專利名稱：：用于控制城市固體廢物密度和提高熱值以改善廢物變能量鍋爐運行的方法和系統的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種改善的城市廢物燃燒系統和方法。尤其是，通過包含用于精確計算要在城市廢物燃燒器(MWC)中燃燒的輸入廢物中的濕度含量的裝置，本發明的實施例對已知的MWC進行了改善。
背景技術：
：在廢物變能量(WTE)工業中，城市固體廢物(MSW)的熱值一般被認為是不可測量和不可控制的變量。地方天氣，尤其是降雨量，極大地影響MSW的熱值，而這又影響著廢物變能量鍋爐的處理能力和運行特征。這個變量是大量燃燒廢物變能量(massburnwaste-to-energy)和其他形式的基于燃燒的蒸汽發生之間的最大差別。有效地測量MSW熱值變化的能力通過為鍋爐燃燒控制提供從前無法得到的嚴格輸入將增強鍋爐的運行。此外，通過調整水或者液體廢物的添加將MSW的濕度含量控制到相對恒定的值的能力，將進一步增強鍋爐的運行，以及通過使從前不可控制的變量恒定，改善了廢物處理速度的可預測性。測量污泥等液體廢物中的濕度含量是已知的。例如，頒發給Beaumont等人的美國專利6,553,924涉及一種在城市廢物燃燒器注入并共同燃燒污泥的系統和方法，其中，在燃燒前監視并控制污泥的濕度含量。但是，這些技術一般來說不能應用于固體廢物的管理和燃燒，這是因為在MWC燃燒爐附近的惡劣條件下，精確、有效地測量大量固體廢物中的濕度含量，在技術上是具有挑戰性的。
發明內容針對這些以及其他的需要，本發明的實施例利用被放置用來在燃燒前監視輸入廢物的核輻射密度計，能夠直接測量作為濕度含量指標的MSW燃料的密度。在一個實施例中，一種典型的核濕度密度計含有密封的放射性材料，典型的是銫和混有鈹粉末的镅混合物。放射性材料發射出核輻射，當輻射通過MSW時，探測器能夠算出這種輻射。這種算出的結果能夠被轉換成密度值。然后，能夠用該密度值推出針對該MSW的濕度含量測量結果。在本發明的一個方面中，提供了一種用于在固體廢物焚燒系統中進行燃燒控制的方法。該方法包括如下步驟將固體廢物送入輸入系統中；在所述固體廢物進入燃燒室之前確定所述周體廢物的濕度含量；根據所確定的濕度含量調節燃燒過程；以及將所述固體廢物傳進所述燃燒室中。在本發明的另一個方面中，提供了一種固體廢物燃燒系統。該系統包括城市廢物燃燒器，所述城市廢物燃燒器包括燃燒室。所述系統還包括被構造成將固體廢物送進所述燃燒室中的廢物輸入系統。在所述系統中還包括適合于在所述廢物進入所述燃燒室之前確定所述固體廢物的濕度含量的濕度傳感器。最后，所述系統包括與所述濕度傳感器相通訊的控制器，其中，所述控制器從所述濕度傳感器接收信息并根據所述信息調整所述城市廢物燃燒器和/或所述廢物輸入系統的運行。在本發明的實施例中，針對MSW的濕度含量測量結果能夠用作發送給MWC的前饋，以相應地調節燃燒過程。因為基于輻射的測量是一種統計學上的隨機過程，所以，可按串聯方式配置多個密度傳感器，以多次測量廢物密度。于是，例如從來自所述多個密度傳感器的平均讀數，能夠確定出最終的密度測量結果，用所述平均測量密度得出濕度含量的估計。在一個實施例中，在MSW被強制進入燃燒室之處的壓頭(mm)臺的正上方通過MSW送料料斗的平面內，設置密度傳感器儀器，用于讀取燃料的密度。按照這種方式，MSW能夠剛好在被引入MWC中的燃燒室內之前得到測作為其他方式，在該平面內的多個測量點將確保合理地表示MSW條件接著，經平滑的密度讀數將用來表征鍋爐控制參數(諸如空氣分布和控制系統增益)，以改善燃燒控制并增強鍋爐穩定性。MSW密度讀數還將用來控制液體噴射速率，以維持相對恒定的MSW熱值。受控的熱值將處于正常范圍的下端，使得鍋爐能夠在連續的基礎上接近其爐排極限(gratelimit)地運行，由此，不管MSW組成和熱值如何變化，都能最大化MSW處理噸數。