SE517103C2 - Metod för reglering av flödeshastigheten för reaktionsgas samt multireglerbar brännare utformad för detta ändamål - Google Patents

Description

517 103 2 gera, ökar emellertid och därför har ett behov uppstått att förändra disper- sionen också på andra sätt än genom att ändra dispersionsluftmängden. På grund av att dispersionsluftsöppningar i den speciella koncentratspridaren är anordnade i reaktionsutrymmet, dvs. i själva reaktionsschaktet, är villko- ren förhållandevis krävande, och då öppningarna också är belägna långt ifrån och vid slutet av trånga kanaler, är det inte förnuftigt att reglera öpp- ningarnas storlek, åtminstone inte under kontinuerlig drift.

En förut känd metod beskrivs i US patent 5,133,801, varvid en vertikal syrelans, genom vilket syre matas med 5...l5% av den totala syremängden, är anordnad vid en central strålspridares centrumaxel. Nämnda lans är rör- formad, så i densamma bestäms syrets utmatningshastighet och riktning in i ugnen, beroende på den raka, stationära modellen, enbart i enlighet med syrekvantiteten. Syre används huvudsakligen som tillsatssyre för koncentra- tet, för att förstärka reaktionerna från mitten av koncentratmolnct som sprids av koncentratspridaren.

I allmänhet matas syre eller syrehaltig gas, såsom luft, som tjänar som reaktionsgas, först in i ugnen i horisontell riktning, men gasflödets riktning måste ändras till en vertikal riktning innan det matas till reaktionsschaktet.

Omlänkning av reaktionsgasen beskrivs i US patent 4,392,885. Enligt detta patent som beskriver en riktningsbrännare, matas reaktionsgasen från ett pulverforrnigt stoffs omgivning i ett ringformat flöde till ugnens reaktions- schakt genom en utmatningsöppning med en bestämd tvärsnittsyta.

I en normal situation är det tillräckligt att ha en brännare med en fast utmatningsöppning för reaktionsgasen, men beroende på att man för närva- rande i ökande utsträckning använder nära 100 % syre, har gaskvantite- tema reducerats till ca en femtedel av tidigare luftmängd. För att således uppnå en given hastighet för reaktionsgasen, krävs en successiv minskning av flödestvärsnittet i brännarens utmatningsöppning. Det är ett tämligen vanligt krav att brännaren måste kunna användas för drift inom ett relativt brett område med avseende på kapacitet och syreberikning. På grund av att reaktionerna och villkoren i ugnen kräver ett visst hastighetsintervall för reaktionsgasen i reaktionsschaktet, medför användningen av en brännare 517 105 n q n - . - Q . -n 3 med en fast öppning att man hamnar utanför detta tillåtna område. Rådande teknik kräver således att tvärsnittsytan på reaktionsgasöppningen i brän- naren är reglerbar.

Själva regleringen av reaktionsgasutmatningsöppningen som sådan ut- gör inte ett problem och det finns flera olika sätt att genomföra uppgiften.

Problemet är att hitta ett sätt för reglering, vilket, förutom att fungera på ett önskat sätt, också utstår de kärva villkoren i ugnen, dvs. temperaturen (cirka 1400° C), har god mekanisk styrka (t.ex. för borttagning av eventuella tillväxter med en stav), etc.

En stegvis reglering utförs t.ex. på ett sätt som beskrivs i US patent 5,362,032 och 5,37 0,369 eller i FI patentansökning 932458. I det första av nämnda patent år två koncentriska ringar av olika storlekar utformade för reaktionsgasen runt koncentratspridaren. Genom att leda gasen till en av eller båda ringarna, erhålls tre bestämda utmatnings-hastighetsområden. I det andra patentet stängs eller öppnas för användning ett önskat antal ut- matningsrör av önskad storlek. I det tredje "stängs" ett lämpligt antal tratt- formade, öppna koner beroende på det aktuella fallet. Alla utföringsformer kännetecknas emellertid av det stegvisa utförandet, vilket innebär att det inte är möjligt att koppla regleringen exempelvis till effekten i en kontinuerlig process.

Kontinuerligt drivna regleringssystem beskrivs i US patent 4,490,17O och 4,331,087. I båda systemen är regleringen baserad på ändringar i reak- tionsgasens rotationskraft och den är således inte lärnplig för reglering av enbart linjär hastighet.

Den japanska patentansökningen 5-9613 använder en kontinuerligt driven reglering av reaktionsgasen. I denna ansökning utgörs regleringen av en sluten konkonstruktion som rör sig vertikalt runt koncentratröret. En reduceringskon som leder reaktionsgas in i den cylindriska utmatningsöpp- ningen i brännaren utgör motstycke till nämnda slutna kon. Konerna som bildar strömningskanalen är båda raka (dvs. väggytan är rak) och likvink- liga, så att gasen leds till koncentratet som faller i cylindern innan det når spridningskonen som är fäst vid oljelansen anordnad inne i koncentratröret. 517 103 4 Regleringarna genomförs således innan koncentratet och reaktionsgasen matas in i ugnen och under inmatningen i ugnen har reaktionsgasen, som delvis är blandad med koncentratet, förlorat den hastighet (och riktning) den erhållit genom regleringen, dvs. matningshastigheten in i ugnen bestäms av brännarens fasta utmatningsöppning. Regleringsriktningen är alltid den- samma, mer kraftfull mot mittaxeln, aldrig parallell med axeln eller utåtrik- tad från densamma.

