專利名稱：處理有機物的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種處理例如下水污泥的有機物的方法和裝置將有機物氣化為可燃氣體，并將該可燃氣體用作燃氣發動機或燃氣輪機的燃料，從而以電或類似物的形式回收動力(能量)。
背景技術：
目前，處理具有高含水量的有機物如下水污泥(含水量為70％或更高的有機物)的可用方法概括地分為厭氧消化法和焚燒法。厭氧消化法能夠回收能量，因為它通過甲烷發酵而產生甲烷氣，但是缺點在于該方法由于反應速度慢而需要大型消化罐，所以該方法存在增加設備成本的問題，一旦其反應狀態被打亂，所述方法就要費時來恢復，因為該方法是生物反應，且該方法需要用于處理最后產生的消化下水污泥的焚燒裝置。
焚燒法反應時間快且只需要小型焚燒爐，但缺點在于由于具有高含水量的脫水下水污泥因為其自身的熱值而不能被燃燒，所以需要干燥脫水下水污泥以降低它的含水量，因此該方法需要大型干燥設備和大型換熱器，從而導致產生由于需要供應重油等的能量作為干燥所述下水污泥的熱源的耗能設備。
發明內容
下水污泥處理服務目前通過地方政府的稅收資金來進行。該項服務的運轉未來將受到由于引入PFI(私人金融投資)而大幅度降低其初期投資和運行成本的壓力。
本發明的目的是解決處理有機物如下水污泥的問題，和提供一種在大幅度降低初期投資和運行成本下處理有機物的方法和裝置。
根據本發明的第一個方面，提供了一種處理有機物的方法，該方法包括以下步驟干燥作為原料的有機物；氣化干燥后的原料以產生生成氣體；和從通過所述氣化步驟產生的生成氣體和/或燃燒氣體中回收顯熱；其中空氣、氮氣、二氧化碳氣體，或空氣、氮氣和二氧化碳氣體中至少兩種的混合物被用作該回收步驟中所使用的加熱介質，并且該回收步驟中加熱后的加熱介質被引入干燥步驟中，作為用于干燥的加熱介質氣體。
根據本發明的第一個方面，由于在回收步驟中從氣化步驟中產生的可燃氣體(生成氣體)和/或燃燒氣體中回收顯熱，且加熱后的加熱介質氣體被引入干燥步驟中作為用于干燥的加熱介質氣體，所以降低了所述有機物中的含水量，并且由于在氣化步驟中水的蒸發而降低了用于提高冷氣效率的熱量消耗。
在本發明的一個優選方面中，在干燥步驟中使用了用于使加熱介質氣體與原料直接接觸的原料干燥設備，并且用通過下水處理裝置排放的下水處理水來冷卻通過蒸發水來增加其濕度的加熱介質氣體，以冷凝加熱介質氣體中的水分和降低加熱介質氣體的濕度，并將濕度已降低的加熱介質氣體重新作為用于干燥的加熱介質氣體。
根據本發明，在干燥步驟中通過下水處理裝置排放的處理過的下水冷卻通過蒸發水來增加其濕度的用于干燥的加熱介質氣體，以冷凝加熱介質氣體中的水分，由此降低該加熱介質氣體的濕度和將該加熱介質氣體重新作為用于干燥的加熱介質氣體。因而，可以有效地干燥有機物，并可以最大限度地利用用于干燥的加熱介質氣體的熱量來干燥具有高含水量的有機物。
在本發明的一個優選方面中，當采用處理過的下水來冷卻用于干燥的加熱介質氣體時，使加熱介質氣體和處理過的下水彼此直接接觸，以便用處理過的下水冷卻加熱介質氣體并洗掉包含在所述加熱介質氣體中的固體物質。
通過上面的安排，因為使加熱介質氣體和處理過的下水彼此直接接觸，不僅有效地冷卻了加熱介質氣體以冷凝掉水分，而且處理過的下水可以洗掉包含在加熱介質氣體中的塵粒(dust particle)。在本發明應用于下水處理裝置中的下水污泥處理的情況下，如果水洗器被用作使用于干燥的加熱介質氣體與處理過的下水彼此直接接觸的冷凝裝置，那么就需要大量的水來冷凝所述水分。然而，因為在下水處理裝置中存在大量的處理過的下水，所以僅用部分處理過的水就可以冷凝掉所述水分。可以通過下水處理裝置中的水處理設備處理用于冷凝掉水分的水，不需要新設備。
在本發明的一個優選方面中，由氣化步驟產生的生成氣體被引入燃氣發動機或燃氣輪機中，由此回收動力。
因在氣化步驟產生的生成氣體被引入到燃氣發動機或燃氣輪機中來回收動力，就可以在低初期投資和低運行成本下用小型裝置處理具有高含水量的有機物。
在本發明的一個優選方面中，用包括空氣、氮氣、二氧化碳氣體，或空氣、氮氣和二氧化碳氣體中至少兩種的混合物的加熱介質氣體從燃氣發動機或燃氣輪機排放的廢氣中回收熱能，且已加熱的加熱介質氣體被引入到干燥步驟中，以作為用于干燥的加熱介質氣體。
由于利用加熱介質氣體從燃氣發動機或燃氣輪機排放的廢氣中回收熱能，并將通過回收熱能加熱后的加熱介質氣體引入到原料干燥步驟中，所以來自燃氣發動機或燃氣輪機的廢氣的熱量可以用于干燥具有高含水量的有機物，并且氣化步驟中由于水的蒸發而導致的熱量消耗因增加的氣化效率而降低。
如果有機物如下水污泥等具有非常高的含水量，并且不能通過從氣化步驟或者從包括燃氣發動機或燃氣輪機的動力回收步驟中回收的熱量充分地干燥，那么氣化步驟中的冷氣效率可能會降低，將不能得到足夠量的生成氣體，并且所述動力回收步驟中的輸出量可能會降低。這種情況會降低動力回收工序中的裝置運行率，導致經濟不理想情況。
在本發明的一個優選方面中，將包括天然氣、民用燃氣、丙烷氣、汽油、煤油、瓦斯油或重油的燃料作為輔助燃料或主要燃料提供給燃氣發動機或燃氣輪機。
通過這樣的安排，防止了動力回收步驟裝置運行率的降低。由于從動力回收步驟中釋放出的熱量的量提高了，所述熱量可以作為用于加熱加熱介質氣體的熱源，以干燥來維持有機物的干燥水平，即使所述有機物是具有非常高含水量的下水污泥。所以提高了氣化步驟中的冷氣效率，增加了從具有高含水量的有機物中回收的能量。
在本發明的一個優選方面中，調節提供燃氣發動機或燃氣輪機的燃料量，以便從氣化步驟中產生的生成氣體和/或燃燒氣體中回收的熱能數量與從燃氣發動機或燃氣輪機排放的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于在干燥步驟中所需要的熱能數量。
由于為了保持從氣化步驟中產生的生成氣體和/或燃燒氣體中回收的熱能數量與從燃氣發動機或燃氣輪機的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于在原料干燥步驟中所需要的熱能數量，提供給燃氣發動機或燃氣輪機的燃料量被調整，所以從具有高含水量的有機物中的能量回收率得到了提高，并較少受季節依賴型變化的影響。
