一種用于在制造礦物熔體時(shí)回收材料的方法

一種用于在制造礦物熔體時(shí)回收材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過(guò)在存在無(wú)機(jī)顆粒物的情況下燃燒可燃材料并由此形成熔體的礦物熔體制造方法，包括：經(jīng)由入口管道(4)注入燃料、顆粒礦物材料和可燃?xì)怏w到循環(huán)燃燒室(1)，在循環(huán)燃燒室(1)中燃燒燃料由此將礦物材料熔化以形成礦物熔體并產(chǎn)生廢氣；將廢氣從礦物熔體分離，收集礦物熔體(9)，并經(jīng)由排氣管(10)將廢氣向上傳遞到熱交換系統(tǒng)的管道(11)；以及將顆粒礦物材料和廢礦棉的第一部分提供到管道(11)，并在熱交換系統(tǒng)中隊(duì)所提供的材料進(jìn)行預(yù)加熱，以及將水含量在5-25％重量百分比之間的廢礦棉的第二部分直接提供到入口管道(4)。
【專利說(shuō)明】一種用于在制造礦物熔體時(shí)回收材料的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)在有顆粒礦物材料存在的情況下燃燒可燃材料并由此 形成熔體的礦物熔體生產(chǎn)過(guò)程中回收廢料（諸如礦棉）的方法。熔體可隨后被纖維化以形 成礦物纖維或用于其他的工業(yè)過(guò)程。

【背景技術(shù)】
[0002] 在W0 03/002469中公開(kāi)了一種用于生產(chǎn)上述類(lèi)型的礦物熔體的系統(tǒng)。這種系統(tǒng) 包括：使粉末化的煤或其他燃料懸浮在預(yù)加熱過(guò)的助燃空氣中；以及在循環(huán)燃燒室中在存 在懸浮的顆粒礦物材料的情況下燃燒懸浮的燃料，所述循環(huán)燃燒室即一種燃燒室，在其中 懸浮的顆粒材料和空氣在一種是旋風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)或接近旋風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)中循環(huán)。這通常 被稱為旋風(fēng)爐。經(jīng)由燃燒室的頂部或靠近所述頂部處引入顆粒礦物材料以及在預(yù)加熱過(guò)的 空氣中的煤的懸浮物。在燃燒室內(nèi)，顆粒煤發(fā)生燃燒并且顆粒材料被轉(zhuǎn)化為熔體。該熔體 和尚未熔化的顆粒材料被循環(huán)氣體拋到室壁上并將在室中向下流動(dòng)。熔體被收集在處于室 的底部的沉淀罐中。
[0003] 為了提高W0 03/002469中的旋風(fēng)爐的能量效率，離開(kāi)循環(huán)室的溫度在 1400-1700°C范圍的廢氣被用于對(duì)顆粒材料進(jìn)行預(yù)加熱。W0 03/002469教導(dǎo)了廢氣被急冷 至IJ 1000-1500°C，并隨后與礦物材料混合以將其預(yù)加熱到700-1050°C的溫度。
[0004] WO 2009/118180、W0 2008/019780、W0 2008/086990 和 W0 2008/086991 也公開(kāi)了 用于制造礦物熔體的旋風(fēng)爐。
[0005] 與沖天爐（cupola furnace)或其他堆棧爐（stack furnace)相比，旋風(fēng)爐具有顯 著的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于燃料方面，其避免了對(duì)細(xì)微顆粒進(jìn)行壓塊的需要，并且可使用更大范圍的燃 料，例如包括塑料。使用烙煉旋風(fēng)爐（melting cyclone furnace)消除了礦石中的鐵減少 的風(fēng)險(xiǎn)，并且排放環(huán)境可接受的廢氣。熔煉能力的靈活性比沖天爐要好很多，這意味著能夠 容易且迅速地轉(zhuǎn)換生產(chǎn)，例如從總能力的40 %轉(zhuǎn)換到100%，從而大大減少了響應(yīng)變更要 求所花費(fèi)的時(shí)間。此外，在旋風(fēng)爐中熔煉比在沖天爐的情況下要快很多，在旋風(fēng)爐中熔煉是 分鐘量級(jí)的而不是小時(shí)量級(jí)的。
[0006] 因此，在經(jīng)濟(jì)上和環(huán)保上是希望使用熔煉旋風(fēng)爐系統(tǒng)的，并且在W003/002469中 公開(kāi)的系統(tǒng)工作良好。在W0 2009/118180中公開(kāi)了改進(jìn)的熔煉旋風(fēng)爐系統(tǒng)。
