CN103189320A - 制造矿物熔体的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过在无机颗粒材料存在下燃烧可燃材料由此形成熔体来生产矿物熔体的设备和方法，所述设备包括：循环燃烧室（1），具有适于接收燃料（2）、预热矿物材料（3）和燃烧气体（4）的供给的至少两个入口，用于预热矿物材料的热交换系统，包括第一预热器旋风器（12），从循环燃烧室（1）到第一预热器旋风器（12）的用于传送排出气体的导管（11），用于将矿物材料注入到导管（11）中的入口，以及与循环燃烧室中的入口流动连通以向所述燃烧室供给预热矿物材料的底部旋风器出口，用于收集矿物熔体（9）的机构，其中所述第一预热器旋风器（12）的出口设有用于将矿物材料流稳定化并分开成两个材料流以供给至少两个燃烧室入口的机构（40）。

Description

制造矿物熔体的设备和方法

本发明涉及通过在无机颗粒材料存在下燃烧可燃材料由此形成熔体来生产矿物熔体的设备和方法。该熔体随后可以被纤维化以形成矿物纤维或用于其他工业工艺。

发明背景

典型地，生产用于矿渣、石或岩纤维的普通方式是采用竖式熔炉，其中在熔炉中通过燃烧可燃材料来加热自支撑的无机颗粒材料堆。该堆逐渐熔化并且从顶部补充，熔体从堆上排下并且从熔炉底部排出。用于这一目的的普通的熔炉是冲天炉（cupola）。

所述堆需要是自支撑的并且可渗入燃烧气体，燃烧气体通常是由堆中的碳材料燃烧所产生的。因此需要堆中的任何物质都是相对粗的（以便堆是可渗入的）并且具有高的物理强度而在燃烧或熔化充分进行前不坍塌。实践中，这意味着碳材料是焦炭并且颗粒材料是粗的碎岩、石或矿渣。

如果使用矿物材料颗粒，如废矿物纤维，需要产生将其形成型煤的费用并且很不方便。型煤通常使用含硫材料作为粘结剂，例如带石膏的Portland水泥，并且这意味着流出物易于具有高的硫含量，而必须要处理它。冲天炉或其他塔式熔炉（stack furnace）系统也存在熔炉内部的条件总是倾向于足够还原性使得一些铁被还原成金属铁的缺点。这就需要将金属铁从熔体中分离，降低了纤维产生，造成铁废物的供给并且也倾向于造成含铁和矿渣的炉段腐蚀的风险。另外的缺点在于工艺不具有高的热效率。

尽管有这些缺点，但是使用冲天炉或其他塔式熔炉的工艺被整个世界广泛采用来制造岩、石或矿渣纤维。在申请人早期公开的WO03/002469中披露了避免或者减少冲天炉系统的缺点而用于生产矿物熔体的替代的且完全不同的系统。这一系统包括在循环燃烧室（即燃烧室）中，在预热的燃烧空气中悬浮粉煤或其他燃料并且在悬浮颗粒矿物材料存在下燃烧该悬浮燃料，在循环燃烧室中，悬浮颗粒材料和空气在作为旋风器循环系统的系统中或者接近该旋风器循环系统的系统中循环。这通常被称作旋风炉。在预热空气中的悬浮煤，以及颗粒矿物材料通过燃烧室的顶部或者接近燃烧室的顶部被引入。在燃烧室内，发生颗粒煤的燃烧并且颗粒材料转化成熔体。熔体和尚未熔化的颗粒材料被循环气体抛到室壁上并且将沿燃烧室流下。在燃烧室底部处的沉降池中收集熔体。

在WO03/002469中，为了增加旋风炉的能量效率，使用在1400-1700℃的温度范围下离开循环室的排出气体来预热颗粒材料。WO03/002469教导了排出气体被淬灭至1000-1500℃然后与矿物材料混合以将其预热至700-1050℃的温度。

WO2009/118180、WO2008/019780、WO2008/086990、WO2009/090040和WO2008/086991也公开了用于制造矿物熔体的旋风器系统。

旋风炉相比于冲天炉或其他塔式熔炉具有显著的优势。关于燃料，旋风炉避免使用型煤细颗粒而且可以使用广泛的燃料，包括例如塑料。使用熔化旋风炉消除了使矿石还原成铁的风险，并且释放环境可接受的排出气体。熔化能力的灵活性比冲天炉要好，这意味着可以容易且快速地将生产，从例如总能力的40%切换到100%，因此极大地降低了响应于指令改变而花费的时间。此外，在旋风炉中熔化比在冲天炉中熔化的情况要快，在旋风炉中熔化是几分钟而不是几小时。