根據本發明的第二方面，還提供了一種處理有機物的方法，其包括以下步驟將有機物提供給氣化室；在該氣化室內氣化所述有機物以產生可燃氣體和殘渣；在燃燒室內燃燒氣化室內產生的殘渣以產生燃燒氣體；和將在氣化室內產生的可燃氣體引入燃氣發動機或燃氣輪機中以回收動力；其中所述氣化室和燃燒室配置在內循環流化床氣化爐中，并在所述氣化室和燃燒室之間循環床層物料。
根據本發明的第二方面，因為具有高含水量的有機物在內循環流化床氣化爐的氣化室中被氣化以產生可燃氣體，可燃氣體被引入到燃氣發動機或燃氣輪機中以便由此回收動力，所以可以在低初期投資和運行成本下采用小裝置來處理具有高含水量的有機物，如下水污泥。
在本發明的一個優選方面中，在所述氣化室內產生的可燃氣體、在所述燃燒室內產生的燃燒氣體和來自所述燃氣發動機或燃氣輪機的廢氣與空氣之間進行熱交換，以便從這些氣體中回收顯熱，并將通過熱回收加熱后的空氣作為用于干燥有機物的干燥空氣。
由于從來自內循環流化床氣化爐的生成氣體(可燃氣體)和燃燒氣體與來自燃氣發動機或燃氣輪機的廢氣中回收顯熱，且加熱后的空氣作為用于干燥有機物的干燥空氣，所以降低了有機物的含水量，并且由于在內循環流化床氣化爐中水的蒸發而導致的熱量消耗因為提高了的氣化效率而降低。另外，不需要用于干燥有機物的輔助燃料。
在本發明的一個優選方面中，通過所述干燥空氣和可燃氣體、所述燃燒氣體和廢氣之間的熱交換，用于干燥有機物的干燥空氣被加熱，并被再次循環用于干燥空氣，而部分循環的干燥空氣被引入到內循環流化床氣化爐中，并在其中進行除臭。
通過干燥空氣和生成氣體、燃燒氣體和廢氣之間的熱交換，已用于干燥有機物的干燥空氣被加熱并再次循環用于干燥空氣。這樣，所述干燥空氣的熱量可被最大限度地用于干燥高含水量的有機物。當用干燥空氣干燥下水污泥時會產生大量的惡臭空氣，并且需要除臭。根據本發明，通過循環而不排放惡臭的干燥空氣來干燥有機物，部分惡臭的干燥空氣作為燃燒氣被引入燃燒室中，以在高溫下燃燒惡臭組分。因此，不排放惡臭的干燥空氣，且不需要除臭裝置。由于不需要除臭裝置，所以降低了初期投資和運行成本。
在本發明的一個優選方面中，將用于干燥有機物的干燥空氣中的水分冷凝掉，以降低干燥空氣中的含水率。
由于用于干燥具有高含水量的有機物的干燥空氣中的水分被冷凝掉，從而降低了所述干燥空氣中的含水率，且所述干燥空氣被再次用于干燥有機物，因此所述有機物可以得到有效干燥。
在本發明應用于下水處理裝置中的下水污泥處理的情況下，如果水洗器被用作冷凝裝置，那么就需要大量的水來冷凝所述水分。然而，因為在下水處理裝置中存在大量的處理過的下水，所以可以用僅僅部分處理過的水來冷凝掉該水分。可以通過下水處理裝置中的水處理設備處理用于冷凝掉所述水分的水，不需要新設備。
在本發明的一個優選方面中，通過干燥空氣和冷卻水之間的直接熱交換，干燥空氣中的水分被冷凝掉。
在本發明的一個優選方面中，用下水排放水作為冷卻水以冷凝掉干燥空氣中的水分。
在本發明的一個優選方面中，提供了洗滌器以清潔由所述氣化室提供的可燃氣體，在所述洗滌器上游提供降溫除塵設備，借此通過所述降溫除塵設備處理可燃氣體，以使所述可燃氣體的溫度降低到150℃至250℃，以冷凝可燃氣體中的焦油和除去可燃氣體中的灰塵，然后將所述可燃氣體裝入所述洗滌器中。
在本發明的一個優選方面中，將包括天然氣、民用燃氣、丙烷氣、汽油、煤油、瓦斯油或重油的燃料作為輔助燃料或主要燃料提供給所述燃氣發動機或燃氣輪機。
根據本發明，如果在氣化步驟中的冷氣效率降低并且不能利用到足夠量的生成氣體(可燃氣體)，那么就可以將諸如天然氣、民用燃氣、丙烷氣、汽油、煤油、瓦斯油或A重油的燃料作為輔助燃料或主要燃料提供給所述燃氣發動機或燃氣輪機。通過這樣的布置，防止了動力回收步驟裝置運行率的降低。即所述有機物是具有非常高含水量的下水污泥，也可保持有機物的干燥水平。因為氣化步驟中的冷氣效率得到了提高，所以提高了從具有高含水量的有機物中回收的能量的量。
在本發明的一個優選方面中，提供給燃氣發動機或燃氣輪機的燃料量被調節，以便從內循環流化床氣化爐中產生的可燃氣體和/或燃燒氣體中回收的熱能數量與從燃氣發動機或燃氣輪機排放的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于干燥有機物所需要的熱能數量。
由于為了保持從內循環流化床氣化爐中產生的生成氣體和/或燃燒氣體中回收的熱能數量與從燃氣發動機或燃氣輪機的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于在原料干燥步驟中所需要的熱能數量，調節了提供給燃氣發動機或燃氣輪機的燃料量，提高了從具有高含水量的有機物中的能量回收率，并較少受季節依賴型變化的影響。
根據本發明的第三個方面，提供了一種處理有機物的裝置，其包括為氣化有機物以產生可燃氣體和殘渣而配置的氣化室；為燃燒氣化室內產生的殘渣以生成燃燒氣體而配置的燃燒室；和為了將在所述氣化室內產生的可燃氣體提供給燃氣發動機或燃氣輪機以回收能量而配置的進料設備；其中所述氣化室和燃燒室配置在內循環流化床氣化爐中，在所述氣化室或所述燃燒室之間循環有床層物料。
因為具有高含水量的有機物在內循環流化床氣化爐的氣化室內被氣化產生可燃氣體(生成氣體)，而所述可燃氣體被引入燃氣發動機或燃氣輪機以由此回收能量，所以可以在低初期投資和低運行成本下用小裝置處理具有高含水量的有機物，例如下水污泥。
在本發明的一個優選方面中，所述裝置進一步包括用于干燥所述有機物的干燥設備；和用于氣化室內產生的可燃氣體、燃燒室內產生的燃燒氣體和來自燃氣發動機或燃氣輪機的廢氣及空氣之間進行熱交換，以便從這些氣體中回收顯熱的空氣預熱器；其中在所述空氣預熱器中通過熱回收加熱后的空氣被作為干燥空氣而引入所述空氣預熱器中。
由于通過空氣預熱器從來自內循環流化床氣化爐的生成氣體(可燃氣體)和燃燒氣體與來自燃氣發動機或燃氣輪機的廢氣中回收顯熱，作為干燥空氣而用于干燥具有高含水量有機物的加熱后的空氣被引入干燥設備中，從而降低了有機物的含水量，而由于在內循環流化床氣化爐中水的蒸發所導致的熱量消耗因提高的氣化率而降低。另外，不需要用于干燥有機物的輔助燃料。
在本發明的一個優選方面中，所述裝置進一步包括用于將所述干燥設備中排放并通過所述空氣預熱器加熱后的干燥空氣再次引入所述干燥設備中的干燥空氣循環通道；其中循環通過所述干燥空氣循環通道的部分干燥空氣被作為燃燒氣體引入到所述燃燒室中，并在其中進行除臭。
