FI79348B - Anordning foer bildande av taendbara fastmaterial/gas-suspensioner. - Google Patents

Description

t 79348 i

Laite syttyvien kiinteäaine/kaasu-suspensioiden muodostamiseksi

Keksintö kohdistuu laitteeseen syttyvien kiinteä-5 aine/kaasu-suspensioiden muodostamiseksi käyttäen pystysuoraa syöttöä kiinteäaine/kaasu-suspensiota varten ja sitä samankeskisesti ympäröivää toisiokanavaa sekä sekoitusastetta molempia virtauksia varten.

Lämmitystekniikassa sekä myös metallurgisissa 10 menetelmissä on usein tarpeellista syöttää kiinteät aineet, jotka on poltettava tai joille suoritetaan kemiallinen reaktio, suspensiona varsinaiseen polttotilaan tai reaktoriin.

Tämän tapaisten suspensioiden muodostamiseksi 15 tunnetut laitteet - joita usein kutsutaan polttimoiksi -voivat käsittää tasaisesti sisäkkäin sijoitettuja, osittain kiinteitä osittain liikkuvia syöttöputkia, jotka ensin muodostavat seoksen polttoaineesta ja ensiöilmasta ja tämä sitten yhdistetään toisioilman kanssa (DE-patent-20 ti 891 597). Esimerkiksi hiilipölyn ja ilman hyvän sekoit-tumisen saavuttamiseksi täytyy tunnetun laitteen eräässä V toteutusmuodossa muodostaa ensiöilmaan ennen hiilipölyn lisäystä pyörteisyyttä, minkä tulisi hiilipölyn lisäämisen jälkeen muodostaa pyörteinen hiilipöly/ilma-25 suspensio. Itse asiassa kuitenkin jälkikäteen lisätyn hiilipölyn painavan massan vuoksi - ilmaan verrattuna -ilman pyörteisyys pienenee voimakkaasti tai loppuu lähes kokonaan ja siten ei saavuteta haluttua kaikkien aineosien hyvää sekoittumista.

30 Patenttikirjoituksesta DE-AS 12 92 631 tunnetun laitteen yhteydessä kiinteiden aineosasten sekoittamiseksi kaasumaiseen kantajaan käytetään pyörrekammiota, jonka poikkileikkauksen kehämuoto on logaritminen spiraali ja jonka poistoäukko on suurempi kuin tuloaukko.

- 35 Tuloaukon lävitse kulkee koaksiaalisesti napaan ulottuva ja likimain poistoaukon poikkileikkaustasoon päättyvä 2 79348 syöttöputki polttoainetta varten. Tätä laitetta käytettäessä esiintyy epäkohtana, että kiinteä aine saapuu suurella pystysuoralla liikekomponentilla poltto- ja reaktiotilaan ja joutuu kosketukseen ennen reaktiota sen 5 seinän kanssa.

Patenttikirjoituksesta DE-AS 22 53 074 tunnetussa menetelmässä hienojakoisten, käsittelylämpötilassa sula-juoksuisia tuotteita muodostavien kiinteiden aineiden pyrometallurgista käsittelyä varten happirikkailla 10 kaasuilla ja mahdollisesti energiankantajilla sykloni-kammiota käyttäen sekoitetaan sulfidipitoisia ei-rauta-metallimalmeja tai metallimalmirikasteita, happirikkaita kaasuja ja mahdollisesti energiankantajia reaktiolämpö-tilan alapuolella suspensioksi, syötetään takasytytyksen 15 estävällä nopeudella pystysuoraan polttoväliin ja reaktio suoritetaan siinä. Muodostuneita, pääasiassa sulajuok-suisia osasia sisältävä suspensio siirretään sykloni-kammioon .

Patenttikirjoituksesta DE-OS 32 12 100 tunnetussa 20 laitteessa erikoisesti sulfidisten ei-rautametallirikas-teiden metallurgisten prosessien suorittamiseksi käytetään lähes pystysuoraan sijoitettua puhallusputkea, jossa on kaasu/kiinteäaine-sekoitusvälineet ja kiihdytyssuutin, joita ympäröi rengasmainen polttosuutin. Polttosuutin on 25 varustettu syötöllä polttoaine/sytytysseosta varten.

Tunnetussa laitteessa suunnataan äänennopeudella kiinteän aineen, sulatteen ja kaasun heterogeeninen seos lieska-uunissa olevaan sulatteeseen. Kiinteän aineen viipymis-ajat suihkussa ovat äärimmäisen lyhyitä niin, että osaksi 30 reagoimaton osassuihku aiheuttaa kiivaan reaktion kylvyssä ja voimakkaan turbulenssin siihen. Tunnetussa laitteessa on epäkohtana kaasu/kiinteäaine-suspension riittämätön sekoitusmahdollisuus ja kiinteiden aineosas-ten erittäin lyhyt viipymisaika suihkussa niin, että 35 tunnettua laitetta voidaan käyttää vain sulatekylpyjä käsittävissä reaktoreissa.

