將加工的燃料與煤共氣化和共燃的方法
【專利摘要】本申請描述了下述一體化方法，將配制成適用于在還原環(huán)境下工作的加工的燃料與煤共氣化，將配制成適用于在氧化環(huán)境下工作的另一種加工的燃料與煤共燃，從而產生電力。還披露了用于使加工的燃料與化石燃料共燃的的燃燒系統(tǒng)的裝置和方法。在一些實施方式中，本發(fā)明提供燃燒系統(tǒng)的一體化方法，包括將第一加工的燃料和第一化石燃料引入到氣化器中。該方法進一步包括是第一加工的燃料和第一化石燃料共氣化，產生合成氣。該方法進一步包括將第二加工的燃料、第二化石燃料以及所產生的合成氣引入到燃燒反應器中。該方法還包括使第二加工的燃料、第二化石燃料以及所產生的合成氣共燃。
【專利說明】將加工的燃料與煤共氣化和共燃的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年4月22日提交的美國臨時申請61/478，089的優(yōu)先權，其全部內容通過參考并入本申請。
【技術領域】
[0003]本發(fā)明總地涉及在商業(yè)、工業(yè)、和生活鍋爐中共燃(cofiring)源自生物質或廢料的燃料與化石燃料。
【背景技術】
[0004]最近在2009年，化石燃料的燃燒提供了美國幾乎70%的電力，在其中煤提供了幾乎一半的總能量產生量。即使在產油的地理政治區(qū)域中存在不可預見的不確定性以及通常會有動蕩，但是可以預計美國儲量豐富的煤將繼續(xù)成為用于美國和其它富煤地區(qū)的電力生產的主要燃料。不幸地，大多數美國的燒煤發(fā)電廠超過40-50年之久，沒有裝配有現代化和先進的排放控制技術，例如用于除去SOx的煙道氣脫硫(FGD)和用于NOx還原的選擇催化還原(SCR)。由此，伴隨煤燃燒帶來的空氣污染物例如S0x、N0x、C02、和顆粒物排放量是顯著的，越來越引起公共健康和環(huán)境問題。因此，現今聯邦和各州的關于空氣污染物排放的規(guī)章已經變得越來越嚴格。例如，最近定案的跨州空氣污染條例(Cross State Air PollutionRule) (CSAPR)要求28個州和哥倫比亞地區(qū)減少發(fā)電廠排放量。該條例將要求二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)排放量顯著降低。其要求截止到2014年，可適用的發(fā)電廠必須將它們的SO2和NOx排放量降低至各廠分配的水平。平均起來，所有受影響的廠將使它們的SO2排放量減少2005年水平的73%，使NOx排放量減少2005年水平的54%。
[0005]由于越來越嚴格的規(guī)章，可預期，認為是用于SOx和NOx排放量控制的最有效技術的煙道氣脫硫(FGD)和選擇催化還原(SCR)技術將在未來幾年內安裝完成。預期這些后燃排放控制技術將會耗資數億美元來安裝并每年耗資數百萬美元來操作和維護。作為一些電力生產公司，特別是具有中或低生產量(例如〈100-200MW)的那些，已經面臨了來自低利潤率的顯著壓力，設想這些公司可以簡單地針對經濟和環(huán)境考量就會選擇去引退或減免它們的廠是不合理的。
[0006]盡管FGD和SCR的安裝可以幫助這些公司來滿足它們對于SO2和NOx排放量的職責，但是它們必須去處理一些其它的不期望結果，包括增加的寄生功率消耗(parasiticpower consumption),水利用,和廢物產生。此外,對于使用高硫煤的發(fā)電廠,這些技術具有無意的副作用，即，使得SO3有關的腐蝕和“藍翎(blue plume)”問題更為普遍。
[0007]作為較便宜的可替代方案之一，電力公司生產者越來越多地選擇將煤和生物質燃料共混物共燃。歐洲和美國的最近研究(參見M.Sami, K, Annamalai and M.Wooldridge,“Cofiring of coal and biomass fuel bleeds,，’Process in Energy and CombustionScience, 27, pp.171-214，2001，通過參考并入本申請)已經確定，將生物質與化石燃料燃燒對環(huán)境和發(fā)電的經濟效益兩者都具有積極的影響。在大多數共燃試驗中SO2和NOx的排放量減少了(取決于使用的生物質燃料)，而CO2凈產量也本身較低，因為認為生物質是CO2-中性的。對共燃的關注在80年代興起于美國和歐洲，特別是關于在最初僅針對燃燒煤設計的煤發(fā)電所中使用固體廢渣(紙，塑料，溶劑，焦油等)或生物質，以便于增加源自那些新機會燃料的效益裕度(benefit margin)例如溫室氣體(GHG)排放量的減少。
[0008]傳統(tǒng)上，根據用于生物質和煤兩者的燃料進料方法，可將生物質直接或間接共燃。最直接和成本有效的直接共燃法通過共同的研磨機、共同的進料線提供預混合的生物質和煤并用共同的燃燒器燃燒?？商鎿Q地，在另一種直接共燃法中，可以將生物質單獨碾磨和提供，但是在將其遞送至燃燒器中之前混合。兩種方法都由于共享的燃料加工、遞送和燃燒設備而相對便宜，但是受限于生物質共混比率的量，對于粉煤(PC)鍋爐該比率通常為5%，對于旋流床和流化床鍋爐通常為10-20%。這些直接共燃法也對燃燒工藝具有可忽略的影響，因此現有燃燒器可以共用。直接共燃也可以通過采用單獨的生物質加工、遞送線和專屬燃燒器實現。這第三種直接共燃方法的優(yōu)點是與前兩種直接共燃方法相比可較好地控制生物質流動速率，并且可以實現較高的共燃比率(對于PC鍋爐為10%或更高，對于旋流床和流化床裝置為20%或更高)，但是需要單獨的進料線和單獨的燃燒器，因此增加了資金和0&M成本。此外，不管哪種煤燒制低熱值生物質在生物質和煤兩者燃燒的統(tǒng)籌控制中通常代表了顯著的挑戰(zhàn)，導致形成差燃燒效率的風險。
[0009]間接共燃是指下述方法，其中將生物質燃料提供至單獨安裝的燃燒器、鍋爐或氣化器。例如，可以安裝單獨的鍋爐以從燒制100%的生物質產生蒸氣，并將鍋爐產生的蒸氣與從燃燒100%煤的現有燒煤鍋爐產生的蒸氣混合?？商鎿Q地，可以安裝單獨的燃燒器以燒制100%的生物質，將高溫煙道氣送至現有燒煤鍋爐的對流區(qū)域。再在另一種可替換且較環(huán)境友好的方法中，氣化器用于將生物質在單獨的氣化器中氣化，該氣化器可以是下吸式床、上抽式床或流化床，將制得的富含氫氣和一氧化碳的合成氣(syngas)供入現有燒煤鍋爐中并使它們在現有燒煤鍋爐中燃燒。這些間接共燃技術的優(yōu)點是對操作的獨立控制。但是，資本成本通常較高。而且，在兩個單獨的裝置中燒制煤和生物質燃料不會有助于最小化或解決關于它們各自應用的問題。例如，當單獨燒制生物質燃料時，存在增加的腐蝕作用，這是由于燃料中高的氯和堿金屬含量，但是硫氧化物排放量可能較低?；曳秩刍瘻囟纫诧@著較低，這不僅會引起床熔渣，而且會在低溫傳熱表面上結垢。因此，常見的是，燒制生物質的鍋爐通常在顯著較低溫度運行，產生低溫和低壓蒸氣(例如650psig和750° F)，這最終會導致較低的電效率。另一方面，當單獨燒制煤時，實現較高碳轉化率需要高溫和較長反應時間。在高溫，不僅硫和氯腐蝕會變得愈加嚴重，而且需要鍋爐和傳熱表面采用昂貴的材料。燒煤鍋爐的高溫會使得針對排放量控制向爐中注射吸附劑變得困難，這是由于高度的吸附劑燒結以及可實現的短反應時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明一些實施方式的燃燒系統(tǒng)的方塊圖。
[0011]圖2A是圖1的系統(tǒng)使用的示例性共燃系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖2B是圖1的系統(tǒng)使用的示例性共燃系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖2C是商業(yè)規(guī)模粉煤鍋爐的示例性共燃系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖3是根據本發(fā)明一些實施方式的示例性燃燒系統(tǒng)的示意圖。[0015]圖4是圖3的示例性燃燒系統(tǒng)的示意圖，說明氣化器的另外細節(jié)。

