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CN103995503A - 用于将含碳原料转化成气体的控制系统 - Google Patents

用于将含碳原料转化成气体的控制系统 Download PDF

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CN103995503A
CN103995503A CN201410148446.9A CN201410148446A CN103995503A CN 103995503 A CN103995503 A CN 103995503A CN 201410148446 A CN201410148446 A CN 201410148446A CN 103995503 A CN103995503 A CN 103995503A
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raw material
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gas
controlling
carbon raw
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CN201410148446.9A
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English (en)
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安德烈亚斯·灿格瑞斯
肯尼思·克雷格·坎贝尔
道格拉斯·迈克尔·菲斯比
阿利斯代尔·艾伦·麦克莱恩
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Original Assignee
Plasco Energy IP Holdings SL Schaffhausen Branch
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Abstract

本发明提供一种方法，用于控制高度可变碳含量的原料转化成具有基本一致特性的气体，包括：提供一种设施，用于根据综合加工将高度可变碳含量的原料转化成具有基本一致特性的气体；感测多个操作特性，每个操作特性表示一个或更多个综合加工、局部加工、以及区域性加工；根据表示多个操作特性的信息，使用一个或更多个计算平台，产生一个或更多个控制参数；至少部分地基于该一个或更多个控制参数，使用通信地与一个或更多个计算平台相关联的多个响应元件，控制综合加工、局部加工、以及区域性加工；以及用数字特性值来表示该多个操作特性中的一个或更多个。

Description

用于将含碳原料转化成气体的控制系统
本申请是分案申请，原申请的申请日为2007年5月7日，申请号为200780025449.1，发明创造名称为“用于将含碳原料转化成气体的控制系统”。
技术领域
本发明涉及控制系统，特别是涉及用于将含碳原料转化成气体的控制系统。
背景技术
气化是能够将诸如城市固体废物(MSW)、煤的含碳原料转化为可燃气体的加工。该可燃气体可用来发电、蒸汽，或者作为制造化学品和液体燃料的基本原料。
可燃气体的应用包括：在锅炉中燃烧以产生蒸汽，用于内部加工和/或其它外用目的，或者通过燃气轮机发电；在燃气轮机或燃气发动机中直接燃烧以发电；燃料电池；产生甲醇及其它液体燃料；作为进一步的原料用于生产例如塑料和肥料的化学品；提取氢和一氧化碳作为分离的工业燃料气；和其它工业应用。
一般而言，气化加工包括将含碳原料连同受控的和/或限量氧气以及任选的蒸汽一起输送至已加热的室(气化器)中。与以过量氧反应而产生CO2、H2O、SOx、和NOx的煅烧或燃烧不同，气化加工产生包括CO、H2、H2S和NH3在内的原料气组合物。在净化之后，主要目标气化产物是H2和CO。
有用的原料可包括任何城市废物、工业活动产生的废物和生物医药废物、污水、污泥、煤、重油、石油焦炭、重质精炼残渣(heavyrefinery residual)、炼油厂废物、烃污染土壤、生物体和农业废物、轮胎和其它有害废物。取决于原料的来源，挥发物可包括H2O、H2、N2、O2、CO2、CO、CH4、H2S、NH3、C2H6、诸如乙炔的不饱和烃、烯烃、芳族化合物、焦油、烃类液体(油)和烧焦物(炭黑和灰分)。
当原料被加热时，水是离析出的第一种组分。随着干原料的温度升高，发生热解。在热解期间，原料被热分解以释放焦油、酚和易挥发烃类气体，同时原料被转化为烧焦物或炭渣。
烧焦物包括由有机物质和无机物质组成的残留固体。在热解后，烧焦物比干原料具有更高的碳浓度，并且可作为活性炭的来源。在高温(>1,200℃)运行的气化器中或者在具有高温区的系统中，无机矿物质被熔化或玻璃化以形成称为熔渣的熔融玻璃样物质。
因为熔渣处于熔融、玻璃化状态，其通常是无害的，并且可作为无害物质以垃圾掩埋法处理掉，或者作为矿石、路基或其它建筑材料售出。通过煅烧来处理废物物质越来越不合需要，因为在加热加工中极端浪费燃料，并且将其作为残留废物物质进行处置是进一步的浪费，材料可转化为有用的合成气和固体材料。
实现气化加工的手段能够以多种方式变化，但是依赖于四个主要的工程因素：气化器中的气氛(氧或空气或水蒸汽组成的水平)；气化器的设计；内部和外部加热装置；以及加工的运行温度。影响产物气体质量的因素包括：原料组分、制备物和颗粒大小；气化器加热速率；居留时间；工厂构造，包括是使用干进料系统还是浆进料系统，原料-反应物流动几何学、干灰分或熔渣物质去除系统的设计；其使用直接还是间接的热产生以及转移方法；和合成气净化系统。通常在大约650℃至1200℃范围内的温度下、在真空中、大气压下或高达大约100个大气压下实行气化。
已提出数个系统来捕获气化加工产生的热，并且使用这种热发电，这通常被称为组合的循环系统。
产物气体的能量与加工和整个气化系统产生的大量可回收的焓(显热)相关联，通常能够产生足够的电来驱动该加工，从而减少局部电消耗的费用。气化一吨含碳原料需要的电量直接取决于原料的化学组成。
如果在气化加工中产生的气体包括宽范围的挥发物，例如“低质”含碳原料在低温气化器中容易产生的气体类型，通常称为废气。如果气化器中原料和条件产生的气体中CO和H2是主要化学物种类，这种气体称为合成气。通过使用一些技术，一些气化设备在由气体质量调节系统冷却和清洁之前将原料废气或原料合成气转化为更精炼的气体组成。
使用等离子体加热技术气化物质是已商业应用许多年的技术。等离子体是高温发光气体，其至少部分离子化，并且由气体原子、气体离子和电子组成。能够以这种方式用任何气体来制造等离子体。由于气体可以是中性的(例如，氩气、氦气、氖气)、还原性的(例如，氢气、甲烷、氨、一氧化碳)、或氧化性的(例如，氧气、二氧化碳)，这对等离子体中的化学反应提供良好的控制。在体相中，等离子体是电中性的。
一些气化系统使用等离子体加热，以在高温下驱动气化加工和/或精制废气/合成气——这是通过在添加或不添加其它进料或反应物的情况下，使长链的挥发物和焦油转化、重建或重整为较小分子而实现的，当气体分子与等离子体加热接触时，气体分子离解为组成原子。这些原子中的许多原子会与进料分子反应形成新的分子，而其它原子可以自身重新结合。随着与等离子体加热接触的分子的温度降低，所有原子完全重新结合。当进料气体可被化学计算方式控制时，可控制输出气体，例如产生大量的一氧化碳和少量水平的二氧化碳。
用等离子体加热可得到非常高的温度(3000℃到7000℃)，能进行更高温度的气化加工，其中实际上可适应任何进料原料，包括在接收条件下的废物，包括任何形式的液体、气体和固体或组合。等离子体技术可置于初始气化室中以使所有反应同时发生(高温气化)，可置于系统内以使反应接续发生(低温气化，伴随高温精炼)，或者上述两种方式一定程度的组合。
在含碳原料气化期间产生的气体通常是非常热的，但是可能含有少量的不想要组成，需要进一步的处理将其转化为可用的产品。在将含碳材料转化为气体状态后，可将如金属、硫化物和灰分的不需要物质从气体中除去。例如，通常使用干式过滤系统和湿洗器从气化期间产生的气体中除去颗粒物质和酸性气体。已经开发了许多气化系统，包括处理在气化加工期间所产生气体的系统。
在现有技术中多种不同系统的设计已经考虑这些因素，例如下列专利中描述的系统：美国专利第6,686,556号、第6,630,113号、第6,380,507号、第6,215,678号、第5,666,891号、第5,798,497号、第5,756,957号，以及美国专利申请第2004/0251241号、第2002/0144981号。在现有技术中还有许多专利涉及在多种应用中使用并用于产生合成气体的不同碳气化技术，包括美国专利第4,141,694号、第4,181,504号、第4,208,191号、第4,410,336号、第4,472,172号、第4,606,799号、第5,331,906号、第5,486,269号和第6,200,430号。
现有系统和加工没有充分考虑在连续变化的基础上必须处理的问题。一些这些类型的气化系统描述了通过气化反应产生可用气体的加工的调节手段。因此，在本领域中，以加工和/或含有全部加工的步骤的总效率最大化的方式，提供能有效气化含碳原料的系统是重要的进步。
因此，需要一种能够克服已知控制系统一些缺点的控制系统用于将含碳原料转化成气体。
上述背景信息是申请人认为与本发明相关的信息，并非意味着承认上述信息皆构成本发明的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制系统，所述控制系统用于控制将含碳原料转化成气体。根据本发明的一个方面，提供一控制系统，所述控制系统用于控制含碳原料转化为适用于选定下游应用的气体的气化加工处理，所述系统包括：一个或多个用于感测所述气体的一种或多种特征的传感元件；一个或多个计算平台，其与所述一个或多个传感元件通信地连接，用于获取代表所感测的一种或多种特征的特征值；将所述特征值与所述值得预定范围进行比较，所述预定范围限定为表征所述气体适用于选定的下游应用；以及计算有助于将所述特征值维持在所述预定范围内的一个或多个加工处理控制参数；以及多个响应元件，其可操作地联接至一个或多个加工处理设备，所述加工处理设备可运转以影响所述加工处理，从而调节所述气体的一种或多种特征，以及，所述响应元件通信地联接至所述一个或多个计算平台，用于获取所述一个或多个计算出的加工处理控制参数，以及，按照所述加工处理控制参数运行所述一个或多个加工处理设备。
根据本发明的另一方面，提供一种方法用于控制含碳原料向适用于选定下游应用的气体的转化，所述方法包括：提供将所述原料转化为气体的转化器，所述转化器包括原料进口、一个或多个添加剂进口和一个或多个热源和出口；感测所述出口下游的气体的一种或多种特征，并将其代表值与此种值的预定范围相比较，所述预定范围限定为表征所述气体适合于选定的下游应用；计算用于将所述特征值维持在所述预定范围内的一个或多个加工处理控制参数；以及，按照所述加工处理控制参数运行所述原料进口、所述一个或多个添加剂进口和所述一个或多个热源中的一个或多个。
根据本发明的另一方面，提供一种方法用于控制含碳原料向气体的转化，所述方法包括：提供将所述原料转化为气体的转化器，所述转化器包括原料进口、一个或多个添加剂进口和一个或多个热源和出口；感测气体组成、气体流量和气体压力中的一个或多个，并将其代表值与此种值的各自预定范围相比较；以及，在一个或多个所述代表值偏离所述各自的预定范围时，通过所述一个或多个添加剂进口来调节添加剂输入速率，以对所述偏离提供快速响应；以及，通过所述原料进口来调节原料输入速率，以对所述偏差提供更长期的响应。
根据本发明的另一方面，提供一种方法，其用于控制高度可变碳含量的原料转化成具有基本一致特性的气体，所述方法包括以下步骤：
提供一种设施，用于根据综合加工将所述高度可变碳含量的原料转化成所述具有基本一致特性的气体，所述设施包括一个或更多个原料输入口、一个或更多个添加剂输入口、一个或更多个等离子体热源以及一个或更多个输出口，所述综合加工包括多个局部加工、区域性加工或二者；
感测多个操作特性，每个操作特性表示一个或更多个综合加工、局部加工、以及区域性加工；
根据表示所述多个操作特性的信息，使用一个或更多个计算平台，产生一个或更多个控制参数，所述一个或更多个控制参数能够获得所述综合加工、局部加工、以及区域性加工的多个目标条件、朝着所述目标条件进行调节或维持所述目标条件，其中，所述一个或更多个控制参数配置成协同地控制两个或更多个所述综合加工、局部加工、以及区域性加工；
至少部分地基于所述一个或更多个控制参数，使用通信地与一个或更多个计算平台相关联的多个响应元件，控制所述综合加工、局部加工、以及区域性加工；以及
用数字特性值来表示所述多个操作特性中的一个或更多个；
其中，所述产生一个或更多个控制参数包括，部分地基于下述比较来计算所述控制参数中的一个或更多个：
将所述特性值中的一个或更多个与一个或更多个数字目标值或其范围进行比较，其中，各所述特性值直接或间接地由一个或更多个传感元件提供，或者，由所述一个或更多个传感元件直接或间接提供的信号得到，以及，其中，各所述一个或更多个目标值与所述目标条件中的一个或更多个相关联；
其中，所述一个或更多个操作特性包括所述气体的H2含量和所述气体的CO含量，其中，所述气体的所述H2含量由特性值[H2]表示，以及，所述气体的所述CO含量由特性值[CO]表示，其中，所述一个或更多个控制参数包括，用于控制空气[空气]输入所述设施的气化器的参数，以及，用于控制蒸汽[蒸汽]输入所述气化器的参数，其中，所述参数[空气]和[蒸汽]至少部分地使用根据下述关系式的关系来确定：
以及，其中，a、b、c和d是依赖于设施设计和所述设施的一个或更多个期望输出特性的经验值。
附图说明
通过下面结合附图所作的详细描述，本发明的这些和其它优点将更加清楚。
图1是示意图，示出用于对气化加工处理(由将含碳原料转化为气体的系统实施)进行控制的控制系统。
图2是示意图，示出根据本发明一实施方式的将含碳原料转化为气体的系统。
图3是示意图，示出根据本发明一实施方式的将含碳原料转化为气体的系统。
图4是示意图，示出根据本发明一实施方式的将含碳原料转化为气体的系统。
图5是示意图，示出根据本发明一实施方式的将含碳原料转化为气体的系统。
图6是示意图，示出根据本发明一实施方式的将含碳原料转化为气体的系统。
图7是示意图，示出根据本发明一实施方式将含碳原料转化为气体的系统所提供产物的各种下游应用。
图8是示意图，示出根据本发明一实施方式将含碳原料转化为气体的系统所提供产物的各种下游应用。
图9是示意图，示出根据本发明一实施方式将含碳原料转化为气体的系统所提供产物的各种下游应用。
图10是示意图，示出根据本发明一实施方式的将含碳原料转化为气体的系统所提供产物的各种下游应用。
图11是流程图，示出根据本发明一实施方式，使用控制系统来控制将含碳原料转化为气体的气化加工处理。
图12是控制系统的计算平台及其示例性组件的示意图，其中所述控制系统根据本发明一实施方式控制将含碳原料转化为气体的气化加工处理。
图13是根据本发明一实施方式的中央控制系统的示意图。
图14是根据本发明一实施方式的至少部分为分布式控制系统的示意图。
图15是示意图，示出根据本发明一实施方式，分别从气化系统接收的感测信号、以及传送至所述气化系统响应信号，以控制其中实施的一个或多个加工处理。
图16是示意图，示出根据本发明多种示例实施方式，集成系统控制系统对将含碳原料转化为特定组成气体的系统以及各种可能下游应用的各种子系统、设备和模块的示例性感测和响应获取位置。
图17是示意图，示出根据本发明一实施方式，用于对系统转化器(将含碳原料转化为气体)的输入进行控制的控制系统。
图18是示意图，示出图14的控制系统所执行的示例控制序列。
图19是根据本发明的一实施方式用于将含碳原料转化为气体的转化器的示意图。
图20是根据本发明的一实施方式用于将含碳原料转化为气体的转化器的示意图。
图21是根据本发明的一实施方式用于将含碳原料转化为气体的转化器的示意图。
图22是根据本发明的一实施方式用于将含碳原料转化为气体的转化器的示意图。
图23是根据本发明的一实施方式用于将含碳原料转化为气体的转化器的示意图。
图24是示意图，示出根据本发明一实施方式用于将含碳原料转化为气体的气化加工处理的热回收子系统。
图25是示意图，示出根据本发明一实施方式用于将含碳原料转化为气体的气化加工处理的热回收子系统。
图26是示意图，示出根据本发明一实施方式用于将含碳原料转化为气体的气化加工处理的热回收子系统。
图27是流程图，示出由根据本发明的控制系统所控制的示例性气化系统的气化器的不同区域。
图28示出在图27的气化器阶段1、2和3内发生的气化加工处理。
图29是低温气化设施的整体加工处理流程图，该低温气化设施带有根据本发明示例实施方式的示例气体调整系统，集成有下游燃气发动机。
图30是根据本发明示例实施方式的整个气化系统的位置布局。
图31是用于城市固体废物的存储建筑物布局的示意图。
图32是气化器一实施方式的轴测图，详细示出原料进口、气体出口、残渣出口、载体滑枕和访问端口。
图33是图32中所示出气化器的侧面轴测图，详细示出气箱、残渣罐和灰尘收集器。
图34是穿过图32和图33所示气化器的中央纵向剖视图，详细示出原料进口、气体出口、残渣出口、横向转移装置、热电偶和访问端口。
图35示出放大剖视图，详细示出气箱、载体滑枕触点、残渣提取螺杆和台阶C的边缘。
图36是图32和图33所示气化器的剖视图，详细示出耐火材料。
图37详细示出在图32至图36中所示出气化器的台阶A和B的气箱组件。
图38示出图32至图36中所示气化器的台阶C气箱的剖视图。
图39示出图32至图36所示气化器的剖视图，详细示出气箱。
图40详细示出在图32至图36中所示气化器的多触点载体滑枕的灰尘密封。
图41示出图32至图36中所示气化器实施方式的灰尘去除系统，详细示出灰尘推动器、灰尘盒连接部、开闭器(shutter)、操作柄和链条机构。
图42详细示出图32至图36中所示气化器的载体滑枕封装，详细示出载体滑枕结构。
图43详细示出本发明一实施方式中的水平开关位置。
图44示出气化器、气体重整室和残渣调整室的设置。
图45是气化器、气体重整室和残渣调整室设置的剖视图。
图46是气体重整室的示意图。
图47是重整室内壁的视图。
图48是重整室的俯视图，示出喷管和空气喷嘴及蒸汽喷嘴的位置。
图49示出重整室周围涡旋式进口的设置。
图50示出等离子体喷管安装在重整室上。
图51A是图46的重整室的剖视图。
图51B示出包括图46重整室的本发明气体重整系统的气化器内的气流。图51C示出空气从空气进口注入图46的重整室，以及对其内气流的影响。
图52是残渣调整系统的功能框图。
图53示出残渣调整系统的实际实施方式以及其与气化器和袋式过滤器的连接。
图54示出残渣调整室的剖视图。
图55示出残渣调整室的另一视图。
图56示出残渣调整室以及带有输送机的骤冷槽的视图，其中所述输送机用于将玻璃化的熔渣传送至熔渣存储堆。
图57从另一个角度示出残渣调整系统，还示出用于残渣调整室的支撑结构。
图58示出带有残渣调整室的残渣气体调整系统的设置。
图59示出整个系统特别是气体调整系统(GCS)的加工处理流程图。
图60示出带有根据本发明一实施方式的合成气调整系统的设置。
图61是热交换器更详细的视图，并且示出用于控制空气输入热交换器的加工处理空气风机。
图62示出干式注入系统，通过该系统碳被保持在存储料斗中，并且由回转的螺杆进料至合成气气流中；合成气气流管是成角度的，从而未夹杂在气流中的碳滚入袋室中。
图63示出与袋式过滤器组合的干式注入系统的示例示意图。
图64表示HCl净化器和相关元件的示例示意图。
图65示出用于收集和存储来自气体调整系统的废水的系统。
图66示出根据本发明一实施方式H2S去除过程的过程流程图，其中使用基于Thiopaq的生物反应器。
图67是根据本发明一实施方式的气体均化系统的视图，其中气体从单一源被传送至单一均化室，然后被传送至多个发动机，每个发动机具有其自己的气液分离器和加热器。
图68是根据本发明一实施方式的固定容积均化室的视图。
图69是气化系统和其控制系统的高水平示意图。
图70是图69的气化和控制系统的另一视图。
图71是用于控制图69和图70的气化系统的控制方案的流程图。
图72是流程图，示出用于控制图69和图70的气化系统的另一控制方案，其中该系统进一步适用于在其气化加工处理中使用加工处理添加蒸汽。
图73是根据本发明另一示例实施方式用于控制气化加工处理的另一控制方案的流程图。
图74是根据本发明另一示例实施方式用于控制气化加工处理的又一控制方案的流程图。
图75是根据本发明另一示例实施方式用于控制气化加工处理的又一控制方案的流程图。
具体实施方式
除非另有规定，本文使用的技术和科学术语与本发明所属领域普通技术人员常规理解的具有相同意义。
如本文使用的，术语“大约”指与额定值有+/-10％的偏差。应该理解这种偏差总是包括在本文提供的任何给定值内，无论是否特意指出。
如本文使用的，术语“含碳原料”和“原料”能够是任何适合用于在本发明气化加工处理中气化的含碳材料，包括但不限于：任何废料、煤(包含不适合用在燃煤发电机中的低等级煤、高硫煤)、石油焦炭、重油、生物物质、污水污泥、来自的污泥以及农业废物。适合气化的废料包括有害废物和无害废物，诸如城市废物、由工业活动产生的废物(涂料污泥、不合格涂料产品、失效吸附剂)、汽车废物、废旧轮胎和生物医药废物；任何不适合用于再循环的含碳材料，包括不可再循环的塑料、污水污泥、煤、重油、石油焦炭、重质精炼厂残渣、精炼厂废物、烃污染的固体废物和生物物质、农业废物、轮胎、有害废物、工业废物和生物物质。可用于气化的生物物质的实例包括但不限于：废木材或新鲜木材、来自水果的残渣、蔬菜和谷物的残留物、造纸厂残渣、草杆、草和肥料。
本文中所使用术语“传感元件”定义为描述系统中配置用于对加工、加工设备、加工进料或加工输出的特征进行传感的任何元件，其中这些特征可以由特征值表示，特征值可用于对系统的一种或多种局部、区域性和/或综合加工进行监控、调节和/或控制。可用于气化系统的传感元件可包括但不限于：传感器、检测器、监视器、分析器或它们的任意组合，用于对加工、流体和/或材料的温度、压力、流量、组分和/或其它特征进行传感，以及对系统内给定位置的材料位置和/或布置进行传感，以及，对在本系统内使用的任何加工设备的任何操作特征进行传感。本领域普通技术人员应该理解，虽然上述传感元件实例适合用于气化系统，但是传感元件并不限于本文公开的内容，因此，本文称作传感元件的元件不应限制于这些实例和/或不恰当地解释。
本文中所使用术语“响应元件”定义为设定用于传感的特征对进行响应的任何元件，以根据一个或多个预定的、计算的、固定的和/或可调节的操作参数，操作与该响应元件可操作连接的加工设备，其中一个或多个控制参数定义为提供期望的加工结果。从气化系统角度考虑的响应元件可以包括但不限于：静态的、预设的和/或动态的可变驱动器、电源，以及，可基于一个或多个控制参数向设备施加作用的任何其它元件，其可以是机械的、电的、磁的、风力的、水力的或它们的组合。从气化系统角度考虑，可与一种或多种响应元件可操作连接的加工设备可包括但不限于：材料和/或原料进料工具，热源(如等离子体加热源)，添加剂进料工具，各种鼓风机和/或其它这类气体循环设备，各种流量和/或压力调整器，以及，其它可操作影响气化系统内的局部、区域性和/或综合加工的加工设备。本领域普通技术人员应该理解，虽然上述响应元件的实例适合用于气化系统，因此响应元件并不限于本文公开的内容，因此，本文称作响应元件的元件不应限制于这些实例和/或不恰当地解释。
本文中所使用术语“实时”用于限定活动，实时活动基本上反映该活动涉及的系统或加工的目前或当前状态、或者特征。实时活动可包括但不限于加工、重复、测量、计算、响应、反应、数据获得、响应于获得数据的设备操作、以及在系统内实施的其他这类活动、或在系统中实施的给定加工中实施的其它这类活动。应该理解涉及相对缓慢变化加工或特征的实时活动可以在一定期限或时期(例如秒、分钟、小时等)内实行，与涉及相对较快变化加工或特征(例如1ms、10ms、100ms、1s)的另一同样称为实时活动的情况相比，前一期限或时期长得多。
本文中所使用术语“连续的”用于限定动作，连续动作在规则的基础上实施，或在给定速率或频率下实施。连续活动包括但不限于加工、重复、测量、计算、响应、反应、经由传感元件获得数据、响应于获得数据的设备操作、以及在系统内实施的其他这类活动、或在系统内实施的给定加工中实施的其它这类活动。应该理解涉及相对缓慢变化的加工或特征的连续活动可以在一定速率或频率(例如1/秒、1/分钟、1/小时等)下实行，与涉及相对快变化加工或特征(例如1KHz、100Hz、10Hz、1Hz)的另一称为连续活动的情况相比，前一速率或频率慢得多。
如本文所使用的，术语“反应材料”指原料、或部分处理的原料、或完全处理的原料。
如本文所使用的，术语“产物气体的组成”是指气体中的化学物种的全部组成。然而在实践中，该术语通常用于表示与下游应用最相关的化学组成的种类和浓度。例如，燃气轮机所需的气体组成通常以合成气中的氮气、一氧化碳、二氧化碳、水和/或氢气来描述。化学组成还可以限定为缺少特定化学种类，即，对于传送至下游应用来说不合需要的化学组成，诸如气体“不含H2S”。取决于用于产生合成气的原料的组成以及进行气化加工处理、气体清洁和调整的方式，合成气的化学组成变化很大。本领域普通技术人员容易理解，根据环境，可以考虑极少量成分，也可以不考虑极少量成分。
如本文所使用的，术语“气体的特性”是指气体的化学和/或物理质量，可以包括但不限于：化学组成、温度、压力、流速、颜色、气味等。
如本文所使用的，术语“废气”包括由含碳原料气化产生的挥发性分子，能够包含一氧化碳、二氧化碳、氢气、轻质烃、以及诸如烟灰和碳黑的污染微粒物质。
如本文所使用的，术语“合成气”是指气化加工处理的气体产物，主要包括一氧化碳、二氧化碳和氢气。合成气能够从废气得到，或者，在转化器中的条件使得能够形成此气体组成时，合成气能够直接从气化加工处理产生。
为了本发明的目的，术语合成气(或合成气体)是指气化加工处理的产物，并且可以在诸如甲烷和水的其它气体组成之外包括一氧化碳、氢气和二氧化碳。
本发明提供用于将含碳原料转化成气体的控制系统。特别地，所述控制系统被设计成，可配置用于控制气化系统中执行的一种或多种加工处理、和/或由气化系统执行或由其一个或多个元件执行的一种或多种加工处理，用于将此种原料转化为可以用于一种或多种下游应用的气体。参考图1的示例实施方式(其仅仅作为示例之用并不用于限制本发明的范围和性质)，可由本文所公开控制系统的不同实施方式所控制的气化加工处理可以包括下述组件的多种组合：转化器110、残渣调整器410、同流换热器和/或热交换器系统510、一个或多个气体调整器610、气体均化系统710、以及一种或多种下游应用。这些组件和子系统的例子将在下文结合图1至图10更详尽地叙述，所述附图示出可由本控制系统控制的气化系统的示例实施方式。
所述控制系统可操作地控制多种与全部气化加工处理相关的局部、区域和/或整体加工处理，从而调节其影响这些加工处理以得到所选结果的各种控制参数。因此多种传感元件和响应元件分布在整个控制系统中，或与其一个或多个组件相关，用于获取各种加工处理、反应物和/或产物特性，将这些特性与这种特性能获得所需结果的适合范围相比较，经由一个或多个可控加工处理设备，使一个或多个进行中的加工产生变化，从而进行响应。