Den ovan beskrivna blandningen av reaktionsgas och koncentrat som sker inne i brännaren är inte möjlig med rent syre eller med en hög syre- berikning, om koncentratet är lättreagerande, eftersom det i detta fall re- sulterar i en blockering av brännaren beroende på sintring av koncentratet.

Med avseende på reglering, arbetar brännaren, med avseende på ugnsut- rymmet, pä liknande sätt som andra brännare med en fast öppning. Nämnda patentansökning anger även användning av syre och / eller olja i en koncent- ratbrännare mitt i koncentratflödet, men den beskriver inte i detalj några särdrag som påverkar matningen av nämnda syre och / eller olja.

I metoden enligt föreliggande uppfinning, sker regleringen av rektions- gashastigheten, och speciellt även av dess riktning, i en reaktionsgaskanal anordnad runt strömmen av finfördelat stoff, varvid en vertikalt rörlig, ring- formad och skräddarsydd regleringsenhet är anordnad i nämnda kanal. Reg- leringsenheten är kopplad till en lämplig regleringsanordning, vilken reage- rar för ändringar i effekt och / eller i syreberikning och förflyttar regleringsen- heten i enlighet därmed. Regleringsenheten är företrädesvis kyld på grund av att den sträcker sig in i reaktionsutrymmet vid drift med låg effekt. Regle- ringen av reaktionsgasens hastighet och riktning påverkas också av ett for- mat kylblock anordnat på reaktionsschaktets bågforrnade yta runt reak- tionsgaskanalen. Reaktionsgasens tvärsnittsyta och tvärgående yta och rikt- ning regleras efter önskemål, speciellt vid gasutmatningsöppningen genom vilken gasen matas till reaktionsschaktet i suspensionssmältugnen. Regle- ringen av dispersionsluftens hastighet och riktning sker i två steg, dvs. luft fördelas in i spridarens två kanaler. De översta öppningarna anordnade när- mast koncentratflödet är utformade för ett norrnalfall. När effekten ökar, kan 517 103 5 dispersionsluft tillföras genom ytterligare öppningar som är anordnade un- der nämnda öppningar och företrädesvis nedåtriktade. Tilläggsbränsle matas med en lans från den centrala strålspridarens mitt. Syret som behövs för för- bränningen av tilläggsbränslet uppdelas i förväg i två delar, dvs. det finns två kanaler som leder till spridaren, och syrgas kan matas genom nämnda kana- ler, antingen genom båda eller genom enbart en av dessa. Hastigheten regle- ras i beroende av den speciella utformningen av utmatningsöppningen. Upp- finningens väsentliga nya särdrag framgår av bifogade patentkrav.

I den multireglerbara brännaren enligt uppfinningen, strömmar reak- tionsgasen, som avleds väsentligen i reaktionsschaktets riktning, i reak- tionsgaskanalen, vilken ringformat omger stofftillförselröret som är anordnat i brännarens mitt och strömmar till slut, enligt föreliggande uppfinning, till reaktionstrumman, reglerad till önskad hastighet och riktning, genom ut- matningsöppningen. Regleringen sker med hjälp av en vertikalt verkande regleringsenhet, vilken även är ringformat anordnad vid den inre kanten av reaktionsgaskanalen och omger således stofftillförselröret. Den kontinuer- liga, steglösa regleringen av utmatningsöppningen på reaktionsgaskanalen sker således ringformigt.

Reaktionsgasens strömningsriktning, och samtidigt träffpunkten för reaktíonsgasen och koncentratflödet, bestäms genom regleringsenhetens ut- formning. Beträffande utmatningshastigheten, regleras den i enlighet med uppfinningen genom vertikal förflyttning av regleringsenheten, så att vid själva nederkanten av reaktionsschaktets valv, alltid den smalaste passagen som bestämmer reaktionsgasens utmatningshastighet regleras. I enlighet med denna uppfinning, sker en kontinuerlig reducering av den till reak- tionsschaktet matade reaktionsgasens tvärsnittsströmningsyta så långt som till utmatningsöppningen anordnad vid bottenkanten av valvet. Regle- ringspunkten är alltid på samma ställe, dvs. vid nederkanten av valvet, men utmatningsöppningens tvärsnittsyta förändras steglöst samtidigt med regle- ringsprocessen. Detta möjliggörs genom ett kylblock anordnat på valvet, ge- nom en vattenkyld regleringsenhet och på samma sätt vattenkyld koncent- ratspridare, företrädesvis en central strålspridare som sträcker sig ända till 517 103 u ø o . ~ o ~ - u. 6 reaktionsschaktet. Dessa utgör alla väsentliga faktorer för att erhålla en kontrollerad utmatning från brännaren - vilket krävs för att erhålla en bra suspension och för att förhindra bildandet av tillväxter - och speciellt så att den är mest effektiv i själva reaktionsutrymmet, dvs. i reaktionsschaktet, och inte, såsom i många förut kända regleringsmetoder, så att gasutmat- ningen är mest effektiv inne i brännaren och redan har förlorat effekt vid inträde i reaktionsutrymmet från utmatningsöppningen. Mest fördelaktigt är det att reglera reaktionsgasflödets riktning så att den antingen är parallell med reaktionsschaktets centrumaxel eller är riktad mot centrumaxeln.