因此，从经济及环保角度讲，使用熔化旋风炉系统是理想的并且在上述文献中公开的系统工作良好。然而，在工艺上存在着改进空间。

如在上述文献的至少一些中所公开，熔体旋风炉设有进入旋风器的切向入口。

认识到如果发生通过多个入口的矿物材料供给不均匀或者起伏，由于这对于燃烧室中的旋流存在负面影响，因此在循环燃烧室中的燃烧效率降低。

基于此背景，本发明的目的是提供一种确保向循环燃烧室入口的矿物材料供给的预定且稳定分布的方法。

发明概述

根据第一方面，本发明提供一种在无机颗粒材料存在下，通过燃烧可燃材料由此形成熔体来生产矿物熔体的设备，所述设备包括：循环燃烧室，所述循环燃烧室具有适于接收燃料、预热矿物材料和燃烧气体的供给的至少两个入口；用于预热矿物材料的热交换系统，包括第一预热器旋风器，从循环燃烧室到第一预热器旋风器的用于传送排出气体的导管，用于将矿物材料注入到导管中的入口，以及与循环燃烧室中的入口流动连通以向所述燃烧室供给预热矿物材料的底部旋风器出口；用于收集矿物熔体的机构，其中所述第一预热器旋风器的出口设有用于将矿物材料流稳定化并分开成两个材料流以供给至少两个燃烧室入口的机构，其中用于稳定矿物材料流的机构包括：向下倾斜的导板，在第一端接收来自旋风器出口的材料，以及引导所述材料超出所述导板的第二端，和在导板下游的向下倾斜的挡板，用于接收来自导板的材料流。

根据第二方面，本发明提供一种适于被本发明第一方面的设备所执行的方法，所述方法包括步骤：提供循环燃烧室；在包括第一预加热器旋风器的热交换系统中预热矿物材料；将燃料、预热矿物材料和燃烧气体通过至少两个入口注入到循环燃烧室中；燃烧在循环燃烧室中的燃料，由此熔化矿物材料以形成矿物熔体并产生排出气体；将排出气体与矿物熔体分离，收集矿物熔体并使排出气体通过热交换系统；其中预热矿物材料流在离开第一预加热器旋风器时被稳定化并且以预定方式被分成两个材料流用于供料给至少两个燃烧室入口，和其中来自第一预加热器旋风器的出口的材料流是这样被稳定化的：通过将材料流从旋风器出口递送到向下倾斜的导板的第一端上并且引导该材料超出所述导板的第二端，然后撞击在导板下游的向下倾斜的挡板，使得沿着导板引导的并且越过导板第二端的材料是以使材料在一抛物线形的撞击区中扩散并由此在离开挡板的最底端时产生向下流动的材料的帘的方式撞击挡板。

通过本发明，解决了上述与向熔化旋风器供给材料相关的问题。根据本发明，颗粒形式的预热矿物材料流被稳定化并且分成两个子流，这两个子流随后指向循环燃烧室的入口。来自旋风器的材料的排放流动由于旋风器而具有旋转运动。然而，由于导板的倾斜以及导通作用，这一气旋式运动被消除并且实现了稳定且相对均匀的材料流。这一流进一步被导板下游的挡板操作成规则形状。有益地，导板是V型以形成向上开口的通道。然而，意识到可提供其他适合的形状。挡板可优选是平面，但是如果需要，也可以具有其他形状。

在优选的实施方式中，导板以相对于水平成45°和75°之间的角度倾斜，优选50°和60°之间。同样，挡板以相对于水平成45°和75°之间的角度倾斜，优选60°和70°之间。可根据情况来选择导板和挡板的角度。但是发现有益的是确保挡板相对于导板倾斜使得沿着导板被引导并且超出导板的第二端的材料撞击挡板，所述撞击的方式是该材料在一抛物线撞击区中扩散并且当离开挡板的最底端时产生向下流动的颗粒材料的帘。这确保了基本上均匀以及基本上相等分布的预热颗粒材料流，该预热颗粒材料可随后通过用于分开矿物材料流的适合的机构被分布到向下指向的流动通道中的两个材料流，所述机构包括用于提供排出材料流的预定分布的控制机构。此种控制机构可以是在挡板下方的竖直分割器，例如，竖直分割器相对于材料流帘基本上垂直取向。

根据本发明的优选实施方式，热交换系统另外包括第二预加热器旋风器，从第一预加热器旋风器到第二预加热器旋风器的用于传送排出气体的导管，以及用于向第二导管中注入矿物材料的矿物材料入口，其中矿物材料导管将第二预加热器旋风器引导到第一导管。在第二预加热器旋风器中的矿物材料的预热是在400-900℃的范围，优选450-600℃。优选地，该设备还包括多个旋风器，从第二预加热器旋风器到多个旋风器的用于输送排出气体的第三导管，以及用于将被分离的材料从多个旋风器提供到第一预加热器旋风器的出口的导管。

