KR100414472B1 - 재생되는규산염출발물질을용융시키기위한방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재생되는 폐규산염물질(70)을 용융시키기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 전달공기(66)와 폐규산염물질(70)의 나선형의 흐름 필라멘트들을 포함하는 회전하는 전달흐름(54)이 사이클론로의 연소실(8)로 나선축(72) 방향으로 공급된다. 바람직하게 미리 가열된 신선한 공기가 사용되고 이것은 연소공기로써 연소실(8)로 부분적으로 공급되고 부분적으로 전달공기(66)의 형태이다. 본 발명은 또한 재생되는 폐규산염물질(70)을 용융하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 연료(18)와 연소공기(22)가 폐규산염물질(70) 존재하에서 연소될 수 있는 연소실(8)을 포함한다. 전방챔버(38)가 인젝터흐름(50)을 생성시키기 위한 혼합기(56)와 연소실(8) 사이에 배열된다. 이 인젝터흐름(50)은 폐규산염물질(70)과 전달공기(66)로 이루어진 전달흐름(54)을 형성시키기 위하여 장입도관(48)을 통하여 전방챔버(38)로 공급될 수 있다. 상기 전방챔버(38)는 연소실(8)로 개방되는 출구부(36)를 포함한다.

Description

재생되는 규산염 출발물질을 용융시키기 위한 방법 및 장치
본 발명은 규산염 물질을 용융시키기 위한 열이 연료 및 연소공기를 공급하는 동안 발생되는 폐규산염물질(silicate waste materials)을 용융시키기 위한 방법에 관한 것이며, 또한 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
미네랄울(mineral wool) 제품을 생산하기 위해, 규산염 출발물질의 용융은 기본적인 필요조건이다. 여기서 또한 폐미네랄울(mineral wool waste)을 재생되는 출발물질(to be recycled starting materials) 로서 이용할 필요성이 있다.
폐규산염물질을 연소실로 공급하는데 있어서 특히 대기압 이상의 압력이 연소실 내부에 존재하는 문제점이 존재한다. 이것은 예를들면 미등록된 DE 43 25 726 A로부터 공지되는 싸이클론 형태인 연소실의 경우이다. 투입되는 출발물질이 예컨데 미세입자의 형태로 주어지거나 높은 표면/질량 비를 갖는다면, 출발물질 입자들의 중력은 양의 압력으로부터 기인하는 상승력을 극복하기에 충분하지가 않을 것이며, 이러한 빈곳에 출발물질 입자들은 연소실로 유입됨에 의하여 벌크한 물질과 같은 방식으로 채워질 것이다. 만약 지금 출발물질이 가속된 전달흐름에 의하여 연소실로 직선적으로 주입되었다면, 비록 출발물질의 연소실로의 침투능력이 이로 인하여 향상되는 것이 가능하다고 하더라도, 이것은 출발물질이 더 이상 만족스럽게 용융될 수 없는 결과와 함께 빠른 유속으로 인하여 연소실 내부에서 출발물질의 체류시간을 상당히 감소시킬 것이다.
폐규산염물질이 용융되는 경우에 있어서, 예컨데 결합제 또는 잔여 적층물들로부터 발생하는 각각의 재생되는 출발물질의 유기 불순물 및 여기에 들러붙은 폐기물들은 출발물질의 용융과는 별도로 동시에 산화되어야 한다. 이것은 재생되는 출발물질의 연소실 내부에서의 오랜 체류시간을 필요로 한다. 이들의 형성에 뒤이어, 연소물들은 또한 얻어진 순수한 규산염 용융물질과 재혼합되지 않아야 한다. 적합한 연소실 내에서 수행되는 이러한 용융공정 동안에, 원래의 고체 불순물들이 이들의 연소에 뒤이어 이들 부피의 증가를 야기하는 기체상의 연소물 형태로서 주어지기 때문에 더 높은 압력이 상기 언급된 대기 상부에서 원래 주어진 압력의 정상에 형성된다. 이것은 출발물질을 연소실로 도입하는데 있어서, 즉, 특히 표면/질량 비가 상대적으로 높을때의 어려움들을 가중시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은, 한편으로, 재생되는 출발물질의 완전한 용융을 가능하게 하기 위하여 폐규산염물질에 연소실로의 충분한 침투능력을 부여하고, 다른 한편으로는, 일정한 경우, 새로운 미네랄울 제품을 생산하는데 충분히 순수한 용융된 규산염 물질을 제조하기 위해 재생되는 출발물질에 부착되는 각각의 불순물들과 폐기물들의 완전 연소를 달성하는 것이다.
이러한 목적은 청구범위 제 1 항의 특징부에 의해 달성된다.