[0007] 在這種旋風(fēng)爐系統(tǒng)中，研磨過(guò)的廢礦棉被送入從旋風(fēng)爐到下方旋風(fēng)預(yù)加熱器的提 升機(jī)中，并且收集到的飛灰就在預(yù)加熱過(guò)的原材料被送入旋風(fēng)爐之前被送入所述預(yù)加熱過(guò) 的原材料中。這種設(shè)置帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，廢礦棉在旋風(fēng)預(yù)加熱器中被加熱到750-800°C，這導(dǎo) 致所有的有機(jī)材料都會(huì)燃燒以及蒸發(fā)全部水分。由此，材料變成了細(xì)粉末。很難將這種細(xì) 粉末保留在旋風(fēng)爐內(nèi)，并且相對(duì)大量的細(xì)粉末最終成為來(lái)自旋風(fēng)爐的廢氣中的小滴或灰塵 顆粒。這種"帶出物（carry-over)"附著到提升機(jī)和旋風(fēng)預(yù)加熱器的內(nèi)表面，并且在廢棉的 量超過(guò)總原材料裝填量的10%時(shí)引起生產(chǎn)停頓。類(lèi)似的帶出物問(wèn)題由飛灰引起，因?yàn)槠湟?呈現(xiàn)為非常細(xì)的粉末。所裝填的材料的大約5-10%最終成為必須要回收或沉積的飛灰。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在這種背景下，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于回收廢料（如廢礦物纖維棉和 飛灰）的方法和設(shè)備，避免上面描述的造成小滴或細(xì)粉末排放到旋風(fēng)爐和熱交換系統(tǒng)外面 的問(wèn)題。
[0009] 這個(gè)目的由一種通過(guò)在存在顆粒礦物材料的情況下燃燒可燃材料并由此形成熔 體的制造礦物熔體的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟：將燃料、顆粒礦物材料和助燃?xì)?體經(jīng)由入口管道注入循環(huán)燃燒室，并在循環(huán)燃燒室內(nèi)燃燒燃料，由此將礦物材料熔化以形 成礦物熔體并產(chǎn)生廢氣；將廢氣從礦物熔體中分離，收集礦物熔體并將廢氣經(jīng)由排氣管向 上傳遞到熱交換系統(tǒng)的管道；以及將顆粒礦物材料和廢礦棉的第一部分供給到所述管道 中，并在熱交換系統(tǒng)中預(yù)加熱所供給的材料，以及將水含量按重量在5-25%之間的廢礦棉 的第二部分直接供給到入口管道。
[0010] 廢礦棉包含一定的水和粘合劑并且容易形成結(jié)塊。當(dāng)將廢棉直接加入到旋風(fēng)爐的 入口而沒(méi)有任何預(yù)加熱時(shí)，其因此呈現(xiàn)為結(jié)塊或大顆粒，并且將會(huì)被在旋風(fēng)爐的上部部分 中的熔體層捕獲并使得帶出物最小化。通過(guò)將"濕"廢棉直接加入到旋風(fēng)爐，回收的廢棉的 量可以從10%增加到35%或更高，這有利于平衡在制造礦棉纖維隔離產(chǎn)品的生產(chǎn)線上的 廢棉。
[0011] 如果回收的飛灰的至少一些與濕廢棉混合，則也可能使得由飛灰引起的帶出物最 小化，因?yàn)槠湓谂c廢棉的結(jié)塊或顆?；旌虾蟾街狡渖?。實(shí)踐表明，如果一半的飛灰加入到 廢棉，則將可能使得全部飛灰返回熔煉過(guò)程，并且能夠避免飛灰的沉積。
[0012] 在優(yōu)選實(shí)施例中，熱交換系統(tǒng)包括旋風(fēng)預(yù)加熱器，經(jīng)由所述管道向所述旋風(fēng)預(yù)加 熱器送入預(yù)加熱過(guò)的礦物材料的供給和用于進(jìn)行預(yù)加熱的廢礦棉材料的供給，之后經(jīng)由供 給管道離開(kāi)旋風(fēng)預(yù)加熱器進(jìn)入到入口管道以便注入到循環(huán)燃燒室，由此將廢料的第三部分 供給到所述供給管道。這種廢料優(yōu)選地是飛灰。這種材料是非常細(xì)的，具有低于ΙΟμπι的 顆粒尺寸。由此，飛灰與預(yù)加熱過(guò)的材料一起被供給到旋風(fēng)爐的入口管口之前的管道。
[0013] 優(yōu)選地，廢礦棉的第二部分在其被直接供給到入口管道之前與飛灰混合。
[0014] 在優(yōu)選實(shí)施例中，廢礦棉被研磨并在被供給到設(shè)備中時(shí)具有按重量為10-15%的 水含量。
