CN108430939A - 供应用于制造矿物熔体的预热颗粒状矿物材料的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于制造矿物熔体的方法和设备，该设备包括旋风炉和旋风分离器，所述设备还包括用于将预热的颗粒状矿物材料从旋风分离器的底部供应到旋风炉的入口的装置，所述装置包括：适于从旋风分离器的底部出口接收预热的颗粒状矿物材料的材料接收管道，其中在该材料接收管道中存在第一压力；以及将颗粒状矿物材料供应到旋风炉的入口的输出管道，其中存在第二压力，其中所述第二压力高于所述第一压力；其中颗粒状矿物材料被流体化并从材料接收管道流到输出管道，其中在所述材料接收管道与所述输出管道之间设置气锁阀，其中该气锁阀包括形成颗粒状材料流动管道的细长壳体，该细长壳体从所述材料接收管道到所述输出管道向上倾斜。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造矿物熔体的方法和设备，该设备包括旋风炉和旋风分离器，所述设备还包括用于将预热的颗粒状矿物材料从旋风分离器的底部供应到旋风炉的入口的装置，所述装置包括：适于从旋风分离器的底部出口接收预热的颗粒状矿物材料的材料接收管道，在该材料接收管道中存在第一压力；将颗粒状矿物材料供应到旋风炉的入口的输出管道，在该输出管道中存在第二压力，其中所述第二压力高于所述第一压力；以及设置在所述材料接收管道与所述输出管道之间的气锁阀。
背景技术
从EP 2 078 704 A1中可以获知这种用于制造矿物熔体的方法和设备。
此外，WO 2013/041392披露了一种这样的设备。在WO 2013/041392中披露了一种用于将离开旋风分离器的底部的颗粒状材料供应到送料管道的组件，所述送料管道用于将该材料送入旋风炉的燃烧室中。
在WO 2013/083464和WO 03/002469中披露了用于生产所述类型的矿物熔体的旋风炉系统。该系统涉及使粉煤或其他燃料悬浮在预热的燃烧空气中，并在循环燃烧室中存在悬浮的颗粒状矿物材料的情况下使悬浮的燃料燃烧，所述循环燃烧室即这样一种燃烧室，其中悬浮的颗粒状材料和空气在就是或者接近旋风循环循环系统的系统中循环。这通常称作旋风炉。在预热的空气中悬浮的煤和颗粒状矿物材料是通过燃烧室的顶部或者靠近燃烧室的顶部引入的。在燃烧室内，发生颗粒状煤的燃烧并将颗粒状材料转化成熔体。熔体和还没有熔体化的颗粒状材料由循环气体抛到燃烧室的壁上并会沿着燃烧室的壁流动下来。熔体被收集在燃烧室底部的沉降槽(settling tank)中。
为了增大WO 03/002469中旋风炉的能效，以在1400到1700℃的范围内的温度离开循环室的废气被用于对颗粒状材料进行预热。WO 03/002469教导了废气被速冷到1000到1500℃，然后与矿物材料混合以将其预热到700到1050℃的温度。
在该旋风炉系统中，磨碎的废矿棉被送入到从旋风炉到较低预热的旋风器的提升管中，并且就在预热的原材料被送到旋风炉之前将收集到的飞灰送入到预热的原材料中。这种设置存在的问题是在预热器中被加热到750-800℃的预热的颗粒状材料是从其中具有第一环境压力的预热旋风器的底部出口被送到其中环境压力高得多的燃烧室入口。这种压力差会造成颗粒状材料相反地回流到预热旋风器。因为颗粒状材料可以具有从几微米到例如高达5mm范围的宽范围的颗粒尺寸，所以存在尤其是较小颗粒会在系统中回流的风险。虽然大多数颗粒状矿物材料充当流体，但是其中一些会落到底部并最终堵塞管道系统。后一种情况尤其在颗粒状材料包括例如回收矿棉时更甚，所述回收矿棉易于形成尺寸为几厘米的团块。而且，旋风炉废气中依然存在的材料会增大颗粒状材料形成团块的可能性。
发明内容
基于该背景，本发明的目的是提供一种最开始提到的那种方法和设备，避免上面提到的由于回流的风险和颗粒状材料送料系统堵塞而造成的与预热颗粒状矿物材料的给料量有关的问题。
该目的是通过最开始提到的那种方法和设备达到的，其中气锁阀包括细长壳体，所述细长壳体从在所述壳体最低区段处的所述材料接收管道到在所述壳体最高区段处的所述输出管道向上倾斜，并且其中气锁阀设有流体化设施，从而使得流体化的颗粒状矿物材料可以由于重力而从材料接收管道流入到壳体的最低区段中以及从壳体的最高区段流入到输出管道中。
