CN1245489C - 配制燃料的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过催化剂溶液配制燃料的方法和装置。根据本发明，通过增加直接供给的煤粉和应用低等级煤焦或石油焦，借此在磨碎粗煤以产生细煤或煤粉过程中，催化剂以溶液形式喷入，该催化剂降低燃料的点火温度，减少了生铁生产成本，特别是减少了焦炭的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种用催化剂配制燃料的方法，所述催化剂降低点火温度或在恒定温度时提高燃料燃烧速率，并涉及用于实现该方法的装置。
背景技术
WO99/64636公开了在鼓风炉中生产生铁的方法，其中根据PCI(煤粉喷射)方法，煤粉作为辅助燃料和热风和/或氧气一起通过鼓风口供给应鼓风炉，以减少焦炭消耗并从而降低每吨生铁的生产成本。为进一步减少焦炭消耗，利用了用催化剂添加剂配制的煤粉。建议用副族元素锆，钼，钨，锰，铁，钴，镍，铜，锌或铝，锡或铅化合物水溶液，特别是硫化铜溶液作为催化剂添加剂。除减少焦炭消耗外，还指出了带有催化剂添加剂煤粉的优点是作为较便宜的煤的替代物，减少了炉渣生成量并减少了微粒排放，同时提高的生铁的质量。
在杂志“Steel Technology(钢技术)”上的文章“Blast furnaceefficiency enhancer for pulvetized coal injection(用于煤粉喷射的鼓风炉效率增强器)”中，2000年二月，61页及其后，进一步描述了上述方法。通过鼓风口供给的用于部分替换焦炭的煤粉微粒尺寸小于75微米，含水量小于1％，每吨煤用350到600毫升催化剂溶液。借助单独的装置进行供给，该装置位于原煤料仓的下游和MPS磨机的上游(图2)，通过喷淋催化剂溶液配制原煤。而且还指出，由于催化剂溶液的腐蚀特性，喷淋装置必须满足特别的要求，并且还有必要具有定期清洁喷嘴的清洁系统。
已经发现，用ERC Emissions Reduzierungs Concept有限责任公司以产品名carbamin5010销售且在DE 198 00 873 C2中公开的催化剂进行配制，可以降低燃料的点火温度并加速燃烧。在鼓风口内点火温度降低和燃烧加速意味着残余焦炭点火更快并且燃烧更快，即在鼓风口内焦炭几乎完全燃烧。除了氧气分压外，鼓风口温度(辐射部分)和煤的研磨细度，与其进入温度和水分含量一起，这些因素决定了煤粉的喷射效率及其对焦炭消耗的影响，而且还决定了生产的生铁质量和数量。
点火温度和燃烧行为由所用煤的产地决定。碳化或煤素质组成与鼓风口一起起决定性作用。煤的挥发性部分保证只要残余焦炭达到点火温度，残余焦炭就会点火。在鼓风口内，实际的焦炭温度上升主要通过鼓风口壁的辐射热产生的，而不是通过挥发性成份的燃烧实现的。残余焦炭的燃尽受到动态抑制，特别是煤的internite部分延缓燃烧。
起催化作用的添加剂，即催化剂，可降低残余焦炭点火温度，从而实现更好的烧尽。煤烧尽时间减少了，并且由于烧尽时间更短，所以煤喷射量增加，从而可以使用挥发性较低的煤或还可使用挥发性较低的石油焦。
在DE 198 00 873 C2中描述了ERC的起催化作用的添加剂，后面称为ERC添加剂。它用作包含有机酸和/或无机酸的铈盐和铁盐的水溶液，同时pH值小于7，并可包含湿润剂和/或中和剂。请参考上述专利说明书中给出的催化剂溶液的组成和浓度及应用领域。
根据该专利文献，已知催化剂溶液用于含碳燃料在燃烧和/或烘干操作和/或热过程中减少污染物的排放，并可在燃烧前添加到固体燃料，如煤，木材，生物燃料，废油和重油中，以及添加到其它液体燃料或供给的空气中。还在鼓风炉过程中关于鼓风口提及了减少污染物的作用。没有描述燃料的配制方式。
发明内容
本发明的目的在于提供配制燃料，特别是用于生铁生产的煤粉的方法和装置，所述方法和装置可特别简单有效地节省焦炭，并增加喷射煤部分和利用较低等级的煤焦或石油焦。
本发明提出了一种用催化剂配制燃料的方法，所述催化剂降低点火温度或在恒定温度时提高燃料燃烧速率，其特征在于，所述催化剂在将燃料研磨成细燃料或粉状燃料时供应给燃料颗粒并施加到燃料颗粒上，使用的催化剂是一种包含有在pH值小于7的水溶液中作为有机酸盐和/或无机酸盐的铈和铁的溶液。