在一個實施例中，該密度測量的輸出可以與MSW熱值的變化相關并用作給燃燒控制的輸入前饋。在另一個實施例中，濕度/密度測量結果可以用來控制水噴射過程，以控制MSW熱值。通過參照下面結合附圖所進行的描述，可以獲得對本發明及其優點的更完整的理解。在附圖中，類似附圖標記代表類似特征。其中-圖1所示為根據本發明實施例的改善后的城市廢物燃燒(MWC)系統；圖2提供的是形式為經過MWC燃燒系統的縱截面的示意圖；以及圖3提供的是用于控制MWC中城市固體廢物(MSW)熱值的方法的流程圖。具體實施例方式如圖中所示以及如這里所描述的，本發明的實施例提供了改善后的城市廢物燃燒系統和方法。具體地說，通過包含用于精確計算要在MWC中燃燒的輸入廢物中的濕度含量的裝置，本發明的實施例對已知的MWC進行了改進。通過對廢物濕度含量更好的測量，能夠更好地控制MWC中的燃燒，以實現期望的結果，包括排放物的減少和更高的燃燒效率。濕度含量的變化能夠使MSW處理噸數改變多達10%,然而，廢物變能量鍋爐極少以其爐排能力極限運行。這種思想的效果將會維持鍋爐一直接近其爐排極限，這應該導致MSW產量增加大約5y。。通過最小化由MSW組成和熱值變化造成的低擺動，燃料變動的減少還將改善運行的一致性，導致更多的凈功率輸出。現參見圖1，提出了根據本發明實施例的改善后的MWC系統100。MWC系統100包括用于燃燒城市固體廢物(MSW)llO的MWC100和用于向MWC100供應MSW110的廢物輸入系統120。多種類型的MWC100是已知的并包括例如動爐排燃燒器、廢物通過移動安裝在中心轉軸上的齒經燃燒爐傳輸的旋轉窯、以及使強氣流強制經過沙床的流化床。類似的，取決于MWC110的類型，可以使用多種類型的廢物輸入系統120。一般地，在MSC100中燒MSW110，來自燃燒的能量被用來加熱水，以產生高壓蒸汽。可以調節來自管道150的燃燒空氣和其他變量以優化燃燒過程。大體上在MWC100的燃燒爐之前的位置上，放置一個或者多個濕度傳感器130，以測量MSW110的濕度含量。濕度傳感器130可以是間接估計MSW110濕度含量的密度傳感器的形式，諸如核輻射密度計。其他類型的濕度傳感器130可以包括位于MSW110燃燒附近的空氣濕度傳感器。作為另外的替換方式，濕度傳感器130可包括MSW100的高度測量，以估計密度并因此估計濕度含量。濕度傳感器130可包括單個的傳感器或者在MSW輸入流中不同位置處進行測量的相同類型的多個傳感器。濕度傳感器130還可包括諸如核輻射密度計和空氣濕度傳感器等不同類型傳感器的組合。接著圖1中的改善的MWC系統100，控制器140接收來自MWC100和廢物輸入系統120的狀態信息并調整MWC100和廢物輸入系統120的運行。在已知系統中，控制器140接收的信息類型通常包括諸如燃燒爐溫度、諸如一氧化碳等各種輸出污染物的測量水平以及燃燒爐內氧元素量等其他測量水平等關于燃燒過程的來自MWC100的反饋狀態信息。除了這些傳統信息，來自濕度傳感器130的信息被提供給控制器140并用來調節來自廢物輸入系統120的輸入流量和來自管道150的空氣流量。而且，控制器140進一步接收關于廢物輸入系統120狀態的前饋信息。這種信息通常與引入MWC100的城市廢物的量和定時有關。下面以圖2中的布置為例更詳細地解釋這些系統。圖2是形式為穿過MWC的燃燒系統200的縱剖視圖的示意圖。盡管一個特定的燃燒系統200畫于圖2中并在下面進行了描述，但是，應該理解的是，本發明原理可適應于各種焚燒系統，而實現期望的優化MSW處理速率。如圖2中看到的那樣，在這個示例性實施例中的燃燒系統200具有送料料斗210，隨后的是送料溜槽220，用于向送料臺235供應燃料。在送料臺235上設有能夠來回運動的送料壓頭(feedram)240，以將從送料溜槽220到來8的燃料輸送到燃燒爐排250上面。