[0015] 在優(yōu)選實(shí)施例中，總廢礦棉的近似20 %被供給到管道中用于預(yù)加熱，并且總廢礦 棉的近似80%被直接供給到入口管道。盡管對(duì)材料進(jìn)行預(yù)加熱也許更有能量效率，然而發(fā) 現(xiàn)有利的是差不多80%的廢礦棉在"濕冷"狀態(tài)下（即沒(méi)有事先預(yù)加熱）被加入，從而使 得減少了細(xì)顆粒的量并由此使得這些來(lái)自旋風(fēng)爐的細(xì)顆粒的帶出物最小化。在一個(gè)實(shí)施例 中，總飛灰的近似50%在供給管道中供給，并且飛灰的近似50%與廢礦棉混合，之后被直 接供給到入口管道中。然而，飛灰要與廢礦棉混合的最佳部分取決于預(yù)加熱系統(tǒng)的分離效 率。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供有至少兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的入口管道，并且廢料被供給到所述 入口管道的至少一個(gè)。因此在旋風(fēng)爐中可以實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 接下來(lái)，將參照附圖更具體地描述本發(fā)明，其中：
[0018] 圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)備的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 圖1示出了循環(huán)燃燒室1，其包括圓柱形的頂部部分、截頭圓錐形的底部部分和圓 柱形的基座部分。顆粒燃料被從供給處2引入到循環(huán)燃燒室，并且優(yōu)選地是煤。預(yù)加熱過(guò) 的礦物材料經(jīng)由礦物材料管道3引入到循環(huán)燃燒室。根據(jù)本發(fā)明，礦物材料包括顆粒礦物 材料和廢礦棉。煤和礦物材料與助燃空氣一起經(jīng)由入口管道4被引入，而由壓縮空氣供給 處5提供的第二空氣經(jīng)由至少兩個(gè)諸如噴管（lance)的切向進(jìn)入口（未示出）被引入循環(huán) 燃燒室1，以確保煤2與助燃空氣6的完全混合，以及維持助燃?xì)怏w和懸浮材料在循環(huán)燃燒 室1中的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。第二燃料（在這個(gè)例子中為天然氣）也是經(jīng)由供給處（未示出）注入 到循環(huán)燃燒室1的基座部分。
[0020] 在循環(huán)燃燒室1中，煤2在助燃?xì)怏w6中燃燒，所述助燃?xì)怏w優(yōu)選地為富氧空氣5。 產(chǎn)生的熔體9收集在循環(huán)燃燒室1的基座區(qū)域中，并且經(jīng)由排出口離開(kāi)所述室。廢氣經(jīng)由 處于循環(huán)燃燒室1的頂部的煙道10送入第一管道11，在所述第一管道11中，廢氣被用來(lái)加 熱將要送入循環(huán)燃燒室1中的顆粒狀的礦物材料。隨后，廢氣被送入第一旋風(fēng)預(yù)加熱器12， 在所述第一旋風(fēng)預(yù)加熱器12中，廢氣與混合在一起的礦物材料分離。廢氣從第一旋風(fēng)預(yù)加 熱器12經(jīng)由第二管道14流動(dòng)到第二旋風(fēng)預(yù)加熱器13。在第二旋風(fēng)預(yù)加熱器13之后，廢氣 經(jīng)由管道15流動(dòng)到旋風(fēng)除塵器16并進(jìn)入進(jìn)一步處理處17,在所述進(jìn)一步處理處17中，廢 氣與助燃?xì)怏w發(fā)生間接熱交換以預(yù)加熱助燃?xì)怏w。隨后，諸如通過(guò)過(guò)濾器（未示出）對(duì)廢 氣進(jìn)行處理，使其可安全進(jìn)入大氣。
[0021] 在加入到循環(huán)燃燒室1之前，對(duì)礦物材料進(jìn)行預(yù)加熱。具體來(lái)說(shuō)，第一礦物材料 (典型地是原石材料）從供給處19被供給到第二管道14,并且在第二旋風(fēng)預(yù)加熱器13中 經(jīng)過(guò)初始預(yù)加熱。第一礦物材料隨后穿過(guò)第一礦物材料管道18并被引入到第一管道11，并 且接下來(lái)傳遞到第一旋風(fēng)預(yù)加熱器12。第二礦物材料從供給處20提供到第一礦物材料下 游的第一管道11。第二礦物材料通常為處理過(guò)的礦物材料，典型地是粘合的礦物纖維，諸 如回收的礦物纖維或廢礦棉。為了確保在第一旋風(fēng)預(yù)加熱器12中產(chǎn)生NOx的還原條件，可 以在緊挨著第一旋風(fēng)預(yù)加熱器之前的位置21處將氮材料（如氨）加入到第一管道11。然 而，由于在供給處20處供給的廢礦棉包括具有氮成分的粘結(jié)劑，可能有利的是不用將氨加 入到管道11，因?yàn)榘诨厥盏膹U礦棉中的氨足夠確保NOx在第一旋風(fēng)預(yù)加熱器12中的還 原條件。經(jīng)由管道15的來(lái)自第二旋風(fēng)預(yù)加熱器13的廢氣可能攜帶一些第一礦物材料。這 些第一礦物材料在旋風(fēng)除塵器16中與廢氣分離，并被回收而經(jīng)由管道22加入到預(yù)加熱過(guò) 的礦物材料中。