发明详细说明

下面参照附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1是本发明优选实施方式的设备的示意图；

图2是第一预加器旋风器出口区的截面侧视图；

图3和4是第一预加器旋风器出口区的透视图；

图5是图2-4所示的第一预加热器旋风器出口的仰视图；

图6是经过出口段的颗粒材料流的示意性俯视图，以及

图7是其示意性侧视图。

图1示出了循环燃烧室1，其包括圆柱形上段、圆锥形下段和圆柱形基段。颗粒燃料从供给线路（supply）2被引入到循环燃烧室中并且该颗粒燃料优选为煤。预热的矿物材料通过矿物材料导管3被引入到循环燃烧室中。煤和矿物材料是与燃烧空气以及在压缩空气供给线路5中提供的第二空气一起通过导管4被引入，该压缩空气供给线路5通过至少两个切向入口如喷管（未示出）被引入到循环燃烧室1中以确保煤2与燃烧空气6彻底混合并且维持循环燃烧室1中的燃烧气体和悬浮材料的循环运动。第二燃料（在此情形下为天然气）也可通过供给线路（未示出）注入到循环燃烧室1的基段中。

在循环燃烧室1中，煤2在燃烧气体6中燃烧，该燃烧气体6优选富含氧气的空气5。在循环燃烧室1的基部区收集得到的熔体9并且该得到的熔体9经过出口离开燃烧室。排出气体通过在循环燃烧室1的顶部处的通气管10被供给到第一导管11中，在那里它们用作加热将要被供给到循环燃烧室1中的颗粒矿物材料。然后排出气体进到第一预加热器旋风器（pre-heater cyclone）12，在第一预加热器旋风器12中，它们与此时混合在一起的矿物材料分离。排出气体从第一预加热器旋风器12经过第二导管14流到第二预加热器旋风器13中。在第二预加热器旋风器13之后，排出气体经导管15流到粉尘旋风器16并进入进一步的处理17，在进一步处理17中发生与燃烧气体的间接热交换以预热燃烧气体。随后例如通过过滤器（未示出）处理排出气体使其安全地传到环境中。

矿物材料在加入到循环燃料室1中之前进行预热。具体地，通常是原石材料的第一矿物材料从供给线路19供给到第二导管14并在第二预加热器旋风器13中经历初始预热。第一矿物材料随后经过第一矿物材料导管18并被引入到第一导管11并且随后传到第一预加热器旋风器12。在第一矿物材料下游，第二矿物材料从供给线路20提供到第一导管11。第二矿物材料通常是经处理的矿物材料，通常是粘结的矿物纤维，例如回收的矿物纤维。为了确保在第一预加热器旋风器12中产生NOx还原条件，可以在刚好在第一预加热器旋风器12前面的位置21处将诸如氨的含氮材料添加到第一导管11中。来自第二预加热器旋风器13的排出气体可携带一些第一矿物材料通过导管15。这些与来自粉尘旋风器16的排出气体分离并通过导管22回收回来以结合预加热的矿物材料。

排出气体经过通气管10离开循环燃烧室1。排出气体进入第一导管11并通过淬灭空气33从在1500至1900℃之间的温度，通常约1650℃淬灭到在1000至1500℃之间的温度，通常约1300℃。第一矿物材料经过第二矿物材料下游的入口被引入到第一导管11，第二矿物材料经过导管18被引入到第一导管11中。

燃烧室通常是竖直的而不是水平的熔炉。它通常具有向其中注入燃料、矿物材料和燃烧气体的圆柱形上段、圆锥形下段和可以收集熔体的基段。

替代地，燃烧室可以是完全圆柱形的。基段优选为燃烧室的一体形成部件并且可以简化为圆锥形下部区的端部或者可以是在下部区的端部处的圆柱段。优选地，基段的直径不大于上段的直径，相比之下，传统系统通常在燃烧室基部处使用体积增大的储罐。

基段具有一用于矿物熔体的出口，熔体作为液流经过该出口。这一液流随后可以进行任何常规方式的纤维化，例如，使用级联旋转器（cascade spinner）或旋杯（spinning cup）或任何其他常规的离心纤维化工艺。或者，矿物熔体可以用于其他工业工艺。优选地，在矿物熔体离开燃烧室基段的出口处，它并不立即下延，相反，出口是虹吸式。“虹吸式”意指通常是管或沟槽的出口，其最初相对于燃烧室中的开口具有向上的取向并且随后具有向下的取向，而后导向到纤维化装置。这对于熔体质量是有益的，因为在熔体的表面上的任何未燃烧的燃料颗粒都被保留在燃烧室内部。

燃料被注入到循环燃烧室中。可以使用任何可燃的燃料。燃料可以是在室温下为气态的，例如丁烷、丙烷、甲烷或天然气，但是优选液态或固态材料。燃料优选为颗粒形式并且最优选颗粒碳材料。

