專利名稱：熱解反應器中流化床層高度的控制方法及施行該方法的方案的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種控制熱解反應器中流化床床層高度的方法，在該熱解反應器中，含有烴類(特別是含有塑料和/或橡膠)的廢物在流化床層中進行熱分解，剩余的分解殘渣通過排料裝置從熱解反應器中排出。本發明還涉及施行該方法的方案。
在熱解反應器中，流化床層的高度或厚度由通過該熱解反應器的質量流決定。此質量流包括廢物、細研的流化介質(例如用于形成流化床層的砂子)和用于使污染物凝集的粉狀添加劑。因為為了節約熱解反應器的操作費用以及另一方面為了在流化床層的上方留出足夠的自由空間以供流化床層膨脹提供足夠的空間，必須使床層保持在預定的高度下操作，因此需要對流化床層的高度進行控制。從先有技術可知，可用壓差計確定流化床層的高度界面的位置，并用加入熱解反應器中的流化砂子所流經的格輪閥對床層高度進行控制(見德國專利申請DE-A-2920383)。由于上面提到的質量流中的其它組分對流化床層高度有相當大的影響，因此采用此方法不能使流化床層完全維持在預定的高度。需進一步指出的是，當用壓差計測量溫度為400-1000℃的流化床壓力時，在測量線路中引起的熱漂移會給測量帶來較大的誤差。
因此本發明的目的在于提供一種在本文開頭所述類型的方法，它可克服先有技術的缺點并可以足夠的精度對流化床層的高度進行控制。此外，采用此方法還可使工廠的整個操作得到進一步的簡化。本發明的目的還在于提供施行該方法的方案，它使得反應器的運行具有較高的操作可靠性并能完全抵抑產生的應力。
對于本文開頭所述類型的方法，可達到測量和控制的目的用一測量裝置測定流化床層和床層上部氣相空間之間的溫差，以此確定流化床層的真實高度h，當床層高度偏離預定的高度時，通過自動調節排料裝置的排出速率來對偏差進行調節。
本方法的出發點在于流化床層中的溫度高于其上部氣相空間的溫度(特殊情況下可高60-120℃)，此溫差可用來確定流化床層的界面，從而確定流化床層的高度。溫差的測量可以很方便地進行并基本不受干擾，即使在很高溫度下也可達到足夠的測量精度，誤差較小。因此在調節床層高度使其達到預定值的過程中也不會有什么困難。在此情況下，床層高度與給定高度(至多為熱解反應器內徑的1/20)的偏差不會帶來危害。通過調節排料裝置的排料速率就可以很簡單的方式將流化床層保持在一定的高度上，最好是在恒定加入廢物、流化砂子和添加劑的情形下，同時還實現了分解殘渣的均勻排出，該分解殘渣混有流化砂子和未消耗的添加劑。總體上看，本發明的方法可以改進操作。
如果在位于不同床層高度界面的測量點之間測量溫差，便足以達到合適的控制精度。如果只在給定的流化床層高度附近的區域測量溫差，則可使控制過程極大地簡化。
在具有流化床層和位于床層上方的氣相空間以及具有用于排出分解殘渣的電動螺旋輸送機的熱解反應器中，一種用于施行上述方法的優選方案，其特征在于在流化床層與氣相空間的轉換區域，設置一組熱電偶，該組熱電偶在垂直方向相互間隔排列;用作參考熱電偶的第一只熱電偶永久置于流化床層中，用作為測量熱電偶的其余熱電偶分別與參考熱電偶連接，以在各個測量熱電偶與參考熱電偶之間形成電勢差，該電勢差輸送到檢測電路，任何時刻在該檢測電路中，電輸出信號與表征流化床層和氣相空間之間溫差的電勢差相對應，該電信輸出號的幅值反映了流化床層的高度;將該電輸出信號送入到控制裝置的實際值/給定值比較器中，該控制裝置的輸出信號則與螺旋輸送機的功率輸出級相連。