[0022] 廢氣經(jīng)由煙道10離開(kāi)循環(huán)燃燒室1。廢氣進(jìn)入第一管道11，并通過(guò)急冷空氣從 1500-1900°C之間（通常為1650°C )的溫度急冷到1000-1500°C之間（通常為1300°C )的 溫度。經(jīng)由管道18引入第一管道11的第一礦物材料是經(jīng)由第二礦物材料下游的進(jìn)入口引 入到第一管道11中的。
[0023] 所述室是大體堅(jiān)直的而不是水平爐。其通常具有圓柱形的頂部部分、截頭圓錐形 的底部部分和基座部分，其中燃料、礦物材料和助燃空氣被注入所述頂部部分，熔體可收集 在所述基座部分中?？蛇x地，所述室可以是整體圓柱形的?；糠謨?yōu)選地是所述室的一 體的一部分，并且可以簡(jiǎn)單地為接頭圓錐形的底部區(qū)域的端部部分，或者可以是位于底部 區(qū)域的端部的圓柱形部分。優(yōu)選地，基座部分的直徑不大于頂部部分的直徑，這與傳統(tǒng)的系 統(tǒng)相反，在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，常常在室的基座處使用具有增大容積的罐體。
[0024] 基座部分具有礦物熔體的排出口，作為流體的熔體從所述排出口中穿過(guò)。這種流 體隨后可以以任何常規(guī)的方式被纖維化，例如使用級(jí)聯(lián)旋轉(zhuǎn)器（cascade spinner)或紡絲 杯（spinning cup)或任何其它常規(guī)的離心纖維化處理工藝?？蛇x地，礦物熔體可被用于其 它工業(yè)加工。
[0025] 優(yōu)選地，關(guān)于用于礦物熔體離開(kāi)室的基座部分的排出口，其不是立即向下延伸的， 而是排出口為虹吸管。"虹吸管"意味著，通常為管或排水溝的排出口初始具有相對(duì)于室中 的開(kāi)口向上的朝向并且隨后在引導(dǎo)到纖維化設(shè)備之前具有向下的朝向。這有利于熔體質(zhì) 量，因?yàn)樵谌垠w表面的任何未燃盡的燃料顆粒會(huì)保留在室內(nèi)。
[0026] 燃料被注入到循環(huán)燃燒室中?？梢允褂萌魏慰扇既剂?。燃料可以是處于室溫的氣 體，諸如丁烷、丙烷、甲烷或天然氣，但是優(yōu)選地是液體或固體的材料。燃料優(yōu)選地為顆粒形 式，并且最優(yōu)選地為顆?；奶疾牧?。
[0027] 燃料顆粒的顆粒尺寸優(yōu)選地在50-1000 μ m范圍內(nèi)，優(yōu)選地在約50-200 μ m范圍 內(nèi)。大體上至少90% (按重量）的顆粒處于這個(gè)范圍內(nèi)。平均為大體上約70 μ m的平均尺 寸，范圍是90%在100 μ m以下。燃料可以常規(guī)方式經(jīng)由送料管送入室中，以提供燃料顆粒 流。這通常涉及使用運(yùn)載氣體（carrier gas),燃料顆粒懸浮在所述運(yùn)載氣體中。運(yùn)載氣體 可以是空氣、富氧空氣或純氧氣（優(yōu)選地處于環(huán)境溫度以避免逆燃）或少量的活性氣體如 氮?dú)?。運(yùn)載氣體被作為助燃?xì)怏w的一部分。
[0028] 至少一些并且優(yōu)選地大多數(shù)的燃料被注入到循環(huán)燃燒室的頂部部分。然而，在優(yōu) 選實(shí)施例中，一些燃料（稱為第二燃料）也被注入到循環(huán)燃燒室的底部部分。
[0029] 經(jīng)由多個(gè)切向設(shè)置的進(jìn)入口，助燃?xì)怏w也被引入到室的頂部部分，助燃?xì)怏w可以 是處于環(huán)境溫度的但優(yōu)選地是預(yù)加熱過(guò)的。預(yù)加熱過(guò)的主助燃?xì)怏w的溫度常常取決于系統(tǒng) 中可提供的熱量。助燃?xì)怏w常常被預(yù)加熱到約600°C，并且其至少被預(yù)加熱到300-600°C， 例如約500-550°C。助燃?xì)怏w可以是空氣或者可以是富氧空氣。"富氧空氣"意味著包含有 比在空氣中自然存在的更多的氧氣的氣體，并且可以另外包括其他在空氣中自然存在的氣 體。其還可以包括其他不是在空氣自然存在的氣體（如丙烷或甲烷），只要氧氣的總水平超 過(guò)空氣中自然存在的水平即可。
[0030] 在優(yōu)選實(shí)施例中，助燃?xì)怏w是富氧空氣，其包括按體積為25 %至50%的氧氣，優(yōu) 選地為25%至30%。在可選的實(shí)施例中，助燃?xì)怏w包括按體積至少50%或至少70%的氧 氣，或者甚至為純氧氣。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，"純氧氣"指的是例如通過(guò)真空變 壓吸附技術(shù)（VPSA)獲得的純度為92%或更高的氧氣，或者其可以是通過(guò)蒸餾方法獲得的 近似100%純度的氧氣。使用富氧空氣是有益的，因?yàn)槠錅p少了所需助燃?xì)怏w的總體積。這 意味著可以使用比在使用空氣時(shí)更小的循環(huán)燃燒室。由于室的尺寸和助燃?xì)怏w的體積是與 生產(chǎn)礦物纖維所需的能量以及隨后的能量損失相關(guān)的，這個(gè)實(shí)施例使得系統(tǒng)具有更高的能 量效率。這在提高經(jīng)濟(jì)生存能力和降低環(huán)境不利影響方面具有顯著的益處。當(dāng)使用純氧氣 時(shí)，優(yōu)選地是處于環(huán)境溫度而不被預(yù)加熱。