Det finns flera skäl för att rikta reaktionsgasen. Det är väl känt att gasstrålens hastighet, exempelvis i centrum av densamma, minskar linjärt som en funktion av avståndet och är direkt proportionell mot utmatnings- öppningen diameter. När reaktionsgasmängden reduceras, måste utmat- ningsöppningen också reduceras av ovan angivna skäl. Storleken på ett munstycke av denna typ minskas när utmatningsöppningen reduceras, för att kunna upprätthålla reaktionsgasens hastighet vid reaktionspunkten.

Ett möjligt sätt att upprätthålla hastighetsskillnaden mellan koncentra- tet och reaktionsgasflödet är att förkorta avståndet mellan utmatningsöpp- ningen och träffpunkten för nämnda medier. Detta uppnås genom att ändra reaktionsgasflödets riktning. Om det är ett önskemål att träffpunkten alltid skall vara densamma, måste reaktionsgasflödet riktas i enlighet med änd- ringarna i utmatningsöppningens startpunkt.

I svårare fall kan det vara fördelaktigt att rikta reaktionsgasflödet något utåt, så att också träffpunkten flyttas längre från centrumaxeln och således från själva brännaren. Denna typ av avlänkning används exempelvis när reaktionsaktiviteten borde flyttas längre från brännaren. Det är typiskt för denna typ av metod för reglering av hastighet och riktning att både hastighet och riktning kan kontrolleras vid varje regleringspunkt. ':"É I en utformning enligt föreliggande uppfinning, är ytutforrnningen både för regleringsenheten och kylblocket, vilka båda begränsar reaktionsgasut- matningskanalen, företrädesvis sådan att kantlinjerna på de svängda ytorna inte är linjära utan svängda. Utformningen är sådan att den ringformade ka- " 517 103 ~ - o . - - - Q »- 7 nalens tvärsnittsflödesyta gradvis svängs till en önskad riktning när man närmar sig utmatningsöppningen. Vid inriktning av tvärsnittsytan, används den kända principen av kontinuerlig minskning av tvärsnittsytan.

Skillnaden är, enligt föreliggande uppfinning, att storleken på tvårsnitts- flödesytan är kontinuerligt reglerbar och att den önskade riktningen ändå kan upprätthällas.

I enlighet med föreliggande uppfinning sker således regleringen av has- tigheten och speciellt också av riktningen av spridningsluften, som används för spridning av koncentratflödet, i två steg, dvs. luft uppdelas i två kanaler redan vid det stadiet där den matas in i spridaren. De översta och också de minsta perforeringarna (primärluft), som är anordnade närmast koncentrat- flödet som skall distribueras med hjälp av spridarens formade kropp, är ut- formade för ett normalfall. Företrädesvis är dessa perforeringar anordnade i horisontell riktning. När effekten ökar, kan fördelningsluft tillföras genom yt- terligare perforeringar (sekundärluft) som är anordnade under nämnda minsta perforeringar, varvid dessa företrädesvis är större och huvudsakligen nedåtriktade. Trots att annan perforeringsrad används är det från använd- ningssynpunkt fördelaktigt att en viss (10 %) luftström också tillåts flöda genom den andra perforeringsraden, så att därigenom ett eventuellt återflöde och en blockering av perforeringarna förhindras.

Riktningen av spridningsluftflödet och samtidigt dess träffpunkt med koncentratflödet i de undre perforeringarna, infaller normalt på ett ställe i koncentratflödet vilket är anordnat något efter träffpunkten för luftströmsut- mätningen från de övre perforeringarna. Härigenom erhålles en tvåstegs- spridning av suspensionen. De nedre perforeringarna måste vara större för att hastigheten genom dessa skall vara åtminstone lika hög som luftutmat- ningen genom de övre perforeringarna, när luftströmmarna möter koncent- ratsuspensionen. '1"É I enlighet med föreliggande uppfinning, matas kompletteringsbränsle, företrädesvis tung olja, t.ex. med hjälp av en kommersiell lans, från central- strålspridarens centrum. Exempelvis kan tryckluft användas för spridningen 2.' : och för kylning av lansen. För syret som behövs i oljeförbränningen är det 517 103 8 mest fördelaktigt att använda rent syre eftersom de använda utrymmena är trånga. Naturligtvis kan också luft eller syreberikad luft användas, men detta medför svårigheter, eftersom brännarstorleken också ökar. Det år ett normalt fenomen, särskilt vid smältning av nickelkoncentrat i en flamsmålt- ugn, att behovet av kompletteringsbränsle varierar. Hår föreligger samma situation som med tryckluften som används för spridning av koncentratet, det år nödvändigt att kunna reglera gasutmatningsytan. Likaså har vi exakt samma situation för regleringen. Reglerbara perforeringssystem kan anord- nas, vilket inte år lätt beroende på koncentratspridarens längd (runt två meter) och den täta anslutningen av den speciellt formade spridningskrop- pen. För detta ändamål har vi emellertid utvecklat vårt eget system, vilket är förhållandevis lätt att använda såsom framgår av bifogade ritningar. Syste- met baseras vidare på inledande syrespridning, dvs. det finns två kanaler som leder till spridaren, i vilka kanaler vi kan mata syrgas antingen genom båda kanalerna eller enbart genom en, men i vilket fall som helst så att ett litet läckage in i den "oanvända" kanalen tilläts. Hastigheten upprätthålls beroende på ett specialarrangemang i utmatningsöppningen, vilket förklaras i detalj nedan.