Il 3 79348

Keksinnön tehtävänä on kehittää laitteisto syttyvien kiinteäaine/kaasu-suspensioiden muodostaminen erikoisesti sulfidisista malmirikasteista, jossa ei esiinny -erikoisesti edellä mainittuja - tunnettujen laitteistojen 5 epäkohtia ja joka sallii yksinkertaisella rakenteella varman toimintatavan.

Tehtävä ratkaistaan siten, että alussa mainittua laatua olevaa laitteistoa muutetaan keksinnön mukaan siten, että syöttö kiinteäaine/ensiökaasu-suspensiota 10 varten on muodostettu paisuntakammioksi, jossa on tangen-tiaalisesti sijoitettu, oleellisesti vaakasuuntaan päättyvä syöttöputki 1 syötettävää kiinteäaine/ensiökaasu-suspensiota varten ja paisuntakammioon 2 liittyvät kaksi peräkkäin sijoitettua, venturi-diffuusoriksi muodostettua 15 sekoitusastetta I ja II, jolloin ensimmäisessä sekoitus-asteessa I toisiokaasukanava 8 ympäröi diffuusoria 5,6,7 samankeskisesti ja toiseen sekoitusasteeseen II on sijoitettu jäähdytyskammiolla 18 varustetun diffuusorin pois-toaukon alueelle sitä rengasmaisesti ympäröivä kaasu-20 liekinsäilytyspoltin G, jossa on vuorottelevat poltto-kaasu- ja happisuuttimet 14, 14a.

Syttyvän kiinteäaine/kaasu-suspension muodostamiseksi vaadittavat ensiö- ja toisiokaasut ovat luonnollisesti happipitoisia. Voidaan käyttää ilmaa, hapella 25 rikastettua ilmaa tai teknillisesti puhdasta happea.

Keksinnön mukaisen laitteen avulla saavutetaan, että laitteeseen syötettävä syttyvä kaasu/kiinteäaine-suspensio homogenisoituu täysin sekoitusasteissa ja toisen sekoitusasteen poistossa tapahtuu varma syttyminen 30 ja käytännössä täydellinen kiinteäaineosasen muuttuminen sulajuoksuiseen tilaan polttosuihkun sisällä. Erikoisesti on kaasu-liekinsäilytyspoltin oleellinen polttoaine-suihkun spontaania syttymistä varten, liekin ylläpitoa varten sekä lämpöenergian syöttöä varten takaisinvirtaus-35 alueelle. Tuloksena saadaan polttimorakenteen avulla palamisprofiilikartion huomattava tasoittuminen.

« 79348

Keksinnön mukaiseen laitteeseen syötetään tulo-putken 1 kautta syklanimaiseen paisuntakammioon 2 kiinteä-aine/ensiökaasu-suspensiota sekä sulfidipitoista malmi-rikasteyhdistelmää. Paisuntakammiossa on tarkoituksen-5 mukaisesti sisäpuolinen keraaminen kulumissuojakerros, esimerkiksi betonia. Kiinteän aineen, jonka raekoko on pienemmästä kuin 40 mikrometristä suurempaan kuin 40 mikrometriä aina 110 mikrometriin saakka, pneumaattisen syötön vuoksi paisuntakammioon ja pyörimisliikkeen (pyör-10 teisyyden) vuoksi siinä sinkoaa kiinteä aine poistuessaan syklonimaisesta paisuntakammiosta 2 liitosputken 4 kautta sekoitusasteeseen I määrätyllä pyörteisyydellä. Esimerkiksi saapuu kaasu/kiinteäaine-suspensio noin 15 m/s virtausnopeudella ensimmäisen sekoitusasteen venturi-15 diffuusoriin. Venturi-diffuusoriksi muodostettu sekoitus-aste I muodostuu suppenevasta suuosasta 5, sylinteri-mäisestä sekoitusvälistä 6 ja diffuusoriosasta 7. Sekoitusasteen I venturi-diffuusori on liitetty irroitetta-vasti laippaliitoksen avulla syklonimaiseen paisunta-20 kammioon 2. Venturi-diffuusorin suppenevassa osassa 5 : kiihdytetään esimerkiksi noin 17-27 kg kiinteää ainetta : kuutiometrissä sisältävä kaasuvirta ja saapuu se sylin- : terimäiseen sekoitusväliin 6 voimakkaasti pyörteisenä.

