CN101558015A - 制造矿物纤维的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造矿物熔体的方法，包括：提供循环燃烧室，该循环燃烧室包含循环室气体；通过燃料供给管将颗粒燃料流喷射到循环燃烧室中；将燃烧气体喷射到循环燃烧室中；通过二次气体入口将二次气体喷射到循环燃烧室中，以使颗粒燃料流与燃烧气体和循环室气体混合，其中，二次气体被邻近颗粒燃料流喷射，并且二次气体的喷射速度比颗粒燃料流的喷射速度大至少100m/s；使颗粒矿物材料悬浮在循环室气体中并燃烧燃料，从而熔融颗粒矿物材料并形成矿物熔体和热的排气；将热的排气与熔体分离并收集该熔体。

Description

制造矿物纤维的方法和装置
发明背景
本发明涉及矿物熔体的制造，通过燃烧存在有无机颗粒材料的可燃材料，从而形成熔体。然后使该熔体纤维化以形成矿物纤维。
当纤维是玻璃纤维时，通常是通过在电炉或其他池窑炉中预形成的熔池中加入无机颗粒材料来形成熔体。就玻璃纤维的化学特性、物理特性以及制造经济性而言上述方法是合适的，该玻璃纤维就氧化物重量而言的典型化学分析为：10％以上Na2O+K2O，3％以下FeO形式的铁，20％以下的CaO+MgO，50％以上的SiO2和5％以下的Al2O3，常常还含有一些硼。然而，对于制造岩石纤维、石头纤维或矿渣纤维来说，就熔融温度、其他物理特性和经济性而言，这种系统既不实用也不经济，这些纤维就氧化物重量而言的化学分析为：10％以下的Na2O+K2O，20％以上的CaO+MgO，3％以上FeO形式的铁，50％以下的SiO2以及通常10％以上的Al2O3，并且通常最多有微量硼。
制造用于矿渣纤维、石头纤维或岩石纤维的熔体的常规方法是使用竖炉，其中，通过炉内可燃材料的燃烧，无机颗粒材料的自支持材料堆被加热。该材料堆逐渐熔融，并从顶部进行补充，熔体沿材料堆向下流动，并从炉底排出。用于此目的的常见炉是冲天炉。
材料堆必须是自支持的，并且通常由于材料堆中含碳材料燃烧所产生的燃烧气体能透过该材料堆。因此，材料堆中的所有物质必须相对较粗(以便使材料堆有渗透性)，并具有高的物理强度，并且在燃烧或熔融很好地进展之前不会塌陷。实践中这是指，含碳材料是焦炭，颗粒材料是粗大的粉碎岩石、粉碎石头或粉碎矿渣，或者是由微小颗粒材料形成的块。
因此，如果可用的材料仅能是细分的形式，那么将导致将其成块化的开支和不方便增加。成块化通常使用含硫材料作为粘合剂，例如含有石膏的普通硅酸盐水泥(Portland cement)，这意味着流出物倾向于具有高的含硫量，这是必须进行处理的。如果没有经过二次燃烧，则气体通常含有H2S和CO。
为此，以及其他原因，通常需要使来自冲天炉的排出气体经过二次燃烧阶段，以使排放到大气中的气体是环保的，同时也期望能够避免使用二次燃烧器的需要。
冲天炉或其他料堆炉系统还具有这样的缺陷，即：炉内的条件总是倾向于充分地还原，使得一些铁被还原成金属铁。因此，必须从熔体中分离出金属铁，减少了矿棉产量，导致废铁的形成，而且在含有铁和矿渣的区域中还往往存在发生腐蚀的危险。
另一个缺陷是该方法的热效率不高。
尽管有这些缺陷，使用冲天炉或其他料堆炉的方法一直在全世界广泛采用，来制造例如具有上述给出的化学分析的岩石纤维、石头纤维或矿渣纤维。