通过将颗粒状矿物材料保持在流体化状态以及通过设置气锁阀，避免了回流的风险，因为气锁阀内部的流体化矿物材料防止了造成气体回流的压差。材料接收管道和输出管道优选地基本竖直取向，而设置在它们之间的气锁阀的细长壳体是倾斜的，从而使得流体化的颗粒状材料由于供应到接收管道的颗粒状材料的重力压力而从接收管道向上流动到输出管道。
优选地，在气锁阀中设置搅动设施，比如螺旋输送器或蜗杆输送器。搅动设施优选地包括在气锁阀的细长壳体中纵向延伸的轴，所述轴优选地设有径向延伸的元件以便于实现搅动效果。据此，通过两种阀类型的组合解决了问题，其中螺旋输送器充当转动轴以将颗粒状矿物材料保持在流体化状态。
此外，在气锁阀中优选地设置一个或多个空气入口用于颗粒状材料的流体化，从而提供了对压差的补偿。这样进一步辅助保持颗粒状材料处于流体化状态并保持材料朝向燃烧室流动。具体来说，已经发现有利的是，在材料进入细长壳体之前在用于流体化颗粒状材料的材料接收管道中设置一个或多个空气入口。
有利地，旋风分离器的底部出口经由材料分配器连接到多个材料接收管道。此外，可以对至少一个空气入口供应热的废气。由此，将预热的颗粒状矿物材料的温度保持在高温。
附图说明
下面参照附图更详细地披露本发明，其中：
图1是根据本发明的一个优选实施方式的设备的示意图，以及
图2是根据本发明的一个实施方式的用于供应预热的颗粒状矿物材料的设备的示意图。
具体实施方式
图1示出了循环燃烧室1，其包括圆柱形的顶区段、截头圆锥形的底区段和圆柱形的基部区段。颗粒状燃料从供应源2引入到循环燃烧室中并优选地为煤。预热的矿物材料经由矿物材料管道3引入到循环燃烧室中。煤和矿物材料与燃烧空气和二级空气一起经由入口管道4引入，所述二级空气在压缩空气源5提供并通过至少两个诸如喷枪(未示出)的切向入口引入到循环燃烧室1中，以确保煤2与燃烧空气6的完全混合以及维持循环燃烧室1中的燃烧气体和悬浮材料的循环运动。也可以将二级燃料(该本例子中是天然气)通过供应源(未示出)注入到循环燃烧室1的基部区段中。
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优选是富氧空气5。得到的熔体9被收集在循环燃烧室1的基部区域中并经由出口离开循环燃烧室。废气通过在循环燃烧室1顶部处的烟道10被送到第一管道11，在该第一管道11中使用这些废气对即将被送入循环燃烧室1中的颗粒状矿物材料进行加热。然后将废气引到第一预热旋风器12，在该第一预热旋风器12内此时混合在一起的废气和矿物材料被分离开。废气从第一预热旋风器12经由第二管道14流动到第二预热旋风器13。通过了第二预热旋风器13之后，废气流动通过管道15到达灰尘旋风器16并进入进一步的处理17中，在该进一步的处理17中发生与燃烧气体的间接热交换以对燃烧气体进行预热。然后通过诸如过滤器(未示出)对废气进行处理以使它们是安全的以便排到大气中。
矿物材料在被添加到循环燃烧室1之前进行预热。详细地，典型地是原石材料的第一矿物材料从供应源19被供应到第二管道14，并在第二预热旋风器13中进行初始预热。然后该第一矿物材料通过第一矿物材料管道18并被引入到第一管道11中，随后到达第一预热旋风器12。第二矿物材料从供应源20被供应到在第一矿物材料下游的第一管道11。第二矿物材料通常是处理过的矿物材料，典型地是粘结的矿物纤维，如回收的矿物纤维。为了确保在第一预热旋风器12中形成减少NOX的条件，可以就在第一预热旋风器12之前的位置21处向第一管道11中添加诸如氨的含氮材料。然而，因为在20处供应的废矿棉包含具有含氮物的粘结剂，因此有利的是可以不用向管道11添加氨，因为包含在回收的废矿棉中的氨足以确保第一预热旋风器12中的NOX减少条件。第一矿物材料中的一些可能会被来自于第二预热旋风器13的废气携带通过管道15。这些第一矿物材料在灰尘旋风器16中或者在过滤器中与废气分离，并被回收以经由管道22加入到预热的矿物材料中。
废气经由烟道10离开循环燃烧室1。废气进入第一管道11并由速冷空气从介于1500到1900℃之间(通常是1650℃左右)的温度速冷到介于1000到1500℃之间(一般是1300℃左右)的温度。第一矿物材料经由在第二矿物材料下游的入口被引入到第一管道11中，所述第二矿物材料经由管道20引入到第一管道11中。
