EA017911B1 - Способ и устройство для получения минерального расплава - Google Patents
Способ и устройство для получения минерального расплава Download PDFInfo
- Publication number
- EA017911B1 EA017911B1 EA201071125A EA201071125A EA017911B1 EA 017911 B1 EA017911 B1 EA 017911B1 EA 201071125 A EA201071125 A EA 201071125A EA 201071125 A EA201071125 A EA 201071125A EA 017911 B1 EA017911 B1 EA 017911B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- mineral material
- mineral
- combustion
- preheating
- exhaust gases
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/12—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in shaft furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B3/00—Charging the melting furnaces
- C03B3/02—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet
- C03B3/023—Preheating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B3/00—Charging the melting furnaces
- C03B3/02—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet
- C03B3/026—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet by charging the ingredients into a flame, through a burner or equivalent heating means used to heat the melting furnace
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
- F23C3/006—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion
- F23C3/008—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion for pulverulent fuel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройству и способу получения минерального расплава, причем способ включает стадии, на которых готовят циркуляционную камеру (1) сгорания; вводят топливо, предварительно нагретый минеральный материал и газ для поддержания горения в циркуляционную камеру (1) сгорания; сжигают топливо в циркуляционной камере (1) сгорания, тем самым расплавляют минеральный материал с образованием минерального расплава и генерированием отходящих газов; отделяют отходящие газы от минерального расплава, собирают минеральный расплав (9) и пропускают отходящие газы (10) в систему теплообмена, причем способ отличается тем, что минеральный материал включает первый минеральный материал и второй минеральный материал, причем первый минеральный материал имеет более высокую температуру спекания, чем второй минеральный материал, и первый и второй минеральные материалы подают в систему теплообмена по отдельности, в которой первый минеральный материал предварительно нагревают путем контакта с отходящими газами, и затем второй минеральный материал предварительно нагревают путем контакта с отходящими газами и предварительно нагретым первым минеральным материалом.
Description
Настоящее изобретение относится к получению минерального расплава путем сжигания горючего материала в присутствии неорганического дисперсного материала и тем самым формирования расплава. Изобретение в особенности ориентировано на использование перерабатываемых отходов минеральных материалов. Расплав затем может быть преобразован в волокна для получения минеральных волокон или применен в других производственных процессах.
Уровень техники
Обычный путь получения расплава для волокон из шлака, камня или скальной породы традиционно состоял в применении шахтной печи, в которой самоподдерживающийся штабель из неорганического дисперсного материала нагревают сжиганием горючего материала в топке. Штабель постепенно расплавляется и пополняется сверху, причем расплав стекает вниз через штабель и выходит из донной части печи. Обычной печью для этой цели является вагранка.
Необходимо, чтобы штабель был самоподдерживающимся и проницаемым для газообразных продуктов горения, которые в основном образуются при сгорании углеродсодержащего материала в штабеле. Поэтому необходимо, чтобы штабель в любом месте был относительно крупнозернистым (чтобы этот штабель был проницаемым) и имел высокую физическую прочность и не оседал при горении или эффективно протекающем расплавлении. На практике это означает, что углеродсодержащий материал представляет собой кокс, и дисперсный материал представляет собой одно из грубо размолотых скальной породы, камня или шлака.
Если используют тонкодисперсные частицы минерального материала, такого как отходы минеральной ваты, то приходится идти на дополнительные расходы и испытывать неудобства при формовании его в брикеты. Для брикетирования обычно применяют серосодержащие материалы в качестве связующего средства, такие как портландцемент с гипсом, и это значит, что выходящий поток весьма вероятно будет иметь высокое содержание серы, которую нужно удалять.
Вагранка или другая система шахтной печи также имеет тот недостаток, что в печи всегда имеется тенденция к созданию в значительной степени восстановительных условий, так что часть железа восстанавливается до металлического железа. Это обусловливает необходимость отделения металлического железа от расплава, сокращает уровень производства минеральной ваты, ведет к образованию железных отходов и также склонно создавать опасность коррозии в секции, содержащей железо и шлак.
Еще один недостаток заключается в том, что процесс не имеет высокого термического коэффициента полезного действия.
Несмотря на эти недостатки, способ с использованием вагранки или другой шахтной печи стал широко распространенным во всем мире для изготовления волокон из скальной породы, камня или шлака.
Альтернативная и совершенно иная система для получения минерального расплава, которая устраняет или уменьшает недостатки системы вагранки, представлена в ранней патентной публикации \УО 03/002469, принадлежащей авторам настоящего изобретения. Эта система включает суспендирование измельченного в порошок угля или другого топлива в предварительно нагретом воздухе для поддержания горения и сжигание суспендированного топлива в присутствии суспендированного дисперсного минерального материала в циркуляционной камере сгорания, то есть в камере сгорания, в которой суспендированные дисперсные материалы и воздух циркулируют в системе, которая представляет собой циклонную циркуляционную систему или подобна таковой. Обычно это называют циклонной печью.
Суспензию угля в предварительно нагретом воздухе и дисперсный минеральный материал вводят через верхнюю часть или вблизи верхней части камеры сгорания. Внутри камеры сгорания происходит горение дисперсного угля и дисперсный материал превращается в расплав. Расплав и дисперсный материал, который еще не расплавился, отбрасываются на стенки камеры циркулирующими газами и будут стекать вниз по камере. Расплав собирается в отстойном резервуаре в донной части камеры.
Для повышения эффективности использования энергии в циклонной печи в патентном документе \УО 03/002469 отходящие газы, которые покидают циркуляционную камеру при температуре в диапазоне от 1400 до 1700°С, используют для предварительного нагревания дисперсного материала. В патентном документе \¥О 03/002469 указано, что отходящие газы охлаждают до температуры от 1000 до 1500°С и затем смешивают с минеральным материалом для предварительного нагревания его до температуры от 700 до 1050°С.
Патентные документы ЕР-А-1889876 и \УО 2008/019780 также раскрывают циклонную систему.
Циклонная печь имеет существенные преимущества перед вагранкой или другими шахтными печами. В отношении топлива она исключает необходимость в брикетировании тонкодисперсных частиц, и может быть использовано широкое многообразие топлив, включающих, например, пластмассы. Использование циклонной плавильной печи устраняет риск восстановления рудных материалов до железа и выделяет отходящие газы, которые являются экологически приемлемыми. Гибкость в отношении производительности расплавления является гораздо лучшей, чем в вагранке, и это значит, что производство может быть без труда и быстро переведено, например, с 40%-ного режима на 100% общей производительности так, что время, затрачиваемое на изменение режима, значительно сокращается. Более того, рас
- 1 017911 плавление в циклонной печи происходит гораздо быстрее, чем в случае вагранки, и занимает время порядка минут, но не порядка часов.
Таким образом, применение системы циклонной плавильной печи является экономически выгодным и экологически желательным, и система, раскрытая в патентном документе АО 03/002469, работает хорошо. Однако есть возможности усовершенствования способа.
В патентном документе АО 03/002469 минеральный материал предпочтительно включает неопределенную долю отходов минеральной ваты со связующим средством. В общем выгодно иметь возможность повторного использования материала отходов. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что, когда в системе согласно патентному документу АО 03/002469 используют минеральную вату со связующим средством, минеральный материал проявляет склонность к утрате своих характеристик сыпучести свободных частиц и начинает слипаться. Это в особенности проявляется, когда применяют значительное количество отходов минеральной ваты, такое как 5% или более от общего количества минерального материала.
Утрата характеристик сыпучести свободных частиц минерального материала препятствует эффективному течению минерального материала и газов в системе теплообмена и даже может приводить к его закупориванию. Она также сокращает эффективность сгорания в циркуляционной камере сгорания, поскольку большее количество энергии требуется для расплавления более крупных агломератов минерального материала, чем это нужно для расплавления более тонкодисперсных частиц.
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа получения минеральной ваты, который может быть применен для повторного использования отходов минерального материала, в то же время с сохранением характеристик текучести минерального материала и достижением высокого уровня энергетического коэффициента полезного действия.
Патентный документ И8 5006141 описывает способ получения стекла с использованием теплоты сгорания для расплавления материала для производства стекла в печи для изготовления стекла. Применяемая печь не является печью с циркуляционной камерой сгорания. Для получения расплава используют два сырьевых материала, один из которых представляет собой сырьевую шихту, а другой представляет собой стеклобой. Стеклобой предварительно нагревают раньше сырьевой шихты. Нет никаких указаний на то, что сырьевая шихта имеет более низкую температуру спекания, чем стеклобой. Стеклобой предварительно нагревают до температуры около 650°С (1200°Р) и сырьевую шихту предварительно нагревают до температуры около 250°С (490°Р).