于是流化床層和氣相空間的溫度可采用熱電偶進行測量，其中至少要有一根作為參考熱電偶，而其余的作為測量熱電偶。測量熱電偶與參考熱電偶的熱電勢形成電勢差。該流化床高度的實際值由測量熱電偶的高度位置進行測定，該測量熱電偶同參考熱電偶一起給出了相應于流化床與氣相空間之間溫差的電勢差。當床層實際高度與初始給定高度發生偏離時，決定螺旋輸送機轉速的功率輸出級便得到調節。從而調節螺旋輸送機的排料速率，以使流化床層高度保持在初始給定高度。
因此，本發明的一個進一步的簡單改進為在檢測電路中設置可控開關(每個開關具有控制連線)，將可輸入通過參考熱電偶產生的電勢差的控制連線與每只測量熱電偶相配置。當電勢差超過預定的極限時，可控開關閉合并在所有情況下將一恒定輸入電壓輸入到分壓器的一個電阻上，在分壓器的末端裝有一終端電阻。由該電阻可以輸出電壓的形式對表征流化床層高度的輸出電信號進行記錄。較好的是采用場效應晶體管作為可控開關。
為了固定熱電偶的高度位置和簡化它們在熱解反應器中的安裝，將熱電偶設置在保護套管的管壁中較好，此套管穿過熱解反應器壁向下伸入流化床層與氣相空間的轉變區域。為了節省費用，最好使各熱電偶之間的間距約為該熱解反應器內徑的1/30-1/10。由于流化床層的行為如同沸騰液體一樣，其界面是不平靜或不穩定的，在表面上將不斷的發生濺射，而且濺射隨時間和位置而不斷變化，濺射高度約為熱解反應器內徑的1/30-1/10，因而熱電偶的垂直距離最好具有與濺射高度近似相同的數值。
本發明所具有的進一步的優點和特點，將通過結合附圖對本發明具體實例的說明而給出。
圖1為流化床熱解反應器的垂直中心剖面圖以及與該反應器有關的施行本發明方法的控制系統網絡圖。
圖2為圖1中局部Ⅱ的詳細放大圖。
圖3為圖2中局部Ⅲ的放大截面圖以及與之相連的檢測電路圖。
圖1給出了垂直設置的熱解反應器(10)和內室(12)。該內室(12)的上段為園柱形，向下收縮成園錐形并與垂直下伸的排料管(14)相接。排料管的下端與排料裝置(16)連接，此排料裝置具有一近似水平延伸的螺旋輸送機(18)。該螺旋輸送機的出口(20)向下通向接收容器中(圖中沒有標出)。
在熱解反應器(10)的側面裝有與流化床層(30)相連的漏斗(22)，二者之間裝有一格輪閉鎖閥(24)。廢物從該漏斗(22)加入到熱解反應器中。裝在該熱解反應器上方的容器(26)中用來收集粉狀添加劑。容器(26)通過安置控制和隔離元件(28)與內室(12)相連。此外，在該熱解反應器上方還設置有用于收集細研的流化介質(較好的為砂子)的容器(27)。該容器(27)通過其間的控制和隔離元件(29)而與內室(12)相連。
由于流化床層(30)沒有充滿整個內室(12)并存在一界面(32)，因此在該流化床層(30)上存在氣相空間(34)，該氣相空間的高度約為熱解反應器內徑的0.5-1.0倍。該氣相空間(34)連接有排出所產生的熱解氣的管線(36)。而管線(38)則連接在內室(12)的下部園錐形段，通過該管線將形成流化床所需的氣態流化介質(最好為熱解氣)引入。
在流化床(30)中設有一組燃燒燃料氣的加熱管(31)。該燃料氣從管線(33)通入。圖中僅畫出了一根加熱管。
在壁上裝有熱電偶的保護套管(40)，它從上方插入到流化床層(30)中。套管直徑為5-15cm，熱電偶均裝置在熱解反應器中。下面對保護套管的設計和安裝進行更詳細解釋。以不透氣的方式將該保護套管以與反應器中心縱軸(42)呈20-30°的角由外穿過熱解反應器側壁進入反應器的內室(12中)，然后固定在側壁(35)上。將該保護套管(40)穿過氣相空間(34)而終止在流化床層(30)中。如果沿垂直方向看，該套管插入流化床層(30)中的深度約為熱解反應器內徑的0.1-0.2倍。在任何情況下(即使床層的高度發生脈動)，必須插入以致至少使保護套管(40)的底端浸入流化床層中。