【發(fā)明內容】

[0016]本發(fā)明提供共燃加工的燃料和化石燃料的燃燒系統(tǒng)的設備和方法。在一些實施方式中，本發(fā)明提供燃燒系統(tǒng)的一體化方法，包括將第一加工的燃料和第一化石燃料引入到氣化器中。該方法進一步包括將第一加工的燃料和第一化石燃料共氣化以制備合成氣。該方法進一步包括將第二加工的燃料、第二化石燃料和制備的合成氣引入到燃燒反應器中。該方法也包括將第二加工的燃料、第二化石燃料、和制備的合成氣共燃。
[0017]在一些實施方式中，第一加工的燃料不同于第二加工的燃料。在一些實施方式中，使第一加工的燃料優(yōu)化用于在還原環(huán)境中燃燒，使第二加工的燃料優(yōu)化用于在氧化環(huán)境中燃燒。在一些實施方式中，燃燒器是鍋爐，共燃包括:在鍋爐的燃燒區(qū)域中燃燒第二加工的燃料和第二化石燃料，在鍋爐的再燒區(qū)域燃燒合成氣。在一些實施方式中，共燃步驟包括直接共燃和間接共燃之一。
[0018]在一些實施方式中，第一加工的燃料和第二加工的燃料中的至少一種包括一種或多種吸附劑。一種或多種吸附劑選自倍半碳酸鈉(Trona)，碳酸氫鈉，碳酸鈉，鐵酸鋅，鐵酸鋅銅，鈦酸鋅，銅鐵招氧體(copper ferrite aluminate),招酸銅,氧化銅猛,擔載在氧化招上的鎳，氧化鋅，氧化鐵，銅，氧化亞銅(I)，氧化銅(II)，石灰石，石灰，Fe,FeO,Fe2O3,Fe3O4,鐵屑，CaCO3, Ca(OH)2, CaCO3.MgO, CaMg2 (CH3C00) 6，二氧化硅，氧化鋁，陶土，高嶺石，礬土，酸性白土，綠坡縷石，煤灰，蛋殼，Ca-蒙脫土，和有機鹽例如乙酸鈣鎂(CMA)，乙酸鈣(CA)，甲酸鈣(CF)，苯甲酸鈣(CB)，丙酸鈣(CP)，和乙酸鎂(MA)，及其混合物。
[0019]在一些實施方式中，化石燃料包括一種或多種煤。一種或多種煤選自:無煙煤，褐煤，煙煤，及其混合物。
[0020]在一些實施方式中，本發(fā)明提供改變燃燒系統(tǒng)的總的共燃比率的一體化方法。該方法包括將第一加工的燃料和第一化石燃料以第一共燃比率引入到氣化器中。該方法也包括將第一加工的燃料和第一化石燃料共氣化(cogasifying)以制備合成氣。該方法也包括將第二加工的燃料和第二化石燃料以第二共燃比率引入到燃燒器中。該方法也包括將制備的合成氣引入到燃燒器中，以及將第二加工的燃料、第二化石燃料、和制備的合成氣共燃。該方法也包括通過改變第一加工的燃料、第一化石燃料、第二加工的燃料、和第二化石燃料中至少兩種的輸入特征而改變燃燒的總的共燃比率，其中第一共燃比率和第二共燃比率基本上不變。
[0021]在一些實施方式中，改變的輸入特征是以下之一:重量，每單位時間的重量，熱值，和每單位時間的熱值。在一些實施方式中，總的共燃比率為約10%至約50%。在一些實施方式中，第二共燃比率為約5至約20%，小于約1%至約5%。在一些實施方式中，第一共燃比率為約30%至約70%。在一些實施方式中，化石燃料包括一種或多種煤。在一些實施方式中，一種或多種煤選自:無煙煤，褐煤，煙煤，及其混合物。在一些實施方式中，使第一加工的燃料優(yōu)化用于在還原環(huán)境中燃燒，其中使第二加工的燃料優(yōu)化用于在氧化環(huán)境中燃燒。在一些實施方式中，第一加工的燃料和第二加工的燃料中的至少一種包括一種或多種吸附齊U。在一些實施方式中，所述一種或多種吸附劑選自倍半碳酸鈉(Trona),碳酸氫鈉,碳酸鈉，鐵酸鋅，鐵酸鋅銅，鈦酸鋅，銅鐵招氧體，招酸銅，氧化銅猛，擔載在氧化招上的鎳，氧化鋅，氧化鐵，銅，氧化亞銅(I)，氧化銅(II)，石灰石，石灰，Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4，鐵屑，CaCO3,Ca (OH)2, CaCO3 *MgO, CaMg2 (CH3COO)6, 二氧化娃,氧化招，陶土,高嶺石,帆土,酸性白土,綠坡縷石，煤灰，蛋殼，Ca-蒙脫土，有機鹽例如乙酸鈣鎂(CMA)，乙酸鈣(CA)，甲酸鈣(CF)，苯甲酸鈣(CB)，丙酸鈣(CP)，和乙酸鎂(MA)，及其混合物。在一些實施方式中，第一加工的燃料包括一種或多種吸附劑，所述共氣化在高于一種或多種吸附劑的燒結溫度的溫度進行。在一些實施方式中，共燃步驟包括直接共燃和間接共燃之一。在一些實施方式中，燃燒器是鍋爐，其中共燃包括:在鍋爐的燃燒區(qū)域中燃燒第二加工的燃料和第二化石燃料；和在鍋爐的再燒區(qū)域燃燒合成氣。
[0022]在一些實施方式中，本發(fā)明提供燃燒系統(tǒng)，其包括:氣化器，用于接收在第一共燃比率的第一加工的燃料和第一化石燃料，所述氣化器可操作用于將第一加工的燃料和第一化石燃料共氣化以制備合成氣。該系統(tǒng)也包括燃燒器，用于接收在第二共燃比率的第二加工的燃料和第二化石燃料，所述燃燒器還從所述氣化器接收所述合成氣，所述燃燒器可操作用于共燃第二加工的燃料、第二化石燃料、和制備的合成氣。燃燒系統(tǒng)可操作以通過改變第一加工的燃料、第一化石燃料、第二加工的燃料、和第二化石燃料中至少兩種的輸入特征來改變所述燃燒系統(tǒng)的總的共燃比率，其中第一共燃比率和第二共燃比率基本上未改變。
[0023]在一些實施方式中，改變的輸入特征是以下之一:重量，每單位時間的重量，熱值，和每單位時間的熱值。在一些實施方式中，總的共燃比率為約10%至約50%。在一些實施方式中，第二共燃比率為約5%至約20%。在一些實施方式中，第一共燃比率為約30%至約70%ο在一些實施方式中,化石燃料包括一種或多種煤。在一些實施方式中，所述一種或多種煤選自:無煙煤，褐煤，煙煤及其混合物。在一些實施方式中，使第一加工的燃料優(yōu)化用于在還原環(huán)境中燃燒，其中使第二加工的燃料優(yōu)化用于在氧化環(huán)境中燃燒。在一些實施方式中，第一加工的燃料和第二加工的燃料中的至少一種包括一種或多種吸附劑。在一些實施方式中，所述一種或多種吸附劑選自倍半碳酸鈉(Tixma)，碳酸氫鈉，碳酸鈉，鐵酸鋅，鐵酸鋅銅，鈦酸鋅，銅鐵招氧體，招酸銅，氧化銅猛，擔載在氧化招上的鎳，氧化鋅，氧化鐵，銅，氧化亞銅(I)，氧化銅(II)，石灰石，石灰，Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4,鐵屑，CaCO3, Ca(OH)2, CaCO3.MgO,CaMg2 (CH3COO)6, 二氧化硅，氧化鋁，陶土，高嶺石，礬土，酸性白土，綠坡縷石，煤灰，蛋殼，Ca-蒙脫土，有機鹽例如乙酸鈣鎂(CMA)，乙酸鈣(CA)，甲酸鈣(CF)，苯甲酸鈣(CB)，丙酸鈣(CP)，和乙酸鎂，及其混合物。在一些實施方式中，第一加工的燃料包括一種或多種吸附劑，氣化器在高于一種或多種吸附劑的燒結溫度的溫度進行共氣化。在一些實施方式中，燃燒器可以直接或間接共燃。
[0024]在一些實施方式中，本發(fā)明提供燃燒系統(tǒng)的一體化方法，其包括將第一加工的燃料和第一化石燃料引入到共燃裝置中。該方法也包括共燃第一加工的燃料和第一化石燃料以制備合成氣。該方法也包括將第二加工的燃料、第二化石燃料和制備的合成氣引入到燃燒反應器中。該方法也包括共燃第二加工的燃料、第二化石燃料、和制備的合成氣。