: Keksinnön mukaisen laitteen sekoitusasteen I sekoitus- 25 välissä, jonka pituus on esimerkiksi 4-6-kertainen läpimittaan verrattuna, saavutetaan pyörteisyysaste Re = 5 1,5-1,7x10 . Diffuusoriosassa 7 on noin 3-7 kulma-asteen suuruinen aukko- tai kallistuskulma. Tarkoituksenmukaiseksi on osoittautunut 5° suuruinen kallistuskulma.

30 Sekoitusasteen I laiteosia 5,6,7 käytetään pyörteisenä syötetyn kiinteäaine/kaasu-suspension homogenisoimiseen * sekä pyörteisyyden poistamiseen. Suuri pyörteisyysaste aiheuttaa virtaavien osasten liikkeen kohtisuoraan virtausakselin suhteen, jolloin saavutetaan vastaavalla 35 viipymisajalla pysyvä suhteellinen liike kaasun ja kiinteän aineen välille sekä hienojakoisten ja karkeiden 5 79348 kiinteiden aineiden osasten välille seosvirtauksen tehokas homogenisoituminen. Sekoitusvälin 6 pituuden, joka on esimerkiksi 4-6-kertainen läpimitan suhteen, avulla poistetaan pyörteisyys tai suihkun poikkeamat, joita muodos-5 tuu suppenevassa osassa 5 ennen suihkun saapumista dif-fuusoriin 7. Diffuusorin pieni kallistuskulma estää epäsäännöllisyydet suihkussa ja siten tiheydessä.

Toisiokaasukanava 8 on muodostettu tarkoituksenmukaisesti taivutetuksi putkeksi, jonka pystyosa ympäröi 10 samankeskisesti diffuusoria. Diffuusorin 7 poistoaukon alueella muuttuu toisiokaasukanava pienemmän läpimitan omaavaksi sylinterimäiseksi osaksi 10, jolloin tämä pienempi läpimitta vastaa käytännössä diffuusorin poisto-aukon läpimittaa. Toisiokaasukanavaa käytetään reaktio-15 kaasuvirran, kuten esimerkiksi hapella rikastetun ilmavirran, syöttämiseksi.

Toisiokaasukanavan 8 läpimitan muutos 9 sekoitus-välissä 10 on muodostettu ilman hyppäystä läpimitassa, esimerkiksi käyrän muotoon (kupera, kovera) tai kartio-20 maiseksi. Tällä tavalla voidaan välttyä mahdollisilta kiinteän aineen kasaumilta, jotka aiheuttavat epästabiilin käyttäytymisen vuoksi kuormitusepätasaisuuksia tai epäsäännöllisiä materiaalivirtatiheyksiä. Sekoitusvälin 10 läpimitta valitaan siten, että saavutetaan suuri 5 25 pyörteisyysaste Re = 3-7x10 . Mitoitukset kuten sekoitus-välin 10 pituus esimerkiksi 5-8-kertainen läpimittaan verrattuna, joustava siirto peräänkytkettyyn diffuusoriin 11 pientä, esimerkiksi 2,5° olevaa kaltevuutta käyttäen, auttavat irtautumisen tai pyörremuodostuksen estämisessä 30 poltinsuulakkeessa 12. Pyörremuodostukset johtavat epätasaisuuksiin suihkun syttymisessä - esimerkiksi täydellinen tai selektiivisesti rajoittunut takasytytys diffuu-sorissa - ja siten huomattaviin häiriöihin, esimerkiksi kasaumiin. Diffuusoriosan 7 poikkileikkauksen muuttuminen, 35 kartiomaisuus sekä suulakkeen läpimitta on keksinnön mukaisessa laitteessa sovitetut keskenään siten, että 6 7$348 tapahtuu molempien virtausten - toisiokaasuvirtauksen, kiinteäaine/kaasu-suspensiovirtauksen - täydellinen sekoittuminen ja kiinteän aineen tasainen jakautuminen sekoitusasteessa II. Tarkoituksenmukaisesti käytetään 5 keksinnön mukaisessa laitteessa toisiokaasuvirran nopeutta, joka on suurempi kuin kiinteäaine/kaasu-suspensio-virtauksen nopeus, jolloin suhteelliseksi nopeudeksi säädetään 5-15 m/s.