当燃料为液体时，它以液滴的形式使用，即，液体燃料颗粒。在这一实施方式中，燃料可以是石油或其他碳基液体的颗粒。然而，本发明的颗粒燃料优选固态的。它通常是碳材料并且可以是具有适当的热值的任何颗粒碳材料。热值可以相对较低，例如低至l0000kJ/kg或者甚至低至5000kJ/kg。因此，它可以是例如干燥的污水污泥或纸废物。优选地，它具有较高的热值并且可以是来自制铝工业的废锅内衬，含废物的煤，如尾煤或粉煤。

在优选的实施方式中，燃料是粉煤并且可以是煤细粉，但优选一些，并且通常至少50%，优选至少80%以及通常全部的煤都是由研磨块煤来制造，例如，使用球磨机。煤无论是最初作为细粉提供或者作为块提供，都是优良品质的煤或者可以是含有高无机物含量的废煤，例如含有5至50%的无机物含量。优选地，煤主要或者全部是优良品质的煤，例如烟煤或次烟煤（ASTM D3881984）并且含有促进点燃的挥发物。

燃料颗粒优选具有范围在50至100μm，优选约50至200μm的颗粒尺寸（粒径）。通常（按重量计）至少90%的颗粒在此范围内。平均是通常为约70μm的平均尺寸，90%的范围小于100μm。燃料可以通过供料管以常规方式供料到燃烧室中以产生燃料颗粒的蒸汽。这通常包括使用载气，其中燃料颗粒悬浮在载气中。载气可以是空气、富含氧的空气或者纯氧（优选室温以避免回火）或者反应性差的气体如氮气。载气被认为是燃烧气体的一部分。

至少一些并且优选大多数的燃料被注入到循环燃烧室的上段中。然而，在优选的实施方式中，被称作第二燃料的一些燃料，也被注入到循环燃烧室的下段中。

燃烧气体也通过多个切向设置的入口被引入到燃烧室的上段中并且燃烧气体可以是室温的，但优选被预热。预热的主燃烧气体的温度通常是由体系中可用的热来确定。通常，燃烧气体被预热到约600℃，并且应至少被预热到300和600℃之间，例如约500至550℃。燃烧气体可以是空气或者可以是富含氧气的空气。“富含氧气的空气”指气体含有的氧比通常存在于空气中的氧要多，并且可以另外含有其他在空气中天然存在的气体。它也可以含有其他在空气中通常不存在的气体，例如丙烷或甲烷，只要氧的总水平保持在高于空气中正常存在的氧。

在优选的实施方式中，燃烧气体是富含氧的空气，其含有按体积计为25%至50%，优选25%至35%的氧。在替代的实施方式中，燃烧气体包括按体积计至少50%或至少70%的氧或者甚至是纯氧。在整个说明书和权利要求书中，“纯氧”指通过例如真空变压吸附技术（VPSA）获得的纯度为92%或更高的氧，或者可以是通过蒸馏方法获得的几乎100%纯氧。使用富含氧的空气是有益的，因为它降低了所需的燃烧气体的总体积。这意味着相比于使用空气时的燃烧室，可以使用较小的循环燃烧室。由于燃烧室的尺寸和燃烧气体的体积都与生产矿物纤维所需的能量以及随后的能量损失相关联，这一实施方式得到了具有更高的能量效率的系统。就增加的经济可行性和降低的环境影响而言，这是有显著益处的。当使用纯氧时，优选为室温的，而不是被预热。

其中悬浮有燃料的燃烧气体可通过供料管被引入，特别是当该气体在相对低温时。燃料在进入燃烧室之前不应在燃料管中开始燃烧（称作“回火”现象），因此这一实施方式中需要低的气体温度。然而，燃烧气体优选通过一个或多个燃烧气体入口被单独引入，所述一个或多个燃烧气体入口可以位于燃料供给管的附近以便燃烧气体被导入到燃烧室中与燃料相同的区域，以允许高效混合。

不管它们是否一起被引入，燃烧气体注入到燃烧室中的速度相对较低（优选在1和50m/s之间），以使设备的耗损最小。当有燃料和矿物材料悬浮在燃烧气体中时，该速度优选在5和40m/s之间。当它们单独引入时（这是优选的），燃料的注入速度优选20至40m/s。

理想的是确保预热的燃料与燃烧气体迅速并且彻底混合，因为这确保了燃料被快速点燃以便其可以几乎就在被引入到燃烧室后立即经历热解（燃烧的初始阶段）。彻底混合也确保了在主燃烧气体中的燃料颗粒的驻留时间更均一，由此得到更有效的燃料燃烧。