Föreliggande uppfinning uppfyller både reaktionskraven (kontrollerad hastighetsskillnad mellan koncentratet och förbränningsgasen, kontrollerad riktning av processgasen och möte med koncentratflödet) och praktiska krav för processdriften (enkel, tål rådande förhållande, kan automatiseras för ef- fektvariationer) .

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till bifo- gade ritningar, där Fig. 1 schematiskt visar en utföringsforrn av föreliggande uppfinning, f dvs. en suspensionssmåltugn, :- Fig. 2 visar ett vertikalt tvärsnitt av en regleringsanordning för reak- ':"É tionsgas som är anordnad i brännarutmatningsöppningen runt koncentrat- spridaren, Fig. 3 visar tre olika regleringslägen för att illustrera regleríngsproces- sen för reaktionsgasen, och 517 105 9 Fig. 4 visar mer i detalj en koncentratspridare enligt uppfinningen och anordningen för matning av syre eller tilläggsbränsle.

Fig. 1 visar en suspensionssmältugn 1, till vilken pulverformiga stoff (koncentrat) och bränsle matas genom en koncentratbrännare 2, vilken i detta fall är en multireglerbar brännare enligt uppfinningen. Koncentratet flyttas från tanken 3 med hjälp av en transportör 4 till överdelen på koncent- ratutmatningskanalen 5, så att material faller i ett kontinuerligt flöde via nämnda kanal 5 till överdelen 7 på reaktionsschaktet 6 i suspensionssmält- ugnen 1. Reaktionsgasen 8 leds från koncentratkanalens 5 omgivning, vä- sentligen i en riktning parallell med reaktionsschaktet, till dess överdel 7.

I Fig. 2, leds reaktionsgasen (syre eller syreberikad gas, såsom luft) till brännaren och avleds att strömma huvudsakligen i riktningen för reaktions- schaktets centrumaxel 9. Utmatningsriktningen för gasen 8 in i reaktions- schaktet regleras med hjälp av en regleringsenhet 10 som omger koncentrat- kanalen 5 och med hjälp av utformningen av kylblock 12 anordnade på valvet 11 och utmatningshastigheten regleras genom ändring av tvärsnitts- ytan på bottendelen av reaktionsgaskanalen 13 som är utformad mellan regleringsenheten 10 och blocket 12. Den slutliga riktningen och hastigheten på gasen bestäms vid valvets bottenkant i den ringformade utmatningsöpp- ningen 14.

Regleringsanordningen 15 som är anordnad över valvet reagerar för ef- fektändringar och förflyttar regleringsenheten 10 i vertikal riktning, så att hastigheten och riktningen på reaktionsluften regleras steglöst. Reglerings- enheten 10 är på ett ringformat sätt anordnad vid reaktionsgaskanalens innerkant. Ytan på regleringsenheten som vetter mot koncentratkanalen 5 sammanfaller med koncentratkanalens form, medan ytan på reglerings- enheten 10 som vetter mot reaktionsgaskanalen 13 är så utformad att den i regleringsenhetens alla lägen kontinuerligt reducerar flödesytans tvärsnitt i flödesriktningen. Innerkanten på kylblocket 12 som ringformigt omger reak- tionsgaskanalens 13, är på samma sätt utformad så att den utgör ett mot- stycke till regleringsenheten 10, så att den vid utrnatningsöppningen 14 av- 517 103 10 slutade reaktionsgaskanalen 13 tvårsnittsyta kontinuerligt minskar i rikt- ning nedåt.

Från hållbarhets- och användbarhetssynpunkt är det fördelaktigt, att blocket 12, regleringsenheten 10 och koncentratkanalen 5 kyls (exempelvis med vatten), eftersom t.ex. regleringsenheten 10 i sitt höga läge väsentligen sträcker sig så långt som till valvets 1 1 bottenkant, och i sitt nedre läge till insidan av reaktionsschaktet. Även koncentratkanalen 5 sträcker sig under valvet ll, till reaktionsschaktet. Blockets kylvattencirkulation markeras med hänvisningsbeteckning 16, kylningen av utmatningöppningens regle- ringsenhet med beteckning 17 och kylningen av koncentratkanalen med beteckning 18. En effektiv blandningseffekt, som är fördelaktig för reaktio- nerna, uppnås genom användning av en koncentratspridare 19, vilken be- skrivs mer detaljerat i Fig. 4, för att avlänka det pulverformiga materialets riktning och för att öka av dess hastighet och spridningstillstånd.

