CN108137405B - 在再生式并流立式高炉中煅烧矿物岩石的方法和使用的炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在再生式并流立式高炉中煅烧矿物岩石的方法，该高炉包括通过气体传输通道(3)相互连接的至少两个炉身(1,2)，每个炉身以烧制模式和预热模式交替运行，所述烧制模式包括在空气存在下燃烧燃料以烧制岩石而提供煅烧过的岩石，排放燃烧气体，并使这些气体通过所述通道(3)从一个炉身传递到另一个炉身；所述预热模式包括所述岩石与来自所述通道(3)的燃烧气体之间的热交换。该方法还包括将补充空气注入到所述通道(3)，使得通过该通道的燃烧气体内包含的未燃烧产物氧化。

Description

在再生式并流立式高炉中煅烧矿物岩石的方法和使用的炉

技术领域

本发明涉及在再生式并流立式高炉(并流再生式窑，Parallel FlowRegenerative Kiln，PFRK)中煅烧矿物岩石的方法，其中至少两个炉身通过气体传输通道互相连接。

背景技术

再生式并流炉通常包括两个或三个立式炉身，它们在中心部通过横跨通道相互连接。这些炉身交替运行：一个以烧制模式(煅烧)运行预定的时间段，例如10至12分钟，而另一个炉身或其它炉身以矿物岩石的预热模式运行。然后，当处于预热模式的该炉身或这些炉身中的一个切换到烧制模式时，则将烧制模式的炉身切换至预热模式。每当给定的炉身再次开始以烧制模式运行时，则重复操作循环。

这些已知炉中使用的方法包括：

在炉身顶部装载矿物岩石，以及

在炉身底部卸载煅烧过的矿物岩石，

每个炉身以烧制模式和预热模式交替运行，其中一个炉身以预定时间段处于烧制模式，而另一个炉身处于预热模式，且反之亦然，

所述烧制模式包括在所述矿物岩石的存在下，燃料在含有氧气的气体存在下燃烧以烧制该岩石而得到煅烧过的岩石，排放燃烧气体，并使这些燃烧气体通过所述气体传输通道从处于烧制模式的炉身传递到处于预热模式的另一个炉身，

所述预热模式包括所述矿物岩石与来自所述气体传输通道的所述燃烧气体之间的热交换。

就本发明而言，术语矿物岩石特别是指石灰石岩石、白云石岩石和/或菱镁矿，它们分别煅烧成生石灰，快速煅烧的白云石(quick dolime)和氧化镁。

在炉身的顶部装载矿石或矿物岩石。在这些炉身的上部还设置有喷枪，以允许将燃料供应至炉内。矿石的预热区域位于炉身的顶部和燃料喷枪的末端之间。然后，到达喷枪末端的矿石到达烧制模式的炉身，该烧制模式的炉身供应有燃料和含有氧气的气体，温度通常在800℃至1300℃之间变化。然后，不向预热模式下的一个或多个炉身供应燃料。预热模式下的一个或多个炉身中放置的矿石从来自烧制模式的炉身的气体中回收能量。当烧制模式下的炉身中燃料的喷射停止时，炉身的活动反转，例如每十到十二分钟，然后炉身切换到预热模式，反之亦然。当有两个炉身时，一个循环通常持续二十到二十四分钟。

考虑到经济性，在这种类型的装置中使用廉价的燃料是有利的。不幸的是，这些廉价燃料的氮和硫的含量很高，这可能会由于诸如氮氧化物NO_X或硫氧化物SO_X等气体的排放而引起环境问题。使用高硫含量燃料遇到的另一个问题是后者通常被石灰捕获，这对于某些应用而言是不期望的，例如在炼钢应用中，石灰中硫的最大含量通常限制为0.1重量％。

在文献BE 1018212和US 4315735中特别描述了允许降低石灰中硫含量的方法。在这些专利中，建议减少烧制模式的炉身中供应的空气量，以便进行燃料的不完全燃烧。这种操作可以有效防止硫被烧制模式的炉身中的石灰捕获。据观察，它也可以减少烧制模式的该炉身中形成的NO_X的量。燃料的主要输送空气在燃烧和NO_X形成中起着特别重要的作用，因为它与燃料预先混合，并且一旦温度允许，就可以快速地与燃料中含有的氮结合。这种主要空气量的减少因此有利于减少NO_X。不幸的是，燃料的不完全燃烧也导致到达高炉出口的燃烧气体中未燃烧产物(主要是一氧化碳)的量增加。在这些现有技术文献中，对烧制模式的炉身中供应的空气进行减少直至在横跨通道中观察到在烧制模式的炉身下游测量的一氧化碳CO的阈值。因此，这些方法基于观察炉出口处排出的气体中CO含量的增加，这揭示了该方法中的能量损失，并且在大气污染方面表现出主要缺点，这些气体甚至可能与某些环境立法不相容。