为了帮助确保快速且彻底混合，可以在循环燃烧室的上段中引入额外气体，该气体的行进速度比燃烧气体和颗粒燃料更高，并且由于速度差异，造成燃料颗粒液流的湍流，由此使液流分解并确保快速混合。所述额外气体通常远比燃烧气体少并且通常组成注入到燃烧室中的总气体的小于20%，优选在5和15%之间。所述额外气体可以是任何气体，包括空气、氮气、氧气或诸如丙烷或丁烷的可燃气体。所述额外气体可从一使其邻近燃烧室中的燃料颗粒的液流的入口注入，但是优选注入到同轴围绕燃料入口的入口。这一同轴设置得到有效的混合，特别是在额外气体入口在其开口处具有收敛喷嘴时。所述额外气体优选比燃料和燃烧气体行进快至少100m/s，通常至少250m/s，优选至少300m/s。在最优选的实施方式中，所述额外气体的注入速度是声速的，即，是声音的速度或高于声音的速度。

除了被引入到循环燃烧室的上段中的燃烧气体，也可能将一些燃烧气体注入到下段中。这可以被称作第二燃烧气体。与主要燃烧气体一样，第二燃烧气体可以是在室温的或被预热并且优选含有至少25%氧气。第二燃烧气体可以是富含氧气的空气，其含有按体积计至少30%或35%，优选至少50%，最优选至少70%氧气，或在30%和50%之间的氧气或纯氧。第二燃烧气体可以任何常规方式被引入，但优选使用具有收敛形喷嘴（或者被称作喷管）的入口被引入。

第二燃烧气体可以从下段中的一个入口被注入，但是优选从至少两个，最优选大于两个，例如三个、四个、五个或六个，优选四个入口被注入。

发现在循环燃烧室的下段添加燃烧气体对于确保燃料颗粒的完全燃尽是非常有效的。发现在此处添加氧比在上段中简单地添加主要燃烧空气和额外的氧要更有效。第二燃烧气体可以组成小于总燃烧气体的一半，总燃烧气体包括主要燃烧气体、第二燃烧气体和任何被引入的可燃的额外气体。第二燃烧气体可组成燃烧气体总百分数的10至50%之间，优选20至40%。在一个实施方式中，额外（或第二）固态、液态或气态燃料被注入到下段，并且在第二燃烧气体存在下燃烧以在下段中形成火焰。这在将富含氧的空气作为燃烧气体时尤为重要，因为尽管需要更小的体积，但是有益地增加了能量效率。选择第二燃烧气体和第二燃料中的氧的相对量使得在第二气体中完全燃烧第二燃料后，氧过量。向下段注入第二燃料是有益的，因为它可以用来调节在基段中收集的熔体的温度。

除了在上段中的主燃烧，在下段中形成火焰也是有益的，因为这是可以改变熔体温度的机制。特别地，在循环燃烧室的基段中，矿物熔体沿壁向下流以在基段中收集。因此，在这一区域中，熔体作为在燃烧室的壁上的薄膜存在以及作为在基段中的熔池（bath）存在（其通常是很浅的）。在这一区域施用辐射热尤其有效，因为它可以容易地穿透整个熔体。因此，在这一区域中使用火焰对于均匀、快速以及在准确的参数范围内加热熔体是尤其有效的，通过改变这一区域中的燃料和气体的流速，可以将熔体的温度维持在精确的限值内。

以此为目的，第二燃料优选朝着下段的底端注入，优选在燃烧室的圆锥状下段的下半部分，使得第二燃料靠近基段。第二燃料可以是任何燃料。在一个实施方式中，第二燃料包括单独的固体燃料样颗粒碳材料，例如煤，因为它们通常非常经济并且可以降低NOx的产生。在另一实施方式中，第二燃料包括一些立即并且完全燃烧的液态或气态燃料。优选地，第二燃料包括一些固体燃料，例如煤，量为例如第二燃料总量的10至90%，优选40至80%，最优选50至70%，第二燃料中的剩余物为液态或气态燃料。优选的非固体燃料是丙烷、甲烷或天然气。第二燃料以比颗粒燃料更低的量存在，并且组成总燃料能量的小于50%，通常是20至40%。

在这一实施方式中，第二燃烧气体优选纯氧并且与所述燃料一起通过燃烧器入口被引入使得立即发生燃烧。或者，第二燃烧气体可以通过靠近用于第二燃料的入口的入口被引入，并且可以在燃烧室中发生混合。

循环燃烧室中的气体和悬浮的颗粒材料的大体运动是旋风式运动。这是通过以维持涡流运动的适当的角度引入燃烧气体以及颗粒燃料和矿物材料而产生的。当使用第二燃烧气体时，也优选以相同的方向引入该第二燃烧气体以维持循环流。排出气体与在燃烧室的基部中收集的矿物熔体分离，并且传到热交换系统，通常通过在循环燃烧室顶部的通气管。排出气体随后用于预热矿物材料并且任选地也预热燃烧气体。排出气体通常以1300和1900℃之间，通常1500至1750℃，例如约1550至1650℃的温度离开循环燃烧室。