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту настоящее изобретение представляет способ получения минерального расплава, причем способ включает стадии, на которых готовят циркуляционную камеру сгорания;
вводят в циркуляционную камеру сгорания топливо, предварительно нагретый минеральный материал и газ для поддержания горения;
сжигают топливо в циркуляционной камере сгорания, тем самым расплавляют минеральный материал с образованием минерального расплава и генерированием отходящих газов;
отделяют отходящие газы от минерального расплава, собирают минеральный расплав и пропускают отходящие газы через систему теплообмена;
в котором минеральный материал включает первый минеральный материал и второй минеральный материал, причем первый минеральный материал имеет более высокую температуру спекания, чем второй минеральный материал; причем способ отличается тем, что первый и второй минеральные материалы вводят в систему теплообмена по отдельности, первый минеральный материал предварительно нагревают путем контактирования с отходящими газами и затем второй минеральный материал предварительно нагревают путем контактирования с отходящими газами и предварительно нагретым первым минеральным материалом.
Согласно второму аспекту настоящее изобретение представляет устройство, пригодное для исполнения способа согласно первому аспекту изобретения, включающее циркуляционную камеру сгорания, которая имеет впускной канал для топлива, впускной канал для смешанного минерального материала и впускной канал для газа для поддержания горения;
устройство для сбора минерального расплава и систему теплообмена, включающую первое циклонное устройство для предварительного нагревания;
первый трубопровод от циркуляционной камеры сгорания к первому циклонному устройству для предварительного нагревания для транспортирования отходящих газов;
трубопровод для первого минерального материала для транспортирования первого минерального материала в первый трубопровод;
впускной канал для второго минерального материала для введения второго минерального материала в первый трубопровод в точке, которая находится дальше от циркуляционной камеры сгорания, чем выпускной канал трубопровода для первого минерального материала; и
- 2 017911 трубопровод для смешанного минерального материала от первого циклонного устройства для предварительного нагревания к впускному каналу для смешанного минерального материала в циркуляционной камере сгорания.
Согласно третьему аспекту настоящее изобретение относится к способу получения минерального расплава, причем способ включает стадии, на которых готовят циркуляционную камеру сгорания;
вводят в циркуляционную камеру сгорания топливо, предварительно нагретый минеральный материал и газ для поддержания горения;
сжигают топливо в циркуляционной камере сгорания, тем самым расплавляют минеральный материал с образованием минерального расплава и генерированием отходящих газов;
отделяют отходящие газы от минерального расплава, собирают минеральный расплав и пропускают отходящие газы через систему теплообмена;
в котором минеральный материал включает первый минеральный материал, который представляет собой сырьевой минеральный материал, и второй минеральный материал, который представляет собой минеральную вату со связующим средством; причем способ отличается тем, что первый и второй минеральные материалы вводят в систему теплообмена по отдельности, первый минеральный материал предварительно нагревают путем контактирования с отходящими газами и затем второй минеральный материал предварительно нагревают путем контактирования с отходящими газами и предварительно нагретым первым минеральным материалом.
В изобретении является существенным, что минеральный материал включает два типа минерального материала, первый минеральный материал и второй минеральный материал. В первом аспекте является существенным, что первый минеральный материал имеет более высокую температуру спекания, чем второй минеральный материал. Как правило, первый минеральный материал является сырьевым или необработанным, и второй минеральный материал является обработанным. Согласно третьему аспекту изобретения, является существенным, что первый минеральный материал представляет собой сырьевой минеральный материал, и второй минеральный материал представляет собой минеральную вату со связующим средством.
Обработанный минеральный материал, такой как минеральные волокна, обычно имеет аморфные структуры и включает добавки, такие как органические или неорганические связующие средства. Обе этих характеристики в общем обусловливают более низкую температуру спекания, чем для сырьевых минеральных материалов, которые типично находятся в кристаллической форме.
Обработанный минеральный материал может представлять собой, например, минеральную вату, которая либо не удовлетворяет техническим условиям, для которых она была обработана, то есть отклоняется от технических условий, либо была в употреблении, например, в качестве строительного изоляционного материала. Такой материал обычно выбрасывают.
В настоящем изобретении обработанный минеральный материал может быть использован повторно, чем сокращается серьезная проблема захоронения на свалках и экономится энергия, и уменьшение загрязнения окружающей среды способствует ослаблению климатических изменений.
В патентном документе АО 03/002469 в способе получения минеральной ваты использовали ограниченные количества обработанного минерального материала, такого как минеральные волокна со связующим средством, и подвергали предварительному нагреванию как часть смеси с сырьевыми минеральными материалами. Однако вследствие более низкой температуры спекания обработанных минеральных материалов по сравнению с сырьевыми минеральными материалами обработанные минеральные материалы имеют склонность к размягчению или расплавлению в контакте с отходящими газами, и становятся липкими, тем самым ухудшая характеристики сыпучести всего количества минерального материала и приводя к возникновению многих вышеупомянутых проблем.
Температура спекания минерального материала представляет собой температуру, при которой частицы минерального материала начинают сплавляться и утрачивают свои характеристики сыпучести. Таким образом, эта проблема возникает всякий раз, когда используют два типа минеральных материалов, которые имеют различные температуры спекания.
Одним подходом во избежание ухудшения характеристик сыпучести минерального материала было бы охлаждение отходящих газов до уровня значительно ниже температуры спекания минерального материала с более низкой температурой размягчения. Однако процесс охлаждения неизбежно приводит к потере тепловой энергии, тем самым снижая энергетический коэффициент полезного действия системы. Для достижения высокой эффективности использования энергии в системе важно утилизировать тепловую энергию отходящих газов в максимально возможной степени. В дополнение, это серьезно ограничило бы максимальную температуру, достижимую для предварительно нагретого минерального материала, так как она была бы существенно ниже температуры охлажденных отходящих газов.
Настоящее изобретение разрешает эти проблемы подачей первого минерального материала отдельно от второго минерального материала и проведением предварительного нагревания в две стадии. Первая стадия представляет собой предварительное нагревание первого минерального материала контактированием его с отходящими газами. Вторая стадия включает предварительное нагревание второго минераль
- 3 017911 ного материала отходящими газами и предварительно нагретым первым минеральным материалом.
Таким образом, до того момента, когда отходящие газы достигают второго минерального материала, они уже являются погашенными (то есть охлажденными) своим контактом с первым минеральным материалом. Этим путем отходящие газы могут быть использованы для предварительного нагревания первого минерального материала при более высокой температуре, чем это возможно, когда первый и второй минеральные материалы смешаны, в то же время избегая размягчения или расплавления минерального материала, которые оказывают вредное влияние на характеристики сыпучести.
Постадийным нагреванием минерального материала на основании температуры спекания также можно подвергать минеральный материал предварительному нагреванию до более высокой общей температуры (в то же время избегая расплавления или размягчения), чем это возможно, когда минеральный материал нагревают в одну стадию. Это обусловливается тем, что отходящие газы с более высокой температурой могут быть использованы в первой стадии для предварительного нагревания первого минерального материала, так что общее количество тепловой энергии, которое может быть передано минеральному материалу в целом, является более высоким, чем если бы второй и первый минеральные материалы подвергали предварительному нагреванию совместно.
Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что минеральные материалы с более низкой температурой спекания, чем обычная таковая, такие как обработанные минеральные материалы, могут быть повторно использованы при более высоких уровнях их содержания энергетически эффективным путем. В наиболее предпочтительном варианте исполнения второй минеральный материал составляет между 25 и 50% от общего количества минерального материала.
Применение изобретения для повторного использования обработанных минеральных материалов не оказывает вредного влияния на качество расплава, которое обычно является высоким. В предпочтительном варианте осуществления расплав используют для получения минеральных волокон.
Система теплообмена предпочтительно включает первое циклонное устройство для предварительного нагревания, в которое отходящие газы подводят из циркуляционной камеры сгорания по первому трубопроводу. Предпочтительно, чтобы оба типа минеральных материалов вводили в отходящие газы в системе теплообмена до циклонного устройства для предварительного нагревания, причем первый минеральный материал вводят в отходящие газы раньше, чем второй минеральный материал.
Для дополнительного повышения энергетического коэффициента полезного действия является предпочтительным, чтобы первый минеральный материал первоначально нагревали во втором циклонном устройстве для предварительного нагревания до введения его в отходящие газы из циркуляционной камеры сгорания в первом трубопроводе.
Подробное описание изобретения
Циркуляционная камера сгорания в настоящем изобретении принадлежит к типу, который часто называют как циклонная печь. Конструкция применимых циклонных печей описана в разнообразных патентах, в том числе И8 3855951, И8 4135904, И8 4553997, И8 4544394, И8 4957527, И8 5114122 и И8 5494863.