为了改善高炉的性能，已知将气态、液态或固态的燃料引入横跨通道(参见FR2091767和DE 19843820)。最后，在高炉启动期间通过喷枪将油注入横跨通道作为热源也是已知的(参见US 6113387)。

发明内容

本发明的目的在于通过采用一种方法来克服这些缺点，该方法可以避免与使用的廉价燃料的硫和氮含量有关的缺点，而不会导致从高炉排出的燃烧气体中未燃烧产物的不允许的增加，因此不会导致相应的能源损失和污染。

根据本发明，提供一种如本文开始所述的方法，其还包括向所述气体传输通道中额外注入含有额外氧气的气体，以氧化通过该气体传输通道的燃烧气体中包含的未燃烧产物。

根据本发明，术语未燃烧产物是指与用于燃烧燃料的含有氧气的气体中的氧不完全结合的任何物质。因此，这些未燃烧产物可以包括在燃烧过程中未被燃烧的碳，有机分子，特别是一氧化碳的细颗粒。燃烧气体中一氧化碳的存在揭示了燃烧过程中燃料的不完全氧化反应。由于这种氧化反应是放热的，这意味着如果它不完全，则燃料中所含的一部分潜在的能量已经损失。

根据本发明的方法具有较大优点，即氧化存在的未燃烧产物，特别是燃烧气体中所含的一氧化碳，并且因此避免上述能量损失，并且这在它们从一个炉身通向另一个炉身的过程中尤为显著。因此，供应含有额外氧气的气体发生在炉身的外部，在用于将气体从一个炉身传输到另一个炉身的空间中。因此它不会干扰炉身内进行的操作。

术语含有氧气的气体在本发明中可以指空气、富氧空气或氧气，例如工业用氧气。含有额外氧气的气体也可以是空气、富氧空气或氧气，例如工业用氧气，并且还含有能够改善未燃烧产物如燃烧催化剂的氧化的添加剂。例如可以提到氧富集的附加气体的情况，其中氧的使用可以改善气体传输通道中未燃烧气体的氧化反应。这样的方法可以更容易地稳定所产生的CO的量，并将其保持在最大的允许值以下。在其余的描述中，为了简单起见，含有氧气的表达的气体有时仅用术语空气表示。

这样根据本发明的方法使得可以在以本身已知的方式具有降低由炉排出的气体中的NO_X含量的效果的条件下运行而没有缺点。

事实上，已知根据以下简化反应，燃料的有机原子氮与燃烧空气中所含的氧气反应：

通过特别减少在燃料燃烧期间烧制模式的炉身中的氧气供应，上述反应则不受欢迎。

与现有技术中已知的方法相反，根据本发明的方法尽管能够减少再生式并流炉中的NO_X的量，但是还防止炉出口处的气体中CO的含量增加。因此，该方法提供了能够使用富含氮和硫的廉价的燃料或原材料，如石油焦炭或木材废料的优点，同时仍然遵守关于排放气体中所含的二氧化硫、氮氧化物以及一氧化碳的含量的环境立法。可以理解的是，本技术中所有常见类型的固态、液态或气态燃料都可用于本发明的矿物岩石的烧制，例如煤、木材、褐煤、沥青页岩、泥炭、煤、无烟煤、醇、油及其衍生物、天然气、沼气、液化石油气、废弃物(例如木材废料、葡萄籽等)等等。

此外，烧制模式的炉身中总空气供应的减少使得可以减少与通过该炉身的矿石床的气体流动相关的负载损失，这意味着可以在该炉身中提供实质更大量的矿物岩石。因此，根据本发明的方法还可以提高高炉的生产率。考虑到可以使用富含氮和硫并因此廉价的燃料，高炉的即时生产率增加，并且排放的大气污染物的量有限，这形成了经济和生态上的增益。

具体而言，根据本发明，在烧制模式的炉身中供应的含有氧气的气体为同时传送到(特别是通过燃料喷枪传送到)燃料的含有主要氧气(primary oxygen)的气体形式，和穿过待烧制的岩石在该炉身顶部引入的包含次要氧气(secondary oxygen)的气体形式。因此，主要空气特别用于燃料的输送和燃料的燃烧或用于燃料注射喷枪的冷却。然后，主要空气供应的减少导致烧制炉身中燃料的不完全燃烧，导致不可忽视的未燃烧产物，特别是一氧化碳的产生。为了优化烧制炉身中空气供应的减少，也可以减少次要空气的供应。