在优选的实施方式中，第一和第二矿物材料被分别提供到热交换系统中。这在第一矿物材料具有比第二矿物材料更高的烧结温度时是有益的。第一矿物材料通常是具有1200至1400℃的烧结温度的原始矿物材料，而第二矿物材料通常是加工的矿物材料，例如粘结的矿物纤维，其具有900至1100℃的烧结温度。为了实现最大的能量效率，非常重要的是尽可能完全地利用排出气体的热能量。这对于热效率以及对于维持矿物材料的良好流动特性并且因此在预热期间矿物材料不被溶解或软化的良好工艺效率也是很重要的。这通过在第二矿物材料之前预热第一矿物材料而处理。特别地，在第二矿物材料之前，将第一矿物材料加入到热交换系统中。这样做意味着第一矿物材料加入到第二矿物材料的排出气体上游。在排出气体与第一矿物材料接触后，第一矿物材料预热并且排出气体冷却并继续预热第一矿物材料以预热第二矿物材料，通常在排出气体与第一矿物材料接触前淬灭排出气体。通常，排出气体被淬灭到约1300℃以避免第一矿物材料的软化或熔化。淬灭是使用任何适当的气体如空气或任何适当的液体如氨水来进行。

当排出气体接触第一矿物材料时，排出气体预热该第一矿物材料并且自身冷却。在第一预热阶段，第一矿物材料优选被预热至300至600℃的温度，更优选400至550℃。优选地，排出气体和第一矿物材料的相对量是使得到第二预热阶段最后，第一矿物材料被预热至稍低于第二矿物材料的烧结温度，通常是750至850℃。

随后将第二矿物材料添加到热交换系统中并与排出气体以及在排出气体中悬浮的第一矿物材料接触。第二矿物材料通过这一接触被预热。优选地，第二矿物材料被预热到至少700℃并且优选在750和850℃之间。

通常，第二矿物材料是包括有机试剂如有机粘结剂的加工产物。尤其有益的是将第二矿物材料预热至有机添加物完全被燃烧的温度和条件。因此，包括所释放的有机组分的气体应在含有至少2%氧气的环境条件下加热至约750至850℃，持续至少1-2秒以燃烧掉有机粘结剂。

热交换系统优选包括至少一个以及优选两个或者甚至三个预加热器旋风器12、13、16。第一和第二矿物材料通常被添加到第一导管11，该第一导管11使来自循环燃烧室1的排出气体运输到第一预加热器旋风器12。在第一预加热器旋风器12中，排出气体与矿物材料分离。矿物材料包括混合的第一和第二矿物材料，其通过混合的矿物材料导管3到循环燃烧室1的入口以待熔化。

优选地，在第一预加热器旋风器12中产生氮氧化物（NOx）还原条件。NOx是环境废物，其在可以被释放到大气中之间必须从排出气体中被除去。这通常通过选择性非催化还原（SNCR）进行。然而，有益地，在本发明中，Nox可以通过选择性非催化还原（SNCR）在第一预加热器旋风器中被显著降低并且优选基本上从第一预加热器旋风器中消除。这是从排出气体中除去Nox的经济且方便的方式。

通过在预加热器旋风器中包括含氮材料来产生NOx还原条件，该含氮材料在预加热器旋风器12中一般的条件下将还原NOx。含氮材料可包括在被供料至预加热器旋风器12的热排出气体中或者可直接添加到预加热器旋风器12中。

在预加热器旋风器中包括的含氮材料优选氨或铵基化合物、胺或尿素，其中尿素可以是游离的或者更优选是树脂型产品，例如脲醛或脲酚醛树脂。尤其优选地，通过在矿物材料中包括废物粘合的矿物纤维作为供料至预加热器旋风器12的第二矿物材料来产生NOx还原条件，其中废物粘合的矿物纤维含有尿素树脂（通常是酚尿素树脂）和/或氨或铵基化合物（例如在废物纤维中作为用于树脂的缓冲剂）。因此，能够同时利用废物材料并在适当的条件下反应它以将排出气体中显著量的NOx还原为氮气。

氨或氨衍生物或者其他NOx还原化合物的量优选1至4（优选1-2，或尤其是1-1.7）摩尔每摩尔NOx并且反应优选在800℃至1050℃的温度进行。反应驻留时间优选至少0.3秒并且最优选至少1秒。典型地，这可以是直到排出气体被冷却到低于例如800℃的反应温度前，在预加热器旋风器和/或导管中的颗粒矿物材料的驻留时间。在这些条件下，优选以800至1050℃的温度范围内，基本上所有的NOx都被还原成氮气，即使在预加热器旋风器中的氛围优选为氧化氛围。

因此，根据另一优选的特征，在预加热器旋风器中的气体环境含有过量的氧气，优选在按照气体环境的重量计，至少1%或2%的量，但可以达到4%，或者甚至达到12%。尽管环境的氧化性质，在用于预加热器所限定的环境下，Nox通过添加的氨或其他含氮化合物被还原。