[0031] 可以經(jīng)由送料管引入助燃?xì)怏w，其中燃料懸浮在助燃?xì)怏w中，特別是當(dāng)氣體處于 相對(duì)較低的溫度時(shí)。在燃料進(jìn)入室之前，燃料不應(yīng)當(dāng)在燃料管中開(kāi)始燃燒（該現(xiàn)象稱為"逆 燃")，因此在本實(shí)施例中需要低氣體溫度。然而，助燃?xì)怏w優(yōu)選地是經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)助燃?xì)?體進(jìn)入口單獨(dú)引入的，所述一個(gè)或多個(gè)助燃?xì)怏w進(jìn)入口可以位于燃料送料管的附近，從而 使得助燃?xì)怏w在與燃料相同的區(qū)域直接進(jìn)入室中，以允許有效混合。
[0032] 無(wú)論它們是否被一起引入，助燃?xì)怏w注入室中的速度是相對(duì)低的（優(yōu)選地介于 l-50m/s之間），以便使得設(shè)備表面磨損最小化。當(dāng)燃料和礦物材料懸浮在助燃?xì)怏w中時(shí)， 速度優(yōu)選地介于5-40m/s之間。當(dāng)它們被分別引入時(shí)（這是優(yōu)選的），燃料的注入速度優(yōu)選 地為 20-40m/s。
[0033] 希望確保預(yù)加熱過(guò)的燃料與助燃?xì)怏w迅速且完全地混合，因?yàn)檫@確保了燃料能迅 速點(diǎn)燃，從而使其能夠經(jīng)歷高溫分解，在燃燒的初始階段，在引入到室中之后幾乎立即發(fā) 生。完全混合還確保了燃料顆粒在主助燃?xì)怏w中的停留時(shí)間更加均勻，由此導(dǎo)致更有效的 燃料燃燒。
[0034] 為了幫助確保迅速且完全的混合，可以在循環(huán)燃燒室的頂部部分引入附加氣體， 所述附加氣體以高于助燃?xì)怏w和顆粒燃料的速度行進(jìn)，并且由于速度差造成燃料顆粒流的 湍流，由此打破了流動(dòng)并確保了迅速混合。附加氣體通常比助燃?xì)怏w的體積小很多，并且典 型地構(gòu)成小于20%的注入燃燒室中的總氣體，優(yōu)選地介于5-15%之間。附加氣體可以是任 何氣體，包括空氣、氮?dú)?、氧氣、或易燃?xì)怏w如丙烷或丁烷。附加氣體可以從進(jìn)入口注入使其 鄰近在室中的燃料顆粒流，但是優(yōu)選地是注入到同心地圍繞燃料進(jìn)入口的進(jìn)入口。這種同 心設(shè)置導(dǎo)致了有效的混合，特別是當(dāng)附加氣體進(jìn)入口在其開(kāi)口處具有匯聚噴嘴的情況下。 附加氣體優(yōu)選地以比燃料和助燃?xì)怏w快至少l〇〇m/ S的速度行進(jìn)，通常是至少250m/s，優(yōu)選 地是至少300m/s。在最優(yōu)選的實(shí)施例中，附加氣體的注入速度是音速的，即處于或大約處于 聲音的速度。
[0035] 除了注入到循環(huán)燃燒室的頂部部分的助燃?xì)怏w，還可以將一些助燃?xì)怏w注入到底 部部分。這可以被稱為第二助燃?xì)怏w。與主助燃?xì)怏w一樣，第二助燃?xì)怏w可以是環(huán)境溫度的 或預(yù)加熱過(guò)的，并且優(yōu)選地包含至少25 %的氧氣。第二助燃?xì)怏w可以是富氧空氣，包括按體 積至少30 %或35 %的氧氣，優(yōu)選地為至少50 %，最優(yōu)選地為至少70 %;或者是介于30-50 % 之間的氧氣或純氧氣。第二助燃?xì)怏w可以通過(guò)任何常規(guī)方式引入，但是優(yōu)選地是利用具有 匯聚噴嘴的進(jìn)入口（另外已知為噴管）來(lái)引入。
[0036] 第二助燃?xì)怏w可以從一個(gè)進(jìn)入口引入到下部部分中，但是優(yōu)選地是通過(guò)至少兩個(gè) 進(jìn)入口引入，最優(yōu)選地是多于兩個(gè)，如三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或六個(gè)，優(yōu)選地為四個(gè)進(jìn)入口。