Камера в основном является скорее вертикальной, нежели горизонтальной печью. Она обычно имеет цилиндрическую верхнюю секцию, в которую вводят топливо, минеральный материал и газ для поддержания горения, донную секцию в форме усеченного конуса и базовую секцию, в которой может быть собран расплав. Альтернативно, камера может быть полностью цилиндрической. Базовая секция предпочтительно представляет собой интегральную часть камеры и может представлять собой просто концевую часть донного участка, имеющего форму усеченного конуса, или же может быть цилиндрической секцией на конце донного участка. Предпочтительно диаметр базовой секции не превышает диаметр верхней секции, в отличие от традиционных систем, в которых часто применяют резервуар у основания камеры с увеличенным объемом.
Базовая секция имеет выпускной канал для минерального расплава, через который расплав выходит потоком. Этот поток затем может быть подвергнут волокнообразованию любым общеупотребительным способом, например с использованием каскадной прядильной машины или устройства с вращающейся чашей, или любого другого традиционного способа центробежного волокнообразования. Альтернативно, минеральный расплав может быть использован в других промышленных процессах.
Предпочтительно, чтобы в месте, в котором выпускной канал для минерального расплава выходит из базовой секции камеры, он не сразу же поворачивал бы вниз, но вместо этого имел бы форму сифона. Под термином сифон авторы настоящего изобретения подразумевают, что выпускной канал, который обычно представляет собой трубу или желоб, сначала ориентирован по направлению вверх относительно отверстия в камере, и затем направляется вниз перед поступлением в оборудование для волокнообразования. Это является преимущественным для качества расплава, так как любые несгоревшие частицы топлива на поверхности расплава удерживаются внутри камеры.
Топливо вводят в циркуляционную камеру сгорания. Может быть использовано любое горючее топливо. Топливо может быть газообразным при комнатной температуре, таким как бутан, пропан, метан или природный газ, но предпочтительно представляет собой жидкий или твердый материал. Топливо предпочтительно находится в дисперсной форме и наиболее предпочтительно представляет собой дис
- 4 017911 персный углеродсодержащий материал.
Когда топливо является жидкостью, его используют в виде капелек, то есть частиц жидкого топлива. В этом варианте осуществления топливо может представлять собой частицы минерального масла или других жидкостей на основе углерода.
Однако в настоящем изобретении топливо в дисперсном состоянии предпочтительно является твердым. Оно в основном представляет собой углеродсодержащий материал и может быть любым дисперсным углеродсодержащим материалом, который имеет надлежащую теплотворную способность. Теплотворная способность может быть относительно низкой, например на таком низком уровне, как 10000 кДж/кг или даже вплоть до 5000 кДж/кг. Таким образом, оно может представлять собой, например, высушенные осадки сточных вод или бумажные отходы. Предпочтительно оно имеет более высокую теплотворную способность и может представлять собой израсходованную облицовку тиглей из алюминиевой промышленности, содержащие уголь отходы, такие как угольные хвосты, или порошкообразный уголь.
В предпочтительном варианте исполнения топливо представляет собой порошкообразный уголь и может быть угольной мелочью, но предпочтительно некоторую часть, и обычно по меньшей мере 50% и предпочтительно по меньшей мере 80%, и обычно весь уголь получают измельчением крупнокускового угля, например, с использованием шаровой мельницы. Уголь, поставляется ли он изначально в виде мелочи или крупных кусков, может быть углем высокого качества или может представлять собой угольные отходы с высоким содержанием неорганических примесей, например от 5 до 50% неорганических примесей, с остальным количеством, приходящимся на углерод. Предпочтительно уголь главным образом или целиком представляет собой уголь хорошего качества, например битуминозный или суббитуминозный уголь (стандарт Л8ТМ Ό388 1984), и содержит летучие компоненты, которые способствуют воспламенению.
Частицы топлива предпочтительно имеют размер частиц в диапазоне от 50 до 1000 мкм, предпочтительно от около 50 до 200 мкм. В основном по меньшей мере 90% частиц (по весу) имеют величину в этом диапазоне. Усредненное значение в общем составляет около 70 мкм среднего размера, причем 90% с величиной в диапазоне менее 100 мкм.
Топливо может быть подведено в камеру через питающий трубопровод традиционным способом для формирования потока частиц топлива. Обычно это предполагает применение газообразного носителя, в котором взвешены частицы топлива. Газообразный носитель может представлять собой воздух, обогащенный кислородом воздух или чистый кислород (предпочтительно при температуре окружающей среды во избежание обратных ударов пламени), или же менее реакционноспособный газ, такой как азот. Газообразный носитель рассматривается как часть газа для поддержания горения.
По меньшей мере некоторую часть и предпочтительно большую часть топлива вводят в верхнюю секцию циркуляционной камеры сгорания. Однако в предпочтительных вариантах осуществления некоторую часть топлива, называемую вторичным топливом, также вводят в донную часть циркуляционной камеры сгорания, как обсуждается ниже.
В настоящем изобретении предварительно нагретый минеральный материал вводят в циркуляционную камеру сгорания. Весьма важно, чтобы использовались два типа минеральных материалов, первый и второй минеральные материалы. В первом аспекте изобретения весьма важно, чтобы первый минеральный материал имел более высокую температуру спекания, чем второй минеральный материал. Это также справедливо для третьего аспекта изобретения, где первый минеральный материал представляет собой сырьевой минеральный материал, и второй минеральный материал представляет собой минеральную вату со связующим средством.
Температура спекания минеральных материалов может быть измерена любым из подходящих методов, многие из которых применяются в технологии. Не имеет существенного значения, какой метод используют для измерения температуры спекания, при условии, что для обоих минеральных материалов применяют один и тот же метод. Это обусловливается тем, что для изобретения важно, чтобы минеральные материалы, которые имеют различные температуры спекания, были разделены, и тем самым гораздо важнее иметь возможность точно определить скорее относительные, нежели абсолютные температуры спекания.
Один метод, который может быть применен, заключается в следующем: испытательный образец устанавливают в трубчатом реакторе, оснащенном крупнопористой спеченной пластиной. Реактор должен быть сделан из стали или кварца. Реактор помещают в трубчатую печь с электрическим нагревом, которая может быть нагрета до температур, превышающих 900°С. Испытательный образец сырьевого материала в количестве, достаточном для формирования слоя толщиной 20 мм, помещают на спеченную пластину трубчатого реактора, который затем устанавливают в предварительно нагретую трубчатую печь с электрическим нагревом. Печь нагревают до температур в диапазоне 800-1000°С. Через спеченную пластину и испытательный материал пропускают поток газа и измеряют падение давления над спеченной пластиной и испытательным материалом по мере того, как температура электрической печи постепенно растет. Когда температура повышается, испытательный образец или часть его будет приближаться к начальной температуре спекания, и когда эта температура превышается, частицы начинают объединяться в
- 5 017911 агломераты, образование которых можно наблюдать по росту величины падения давления над испытательным образцом. Температура спекания соответствует температуре, при которой обнаруживается рост величины падения давления.
Оба из первого и второго минеральных материалов могут быть составлены смесью материалов, которые не имеют в точности одинакового химического состава или химической структуры и, следовательно, не имеют одинаковой температуры спекания. Что является важным, так это температура, при которой минеральные материалы утрачивают свои характеристики сыпучести. Поэтому, как только любой из материалов размягчается, весь материал в целом считают достигшим своей температуры спекания. Первый минеральный материал имеет температуру спекания, которая обычно по меньшей мере на 30°С выше, чем для второго минерального материала, предпочтительно по меньшей мере на 50, 100 или 200°С или даже по меньшей мере на 400 или 500°С выше, чем для второго минерального материала.
Минеральные материалы добывают из земли, и часто они называются скальной породой, камнем или шлаком. Первый минеральный материал обычно представляет собой сырьевой минеральный материал. Под сырьевыми минеральными материалами понимают минеральные материалы, которые не были обработаны способом, который значительно изменил бы их химический состав или внутреннюю структуру, и не подвергались процессу плавления. Сырьевые минеральные материалы в основном имеют кристаллическую структуру, не содержат органических добавок и типично происходят непосредственно из земли. Сырьевые минеральные материалы используют в изобретении в дисперсной форме и подвергают дроблению и/или размалыванию для получения частиц.
Второй минеральный материал может представлять собой сырьевой минеральный материал, который имеет более низкую температуру спекания, чем первый минеральный материал. Однако предпочтительно он является обработанным материалом. Под обработанными минеральными материалами понимают минеральные материалы, которые либо подвергались обработке, которая изменила химический состав или структуру, или были обработаны добавками, такими как органические связующие средства.