在申请人的早期专利申请WO03/002469中公开了一种替代的和完全不同的用于生产矿物熔体的系统，其避免或减少了冲天炉系统的缺陷。该系统包括在预热的燃烧空气中悬浮粉末状的煤或其他燃料，在循环燃烧室即燃烧室中燃烧存在有悬浮颗粒矿物材料的悬浮燃料，在所述燃烧室中使悬浮的颗粒材料和空气在称为或类似于旋风循环系统的系统中循环。这通常被称为旋风炉。
该方法形成矿物熔体和热的排气。悬浮的燃料经添加颗粒材料的喷管引入到预热的燃烧空气中。为了确保使环境排放问题最小，特别是使与排气中氮氧化物(下文中称为NOx)相关的问题最小，可以对这些气体进行处理。优选地，在颗粒材料进入熔融旋风炉之前使该气体在旋风预热器中与颗粒材料在NOx的还原条件下接触，从而对该气体进行处理。
与冲天炉或其他料堆炉相比，旋风炉具有明显的优点。对于燃料而言，旋风炉避免了将颗粒制块的需要，并且可以使用各种燃料，包括例如塑料。使用熔炼旋风炉消除了将矿石还原成铁的风险，并且可排出合乎环境要求的排气。熔融能力的灵活性比冲天炉好得多，这意味着生产能够容易和快速地例如从总能力的40％切换到100％，从而大大减少了响应需求变化所需的时间。此外，旋风炉中的熔融比冲天炉更快，其数量级为分钟，而不是小时。
因此，使用熔炼旋风炉系统在经济上和环境方面是理想的，在WO03/002469中公开的系统可以很好地工作。然而，还存在对该方法改进的余地。
US4,365,984也涉及使用熔炼旋风炉生产矿棉，并且包括将含有无机不可燃成分和有机可燃成分的颗粒废料供给到燃烧空气中。这种颗粒流的速度据说为30至60m/s。颗粒流一旦进入燃烧区就发生燃烧。
DE19500962公开了一种在熔炼旋风炉中使用燃烧器喷嘴和颗粒喷嘴来制造熔融产物的方法，燃料和氧气通过该燃烧器喷嘴引入，待熔炼的颗粒材料通过颗粒喷嘴引入。在一个实施例中，燃烧器喷嘴同心地围绕颗粒喷嘴。DE19500962中没有公开各物质通过燃烧器喷嘴和颗粒喷嘴的相对速度。没有公开引入不包含燃料颗粒的空气，并且该空气行进的速度不同于通过燃烧器喷嘴和颗粒喷嘴的速度。
熔炼旋风炉在其他领域也是已知的。例如，US4,566,903涉及一种火法冶金处理方法，其中，非金属矿石的颗粒流与一次燃烧空气混合，并被喷射到反应室中，在反应室中燃烧。颗粒流的线速度据说为至少35m/s，或者，在使用了二次空气的情况下，颗粒流的线速度至少是100m/s，例如177m/s，用于防止燃烧的材料从反应室逆燃到颗粒供给装置中。二次空气可通过包围颗粒流喷射点的螺旋壳体喷射，从而具有弯曲的路径。该二次空气据说行进的速度为大约100m/s，与颗粒流的速度相近。
US3,759,501涉及铜生产领域，其使用旋风熔炼装置从含铜材料生产粗铜。该含铜材料在具有含氧气体的加压流中被引入旋风容器。该加压流是使用氧枪产生的，该氧枪适当定位在供给管中，使含铜材料与氧气混合，但是在旋风容器中没有效果。
如在US2005/0039654中所公开的，在发电时燃料的燃烧中也使用旋风燃烧室，其中，煤-空气混合物被喷射到燃烧区。另一三次气体被以没有公开的速度喷射，优选以提供富氧的方式邻近煤-空气混合物喷射，而不扰乱已有的旋风流态。
特别地本发明涉及使用旋风炉制造矿物熔体，目的是改进这种现有的方法。
发明概述
在第一方面，本发明涉及一种制造矿物熔体的方法，包括：
提供循环燃烧室，该循环燃烧室包含循环室气体，
通过燃料供给管将颗粒燃料流喷射到循环燃烧室中，
将燃烧气体喷射到循环燃烧室中，
通过二次气体入口将二次气体喷射到循环燃烧室中，以使颗粒燃料流与燃烧气体和循环室气体混合，其中，二次气体邻近颗粒燃料流喷射，并且二次气体的喷射速度比颗粒燃料流的喷射速度大至少100m/s；