由于用于干燥具有高含水量有機物的排放的干燥空氣被干燥空氣和生成氣體、燃燒氣體和廢氣之間的熱交換所加熱，并且被作為干燥空氣通過干燥空氣循環通道而引入到干燥設備中，所以可以最大限度地利用干燥空氣的熱量干燥具有高含水量的有機物。當使用干燥空氣干燥下水污泥時會產生大量的惡臭空氣，并且需要除臭。根據本發明，所述惡臭的干燥空氣被限制在干燥空氣循環通道中并被用于干燥所述有機物，并且部分惡臭的干燥空氣被引入到燃燒室中在高溫下燃燒惡臭組分。因此，不用排放惡臭的干燥空氣，并且不需要除臭裝置。由于不需要除臭裝置，所以降低了初期投資和運行成本。
在本發明的一個優選方面中，該裝置進一步包括用于冷凝掉干燥空氣中的水分以便降低干燥空氣中含水率的冷凝器；其中從所述干燥設備中排放的干燥空氣被引入所述冷凝器中。
從干燥設備排放的含有大量水分的干燥空氣被引入所述冷凝器中，并冷凝掉干燥空氣中的水分以降低干燥空氣中的含水率。然后，該干燥空氣被提供給干燥設備。因此，可以有效地干燥有機物。在本發明應用于下水處理裝置中的下水污泥處理的情況下，如果水洗器被用作冷凝裝置，那么將需要大量的水來冷凝所述水分。然而，因為在下水處理裝置中存在大量處理過的下水，所以可以采用僅僅部分處理過的水來冷凝掉水分。可以通過下水處理裝置中的水處理設備來處理用于冷凝掉水分的水，不需要新設備。
在本發明的一個優選方面中，包括天然氣、民用燃氣、丙烷氣、汽油、煤油、瓦斯油或A重油的燃料作為輔助燃料或主要燃料提供給燃氣發動機或燃氣輪機。
根據本發明，如果在內循環流化床氣化爐的氣化室中的冷氣效率降低，并且不能利用到足夠量的生成氣體，那么就可以將諸如天然氣、民用燃氣、丙烷氣、汽油、煤油、瓦斯油或A重油的燃料作為輔助燃料或主要燃料提供給燃氣發動機或燃氣輪機。這樣，防止了動力回收工序的裝置運行率的降低。即使有機物是具有非常高含水量的下水污泥，也可保持有機物的干燥水平。氣化步驟中的冷氣效率得到了提高，從而提高了從具有高含水量的有機物中回收的能量的量。
在本發明的一個優選方面中，提供給燃氣發動機或燃氣輪機的燃料量被調節，以使從內循環流化床氣化爐中產生的可燃氣體和/或燃燒氣體中回收的熱能數量與從燃氣發動機或燃氣輪機排放的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于干燥有機物所需要的熱能數量。
由于為了保持從內循環流化床氣化爐中產生的生成氣體和/或燃燒氣體中回收的熱能數量與從燃氣發動機或燃氣輪機的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于在原料干燥步驟中所需要的熱能數量，調節提供燃氣發動機或燃氣輪機的燃料量，從而提高了從具有高含水量的有機物中的能量回收率，并較少受季節依賴型變化的影響。
圖1所示為根據本發明用于實施處理具有高含水量有機物的方法的處理裝置的基本系統布置方框圖；圖2所示為根據本發明另外的用于實施處理具有高含水量有機物的方法的處理裝置的基本系統布置方框圖；圖3A和3B所示為根據本發明處理裝置處理下水污泥時發電輸出量的季節性變化和所需電力的圖；圖4所示為根據本發明處理具有高含水量有機物的處理裝置的系統布置示意圖；圖5所示為脫水下水污泥組分實例的圖表；圖6所示為根據本發明用于處理具有高含水量有機物的處理裝置實施下水污泥處理工序的計算實例的圖表；圖7所示為根據本發明處理具有高含水量有機物的處理裝置的系統布置示意圖；和圖8所示為根據本發明另外的用于實施處理具有高含水量有機物的方法的處理裝置基本系統布置方框圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖描述本發明的實施方案。在所述實施方案中，在下水處理裝置中安裝了處理有機物的處理裝置，以處理具有高含水量的有機物，例如下水污泥等。
圖1所示為根據本發明用于實施處理具有高含水量有機物的方法的處理裝置的基本系統布置。如圖1中所示，所述處理裝置具有用于干燥含有高含水量有機物如下水污泥等的原料干燥工序51、用于熱解及氣化干燥后的有機物的熱解及氣化工序52、用于從通過有機物熱解產生的生成氣體中回收顯熱的生成氣體顯熱回收工序53、用于冷卻所述生成氣體的生成氣體冷卻工序54、用于清潔所述生成氣體的生成氣體清潔工序55、動力回收工序56、動力回收體系廢熱回收工序57、以及用于除去加熱介質氣體121中水的脫濕工序58。
在熱解及氣化工序52中，使用了通過部分氧化氣化原料的部分氧化型氣化爐。該部分氧化型氣化爐是用于在其中燃燒部分原料并利用通過部分原料燃燒所產生的熱量熱解及氣化余下的原料，從而產生作為生成氣體的燃燒氣體組分和熱裂解氣體組分混合物的爐子。盡管優選內循環流化床氣化爐作為氣化爐，但如果可穩定地使用輔助燃料，那么因為輔助燃料，產生的生成氣體質量的變化減小，因此在熱解及氣化工序52中可以使用普通的氣化爐。
根據具有以上布置的處理裝置，在原料干燥工序51中，提供包括具有高含水量(含水量70％或以上)的有機物例如下水污泥的原料120并對其進行干燥，干燥后的原料120′被提供給熱解及氣化工序52。在熱解及氣化工序52中，燃燒部分原料120′，余下的原料120′被通過部分原料120′燃燒所產生的熱量熱解及氣化，然后包括燃燒氣體組分和熱解氣體組分混合物的生成氣體123被提供給生成氣體顯熱回收工序53。其顯熱在生成氣體顯熱回收工序53中回收的生成氣體在生成氣體冷卻工序54中被冷卻，并且在生成氣體清潔工序55中被清潔，然后被提供給運轉發電機(沒有顯示)以回收電能111的動力回收工序56。
來自動力回收工序56的廢氣被輸送到動力回收體系的廢熱回收工序57。其熱量已經通過動力回收體系廢熱回收工序57回收的廢氣113由廢氣處理裝置等(沒有顯示)處理，然后從排氣管等排放。動力回收體系廢熱回收工序57具有加熱介質通道L，以使包括空氣、氮氣、二氧化碳氣體或其混合物的加熱介質氣體121穿過其中。該加熱介質氣體121被動力回收體系廢熱回收工序57中回收的熱量所加熱，然后輸送到生成氣體顯熱回收工序53中。所述加熱介質氣體121被從生成氣體顯熱回收工序53的生成氣體123中回收的熱量進一步加熱，然后輸送到原料干燥工序51和熱解及氣化工序52中，其中所述加熱介質氣體121被用于為干燥原料120和熱解及氣化原料120′提供熱量。當加熱介質氣體121短缺時，用包括空氣、氮氣、二氧化碳氣體或其混合物的加熱介質氣體121供應加熱介質通道L。