在一个实施方式中，所述控制系统用于控制气化加工处理，以将含碳原料转化为适用于所选下游应用的气体。在一个实施方式中，控制气化加工处理，使其产物气体可以以连续的方式使用和/或以实时的方式立即使用。因此，所述控制系统可以包括例如一个或多个传感器，用于感测要在下游应用中使用的气体的一个或多个特性。一个或多个计算平台通信地连接于这些传感元件，以获取代表所感测特性的特征值，以及，该计算平台配置成：将所述特征值与此值的预设范围进行比较，所述值的预设范围表示气体适合于所选下游应用；以及计算一个或多个加工处理控制参数，用于将该特征值维持在预设范围。因此，多个响应元件可以可操作方式连接于一个或多个加工处理装置(可操作以影响所述加工处理从而调节气体的感测特性)，该响应元件通信地连接到所述计算平台，以获取计算出的加工处理控制参数，并根据该参数来运行加工处理设备。
例如，所述控制系统可以配置成，控制含碳原料到一个或多个特性适用于下游应用的气体的转化，其中可将产物气体用于通过在燃气轮机中燃烧来发电，或者用在燃料电池应用中。在这种应用中，需要获得能够最有效用作各能量发生器中燃料的产品。可选择的，如果产物气体用作进一步化学加工中的原料，其组成要特别适合用于特定合成应用。
在一个实施方式中，控制系统提供加工能学(动力学)的反馈、前馈和/或预测性控制，以基本上维持反应设定点，从而允许气化加工在最佳反应条件下进行，以产生具有特定组成的气体。例如，能够使用适当配置的气化系统，来确定和获得原料向气体转化的总体能学，其中可以评价和可控地调节各种加工特性，来影响净总体能学(net overall energetics)的确定。这种特性可以包括但不限于：原料的热值和/或组成、产物气体的特性(例如热值、温度、压力、流量、组成、碳含量等)、这些特性允许的变化程度、以及输入成本与输出值的比值。可以对各种控制参数、气体和/或系统的压力/流量调整器等进行连续和/或实时调整，从而评估净总体能学并根据设计具体内容来最优化，其中，控制参数可以包括但不限于热源功率、添加剂(例如氧气、蒸汽等)进料速度、原料进料速度(例如，一种或多种不同的进料和/或混合进料)，压力/流量调整器例如鼓风机、泄压和/或调节阀、火焰等。
另外，或者附加地，可以将所述控制系统配置成监控气化系统中各组成部件的操作，用于确保适当的操作，以及，可任选地，用于确保所执行加工符合规定的标准(当采用这种标准时)。
根据一个实施方式，所述控制系统可进一步用于监控和控制气化系统的总能量冲击(total energetic impact)。例如，可以操作用于原料转化的气化系统，以减少或最小化其能量冲击，例如通过最优化一个或多个所执行的加工，或者通过增加这些加工所产生余热的同流换热。可选择的，或附加地，可以将所述控制系统配置成，对可控加工所产生产物气体的组成和/或其它特性(例如，温度、压力、流量等)进行调节，以使这些特性不仅适应于下游使用，还基本上最优化用于有效的和/或最佳使用。例如，在一个实施方式中，产物气体用于驱动给定类型的气体发动机来发电，可以调节产物气体的特性，使得这些特性最符合于这种发动机的最佳输入特性。
在一个实施方式中，所述控制系统可以配置成调节气化加工，以符合或最优于限制或性能指南，这些限制或性能指南涉及各组成部件中的反应和/或产物居留时间，或涉及总体气化加工的各个加工加工。例如，在使用城市废物作为原料的实施方式中，重要的是，调节这种废物的气化加工，使废物在预处理和/或贮存相中具有最长的居留时间。例如，废物和/或其它原料可以周期性地或连续地运输到受控系统装置中，在连续操作时必须控制这种原料的加工，以避免其过剩(例如预处理居留时间增多时)，同时允许连续操作(例如减少或避免停机时间)。在这种实施例中，可以控制给定原料的加工速率以使其基本上配合原料的运输速率，从而，允许所运输原料在贮存或预处理阶段中具有基本一致的居留时间(例如，若干小时、天、周等)。
类似地，可以对原料在气化系统转化器中的居留时间进行控制，以允许充分的处理，而不会因消耗资源导致不当地减少和/或限制下游加工和/或应用。例如，给定的转化器配置可以允许相对稳定的居留时间，由此得到原料的适当处理(例如，分钟、小时等)。可以同样地控制转化器的下游组成部件，也获得基本上所需的居留时间。例如，通过这些用于给定气体流量和/或居留时间的组成部件，可以对穿过热交换系统、调整系统和/或均化系统的流动气体进行最佳处理。类似地，可以通过控制这种系统组成部件的多种元件，修正以及补偿气体流量和/或居留时间的变化。
本发明的控制系统能够用于转化特性和/或组成基本上不均匀的原料，以生产适用于下游应用的具有基本上稳定特性的气体。因此，取决于由本发明控制系统所控制的气化系统的特定构造，可以通过该系统的连续和/或实时控制来减弱原料特性的波动，例如将长期加工处理变化减少至少4倍。在替代实施方式中，通过该系统的连续和/或实时控制，可以减弱原料特性的波动，从而将长期加工处理变化减少约4倍。在替代实施方式中，通过该系统的连续和/或实时控制，可以减弱原料特性的波动，从而将长期加工处理变化减少约3.5倍。在替代实施方式中，通过该系统的连续和/或实时控制，可以减弱原料特性的波动，从而将长期加工处理变化减少约3倍。在替代实施方式中，通过该系统的连续和/或实时控制，可以减弱原料特性的波动，从而将长期加工处理变化减少约2.5倍。在替代实施方式中，通过该系统的连续和/或实时控制，可以减弱原料特性的波动，从而将长期加工处理变化减少约2倍。在替代实施方式中，通过该系统的连续和/或实时控制，可以减弱原料特性的波动，从而将长期加工处理变化减少约1.5倍。
此外，取决于由本发明控制系统所控制的气化系统的特定构造，可以通过该系统的连续和/或实时控制而减弱原料特性的波动，例如将短期加工处理变化减少至少2.5倍。在替代实施方式中，通过该系统的连续和/或实时控制，可以减弱原料特性的波动，从而将短期加工处理变化减少约2.5倍。在替代实施方式中，通过该系统的连续和/或实时控制，可以减弱原料特性的波动，从而将短期加工处理变化减少约2倍。在替代实施方式中，通过该系统的连续和/或实时控制，可以减弱原料特性的波动，从而将短期加工处理变化减少约1.5倍。
本领域的技术人员容易理解，所述气化系统和控制系统可以以多种实施方式用于加工处理系统，这种加工处理系统具有很多独立的和/或组合的下游应用。以多种实施方式，该控制系统能够以连续的和/或实时的方式同时控制加工处理的多个方面。
控制系统结构
参考图13和图14，所述控制系统可以包括适用于现有应用的任何类型的控制系统结构。例如，所述控制系统可以包括基本上集中控制系统(例如见图13)、分布式控制系统(例如，见图14)或其组合。集中控制系统将通常包括：中央控制器，配置成与多种局部和/或远程传感装置通信；以及响应元件，配置成分别感知多种与受控加工相关的特性，并且，通过一个或多个可控的加工设备(适用于直接或间接地影响受控加工)，对感知的特性进行响应。使用集中结构，通过一个或多个集中处理器，集中执行大部分计算，以便用于对加工进行控制所需的大部分硬件和/或软件位于相同地位。
分布式控制系统通常包括两个或多个分布式的控制器，各控制器可以与各自的传感和响应元件通信，传感和响应元件用于监控局部和/或区域的特征，且通过局部和/或区域的加工装置(配置用于影响局部加工或子加工)对监测的特征进行响应。还可以通过各种网络配置在分布的控制器之间进行通信，其中通过第一控制器感应的特性可以被传送至第二控制器，在第二控制器处进行响应，其中这种远程响应可以对第一位置感应的特性产生的冲击。例如，下游产物气体的特性可以通过下游监控装置进行感应，并且通过调节控制参数来调整，该控制参数与通过上游控制器控制的转化器相关联。在一个分布式结构中，控制硬件和/或软件也在控制器之间分布，其中可以在各控制器上执行相同但模件化配置的控制流程，或者在各控制器上执行各种共同作用的模块化控制流程。
另外，所述控制系统可以再分为独立但彼此通信连接的局部、区域和/或总体控制子系统。这种结构可以允许进行给定的加工或相关加工序列，并可局部地控制这种结构而使其与其它局部控制子系统的相互影响最小。然后，可以将总体主控制系统与各个局部控制子系统连同，从而，为了总体结果对局部加工进行必要的调节。
本发明的控制系统可以使用任何上述结构，或本领域已知的任何其它结构，这些都在本文公开的范围内。
所述控制系统包括响应元件，用于控制控制反应条件，并管理含碳原料向输出气体转化的化学和/或能学。另外，所述控制系统能够确定和维持操作条件，以维持理想的、最佳的和非最佳的气化反应条件。理想操作条件的确定取决于加工的总体能学，其包括因素例如含碳原料的组成和产物气体的具体特性。原料组成的范围可在基本上同质至完全不同质之间。当原料的组成变化时，某些控制参数需要通过响应元件进行连续调节，以维持理想条件。
所述控制系统可包括多个响应元件，各响应元件可设计为执行专门的任务，例如，一种添加剂的流速控制、气化系统的一个或多个热源之一功率输出或位置控制、或副产物提取的控制。该控制系统可进一步包括处理系统(例如，参见图12)。在一个实施方式中，所述处理系统可包括多个子处理系统。
参考图12，控制系统大致包括：一个或更多个集中式、网络式和/或分布式的处理器812；一个或多个输入端814，用于从各个传感元件接收当前感测到的特性参数；以及一个或更多个输出端816，用于将新的或更新的控制参数传送到各个响应元件。计算系统的一个或多个计算平台可以还包括一个或更多个本地和/或远程计算机可读介质818(例如，ROM、RAM、可移动存储介质、本地和/或网络接入存储介质等)，用于在其中存储各种预定的和/或重新调节的控制参数、设定或优选的系统和加工处理特征运行范围、系统监控和控制软件、运行数据等等。可任选地，计算平台还可以具有入口，用于直接或通过多种数据存储设备获取等离子体气化加工处理模拟数据820和/或系统参数优化和模型化装置(示例性实施方式在美国专利第6,817,388号中描述)，本领域的普通技术人员容易理解上述方法可应用在本发明中。此外，计算平台可以配备有：一个或更多可任选的图形用户接口和输入外部设备822，用于提供对控制系统的管理访问(系统升级、维护、修改，对新系统模块和/或设备的适应等)；以及多种可任选的输出外部设备(例如824)，用于实现与外部源(例如，调制解调器、网络连接、打印机等)进行数据与信息通信。
如此图所示，通过交互式执行多种系统和/或处理计算(限定用于反映给定气化系统的当前实施)，可以进一步加强控制系统。这种计算可以通过多种系统和/或处理模型得到，其中，以预测和/或校正的方式使用处理和/或系统特性和控制参数的模拟，以控制如此建模的系统或子系统。美国专利6,817,388提供这种系统模型的实例，其可以用于与控制系统结合，以确定各种操作参数和基于此的预测结果，用作系统的各加工实施时的原点。在一个实施方式中，这些和其它这种模式偶尔或常规性使用，以持续地评价和/或更新系统的各种系统操作的范围和/或参数。在一个实施方式中，使用NRC、PLASCO和/或PLASCO/NRC模拟平台，并且此模拟平台可涉及输入、废物，输入化学组成的任何组合、热化学特性、湿度、供给速率、工艺添加剂等。所述模型还可以提供多种可任选的交互式加工最佳化，以考虑例如：位置和原料类型的细节、能量回收的最大化、散失最小化、资金和成本的最小化等等。最后，基于所选模型的选项，所选模型可以提供例如多种操作特性、可得的处理量、系统设计特性、产物气体特性、散失水平、可回收能量、可回收副产物和最佳低成本设计。在美国专利6,817,388中提供了多种代表性示例，其可容易地应用于本发明，这对于本领域的技术人员来说是容易理解的。
本处理系统和任一子处理系统可包括专有硬件或硬件和软件的组合。任何子处理系统可以包括一个或多个比例控制器(P)、积分控制器(I)或微分控制器(D)的任意组合，例如P控制器、I控制器、PI控制器、PD控制器、PID控制器等。对于本领域技术人员容易理解的是，P控制器、I控制器和D控制器组合的理想选择取决于气化系统反应加工部分的动力学和延迟时间，以及所述组合要控制的操作条件的范围，以及所述组合控制器的延迟时间和动力学。
组合控制器设计中的重要方面是，在将各控制变量或控制参数从开始调节至特定值时，需要短的过渡期并要求过渡期内的波动小。对于本领域的技术人员容易理解的是，这些组合可以实施为模拟电路的形式，其通过传感元件对特征值进行连续监控，将测出值与特定值进行比较，从而影响各控制元件，以通过响应元件进行足够的调节，减小测出值与特定值之差。
对于本领域中技术人员更为容易理解的是，所述组合可以实施为混合数字式硬件软件环境。附加的任意采样、数据获取和数据处理的相对作用对于本领域技术人员是已知的。P、I、D组合控制可以实施为前馈控制流程和反馈控制流程。
在校正控制或反馈控制中，将控制参数或控制变量的值(通过适当的一个或多个传感元件监控)与特定值或范围进行比较。基于两个值之间的偏差来确定控制信号，并将其供给控制元件以减少偏差。例如，当输出气体超过预设的H2∶CO比例时，反馈控制装置可对输入变量之一进行适当的调节，例如，通过增加添加剂氧气的量来将H2∶CO比例恢复至特定值。通过适当的响应元件对控制参数或控制变量进行影响改变的延迟时间有时被称为循环时间(loop time)。例如，循环时间(例如用于调节等离子体热源的功率、系统中的压力、富碳添加剂的输入速率、或氧气或蒸汽的流速)的量可以为约30至约60秒。
在一个实施方式中，产物气体组成是用于在上述反馈控制流程中进行比较的特定值，由此在产物气体中CO量和H2量的固定值(或范围值)是特定的。在另一个实施方式中，所述特定值是产物气体热值(例如低热值(LHV))的固定值(或范围值)。
反馈控制能够用于任何数量的控制变量和控制参数，该控制变量和控制参数要求直接监控，或可获得令人满意的模型预测。气化系统的许多控制变量和控制参数可用于反馈控制流程中。反馈流程能够有效地用于针对系统和/或加工特性的控制系统中，该特性能够直接或间接地感应和/或从检测值得到，并使用经调节的控制参数操作一个或多个加工装置(适于影响这些特性)进行响应动作，控制该特征。
可以理解的是，常规反馈或响应控制系统可以进一步适于包括适当的和/或预测性的组成部件，其中可以根据建模和/或先前监控的反应，调整对于给定状态的响应，从而提供对所感知特性的响应，同时限制可能发生的过度补偿作用。例如，提供到给定系统配置的获得数据和/或历史数据可以共同作用，以调整对于所感知系统和/或加工特性的响应，将其从先前响应所监控调节以提供所需结果的最优值调整到给定范围内。这种适当的和/或预测的控制流程在本领域中是已知的，因此都涵盖在本发明范围内。
前馈控制对输入参数进行处理，以在不进行监控的情况下影响控制变量和控制参数。气化系统能够将前馈控制用于很多控制参数，例如，供给一个或多个等离子体热源之一的功率的量。等离子体热源弧的功率输出能够以不同方法进行控制，例如，对供给喷管以维持弧的电流进行脉冲调制，改变电极间的距离，限制喷管电流，或影响等离子体的组成、定向或位置。
例如，可以用某些前馈式控制元件来控制添加剂的供给速率，将添加剂以气体或液态变体(liquid modification)或雾化形式供给转化器，或者通过喷嘴喷入或注入转化器。然而，添加剂温度或压力的有效控制需要监控以及循环反馈控制。
模糊逻辑控制以及其它类型的控制同样能够用于前馈和反馈控制流程。这种类型的控制基本上能够从典型的P、I、D组合控制以下述方式得到：对等离子体重整反应动力学进行建模和模拟，以预测如何改变输入变量或输出参数来影响具体输出。模糊逻辑控制通常仅需要反应动力学(一般是系统动力学)或者系统操作条件的模糊或经验性描述。模糊逻辑控制和其它类型的控制的具体内容和实施方式是本领域技术人员已知的。
本发明的前述实施方式应当理解为示例性的，并且能够以多种方式变化。变更或进一步变化都不偏离本发明的范围和主旨，并且所有的此种变化对于本领域普通技术人员来说是容易理解的，并包括在所附权利要求的范围之内。
加工处理控制概述
如上所述，控制系统包括传感元件，用于测量一个或更多加工处理和/或系统参数(例如，气体组分(％CO、％CO2、％H2等)、气体温度、气体流速等)，并从所感测参数值生成数据；以及一个或更多计算平台，用于收集并分析传感元件产生的数据，并将适合的控制参数输出到一个或多个响应元件，所述响应元件构造成用于根据输出控制参数控制一个或多个加工处理设备。
在一实施方式中，即使含碳原料为不同类型组成或同类原料源中存在天然差异，控制系统确保来自转化器(可选地在整个气化系统内)的气流和气体组分保持在预先定义的公差范围内，以得到气体产物和系统副产物(可商业利用的熔渣、气体回收、蒸汽生成等)的最佳生成。这样，控制系统可识别并进行必要的调节以补偿上述差异性。对诸如温度、流速和组成等气体产物参数进行监控，并改变相关加工处理装置控制参数(例如通过响应元件)，以将气体产物参数保持在合成气体最终用途所限定的预定公差之内。
在一实施方式中，本发明的控制系统提供校正反馈，通过该反馈来监控气体产物流速、温度和组成中的一种或更多参数，并校正下述参数中的一个或更多个：含碳原料的输入速度、氧输入速度、蒸汽输入速度、富碳添加剂输入速度、以及供应到等离子体热源的功率量。所述调节基于测出的气体产物流速、温度和/或组成的变化，以确保这些参数保持在可接受的范围内。通常，将气体产物的流速、温度和/或组成的范围选择为优化用于特定下游用途的气体。
在一个实施方式中，本发明的控制系统同时利用等离子体加热的可控制性来驱动气化加工处理，并且，即使含碳原料的组成存在天然差异性，也能确保来自该加工处理的流量和组成保持在可接受的范围内。另一个实施方式中，所述控制加工处理允许每单位时间处理的碳总量尽量保持恒定，并利用等离子体加热来确保每单位时间进入和离开转化器的总热量保持在所述加工处理的限度内。在其它实施方式中，控制系统可以进行调节，例如调节空气和/或蒸汽输入，以响应于例如流量/压力波动和/或产物气体热值的波动。如图1所示，例如，控制系统还可以被构造为：通过固体残渣调整器、转化器气体调整器、热交换器和/或均化系统中的任一个，监控和/或调节正在进行的加工处理。
参考图1的示例实施方式(其仅作为示例提供而非意在限制本发明的总体范围和本质)，总体上，由本发明控制的气化加工处理通常发生于转化器110中，转化器110包括一个或更多加工区域以及一个或更多热源，在一些实施方式中，热源可以包括一个或更多等离子体热源(如图1的等离子体热源112)。转化器110还通常包括：一个或多个原料进料机构和/或用于将原料输入到转化器110中的装置，原料可以包括单一原料(例如，MSW进料输入114中的城市固体废物(MSW)、HCF进料输入116中的高碳原料(HCF)、煤炭、塑料、废液、有害废物等)，原料还可以包括不同原料、和/或混合原料；以及用于添加一种或更多工艺添加剂的装置，添加剂诸如蒸汽、氧化剂、和/或富碳材料添加剂(后者可任选地提供作为辅助原料)。气态产物通过一个或更多输出气体出口离开转化器110。如将进一步描述的，转化器110可以包括单个区域和/或室转化器(例如参见图19至图22)或多个区和/或室转化器，例如包括分别进行气化加工和重整加工的气化器和重整器(例如，参见图23)。这些和其它转化器构造将在下文结合实施例1的图19至图23(提供此种转化器的多种示例实施方式)和图32至图51更详细地描述。
在一实施方式中，通过控制反应环境，将转化器110产物气体的组成和流量控制在预设公差范围内。在大气压力下控制温度，以确保注入转化器110的原料遇到尽可能稳定的环境。控制系统能够提供装置来控制输入转化器110的原料、蒸汽、氧和/或富碳材料的量。可调节以维持选定反应设置点或范围的运行参数可以包括但不限于：原料进料速率、添加剂进料速率、供给至引风机以维持特定压力的功率、以及等离子体热源(例如等离子体热源112)的功率和位置。这些控制方面将结合各参数进一步讨论。
在一个实施方式中，采用等离子体加热(例如，通过诸如等离子体喷管的离子体热源等等)连同输入工艺添加剂(诸如蒸汽和/或氧和/或富碳材料)，有助于控制气体参数，诸如流量、温度、压力和组成。气化系统还可以利用等离子体加热来提供所需的高温加热，以使原料气化、使所产生废气重整、和/或使副产物灰末熔化并转化为具有商业价值的玻璃状产物。
由本发明控制的气化加工处理还可包括用于管理和控制气化加工处理固体副产物处理的装置。特别是，气化系统可包括固体残渣调整器410，用于将含碳原料-能量转化加工处理的固体副产物或残渣转化为低可滤取性的玻璃化均质物。气化加工处理的固体副产物可以是木炭、灰末、熔渣或其一些组合的形式。
举例来说，固体残渣调整器410包括固体残渣调整室或区域、等离子体加热装置(例如等离子体热源118)或其它适于提供足够高温度的此种加热装置、熔渣输出装置、以及控制装置(其可以以可操作的方式连接到气化系统的整个控制系统)，从而用等离子体热使固体熔化、混合并通过化学方法反应形成稠密的硅金属(silicometallic)玻璃质材料，所述材料流出所述室或区域时冷却为稠密的、非可滤取性的硅金属固体熔渣。特别是，本文公开的控制系统可以适于优化SRC中执行的加工处理，即，通过控制等离子体的加热速度和固体残渣的输入速度，促进完全熔化和均化。
由本发明控制的气化加工处理还可以包括从热的气体产物回收热量的装置。这种同流换热可以通过多种热交换器来实现，例如气体-气体热交换器(例如同流换热器510)，从而，使用热的气体产物来加热空气或诸如氧气或富氧空气的其他氧化剂，然后可任选地向气化加工提供热量。回收的热量还可用于例如工业加工应用。任选地，作为气化加工处理的一部分，可以控制一个或更多蒸汽发生器热交换器以产生蒸汽，所述蒸汽例如可用于气化和/或重整反应中的添加剂，或驱动蒸汽轮机来发电。
此外，如图24和图25中所示，热交换器还可包括从各种其他系统部件和加工处理以可操作方式提取热量的附加热交换器，诸如通过等离子体热源冷却加工处理、熔渣冷却和处理加工处理、转化器气体调整器冷却加工处理等。本发明的控制系统还可以包括控制子系统，该控制子系统用于控制热回收系统，热回收系统可以以可操作方式连接到系统的总控制系统，以在整个气化系统中优化能量传递(例如，参见图15和图16)。
由本发明控制的气化加工处理可以进一步包括转化器气体调整器(GCS)(例如参见实施例1的图29、图59至图66以及图1至图10)或其它此种气体调整装置，以调整由气化加工处理制造的输出气体，用于下游应用。例如，随着在上述残渣转化器中处理残渣而产生气体，产物气体可以被引导至转化器气体调整器(例如图1的转化器气体调整器610)，在此处对产物气体进行特定顺序的加工步骤，以产生适用于下游应用的输出气体。在一实施方式中，转化器气体调整器包括实施加工步骤的部件，所述步骤可以包括：例如，从合成气体中去除颗粒物质(例如通过袋式过滤器、旋风过滤器等)、酸性气体(HCI、H2S)和/或重金属，或者，在气体通过气化系统时调节所述气体的湿度和温度。通过合成气体的组成和用于下游应用的输出气体的特定组成，确定是否进行加工步骤及其顺序。气体调整系统还可以包括控制系统，该控制系统以可操作的方式连接到总体控制系统，以优化转化器气体调整器加工处理(例如，参见图15和图16)。
本发明控制的气化加工可以进一步包括气体均化系统(例如图1的均化系统710)，用于提供产物气体的至少以第一水平均化。例如，通过使产物气体在均化系统中经过给定的居留时间，气体的多种特性可以至少部分地均化，以减少这种特性的波动现象。例如，通过均化系统，产物气体的化学组成以及其它特性例如流量、压力和/或温度可以至少部分地稳定，以满足下游要求。从而，可以使用均化系统来使用于下游应用的气体参数具有更高的稳定性，诸如燃气轮机或发动机、燃料电池应用等。
在一个实施方式中，气化系统的均化系统提供气体均化室等，气体均化室等的尺寸设计为提供足够的气体居留时间，以使获得的气体具有充分一致的输出组成、压力、温度和/或流量。一般来讲，根据下游应用的要求且考虑控制系统的能力，设计均化系统的特性，以使控制系统按照需要减弱产物气体的特性波动。
参考图5至图10，本领域技术人员能够理解，本控制系统可以用于控制多个气化加工处理，该气化加工处理可以用在具有数个独立和/或组合下游应用的许多能量产生和转化系统中。例如，在图5的示范性实施方式中，可以控制集成气化组合循环(IGCC)系统，使其用于通过下述加工处理产生输出能量(例如电)：提供在一个或更多燃气轮机中使用的合成气体以及在一个或更多蒸汽轮机中使用的蒸汽，其中，通过一个或更多蒸汽发生器热交换器，使合成气和与燃气轮机相关联的废气冷却，从而产生蒸汽。
在图6的示范性实施方式中，控制系统可用于控制一种气化系统，该气化系统将集成气化组合循环(IGCC)系统与固体氧化物燃料电池系统组合，后者使用合成气体中富含氢的副产物来产生能量(例如电)。
在图7的示范性实施方式中，控制系统能够用于控制一种气化系统，该气化系统将集成气化组合循环(IGCC)系统与熔融碳酸盐燃料电池系统(如图6中所示)组合，后者使用合成气体中富含氢的副产物来产生能量(例如电)。
在图8的示范性实施方式中，控制系统能够用于控制一种气化系统，该气化系统将如图6中的固体氧化物燃料电池系统与一个或更多蒸汽轮机组合，其中，由一个或更多蒸汽发生器热交换器从合成气体和燃料电池输出同流换热而产生的蒸汽，使所述蒸汽轮机运转。
在图9的示范性实施方式中，水一气体转换转化器被添加到图8的实施方式中，以提供用于固体氧化物燃料电池系统的富含氢的合成气体。
在图10的示范性实施方式中，图9的固体氧化物燃料电池系统由熔融碳酸盐燃料电池系统取代。
对于本领域技术人员容易理解，可由本发明多种实施方式控制的上述示范性气化系统实施方式并非限定性的，本领域技术人员可以理解，不脱离本文公开内容的总体范围和主旨，可以提供这种系统的其他结构和组合。
参考图15和图16，如以上简要讨论的，控制系统800可以结合于整个给定气化系统10，以通过传感元件202来监控各种系统加工处理或产物特性，以及通过响应元件206来对控制参数进行各种修改，从而管理能量流动和转换(能学energetics)，并将所述加工处理的每个方面维持在一定公差内。这些参数(将在下文详细讨论)可以产生自与气化系统以下组件之一或更多相关联的加工处理：等离子体转化器100、固体残渣调整器400、等离子体热源150和熔渣处理热源450、热交换器(例如气体-空气热交换器500和/或蒸汽发生器热交换器599)及与其关联的添加剂输入、初级和/或次级原料输入(例如富碳添加剂(HCF))、转化器气体调整器600、均化系统700、以及其它处理部件或模块。
此外，由于具有通向这些参数的入口，以及，通过各种本地和/或远程存储设备通向控制系统的一个或多个计算平台，通向许多预定和/或重新调节的系统参数、系统操作范围、系统监控和控制软件、运算数据、以及可任选的等离子体气化加工处理模拟数据和/或系统参数优化和模型化装置，控制系统可以进一步与气化系统相互作用以便优化系统输出。
图1的示例实施方式仅仅提供作为示例，而非意在限制本发明的整体范围和特性。
气体产物的组成
本发明的控制系统能够用于对产物气体的一个或多个特性进行感测、比较和维持，使其处于预定范围。如之前讨论的，如果气体产物被设计为在发电中使用，那么理想的是得到的产物可以被用作发电机的燃料。
当输出气体离开由本发明控制系统所控制气化加工处理中所使用的转化器时，其主要成分通常是一氧化碳、二氧化碳、氢气、蒸汽及氮气(当使用富氧的空气、氧气等时存在较少的氮气)。也可以存在更少量的甲烷、乙炔和硫化氢。输出气体中一氧化碳或二氧化碳的比例依赖于输送到转化器中的氧气的量。例如，当控制氧气的流量以便排除碳到二氧化碳的化学计量转化时，产生一氧化碳，且所述加工处理以主要产生一氧化碳的方式运行。
