CZ20033534A3 - Způsob a zařízení pro výrobu minerálních vláken - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká výroby minerálních vláken prostřednictvím spalování hořlavého materiálu v přítomnosti anorganického částicového materiálu a tím vytváření taveniny a s následným rozvlákněním této taveniny do tvaru vlákna.

Dosavadní stav techniky

Jsou-li vlákna tvořena skleněnými vlákny, je tavenina zpravidla vyráběna přidáváním anorganického částicového materiálu k lázni taveniny předem vytvořené v elektrické nebo jiné tavící vanové peci. To je vhodné s ohledem na chemické vlastnosti, fyzikální vlastnosti a ekonomickou stránku výroby skleněných vláken, která mají zpravidla hmotnostní chemické složení, skládající se z oxidů v množství nad 10 % Na₂O + K₂O, pod 3 % železa jako FeO, pod 20 % CaO + MgO, nad 50 % SiO₂ a pod 5 % A1₂O₃ a často také nějakého bóru. Avšak tento způsob není praktický ani hospodárný s ohledem na tavící teplotu, ostatní fyzikální vlastnosti a ekonomické parametry pro výrobu minerálních, nerostných nebo struskových vláken, zejména těch, která obsahují oxidy podle hmotnosti v množství pod 10 % Na₂O + K₂O, nad 20 % CaO + MgO, nad 3 % železa jako FeO a pod 50 % SiO₂ a často nad 10 % A1₂O₃ a obvykle bór v nanejvýše bezvýznamném malém množství.

Normální způsob výroby taveniny pro strusková, nerostná nebo minerální vlákna probíhá v šachtové peci, ve které je vytvořen samonosný sloupec anorganického částicového materiálu, který je zahříván spalováním hořlavého materiálu v peci. Sloupec se postupně roztavuje a svrchu je k němu doplňováno palivo, přičemž tavenina protéká dolů sloupcem a vytéká ven z nístěje pece. Obvyklou pecí pro tento účel je kuplovna.

Je nezbytné, aby byl sloupec samonosný a propustný pro spalovací plyny, které jsou zpravidla vytvořeny hořením uhlíkových materiálů ve sloupci. Je proto nezbytné, aby všechno ve sloupci bylo relativně hrubé a neopracované (aby byl sloupec propustný) a mělo vysokou fyzikální mez pevnosti a nezhroutilo se, dokud se spalování nebo tavení dostatečně nerozvine. V • · · ·

praxi to znamená, že uhlíkovým materiálem je koks a částicovým materiálem je buď hrubá nerostná, minerální nebo strusková drť nebo je ve formě briket vytvořených z jemného částicového materiálu.

Proto, jestliže materiál, který je k dispozici, je dostupný pouze v jemně rozmělněném stavu, je nezbytné vynaložit dodatečné náklady na vytvarování materiálu do briket. Při briketování se jako pojivo obvykle používají materiály obsahující síru, jako je portlandský cement se sádrou a to znamená, že vytékající tavenina může snadno mít vysoký obsah siry, který musí být upravován. Pokud není v procesu zařazeno dodatečné spalování, obsahují pak plyny zpravidla H2S a CO.

Pro tyto, a další důvody, je zpravidla nezbytné podrobit plyny odcházející z kuplovny přídavné spalovací operaci, aby plyny, které jsou vypouštěny do ovzduší, byly pro okolní prostředí přijatelné. Bylo by však žádoucí, aby bylo možno vyhnout se potřebě používat dodatečné spalování.

Kuplovna nebo jiný šachtový pecní systém má také nevýhodu v tom, že podmínky v peci mají tendenci vždy vyvolávat redukci, která převádí část železa na kovové železo. To vede nutně k vylučování kovového železa z taveniny, snižuje výrobu vlny, vede ke vzniku železného odpadu a také má sklon vyvolávat nebezpečí koroze v oblastech obsahujících železo a strusku.

Další nevýhodou je to, že proces nemá dostatečně vysokou tepelnou účinnost.

Navzdory těmto nevýhodám, je po celém světě proces používající kuplovny nebo jiné šachtové pece široce využíván např. pro výrobu minerálních, nerostných nebo struskových a podobných vláken, která mají shora uvedené složení.