根据本发明的一个具体实施方式，在上述含有额外氧的气体的注入过程中产生的未燃烧产物的氧化在氧化温度下进行，该氧化温度高至足以允许一氧化碳的氧化并且低至足以防止将氮气分子N₂热分解成原子氮N。该氧化温度有利地在800℃和1300℃之间，更优选在900℃和1250℃之间提供。事实上，氮氧化物NO_X的排放来自两个单独的反应：如上文所述的燃料的有机原子氮与空气中的氧气的反应，以及氧气存在下空气中氮气分子的热分解。

空气中所含的氮气分子的热分解需要高于1250℃的温度。然后根据以下简化反应，通过热分解产生的氮原子和空气中可用的氧的组合形成：

因此，注入含有额外氧气的气体位置处的温度对于通过有利于将一氧化碳氧化成二氧化碳并通过限制使各炉身相互连接的气体传输通道中NO_X的形成来优化该方法是必需的。

优选地，根据本发明方法的一个实施方式，在没有这种含有额外氧气的气体的情况下，使用含有额外氧气的气体注入所述气体传输通道的额外氧气的量为基于在炉出口处(在烟囱处)测量的CO量计算的氧气的化学计量量的0.1至50倍。

根据本发明，表述“化学计量量”是指为了使一氧化碳的氧化反应完全并且在化学计量条件下发生所需的理论氧量。这些化学计量比例是相对于在不存在含有额外氧气的气体的情况下，在炉出口处(在烟囱处)的气体中测量的CO量来计算的。

要加入的氧气量特别由上述高炉的烟道气中存在的CO和O₂的量以及为了提供额外的氧气在烟道气中的良好的混合物所需的含有额外氧的这种气体的最小速度决定；例如该速度可以至少等于烟道气的速度(约5至15米/秒)。

此外，根据一个具体实施方式，含有额外氧气的气体在注入时可具有环境温度与400℃之间的温度。此外，控制该温度可以防止气体传输通道的冷却，这将导致一氧化碳氧化成二氧化碳的效率降低。

根据本发明的一个具体实施方式，气体传输通道是将一个炉身直接连接到另一个炉身的横跨通道。更优选地，将含有额外氧气的气体注入到横跨通道中在距离与其相互连接的各个炉身等距离处进行。考虑到炉身的运行模式被有规律地倒置，与各个炉身等距离的这个位置是有利的。在与各个炉身等距离处进行注入额外的气体与高炉的炉身的烧制模式和预热模式的交替无关。

此外，根据本发明的方法，有利的是，将燃料通过喷枪输送到烧制模式的炉身，所述喷枪产生经历燃烧的平行的燃料流束并形成通过横跨通道的燃烧气体路线，在这些燃烧气体路线的每个路线上注入上述含有额外氧气的气体。CFD模拟(计算流体动力学)使得可以获得在烧制模式的炉身和横跨通道中的温度分布和氧气浓度分布的追踪。这些模拟表明，在离开高炉之前，在它们在横跨通道中的移位然后通入预热模式的炉身时，来自燃烧的气体如CO遵循由燃料喷枪的位置限定的轨迹。这些也被称为燃烧气体流动路线的轨迹也对应于横跨通道的位置，其中温度足以使未燃烧产物达到最佳氧化。

根据本发明方法的另一具体实施方式，所述气体传输通道由横跨通道形成，所述横跨通道连接围绕每个炉身布置的外围通道，从而允许来自每个炉身的燃烧气体进入横跨通道中。在这种情况下，所述含有额外氧的气体的注入可以发生在横跨通道中，外围通道中，或横跨通道和外围通道中。

有利地，根据本发明的方法适用于包括两个炉身的再生式并流立式高炉。上述高炉可以包括三个炉身和三个气体传输通道，每个通道使上述两个炉身相互连接，然后一个炉身处于烧制模式达预定时间段，而另外两个炉身处于预热模式。