使颗粒矿物材料悬浮在循环室气体中并燃烧燃料，从而熔融颗粒矿物材料并形成矿物熔体和热的排气；以及
将热的排气与熔体分离并收集该熔体。
在第二方面，本发明涉及适合于实施根据本发明第一方面方法的装置，包括：
循环燃烧室，
通入循环燃烧室中的燃料供给管，
二次气体入口，其同心地围绕燃料供给管并在开口处具有收敛喷嘴；
用于将燃烧气体喷射到循环燃烧室中的装置；
用于将颗粒矿物材料喷射到循环燃烧室中的装置；
用于将热的排气与熔融的矿物材料分离的装置，以及
用于收集熔体的装置。
已经发现，在现有技术的用于在循环燃烧室中生产矿物熔体的系统中，由于在燃烧室中燃料、燃烧气体和热的循环气体之间的混合较慢且不完全，因此不能达到最佳效率。据信，这是由于，当燃料颗粒流进入燃烧室时不是分散的，燃料颗粒流仍然至少部分保持完整，从而在燃烧室中类似于燃料颗粒“棒”。这意味着燃料颗粒不是立即燃烧，因为它们没有与燃烧室中的燃烧气体和热气体充分混合。
此外，处于“棒”的不同区域中的燃料颗粒进入燃烧室中循环流的不同区域，结果在燃烧室中具有各不相同的驻留时间。这导致相当一部分燃料颗粒在燃烧室中的驻留时间过短而不能充分燃烧。这些颗粒在排气中完全地从系统中失去，或者在排气出口中燃烧。这是低效的和不可取的。该领域中主要的担心是旋风炉装置的寿命，因为炉条件很恶劣；特别是担心颗粒材料高速通过的装置部件的寿命。这些部件特别易于磨损。因此，尽管简单地增大悬浮燃料颗粒进入燃烧室的速度可使混合更均匀，但也把装置的磨损增大到了不可接受的水平。
通过提供邻近颗粒燃料流喷射到燃烧室中且比燃料行进速度更快的二次空气，本发明解决了燃料效率低下的问题，而不会损害装置的寿命。优选的是，二次空气流动的速度也比燃烧气体快得多(快至少100m/s)。二次气体导致局部紊流，该局部紊流使得颗粒燃料与燃烧气体和循环室气体混合。因此，燃料颗粒在燃烧室中被分散，并且由于立即与热的循环室气体和燃烧气体混合，从而更加快速地燃烧。由于燃料颗粒更好地分散在循环室气体中，因此燃料颗粒在燃烧室中的驻留时间更加均匀，这意味着高比例的燃料颗粒在燃烧室中完全燃烧，有助于生产矿物熔体。通过增强燃料的完全燃烧，本发明减少了形成的一氧化碳的量。
本发明的另一个优点是，具有高速度的二次气体(其大部分被引导到燃烧室本体中)有助于支持燃烧室中的循环气流，和增大循环气体的动量，以保持旋风效果。
在一个优选的实施例中，通过喷嘴将二次气体喷射到燃烧室中，该喷嘴构成为使得其用于增大气体在喷射点的速度。这意味着在气体入口的其余部分需要的气体速度较低。这比在没有使用喷嘴时要达到相同喷射速度时的情况导致的磨损更小。喷嘴还会使二次气体具有横向分量，该横向分量引导到燃料流中。这增大了混合效果。
优选地二次气体被加压，即加压到比大气压力(1bar)更大的压力，优选地为2至4bar的压力。在该实施例中，气体一进入燃烧室就膨胀，从而增强了紊流以及燃料颗粒与燃烧气体和热循环气体的混合。因此，对于二次气体来说重要的特征是，其压力比旋风炉中通常为环境压力的压力更高。特别是，当二次气体的压力大于或等于旋风炉中气体压力的两倍时，发生有利的混合。
优选地，二次气体以声速被喷射，即离开二次气体管。本文中的“声速”表示速度处于或超过声音的速度。在气体温度和压力的环境条件下，“声速”为大约340m/s或者以上的速度，但是它基本上将根据气体的条件和类型而变化。重要的是，在所处的特定条件下二次气体的流动速度为声速或比声速更快。已经发现，以这样的速度喷射的二次气体对燃料效率有相当有益的效果。
