CN1048544C - 用两种具有不同氧含量的气体氧化粉状燃料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

发明涉及一种借助助燃气体将输送到反射冶炼炉的粉状燃料氧化的方法，因此，氧化发生主要由于两种不同的燃气，粉状燃料和附加燃料在炉子空间有效地进行混合。以分开流的形式将助燃气体导入炉子空间，因此，氧气以至少部分涡流的方式从中央输入，空气以几个单独的气流的方式围绕氧气输入。本发明也涉及将粉状燃料和助燃气体混合以及将它们在所述炉子空间内燃烧的燃烧器。

Description

用两种具有不同氧含量的气体氧化粉状燃料的方法和装置

本发明涉及用于炉子的氧化粉状燃料的方法，较好的炉子是反射冶炼炉。在这种情况下，主要由于在炉子空间两种不同助燃气体和粉状燃料及可能附加的燃料的有效的混合才发生氧化。以分开流形式将助燃气体引入炉子空间，因此，氧气至少是以局部涡流(turbulent)状态从中央供气，空气以几个单独的气流的方式在氧气周围输送。发明也涉及一种将粉状燃料和助燃气体进行混合，以及将它们在所述炉子空间进行燃烧的燃烧器。

现有技术中已知有几种方法采用空气，富氧空气和纯氧气氧化粉状燃料。

美国专利US,4,210,315中，如同环形向下的粉末流一样分配粉粒物质，在环流内安排的特殊形状表面上引导粉末流，同时利用由成形表面下排放的分散空气流对称旁路分布粉末流。从悬浮流，主要仍然是环流，周围引入助燃气体与粉末物质进行混合和反应。

为了在柱形竖直的炉身中产生的燃烧的基本要求是粉末-助燃气体流必须与炉身平行并对称，这一点如在美国专利US,4392,885中已实现。在此主要是水平方向的助燃气体被分割成均匀的环形流，并被转向在与反应炉身平行的方向包围所述的粉状流。

有时当环形燃烧气流太“薄”时，必须以如同喷雾状分流方式引入燃烧气流，以便包围并混合上述粉状流，如美国专利US,4,490,170中那样。分离的燃烧气喷口最好做成回转的。

总括起来，助燃气体来自均匀粉状流的周围，或是以均匀环流形式或者以分散流形式。

与上述例子不同的是，在美国专利US,4,331,087中，形成均匀环状粉状流以便包围大功率转动的助燃气体喷口。

美国专利US 5,133,801中，为从粉状流内供给额外的氧气，将少量氧气引入上述美国专利US.4,210,315中介绍的分配元件中央。

许多情况下，如燃烧碳时，在反应空间前，甚至在燃烧器前，粉状燃料和助燃气体已经混合了。但这种情况并非总是成功的，特别是如果助燃气体采用纯氧气，燃烧是一些易反应的粉状物质更是如此，这种情况下的设备磨损也造成困难。

本发明克服了上述专利中存在的缺点，因此在实践中也达到了目的。从附加的权利要求中可明显看出本发明的实质的新颖特征。

参照附图下面将详述本发明的方法和装置。

图1简略表示本发明的一个最佳实施例，一个反射冶炼炉；

图2是本发明粉状材料燃料室最佳实施例的局部剖视的斜向透视图；

图3是从下观察局部剖视的本发明燃烧室最佳实施例的斜向透视图；

图4简略表示分离的材料流在反射冶炼炉顶部是怎样混合的。

图1示意表明粉状物质燃烧器1如何定位于反射冶炼炉2的炉盖3上。将粉状燃料流，通常是精料流，从供给设备4中分成几个分流进入燃烧器内。两股反应气体5和6也以均匀气流带进燃烧器，在这里空气被分配成几股分流通入炉中。精料和反应气体以分开流的形式导入炉中，因此它们只在反射冶炼炉的反应炉身7中相遇。本发明涉及两种不同的反应气体，当然反应气体I意指氧气，反应气体II意指空气。

由供给设备4，常常是链板输送机，分配粉状精料成3-6股分流，最好是4股分流。如图2所示，这些分流由于重力作用可向下进入燃烧器的大致为管形的通道8。首先，实际上分流的方向指向外而到达这样的程度，即产生涡流的组件9能安装在装置的中央部分；此后在一定时间内分流保持垂直，然后向内，使它们指向垂直的柱形反应炉身7的中轴线，与炉身呈一角度，该角度在15～50°范围内，最后管道8中流动的粉状燃料分流被排出，即通过反应炉身的炉盖3从反应气体I的涡流发生器周围排到炉身7中，并在略低于炉盖下表面的炉身中轴线上相遇。

图2也示出输送精料的管道8在其从向外远离炉身中轴线的走向过渡到向内向着炉身中轴线走向的弯曲处设置的专门料仓10，精料在这里聚集，于是在内部构成自生的衬里。该自生衬里防止单个粒子对管子的类似冲击的作用。管道8的尾部11还设有分离刮削装置12，因此在工作期间可刮掉精料管和炉盖上的结垢。