燃料的燃燒發生在燃燒爐排250上。爐排傾斜還是水平布置以及應用何種原理是無關緊要的。恰在壓頭臺(ramtable)235上方通過送料溜槽220的平面內，設置密度計230來讀取燃料的密度。優選地，可以使用在相同平面內的多個測量點以確保合理地表示MSW狀況。仍然參見圖2，控制器(諸如圖1的控制器140)從各種受監視的功能元件接收狀態信息并調整MWC200的運行以及MSW290的輸入。來自密度計230的讀數還將被控制器用來控制液體(例如水或者液體廢物)噴射速率，使液體將被添加給相當干燥的廢物，以維持相對不變的MSW熱值。受控的熱值將處于正常范圍的下端，使得鍋爐能夠在連續的基礎上接近其爐排極限地運行，因此，不管MSW組成和熱值如何變化，都能最大化MSW處理噸數。作為液體噴射的優點》對包括過量空氣比例、供水溫度和燃燒空氣預熱溫度的其他過程參數的自動調整，可以包含在控制策略中，以允許過程以相對不變的射速(firingrate)運行。針對采用本發明的設施的具體經濟目標，將優化目標射速。在圖2所示的代表性實施例中，在燃燒爐排250下方布置一個整體上用260代表的裝置，該裝置供應主燃燒空氣并由若干室261265構成。主燃燒空氣利用風扇275經管道270被引入室261265。通過室261265的布置，燃燒爐排被分成若干個爐排下(midergrate)空氣區，使得主燃燒空氣能夠根據對燃燒爐排的要求被調節到不同的設定值。在燃燒爐排250的上方是燃燒爐280，燃燒爐280通向煙道氣體通道285，跟著煙道氣體通道285的是沒有示出的部件，諸如發熱鍋爐和煙道氣體清潔系統。燃燒爐280的后部區域由頂部288、后壁283和側壁284限定。由290代表的燃料的燃燒發生在燃燒爐排250的前部(煙道氣體通道285位于燃燒爐排250的上方)。大部分主燃燒空氣經室261、262、263被引入這個區域。在燃燒爐排250的后部區域上基本上只有燃盡的燃料或者底灰，主燃燒空氣經室264、265被引入這個區域，主要是為了冷卻的目的，并促進剩余的底灰燃盡。接著，燃盡的燃料落進在燃燒爐排250端部的排放裝置295中。可選擇的是，在煙道氣體通道285的區域中設置噴嘴271和272，以向上升的煙道氣體供應二次燃燒氣體，因此，混合煙道氣體流并促進煙道氣體中殘余的可燃部分的后燃燒。在本發明的某些實施例中，這里所描述的改善后的MWC系統可以同用于還原不想要的排放物的其他已知的燃燒技術相結合，這些燃燒技術諸如2006年9月29日禾卩2007年10月4日提交的一起審査并共同轉讓的美國專利申請第11/529,292號和第11/905,809號中所描述的技術。這兩個美國專利申請整體上通過引用包含于此。圖3提供了用于控制MWC中MSW熱值的方法300的流程圖。在步驟S310，MSW被送進MWC的輸入系統中。諸如氣候、廢物類型和運輸條件等外部因素能夠影響MSW的熱值，而這又影響廢物變能量鍋爐的處理能力和運行特征。因此，在步驟S320，在廢物進入MWC的燃燒室之前監視輸入廢物的濕度含量。在一個實施例中，監視步驟S320是用一個或者多個核輻射密度計直接監視廢物密度以估計濕度含量來實現的。一種典型的核濕度一密度計含有被密封的放射性材料，通常是銫和混有鈹粉末的镅混合物。放射性材料發射出核輻射，當輻射通過MSW時，探測器能夠算出這種輻射。這種算出的結果能夠被轉換成密度值。然后，能夠用該密度值推出針對該MSW的濕度含量測量結果。在步驟S330，根據受監視的讀取步驟S320調節燃燒過程。如針對前面的附圖進行的討論那樣，可以調節過程變量以維持相對不變的MSW熱值。在某些實施例中，受控的熱值將處于正常范圍的下端。在步驟S340，MSW被強制進入燃燒室并被焚燒，生成用于高壓蒸汽或者其他能源的熱。