Известно, что обработка минерального материала, например расплавление его и переработка его в минеральные волокна, изменяет химическую структуру материалов. Более конкретно, сырьевые минеральные материалы типично имеют кристаллическую структуру, как отмечено выше, тогда как обработанные минеральные материалы, такие как минеральные волокна, обычно имеют аморфную структуру. Представляется, что процесс плавления обусловливает изменение химической структуры минерального материала от кристаллической до аморфной. Химическая структура материалов влияет на их физические характеристики, такие как температура спекания и температура плавления, и в основном материалы в кристаллической форме имеют более высокую температуру спекания, чем материалы в аморфной форме с таким же составом. Таким образом, второй минеральный материал может иметь точно такой же состав, что и первый минеральный материал, но иметь более низкую температуру спекания вследствие того факта, что он представляет собой обработанный минеральный материал в аморфной форме, в отличие от сырьевого минерального материала в кристаллической форме.
В большинстве случаев второй минеральный материал будет представлять собой минеральный материал, который был обработан и находится в аморфной форме, и может также включать добавки, которые снижают температуру спекания материала. Типичным обработанным минеральным материалом являются минеральные волокна со связующим средством, иначе известные как минеральная вата.
Оба минеральных материала, первый и второй, предпочтительно находятся в дисперсной форме. Минеральные материалы могут иметь любой подходящий размер частиц. Например, первый минеральный материал в основном имеет частицы с размером от 2 до 3 мм, в особенности когда это сырьевой минеральный материал. Второй минеральный материал обычно имеет частицы с величиной от 100 до 500 мкм. Минеральные материалы измельчают и/или подвергают размалыванию для получения частиц определенного размера. Предпочтительно, чтобы оба из первого и второго минерального материала были того типа, который пригоден для получения минеральных волокон, которые могут представлять собой стеклянные волокна или волокна из скальной породы, камня или шлака. Предпочтительно минеральные материалы пригодны для получения волокон из скальной породы, камня или шлака.
Стеклянные волокна согласно химическому анализу типично имеют состав по весу оксидов более 10% №12О+К2О. менее 3% железа в виде БеО, менее 20% СаО+МдО, более 50% δίθ2 и менее 5% А12О3. Волокна из скальной породы, камня или шлака согласно химическому анализу типично имеют состав по весу оксидов менее 10% Ыа2О+К2О, более 20% СаО+МдО, более 3% железа в виде БеО и менее 50% §Ю2 и зачастую более 10% А12О3. Волокна из сырья типа скальной породы, камня или шлака, имеющие этот состав, являются предпочтительными в качестве конечного продукта способа согласно изобретению.
В изобретении является важным, что минеральный материал предварительно нагревают перед введением в циркуляционную камеру сгорания. Это предварительное нагревание обсуждается ниже.
Предварительно нагретый минеральный материал, который расплавляют в камере для получения минерального расплава, вводят в верхнюю секцию камеры так, что он становится взвешенным в находящихся в ней газах. Место, в котором добавляют предварительно нагретый минеральный материал, не имеет особенного значения, и он может быть смешан с топливом и введен через трубопровод для подачи
- 6 017911 топлива. Однако предпочтительнее добавлять дисперсный минеральный материал в горящее топливо. Это может быть достигнуто добавлением дисперсного минерального материала в камеру через впускной канал традиционным путем, например, в верхней части камеры или поблизости от таковой.
Газ для поддержания горения также вводят в верхнюю секцию камеры, и он может быть при температуре окружающей среды или может быть предварительно нагрет. Когда газ подогревают, максимальная желательная температура, до которой предварительно нагревают этот первичный газ для поддержания горения, составляет около 600°С, и предварительное нагревание предпочтительно проводят до температуры между 300 и 600° С, наиболее предпочтительно до температуры от около 500 до 550°С. Газ для поддержания горения может быть воздухом или может представлять собой обогащенный кислородом воздух. Термином обогащенный кислородом воздух авторы настоящего изобретения обозначают газ, который содержит больше кислорода, чем это естественным образом имеет место в воздухе, и, в дополнение, может содержать другие газы, которые естественным образом присутствуют в воздухе. Он также может содержать другие газы, которые обычно в воздухе отсутствуют, такие как пропан или метан, при условии, что общий уровень содержания кислорода остается выше его обычного количества в воздухе.
В предпочтительном варианте осуществления газ для поддержания горения представляет собой обогащенный кислородом воздух, который включает по меньшей мере 25 или 35%, предпочтительно по меньшей мере 50%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 70% кислорода по объему, или чистый кислород. На всем протяжении описания и в пунктах формулы изобретения термином чистый кислород авторы настоящего изобретения обозначают кислород 92%-ной или более чистоты, полученный, например, способом вакуумно-напорной короткоцикловой безнагревной абсорбции (УР8Л), или же он может представлять собой кислород почти 100%-ной чистоты, полученный дистилляционным методом. Применение обогащенного кислородом воздуха имеет то преимущество, что сокращает общий объем необходимого газа для поддержания горения. Это значит, что может быть использована циркуляционная камера сгорания с меньшими габаритами, чем при применении воздуха. Поскольку оба параметра, габариты камеры и объем газа для поддержания горения коррелируют с количеством энергии, необходимым для получения минеральных волокон, и последующими энергетическими потерями, настоящим изобретением созданы системы с более высоким коэффициентом полезного действия. Этим достигаются значительные преимущества в плане повышенной экономической эффективности и уменьшенного воздействия на окружающую среду. В одном варианте осуществления для оптимизации энергосбережения, связанного с применением кислорода, ввиду повышенной по сравнению с воздухом стоимости кислорода воздух включает от 25 до 50% кислорода. При применении кислорода его предпочтительно вводят при температуре окружающей среды, нежели подвергают предварительному подогреванию.
Газ для поддержания горения может быть введен через питающий трубопровод с взвешенным в нем топливом, в особенности когда газ имеет относительно низкую температуру. Топливо не должно начинать гореть в топливном трубопроводе, пока оно не поступит в камеру (явление, известное как обратный удар пламени), так что в этом варианте осуществления требуются низкие температуры газа. Однако газ для поддержания горения предпочтительно вводят отдельно через один или более впускных каналов подачи газа для поддержания горения, которые могут быть размещены поблизости от трубопровода для подведения топлива таким образом, что газ для поддержания горения направляют в камеру в той же зоне, что и топливо, для обеспечения эффективного смешивания.
Независимо от того, вводят ли их вместе или нет, скорость, с которой газ для поддержания горения нагнетают в камеру, является относительно низкой (предпочтительно между 1 и 50 м/с), чтобы свести к минимуму износ оборудования. Когда топливо и минеральный материал суспендируют в газе для поддержания горения, скорость предпочтительно варьирует между 5 и 40 м/с. Когда их вводят по отдельности, что является предпочтительным, скорость нагнетания топлива предпочтительно составляет от 20 до 40 м/с.
Желательно обеспечивать то, чтобы предварительно нагретое топливо быстро и полностью смешивалось с газом для поддержания горения, так как этим гарантируется быстрое воспламенение топлива, чтобы оно могло подвергаться пиролизу как начальной стадии горения почти немедленно после введения в камеру. Тщательным смешением также обеспечивается то, что время пребывания частиц топлива в первичном газе для поддержания горения будет более равномерным, тем самым приводя к более эффективному сгоранию топлива.
Для способствования быстрому и тщательному смешению в одном варианте осуществления изобретения в верхнюю секцию циркуляционной камеры сгорания может быть введен дополнительный газ, который поступает с более высокой скоростью, чем газ для поддержания горения и дисперсное топливо, и благодаря разнице в скоростях создает турбулентность потока частиц топлива, тем самым разрушая поток и стимулируя быстрое смешение. Дополнительный газ в основном имеет гораздо меньший объем, чем газ для поддержания горения, и типично составляет менее 40% от общего количества газа, нагнетаемого в камеру сгорания, предпочтительно между 10 и 30%. Дополнительный газ может представлять собой любой газ, в том числе воздух, азот, кислород или горючий газ, такой как пропан или бутан. Дополнительный газ может быть введен из впускного канала таким образом, что он соседствует с потоком
- 7 017911 частиц топлива в камере, но предпочтительно его нагнетают по впускному каналу, который концентрически окружает впускной канал для топлива. Эта концентрическая компоновка ведет к эффективному смешению, в особенности там, где впускной канал для дополнительного газа имеет сужающееся сопло на своем отверстии. Дополнительный газ предпочтительно движется по меньшей мере на 100 м/с быстрее, чем топливо и газ для поддержания горения, обычно по меньшей мере на 250 м/с, предпочтительно по меньшей мере на 300 м/с. В наиболее предпочтительном варианте осуществления скорость нагнетания дополнительного газа достигает звуковой, то есть является равной скорости звука или превышает ее.