Fig. 3a visar ett fall med normal effekt, dvs. förhållandevis nära maxi- mum. Härvid är regleringsenheten 10 relativt högt anordnad och år utsatt för en förhållandevis låg värmepåverkan. Hastigheten anpassas till process- kraven och är t.ex. 80...100 m/ s. Denna utformning av kanalen riktar gasen något mot centrumaxeln 9.

Fig. 3b visar ett fall med mindre effekt än normalt, dvs. ganska långt från maximum. Härvid sänks regleringsenheten 10, så att hastigheten kan upprätthållas enligt processkraven, t.ex. 80...100 m/ s. Kanalens utformning riktar även gasen något mot centrumaxeln 9.

Fig. 3c visar ett fall med låg effekt, dvs. förhållandevis nära minimum.

Härvid sänks regleringsenheten 10 ytterligare, så att hastigheten återigen kan upprätthållas enligt processkraven, t.ex. 80... 100 m/ s. Kanalens ut- formning riktar även gasen något mot centrumaxeln 9.

Enligt F ig. 4 är koncentratspridaren 19 anordnad inne i koncentrat- kanalen 5 så att den rörformiga delen 20 av koncentratspridaren anordnad inne i koncentratkanalen fortsätter nedanför koncentratkanalens underkant som en böjd formad kropp 21, som slutar vid den väsentligen horisontella ändkanten 22. Koncentratspridaren är försedd med en bottenplatta 23. 517 103 11 Såsom framgår av Fig. 2 är nederdelarna av både koncentratkanalen och koncentratspridaren anordnade i reaktionsschaktets ugnsutrymme. Kon- centratet 24 som faller ner längs koncentratkanalen 5 möter den spridande och fördelande fast formade ytan 21, som påverkar koncentratflödet så att det avleds huvudsakligen horisontellt utåt och formar således en paraplylik- nande koncentratspray 25. Förutom den formade ytan ökas avledningen av koncentratflödet med hjälp av öppningar i den formade kroppens nederkant.

Genom hålen i öppningsraden 26 och mot koncentratflödet riktas en sprid- ningsluftstråle som avleder koncentratriktningen. Öppningarna reglerar hastigheten av nämnda tryckluft i enlighet med koncentratets kvantitet. I ett normalfall är öppningsriktningen horisontellt utåtriktad från spridarens cen- trumaxel. När koncentratflödet avlänkas från den formade ytan 21 träffas den av spridningsluften 27 som utmatas från öppningsraden 26 så att kon- centratet och spridningsluften blandas till en lös suspension och förser sus- pensionen med tilläggsenergi symmetriskt i sidoriktning. Spridningen och yt- terligare fördelning av koncentratet beror på den använda spridningsluftens rörelsemångd, dvs. dess kvantitet och hastighet.

Tilläggsenergi krävs tillsammans med en ökning av matningskapacite- ten för koncentratet. Detta kan uppnås genom att öka mängden spridnings- luft, men om luftkvantiteten ökas i ett spridningsluftsystem försett med fasta öppningar, ökar det erforderliga trycket onödigtvis mycket och det är därför fördelaktigt att utforma ytterligare öppningsyta. I föreliggande uppfinning uppnås detta, enligt Fig. 4, med ytterligare en öppningsrad 28. Nämnda yt- terligare öppningar är anordnade under den ovan beskrivna öppningsraden 26 i samma spridningskropp. Hålen i den nedre öppningsraden 28 är större ån hålen i den övre öppningsraden 26, eftersom detta är en känt sätt att upprätthålla hastigheten på den utströmmande luftstrålen högre än med mindre hål. Detta beror på att luft som strömmar ut från den nedre öpp- °:°'§ ningsraden möter stoffet längre bort än luftstrålarna som strömmar ut från de övre öppningarna. Träffpunkten för koncentratet och luftstrålarna flyttas ytterligare genom att rikta hålen i öppningsraden 28 något nedåt. Luftstrålen 29 som strömmar ut från de lägre hålen förstärker ytterligare bladningen av 517 103 ø n o . . u - . -u 12 strålen som strömmar ut från de övre hålen och koncentratet. Den slutliga reaktionen uppnås när reaktionsgasen, med reglerad hastighet och riktning, strömmar ut genom öppningen 14 till denna spridda koncentratsuspension.

Suspensionssmältning, dvs. flamsmältning, är vanligtvis autogen, dvs. ytterligare värme som åstadkommes genom tillåggsbrånsle behövs egentligen ej eftersom reaktionerna mellan koncentratet och syre är mycket exoter- miska. Av praktiska skäl är det emellertid ofta nödvändigt att mata små mänger av tilläggsbränsle till ugnen. Bland de påverkande faktorerna kan vi peka ut koncentratkvaliteten. Speciellt vid matning av nickelkoncentrat är det ofta nödvändigt att använda små mängder tilläggsbränsle. Matningen av tilläggsbränsle/nickelkoncentrat varierar dessutom avsevärt, så att bränsle- tillförseln också måste vara reglerbar. Tilläggsbränsle, företrädesvis tung brännolja, matas genom ett bränslerör 30 anordnat i spridarens mitt och in- sprutas i ugnen under koncentratspridaren via ett spridningsmunstycke 31.