预加热器因此可以同时作为Nox还原器以及氧化后燃烧器操作以燃烧来自燃烧腔室的污染物如硫化氢和一氧化碳。优选地，从熔体分离的并且随后被供料到预加热器旋风器中的排出气体所含的氧比在预加热器旋风器中存在的氧要少，因此优选地将空气或者其他氧源加入到在预加热器中或者在熔体和预加热器之间的排出气体中。排出气体从第一预加热器旋风器12的顶部穿过第二导管14到第二预加热器旋风器13。优选第一矿物材料在被传送到第一导管11中以被排出气体进一步预加热之前在第二预加热器旋风器13中经历初始预加热。因此，在优选的实施方式中，第一矿物材料被引入到第二导管中并且预加热到300和600℃之间的初始温度，优选450和550℃之间。排出气体随后离开第二预加热器旋风器13并且通常通过间接热交换被用于加热燃烧气体。

参照图2-7，在第一预加热器旋风器12的底部出口40处，预加热的矿物材料分成两个材料流以供料给循环燃烧室1的两个或更多个入口。为了将旋风器12外面向下的材料流47分成两个平稳的并且优选大小相同的材料供料流44，45，本发明意识到颗粒材料的气旋性能量必须至少被降低并且优选被去除。为了实现这个目的，出口40设有倾斜导板41，该导板41优选V型并且由此形成流动通道以便流出旋风器的材料流47撞击导板41的上段并且在由导板41形成的通道中朝着导板41的最底端向下流动，材料流从该最底端以集合流离开导板41，在集合流中，在材料流中的颗粒的运动是统一的。这一统一的材料流撞击位于导板41的下游的倾斜挡板42。挡板42是平面由此集合流扩散成抛物线形撞击图案48并且沿着挡板42继续流动并在离开挡板42的最底端时形成材料流的向下帘49。

导板41倾斜以使向下的材料流转向，离开旋风器12以便统一流动方向。这一倾斜可以是在大约45°和60°之间，优选约50°。

挡板42与导板41相对定位并且也是倾斜的，只是指向与导板41相反的方向；参照图2-3。挡板42可以在50°和75°之间的角度倾斜，优选60-70°，更优选约67°。倾斜量，即相对于水平的角度移位影响材料流帘49的侧向尺寸。倾斜角越高，抛物线撞击区48越窄，并且由此也导致帘49将越窄。

这一预热材料的帘49基本上是平面的，并且在挡板42下方，在两个材料流通道44，45的交叉处设有分隔器43。可通过绕一轴转动这一分隔器43来调整它以便确保材料在两个材料流通道44，45中的预定分布。由于在这一环境（即，预热材料、旋风器、出口和通道）中的高温度，分隔器的枢转轴可由中空轴制成，其可被水冷却以确保分隔器的机械功能。

如图2-4所示，粉碎装置60可紧挨着底部出口40的上游提供，以分解任何由于系统高温而烧结在一起或者可能阻断该系统的预热材料。在所示实施方式中，粉碎装置60包括一套撕裂机轮61，62，该套撕裂机轮61，62限定穿过粉碎装置60并且进入到循环燃烧室1的入口中的材料流的颗粒尺寸的上限。该套撕裂机轮61，62中每个包括彼此以预定距离间隔开地设置在公共轴64，65上的多个撕裂机翼。每个轮可包括四个等距的翼，如图所示。然而，可在每个轮上替代地提供其他整数个翼。该套撕裂机轮61，62中的每个轮可设置为使得翼是设置成交错的构型。轴64，65优选为空心的并且由此适于水冷却以便确保撕裂机即使由于热也能正常发挥机械功能。该套撕裂机轮61，62中的两者是交织的。撕裂机轮61，62成形为基本上不干扰预热材料的流动。因此，多数预热材料自由地流动通过粉碎装置60，而几乎不被该粉碎装置60影响。可在粉碎装置60的下游提供再一套轮63。

上面参照优选的实施方式描述了本发明。然而，应认识到可提供其他变形而不背离如所附权利要求书中所限定的保护范围。例如，导板可提供为除了V型以外的其他形状，例如漏斗状的形状、沟槽状的形状等。

Claims (15)

1.一种在无机颗粒材料存在下，通过燃烧可燃材料由此形成熔体来生产矿物熔体的设备，所述设备包括：

循环燃烧室（1），具有适于接收燃料（2）、预热矿物材料（3）和燃烧气体（4）的供给的至少两个入口，

用于预热矿物材料的热交换系统，包括第一预热器旋风器（12），从循环燃烧室（1）到第一预热器旋风器（12）的用于传送排出气体的导管（11），用于将矿物材料注入到导管（11）中的入口，以及与循环燃烧室中的入口流动连通以向所述燃烧室供给预热矿物材料的底部旋风器出口，