本发明包括从熔体制造纤维的方法，其中，收集到的熔体作为熔体流输送到纤维化装置，该纤维化装置可以是级联纺丝机或纺丝杯或任何其他常规的离心纤维化装置，然后使熔体纤维化以形成纤维，该纤维然后例如以幅形式被收集，并以常规的方式将其转变成粘结的矿棉产品或其他矿棉产品。该熔体的成分通常应使得纤维的类型是通常被称为的矿渣纤维、石头纤维或岩石纤维，但是本发明也可以用于制造玻璃纤维。
本发明还包括这样的方法，其中，收集的熔体被用于一些完全不同的目的，例如用于制造铸造产品。本发明的第二方面涉及一种优选的用于制造熔体的装置，包括燃烧室，该燃烧室具有通入其中的燃料供给管和二次气体入口，其中，二次气体入口同心地围绕燃料供给管并在开口处具有收敛喷嘴。
发明详述
本发明中循环燃烧室是通常被称为旋风炉的类型。优选地该旋风炉是水冷的。合适的旋风炉的结构在各个专利中有描述，包括US3,855,951，4,135,904，4,553,997，4,544,394，4,957,527，5,114,122和5,494,863。
在本发明中使用的颗粒燃料通常是含碳材料，并且可以是具有合适热值的任何含碳颗粒材料。该热值可以相对较低，例如低至10000kJ/kg，或甚至低至5000kJ/kg。这样，它例如可以是干燥过的污泥或废纸。优选地，该颗粒燃料具有较高的热值，并且可以是来自铝业的废电解槽内衬、含有废料如尾煤的煤，或者粉煤。
在一优选的实施例中，燃料是粉煤，并且可以是煤精粉，但是，优选地一些煤、通常至少是50％、优选地是至少80％以及通常是所有的煤通过研磨块煤获得，例如使用球磨机。无论最初是以精粉形式供给还是以块煤形式供给，煤可以是优质煤或者是含有高无机成分的废煤，例如5％～50％的无机物，余量为碳。优选地，煤主要是或者完全是优质煤，例如烟煤或亚烟煤(ASTM D388 1984)，且包含促进点燃的挥发物。
优选地，燃料颗粒的粒径范围为50～1000μm，优选地是大约5～200μm，通常平均粒径是大约70μm，90％的粒径低于100μm。
以常规的方式通过供给管将燃料供给到燃烧室中，以获得燃料颗粒流。这通常涉及到使用载气，燃料颗粒悬浮在载气中。载气可以是空气，优选是在环境温度下，以避免逆燃；或者载气可以是活性较低的气体，例如氮。供给管优选为圆柱形。
燃烧气体被引入燃烧室，并且可以是处于环境温度，但是优选地将其预热。燃烧气体被预热到的最高满意温度是大约600℃，优选预热到300℃～600℃，最优选的是预热到大约500℃～550℃。燃烧气体可以是燃料能在其中燃烧的任何气体，例如空气、富氧空气或纯氧。燃烧气体还可以包括丙烷或甲烷，但是在优选的实施例中是空气或氧气。在使用纯氧的情况下，其优选地是处于环境温度，而不是被预热。可以通过供给管将其中悬浮有燃料的燃烧气体引入，特别是当燃烧气体处于相对低的温度时。燃料在进入燃烧室之前不应该在燃料管中开始燃烧(一种称为“逆燃”的现象)，因此在该实施例中需要低的气体温度。然而，优选地通过一个或多个燃烧气体入口分别引入燃烧气体，该燃烧气体入口位于燃料供给管附近，使得燃烧气体在与燃料相同的区域被引导到燃烧室中，从而进行有效的混合。在最优选的实施例中，燃烧气体入口同心地围绕供给管和二次气体入口，如下面所描述的。
无论是否一起引入，燃烧气体和燃料被喷入到燃烧室的速度都相对较低(优选地1～50m/s)，从而使装置的磨损最小。当燃料悬浮在燃烧气体中时，速度优选地是5～40m/s。当燃烧气体和燃料分别引入时(这是优选的)，燃料的喷射速度优选为20～40m/s。通过使用具有高速度并从而具有高动量的二次气体，燃烧气体的喷射速度可以在更大的范围变化，例如5～100m/s，优选的范围是20～75m/s。