將處理過的下水109提供給脫濕工序58、生成氣體冷卻工序54和生成氣體清潔工序55。原料干燥工序51使用通過使原料120與加熱后的加熱介質氣體121直接接觸的干燥原料120的原料干燥設備。已用于原料干燥設備中進行干燥并且其濕度已由于從原料120蒸發出水而提高的加熱介質氣體121被輸送到脫濕工序58。在脫濕工序58中，用處理過的下水109冷卻該加熱介質氣體121以冷凝所述加熱介質氣體121中的水，由此降低該加熱介質氣體121的濕度。通過動力回收體系廢熱回收工序57和生成氣體顯熱回收工序53中回收的熱量加熱濕度降低了的加熱介質氣體121，并將其再次用作原料干燥工序51和熱解及氣化工序52中的熱源。脫濕工序58具有使加熱介質氣體121和處理過的下水109彼此直接接觸，以便用處理過的下水109洗掉包含在加熱介質氣體121中的塵粒的洗滌器等。
在生成氣體冷卻工序54中，用處理過的下水109冷卻來自生成氣體顯熱回收工序53的生成氣體123。該冷卻后的生成氣體123用在生成氣體清潔工序55中處理過的下水109來清潔。由此已清潔除塵的生成氣體123被提供給動力回收工序56中的燃氣發動機或燃氣輪機。已經提供給脫濕工序58、生成氣體冷卻工序54和生成氣體清潔工序55的處理過的下水109被作為廢水122輸送到下水處理裝置。
如果原料120具有非常高的含水量，像具有非常高含水量的有機物例如下水污泥，并且其不能由熱解及氣化工序52及包括燃氣發動機或燃氣輪機的動力回收工序56釋放出的熱量充分地干燥，那么就可能降低熱解及氣化工序52中的冷氣效率，不能產生足夠量的生成氣體123，并且可能降低動力回收工序56的輸出。這種情況會降低動力回收工序56的裝置運行率，導致經濟不理想情況。在此情況下，可以通過將例如天然氣、民用燃氣、丙烷氣、汽油、煤油、瓦斯油或A重油的燃料124作為輔助燃料或主要燃料提供給包括燃氣發動機或燃氣輪機的動力回收工序56，以防止動力回收工序56的裝置運行率的下降。
通過這樣的安排，由于從動力回收工序56中釋放出的熱量提高了，所以加熱介質氣體121被從動力回收體系廢熱回收工序57中回收的熱量加熱，并且被用作原料干燥工序51和熱解及氣化工序52中的熱源。因此，即使原料120是具有非常高含水量的下水污泥，原料120的干燥水平也可以得到維持。這樣可以提高熱解及氣化工序52中的冷氣效率，并可以增加從包括具有高含水量有機物的原料120中回收的能量。在此情況下，調節提供給動力回收工序56的燃料124的量(在此情況下，忽略提供給熱解及氣化工序52的熱能)，以便從熱解及氣化工序52產生的生成氣體123中回收的熱能數量與從包括燃氣發動機或燃氣輪機的動力回收工序56的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于原料干燥工序51中所需熱能數量，從而提高包括具有高含水量的有機物原料120的能量回收率，并降低原料120的能量回收率的季節性變化。
圖2所示為根據本發明另外的用于實施處理具有高含水量有機物的方法的處理裝置基本系統布置。如圖2中所示，所述處理裝置包括代替圖1中所顯示的熱解及氣化工序52的內循環流化床氣化工序59。在所述內循環流化床氣化工序59中，配置了內循環流化床氣化爐，其中在一個爐中提供了氣化室和燃燒室，并且在這兩個室中循環床層物料。來自內循環流化床氣化工序59的生成氣體123被輸送到回收生成氣體123中熱量的生成氣體顯熱回收工序53，然后經生成氣體冷卻工序54冷卻。冷卻的生成氣體123由生成氣體清潔工序55清潔，并且被提供給動力回收工序56。來自內循環流化床氣化工序59的燃燒氣體125被輸送到回收燃燒氣體125中熱量的燃燒氣體顯熱回收工序60，然后被輸送到除去燃燒氣體125中灰塵的除塵工序61。其后，燃燒氣體125被作為廢氣113排放到系統外。
在原料干燥工序52中已用于原料120的干燥并且其濕度已提高的加熱介質氣體121被輸送到脫濕工序58中，其中加熱介質氣體121中的水被冷凝和除去。濕度降低了的加熱介質氣體121被動力回收體系廢熱回收工序57和生成氣體顯熱回收工序53中所回收的熱量加熱，并進一步在燃燒氣顯熱回收工序60中加熱。其后，加熱介質氣體121被輸送到原料干燥工序52和內循環流化床氣化工序59中。生成氣體在生成氣體清潔工序55中被清潔，已除去的灰塵返回到內循環流化床氣化工序59中的內循環流化床氣化爐的燃燒室中，在此灰塵被燃燒掉。
根據具有以上布置的處理裝置，在原料干燥工序51中，提供包括具有高含水量(含水量70％或以上)的有機物如下水污泥的原料120及對其進行干燥，而干燥后的原料120′被提供給內循環流化床氣化工序59。在所述內循環流化床氣化工序59中，原料120′在氣化室中利用通過在燃燒室中焦炭(熱解殘渣)燃燒產生的熱量熱解和氣化，然后生成氣體123被提供給生成氣體顯熱回收工序53。其顯熱已經在生成氣體顯熱回收工序53中回收的生成氣體在生成氣體冷卻工序54中被冷卻，并在生成氣體清潔工序55中被清潔，然后被提供給驅動發電機(沒有顯示)以回收電能111的動力回收工序56。
來自動力回收工序56的廢氣113被輸送到動力回收體系的廢熱回收工序57。其熱量已由動力回收體系廢熱回收工序57回收的廢氣113被廢氣處理裝置等(沒有顯示)處理，然后從排氣管等排出。動力回收體系廢熱回收工序57具有加熱介質通道L，可以使包括空氣、氮氣、二氧化碳氣體或其混合物的加熱介質氣體121穿過其中。該加熱介質氣體121由動力回收體系廢熱回收工序57中所回收的熱量加熱，然后被輸送到生成氣體顯熱回收工序53中。該加熱介質氣體121由從生成氣體顯熱回收工序53的生成氣體123中所回收的熱量進一步加熱，然后被輸送到燃燒氣體顯熱回收工序中由燃燒氣體125來加熱。從燃燒氣體顯熱回收工序排放的加熱后的加熱介質氣體121被輸送到原料干燥工序51和內循環流化床氣化工序59中，其中所述加熱介質氣體121被用于為干燥原料120和熱解及氣化原料120′提供熱量。當加熱介質氣體121短缺時，包括空氣、氮氣、二氧化碳氣體或其混合物的加熱介質氣體121被提供給加熱介質通道L。
用處理過的下水109為脫濕工序58、生成氣體冷卻工序54和生成氣體清潔工序55供料。原料干燥工序51使用通過使原料120與加熱后的加熱介質氣體121直接接觸來干燥原料120的原料干燥設備。已經用于原料干燥設備中的干燥并且其濕度由于從原料120中蒸發出的水而提高了的加熱介質氣體121被輸送到脫濕工序58。在脫濕工序58中，用處理過的下水109冷卻該加熱介質氣體121，以冷凝所述加熱介質氣體121中的水，由此降低該加熱介質氣體121的濕度。該加熱介質氣體121由于在動力回收體系廢熱回收工序57和生成氣體顯熱回收工序53中回收的熱量加熱而濕度降低，并再次被用作原料干燥工序51和熱解及氣化工序52中的熱源。脫濕工序58具有使加熱介質氣體121和處理過的下水109彼此直接接觸，以便用所述處理過的下水109洗掉包含在加熱介質氣體121中的塵粒的洗滌器等。