用于收集矿物熔体（9）的机构，以及

其特征在于

所述第一预热器旋风器（12）的出口设有用于将矿物材料流稳定化并分开成两个材料流以供给至少两个燃烧室入口的机构（40），其中用于稳定矿物材料流的机构（40）包括：

向下倾斜的导板（41），在第一端接收来自旋风器出口的材料，以及引导所述材料超出所述导板（41）的第二端，和

在导板下游的向下倾斜的挡板（42），用于接收来自导板（41）的材料流。

2.根据权利要求1的设备，其中所述导板（41）是V型的。

3.根据权利要求1或2的设备，其中所述挡板（42）是平面的。

4.根据权利要求1-3中任一项的设备，其中所述导板（41）以相对于水平成45°和75°之间的角度倾斜，优选50°和60°之间。

5.根据权利要求1-4中任一项的设备，其中所述挡板（42）以相对于水平成45°和75°之间的角度倾斜，优选60°和70°之间。

6.根据权利要求1-5中任一项的设备，其中所述挡板（42）相对于导板（41）倾斜，使得沿着导板（41）被引导并且超过导板（41）的第二端的材料撞击挡板（42），所述撞击的方式是该材料在一抛物线撞击区（48）中扩散并且当离开挡板（42）的最底端时产生向下流动的材料的帘（49）。

7.根据权利要6的设备，其中用于分开矿物材料流的机构（40）包括在挡板（42）下方的竖直分割器（43），优选以相对于材料流的帘（49）基本上为垂直取向。

8.根据前述任一权利要求的设备，其中热交换系统另外包括第二预加热器旋风器（13），从第一预加热器旋风器（12）到第二预加热器旋风器（13）的、用于输送排出气体的第二导管（14），以及用于将矿物材料注入到第二导管（14）中的矿物材料入口，其中矿物材料导管（18）从第二预加热器旋风器（13）引导到第一导管（11）。

9.根据权利要求8的设备，其中该设备还包括多个旋风器（16），从第二预加热器旋风器（13）到多个旋风器（16）的、用于输送排出气体第三导管（15），以及用于将被分离的材料从多个旋风器（16）提供到第一预加热器旋风器（12）的出口的导管（22）。

10.一种制造矿物熔体的方法，所述方法包括步骤：

提供循环燃烧室（1）；

在包括第一预加热器旋风器（12）的热交换系统中预热矿物材料；

将燃料、预热矿物材料和燃烧气体通过至少两个入口注入到循环燃烧室（1）中；

燃烧在循环燃烧室（1）中的燃料，由此熔化矿物材料以形成矿物熔体并产生排出气体；

将排出气体与矿物熔体分离，收集矿物熔体（9）并使排出气体（10）通过热交换系统；

其中预热矿物材料流在离开第一预加热器旋风器（12）时被稳定化并且以预定方式被分成两个材料流（44，45）用于供料给至少两个燃烧室入口，和其中来自第一预加热器旋风器（12）的出口的材料流是这样被稳定化的：

通过将材料流从旋风器出口递送到向下倾斜的导板（41）的第一端上并且引导该材料超出所述导板（41）的第二端，然后

撞击在导板（41）下游的向下倾斜的挡板（42），使得沿着导板（41）引导的并且越过导板第二端的材料是以使该材料在一抛物线形的撞击区（48）中扩散并由此在离开挡板（42）的最底端时产生向下流动的材料的帘（49）的方式撞击挡板（42）。

11.根据权利要求10的方法，另外包括从矿物熔体制造矿物纤维的步骤，其在循环燃烧室（1）中通过出口（9）将收集的矿物熔体流动到离心纤维化设备并形成纤维。

12.根据权利要求10或11的方法，由此矿物材料流的帘（49）被在挡板（42）下方的竖直分割器（43）分割成在两个向下取向的流动通道（44，45）中的两个材料流，所述竖直分割器（43）优选具有相对于材料流的帘（49）为基本上垂直的取向。

13.根据权利要求10-12中任一项的方法，其中热交换系统另外包括第二预加热器旋风器（13），从第一预加热器旋风器（12）到第二预加热器旋风器（13）的、用于输送排出气体的第二导管（14），以及用于将矿物材料注入到第二导管（14）中的矿物材料入口，其中矿物材料导管（18）从第二预加热器旋风器（13）引导到第一导管（11）。

14.根据权利要求10-13中任一项的方法，其中该设备还包括多个旋风器（16），从第二预加热器旋风器（13）到多个旋风器（16）的、用于输送排出气体的第三导管（15），以及用于将被分离的材料从多个旋风器（16）提供到第一预加热器旋风器（12）的出口的导管（22）。

15.根据权利要求10-14中任一项的方法，其中在将矿物材料分开成两个材料流之前预热该矿物材料是在700-1000℃的范围，优选750-850℃。

Images