För detta ändamål finns lämpliga kommersiella munstycken med ett tillräck- ligt driftområde för kapacitetsändringarna. Oljelansen sträcker sig från spri- darens mitt till reaktionsschaktets ugnsutrymme, varför den bör kylas. För kylningen är det fördelaktigt att använda luft som matas från lansens omgiv- ning via ett ringforrnat rör 32.

Syremängden som krävs för förbränningen av tilläggsbränslet är så stor att mängden kylluft inte är tillräcklig, utan för att bränna oljan är det nöd- vändigt att mata syre in i ugnen och syremängden måste vara reglerbar. I detta fall, när man arbetar med normal eller liten effekt, matas det erforder- liga syret, så kallad primärsyre, genom en ringformig kanal 33, som omger oljelansen och dess kylande luftrör, till flera fasta munstycken 34 anordnade vid kanalens nedersta ände och genom dessa munstycken matas syre in i reaktionsschaktet. Antalet munstycken är 3- 12, företrädesvis 6- 10, så att en strälliknande effekt uppnås. Munstyckena är symmetriskt anordnade runt brånslemunstycket 3 1. Från munstyckena 34 utmatas primärsyret först genom sekundärhål 35 anordnade i spridarbottenplattan 23, under primär- munstyckena, till ugnsutrymmet. Hålen 35 är något större än primärmun- styckena 34, dvs. i sådan utsträckning att det utmatade primärsyret upp- ooøno 517 103 n - n » n - . . -n 13 rätthåller sin utmatningshastighet i beroende av kvantitet och munstycks- storlek, och således blandar sig med oljesprayen som utmatas genom olje- munstycket 31 vid ett kontrollerat utrymme och bildar därvid en förbrän- ningsoljeblandning.

Om det behövs ytterligare förbränning, ökas kvantiteten av sekundär- syre som matas huvudsakligen som ett "läckage" i sekundärsyrekanalen 36 som omger primärsyrekanalen 33. Denna ökning genomförs så att nästan samma hastighet som i primärmunstyckena 34 uppnås i sekundärsyrekana- lens utmatningshål 35. Nämnda hastighet bestäms i enlighet med summan av primär- och sekundärsyrekvantiteterna och ytan av sekundärhälen 35. I detta läge bildas tilläggsförbränning med korrekt hastighet på förbrännings- blandningen genom nämnda totalsyre.

EXEMPEL 1 Kända koncentratbrännarsystem används i en flamsmältugn, dvs. man använder den ovan beskrivna riktningsbrännaren och centralstrålspridaren, liksom en syrelans anordnad i spridarens mitt. Koncentratet utgörs av sulfi- diskt kopparkoncentrat, med en kvantitet av 50 t/ h, med en sandtillsats av cirka 10 %. Den använda reaktionsgasen utgörs av 98 % syrgas, av vilken mängd 5-15% matas genom spridarens centrallans, och resten genom rikt- ningsbrännaren. Vid en utformning i enlighet därmed, är det yttre vatten- kylda skalet på centalstrålspridaren cirka ø 500 mm. För att erhålla en lämplig utmatningshastighet innebär detta, att storleken som uppnås för den ringformade öppningen - som har en diameter av åtminstone 500 mm - är cirka 20 mm i riktningsbrännarens utmatningsöppning. Detta innebär också att, för att undvika asymmetri, utmatningsöppningen måste vara fast och exakt centrerad.

Om det av någon anledning är omöjligt att använda så hög syreanrik- ning, men förbränningsgasen måste ersättas med luft, betyder detta för det första att mängden reaktionsgas ökas fem gånger. Om man också tar hän- syn till att luften måste förvärmas upp till åtminstone 200° C, kommer reak- tionsgasens utmatningshastighet till schaktet att öka, med nämnda brän- anno; 517 103 - . ø Q ~ u ~ . n. 14 nare med en fast öppning och med samma kapacitet, till cirka åtta gånger.

Denna hastighet är på många sätt för hög. Bland annat ökar tryckkraven för reaktionsgasen till cirka 40 gånger så hög som tidigare. Det finns ofta inget annat alternativ än att minska effekten så att ett lämpligt driftområde upp- nås.

Låt oss nu använda metoden och brännaren enligt föreliggande uppfin- ning. Vid drift med en hög syreanrikning, sker reglering så att regleringsen- heten 10 är låg (Fig. 3c), så att öppningen 14 på den ringformade utmat- ningsöppningen är i storleksordningen 20 mm och hastigheten på nämnda normalbrännarens nivå. När luft måste användas med inledande uppvärm- ning, höjs regleringsenheten högre (Fig. 3a eller 3b), så att nämnda öppning 14 vid utmatningens nederdel är av storleksordningen 50...60 mm och den uppnådda hastigheten åter blir måttlig.