전달공기의 나선형 흐름 필라멘트들(filaments)과 폐규산염물질을 포함하는 회전하는 전달흐름이 나선축 방향으로 연소실에 유입될 때, 이것은 큰 운동에너지를 갖는 출발물질의 장점으로 귀결되고, 따라서 연소실로의 우수한 침투능력을 가지게 되는 한편, 나선축 방향으로 단지 상대적으로 작은 속도 성분을 나타낸다. 상기 출발물질은, 나선궤도를 따르는 그것의 움직임으로 인하여, 연소실 내부에서 상대적으로 더 긴 체류시간이 걸린다. 충분하게 긴 체류시간은 걸려 있는 상당한 운동에너지에도 불구하고 이에 의하여 보장된다. 따라서 전달흐름에서 운반되는 출발물질은 출발물질의 완전한 용융을 가능하게 하는 상당히 길게 지속되는 열 영향의 대상이 된다. 상기 길게 지속되는 열의 영향은 또한 각각 예를들어 유기물들 또는 결합제와 같은 재생되는 출발물질에 부착된 불순물들 또는 그것과 함께 혼합된 폐기물들의 완전한 산화 또는 연소를 가능하게 한다. 전달흐름의 나선운동에 의하여 발생되는 우세한 원심력의 결과로써, 한편으로는, 용융된 출발물질의 적절한 분리와, 다른 한편으로는, 연소산물들이 이들의 상이한 밀도 및/또는 응집상태로 인하여 더욱 보장된다. 만약 이 열의 영향이 또한 충분하게 높다면, 연소실 내부의 모든 연소산물들이 기체상으로 존재하고, 열원이 버너의 화염인 경우 이 화염의 연소가스와 혼합될 수도 있다. 연소산물들과 용융된 출발물질들의 재혼합은 이것에 의하여 배제될 수 있다.
미네랄울로부터 기원하는 폐규산염물질을 용융하는데 있어서, 이것은 연소실로 안내되기 전에 기계적인 분쇄장치에 의하여 얻어지는 미네랄울 제품의 단편 형태로 사용되는 것이 바람직하고, 따라서, 그 결과로서 10mm 미만의 평균크기를 가지는 재생되는 출발물질이 주어진다. 그러나, 10mm를 초과하는 직경을 가지는 다소 불규칙한 형상의 메네랄울 단편들이 종래의 분쇄장치 없이 전달흐름에 의하여 만족스럽게 운반되는 것이 놀랍게도 발견되었다.
본 발명에 따른 방법은 제품 품질의 문제에 해법을 제공하는 평행하게 배열된 여러개의 공정 유닛들로써 일반적인 유리 조성 혼합물의 용융에 또한 적합하다. 여기서, 역시, 상응하는 재생되는 출발물질이 부가적으로 사용될 수도 있다.
청구항 제 2 항에 따라, 전달흐름이 연소실의 종축과 동축적으로 연소실의 상부 구역으로 공급되는 경우, 이러한 동축적인 유입은 연소실 내부의 흐름 및/또는 연소 상태들의 대략적인 중앙 대칭적 형성을 가능하게하며, 따라서 단순화된 공정관리에 유리하다.
상기 회전하는 전달흐름은, 예를들면, 임펠러 또는 터빈형 압축기를 사용하여 도관에 공급된 전달공기를 가속시킴으로써 생성될 수 있다. 상기 임펠러 또는 압축기 휠은 각각, 가속된 전달공기에 요구되는 회전을 동시에 부여한다. 상기 출발물질은 그다음 가속 및 회전된 전달공기에 공급될 수 있다.
전달흐름을 생성하기 위해, 전달공기는, 예컨대, 인젝터에 의하여 가속되고, 출발물질은 청구항 제 3 항에 따라 가속된 전달공기로 유입 된다. 여기서 잔여 연소공기가 폐기물들의 향상된 연소에 관한 장점으로 구성되는 경우, 연소공기는 전달공기로서 또한 사용될 수 있다. 예컨데 가루로 만든 또는 그렇지 않으면 분쇄된, 폐규산염물질이 출발물질 입자 형태로 이러한 가속된 전달공기 또는 추가적인 연소공기에 혼합될 수 있다. 전달공기로의 출발물질의 도입은 추가적인 장점, 즉, 이것들의 혼합 동안 만큼 빠른 연소를 위해서 전달공기와 출발물질의 최적 혼합비를 설정하는 가능성을 제공한다. 공급된 출발물질을 포함하는 가속된 전달공기의 흐름이 선형 인젝터흐름으로서 초기에 안내되므로, 예컨대 광학 센서들에 의해 혼합비의원 위치에서의 모니터링이 대체로 용이해진다.
일단 초기에 선형 인젝터흐름으로서 안내된 혼합 출발물질을 포함하는 가속된 전달공기가 이어서 회전이 이루어지면, 전달공기의 나선형 흐름 필라멘트들과 출발물질을 포함하는 요구되는 회전하는 전달흐름이 얻어진다. 이러한 회전하는 전달흐름은 일정한 나선궤도 상에서 나선형의 흐름 필라멘트들을 대부분 따르는 회전하는 전달흐름 안에 포함된 출발물질 입자들의 매우 중요한 장점을 제공한다. 이것에 의하여 전달공기와 출발물질의 혼합비는, 일단 이것이 설정되면, 흐름 공간에서 바람직하지 못한 정체점들로부터 기인하는 분리(segregation)와, 제어되지 않은 난류로부터 기인하는 재혼합이 회피되기 때문에 대체로 수정되지 않을 것으로 보장된다.
그러나, 현재까지, 선형의 인젝터흐름이 전방챔버 내부에서 전달공기와 출발물질의 나선형의 흐름 필라멘트들을 포함하는 회전하는 전달흐름으로의 관찰된 변형에 어떠한 흐름 법칙들이 근거하는지 불명확하게 남아 있다. 어떤 경우에도, 전방챔버에서 생성된 전달흐름이 초기에 언급된 어떠한 발산도 일어나지 않게 가상의 나선식 형태의 튜브 내부에서 나선계단을 따르는 방식으로 흐르는 것이 분명하다.