通过调节例如所施加等离子体热量、氧气和/或蒸汽和/或富碳添加剂之间的平衡，合成气体产物的组成可以被优化为用于特定应用(例如，燃气轮机和/或用于发电的燃料电池应用)。由于气化加工处理期间添加氧化剂和/或蒸汽添加剂会影响转化的化学作用，理想的是，本发明控制系统提供传感元件用于监控合成气的组成。例如通过响应元件使反应物的输入改变，以将合成气体的参数维持在预定范围内，所述预定范围适合于所选下游应用。
参考图1的示例实施方式(仅仅提供作为示例而非意在限制本发明的整体范围和特性)，使用多种传感元件能够实现对气体产物的监测，诸如气体组成传感元件(例如气体分析器801)、气体流量传感元件(例如流量传感元件802、803和804)、气体压力传感元件(例如压力传感元件805、806、807和808)、气体温度传感元件(例如温度传感元件809、810和811)、以及气体不透明度传感元件。气体组成传感元件(例如气体分析器801)可以用于确定合成气体中氢气、一氧化碳和/或二氧化碳的含量，其数值可用在多种控制步骤中(例如参见图18和图71至图75的示例实施方式)。虽然可以在加工处理的任何位点进行测量，通常在气体冷却后并在其已经经历调整步骤以去除颗粒物质后，测量气体产物的组成。
可以使用本领域技术人员已知的方法对所述气体产物进行取样和分析。可用于测定气体产物化学组成的一种方法是通过气相色谱(GC)分析。这些分析的采样点可以遍及所述系统。在一个实施方式中，使用测量气体红外光谱的傅立叶变换红外(FTIR)分析仪测量气体的组成。
在一个实施方式中，诸如温度、流速和组成的气体产物参数可以通过位于转化器出口处的传感元件来监控。在另一个实施方式中，取样口还可以被安装在气体产物处理系统的任何位置。如之前讨论的，传感元件被设置为改变反应物输入，以将气体产物的参数维持在适用于下游产物的预定范围内。
本发明的一个方面可以是：通过测定输出蒸汽的组成，确定气化加工处理期间添加的氧气是否过多或过少，并相应调节所述加工处理。在一个优选实施方式中，分析器、传感器或其它这样的传感元件在一氧化碳流中检测相应参数，例如二氧化碳或其它适当参考富氧材料的浓度。
明显的是，可使用其它技术测定是否主要生成一氧化碳。在一个替换方案中，本发明控制系统可以测定并分析二氧化碳对一氧化碳的比例。在另一个替换方案中，控制器使用传感器来测定氧的量和等离子体发生器下游的碳量，将此参数与预定范围进行比较，计算一种或多种加工处理控制参数，从而将参数维持在预定范围内，并实时操作响应元件以对加工处理产生影响，并调节参数。在一个实施方式中，测量CO和H2的值并将其与目标值或范围进行比较。在另一个实施方式中，测量气体产物热值(例如LHV)并将其与目标值和范围进行比较。
本领域技术人员容易理解，通过以上或其它传感元件，可以在整个给定系统中对这些和其它上述气体产物参数进行测量，可以用于通过响应元件来监控和调节正在进行的所述加工处理，以将气体产物参数维持在相应适合预定范围内，测量不应当受限于上述实施例和附图中示出的说明性系统和控制系统结构。
系统中各处的温度
在本发明的一个实施方式中，提供了如传感元件的装置来监控所述系统各处的温度(例如温度传感元件809、810和811)，其中上述数据是连续或间歇地获得的。用于监控转化器(可控制以用于本发明控制系统)中温度的传感元件，例如，可以位于转化器的外壁上，或位于转化器的顶部、中间和底部的耐火材料内。
用于监控气体产物温度的传感元件可设置于气体产物的排出口处，以及设置在气体产物调整系统的各个位置处(例如，转化器气体调整器内)。可使用多个热电偶监控转化器周围的临界点(criticalpoints)的温度。
如果采用回收气化加工处理所产生显热(焓热)的系统(诸如热交换器或类似技术)，则还可集成用于监控热量回收系统中各点处(例如冷却剂流体的入口和出口处)温度的传感元件。在一个实施方式中，气体-空气热交换器、蒸汽发生器热交换器或二者一起用于从气化加工处理所产生的热气回收热量。在使用热交换器的实施方式中，设置温度传感器来测量例如热交换器入口和出口处的气体产物温度。温度传感器还可以设置为测量在所述热交换器中加热后的冷却剂的温度。
控制系统可以使用这些温度测量值来确保当气体产物进入相应热交换器时，其温度为所述设备的理想操作温度或在理想温度范围内。例如，在一个实施方式中，如果用于气体-空气热交换器的设计温度是1050℃，可使用位于气流到热交换器的入口上的温度传感器，控制冷却剂空气通过所述系统的流速和等离子体热能，以便维持最佳的气体产物温度。此外，气体产物出口温度的测量有助于在所有热回收阶段确保已从气体产物回收最佳量的焓热。
安装在空气出口流上以测量加热交换空气温度的温度传感器确保所述加工处理在下述条件下进行：所述条件确保处理空气被加热到适于在气化加工处理中使用的温度。在一个实施方式中，冷却剂空气出口温度例如约625℃，因此安装在空气出口流上的温度传感器提供数据，用于确定是否应对空气通过系统的流速和等离子体转化器中喷管功率二者或之一做出调节，以便维持最适气体产物输入温度，所述温度又可以被用于控制冷却剂空气的温度。对本领域普通技术人员来说明显的是，在加工处理的任何子系统中的温度调节不仅仅确定用于优化特定的子系统，还考虑下游应用的需要。例如，可以在控制特定局部和/或区域化加工处理时考虑全局需要。
根据本发明控制系统所使用气化系统包括蒸汽发生器热交换器的一个实施方式，控制方案对于最适冷却剂空气输出温度设置固定的设定点，例如约600℃，以及用于蒸汽发生器热交换器气体出口温度的固定值，例如约235℃。因此，根据本实施方式，当减少气体产物流量时，在气体-空气热交换器出口处的气体产物温度变冷，再加上蒸汽发生器热交换器气体出口温度也被设置为固定值，导致蒸汽产量降低。
当通过系统的气流减少时应用相同概念。根据本发明的一个实施方式，出口的冷却剂空气温度保持固定，因此气体-空气热交换器的出口气体产物的温度更热，因此在蒸汽发生器热交换器中产生更多蒸汽。但是，当通过系统的气流减少时，气体产物流量因此也减少，所以蒸汽发生器热交换器的入口温度增加将仅是暂时升高。例如，如果气流减少到50％，蒸汽发生器热交换器将暂时看到的最大入口气体温度是近似800℃，这是在所述热交换器设计的温度限度内。
在本发明的一个实施方式中，用于监控温度的传感元件由根据需要安装在系统中各位置的热电偶来提供。此后，通过控制系统可以使用如上所述的温度测量法。本领域技术人员可以理解的是，可以通过以上或其它上述传感元件，在给定实施方式的整个系统中进行其它类型的温度测量，所述测量可用于通过响应元件来监控和调节正在进行的进程，以产生适合于所选下游应用的气体产物，并可任选地使加工处理的输出量和效率最大化，因此，上述测量不应当受限于上述实施例和附图描述的说明性系统和控制装置构造。
系统压力
在本发明的一个实施方式中，设置传感元件来监控转化器内及应用本发明控制系统的整个气化系统各处的压力，其中在连续或间歇的基础上获得上述数据。在另一个实施方式中，这些压力传感元件(例如图1的压力传感元件805、806、807和808)包括压力传感器，诸如位于转化器竖壁上的压力换能器。涉及系统压力的数据由控制系统使用，以在实时基础上确定是否需要调节诸如等离子体热源功率或原料或工艺添加剂的添加速率的参数。
被气化原料的量差异可以导致快速气化，结果是转化器内的压力显著变化。例如，如果加入转化器中的原料量增加，所述转化器内的压力可能的急剧增加。上述情况中，有利的是使传感元件连续监控压力，从而提供所需数据，通过响应元件对加工处理控制参数(例如引风机的速度)进行实时调节，以减少系统压力(例如在转化器中以及在至同流换热器的入口处)。另一可任选的压力传感元件(例如图1的压力传感元件807)可以与固体残渣调整器一起使用，并可操作地连接至将固体残渣调整气体从固体残渣调整器引导至合成气调整器的控制阀。例如，另一可任选的压力传感元件(例如图1的压力传感元件808)可以与均化系统一起使用，并可操作地连接至用于通过燃烧组(flare stack)释放合成气的控制阀，以及可操作地连接至一控制阀以增加转化器的添加剂输入流量，以维持燃气发动机的连续运行。此外，流量传感元件(例如图1的流量传感元件802、803和804)可以在整个系统中使用(例如检测进入均化系统的合成气流量)，例如，以调节进入转化器的原料和添加剂的输入速率。
在另一个实施方式中，提供遍布整个系统的差压的连续读数，例如，通过许多压力传感元件。以这种方式可监控横跨各个单独部件的压力差，以快速地查明处理加工处理中发生的问题。本领域技术人员可以理解的是，通过以上或其它上述传感元件，以上和其他上述系统压力监控和控制装置可以用在系统的各种不同实施方式中，以通过响应元件来监控和调节正在进行的进程，以产生适用于所选下游应用的气体产物，并可任选地使进程的输出量和效率最大化，上述测量不应当受限于上述实施例和附图描述的说明性系统和控制系统构造。
气体流速
在本发明的一个实施方式中，控制系统包括传感元件(例如图1的流量传感元件802、803和804)，以在使用本发明的系统中各处监控气体产物流速，其中在连续或间歇基础上获得此种数据。
通过系统不同部件的气体流速会影响气体在特定部件中的居留时间。如果通过转化器重整区域的气体流速过快，可能没有足够的时间使气态组成达到平衡，导致非最适条件的气化加工处理。可使用流量传感器来检测进入均化系统/储存罐的合成气流量(例如图1中的流量检测元件803)。可以使用遍及各实施例系统中的上述和其他气体流动监控和控制装置，通过响应元件来监控和调节正在进行的进程，以产生适用于所选下游应用的气体产物，以及可任选地使进程的输出和效率最大化。
加工处理转化器
通常，与本发明控制系统一起使用的转化器可以包括一个或更多形成气化器和重整器的处理区域和/或室。气化器和重整器可以在相同或不同的室和/或区域(其可以是相同取向或不同取向的)内。转化器还可以包括进一步的加工处理设备，诸如原料输入装置，所述原料包括诸如城市固体废物(MSW)、高碳原料HCF、MSW和HCF一起、或煤。其它进一步的加工处理设备可以根据需要包括用于添加一种或更多工艺添加剂(包括但不限于蒸汽、氧气、空气、富氧空气、氧化剂和富碳添加剂(可任选提供作为辅助原料))的装置，用于将产物气体的一个或多个特征值维持在适用于选定下游应用的相应范围内。转化器还可以包括一个或多个等离子体热源和/或其它热源，所述热源结合于控制系统的响应元件，并受其可操作地控制。转化器还可以提供用于气体输出和灰去除的装置。转化器能够装备有各种传感装置(即传感器)，诸如热电偶、材料高度检测器、压力传感器等，用于感测加工处理的各种特性。本发明的控制系统允许控制转化器加工处理的各种方面，包括但不限于原料输入、添加剂输入、等离子体喷管功率、废物堆高度、以及废物在转化器中的移动。
转化器可以具有大范围的长径比，并可以竖直地或水平地定向。转化器具有一个或更多气体排出装置，以及用于去除固体残渣(例如，炭、灰末、熔渣或其一些组合)的装置，在一些实施例中，该去除装置包括沿所述室底部某处的排出口，以能够使用重力流动去除残渣。在一个实施方式中，转化器使用物理转移装置从容器底部去除固体残渣。例如，热螺杆可以用于将灰末副产物转移至固体残渣调整器中。用于加工和处理熔渣的装置将稍后更加详细的描述。值得注意的是，也可以在发生气化的室(图19至图22)中处理熔渣，或在单独的室中处理熔渣，如在图23的固体残渣调整器中。
在本发明的一个实施方式中，所述一个或更多等离子体加热源有助于原料到气体的转化加工处理。在本发明的一个实施方式中，与蒸汽和/或氧气添加剂的进料相结合，一个或多个等离子体热源的使用有助于控制气体组成。等离子体热还可用于确保气化加工处理所产生废气完全(或基本上完全)转化为他们的组成元素，允许这些组成元素重整为具有特定组成的气体产物(例如在与气化器不同或与其整合的重整器中)。此重整可在进行气化的区域或室中进行，或者，在转化器中不同的区域或室中进行，本文中称为重整器。然后，所述气体产物可以通过一个或更多输出气体出口离开所述转化器。
含碳原料的气化(即，含碳原料到合成气体的完全转化发生于转化器中，并可以在高温或低温下进行，或在高压或低压下进行。在将含碳原料转化为合成气体产物的加工处理中发生许多反应。随着含碳原料在转化器中气化，根据转化器的设计，气化所需的物理加工处理、化学加工处理和热处理可以次序地或同时地发生。
在转化器中将含碳原料加热，借此来干燥原料以去除任何残留水分。随着干原料的温度升高而发生热解。热解加工处理中，在原料转化为炭的同时，挥发性组分挥发，以及，原料被热分解以减少例如焦油、酚类和轻质易挥发烃类气体。炭包括由有机和无机材料组成的残留固体。
可对所得的炭进一步加热，以确保其气态组分的完全转化，留下稍后转化至熔渣的灰末副产物。在一个实施方式中，含碳原料的气化发生在存在受控量氧气的条件下，可任选地，在本发明控制系统的控制下，以使可发生的燃烧量最小化。
干燥、挥发和炭到灰的转化步骤的组合产物提供了中间体废气产物。可对此中间体废气进一步加热，通常通过一个或更多等离子体热源并在可控量添加剂(例如空气和蒸汽)存在的条件下进行，以进一步将含碳原料转化成合成气。该最终步骤也称为重整步骤，并可在气化室或不同室内进行(例如集成的或不同的气化器/重整器)。。
所述一个或更多等离子体热源可以布置为使所有反应同时发生，或可以设置在转化器内以使反应相继发生。在任一构造中，由于在转化器中包含等离子体热源，热解加工处理的温度升高。
由热来驱动气化反应，其可以通过电和/或矿物燃料(例如丙烷)加热装置供以燃料，以加热转化器，或添加空气作为反应物来驱动放热的气化反应，其为反应提供热量。一些气化发应加工处理还使用间接加热，避免了输送材料在转化器中燃烧，以及避免了氮和过量CO2稀释气体产物。
转化器的设计能够允许单个阶段或多个阶段的转化加工处理。国际申请WO/2006/128285和WO/2006/128286中提供了多种示例性转化器设计，其能够容易地用在本发明中，并且这对于本领域普通技术人员是容易理解的。在一示例中，转化器的设计是这样的：原料转化为气体的转化加工处理可在一个阶段的加工处理中进行，即，气化(原料至废气)和重整(废气至合成气)步骤都大致发生在系统内的单个区域中。在另一示例中，转化器的设计是这样的：原料转化为合成气体的加工处理在多于一个的区域中发生，所述加工处理或者发生在一个室中多于一个的区域内发生(例如图20和图22的实施方式能够解释为代表多区域单室转化器)，或者在分离的室中发生(例如图23的实施方式)，或者上述方式的某些组合，其中所述区域彼此流体连通。
转化器可任选地包括一个或更多诸如添加剂输入装置的进一步加工设备，该添加剂输入装置设置为将对气化加工处理有用的气体添加到转化器中，诸如氧气、空气、富氧空气、蒸汽或其它气体等。添加剂输入装置还可以提供装置用于将富碳添加剂添加至气化容器内的装置，所述富碳添加剂还可以通过辅助原料输入装置提供(例如图19至图23限定的加工处理装置包括混合原料输入装置，其示例性地组合主原料输入装置和可任选的辅助原料输入装置)。从而，添加剂输入装置能够包括空气(或氧气)输入口和/或蒸汽输入口和/或富碳材料输入口，后者可任选地通过辅助原料(或混合原料)的意向提供。这些口设置在转化器内，用于添加剂遍布容器的优化分布。添加剂的添加将在下文详细描述。
所述富碳添加剂(或辅助原料)可以是任何材料，所述材料是能够添加到正在气化的原料中以增加气化处理可用碳量的碳源。对气化中的原料添加富碳材料有助于确保形成具有特定组成的气体产物。能够使用在气化加工处理中的富碳添加剂例子可以包括但是不限于轮胎、塑料、高等级的煤或其组合。
参考图23的示例实施方式，在此说明的转化器包括水平取向的转化器，其被进一步分成三个气化区域，所述气化区域设置用于，通过在各区域内接续地进行干燥、挥发和炭至灰转化(或碳转化)，使从含碳原料提取出气态分子优化。这通过下述操作实现：当材料在第一区域内、移动至第二区域之前，于一定温度范围(例如300℃-900℃)进行原料干燥，当材料在第二区域内、移动至第三区域之前，于另一温度范围(例如400℃-950℃)进行挥发，在第三区域内，于另一温度范围(例如600℃-1000℃)进行炭至灰的转化(或碳转化)。在各阶段处发生的主要加工处理大致在图27和图28中示出，且在下面的示例中更详细地描述。
所述三个区域在图27和28中示意性示出，其中示例性反应率示出为从第一区域开始：在第一区域内干燥处理相对于挥发和碳转化处理是最显著的；在第二区域内挥发处理最显著；以及在第三区域内材料实际上完全干燥，并且碳转化处理最显著。
通过响应于图23转化器中特定位置处的原料材料的特征，区域地促进气化处理的一个或更多阶段，气化处理的水平扩展允许优化气化加工处理。对于本领域的普通技术人员来说明显的是，该转化器因此能够根据所使用原料的特征而分为两个、三个、四个或更多步骤。下面的讨论描述将转化器分成三个步骤。然而，图23的转化器提供的示例实施方式在技术上不限于三个步骤。
在一个实施方式中，提供装置来将材料移过转化器，以利于气化加工处理的特定阶段(干燥、挥发、炭到灰的转化)。为了能够控制气化处理，还提供用于控制材料通过转化器的运动的装置。通过使用一个或更多材料转移单元，能够使材料移动通过转化器。这通过下述方式以材料转移装置获得：改变运动速度，各材料转移装置移动的距离，以及多个材料转移装置相对于彼此的移动顺序。所述一个或更多材料转移装置能够以协调的方式动作或单个材料转移装置能够独立地动作。为了优化材料流速、在室内的总居留时间、以及堆高度的控制，各材料转移装置能够各自地移动，以不同的速度、以不同的移动距离以及以不同的移动频率。在转化器的严酷条件下，材料转移装置必须能够有效地工作，特别是必须能够在高温下工作。材料转移装置可包括但不限于：螺旋推运器(augers)、架子、平坦、滑枕、以及本领域技术人员容易想到的其他装置。
在国际申请WO/2006/128285和WO/2006/128286中提供了多种示例材料转移装置，其能够容易地用在本发明中，并且对于本领域普通技术人员是容易理解的。例如，横向转移装置包括侧向转移单元、马达装置和致动器，其中各个横向转移单元包括移动单元和引导元件。通过任何本领域公知的装置(诸如马达、液压和气动)，响应元件能够使转移装置操作。
在一个实施方式中，提供材料移动系统来使MSW沿着转化器移动，使得在转化器的适当阶段发生适当处理，并且将残渣移到转化器的固体材料出口。根据转化器中的总居留时间，可以控制各阶段材料堆的高度。这些功能由各阶段底板处的载体滑枕系统控制。各载体滑枕能够移动该阶段的整个或部分长度，其速度也是可变的。这提供了对材料堆高度和居留时间进行控制的能力；此外，如果需要所述阶段也可被彻底清除。所述载体滑枕可以为单个载体滑枕，或是多触点的。用于移动载体滑枕的功率能够由电动马达提供，电动马达通过齿轮箱和链条系统驱动载体滑枕。电动机由控制系统控制，所述控制系统能够指令开始和停止位置、运动速度和运动频率发出指令。能够独立地控制各载体滑枕。在一实施方式中，使用链条。链条提供高强度并能耐受严酷的工作环境。在一实施方式中，能够使用精确引导来保持载体滑枕的角向对准(成角度排列)。在另一实施方式中，每个载体滑枕使用两个链条，提供保持载体滑枕角向对准(成角度排列)的装置，而无需使用精确引导。为了避免在载体滑枕缩回时载体滑枕顶部上的材料被向后拉，对控制系统进行编程以获得特定的载体滑枕移动序列。例如，在一个序列中，最下部的载体滑枕首先伸展；然后中间的载体滑枕伸展，将材料向下推到最下部的载体滑枕上，填充由载体滑枕移动产生的空隙；然后，最下部的载体滑枕缩回；接着，最上部载体滑枕伸展，填充中间载体滑枕后部处的空隙；然后中间载体滑枕缩回；从输入口掉落的新材料填充顶部载体滑枕上的空隙，并且顶部载体滑枕缩回。所有的这些运动能够由控制系统响应于系统指令数据而自动地控制。
在一实施方式中，使用诸如热电偶的传感器进行转化器的温度监测。能够在沿着各阶段的位置处以及各阶段的不同高度处监测温度。监测使用热电偶进行，在运行期间将需要更换热电偶。为了不停下加工处理而实现更换，各热电偶能够通过密封的端管插入转化器内，然后将密封端管相对于转化器壳体密封。此设计允许使用挠性丝状(flexible wire)热电偶(其比密封管长)，使得热电偶的结合点(温度感测点)受压抵靠在密封管的端部，以确保对温度变化的精确和快速响应。密封端管能够借助于压缩密封装置(gland)而密封至转化器并机械地保持在位，所述密封装置还能够调节伸入转化器内的长度。如果需要测量材料堆中的温度，如果需要进行移动，密封管可能会阻挡材料堆的移动。为了避免此问题，密封管的端部可装有导向板，以防止MSW被热电偶管阻挡。
所述转化器能够基于本领域中已知的多种标准转化器中的一种。现有技术中已知的转化器包括但不限于气流床转化器、移动床转化器、流化床转化器、和回转窑转化器，各转化器都适于通过原料输入装置接收固体、颗粒、浆、液体、气体或其任何组合形式的原料。所述原料通过一个或多个入口引入，所述入口布置为提供对热的最佳暴露，以利于原料至产物气体的彻底和有效转化。
根据本发明的一实施方式，转化器壁衬有耐火材料。所述耐火材料能够是现有技术中已知的适用于高温(例如约1100℃至1400℃的温度)非加压反应转化器的常规耐火材料中的一种或其组合。在国际申请WO/2006/128285和WO/2006/128286中详细描述了多种示例转化器以及转化器构成、构造等，并能够容易地用在本发明中，这对于本领域普通技术人员是容易理解的。
本领域的普通技术人员可以理解：通过移动一个或多个等离子体热源、通过添加其它等离子体热源、其它热源等，所说明的转化器可作为单个或多个区域转化器进行操作，而不脱离本申请的总体范围和主旨。此外，可理解的是，本发明控制系统可以用以上任何转化器结构或其它此种转化器结构来实施。实际上，通过监控与给定类型转化器内实施的气化和/或重整加工处理相关的一个或更多直接或间接的加工处理参数，这些加工处理是否发生在单室或多室转化器内的单个区域或多个区域，本发明的控制系统可以通过传感元件来监控，并通过响应元件来调整正在进行的加工处理，以使进程输出和效率最大化。所述控制系统可以通过直接控制或通过模件化控制而实施，其中所述控制系统包括控制子系统。
本领域的普通技术人员可进一步理解，尽管以上描述提供了数种示例性转化器类型、构造和其所用的材料，但是，也可以使用其它的转化器类型、构造和其所用的材料，而不脱离本发明的范围。
加热装置
用于将含碳原料转化为产物气体的加工处理采用一种或更多等离子体加热装置，该等离子体加热装置能够由本发明控制系统控制，以确保废气基本上转化为适用于选定下游应用的气体产物。等离子体加热装置也可以可任选地将含碳原料加热，以驱动初始的气化加工处理。
在一个实施方式中，所述一个或更多等离子体热源设置为优化废气到适当气体产物的转化。根据气化系统的设计，例如，根据所述加工处理是使用一阶段气化加工处理还是两阶段的气化加工处理，一个转化器还是更多转化器，重整器是集成的还是分开的，或者转化器是水平和/或竖直取向的，来选择所述一个或更多等离子体热源的位置。
上述加工处理可使用各种可在施用位置处持久产生适当高温的市售等离子体热源。通常，这样的等离子体热源尺寸大小从输出功率约100kW至6MW以上，以便根据将废气转化为合成气体产物所需的超过约900℃到约1100℃的温度。
示例可以包括电感耦合等离子体喷管(ICP)，以及转移电弧和非转移电弧喷管(AC和DC)。适当等离子体加热装置的选择在本领域技术人员的普通技能范围之内。
在一个实施方式中，等离子体热源设置于靠近一个或更多空气/氧气和/或蒸汽输入口的位置，从而将空气/氧气和/或蒸汽添加剂注入到等离子体热源的等离子体排放通道中。
在另一个实施方式中，等离子体热源是可移动的、固定的或其任何组合，以及可任选地，可由本发明的控制系统使其操作以调节其位置和/或取向。
在一实施方式中，气化加工处理利用等离子体加热的可控性来驱动转化加工处理，并确保来自转化器的气体流量和气体组成维持在预定的范围内。等离子体加热的控制还有助于获得气体产物的高生产率，而不会受到不同含碳原料源组成的影响，也不会受到同类原料源天然差异的影响。
在一个实施方式中，本发明的控制系统包括响应元件，所述响应元件用于调节等离子体热源的功率以管理反应的净总动力学(净总体能学)。为了管理反应动力学，可以调节等离子体热源的功率，这样即使原料组成存在波动，蒸汽、空气/氧化剂以及富碳添加剂的相应进料速率存在波动，都可以维持恒定的气化系统温度。
在一实施方式中，控制系统相对于所测定参数控制等离子体热源的额定功率，所述参数诸如是将含碳原料和添加剂添加到转化器中的速率，及由遍布系统重要位置设置的温度传感元件和其它上述传感元件(例如图1的温度传感元件809、810和811)而测定的系统温度。等离子体热源的额定功率必须足以补偿例如转化器中的热量损失，并足以有效处理添加的原料。
例如，当转化器温度过高时，控制系统可指令降低等离子体热源(例如，见图18和图71至图75)的额定功率；相反地，当熔体温度过低时，控制系统可指令增加等离子体热源的额定功率。
在本发明的一个实施方式中，控制系统包括响应元件，以控制喷管的位置，确保维持最优高温处理区域，以及围绕整个转化器产生有利的气体流型。
还可以任选地设置一个或更多等离子体热源，以确保气化加工处理固体残渣的完全处理，这将稍后讨论。在某些实施方式中，转化器包括：不同的气化器区域，在此区域中气化在没有等离子体热的情况下发生；以及不同的重整器区域，在此区域中等离子体热用于气体重整。
原料输入装置
参考图1到图4和图19到图24，气化加工处理包括如输入装置中的输入装置，用于将含碳原料(可以包括例如煤、城市废物和/或高碳混合原料)添加到转化器，可选地，此输入装置在本发明控制系统的控制下。所述高碳原料可选地通过辅助原料输入装置输入或通过下述添加剂输入装置作为添加剂输入。定位输入装置，以确保将原料放置于转化器中的适当位置，以最佳地暴露于气化热源。
在一个实施方式中，控制系统包括响应元件，所述响应元件通过加工处理设备调节原料的进料速度，以维持产物气体使之适用于所选下游应用。例如，可以调节将原料添加到转化器的速率，以促进原料有效转化为适当的气体产物。根据系统的设计规范进行添加原料速率的选择，以将表示产物气体的所感测特性的特性值维持在预定范围内。
在一个实施方式中，控制系统通过诸如输入设备的加工处理设备来调节进料速度，以确保原料以最佳速度输入转化器，用于根据所选下游应用的需要维持气化反应。
根据进料分散、操作压力和原料颗粒尺寸的要求，进行输入装置的选择。输入装置可以包括例如螺旋钻、气动运输系统、活塞系统、滑枕系统、旋转阀系统或顶部重力进料系统。
在一个实施方式中，城市废物能够用作气化处理的原料。城市废物可以提供为固体或液体形式。对于固体废物的气化，通过固体废物进料口将废物导入转化器。转化器还可以设计为可选地包括液体废物进料口用于处理液体废物。
还可以利用调整处理在原料添加到转化器前制备所述原料。在一个实施方式中，基于原料的特性以及为了提高效率并获得适当的气体产物，能够对所述原料进行预处理，例如通过切碎、粉碎、剪切而减小其体积或增大其表面积与体积比。在另一实施方式中，原料还可以经历预干燥步骤以根据需要去除任何残余的水分。
例如，在某些实施方式中，用于与本发明控制系统一起使用的气化系统附加地包括城市固体废物(MSW)粉碎系统。所述MSW粉碎系统可以包括输入输送机、粉碎器和捡拾输送机。输送机的开始、停止和速度可以由控制系统远程控制，以匹配加工处理需要。可以在槽中设置传感器，以在没有原料时对控制系统进行报警。粉碎器可以设置为在感测到堵塞时自动地停止、自动地反转以清除堵塞，然后重新启动。在一实施方式中，如果仍然检测到堵塞，粉碎器将停机并发送报警信号至控制系统。经粉碎的原料可以任选地从粉碎器系统掉落到进料斗，进料斗提供待进料到转化器中的原料缓冲。所述进料斗可以设置有诸如高水平和低水平指示器的传感器，能够用于控制从粉碎系统至进料斗的流动。输送机可任选地在控制系统的控制之下，以匹配废物进料速度而满足加工处理需要。在某些实施方式中，MSW输入输送机可以具有附加的入口以接收高碳原料(例如经粉碎的塑料)，高碳原料使得能够快速响应较高或较低碳输入的加工处理需求，以满足所需的气体质量，同时避免在转化器上设置第二输入位置的需求。