Keksinnön mukaisessa laitteessa on kytketty toinen 10 venturi-diffuusori 11 pystysuoraan ensimmäisen jälkeen ja liitetty siihen laipan 10a avulla. Tämä toinen venturi-dif fuusori muodostaa sekoitusasteen II. Diffuusorin kaltevuuskulma on 1,5-4, edullisesti 2-3 kulma-astetta. Erikoisen edulliseksi on osoittautunut 2,5° kaltevuus-15 kulma. Venturi-diffuusorin 11 päähän tai sen poisto- alueelle on sijoitettu kaasu-liekinsäilytyspoltin, joka ympäröi rengasmaisesti diffuusorin poistokohtaa. Rengasmaisesti sijoitetussa polttimessa on erillinen jakoputki 16 kulloinkin polttokaasua ja happea varten. Molemmat 20 erilliset suuttimet 14, 14a polttokaasua ja happea var-: ten on sijoitettu toisistaan erilleen, noin 40 mm jako- etäisyydelle koaksiaalisesti renkaaseen. Lähtöreunan 17 etäisyys on noin 35-40 mm. Suutinpäät ovat ruuvikierteen avulla vaihdettavissa ja ne on liitetty syöttöelimiin 25 15 ja 15a. Syöttöelimet 15 ja 15a on johdettu jäähdytys- kammion 18 lävitse ja hitsattu painevesitiiviisti ylempään ja alempaan poltinpohjaan. Sisäpuolista johtorengas-ta 19 käytetään jäähdytysveden tasaiseen jakoon. Yleensä rengasmaisen jäähdytyskammion korkeus on 10-30 ja edul-30 lisesti 15-20 cm. Materiaalina kaasu-liekinsäilytys-: poltinta varten käytetään kromi- ja nikkelipitoisia ; jaloteräksiä (esimerkiksi materiaalinumero 4571 jalo- terästä) . Nämä materiaalit ja myös diffuusorin 11 varustaminen jäähdytyskammiolla tarjoavat hyvän ja riittävän 35 varmuusteknillisen suojan materiaalin hilseilyä vastaan.

: Venturi-diffuusorin 11 poistoon on poltinsuulakkeen 12

II

7 79348 tason alueelle sijoitettu tason ylitse ulottuva lähtö-reuna 17. Tätä eteenpäin ulottuvaa lähtöreunaa, jonka korkeus on 10-20 mm, käytetään syttymisen alun tarkkaan kiinnittämiseen polttimen suulakkeen ulkopuolella, kui-5 tenkin välittömästi siihen liittyen. Tämä toimenpide aiheuttaa sen, että korkeassa lämpötilassa takaisinvirtaa-vat palamiskaasut ja kiinteäaine/kaasu-seossuihku kohtaavat toisensa terävässä kulmassa. Tällöin kaasuliekin-säilytyspolttimen rengasperuspinta ei käytännössä aiheuta 10 kiinteän aineen kasaumien kiinnittymismahdollisuutta. Lisäksi lähtöreuna 17 estää syttymisepäsäännöllisyydet, joita voi esiintyä pyörteisyyden häiritsemässä suihku-säteessä ennen poistoa venturi-diffuusorista 11. Nämä epäsäännöllisyydet aiheuttavat kuormitusta diffuusorin 15 sisäpinnalle ennenaikaisen reaktion, ylikuumenemisen ja kasaumien muodostumisen vuoksi.

Kuitenkin kaasu-liekinsäilytyspolttimen rakenneosien lisäsuojaus erikoisesti korkeille lämpötiloille alttiilla alueilla on tarkoituksenmukaista, kuten poltin-20 suulakkeen 12 pinnoilla, jäähdytyskammion 18 alapohjalla ja sen vaippapinnoilla. Sopivia suojapinnoitteita ovat esimerkiksi koboltista ja sirkoniumista valmistetut, jotka keksinnön mukaisen laitteen käyttölämpötiloissa eivät ole taipuvaisia hilseilyyn tai kiinteäainesuspension ‘ 25 sulaneiden aineosien, kuten kuparin tai lyijyn seostu- miseen. Lähtöreuna 17 on - kuten myös muut laitteen rakenneosat - valmistettu tarkoituksenmukaisesti kokonaan tai osittain krominikkeliteräksistä. Käyttöajan pidentämiseksi edelleen voi olla tarkoituksenmukaista 30 suojata ulkopuolinen alue, nimittäin lähtöreunan leikkaus-reuna, kobolttiin tai sirkoniumiin perustuvan materiaalin sula- tai sintrauspäällysteellä. Materiaalin valinta määräytyy reaktiosuihkun kiinteä-neste-aineosien liuotus-kyvyn mukaan.

- 35 Edellä mainituissa toteutuksissa kestävät materi aalit keksinnön mukaisen laitteen käyttöolosuhteissa β 79348 esiintyvää korkeaa lämpötilaa ja noin 19-28 m/s olevaa seossuihkun poistumisnopeutta vahingoittumatta.