圖2為該保護套管安裝的詳細放大圖。由圖可見，用作為參考電偶的第一熱電偶(50)安裝在保護套管的底部，最好置于底端(62)。沿該套管(40)的一條周邊直線相隔一定間距裝置有其它熱電偶，從保護套管的底部開始分別為第二熱電偶(52)，第三熱電偶(54)，第四熱電偶(56)，第五熱電偶(58)等等直至最上方的第十二熱電偶(60)。在這里流化床層的界面(32)位于第四熱電偶和第五熱電偶之間的高度位置。界面(32)的這一高度位置為該系統在正常操作時的高度并確定了流化床層(30)的高度h，這個高度是熱解反應器與排瞎埽 4)的連接點直至床層界面(30)之間的高度。在這用于說明的例子中，此給出的流化床層(30)的高度用來表示流化床層(30)的給定高度h(比較圖1可見)。在這里熱電偶之間的間距約為10cm。熱電偶的電接線端從位于熱解反應器(10)外的保護套管頂端引出。
圖3為對應于圖2的金屬保護套管(40)底部環形區域的垂直中心剖面的詳細放大圖。在保護套管底端(62)處，沿保護套管(40)的長軸(66)方向設置在近似同心的套筒(64)。該套筒(64)通過已焊接的帽狀或半球狀的金屬封頭(68)而封在保護套管(40)的外邊上。用于金屬封頭(68)的金屬是銅或鋼。第一熱電偶(50)的端部置于此金屬封頭(68)中，其端點焊于該金屬封頭中。這意味著第一熱電偶的兩根絲(70)和(72)在金屬封頭(68)中進行相互連接，用來測量該金屬封頭的溫度，從而金屬封頭成為一個測溫點。由于金屬封頭位于流化床層(30)中，由此測量出流化床層的溫度。
從底端(62)開始，其余熱電偶(52)～(60)以同樣的方式間距相等地從下至上分別排布在保護套管(40)的一條周邊直線上。雖然由圖2可見在套管上裝有更多的熱電偶但為使圖清晰，圖3中僅標出了第二、第三、第四和第五熱電偶。由圖3還可見，流化床層的界面位于第四熱電偶(56)和第五熱電偶(58)之間。
如上所述，每根熱電偶都包含有兩根熱絲。當測量點受熱時，其中的一根熱絲產生正電位而另一根則帶負電位，于是將其分別定為正熱絲和負熱絲。熱電偶(50，52，54，56，58)的正熱絲(72，74，76，78，80)通過電引線(82)互相連接。通過此連接可以檢測每個測量熱電偶(52-58)與第一熱電偶(50)參考電偶)之間的溫差。各個正熱絲可以在保護套管(40)內進行連接。然而，如把它們先引出到套管外再進行連接則更為有利。
將熱電偶的負熱絲(70，84，86，88，90)從套管引出并接入位于箱體中的檢測電路(92)中(圖中沒標出箱體)。該檢測電路具有與在保護套管(40)上所設置的測溫點數目相等的可控電開關(102，104，106，108)等。由于為了清晰起見，在圖3中僅標出了保護套管中的4個測溫點，即熱電偶52，54，56和58，所以相對應標出了4個可控開關。由直流電源(圖中未給出)輸出相同幅值的恒定電壓U加到每個可控開關的輸入端(111)上。電源的另一極(129)接到點(131)處。每個可控開關的輸出端(112，114，116，118等)分別與分壓器(120)的各電阻(122，124，126，128等)對應相連。分壓器的各電阻(122，124，126，128等)是相同的，在所有情況下，輸出端(112-118)以這樣的方式相連使相鄰每兩個可控開關的輸出端之間僅接有一只分壓器的電阻，這可由圖3清楚地看出。分壓器的終端電阻(130)最好具有與各電阻(122-128)相同的阻值，而終端電阻(130)的低位端接到點(131)上。