根据本发明方法的优选实施方式，矿物岩石选自由石灰石岩石、白云石岩石、菱镁矿及其混合物组成的组。

在这种情况下，本发明的方法是在再生并流立式高炉中生产生石灰和/或快速煅烧白云石和/或氧化镁的方法。

高炉的炉身可以装载相同类型的矿物岩石。或者，高炉的炉身可以各自装载不同性质的矿物岩石。

在所附权利要求中指出了根据本发明的方法的其他实施例。

本发明还涉及用于生产煅烧矿物岩石的再生的并流立式高炉，包括：

通过气体传输通道相互连接的至少两个炉身，

每个所述炉身包括：

用于供应燃料的至少一个装置，

用于供应燃料燃烧用的含有氧气的气体的至少一个供应装置，

用于装载矿物岩石的入口，

用于卸载所产生的煅烧过的矿物岩石的出口，以及

燃烧气体的脱除部(removal)。

根据本发明的高炉还包括含有额外氧气的气体源和注入装置，该注入装置连接到该含有额外氧气的气体源，并且被设置成将该含有额外氧气的气体注入到所述气体传输通道中。该装置可以解决与燃烧过程中未燃烧产物形成有关的问题。实际上，根据本发明，在烧制模式的炉身中形成并且穿过气体传输通道的未燃烧产物，例如CO，在到达预热模式的炉身然后到达高炉的出口之前被额外的空气氧化。这使得可以防止由于形成燃料的碳材料的不完全氧化而导致的任何能量损失，并且响应关于排入大气的燃烧气体的CO含量的环境要求。此外，未燃烧产物的氧化发生在位于炉身外部的空间中，并且由于这些炉身自身的运行，含有额外氧气的气体供应不受影响。特别是当矿石或岩石的烧制在导致燃料不完全燃烧的条件下进行时尤其重要。事实上，不完全燃烧使得尤其可以降低NO_X的含量。使用本发明的高炉，然后减少NO_X的量，同时排出的气体中的CO含量保持低于法律规定。

根据本发明，气体传输通道可以是将一个炉身直接连接到另一个炉身的横跨通道。它也可以由横跨通道形成，该横跨通道连接围绕每个炉身布置的外围通道，从而允许来自每个炉身的燃烧气体进入横跨通道中。在后一种情况下，上述注入装置被设置成将含有额外氧气的气体注入横跨通道中，外围通道中，或者横跨通道和外围通道二者中。

有利的是，注入装置包括至少一个引入到横跨通道中并由包含额外的氧气的气体源供应的直的有孔的注入单元。该注入单元有利地相对于横跨通道的纵向轴线横向地放置，但是也可以相对于横跨通道的横向轴线分散定向。该装置可以容易地将额外的空气注入到烧制模式的炉身的下游，并且实际上在横跨通道的整个宽度上注入额外的空气，以便氧化最多的未燃烧产物，特别是由不完全燃烧产生的未燃烧产物。

优选地，根据本发明，注入单元包括定向成朝着横跨通道的顶部部分注入含有额外氧气的气体的一个或多个孔。使用CFD模拟获得的追踪还显示来自燃烧的气体主要位于横跨通道的上部，温度最高也是如此。如上所述，温度对未燃烧产物的氧化反应很重要。为了获得来自烧制模式的炉身的未燃烧产物的最佳氧化，附加空气的注入因此优选在横跨通道的上部进行。

根据一个具体实施方式，高炉具有通过与所述炉身等距离的开口引入横跨通道的注入单元。然后，注入附加气体不依赖于高炉炉身的烧制模式和预热模式的交替。

根据本发明的具体实施方式，横跨通道具有顶板和纵轴线，并且包含额外氧气的气体注入装置包括设置在横跨通道的该顶板中的一个或多个开口，通过该开口可以使用含有额外氧气的气体源供应这种气体，所述开口位于与炉身相等的距离处并垂直于该纵轴线。这些孔代表了注入单元的有效替代方案，因为它们可以将附加气体直接注入到横跨通道顶板上的燃气流动管线中。正如CFD模拟所证明的那样，在这些位置有效地确定未燃烧产物的量最大，并且温度对于未燃烧产物的氧化是理想的。

在该具体实施方式中，用于注入含有额外氧的气体的装置开口有利地设置有用于分配或设置为旋转的机械系统，这使得可以改善横跨通道中的额外空气的分布。

在根据本发明的高炉的一个特别有利的实施方式中，用于供应燃料的装置包括一个或几个系列的一个或多个单流或多流喷枪，这些喷枪以这样的方式布置，以在相应的炉身中产生平行的燃料流束，这些流束彼此平行，各种上述流束的燃料流位于平行于横跨通道纵轴线的多个平面中。

有利的是，在根据本发明的炉中，在由所述流束形成的平面中设置注入单元的孔或者在横跨通道的顶板中设置开口，以用于注入含氧的附加气体。如上所述，由于CFD模拟，这些平面代表了燃烧产生的气体流线。

有利地，根据本发明的炉包括两个炉身和将它们相互连接的气体传输通道。还可以设置，高炉包括三个炉身和三个气体传输通道，每个气体传输通道使两个上述炉身互相连接，以及用于将含有额外氧气的气体注入每个所述气体传输通道的注入装置。