在生成氣體冷卻工序54中，來自生成氣體顯熱回收工序53的生成氣體123由處理過的下水109冷卻。所述冷卻后的生成氣體123由在生成氣體清潔工序55中處理過的下水109清潔。其中已經清潔除塵的生成氣體123被提供給動力回收工序56中的燃氣發動機或燃氣輪機。提供給脫濕工序58、生成氣體冷卻工序54和生成氣體清潔工序55的處理過的下水109被作為廢水122輸送到下水處理裝置。
如果原料120具有非常高的含水量，像具有非常高含水量的有機物如下水污泥，并且不能由熱解及氣化工序52和包括燃氣發動機或燃氣輪機的動力回收工序56中釋放出的熱量充分干燥，那么可能降低熱解及氣化工序52中的冷氣效率，不能產生足夠量的生成氣體123，并且可能降低動力回收工序56的輸出量。這種情況會降低動力回收工序56的裝置運行率，導致經濟不理想情況。在此情況下，可以通過將例如天然氣、民用燃氣、丙烷氣、汽油、煤油、瓦斯油、或A重油的燃料124作為輔助燃料或主要燃料提供給包括燃氣發動機或燃氣輪機的動力回收工序56，防止動力回收工序56的裝置運行率的下降。
通過這樣的安排，由于從動力回收工序56中釋放出的熱量提高了，加熱介質氣體121被從動力回收體系廢熱回收工序57中回收的熱量所加熱，并被用作原料干燥工序51和內循環流化床氣化工序59中的熱源。因此，即使原料120是具有非常高含水量的下水污泥，也可以維持原料120的干燥水平。這樣可以提高內循環流化床氣化工序59中的冷氣效率，并可以增加從包括具有高含水量有機物的原料120中回收的能量。在此情況下，調節提供給動力回收工序56的燃料124的量(在此情況下，忽略提供給內循環流化床氣化工序59的熱能)，以便從內循環流化床氣化工序59中產生的生成氣體123中回收的熱能數量與從包括燃氣發動機或燃氣輪機的動力回收工序56的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于原料干燥工序51中所需熱能數量，從而提高包括具有高含水量有機物的原料120的能量回收率，降低原料120的能量回收率的季節性變化。
圖3A和3B所示為通過圖1中所顯示的處理裝置處理下水污泥的實例圖。圖3A顯示了其中沒有用民用燃氣作為輔助燃料補充時動力回收工序56的實例，和圖3A顯示了其中有民用燃氣作為輔助燃料補充時動力回收工序56的實例。在圖3A和3B中，實心曲線a表示整個下水處理裝置所需發電功率的量，虛曲線b表示下水處理所消耗電功率的量，實心曲線c表示由下水污泥產生的電功率的量。豎軸表示發電功率輸出量和所需電功率，橫軸表示時間。
下水污泥具有它自身的性質，特別是其脫水時的含水量隨季節變化很大。如果不用民用燃氣補給動力回收工序56，如圖3A所顯示的，從下水污泥中所回收的能量(發電功率量)將隨季節變化。如果用民用燃氣補給動力回收工序56，如圖3B所顯示的，從下水污泥中所回收的能量(發電功率量)增加，其變化減少。在圖3B中，“A”表示在由所補給的民用燃氣直接導致的發電功率量的增加值，“B”表示在從下水污泥中所回收的能量(發電功率量)的增加值，因為在補給民用燃氣的動力回收體系廢熱回收工序57中所回收的熱量增加而提高了下水污泥的干燥水平，由此提高了冷氣效率。
當將民用燃氣作為輔助燃料提供給包括燃氣發動機或燃氣輪機的動力回收工序56時，從動力回收工序56中釋放的熱量增加，所以確保了干燥原料的熱源。因而，原料120的干燥水平提高。由此，熱解及氣化工序52中的冷氣效率提高，從而增加了可以從原料120中回收的氣體的量。結果，可以用與熱電聯產系統相同的方式有效利用提供的輔助燃料的能量，并且使得輔助燃料的利用效率非常高。
圖4所示為具有本發明用于處理含有高含水量有機物的處理裝置的系統布置。如圖4中所示，用于處理具有高含水量有機物的所述處理設備包括干燥設備10、內循環流化床氣化爐11、空氣預熱器12、冷凝器13、空氣預熱器14、洗滌器15和燃氣發動機16等。
干燥設備10用干燥空氣105干燥下水污泥101(具有70％或更高的含水量)以降低其含水量。已用于下水污泥干燥的干燥空氣105被輸送到冷凝器13。內循環流化床氣化爐11具有在一個爐中的氣化室11-1和燃燒室11-2。在氣化室11-1中的流化床11-1a和在燃燒室11-2中的流化床11-2a在隔離壁11-3下面的下末端相互連通。在流化床11-2a中的床層物料103流入流化床11-1a中，并且在氣化室11-1和燃燒室11-2之間循環。
下水污泥101被提供給通過來自干燥空氣循環通道(下面所描述的)的用于干燥的空氣(干燥空氣)來干燥它的干燥設備10，并且因此降低裝入的下水污泥101的含水量。然后下水污泥101被裝入內循環流化床氣化爐11的氣化室11-1中。裝入的下水污泥101被熱解及氣化為可燃生成氣體102，所述生成氣體被輸送入空氣預熱器12。在氣化室11-1中未被熱解及氣化的焦炭(熱解殘渣如固體碳等)和床層物料103一起穿過隔離壁11-3下面下末端的通道進入燃燒室11-2的流化床11-2a中。在燃燒室11-2中，所述焦炭被燃燒產生燃燒氣體104。燃燒氣體104被從內循環流化床氣化爐11輸送到空氣預熱器14。通過焦炭燃燒被加熱到較高溫度的流化床11-2a中的床層物料103從另一個通道返回到氣化室11-1的流化床11-1a中。返回的床層物料103的熱量被用來熱解及氣化下水污泥101。
在空氣預熱器12中，輸送到空氣預熱器12中的生成氣體102和干燥空氣105之間發生熱交換。生成氣體102的顯熱被回收，干燥空氣105被加熱。穿過空氣預熱器12的生成氣體102被輸送到洗滌器15。在洗滌器15中，生成氣體102被補給到其中的處理過的下水109清潔，然后提供給燃氣發動機16。在洗滌器15中，已經用于生成氣體102清潔的處理過的下水109變為洗滌器廢水106，并作為下水排放水110排出。提供給燃氣發動機16的生成氣體102作為燃氣發動機的動力燃料被消耗，并通過燃氣發動機16驅動發電機(沒有顯示)以產生電111。在燃氣發動機16開始運轉或在夏季下水污泥101的含水量高并且干燥熱量短缺導致冷氣效率的降低、且可以從下水污泥中回收的可燃氣體量減少時，使用民用燃氣112。