Keksinnön seuraavan toteutuksen mukaan on kaasu-liekin säilytys-poltin tai koko laite kiinnitetty sinänsä 5 tunnetun, pystysuuntaisen polttokuilun 13 yläreunaan laippaliitoksen 13a avulla - äkillistä siirtymistä käyttäen - kun taas polttokuilun alareuna on kiinnitetty lujan liitoksen avulla sinänsä tunnetulla tavalla vaakasuuntaiseen sulatesyklonikammioon. Polttokuilun pituus 10 määräytyy niin sanotun rikastepolttimen suuruuden mukaan. Polttokuilun pituus on sitä lyhyempi, mitä pienempi liekin korkeimman lämpötilakohdan etäisyys x on polttimen suulakkeesta. Tämän etäisyyden määrää yhtälö:

WA

15 * = f (-) dA ' k jossa f on funktiomerkki on poistonopeus polttimen suulakkeesta d^ on polttimen suulakkeen läpimitta 20 k on polttimen korjauskerroin

Esimerkiksi on tuotantotehon ollessa noin 8 t/h määrättyä kuparirikastetta, on polttokuilun pituus noin • 180 cm. Tuotantomäärän kasvaessa (rikastepoltin) voi dA olla suurempi ja siten liekin pituus x ja polttokuilun : 25 pituus pienempiä. Syklonikammion pituus on tavallisesti noin 1 m ja sen läpimitta noin 95 cm.

Keksinnön seuraavassa toteutuksessa käytetään polttokuilun 13 tulon alueella vaakasuuntaisessa poltto-kammiossa sytytyspolttimena vaikuttavaa sinänsä tunnet-30 tua kaksikammio-esiseospoltinta. Tämä sytytyspoltin on sijoitettu vaakasuorassa olevan syklonikammion pohjalle, edullisesti syklonin vaippaan ja suihkun akseli on suunnattu syklonikammion sisäseinän alaosaan. Tämän sytytyspolttimen 23 sytyttämistä varten käytetään syty-35 tystulppaa 29 tulenkestävästä puristusmassasta muodostuvan kuvun sisäpuolella. Kuvusta poistuva stabiili

II

9 79348 liekkisuihku johdetaan äkillisesti laajentuvaan, sylin-terimäiseen polttokanavaan 24.

Keksinnön erikoisen edullisessa toteutuksessa on kaksikammio-esiseospoltin 23 sytytyskanavassa 24 varus-5 tettu aksiaalisesti korkeapaine-täyssuihkusuuttimella 25. Tähän suuttimeen voidaan syöttää pelkistävästi vaikuttavaa nestemäistä ainetta kuten öljyä ja suihkuttaa esi-seospolttimen 23 kaasupolttosuihkun lävitse syklonikam-mioon. Pelkistysainetta käytetään sinänsä tunnetulla 10 tavalla muodostuvan kuonan pelkistämiseen, joka tarkoituksenmukaisesti pelkistetään ennen sulatteen poistoa syklonikammiosta tavanomaisesti peräänkytketyssä väli-astiassa. Tässä suutinjärjestelyssä jäähdytetään suutin edullisesti (vielä syttymättömän) kaasu/ilma-virran 15 avulla ja vältytään suuttimen vahingoittumiselta krakkaus-tapahtuman vaikutuksesta. Keskiputken 28 avulla voidaan suorittaa liekin valvontaa optisten laitteiden avulla. Tämän lisäksi voidaan sytytyspoltinta 23 käyttää varman sulamisprosessin takaamisessa yhdessä kaikkien muiden 20 polttimien kanssa kytkettynä.

Keksinnön mukainen laite soveltuu erikoisesti sulfidisten ei-rautametallien tai sulfidisten ei-rauta-metallirikasteiden pyrometallurgiseen käsittelyyn. Keksinnön mukaisen laitteen avulla saadaan sekoitus-25 asteista poistuvan sekoitussuihkun nopea ja täydellinen syttyminen kokonaisuudessaan pienellä liekin pituudella ja suurella liekin lämpötilalla lyhyellä etäisyydellä polttimen suulakkeesta. Täten saavutetaan suihkun pois-tumisnopeuksilla, jotka ovat tunnetulla, pienemmällä 30 kuin 30 m/s olevalla alueella, kiinteäaineosasten käytännöllisesti katsoen täydellinen siirtyminen sulana vir-taavaan tilaan.

Syklonin sisäseinällä sulana virtaavan kalvon jatkokäsittely tapahtuu tunnetulla tavalla. Tämä tarkoit-35 taa, että syklonikammion poistossa siirtyy yhdistetty sula kalvo suihkussa poistoraon kautta toisiokammiosta 10 79348 ja saapuu pystysuuntaiseen pudotuskuiluun esiarinaan. Esiarinassa erotetaan sulatteen eri painoiset aineosat kuten kiviaines ja kuona ja poistetaan erikseen.

Keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää 5 lukuisten kiinteiden aineiden käsittelyyn. Erikoisen sopivia ovat sulfidiset ei-rautametallit tai ei-rauta-metallirikasteet. Se soveltuu kuitenkin parhaiten oksi-disten, mahdollisesti esipelkistettyjen rautamalmien tai rautamalmirikasteiden käsittelyyn sekä metallurgisten 10 välituotteiden käsittelyyn.