연소실 내부로 공급된 전달흐름이, 청구범위 제 4 항에 따라서, 나선형의 흐름 필라멘트들을 포함하는 회전하는 외피흐름(envelope flow)에 의하여 연소실의 상부영역에서 둘러싸이는 경우에 있어서, 이것은 연소실의 상부영역에서 전송흐름과 연소실벽 간의 접촉이 최초에 회피될 수 있고, 그리고 나선축에 대하여 가로로 작용하는 원심력들로 인하여, 전달흐름이 운동방향에서 나선축을 따라 외피흐름에점점 스며들도록 점차 분기될 수 있는 장점을 가진다. 예를들어, 상기 외피흐름이 열공급을 위하여 의도된 버너의 화염의 형태를 갖는 경우, 전달흐름으로의 최적의 열 공급은 이러한 방식으로 가능해진다. 이것은 출발물질 입자들이 완전히 용융될 수 있고 폐기물들이 각각 완전이 산화되거나 또는 연소될 수 있는 결과를 갖는다.
전달흐름 및 외피흐름 또는 버너의 화염이 청구범위 제 5 항에 따라 하강하는 동안 각각 서로 혼합되는 경우, 연소실의 종축방향으로 전달흐름과 외피흐름의 연속적인 격렬한 혼합이 이러한 방식으로 얻어질 수 있다. 이것은 연소실벽의 외부에서 연소실의 바닥영역에 침적하고 이 벽을 따라 흐르는 얻어진 용융체로 궁극적으로 귀결되고, 그안에 존재하는 연소물들과 함께 배기가스가 연소실의 종축을 따라 중앙으로 흐른다.
또한, 예를들면, 외피흐름이 화염의 형태이면 온도 구배는 연소실을 가로질러 길이방향으로 설정될 수 있다. 이것은 길이방향으로 상이한 평균온도를 가지는 연속적인 구역들을 형성하는 것을 가능하게 한다. 음의 온도 구배로 인하여, 연소실 내부의 온도는 흐름방향으로 연속적으로 감소하고, 이로 인하여 각각의 부공정(subprocess)을 위한 각각의 최적의 온도범위가 연소실을 통과하는 통로상에서 횡단될 수 있다. 따라서, 예컨대, 결합제 또는 적층 잔유물들을 산화시키기 위하여, 출발물질을 용융시키기 위한 것보다 더 높은 온도가 요구되고, 출발물질은 일단 용융되면 차례로 액체로 유지될 수 있고 배기가스는 더 낮은 온도에서 기체상으로 유지될 수 있다. 이러한 방식으로 열에너지 공급의 최적의 에너지 이용이 또한 보장된다.
전달흐름과 외피흐름은, 청구범위 제 6 항에 따라, 동일한 방향으로 회전할 수 있으며, 즉, 이들의 회전 벡터들은 이러한 경우에 있어서 동일한 배향을 가질 수 있다. 이러한 방법으로, 외피흐름과 전달흐름의 매우 잔잔하고 난류가 없는 혼합이 달성될 수 있다. 만약 외피흐름이 화염의 형태를 가지면, 폐기물들의 원활한 연소와 출발물질의 용융이 추가적으로 달성될 수 있다. 이 온도 구배는 전달흐름과 외피흐름이 단지 느리게 혼합되기 때문에 상대적으로 적은 것으로 추정될 수 있다. 이러한 공정관리는 규산염 출발물질의 요구되는 원활한 용융에 관심을 둔다.
또다른 유리한 공정관리의 경우에 있어서, 전달흐름은 연소실 내부에서 외피흐름의 회전방향에 반대되는 방향으로 회전할 수 있으며, 즉, 이들 각각의 회전 벡터들은 반대이다. 외피흐름과 전달흐름의 격렬한 혼합이 따라서 이 두 개의 흐름들이 서로 처음 마주하는 영역에서 만큼 빨리 달성될 수 있다. 특히 외피흐름이 화염의 형태를 가지는 곳에서, 격렬한 난류들이 전달흐름과 외피흐름의 경계에서 발생할 수 있고, 그것에 의하여 폐기물들의 급속한 연소 및 그에 따른 연소실 내부의 상대적으로 좁은 영역에 한정된 폐기물들의 연소를 추가적으로 가능하게 한다. 연소실의 종방향의 온도 구배는 이 경우에 있어서 상대적으로 가파르게 되는 것으로 추정될 수 있다. 이러한 공정관리는 매우 많은 양의 산화되는 폐기물들을 포함하는, 많은 불순물을 적재한 폐규산염물질에 관한 것일 수 있다.
산화된 또는 타버린 폐산물 또는 예컨데 재생될 출발물질에 포함된 결합제 또는 적층 잔유물들과 같은 폐기물들은, 청구범위 제 7 항에 따라, 연소실의 상부영역에서 상응하게 선택된 1차 체류시간과, 상응하게 선택된 상승된 연소온도에서기체 상태로 되고 복합 배기가스로 전환되도록 버너의 배기가스, 즉, 화염의 연소산물들과 혼합될 수 있다. 이에 따라, 연소로 이어지는 폐기물들이, 용융된 출발물질과 재 혼합될 수 없는 것이 확실해진다. 연소실의 중심영역에서 2차 체류시간과 더 낮은 온도를 적절하게 선택함으로써, 출발물질을 용융시키기 위한 최적의 조건들이 설정될 수 있다. 이러한 경우, 출발물질은, 일단 용융되면, 액상으로 남는다. 일반적인 출구를 통하여 연소실로부터 얻어진 용융물질 뿐만아니라 배기가스를 전달하는 것 또한 가능하다. 상기 배기가스는 이어서 출구를 통하여 연소실의 외부로 연소실의 종축을 따라 중앙으로 흘러 들어가고, 용융된 물질은 출구를 향하는 연소실 벽을 따라 연소실의 저면부로 흘러 들어가고, 이것의 가장자리를 따라 연소실의 외부로 흘러 나간다.