可控開關(102-108等)的控制接線(202，204，206，208等)分別接到電位器(142，144，146，148等)的滑動觸頭(132，134，136，138等)上。每個電位器的輸出端(150，152，154，156)(位于圖中下端)接到公用線(158)上，此公用線與用作為參考熱電偶的第一熱電偶(50)的負熱絲(70)相通，而每個電位器的輸入端(162，164，166，168)分別與各相應的測量熱電偶的負熱絲相連。在連接中，應使參考熱電偶(50)相鄰的第二熱電偶(52)接到電位器(142)的輸入端(162)上。電位器(142)與可控開關(102)相連，可控開關(102)的輸出端(112)則接到終端電阻(130)和電阻(122)之間的連線(170)中。第三熱電偶(54)以同樣的方式連接到與可控開關(104)相連的電位器(144)。該開關的輸出端(114)連接到電阻122和144之間的連線(174)上。而其它熱電偶也同樣與其余的可控開關相連，這由圖3可清楚的看出。由圖3還可知，每個熱電偶(52-58)以下列方式分別與可控開關(102-108等)連接位于保護套管(40)最底端的測量熱電偶(52)與可控開關(102)相連，而可控開關(102)的輸出端與分壓器(120)的最低處相連。相應地位于第二熱電偶上面的第三熱電偶(54)與分壓器(120)的下一個電阻(122)相連。而其它熱電偶也可同樣的方式進行連接。關于這方面的細節，可參照圖3中的線路圖。
連接電線(170)通過電線(176)與比較器(178)(見圖1)相連，由此連接電線可對在終端電阻(130)兩端產生的電壓(稱為輸出電壓Ua)進行記錄。在比較器(178)中，通過線路(176)來的電壓實際值與作為一個電壓通過線路(180)加入比較器(178)的電壓給定值進行比較。給定電壓通過由分壓器構成的調節器(182)進行調節將一恒定電壓U2輸到給定值調節器(182)輸入端，通過調節該分壓器的可調節滑動觸頭(184)便可在給定值調節器得到一給定電壓值，該電壓值作為給定值輸入到線路(180)中。該電壓值是作為與流化床層高度h的給定值相對應的給定電壓值。
比較器(178)的輸出端通過電線(186)與電控裝置(188)相連，此控制裝置同時兼做電信號放大器。控制裝置(188)的輸出端通過電線(190)與功率輸出級(192)相連。通過功率輸出級(192)可對用于驅動螺旋輸送機(18)的電動機(194)的轉速進行調節。功率輸出級采用電流變換器的形式較好。
在該系統的操作中，小塊的廢物通過漏斗(22)和格輪閥(24)加入到熱解反應器(10)中。同時添加劑和細研的砂子從容器(26)和(27)加入反應器。其中砂子作為流化介質而添加劑用來使污染物凝集。所用添加劑主要是粉狀氧化鈣，石灰或石灰石。由管線(38)將流化氣(最好為所生成的熱解氣)通入熱解反應器(10)中。通過該流化氣使熱解反應器中的砂子流化，以形成沸騰液體一樣的流化床層(30)。由于床層的脈動使得介于流化床層和上方氣相空間(34)之間的界面(32)是不穩定的。分解殘渣由排料管(14)進入排料裝置(16)，螺旋輸送機(18)又將該分解殘渣送到出口(20)。通過此出口(20)將分解殘渣排出該系統。除含有來自廢物的實際殘渣外，分解殘渣還含有一部份從容器(26)加入的流化砂子，以及添加劑的殘余物。
為使流化床層和廢物的溫度升高到約400-1000℃的廢物熱解溫度，需對通入該熱解反應器中的流化氣體進行適當的加熱，或啟用床層內的加熱管束(31)。
流化床層(30)的溫度約比上方氣相空間(34)中的熱解氣的溫度高60-120℃。此溫差被用來檢測和控制熱解反應器中流化床層的高度h。為了節省熱解反應器的操作費用，使流化床層保持在給定的高度h是十分重要的。