Keksintöä esitellään seuraavassa tarkemmin mukaan-liitettyihin kuviin ja toteutusesimerkkiin viitaten.

Kuvioissa esittävät kuvio 1 keksinnön mukaisen laitteen poikkileik- 15 kausta; kuvio 2 poikkileikkausta polttokuilusta ja syklo-nikammiosta keksinnön mukaisen laitteen alaosana.

Kuvion 1 mukaisessa laitteessa lisätään syötettävää kiinteäaine/kaasu-suspensiota syöttöputken 1 kautta 20 paisuntakammioon 2. Siinä on kohdassa 3 kartiomainen osa ja kohdassa 4 sylinterimäinen osa liitososina. Nämä liitososat on kiinnitetty laipan 4a avulla sekoitus-asteeseen I. Tämä sekoitusaste muodostuu venturi-diffuu-sorista, jossa on suppeneva osa 5, sylinterimäinen : 25 sekoitusväliosa 6 ja diffuusoriosa 7. Venturi-diffuusoria ; ympäröi samankeskisestä toisiokaasukanava 8. Toisio- kaasukanava 8 on muodostettu kaarevaksi putkeksi, joka kaventuu siirtymiskohdan 9 välityksellä pienentyneen läpimitan omaavaksi, sylinterimäiseksi sekoitusväli-30 osaksi 10. Sekoitusaste I on liitetty laipan 10a avulla sekoitusasteeseen II. Venturi-diffuusori 11 on poisto-kohdassaan varustettu rengasmaisella kaasu-liekinsäily-tyspolttimellä G. Kaasuliekinsäilytyspolttimessa on erillinen jakoputki 16 kulloinkin polttokaasua ja happea 35 varten ja ne on yhdistetty erillisiin syöttöputkiin 15, 15a polttokaasua ja happea varten. Syöttöputkien 15, 15a

II

„ 79348 poistot on varustettu ruuvikierteiden avulla vaihdettavilla suuttimilla 14, 14a. Numerolla 17 on merkitty rengasmainen lähtöreuna. Jäähdytyskammio 18 on varustettu sisäpuolisella johtorenkaalla 19 paineenalaisen jäähdy-5 tysveden tasaista jakamista varten. Poltin on kiinnitetty laipan 13a avulla polttokuiluun 13. Polttimen suulake 12 päättyy tasaisesti polttokuiluun 13.

Kuviossa 2 on esitetty polttokuilun 13 siirtymä tai suuosa vaakasuuntaiseen syklonikammioon 20. Suuosan 10 alueelle on syklonikammion 21 sylinteripohjaan 22 asennettu sytytyskanavalla 24 varustettu kaksikammio-esiseos-poltin 23. Tämän polttimen suihkutussuunta 27 on suunnattu syklonikammion sisäseinän alaosaan. Sytytystulppa 29 sytyttää kaasuseoksen 28 sekä täyssuihkusuuttimesta 15 25 poistuvan nestemäistä polttoainetta olevan suihkun 26.

Toteutusesimerkki

Paisunta-astian 2 tuloputkeen 1 johdetaan 7000 kg/h kuparirikastetta eteensijoitetuista varasto-, kui- 3 vaus-, jakelu- ja sekoitussäiliöistä 390 m kanssa ensiö-20 ilmaa kantajakaasuna syöttöputken kautta.

Rikasteen koostumus on:

Cu = 21-23 %

Fe = 22-25 % S = 30-33 % 25 Zn = 7-10 %

Pb = 6-9 %

Si02 = 1 % ja raekoko välillä 0,5-100 mikrometriä, josta välillä 15-100 mikrometriä oleva osuus on 53 % sekä jäännös-30 kosteus 0,1-0,3 %.

Kuonanmuodostajana lisätään Si02:ta hiekkana 1,3 t/h rikaste-ilmavirtaan ennen tuloa putkeen 1, muodostuvan FeO:n sitomiseksi kuonaan. Tähän käytetään hiekkaa, jonka jäännöskosteus on 0,1 % ja raekoko 35 0,7 mm saakka.

Ainevirta, joka sisältää 7000 kg/h rikastetta, 12 79348 1300 kg/h hiekkaa ja 350 m^/h syöttöilmaa saapuu putken 1 kautta paisuntasäiliöön 2 ja siirtyy siitä kaventuman 5 kautta sekoitusasteen II sekoitusväliin 6, jossa suihku kiihdytetään nopeuteen 39 m/s. Sekoitusvälin 6 valitulla 5 läpimitalla saavutetaan pyörteisyysaste Re = 1,67x10^. Suhde L:D on 5. Suihku siirtyy sitten 100 mm säteen omaavan, portaattomaksi muodostetun siirtymisalueen kautta sekoitusvälistä 6 diffuusoriin 7, jonka kaltevuus on 5 kulma-astetta ja suurin läpimitta 95 mm.