EXEMPEL 2 Detta exempel beskriver regleringen av syremängden som skall matas från omgivningen av en oljelans som är anordnad i en koncentratspridare 19. Den utmärkta funktionen hos metoden och anordningen enligt uppfin- ningen för reglering av hastigheten för syret som krävs för förbränning av olja framgår bäst av följande mätserier. Målet är att reglera hastigheten med en fast anordnad syreutmatningsanordning som är utformad innanför en formad kropp som används för koncentratspridning och som är öppen i bot- ten, runt oljelansen 31. Med avseende på reaktionerna mellan koncentratet, olja och syre är det viktigt att syrehastigheten kan upprätthållas tillräckligt hög. Det är en svår uppgift eftersom vi talar om stängda utrymmen och en hög temperatur i reaktionsschaktet och koncentratet tenderar att lätt sintras i öppningarna om det inte finns något gasflöde mot ugnen. Därför är en me- kanisk reglering av öppningsstorleken utesluten, liksom även öppningar som skulle användas endast då och då.

I enlighet med föreliggande uppfinning, kan den multireglerbara brän- naren också användas i kritiska områden, dvs. med låg och hög effekt. Syre- tillförseln som krävs av tilläggsbränslet åstadkommes genom matning av lflfl 517 103 u - o - n » . . -. 15 syre via primärsyrekanalen 33 och hög effekt genom matning av syre genom både primär- och sekundärsyrekanalen 36. Med låg effekt, bestäms syrehas- tigheten i enlighet med hastigheten (w=Ws=VS/As) på den utmatade gasen från munstrycket 34 anordnat vid slutet av primärkanalen 33 och således inte i enlighet med utmatningshålet 35. Subindex s refererar till munstycket 34. Med hög effekt, bestäms hastigheten i enlighet med gashastigheten (w=w0=(VS+V0)/A0), där subindex o hänför sig till utmatningshålet 35.

Vad som sägs ovan kan verifieras genom följande mätserier, vilka för tydlighets skull genomfördes endast med en delenhet (ett munstycke 34 och ett utmatningshål 35). Vid mätningarna fanns två i varandra passande rör, av vilka de yttre och inre måtten på prímârsyrekanalen var ø 30/20 mm och sekundärsyrekanalen ø 60/50 mm. Avståndet för munstycket 34 från ut- matningshålet 35 var 20 mm och diametern för utmatningshålet 35 var 30 mm. Hastigheten uppmåttes vid ett avstånd av 105 mm från utmatningshå- let. I tabellen nedan hänför sig bokstaven S till primârsyrekanalen och bok- staven U till sekundårsyrekanalen, bokstaven O till utmatningshålet och bokstaven X till måtpunkten.

Särskilt Tabell 2 visar de goda funktionsegenskaperna hos uppfin- ningen (hastigheten wx / motsvarande matningshastigheter WS, Wu och w., uppmätta vid ett avstånd 105 mm). I fallen 1 och 2, matas syre enbart genom primärsyrekanalen och i fallet 3 också genom sekundärsyrekanalen, och såsom framgår av denna tabell, är gashastighetema vid ett avstånd x anordnade i samma område oberoende av deras kvantiteter. canon 517 103 o. uno 16 Tabell 1 Kvantitet Symbol Kvalitet S U O X Tvärsnittsyta A mm? 3 1 4 1257 707 Temperatur T K 300 300 300 300 Gasflöde 1 Vnl m3 / h 20 0 20 Gasflöde 2 Vn2 m3/ h 10 0 1 0 Gasflöde 3 V03 m3 /h 20 40 60 Gashastighet 1 w1 m/ s 19,4 8,6 9,5 Gashastighet 2 Wz m/ s 9,7 4,3 5,3 Gashastighet 3 wa m/ s 19,4 9,7 25,8 16,9 Tabell 2 Fall Wx/ WS wx /wu Wx/wo 0,49 Oändlig 1,10 0,55 Oåndlig 1,23 0,87 1,74 0,66

Claims (32)

517 103 17 PATENTKRAV

1. Metod för reglering av flödeshastigheten för reaktionsgas och sprid- ningsluften för pulverformigt fast material vid matning av reaktionsgas och finfördelat stoff till reaktionsschaktet (6) i en suspensionssmåltugn för att åstadkomma en kontrollerad och reglerbar suspension, varvid reaktíonsgas (8) matas in i ugnen från omgivningen av ett finfördelat fast materialflöde (5), och nämnda stoff sprids med en orientering mot reaktionsgasen med hjälp av spridningsluft, kännetecknad av att reaktionsgasens flödeshastighet och utmatningsriktning till reaktionsschaktet regleras steglöst genom en speciellt formad regleringsenhet (10) som är vertikalt rörlig i reaktionsgaskanalen (13) och genom ett speciellt format kylblock (12) som omger reaktionsgaskanalen (13) och är anordnat på reaktionsschaktets valv, så att reaktionsgasens has- tighet regleras till lämplig nivå, oberoende av gasmängd, i utmatnings- öppningen (14) som är anordnad vid reaktionsschaktets valvs (11) nederkant och från vilken öppning gasen utmatas in i reaktionsschaktet (6) och där bildar en suspension med det pulverformiga materialet, varvid spridnings- luften som behövs för att sprida nämnda material regleras i enlighet med tillförseln av pulverformigt material.

2. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att flödeshastigheten för reaktionsgasen regleras i en ringform.

3. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att reaktionsgasriktningen regleras så att den avleds från reaktionsschaktets centrumaxel (9).

4. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att reaktíonsgasriktningen regleras så att den är parallell med reaktionsschaktets centrumaxel (9).

5. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att regleringsenheten (10) som reglerar tvärsnittsytan och inriktningen av reaktionsgasflödet kyles. con-n 517 103 n I o I o a n . .- 18

6. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att de böjda ytorna på regleringsenheten (10) och på kylblocket (12) anordnade på sidan av reak- tionsgaskanalen är utformade för att reducera flödesytans tvärsnitt i flödes- riktningen.

7. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att primärspridningsluften (27) för det pulverformiga materialet matas horisontellt i riktning utåt från reaktionsschaktets centralaxel (9).

8. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att sekundärspridnings- luften (29) för det pulverformiga materialet matas in under primärsprid- ningsluften (27).

9. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att sekundärspridnings- luften (29) för det pulverformiga materialet matas in så att den riktas lägre än primärspridningsluften (27).

10. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att från det pulverformiga materialflödets insida, matas bränsle in i reaktionsschaktet.

11. 1 1. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att från det pulverformiga materialflödets insida, matas syre in i reaktionsschaktet.

12. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att från det pulverformiga materialflödets insida, matas bränsle och syre in i reaktionsschaktet.

13. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att från det pulverformiga materialflödets insida, matas syre på ett ringforrnat sätt in i reaktions- schaktet från brånsletillförselns omgivning. 517 103 19

14. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att från det pulverformade materialflödets insida, matas syre in i reaktionsschaktet i två ringformade flöden från bränsletillförselns omgivning.

15. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att reaktionsgashastig- heten regleras till en konstant värde med hjälp av regleringsenheten (10) och kylblocket (1 2).

16. Multireglerbar brännare för matning av reaktionsgas och finfördelat fast material in i ett reaktionsschakt, varvid brännaren innefattar en spridnings- enhet (19), som är anordnad innanför stoffutmatningskanalen (5) och utfor- mad med spridningsluftsöppningar, och en reaktionsgaskanal (13) som ring- formigt omger utmatningskanalen (5), kännetecknad av att för att steglöst reglera reaktionsgasens flödeshastighet och riktning är reaktionsgaskanalen (13) utformad med en vertikalt rörlig, ringformad regleringsenhet (10) anord- nad vid reaktionsgaskanalens (13) innerkant och att ett kylblock (12) som omger reaktionsgaskanalen (13) är anordnat på reaktionsschaktets valv, så att ytorna på regleringsenheten (10) och blocket (12), som är riktade mot reaktionsgaskanalen (13), i regleringsenhetens alla lägen är utformade att reglera flödesytans tvärsnitt så att det är minst i utmatningsöppningen (14) vid valvets (11) bottenkant och att spridningsenheten (19) för ñnfördelat ma- terial är försedd med två öppningsrader (26, 28) under den formade ytan (21).

17. Reglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknad av att regle- ringsenhetens (10) vertikala rörelse åstadkommes med hjälp av en regle- ríngsanording (15) som är anordnad på valvets överdel och som reagerar för variationer i effekt och/ eller syreanrikning.

18. Reglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknad av att regle- ringsenheten (10) är utformad med kylmedel (17). 517 103 20

19. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknar! av att det pulverformiga materialets utmatningskanal (5) är utformad med kylmedel (18).

20. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknad av att reg- leringsenheten (10) i sitt högsta läge sträcker sig väsentligen så långt som till valvets (11) nederkant.

21. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknad av att reg- leringsenheten (10) sträcker sig till reaktionsschaktets överdel (7).

22. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknad av att reg- leringsenhetens (10) ytteryta och blockets (12) inneryta är utformade så att reaktionsgaskanalen (13) är riktad bort från reaktionsschaktets centrumaxel (9).

23. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknad av att reg- leringsenhetens (10) ytteryta och blockets (12) inneryta är utformade så att reaktionsgaskanalen (13) är parallell med reaktionsschaktets centrumaxel (9).

24. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknad av att den övre öppníngsraden (26) i den formade stommen (21) är väsentligen horisontellt riktad.

25. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknad av att den nedre öppníngsraden (28) i den formade stommen har en nedätriktad lut- ning.

26. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknad av att hå- len i den nedre öppníngsraden (28) i den formade stommen är större än hå- len i den övre öppníngsraden (26). 517 103 21

27. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 16, kännetecknad av att ett bränslerör (30) och ett omgivande kylluftsrör (32) är anordnade innanför koncentratspridaren (1 9).

28. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 27, kännetecknad av att en ringformíg primärsyrekanal (33) är anordnad runt bränsleröret (30) och kyl- röret (32), vilka är anordnade innanför koncentratspridaren (19).

29. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 27, kännetecknad av att en ringformíg primärsyrekanal (33) och en ringformíg sekundärsyrekanal (36) är anordnade runt bränsleröret (30) och kylröret (32), vilka är anordnade innanför koncentratspridaren (19).

30. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 28, kännetecknad av att den yttre änden av primärsyrekanalen (33) är försedd med munstycken (34).

31. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 28, kännetecknad av att spridarens bottenplatta (23) är försedd med sekundärhål (35).

32. Multireglerbar brännare enligt patentkrav 28, kännetecknad av att spridarens bottenplatta (23) är försedd med sekundärhål (35) vilka är större än hålen i primärmunstyckena (34).