燒廢物以產(chǎn)生高溫廢氣；將所述的廢氣引入一個(gè)換熱器，利用熱交換加熱氣體；利用所述的被加熱的氣體作為熱源，加熱過(guò)熱蒸汽；和將所述的被加熱的過(guò)熱蒸汽送到一個(gè)與發(fā)電機(jī)偶連的蒸汽渦輪機(jī)中用以發(fā)電。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中與所述廢氣接觸的所述換熱器的導(dǎo)熱管包括耐熱鑄鋼和陶瓷中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中與所述廢氣接觸的所述換熱器的導(dǎo)熱管包括耐熱金屬。4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述換熱器包括一個(gè)插入式換熱器。5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的換熱器的導(dǎo)熱管的表面溫度維持在700℃或更高。6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的過(guò)熱蒸汽由一個(gè)廢熱鍋爐生產(chǎn)，向該廢熱鍋爐中加入所述的廢氣。7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體和所述過(guò)熱蒸氣之間的熱交換是在一個(gè)過(guò)熱蒸汽加熱器中進(jìn)行。8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體包括空氣，且所述的空氣在被加入到所述的換熱器之前，在一個(gè)空氣預(yù)熱器中被所述的廢氣預(yù)熱。9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的過(guò)熱蒸汽的加熱是在一個(gè)過(guò)熱蒸汽加熱器中進(jìn)行，并且從所述的過(guò)熱蒸汽加熱器排放的所述空空氣，作為燃燒空氣，被引入一個(gè)焚化爐或一個(gè)氣化熔融燃燒爐中。10.一種利用燃燒廢物發(fā)電的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)燃燒廢物以生產(chǎn)高溫廢氣的燃燒器；一個(gè)換熱器，該換熱器利用從所述的燃燒器排放出的廢氣和氣體之間的熱交換來(lái)加熱所述的氣體；一個(gè)加熱器，該加熱器利用所述的被加熱的氣體和過(guò)熱蒸汽之間的熱交換來(lái)加熱所述的過(guò)熱蒸汽；一個(gè)與發(fā)電機(jī)偶連的蒸汽渦輪機(jī)，所述的被加熱的過(guò)熱蒸汽被加入到所述的蒸汽渦輪機(jī)中用以發(fā)電。11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中與所述的廢氣相接觸的換熱器的導(dǎo)熱管包括耐熱鑄鋼和陶瓷中的一種。12.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中與所述的廢氣相接觸的換熱器的導(dǎo)熱管包括耐熱金屬。13.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中換熱器包括一個(gè)插入式換熱器。14.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述換熱器的導(dǎo)熱管的表面溫度保持在700℃或更高。15.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于生產(chǎn)所述的過(guò)熱蒸汽的一個(gè)廢熱鍋爐，所述的廢氣被加入到所述的廢熱鍋爐中。16.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述的氣體包括空氣，并且所述的空氣在被加入到所述的換熱器之前，在一個(gè)空氣預(yù)熱器中，被所述的廢氣預(yù)熱。17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其中從所述的加熱器排放的所述空氣，作為燃燒空氣，被引入一個(gè)焚化爐或一個(gè)氣化熔融燃燒爐中。全文摘要由高溫和高壓的蒸汽高效率地發(fā)電。該蒸汽是利用各種廢物燃燒時(shí)產(chǎn)生的廢氣的熱量而生產(chǎn)的。將廢物在焚化爐或氣化熔融燃燒爐(11)中燃燒以生成廢氣。生成的廢氣被引入一個(gè)換熱器(12),利用熱交換加熱氣體(例如空氣)。在一個(gè)過(guò)熱蒸汽加熱器(14)中利用被加熱的氣體作為熱源將過(guò)熱蒸汽加熱,然后將被加熱的過(guò)熱蒸汽送到與發(fā)電機(jī)偶連的蒸汽渦輪機(jī)(15)中用以發(fā)電。文檔編號(hào)F23G5/48GK1276048SQ98810143公開(kāi)日2000年12月6日申請(qǐng)日期1998年10月14日優(yōu)先權(quán)日1997年10月14日發(fā)明者大下孝裕,廣勢(shì)哲久,中田信夫,高橋孝一申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所