从方法的观点看，发明目的是这样实现的，即利用催化剂，该催化剂降低燃料的点火温度或在恒定的温度下提高燃烧速度，并且在把煤磨成或压碎成煤粉过程中，催化剂特别以催化剂溶液形式施加到煤颗粒上。这样配制的煤颗粒或煤粉可直接供给鼓风炉的鼓风口，同时将在鼓风预热器中加热到约1250℃的热风或将氧气供给鼓风炉的鼓风口，或供给料仓进行中间存储。
根据本发明方法的一个特别的优点是可在鼓风口内用较低的氧过剩燃烧配制的煤粉，这样减少了氮的氧化物的形成。
可在滚子研磨机中用催化剂溶液，特别是用ERC添加剂特别有利地进行配制煤粉，原煤或石油焦在该研磨机中经受研磨和干燥处理，被研磨成煤粉并借助流体，特别是热气体供给位于研磨腔上方的分选器。
可取的是催化剂添加剂作为水溶液以5到30℃的温度喷射或喷淋到研磨分选腔内，并且所述腔内的温度低于沸点温度或分解温度。
本发明还提出了一种实施上述方法的装置，即用催化剂配制燃料的装置，所述催化剂降低点火温度或在恒定温度时提高燃料燃烧速率，其特征在于，有一个用于将作为燃料的原煤或焦炭研磨成细煤或煤粉的滚子研磨机，该研磨机带有在研磨台上滚动的多个研磨滚子和一个集成的分选器，一个研磨机外壳，一个研磨-分选腔和一个原煤供应装置，以及一个细煤或煤粉排放出口和至少一个布置在研磨一分选腔内的装置，通过该装置在研磨和分选过程中向煤颗粒供应催化剂，将催化剂施加到煤颗粒上。
从而设备的观点已经发现，向磨机、特别是向滚子研磨机，例如LOESCHE风扫滚子研磨机内喷射ERC添加剂可特别有效地配制压碎的燃料颗粒。假定LOESCHE扫气滚子研磨机内的压碎材料-流体流和至少一个喷淋装置及喷淋嘴的方向的相应布置一起，帮助湿润和/或渗透煤或焦炭颗粒。由于压碎过程，煤表面明显增加，这在反应表面上产生了高得多的覆盖密度，而且暴露的孔可更好地湿润或浸润。
一个特别的优点是，对于ERC添加剂，可以使用滚子研磨机中本身已知的喷射装置。该装置可位于研磨滚子上方，或者位于两个彼此面对的研磨滚子之间，或者处于约120°的角度。喷淋角α可在10到70°之间，最好是约在60到70°之前，并可粗略地垂直于或沿研磨滚子或分选器的方向进行定向。有利的是在研磨外壳内布置两个装置，喷淋方向和喷淋角相同或不同。
从根本上讲，在研磨机的研磨腔和分选器内，装置可以任何可想象的喷淋角布置。至少一个装置或喷嘴应该以这样的方式定位，即已经位于建立在研磨盘或研磨钵上的研磨床上，在那里定量输入催化剂液体和配制的煤或焦炭磨料。当喷淋装置与过大材料漏斗处于同一水平面时，最好选择与漏斗相切的鼓风方向或喷射方向，以便向分选器喷射以螺旋形运动的液-固颗粒雾。这避免了用催化剂湿润过大材料漏斗壁，并避免结块现象，特别是在相应的高喷射压力时在所述壁上会发生这些情况。
适当的是把ERC添加剂的供给作为待研磨煤，其供给数量和液体速度的函数进行控制。例如存储在容器中的ERC添加剂通过供给管路供给，并且在喷射之前，通过添加水以在各种情况下必须的浓度配制溶液。可通过压缩空气进行喷射，适当的压力约为2到10巴。
除了通过以较便宜的煤焦或石油焦代替更贵的焦炭或煤来降低焦炭消耗以及在生产生铁时降低最终的成本这些优点外，还减少了灰尘排放并提高了生铁质量。可以减少燃烧空气或氧气，这样就减少了氮的氧化物的形成。较便宜和较贵煤的不同之处特别在于它们的挥发性物质比例和它们的灰分含量方面。较便宜煤的挥发性物质含量较低，通常少于25到30％，并且灰分含量高，通常高于7到8％。降低灰尘排放，即降低未燃烧烟灰的排放，导致能量损失降低并导致较低的与清洗鼓风炉气体相关的成本，因为去除烟灰需要相当多的技术和能量花费。烟灰排放的减少表明喷射煤量的最终燃烧质量并从而表明了使用的催化剂效率。
附图说明
下面参考所附示意图更详细地描述本发明，其中：
图1为穿过带有喷淋装置的风扫滚子研磨机的部分纵剖面。
图2为带有两个喷淋装置的风扫滚子研磨机的示意性示图。
图3到图5为穿过带有四个、三个和两个研磨滚子，并且在每种情况下都带有两个喷淋装置的风扫滚子研磨机的横截面。
具体实施方式