[0037] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)燃燒室的底部部分加入助燃?xì)怏w在確保燃料顆粒完全燃燒方面 是非常有效的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在此處加入氧氣比簡(jiǎn)單地將附加氧氣與主助燃?xì)怏w一起加入上 部部分更有效率。第二燃燒氣體可以構(gòu)成小于一半的總助燃?xì)怏w，所述總助燃?xì)怏w包括主 助燃?xì)怏w、第二助燃?xì)怏w和引入的任何附加氣體，所述附加氣體是可燃的。第二助燃?xì)怏w可 以構(gòu)成助燃?xì)怏w的總百分比的10-50%之間，優(yōu)選地為20-40%之間。在一個(gè)實(shí)施例中，附 加（或第二）固體、液體或氣體燃料被注入底部部分，并在存在第二助燃?xì)怏w的情況下燃燒 以在底部部分形成火焰。這在使用富氧空氣作為助燃?xì)怏w時(shí)是特別重要的，盡管所需的更 小的體積有利于增加能量效率。選擇氧氣在第二助燃?xì)怏w和第二燃料中的相對(duì)量，使得在 第二燃料在第二氣體中完全燃燒后存在剩余的氧氣。將第二燃料注入底部部分是有利的， 因?yàn)槠淇捎脕?lái)于調(diào)節(jié)已收集在基座部分的熔體的溫度。
[0038] 除了在頂部部分的主燃燒之外，在底部部分形成火焰是有利的，因?yàn)槠涫且环N可 以改變?nèi)垠w溫度的機(jī)制。具體來(lái)說(shuō)，在循環(huán)燃燒室的基座部分，礦物熔體從壁上流下，以收 集在基座部分中。因此，在這個(gè)區(qū)域，熔體呈現(xiàn)為室壁上的薄膜，并且呈現(xiàn)為基座部分中的 浴體（bath)，其通常是淺的。在這個(gè)區(qū)域施加輻射熱是特別有效的，因?yàn)槠淠軌蛉菀椎卮┩?整個(gè)熔體。因此，在這個(gè)區(qū)域使用火焰對(duì)于均勻、迅速以及在精確參數(shù)范圍內(nèi)加熱熔體來(lái)說(shuō) 是特別有效的，因此通過(guò)在這個(gè)區(qū)域改變?nèi)剂虾蜌怏w的流速，可以將熔體的溫度保持在精 確的限定范圍內(nèi)。
[0039] 由于這是目的，優(yōu)選地朝向底部區(qū)域的下端，優(yōu)選地在室的截頭圓錐形的底部部 分的下半部注入第二燃料，使其靠近基座部分。第二燃料可以是任何燃料。在一個(gè)實(shí)施例 中，第二燃料只包括固體燃料，如顆粒碳材料，諸如煤，因?yàn)檫@些通常是有成本效率的并且 能夠減少NOx的產(chǎn)生。在其他實(shí)施例中，第二燃料包括一些立即且完全燃燒的液體或氣體 燃料。優(yōu)選地，第二燃料包括一些固體燃料（如煤），其含量為全部第二燃料的10-90%，優(yōu) 選地為40-80%，最優(yōu)選地為50-70%，其余的第二燃料是液體或氣體燃料。優(yōu)選的非固體 燃料是丙烷、甲烷或天然氣。第二燃料呈現(xiàn)為比顆粒燃料少的量，并且構(gòu)成小于50 %的總?cè)?料能量，典型地為20-40%。
[0040] 在這個(gè)實(shí)施例中，第二助燃?xì)怏w優(yōu)選地是純氧氣，并且與燃料一起經(jīng)由燃燒器進(jìn) 入口被引入，從而使得燃燒立即發(fā)生。可選地，第二助燃?xì)怏w可以經(jīng)由靠近第二燃料進(jìn)入口 的進(jìn)入口被引入，并且可在室內(nèi)發(fā)生混合。
[0041] 氣體和懸浮的顆粒材料在循環(huán)燃燒室內(nèi)的總體運(yùn)動(dòng)是旋風(fēng)運(yùn)動(dòng)。這是通過(guò)以適當(dāng) 的角度引入助燃?xì)怏w以及顆粒燃料和礦物材料以維持漩渦運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。當(dāng)使用時(shí)，第二 助燃?xì)怏w優(yōu)選地也是以相同的方向來(lái)引入的，以維持循環(huán)流動(dòng)。廢氣從礦物熔體中分離，所 述礦物熔體被收集在室的基座，并且所述廢氣通常經(jīng)由在循環(huán)燃燒室頂部的煙道被傳遞到 熱交換系統(tǒng)。廢氣隨后用于對(duì)礦物材料進(jìn)行預(yù)加熱，并且可選地還對(duì)助燃?xì)怏w進(jìn)行預(yù)加熱。 廢氣典型地以介于1300-1900°C之間的溫度離開(kāi)循環(huán)燃燒室，通常是1500-1750°C，如大約 1550-1650°C。