粉状材料尤其是精料燃烧时，采用空气和纯氧气。通常的方法是在反应空间以前将它们均匀混合，然后如采用上述发明中介绍的方法把产生的富含氧的空气引入反应炉身。混合时有时会发生困难，如氧气和空气的压力经常是不同的，在设计混合和引入气体进到炉中时必须考虑这个问题。

本发明的方法中，氧气和空气以不同的方法分别引入炉内。实际上这就意味着空气是一般通过鼓风机进入炉中，因此空气压力在0.02-0.05巴范围内。氧气通过压缩机进入，其压力在0.2-0.5巴之间。根据本发明，这些助燃气体分开地进入炉中，在这种情况下完全可利用高压氧分散精料，因此在助燃气体混合在一起过程中，氧气内含的搅动能量不会损失。

按照本发明，助燃气体所得到的全部压力均以最佳方式被利用。氧气压力用来使氧气达到强烈的湍动，因而有效地分配精料。借助专门的湍动调节元件观察注意氧量的增减，该元件在美国专利US.4,331,087中已介绍。

另一方面，除可适用的大范围变化的“强度”以外，由于空气压力低，所以强烈的湍动和精料分配不需要空气。

反应气体II，即空气，大致呈水平到达燃烧器1，采用与精料相同的方法将反应气体分割成3-6股分流，最好是4股分流。这种分割发生在从水平方向改变为垂直方向以前，或在单独的空气分配室中进行，分配室底部设置大致呈筒形的孔13，孔13通过反应炉身的炉盖延伸，并与精料流的角度方向大致相等。最有利的是精料和空气管道8和13都位于同一圆上，这样，每隔一个管道用于精料，以及每隔一个管道用于空气。原则上两股分流的中心线相会于在炉身中轴线上的一点。

但是，通常空气流开口角为15-20°，空气流使周围介质，如精料，形成强制引导进入上部气流的抽吸流。这样周围介质与空气流充分接触，当然这取决于速度。

反应气体1，即常态氧气的份数在全部助燃气体流中大约占一半，反应气体均匀地，开始是水平地流经管14导入涡流发生室9。在涡流发生室中氧气流转向基本上呈垂直方向，并至少部分建立强涡动，因此氧气从所述空气和精料悬浮环中央排放，形成大致空心的锥形气流，并以大于20°的开口角度自涡流发生器底部15排至反应炉身7。除了业已谈到的分开供氧的优点以外，关系至安全工作问题，分开的氧气管道也是一个重要因素。

精料，例如硫化镍精料，其本身的硫含是经常不足以维持反应所需的高温。在这种情况下需在反应炉身上附加热量。本发明利用下述工艺很容易达到。图3说明如何从涡流发生器下部15排放的氧气流的内部通过管16将一些液态燃料导入反应炉身，因此该额外的燃料流从内部分散到空心的氧气流，当燃料由于周围氧气的作用而燃烧时，燃料散发出反应所需的附加热量。

为完成上面全部要求，常常在一个地点上进行测定，这里通过反应炉身的炉盖延伸的燃烧器元件表面是这样大，致使由于炉内强烈的热辐射(温度约1400℃)，不再能保证燃烧器材料的耐热性。本发明采用有效方法解决决了这个问题，该方法甚至对本领域内的一些技术人员往往不是显而易见的，因为连接水冷却是危险的。根据本发明，整个燃烧器系统装设在炉盖上，在冷却水铜板17“内部”，这就使选料和设计显著容易了。

图4简略表明从分离管道排放的燃料和助燃气体相遇时反应炉身上部的情况，在A、B和C处的状况在下面相对于相应横截面进行描述。

在图4垂直截面中可看到，从涡流发生器底部15排放出分开的强氧气流18，氧气流周围有从精料管道8对称发射的精料流19，和来自空气管道13的空气流20。在截面A处，全部气流都仍旧是分开的，但从截面B明显看出，空气流打开角度使精料流建立抽吸气流，由此精料中在气体空间悬浮化的最细粒元素在空气流中被吸收，于是不会粘结炉盖和在炉盖上产生结垢。这就产生一个向内的环形精料-空气帘，而且在环内的精料含量以波形方式变动。从截面C明显看出，氧气流的涡流如此强烈，以致仍然能分配图B中看到的预先悬浮的精料-空气悬浮体，并以反应所需的足够高的速度在那里进行均匀混合。

在满足本发明的某些一般特征方面，现有技术中的一些燃烧器是成功的，但要实现燃烧过程的一些其它特征仍然不足。本发明目前的方法和装置，同时克服了上述全部缺点。燃烧器的重要问题是在实践中的要求，即在不产生堵塞、磨损等情况下进行作业。

上述全部现有技术中的精料流是环形的，这种情况下小孔经常相当小，并且造成堵塞的危险，例如，由于随同精料流带来一些不适宜的物质(如电焊条)所致。尤其在加热时，某些地区的小孔易于变窄，由此产生不对称现象。清理环形小孔常常也是个问题。检修损坏的小孔需要单独设计和人工制造特殊构件。