[0025]在一些實施方式中，第一共燃裝置選自:氣化器，燃燒器，和鍋爐。在一些實施方式中，第一共燃裝置是燃燒器或鍋爐，所述燃燒器或鍋爐包括在還原環(huán)境中操作的床區(qū)域。在一些實施方式中，合成氣完全燃燒或不完全燃燒。在一些實施方式中，第一加工的燃料不同于第二加工的燃料。在一些實施方式中，使第一加工的燃料優(yōu)化用于在還原環(huán)境中燃燒，其中使第二加工的燃料優(yōu)化用于在氧化環(huán)境中燃燒。在一些實施方式中，燃燒器是鍋爐，共燃包括:在鍋爐的燃燒區(qū)域中燃燒第二加工的燃料和第二化石燃料；和在鍋爐的再燒區(qū)域燃燒合成氣。在一些實施方式中，共燃步驟包括直接共燃和間接共燃之一。在一些實施方式中，第一加工的燃料和第二加工的燃料中的至少一種包括一種或多種吸附劑。在一些實施方式中，所述一種或多種吸附劑選自倍半碳酸鈉(Trona)，碳酸氫鈉，碳酸鈉，鐵酸鋅，鐵酸鋅銅，鈦酸鋅，銅鐵招氧體，招酸銅，氧化銅猛，擔載在氧化招上的鎳，氧化鋅，氧化鐵，銅，氧化亞銅(I)，氧化銅(II)，石灰石，石灰，Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4,鐵屑，CaCO3, Ca(OH)2,CaCO3.MgO, CaMg2 (CH3COO) 6，二氧化硅，氧化鋁，陶土，高嶺石，礬土，酸性白土，綠坡縷石，煤灰，蛋殼，Ca-蒙脫土，乙酸鈣鎂，乙酸鈣，甲酸鈣，苯甲酸鈣，丙酸鈣，和乙酸鎂，及其混合物。在一些實施方式中，化石燃料包括一種或多種煤。在一些實施方式中，所述一種或多種煤選自:無煙煤，褐煤，煙煤，及其混合物。
【具體實施方式】
[0026]以下說明書和非限制性實施例進一步更詳細地說明本發(fā)明。
[0027]定義
[0028]本申請的說明書和權利要求書中使用的動詞“包括”及其詞性變化以其非限制性意義使用以表示該詞之后的項目包含在其中，但是不排除未明確提及的項目。
[0029]術語“空氣當量比(air equivalence ratio) ”(AR)表示提供至燃燒反應器的空氣的量除以燃料完全燃燒所需的空氣的量的比率。空氣當量比“AR”可以由以下方程表示:
[0030]AR=(提供至燃燒反應器的空氣)/(燃料完全燃燒所需的空氣)
[0031]術語“英熱單位”(BTU)表示將一磅水的溫度提升一華氏度所需的熱能的量。一千BTU表示為MBTU，一百萬BTU表示為MMBTU。
[0032]術語“碳含量”表示在燃料的固定碳中以及所有揮發(fā)性物質中所包含的全部碳(參見以下定義)。
[0033]術語“碳轉化”表示將燃料進料中的固體碳轉化為含碳的氣體例如CO、C02。
[0034]在多燃料加工系統(tǒng)或子系統(tǒng)的上下文中的術語“共燃比率”表示一種或多種燃料(但是少于所有燃料)的輸入參數總和與多燃料加工系統(tǒng)中所有燃料的輸入參數總和之t匕，其中所述多燃料加工系統(tǒng)例如但不限于共氣化系統(tǒng)、或共燃燃燒系統(tǒng)。本文中術語燃料的“輸入參數”可以表示燃料的重量，燃料每單位時間的重量，燃料的熱值(也稱為“熱量基礎”或“能量基礎”)，或燃料每單位時間的熱值。例如，在加工量為Fl、F2、F3、F4的四種不同燃料的多燃料系統(tǒng)中，燃料Fl的共燃比率如下給出:
[0035](共燃比率)F1=(Fl) / (F1+F2+F3+F4)
[0036]燃料F1、F2的組合(例如其中F1、F2可以是相同或不同種類的加工的燃料，F3、F4可以是相同或不同種類的煤)的共燃比率如下給出:
[0037](共燃比率)F1+F2=(F1+F2) / (F1+F2+F3+F4)
[0038]術語“商業(yè)廢物”表示由商店、辦公室、飯店、貨棧、和其它非制造非加工行為產生的固體廢物。商業(yè)廢物不包括家庭、加工、工業(yè)或特殊廢物。
[0039]術語“加工的燃料(engineered fuel) ”是部分或全部源自于住宅和/或商業(yè)廢物(MSff)的任何燃料，并且可以包含一種或多種化學添加劑。在本發(fā)明的一些實施方式中，制得的“加工的燃料”具有特定的化學和物理特征。[0040]術語“化石燃料”是最初通過死亡有機體的分解形成的任何燃料。化石燃料的非限制性實例是煤，石油，和天然氣，及其變體。
[0041]術語“垃圾”表示易腐爛的固體廢物，包括得自食品的處理、儲存、出售、準備、烹飪或供應的動物和植物廢物。垃圾主要源自家庭廚房，商店，市場，飯店，以及其中儲存、準備或供應食品的其它地方。
[0042]術語“有害廢物”表示表現出有害廢物的四種特征之一(反應性，腐蝕性，可燃性，和/或毒性)或者由EPA在40CFR部分262指定特別稱為此的固體廢物。
[0043]術語“熱值”定義為當燃料完全燃燒時釋放的能量的量。當在燃燒過程中產生的水在參照溫度為液態(tài)時，熱值可以為表示為“高熱值，HHV”或“總熱值，GCV”，或者當產生的水在參照溫度為蒸氣時，熱值可以表示為“低熱值，LHV”或“凈熱值，NCV”。
[0044]術語“高熱值”(HHV)表示在燃料燃氣燃燒且產物水為液態(tài)時釋放的熱值。在不含水氣的基礎上，任何燃料的HHV可以使用以下方程計算:
[0045]HHV 燃料=146.58C+568.78H+29.4S - 6.58A51.53 (0+N).[0046]其中C、H、S、A、0和N分別為碳含量、氫含量、硫含量、灰分含量、氧含量和氮含量，全部以重量百分比計。
[0047]術語“城市固體廢物”(MSW)表示在住宅區(qū)、商業(yè)或工業(yè)設施和公共機構產生的固體廢物，并且包括所有可加工的廢物以及可加工的建筑物和破壞碎片的所有組分，但是不包括有害廢物，汽車廢料和其它機動車輛廢物，傳染性廢物，石棉廢物，污染的土壤和其它吸收介質以及除來自家用爐的 灰分之外的灰分。用過的輪胎不包括在MSW的定義內。城市固體廢物的組分不受限制地包括塑料，纖維，紙，集材場廢物，橡膠，皮制品，木材，以及回收殘渣，包含城市固體廢物已經用從城市固體廢物挑出的多種組分加工之后剩余的可回收物料的不可回收部分的殘留組分。
[0048]術語“不可加工的廢物”(也稱為不燃性廢物)表示不容易燃燒的廢物。不可加工的廢物包括但不限于:電池，例如干電池，汞電池和車輛電池，冰箱，爐，冷藏機，洗滌機，干燥器，彈簧床面，車輛框架部件，曲柄軸箱，傳動裝置，發(fā)動機，割草機，吹雪機，自行車，文件柜，空氣調節(jié)裝置，熱水加熱器；儲水罐，水軟化器，爐子，儲油罐，金屬家具，丙烷罐，和集材場廢物。
[0049]術語“加工的MSW廢物流”表示MSW已經在例如物料回收設備(MRF)通過根據MSW組分的類型分類加工。MSW組分的類型包括但不限于，塑料，纖維，紙，集材場廢物，橡膠，皮制品，木材，以及回收殘渣，包含城市固體廢物已經用從城市固體廢物挑出的多種組分加工之后剩余的可回收物料的不可回收部分的殘留組分。加工的MSW基本上不包含玻璃，金屬，粗砂，或不燃物。粗砂包括泥土，灰塵，粒狀廢物例如沙子，由此加工的MSW基本上不包含沙子。
[0050]術語“可加工的廢物”表示容易燃燒的廢物。可加工的廢物包括但不限于，僅源自住宅、商業(yè)和機關的報紙、郵寄宣傳品、皺紙板、辦公用紙、雜志、書、卡紙、其它紙張、橡膠、紡織品、和皮制品，木材，食品廢物，以及MSW流的其它易燃部分。
[0051]術語“回收殘渣”表示在回收設備已經從在回收角度而言不再包含經濟價值的進料廢物加工其可回收物之后剩余的殘渣。
[0052]術語“淤泥”表示從城市、商業(yè)、或工業(yè)廢水處理廠或工藝、自來水處理廠、空氣污染控制設備或具有類似特征和效果的任何其它這樣的廢物產生的任何固體、半固體、或液體。
[0053]術語“固體廢物”表示具有足夠的液體含量以便于自由流動的不期望的或丟棄的固體材料，包括但不限于垃圾，污物，廢料，破爛，垃圾，惰性填充物料，和景觀垃圾，但是不包括有害廢物，生物醫(yī)學廢物，化糞池淤泥，或農業(yè)廢物，但是不包括用于使土壤肥沃的動物肥料和吸收床或在工業(yè)排放物中的固體或溶解的物質。該定義不排除固體廢物或廢物的組分可以具有價值、可有益地使用、具有其它用途、或可以出售或交換的事實。