在本发明中，二次气体也被喷射到燃烧室中，目的是在燃烧室中将燃料颗粒分散，从而使燃料颗粒与燃烧气体和循环气体混合。二次气体通过二次气体入口喷入，该二次气体入口定位成在燃料颗粒流进入燃烧室的位置处或附近临近燃料颗粒流地喷射二次气体。这样使二次气体与燃料流接触并混合。
二次气体导致燃料颗粒分散并与燃烧气体和循环气体混合的主要机理是它们的喷射速度不同。二次气体的喷射速度比燃料颗粒和燃烧气体的喷射速度大至少100m/s。这样在二次气体流与包围二次气体流的较慢移动的燃料和气体之间产生剪切力，该剪切力会扰乱燃料颗粒、燃烧气体和燃烧室气体的流动，从而导致充分地混合。二次气体可以是导致该混合效果的任何气体，例如空气、富氧空气、纯氧、丙烷、甲烷或氮气。
喷射时，二次气体的主分量将沿其被喷射的方向前进，从二次气体入口直线进入燃烧室。因此，大部分方向性速度即速度将沿喷射方向。由于二次气体的速度很快，因此其动量(速度和质量流的乘积)很高，即使使用了相对少的量。该动量有助于保持旋风气流。优选地，二次气体还具有横向流动进入燃料颗粒流的次分量，它有助于快速和充分的混合。
二次气体入口可以布置在供给管附近的任何位置，以将二次气体邻近燃料颗粒流喷射，但是为了优化混合效果，二次气体入口优选同心地围绕燃料供给管。当燃烧气体不是通过燃料供给管与燃料一起引入时，燃烧气体入口优选同心地围绕二次气体入口。二次气体入口和燃烧气体入口优选为圆柱形。
为了优化混合效果，二次气体的喷射速度优选地比燃料和燃烧气体的喷射速度大至少200m/s，通常为至少250m/s，优选地为至少300m/s。在最优选的实施例中，二次气体的喷射速度是声速，即等于或超过声音的速度。这根据气体温度和类型(例如，在环境空气中声音速度为大约340m/s，而在550℃的空气中为大约575m/s)而变化。
还优选地是，气体被加压，优选加压到燃烧室中压力的至少两倍，优选地是2～4bar。在这种情况下，气体在进入燃烧室时发生膨胀，进一步增强混合效果。
为了实现高的喷射速度，优选的是通过收敛喷嘴喷射二次气体，因为这样可以增大气体速度，这意味着在气体入口的其余部分需要较低的气体速度，从而使气体入口的磨损最小并确保装置最大的使用寿命。
可以使用任何喷嘴，例如常规的喷嘴，例如“拉瓦尔喷嘴”，它可使二次气体增大到超音速。
优选的喷嘴成形为使气体速度增大到声速，并且还成形为引导气流分量横向进入燃料流。喷嘴的内表面优选以20°～40°的角度收敛，优选地25°～35°，其中该角度是收敛喷嘴偏离入口前部的角度。和拉瓦尔喷嘴相比，该喷嘴的开口优选地是最窄点，这样增大喷入气体的横向方向的分量。
二次气体可以被预热，但是考虑到能量效率和容易压缩，优选不进行预热。尽管二次气体可以为燃烧提供氧，或者二次气体可以是可燃气体，例如甲烷或丙烷，但是其主要目的是促进与燃烧气体的混合，因此可以使用惰性气体例如氮气。在本发明的方法中，仅需要相对少量的二次气体来获得最佳的混合，并且实际上，由于二次气体通常没有被预热，其数量应该保持较低的水平以使得燃烧室中熔化所需的高温得以保持。在本发明中，二次气体优选占总喷入气体重量的不到40％，优选地10％～30％，最优选地是占总喷入气体的15％～20％。“总喷入气体”包括二次气体、燃烧气体以及被喷入到燃烧室中的任何其他气体。