Přesto však by bylo nepochybně žádoucí, a bylo to požadováno po dlouhou dobu, navrhnout systém, který by neměl některé nebo všechny tyto nevýhody. Tudíž je cílem vynálezu vytvořit systém, který má vysokou tepelnou účinnost a který poskytuje z hlediska životního prostředí přijatelný odpad, výhodně bez použití dodatečného spalování nebo dalšího zvláštního • · • · ·· e procesu, zajišťujícího neutralizaci znečištěného odpadu. Je také žádoucí, aby systém neměl za následek redukci železa a nevyžadoval briketování.

Téměř před dvaceti lety navrhoval patent US 4 365 984 výrobu struskových, nerostných nebo minerálních vláken pomocí naprosto odlišného procesu. Tento způsob zahrnuje rozptýlení prachového uhlí v předehřátém spalovacím vzduchu a hoření vznášejícího se uhlí v přítomnosti vznášejících se částic minerálního materiálu v cirkulační spalovací komoře, tj, spalovací komoře, ve které rozptýlené částicové materiály a vzduch cirkulují v zařízení, které je cyklónovou cirkulační soustavou nebo sejí blíží.

Výsledkem tohoto procesu je vytváření minerální taveniny a horkých spalin. Tavenina je soustřeďována v jímce a proud taveniny je pak rozvlákňován pomocí odstředivého rozvlákňovacího zařízení. Horké spaliny jsou využívány pro předehřívání spalovacího vzduchu formou tepelné výměny mezi vzduchem a spalinami, a to předtím, než je tento vzduch smíchán s uhlím. V tomto postupu má spalovací vzduch, který je smíšený s uhlím a částicovým materiálem teplotu mezi 430 a 650°C a teplota plamene v peci je mezi 1500 a 1900°C. Výhodně jsou některé nebo všechny anorganické částicové materiály používány jako součást rozptýleného uhlí, jako důsledek použití uhelného odpadu pocházejícího z cyklu praní jemného uhlí.

Třebaže by tento proces teoreticky mohl být uskutečnitelný a mohl by se vyhnout potřebě briketování a mohl by pravděpodobně odstranit riziko redukování železa, je postup podle tohoto popisu zřetelně náchylný k významnějším problémům ve vztahu k životnímu prostředí a vykazuje nízkou účinnost. Proto tedy v praxi tento postup není ani z hlediska hospodárnosti ani z hlediska životního prostředí schopný konkurovat tradičním procesům využívajícím šachtovou pec a proto nebyla technologie cirkulační spalovací komory rozvinuta pro výrobu struskových nebo minerálních vláken. Je tomu tak navzdory skutečnosti, že v posledních dvaceti letech existují četné publikace popisující technologie cirkulační spalovací komory pro různé minerální produkty.

Jedním ze zvláštních problémů týkajících se emisí do životního prostředí, které pravděpodobně vznikají je, přítomnost ΝΟχ v e sp almách. Redukční prostředí v kuplovně sice • · • · · • ···!

přispívá k minimalizaci tohoto problému, ale bez redukčního prostředí a zvláště pak popisované oxidační prostředí, které by převládalo v cirkulační spalovací komoře, je při vysokých teplotách procesu náchylné způsobovat, že spaliny obsahují významné množství N0_x, což by mohlo tvořit z hlediska ochrany životního prostředí významný problém.

Bylo by vhodné, pokud by bylo možno zabránit těmto a dalším problémům vztahujícím se k životnímu prostředí, které jsou důsledkem procesů probíhajících ve spalovací komoře za neredukčních poměrů a vyvarovat se různých technických a ekonomických problémů, jakož i problémů v oblasti životního prostředí, souvisejících s kuplovnou a dalšími šachtovými pecemi.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu je vytvořen způsob výroby minerální taveniny, která může být použita na výrobu minerálních vláken a který zahrnuje rozptýlení práškového uhlíkového paliva v předehřátém spalovacím vzduchu a hoření rozptýleného uhlíkového paliva ve formě plamene, rozptýlení minerálního materiálu v plameni, který byl předehřátý alespoň na 700°C a tavení minerálního materiálu v cirkulační spalovací komoře, a tím vytváření minerální taveniny a horkých spalin, oddělování horkých spalin z taveniny a jímání taveniny;