在所附权利要求中示出了根据本发明的高炉的其它实施方式。

附图说明

参考附图，本发明的其它细节和特征将在下文给出的描述中以非限制性的方式呈现。

图1a示意性地示出了具有矩形截面和由横跨通道连接的两个炉身的再生式并流立式高炉。

图1b示意性地示出了具有圆形截面的再生式并流立式高炉，其中，两个具有环形外围通道的炉身通过横跨通道连接。

图2示出了根据本发明的高炉的实施方式的横跨通道的沿着图1a的线I-I的横截面图。

图3还示出了根据本发明的高炉的横跨通道的另一个实施方式的也沿着图1a的线I-I的横截面图。

图4示出了高炉的一个实施方式(如图3所示)的沿着图1a的线IV-IV的视图。

图5示出了根据本发明的高炉的一个实施方式的沿着图1b的线V-V的横截面图。

图6示出了根据本发明的包括三个炉身的高炉中类似于图5的横截面图。

具体实施方式

在图1a中，示意性示出了用于生产煅烧过的矿物岩石的再生式并流立式高炉。在该图中，高炉包括具有矩形截面的两个炉身1和2，它们通过横跨通道3相互连接，在该实施例中，横跨通道3直接连接两个炉身。矿物岩石20由炉身的上部例如通过入口6装载，此处它位于预热区域A中。每个炉身具有用于供应燃料4的装置，其包括燃料喷枪9和用于供应含有氧气的气体以燃烧燃料的装置5(a)和5(b)。最初装载在从炉身的上部延伸到燃料喷枪9的端部的预热区域A中的矿物岩石然后通入燃料喷枪9的端部与横跨通道3的下层之间的烧制区域B中。煅烧的矿物岩石21在冷却区域C中在炉身的下部回收，并且例如经由出口7卸载，并且燃烧产生的气体通过炉身1和2的上部移除，例如通过排气烟囱8移除。

再生的并流立式高炉的炉身1和2以两步交替循环运行：在第一步中，当第二炉身用于预热时，第一炉身用于烧制，反之，在第二步中，当第一炉身用于预热时，第二炉身用于烧制。矿物岩石的装载通常在循环的中间进行，同时随着将流体回路从一个炉身切换到另一个炉身，允许炉内气体流动的倒转。在图1a中，炉身1处于烧制模式，而炉身2处于预热模式。处于烧制模式的炉身1中，燃料由供应装置4的喷枪9供应，并且燃料燃烧所需的空气由燃料喷枪5(a)(主要空气)和高炉1的上部5(b)(次要空气)供应通过预先预热过的位于预热区域A中的岩石。这使得可以在烧制区域B中达到足够高至进行岩石烧制的温度。这样产生并在第一炉身1的下部由装置5(c)供应的空气在冷却区域C中冷却的煅烧过的岩石通过设置在该炉身下部的出口7回收。处于烧制模式的炉身的排气烟囱8关闭。由装置5(a)供应的主要空气以及由装置5(b)在炉身1的上部引入的次要空气和由装置5(c)供应的冷却空气因此迫使这些气体循环到预热模式的炉身2，只有一部分冷却空气注入到5(c)内。因此，烧制模式的第一炉身1中的燃料燃烧产生的气体在到达高炉的预热模式的第二炉身2之前穿过横跨通道3，在预热模式的第二炉身2中不供应燃料或包含主要氧气或次要氧气的气体。然后，装载到该第二炉身2的预热区域A中的矿物岩石在这些燃烧气体经由排气烟囱8离开高炉之前通过热交换来回收它们的热能，处于预热模式的炉身中的该排气烟囱是敞开的。当第二炉身以烧制模式运行时，岩石就会被预热。

根据本发明，这种高炉可以如图2和3所示包括用于将含有额外氧气的气体注入横跨通道3中的注入装置18。该装置18有利于使来自烧制模式高炉1的燃烧气体在它们离开炉身2之前在横跨通道3中将其中含有的未燃烧产物(主要是一氧化碳)氧化。横跨通道3是容纳该空气注入装置18的理想位置，因为其相对于炉身1和2的中心位置使得可以独立地使用该空气注入装置，因为它处于高炉的循环的第一或第二步骤，并且因此与炉身1是在烧制模式而炉身2处于预热模式或相反无关。横跨通道中未燃烧产物的氧化具有在燃烧气体用于预热炉身2中的岩石之前保持，甚至会升高燃烧气体的温度。在燃烧之后获得未燃烧产物，并且它们尤其是在5(a)和/或5(b)中用于燃烧的含有氧气的气体的供应在烧制模式的炉身中的供应以这种导致燃料不完全燃烧的方式减少时获得。在烧制模式1的炉身中空气供应的减少可以通过减少由燃料喷枪9喷射的主要空气5(a)的量来实现，该空气特别用于燃料的燃烧。在固体燃料的情况下，该主要空气的全部或一部分与燃料预先混合并特别用于运输燃料；因此，主要运输空气是与燃料完全混合的氧气形成NOx的主要贡献者，并因此是立即可用的。在烧制模式的炉身1中执行不完全燃烧的另一种方式在于减少烧制模式的炉身1的上部部分注入通过预热区域A中的岩石的次要空气5(b)的供应。当然也可以同时减少主要空气和次要空气的量。