在某些实施方式中，用于与本发明控制系统一起使用的气化系统附加地包括塑料处理系统，以制备塑料作为高碳原料和/或添加剂。城市再循环程序通常得到大量的不可循环使用的塑料材料必须送到垃圾填满场；该材料例如能够满足气化加工处理的高碳材料需求。塑料和类似材料可选地在输入至转化器之前被粉碎。塑料系统能够设计为提供所接收塑料的存储、将塑料粉碎以及将之放入贮料堆，并将其输送(任选地在独立的控制之下)至转化器。所述系统可以包括存储设施、带有输入料斗的粉碎器、取走输送机和贮料堆。此外，可以使用输入输送机将粉碎的塑料导入转化器。水平检测器可设置在料斗内以指示高位和低位。此输送机的监测可在控制系统的控制之下。可以通过直接控制或模件化控制，实施塑料处理系统的控制，其中，本发明的控制系统包括控制子系统。
添加剂输入装置
参考图1到图4和图19到图24，添加剂可以可任选地添加到转化器(例如通过添加剂端口)，以促进含碳原料有效转化为气体产物。仔细选择添加剂的类型和数量，以使含碳原料的转化最优化，同时保持符合官方的排放量限制并使运行成本最小化。还可以使用蒸汽进料，以帮助获得足量的游离氧和氢，以使进料废物的离解元素最大程度地转化为燃料气体和/或无害化合物。空气/氧化物的进料有助于实现化学平衡，以使碳最大程度地转化为燃料气体(最小化游离碳)，并维持最佳处理温度，同时使相对高成本的等离子体热输入最小化。也可以添加富碳添加剂(其也可以提供作为附加和/或辅助原料)，以补充经受气化的原料的碳含量。确定各添加剂的质量并对之进行控制，以用于选定的下游应用。在某些实施方式中，仔细确定氧化剂注入的量，以确保最大程度地权衡相对高成本的等离子体弧输入加热，同时确保总加工处理不会接近不希望出现的燃烧相关加工处理特征，并同时满足并优于当地的排放标准。
对于那些以产生电能作为目的的实施方式，制造具有高燃烧热值(例如由气体的高热值(HHV)和/或低热值(LHV)测定)的气体是有利的。高品质气体燃料的制造可通过控制反应条件完成，例如通过在转化加工处理中不同步骤对添加剂的添加量进行控制。
因此转化器可以包括多个添加剂输入口，所述输入口设置为添加对气化加工处理有用的气体，诸如氧气、空气、富氧空气、蒸汽或其它气体等。添加剂输入装置可以包括空气输入口和蒸汽输入口。这些口设置在转化器内，用于优化整个转化器内的添加剂分布。蒸汽输入口可以策略性地定位以将蒸汽引导至高温处理区域，并在所述蒸汽离开转化器前将其引导至气体产物物质中。空气/氧化剂输入口可以策略性地定位在转化器内的四周，以增进添加剂对处理区域的覆盖。
添加剂输入口还可以包括用于添加富碳材料的输入口，所述富碳材料也可以通过附加的和/或补充的原料输入装置添加。本发明气化处理可使用的原料可以是任何含碳材料，因此，其本身的含碳量差异很大。在本发明的一实施方式中，系统提供如所指定富碳添加剂口的装置，用于添加富碳原料以补充经受气化的原料的含碳量。可以任选地，在添加至转化器之前，通过与原料预混合而添加高碳材料。提供具有高含碳量的原料增加气体产物中的碳平衡。
在一个实施方式中，控制系统包括通过诸如响应元件的加工处理设备来控制富碳材料添加的装置，以调节反应物，从而将所感测特性的一个或更多特性值维持在相应的预定范围内，该预定范围限定为表征产物气体适用于选定的下游应用。例如，添加剂可以添加至转化器，以利于原料有效转化成适当的产物气体。可以仔细选择添加剂的类型和量以用于上述适当产物气体的目的。在本发明又一实施方式中，控制系统包括响应元件，该响应元件用来控制添加剂的添加，以维持生产适当的产物气体。在控制系统的另一实施方式中，提供响应元件来控制两种或更多种添加剂的添加，以维持生产适当的产物气体。在又一实施方式中，提供响应元件来控制三种或更多种添加剂的添加，以维持生产适当的产物气体。
在包括一个阶段处理的那些实施方式中，即，气化和重整步骤皆发生在单室转化器中，有利的是策略地将添加剂输入口设置于转化器的四周，以确保添加剂充分覆盖处理区域。在所述加工处理以两个阶段发生的那些实施方式中，即，气化和重整发生于系统内的不连续区域中，有利的是将某些添加剂口(例如蒸汽入口)靠近等离子体热源发生重整的区域定位。
在另一实施方式中，控制系统包括响应元件，所述响应元件用于根据数据，调节添加剂的进料，所述数据经由各个传感元件和计算装置对气体产物组成进行监控和分析而得到，使得这些数据用于估计原料的组成。可以在连续或间歇的基础上获得气体产物特征数据，因此允许在实时的基础上对添加剂的进料做出调节，所述添加剂诸如空气、蒸汽和富碳添加剂等。还可以在间歇的基础上获得和/或分析气体产物特征数据。
因此，本发明的控制系统包括将添加剂加入到系统中的装置，如响应元件中的，基于各种传感元件监测的特征值，根据表示气体产物适用于下游应用的特征值预定范围，所述装置将添加剂加入系统中。例如，在气体传感器检测到过多二氧化碳的情况下，控制系统可以减少氧化剂到转化器中的传递，以减少二氧化碳的产生。
在本发明的一个实施方式中，调整所述加工处理以使之主要产生一氧化碳，而非二氧化碳。为了在上述实施方式中加快一氧化碳的产生，所述系统包括用于确定气体输出流中含氧量的传感器、分析器或其它传感元件。如果气化加工处理中使用蒸汽或空气/氧化剂输出物的氧气输入特定范围(基于其他输入例如原料输入的组成和速率)，气体产物将主要是一氧化碳。如果氧过少，可能形成大量的元素碳或碳黑，它们会最终堵塞转化器的下游设备。如果系统中的氧过多，将产生过多的二氧化碳，如果所述加工处理的目的是制造气体燃料，这将是不期望的。响应于所述系统中过多的二氧化碳，通过来自控制系统的适当信号，减少或消除注入的蒸汽或空气/氧化剂(例如，见图1、图18和图71至图75)。
在一实施方式中，合成气燃料值确定模块能够计算低热值LHV=c1*[H2]+c2*[CO]，其中c1和c2是常数，其中[H2]和[CO]从所述合成气分析仪获得。所述模块可以可操作地结合至燃料空气比控制器，该燃料空气比控制器用于例如协调地控制总MSW+HCF进料速率以及可任选的MSW/HCF比例控制器以及载体滑枕序列控制器。在一实施方式中，为了确定所述系统的空气添加剂输入量，以使获得的合成气组分在适用于下游应用的范围内，或在有益于增加能量效率和/或气体产品消耗范围内，可设置所述控制系统，以基于对LHV所获得的特征值(例如，从合成气的[H2]和[CO]的分析)计算控制参数。例如，通过设置所述温度和压力常数，或在预期设置点，可经验性地限定整个系统的参数，从而可使用下式的线性计算来足够精确地评估所述空气输入参数：
[LHV]=a[空气]
其中，所述a是用于特定系统设计和预期输出特征的经验常数。
在另一实施方式中，为了确定输入至系统的空气添加剂和蒸汽添加剂的量，以使获得的合成气组分在适用于下游应用的范围内或在有益于增加能量效率和/或产品气体消耗的范围内，可设置所述控制系统，以基于对[H2]和[CO]所获得的特征值计算控制参数。例如，通过设置所述温度和压力常数，或在预期设置点，可经验性地限定整个系统的参数，从而可使用下式的线性计算来足够精确地评估所述空气和蒸汽输入参数：
其中，所述a、b、c和d是用于特定系统设计和预期输出特征的经验常数。本领域技术人员可以理解，尽管简化为线性系统，但是以上实施例可延伸包含额外的特征值，从而提供其他控制参数的线性计算。当需要进一步限制更严格的下游应用的加工处理波动时，也可以考虑高阶计算精确计算控制参数。
转化器内含碳原料转化为气体燃料的转化是吸热反应，即，需要将能量提供给反应物使其能够重整为适当的气体燃料产物。在本发明的一个实施方式中，气化加工处理所需能量的一部分由转化器内的初始气体产物或含碳原料的一部分进行氧化来提供。
将氧化剂加入转化器形成了转化器内部分氧化作用条件。在部分氧化作用中，原料中的碳与氧反应，反应的氧少于完成整个氧化作用所需的化学量。因可得的氧量有限，固体碳因此而转化为一氧化碳和少量二氧化碳，从而提供气体形式的碳。
上述氧化作用还释放热能，从而减少了需要通过等离子体加热来引入转化器中的能量的量。进而，此增加的热能减少了由于等离子体热源在转化器内产生特定反应条件而消耗的电功率量。因此，在电功率发生设备(例如，燃料电池应用、燃气轮机等)中由气体燃料转化为电功率而产生电能，此电能的很大比例可提供至用户或输出作为电功率，因为等离子体热源需要来自采用氧化剂添加的系统中的电功率产生设备的电较少。
因此，使用氧化剂进料作为添加剂，有助于使碳到气体燃料的转化最大化，并在使相对高成本的等离子体输入热量最小化的同时，维持所需的最佳处理温度。仔细确定氧化剂的注入量，以确保最大程度去除气体形式的碳(CO和CO2)。同时，因为碳反应(与氧组合)的气化是放热的，从而产生大量的热量。这使对相对高成本的等离子体输入热的需要最小化，同时，确保总加工处理不接近不期望的燃烧相关处理特征。
尽管存在部分氧化条件时转化器内产生的气体燃料较少(因为一些气体燃料或原料进行氧化释放热能，从而电功率发生设备中可用的气体燃料较少)，但是等离子体热源所消耗电能的减少，可以抵消电能产生的可能损失。在本发明的一个实施方式中，控制系统包括调节添加剂添加的装置，以将所感测特性的特性值维持在预先确定的范围内(表示气体产物适用于下游应用)，同时考虑加工处理的整体能量产生。
在本发明的一个实施方式中，氧化添加剂选自空气、氧气、富氧空气、蒸汽或二氧化碳。在以二氧化碳用作氧化添加剂的实施方式中，二氧化碳可以从气体产物中回收并循环加至添加剂流中。
在某些实施方式中，提供空气进料系统，用于处理空气使其在发生气化加工处理的整个区域内非常均匀地分布。在一实施方式中，通过带孔的底板导入经加热的空气。为了避免在处理期间空气孔堵塞，空气孔尺寸选择为使得其产生限制，从而经过各个孔产生压力降，足以防止废物颗粒进入所述孔。所述孔还可以朝着较高面向外倾斜，以防止颗粒粘附在孔中。当本文提到多阶段水平设计示例时，还包括任何数量的阶段、以及竖直取向。在多阶段气化构造中，各阶段的流量可以被独立地控制。在该示例的一实施方式中，有三个处理阶段，各水平带有独立控制的空气进料。在一实施方式中，通过形成各阶段底板的分离气箱，可以获得独立的空气进料和通过带孔底板的分布。
根据转化加工处理的经济目的选择适当的氧化添加剂。例如，如果经济目的是产生电，氧化添加剂选择为向给定的能量产生技术提供最优化的输出气体组成。对于采用气体发动机从气体产物生成能量的系统，气体产物组成中氮的比例较高是可接受的。在这样的系统中，空气是可接受的氧化剂添加剂。但是，对于采用燃气轮机产生能量的系统，气体产物在使用前必须经过压缩。在这样的实施方式中，气体产物中较高比例的氮会导致压缩气体产物所需能量耗损增高，所述耗损部分不能用作产生能量。因此，在某些实施方式中，有利的是使用含有较少部分氮的氧化剂，例如氧气或富氧空气。
在本发明使用气化加工处理所产生气体燃料使电能产生最大化的实施方式中，有利的是使在转化器中发生的气体燃料氧化作用最小化。为了抵消由于部分氧化作用条件而减少的气体燃料生产，可将蒸汽用作氧化添加剂。将蒸汽进料作为添加剂使用，确保足量的游离氧和氢，以使进料原料的离解组成最大程度转化为气体燃料和/或无害化合物。
对于将产生电能作为目的的实施方式，有利的是产生高燃烧值的气体。存在蒸汽的条件下，含碳原料的气化产生主要由氢和一氧化碳组成的合成气。化学领域中的普通技术人员可以认识到，可以通过将不同量的添加剂(即空气、氧气、富氧空气、其它氧化剂、蒸汽等)引入转化器中，操控气体燃料中的氢和一氧化碳的相对比例。
蒸汽输入口可被策略性地定位为将蒸汽导入高温处理区域中和/或在所述蒸汽离开转化器之前将其导入气体产物物质中。
固体残渣调整器
参考实施例1的图1到图4、图19到图23、以及图52至图58，与本发明控制系统一起使用的含碳原料气化系统还可以提供用于管理气化加工处理固体副产物的装置，诸如固体残渣调整器，用于将原料转化为能量的加工处理中得到的固体副产物或各种相态的残渣转化为低可滤取性的玻璃状均质物质。
本发明的控制系统可以设置为，通过控制等离子体加热速率和固体残渣进料速度以促进完全熔化和均化作用，从而优化固体残渣到熔渣的转化。在一个实施方式中，固体残渣调整器包括固体残渣调整器，其具有固体残渣入口、等离子体加热装置、熔渣排出口、可任选的一个或更多端口、以及用于将熔渣冷却并固化为其最终形式的下游冷却装置。本发明的控制系统还可以提供：传感元件，用于监控整个固体残渣调整器的温度和压力；响应元件，用于调节固体残渣到熔渣的有效转化，以及，通过例如加工处理设备的装置来控制操作参数，例如等离子体热源的功率和固体残渣进料速度。
固体残渣调整器适于处理来自将含碳原料转化为不同形式能量的任何加工处理的固体残渣。这种固体残渣通常是颗粒状并可以来自一个或更多源头，诸如转化器和可任选的转化器气体调整器。可以对来自所有源头的固体残渣进行加热，使其达到将固体转化为玻璃状均质物质所需的温度，这种物质在冷却和固化时呈极低的可滤取性。因此，固体残渣调整器确保固体残渣升到足以使固体残渣熔化并均化的温度。固体残渣调整器还促进熔渣中污染物固体(即重金属)的捕获，并形成清洁的且均化(并具有潜在经济价值)的熔渣产物。
为了确保固体残渣的完全处理，固体残渣调整器被设计为在固体残渣调整器中提供充分的居留时间。在一个实施方式中，所述系统提供至少10分钟的居留时间。在另一个实施方式中，固体残渣调整器提供长达1小时的居留时间。在另一个实施方式中，固体残渣调整器提供长达2小时的居留时间。
根据系统的要求和待去除的副产物类型，通过适当采用本领域技术人员已知的排出和运输装置，连续地或间歇地从一个或更多上游加工处理中去除固体残渣，该固体残渣可为炭、灰末、熔渣或其某些组合形式。在一个实施方式中，通过料斗和输送螺杆系统将固体残渣推入固体残渣调整器。
例如，可通过使用旋转螺杆或螺旋钻装置，以连续的方式添加固体残渣。例如，在一实施方式中，采用螺旋输送器将灰末传递至固体残渣调整器。
可替代地，固体残渣可以用不连续的方式添加。在一个实施方式中，连接到固体残渣调整器的固体残渣输入装置可由运输或载体滑枕系统组成。在这样的实施方式中，控制系统可采用限位开关来控制载体滑枕行程的长度，如此可以控制每次行程输送到转化器中的材料量。
本发明的控制系统可以进一步包括控制装置，从而可以控制固体残渣的进料速度，以确保固体残渣材料的最佳熔化和均化。
在一个实施方式中，使用等离子体热源加热灰末并使其熔化为熔渣。温度例如约1300℃到约1700℃的熔化熔渣可以周期性或连续地从固体残渣调整器排出，此后冷却形成固体熔渣材料。这样的固体熔渣材料可用于填埋处理。替代地，熔化的熔渣可以倾倒于容器中以形成铸块、砖瓦或类似结构材料，用作筑路填料或制造混凝土。固体产物还可被打碎为集料用于常规用途。
因此，固体残渣调整器包括熔渣输出装置，可任选地处在控制系统的控制下，通过该控制系统在一实施方式中将熔化的熔渣从固体残渣调整器排出。输出装置可包括熔渣排出口，所述排出口通常位于转化器的底部或附近，以便于熔化熔渣池自然流出所述转化器。可以用许多方式来控制熔化熔渣从固体残渣调整器流出的速度。例如，在一个实施方式中，可以调节等离子体加热装置附近位置与出口位置之间的温度差异，以控制熔化熔渣的再固化时间，例如通过调节允许在转化器中形成池的固体残渣材料体积。
还可以进一步调节熔渣输出装置，通过保持固体残渣调整器密封，使加热的要求最小化。在一个实施方式中，输出装置包括倒出嘴或S-弯(S-trap)。
如之前所讨论的，有利的是，还可以将一个或更多等离子体热源的烟羽对准处于或围绕熔渣排出口的熔渣池，以维持熔化熔渣的温度，并确保在整个熔渣提取期间熔渣排出口始终保持打开。此实践还将有助于尽可能保持熔渣的均化，以防止一些未完全处理的材料在熔渣提取加工处理中无意间离开固体熔渣调整器的可能性。
可以用许多不同方法从固体熔渣调整器提取熔化熔渣。例如，通过处理期间结束时分批倒出或贯穿整个处理期间连续倾注，提取熔渣。来自任一种倒出方法的熔渣可以被倒在水浴中，此处的水作为外部环境和气化系统之间的密封。熔渣还可以被倒入车中丢弃、倒入硅砂床或倒入模子中。
固体残渣调整器的壁衬有耐火材料，所述材料可以是本领域已知适用于极高温(例如约1300℃到1800℃的温度)非加压反应转化器中的常规耐火材料的一种或组合。上述耐火材料的例子包括但不限于，氧化铬耐火材料和含有氧化铝、二氧化钛和/或氧化铬的高铝耐火材料。
固体残渣调整器的物理设计特征取决于许多因素。这些因素例如包括：待处理固体残渣的组成、体积以及输入操作特性，有效的热转移，足够的温度，熔化熔渣的流量，确保固体残渣升到足以使固体残渣熔化并均化的温度所需的居留时间，以及所用等离子加热装置的类型，以及所述等离子加热装置的位置和方向
通过提供传感元件在固体残渣调整器各处位置监控温度和可任选地监控压力，本发明的控制系统可以调节固体残渣到熔渣的有效转化，其中在连续或间歇的基础上获得上述数据。用于监控所述调整室中温度的传感元件，例如，可位于所述调整室的外壁上，或位于所述调整室的顶部、中间和底部的耐火材料内部。本发明控制系统还提供响应元件，该响应元件以可操作的方式连接至加工处理装置，以控制例如等离子体热源的功率和固体残渣进料速度。
例如，当熔体温度过高时，控制系统可以指令降低等离子体热源的额定功率；相反地，当熔体温度过低时，控制系统可以指令升高等离子体热源的额定功率。可以通过控制系统的直接控制或通过模块化控制(其中控制系统包括控制子系统)，执行固体残渣调整器的控制。
在一个实施方式中，固体残渣调整器还可包括用于回收热量的装置(例如，图24和图25的等离子体热源冷却装置和熔渣冷却装置)，它们能够减少所产生的多余热量。例如，上述热量回收装置可包括热交换器。在这样的实施方式中，控制系统还可以控制热交换器的操作条件。所述热交换器可以具有例如许多温度传感器、流量控制元件、以及其它此种监控和响应元件。
在一实施方式中，将固体残渣从主转化器中取出，将其送入高温熔化室、在骤冷槽中冷却并破碎成颗粒、以及传送至等待从现场去除的贮料堆。在另一实施方式中，提供固体残渣进料系统，其通过螺杆型输送机从转化器取出固体残渣。可以在螺杆的螺纹上设置有锯齿状边缘，以打碎结块材料。然后可以通过输送机系统将固体残渣送至熔渣熔化室。还可以提供其他固体残渣来源。为了在固体残渣调整器停机期间能够继续进行气化，可将固体残渣转移之后再重新导入固体残渣调整器进料系统。
在一实施方式中，从进料系统接收的固体残渣被传送至熔化炉，并使用等离子体喷管使其熔化。随着在炉内产生熔化熔渣，其到达溢出堰并从溢出堰上流出，落至骤冷槽中。
在固体残渣调整器中产生的气体可以与在转化器中产生的气体类似地处理(例如，用于相同下游设备或不同下游设备的下游应用)。在MSW处理系统期间去除的金属会被传送至熔渣熔化炉，而在熔渣正常玻璃化温度下金属不一定会熔化，从而熔化炉可能被金属堵塞，因为其密度超过熔化熔渣。为此，在某些实施方式中，室温可以周期性地升高以熔化金属，并且熔化的金属可以从熔化炉的底部取走而去除。由于熔化固体残渣特别是固体残渣中金属需要极高的温度，耐火材料将承受极其严酷的运行要求。这些运行要求在高温之外还包括磨损和腐蚀，特别是在熔渣水线处。可以选择耐火材料以使内衬对热、磨损和腐蚀具有极高耐受能力。在内衬外侧的耐火材料层可以选择为具有较高的隔热性。
在某些实施方式中，可以从转化器和气体调整器两者将固体残渣提供至固体残渣调整器，可以对其组合进行调整，以产出固体产物(例如玻璃化的熔渣)和待调整的合成气，此合成气将被调整并与转化器合成气组合，以用于进一步的调整、均化和下游应用。在固体残渣处理的控制中，可以根据需要调节等离子体喷管的功率，以维持足够用于熔化加工处理的温度。熔渣室可以包括多种温度传感元件和压力传感元件。在某些实施方式中，可以在气体输出线路中提供调节阀，以限制正由下游真空发生机(合成气鼓风机)移出的气体流量。可以根据需要调整向固体残渣调整器的进料速度，以在等离子体喷管的熔化速率能力之内确保可接受的温度控制，以及防止由于未熔化材料导致在熔渣室中出现较高的高度。
热交换器
现参考图1到图4以及图24到图26，可使用本发明控制系统的含碳原料气化系统还可以设置有通过热交换器从热气体产物进行热回收的装置。此热交换器可以包括一个或更多气体-空气热交换器，从而使用热气体产物来提供经加热的交换空气。回收的热量(其形式为经加热的交换空气)之后可以可任选地用于对气化加工处理提供热量，如图26中特别说明的，从而减少为了驱动气化加工处理而需要一个或更多等离子体热源提供的热量。所述回收的热量还可以用于工业或住宅采暖的用途。在一个实施方式中，合成气温度从大约1000℃降低至大约740℃，同时空气温度从室温增加至大约600℃。
在另一个示例中，气体-空气热交换器用于加热诸如氧气或富氧空气的氧化剂，之后可任选地通过氧化剂为气化加工处理提供热量。
可以使用不同类型的气体-空气热交换器，包括：壳管式(shell and tube)热交换器，可为直的单通设计也可为U型管的多通设计的热交换器，以及平板型热交换器。在一个实施例中，气体产物在管内流动，加工处理空气同时沿反向在气体-空气热交换器的壳侧流动。设计热交换器时还可以考虑采用波纹管，以避免管破裂。适当热交换器的选择是本领域技术人员已知的。
为了使管泄漏的危险可能性降到最低，气化系统还可以包括与气体-空气热交换器的气体产物出口相关联的一个或更多的单独温度传感器。设置这些温度传感器的位置，来检测在交换空气泄漏到合成气体管道中时因燃烧引起的温度升高。检测到这样的温度升高可以导致引风机自动关闭的作用，所述引风机使冷却空气穿过所述热量回收系统。可以使用较低的预定限制来指示管开始堵塞，这在某些实施方式中能够用于指示系统应该停机进行维修。所述热交换器可以在本发明控制系统的直接控制之下和/或在模件化控制子系统的控制之下。
可任选地，热交换器还包括产生蒸汽的一个或更多蒸汽发生器热交换器来产生蒸汽，所述蒸汽能够用作气化反应中的添加剂，如图26中特别说明的，以驱动蒸汽轮机，或驱动诸如引风机等回转处理设备。使用诸如蒸汽发生器热交换器(例如见图2、图3和图25)以及废热锅炉(例如见图26)等的热交换装置，使用来自气体产物的热量来加热水而产生蒸汽。在一个实施方式中，使用来自气体产物的热量而所产生的蒸汽是过热蒸汽。
具体参考图26，根据本发明一个实施方式描述气体-空气热交换器和蒸汽发生器热交换器之间的关系。所述交换蒸汽还可用作气化加工处理期间的蒸汽添加剂，以确保足量的游离氧和氢，从而使原料最大程度地转化为合成气体产物。
未用于转化加工处理或驱动回转处理设备的蒸汽可以用于其它商业目的，诸如通过使用蒸汽轮机来产生电，或本地加热应用，或其可以提供给本地的工业客户用于他们目的，或其可以用于提高从焦油砂中提取油。
可任选的蒸汽发生器热交换器
参考图2，在一个实施方式中，通过附加的热交换器，冷却从各种蒸汽轮机同流换热的蒸汽，所述蒸汽轮机例如通过用于冷却合成气的蒸汽发生器热交换器产生的蒸汽来运行的蒸汽轮机，通过用于冷却燃气轮机/发动机并排放所产生气体的蒸汽发生器热交换器所产生的蒸汽来运行的蒸汽轮机，或其任何组合，所述附加的热交换器也可以由本发明的控制系统控制，并且由冷却塔泵等进料。在一实施方式中，一旦离开交换器，冷却的蒸汽/水通过排气设备泵出，由软水源供以适当化学制品，以从中去除空气和过量的氧，然后将其送回排气蒸汽发生器热交换器、合成气蒸汽发生器热交换器等的锅炉给水。
在某些实施方式中，本发明控制系统能够用于使整个系统内的能量转移优化，因此管理原料转化到能量的动力学。原料转化到能量的动力学可以使用热交换器来优化，因为回收的焓热再循环到气化加工处理，减少了用于原料的干燥和挥发步骤所需的外源能量输入量。回收的焓热还可用于使获得特定质量合成气所需的等离子体热量降到最低。因此，本发明使含碳原料有效气化，其中可任选地，由使用从气化产物回收的焓热所加热的空气，来补充气化热源。
为了优化本发明的效率，所述控制系统还提供用于控制实施热交换加工处理的条件的装置。提供这些控制装置用于监控一个或更多参数，所述参数包括但不限于遍布系统特定位置的温度和气体流速，并据此调节运行条件，以便将系统维持在限定的参数内。可通过响应元件由控制装置调节的运行条件例子包括：交换空气流速、气体产物流速、原料的进料速度、诸如蒸汽的添加剂的进料速度、以及供给等离子体热源的功率等中的一个或更多。
例如，诸如温度传感器(和其它这样的传感元件)的传感器可安装于适于使用本发明的气化系统各处的特定位置。温度传感器可以被定位为测量，例如气体-空气热交换器的入口和出口处的气体产物的温度，以及蒸汽发生器热交换器入口和出口处的气体产物温度。温度传感器还可以设置为测量在气体-空气热交换器中加热后的加工处理空气的温度，并测量蒸汽离开蒸汽发生器热交换器时的温度。
这些温度测量可以用于确保合成气进入各热交换器时的温度不超过该设备的理想运行温度。例如，如果气体-空气热交换器的设计温度是1050℃，所述热交换器入口气流的温度传感器可以用于控制交换空气通过系统的流速和等离子体加热功率这二者，以维持最优化的合成气温度。此外，对确保从两个热量回收阶段的气体产物所回收的焓热最佳量来说，测量气体产物出口温度是有用的。
在一实施方式中，温度传感元件(诸如安装在空气出口流中以测量被加热交换空气的温度的温度传感器)有助于确保所述加工处理的实施条件可以保证加工处理空气被加热到适于在气化加工处理中使用的温度。在一个实施方式中，交换空气的排出温度是例如约600℃，因此，使用安装在空气出口流中的温度传感器，来控制空气穿过系统的流速和等离子体重整室中等离子体热源功率的二者或之一，以便维持最佳的合成气进料温度，其又可用于控制经加热交换空气的温度。
根据本发明的一个实施方式，控制方案设置加热交换空气的最佳出口温度固定设置点，例如约600℃，以及蒸汽发生器热交换器的气体出口温度固定值，例如约235℃。因此，根据本实施方式，当合成气流量减少时，气体-空气热交换器的出口气体温度变冷，再加上气体的出口温度被设置为固定值，导致蒸汽产量减少。
通过系统的气流减少时适用相同的概念。根据本发明的一个实施方式，出口的交换空气温度保持固定，因此气体-空气热交换器的出口气体产物温度更热，因此在蒸汽发生器热交换器中产生更多蒸汽。但是，通过系统的气流减少时，气体产物流量因此也减少，所以蒸汽发生器热交换器的入口温度升高仅是暂时处在高位。例如，如果气流减少到50％，蒸汽发生器热交换器50将暂时看到的最大入口气体温度是近似800℃，这是在所述热交换器设计的温度限度内。
此外，在某些实施方式中，本发明控制系统可任选地设置响应元件，如果被预热的空气比气化加工处理所需的多，所述响应元件对用于将加工处理空气排到大气中的自动阀进行控制。例如，在一些情况下，由于对设备操作的考虑(例如，何时启动和关闭程序)，需要加热的空气多于加工处理所需的。在这样的例子中，过量的交换空气可以根据需要排出。
参考图24和25，根据后续的颗粒过滤和气体调整步骤所需，以上所述的热交换器还可设置用于气体产物的冷却，即，冷却转化器气体调整器(例如转化器气体调整器冷却装置)，以及提供对等离子体热源的冷却(例如热源冷却装置)、对熔渣处理和加工处理装置的冷却(例如熔渣冷却装置)。
转化器气体调整器
现参考图1和图4，本发明控制系统适于与气化系统一起使用，其中所述气化系统可任选地提供转化器气体调整器或其它这气体调整装置，以将气化加工处理的产物转化为特定特征的输出气体。使气体产物通过转化器气体调整器有助于确保气体产物不含有化学污染物和颗粒状污染物，并因此可用于能量发生系统或用于制造化学制品。