přivedení spalin vznikajících při tavení do cyklónové předehřívací jednotky v podmínkách redukujících NOx k uskutečnění styku s částicovým. minerálním materiálem, kterým je tak předehříván a roztavován s cílem snížit obsah ΝΟχ ve spalinách s použitím částicového minerálního materiálu, který byl předehřátý na teplotu alespoň 700°C, a předehřívání spalovacího vzduchu pomocí výměny tepla mezi vzduchem a spalinami z cyklónové předehřívací jednotky.

Vynález zahrnuje popisovaný proces výroby taveniny, kde jímaná tavenina je pak ve formě proudu přiváděna k rozvlákňovacímu zařízení, obvykle typu odstředivého rozvlákňovacího zařízení a zde je pak rozvlákňována do tvaru vláken, která jsou pak odebírána, například jako rouno a převedena tradičním způsobem do vázaného nebo jiného výrobku z minerální vlny.

• · • · · • ···

Složení taveniny je zpravidla takové, že vlákna jsou takového typu, který je zpravidla popisován jako struskové, nerostné nebo minerální vlákno.

Vynález také zahrnuje způsob, ve kterém může být odebraná tavenina použita za nějakým zcela odlišným účelem, například pro výrobu odlévaných výrobků.

Vynález se vztahuje také na zařízení, které je používáno při výrobě taveniny, a to takové, které obsahuje prostředky pro vytváření plamene a pro přivádění částicového minerálního materiálu do plamene a cirkulační spalovací komoru pro tento proces a recirkulační soustavu, včetně cyklónové předehřívací jednotky.

Je docela dobře možné ovládat předmětný proces tak, aby to bylo hospodárné a výhodné z hlediska životního prostředí ve srovnání s tradičními způsoby používajícími šachtové pece. Zejména je možné ovládat proces v ekonomickém smyslu tak, že poskytuje taveninu, která nemá snížený obsah železa, přičemž spaliny prakticky neobsahují ΝΟχ a další nežádoucí nečistoty, nebo které vyvolávají takovou úroveň znečištění, která je dostatečně nízká a je z hlediska životního prostředí přijatelná.

Podmínky pro snižování obsahu ΝΟχ jsou výhodně vytvořeny tím, že je do cyklónové předehřívací jednotky přiváděn dusíkatý materiál, který za podmínek převládajících v předehřívací jednotce zajišťuje snižování obsahu ΝΟχ. Dusíkatý materiál může být obsažen v horkých spalinách, které jsou přiváděny do předehřívací jednotky nebo může být přidáván přímo do předehřívací jednoty.

Dusíkatý materiál, který je dodáván do cyklónové předehřívací jednotky je výhodně amoniak nebo amonná sloučenina, amin nebo močovina, kde močovina může být volná nebo nejvýhodněji je tvořena pryskyřičnatým produktem, jako je například močovino-formaldehydová nebo močovino-fenol-formaldehydová pryskyřice. Je zvláště výhodné, když je snižování obsahu ΝΟχ zajišťováno pomocí částicového materiálu tvořeného pojeným odpadem minerální vlny, která je přiváděna do cyklónové předehřívací jednotky, kde pojená odpadní minerální vlna obsahuje močovinovou pryskyřici (obvykle fenol-močovinovou pryskyřici) a/nebo amoniak nebo • 0 ·· ··· • · • · · • 0·· amonnou sloučeninu (jako je například pufr pro pryskyřici v odpadní vlně). Takto lze podle vynálezu současně použít odpadní materiál a vytvářet vhodné podmínky pro podstatné snížení množství ΝΟχ ve spalinách a nahradit tyto oxidy dusíkem.