設置在保護套管(40)上的熱電偶用于檢測流化床層(30)和氣相空間(34)之間的溫差。由于較好地選用Ni-Cr/Ni對作為熱電偶，因此在溫差為100℃時的對應熱電勢值約為4毫伏。如將參考熱電偶(50)置于流化床層(30)中而測量熱電偶置于氣相空間(34)中并且在測量電偶和參考電偶之間存在的溫差為100℃時，便可獲得該約4毫伏的熱電勢。
在圖3中，流化床層(30)的界面(32)在第四熱電偶(56)和第五熱電偶(58)之間的高度上延展。作為參考電偶的第一熱電偶(50)完全浸沒在流化床層(30)中，并由它測量該床層溫度。在此假設流化床層(30)與氣相空間(34)之間的溫差為100℃，則在作為參考電偶的熱電偶(50)和用作為測量電偶并檢測氣相空間(34)溫度的熱電偶(58)之間將存在4毫伏的熱電勢。通過公用線(158)和電線(196)將此熱電勢輸到電位器(148)。將電位器(148)的滑動觸頭(138)固定以記錄一分壓值，在輸入熱電勢為4毫伏的情況下，此分壓值驅動可控開關(108)的控制元件(198)并使該可控開關閉合。輸入可控開關(108)的電壓U接著又輸入到分壓器(120)，同時一股電流從輸入端(111)經過電阻(126，124，122)和終端電阻(130)到達點(131)處。然后在終端電阻(130)上產生一電壓輸出信號Ua，該信號經過電線(176)輸入到比較器(178)中(如圖1所示)。由于第一、第二、第三和第四熱電偶(50，52，54，56)均浸入在流化床層(30)中，因此它們處于近似相等的溫度下，其相互間的溫差很小。這樣至多有大大低于4毫伏或為零的電壓輸到指定的電位器(142，152和154)，由于直到4毫伏的電壓才能使開關閉合，所以該大大低于4毫伏的電壓值不能使對應的可控開關(102，104，106)中的之一閉合。
在本例子中，由于流化床層高度h的給定值有意定在介于第四和第五熱電偶(56，58)之間，并且此給定值已以電壓的形式在給定值調節器(182)中設定，因此，在此情況下比較器(178)將不會產生干涉控制的比較信號。電機(194)將驅動螺旋輸送機(18)在恒速下運行，并且進入的廢物和從螺旋輸送機(18)排出的分解殘渣呈平衡，因而流化床層的高度h保持恒定。
如果熱解反應器內流化床層高度h降低(如通過減少熱解廢物的進料量)，則流化床層的界面(32)將降低并位于例如第三熱電偶(54)和第四熱電偶(56)之間。那么第四熱電偶(56)將位于氣相空間(34)中并具有比參考熱電偶(50)的溫度低100℃的溫度，則在第四熱電偶(56)與參考熱電偶(50)之間將產生約4毫伏的熱電勢，并且此熱電勢經縵擼 00)和公用線(158)加到電位器(146)上。此電位器與所有其它電位器一樣，采取以下的調節方式當加上該熱電勢時，可控開關(106)的開關元件接通并將電壓U加到分壓器(120)上，即在電阻(124)和電阻(126)之間的分壓器。由于較少的電阻被切換進入分壓器(120)的電流通道中，將有較大的電流流經終端電阻(130)，因此在終端電阻(130)中產生較大的電壓降，而電路(176)中所產生的輸出信號Ua值將大于原電壓信號值。在比較器(178)中，此增大的輸出信號形成控制信號，而該控制信號經電線(186)輸入到控制裝置(188)上。此信號在控制裝置(188)中放大后，經電線(190)輸入到功率輸出級(192)。然后通過功率輸出級(192)降低電機(194)的轉速，從而使螺旋輸送機(18)的排料速率降低直到床層高度h再升高到給定值和可控制開關打開為止。
當流化床層高度應該增加時，也采用了同樣的方法進行調節。所給定的輸出電壓Ua值通過檢測電路與分解床層的每個高度相對應，用此電壓值可重現分解床層高度h的真實值，然后通過上述方法用該真實值對流化床層高度h進行控制。