В дополнение к газу для поддержания горения, который нагнетают в верхнюю секцию циркуляционной камеры сгорания, предпочтительно также вводить некоторое количество газа для поддержания горения в донную секцию. Это может быть названо вторичным газом для поддержания горения. Как и для основного газа для поддержания горения, вторичный газ для поддержания горения может быть при температуре окружающей среды или предварительно нагретым и предпочтительно содержит по меньшей мере 25% кислорода. Вторичный газ для поддержания горения предпочтительно представляет собой обогащенный кислородом воздух, который включает по меньшей мере 30 или 35%, предпочтительно по меньшей мере 50%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 70% кислорода по объему или от 30 до 50% кислорода либо чистый кислород. Вторичный газ для поддержания горения может быть введен любым общепринятым способом, но предпочтительно его вводят с использованием впускного канала, который имеет сужающееся сопло, иначе известное как фурма.
Вторичный газ для поддержания горения может быть введен из одного впускного канала в нижней секции, но предпочтительно его вводят по меньшей мере из двух, наиболее предпочтительно более чем из двух, например трех, четырех, пяти или шести, предпочтительно четырех впускных каналов.
Авторы настоящего изобретения нашли, что добавление дополнительного газа для поддержания горения в донную секцию циркуляционной камеры сгорания является очень эффективным для обеспечения полного выгорания частиц топлива. Было найдено, что добавление кислорода в этом месте является гораздо более эффективным, чем простое добавление дополнительного кислорода к первичному воздуху для поддержания горения в верхней секции. Вторичный газ для поддержания горения составляет менее половины от общего количества газа для поддержания горения, которое включает основной газ для поддержания горения, вторичный газ для поддержания горения и любой вводимый дополнительный газ, который является горючим. Предпочтительно вторичный газ для поддержания горения составляет между 10 и 50%, предпочтительно от 20 до 40% от общего количества газа для поддержания горения в процентах.
В предпочтительном варианте осуществления дополнительное (или вторичное) твердое, жидкое или газообразное топливо вводят в донную секцию и сжигают в присутствии вторичного газа для поддержания горения с образованием пламени в донной секции. Это является в особенности важным, когда в качестве газа для поддержания горения используют обогащенный кислородом воздух, несмотря на то, что меньшие потребляемые объемы преимущественно повышают энергетический коэффициент полезного действия. Относительные количества кислорода во вторичном газе для поддержания горения и вторичное топливо выбирают так, чтобы имелся избыток кислорода для обеспечения полного сгорания вторичного топлива во вторичном газе для поддержания горения.
Введение вторичного топлива в донную секцию является преимущественным, так как оно может быть использовано для регулирования температуры расплава, который собирают в базовой секции. Формирование пламени в донной секции в дополнение к основному горению в верхней секции является преимущественным в том, что оно создает механизм, с помощью которого можно изменять температуру расплава. В частности, в базовой секции циркуляционной камеры сгорания минеральный расплав стекает вниз по стенкам, чтобы собираться в базовой секции. Таким образом, в этой области расплав присутствует в виде тонкой пленки на стенках камеры и в виде ванны в базовой секции, которая обычно является неглубокой. Подведение лучистой теплоты в этой области является в особенности эффективным, так как она может без труда проникать во весь расплав. Поэтому применение пламени в этой области в особенности эффективно для прогревания расплава равномерно, быстро и в пределах точно определенных параметров, так что, варьируя величину расхода потока топлива и газа в этой области, можно поддерживать температуру расплава внутри точных пределов.
Для достижения этой цели вторичное топливо предпочтительно вводить в сторону нижнего конца донной секции, предпочтительно в нижнюю половину донной секции камеры, имеющей форму усеченного конуса, то есть вплотную к базовой секции. Вторичное топливо может представлять собой любое топливо. В оном варианте осуществления вторичное топливо включает только твердое топливо, подобное дисперсным углеродсодержащим материалам, таким как уголь, поскольку таковые в основном являются очень выгодными экономически и могут сокращать образование оксидов азота (ΝΟΧ). В еще одном варианте осуществления вторичное топливо включает некоторое жидкое или газообразное топливо, которое сгорает немедленно и полностью. Вторичное топливо предпочтительно включает некоторое твердое топливо, такое как уголь, в таких количествах, как от 10 до 90%, предпочтительно от 50 до 90%, наиболее предпочтительно от 70 до 90% от общего количества вторичного топлива, где остальное количество вторичного топлива является жидким или газообразным топливом. Предпочтительными нетвердыми
- 8 017911 топливами являются пропан, метан или природный газ. Вторичное топливо присутствует в меньшем количестве, чем дисперсное топливо, и дает менее 40%, типично от 5 до 15% общей энергии топлива.
В этом варианте осуществления вторичный газ для поддержания горения предпочтительно представляет собой чистый кислород, и его вводят через впускной канал горелки с топливом так, что горение происходит немедленно. Альтернативно, вторичный газ для поддержания горения может быть введен через впускной канал вблизи впускного канала для вторичного топлива, и смешение происходит уже в камере.
Движение газов и взвешенного дисперсного материала в циркуляционной камере сгорания в общем представляет собой вихревое движение как в циклоне. Оно создается нагнетанием газа для поддержания горения, а также дисперсного топлива и минерального материала, под надлежащим углом для поддержания вихревого движения. Вторичный газ для поддержания горения при его применении также вводят предпочтительно в том же направлении, чтобы поддерживать циркулирующие потоки.
Отходящие газы отделяются от минерального расплава, который собирается в основании камеры, и их пропускают к системе теплообмена, обычно через дымоход в верхней части циркуляционной камеры сгорания. Затем отходящие газы используют для предварительного нагревания минерального материала и, необязательно, также газа для поддержания горения. Отходящие газы типично выходят из циркуляционной камеры сгорания с температурой между 1300 и 1900°С, обычно от 1500 до 1750°С, такой как от около 1550 до 1650°С.
В настоящем изобретении является существенным то, что первый и второй минеральные материалы подают в систему теплообмена по отдельности. Как обсуждалось выше, является существенным то, что первый минеральный материал имеет более высокую температуру спекания, чем второй минеральный материал. Первый минеральный материал типично представляет собой сырьевой минеральный материал с температурой спекания от 1200 до 1400°С, тогда как второй минеральный материал типично представляет собой обработанный минеральный материал, такой как минеральный материал со связующим средством, который имеет температуру спекания от 900 до 1100°С.
Для достижения максимального энергетического коэффициента полезного действия является очень важным, чтобы тепловая энергия отходящих газов утилизировалась настолько полно, насколько возможно. Для эффективного использования теплоты и для поддержания хороших характеристик текучести минерального материала, и тем самым высокой производительности обработки, также важно, чтобы минеральные материалы не расплавлялись или не размягчались во время предварительного нагревания. Настоящее изобретение представляет способ, который учитывает оба эти обстоятельства путем предварительного нагревания первого минерального материала раньше второго минерального материала. В частности, первый минеральный материал добавляют в систему теплообмена раньше второго минерального материала. Этим подразумевается, что первый минеральный материал добавляют в отходящие газы выше по потоку относительно второго минерального материала. После контакта с первым минеральным материалом первый минеральный материал предварительно нагревается, а отходящие газы охлаждаются и вместе с предварительно нагретым первым минеральным материалом направляются для предварительного нагревания второго минерального материала.
Обычным делом является охлаждение отходящих газов перед контактом с первым минеральным материалом. Типично отходящие газы охлаждают до температуры около 1400°С во избежание размягчения или расплавления первого минерального материала. Охлаждение проводят с помощью любого подходящего газа, такого как воздух, или любой пригодной жидкости, такой как аммиак.
Когда отходящие газы контактируют с первым минеральным материалом, они предварительно нагревают его и охлаждаются сами. В первой стадии предварительного нагревания первый минеральный материал предварительно нагревается до температуры предпочтительно от 300 до 600°С, более предпочтительно от 400 до 500°С. Относительные количества отходящих газов и первого минерального материала предпочтительно являются такими, чтобы предварительное нагревание первого минерального материала происходило к концу второй стадии предварительного нагревания до температуры слегка ниже температуры спекания второго минерального материала, обычно от 850 до 950°С.