從燃氣發動機16中排放的廢氣107被輸送到空氣預熱器18，這樣就實現了廢氣107和干燥空氣105之間的熱交換。其后，部分廢氣107由鼓風機19輸送到內循環流化床氣化爐11中，其中所述廢氣107被用作氣化室11-1的流化床11-1a中的流化氣體，剩余的廢氣107從排氣管21排放到大氣中。從內循環流化床氣化爐11的燃燒室11-2中排放的燃燒氣體104被輸送到空氣預熱器14，由此實現燃燒氣體104和干燥空氣105之間的熱交換，以便從燃燒氣體104中回收熱量。其后，燃燒氣體104被輸送到從中除去灰分114等的袋式過濾器17。然后，部分燃燒氣體104由鼓風機19輸送到內循環流化床氣化爐11的氣化室11-1中，由此所述燃燒氣體104被用作氣化室11-1中流化床11-1a的流化氣體，剩余的燃燒氣體104作為廢氣113從排氣管21排放到大氣中。由于來自燃氣發動機16的廢氣107和來自燃燒室11-2的燃燒氣體104是含氧量非常低的氣體，所以，所述廢氣107和燃燒氣體104適合在氣化室11-1中作為用于熱解及氣化所提供下水污泥的流化氣體，不用燒掉提供的下水污泥。
用于干燥設備10中的下水污泥干燥、并已輸送到冷凝器13的干燥空氣105具有高的含水量。在冷凝器13中，這種水分被冷凝，并以冷凝108水除去，從而降低了干燥空氣105中的水比率。具有降低了的水比率的干燥空氣105被輸送到空氣預熱器12，由此回收由氣化室11-1提供的生成氣體102的顯熱并加熱干燥空氣105。然后干燥空氣105被輸送到空氣預熱器14，由此回收由燃燒室11-2提供的燃燒氣體104的顯熱并加熱干燥空氣105。然后干燥空氣105被輸送到空氣預熱器18，由此回收由燃氣發動機16提供的廢氣107的顯熱并加熱干燥空氣105。然后，加熱后的干燥空氣105被再次輸送到干燥設備10。
干燥設備10、冷凝器13、空氣預熱器12、空氣預熱器14、空氣預熱器18和干燥設備10一起組成閉環的循環通道(由粗實線指示)，其和被限制在其中的干燥空氣105一起用作干燥空氣循環通道L。因此，已用于下水污泥101的干燥并惡臭的干燥空氣105沒有被排放。部分干燥空氣105從干燥空氣循環通道L的A點(在干燥空氣由空氣預熱器18中來自燃氣發動機16的廢氣107所回收的顯熱加熱后干燥空氣通過的那點)抽出，并提供給內循環流化床氣化爐11中的燃燒室11-2。在燃燒室11-2中，包含在干燥空氣105中造成惡臭的組分被燒掉。因此，可以完成惡臭組分的除臭而不用提供任何特殊的除臭設備。所以，不需要任何特殊的除臭裝置就可以未干燥空氣105除臭。當干燥空氣循環通道L中的干燥空氣短缺時，通過鼓風機20將干燥空氣105補充到干燥空氣循環通道L。
由于從干燥設備10排放的干燥空氣105含水量高，所以用于冷凝并且以冷凝水108除去該水分的冷凝器13應該優選包括利用處理過的下水109的水洗滌冷凝器。水洗滌冷凝器比殼管式冷凝器有更高的熱交換效率，并且它具有不含污染物的傳熱面。此外，由于應該冷卻干燥空氣105以盡可能多地降低水蒸汽的分壓，所以使用在每一段都提供冷水的多段洗滌器作為所述的水洗滌冷凝器。通過這樣的布置，可以將包含大量塵粒的上游清潔水返回下水處理裝置的原下水中，和可以將包含少量污染的冷凝水的下游清潔水返回到下水排放水110中。
圖5和圖6所示為在用上述處理裝置處理下水污泥的方法中所使用的脫水下水污泥的設想組分，和該處理方法的計算實例。如圖5中所示，假定脫水下水污泥包含77.0％的水、9.8％的碳、1.4％的氫、5.6％的氧、1.2％的氮、0.2％的硫、4.8％的灰分和具有4.37MJ/kg(1043.0kal/kg)的高熱值、2.12MJ/kg(505.4kal/kg)的低熱值和2.43MJ/kg(581.0kal/kg)的低熱值(不包括燃燒氫的值)。圖6中所示為每天用于300t下水污泥處理所產生的計算結果。
如果燃氣發動機16具有35％的發電效率，氣化爐原料熱量輸入(高熱值)為15.2MW，通過干燥設備干燥的下水污泥101的含水量為15％、20％、30％、35％、40％和45％，那么相應的高熱值MJ/kg(kal/kg)、低熱值MJ/kg(kal/kg)、冷氣效率％、發電端輸出量MW和所需要的燃氣發動機熱輻射回收率％見圖6中所示。
圖7所示未根據本發明用于處理具有高含水量有機物的處理裝置的另外的系統布置。在圖7中所示的與圖4中所示的那些相同的參考特征所表示的那些部分為與圖4中所示的相同或相當的部分。圖7中所示的處理裝置與圖4中所示的處理裝置的不同之處在于圖7中所示的處理裝置還包括旋風分離器22、生成氣體的降溫除塵塔24及儲氣器25，還有替代冷凝器13的循環氣除濕塔23。將下水污泥加入干燥設備10，并將溫度80至120℃的干下水污泥通過旋風分離器22提供給內循環流化床氣化爐11的氣化室11-1中。穿過旋風分離器22的干燥空氣105由循環氣除濕塔23中溫度為10至30℃的處理過的下水109冷卻，以冷凝掉干燥空氣105的水分。溫度約40℃的下水排放水110從循環氣除濕塔23中排出。
穿過循環氣除濕塔23的干燥空氣105由鼓風機26輸送到空氣預熱器12。在空氣預熱器12中，回收來自內循環流化床氣化爐11的氣化室11-1的生成氣體102(溫度為600至700℃)的顯熱以加熱干燥空氣。然后加熱后的干燥空氣被輸送到回收來自燃燒室11-2的燃燒氣體104(溫度為800至900℃)的顯熱的空氣預熱器14，由此干燥空氣被加熱到250至350℃。然后，干燥空氣被再次提供干燥設備10。部分干燥空氣從干燥空氣循環通道L的A點抽出，即通過鼓風機27抽出由空氣預熱器14加熱的部分干燥空氣，并將其提供給燃燒室11-2。
來自氣化室11-1的生成氣體102的顯熱由預熱器12回收，而生成氣體102的溫度被降低到約350至400℃。然后，生成氣體102的溫度在除塵塔24中進一步降低到約50至250℃。在通過生成氣體降溫除塵塔24使生成氣體102的溫度降低到約50至250℃，以及除去了生成氣體102中的灰塵后，生成氣體102被輸送到洗滌器15，其中所述生成氣體102通過處理過的下水109清潔，并使生成氣體102的溫度降至40至45℃，然后將其輸送到儲氣器25。如果生成氣體102含有相當大量的焦油，那么就通過生成氣體降溫除塵塔24使生成氣體的溫度降低到約50℃。其后，將生成氣體102引入洗滌器15，并因此而防止洗滌器15受焦油問題的困擾。理想地應該通過平行下流式水洗器、噴射洗滌器等處理生成氣體以便由此降低其溫度和為其除塵。來自燃氣發動機16的部分廢氣(溫度約為150℃)被提供給內循環流化床氣化爐11中的氣化室11-1。當干燥空氣循環通道L中的干燥空氣短缺時，由鼓風機28用干燥空氣105補充干燥空氣循環通道L。其熱量已由空氣預熱器14回收、其溫度已降到約150℃的燃燒氣體104流過袋式過濾器17，并從排氣管21排放到大氣中。