[0054]術語“吸附劑”表示添加到加工的燃料的物質，它們或用作傳統(tǒng)吸附劑且吸收化學或單質副產物，或與化學或單質副產物反應，或在其它的情況下僅簡單地作為添加劑來改變加工的燃料特征例如灰分熔解溫度和燃燒效力。
[0055]術語“揮發(fā)性物質”表示燃料的一部分，該部分當在較低溫度加熱時可以作為易燃和/或不易燃氣體或液體從固體燃料中釋放。
[0056]術語“揮發(fā)性有機物質”或VOC表示在標準條件下具有足夠高的蒸氣壓以大量蒸發(fā)并進入大氣中的有機化學化合物。揮發(fā)性物質的非限制性實例包括烷烴，烯烴，醛，酮，芳族物質如苯，和其它輕質烴。
[0057]在數值前使用的術語“約”表示該值的±10%的范圍，例如，“約50”表示45至55，“約25，000”表示22，500至27，500，等等。此外，短語“小于約”某值或“大于約”某值應該根據本申請?zhí)峁┑男g語“約”的定義理解。
[0058]術語“NOx”表示氮的氧化物或氮氧化物，例如NO，NO2等。
[0059]術語“SOx”表示硫的氧化物或硫氧化物，例如SO，SO2, SO3等。
[0060]術語“氧化劑”是指氧化試劑或反應物，包括但不限于空氣、氧氣、或富氧空氣。
[0061]燃燒系統(tǒng)
[0062]根據本發(fā)明特定實施方式的燃燒系統(tǒng)100在圖1中示意性說明。系統(tǒng)100配置用于在商業(yè)、工業(yè)、和/或公司發(fā)電廠中將加工的燃料與化石燃料共燃。在一些實施方式中，系統(tǒng)100用于將煤與源自MSW的再造燃料共氣化和共燃。系統(tǒng)100包括第一和第二化石燃料源102a，b，第一和第二加工的燃料源106a，b，第一和第二燃料處理裝置108a，b，和燃燒器111。應該知道，提及的特征102a-b和106a-b可以表示燃料本身，和/或相應的燃料源。
[0063]化石燃料源102a，b配置以分別向處理裝置108a，b提供化石燃料。來源102a，b可以是相同的來源，并且可以提供含量、組成、形式、和/或重量相同或不同的化石燃料。在一些實施方式中，來源102a，b之一可以是任選的。在一些實施方式中，化石燃料是適于在燒煤發(fā)電廠燃燒的煤或煤共混物，并且可以包括無煙煤、褐煤、煙煤、及其組合。來源102a，b也可以包括產煙煤所必需的上游設備。例如，來源102a，b可以包括以下的一種或多種:挖掘、運輸、儲存、和加工設備，例如煤的研磨機，破碎機，粉碎機，及其組合，正如本領域已知?；剂显?02a，b各自以適于遞送化石燃料的任何適當方式連接于其各自的處理裝置 110a, bo
[0064]加工的燃料源104a，b配置以分別向處理裝置108a，b提供加工的燃料。在一些實施方式中，加工的燃料包括MSW，來源104a，b可以包括加工的燃料產生(例如制備加工的燃料的增密粒料)和/或加工(例如粉化增密的加工的燃料粒料)所必需的上游設備。例如，來源104a，b可以包括一種或多種工藝，例如物料分類和分離，切碎，制粒，增密和粉化。在一些實施方式中，加工的燃料104a，b中的至少一種包括MSW和一種或多種吸附劑。在一些實施方式中，在每種加工的燃料中的吸附劑獨立地選自倍半碳酸鈉(Trona)，碳酸氫鈉，碳酸鈉，鐵酸鋅，鐵酸鋅銅，鈦酸鋅，銅鐵鋁氧體，鋁酸銅，氧化銅錳，擔載在氧化鋁上的鎳，氧化鋅，氧化鐵，銅，氧化亞銅(I)，氧化銅(II)，石灰石，石灰，Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4,鐵屑，CaCO3, Ca (OH)2, CaCO3.MgO, CaMg2 (CH3COO) 6，二氧化硅，氧化鋁，陶土，高嶺石，礬土，酸性白土，綠坡縷石，煤灰，蛋殼，Ca-蒙脫土和有機鹽(例如乙酸鈣鎂(CMA)，乙酸鈣(CA)，甲酸鈣(CF)，苯甲酸鈣(CB)，丙酸鈣(CP)和乙酸鎂(MA)。在一些實施方式中，將含吸附劑的加工的燃料在超過其中包含的至少一種吸附劑的燒結溫度的溫度共氣化或共燃，并將吸附劑與加工的燃料混合，防止吸附劑在這樣的條件下燒結。
[0065]在一些實施方式中，當燃燒和/或與煤共燃時，加工的燃料104a，b產生較少的一種或多種污染物或不期望的燃燒副產物。因此，在一些實施方式中，加工的燃料104a，b產生較少的硫排放量，以及產生較少的重金屬排放量，與煤燃燒時的重金屬排放量的已知水平相比。在一些實施方式中，加工的燃料104a，b產生較少的顆粒物質(PM)排放量，與煤燃燒時釋放的顆粒物質的已知水平相比。
[0066]在一些實施方式中，加工的燃料104a，b產生較少的NOx排放量，與煤燃燒時釋放的NOx的已知水平相比。在一些實施方式中，加工的燃料104a，b產生較少的CO排放量，與煤燃燒時釋放的CO的已知水平相比。在一些實施方式中，加工的燃料104a，b產生較少的CO2排放量，與煤燃燒時釋放的CO2的已知水平相比。在一些實施方式中，加工的燃料104a，b產生較少的揮發(fā)性有機化合物(VOC)排放量，與煤燃燒時釋放的VOC的已知水平相比。在一些實施方式中，加工的燃料104a，b產生較少的鹵素氣體排放量，與煤燃燒時釋放的鹵素氣體的已知水平相比。在一些實施方式中，加工的燃料104a，b產生較少的溫室氣體(GHG)排放量，與煤燃燒時釋放的GHG的已知水平相比。
[0067]加工的燃料源104a，b各自以適于遞送加工的燃料的任何適當方式連接于其各自的處理裝置108a，b。加工的燃料源104a，b可以是相同的來源，并且可以提供含量、組成、形式、和/或重量相同或不同的加工的燃料。在一些實施方式中，加工的燃料源104a，b之一是任選的。在一些實施方式中，來自來源104a，b的加工的燃料至少在吸附劑含量、組成、形式、和/或重量方面不同，使得使第一加工的燃料優(yōu)化用于在還原環(huán)境中燃燒104a，而針對在總體氧化環(huán)境(即還原環(huán)境或區(qū)域可以局部或區(qū)域性地存在于氧化環(huán)境內)中燃燒優(yōu)化第二加工的燃料104b。在圖1說明的實施方式中，處理裝置108a配置以按任何適當的方式接收第一化石燃料102a和第一加工的燃料104a，處理裝置108b配置以按任何適當的方式接收第二化石燃料102b和第二加工的燃料104b。各處理裝置108a，b可操作用于處理第一化石燃料102a和第一加工的燃料104a，并且可以獨立地包括以下中的一種或多種的設備和功能(但不限于此):研磨設備，共研磨設備，共混設備，氣泵設備，共燃設備(例如，氣化器，燃燒器，和鍋爐)，和子系統(tǒng)，其組合。適宜的燃燒設備包括固定床燃燒器，流化床燃燒器，和粉化燃料燃燒器。適宜的氣化設備包括固定床氣化器例如上抽式(逆流)氣化器和下吸式(同流)氣化器，氣流床氣化器，流化床氣化器，內部或外部循環(huán)的流化床氣化器，和其它類型的氣化器例如螺旋驅動氣化器。在一些實施方式中，至少一個處理裝置108a，b包括共燃裝置。在一些實施方式中，共燃裝置選自:氣化器，燃燒器，和鍋爐。在一些實施方式中，共燃裝置是燃燒器或鍋爐，燃燒器或鍋爐包括在還原環(huán)境中操作的床區(qū)域。在一些實施方式中，共燃裝置可以是具有還原環(huán)境的氣化器。在一些實施方式中，共燃裝置可以是可具有總體氧化環(huán)境的燃燒器或鍋爐，并且包括還原區(qū)域，例如流化床燃燒器或供燃料鍋爐(stoke boiler),它們具有提供還原環(huán)境的床區(qū)域。各處理裝置108a, b以任何適當的方式獨立地連接于燃燒器112，這取決于處理裝置的操作和輸出(稍后討論)。應該理解，另外的處理裝置、化石燃料源、和加工的燃料源(未顯示)在本發(fā)明的范圍內，并且可以按適當的方式相互連接，這取決于燃燒器112的構造和操作。