배기가스와 용융된 물질을 공동으로 도관으로 운송하는 것은 설비들의 구조를 단순하게 유지하기에 적합하다. 용융된 물질과 배기가스를 위한 분리된 도관들 또는 도관 운송 수단은, 그것들이 일반적인 출구를 통하여 방출될 때 이미 분리되기 때문에, 필요하지 않다. 폐규산염물질의 용융동안에 생성되는 배기가스를 용융조에서 새로운 출발물질의 용융동안에 생성되는 용융물질의 배기가스와 혼합시키는 것, 그리고 이들 두 배기가스들, 즉, 한편으로는, 재생되는 물질로부터 기원하는 배기가스와, 다른 한편으로는, 용융된 새로운 출발물질로부터의 배기가스를 일반적인 배기가스처리 및 배기가스정화기로 공동으로 공급하는 것 또한 가능하다. 이 명세서에서는 DE 43 25 726 A가 참조의 방식으로써 여기서 완전히 구체화된다.
청구범위 제 8 항에 따르면, 신선한 공기 또는 연소공기에는 각각 조의 배기가스 및/또는 연소실의 배기가스로부터 열에너지가 공급되고, 따라서 가열된 신선한 공기는 이후 일부는 연소공기로서 연소실로 직접 공급되고 일부는 전달공기로서 공급된다. 특히 바람직한 공정관리에 있어서, 신선한 공기 또는 연소공기는 각각 대략 20℃의 주위온도에서 존재하고 예컨데 DE 43 25 726 A에 기술된 바와 같이 열교환기 또는 복열장치(recuperator)로 공급된다. 이 열교환기는, 대략 1000℃로 열교환기로 흘러 들어가고 대략 200℃로 이를 떠나는 배기가스들로부터 연소공기로 열에너지를 이동시키고, 이에 따라 대략 650℃로 가열된다. 이것은, 한편으로, 이 방법의 대체로 향상된 열적 균형과, 다른한편으로, 가열된 전달공기가 재생되는 출발물질에 포함될 수 있는 습기를 유리하게 흡수할 수 있는 결과를 가져온다. 따라서 출발물질은 가열된 전달공기로의 혼합후에 건조되고, 전방챔버 내부에서의 바람직하지 못한 응축물의 형성이 방지될 수 있다.
장치기술의 관점에서, 본 발명의 목적은 청구범위 제 9 항의 특징부에 의하여 달성된다.
따라서 인젝터흐름을 발생시키는 혼합기와 폐규산염물질을 용융시키는 기능을 갖는 연소실 사이에 전방챔버를 삽입시키는 것이 첫번째로 제안된다. 이 인젝터흐름은 출발물질과 전달공기의 전달흐름을 형성시키기 위하여 장입도관(charging conduit)을 통하여 전방챔버에 공급될 수 있다. 이러한 장입도관은 중앙축에 대하여 가로 방향으로 전방챔버로 편심적으로 들어간다. 또한 전방챔버는 중앙축에 대하여 가로로 그리고 연소실로 개방된 장입도관으로부터 축방향으로 이격된 곳에 배열된 출구부를 포함한다. 결과적으로, 전달공기는 혼합기에 의하여 초기에 가속될수 있고 바람직하게는 출발물질 입자의 존재하는 재생되는 출발물질 또는 폐규산염물질과 함께 장입될 수 있다. 이렇게 가속되고 출발물질로 채워진 전달공기는 전방챔버의 중심축에 대하여 가로로, 그리고 전방챔버의 중심부에 대하여 편심적으로 연속하여 공급될 수 있으며, 이에 따라 이 지점으로 선형적으로 향하는 인젝터흐름은 나선형의 흐름 필라멘트들을 포함하는 회전하는 전달흐름으로 변형된다. 운동방향에서 전방챔버의 출구부가 전방챔버의 중심축에 대하여 그리고 이상적으로 이와함께 일치하는 나선축에 대하여 가로방향의 배향을 가지기 때문에, 전달공기와 출발물질의 나선형의 흐름필라멘트들을 포함하는 최종의 회전하는 전달흐름은 코르크스크루(corkscrew)와 유사한 구조로 출구부를 통하여 전방챔버로부터 방출될 수 있다.