将要在燃烧室中熔融以形成矿物熔体的颗粒矿物材料被引入燃烧室，使得颗粒矿物材料在燃烧室中悬浮在气体中。颗粒矿物材料在何位置添加不是关键的，它可以与燃料混合并通过燃料供给管喷入。然而，优选地是将颗粒矿物材料添加到燃烧的燃料中。这可以通过以常规的方式从一入口将颗粒矿物材料添加到燃烧室中实现，例如从燃烧室的顶部。
颗粒煤在循环燃烧室中进行燃烧，并且颗粒矿物材料悬浮在气体中的同时转变成熔体。熔体和颗粒材料被甩到燃烧室壁上，并主要以熔体的形式顺着燃烧室流下。循环室可以是水平的或倾斜的旋风器，但通常是竖直的。循环室可以向下通向用于收集熔体的储罐。循环室可以直接通到储罐中，而不用经过在许多系统中都很常见的锥形或其他受限的出口管，这是因为提供锥形管作为出口没有优点并阻碍了从循环室底部的流动。优选地，循环室向下通入收集区，然后熔体在此被输送供纤维化处理使用。例如，熔体可被收集，然后经排放沟槽前进到排放位置，熔体在该排放位置被排放到纤维化纺丝机。
储罐可以处于燃烧室的底部(例如在US4,553,997中描述的)，或者可以是具有相当大容积的沉降槽。该沉降槽应该具有足够的气体容积，以便允许熔体滴从排气中沉降，还应具有足够的熔体容积，用于确保可能仅仅部分被熔化的颗粒分解，并用于均匀化熔体。可以布置气体燃烧器或者其它用于在必要时将额外能量施加到沉降槽的装置，例如用于升高排气的温度，特别是在启动过程中。
当合适的时候，熔体例如通过沟槽作为熔体流从储罐流出而被收集，然后以常规的方式进行纤维化，例如使用级联纺丝机或纺丝杯或任何其他常规的离心纤维化方法。可替代地，熔体可以流出到一些其他制造过程，例如铸造过程。
热的排气上升，并在循环燃烧室的顶部被收集。为了确保在分离的排气中对环境有害的NOx的含量最小，优选对排气进行处理。在一个优选的实施例中，通过在旋风预热器中在NOx的还原条件下将排气与颗粒材料相接触来进行处理。这样做的优点是，不仅还原了排气中的NOx，而且预热了颗粒材料，使得颗粒材料更容易在炉中熔融。
NOx的还原条件优选通过在旋风预热器中包括含氮材料来产生，该含氮材料将在预热器中的主导条件下还原NOx。含氮材料可以包含在被供给到预热器的热的排气中，或者直接添加到预热器中。
包含在旋风预热器中的含氮材料优选是氨或铵化合物、胺或脲，其中脲可以是游离的，或者更优选地可以是树脂产品，例如脲醛树脂或酚脲醛树脂。特别优选的是，NOx还原条件通过在颗粒材料中包括被供给到旋风预热器中的废弃的粘结矿棉产生，其中，废弃的粘结矿棉包含脲醛树脂(通常是酚脲醛树脂)和/或氨或铵化合物(例如作为废棉中树脂的缓冲剂)。这样，通过本发明，能够同时利用废料并在合适的条件下使其反应，以便将排气中大量的NOx还原成氮。
优选地，氮或氮衍生物或其他还原NOx的化合物的量为1～4(优选地是1～2，或者更优选地是1～1.7)摩尔/每摩尔NOx，并且优选地在800℃～1050℃的温度进行反应。优选地，反应驻留时间为至少0.3秒，最优选地为至少1秒。通常，这是颗粒矿物材料在旋风预热器和/或管道中的驻留时间，直到排气冷却到反应温度以下，例如800℃以下。在这些条件下，尽管预热器中的气氛优选为氧化性的，但是，优选地在800～1050℃的温度范围内，基本上所有的NOx还原成氮。
这样，根据本发明的另一个优选特征，旋风预热器中的气体气氛包含过量的氧，按气体气氛的重量、体积计算，优选地氧量为至少1％或2％，最优选地为至少4％，例如达到8％。尽管气氛的氧化特性，但是在为预热器限定的条件下通过添加氨或其他含氮化合物，NOx被还原。