[0068]在一些實施方式中，第一處理裝置108a接收在第一加工的燃料的第一共燃比率的第一化石燃料102a和第一加工的燃料104a，并加工基本上全部接收的燃料102a，104a。在一些實施方式中，第一處理裝置108a接收比率不同于第一共燃比率的燃料102a，104a，并且可操作以操控接收的燃料102a，104a，由此在處理之前實現第一共燃比率。這樣的操控可以包括但不限于，燃料的臨時儲存，混合/共混，以及加熱。在一些實施方式中，燃料源102a，104a，和第一處理裝置108a協作以保持第一處理裝置108a在第一共燃比率操作。
[0069]以類似的方式，第二處理裝置108b可操作用于在第二加工的燃料的第二共燃比率用于全部接收的燃料102b，104b，和/或可操作用于操控接收的燃料以在處理之前實現第二共燃比率。在一些實施方式中，燃料源102b，104b，和第二處理裝置108b協作以保持第二處理裝置108b在第二共燃比率操作。
[0070]燃燒系統(tǒng)100的加工的燃料的總的共燃比率可以基于總的加工的燃料104a，b計算，總的化石燃料102a，b分別在第一和第二共燃比率處理處理裝置108a，b。換言之，總的共燃比率可指示進料到燃燒系統(tǒng)100中的化石燃料和加工的燃料的相對量，最終由燃燒系統(tǒng)利用以產生電力。在一些實施方式中，總的共燃比率變化，而保持第一共燃比率和第二共燃比率的值固定。在一些實施方式中，如下改變總的共燃比率:改變第一加工的燃料104a、第一化石燃料102a、第二加工的燃料104b、和第二化石燃料102b中至少兩種的輸入特征，使得第一共燃比率和第二共燃比率基本上不變。在一些實施方式中，燃料的改變的輸入特征是以下中的一種或多種:燃料的重量(例如以公噸計)，燃料的供給速率(例如以噸/年計)，和燃料的熱值(例如以百萬英熱單位，或MMBtu計)。在一些實施方式中，化石燃料源102a_b、加工的燃料源104a_b、和處理裝置108a_b中的兩種或更多種協作以改變共燃比率，使得第一共燃比率和第二共燃比率基本上不變。
[0071]在一些實施方式中，加工的燃料的第一和第二共燃比率獨立地為約0%，約5%，約6%,約 7%,約 8%,約 9%,約 10%,約 11%,約 12%,約 13%,約 14%,約 15%,約 16%,約 17%,約 18%,約 19%,約 20%,約 25%,約 30%,約 31%,約 32%,約 33%,約 34%,約 35%,約 36%,約 37%,約 38%,約 39%,約 40%,約 41%,約 42%,約 43%,約 44%,約 45%,約 46%,約 47%,約 48%,約 49%,約 50%,約 51%,約 52%,約 53%,約 54%,約 55%,約 56%,約 57%,約 58%,約 58%,約 60%,約 61%,約 62%,約 63%,約 64%,約 65%,約 66%,約 67%,約 68%,約 69%,約 70%,約 75%,約 80%,約 85%,約 90%,約95%，或約100%。在一些實施方式中，燃燒系統(tǒng)100可操作以達到下述的加工的燃料的總的共燃比率:約0%，約5%，約10%，約15%，約20%，約21%，約22%，約23%，約24%,約25%，約26%,約 27%，約 28%，約 29%,約 30%，約 35%，約 40%，約 45%，約 50%，約 55%，約 60%，約 65%，約70%，約75%，約80%，約85%，約90%，約95%，或約100%，以及其間的所有范圍和子范圍。除非另有指出，否則共燃比率是指加工的燃料與總燃料的比率(即加工的燃料和化石燃料)。
[0072]在一些實施方式中，第一處理裝置108a可按共燃模式操作，其中處理裝置分別地研磨第一化石燃料102a和第一加工的燃料104a，然后經例如適當的管道分別運送每種燃料到燃燒器112的不同進出口。圖2A說明共燃方法的非限制性實例，其中第一處理裝置208a包括煤粉碎機214，其將加工的燃料204a和煤202a的組合流運送至燃燒器212的輸入口或管口 218a。第一處理裝置208a也包括壓縮機216a，b用于將運輸組合燃料流的載氣供入至燃燒器212。在一些實施方式中，例如在商業(yè)鍋爐構造中，壓縮機216a，b可以是帶有分流器的單個普通間接通氣風扇(indirect draft fan) (ID風扇)，該分流器可將載氣分流至不同的燃料運送線，并分成為燃燒器212，例如管口 218a的主空氣流和輔空氣流。
[0073]在一些實施方式中，第一處理裝置108a可按共燃模式操作，其中處理裝置將第一化石燃料102a和第一加工的燃料104a共研磨以組合運送至燃燒器112。圖2B說明共燃方法的非限制性實例，其中第一處理裝置208a包括煤粉碎機214，該煤粉碎機214將煤202a運送至燃燒器212的管口 218b，并且也在未實質上加工的情況下將加工的燃料204a運送至管口 218a。第一處理裝置208a也包括壓縮機216a_d，其將運輸燃料202a，204a的載氣供入至燃燒器212。如以上圖2A所討論，在一些實施方式中，壓縮機216a-d可以是帶有分流器的單個普通ID風扇，該分流器可將載氣分流至不同的燃料運送線并進入管口 218a，b。
[0074]圖2C說明可應用于圖2A-B中說明的任一實施方式的第一處理裝置208a的燃料進料系統(tǒng)的另一種非限制性實施方式。將加工的燃料204a以粒狀或粉碎形式運送至處理裝置208a，并儲存在第一處理裝置的燃料存儲器(fuel banker) 220中。傳送器224在通過抽氣將加工的燃料204a進料到煤粉碎機214的鵝頸式部分(gooseneck section) 232之前將加工的燃料204a運輸至質量流量計228。在一些實施方式中，煤粉碎機214僅以空氣流(沒有煤)操作，而在其它實施方式中煤粉碎機接收最少的煤進料(例如研磨機容量的20%)。
[0075]在一些實施方式中，加工的燃料可以按增密形式運送，并將其進料到煤進料管。再在其它實施方式中，可以將粒狀或粉碎的加工的燃料進料到研磨機的排氣側。在一些實施方式中，以上加工的燃料進料應用于現有煤研磨機之一，而在其它實施方式中加工的燃料進料執(zhí)行于每個研磨機；每個研磨機可以具有相同或不同的共燃比率。
[0076]在一些實施方式中，第一處理裝置108a可操作用于將第一燃料102a和第一加工的燃料104b共氣化以產生用于運送至燃燒器112的合成氣。盡管已關于第一處理裝置108a描述，但是應該理解這些操作中的一些或全部可以另外地或可替換地由第二處理裝置108b進行。在一些實施方式中，第一處理裝置108a將用于單獨運送至燃燒器112的第一化石燃料102a和第一加工的燃料104a單獨研磨或共研磨，而第二處理裝置108b包括氣化器，該氣化器將第二化石燃料102b和第二加工的燃料104b共氣化從而制得用于運送至燃燒器112的合成氣。
[0077]燃燒器或燃燒反應器112可操作用于燃燒接收來自處理裝置108a，b的一種或多種燃料，但是其他來源的燃料和各種燃燒組分例如空氣、干燥吸附劑等也在本發(fā)明的范圍內。燃燒器112可以按本領域已知的任何適當方式設計，包括固定床燃燒器，鼓泡式、湍流式或循環(huán)式流化床燃燒器，和粉化燃料燃燒器。燃燒器112可以包括主燃燒區(qū)域，過度燃燒區(qū)域，再燒區(qū)域，和對流區(qū)域。在一些實施方式中，燃燒器112是熔爐，使產生的熱量穿過單獨的發(fā)生器(未顯示)用于熱量回收和蒸氣產生。在一些實施方式中，燃燒器112是鍋爐并產生供給蒸氣渦輪動力的蒸氣，從而產生電力。[0078]在一些實施方式中，燃燒器112從處理裝置108a，b中的一種或多種接收化石燃料和加工的燃料，并可操作用于在主燃燒區(qū)域中使接收的燃料共燃。在一些實施方式中，燃燒器112從處理裝置108a，b中的一種或多種接收化石燃料、加工的燃料和合成氣，并可操作用于在主燃燒區(qū)域中使接收的燃料共燃，并進一步可操作用于在再燒區(qū)域中使接收的合成氣燃燒。