US-PS 4,544,393에는 와류반응기(vortex reactor)와 그리고 또한 환상의 와류반응기들의 여러 가지 실시예들에서 유리를 용융하는 방법이 공지된다. 특히 이것은 환상의 와류반응기의 각 실시예로의 이것들의 도입 뿐만 아니라 유리의 제조를 위한 분쇄된 유리 형성 물질들 및 공기 또는 가스의 세가지의 상이한 부분 혼합물들에 이르는 혼합을 다룬다. 상기 와류반응기에서의 화학양론 및 열방출은 서스펜션 예열기 및 와류반응기에서의 산화제/연료 비를 조정함으로써 제어된다. 가열된 서스펜션 입자들은 혼합되고, 와류반응기 벽을 따라 발생하는 유리 형성 반응을 하고 액체의 기계적으로 유동된 원심력에 의하여 와류반응기의 벽에 뿌려진다. 그러나 재생하기 위한 폐규산염물질의 재활용과 특별히 개조된 장치로의 이것의 도입은 본 명세서에는 개시되지 않는다.
US-PS 3,555,165 및 DE-PS 33 35 859로부터, 각각, 장치가 공지되는데, 여기서 미세한 과립상의 광석 응집체가 인젝터에 의하여 반응가스들과 함께 고속으로 사이클론 형태의 연소실의 상부영역으로 수평 분사된다. 그러나 이러한 장치는 폐규산염물질들을 연소실로 도입하기 위하여 이용될 수 없다. DE-PS 33 35 859의 경우에 있어서, 사각형의 면들의 연장을 이루는 평면에 배열된 여러개, 예컨대, 4개의 인텍터 또는 노즐이 사용된다. 분사 방향은 연소실 주위에 대하여 교차하게 배향되어, 단일 노즐 대신에 4개의 노즐을 사용할 때, 사각형 주위를 이동하는 동안, 연속적으로 보여질때, 순환 시퀀스(circling sequence)에 있는 각각의 뒤따르는 흐름의 교차가 가까스로 방지된다. 인젝터 중 각각의 하나는 뒤따르는 분사 노즐의 영역에서 교차적으로 반대되는 연소실 벽상에 직접적으로 출발 물질을 내뿜는다. 이것은 연소실 벽에 추가적으로 불필요한 기계적인 응력을 받아서 마모가 증가되는 단점을 가진다. 그러나 연소실 벽의 단축된 사용 수명은 폐규산염 물질을 용융시키는데 있어서 용인될 수 없다.
청구범위 제 10 항에 따라, 혼합기가 분사노즐, 간단한 출발물질 슈트(chute)로 전형적으로 구성된 출발물질 공급도관, 그리고 전방챔버로 가는 장입도관으로의 입구부를 포함하는 인젝터로 구성되는 경우, 이것은 한편으로 이것의 튼튼함과 다른 한편으로 흐름 상태의 용이한 관리로 특징되어지는 매우 단순한 구조를 가지게 한다. 특히 인젝터 노즐을 포함하는 인젝터의 사용은 유동역학적 관점에서 최적인 전달공기의 매우 효율적인 가속을 가능하게 한다. 이러한 경우, 전달공기는, 예를들어, 상업적으로 이용가능한 압축기 또는 송풍기에 의하여 각각 미리압축되고 미리 가속될 수 있으며 그다음 이완되고 인젝터노즐에 의하여 연속적으로 가속될 수 있다.
청구범위 제 11 항에 따르면, 연료의 연소 및 연소공기의 연소를 위한 버너가 연소실의 외부에 제공되며, 이것의 버너 오리피스(orifice)는 연소실의 종축과 평행한 평면 내에서 편심적으로 연소실의 상부영역으로 들어가고, 이에 따라 외피흐름의 형태를 가지는 생성된 화염이 연소실로 편심적으로 전달될 수 있다. 이에 따라 다양한 장점들이 얻어진다. 한편으로, 각각 연소실의 벽과 직접 접촉하는 외피흐름 또는 버너의 화염은 연소실의 벽이 만약 있다면 열하중을 받고, 전달흐름과 연소실 벽간의 접촉이 방지되는 것을 보장하며, 이에 따라 출발물질 입자들의 연소실 벽으로의 바람직하지 못한 응착이 방지될 수도 있다. 또한 이것이 연소실을 통과하는 동안 전달흐름이 외피흐름으로 확산될 수도 있고 이로인하여 최적의 열공급이 항상 가능하도록 보증한다. 바람직한 실시예에 있어서, 버너와 연소실은 용융 사이클론로를 형성한다. 이것은 용융사이클론의 모든 장점을 가능하게 한다. 본 명세서에서는 DE 43 25 726A가 참조로써 완전히 구체화 된다.
청구범위 제 12 항에 따라, 출구부에 대하여 상류 위치에서 전방챔버내에 배열된 전방챔버의 일 부분이 원추형으로 테이퍼진 형태를 갖는 경우, 생성된 전달흐름은 한편으로 수축되고 그다음 더욱 가속되며, 다른 한편으로, 연소실로부터 전방챔버로의 열반사가 대부분 방지된다. 출구부의 상류에 위치된 전방챔버 영역의 이러한 원추모양 테이퍼는-함께 제거될 수 없는 연소실로부터의 열의 피드백으로 인하여 약간 가열될 수 있는-출발 물질입자들이 불완전하게 경화된 결합제로 인하여이곳에서 가능한 접촉시에 전방챔버벽에 들러 붙는 것을 방지한다. 바람직한 실시예에 있어서, 전방챔버의 출구부는 연소실로 직접 개방되어서, 한편으로는 전방챔버와 연소실의 조합인 치밀한 구성, 다른 한편으로는, 불필요하게 지연되지 않는 생성된 전달흐름의 장점으로 귀결된다.