图1详细示出了风扫滚子研磨机2。其中仅示出了一个的研磨滚子4在研磨台3上滚动。在研磨台3的圆周上提供了一个叶片或百叶窗环5，热气体13借助环5以由叶片倾角预定的涡流流入研磨和分选腔12，并以磨料-流体流6向分选器7供应被研磨滚子4压碎的磨料。没有充分压碎的材料通过过大材料漏斗8落回到研磨台3上并被进一步压碎。细粒、即完成的产品9通过未示出的细粒排放出口从分选器7中出来并供应给未示出的竖式炉的未示出的鼓风口或供应给作为中间存储装置的未示出的料仓。
用装置10对上升的磨料-流体流6的煤粒进行配制，装置10构造成向研磨-分选腔喷淋或喷射催化剂溶液以改善燃烧，尤其是喷射ERC添加剂。这些装置10可位于研磨滚子4的上方和/或与研磨滚子4处于同一水平面，特别是稍稍高于研磨台3或研磨台的边缘，并特别可固定在磨机外壳11上。至少喷淋装置10之一应该指向研磨台3，并准备在研磨台3上建立研磨床。共用的供应管路18可供应催化剂溶液。
装置10基本上与喷水装置对应，在LOESCHE风扫滚子研磨机中用于降低磨料的温度或出于安全上的考虑。有利的是所述已知的喷水装置可用于喷射ERC添加剂。
借助装置10喷射的ERC添加剂的温度可低于95℃。喷射是通过压缩空气14进行的，压缩空气以2到10巴的压力供应给装置10。上部基本水平方向的喷淋装置10的喷淋角α最好在60°和70°之间，而下部的喷淋装置10的喷淋角取决于喷淋口的倾角。
特别有利的是让喷淋装置10与过大材料漏斗8的下部处于同一水平，因为这会导致充分配制上升或上扫磨料-流体流6的磨料颗粒。在图1中还有一个与研磨滚子4处于同一水平面的喷淋装置10。该装置特别用于配制研磨台3上的磨料和被离心到研磨台3边缘上的磨料颗粒。此外，热气体13带起喷淋的催化剂溶液，这样磨料颗粒可在向上的磨料-流体流6中被湿润或浸润。
图2非常概略地示出了风扫滚子研磨机2，该研磨机备有两个位于研磨滚子4上方的喷淋装置10，其中只示出了一个研磨滚子4。喷淋装置10固定在研磨机外壳11上并通过供给管路15与未示出的泵组相连。ERC添加剂贮存在未示出的油箱内，并在供应给泵组之前以规定的比例用水稀释。关闭件16和电磁阀17允许根据添加的煤量和热气体的速度控制配量。
在未示出的研磨台正上方还有一个喷淋装置10，其喷嘴的方向为使得通过用催化剂液体湿润研磨床。
图3是穿过滚子研磨机2的横截面，其中研磨机2带有四个研磨滚子4和两个喷淋装置10。喷淋装置10在每种情况下基本位于两个研磨滚子4的中间并彼此面对，其方向为使得喷淋角α(参考图1和2)的角平分线形成割线，从而在两个研磨滚子4之间的空间中并在研磨机中心中配制磨料一流体流的煤颗粒。
喷淋装置10可适当地这样定位，即存在喷淋角的切向方向。这样，研磨滚子区域和过大材料漏斗外壳(未示出)都不会被湿润或者仅被非常有限地湿润，所以不会发生结块现象。切向的喷淋装置10以虚线示出，并且可以除了基本径向定位的喷淋装置10以外另外布置，或替代径向的喷淋装置并处于不同的高度上。
图4示出了带有三个研磨滚子4和两个喷淋装置10的风扫滚子研磨机2。喷淋装置10偏心地布置在研磨滚子4之间的三个中间空间中的两个空间内并向中间空间喷淋ERC添加剂，方向为基本平行于两个研磨滚子4之一的内侧面并向研磨机中心方向。
根据图5的滚子研磨机2具有两个研磨滚子4和两个喷淋装置10，两个喷淋装置彼此面对，但偏心布置在两个研磨滚子4之间。除图4和5的喷淋装置10以外或作为替代，还可以具有在图3中以虚线示出的切向喷淋装置10。
ERC可通过喷淋装置10用0.2到1升每吨煤的比例供给，其中稀释的比例约为1∶10。喷射以约2到10巴的压缩空气进行。喷淋角α可以是10°到70°，最好是60°到70°。
以约200米/秒的速度通过鼓风炉鼓风口供应配制的煤粉。已经发现，煤喷射之后的残余燃烧时间是4到5毫秒，ERC添加剂浓度约为百万分之30到50。
Claims (20)
1.用催化剂配制燃料的方法，所述催化剂降低点火温度或在恒定温度时提高燃料燃烧速率，其特征在于，所述催化剂在将燃料研磨成细燃料或粉状燃料时供应给燃料颗粒并施加到燃料颗粒上，使用的催化剂是一种包含有在pH值小于7的水溶液中作为有机酸盐和/或无机酸盐的铈和铁的溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