[0079]在一些實施方式中，燃燒器112從處理裝置108a，b中的一種或多種接收化石燃料和加工的燃料，并可操作用于在主燃燒區(qū)域中使接收的燃料共燃。在一些實施方式中，燃燒器112從處理裝置108a，b中的一種或多種接收化石燃料、加工的燃料和合成氣，并可操作用于在主燃燒區(qū)域中使接收的燃料共燃，并進一步可操作用于在再燒區(qū)域中使接收的合成氣燃燒。
[0080]本發(fā)明的實施方式提供共燃方法，其能夠減少來自燒制加工的燃料(例如源自MSff)和化石燃料如煤的空氣排放量，從而消除或顯著降低對常規(guī)和昂貴的煙道氣處理技術例如FGD和SCR的需要。
[0081]本發(fā)明的實施方式提供燃燒系統(tǒng)100的共燃方法，其中燃燒系統(tǒng)100的總的共燃比率可以在寬范圍內變化而不會對各系統(tǒng)組分的操作具有影響，或具有可接受的最小限度影響。換言之，本發(fā)明可操作而在寬范圍內改變燃燒系統(tǒng)100的總的共燃比率，而處理裝置108a，b仍然能夠在恒定且最佳的第一和第二共燃比率操作，而不管總的共燃比率是多少。在一些實施方式中，系統(tǒng)100的總的共燃比率可以變化以滿足在源于生物的來源(例如源自生物質的加工的燃料)的燃燒與不是源于生物的化石燃料的燃燒的CO2排放量之間具有區(qū)別的規(guī)章和/或會計標準(例如由EPA規(guī)定)。
[0082]本發(fā)明的實施方式提供共燃方法，其補充支持(leverages)和受益于不同來源和特征的燃料之間的相互作用。根據本發(fā)明的實施方式，將少量加工的燃料(特別是為適用于強氧化燃燒條件而配制和制備的那些)與煤直接在現有的燒煤鍋爐中共燃。所得的共燃比率足夠低(例如<5-10%)以確保安全和順利的共燃操作，但是足以使加工的燃料也可用作減排試劑載體。以這種方式，加工的燃料完成多種功能，即，可再生燃料價值，由于高揮發(fā)物含量可作煤燃燒促進劑(其允許燒煤鍋爐降低其溫度，而又不會降低碳轉化，同時降低NOx的生產)，空氣排放和系統(tǒng)腐蝕控制試劑或添加劑載體。因為共燃比率可非常低，可有效地減小與燃料品質和供給的變化有關的風險。
[0083]根據本發(fā)明的實施方式，為共燃裝置例如氣化器、燃燒器或鍋爐的處理裝置將煤和加工的燃料混合物在相對高但最佳確定的恒定共燃比率(即加工的燃料的50-70%)操作。通過在該共燃裝置中共燃或共氣化加工的燃料和煤，顯著減輕了通常與基于生物質的加工的燃料有關的問題。由于它們的特別性質，生物質灰分可以包含大量的堿，特別是NaCl和KC1，這是有問題的，由于它們的低熔融溫度，會形成腐蝕性沉積物，并與鐵反應以釋放單質氯(Cl2)。煤灰具有顯著不同于生物質灰分的特性，通常包含高熔融溫度和穩(wěn)定的硅酸鋁。煤灰可以保留從生物質灰分釋放的單質以形成熱穩(wěn)定的化合物，因此會減輕當單獨燒制生物質時遇到的問題。
[0084]本發(fā)明的實施方式提供共燃方法，其中加工的燃料特別針對在還原環(huán)境中應用而優(yōu)化(即不含或缺乏氧氣)，另一種加工的燃料特別針對在氧化環(huán)境中應用而優(yōu)化，將這兩種加工的燃料分別與煤在還原環(huán)境(例如當處理裝置108a，b之一包括氣化器時)和氧化環(huán)境(例如燃燒器112)中共燃。兩種特性截然不同的加工的燃料可以具有最好地適于它們的特定目標應用的物理和/或化學特征。
[0085]根據本發(fā)明的一方面，特別針對還原環(huán)境例如在氣化過程中優(yōu)化的加工的燃料(例如加工的燃料104b)可以具有較高的燃料氮，以便于制備較多的氨，然后氨之后在燃燒器中用作NOx還原劑。該“適于還原環(huán)境的加工的燃料”也可以具有較高的濕度以便于制備較多的甲烷，較多的甲烷將會增加合成氣熱值從而有益于燃燒器112中的下游燃燒性能。適于還原環(huán)境的加工的燃料可以包含不同種類和含量的所選吸附劑以實現與在還原環(huán)境中制得的排放化合物的最好的反應性(例如燃料硫轉化為H2S而非氧化條件下的S02，燃料氮轉化為NH3而非氧化條件下的NOx)。適于還原環(huán)境的加工的燃料也可以包含添加劑以改善其灰分特征例如熔解溫度，以及包含添加劑以促進焦油的催化裂解。因為氣化通常在較低溫度操作，特別是當與加工的燃料共氣化時，因此可以極大地改善空氣排放控制吸附劑的選擇，吸附劑效率和熱穩(wěn)定性。而且，氣化比燃燒產生較低含量的煙道氣，可以實現有效的灰分移除，因此降低PM排放量。
[0086]根據本發(fā)明的實施方式，特別是針對燃燒優(yōu)化的加工的燃料(例如加工的燃料104a)可以包含低的燃料氮和/或較低的濕度以便于降低NOx的產生，并增加燃燒效率。除了針對S02、SO3和HCl減排選擇的試劑之外，“適于氧化環(huán)境的加工的燃料”也可以包含試劑以制備NOx還原劑或促進NOx熱還原。在一些實施方式中，相同的吸附劑和添加劑用于適于還原環(huán)境的加工的燃料和適于氧化環(huán)境的加工的燃料兩者，這些吸附劑或添加劑各自的用量或含量可以針對各加工的燃料獨立地變化以便于最好和最大限度地利用這些吸附劑和添加劑。
[0087]在一些實施方式中，本發(fā)明提供共燃方法，該方法可達到通常等級較低的基于生物質的加工的燃料的最大可能的能量轉化效率。勝于在傳統(tǒng)燃燒器(通過蒸汽渦輪的典型發(fā)電效率為約20%)中簡單地燃燒低等級基于生物質或廢物的燃料，本發(fā)明的一些實施方式得到的發(fā)電效率為約30%，為約31%，為約32%，為約33%，為約34%，為約35%，或接近于約40%,以及其間的所有范圍和子范圍。在一些實施方式中，鍋爐是超臨界鍋爐/蒸汽發(fā)生器，所達到的發(fā)電效率接近于約40%。根據本發(fā)明的一些實施方式，在共氣化和共燃過程中移除氯和硫化合物會顯著降低與(通常為低等級和高氯含量)含生物質的加工的燃料有關的爐邊腐蝕的風險，因此允許蒸汽鍋爐在與燒煤鍋爐相同的蒸氣條件操作，燒煤鍋爐的典型的耗熱率為10MMBtu/MWh (或34%效率)。
[0088]圖3說明本發(fā)明的示例性實施方式。燃燒系統(tǒng)300包括煤源302a_b，加工的燃料源304a-b，處理裝置308a-b，和燃燒器(鍋爐)312。除非另有說明，否則應該理解，圖3中說明的各種組分充分地對應于圖1中類似命名和標號的組件。例如，煤源302a-b對應于煤源102a-b，以此類推。
[0089]處理裝置308b包括氣化器324，該氣化器324將適于還原環(huán)境的加工的燃料304b與煤302a在第二共燃比率共氣化，而不管系統(tǒng)300的總的共燃比率。第二共燃比率(在該情況下也稱為共氣化比率)可以低于約70%，低于約60%，低于約50%，低于約45%，低于約40%，低于約35%，或低于約30%。氣化器324具有可靠的操作特征，例如優(yōu)越的材料處理和加工能力。示例性的氣化器包括螺旋驅動、水平安裝的氣化器，例如由Wichita, Kansas的ICM inc.開發(fā)的該種氣化器。適于還原環(huán)境的加工的燃料304b可以處于松散或密集形式，并在將其進料到氣化器324之前通過處理裝置308b的共混機320將其與煤302b預混合。在一些實施方式中，可以將煤302b和適于還原環(huán)境的加工的燃料304b單獨地進料到氣化器。在經歷了本領域已知的氣化的不同步驟(包括干燥、脫揮發(fā)分、和灰化氧化)之后，制得主要包括氫氣和一氧化碳的合成氣。在一些實施方式中，適于還原環(huán)境的加工的燃料304b包含適當的吸附劑，其含量足以與共氣化的加工的燃料和煤302b兩者中都包含的硫和氯原位反應。以這種方式，產物合成氣基本上不含H2S和HC1，由此可以基本上消除與硫和氯有關的問題，例如排放、腐蝕和沉積。在如果必要移除了灰塵(未顯示)之后的合成氣被送至鍋爐312，其中至少一部分的合成氣可以用作NOx再燒燃料。除了合成氣之外，可以在預定的第一共燃比率通過處理裝置308a向鍋爐312提供加工的燃料304a和煤302a。第一共燃比率的熱值小于約5%，小于約8%，小于約10%，或小于約15%。以這種方式，可以將燃料302a, 304a預混合和共研磨(例如通過處理裝置308a的研磨設備314)并在鍋爐312中燃燒。在一些實施方式中，可以將加工的燃料304a單獨地研磨(例如通過處理裝置308a的研磨設備318)，然后將其與有待于在鍋爐312中燃燒的煤302a混合。