Množství amoniaku nebo derivátu amoniaku nebo jiné sloučeniny snižující obsah ΝΟχ je výhodně od 1 do 4 (výhodně od 1 do 2 nebo především 1 až 1,7) molů na mol ΝΟχ a reakce je výhodně prováděna při teplotě 800°C až 1050°C. Doba reakce je výhodně alespoň 0,3 sekundy a nej výhodněji alespoň 1 sekunda. Typicky toto může být doba, po kterou se částice minerálního materiálu nachází v cyklónové předehřívací jednotce a/nebo kanálu, do té doby, než jsou spaliny ochlazeny pod reakční teplotu, např. pod 800°C. Za těchto podmínek, výhodně v rozsahu teplot 800 až 1050°C, je v podstatě celý obsah ΝΟχ převeden na dusík, třebaže atmosféra v předehřívací jednotce je výhodně oxidační.

Takovýmto způsobem, podle dalšího výhodného znaku vynálezu prostředí plynů v cyklónové předehřívací jednotce vykazuje nadbytek kyslíku, výhodně v množství alespoň 1 % nebo 2 % a nej výhodněji alespoň 4 %, například až do 8 % hmotnostního obsahu plynné atmosféry. Navzdory oxidační povaze atmosféry, je ΝΟχ redukován přidaným amoniakem nebo další dusíkatou sloučeninou za podmínek definovaných pro předehřívací jednotku.

Předehřívací jednotka může takovýmto způsobem současně pracovat jako jednotka redukující obsah ΝΟχ a oxidační jednotka pro dodatečné spalování, která spaluje imise jako je sirovodík a kysličník uhelnatý z cirkulační spalovací komory.

Výhodně obsahují spaliny, které jsou odděleny od taveniny a které jsou pak přiváděny do cyklónové předehřívací jednotky, méně kyslíku, než jaký je obsah, který je přítomen v cyklónové předehřívací jednotce, a tak je výhodně vzduch nebo jiný zdroj kyslíku přiváděn ke spalinám buď v předehřívací jednotce nebo mezi oblastí taveniny a předehřívací jednotkou.

Výhodně probíhá hoření v cirkulační spalovací komoře blízko stechiometrických podmínek nebo dokonce při podstechiometrických podmínkách. V důsledku toho je množství

4 4 4 4 • 4 4 4 · · 4 4 • 4 44 4 »444

444 4 444 44444 ·« 4444 44 4

4» 44 44 4» 4

ΝΟχ vytvářených během spalování minimalizováno. Poměr kyslíku k hořlavému materiálu činí zpravidla od 0,8 do 1, nejvýhodněji od 0,85 do 0,99, často pak kolem 0,92 až 0,97.

Takto je v upřednostňovaném způsobu a zařízení podle vynálezu hoření uhlíkového částicového materiálu a tavení částicového minerálního materiálu prováděno za mírně podstechiometrických podmínek a spaliny vznikající při tomto postupu jsou pak mírně oxidační a spaliny jsou pak, v jediné operaci, současně vystaveny oxidaci po spálení a redukci ΝΟχ v cyklónové předehřívací jednotce.

Teplota spalin v okamžiku jejich oddělení od taveniny je výhodně v rozsahu od 1400 do 1700°C, často od 1500 do 1600°C. Teplota plynů vstupujících do cyklónové předehřívací jednotky je zpravidla v rozsahu od 1000 do 1500°C. Když, jak je běžné, je tato teplota menší než teplota plynů v okamžiku, když tyto opouští taveninu, může být snížení teploty dosaženo pomocí zřeďování vzduchem a/nebo kapalným amoniakem. Poměr množství přiváděných spalin a částicového minerálního materiálu by měl být takový, aby minerální materiál byl v cyklónové předehřívací jednotce předehřát na požadovanou teplotu, zpravidla 700° nebo 800 až 1050°C.

Spaliny z cyklónové předehřívací jednotky jsou používány pro předehřívání spalovacího vzduchu pro spalování uhlíkového materiálu, přičemž obvykle mají tyto plyny při výstupu z cyklónového předehřívače teplotu v rozsahu od 800 do 900°C. Tyto plyny jsou výhodně používány pro výměnu tepla s přicházejícím spalovacím vzduchem tak, aby byl tento vzduch předehříván na teplotu alespoň 500°C a výhodně na teplotu 600 až 900 a nejvýhodněji na teplotu kolem 700 až 800°C.