[0042] 在優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二礦物材料被分別提供到熱交換系統(tǒng)。這在第一礦物 燃料具有比第二礦物材料高的燒結(jié)溫度（sintering temperature)時(shí)是有利的。第一礦物 材料典型地為具有1200-1400°C的燒結(jié)溫度的原礦物材料，而第二礦物材料典型地為具有 900-1100°C的燒結(jié)溫度的加工過(guò)的廢礦物材料，如粘合的礦物纖維。為了實(shí)現(xiàn)最大的能量 效率，盡可能完全地利用廢氣的熱能是非常重要的。對(duì)于熱效率來(lái)說(shuō)以及為了保持礦物材 料的良好流通特性以及因此良好的加工效率，礦物材料在預(yù)加熱過(guò)程中不被熔化或軟化也 是很重要的。這通過(guò)早于第二礦物材料來(lái)預(yù)加熱第一礦物材料來(lái)進(jìn)行。具體來(lái)說(shuō)，將第一 礦物材料早于第二礦物材料被加入到熱交換系統(tǒng)。這意味著第一礦物材料在第二礦物材料 的上游被加入到廢氣中。在與第一礦物材料接觸后，第一礦物材料被預(yù)加熱，并且廢氣被冷 卻并與預(yù)加熱過(guò)的第一礦物材料一起行進(jìn)以對(duì)第二礦物材料預(yù)加熱。通常在接觸第一礦物 材料之前對(duì)廢氣進(jìn)行急冷。廢氣典型地急冷到約1300°C，以避免軟化或熔化第一礦物材料。 利用任何適合的氣體（如空氣）或任何適合的液體（如氨水）進(jìn)行急冷。
[0043] 當(dāng)廢氣接觸第一礦物材料時(shí)，廢氣對(duì)第一礦物材料預(yù)加熱，并且廢氣被冷卻。 在第一預(yù)加熱階段，第一礦物材料優(yōu)選地被預(yù)加熱到300-600°C的溫度，更優(yōu)選地為 400_550°C。優(yōu)選地，廢氣和第一礦物材料的相對(duì)量使得第一礦物材料在第二預(yù)加熱階段的 結(jié)束前被預(yù)加熱到略微低于第二礦物材料的燒結(jié)溫度，通常為750-850°C。
[0044] 第二礦物材料隨后被加入到熱交換系統(tǒng)，并且接觸廢氣和懸浮在廢氣中的第一礦 物材料。第二礦物材料通過(guò)這種接觸而被預(yù)加熱。優(yōu)選地，第二礦物材料被預(yù)加熱到至少 700°C，并且優(yōu)選地在750-850°C之間。
[0045] 第二礦物材料是一種包括有機(jī)制劑（如有機(jī)粘結(jié)劑）的加工產(chǎn)品。特別有利的是， 將第二礦物材料預(yù)加熱到完全燃燒掉有機(jī)添加劑的溫度和條件。因此，包括釋放出的有機(jī) 成分的氣體應(yīng)當(dāng)在大氣環(huán)境下被加熱到約750-850°C至少1-2秒，所述大氣環(huán)境包括至少 2 %的氧氣，以燒掉有機(jī)粘結(jié)劑。
[0046] 熱交換系統(tǒng)優(yōu)選地包括至少一個(gè)并且優(yōu)選地包括兩個(gè)或甚至三個(gè)旋風(fēng)預(yù)加熱器 12、13。第一和第二材料典型地加入到第一管道11，所述第一管道11將廢氣從循環(huán)燃燒室 1傳送到第一旋風(fēng)預(yù)加熱器12。在第一旋風(fēng)預(yù)加熱器12中，廢氣從礦物材料中分離。礦物 材料（包括混合的第一和第二礦物材料）經(jīng)由混合礦物材料管道3傳遞到循環(huán)燃燒室1的 進(jìn)入口，以被熔煉。
[0047] 優(yōu)選地，從熔體中分離出來(lái)的隨后被送入旋風(fēng)預(yù)加熱器中的廢氣包含的氧氣比旋 風(fēng)預(yù)加熱器中存在的氧氣量要少，因此優(yōu)選地，或者在預(yù)加熱器中或者在熔體和預(yù)加熱器 之間，將空氣或其他的氧氣來(lái)源加入到廢氣中。廢氣從第一旋風(fēng)預(yù)加熱器12的頂部經(jīng)由第 二管道14被傳遞到第二旋風(fēng)預(yù)加熱器13。優(yōu)選地，第一礦物材料在第二旋風(fēng)預(yù)加熱器13 中進(jìn)行初始預(yù)加熱，之后被傳送到第一管道11以被廢氣進(jìn)一步預(yù)加熱。因此，在優(yōu)選實(shí)施 例中，第一礦物材料被引入第二管道中，并且被預(yù)加熱到在300-600°C之間的初始溫度，優(yōu) 選地在450-550°C之間。廢氣隨后離開(kāi)第二旋風(fēng)預(yù)加熱器13,并常用于通過(guò)間接熱交換來(lái) 加熱助燃?xì)怏w。
[0048] 預(yù)加熱過(guò)的材料在18處被供給到管道11中。在下游提供有第二材料供給處20， 在所述第二材料供給處20提供廢礦棉。廢礦棉在其重新進(jìn)入熔煉工藝過(guò)程之前被研磨過(guò)。 飛灰在22處被供給到在管道3中的離開(kāi)旋風(fēng)預(yù)加熱器12的礦物材料。此外，飛灰和廢礦 棉的混合物23被直接供給到入口管道4并送入到旋風(fēng)爐1中，事先不進(jìn)行任何預(yù)加熱。廢 棉在被供給時(shí)，典型地具有按重量在5-25%之間的水含量，如按重量近似10-15%。在用于 預(yù)加熱的第一部分，此水含量在旋風(fēng)預(yù)加熱器12中處理的過(guò)程中蒸發(fā)。然而，在第二部分 中供給的廢礦棉是不進(jìn)行預(yù)加熱的，并且保持其水含量進(jìn)入爐1。由于廢礦棉的第二部分的 "冷"和"濕"的狀況，有利地與回收的飛灰混合，使得帶出物的量最小化。