[0090]在本發(fā)明的一些實施方式中，如圖3說明，燃燒器配置成為通用鍋爐312。在一些實施方式中，公開的方法也可以應用于其它共燃應用，例如鈣煅燒和水泥生產窯中的煤燃燒器，工藝的蒸氣發(fā)生器(工業(yè)鍋爐)或區(qū)域加熱或冷卻。
[0091]在一些實施方式中，氣化器324可以是空氣鼓風裝置。在一些實施方式中，氣化器可以用氧氣和/或蒸氣操作。在一些實施方式中，如圖4中最好地說明，氣化器324可以配置以包括連續(xù)的高溫分解區(qū)域324a、氣化區(qū)域324b和燃燒區(qū)域324c。在這些實施方式中，可以將空氣和/或蒸氣以速率、溫度等不同的條件供入至不同的區(qū)域(參見圖4中的氧化劑流 328a、328b、和 328c)。
[0092]以下實施例說明本發(fā)明的實施方式，不應該認為它們會將本公開的范圍和精神限制于本申請描述的具體過程。應該理解，不意圖對本申請的范圍產生限制。還應該理解，本發(fā)明可以有各種其它實施方式、修改和等價物，這可以在不背離本公開的精神和/或所附權利要求的范圍的情況下使本領域技術人員明白它們。
[0093]實施例
[0094]參考實施例1
[0095]計算機過程模似使用Aspen Plus V7.2過程模似包進行。使用具有列于表I的特征的煤(db:干燥基礎；ar:原樣接受基礎)。加工的燃料可以基于典型的廢物殘留組合物在高級多材料加工平臺(MMPP)設施或傳統(tǒng)材料回收設施(MRF)中配制。殘留組分基于它們相對于以下的重量組成:紙、雜志、新聞用紙、紙板、紡織品、塑料、木制生物質、庭院修剪物(yard trimmings)和食品廢料等。在化學分析之前，將加工的燃料制粒。分析結果列于表I (‘EFIM )。在以下的所有實施例中，煤和EF進料速率基于以下確定:假定的400麗發(fā)電廠，其平均耗熱率為9.478MMBtu/MWh,總的熱量輸入速率為7，582，400MMBtu/hr。在所有的模擬中，煙道氣循環(huán)技術用于將煙道氣溫度控制恒定在1，750° F。在使用氣化器的情況下，調節(jié)空氣當量比以便于將合成氣溫度保持恒定在1，400° F。氣化和燃燒過程都基于吉布斯自由能最小化方法模擬。提供的所有的空氣排放污染物(NOx，S02，S03，HCl，Cl2)對應于在煙道氣中7%的O2。
[0096]表1:燃料特征煤EF
濕度4.0 10 近似分析
固定碳(db，wt.%)53.416.2
揮發(fā)物(db，wt.%)36.475.1
灰分(db，wt.%)10.28.7
最后分析
[0097]碳(db，機％)71.147.1
氫(db，wt.%)5.2 6.3
氮(cib，wt.%)1.5 0.5
疏(db.wt%)2,0 0.17
氯(db, wt.%)0.1 0 25
氧(db，wt.%)9.9 36.98
高熱值(ar, Btu/lb)12J88 7 975 [0098]實施例1
[0099]該實施例確定了基準情況，其中在鍋爐中燃燒100%的煤。煤進料速率為296,4751bs/hr0該模擬提供了以下結果(表2)，其中所有的濃度值對應于在煙道氣中7%的02o Cl2以ppb給出。
[0100]表2
[0101]
污染物~I在煙道氣中的濃度，ppm I排放率，lbs/MMBtu
NO^ 1580.205
SO^ 1，0372.850
SO^ 540.186
HCl 490.077
Cl^ ~L23.51E-06[0102]模擬結果證明了:
[0103].NOx潛在排放水平高，因此要求在實際應用中安裝NOx排放控制技術。
[0104].SO2和HCl水平顯著高于空氣潔凈條例中設定的排放界限(Standards ofPerformance for Large Municipal Waste Combustors,其構造于 1994 年 9 月 20 日開始，或者其改進或重構于1996年6月19日開始)_ (SO2為30ppm，HCl為25ppm，所有都校正至7%的O2)。因此，需要后燃煙道氣處理，即FGD，來滿足這樣的界限。
[0105].離開鍋爐的煙道氣中的SO3為約54ppm，這會引起所有可能與SO3有關的問題，即，下游設備腐蝕和“藍翎”疊加。
[0106]?估計的煙道氣中的Cl2為1.2ppb (份每十億份)，這可能促使產生二噁英和呋喃。
[0107]這些結果表明，基準情況將產生約2，280，8021bs/hr蒸氣(在955F和
I,290psia)，或3，310MMbtu/hr,這對應于87.3%的熱效率(在理想的絕熱條件下)。
[0108]實施例2
[0109]在該實施例中，將煤與5%加工的燃料(以熱基礎計)按預混合方式直接共燃。煤進料速率為281，6511bs/hr，加工的燃料進料速率為23，7711bs/hr。加工的燃料包含消除硫和氯的吸附劑，其含量根據來自煤和加工的燃料兩者的全部硫和氯計算。因此，煙道氣中的S02、SO3> HCl和Cl2濃度，或潛在排放率顯著降低，與以上基準情況(實施例1)相比，如表3所示，其中所有的濃度值對應于在煙道氣中7%的02，Cl2以ppb給出。關于N0x，僅減少了 2%，可能是因為僅共燃了 5%的低燃料氮加工的燃料。由于基本上不含Cl2,因此通過將加工的燃料與煤共燃也可極大地減少二噁英/呋喃的形成。
[0110]包含約5%吸附劑的直接共燃的加工的燃料可以顯著減少空氣污染物排放量，但是共燃比率受限(即< 5%，以熱基礎計)。這極大地限制了使用新產生的加工的燃料。
[0111]表3
【權利要求】
1.燃燒系統(tǒng)的一體化方法，包括: 將第一加工的燃料和第一化石燃料引入到氣化器中； 將第一加工的燃料和第一化石燃料共氣化以制備合成氣； 將第二加工的燃料、第二化石燃料和制備的合成氣引入到燃燒反應器中；和 使第二加工的燃料、第二化石燃料、和制備的合成氣共燃。
2.權利要求1的方法，其中第一加工的燃料不同于第二加工的燃料。
3.權利要求2的方法，其中使第一加工的燃料優(yōu)化用于在還原環(huán)境中燃燒，其中使第二加工的燃料優(yōu)化用于在氧化環(huán)境中燃燒。
4.權利要求3的方法，其中所述燃燒器是鍋爐，其中共燃包括: 在鍋爐的燃燒區(qū)域中燃燒第二加工的燃料和第二化石燃料；和 在鍋爐的再燒區(qū)域燃燒合成氣。
5.權利要求1的方法，其中所述共燃步驟包括直接共燃和間接共燃之一。
6.權利要求1的方法，其中第一加工的燃料和第二加工的燃料中的至少一種包括一種或多種吸附劑。
7.權利要求6的方法，其中所述一種或多種吸附劑選自倍半碳酸鈉(Tixma)，碳酸氫鈉，碳酸鈉，鐵酸鋅，鐵酸 鋅銅，鈦酸鋅，銅鐵鋁氧體，鋁酸銅，氧化銅錳，擔載在氧化鋁上的鎳，氧化鋅，氧化鐵，銅，氧化亞銅(I)，氧化銅(II),石灰石,石灰，Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4,鐵屑，CaCO3, Ca (OH)2, CaCO3.MgO, CaMg2 (CH3COO) 6，二氧化硅，氧化鋁，陶土，高嶺石，礬土，酸性白土，綠坡縷石，煤灰，蛋殼，Ca-蒙脫土，乙酸鈣鎂，乙酸鈣，甲酸鈣，苯甲酸鈣，丙酸鈣，和乙酸鎂，及其混合物。
8.權利要求1的方法，其中所述化石燃料包括一種或多種煤。
9.權利要求8的方法，其中所述一種或多種煤選自:無煙煤，褐煤，煙煤，及其混合物。