Затем в систему теплообмена добавляют второй минеральный материал, который контактирует с отходящими газами и первым минеральным материалом, который суспендирован в отходящих газах. Второй минеральный материал предварительно нагревается в результате этого контакта. Предварительное нагревание второго минерального материала предпочтительно проводят до температуры по меньшей мере 700°С, более предпочтительно по меньшей мере 800°С и наиболее предпочтительно между 850 и 950°С.
Часто второй минеральный материал представляет собой обработанный продукт, который включает органические агенты, такие как органические связующие средства. В особенности является преимущественным предварительное нагревание второго минерального материала до температуры и в условиях, при которой и в которых органические добавки полностью выгорают.
Если второй минеральный материал представляет собой минеральную вату со связующим средством, то его следует предварительно нагревать до температуры по меньшей мере от 600 до 800°С в тече
- 9 017911 ние по меньшей мере от 1 до 2 с в условиях атмосферы, содержащей по меньшей мере 2% кислорода для выжигания органического связующего средства.
Система теплообмена предпочтительно включает по меньшей мере одно и предпочтительно два или даже три циклонных устройства для предварительного нагревания. Первый и второй минеральные материалы обычно добавляют в первый трубопровод, который транспортирует отходящие газы из циркуляционной камеры сгорания к первому циклонному устройству для предварительного нагревания. В первом циклонном устройстве для предварительного нагревания отходящие газы отделяют от минерального материала. Минеральный материал, который включает смешанные первый и второй минеральные материалы, пропускают через трубопровод для смешанного минерального материала в циркуляционную камеру сгорания для расплавления.
В первом циклонном устройстве для предварительного нагревания предпочтительно создают условия для восстановления оксидов азота (ΝΟΧ). Оксиды азота (ΝΟΧ) представляют собой вредные для окружающей среды выбросы, которые должны быть удалены из отходящих газов до того, как последние будут выпущены в атмосферу. Обычно это выполняют с помощью селективного некаталитического восстановления (δΝΟΚφ Однако преимущественно в настоящем изобретении содержание ΝΟΧ может быть значительно снижено и предпочтительно, по существу, устранено в первом циклонном устройстве для предварительного нагревания с использованием технологии селективного некаталитического восстановления (8ΝΟΚ.). Это представляет собой экономичный и удобный путь удаления ΝΟΧ из отходящих газов.
Условия восстановления оксидов азота (ΝΟΧ) создают введением в циклонное устройство для предварительного нагревания азотсодержащего материала, который будет восстанавливать ΝΟΧ в условиях, преобладающих в устройстве для предварительного нагревания. Азотсодержащий материал может быть введен в горячий отходящий газ, который подают в устройство для предварительного нагревания, или может быть добавлен непосредственно в устройство для предварительного нагревания.
Азотсодержащий материал, который вводят в циклонное устройство для предварительного нагревания, предпочтительно представляет собой аммиак или соединение аммония, амин или мочевину, причем мочевина может быть в свободном состоянии или более предпочтительно находится в составе полимерного продукта, такого как мочевино-формальдегидная или фенол-мочевино-формальдегидная смола. В особенности предпочтительным является то, чтобы условия восстановления ΝΟΧ создавались введением в минеральный материал минеральной ваты со связующим средством в качестве второго минерального материала, который подают в циклонное устройство для предварительного нагревания, в котором отходы минеральной ваты со связующим средством содержат мочевинную смолу (обычно фенолмочевинную смолу) и/или аммиак или аммониевое соединение (например, буферный реагент для смолы в отходах ваты). Таким образом, согласно изобретению, можно одновременно утилизировать материал отходов и вводить его в реакцию при надлежащих условиях, чтобы восстанавливать значительное количество ΝΟΧ в отходящих газах до азота.
Количество аммиака или аммониевого производного или другого соединения, восстанавливающего оксиды азота (ΝΟΧ), предпочтительно составляет от 1 до 4 (предпочтительно 1-2 или в особенности 1-1,7) молей на моль ΝοΧ, и реакцию предпочтительно проводят при температуре от 800 до 1050°С. Время пребывания в реакционных условиях предпочтительно составляет по меньшей мере 0,3 с и наиболее предпочтительно по меньшей мере 1 с. Типично это может быть временем пребывания дисперсного минерального материала в циклонном устройстве для предварительного нагревания, и/или в системе трубопроводов, пока отходящий газ охлаждается до уровня ниже реакционной температуры, например ниже 800°С. При этих условиях предпочтительно при температуре в диапазоне от 800 до 1050°С, по существу, все оксиды азота (ΝΟΧ) восстанавливаются до азота, даже если атмосфера в устройстве для предварительного нагревания предпочтительно является окислительной.
Таким образом, согласно еще одному предпочтительному признаку изобретения газообразная атмосфера в циклонном устройстве для предварительного нагревания содержит избыток кислорода предпочтительно в количестве по меньшей мере 1 или 2% и наиболее предпочтительно по меньшей мере 4%, например, вплоть до 8% по объему от веса газообразной атмосферы. Несмотря на окислительный характер атмосферы, оксиды азота (ΝΟΧ) восстанавливаются добавленным аммиаком или другим азотсодержащим соединением в условиях, созданных в устройстве для предварительного нагревания.
Устройство для предварительного нагревания тем самым одновременно выполняет восстановление ΝΟΧ и окисление продуктов сгорания для выжигания загрязняющих примесей, таких как сероводород и монооксид углерода, из циркуляционной камеры сгорания.
Отходящие газы, которые отделяют от расплава и которые затем направляют в циклонное устройство для предварительного нагревания, предпочтительно содержат меньше кислорода, чем количество, присутствующее в циклонном устройстве для предварительного нагревания, и поэтому предпочтительно воздух или другой источник кислорода добавляют к отходящим газам либо в устройстве для предварительного нагревания, либо между расплавом и устройством для предварительного нагревания.
Отходящие газы пропускают из верхней части первого циклонного устройства для предварительного нагревания через второй трубопровод ко второму циклонному устройству для предварительного на
- 10 017911 гревания. Предпочтительно, чтобы первый минеральный материал подвергался начальному предварительному нагреванию во втором циклонном устройстве для предварительного нагревания до того, как он будет транспортирован в первый трубопровод для дальнейшего предварительного нагревания отходящими газами. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления первый минеральный материал вводят во второй трубопровод и подвергают предварительному нагреванию до начальной температуры между 300 и 600°С, предпочтительно между 450 и 500°С. Отходящие газы затем выводят из второго циклонного устройства для предварительного нагревания и часто используют для нагревания газа для поддержания горения в условиях косвенного теплообмена.
Описание чертежей
Фиг. 1 представляет иллюстрацию устройства, которое пригодно для применения в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 представляет увеличенный вид фрагмента фиг. 1. Чертежи являются схематическими и выполнены не в масштабе.
Фиг. 1 показывает циркуляционную камеру 1 сгорания, которая включает цилиндрическую верхнюю секцию, донную секцию в форме усеченного конуса и цилиндрическую базовую секцию. Дисперсное топливо, которое предпочтительно представляет собой уголь, вводят в циркуляционную камеру сгорания от источника 2 сырья. Предварительно нагретый минеральный материал вводят в циркуляционную камеру сгорания через трубопровод 3 для смешанного минерального материала. Уголь и минеральный материал вводят вместе с воздухом для поддержания горения через трубопровод 4 и вторичный воздух, который подается от источника 5 сжатого воздуха, вводят через фурму (не показана) в циркуляционную камеру сгорания для обеспечения тщательного смешения угля с воздухом для поддержания горения и для организации циркуляционного движения газов для поддержания горения и суспендированного материала в циркуляционной камере 1 сгорания. Меньшее количество газа для поддержания горения и топлива отводят от основной подачи, которая ведет к верхней секции циркуляционной камеры сгорания, к донной секции циркуляционной камеры сгорания по трубопроводам, которые показаны в фиг. 1 под номерами позиций 6 и 7 соответственно. Вторичное топливо, в этом случае природный газ, также вводят через питающий трубопровод 8 в базовую секцию циркуляционной камеры сгорания, показанную в фиг. 1 номером позиции 8.
Уголь сгорает в газе для поддержания горения, который предпочтительно представляет собой обогащенный кислородом воздух, в циркуляционной камере сгорания. Полученный расплав собирается в базовой зоне циркуляционной камеры 1 сгорания и выходит из камеры через выпускной канал 9. Отходящие газы подают через дымоход 10 в верхней части циркуляционной камеры сгорания в первый трубопровод 11, где их используют для нагревания первого и второго минеральных материалов. Затем отходящие газы протекают в первое циклонное устройство 12 для предварительного нагревания, где их отделяют от первого и второго минеральных материалов, которые в этом месте смешиваются друг с другом. Отходящие газы протекают из первого циклонного устройства 12 для предварительного нагревания ко второму устройству 13 для предварительного нагревания через второй трубопровод 14. После второго циклонного устройства 13 для предварительного нагревания отходящие газы протекают через трубопровод 15 в циклонный пылеуловитель 16 и в камеру 17, где происходит косвенный теплообмен с газом для поддержания горения для предварительного нагревания газа для поддержания горения. Затем отходящие газы обрабатывают, чтобы сделать их безопасными для выпуска в атмосферу, например, в фильтре 18.