Uhlíkovým materiálem, který je používán jako palivo, může být jakýkoliv částicový uhlíkový materiál, který má vhodnou výhřevnost. Tato hodnota může být relativně nízká, například jako je výhřevnost 10000 kJ/kg nebo dokonce jen 5000 kJ/kg. Takto může být jako uhlíkový materiál použit například vysušený splaškový kal nebo papírový odpad. Výhodně má však mít uhlíkový materiál vyšší výhřevnost a může jím být upotřebená vložka kelímku z výroby hliníku, odpad obsahující uhlí jako je uhelná hlušina nebo práškové uhlí.

4* *·44

4 · ·

4444

Palivo a vzduch jsou výhodně takové, aby adiabatická teplota plamene (t.j. teplota, která by mohla být dosažena z paliva a vzduchu za předpokladu, že nedochází k žádné výměně entalpie s částicovým minerálním materiálem nebo dalším okolní prostředím) se pohybovala v rozsahu 1800°C až 2500°C nebo více, výhodně v rozsahu od 2000 do 2500°C.

Je žádoucí, pro spuštění spalování uhlíkového materiálu v předehřátém vzduchu před přidáváním předehřátého částicového materiálu do plamene pro dosažení relativně vysoké teploty plamene, přidávat částicový minerální materiál před chladičem, protože jinak může být účinnost procesu významně snížena. Výhodně je teplota plamene před přidáním předehřátého minerálního materiálu alespoň okolo 1000°C a výhodně alespoň 1200°C. Avšak jestliže je teplota plamene příliš vysoká, bude docházet ke zvýšené produkci ΝΟχ a tak je výhodné, jestliže teplota plamene v době, kdy je přidáván částicový minerální materiál nepřesahuje 1500°C nebo 1600°C.

Obvykle jsou materiály a podmínky výhodně voleny tak, aby maximální teplota v cirkulační spalovací komoře a v plynech z ní vystupujících nebyla větší než 1600°C.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále popsán s pomocí odkazů na přiložené výkresy, na kterých obrázek 1 znázorňuje postupový diagram ukazující jednu formu zařízení a způsob podle vynálezu a obrázek 2 ilustruje schematické znázornění alternativního uspořádání, kde je nahrazena spalovací komora 25 a jímka 8 z obrázku 1.

Příklady provedení vynálezu

Práškové uhlí z podávacího šnekového dopravníku 1 nebo jiného podávacího zařízení je vstřikováno do předehřátého spalovacího vzduchu přiváděného potrubím 2 s využitím injektoru

3.

Práškové uhlí na podávacím šnekovém dopravníku 1 může být uhelná jemná frakce, ale výhodně je tvořeno nějakým podílem, obvykle alespoň 50 % a výhodně alespoň 80 % a zpravidla stoprocentním podílem uhlí, které je získáno mletím kusového uhlí, například s použitím kulového mlýna 4, kam může být kusové uhlí dodáváno ze zásobníku 5. Uhlí, jestliže je dodáno jako jemná frakce nebo kusy, může být uhlím dobré kvality nebo se může jednat o uhelný odpad vykazující vysoký obsah anorganických látek, například v množství 5 až 50 % anorganických látek vzhledem k obsahu uhlíku. Výhodně je vhodné uhlí tvořeno převážně nebo zcela uhlím dobré kvality, například kamenným uhlím nebo subbituminózním uhlím (dle normy ASTM D388 1984) a obsahuje těkavé látky, které podporují vzplanutí.

Uhlí nebo jiný uhlíkový drobný materiál, který je vstřikován do předehřátého spalovacího vzduchu má výhodně velikost částeček v rozsahu od 50 do 1000 pm, výhodně okolo 50 - 200, zpravidla průměrnou velikost okolo 70 pm, přičemž 90 % materiálu má velikost pod 100 pm.

Předehřátý spalovací vzduch má výhodně teplotu od 500 do 800°C, nejvýhodněji 700°C v době, kdy přichází do styku s práškovým uhlím.

Výsledný proud uhlí rozptýleného ve vzduchu postupuje kanálem 24 zpravidla rychlostí 20 - 40 m/s a vstupuje do cirkulační spalovací komory 25. Ve vhodných místech může být upraven jeden nebo více plynových hořáků 6, například jak je znázorněno v blokovém schématu a/nebo mohou být hořáky 6 umístěny také v kanálu 24, pro spuštění spalování již v tomto prostoru, jestliže je to nezbytné.