在一实施方式中，将所述气体产物直接引导至转化器气体调整器，在此处所述气体产物经特定顺序的处理步骤，以制造具有下游应用所需特征的输出气体。转化器气体调整器包括实施处理步骤的部件，所述处理步骤可以包括但不限于：从合成气中去除颗粒物质、酸性气体(HCI、H2S)、和/或重金属，或随着气体通过系统调节所述气体的湿度和温度。是否需要进行处理步骤及实施的顺序取决于合成气体的组成和用于下游应用的输出气体的特定组成。通过使用本发明的控制系统还能够实现转化器气体调整器加工处理的优化。
在一个实施方式中，在气化系统引风机的真空吸出条件下，热的气体产物通过气化系统的排气出口连续地从气化系统抽出。使用诸如管或其它管道等的气体传递装置将气体从转化器传递至转化器气体调整器。
还可以考虑使用一个或更多转化器气体调整器，诸如主转化器气体调整器和次转化器气体调整器。在这种情况下，所述次转化器气体调整器可用于处理在主转化器气体调整器中从气流去除的诸如颗粒物和重金属等的材料。来自转化器气体调整器的输出气体可储存于气体储存罐(例如参见图3)中，传送通过诸如均化系统(例如参见图1和图4)的进一步处理装置，或直接传送至所设计用途的下游应用(例如见图2)。
如以上所述，有利的是，提供在上述调整步骤之前冷却热气体产物的装置。为了防止系统中热敏部件的损坏，会需要此冷却步骤。在一个实施方式中，通过热交换器进行冷却步骤，由此从气体产物回收的热量还可任选地被回收并再循环用于气化系统中(例如参见图1、图4和图26)。
在另一个实施方式中，首先通过在诸如骤冷器(例如见图1和图4)等蒸发器中的直接水分蒸发，将来自气化系统的气体冷却。在另一个实施方式中，蒸发冷却塔(例如见图4)可用于冷却从气化系统进入转化器气体调整器的合成气。蒸发冷却塔能够将合成气的温度从约740℃冷却至约150-200℃。此加工处理可以使用绝热饱和法完成，所述方法包括以受控的方式将水直接注入气流中。所述蒸发冷却加工处理是一种干式骤冷加工处理，并可以由本发明控制系统对其进行监控和控制，以确保冷却气体不会潮湿，即在已冷却温度下冷却气体的相对湿度仍低于100％。
如以上所述，转化器气体调整器可以包括一装置，该装置用于可任选地从冷却气体去除颗粒物、以及不符合气体产物下游用途的气体污染物。可以集成特定的去除系统，以去除在离开转化器的气体燃料中可能夹带的颗粒。颗粒和灰尘去除系统54广泛可得，且可以包括例如，高温(陶瓷)过滤器、气旋分离器(例如参见图7)、文丘里洗涤器(例如参见图7)、电滤器、烛式过滤器、交叉流过滤器、粒料过滤器、水洗器或织物袋式过滤器(例如参见图4)等，这些本领域技术人员已知用于气体调整的。替代的实施方式可以使用不同顺序的多种气体净化步骤，以更高效地使用替代气体净化设备的特性。在国际申请WO/2006/128285和WO/2006/128286中提供了多种示例实施方式，其能够容易地用在本发明中，并且对于本领域普通技术人员是容易理解的。
还可以设置用于从气体产物中去除汞或其它重金属的装置。例如，干式注入系统利用计算量的活性碳，所述活性碳以充足的居留时间注入气流，使得细微的重金属颗粒和烟可以被吸收于活性碳表面中。被吸收于活性碳上的重金属可收集于袋式过滤器过滤器或者湿ESP系统中。
在一实施方式中，转化器气体调整器可任选地包括酸净化系统，以去除重金属。例如，此系统需要使含重金属的气体穿过具有低pH(通常1-2)溶液环流的填充柱。通过干式净化或湿式净化可实现酸性气体的去除。干式净化的主要部件例如可以包括喷雾干式吸收器以及在袋室过滤之前将苏打灰或石灰粉注入。
在一个实施方式中，由活性碳汞过滤器(例如见图4)提供汞去除装置。活性碳滤床可用作重金属的最终过滤设备。
酸回收子系统可以可任选地结合到转化器气体调整器，以回收可能具有市场价值的硫或硫酸和和盐酸(从氯化烃中)。酸去除系统可以包括净化器系统(例如HCl净化器)、酸去除系统和涉及硫和/或酸去除系统的其它常规设备。
在又一实施方式中，可设置湿度控制装置。所述湿度控制装置在功能上用于确保输出气体的湿度适用于下游应用的需要。例如，湿度控制装置可以包括冷却器来冷却气体蒸汽，从而从气体蒸汽冷凝出一些水。这些水可通过气液分离器去除。
在又一实施方式中，气体处理系统可包括用于回收二氧化碳和/或氨和/或氯气和/或元素硫的装置。适当的装置在本领域内是公知的，并且在国际申请WO/2006/128285和WO/2006/128286提供了多种示例性实施方式。
在一实施方式中，所述控制系统可以感测转化器气体调整器加工处理的效率降低或功能不足，并将气体蒸汽传送至备份工艺或备份调整系统。在又一实施方式中，控制系统可以提供用于对转化器气体调整器的步骤进行精确调整以使与最优条件的偏离最小的装置。
本发明控制系统可包括：传感元件，用于分析通过转化器气体调整器的气体蒸汽的化学组成，所述加工处理的气体流量以及热参数；以及响应元件，用于调节转化器气体调整器内的条件，以优化加工处理的效率以及输出气体的组成。能够以使得该加工处理高效进行且根据设计参数优化的方式，执行对反应物进行的在线调节(例如以足够的居留时间注入活性炭、对HCl净化器的pH控制)。
均化系统
本发明气化系统还可任选地提供用于调节产物气体的装置，例如通过至少部分均化产物气体的化学组成，以及调节诸如产物气体的流量、压力和温度的其它参数，以符合下游应用的要求。
如本领域的普通技术人员所理解的，气化加工处理会使气体的组成、温度或流量产生波动。为了减小产物气体特性的波动，可任选地提供捕获装置形式的均化系统，用于将具有较小波动的气体传送至下游设备。
在本发明的一实施方式中提供一种均化系统，该均化系统收集气化加工处理的气态产物，并抑制均化系统中气体化学组成等的波动。可任选地，使用系统的其它元件用于帮助调节诸如流量、温度和压力的气体特性。
特别地，所述均化系统将气体均化系统(例如参见实施例1的图60、图67和图68以及图1和图4)等的尺寸设计为提供足以获得相对均质气体的居留时间。所述均化系统的其它部件被设计为满足下游应用的气体性能要求。如上所述，控制系统可以主动地控制产物气体在进入均化系统之前的各种参数，以使气体在输出时具有适用于下游应用的适当特性。
进入均化系统的气体产物组成在气化加工处理中确定。气化加工处理期间由控制系统做出的调节允许气体产物被优化用于特定下游用途(例如，燃气轮机或用于发电的燃料电池应用)。因此，气体产物的组成可以被调节为：用于特定的能量生成技术(例如，用于特定气体发动机或燃气轮机)；以及，根据所用的原料和添加剂的不同类型，通过调节气化加工处理的运行参数，用于最佳总转化效率。
离开气化系统的气体产物可以在目标组成的限定范围内，但是，由于气化加工处理的可变性，诸如原料组成和进料速度以及空气流量和温度波动，气体产物的特性会随着时间波动。
类似于气体产物组成的控制，可以对气体产物的流量和温度进行监控(例如通过传感元件)，并通过控制系统对其进行控制(例如通过响应元件)，以便将气体参数维持在由终端用途限定的预定范围内。由控制系统所作的调节可以考虑均化系统的居留时间，以确保产物气体适用于下游应用。所述均化系统有助于抑制产物气体温度和流量的波动。在流量的情况中，这些波动发生在秒到秒的基础上；并且，在温度的情况中，波动发生在每分钟的基础上。
所述均化系统包括一个或多个气体均化室或类似装置，所述气体均化室具有气体入口装置、均化气体出口装置以及可任选的紧急排出端口。
均化系统接收由气化系统产生的气体产物，并促进气体产物的混合，以减弱均化系统中气体产物化学组成的波动。其它气体特征(诸如压力、温度和流量)的波动也可以通过气体产物混合加工处理而减小。
以使所述室的尺寸尽可能最小化为目的，根据上游气化系统的性能特征和下游机械装置的要求，设计均化系统的尺寸。所述均化系统被设计为接收来自气化加工处理的气体产物，并将气体保留足够的居留时间，以充分混合气体，抑制其余波动。
居留时间是气体产物被引至下游设备前保留在均化系统中的时间量。居留时间可选择为与本发明控制下的相关气化系统响应时间成比例，以校正气化反应中变量的波动，以便使气体组成落在预定范围内。例如，气体产物被保留在均化系统中足够长的时间，以确定其特征是否落入适于特定下游应用的预定范围之内，并对气化加工处理做出任何调节以校正偏离。
附加地，气体产物在均化系统中的居留时间可以由气体产物特征中其余变量的值确定。也就是说，气体产物特征中的其余变量越小，在均化系统中校正所述变量所需的居留时间越短。
本发明的控制系统可用于控制气化加工处理，使得使用给定居留时间的均化系统时，产物气体具有满足下游应用规定的经稳定的特性。通常，机械制造商会提供特定机械装置允许的并且为本领域技术人员已知的要求和公差。
现在将参考特定示例描述本发明。应该理解，下面的示例意在描述本发明的实施方式而非意在以任何方式限制本发明。
实施例1
在此实施例中，参照图27至图72，提供本发明实施方式的详解，包括各种选择。本实施例代表可与本发明控制系统一起使用的各个子系统的详解，并说明了其如何在一起工作以作为整合的系统发挥作用，将城市固体废物(MSW)转化为电力。该实施方式中讨论的子系统为：城市固体废物处理系统、塑料处理系统、具有横向转移单元系统的水平定向的气化器、气体重整系统、热再循环系统、气体调整系统、残渣调整系统和气体均化系统。
图1示出适于与本发明的控制系统一起使用的整个气化系统120的功能框图，气化系统120设计为主要用于MSW转化为合成气，且经重整、调整和均化的合成气在燃气发动机中用于产生电力的相关使用。
城市固体废物(MSW)处理系统
初始MSW处理系统9200设计要考虑：(a)贮存四天的贮存能力；(b)避免MSW的保持期过长和过多分解；(c)防止碎片被吹到周围；(d)臭味的控制；(e)垃圾车卸载的进入和转弯空间；(f)装填机9218(将MSW从MSW贮料堆9202向MSW粉碎系统9220运输)所需行驶距离和转弯量的最小化；(g)避免装填机9218与垃圾车之间的操作干扰；(h)考虑工厂扩张另外设置(增加)气化流的可能性；(i)卡车最少程度地进入设备，特别是进入有害区域；(j)用最少的人员安全操作；(k)将输送机进料斗9242中的进料水平显示给装填机操作人员；(1)将接收的废物粉碎成适合处理的颗粒大小；以及(m)进入处理器的MSW流速的远程可控性和塑料进料速度(上文所述)的独立控制。
MSW处理系统9200包括MSW贮存建筑物9210、装填机9218、MSW粉碎系统9220、磁力分离器9230和进料输送机9240。还设计有单独的系统9250，用于储存、粉碎、堆放和供给高碳原料(在本实施例中为不可循环的塑料)，其进料速度(进料速率)被用作气化加工中的添加剂加入速率。图30示出整个系统位置的总体布置。在供入气化系统120前，MSW的所有贮存和处理都在MSW贮存建筑物9210中进行，以容纳碎片和臭味。
通过先入先出(FIFO)时序安排使MSW的过度分解最小化。通过在MSW贮存建筑物9210的两端设置卡车和装填机9218的出入口，能够实现FIFO。在贮存建筑物的一端从卡车卸载MSW，同时，在MSW贮存建筑物9210的另一端通过装填机9218将材料移出，因此，使得装填机9218能够安全地操作而不会受到卡车的干扰。当装填机9218已经将材料移出而回到MSW贮料堆9202的大致中点处时，即，“旧”材料已经全部使用时，该操作改变至MSW贮存建筑物9210的相对端。
为使MSW贮存建筑物9210的尺寸最小化，垃圾车的操作空间在MSW贮存建筑物9210的外部。这也使门9212所需的尺寸最小化，以仅允许一辆卡车倒车直接进入，因此，能对碎片和气味的逃逸提供最好的控制。只有一个门9212能随时开启，并且，仅在卡车实际卸载时开启。一般情况下，在每天的一个时间段进行MSW的接收，以便门9212每天仅开启约一小时。
图31示出MSW贮存建筑物9210的设计图。MSW贮存建筑物9210具有贮存器壁9214，以将通道9216与MSW贮料堆9202隔开，装填机9218在通道9216中行驶，以靠近MSW粉碎系统9220的输送机9222。贮存器壁9214在未达到MSW贮存建筑物9210的端部时停止，以允许装填机9218从MSW贮料堆9202行驶至输入输送机9222，而不离开MSW贮存建筑物9210。因此，在MSW贮存建筑物9210一端的门9212能够总是保持关闭，同时，另一端仅在卡车卸载时或装填机(下文)(将原料从贮料堆转移至粉碎系统)需要离开时开启，以移动塑料。
通过使MSW贮存建筑物9210布置为靠近且平行于通路9204并允许在MSW贮存建筑物9210的两端进行卡车操纵(如图28所示)，使装置中的空间需要量和卡车移动都减少。空间布局设计允许卡车驶入室内，倒车进入MSW贮存建筑物9210，清除其负载并直接驶回通路9204。任何时候卡车都不会接近处理设备或人员。这种两个通路进口的概念还避免了下述需求：在装置中设置另外的道路以使卡车从来两端进入MSW贮存建筑物9210。
使用机械化铲斗装填机9218将原料从贮料堆转移至粉碎系统。由于其紧凑的尺寸、可操作性、操作便利等，可使用滑移式装填机。市售的标准滑移式装填机具有足够的能力供料MSW，在卡车卸载后清理贮料堆底板，并准备进入废物塑料系统粉碎机和进行进料。
MSW粉碎系统包括输入输送机9222、粉碎机、选择输送机以及磁捡拾输送机。输入输送机9222将MSW从MSW贮存建筑物9210内部向上传送，并使其下落进入粉碎机。输送机的装料斗完全位于MSW贮存建筑物9210内，以防止碎片被吹到室外周围。输送机具有深槽，深槽与装料斗的容量相结合能够保存足够一小时操作的原料。对深槽位于MSW贮存建筑物9210外部的部分进行遮盖，以控制碎片和气味的逃逸。输送机通过加工控制器来远程控制，以配合加工需要。设置反光镜，以允许装填机操纵者从两侧观测到MSW在料斗中的水平。在深槽中设置检测器，用于向加工控制器报警缺少原料。
粉碎机通过破坏袋子并将大块废物切割成能够处理的大小，确保接收的MSW适合于加工。因为所接收的MSW会包括对于粉碎机来说太大或太硬而不能处理的材料，因此会引起粉碎机堵塞，将粉碎机设置成：当感应到堵塞时自动停止，自动反转以清理堵塞，随后再启动。如果仍然检测到堵塞，粉碎机停机并向控制器发出警告信号。
粉碎的废物落在带式输送机上，以在磁捡拾系统下进行运输，然后落在螺旋输送机的输入料斗中，螺旋输送机9240将废物供给气化器2200。为避免误将过量的铁类金属供料通过气化器2200，在选择输送机上设置有磁捡拾，其吸引可能在粉碎废物中存在的铁类金属。在磁铁和废物之间，无磁性带沿与选择输送机方向交叉的方向运行，从而，与磁铁结合的铁类金属横向从废物流中移动出来。随后从磁铁去除铁类金属，使其落至待处理堆中。
MSW供给系统包括料斗和螺旋输送机，以将粉碎的废物从粉碎系统运输至气化室2202。粉碎的废物从粉碎系统落入输入料斗，输入料斗9239为材料提供缓冲，使材料准备供入处理器中。料斗具有高水平和低水平指示器，用于控制从粉碎系统到料斗的流动。输送机在加工控制器的控制下操作，以配合废物进料速度，从而符合加工要求。使用带有一体式输入料斗的螺旋输送机，还为处理器提供气体密封。输入料斗与具有盖的粉碎系统连接，以控制碎片和气味。MSW输入输送机具有另外的进口来接收粉碎的塑料。
塑料处理系统
向气化系统120添加塑料作为工艺添加剂。在将塑料供至气化器2200之前，与MSW分开处理塑料。
塑料处理系统设计成：为收到的塑料货包提供储存，将其粉碎，放置在贮料堆中，并在独立的控制下将其供给处理器。塑料处理系统包括储存设备、具有输入料斗的粉碎机、输出输送机和贮料堆，上述装置都位于公用建筑物中以控制碎片。进料输送机将粉碎的塑料移入处理器中。
塑料贮存建筑物具有贮存两卡车塑料货物的能力。塑料贮存建筑物9255三面闭合，一面是敞开的，因此能够为储存的材料提供通路来堆放和移出。贮存建筑物还提供对粉碎系统的保护，以及碎片控制和对粉碎材料的保护。
粉碎机进塑料材料符合加工要求。通过装填机将接收的塑料装载进入粉碎机的输入料斗。粉碎的材料下落至带式输送机上，该带式输送机将材料向上运输并使其下落至贮料堆中。
粉碎的塑料被装填机拾起并下落至进料输送机的输入料斗中。因为输送机在室外，料斗具有一体方式的顶部以及向上延展的壁，以在填充料斗期间使塑料的逃逸最小化。输送机的槽至MSW输送机的槽是封闭的，以便通过MSW输送机将塑料引导至气化器2200中，以来减少气化器2200的开口。输送机是螺旋输送机，与料斗之间是密封的，以在含有原料时提供气体密封。在料斗中安装检测器，来指示高水平和低水平，以及，为滑移式操纵器提供反光镜，以监控填充水平。输送机的活动由加工控制器进行控制。
转化器
转化器1200包括气化器2200和气体重整系统(GRS)3200。将MSW和塑料供入气化室2200，并将所得气体送至GRS3200(其中重整气体)。将从气化器2200得到的所有残渣送至残渣调整系统4200。
设计气化器2200时要考虑：(a)为废物的初级加工提供密封、隔离的空间；(b)以受控并遍布气化器2200分布的方式，将热气和蒸汽引入；(c)控制通过气化器2200的废物堆的高度和移动；(d)为控制气化加工提供装置；(e)将气体转移至GRS3200；(f)移出残渣用于进一步的处理；以及(g)为检测和维护提供进入内部的通道。
参考图32至图35，气化器2200包括：水平定向的耐火材料加衬气化室2202，具有原料进口2204、用于加热气化室的热空气进口、工艺添加剂的气流进口；位于中央的气体出口2206，与GRS直接连接；残渣出口2208；以及各种辅助装置2220和通路2222端口。气化室2202为钢焊件，其具有带有若干个阶梯2212、2214、2216的阶梯形底板。包括载体滑枕2228、2230、2232的系统用于使原料横向移动通过气化器2200。还可安装例如热电偶、原料高度检测器、压力传感器和视口。
气化室2202的耐火衬里保护其免遭高温、腐蚀性气体，且将加工热量的不必要损失减少到最小。参考图36，耐火材料是多层设计，内侧为高密度铬层2402，中间为高密度氧化铝层2404，外层为极低密度隔热板材料2406。用耐火材料为气化室的金属外壳2408加衬。用膜进一步覆盖气化室2402以保护其免遭腐蚀气体影响。
气化室2402阶梯形底板的各个阶梯2212、2214和2216具有穿孔底板2270，通过穿孔底板2270引导气体。选择空气孔的大小以构成限制，使得穿过各个孔的压力降足以防止废物原料进入孔。孔朝上表面向外逐渐变细以清除陷于孔中的颗粒。
参照图27和图28，为不同程度的干燥、挥发和碳转化，设计三个阶梯各自的条件。将原料引入到气化室2202中，通过原料进口2204进入第一阶段。此第一阶段的目标温度范围(如在原料堆底端测量的温度)在300℃至900℃之间。设计阶段II，以使底部温度范围在400℃至950℃之间。设计阶段III，以使温度在600℃至1000℃间。
阶梯形底板的三个阶梯2212、2214和2216将气化室2202分为三个加工阶段，各加工阶段具有各自独立可控的空气供给机构。通过使用独立的气箱2272、2274和2276实现独立性，气箱在各个阶段形成穿孔底板2270。载体滑枕2228、2230和2232的系统用于在气化室2202中移动原料，防止从第一阶梯2212和第二阶梯2214下方进入。因此，对于这些阶段，气箱2272和2274从侧面插入。然而，第三阶段的气箱2276从下面插入，如图33和图34所示。
参照图37和38，本实施例中，气箱2272、2274和2276的穿孔顶板2302是相对薄的板，具有加强肋或结构支撑件2304来防止弯曲或弯折。为使在气箱中平的前板和底板上的应力最小化，在两个板间附有穿孔网。为了能在气箱中热膨胀，穿孔网仅一个边缘固定而其它三个边缘自由伸展。
如在图37中所示，第一阶梯气箱2272和第二阶梯气箱2274中固定的边缘也是输入通气管2278的连接位置。因此，连接凸缘2280处在高温环境，必须在连接凸缘2280与气化器2200的冷却壁之间进行密封。如图37所示，使用护罩，以在不产生应力且不使用复杂膨胀接头的情况下实现此目的。将热气箱2272和通气管2278连接至护罩2282的一端，护罩2282的另一端连接至冷却气化器2200。由于护罩2282长度方向上存在温度梯度，在各个连接处不存在应力或应力很小。此布置的另外优点是，将气箱以固定方式布置在所需位置而不产生应力。用隔热体填充在护罩2282和气箱2272的内管之间的空间，以保持热量并确保横过护罩存在温度梯度。当气箱在气化室2202中就位于操作位置时，顶板(与气体连接处相反)伸展超过气箱，搁置在耐火材料架上。这样，顶板在操作期间对气箱提供支持，还作为密封件防止材料落在气箱下方。这也允许气箱自由移动从而膨胀，如图39所示。
气箱的下游边缘也以同样的方式处理。气箱的上游边缘用弹性密封片2306在载体滑枕和气箱2302的顶板之间进行密封。
使用水平法兰将气箱连接至热气体供应管道。因此，拆气箱时仅需解除法兰的连接。
将第三阶段气箱2276从下方插入，并且也使用护罩概念来密封并使其相对于气化器2200定位。
将第三阶段气箱2276布置在第二阶段气箱2214边缘的耐火材料突出部分下方，进行密封，从而防止灰尘落在第三阶段气箱2276的边缘周围。用从耐火材料侧面的下侧开口突出的柔韧密封材料，将侧面密封。这些密封材料位于箱的顶面，在壁和箱之间密封。使用柔韧的密封物质在气箱的下游边缘与提取器的侧面之间进行防尘密封。使用增强结构和穿孔网在气箱的平壁间对气箱进行增强，以允许将薄片金属用于箱。
热气管道连接是竖直的，以允许在管道连接解除后移除第三阶段气箱2276。
参考图42，一系列载体滑枕2228、2230、2232的系统用于确保MSW沿气化器2200横向地移动，以在三个阶梯2212、2214和2216的每一个阶梯中受到适当的处理，且将废渣移动至残渣出口2208。三个阶梯底板的每一个通过各自的载体滑枕发挥作用。载体滑枕控制每个阶段中材料堆的高度以及在气化室中的总居留时间。每个载体滑枕能够在该阶梯的全长或部分长度上以可变的速度移动。因此，如果需要该阶段也能够完全清除。
每个载体滑枕包括安装在外部的引导部分，载体滑枕具有可任选的引导部分连接部件、在外部安装的驱动系统和在外部安装的控制系统。载体滑枕设计包括多个触点(finger)，使得气箱的气孔图案排列成，载体滑枕的操作不会干扰气体通过气孔。
以这种多触点载体滑枕的设计，在载体滑枕的结构中，触点与载体滑枕体连接，各触点基于位置而具有不同的宽度。多触点载体滑枕设计中，触点之间的间隔选择为避免反应物材料颗粒架桥。各触点宽约2英寸至约3英寸，厚约0.5英寸至约1英寸，其间隔宽度约0.5英寸至2英寸。
排列气箱的气孔图案，以便载体滑枕的操作不会干扰气体通过气孔。例如，气孔图案可以为：加热时，气孔在触点之间(在间隔中)，并以箭头的方式相互抵消(offset)。或者，气孔图案也能够是混合式的，其中一些孔不被覆盖且其它孔被覆盖，以便最大程度使气体平均分布(即没有气体输入的底板区域被最小化)。选择气孔图案时要考虑的因素包括：避免会导致底料悬浮的高速率；避免孔太接近气化器壁和端部，以避免气体沿耐火壁不均匀分布；以及，确保孔间的间隔不超过接近于额定进料颗粒尺寸(2″)，以确保可接受的流体动力学。
多触点载体滑枕能够具有独立的内部韧性，以便各个触点的末端能够更符合于气箱顶面的任何不平整。使用台阶螺栓将触点连接至载体滑枕主架，以提供上述适应性，台阶螺栓没有紧固在触点上。这种概念也允许容易地更换触点。
在载体滑枕和气箱的相对位置发生改变时(例如由于膨胀)，载体滑枕触点的端部向下弯曲，以确保末端与气箱顶部接触。此特性也减轻了由于载体滑枕覆盖气孔而对加工造成的不利影响，使气体继续流动通过载体滑枕与气箱之间的间隔。
参照图39，引导部分包括一对安装在框架上且大致水平的大致细长轨道2240(a)、2240(b)。每条轨道具有基本上L形状的横截面。移动单元包括载体滑枕体2326和一个或多个细长的大致矩形载体滑枕触点2328，载体滑枕触点2328的尺寸设计为可使其滑动通过气化室壁上的对应可密封开口。
载体滑枕触点由适合在高温下使用的材料构成。这种材料对于本领域的技术人员是已知的，可包括不锈钢、软钢或用耐火材料局部保护的或完全保护的软钢。可选的，特定的个别载体滑枕触点或全部的载体滑枕触点可部分或完全由耐火材料覆盖。可选的，通过在载体滑枕触点中循环的流体(空气或水)，能够从气化室2202外部提供载体滑枕触点的内部冷却。
载体滑枕触点调节为与气化室壁密封接合，以避免不受控制的气体进入气化器2200，否则将干扰加工或产生易爆气氛。还需要避免危险有毒且可燃的气体从气化室2202逃逸，以及避免碎片的过多逃逸。通过在密封箱中容纳载体滑枕机构，防止气体逃逸到大气。该密封箱具有氮气吹送装置，以防止在箱内形成易爆气体混合物。为载体滑枕的各个触点提供碎片密封和限定气体密封，如图40所示，用柔韧性的条带2308将载体滑枕各触点的每个表面压紧。另外，密封可以是为各个触点提供气体和碎片密封的填函料密封(packinggland seal)。
当经受载体滑枕的竖向和横向运动时，此密封的设计为各个载体滑枕触点提供良好的气体和碎片密封。在触点侧面的密封是最大的挑战，因为必须在保持与载体滑枕以及载体滑枕上下表面的密封紧密接触的同时，适用于载体滑枕的竖向和横向运动。通过在密封箱内的视窗装置，能够监视碎片的逃逸，以及，通过除尘装置避免碎片累积过多。如图41所示，可以不破坏载体滑枕箱的密封完整性而完成除尘。
除尘装置2310包括：金属托架2312，其具有安装带盖2316的灰尘出口2314，以及用于灰尘盒2332的连接部2318；以及手动操作的链条2320，用于驱动灰尘推动器2322。当使用操作器把手2324时，通过灰尘推动器2322将灰尘推至灰尘出口2314。
通过电动机提供用于移动载体滑枕2228、2230和2232的能量，电动机通过齿轮箱和链条系统驱动载体滑枕。简言之，通过在外部安装的变速电动机2256，提供沿轨道驱动载体滑枕的能量，变速电动机2256可选择正向或反向驱动电动机的输出轴2258，以允许载体滑枕以可控的速度延展或缩回。一个或更多个位置传感器2269将载体滑枕位置信息传送至控制系统。可选的，电动机可进一步包括变速箱。将两个驱动链轮2260安装在电动机输出轴上。驱动链轮2260和相应的从动链轮2262(安装在轴2264上)可操作地与链件2266啮合，链件2266通过支架2268固定至细长的矩形块2244。
通过整个系统控制装置来控制电动机，该系统控制装置能够指令开启和停止位置、移动速度和移动频率。能够独立地控制各个载体滑枕。因为链条提供高强度并耐受极高负载环境，其用于实施上述控制。每个载体滑枕使用两个链条，以提供维持载体滑枕成角度排列的装置，而不需要精密度引导。当载体滑枕收回时，载体滑枕顶端的材料容易被向后拉。通过将载体滑枕排序能够解决上述问题，其中最低载体滑枕2232首先延伸，中间载体滑枕2230随后延伸，其将原料向下推至最低载体滑枕2232上，填充由滑枕2232移动所造成的空隙；随后最低的载体滑枕2232缩回；上端的载体滑枕2228随后延伸，填充中间载体滑枕2230后面的空隙；中间载体滑枕2230随后缩回；从供给口落下的新材料填充顶端载体滑枕2228的空隙；顶端载体滑枕2228缩回。所以，通过响应于系统仪器数据的系统控制装置，自动且独立地控制这些运动。
参照图43，交错进行载体滑枕顺序控制，使载体滑枕移动，方式如下：
载体滑枕C2232移动固定距离(具有可调节的设定位置)，在阶梯C2216的开始处形成凹穴。
载体滑枕C2232移过启动距离(启动距离具有可调节的设定位置)后，载体滑枕B2230随动，载体滑枕B推动/运载原料，以立即填充阶梯C2216开始处的凹穴。根据堵塞水平开关C2217的需要，进行反馈控制，如果水平开关C2217已经被堵塞，使设定位置的距离最小，如果堵塞未发生，使设定位置的距离最大。载体滑枕B2230对阶梯C2216开始处凹穴进行填充的同时，在阶梯B2230的开始处形成凹穴。