10.改變燃燒系統(tǒng)的總的共燃比率的一體化方法，包括: 將第一加工的燃料和第一化石燃料以第一共燃比率引入到氣化器中； 將第一加工的燃料和第一化石燃料共氣化以制備合成氣； 將第二加工的燃料和第二化石燃料以第二共燃比率引入到燃燒器中； 將制備的合成氣引入到燃燒器中； 將第二加工的燃料、第二化石燃料、和制備的合成氣共燃；和 通過改變第一加工的燃料、第一化石燃料、第二加工的燃料、和第二化石燃料中至少兩種的輸入特征而改變燃燒的總的共燃比率，其中第一共燃比率和第二共燃比率基本上不變。
11.權利要求10的方法，其中改變的輸入特征是以下之一:重量，每單位時間的重量，熱值，和每單位時間的熱值。
12.權利要求10的方法，其中總的共燃比率為約10%至約50%。
13.權利要求10的方法，其中第二共燃比率為約5至約20%。
14.權利要求10的方法，其中第一共燃比率為約30%至約70%。
15.權利要求10的方法，其中所述化石燃料包括一種或多種煤。
16.權利要求15的方法，其中所述一種或多種煤選自:無煙煤，褐煤，煙煤，及其混合物。
17.權利要求10的方法，其中使第一加工的燃料優(yōu)化用于在還原環(huán)境中燃燒，其中使第二加工的燃料優(yōu)化用于在氧化環(huán)境中燃燒。
18.權利要求10的方法，其中第一加工的燃料和第二加工的燃料中的至少一種包括一種或多種吸附劑。
19.權利要求18的方法，其中所述一種或多種吸附劑選自倍半碳酸鈉(Tixma)，碳酸氫鈉，碳酸鈉，鐵酸鋅，鐵酸鋅銅，鈦酸鋅，銅鐵鋁氧體，鋁酸銅，氧化銅錳，擔載在氧化鋁上的鎳，氧化鋅，氧化鐵，銅，氧化亞銅(I)，氧化銅(II),石灰石,石灰，Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4,鐵屑，CaCO3, Ca (OH)2, CaCO3.MgO, CaMg2 (CH3COO) 6，二氧化硅，氧化鋁，陶土，高嶺石，礬土，酸性白土，綠坡縷石，煤灰，蛋殼，Ca-蒙脫土，乙酸鈣鎂，乙酸鈣，甲酸鈣，苯甲酸鈣，丙酸鈣，和乙酸鎂，及其混合物。
20.權利要求18的方法，其中第一加工的燃料包括一種或多種吸附劑，其中所述共氣化在高于一種或多種吸附劑的燒結溫度的溫度進行。
21.權利要求10的方法，其中所述共燃步驟包括直接共燃和間接共燃之一。
22.權利要求10的方法，其中所述燃燒器是鍋爐，其中共燃包括: 在鍋爐的燃燒區(qū)域中燃燒第二加工的燃料和第二化石燃料；和 在鍋爐的再燒區(qū)域燃燒合 成氣。
23.燃燒系統(tǒng),包括: 氣化器，用于接收在第一共燃比率的第一加工的燃料和第一化石燃料，所述氣化器可操作用于將第一加工的燃料和第一化石燃料共氣化以制備合成氣； 燃燒器，用于接收在第二共燃比率的第二加工的燃料和第二化石燃料，所述燃燒器進一步接收來自所述氣化器的所述合成氣，所述燃燒器可操作用于共燃第二加工的燃料、第二化石燃料、和制備的合成氣；和 其中所述燃燒系統(tǒng)可操作以通過改變第一加工的燃料、第一化石燃料、第二加工的燃料、和第二化石燃料中至少兩種的輸入特征來改變所述燃燒系統(tǒng)的總的共燃比率，其中第一共燃比率和第二共燃比率基本上未改變。
24.權利要求23的系統(tǒng)，其中改變的輸入特征是以下之一:重量，每單位時間的重量，熱值，和每單位時間的熱值。
25.權利要求23的系統(tǒng)，其中總的共燃比率為約10%至約50%。
26.權利要求23的系統(tǒng)，其中第二共燃比率為約5至約20%。
27.權利要求23的系統(tǒng)，其中第一共燃比率為約30%至約70%。
28.權利要求23的系統(tǒng)，其中所述化石燃料包括一種或多種煤。
29.權利要求28的系統(tǒng)，其中所述一種或多種煤選自:無煙煤，褐煤，煙煤及其混合物。
30.權利要求23的系統(tǒng)，其中使第一加工的燃料優(yōu)化用于在還原環(huán)境中燃燒，其中使第二加工的燃料優(yōu)化用于在氧化環(huán)境中燃燒。
31.權利要求23的系統(tǒng)，其中第一加工的燃料和第二加工的燃料中的至少一種包括一種或多種吸附劑。
32.權利要求31的系統(tǒng)，其中所述一種或多種吸附劑選自倍半碳酸鈉(Tixma)，碳酸氫鈉，碳酸鈉，鐵酸鋅，鐵酸鋅銅，鈦酸鋅，銅鐵鋁氧體，鋁酸銅，氧化銅錳，擔載在氧化鋁上的鎳，氧化鋅，氧化鐵，銅，氧化亞銅(I)，氧化銅(II),石灰石,石灰，Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4,鐵屑，CaCO3, Ca (OH)2, CaCO3.MgO, CaMg2 (CH3COO) 6，二氧化硅，氧化鋁，陶土，高嶺石，礬土，酸性白土，綠坡縷石，煤灰，蛋殼，Ca-蒙脫土，乙酸鈣鎂，乙酸鈣，甲酸鈣，苯甲酸鈣，丙酸鈣，和乙酸鎂，及其混合物。
33.權利要求23的系統(tǒng)，其中第一加工的燃料包括一種或多種吸附劑，其中所述氣化器在高于一種或多種吸附劑的燒結溫度的溫度進行共氣化。
34.權利要求23的系統(tǒng)，其中所述燃燒器可以直接或間接共燃。
35.權利要求23的系統(tǒng)，其中所述燃燒器是鍋爐，其中所述鍋爐可操作用于在鍋爐的燃燒區(qū)域中燃燒第二加工的燃料和第二化石燃料，其中所述鍋爐可進一步操作用于在鍋爐的再燒區(qū)域燃燒合成氣。
36.燃燒系統(tǒng)的一體化方法，包括: 將第一加工的燃料和第一化石燃料引入到共燃裝置中； 共燃第一加工的燃料和第一化石燃料以制備合成氣； 將第二加工的燃料、第二化石燃料和制備的合成氣引入到燃燒反應器中；和 共燃第二加工的燃料、第二化石燃料、和制備的合成氣。
37.權利要求36的方法，其中所述共燃裝置選自:氣化器，燃燒器，和鍋爐。
38.權利要求37的方法，其中第一共燃裝置是燃燒器或鍋爐，所述燃燒器或鍋爐包括在還原環(huán)境中操作的區(qū)域。
39.權利要求36的方`法，其中所述合成氣完全燃燒或不完全燃燒。
40.權利要求36的方法，其中第一加工的燃料不同于第二加工的燃料。
41.權利要求40的方法，其中使第一加工的燃料優(yōu)化用于在還原環(huán)境中燃燒，其中使第二加工的燃料優(yōu)化用于在氧化環(huán)境中燃燒。
42.權利要求41的方法，其中所述燃燒器是鍋爐，其中共燃包括: 在鍋爐的燃燒區(qū)域中燃燒第二加工的燃料和第二化石燃料；和 在鍋爐的再燒區(qū)域燃燒合成氣。
43.權利要求36的方法，其中所述共燃步驟包括直接共燃和間接共燃之一。
44.權利要求36的方法，其中第一加工的燃料和第二加工的燃料中的至少一種包括一種或多種吸附劑。
45.權利要求44的方法，其中所述一種或多種吸附劑選自倍半碳酸鈉(Tixma)，碳酸氫鈉，碳酸鈉，鐵酸鋅，鐵酸鋅銅，鈦酸鋅，銅鐵鋁氧體，鋁酸銅，氧化銅錳，擔載在氧化鋁上的鎳，氧化鋅，氧化鐵，銅，氧化亞銅(I)，氧化銅(II),石灰石,石灰，Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4,鐵屑，CaCO3, Ca (OH)2, CaCO3.MgO, CaMg2 (CH3COO) 6，二氧化硅，氧化鋁，陶土，高嶺石，礬土，酸性白土，綠坡縷石，煤灰，蛋殼，Ca-蒙脫土，乙酸鈣鎂，乙酸鈣，甲酸鈣，苯甲酸鈣，丙酸鈣，和乙酸鎂，及其混合物。
46.權利要求36的方法，其中所述化石燃料包括一種或多種煤。
47.權利要求46的方法，其中所述一種或多種煤選自:無煙煤，褐煤，煙煤，及其混合物。
【文檔編號】F23G5/00GK103782100SQ201280030501
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年4月23日 優(yōu)先權日:2011年4月22日
【發(fā)明者】J.W.波利格, D.R.白 申請人:Mph能源有限責任公司, 再生社會第二控股股份有限公司