或者，如果不能减少主要空气的量，由于后者对于运输固体燃料是必需的，还可以通过富集中性气体(氮气，二氧化碳等)或用氧气耗尽的再循环烟气代替来降低该主要空气的氧浓度。

与根据图1a的高炉不同，根据图1b和图5的高炉具有圆形截面的炉身。这里，横跨通道3连接两个环形外围通道22，该环形外围通道22分别围绕炉身。它们的排列方式允许在横跨通道以及这些炉身上的整个外围上的通道中接触来自每个炉身的燃烧气体。这些外围通道22位于矿物岩石的烧制料块的流的外部，并因此与横跨通道3一起形成将两个炉身相互连接的气体传输通道。

图2示出了根据本发明的高炉的第一实施方式的横跨通道3相对于纵轴线L的截面图。根据该实施方式，该高炉具有直的单元10，该直的单元10通过开口13插入横跨通道3中，并相对于该横跨通道3的纵轴线L横向放置，或者如图2中所示水平放置，或者相对于水平倾斜一定角度，使得该单元端部的孔11比靠近开口13的孔11更靠近横跨通道的顶板12。该单元10的孔11以这样的方式定向，即优选地朝向横跨通道3的顶板12注入含有额外氧气的气体。在该顶板上有效地确定未燃烧产物的量最大，并且该温度对于未燃烧产物的氧化是理想的。有利地，单元10以与两个炉身1和2相等的距离插入，以便能够独立于炉身的烧制模式和预热模式使用该装置。它通过包含额外氧气的气体源19供应气体，如图所示。

图3示出了根据本发明的高炉的另一个实施方式的相对于横跨通道3的纵轴线L的横截面图。根据该实施方式，横跨通道3在其顶板12中具有开口14。横跨通道的顶部12中的开口14有利地位于与炉身等距(参见图4)且垂直于横跨通道3的纵轴线L。包含额外氧气的气体可以由通向横跨通道3的顶板12的开口14的一系列导管15供应。示意性示出了这些导管可以一起组成一个起始于所注入气体的来源20的主导管16。位于该导管16上游的压缩机(未示出)可以调节所注入空气的流量以便克服炉内的正压。此外，直接设置在横跨通道3的顶板12中的开口14使得可以将附加空气直接注入到包含大部分未燃烧产物的区域中，并且具有用于其氧化的最佳温度。

在图4中，高炉的炉身1和2位于横跨通道3的任一侧，其中开口14位于与炉身1和2等距并垂直于横跨通道3的纵轴线L的平面内。在这种矩形炉身的情况下，用于供应燃料的装置4包括六个系列的三个燃料喷枪9，这些燃料喷枪以这样的方式布置，产生位于彼此平行且平行于横跨通道3的纵轴线L的六个平面17内的燃料流束。图4显示了横跨通道3的顶板12中的开口14位于这些平行平面17中。这些平面对应于来自烧制模式的炉身1中的燃烧气体流动路线，并且其中在该气流的未燃烧产物中存在最高浓度。

如图5所示，其示出了图1b所示类型的高炉的横截面图，含有额外空气的气体的注入不仅可以通过设置在横跨通道中的开口14进行，而且还可以通过设置在外围通道22中的开口23进行。

图6示出了根据本发明的高炉的这种实施方式中的横截面图，其包括由3个横跨通道3、25和26相互连接的3个炉身1、2和24。炉身2和24处于预热模式，而炉身1处于烧制模式，等等。

对比例1

标准条件下使用再生式并流工业炉，其具有通过横跨通道相互连接的两个矩形炉身，以允许气体从一个炉身直接通向另一个炉身，以生产生石灰。在该装置中使用含有约2重量％(相对于燃料的总重量)有机氮的燃料，例如木屑和木材废料(50/50)的混合物。在这些标准条件下，在烧制模式的炉身中，主要空气(用于燃料输送)的流量为2700Nm³/h，次要空气的流量为5526Nm³/h，燃料的流量是1790公斤/小时。由于冷却空气流量为4990Nm³/h，石灰石岩石一经烧制就被冷却。该装置允许每天烧制311吨岩石，相当于每天175吨的烧制产品(生石灰)。

对比例2

在比较例1中所示的再生式的并流高炉中，由于相对于其标准操作，后者的空气供应减少，因此在烧制模式的炉身中产生了不完全燃烧。这种减少通过将注入的次要空气流量减少约12体积％来实现，这意味着次要空气流量从5526Nm³/h变为4842Nm³/h。同样达到了烟道气体中NO_X浓度的降低了约12体积％。然而确保保持足以进行煅烧岩石的温度，即温度高于900℃。