Минеральные материалы предварительно нагревают перед добавлением в циркуляционную камеру сгорания. Более подробно, первый минеральный материал, который типично представляет собой сырьевой каменный материал, подают из бункера 19 во второй трубопровод 14 и подвергают предварительному нагреванию во втором циклонном устройстве 13 для предварительного нагревания. Затем первый минеральный материал пропускают через трубопровод для первого минерального материала и вводят в первый трубопровод 11 и затем пропускают в первое циклонное устройство для предварительного нагревания. Второй минеральный материал подают из бункера 20 к первому трубопроводу ниже по потоку относительно первого минерального материала. Второй минеральный материал в основном представляет собой обработанный минеральный материал, обычно минеральные волокна со связующим средством. Для обеспечения того, что в первом циклонном устройстве 12 для предварительного нагревания созданы условия восстановления оксидов азота (ΝΟΧ), азотсодержащие материалы, такие как аммиак, могут быть добавлены в положении 21 в первый трубопровод 11 непосредственно перед первым циклонным устройством 12 для предварительного нагревания.
Некоторое количество первых минеральных материалов может быть унесено отходящими газами из второго циклонного устройства 13 для предварительного нагревания через трубопровод 15. Их отделяют от отходящих газов в циклонном пылеуловителе 16 и возвращают обратно для присоединения к предварительно нагретым минеральным материалам по трубопроводу 22.
Фиг. 2 показывает отходящие газы 30, которые выходят из циркуляционной камеры сгорания через дымоход 31. Отходящие газы поступают в первый трубопровод 32 и охлаждаются от температуры между 1500 и 1900°С, обычно около 1650°С, до температуры между 1300 и 1500°С, обычно около 1400°С, с ис
- 11 017911 пользованием охлаждающего воздуха 33. Первый минеральный материал вводят в первый трубопровод 32 через впускной канал 34 ниже по потоку относительно второго минерального материала, который вводят в первый трубопровод 32 через впускной канал 35.
Claims (11)
1. Способ получения минерального расплава, причем способ включает стадии, на которых готовят циркуляционную камеру (1) сгорания;
вводят топливо, предварительно нагретый минеральный материал и газ для поддержания горения в циркуляционную камеру (1) сгорания;
сжигают топливо в циркуляционной камере (1) сгорания, тем самым расплавляют минеральный материал с образованием минерального расплава и генерированием отходящих газов;
отделяют отходящие газы от минерального расплава, собирают минеральный расплав и пропускают отходящие газы в систему теплообмена;
в котором минеральный материал включает первый минеральный материал и второй минеральный материал, причем первый минеральный материал представляет собой сырьевой минеральный материал, второй минеральный материал представляет собой минеральную вату со связующим средством, причем способ отличается тем, что первый и второй минеральные материалы подают в систему теплообмена по отдельности;
первый минеральный материал предварительно нагревают путем контакта с отходящими газами и затем второй минеральный материал предварительно нагревают путем контакта с отходящими газами и предварительно нагретым первым минеральным материалом, причем второй минеральный материал нагревают отходящими газами, приводимыми в контакт с первым минеральным материалом.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию, на которой получают минеральные волокна из минерального расплава выведением собранного минерального расплава через выпускной канал (9) в циркуляционной камере (1) сгорания в устройство для центробежного волокнообразования и формированием волокон.
3. Способ по п.1 или 2, в котором минеральный материал включает между 5 и 70 вес.%, предпочтительно между 10 и 60 вес.% и наиболее предпочтительно между 25 и 50 вес.% второго минерального материала.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором система теплообмена включает первое циклонное устройство (12) для предварительного нагревания и первый трубопровод (11) от циркуляционной камеры (1) сгорания к первому циклонному устройству (12) для предварительного нагревания, через который пропускают отходящие газы, в котором первый и второй минеральные материалы вводят в первый трубопровод (11) и первый минеральный материал вводят в первый трубопровод ближе к циркуляционной камере сгорания, чем второй минеральный материал.
5. Способ по п.4, в котором система теплообмена дополнительно включает второе циклонное устройство (13) для предварительного нагревания и второй трубопровод (14) от первого циклонного устройства (12) для предварительного нагревания ко второму циклонному устройству (13) для предварительного нагревания, через который пропускают отходящие газы, в котором первый минеральный материал вводят во второй трубопровод и подвергают начальному предварительному нагреванию во втором циклонном устройстве для предварительного нагревания перед введением в первый трубопровод.
6. Способ по п.5, в котором начальное предварительное нагревание первого минерального материала проводят в диапазоне температур 400-500°С.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором отходящие газы имеют температуру от 1300 до 1500°С, когда они контактируют с первым минеральным материалом.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором второй минеральный материал предварительно нагревают до температуры по меньшей мере 800°С, предпочтительно от 850 до 950°С, путем контакта с отходящими газами и предварительно нагретым первым минеральным материалом.
9. Способ по п.1, в котором минеральные волокна представляют собой волокна из скальной породы, камня или шлака и согласно анализу имеют состав, по весу оксидов включающий менее 10% №О+К2О. более 20% СаО+МдО, более 3% железа (рассчитанного как ЕеО) и менее 50% §Ю2.
10. Устройство, применимое для исполнения способа по любому из предшествующих пунктов, включающее циркуляционную камеру (1) сгорания, которая имеет впускной канал для топлива, впускной канал для смешанного минерального материала и впускной канал для газа для поддержания горения, устройство для сбора минерального расплава и систему теплообмена, включающую первое циклонное устройство (12) для предварительного нагревания, первый трубопровод (11) от циркуляционной камеры (1) сгорания к первому циклонному устройству (12) для предварительного нагревания, для транспортирования отходящих газов, трубопровод для первого минерального материала для транспортирования первого минерального материала к первому трубопроводу (11), впускной канал для второго минерального материала выполнен для введения второго минерального материала в первый трубопровод (11) в точке, которая находится дальше от циркуляционной камеры (1) сгорания, чем выпускной канал трубопро- 12 017911 вода для первого минерального материала, и трубопровод (3) для смешанного минерального материала от первого циклонного устройства для предварительного нагревания (12) к впускному каналу для смешанного минерального материала в циркуляционной камере сгорания (1).