10 Homogenisoitu virtaussuihku poistuu venturi- diffuusorista 7 nopeudella esimerkiksi 15,9 m/s ja saa- 3 puu yhdessä 600 m /h olevan toisiokaasuseoksen ja 3 1800 m /h olevan happivirtauksen kanssa toisiokaasu-kanavan 8 sisäpuolella venturi-sekoitusasteen II sekoi-15 tusvälin 10 vastaanotto-osaan.

Suhteellinen nopeus diffuusorista 7 poistuvan suihkun ja sitä ympäröivän toisiovirtauksen välillä toisiokaasukanavassa 8 on 9,3 m/s.

Molempien virtausten sekoitus sekoitusvälissä 10 20 tapahtuu keskimääräisen suihkun nopeuden ollessa 70,5 m/s ja välisuhteen ollessa L:D = 5,4 sekä pyörteisyys-asteen alussa ollessa Re = 6x10^. Seossuihku siirretään sitten diffuusorissa 11 sekoitusasteeseen II. Irtoamisten estämiseksi suihkusta on diffuusorin 11 kaltevuus - 25 2,5 kulma-astetta. Polttimen suulakkeesta 12 poistuu vielä syttymätön virtaussuihku pyörteettömänä keskimääräisellä nopeudella 19,5 m/s.

Läpimitan hyppäyksellisen kasvun vuoksi arvosta 230 mm polttimen suulakkeessa 12 arvoon 500 mm poltto-30 kuilussa 13 sekä homogenisoituna poistuvan suihkun aksiaalisen suunnan vaikutuksesta tapahtuu kuumien pala-mistuotteiden ja kaasujen ulkoinen paluuvirtaus, mikä yhdessä liekinsäilytyslaitteen 14 ja 14a kanssa johtaa välittömästi lähtöreunalla 17 suihkuvirtauksen läpi-35 syttymiseen.

Liekin ylläpitoon käytetty polttoainemäärä on

II

3 13 79348 rikasteen läpikulun ollessa 6000-10 000 kg/h noin 30 m maakaasua. Polttimen suulakkeen alueella 12 poistuu homogenisoitu virtaussuihku lähtöreunan 17 ylitse pyörteet-tömänä ilman, että diffuusorin sisäseinän rajakerros-5 alueella diffuusorin 11 päässä esiintyy irtautumista ja pyörteiden muodostumista.

Suunnattu suihku saapuu lähtöreunan 17 ylitse terävässä kulmassa - ja sitä ympäröivän, erittäin reaktiivisen, liekinsäilytyspolttimon avulla tehostetun 10 paluuvirtauksen ylitse - vapaasti polttokuiluun 13.

Otettaessa huomioon 18,5 m/s oleva suihkun poistonopeus polttimen suulakkeessa ja kiinteiden reaktanttien lentorata muodostuu kuvion 3 mukainen syttymisprofiili tulon alueella polttokuiluun 13. Poikkileikkaushypyn seurauk-15 sena polttimen suulakkeesta 12 polttokuiluun 13 ja pala-misreaktion vuoksi kääntyvät reagoivat kiinteäaineosaset itse asiassa jäähdytetyn kuiluseinän suuntaan ja kohtaavat keksinnön mukaisessa laitteessa reagoineina ja sulana juoksevana kuilun seinän. Kuilun seinällä virtaava 20 sula kalvo jähmettyy paksuuteen, joka vastaa lämmönsiirtoa kuiluseinän jäähdytysputkiin ja muodostaa suoja-kerroksen jäähdytysputkien pinnalle. Jähmettyneeltä kerrokselta virtaa sulatteen reunaosuus jäännöksettömästi ja halutusti stabiloituna sykloniastian suuntaan.

25 Loppuunpalaminen tapahtuu polttokuilun sisällä kuvion 4 käyrää vastaavasti, jolloin suihku kuvion 4 mukaan saavuttaa lyhyellä matkalla x korkeimman lämpötilansa 1640°C ja saapuu vähän tämän jälkeen kaasufaasin ja sulatteen erottamiseksi tangentiaalisesti sykloni-30 kammioon 20.

Esitetyssä esimerkissä etenee prosessi autogee-nisesti. Tapauksissa, joissa käsitellään vähemmän reaktiolämpöä sisältäviä seoksia, lisätään putken 1 kautta lisäksi polttoainetta, esimerkiksi hiilipölyä.

35 Reaktiolaitteen jäähdytetyistä seinistä poistettu reaktiolämpö antaa vesihöyryä 0,9-1 tonnia yhtä tonnia kohti rikastetta (60 baaria).