循环燃烧室通常是竖直炉而不是水平炉。其一般具有圆柱形的顶部区段、截头圆锥形的底部区段和基部区段，燃料、矿物材料和燃烧气体被注入到所述圆柱形的顶部区段中，熔体可以被收集在所述基部区段中。替代性地，循环燃烧室可以整个是圆柱形的。基部区段优选地是循环燃烧室整体的一部分，并且可以只是截头圆锥形的底部区域的端部，或者可以是在底部区域的端部处的圆柱形部分。优选地，基部区段的直径不大于顶部区段的直径，这与传统的系统形成对照，传统的系统通常在循环燃烧室的具有增大容积的基部处使用罐体。
基部具有矿物熔体的出口，熔体作为流柱(stream)9通过该出口。然后可以以任何传统的方式使该流柱9纤维化，例如使用级联纺纱机、或纺丝杯、或者任何其他传统的离心纤维化工艺。替代性地，矿物熔体可以用在其他工业过程中。
气体和悬浮的颗粒状材料在循环燃烧室中的基本运动是旋风运动。这是通过以合适的角度引入燃烧气体6以及颗粒状燃料2和矿物材料以保持涡流运动来形成的。在使用时，二级燃烧气体5也优选地以相同的方向引入以便于保持循环流。废气与矿物熔体分离，所述矿物熔体被收集在循环燃烧室的基部中，所述废气通常经由循环燃烧室顶部上的烟道被送到热交换系统。然后使用废气对热交换系统中的矿物材料进行预热。废气典型地以介于1300到1900℃之间的温度离开循环燃烧室，通常为1500到1750℃，比如1550到1650℃左右。
热交换系统优选地包括至少一个、优选两个或者甚至三个预热旋风器12、13。第一和第二矿物材料典型地被添加到第一管道11，所述第一管道11将废气从循环燃烧室1输送到第一预热旋风器12。在第一预热旋风器12中，废气与矿物材料分离。包括混合的第一和第二矿物材料的矿物材料通过混合矿物材料管道3到达循环燃烧室1的入口以被熔化。在图1中，示出了旋风炉的两个入口4。可以仅有单个入口4或多于两个的入口4，比如三个、四个或者更多个。
第一预热旋风器12的底部出口的压力P1比燃烧室1的入口处的压力P2低得多。压力差会促进输出管道3中的“回流”，因此如果没有采取措施以避免该情况，该压力差会产生与预热的颗粒状矿物材料的给料量有关的问题。然而，如图2中所示，该问题通过在管道3中设置气锁阀7得到解决。如果旋风炉具有多于一个的入口4，那么会对每个管道3设置气锁阀7，在旋风分离器12的底部出口与气锁阀7之间会设置矿物分配器。该气锁阀7或每个气锁阀7包括材料接收管道3a，所述材料接收管道3a适于从旋风分离器12的底部出口(其中具有第一压力P1)接收预热的颗粒状矿物材料100。该设备还包括输出管道3b，所述输出管道3b将颗粒状矿物材料100供应到旋风炉1的入口4(其中具有第二压力P2)。颗粒状矿物材料100被流体化并且由于重力从材料接收管道3a通过气锁阀7流动到输出管道3b，所述气锁阀7包括细长壳体71，该细长壳体71提供了在接收管道3a与输出管道3b之间的倾斜的颗粒状材料流动通道。正如可以在图2中看出的，接收管道3a和输出管道3b两者均是基本竖直取向的。流体化的颗粒状材料流由于从旋风分离器的底部供应到接收管道3a的材料所提供的重力压力以及细长壳体71的倾斜而流动，因此流体化的颗粒状材料流在气锁阀7中被向上引导。据此，在气锁阀7中一直存在的颗粒状材料阻止了回流，因为阻止了在每端处的两个压力P1和P2彼此均衡。
细长壳体71优选地设有搅动设施，比如螺旋输送器72，有时也称作蜗杆输送器。螺旋输送器72由电机或者类似的合适的驱动设施73驱动。螺旋输送器72不是提供用来输送材料的，而是用来搅动细长壳体71中的颗粒状材料以保持颗粒状材料处于流体化状态。
在气锁阀7的材料管道3a的壁上优选地设置一个或多个空气入口31以保持颗粒状矿物材料100处于流体化状态。
细长壳体71从在壳体71最低区段处的所述材料接收管道3a到在壳体71的最高区段处的所述输出管道3b向上倾斜，从而使得流体化的颗粒状矿物材料100由于重力而在壳体71的最低区段处从材料接收管道3a流入壳体71中并在向上倾斜的壳体71的最高区段处从壳体71流入输出管道3b中。材料100的重力流动是由于在接收管道3a中产生的流体化的矿物材料的柱状体而形成的，所述柱状体比倾斜的细长壳体71中的矿物材料进入点与矿物材料离开点之间的高度d2要高。