Částicový anorganický materiál je dodáván podavačem 7 do proudu prachového uhlí suspendovaného ve vzduchu v kanálu 24.

Tlak ve spalovací komoře 25 je obvykle vyšší než tlak v cyklónu 22, a tak je nezbytné, aby byl podavač 7 konstruován tak, že zabezpečí, aby pevné látky proudily dolů proti zvýšenému tlaku. Například může být podavač 7 tvořen šnekovým podavačem, který vytlačuje proud přes zátěžový tlakový ventil nebo může obsahovat fluidní ventil.

• · · ·· ···· «· · • · · · ·· β ··« • · · ·· · ···· • · · · · · ··· ···· ··· · · · · · · · • · · · · * · a · a a a

Je nezbytné zajistit, aby spalování uhlí bylo iniciováno před tím, než je přiveden částicový anorganický materiál, protože jinak může nastat špatné a nedostatečné hoření. V praxi je teplota plamene v místě, kde je částicový materiál přiváděn do plamene, obecně alespoň 1200°C a výhodně ne více než 1500°C .

Částicový anorganický materiál je obvykle přiváděn do plamene poměrně blízko u cirkulační spalovací komory 25. V praxi je proto podavač 7 obvykle ukončen blízko u vstupu do komory 25 a dokonce může ústit přímo do této komory 25.

Pro založení plamene není podstatné použití horizontálního kanálu 24, protože je možné, prostřednictvím vhodného rozložení vstupů do komory, vstřikovat uhlí a předehřátý vzduch přímo do komory. Je také možné přivádět částicový materiál přímo do komory v takovém místě, aby teplota plamene byla dostatečně vysoká před tím, než dojde ke styku plamene s minerálním částicovým materiálem.

Cirkulační spalovací komora 25 je takového typu, který je často označován jako cyklónové ohniště. Výhodně je toto ohniště chlazeno vodou. Konstrukce vhodných cyklónových ohnišť jsou popisované v různých patentech počínaje US 3 855 951 a dále US patenty 4 135 904, 4 553 997, 4 544 394, 4 957 527, 5 114 122 a 5 494 863.

Uvnitř cirkulační spalovací komory 25, probíhá hoření částicového uhlí a částicový minerální materiál je převáděn na taveninu, potom co je rozptýlen ve vzduchu. Tavenina a částicový materiál jsou vrhány na stěny komory a stékají dolů komorou, a to převážně ve formě taveniny.

Cirkulační komora 25 může být vytvořena jako horizontální nebo nakloněný cyklón, ale často je vertikální. Tento cyklon může přecházet dolů do jímky pro sbírání taveniny. Výhodně se komora otevírá přímo do jímky bez toho, že by procházela kuželovým nebo jinak vymezeným výstupním kanálem takového typu, jaký je obvyklý v mnoha systémech, protože kuželový kanál jako výstup nemá žádnou výhodu a překáží výtoku ze spodku komory.

• 0 0 0 ···· ·· · • 0 · · · 0 0 0 • · 0 0 · 0 0 0 0 * 000 · 0 0 0 00···

000 00 00 · 0

Jímka může být ve spodku komory (například jak je popsáno v US 4 553 997) nebo může být tvořena jímkou 8 o podstatně zvětšeném objemu, jak je znázorněno na obrázku 1. Jímka 8 by měla mít dostatečný objem pro plyny umožňující srážení kapek taveniny ze spalin a dostatečný objem pro taveninu, zajišťující rozpuštění částic, které mohou být jen částečně roztaveny a také pro homogenizaci taveniny. Bude-li to pokládáno za nezbytné, mohou být použity plynové hořáky 6 nebo další prostředky pro přivedení dodatečné energie do jímky, například pro zvýšení teploty spalin, zvláště během rozbíhání tavícího procesu.

Tavenina je odváděna z jímky, pokud je to vhodné, přes žlab 9 ve formě proudu, který pak může být podroben tradičním způsobem rozvlákňování, například s použitím kaskádového spřádacího stroje nebo zvlákftovacího kalíšku nebo jakýmkoliv jiným tradičním odstředivým rozvlákňovacím procesem. Alternativně může být tavenina využívána nějakým jiným výrobním postupem, jako je například odlévací postup.