청구범위 제 13 항에 따르면, 전방챔버는 전방챔버벽의 냉각을 위한 냉각수단을 포함한다. 이에 따라, 약하게 가열된 출발물질입자, 가능하게는 이것의 불완전하게 중합된 결합제 성분들이 전방챔버벽과 접촉시 응착이 일반적으로 발생될 수 있으며, 정확히 전방챔버벽에 들러 붙지 않도록 보증된다. 즉, 전방챔버벽과의 접촉시, 출발물질 입자들은 다시 냉각될 수 있고, 완전하게 경화되지 않은 잔여 결합제는 경화될 수 있고, 이로인하여 출발물질 입자들은 전방챔버벽으로부터 다시 분리될 수 있다.
유리한 실시예에 있어서, 연소실은 연소실 벽의 냉각을 위한 냉각수단을 포함한다. 또한 내화물 벽돌로써 연소실 벽을 라이닝함으로써 극히 높은 온도가 연소실 내부에 제공될 수 있다.
청구범위 제 14 항에 따르면, 연소실은 출발물질 용융물질 및 배기가스를 위한 출구부를 포함하며, 이것은 종축에 대하여 가로로 배열되며, 각각 용융조 또는 용융통으로 향하는 공급도관 또는 연결통로로 연결되는 출구부를 갖는다. 따라서 배기가스 및 용융된 출발물질은 함께 제거될 수 있다. 이러한 방법으로, 용융된 출발물질은 용융통 내부에서 독립적으로 용융된 새로운 출발물질의 새롭게 용융된 물질에 공급될 수 있고, 이어서 설비의 하류부분에서 이것과 함께 새로운 미네랄 섬유로 가공될 수 있다. 새로운 출발물질의 용융동안에 형성된 배기가스는 용융통 내에서 형성된 배기가스에 또한 공급될 수 있고, 이것과 결합되어, 이미 존재하는 배기가스 정화설비가 재생된 물질로부터 나오는 배기가스의 배기가스정화를 위한 추가적인 구조적 수정 없이도 사용될 수 있다. 본 명세서에서는 DE 43 25 726A가 다시 참조된다.
본 발명은 도면을 참조하여 더욱 상세하게 아래에 설명될 것이다.
제 1 도는 인젝터 흐름의 흐름 방향에 평행한 단면을 가지는, 전방챔버, 연소실 그리고 용융통으로 향하는 피이더(feeder)로 이루어진 설비의 부분단면도,
제 2 도는 제 1 도에 도시된 혼합기와 전방챔버의 확대된 단면도,
제 3 도는 제 2 도에 상응하는 혼합기 및 전방챔버의 단면도를 도시한다.
제 1 도에는, 본 발명의 장치의 일실시예가 도시된다. 용융사이클론로(1)가 용융통(도시되지 않음)으로 개방된 피이더(2) 상에 배열된다. 이러한 배열은 이중 T자형 강철 거더(girder;6)에 의하여 지지된다.
상기 용융사이클론로(1)는 버너연결부(12)에 의하여 용융사이클론로(1)에서 연소실(8)로 차례로 확장되는 화염관(14)에 고정되는 버너(10)를 구비하는 연소실(8)을 포함한다. 상기 버너(10)는 또한 이를 통하여 연료(18)가 공급될 수 있는 연료연결부(16)를 포함한다. 버너(10)는 또한 이를 통하여 연료(18)의 연소를 위한 연소공기(22)를 공급할 수 있는 연소공기연결부(20)를 포함한다.
상기 용융사이클론로(1)의 연소실(8)은 피이더(2)를 경유하여 출구부(24)를 통해 용융통(도시되지 않음)에 연결되고, 연소실(8)의 종축(28)을 따라 배열되는반원의 단면부(26)를 가진다. 상기 연소실(8)은 적어도 3개의 영역, 즉, 상부영역(30), 중심영역(32) 및 저면영역(34)으로 분리될 수 있다. 이미 언급된 바와같이, 연소실(8)의 저면영역(34)에는, 출구부(24)가 위치되고, 상부영역(30)에는, 전방챔버(38)의 출구부(36) 뿐만아니라 버너(10)와의 연결 요소로서 화염관(14)이 놓여진다.
상기 전방챔버(38)는 이것의 중앙축(40)을 따라 배열된 원형의 단면부(42)를 구성하고, 적어도 2개의 부분, 즉, 원통형의 상부 부분(44)과 연소실(8)로 직접 개방되는 원추형으로 테이퍼진 저면부(46)로 분리될 수 있다.
장입도관(48)은 전방챔버(38)로 개방되고, 원통형 부분(44)에 대하여 편심적으로 그리고 수직으로 연장되어, 장입도관(48)을 통하여 흐르는 선형의 인젝터흐름(50)이 전방챔버(38)로 편심적으로 공급될 수 있다. 이것은 내부의 전방챔버벽(52)을 따라 흐르고, 그것의 휘어진 형태로 인하여 굴절되며, 이로인하여 회전하는 전달흐름(54)이 형성되고 이는 전방챔버(38)로부터 출구부(36)를 통하여 존재하며, 연소실(8)의 상부영역(30)으로 흘러 들어간다.