圖8所示為根據本發明用于處理具有高含水量有機物的處理裝置的另外的系統布置。如圖8中所示，所述處理裝置包括配置在圖2中所顯示的內循環流化床氣化工序59下游的固-氣分離工序62，以及配置在所述固-氣分離工序62下游的生成氣體重整工序63。在生成氣體重整工序63之后的生成氣體的流動與在圖2中所示處理裝置中生成氣體的流動相似。
固-氣分離工序62通過旋風分離器或過濾式分離器實現，在固-氣分離工序62中，生成氣體中的固體組分如焦炭和灰塵被分離并除去，然后所述固體組分被提供給內循環流化床氣化工序59的燃燒室。在固-氣分離工序62中，可被分離的顆粒的臨界直徑為30μm或以下，優選為20μm或以下，更優選為15μm或以下。如果使用旋風分離器，可以使用其中多個小型旋風分離器平行排列的多旋風分離器式分離器。
在固-氣分離工序62中固-氣分離后，生成氣體123被引入生成氣體重整工序63中，其中焦油和氮化合物被分解。為了防止殘留在生成氣體123中的灰塵熔融，可以在1000℃或以下、優選在950℃或以下、更優選在880或以下進行生成氣體重整工序63。部分生成氣體的部分氧化法適用于維持生成氣體重整工序63的溫度，而空氣被用作部分氧化的氧化劑。雖然氧氣可以用作所述氧化劑，但是由于內循環流化床氣化爐中產生的生成氣體包含高濃度的可燃氣體，所以可以用空氣進行部分燃燒，因為熱值的降低較小。
為了有效地進行生成氣體重整工序63，必須降低流入生成氣體重整工序63中未反應原料的量。因而，不僅為了提高固-氣分離工序62的性能，而且為了提高內循環流化床氣化工序59中的氣化轉化率，通過原料的粒化來提高原料在氣化爐中的停留時間是有效的。在原料為下水污泥的情況下，粒狀物的直徑可以為5mm至25mm，優選為5mm至15mm，更優選為5mm至10mm。
此外，為了提高氣化爐中的氣化轉化率，將催化劑引入氣化爐是必要的。通過將相對廉價的金屬例如盡可能磨碎的鐵或鈣提供給氣化爐以提高原料的氣化轉化率，因此生成氣體重整工序63的負荷降低。通常，由于使金屬顆粒化需要能量，所以可以以溶液的形式例如氯化鐵提供金屬。將所述氯化鐵用作下水污泥的凝結劑，如果原料為通過使用所述氯化鐵作為凝結劑而制成的下水污泥，那么因為凝結劑起催化劑的作用，所以這種原料適用于本發明。
提供給氣化爐的催化劑組分流入生成氣體重整工序63對氣體重整和氣體輕化具有好影響。因此，催化劑的提供甚至可以在同樣的重整溫度下縮短氣體在生成氣體重整工序63中的停留時間。如果沒有催化劑，在900℃的重整溫度下通常所需要的停留時間為4至8秒。然而，在由氯化鐵凝結的下水污泥的情況下，通過約一半或一半以下的停留時間就可以獲得同樣的氣體重整效果。
內循環流化床氣化工序59中的燃燒氣體125幾乎不包含水分，并且氧濃度通常保持在5％或以下，因此燃燒氣體125適于作為干燥原料的加熱介質氣體121。因此，用于干燥原料的加熱介質氣體的補充氣體可以由不是空氣而是內循環流化床氣化工序59的燃燒氣體125組成。在此情況下，由于在加熱介質氣體的氧氣濃度變為5％或以下，所以這樣的加熱介質氣體不可以用作內循環流化床氣化工序59的燃燒室的流化氣體。因此，在內循環流化床氣化工序59的燃燒氣體125用作干燥原料的加熱介質氣體的情況下，取出部分加熱介質氣體，而取出的加熱介質優選適用于內循環流化床氣化工序59中的氣化室的流化氣體。
現在，返回到圖7中所示的處理設備，來自燃氣發動機16的廢氣的熱量未被回收。然而，圖7中所示處理裝置可以具有與圖4所示處理裝置相同的用于回收用于干燥熱量的空氣預熱器18。在圖4和圖7中所示的處理裝置中，冷凝后的干燥空氣被輸送到干燥空氣和來自內循環流化床氣化爐11的生成氣體102之間進行熱交換的空氣預熱器12中。其后，第二個空氣預熱器14進一步在干燥空氣和燃燒氣體104之間進行熱交換。在圖4中所示的處理裝置中，第三個空氣預熱器18進一步在干燥空氣和由燃氣發動機16提供的廢氣之間進行熱交換。這些熱交換步驟可以以任何順序進行。
將瓦斯油和/或瓦斯氣作為輔助燃料引入燃氣發動機16中。為了提高裝置運行率和保持燃氣發動機16的電能輸出量在所需要的或更高的水平上，不僅在主要工序觸發的時候，而且在夏季下水污泥101的含水量提高、干燥熱量短缺從而使冷氣效率下降、以及從下水污泥回收的可燃氣體的量減少時提供輔助燃料。如此，由于提高了來自燃氣發動機16的廢氣量，所以即使原料為具有非常高含水量的下水污泥，也可以將所述熱量用作干燥熱源以保持原料的干燥水平。這還導致氣化工序中冷氣效率的提高，進而提高了從具有高含水量的有機物中所回收的能量的量。根據情況，除了瓦斯油或民用燃氣外，汽油、煤油、重油、天然氣、丙烷氣等也可以用作輔助燃料。
在以上實施方案中，處理過的下水被有效地用作為用于干燥空氣的加熱介質氣體(空氣、氮氣，二氧化碳氣體，或其混合物)除濕，或清潔生成氣體。如果必要的話，可以使用給水設施提供的水或工業用水。如果將處理過的下水用于洗滌器等中冷卻或清潔的用途，那么注意在設備中的生物膜的生長是必須的。因而，常發展為沉積物或阻塞物的部分，例如洗滌器中的格柵，或特別是濕氣分離器必須由耐生物膜沉積的材料如銅制成。
盡管已經顯示和詳細描述了本發明的某些優選實施方案，但是本發明并不限制于上面的實施方案，各種變化和改進可以包括在本發明的權利要求、說明書和附圖范圍內所描述的技術方案的范圍內。例如，盡管在上面的實施方案中應用于燃氣發動機16，但是所述燃氣發動機可以由燃氣輪機或燃料電池替代。通過本發明的處理設備處理的具有高含水量的有機物不限于下水污泥，其可以是具有高含水量的有機物，例如城市廢物、生物質等。
工業應用本發明可適用于通過將有機物氣化為可燃氣體、和將可燃氣體用作燃氣發動機或燃氣輪機的燃料、以回收電等形式的動力(能量)來處理有機物例如下水污泥的方法和裝置。
權利要求
1.一種處理有機物的方法，其包括以下步驟干燥作為原料的有機物；氣化干燥后的原料以產生生成氣體；和從所述氣化步驟產生的生成氣體和/或燃燒氣體中回收顯熱；其中，空氣、氮氣、二氧化碳氣體，或空氣、氮氣和二氧化碳氣體中至少兩種的混合物被用作在所述回收步驟中使用的加熱介質，而在所述回收步驟中加熱后的加熱介質被引入所述干燥步驟中，以作為用于干燥的加熱介質氣體。