这样，预热器可以同时用作NOx还原装置和氧化性的二次燃烧器，以燃烧污染物，例如来自循环燃烧室的硫化氢和一氧化碳。
优选地，从熔体分离并然后供给到旋风预热器的排气包含的氧比旋风预热器中存在的氧少，因此，优选地在预热器中或熔体与预热器之间将气体或其他氧源添加到排气中。
优选地，循环燃烧室中的燃烧是接近化学计量的或者甚至是亚化学计量的。因此，燃烧过程中产生的NOx的量最少。氧气对可燃材料的比率通常为0.8至1，最优选地为0.85至0.99，通常是大约0.92至0.97。
这样，在根据本发明的优选方法和装置中，在略为亚化学计量的条件下进行含碳颗粒材料的燃烧和颗粒矿物材料的熔融，然后将由此产生的排气调节成略为氧化，接着在旋风预热器中在单一的操作中对排气进行燃烧后的氧化以及NOx还原。
排气从熔体分离出来时的温度优选地是1400～1700℃，通常是1500～1600℃。进入旋风预热器的气体温度范围通常是1000～1500℃。通常地，当该温度低于气体离开熔体时的温度时，可以通过用气体和/或液体优选地是水进行稀释来实现温度的下降。流入的排气和颗粒矿物材料的比例应该是使得矿物材料在旋风预热器中被预热到期望的温度，通常是700℃或800℃～1050℃。
来自旋风预热器的排气被用于预热用于含碳材料燃烧的气体，并且通常当该排气离开旋风预热器时其温度范围是800～900℃。优选地，这些排气用于与进入的燃烧气体热交换，使得将该燃烧气体预热到至少500℃的温度，优选地是600～900℃，最优选地是大约700～800℃。
附图描述
现在参考附图描述本发明的一个优选实施例，图1是示出了本发明的一个优选实施例的流程图。
块煤从料仓5供给，并使用球磨机4研磨。然后，块煤悬浮在环境温度的载气中，并且在被从燃料供给管1的端部喷射到循环燃烧室25中之前通过燃料供给管1输送。
从料斗12和13供给颗粒材料，其中料斗13特别重要，因为它容纳包含氮源的废颗粒材料，例如粘结的棉材料，其中粘结剂是脲醛树脂。来自料斗12和13的各种材料(如果需要的话，在球磨机或其他研磨机中被进一步地粉碎)然后混合并供给到料仓14中，并从料仓14连续排放到供给管11中；接着，从供给管11经过旋风预热器22并通过供给装置7送入循环燃烧室25。
燃烧气体(在该例中为空气)从通风装置17供给，通过换热器16并经管道2进入燃烧气体入口3，再从燃烧气体入口3喷射到循环燃烧室25中。
二次气体(在该例中为空气)从气源24通过管道6供给到喷嘴8，再从喷嘴8以声速喷射到循环燃烧室25中。
在循环燃烧室25中，二次空气使煤与在燃烧室内循环的燃烧空气和热气体快速混合。由于二次空气进入燃烧室的高速度，因此二次空气也支持燃烧室内的旋风效果。
快速混合后，燃料燃烧，并且在悬浮在空气中的同时颗粒矿物材料被转变为熔融体。熔体和颗粒材料可被抛向燃烧室壁并主要以熔体形式顺着燃烧室流下。
熔体通过排放槽9以熔体流的形式从燃烧室流出(可选择地经由沉降槽，未示出)。然后以常规的方式使其纤维化，或者流出到一些其他的制造过程。
离开了熔体的排气通过管道10从循环燃烧室25取出。所要被熔融的颗粒材料的大部分或者所有被排气预热，或者通过供给装置11被供给到管道10中随之而来的排气流中，然后所产生的在气体中悬浮物进入旋风预热器22。
通过用空气和/或水(未示出)稀释，在接近供给装置11的管道10中的这些排气通常已被冷却到1200℃至1400℃的温度，适合将旋风预热器22中的颗粒材料预热到700～1000℃的温度，通常预热到大约800℃。