本发明的装置中可采用标准管，它易于更换，牢固并能良好地保持管子形状，众所周知，圆截面表面是具有最小的摩擦的壁面，所以堵塞很少发生。但如果由于某些原因产生堵塞，人们可进行清理，与许多其它结构相比，可用更简单和容易操作的方法实现清理，如需要甚至可自动清理。

在很高速度下，当精料碰撞壁面时经常产生磨损。本发明以自生的方式考虑了这个问题，即在每个碰撞地区安设管子连续部分，同时作为收集精料的容器，并吸收精料流碰撞动能，如上所述。

很多情况氧气从精料周围产生，在精料-燃料空气流和反应炉身壁面之间的中间空间放出附加热量，由于炉身壁面因热变形而磨损，本发明通常不采用热火舌(氧气)。精料-空气悬浮体位于壁面附近，因此发明的结构不致使炉身产生砖块或砂浆结构的危险。

参照附加实例进一步介绍本发明：

例1

在镍精料反射冶炼炉中，据下表将下述材料输送到炉中，反应炉身直径为4.2米。

                    容量I               容量II总供料(精料+添加剂)     15吨/时             30吨/时氧气(Vo_2n)             2500米³/时         5000米³/时燃烧空气(Vin)           2000米³/时         3000米³/时氧气压力                0.25巴              0.26巴燃烧空气压力            0.015巴             0.03巴油                      300公升/时          300公升/时

由上表看出，燃烧器的调节范围很宽，其容量可达两倍，实践表明在两种规范下燃烧器可有效地工作。表中看出，容量II规范中，供氧量和总供料量为两倍，但通过助燃气体I的循环强度可达到相等的混合效率(涡流速率)。与采用以前的现有技术设备得到的调节范围相比明显较大，因为在现有技术中，混合效率很大程度上依赖于预混合助燃气体的排放速度。从实例中看出，输送助燃气体I和II分别显示出调节范围实质上扩展了。

Claims (16)

1.借助助燃气体将输送到反射冶炼炉的粉状燃料氧化的方法，部分助燃气体以涡流形式送入反应空间，其特征是，两种反应气体I和II用作助燃气体，因此，以至少部分涡流分开的空心流的方式将反应气体I，即氧气，从燃烧器的中央供给到反射冶炼炉的反应空间，以及以至少三个单独的流道围绕氧气流向下输送助燃气体II，即空气，这些气流的开口角为15-20°，并且在每个空气流之间大致在同一圆上安设粉状燃料管道，分开的燃料流从这里向着位于燃烧器下部的反应炉身中央轴线倾斜流动并且与该轴线形成15-50°角。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征是，反应气体I和II以不同压力通过燃烧器输送至反应炉身。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征是反应气体I的压力在0.2-0.5巴之间。

4.按照权利要求2所述的方法，其特征是，反应气体II的压力在0.02-0.05巴之间。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征是，反应气体II的流道数目是4-6个。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征是，粉状燃料流道的数目是4-6个。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征是，从反应气体I喷口中央输送一些气态或液态的附加燃料。

8.借助助燃气体将输送到反射冶炼炉(2)的粉状燃料氧化的燃烧器(1)，该燃烧器安装在竖直圆柱形炉子的炉盖(3)上，使部分助燃气体以涡流方式输送到炉子的反应炉身(7)上，其特征是：燃烧器(1)包括装在其中心的涡流发生器(9)，反应气体I即氧气通过涡流发生器(9)以分开的气流的形式送入反应炉身(7)，还包括涡流发生器(9)周围的空气分配室，以及为输送反应气体II即空气而在空气分配室中底部设置的至少三个向下的单独的管状供给管道(13)，还包括粉状燃料管道(8)，它位于大致在同一圆周上的每个空气供给管道(13)之间。

9.按照权利要求8的装置，其特征是：燃烧器(1)设置在水冷铜板(17)的内部。

10.按照权利要求8的装置，其特征是：在涡流发生器(9)内，同轴装配一个用于气态或液态附加燃料的供给管(15)。

11.按照权利要求8的装置，其特征是：粉状燃料管(8)在其从向外远离炉身中轴线的走向过渡到向内向着炉身中轴线走向的弯曲部位安设有保护管道的料仓(10)。

12.按照权利要求8的装置，其特征是：粉状燃料管(8)的尾部安设有刮削装置(12)。

13.按照权利要求8的装置，其特征是：向下的用于反应气体II的管状管道(13)向着位于燃烧器下部的反应炉身(7)的垂直中央轴线倾斜并且与该轴线形成15-50°的角。

14.按照权利要求8的装置，其特征是：向下的用于粉状燃料的管状管道(8)向着位于燃烧器下部的反应炉身(7)的垂直中央轴线倾斜并且与该轴线形成15-50°角。

15.按照权利要求8的装置，其特征是：反应气体II的管道(13)的数目是4-6个。

16.按照权利要求8的装置，其特征是：粉状燃料的管道(8)的数目是4-6个。

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