然而，这种烧制模式的炉身中空气供应的减少还导致未燃烧产物(如一氧化碳CO)形成的显著增加，这能够使高炉的能量输出恶化，并且产生由未燃烧产物排放引起的环境问题。

根据本发明的实施例

根据本发明的用于注入额外空气的装置被安装在比较例2所示的高炉中，以氧化在不完全燃烧之后获得的未燃烧产物。用于注入额外空气的装置如图3和4所示，其中用于注入额外空气的六个开口存在于横跨通道的顶板中，开口布置在六个系列的四个燃料喷枪的平面中，这些平面通过其中未燃烧产物浓度最高的气体流动路线。

用于注入额外空气的装置基于在CO含量方面非常关键的条件来确定尺寸。实际上，认为在烟囱的出口处能够达到的CO的最大含量，相对于含有11体积％氧气(即12500mgCO/Nm³烟道气)的烟道气，已知其相当于横跨通道上CO总体积的约2％。然而，在实践中，CO的含量通常更低。因此，实际需要的额外氧气的化学计量的量将更少，这表明可以减少额外空气的流量。然而，现有的用于注入额外空气的装置施加最小流量以提供足够的速度，以便在烟道气中获得良好的额外氧气混合物。

在这个实施例中，额外注入的空气的流量对应于额外氧气的量等于化学计量的量的12倍。

除了在燃烧气体从高炉排出之前对未燃烧产物进行氧化之外，氧化在800和1300℃之间进行，可以观察到NO_X的减少得以维持。本发明的令人惊讶的效果还包括高炉的瞬时生产率出人意料地增加了3％。事实上，尽管向横跨通道注入了额外的空气，但在烧制模式的炉身中空气供应的减少导致负载损失降低并因此导致该炉身中的静态压力下降，这使得可能在该高炉的预热区引入更大量的石灰石岩石，并因此提高高炉的产率。

对于上文所包括的三个实施例，在烟囱的出口处测量氮氧化物NO_X和一氧化碳CO的含量(并且在11％氧气下表示)。

1)标准条件(对比例1)。

2)烧制模式的炉身中的空气量减少，但烟道中没有空气吸入(对比例2)。

3)烧制模式的炉身中的空气量减少，并在烟道中增加额外的空气(流量＝500Nm³/h)(根据本发明的实施例)。

表1

	1	2	3
				NO<sub>X</sub>含量(mg/Nm<sup>3</sup>)	400	350	350
CO含量(mg/Nm<sup>3</sup>)	100-200	500-800	100-200

该对比表可以揭示这样一个事实，即在烧制炉身中空气供应的减少降低了在高炉出口处排放的气体中NO_X的含量，但是不幸地导致CO含量的大幅提高(比较例2)。

此外，当额外的空气被注入到横跨通道中时，NO_X的含量保持减少，同时再次观察到CO的含量与不存在不完全燃烧时得到的CO含量相同(根据本发明的实施例)。

因此，本发明使得可以相对于标准条件将NOx的排放减少12.5％，同时仍保持相同的CO含量。

当然可以理解的是，本发明绝不限于上述实施方式，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对其进行许多修改。

例如可以注意到，根据本发明的高炉可以适用于在一个炉身中烧制石灰石岩石并且在另一个炉身中烧制白云石岩石。请注意，一个炉身中只有一种岩石。也就是说，如果例如处于烧制模式的炉身含有石灰石岩石，那么处于预热模式的炉身可以包含石灰石岩石或白云石岩石，并且相反亦然。这导致在一个循环过程中，可同时生产生石灰和快速煅烧的白云石，但在不同的炉身中进行。

Claims (21)

1.一种用于生产煅烧过的矿物岩石的再生式平流立式高炉，包括：

通过气体传输通道（3）相互连接的至少两个炉身（1, 2），

每个所述炉身包括：

用于供应燃料的至少一个装置（4），

用于供应燃料燃烧用的含有氧气的气体的至少一个供应装置（5(a), 5(b)），

用于装载矿物岩石的入口（6），

用于卸载所产生的煅烧过的矿物岩石的出口（7），以及

燃烧气体的脱除部（8）；

其特征在于，所述气体传输通道是将一个炉身直接连接到另一个炉身的横跨通道，或所述气体传输通道由与围绕每个炉身布置的外围通道连接的横跨通道形成以允许每个炉身的燃烧气体进入所述横跨通道中，所述高炉还包括含有额外氧气的气体源和连接到该含有额外氧气的气体源并且设置成将该含有额外氧气的气体注入到所述气体传输通道（3）中的注入装置（18）；其特征还在于，

所述注入装置包括被引入所述横跨通道（3）并且由所述含有额外氧气的气体源（19）供给的至少一个直的有孔的注入单元（10），所述注入单元（10）包括一个或多个孔（11），所述一个或多个孔定向成朝向所述横跨通道的顶部部分注入所述含有额外氧气的气体；或