雖然本發明參照示例性實施例進行了描述，但是，在不脫離本發明的精神或者范圍的情況下可以做出各種增添、刪減、替換或者其他變更。相應地，本發明不應被認為受限于前面進行的描述，而僅僅由權利要求的范圍限定。權利要求1.一種用于在固體廢物焚燒系統中進行燃燒控制的方法，包括如下步驟將固體廢物送入輸入系統中；在所述固體廢物進入燃燒室之前確定所述固體廢物的濕度含量；根據所確定的濕度含量調節燃燒過程；以及將所述固體廢物傳進所述燃燒室中。2.如權利要求1所述的方法，其中，確定步驟進一步包括識別所述固體廢物的密度以估計濕度含量。3.如權利要求2所述的方法，其中，所述固體廢物的密度使用核輻射密度計確定。4.如權利要求2所述的方法，其中，所述固體廢物的密度使用固體廢物高度測量來確定。5.如權利要求l所述的方法，其中，所述固體廢物的濕度含量使用空氣濕度傳感器確定。6.如權利要求1所述的方法，其中，所述確定濕度含量的步驟包括對來自所述多個密度傳感器的多個密度讀數進行平均，使用所平均的測量密度得出濕度含量的估計值。7.如權利要求l所述的方法，其中，所述燃燒過程維持相對恒定的固體廢物熱值。8.如權利要求1所述的方法，其中，調節步驟進一步包括調整向所述固體廢物添加水或者液體廢物。9.一種固體廢物燃燒系統，包括城市廢物燃燒器，所述城市廢物燃燒器包括燃燒室；被構造成將固體廢物送進所述燃燒室中的廢物輸入系統；適合于在所述固體廢物進入所述燃燒室之前確定所述固體廢物的濕度含量的濕度傳感器；以及與所述濕度傳感器相通訊的控制器，其中，所述控制器從所述濕度傳感器接收信息并根據所述信息調整所述城市廢物燃燒器和所述廢物輸入系統中至少一個的運行。10.如權利要求9所述的系統，其中，所述濕度傳感器包括密度傳感器以估計濕度含量。11.如權利要求9所述的系統，其中，所述密度傳感器是核輻射密度計。12.如權利要求9所述的系統，其中，所述密度傳感器使用固體廢物的高度測量。13.如權利要求9所述的系統，其中，所述濕度傳感器被設置成在所述固體廢物被輸入到所述廢物輸入系統中之后而在燃燒之前監視所述固體廢物。14.如權利要求9所述的系統，其中，所述城市廢物燃燒器進一步包括送料臺，其中，所述濕度傳感器設置在所述送料臺的上方。15.如權利要求9所述的系統，其中，按串聯方式配置多個密度傳感器以確定平均廢物密度。16.如權利要求9所述的系統，其中，所述濕度傳感器包括空氣濕度傳感器。17.如權利要求16所述的系統，其中，所述濕度傳感器進一步包括核輻射密度計以估計濕度含量。18.如權利要求9所述的系統，其中，所述城市廢物燃燒器進一步包括液體噴射系統，其中，所述控制器利用來自所述濕度傳感器的信息控制所述液體噴射系統的噴射。19.如權利要求9所述的系統，其中，所述固體廢物燃燒系統維持相對恒定的固體廢物熱值。20.如權利要求9所述的系統，其中，所述城市廢物燃燒器進一步包括焚燒爐排和位于所述焚燒爐排下方用于經所述焚燒爐排送進主燃燒空氣的裝置，所述焚燒爐排下方的裝置由所述控制器控制。21.如權利要求20所述的系統，其中，所述城市廢物燃燒器進一步包括至少一個噴嘴，所述至少一個噴嘴開口于所述焚燒爐排上方的焚燒室內，用于送進二次燃燒氣體，所述至少一個噴嘴由所述控制器控制。全文摘要指示城市固體廢物(MSW)熱值的變化并具有在MSW被送進鍋爐前控制MSW的裝置，能夠實現改善的燃燒控制并增加廢物變能量鍋爐的能力。MSW的濕度含量對燃燒時其熱值和鍋爐效率具有顯著的影響。濕度含量的變化還改變MSW的密度。在將MSW送到鍋爐之前直接測量MSW的密度，允許額外的水或者液體廢物的受控的添加，以減少MSW熱值的變動。文檔編號F23G5/00GK101675302SQ200780050222公開日2010年3月17日申請日期2007年12月21日優先權日2006年12月22日發明者R·L·巴克爾申請人:卡萬塔能源公司