载体滑枕B2230移过启动距离后，载体滑枕A2228随动。载体滑枕A2228推动/运载原料，以立即填充在阶梯B2214开始处的凹穴。根据堵塞水平开关B2215的需要，进行反馈控制，如果水平开关B2215已经被堵塞，使设定位置的距离最小，如果堵塞未发生，使设定位置的距离最大。载体滑枕A2228对阶梯B2214开始处凹穴进行填充的同时，在阶梯A2212的开始处形成凹穴。这典型地触发进料机运行并填充气化器2200，直到水平开关A2213再次被堵塞。
所有载体滑枕同时退回原始位置。
在气化器2200的一端使用检修孔提供进入通路。操作时，使用可密封的耐火材料加衬盖将检修孔关闭。也可通过移除第三阶梯气箱2276来形成另外的通路。
气化后所残留的残渣(例如焦炭或灰末)必须从气化器2200中移除，并转送至残渣调整系统(RCS)4220。随着原料被处理和移动至气化器2200中，在材料堆中产生的热量造成熔化，会引起残渣的结块。结块的残渣会造成下落口类型出口被堵塞。为了确保结块不会造成气化室2202出口的堵塞，使用螺旋输送机2209从气化室2202提取残渣。载体滑枕的运动将残渣推入提取器螺杆2209，提取器螺杆2209将残渣推出气化室2202并供给残渣输送机系统。提取器螺杆2209在残渣进入输送机系统前将结块打碎。通过在提取器螺杆螺纹的边缘设置锯齿状凸起，可加强打碎作用。
为实现加工控制，必须在气化室2202中监控各种参数。例如，需要沿各个阶段的不同位置以及在各个阶段的多种高度处监控温度。使用热电偶进行温度监控，热电偶在操作中经常需要更换。为了在不停止加工处理的情况下更换热电偶，使用密封端管将各热电偶插入气化室2202中，密封端管随后被密封至容器外壳。这种设计允许使用软线热电偶，软线热电偶比密封管长，这样热电偶的接头(温度传感点)压靠在密封管的末端，来确保对温度变化的准确和快速响应。密封管被密封至气化室2202，并且通过压缩盖(compression gland)装置将密封管机械地保持在适当的位置，压缩盖也能够适合突出调节至气化室2202中。测量MSW堆中的温度时，如果需要移动，密封管可能会阻挡材料堆。为避免这种问题，将导向板安装在密封管的端部，以防止MSW堆被热电偶管阻挡。
在气化器2200中所产生的废气随后移入气体重整系统(GRS)3200。设计GRS3200以满足广泛的需要：(a)提供必要的容积以获得所需气体重整居留时间；(b)为保存热量提供绝热，以及为外部钢外壳提供保护；(c)设置进口用于添加气体和蒸汽；(d)能混合气体；(e)使用等离子体喷管3208在高温下处理气体；(f)提供监控气体组成的装置，以使加工处理控制和等离子体喷管3208的性能得到提高；以及(g)将处理后的气体输出至下游热交换器5200。
气体重整系统(GRS)3200提供密封的环境，具有安装和连接特征，用于加工处理空气、蒸汽、等离子体喷管3208和喷管处理机构、测量仪器以及输出合成气的排气装置。如图46所示，GRS3200包括基本上竖直安装且带有耐火材料加衬的圆筒状或管状重整室3202，重整室3202具有单个的锥形废气进口3204，气化室2200通过安装法兰3214与废气进口3204相连。GRS3200的长径比约3∶1。在GRS3200中的居留时间是1.2秒。GRS3200进一步包括三层水平且切线方向放置的气体喷嘴、两个切线方向放置的等离子体喷管3208、六个热电偶端口、两个燃烧端口、两个压力传感器端口和数个备用端口。在GRS3200中通过等离子体喷管3208产生高温，确保废气中的分子离解为其组成元素，随后组合在一起形成合成气。热的未加工合成气通过合成气出口3206离开GRS3200。
如先前所述，GRS3200具有用于耐火材料衬里的支承结构。耐火材料的主要支承结构是一系列的支架3222，支架3222围绕布置于GRS3200的内部。在操作加工中，这些支架3222的温度明显高于重整室3202外壳的温度。因此，需要将热传导至GRS3200来避免热损失，同时允许不均匀膨胀。支架3222还必须能够支持相当重的耐火材料。上述要求通过下述手段实现：使支架3222分段，各段之间具有膨胀间隙，以允许膨胀。在支架3222和壁之间存在间隔以避免热传导。为承受耐火材料的重量，通过焊接至壁的多个结点板，支持各个支架段，如在图47中所示。如果支架3222被焊接至结点板，支架3222沿其长度的膨胀会造成应力，并可能在结点板中出现失效。然而，将支架3222搁在结点板上而不焊接，则允许支架3222自由膨胀。为将各段维持在其正确的位置，各段仅焊接至中心结点板，此处膨胀很小，并且，即使在这种情况下，仅外部进行焊接。这使在结点板上的应力和支架3222的潜在弯曲最小化。
重整室3202的顶部装有耐火材料加衬盖3203，从而建立了密封封装。整个GRS3200内部涂有耐高温膜，以预防由未精炼废气造成的腐蚀。外表面漆有热致变色颜料，以显示由于耐火材料失效或其它原因造成的热点。
所使用的耐火材料是内侧具有高密度层的多层设计，以抵抗GRS3200中的高温、侵蚀和腐蚀。高密度材料的外侧是抗性较低但隔热系数较高的低密度材料。在低密度材料层的外侧，考虑到不会暴露于侵蚀磨损，使用具有极高隔热系数的极低密度泡沫板材。外层(在泡沫板和容器钢壳之间)是陶瓷毯材料，用来提供缓冲层，以允许密实耐火材料与容器壳之间的膨胀差异。通过使用可压缩耐火层将不可压缩耐火材料部分分隔开，以允许耐火材料的竖向膨胀。通过重叠但可扩展的高密度耐火材料，防止可压缩层的侵蚀。
如图48和图49所示，空气通过三级喷气嘴注入废气流中，三级喷气嘴包括较低层的四个喷口和较高层的另六个喷口，较高层中，三个喷口比另三个喷口略高，以产生交叉射流混合效应，实现良好的混合。使输入管和法兰与重组室3202相垂直，同时，使用输入喷嘴尖端处的导向板，使空气以一定角度吹入GRS3200，也能得到良好的混合。在GRS3200中，改进气体混合能优化合成气的重整。通过加工空气的速度，在重整室3202底部产生漩涡作用，实现上述改进。空气穿过漩涡口3212进入废气流，以在废气流中产生漩涡运动或湍流，从而混合废气，并在GRS3200内产生再循环涡流分布。
如前面所提及的，GRS3200还包括两个切线方向安装的300kW、水冷却、铜电极、NTAT、DC等离子体喷管3208，等离子体喷管3208安装在滑行机构上。DC等离子体喷管3208由DC电源供能。在GRS3200内的不同位置安装热电偶，以确保合成气的温度维持在约1000℃。
等离子体喷管3208需要定期维护，最重要的是，可在进行加工时更换等离子体喷管3208。如前面所提及的，本实施例在GRS3200中使用两个等离子体喷管3208，严格说起来仅需一个等离子体喷管操作。等离子体喷管3208的移除和更换不得不在GRS3200中存在高温毒性和易燃性气体时进行。此外，如果喷管冷却系统故障，也需要移除喷管3208以保护其免受GRS3200中的热。
通过将喷管3208安装在滑行机构上，满足上述要求，滑行机构能够将喷管3208移入和移出重整室。通过密封压盖，将喷管3208与重整室3202之间密封。这个密封压盖压抵闸阀进行密封，闸阀进而安装在容器上并对容器进行密封。为了移除喷管3208，通过滑动机构将喷管3208从重整室3202拉出。为了安全目的，滑动开始运动时，无法执行高压喷管的电源供给。当喷管3208已经缩回并穿过闸阀时，闸阀自动关闭，且冷却剂再循环终止。软管和电缆与喷管3208不连接，压盖从闸阀释放，且通过升降机提升喷管3208。
逆向执行上述程序，以进行喷管3208的更换；能够调整滑行机构以允许喷管3208的插入深度变更。
为了简便和安全，除闸阀的关闭之外，手动执行所有上述操作。机械操作闸阀，使此操作是自动的。如果发生冷却系统故障，使用气动执行器来自动收回喷管。用于操作执行器的压缩空气由专门的空气存贮器提供，即使发生电源故障，也能提供能量源。相同的空气存贮器为闸阀提供空气。使用电动互锁盖来阻止接近高压喷管接头，从而提供进一步的安全措施。
残渣调整系统
气化之后剩余的残渣在处置前必须转为惰性且可用的。这通过以下方式进行：将残渣从气化器2200中提取并送入等离子体基残渣调整室(RCC)4220；将残渣熔化，并使其成为惰性玻璃状残渣4203；在将残渣4203移入待去除熔渣贮料堆4204之前，使用骤冷槽4240将其冷却，并将残渣粉碎成颗粒。最终副产物适合用作筑路填料或制造混凝土。
如前面所述的，从气化器2200移动残渣是复杂的操作，这是由于在贮料堆内产生的热会造成结块。通过在气化器2200的出口端使用螺旋式输送机2209，解决这个问题。输送机在螺纹上设置有锯齿状边缘，以破碎任何块状材料。
然后通过包括串联螺旋输送机的主输送系统4210系统，将残渣放入RCC4220。这个输送系统4210还从GCS袋式过滤器6230下游取走残渣，并将其传递至RCC4220上。为使RCC4220的进口端的数目最小化，在将残渣引入RCC4220之前，合并来自所有来源的残渣。这避免了扩大RCC4220以满足多个进料源的问题。还需要附加的残渣源。为了在RCC4220停工期间继续气化，可以转移残渣。在这种情况下，必须将残渣重新引入RCC进料系统。残渣调整系统的总体示意图示于图52。
如图54所示，将残渣投入RCC4220，残渣在储存器4222(其深度由堰4224的高度确定)中堆积，且通过等离子体喷管4230加热。随着储存器4222内熔渣水平的上升，熔渣溢出堰4224，进入骤冷槽4240。水槽4240确保RCC4220对大气密封。将未在MSW操作系统阶段移除的金属转入RCC4220，在熔渣的正常玻璃化温度下，金属不一定熔化。这样，熔锅可能由于金属而堵塞，因为与熔渣相比，金属的密度更高。为了避免这种情况，周期性提高RCC的温度以熔化金属，熔化金属从熔锅底部流出。
由于使残渣和尤其是其中的金属组分熔化需要极高的温度，耐火材料必须经受非常恶劣的操作要求。除高温之外，这些要求包括腐蚀和侵蚀，尤其是在熔渣水线处。这些耐火材料还必须提供良好的隔热以保存热量，且RCC4220必须尽可能小。选择耐火材料以提供对热、腐蚀和侵蚀有极高抵抗力的内衬。然后选择内衬外侧的耐火材料层来增强隔热性能。
熔锅耐火材料特别需要定期维修。为了进行上述操作，具有熔锅的RCC的底部能够移除，而不干扰RCC的接头。这通过下述方法实施：将RCC悬挂在其支撑结构4270上，而不是将其设置于结构体上，如图57所示。这样不必拆开接头，具有熔锅的RCC的下部就能够从顶部脱离。此外，整个RCC也能够通过拆开接头并将其降低来移除。这样不需要升高输送机4260以进行取出操作。
当熔渣落入骤冷槽4240时，熔渣冷却并粉碎成粒状。然后，熔渣输送机4260将颗粒熔渣4203从骤冷槽4240移除，并将其放入贮料堆4204，用于处理或进一步使用，如图56所示。熔渣投放端口通过由以下方式构成的水陷阱对环境密封：对RCC4220顶部密封有覆盖物，并且将其下边缘淹没在骤冷介质中。相同的骤冷介质使熔渣输送机4260与RCC4220之间密封。
相似地处理RCC4220中所产生的气体与转化器1200中产生的气体。残余气经由气体出口4228排出RCC4220，并进入残余气调整器(RGCS)4250。在气体穿过袋式过滤器4254(其移除颗粒物质和重金属污染物)之前，在间接式空气-气体热交换器4252中进行预冷却步骤。然后，在气体穿过进一步移除重金属和颗粒物质的活性炭床4258之前，使用第二热交换器4256冷却残余气。经净化和调整的残余气转回下游GCS6200，供给来自转化器1200的合成空气流。
粗合成气从转化器1200排出并穿过合成气与空气热交换器(HX)5200(其中热量从合成空气流转移到空气流)。这样，冷却合成气，同时将热空气流反馈给转化器1200作为反应空气。然后，冷却的合成气流入气体调整系统(GCS)6200，在那里合成气进一步冷却，并依次清除颗粒、金属和酸性气体。在向产生电流的气体发动机9260投料之前，将经净化和调整的合成气(具有所需湿度)储存在合成气HC7230。按照合成气的加工顺序，表1列出了转化器1200和RCS4200之后的系统中主要部件(装置)的功能。
表1.转化器1200和RCS4200之后的步骤
合成气与空气热交换器(同流换热器)
离开GRS3200的输出合成气的温度约900℃至1100℃。为了回收合成气中的热能，将从GRS3200排出的粗合成气送往管壳式合成气-空气热交换器(HX)5200。空气进入环境温度(即，约-30℃至约40℃)的HX5200。使用空气鼓风机5210，循环空气，空气以以下速率进入HX5200∶1000Nm3/hr至5150Nm3/hr之间，通常为约4300Nm3/hr。
合成气竖向流动穿过管侧5202，且空气以逆时针方式流动穿过壳侧5206。合成气的温度从1000℃降低到500℃至800℃之间(优选约740℃)，同时空气温度从环境温度增加到500℃至625℃之间(优选约600℃)。经加热的交换空气再循环进入转化器1200用于气化。
HX5200专门设计用于合成气体中颗粒水平高的情况。设计合成气和空气的流动方向，以使颗粒物质可能发生堵塞或侵蚀的区域最小化。同样，气体速度设计为足够高，从而能自清洁同时仍然最小化侵蚀。
由于空气与合成气之间显著的温度差异，HX5200中的每个管5220具有各自的膨胀式风箱5222。这对避免管破裂非常重要，管破裂时非常危险，因为空气会进入合成气混合物。当单个管被堵塞因而不再随其余管束膨胀/收缩时，管破裂的可能性高。
多个温度传感器放置在气体-空气热交换器5200的气体出口盒上。这些温度传感器用来检测由于气体漏入合成气时燃烧产生的任何可能的温度升高。在这种情况下，空气鼓风机5210自动关闭。
由于涉及合成气中的硫含量和其在高温时的反应，必须谨慎选择HX5210中气体管的材料，以确保不存在腐蚀问题。在本实施例中，选择合金625。
气体调整系统(GCS)
通常，气体调整系统(GCS)6200指一系列步骤，其包括将热交换器5200之后所获得的粗合成气转换为适合下游端应用的形式。在本实施例中，GCS6200可分成两个主要阶段。阶段1包括：(a)蒸发冷却器(干式骤冷)6210；(b)干注入系统6220；以及(c)袋式过滤器(用于去除颗粒物质/重金属)6230。阶段2包括：(d)HCl净化器6240；(e)合成气(处理气体)鼓风机6250；(f)碳过滤床(汞过滤器)6260；(g)H2S(硫)移除系统6270；以及(h)使用冷却器7210和气液分离器7220的湿度控制。
GCS6200之前的热交换器5200有时被视为GCS6200中阶段1的一部分。合成气(处理气体)鼓风机6250通常包括气体冷却器6252，气体冷却器6252有时在GCS6200的阶段2中单独提到。同样，此处提到的作为GCS6200中阶段2一部分的湿度控制常常被认为是GCS6200更下游的合成气调节系统7200的一部分。
图59示出在本实施例的系统中所采用的GCS6200的方块图。这也是汇聚加工的实施例，其中GCS6200与RGCS4250结合为一体。图60示出GCS的布局视图。
在热交换器5200中初步冷却之后，通过干式骤冷进一步冷却输入合成气，干式骤冷6210降低合成气温度还防止凝结。以受控方式(绝热饱和)，使用蒸发冷却塔(也称为‘干式骤冷’)6210，通过直接将水喷入气体流而实现上述操作。在将水汇流喷入合成流之前，使水雾化。因为在冷却时不存在液体，此加工也称为干式骤冷。水蒸发时，其从合成气中吸收焓，从而将合成气温度从740℃降到150℃至300℃之间(通常约250℃)。进行控制以确保废气体中不包含水。因此，废气体的相对湿度仍然在100％以下。
一旦空气流从蒸发冷却塔6210排出，储存在料斗中的活性炭气动式喷入空气流中。活性炭具有非常高的孔隙率，此特征有利于大分子类(例如，汞和二英)的表面吸附。因此，空气流中大部分重金属(镉、铅、汞等)和其它污染物吸附在活性炭表面。通过袋式过滤器6230收集失效的碳颗粒，并再循环返回RCS4200，用于在下一步骤中进一步能量回收。为了获得有效吸收，在此阶段需要确保合成气有足够的居留时间。在此干注入阶段6220中，可使用其它材料(诸如，长石、石灰)和其它吸收剂代替活性炭，或与活性炭一起使用，来俘获合成空气流中的重金属和焦油，而不会阻断空气流。
然后，极高效地将表面有重金属的颗粒物质和活性炭从袋式过滤器6230中的合成空气流中除去。调节操作参数以避免任何水蒸气凝结。从合成空气流中移除的全部颗粒物质形成滤饼，进一步提高了袋式过滤器6230的效率。所以，虽然新的未涂覆袋的移除率为99.5％时，袋式过滤器6230通常设计为具有99.9％的颗粒物质移除率。袋式过滤器6230采用加衬的玻璃纤维袋、未加衬的玻璃纤维袋或P84玄武岩袋，并在200℃至260℃之间的温度操作。
当袋式过滤器6230的压力降升高到设定限度时，使用氮气脉冲式喷射剂来净化该袋。因为安全的原因，氮气是首选的气体。从袋外表面落下的残渣收集在底部料斗中，并输送给残渣调整器4200用于进一步转化或处理。可使用专门的试剂来吸收高分子量碳氢化合物(焦油)，以保护袋式过滤器6230。图63和图62分别示出了袋式过滤器的示意图和设计。袋式过滤器使用不需要支撑件的筒式过滤器。
袋式过滤器6230的典型操作规程如下(假设输入物是带有重金属的飞灰)：
保证过滤系统出口：
从袋式过滤器6230排出的受重金属污染的残渣量很大。因此，如图59所示，将残渣送入等离子体基RCC4220，以转化为玻璃熔渣4203。然后在分离残余气调整器(RGCS)4250中将RCC4220产生的次级空气流进行处理，使用以下阶段1进行处理：在间接空气与气体热交换器4252中冷却，并在较小的袋式过滤器4254中移除颗粒物质和重金属。较小的袋式过滤器4254专用来处理RCC4220产生的次级空气流。如图59所示，由RGCS4250执行的其它步骤包括：进一步使用气体冷却器4256来冷却气体，以及，在碳床4258中去除重金属和颗粒物质。然后，经处理的次级合成空气流转回GCS6200，以在袋式过滤器6230之前并流进初级输入合成空气流。
与GCS6200中袋式过滤器6230的量相比，从RGCS4250的袋式过滤器4254移除的残渣量明显较少。小袋式过滤器4254作为用于重金属的净化装置。根据MSW原料组分，从RGCS4250净化出的重金属量不同。要求定期净化，以在重金属积累到限定量时将材料移到危险废物处理装置。
下面是较小RGCS袋式过滤器4254的典型设计规格，再次假设输入物是带有重金属的飞灰：
保证过滤系统出口：
GCS6200可包括直接式的和间接式的反馈或监控系统。在本实施方式中，GCS和RGCS袋式过滤器都在出口设置有尘埃传感器(直接监控)，以通知袋破裂。如果袋发生破裂，切断系统以进行维护。任选地，可在启动时分析HCl净化器6240中的水流，以确定颗粒物移除率。
使用再循环碱性溶液，在填充塔中净化从袋式过滤器6230排出的无颗粒合成空气流，以移除其中的HCl。该HCl净化器6240还提供足够的接触面积，以将气体冷却至约35℃。碳床过滤器6260用来从液体溶液中分离诸如金属、HCN、氨等潜在的可溶性水污染物。设计HCl净化器6240，以将输出物的HCl浓度保持在约5ppm。将废水流送入废水储存槽6244进行处理。
由于冶金学的考虑，将HCl净化器6240置于气体鼓风机6250的上游。包括相关部件(诸如热交换器6242)的HCl净化器6240的示例性示意图示于图64。图65示出了用于收集和储存来自GCS6200的废水的示例性系统。将碳床6245加入排料水中以从废水移除焦油和重金属。HCl净化器6240的典型规格如下：
设置空气流速                  9500Nm3/hr
净化器的正常输入/最大HCl载荷  0.16％/0.29％
HCl输出浓度                   5ppm
移除HCl之后使用气体鼓风机6250，气体鼓风机6250提供驱动力以使气体从转化器1200穿过整个系统120到达气体发动机9260下游。鼓风机6250位于汞过滤器6260的上游，这是因为汞过滤器6260在压力下具有较好的汞移除率。这也减少了汞过滤器6260的尺寸。图29示出了加工气体鼓风机6250位置和整个系统120的示意图。
使用所有上游的容器和管路设计压力降来设计鼓风机6250。鼓风机6250还设计为下游设备压力损失提供必需的压力，直至HC7230中的最终压力约为2.1psig至3.0psig(通常为2.5psig)。因为气体在穿过鼓风机6250时受压，所以气体温度上升至约77℃。使用嵌入式气体冷却器6252来使气体温度减回35℃，这是因为H2S移除系统6270的最高操作温度约为40℃。
碳床过滤器6260用作合成空气流中剩余重金属的最终过滤设备。当系统在压力下而不是在真空下操作时、当系统在较低温度下操作时、当气体饱和时、以及当去除HCl以免使碳劣化时，碳床过滤器的效率提高。该加工也能够吸收其它有机污染物，诸如合成空气流中可能存在的二英。碳床过滤器6260设计成具有99％以上的汞移除率。
通过周期性分析气体中的汞来测量这个系统的性能。通过以下方式进行校正：修改进碳率和监控穿过过滤器6260的压力降，以及经由采样来分析碳床效率。
对碳床过滤器6260的典型的规格如下：
H2S移除系统6270基于SO2排放极限，该排放极限在加拿大安大略环境部的A7方针中列出，该方针规定在气体发动机中燃烧的合成气将产生低于15ppm的SO2排放。H2S移除系统6270设计为约20ppm的H2S排出浓度。图66示出H2S移除系统6270的详细资料。
选择生物脱硫技术(Shell Paques生物技术)用于H2S移除系统6270。该技术由两步组成：首先，使来自碳床过滤器6260的合成气穿过净化器6272，在该净化器6272中，通过使碱性溶液再循环从合成气中移除H2S；接着，将含硫溶液送入生物反应器6274，用于碱度的再生、硫化物氧化成元素硫、硫的过滤、硫和污水排出流的杀菌以满足规章要求。H2S移除系统6270设计成具有20ppm的H2S输出浓度。
生物反应器6274使用硫杆菌，以通过空气氧化将硫化物转化为元素硫。控制系统8200控制进入生物反应器的空气流速，以维持系统中的硫含量。使用压滤机6276过滤生物反应器6274的冲流(slip stream)。将来自压滤机6276的滤出液送回加工，将来自该滤出液的小流(small stream)作为液体排放。排出物有两种；一种是固体排出物，含有一些生物体的硫；一种是液体排出物，含有硫酸盐、碳酸盐和一些生物体的水。两种物流在最终处理前进行杀菌。
H2S移除系统6270的典型规格如下：
设置空气流速       8500Nm3/hr
正常/最大H2S载荷   353ppm/666ppm
保证系统的H2S输出  20ppm
移除H2S之后，使用冷却器7210用来冷却来自合成气的水，并将其重新加热至适合用于气体发动机9260的温度。冷却器7210将气体从35℃低温冷却至26℃。通过气液分离器7220，移除从输入空气流凝结出的水。在气体储存之后、输送至气体发动机9260之前，将其重新加热至40℃(发动机要求)，这保证气体具有80％的相对湿度。
下表给出整个GCS6200的主要规格：
如上，GCS6200将输入气体转换为理想特征的输出气体。图59示出GCS系统6200的整个加工流程图，GCS系统6200与等离子体气化系统和下游应用相结合。此处，将RCS4200中产生的次级空气流送入GCS6200。
残余气调整器(RGCS)
如前面，周期性使用氮气将来自GCS袋式过滤器6230(可含有活性炭和金属)的残渣净化，并送入RCC4220，在RCC4220中将残渣变为玻璃状。将从RCC4220出来的气体引导穿过残余气调整器(RGCS)4250的袋式过滤器4254，以移除颗粒，并且在进入活性炭床4285前由热交换器4256进行冷却。同样，根据穿过系统的压力降，定期净化袋式过滤器4254。通过合适的手段对在RGCS袋式过滤器4254中收集的残渣进行处理。从RGCS4250排出的可燃性气体作为次级空气流被送回主GCS系统6200，以充分利用回收的能量。
合成气调节系统
来自GCS6200经净化和冷却的合成气进入合成气调节系统(SRS)7200，设计用于确保流入下游气体发动机9260的合成气具有均一的气体品质。SRS7200用于消除气体组分(主要是其低热值LHV)及其压力的短期变化。尽管即使在合成气的LHV或压力存在短期变化时，下游气体发动机9260也将继续运行并产生电流，但是气体发动机9260会由于不良燃烧和不良的燃料空气比而偏离排放门限值。
SRS7200包括冷却器7210、气液分离器7220和均化室(HC)7230。在气体发动机9260之前，在气体储存器出口处加热气体，以满足发动机温度要求。
可使用下述两种类型的均化室(HC)：固定容积HC和可变容积HC。可变容积HC通常更有利于降低流量和压力波动，而固定容积HC更有利于降低LHV波动。由于MSW原料的本性，在我们的应用中LHV波动更明显。固定容积HC在结构与维护方面通常比可变容积HC更可靠。
图68示出本实施例中均化室(HC)7230的示意图。均化室7230设计为保持约2分钟的合成气体流量。该滞留时间满足气体发动机保证标准对LHV波动规格的要求，要求值为约1％LHV波动/30秒钟。适合于气体分析器8130的居留时间典型地约30秒(包括分析和反馈)。最大LHV波动典型地约10％。这样，为了使LHV波动降低到3％的LHV波动，需要>1.5min的储存。2min储存允许一些富余时间。
在2.2至3.0psig的范围内操作HC7230，以满足下游气体发动机9260的燃料规格。使用压控阀保持废气体的压力恒定。HC7230被设计用于最大压为5psig，并且安装安全阀以处理异常超压情况。
HC7230的2min的滞留时间也提供足够的储存，以减小压力波动。对于我们的设计，气体发动机9260允许的压力波动是0.145PSI/sec。在气体发动机9260下游故障的情况下，需要缓冲器(依赖控制系统反应时间和30秒至35秒的气体居留时间)提供时间，以减缓加工或使过剩气体燃烧。
典型的，进入HC7230的合成空气流速约8400Nm3/hr。因此，为达到2min的滞留时间，HC的容积约280m3。
HC7230是自立的，且位于室外，会暴露于雪、雨和风。因此，设计HC7230的尺寸以满足机械工程要求。HC7230的支撑结构7232与混凝土底座连接。
由于从合成气中凝结出一些水，HC7230设计有底部排泄喷嘴。为了协助HC7230的排泄，其底部有意未设计为平的，而是带有裙部的锥形底部。使用示踪/隔热排泄管道形成排泄法兰。因为HC7230内部的水必须借助重力排泄至底板排水管，将HC7230保持为稍微偏高。
设计HC7230以满足以下设计要求。
正常/最大进口温度 35℃/40℃
正常/最大操作压力 1.2psig/3.0psig
正常/最大气体进口流速 7000Nm3/hr/8400Nm3/hr
正常/最大气体出口流速 7000Nm3/hr/8400Nm3/hr
相对湿度 60％-100％
储存容积 290m3
机械设计温度 -40℃至50℃
机械设计压力 5.0psig
HC7230所用材料必须既考虑以上机械设计要求又考虑以下给出的典型气体组分。由于存在水、HCl和H2S，腐蚀是特别受关注的。
N2 47.09％
CO2 7.44％
H2S 20ppm
H2O 3.43％
CO 18.88％
H2 21.13％
CH4 0.03％
HCl 5ppm
HC7230中设置有下述开孔：
一个36″检修孔，在底部附近用于进入；
一个6″法兰，在顶部用于泄压；
一个16″法兰，在壳上用于气体进入；
一个16″法兰，在壳上用于气体排出；
六个1″法兰，在壳上(2个用于压力、1个用于温度，以及3个作为备用)；
一个2″法兰，在HC底部(排泄)；以及
一个1″法兰，在底部锥体上用于水平开关。
[560]除满足设计要求之外，HC7230还设有：
开孔盖、检修孔盖、和用于所有备用喷嘴的盲法兰。