细长壳体71相对于水平方向的倾斜度可以是20-50度的级别，比如30度。细长壳体71具有直径d1，其中存在的流体化的材料的量至少是在第一管道3a中升起到高度d2的量，其至少在颗粒状材料从细长壳体71流出并进入输出第二管道3b的离开点的上方。该高度d2优选地至少类似于细长壳体71的直径d1，如图2中所示，这样确保了气锁阀7的稳定性，甚至在其任一端处存在一些压力跳动的情况下亦然。这意味着细长壳体71在壳体71的最低端处的入口与壳体71的最高端处的出口之间充满材料，从而使得不发生气体回流，因为颗粒状材料会阻止在出口处的较高压力P2的气体进入到壳体71中并阻止其逸出到存在较低压力P1的材料接收管道3a。
上面参照优选实施方式对本发明进行了描述。应该意识到的是可以提供其他变型、尺寸关系和其他实施方式而不脱离正如在所附的权利要求中限定的本发明的范围。例如，通过本发明可以意识到，甚至在接收管道3a中的高度d2较低的情况下气锁阀也会工作，但是实践已经显示有利的是高度d2应该至少对应于d1。原因是在系统可能会发生一些压力跳动，如果接收管道3a中的高度太低，存在回压可能将气锁阀的细长壳体吹空的风险。
Claims (10)
1.一种用于制造矿物熔体的设备，包括旋风炉和旋风分离器，所述设备还包括用于将预热的颗粒状矿物材料从所述旋风分离器的底部供应到所述旋风炉的入口的装置，所述装置包括：
材料接收管道，适于从所述旋风分离器的底部出口接收所述预热的颗粒状矿物材料的，在所述材料接收管道中存在第一压力；以及
输出管道，用于将颗粒状矿物材料供应到所述旋风炉的所述入口，其中存在第二压力，其中所述第二压力高于所述第一压力，以及
气锁阀，设置在所述材料接收管道与所述输出管道之间，
其特征在于：
所述气锁阀包括细长的壳体，所述壳体从在所述壳体的最低区段处的所述材料接收管道到在所述壳体的最高区段处的所述输出管道向上倾斜，以及
所述气锁阀设有流体化设施，从而使得流体化的颗粒状矿物材料能够由于重力而从所述材料接收管道流入到所述壳体的所述最低区段中以及从所述壳体的所述最高区段流入到所述输出管道中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述材料接收管道和所述输出管道是基本上竖直取向的。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述流体化设施包括设置在所述气锁阀中的搅动设施。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述搅动设施包括在所述气锁阀的所述细长的壳体中的纵向延伸的轴，所述轴设有径向延伸元件。
5.根据权利要求3或4所述的设备，其中所述搅动设施包括螺旋输送器。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的设备，其中在所述气锁阀中设置有一个或多个空气入口用于颗粒状材料的流体化。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的设备，其中在所述材料接收管道中设置有一个或多个空气入口用于在材料进入所述细长的壳体之前使所述颗粒状材料流体化。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的设备，其中所述旋风分离器的所述底部出口经由材料分配器连接到多个材料接收管道。
9.一种将预热的颗粒状矿物材料从旋风分离器供应到旋风炉的方法，所述方法包括：
在材料接收管道中接收来自所述旋风分离器的底部出口的预热的颗粒状矿物材料，在所述接收管道中存在第一压力，
将颗粒状矿物材料从输出管道供应到所述旋风炉的入口，在所述旋风炉的所述入口中存在第二压力，其中所述第二压力高于所述第一压力，
其中在所述材料接收管道与所述输出管道之间设置气锁阀，所述气锁阀包括细长的壳体，所述细长的壳体从在所述壳体的最低区段处的所述材料接收管道到在所述壳体的最高区段处的所述输出管道向上倾斜，所述气锁阀设有流体化设施，从而使得颗粒状矿物材料被流体化并且由于重力而从所述材料接收管道流动进入所述壳体的所述最低区段中以及从所述壳体的所述最高区段流动进入所述输出管道中。
10.根据权利要求9所述的方法，其由根据权利要求1-8中任一项所述的设备实施。
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