使用的燃料是原煤、焦炭或石油焦，这种燃料被研磨成粉状材料，在鼓风炉内制造生铁时该粉状材料在鼓风口内燃烧。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于
在研磨原煤的过程中将催化剂喷射到研磨—分选腔(12)内，并用催化剂配制煤颗粒。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于
原煤在带有在研磨台(3)上滚动的研磨滚子(4)的滚子研磨机(2)内被研磨，在研磨台(3)和/或研磨滚子(4)上方供应催化剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于
原煤在带有一个集成的分选器(7)和一个研磨—分选腔(12)的一个风扫滚子研磨机内经受研磨—干燥过程，催化剂以低于95℃的温度供应到研磨—分选腔(12)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于
催化剂以10°到70°的喷淋角α供应到研磨—分选腔(12)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于
催化剂水平并与过大材料漏斗(8)下部区域相切地喷淋到研磨—分选腔(12)内。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于
根据供应的原煤和流速控制催化剂的供应。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于
用压缩空气将催化剂喷射到研磨—分选腔(12)内，并且压缩空气是以2到10巴的压力供应的。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
催化剂是以0.2到1升每吨煤的比例供应的，稀释比例为1∶10。
11.用于实施权利要求1至10之一所述方法的用催化剂配制燃料的装置，所述催化剂降低点火温度或在恒定温度时提高燃料燃烧速率，其特征在于
有一个用于将作为燃料的原煤或焦炭研磨成细煤或煤粉的滚子研磨机(2)，该研磨机带有在研磨台(3)上滚动的多个研磨滚子(4)和一个集成的分选器(7)，一个研磨机外壳(11)，一个研磨—分选腔(12)和一个原煤供应装置，以及一个细煤或煤粉排放出口(9)和至少一个布置在研磨—分选腔(12)内的装置(10)，通过该装置(10)在研磨和分选过程中向煤颗粒供应催化剂，将催化剂施加到煤颗粒上。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于
该装置为喷淋装置(10)并位于研磨台(3)和/或研磨滚子(4)的上方。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于
喷淋装置(10)由向研磨—分选腔(12)内喷水的装置组成。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于
喷淋装置(10)的喷淋角α为10°到70°。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于
提供了两个喷淋装置(10)，在平面视图中，这两个喷淋装置在每种情况下都位于两个研磨滚子(4)之间。
16.根据权利要求15中所述的装置，其特征在于
喷淋装置(10)在两个相邻研磨滚子(4)之间中心或偏心地布置。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于
催化剂作为溶液借助泵组供应给喷淋装置(10)，并用2到10巴的压缩空气喷射或喷淋。
18.根据权利要求12所述的装置，其特征在于
喷淋装置(10)水平布置并在研磨滚子(4)的中间空间和研磨机中心的方向上这样定向，即基于滚子研磨机(2)的横截面，喷淋角α的角平分线形成割线。
19.根据权利要求12所述的装置，其特征在于
至少一个喷淋装置(10)指向研磨台(3)并指到建立起来的研磨床上。
20.根据权利要求12所述的装置，其特征在于
喷淋装置(10)的方向为与过大材料漏斗(8)相切。
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