允许安全进入的阶梯(例如，带有栏杆)，通往顶部和安全阀。
必需的吊钩和锚定螺栓。
混凝土围墙。
根据需要，在HC7230的内部和外部施加涂料。
HC7230底部的隔热和热示踪。
用于支撑的混凝土板。
气体发动机9260的设计要求进口气体在特定相对湿度下具有特定组分范围。因此，使用冷却器7210将从H2S净化器6270排出的净化气体从35℃低温冷却至26℃。由于用气液分离器7220移除空气流凝结形成的水。确保合成气重新加热至40℃时具有80％的相对湿度，这是气体发动机9260的典型要求。
使用气体鼓风机6250，按照以下说明通过所有设备和管道，提供适当抽吸来从系统提取合成气。该鼓风机设计时要考虑良好的工程实践和所有可应用的省份和国家代码、标准和OSHA指南。鼓风机6250的操作条件为约600伏特、3相和60Hz。
设计气体鼓风机6250以满足下面的功能性需求：
正常气体进口温度 35℃
正常气体抽吸压力 -1.0psig
正常空气流速 7200Nm3/hr
最大空气流速 9300Nm3/hr
最大气体提取温度 40℃
正常排出压力 3.0psig
正常排出温度(气体冷却器后) <35℃
机械设计压力 5.0psig
在鼓风机进口处的相对湿度 100％
气体分子量 23.3
冷却水供应温度(产品气体冷却器) 29.5℃
最大可接受气体排出温度(产品气体冷却器后) 40℃
调节比 10％
排出物的典型气体组分(湿基准)如下：
CH4 0.03％
CO 18.4％
CO2 7.38％
H2 20.59％
正常/最大H2S 354/666ppm
H2O 5.74％
正常/最大HCl 5ppm/100ppm
N2 47.85％
因为合成气是可燃的，并且与空气形成爆炸混合物，设置鼓风机6250使得来自大气的空气尽可能最小，以及尽可能没有气体泄漏于大气。使用氮气进行所有工作介质的密封净化，并且使用无泄漏的轴密封。采用高级检密系统来监控每一方向的泄漏。
除以上的设计标准之外，鼓风机6250还设有：
防爆电动机，具有无泄漏的鼓风机轴密封。
气体冷却器6252。
消音器，具有吸音盒以满足1m处80dBA的噪音控制。
鼓风机和发动机的共用基板。
具有电动机的辅助油泵，以及鼓风机辅助系统必需的所有仪器。
所有仪表和控制(即，低油压和高油压开关、高排放压力和温度开关、差异温度和压力开关)。所有的开关是CSA批准的排放压力计、排放温度计、油压和温度计。所有仪表连接于通用防爆接线盒，且通过安装在鼓风机上游的压力传感器来控制VFD。
零泄漏排出检查阀。
设备安全系统，防止鼓风机有过多的压力/真空/关掉排出(例如，类似PRV和再循环线路等系统)。
因为气体鼓风机6250位于建筑外部，暴露于雨、雪和风。所以气体鼓风机6250设置为耐受下面的环境条件。
平均海平面以上的高度 80m
纬度 45°24′N
经度 75°40′W
平均大气压力 14.5psia
最高夏季干球温度 38℃
设计夏季干球温度 35℃
设计夏季湿球温度 29.4℃
最低冬季干球温度 36.11℃
平均风速 12.8ft/sec
最大风速 123ft/sec
设计风速 100mph/160kph
主流风向 主要来自南方和西方
地震信息 3区
因为鼓风机6250在爆炸气可能存在的环境中运行，因此安装在合成气管上或约2米距离内的所有仪表和电子装置被设计用于2区、1类的分类。
为了确保可靠性，为了快速隔离和修复故障，提供合适的进口用于检查与维护。尽管鼓风机6250能够连续(24/7)运行，但是在处理稳定期间通常会频繁地进行开启/关闭操作。
基于设计条件和气体组分，选择结构的材料。例如，电路板、接头和外部元件施加有涂层或其它方式的保护，以最小化来自污垢、潮湿和化学药品的潜在问题。控制面板和开关具有坚固的结构，设计成由带工作手套的人操作。
通常，采用流量范围在10％至100％的变速驱动装置(VSD)用于发动机控制。包括超压和超负荷保护。通过分布式控制系统(DCS)，远程监控和控制发动机状态、开/关操作和速度变化。
调整气体从HC7230排出后，根据发动机要求将气体加热，并导入气体发动机9260。
气体发动机
使用五个分别具有1MW容量的往复式GE颜巴赫(Jenbacher)气体发动机(燃气发动机)9260来产生电流。因此，电流产生的全部容量是5MW。任选地，根据整体要求，可关掉任意气体发动机9260。气体发动机9260能够高效率且低排放地燃烧低热值或中热值合成气。然而，由于相对低的气体热值(与诸如天然气的燃料相比较时)，气体发动机9260减载运行，在其最有效的运行点700kW附近运行。
燃烧组
在启动、关闭和加工稳定阶段期间，使用封闭式燃烧组9299燃烧合成气。一旦加工稳定，燃烧组9299将仅仅用于紧急用途。设计燃烧组9299以达到约99.99％的摧毁效率。
控制系统
实施时，本实施例的气化系统120包括用于控制其中气化加工的集成控制系统，该集成控制系统可包括多种独立的和交互式的局部、区域或整体加工处理。控制系统可以设置用来增强并尽可能优化用于预定的前端结果和/或后端结果的多个加工处理。
前至后(front-to-back)控制方案可包括：促进原料的恒定输送量，例如在设计用于MSW气化的系统中，同时满足用于这种类型系统的法规标准。可优化这样的前至后控制方案，以得到具体设计和/或实施该系统所给定的结果，或者，将这样的前至后控制方案设计作为较大控制系统的分支或简化版的一部分(例如在加工的启动或关闭时)，或者，优化成减轻多种异常或紧急状况。
后至前(back-to-front)控制方案可包括优化产品气体质量或特征，以用于所选择的下游应用(即经由下游气体发动机9260产生电流)。设置控制系统来优化这样的后端结果时，可提供前端特征的监控和调节，以便确保系统具有符合法规标准(当采用这样的标准时)的正确且连续的功能。
也可设置控制系统来提供补充结果，该结果最好定义为前端结果和后端结果的组合，或作为从系统120内任何位置产生的结果。
实施时，将控制系统设计成，在气化加工启动时作为前至后控制系统来运转，然后，在最初启动波动充分削弱时作为后至前控制系统。在此具体实施例中，控制系统用来控制气化系统120，以便将原料转变为适合所选下游应用的气体，即作为适合气体发动机9260燃烧以产生电流的气体。通常，控制系统大致包括：一个或多个传感元件，用于传感系统120的多种特征；一个或多个计算平台，用于计算一个或多个加工控制参数，该加工控制参数用于将所代表传感特征的特征值维持在适合下游应用的特征值预定范围内；以及一个或多个响应元件，用于根据这些参数操作气化系统120的加工装置。
例如，一个或多个传感元件可以分布于整个气化系统120，用于传感加工中不同位置处的合成气特征。通信连接至这些传感元件的一个或多个计算平台可设置为：获取代表传感特征的特征值；将该特征值与特征值预定范围相比较，特征值预定范围表示产品气体适合所选下游应用；以及计算一个或多个加工控制参数，该加工控制参数用于将这些特征值维持在这些预定范围内。多个响应元件操作性地连接至气化系统的一个或多个加工装置和/或模块(可操作来影响该加工并从而调节产品气体的一个或多个特征)，响应元件能够通信连接至用于获取一个或多个计算加工控制参数的一个或多个计算平台，且被设置来随之操作一个或多个加工装置。
控制系统还可配置成提供强化的前端结果，例如，使输入原料具有提高或恒定的消耗和转化率；或者控制系统作为启动、关闭和/或紧急程序的一部分；或者控制系统设置成用来实施气化系统120的加工，从而实现前端利益和后端利益之间的预定平衡，例如，使原料的转化能够产生适合所选下游应用的产品气体，同时使原料通过转化器的输入量最大化。其它的或进一步的系统增强可以包括但不限于：优化系统的能量消耗，例如最小化系统的能量碰撞从而最大化所选下游应用的能量产生；或者，促进额外或其它下游产物的生产，诸如可消耗的产品气体、化合物、残渣等。
图69提供了用于本实施例的高级加工控制示意图，其中提供上述气化系统120作为将要控制的加工。图70提供了系统120和图69所示控制系统的另一示图，以识别示例性特征和与其相关的传感元件。如上所述，系统120包括转化器1200，转化器1200包括根据本实施例的气化器2200和GRS3200，用于将一种或多种原料(例如，MSW和塑料)转化为合成气和残渣产物。气化系统120进一步包括残渣调整系统(RCS)4200和从合成气同流换热的热交换器5200，在本实施例中，通过同流换热来加热转化器1200中使用的空气输入添加剂。还设有用于调整(例如，冷却、纯化和/或净化)合成气的气体调整系统(GCS)6200，调节系统7200用于至少部分地均化合成气以供下游使用。如此处所描述的，残渣可以从转化器1200和GCS6200两者提供给RCS4200，调整转化器1200和GCS6200的组合，以产生固体产品(例如，玻璃熔渣4203)和待调整并与转化器合成气混合的合成气，用于进一步调整、均化和下游使用。
在图69和图70中示出了多种传感元件和响应元件，这些元件设置用于为系统120提供各种水平的控制。如以上所讨论的，某些控制元件可用于局部和/或区域系统控制，例如以影响加工和/或其子系统的一部分，因此，对系统整体性的影响很小或没有影响。例如，尽管GCS6200可为下游使用提供合成气的调整和制备，但是其实施和由此带来的变化对系统120的整体性能和输出产量几乎没有影响。
另一方面，某些控制元件可用于区域和/或整个系统控制，例如用于实质上影响作为整体的加工和/或系统120。例如，MSW处理系统9200和/或塑料处理装置9250造成的原料输入变化会对产品气体产生显著的下游影响，即影响组分和/或流量的变化，以及影响转化器1200内的局部加工。类似地，无论对于转化器1200整体还是不同部分的局部，添加剂输入速率的变化也会对产品气体(即对于气体组分和流量)产生显著的下游影响。其它控制操作，例如转化器1200内的反应物转移顺序、空气流分布的调节、等离子体热源功率变化和其它这样的因素，也会影响产品气体的特征，并可用作对这种特征的控制，或通过其他手段对其进行影响以降低对下游应用的冲击。
在图69和图70中示出多种传感元件用在本实施例中，以控制气化加工的局部、区域和整体特征。例如，系统120包括多种温度传感元件，用于传感整个加工中不同位置的加工温度。在图69中，设置一个或多个温度传感元件，分别用于检测转化器1200内与等离子体热源3208有关的温度变化和与RCS4200中残渣调整加工有关的温度变化。例如，可设置独立传感元件(通常由图69的温度传感器和指示器控制器8102来识别)用于传感温度T1、T2和T3，温度T1、T2和T3与气化器2200(例如，参见图70)的阶段1、2和3内进行的加工有关。可使用附加温度传感元件8104来传感温度T4(例如，参见图70)，该温度T4与GRS3200的重整加工相关，且特别与等离子体热源3208的输出功率相关。在本实施例中，还设置温度传感元件8106用于传感RCC4220内的温度(例如，图70的温度T5)，其中该温度T5至少部分与残渣调整器等离子体热源4230的输出功率相关。可理解的是，也可在转化器1200的不同位置下游处使用其它温度传感元件，用于参与不同局部、区域和/或整体加工，例如，温度传感元件能够与热交换器5200联合使用，以确保足够的传热，并向转化器1200提供充分加热的空气添加剂输入。例如，温度监控也可与GCS6200相联合，以确保将气体调节为对于给定子加工来说气体不会太热。其它这样的实施例对本领域技术人员来说是容易理解的。
系统120进一步包括操作性地布置于整个系统120的多种压力传感元件。例如，设置压力传感元件(图69中描述为压力传感器和指示器控制器8110)来传感转化器1200(图70的实施例中描述为特别是与GRS3200相联合)内的压力，经由速度指示器控制、可变频率驱动和发动机组件8113，压力传感元件操作性地与鼓风机6500相联合，用于将转化器1200内的整体压力维持为低于大气压力；在这个特定实施例中，对转化器1200内的压力(在一个实施方式中)在频率大约20Hz处连续监控并相应的调节。在另一实施方式中，根据操作需要，鼓风机维持在频率约20Hz或之上；当要求鼓风率在20Hz以下时，可以临时使用超压阀。压力传感元件8112还设置为与RCC4220操作性联合，并操作性地连接至调节阀，该调节阀将来自RCC4220的残渣调整气体导入GCS6200。还设置压力传感元件8116用于监控输入热交换器5200的空气压力，且将压力传感元件8116操作性地连接至鼓风机5210，用于经由速度指示器控制、可变频率驱动器和发动机组件8120来调节压力。可任选地设置压力调节阀8115，以在合成气鼓风机速度6250降到鼓风机的最小操作频率之下时提供次级控制，来补偿和调节系统内的压力。
设置另一个压力传感元件8114用于合成气调节系统(SRS)7200，压力传感元件8114操作性地连接至调节阀7500，用于在超压时经由燃烧组9299控制和/或紧急排放合成气，例如，在启动和/或紧急运转期间。该压力传感元件8114进一步经由流量传感器和控制指示器8124操作性地连接至调节阀8122，以增加进入转化器1200的操作添加剂的输入流量，例如，在将不足量的合成气提供给SRS7200来维持气体发动机9260继续运转的情况下。如下文将要更详细描述的，尤其涉及控制系统根据后至前控制方案来运转时。注意，在图70中使用空气流量传感元件8124和调节阀8122来调节进入气化器2200的阶段1、2和3的添加剂空气流量，如通过各流量F1、F2和F3所描述的，以及，调节进入GRS3200的添加剂空气流量，如通过流量F4所描述的，其中根据限定的预设比例来设置相对流量，以在每个加工阶段大致维持预设温度范围。例如，F1∶F2∶F3∶F4的比值大约36∶18∶6∶40时，能够将相对温度T1、T2和T3分别维持在约300-600℃、500-900℃和600-1000℃的范围内，或者可选择地相对温度分别维持在约500-600℃、700-800℃和800-900℃的范围内，尤其是当输入额外原料以补偿由于容积增加而造成燃烧增加时，如下文所述。
系统120还包括可操作性地布置在整个系统120的多个流量传感元件。例如，如上，流量传感元件8124与进入转化器1200的空气添加剂输入相关，且可操作性地连接至调节阀8122，用于调节该流量，例如，响应于由传感元件8114测出的SRS7200压力降。还设有流量传感元件8126，以检测进入SRS7200的合成气流量，使用测出值来调节空气添加剂输入速率以提供对流量下降的快速反应，以及，分别经由MSW和/或塑料进料机械装置9200和9250调节原料输入速率，例如，根据当前限定的燃料与空气的比(例如，当前正使用的(MSW+塑料)∶(总添加剂空气输入)的比值)，获得更长期的稳定化；当根据后至前控制方案操作系统时，这也特别有用，如以下所述。在本实施例中，空气燃料比通常维持在约0至4kg/kg之间，在正常运转期间通常维持在大约1.5kg/kg。还可设置流量传感元件8128以监控进入燃烧组9299超量气体的流量，例如，在启动、紧急和/或前至后控制操作期间，如下文所述。
图69和图70还示出气体分析仪8130，该气体分析仪8130用于分析合成气在到达SRS7200时的组分，设置控制系统以使用此气体组分分析结果来确定合成气的燃料值和碳含量，并分别调节燃料空气比以及MSW和塑料的比，从而有助于调节MSW和塑料各自的输入速率。同样，此特征在控制系统执行后至前控制方案时特别有用，如以下更详细地描述的。
虽然在图49和图70中没有示出，但前文所述气化器2200的示例性实施方式中包括：多种传感元件，设置用于检测气化器2200内各位置(即第一阶梯2212、第二阶梯2214和第三阶梯2216)处的反应物高度。这些传感元件可用于控制诸如载体滑枕2228、2230和2232的横向转移装置的运动，以增强气化器2200内的有效处理。在这样的实施例中，载体滑枕顺序控制器既影响实际原料输入速率的计算，也使需要传送给载体滑枕顺序控制器的预期原料输入速率改变。也就是说，载体滑枕顺序控制器能够用来调节原料输入速率，以及，控制系统与载体滑枕顺序控制器连通时，可补偿由于下游加工中载体滑枕顺序的改变(例如，为解决由于各种检出反应物分布引起的问题)所引起的变化。
图71提供了控制流程图，示出本实施例的控制系统中的各种传感特征值、控制器(例如，响应元件)和运转参数，以及，示出彼此之间用于促进原料受到合适且有效处理的相互作用。图中：
转化器固体水平检测模块8250，设置用于对转移单元控制器8252(用于控制转移单元8254的运动)进行协调控制，以及，协调控制总体MSW+HCF进料速率8256；
合成气(产品气体)碳含量检测模块8258(例如，得自气体分析仪8130)，操作性地结合至MSW∶HCF比例控制器8260，MSW∶HCF比例控制器8260设置用于协调控制MSW/HCF分离器8262，用于分别控制MSW和HCF各自的进料速率8264和8266；
合成气(产品气体)燃料值确定模块8268(例如，LHV=c1*[H2]+c2*[CO]，其中c1和c2是常数，[H2]和[CO]从合成气分析仪8130中获得)，操作性地结合至燃料空气比控制器8270，用于对导入MSW/HCF分离器8262和转移单元控制器8252的总体MSW+HCF进料速率8256进行协调控制；
合成空气流量检测模块8272，操作性地结合至总体空气流量控制器8274，用于控制总体气体流量8276和协调控制总体MSW+HCF进料速率8256；以及
加工温度检测模块8278，操作性地结合至温度控制器8280，用于控制空气流量分布8282(例如，图28的F1、F2、F3和F4)和等离子体热8284(例如，经由PHS1002)。
在此结构中，为了确定输入系统120的空气添加剂的量，使合成气组分在适合于下游应用的范围内或有益于提高能量效率和/或产品气体消耗的范围内，可设置控制系统以基于LHV所需特征值(例如，从合成气中[H2]和[CO]的分析结果)计算控制参数。例如，通过设定温度和压力常数，或在预期设定点，可经验性地限定整个系统参数，从而可使用下式的线性计算来非常精度地评估空气输入参数：
[LHV]=a[空气]
其中，a是用于特定系统设计和预期输出特征的经验常数。使用此方法，已经证明可以有效地和连续地操作本实施例的系统120，以在最优化加工效率和一致性的同时满足法规标准。
图72提供可供选择的控制流程图，其描述了能够由结构略改动的控制系统8000所使用的各种传感特征值、控制器(例如，响应元件)和运转参数，以及彼此之间促进原料的合适和有效处理的相互作用。在此图中：
转化器固体水平检测模块8350，设置用于对进行转移单元控制器8352(设置用于控制转移单元8354的运动)协调控制，和协调控制总体MSW+HCF进料速率8356；
合成气(产品气体)碳含量检测模块8358(例如，得自气体分析仪8130)，操作性地结合至MSW∶HCF比例控制器8360，MSW∶HCF比例控制器8360设置用于协调控制MSW/HCF分离器8362，用于分别控制MSW和HCF各自的进料速率8364和8366；
合成气(产品气体)[H2]含量检测模块8367(例如，得自气体分析仪8130)，操作性地结合至燃料空气比控制器8370(协调控制总体MSW+HCF进料速率8356)，用于协调控制转移单元控制器8352、MSW/HCF分离器8362、蒸汽流量计算8390和总体空气流量8376；
合成气(产品气体)[CO]含量检测模块8369(例如，得自气体分析仪8130)，操作性地结合至燃料蒸汽比控制器8371(用于协调控制蒸汽流量计算)，用于协同控制蒸汽流量计算8390，以控制蒸汽添加率8392(注：蒸汽添加剂输入机构可操作性地结合至转化器1000(在图69和图70中未示出)，并用于补充空气添加剂和参与精炼合成气的化学组成)；
合成气流量检测模块8372，操作性地结合至总体空气流量控制器8374，用于协调控制总体气体流量8376和协调控制总体MSW+HCF进料速率8356；以及
加工温度检测模块8378，操作性地结合至温度控制器8380，用于控制空气流量分布8382和等离子体热8384。
在此结构中，为了确定输入系统120的空气添加剂和蒸汽添加剂的量，以合成气组分处在适合于下游应用的范围内或能增加能量效率和/或产品气体消耗的范围内，可设置控制系统以基于所获得的[H2]和[CO]特征值计算控制参数。例如，通过设置温度和压力常数，或在预期设置点，可经验性地确定整个系统参数，从而可使用下式的线性计算来非常精度地评估空气蒸汽输入参数：
其中，a、b、c和d是用于特定系统设计和预期输出特征的经验常数。本领域技术人员可理解，尽管简化为线性系统，但是以上实施例可延伸包括其他特征值，从而提供其他控制参数的线性计算。当需要进一步限制加工波动以用于更精确的下游应用时，也可考虑高阶计算来精确计算控制参数。然而，使用以上所述的方式，已经证明可以有效地和连续地操作本实施例的系统120，以在最优化加工效率和一致性的同时满足法规标准。
可理解的是，控制系统的各种控制器通常平行运转，以调节各控制器的值，包括绝对值(例如，总空气流量)和相对值(例如，原料与空气的比)，但是，部分或全部操作器也可依次运转。
如以上所讨论的，本实施例中，在系统120的启动运转期间使用前至后控制策略(或供给驱动)，在系统120中转化器1200以固定的MSW进料速率运行。使用此控制方案，系统120允许通过诸如气体发动机9260和燃烧组9299的下游设备而吸收加工变化。因为产生了少量缓冲的超额合成气，所以使用小的连续喷管。可将超过此正常量的额外合成气生产送入喷管，增加燃烧量。合成气生产的不足首先消耗缓冲器，且最终会要求减少发生器功率的输出(通过可调的功率设定点，发生器可在50％至100％功率输出运作)，或者进一步通过控制系统实施系统调节，如下所述。此控制方案尤其适用于启动和试运转阶段。
此前至后控制方案的主要加工控制目标包括：稳定HC7230内的压力、稳定要产生的合成气的组分、控制气化室2202中材料堆的高度、稳定气化室2202中的温度、控制重整室3202中的温度，以及控制转化器加工压力。
当使用GE/颜巴赫(Jenbacher)气体发动机9260时，产品气体的最小压力约150mbar(2.18psig)，最大压力约200mbar(2.90psig)，燃料气体压力的允许波动约+/-10％(+/-17.5mbar，+/-0.25psi)，而产品气体压力波动最高率约10mbar/s(0.145psi/s)。气体发动机9260具有进口调节器，进口调节器能够处理供给压力的小幅扰动，以及，管道和HC中的积存能稍微作用来减弱这些变化。然而，控制系统还使用快速作用控制环(fast acting control loop)来维持适当的压力水平。如上文所述，此控制方案中的转化器1200以足够的MSW进料速率运行，以产生小缓冲的超额连续燃料的合成气生产。因此，HC7230压力控制变为简单的压力控制环，其中根据要求调整从HC7230至燃烧组9299之间的压力调节阀，以保持HC压力在适合的范围内。
控制系统通常起作用来稳定要产生合成气的组分。只要变化率不过量，气体发动机9260能够在较宽范围的燃料值内运转。对于此实施例中相关的低热值(LHV)变化的可允许率低于1％的合成气LHV波动/30秒。对于氢基燃料，燃料气体本身的氢低达15％，且LHV低至50btu/scf(1.86MJ/Nm3)。通过提供约2分钟的合成气生产，该系统容积和HC7230有助于稳定LHV变化率。
在此控制方案中，可通过安装在HC7230进口处或附近的气体分析仪8130来测量产品气体的组分。基于此测量，为了稳定气体燃料值，控制系统可调节燃料空气比(即，相对于空气添加剂输入空气，略增加/降低MSW进料速率)。相对于空气添加剂，增加MSW或塑料的原料，增加了气体的燃料值。然而，应理解的是，基于系统120的整体实施，此控制行为具有相对长的响应时间，这样，可用于防止长期变化，而不会对短期变化进行响应。
当塑料原料单独为较丰富的燃料源(例如，LHV约MSW的两倍)时，通常其加入量与MSW的比率约1∶20(0至14％)，因此，根据本实施例，对于添加于系统的燃料而言，塑料不起关键作用。因为向系统120中添加太多的塑料不经济，所以塑料原料可用作微调而不是主要控制。通常，塑料原料以一定比例加入总原料中，可选择性地调节塑料原料与总原料的比率，来稳定合成气中从系统120排出的总碳，如通过气体分析仪8130测量的。因此能减缓MSW燃料值波动的影响。
此外，可用反应物堆水平控制系统来帮助维持转化器1200内稳定的堆高度。稳定的水平控制可防止加工空气喷射时材料悬浮(可能发生于低水平情况下)，并防止高水平时发生因空气流量有限而造成材料堆的温度分布不良。维持稳定水平还有助于维持一致的转化器居留时间。可使用气化室2202中的一系列水平开关用于例如测量堆深度。本实施例中的水平开关可包括但不限于：在转化器的一侧有发射器而另一侧有接收器的微波装置，其检测转化器1200内该位置处是否有材料。气化器2200中的储存量通常是进料速率和载体滑枕运动(例如载体滑枕运动)的函数，以及，在较小的程度上，是转化效率的函数。
在本实施例中，阶段3载体滑枕通过以固定的行程长度和频率移动，设置转化器生产量，以从气化器2200排放残渣。阶段2载体滑枕随动，并将材料尽可能远地推至阶段3上，以及将阶段3开始阶段水平开关的状态改变至“完全(满)”。阶段1的载体滑枕随动，并将材料尽可能远地推至阶段2上，以及，将阶段2开始阶段水平的状态改变至“完全(满)”。然后同时撤回所有载体滑枕，在重复整个顺序之前，执行预定延迟。可使用附加结构来将连续行程长度的变化限制至低于水平开关所要求的程度，以避免载体滑枕引起的扰动过多。为了防止转化器底部过温条件，载体滑枕可相当频繁地移动。此外，可偶尔设定使载体滑枕行程完全伸展至每个阶段的末端，以防止滞积材料在该阶段末端附近堆积和结块。对本领域技术人员来说，可使用其他载体滑枕顺序，而不脱离本发明公开内容和范围。
为了最优化转化效率，根据本发明的一个实施方式，尽可能长时间地将材料维持在尽可能高的温度。设置温度上限，以避免材料开始熔化和结块(例如，形成熔渣)，熔化和结块会减少可利用的表面积进而降低转化效率，造成材料堆中的空气流在结块周围环绕，加剧了温度问题并加速了结块的形成，干扰了载体滑枕的正常运转，并由于残渣移除螺旋2209的堵塞，潜在地导致系统关闭。还可控制材料堆中的温度分布，以避免形成第二类结块，在这种情况下，塑料熔融并作用为其他材料的粘合剂。
在一个实施方式中，通过改变加工空气进入给定阶段的流量(即，或多或少燃烧)来实现材料堆内的温度控制。例如，可通过控制系统调节提供给底室中每个阶段的加工空气流量，来稳定每一阶段的温度。还可采用过量的载体滑枕行程的温度控制来破坏热点。在一个实施方式中，预设置每个阶段的空气流量，以维持大致恒定的温度和各阶段之间的温度比率。例如，总空气流量的大约36％可导入阶段1，约18％可导入阶段2，以及约6％可导入阶段3，剩余的导入GRS(例如，总空气流量的40％)。可选择地，可动力学改变空气输入比率，以调节气化器2200和/或GRS3200的每个阶段内的温度和加工发生。
还可调节等离子体热源功率(例如，等离子体喷管功率)以将GRS3200(例如，重整室输出)的排出温度稳定在约1000摄氏度的设计设置点处。这也可用于确保气化室2202中形成的焦油和煤烟完全分解。通过向重整室3202添加加工空气，还可经由合成气燃烧时释放热能来承担部分热载荷。因此，可设置控制系统以调整加工空气的流速，以保持喷管功率处于良好的运转范围。
此外，可通过调节合成气鼓风机6250的速度来稳定转化器压力，在图69的实施方式中示出为最接近均化子系统输入。当速度低于鼓风机的最小运转频率时，次级控制可以超控并代替调节再循环阀。一旦再循环阀回到完全关闭状态，初始控制重新启用。通常，压力传感器8110经由控制系统操作性地结合至鼓风机6250，控制系统设置为监控系统内的压力(例如以频率约20Hz)，并经由操作性地与其结合的合适的响应元件8113(用于将系统压力维持在预定值范围内)，调节鼓风机速度。