혼합기(56)는 장입도관(48)의 자유단부에 연결되고, 인젝터노즐(60), 예컨데 출발물질 슈트(chute)로 구성되는 출발 물질공급도관(62), 그리고 장입도관(48)으로 개방되는 입구부(64)를 포함하는 인젝터(58)로 구성된다. 출발물질 공급도관(62)의 단부는 인젝터노즐(60)의 출구부와 장입도관(48)의 입구부(64) 사이로 개방된다. 인젝터(58)에 의하여 그곳으로 공급된 전달공기(66)는 인젝터노즐(60)에 의하여 선형의 인젝터흐름(50)으로 가속된다. 이러한 선형의 인젝터흐름(50)으로 분쇄된 폐규산염출발물질(70)이 도입된다. 상기 가속된 선형의 인젝터흐름(50)은 따라서 전달공기(66)와 재생되는 출발물질(70)로 구성된다. 전방챔버(38)에 의하여 선형의 인젝터흐름(50)으로부터 생성된 회전하는 전달흐름(54)은 이상적으로 전방챔버(38)의 중심축(40)과 일치하는 이것의 나선축(72) 방향으로 흐르고, 출구부(36)를 통하여 전방챔버(38)로부터 연소실(8)로 그리고 연소실을 통하여 출구부(24)를 향해 흐른다. 이것의 통과 과정에서, 회전하는 전달흐름(54)은 용융사이클론(1)의 연소실(8) 내부로 점차 분기한다.
나선형의 흐름 필라멘트들을 포함하는 회전하는 외피흐름(74)은 내부의 연소실벽(78)을 따라 연소실(8) 내부에서 버너(10)의 화염(76)에 의하여 형성되고, 버너(10)로부터 버너의 연결부(12)와 연소실(8)의 원형 단면부들(26)과 평행한 평면에서 편심적으로 화염관(14)을 통하여 연소실(8)의 상부영역(30)으로 흐르고, 거기서부터 나선형 궤도로 연소실(8)의 출구부(24)로 하강한다. 여기서 외피흐름(74)은 동선이 출구부(36)에서 출구부(24)로 점차 분기하는 전달흐름(54)을 둘러싸며, 전달흐름(54)의 외피흐름(74)과의 연속적인 혼합으로 귀결된다.
버너(10)의 화염(76)과 함께, 이것의 배기가스(80)는 또한 연소실(8)로 흘러 들어간다. 연소실(8)의 상부영역(30)에서 각각 출발물질(70)에 들러붙은 불순물들 및 폐기물들이 타버린다. 상기 연소산물들은 기체상태로 되어 출구부(24)를 통하여 피이더(2)로 결국 흐르는 배기가스(80)와 혼합된다. 연소실(8)의 중심영역(32)과 저면영역(34)에서 재생되는 규산염 출발물질(70)은 용융되어 용융 출발물질(82)이 되고, 이것은 또한 출구부(24)를 통하여 배기가스(80)와 함께 피이더(2)로 흐르고피이더를 통하여 용융통(도시되지 않음)으로 흐른다. 상기 배기가스(80)는 용융통으로부터 연소가스와 함께 처리된다.
버너의 오리피스(84)와 마찬가지로 연소실 벽(78)은 극히 내열성이고 비활성인 벽돌(86)로 라이닝된다. 또한 연소실(8)은 연소실벽(78)과 버너의 오리피스(84)를 냉각하기 위한 냉각수단(88)을 포함한다. 전방챔버(38)는 또한 냉각수단(94)을 포함하며 이에 따라 전방챔버벽(52)이 냉매에 의해 냉각될 수 있다.
전방챔버(38)와 혼합기(56)의 확대도가 제 2 도에 도시되고, 이것의 단면도가 제 3 도에 도시된다. 각각 미리 가속되거나 또는 미리 압축된 전달공기(66)가 인젝터(58)로 공급되고 인젝터노즐(60)에 의하여 실제로 상당히 연속적인 가속으로 방출된다. 이러한 방법으로, 250m/s를 초과하는 높은 유동속도가 얻어질 수 있다. 따라서 가속된 전달공기(66)는 출발물질 공급도관(62)을 통하여 재생되는 규산염 출발물질(70)과 함께 공급되며, 전달공기(66)와 출발물질(70)로 구성된 선형의 인젝터흐름(50)으로 귀결된다.
상기 선형의 인젝터흐름(50)은 장입도관(48)을 통하여 전방챔버(38)로 공급되며, 여기서 상기 인젝터흐름(50)은 나선형의 흐름 필라멘트들을 포함하는 회전하는 전달흐름(54)으로 변형된다. 이 회전하는 전달흐름(54)은 이것의 나선축(72)을 따라 전방챔버의 원통형 상부부분(44)으로부터 흐름방향으로 원추형으로 테이퍼진 저면부(46)를 통하여 흐르고, 상기 전방챔버(38)로부터 출구부(36)를 통하여 나오고 연소실(8)로 들어간다(도시되지 않음). 저면부(46)의 원추형 테이퍼는 회전하는 전달흐름(54)을 다시 한번 중심잡기 위해, 그리고 동시에 이것을 어느 정도 가속하고, 그리고 다른 한편으로는 연소실(8)로부터 전방챔버(38)로의 열의 피드백(도시되지 않음)을 방지하는 이중의 목적을 가진다. 열적 부하를 감소시키고 출발물질 입자들이 전방챔버의 벽(52)에 들러 붙는 것을 방지하기 위하여, 전방챔버(38)에는 냉각수단(94)이 설비된다.