11. Устройство по п.10, в котором система теплообмена дополнительно включает второе циклонное устройство (13) для предварительного нагревания, второй трубопровод (14) от первого циклонного устройства (12) для предварительного нагревания ко второму циклонному устройству (12) для предварительного нагревания для транспортирования отходящих газов и впускной канал для первого минерального материала для введения первого минерального материала во второй трубопровод, в котором трубопровод для первого минерального материала ведет от второго циклонного устройства (13) для предварительного нагревания к первому трубопроводу (11).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP08005839A EP2105415A1 (en) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | Process and apparatus for making a mineral melt |
| PCT/EP2009/002209 WO2009118180A1 (en) | 2008-03-27 | 2009-03-26 | Process and apparatus for making a mineral melt |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201071125A1 EA201071125A1 (ru) | 2011-06-30 |
| EA017911B1 true EA017911B1 (ru) | 2013-04-30 |
Family
ID=39712497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201071125A EA017911B1 (ru) | 2008-03-27 | 2009-03-26 | Способ и устройство для получения минерального расплава |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10040712B2 (ru) |
| EP (2) | EP2105415A1 (ru) |
| JP (1) | JP5602125B2 (ru) |
| CN (1) | CN101980972B (ru) |
| CA (1) | CA2719704C (ru) |
| EA (1) | EA017911B1 (ru) |
| LT (1) | LT2265553T (ru) |
| PL (1) | PL2265553T3 (ru) |
| SI (1) | SI2265553T1 (ru) |
| TR (1) | TR201900815T4 (ru) |
| UA (1) | UA100730C2 (ru) |
| WO (1) | WO2009118180A1 (ru) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2873682B1 (fr) * | 2004-07-29 | 2007-02-02 | Saint Gobain Isover Sa | Procede et dispositif de traitement de dechets fibreux en vue de leur recyclage |
| CN102039070A (zh) * | 2010-05-04 | 2011-05-04 | 陈志伟 | 分离高温气体携带的熔化状态粉尘的方法、设备和应用 |
| US8997525B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-04-07 | Johns Manville | Systems and methods for making foamed glass using submerged combustion |
| US9021838B2 (en) | 2010-06-17 | 2015-05-05 | Johns Manville | Systems and methods for glass manufacturing |
| US20130186149A1 (en) * | 2010-09-01 | 2013-07-25 | Rockwool International A/S | Apparatus and method for making a mineral melt |
| EA023334B1 (ru) * | 2010-09-01 | 2016-05-31 | Роквул Интернэшнл А/С | Способ и установка для изготовления минерального расплава |
| CN103813859B (zh) * | 2011-09-19 | 2016-11-02 | 罗克伍尔国际公司 | 淋流阀组件及通过该淋流阀组件供应颗粒材料的方法 |
| JP2015509034A (ja) * | 2011-12-07 | 2015-03-26 | ロックウール インターナショナル アー／エス | 鉱物融解物を作製する場合に材料を再利用する方法 |
| NL2014180B1 (en) | 2015-01-23 | 2017-01-05 | Dominicus Joannes Maria Beckers Joseph | A method for producing glass. |
| US9815726B2 (en) | 2015-09-03 | 2017-11-14 | Johns Manville | Apparatus, systems, and methods for pre-heating feedstock to a melter using melter exhaust |
| RU2755057C2 (ru) | 2015-12-03 | 2021-09-14 | Роквул Интернэшнл А/С | Способ и устройство для подачи предварительно нагретого зернистого минерального материала для получения минерального расплава |
| CN106082592B (zh) * | 2016-08-05 | 2019-07-30 | 湖北新华光信息材料有限公司 | 一种备制光学玻璃熟料装置 |
| CN109279759B (zh) * | 2018-11-05 | 2021-06-15 | 山东鑫诺新玻璃工程有限公司 | 一种微晶玻璃制作用混料设备及微晶玻璃混料制作工艺 |
| CA3166594A1 (en) * | 2020-01-30 | 2021-08-05 | Ejvind Voldby LARSEN | Method of making mineral fibres |
| WO2024068764A1 (de) | 2022-09-27 | 2024-04-04 | Nef-Ko Ag | Verfahren zum betreiben einer schmelzvorrichtung, schmelzvor¬richtung und system zum betreiben einer schmelzvorrichtung |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4544394A (en) * | 1984-03-05 | 1985-10-01 | Hnat James G | Vortex process for melting glass |
| US5006141A (en) * | 1990-01-30 | 1991-04-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Thermally efficient melting for glass making |
| WO2003002469A1 (en) * | 2001-06-27 | 2003-01-09 | Rockwool International A/S | Process and apparatus for making mineral fibres |
| EP1889816A1 (en) * | 2006-08-15 | 2008-02-20 | Rockwool International A/S | Process and apparatus for making mineral fibres |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3855951A (en) | 1974-02-04 | 1974-12-24 | Gen Electric | Cyclone incinerator |
| JPS5241624A (en) * | 1975-09-27 | 1977-03-31 | Central Glass Co Ltd | Method of melting glass material |
| US4135904A (en) | 1976-11-15 | 1979-01-23 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Premelting method for raw materials for glass and apparatus relevant thereto |
| US4365984A (en) * | 1981-01-23 | 1982-12-28 | Bethlehem Steel Corporation | Mineral wool and process for producing same |
| US4553997A (en) | 1984-03-05 | 1985-11-19 | Hnat James G | Process for melting glass in a toroidal vortex reactor |
| US5114122A (en) | 1989-03-08 | 1992-05-19 | Hnat James G | Apparatus for heat processing glass batch materials |
| US4957527A (en) | 1989-03-08 | 1990-09-18 | Hnat James G | Method and apparatus for heat processing glass batch materials |
| DE4325726A1 (de) * | 1993-07-30 | 1995-02-02 | Gruenzweig & Hartmann | Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Mineralwolle unter Verwendung von Mineralwolleabfällen als Recyclingrohstoff |
| US5494863A (en) | 1994-12-13 | 1996-02-27 | Vortec Corporation | Process for nuclear waste disposal |
| US5807418A (en) * | 1996-05-21 | 1998-09-15 | Praxair Technology, Inc. | Energy recovery in oxygen-fired glass melting furnaces |
-
2008
- 2008-03-27 EP EP08005839A patent/EP2105415A1/en not_active Ceased
-
2009
- 2009-03-26 SI SI200931926T patent/SI2265553T1/sl unknown
- 2009-03-26 LT LTEP09724520.3T patent/LT2265553T/lt unknown
- 2009-03-26 US US12/934,378 patent/US10040712B2/en active Active
- 2009-03-26 JP JP2011501150A patent/JP5602125B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2009-03-26 CA CA2719704A patent/CA2719704C/en active Active
- 2009-03-26 EP EP09724520.3A patent/EP2265553B1/en active Active
- 2009-03-26 CN CN200980111036.4A patent/CN101980972B/zh active Active
- 2009-03-26 PL PL09724520T patent/PL2265553T3/pl unknown
- 2009-03-26 WO PCT/EP2009/002209 patent/WO2009118180A1/en active Application Filing
- 2009-03-26 EA EA201071125A patent/EA017911B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2009-03-26 TR TR2019/00815T patent/TR201900815T4/tr unknown
- 2009-03-26 UA UAA201012711A patent/UA100730C2/ru unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4544394A (en) * | 1984-03-05 | 1985-10-01 | Hnat James G | Vortex process for melting glass |
| US5006141A (en) * | 1990-01-30 | 1991-04-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Thermally efficient melting for glass making |
| WO2003002469A1 (en) * | 2001-06-27 | 2003-01-09 | Rockwool International A/S | Process and apparatus for making mineral fibres |
| EP1889816A1 (en) * | 2006-08-15 | 2008-02-20 | Rockwool International A/S | Process and apparatus for making mineral fibres |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "PYROFLUX PROCESS GLASS PRODUCTION ECONOMIC ESTIMATES", BOLETIN DE LA SOCIEDAD ESPANOLA DE CERAMICA Y VIDRIO, SOCIEDAD ESPANOLA DE CERAMICA Y VIDRIO, MADRID, ES, vol. 31, no. 3, 1 May 1992 (1992-05-01), pages 256, 257, XP000296434, ISSN: 0366-3175, the whole document * |
| TANG J. ET AL.: "APPLICATION OF PURE OXYGEN WITH BATCH PREHEATING TO GLASS-MELTING FURNACES", CERAMIC BULLETIN, WESTERVILLE OH, US, vol. 69, no. 11, 1 January 1990 (1990-01-01), pages 1827-1830, XP000255740, the whole document * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2009118180A1 (en) | 2009-10-01 |
| CN101980972B (zh) | 2014-03-26 |
| EP2105415A1 (en) | 2009-09-30 |
| SI2265553T1 (sl) | 2019-02-28 |
| CN101980972A (zh) | 2011-02-23 |
| EP2265553A1 (en) | 2010-12-29 |
| US10040712B2 (en) | 2018-08-07 |
| CA2719704A1 (en) | 2009-10-01 |
| CA2719704C (en) | 2017-11-07 |
| JP2011518099A (ja) | 2011-06-23 |
| EP2265553B1 (en) | 2019-01-02 |
| TR201900815T4 (tr) | 2019-02-21 |
| EA201071125A1 (ru) | 2011-06-30 |
| US20110179829A1 (en) | 2011-07-28 |
| UA100730C2 (ru) | 2013-01-25 |
| JP5602125B2 (ja) | 2014-10-08 |
| PL2265553T3 (pl) | 2019-04-30 |
| LT2265553T (lt) | 2019-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA017911B1 (ru) | Способ и устройство для получения минерального расплава | |
| JP5249949B2 (ja) | 鉱物繊維の製造方法及び製造装置 | |
| US9688561B2 (en) | Process and apparatus for making a mineral melt | |
| US11034606B2 (en) | Method and an apparatus for making a mineral melt | |
| JP4456861B2 (ja) | 鉱物繊維の製造方法および製造装置 | |
| EA014464B1 (ru) | Способ и установка для получения расплава минерального материала | |
| EP2611745B1 (en) | An apparatus and method for making a mineral melt | |
| RU2266872C2 (ru) | Способ и устройство для изготовления минеральных волокон |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KG MD TJ TM |
|
| QB4A | Registration of a licence in a contracting state | ||
| QZ4A | Registered corrections and amendments in a licence | ||
| QZ4A | Registered corrections and amendments in a licence | ||
| QZ4A | Registered corrections and amendments in a licence | ||
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY KZ |
|
| QZ4A | Registered corrections and amendments in a licence |