此外，在单独的容器(例如，RCC4220)中以连续运转方式来执行残渣熔化操作，单独的容器直接连接至转化器1200的出口。通过安装在气化器2200末端的锯齿状螺旋输送机(残渣提取器螺杆)或类似物，从气化室2202中移除熔渣，并经由例如一连串螺旋输送机，送入RCS4200的顶端。来自袋式过滤器6230的小部分颗粒也可经由螺旋输送机混入主流残渣中，例如，用于进一步处理。
RCS4200是小的、耐火材料加衬的残渣调整室(RCC)4220，具有：安装于顶端的300kW的等离子体喷管4230；连接气体处理滑动滑板(gas treatment skid)的加工气体出口4228；和熔渣出口4226。在主袋式过滤器6230进口处，从气体处理滑动垫木排出的气体被引入来自转化器1200的主流合成气中，或可供选择地用于进一步处理。在此实施例中，残渣直接落入RCC4220的顶端，在那里残渣通过与等离子体喷管烟羽(plasma torch plume)4230密切接触而熔化。例如通过RCC4220内部的V形槽口堰4224，支撑该熔渣。当额外的熔渣颗粒流入RCC4220并熔化时，相应量的熔化材料溢出堰4224，并落入与螺旋输送机一体的充水骤冷槽4240中，在那里熔化材料凝固、碎裂成小块玻璃状熔渣，并输送入储存容器。
在控制残渣处理时，可根据需要调节等离子体喷管4230的功率，以维持足够温度用于熔化操作。RCC4220温度仪器(例如，温度传感元件8106)可包括：例如，两个光学测温仪(OT)，其测量所瞄准表面的表面温度；3个蒸汽空间热电偶，安装在熔化池上方的陶瓷热电偶套管中；以及5个外皮安装的热电偶，安装在外部金属壳上。RCC4220还可包括用于测量RCC4220内部的加工压力的压力传感器(例如，压力传感元件8112)。
本文涵盖的一个熔化温度控制策略是通过两个光学测温仪测量正在被观察的温度增量(delta temperature)。一个OT针对喷管4230下面的熔化池，另一个OT针对堰4224附近的熔化池。如果与喷管4230下面的温度相比堰4224附近的温度正变冷，提供更多的喷管功率。可供选择的方法是直接使用OT温度。将1400℃至1800℃范围中的预定点(已知高于大部分MSW组成的熔化温度)输入控制器中。根据要求调节喷管功率以满足该设定点。
通常，不直接测量水平，而是通过两个OT温度和蒸汽空间热电偶来推断。如果温度降至低于温度设定点，这是未熔化材料的指示，使用联锁装置(interlocks)来暂时减缓残渣的进料速率，或作为最后的选择切断RCS4200。例如，可经由驱动发动机可变频率驱动器(VFD)，通过调节RCC原料螺旋输送机速度，来控制材料流速。可在等离子体喷管4230的熔化速率能力内，根据需要调节进料速率，以确保可接受的温度控制，以及防止由于未熔材料而在RCC4220中造成的高水平。通常，气化室2202中可留有一些滞留量用于超出阶段3的残渣，但是持续操作将依赖RCC4220，RCC4220具有足以匹配残渣生产稳定状态的熔化能力。
可通过接进容器蒸汽空间的压力传感器(例如，元件8112)，监控RCC4220中的压力。通常，RCC4220的操作压力与转化器气化室2202的操作压力大致匹配，从而，用于以任一方向使空气流(仅固体残渣颗粒流)穿过螺旋输送机的驱动力最小。在气体出口管线中设置调节阀8134，从而能够限制下游真空机(合成气鼓风机)移除的气体流量。DCS PID控制器计算需要的阀位置，以实现预期的操作压力。
经过启动阶段后，能够使用后至前控制或因需而动的控制，其中在系统120后端处的气体发动机9260驱动该加工。基于燃料气体(即，产品气体)的能量值和产生的电功率，气体发动机9260消耗一定体积/小时的燃料。因此，该控制系统的高水平目标是确保足够的MSW/塑料原料进入系统120，并转化为具有足够能量值的合成气，以便一直以全功率运转发生器，而合成气的产生与合成气的消耗足够匹配，使得合成气的不稳定燃烧(flaring)减少，或基本消失，且提高每消耗一吨MSW所产生的电功率，并优选地被优化。
通常，以上描述的前至后控制方案包括后至前控制方案的子集。例如，基本上维持以上方案所列出的全部或大部分加工控制目标，然而，控制系统进一步被精确化，以在增加每消耗一吨MSW或其他这样的原料所产生的电功率量的同时，减少合成气的不稳定燃烧。为了提供加工的提高控制、实现增加的加工效率和对下游应用的实用性，所产生的合成空气流基本与由气体发动机9260所消耗的燃料相匹配，从而降低来自系统120的超额产品气体的不稳定燃烧或其它处置，并降低不足以维持下游应用运转的可能性。概念地，控制系统因而变为实施后至前控制(或因需而动的控制)，使得下游应用(例如气体发动机/发生器)驱动该加工。
通常，为了稳定短期内从转化器1200排出的合成空气流，可调节进入转化器1200的空气添加剂输入流，对空气流波动提供快速响应，空气流波动产生通常归因于原料质量变化(例如，原料湿度和/或热值的变化)。通常，调节空气流产生的效应通常以声速在系统内传播。反之，通过调节MSW和/或塑料的进料速率也可显著影响系统输出(例如，合成空气流)，原料在转化器1200内具有相对长的居留时间(例如，对本特定实施例有高达45分钟或更长的时间)，与这种调节相关的系统响应时间大致在约10分钟至15分钟的范围内，其在短期可能不足以及时影响产品气体来避免不想要的操作条件(例如，不稳定燃烧的超额气体、不足以用于最佳运转的气体供应、不足以进行连续运转的气体供应等)。虽然与空气流增加相比MSW进料速率具有较慢的响应，与塑料原料增加相比MSW进料速率的增加可造成较快的响应，这是因为MSW的水分含量可在约2分钟至3分钟内产生蒸汽。
因此，调节总空气流通常提供了可最快作用的环来控制压力，从而满足了用于下游应用的输入流要求。此外，由于转化器1200中大量的材料，向底室添加更多的空气或其它这样的添加剂不一定会成比例地稀释气体。额外的空气进一步渗入材料堆中，并与上层的材料反应。相反地，添加较少的空气会马上富集气体，但是最终造成温度下降以及反应速率/合成气流量降低。
因此，总空气流量通常与图71示出的材料进料速率(MSW+塑料)成比例，籍此，增加添加剂输入将造成原料输入速率的增加。因此，调谐控制系统，从而马上看到增加空气的效果，最终观察到额外原料的效果，以提供长期的稳定合成气流量。也可基于系统动力学临时降低发生器功率输出，以渡过MSW/塑料进料速率增加与合成气流增加之间的死时间，然而，这可能不是必要的或不能预期，除非遇到异常原料条件。在本实施例中，虽然优选地调节空气流(快速作用环)以及调节燃料空气比和总燃料速率(都为长期响应)，来维持适用于下游应用的气体特征，MSW与塑料原料的比控制是不必要的，但是此控制可作为额外的控制来帮助消除长期的可变性。
在本实施例中，MSW的水分含量通常在0和80％之间变化，热值在约3000kJ/kg和33000kJ/kg之间变化，HC有2分钟的居留时间，且通常压力约210mbar。可存在约+/-60mbar的变化而不超过约150mbar的发动机最小供应压力。如果没有控制系统，压力能够上升至约1000mbar，因此，长期流量的波动通过控制系统积极地降低了高达4倍(或75％)，以便根据需要以恒定的载荷运转气体发动机9260。此外，如果没有控制系统，转化器气体的压力波动可达到约25mbar/s，这是用于本实施例发动机最大值(约10mbar/s)的2.5倍(或约60％)。因此，本发明的控制系统可降低至少2.5倍(60％)的短期加工变化和约4倍(75％)的长期加工变化。在本实施例中使用HC7230能够帮助降低短期变化。
因此，考虑到前述结果，可以理解本发明的控制系统能够有效地将特性和/或组成实质上不均匀的原料转化为具有基本上稳定特性的气体，用于下游应用。因此，取决于本发明控制系统所控制的气化加工处理的特定构造，可以通过该系统的连续或和/或实时控制而抑制原料特性的波动，从而例如将长期加工处理变化降低至少4倍。在一替代实施方式中，可以通过该系统的连续或和/或实时控制而抑制原料特性的波动，从而例如将长期加工处理变化降低约3倍。在一替代实施方式中，可以通过该系统的连续或和/或实时控制而抑制原料特性的波动，从而例如将长期加工处理变化降低约2倍。
实施例2
在该实施例中给出气化系统的替代控制线路，诸如替代实施例1中所给出的。该可选控制线路在图73中给出，并且是图71给出的控制线路的变体，其中使用合成气压力检测模块替代合成气流量检测模块。
实施例3
在该实施例中，给出可选的气化系统控制线路，替代诸如在实施例1中所给出的。图74提供可选的控制流程图，其表示由本实施例控制系统8000所使用的各种感侧特征值、控制器(例如响应元件)和运行参数，以及上述参数等用于促进原料的适当和有效夹攻的相互作用。在该实施例中：
配置转化器固体水平检测模块8550，来协同地控制转移单元控制器8552(配置其以控制转移单元8554的运动)，以及协同地控制总MSW+HCF进料速度8556；
将合成气(产物气体)碳含量检测模块8558(诸如来源于气体分析仪)可操作地连接至MSW∶HCF比例控制器8560，配置该比例控制器8560以协同地控制总MSW+HCF进料速度8556，从而控制MSW/HCF分流器8562(用以分别控制MSW和HCF各自的进料速度8564和8566)，以及协同地控制转移单元控制器8552和总流量控制器8574；
将合成气(产物气体)流量检测模块8572可操作地连接至总进料控制器8596，来协同地控制总流量控制器8574和总MSW+HCF进料速度8556；
将合成气(产物气体)燃料值确定模块8568(例如，LHV=c1*[H2]+c2*[CO]，其中c1和c2是常量且其中[H2]和[CO]从合成气分析仪获得)可操作地结合至燃料空气比控制器8570，来协同地控制总流量控制器8574，进而控制总气流8566和总MSW+HCF进料速度8556；以及
将加工处理温度检测模块8578可操作地连接至温度控制器8580，来控制气流分布8582和等离子体加热8584。
实施例4
在该实施例中给出可选的气化系统控制线路，替代诸如在实施例1中所给出的。图75提供另一可选的控制流程图，其表示由控制系统8000略微改变的配置所使用的各种传感特征值、控制器(例如响应元件)和运行参数，以及这些参数之间有助于促进原料的适当和有效处理的相互作用。在该图中：
配置转化器固体水平检测模块8650，来协同地控制转移单元控制器8652(配置其以控制转移单元8654的运动)，以及协同地控制总MSW+HCF进料速度8656；
将合成气(产物气体)碳含量检测模块8658(诸如来源于气体分析仪)可操作地连接至MSW∶HCF比例控制器8660，配置该比例控制器8660，以协同地控制MSW/HCF分流器8662，用以分别控制MSW和HCF各自的进料速度8664和8666；
配置合成气(产物气体)[H2]含量检测模块8667(例如从合成气分析仪获得)，来协同地控制燃料空气比控制器8670，进而协同地控制所述总MSW+HCF进料速度8656；
合成气(产物气体)透明度检测模块8698协同地控制燃料空气比控制器8670和燃料蒸汽比控制器8671；
配置合成气(产物气体)[CO]含量检测模块8669(例如从合成气分析仪获得)，来协同控制燃料蒸汽比控制器8671，进而协同地控制蒸汽流量计算8690，控制蒸汽添加速率8692；
将合成气流量检测模块8672可操作地连接至总流量控制器8674，来协同地控制总流量8676，且协同地控制总MSW+HCF进料速度8656；以及
将加工处理温度检测模块8678可操作地连接至温度控制器8680，用于控制气流分布8682和等离子体加热8684。
实施例5
图17和图18进一步提供说明控制系统如何用于控制含碳原料转化为气体的实施例。在该实施例中，将水预加热并作为添加剂输入蒸汽中，将氧气预加热并作为空气添加剂输入，以及，将含碳原料预加热并供给转化器进行转化。使用一个或多个传感元件监控转化器输出、气流速率、温度和产物气体的组成。
如图18所示，使用感测气体流速％CO和％CO2来评估产物气体的碳含量，从而调节原料进料速率。进一步使用感测％CO和％CO2以及感测％H2来评估新O2和蒸汽输入速率，以获得所需的气体组成。最后，根据需要使用感测气体温度来调节等离子热源功率。

Claims (31)

1.一种方法，其用于控制高度可变碳含量的原料转化成具有基本一致特性的气体，所述方法包括以下步骤：
提供一种设施，用于根据综合加工将所述高度可变碳含量的原料转化成所述具有基本一致特性的气体，所述设施包括一个或更多个原料输入口、一个或更多个添加剂输入口、一个或更多个等离子体热源以及一个或更多个输出口，所述综合加工包括多个局部加工、区域性加工或二者；
感测多个操作特性，每个操作特性表示一个或更多个综合加工、局部加工、以及区域性加工；
根据表示所述多个操作特性的信息，使用一个或更多个计算平台，产生一个或更多个控制参数，所述一个或更多个控制参数能够获得所述综合加工、局部加工、以及区域性加工的多个目标条件、朝着所述目标条件进行调节或维持所述目标条件，其中，所述一个或更多个控制参数配置成协同地控制两个或更多个所述综合加工、局部加工、以及区域性加工；
至少部分地基于所述一个或更多个控制参数，使用通信地与一个或更多个计算平台相关联的多个响应元件，控制所述综合加工、局部加工、以及区域性加工；以及
用数字特性值来表示所述多个操作特性中的一个或更多个；
其中，所述产生一个或更多个控制参数包括，部分地基于下述比较来计算所述控制参数中的一个或更多个：
将所述特性值中的一个或更多个与一个或更多个数字目标值或其范围进行比较，其中，各所述特性值直接或间接地由一个或更多个传感元件提供，或者，由所述一个或更多个传感元件直接或间接提供的信号得到，以及，其中，各所述一个或更多个目标值与所述目标条件中的一个或更多个相关联；
其中，所述一个或更多个操作特性包括所述气体的H2含量和所述气体的CO含量，其中，所述气体的所述H2含量由特性值[H2]表示，以及，所述气体的所述CO含量由特性值[CO]表示，其中，所述一个或更多个控制参数包括，用于控制空气[空气]输入所述设施的气化器的参数，以及，用于控制蒸汽[蒸汽]输入所述气化器的参数，其中，所述参数[空气]和[蒸汽]至少部分地使用根据下述关系式的关系来确定：
以及，其中，a、b、c和d是依赖于设施设计和所述设施的一个或更多个期望输出特性的经验值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的碳含量，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数，所述用于控制一个或更多个横向转移单元的运动的参数至少部分地基于所述气体的所述碳含量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的碳含量，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、以及用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数，用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、以及用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数至少部分地基于所述气体的所述碳含量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的碳含量，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、所述高碳原料向所述设施的进料速率、用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、以及用于控制穿过所述设施至少预定部分的总流量的参数，所述用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制总流量的参数至少部分地基于所述气体的所述碳含量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的碳含量，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数、以及用于控制向所述设施预定部分的蒸汽添加速率的参数，所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制蒸汽的添加速率的参数至少部分地基于所述气体的所述碳含量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的燃料值，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、以及用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数，所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数至少部分地基于所述气体的所述燃料值。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的燃料值，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、所述高碳原料向所述设施的进料速率、用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、以及用于控制穿过所述设施至少预定部分的总流量的参数，所述用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制总流量的参数至少部分地基于所述气体的所述燃料值。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括下述一种或更多种：用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数、用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、以及用于控制向所述设施至少预定部分的蒸汽添加速率的参数，所述用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制所述蒸汽添加速率的参数至少部分地基于所述气体的所述H2含量。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括下述一种或更多种：用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数、用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、以及用于控制向所述设施至少预定部分的蒸汽添加速率的参数，所述用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制所述蒸汽添加速率的参数至少部分地基于所述气体的所述CO含量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的气体压力和所述气体的气体组成中的一者或二者，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于调节添加剂输入速率的参数和用于调节原料输入速率的参数中的一种或多种，所述用于调节所述添加剂输入速率的参数和所述用于调节所述原料输入速率的参数至少部分地基于所述气体压力和所述气体组成中的一者或二者。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的气体组成，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制添加剂输入速率的参数，所述用于控制添加剂输入速率的参数至少部分地基于所述气体组成。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述气体组成用于确定所述气体的热值，以及，其中所述添加剂输入速率包括作为所述热值的函数被调节的空气添加剂输入速率。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述空气添加剂输入速率作为所述热值的线性函数被调节。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制添加剂输入速率的参数，所述用于控制所述添加剂输入速率的参数至少部分地基于所述CO含量和所述H2含量中的一者或二者。
15.根据权利要求1所述的方法，其中高度可变碳含量的所述原料由原料热值域限定，所述热值域从约3000KJ/Kg到约33000KJ/Kg。
16.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述产生一个或更多个控制参数包括：
确定所述一个或更多个控制参数的一个或更多个选择控制参数，所述一个或更多个选择控制参数用于控制所述多个响应元件中至少一个选择响应元件；以及
所述控制包括，至少部分地基于所述一个或更多个选择控制参数，至少部分地使用所述一个或更多个计算平台，产生一个或更多个控制信号，以及，将所述一个或更多个控制信号提供给所述至少一个选择响应元件，以对其进行控制。
17.根据权利要求1所述的方法，其中一个或更多个所述特性值表示所述气体的组成，以及，其中一个或更多个所述控制参数配置成用于调节向所述综合加工、局部加工、以及区域性加工中的一个或更多个的添加剂输入速率，其中所述输入速率至少部分地作为所述气体组成的函数进行调节。
18.根据权利要求1所述的方法，其中一个或更多个所述特性值表示所述气体的组成、以及所述一个或更多个特性值至少部分地用于得到所述气体的热值的测量，其中一个或更多个所述控制参数配置成用于调节向所述综合加工、局部加工、以及区域性加工中的一个或更多个的空气添加剂输入速率，以及，其中所述输入速率至少部分地作为所述热值的函数进行调节。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述输入速率作为所述热值的线性函数进行调节。
20.根据权利要求1所述的方法，其中一个或更多个所述特性值表示所述气体的组成，所述组成包括所述气体的感测CO含量和所述气体的感测H2含量，其中一个或更多个所述控制参数配置成用于调节向所述综合加工、局部加工、以及区域性加工中的一个或更多个的添加剂输入速率，其中所述输入速率至少部分地作为所述气体的感测CO含量和所述气体的感测H2含量的函数进行调节。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参数[空气]用于控制作为加工处理添加剂供应到所述设施的气化器中的空气量，该参数[空气]作为所述气体的热值[HV]的函数，根据[HV]＝[a][空气]，产生所述参数[空气]；
其中，[a]是依赖于所述设施的设计和所述设施的一个或更多个期望输出特性的经验值。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述热值为所述气体的低热值(LHV)。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述热值为所述气体的高热值(HHV)。
24.根据权利要求1所述的方法，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，所述方法进一步包括接收来自转化器固体水平检测模块的输出，所述转化器固体水平检测模块可操作地与所述设施相关联，其中，来自所述转化器固体水平检测模块的输出的至少一部分协作方式用于产生一个或更多个所述控制参数，所述一个或更多个控制参数用以控制：一个或更多个横向转移单元的运动，含碳原料(CF)的进料速率，以及，高碳原料(HCF)的进料速率。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，是根据所述一个或更多个横向转移单元的运动速率、所述含碳原料的进料速率、所述高碳原料的进料速率和所述设施气化器中固态物高度之间限定的线性关系产生的。
26.根据权利要求1所述的方法，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，其中所述设施包括分离器，所述分离器配置成便于将含碳原料和高碳原料供入所述设施，其中所述多个操作特性包括所述气体的碳含量、以及含碳原料(CF)∶高碳原料(HCF)的比值，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述分离器的参数、用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、以及用于控制所述高碳原料的进料速率的参数，以及，其中所述用于控制分离器的参数、所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数至少部分地基于所述气体的碳含量。
27.根据权利要求1所述的方法，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，所述设施还包括分离器，所述分离器配置成便于将所述含碳原料和所述高碳原料供入所述设施，其中所述多个操作特性包括所述气体的燃料值，以及其中所述一个或更多个控制参数包括：一个或更多个用于控制燃料空气比控制器的参数，以及，一个或更多个用于控制输送到所述分离器的总的含碳原料(CF)和高碳原料(HCF)进料速率的参数，所述燃料空气比控制器向转移单元控制器提供一个或更多个控制参数，以控制一个或更多个所述横向转移单元的运动。
28.根据权利要求1所述的方法，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、以及用于控制所述高碳原料的进料速率的参数，所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数和所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数至少部分地基于所述气体的H2含量和所述气体的CO含量。
29.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制包括实时控制。
30.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制包括连续控制。
31.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括气体流量、气体压力以及气体组成中的一种或多种，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括一种或多种下述控制参数：用于控制添加剂输入速率的参数，用于控制原料输入速率的参数，用于控制空气与燃料输入比的参数，用于控制MSW与HCF输入比的参数，以及，用于控制蒸汽与燃料输入比的参数。
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