Spaliny zbavené taveniny jsou odebírány z cirkulační spalovací komory 25 nebo z jímky 8, do které obsah komory vytéká. Spaliny jsou odebírány přímo z této komory kanálem 10.

Většina nebo veškerý částicový materiál, který má být roztaven, je předehříván spalinami, zpravidla podáváním materiálu v částicové formě podavačem li do proudu spalin protékajícího kanálem 10 a výsledná suspenze v plynu je pak přiváděna do cyklónové předehřívací jednotky

22.

Velikost částicového minerálního materiálu, který je přiváděn do spalin podavačem 11 je výhodně v rozsahu 0 až 10 mm, obvykle 0 až 4 mm, nejvýhodněji 0 až 2 mm.

Průtoková rychlost spalin v místě, kde je k nim přiváděn částicový materiál, je zpravidla v rozsahu 10 až 40 m/s. Tato rychlost je vztažena k rozměru hlavní trubky, avšak rychlost může být dále zvýšena právě v místě přivádění materiálu pomocí vloženého difuzéru, jehož působením může rychlost dosáhnout hodnoty 100 m/s nebo dokonce vyšší. Částicový materiál může být přiváděn do spalin, když vstupují do cyklónové předehřívací jednotky nebo v cyklónové předehřívací jednotce.

Částicový materiál, který je přiváděn podavačem 11 je dodáván z násypných zásobníků 12 a 13, kde násypný zásobník 13 je zvláště významný, protože obsahuje odpadní částicový materiál, který obsahuje zdroj dusíku, jako je například pojená minerální vlna, kde pojivém je močovinová pryskyřice. Různé materiály z násypných zásobníků 12 a 13, s dodatečným drcením v kulovém mlýně nebo jiném mlýně, bude-li to nezbytné, jsou pak smíchány a přiváděny do zásobníku 14 a z něho pak jsou kontinuálně vypouštěny na podavač 11.

Spaliny v kanálu 10 přibližující se k podavači 14 se obvykle budou muset ochladit zředěním přidávaným vzduchem a/nebo amoniakem (neznázoměno) na teplotu 1200°C až 1500°C, vhodnou pro předehřívání částicového materiálu v cyklónu 22 na teplotu v rozsahu 700 až 1000°C, zpravidla však kolem 800°C.

Tyto spaliny obvykle opouští cyklón 22 při teplotě 800 až 1000°C, výhodně kolem 900°C. Při této teplotě bude docházet k výběrové nekatalytické redukci ΝΟχ převážně na dusík, jejímž výsledkem je, že spaliny z cyklónu 22, které odcházejí kanálem 15. budou mít uspokojivě nízký obsah ΝΟχ a výhodně budou v podstatě bez ΝΟχ.

Tyto spaliny pak procházejí tepelným výměníkem 16, ve kterém dochází k nepřímé výměně tepla se spalovacím vzduchem přicházejícím z ventilátoru 17 a tak je vytvářen požadovaný proud předehřátého spalovacího vzduchu v potrubí 2. Spaliny jsou vyfukovány ventilátorem 27 přes filtr 18 do komína 19.

V úpravě znázorněné schematicky na obrázku 2, jsou komora 25 a jímka 8 nahrazeny vodou chlazenou kuželovitou cyklónovou spalovací komorou 28, která má poměrně malou sběrnou zónu 29 uspořádanou u základny komory 28 a přecházející do regulovatelného žlabu 9, sloužícího pro vypouštění taveniny. Komora 28 je opatřena tangenciálním vstupem 30 do cyklónu pro přivádění prachového uhlí nebo jiného částicového paliva a předehřátého vzduchu přímo z injektoru 3 (v takovém případě probíhá hoření uvnitř cyklónu 28) nebo z kanálu 24 (v takovém případě bude hoření probíhat, alespoň zčásti, před příchodem směsi do vstupu 30). Podavač 7 dopravuje předehřátý anorganický částicový materiál jedním nebo několika vstupy 26 φφφφ «· · ··· φφ φ φ» φ φφφφ