2.權利要求1的方法，其中在所述干燥步驟中，使用用于使所述加熱介質氣體與原料直接接觸的原料干燥設備，并通過下水處理裝置排放的處理過的下水來冷卻由于水的蒸發而使其濕度增加的加熱介質氣體，以冷凝所述加熱介質氣體中的水分和降低所述加熱介質氣體的濕度，并將其濕度已降低的加熱介質氣體重新作為用于干燥的加熱介質氣體。
3.權利要求1或2的方法，其中當通過處理過的下水來冷卻用于干燥的加熱介質氣體時，使所述加熱介質氣體和處理過的下水彼此直接接觸，以通過處理過的下水冷卻所述加熱介質氣體，并洗掉包含在所述加熱介質氣體中的固體物質。
4.權利要求1-3之一的方法，其中將通過所述氣化步驟產生的生成氣體引入燃氣發動機或燃氣輪機中，由此回收能量。
5.權利要求4的方法，其中利用包括空氣、氮氣和二氧化碳氣體，或空氣、氮氣和二氧化碳氣體中至少兩種的混合物的加熱介質氣體從所述燃氣發動機或所述燃氣輪機排放的廢氣中回收熱能，并將加熱過的加熱介質氣體引入到所述干燥步驟中，以作為用于干燥的加熱介質氣體。
6.權利要求4或5的方法，其中將包括天然氣、民用燃氣、丙烷氣、汽油、煤油、瓦斯油或重油的燃料作為輔助燃料或主要燃料提供給所述燃氣發動機或所述燃氣輪機。
7.權利要求4-6之一的方法，其中提供給所述燃氣發動機或所述燃氣輪機的燃料量被調節，以便從所述氣化步驟中產生的生成氣體和/或燃燒氣體中回收的熱能數量與從所述燃氣發動機或所述燃氣輪機排放的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于在所述干燥步驟中需要的熱能數量。
8.一種處理有機物的方法，其包括以下步驟提供有機物至氣化室；在所述氣化室內氣化所述有機物以產生可燃氣體和殘渣；在燃燒室內燃燒所述氣化室內產生的殘渣以生成燃燒氣體；和將在所述氣化室內產生的可燃氣體引入燃氣發動機或燃氣輪機中以回收動力；其中所述氣化室或所述燃燒室在內循環流化床氣化爐中提供，而床層物料在所述氣化室和所述燃燒室之間循環。
9.權利要求8的方法，其中在所述氣化室內產生的可燃氣體、在所述燃燒室內產生的燃燒氣體和來自所述燃氣發動機或所述燃氣輪機的廢氣及空氣之間進行熱交換，以便從這些氣體中回收顯熱，而通過熱回收加熱過的空氣被作為用于干燥有機物的干燥空氣。
10.權利要求9的方法，其中用于干燥有機物的干燥空氣通過干燥空氣與可燃氣體、燃燒氣體與廢氣之間的熱交換而加熱，并再次被循環用作干燥空氣，而循環的部分干燥空氣被引入所述內循環流化床氣化爐中，并在其中除臭。
11.權利要求10的方法，其中用于干燥有機物的干燥空氣中的水分被冷凝掉，以便降低所述干燥空氣中的含水率。
12.權利要求11的方法，其中通過所述干燥空氣和冷卻水之間的直接熱交換冷凝掉所述干燥空氣中的水分。
13.權利要求11或12的方法，其中使用下水排放水作為冷卻水以冷凝掉所述干燥空氣中的水分。
14.權利要求8-13之一的方法，其中提供了用于清潔由所述氣化室提供的可燃氣體的洗滌器，在所述洗滌器的上游提供了降溫除塵設備，借此通過所述降溫除塵設備處理可燃氣體，以便將可燃氣體的溫度降低到150℃至250℃的數值，以冷凝可燃氣體中的焦油和除去可燃氣體中的灰塵，然后將可燃氣體裝入所述洗滌器中。
15.權利要求8-14之一的方法，其中將包括天然氣、民用燃氣、丙烷氣、汽油、煤油、瓦斯油或重油的燃料作為輔助燃料或主要燃料提供給所述燃氣發動機或所述燃氣輪機。
16.權利要求8-15之一的方法，其中提供給所述燃氣發動機或所述燃氣輪機的燃料量被調節，以便從所述內循環流化床氣化爐中產生的可燃氣體和/或燃燒氣體中回收的熱能數量與從所述燃氣發動機或所述燃氣輪機排放的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于干燥有機物所需要的熱能數量。
17.一種用于處理有機物的裝置，其包括為氣化有機物以產生可燃氣體和殘渣而配置的氣化室；為燃燒所述氣化室內產生的殘渣以產生燃燒氣體而配置的燃燒室；和為了將所述氣化室內產生的可燃氣體提供給燃氣發動機或燃氣輪機以回收動力而配置的供料設備；其中所述氣化室和所述燃燒室在內循環流化床氣化爐中提供，而床層物料在所述氣化室和所述燃燒室之間循環。
18.權利要求17的裝置，其進一步包括用于干燥所述有機物的干燥設備；和用于在所述氣化室內產生的可燃氣體、在所述燃燒室內產生的燃燒氣體和來自所述燃氣發動機或燃氣輪機的廢氣及空氣之間進行熱交換，以便從所述氣體中回收顯熱的空氣預熱器；其中在所述空氣預熱器中通過熱回收而加熱的空氣被作為干燥空氣引入所述干燥設備中。
19.權利要求18的裝置，其進一步包括用于將從所述干燥設備中排放并通過所述空氣預熱器加熱的干燥空氣再次引入所述干燥設備中的干燥空氣循環通道；其中循環穿過所述干燥空氣循環通道的部分干燥空氣被作為燃燒氣體引入所述燃燒室中，并在其中除臭。
20.權利要求19的裝置，其進一步包括用于冷凝掉干燥空氣中的水分以便降低干燥空氣中含水率的冷凝器；其中從所述干燥設備排放的干燥空氣被引入所述冷凝器中。
21.權利要求17-20之一的裝置，其中將包括天然氣、民用燃氣、丙烷氣、汽油、煤油、瓦斯油或A重油的燃料作為輔助燃料或主要燃料提供給所述燃氣發動機或所述燃氣輪機。
22.權利要求17-21之一的裝置，其中提供給所述燃氣發動機或所述燃氣輪機的燃料量被調節，以便從所述內循環流化床氣化爐中產生的可燃氣體和/或燃燒氣體中回收的熱能數量與從所述燃氣發動機或所述燃氣輪機排放的廢氣中回收的熱能數量的總和等于或高于干燥有機物所需要的熱能數量。
全文摘要
通過將有機物氣化為可燃氣體和將可燃氣體用作燃氣發動機或燃氣輪機的燃料來處理有機物例如下水污泥(101)以回收動力(能量)。在處理有機物的方法中，在干燥工序(51)中干燥作為原料的有機物，氣化干燥后的原料以產生生成氣體(123)，在回收步驟中通過采用加熱介質從通過氣化產生的生成氣體和/或燃燒氣體中回收顯熱。然后，將在回收步驟中加熱后的加熱介質作為用于干燥的加熱介質氣體引入到干燥工序中。
文檔編號F02C3/28GK1863738SQ200480028969
公開日2006年11月15日 申請日期2004年10月5日 優先權日2003年10月6日
發明者三好敬久, 今泉隆司, 澤井賢司, 入山守生, 高倉秀太郎 申請人:株式會社荏原制作所