[0049] 總體上，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在產(chǎn)量為每小時(shí)10噸的爐子中，可以回收高達(dá)每小時(shí)3. 5噸 的材料，即回收率達(dá)到35%。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在20處提供近似20 %的廢礦棉（例如500kg/h) 用于預(yù)加熱是適當(dāng)?shù)?。還發(fā)現(xiàn)，在22處提供回收的飛灰總量的近似50%是適當(dāng)?shù)模ɡ?500kg/h)。這接下來(lái)意味著，在23處提供的廢料的混合物包括飛灰總量的大約50%和廢礦 棉總量的80%，即混合物包含近似500kg/h的飛灰和2000kg/h的廢礦棉。
[0050] 混合物中的廢礦棉保留了飛灰的小顆粒，并在被供給到熱爐中時(shí)形成結(jié)塊。這確 保了細(xì)微顆粒被在旋風(fēng)爐1的上部部分的熔體層捕獲，而不是作為帶出物被直接排出進(jìn)入 旋風(fēng)爐的排出道10。
[0051] 以上，參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下 可提供其他的變形和實(shí)施例，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書(shū)中限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種通過(guò)在存在顆粒礦物材料的情況下燃燒可燃材料并由此形成熔體的制造礦物 熔體的方法，所述方法包括以下步驟： 將燃料、顆粒礦物材料和助燃?xì)怏w經(jīng)由入口管道（4)注入循環(huán)燃燒室（1)，并在所述循 環(huán)燃燒室（1)內(nèi)燃燒所述燃料，由此將所述礦物材料熔化以形成礦物熔體并產(chǎn)生廢氣； 將所述廢氣從所述礦物熔體中分離，收集所述礦物熔體（9)并將所述廢氣經(jīng)由排氣管 (10)向上傳遞到熱交換系統(tǒng)的管道（11);以及 將顆粒礦物材料和廢礦棉的第一部分供給到所述管道（11)中，并在所述熱交換系統(tǒng) 中對(duì)所供給的材料預(yù)加熱，以及 將水含量按重量在5-25%之間的廢礦棉的第二部分直接供給到所述入口管道（4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱交換系統(tǒng)包括旋風(fēng)預(yù)加熱器（12)，經(jīng)由所 述管道（11)向所述旋風(fēng)預(yù)加熱器（12)送入預(yù)加熱過(guò)的礦物材料的供給和用于進(jìn)行預(yù)加熱 的廢礦棉材料的供給，之后經(jīng)由供給管道（3)離開(kāi)所述旋風(fēng)預(yù)加熱器（12)并進(jìn)入所述入口 管道（4)以便注入所述循環(huán)燃燒室（1)，由此將廢料的第三部分供給到所述供給管道（3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述第三部分中供給的所述廢料是飛灰。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中廢礦棉的所述第二部分被直接供給到所述供給管 道（3)下游的所述入口管道（4)。
5. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中廢礦棉的所述第二部分在被直接供給到 所述入口管道（4)之前與飛灰混合。
6. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述廢礦棉被研磨并在被供給之前具有 按重量為10-15%的水含量。
7. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中總的廢礦棉的近似20%被供給到所述 管道（11)中用于預(yù)加熱，并且總的廢礦棉的近似80%被直接供給到所述入口管道（4)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中總飛灰的近似50%在所述供給管道 (3)中供給，并且所述飛灰的近似50 %與要在被直接供給到所述入口管道（4)之前，與所述 廢礦棉混合。
【文檔編號(hào)】C03B3/02GK104105672SQ201280060742
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月7日
【發(fā)明者】L·E·漢森 申請(qǐng)人:羅克伍爾國(guó)際公司