14 79348

Sykioniastiasta 20 poistetut tuotteet ovat: kuparikiveä, jonka koostumus on: Cu = 73,5 %;

Pb = 2,0 %; Fe = 2,0 %; S = 21,6 %; Zn = 0,9 %; kuonaa, jonka koostumus on: Cu = 1,9 %; Pb = 1,8 %j 5 Zn = 8,0 %; Fe = 3 7,0 %; SiC>2 = 31,0 %.

Kuparikivi ja kuona poistetaan yhdessä 1300°C olevassa sulatteen lämpötilassa makaavan sykloniastian alaosasta.

Sykloniastiasta 20 aksiaalisessa suunnassa pois-10 tuvan pakokaasun lämpötila on 1320°C ja se sisältää 56 % SC>2 ja 5 % jäännöshappea.

Pakokaasun kanssa siirtyy oksidi-sulfaattista lentopölyä, jonka koostumus on: Cu =6 %; Pb = 16 %;

Zn = 24 %; S = 14 %; Fe = 4 %.

15 Syklonin seinämään 22 sijoitettua liekinvalvonta- pilotpoltinta 23 käytetään kokonaissulatuslaitoksen syttymisen ja liekin varmistamiseen sulatuksen avulla sekä maakaasullekin sytyttämiseen ja valvontaan kuumen-nusvaiheen aikana, jossa kuumennus suoritetaan 1200°C 20 uuninlämpötilaan. Kuumennusta varten syötetään liekin-säilytyspolttimen G kaasusuuttimiin 150 m /h maakaasua ilman happea. Tarvittava happi johdetaan tällöin ilman muodossa toisiokaasukanavan 8, sekoitusvälin 10 ja diffuusorin 11 kautta polttokuiluun 13.

: 25 Kaksikammio-esiseospoltin 23 on varustettu suur- r paine-täyssuihkusuuttimella, jota käytetään pelkistyk seen syklonin 20 sulatusalueella pelkistysaineen, esimerkiksi öljyn kanssa.

I!

Claims (8)

15 79348 Patentt ivaat imuk set

1. Laite syttyvien kiinteäaine/kaasu-suspensioiden muodostamiseksi varustettuna pystysuuntaisella syötöllä 5 kiinteäaine/ensiökaasu-suspensiota varten ja sitä saman-keskisesti ympäröivällä toisiokaasukanavalla sekä sekoi-tusasteilla molempia virtauksia varten, tunnettu siitä, että syöttö kiinteäaine/ensiökaasu-suspensiota varten on muodostettu paisuntakammioksi (2) , jossa on 10 tangentiaalisesti sijoitettu, oleellisesti vaakasuuntaan päättyvä syöttöputki (1) syötettävää kiinteäaine/ensiö-kaasu-suspensiota varten ja paisuntakammioon (2) liittyvät kaksi peräkkäinsijoitettua, venturi-diffuusoriksi muodostettua sekoitusastetta (I, II), jolloin ensimmäi-15 sessä sekoitusasteessa (I) toisiokaasukanava (8) ympäröi samankeskisesti diffuusoria (5, 6, 7) ja toisessa sekoitusasteessa (II) jäähdytyskammiolla (18) varustetun diffuusorin ulostulon alueelle on sijoitettu sitä rengasmaisesti ympäröivä kaasu-liekinsäilytyspoltin (G), jossa 20 on erilliset polttokaasu- ja happisuuttimet (14, 14a).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että paisuntakammio (2) ja sekoitus-asteet (I, II) on liitetty toisiinsa laippojen (4a, 10a) välityksellä.

3. Patenttivaatimusten 1-2 mukainen laite, tun nettu siitä, että toisiokaasukanava (8) diffuusorin ulostulon (7) alueella muuttuu pienemmän läpimitan omaavaksi sylinterimäiseksi osaksi (10), jonka läpimitta vastaa käytännöllisesti katsoen diffuusorin ulostulon 30 (7) läpimittaa.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen laite, tunnettu siitä, että toisen sekoitusasteen (II) dif-fuusoriulostulossa on polttimen suulakkeen alueella tason ylitse ulottuva, veitsimäinen lähtöreuna (17).

5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen laite, tun nettu siitä, että poltin (G) tai koko polttolaite ie 79348 on kiinnitetty pystysuoran polttokuilun (13) yläreunaan laippaliitoksen (13a) avulla.

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että polttokuilun alareuna on kiinni- 5 tetty vaakasuoraan sulatesyklonikammioon (20).

7. Patenttivaatimusten 1-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että polttokuilun (13) poiston alueelle vaakasuoraan syklonikammioon (20) on sijoitettu kaksi-kammio-esiseospoltin (23) syklonikammion (20) pohjaan, 10 edullisesti sen vaippaan ja polttimen akseli on suunnattu sisäseinän alaosaan.

8. Patenttivaatimusten 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että esiseospoltin (23) on varustettu sytytyskanavassa (24) lisäksi suurpainetäyssuihku- 15 suuttimella (25). i7 79348