Claims (14)

  1. 폐규산염물질(70)을 용융시키기 위한 열이 연료(18) 및 연소공기(22)를 공급시키는 동안 발생되는, 폐규산염물질(70)을 재생시키기 위해 폐규산염물질(70)을 용융시키기 위한 방법에 있어서,
    전달공기(66)와 폐규산염물질(70)의 나선형의 흐름 패턴을 따르는 회전하는 전달흐름(54)이 나선축(72) 방향으로 연소실(8)로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전달흐름(54)은 상기 연소실(8)의 종축(28)과 동축적으로 상기 연소실(8)의 상부영역(30)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전달공기(66)는 가속되고, 폐규산염물질(70)은 전달공기(66) 및 폐규산염물질(70)로 구성된 선형 인젝터흐름(50)을 발생시키기 위하여 상기 가속된 전달공기 흐름으로 유입되며, 이렇게 발생된 상기 선형 인젝터 흐름(50)은 상기 전달흐름(54)을 형성하도록 회전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공급된 전달흐름(54)은 상기 연소실(8)의 상부영역에서, 버너(10)의 화염(76)에 의해 제공되는 나선형의 흐름 패턴을 따르는 회전하는 외피흐름(74)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    폐규산염물질(70) 및 전달공기(66)로 구성된 상기 전달흐름(54)과, 상기 회전하는 외피흐름(74)은, 종축(28) 방향으로 상기 연소실(8)의 내부에서 하강하는 동안, 서로 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전달흐름(54) 및 상기 회전하는 외피흐름(74)은 상기 연소실(8) 내부에서 동일한 방향으로 회전하는, 즉, 상기 전달흐름 및 회전하는 외피흐름의 회전벡터들이 동일한 배향을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연소실(8)의 상부영역(30)에서 상기 폐규산염물질(70)의 제 1 차 체류시간 및 상승된 온도는, 상기 폐규산염물질(70)에 들러붙거나 또는 상기 폐규산염물질(70)에 포함된 산화가능한 물질이 연소되고, 상기 연소생성물들이 기체상으로 되어 상기 화염(76)의 배기가스(80)와 혼합되도록 선택되며, 상기 연소실(8)의 중심영역(32)에서 상기 폐규산염물질(70)의 제 2 차 체류시간 및 더 낮은 온도는, 상기 폐규산염물질(70)이 액상으로되어 상기 배기가스(80)와 함께 순수한 용융출발물질(82)로서 상기 연소실(8)로부터 배출되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    신선한 공기가 용융통의 배기가스 또는 상기 배기가스(80) 중 최소한 하나로부터의 열에너지로 가열되고, 이렇게 가열된 신선한 공기는 상기 연소실로 직접 공급된 상기 연소공기(22)의 부분적 흐름 및 상기 전달공기(66)의 형태를 갖는 부분적 흐름으로 나누어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 상기 폐규산염물질(70)의 존재하에서 연료(18) 및 연소공기(22)를 태우기 위하여 연소실(8)로 연료(18)와 연소공기(22)를 도입하기 위한 수단을 포함하며, 여기서 중심축(40)을 따라 원형의 단면부(42)를 포함하는 전방챔버(38)는 혼합기(56)를 전방챔버(38)와 연결하고 상기 전방챔버(38)로 개방되는 장입도관(48) 내에서 폐규산염물질(70) 및 전달공기(66)로 구성된 인젝터흐름(50)을 생성시키고, 전달흐름(54)을 생성시키기 위하여 장입도관(48)을 통하여 중심축(40)에 대하여 가로방향으로 상기 전방챔버(38)로 편심적으로 상기 인젝터흐름(50)을 공급하기 위해, 상기 연소실(8)과 혼합기(56) 사이에 배열되며, 그리고 전방챔버(38)는 중심축(40)에 대하여 가로로 배열되고 그리고 상기 장입도관(48)으로부터 축방향으로 이격된 곳에 배열된 출구부(36)를 포함하고, 이것이 상기 연소실(8)로 개방되는 것을 특징으로 하는 폐규산염물질(70)을 재생시키기 위해 폐규산염물질을 용융시키기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 혼합기(56)는 인젝터노즐(60)과, 폐규산염물질공급도관(62)과, 그리고 장입도관(48)으로의 입구부(64)를 포함하는 인젝터(58)로 구성되고, 상기 폐규산염물질공급도관(62)은 상기 인젝터노즐(60)과 입구부(64) 사이로 들어가는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 연료(18) 및 연소공기(22)의 연소를 위한 버너(10)가 직립한 종축(28)을 가지는 상기 연소실에 외부적으로 제공되며, 상기 버너의 오리피스(84)가 그것의 상부영역(30)에서 편심적으로 상기 연소실(8)의 종축(28)과 평행한 평면에 배열되어, 외피흐름(74)의 형태를 가지는 생성된 화염(76)이 상기 연소실(8)로 편심적으로 통과될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기한 전방챔버(38)의 상기한 출구부(36)에 대하여 상류위치에 배열된 상기 전방챔버(38)의 일부분(46)이 흐름방향으로 원추형의 테이퍼진 형태를 가지며, 상기 연소실(8)로 직접 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 전방챔버(38)는 전방챔버벽(52)을 냉각하기 위한 냉각수단(94)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 연소실(8)은 용융된 출발물질(82)과 배기가스(80)를 위한 출구부(24)를 포함하고, 이것은 상기 연소실(8)의 저면영역에서 종축(28)에 대하여 가로로 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
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