權利要求
1.一種用于控制熱解反應器中流化床層高度的方法，在該熱解反應器中，含有烴類(特別是含有塑料和/或橡膠)的廢物在流化床層(30)中進行熱分解，而剩余的分解殘渣通過排料裝置(16)從該熱解反應器(10)中排出，該方法的特征在于通過測量流化床層(30)與該流化床層上方形成的氣相空間(34)之間的溫差，而測定流化床層的實際高度h，以及當流化床層的實際高度偏離預先給定的高度h時，自動調節排料裝置(16)的排料速率以對此偏離進行補償。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，測量位于不同高度位置的測溫點之間的溫差。
3.按照權利要求1或2的方法，其特征在于僅在流化床層高度h的給定值附近對溫差進行測量。
4.用具有流化床層(30)和位于該床層上方的氣相空間(34)、并具有用于排料的電動螺旋輸送機(18)的熱解反應器(10)，施行按照權利要求1至3中方法之一的方案，其特征在于在流化床層(30)與氣相空間(34)的轉變區域附近，依次設置在垂直方向互相間隔的一組熱電偶(50，52，54，56，58，60)，并且第一熱電偶(50)(參考電偶)永久置于流化床層(30)中，而其余熱電偶(52，54，56，58，60)(測量熱電偶)分別與參考熱電偶(50)相連接，以在測量熱電偶(52，54，56，58，60)與參考熱電偶(50)之間形成電勢差，將各個電勢差分別送入檢測電路(92)，在檢測電路(92)中產生與該表征流化床層(30)與氣相空間(34)之間溫差的電勢差相對應的輸出電信號，此輸出電信號的幅值代表了流化床層(30)的高度h，并且該輸出電信號進入控制裝置(188)的實際值/給定值比較器(178)，該控制裝置的輸出是與螺旋輸送機(18)的功率輸出級(192)相連。
5.按照權利要求4的方案，其特征在于檢測電路(92)中裝有可控開關(102、104、106、108)，每個可控開關具有一控制連接點(202、204、206、208);將可輸入通過參考熱電偶(50)產生的電勢差的控制連接點(202、204、206、208)與每個測量熱電偶(52、54、56、58、60)相配置，當電勢差超過預定極限時，可控開關(102、104、106、108)閉合，并在每種情況下將一恒定輸入電壓U輸入到分壓器(120)的一個電阻(122、124、126、128)上;在分壓器(120)的末端裝有一終端電阻(130)，由該電阻可以輸出電壓Ua的形式記錄該輸出電信號。
6.按照權利要求4或5的方案，其特征在于熱電偶(50、52、54、56、58、60)設置在保護套管(40)的壁上，該保護套管由外面穿過熱解反應器(10)的壁向下伸入流化床層(30)與氣相空間(34)的轉變區域內。
7.按照權利要求4-6中之一的方案，其特征在于各相鄰熱電偶(50，52，54，56，58，60)之間的間距，約為熱解反應器(10)內徑的1/30至1/10。
全文摘要
在用于分解含烴類廢物的熱解反應器(10)中，通過測量流化床層(30)與其上方形成的氣相空間(34)之間的溫差來測定流化床層的高度h，當該流化床層高度h偏離預定值時，通過改變從熱解反應器(10)中排出殘渣的排料裝置(16)的排料速率進行調節。采用此方法可使流化床層的高度h保持恒定且所需費用較低。
文檔編號C10G1/10GK1030249SQ8810398
公開日1989年1月11日 申請日期1988年6月29日 優先權日1987年6月30日
發明者法蘭克·斯泰因斯特拉沙 申請人:布朗波維里公司