三种排气通常以800～1000℃，优选地为大约900℃的温度离开旋风预热器22。在这些温度下，NOx将会被选择性地以非催化的方式主要还原成氮，结果是：通过管道15从旋风预热器22离开的排气将具有令人满意的低NOx含量，并且优选地基本上不含NOx。
排气然后通过换热器16，借助换热器16，排气与来自通风装置17的燃烧空气进行间接的热交换，从而产生通过管道2的期望的被预热了的燃烧空气流。废气通过通风装置和过滤器18排到烟道19。

Claims (13)

1.一种用于制造矿物熔体的方法，包括：
提供循环燃烧室，该循环燃烧室包含循环室气体，
通过燃料供给管将颗粒燃料流喷射到循环燃烧室中，
将燃烧气体喷射到循环燃烧室中，
通过二次气体入口将二次气体喷射到循环燃烧室中，以使颗粒燃料流与燃烧气体和循环室气体混合，其中，二次气体被邻近颗粒燃料流喷射，并且二次气体的喷射速度比颗粒燃料流的喷射速度大至少100m/s；
使颗粒矿物材料悬浮在循环室气体中并燃烧燃料，从而熔融颗粒矿物材料并形成矿物熔体和热的排气；以及
将热的排气与熔体分离并收集该熔体。
2.如权利要求1所述的方法，其中，二次气体入口同心地围绕燃料供给管。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，二次气体入口在二次气体被喷射的端部具有收敛喷嘴。
4.如权利要求3所述的方法，其中，该收敛喷嘴的内表面以20°～40°的角度收敛，优选以25°～35°的角度收敛。
5.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中，燃料的喷射速度为1～50m/s，燃烧气体的喷射速度为1～100m/s，二次气体的喷射速度比燃料和燃烧气体的喷射速度大至少200m/s。
6.一种根据前面任何一项权利要求制造矿物熔体的方法，其中，二次气体的喷射速度为至少250m/s，优选地为至少300m/s，更优选地为至少350m/s。
7.如权利要求1-5中任一权利要求所述的方法，其中，二次气体的喷射速度是声速。
8.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中，二次气体的次分量从喷射方向的横向进入颗粒燃料流中。
9.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中，通过同心地围绕二次气体入口的燃烧气体入口喷射燃烧气体。
10.如权利要求1-8中的任何一项权利要求所述的方法，其中，通过燃料供给管喷射悬浮有燃料的燃烧气体。
11.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中，二次气体占总喷射气体重量的不到40％，优选地是10～30％，更优选地是15～20％。
12.如前面任何一项权利要求所述的方法，还包括的步骤是使收集到的熔体流流动到离心纤维化装置，并通过使熔体流离心纤维化来形成矿物纤维。
13.一种适用于实施如前面任何一项权利要求所述方法的装置，包括：
循环燃烧室，
通入循环燃烧室中的燃料供给管，
二次气体入口，其同心地围绕燃料供给管并在开口处具有收敛喷嘴；
用于将燃烧气体喷射到循环燃烧室中的装置；
用于将颗粒矿物材料喷射到循环燃烧室中的装置；
用于将热的排气与熔融的矿物材料分离的装置，以及
用于收集熔体的装置。
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