ΦΦ φφφ φ φφφ φφφφ φφφφφ «φ ΦΦ ΦΦ a 27 umístěnými na cyklónové komoře 28 tak, že vytvořený plamen poskytuje postačující teplotu předtím, než dojde ke styku s anorganickým materiálem. Spaliny odcházejí z cyklónu výstupním kanálem 10.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby minerální taveniny, vyznačující se tím, že zahrnuje rozptýlení práškového uhlíkového paliva v předehřátém spalovacím vzduchu a hořem rozptýleného uhlíkového paliva formou plamene, rozptýlení Částicového minerálního materiálu, který byl předehřátý na alespoň 700°C v plameni a tavení minerálního materiálu v cirkulační spalovací komoře (25, 28) a tím vytvoření minerální taveniny a horkých spalin, oddělování horkých spalin od taveniny a jímání taveniny, styk spalin z taveniny v cyklónové předehřívací jednotce (22), za podmínek redukujících ΝΟχ, s částicovým minerálním materiálem, který má být roztaven a tím snižování obsahu ΝΟχ ve spalinách a předehřívání částicového materiálu alespoň na 700°C, a získání předehřátého spalovacího vzduchu prostřednictvím výměny tepla mezi vzduchem a spalinami, odcházejícími z cyklónové předehřívací jednotky (22).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje další operaci vedení proudu jímané taveniny k odstředivému rozvlákňovacímu zařízení a vytváření minerálního vlákna pomocí odstředivého rozvlákňování proudu taveniny.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo nároku 2, vyznačující se tím, že atmosféra v cyklónové předehřívací jednotce (22) obsahuje kyslík.
4. 4. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nároku, vyznačující se tím, že spalování probíhá za podstechiometrických podmínek.
5. 5. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nároku, vyznačující se tím, že redukce ΝΟχ je dosaženo v předehřívací jednotce (22) pomocí reakce s amoniakem nebo s jinou dusíkatou sloučeninou redukující ΝΟχ a to při teplotě od 700°C do 1050°C.
6. 6. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nároku, vyznačující se tím, že cirkulační spalovací komora je tvořena kuželovitou cyklóno vou spalovací komorou, která má axiální výstup * · · • · φ • · · · φ · · · · • · · «» φ pro spaliny ve svém vrcholu a přívod pro práškové palivo a předehřátý vzduch, a/nebo plamen, upravený v jiném, než radiálním směru ve v řeholu c yklónu a d ále v ývod p ro t aveninu n a s vé základně.
7. 7. Způsob podle kteréhokoliv předcházejícího nároku, vyznačující se tím, že předehřátý částicový minerální materiál se přivádí přímo do spalovací komory a je rozptylován do plamene ve spalovací komoře.
8. 8. Zařízení vhodné pro provádění způsobu podle kteréhokoliv předcházejícího nároku, vyznačující se tím, že obsahuje prostředky (1, 2, 3, 24, 30) pro rozptýlení práškového uhlíkového paliva v předehřátém spalovacím vzduchu a hoření rozptýleného uhlíkového paliva formou plamene, prostředky (7, 26, 27) pro rozptýlení částicového minerálního materiálu, který byl plamenem předehřátý alespoň na 700°C, cirkulační spalovací komoru (25, 28), ve které probíhá v plameni tavení částicového materiálu, a tím vzniká minerální tavenina a horké spaliny, prostředky (8,28, 9, 10) pro oddělování horkých spalin od taveniny a pro jímání taveniny, prostředky (11, 22) pro styk spalin odcházejících z taveniny v cyklóno vé předehřívací jednotce (22), za podmínek redukujících obsah ΝΟχ, s částicovým minerálním materiálem, který je taven s cílem snižování obsahu ΝΟχ ve spalinách a pro předehřívání částicového materiálu alespoň na 700°C, a prostředky (15, 16,2) pro zajištění předehřívání spalovacího vzduchu výměnou tepla mezi vzduchem a spalinami vycházejícími z cyklónové předehřívací jednotky (22).
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že dodatečně obsahuje odstředivé rozvlákňovací zařízení, upravené pro přijímání a rozvlákňování taveniny.