所述横跨通道（3）具有顶板（12）和纵轴线（L），并且包含额外氧气的气体注入装置（18）包括一个或多个开口（14），这些开口设置在所述横跨通道的顶板中，通过所述开口能够从这种气体的源（20）供应所述含有额外氧气的气体。

2.根据权利要求1所述的高炉，其中，所述横跨通道（3）具有纵轴线（L），并且所述至少一个直的有孔的注入单元（10）相对于所述横跨通道的纵轴线横向放置。

3.根据权利要求1或2所述的高炉，其中，所述单元（10）通过与所述炉身等距离的开口（13）引入到所述横跨通道（3）中。

4.根据权利要求2所述的高炉，其中，所述用于供应燃料的装置包括一个或多个系列的一个或多个单流喷枪或多流喷枪，所述一个或多个单流喷枪或多流喷枪以这样的方式布置，在相应的炉身中产生平行流束，这些流束彼此平行，各种上述流束的燃料流位于与所述横跨通道的纵轴线（L）平行的数个平面中。

5.根据权利要求4所述的高炉，其中，所述注入单元的孔或所述横跨通道的顶板中用于注入所述含有额外氧气的气体的开口设置在由所述流束形成的平面中。

6.根据权利要求1所述的高炉，其中，所述注入装置布置成将含有额外空气的气体注入到所述横跨通道中，所述外围通道中，或者所述横跨通道和所述外围通道二者中。

7.根据权利要求1或2所述的高炉，其中，所述高炉包括三个炉身和三个气体传输通道，以及用于将含有额外氧气的气体注入所述气体传输通道的注入装置，所述三个气体传输通道各自与所述炉身中的两个相互连接。

8.一种在根据权利要求1至7中任一项所述的再生式并流立式高炉中煅烧矿物岩石的方法，其中，至少两个炉身通过气体传输通道相互连接，该方法包括：

在所述炉身的顶部装载矿物岩石；以及

在所述炉身的底部卸载煅烧过的矿物岩石；

每个炉身以烧制模式和预热模式交替运行，其中，一个炉身以预定时间段处于烧制模式，而另一个炉身处于预热模式，且反之亦然；

在存在所述矿物岩石的情况下，所述烧制模式包括燃料在含有氧气的气体的存在下燃烧，从而烧制该岩石以产生煅烧过的岩石，排放燃烧气体，并使这些燃烧气体通过所述气体传输通道从处于烧制模式的炉身通到处于预热模式的另一个炉身；

所述预热模式包括所述矿物岩石与来自所述气体传输通道的燃烧气体之间的热交换，

其特征在于，该方法还包括将含有额外氧气的气体额外注入所述气体传输通道中，以氧化通过该气体传输通道的燃烧气体中包含的未燃烧产物。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，供应至处于烧制模式的炉身的含有氧气的气体是同时传送至燃料的含有主要氧气的气体以及在该炉身的顶部引入通过待烧制的岩石的含有次要氧气的气体的形式。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述未燃烧产物的氧化在氧化温度下进行，该氧化温度高至足以允许一氧化碳的氧化并且低至足以防止氮气分子热分解成氮原子。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述氧化温度在800℃和1300℃之间。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，使用所述含有额外氧气的气体注入所述气体传输通道的额外氧气的量为氧气的化学计量量的0.1至50倍之间，该氧气的化学计量量基于在没有所述含有额外氧气的气体的情况下在炉出口处测量的CO的量计算。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述含有额外氧气的气体在注入时具有环境温度与400℃之间的温度。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述含有额外氧气的气体是空气、富氧空气或氧气。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述含有额外氧气的气体含有至少一种燃烧催化剂。

16.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述气体传输通道是将一个炉身直接连接到另一个炉身的横跨通道。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述含有额外氧气的气体在与相互连接的炉身相等的距离处被注入到所述横跨通道中。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述燃料通过喷枪输送到处于烧制模式的所述炉身中，所述喷枪产生平行燃料流束，所述平行燃料束流经过燃烧并形成通过所述横跨通道的燃烧气体路线，所述含有额外氧气的气体的注入在这些燃烧气体的每条路线上进行。

19.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述气体传输通道由横跨通道形成，所述横跨通道连接围绕每个炉身布置的外围通道，从而允许每个炉身的燃烧气体进入所述横跨通道中。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述含有额外氧气的气体的注入发生在所述横跨通道中，在所述外围通道中，或者在所述横跨通道和所述外围通道二者中。

21.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述高炉包括三个炉身和三个气体传输通道，所述三个气体传输通道各自将所述三个炉身中的两个相互连接，并且其中一个炉身以预定时间段处于烧制模式，而另外两个炉身处于预热模式。

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