RS62204B1 - Proces i aparatura za pravljenje mineralnog rastopa - Google Patents

Proces i aparatura za pravljenje mineralnog rastopa

Info

Publication number
RS62204B1
RS62204B1 RS20210909A RSP20210909A RS62204B1 RS 62204 B1 RS62204 B1 RS 62204B1 RS 20210909 A RS20210909 A RS 20210909A RS P20210909 A RSP20210909 A RS P20210909A RS 62204 B1 RS62204 B1 RS 62204B1
Authority
RS
Serbia
Prior art keywords
fuel
combustion
particulate
combustion gas
burner
Prior art date
Application number
RS20210909A
Other languages
English (en)
Inventor
Lars Elmekilde Hansen
Original Assignee
Rockwool Int
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rockwool Int filed Critical Rockwool Int
Publication of RS62204B1 publication Critical patent/RS62204B1/sr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/006—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion
    • F23C3/008—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion for pulverulent fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/12—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B3/00—Charging the melting furnaces
    • C03B3/02—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet
    • C03B3/026—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet by charging the ingredients into a flame, through a burner or equivalent heating means used to heat the melting furnace
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C03B5/2353—Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F23C6/047—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure with fuel supply in stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B1/20—Arrangements of devices for charging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/003—Cyclones or chain of cyclones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/10—Furnace staging
    • F23C2201/101—Furnace staging in vertical direction, e.g. alternating lean and rich zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07007—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber using specific ranges of oxygen percentage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Description

Opis
Stanje tehnike
[0001] Ovaj pronalazak se odnosi na proizvodnju mineralnog rastopa sagorevanjem sagorljivog materijala u prisustvu neorganskog materijala u česticama, a čime se formira rastop. Rastop se onda može pretvoriti u vlakna da bi se formirala mineralna vlakna ili se može koristiti u drugim industrijskim procesima.
[0002] Jedan poznati sistem za proizvodnju mineralnog rastopa je opisan u našoj ranijoj publikaciji WO2008/086991. WO2008/086990 prikazuje sličan sistem. Sistem iz WO2008/086991 uključuje napajanje gorivom i gasom za sagorevanje i sagorevanje goriva u prisustvu suspendovanog mineralnog materijala u česticama u cirkulacionoj komori za sagorevanje, tj. komori za sagorevanje u kojoj suspendovani materijali u česticama i vazduh cirkulišu u sistemu koji jeste ili se približava ciklonskom cirkulacionom sistemu. On se obično naziva ciklonskom peći.
[0003] Gorivo, gas za sagorevanje i mineralni materijal u česticama se uvode kroz gornju stranu ili u blizini gornje strane komore za sagorevanje. Unutar komore za sagorevanje dolazi do sagorevanja goriva i materijal u česticama se pretvara u rastop. Rastop i materijal u česticama koji se još nije istopio se bacaju na zidove komore cirkulacionim gasovima i teći će niz komoru.
[0004] U ovom sistemu cirkulaciona komora za sagorevanje sadrži višu zonu, nižu zonu i osnovnu zonu, a postupak sadrži obezbeđivanje cirkulacione komore za sagorevanje koja sadrži gornju sekciju, donju sekciju i osnovnu sekciju, ubrizgavanje primarnog goriva, mineralnog materijala u česticama i primarnog gasa za sagorevanje u gornju sekciju cirkulacione komore za sagorevanje i sagorevanje primarnog goriva, čime se topi materijal u česticama da bi se formirao mineralni rastop i generisali se otpadni gasovi, odvajanje mineralnog rastopa od otpadnih gasova, pri čemu otpadni gasovi prolaze kroz odvod u cirkulacionu komoru za sagorevanje i mineralni rastop se sakuplja u osnovnoj sekciji cirkulacione komore za sagorevanje, ubrizgavanje sekundarnog goriva i sekundarnog gasa za sagorevanje u donju sekciju cirkulacione komore za sagorevanje da bi se formirao plamen u donjoj sekciji koji zagreva rastop, i tečenje struje sakupljenog rastopa kroz odvod u osnovnu sekciju do aparature za pravljenje vlakana centrifugiranjem i formiranje vlakana.
[0005] Ova publikacija takođe opisuje aparaturu za primenu u ovom metodu, koja sadrži cirkulacionu komoru za sagorevanje, koja sadrži u suštini cilindričnu gornju sekciju, donju sekciju i osnovnu sekciju, pri čemu cirkulaciona komora za sagorevanje sadrži dovode u gornjoj sekciji za primarno gorivo, mineralni materijal u česticama i primarni gas za sagorevanje, dovode u donjoj sekciji za sekundarno gorivo i sekundarni gas za sagorevanje, odvod za otpadne gasove, odvod u osnovnoj sekciji i aparaturu za pravljenje vlakana centrifugiranjem, pri čemu odvod u osnovnoj sekciji vodi do aparature za pravljenje vlakana centrifugiranjem.
[0006] Postupak iz ove publikacije sadrži formiranje plamena u donjoj sekciji komore za sagorevanje. Ovo se ostvaruje ubrizgavanjem sekundarnog goriva i sekundarnog gasa za sagorevanje u donju sekciju. Formiranje plamena u ovoj sekciji je poželjno, pošto je to mehanizam pomoću koga se može kontrolisati temperatura rastopa. Prisustvo sekundarnog gasa za sagorevanje takođe može doprineti završetku sagorevanja primarnog goriva, a naročito tamo gde je to čvrsto gorivo u česticama (npr. ugalj) koje se podvrgava sagorevanju u dve faze. U prvoj fazi, koja je poznata kao piroliza, isparljiva jedinjenja gore veoma brzo uz brzo razvijanje gasa. Ovo generiše ugljenisane čestice, koje su bogate ugljenikom. Druga faza je sagorevanje ugljenisanih čestica koje je mnogo sporije od prve faze. Druga faza obično zahteva između 10 i 100 puta duže vreme od prve faze. Stoga, dok se prva faza sagorevanja odvija skoro trenutno kada čestica goriva uđe u komoru za sagorevanje, druga faza se normalno ne događa osim ako gorivo ima značajno vreme boravka.
[0007] Tipično, kada se inicijalna faza sagorevanja odvija u višoj zoni komore, onda se ugljenisana čestica baca na strane komore i može se inkorporirati u rastop. U sistemima gde se ciklon prvenstveno koristi za generisanje mineralnog rastopa za sledstveno formiranje mineralnih vlakana, kvalitet rastopa koji izlazi iz peći je od kritičnog značaja. Ako gorivo ne sagori potpuno, ostavljajući nešto ugljeničnih čestica u rastopu, kvalitet rastopa će biti slab i on može sadržati mehuriće ili druge nehomogenosti.
[0008] U sistemu iz WO2008/086991 problem smanjenog kvaliteta rastopa, koji je izazvan smanjenim zapreminama komore, a time i kraćim vremenom boravka, rešen je ubrizgavanjem sekundarnog gasa za sagorevanje u nižu zonu komore za sagorevanje. Ovo omogućava da se druga faza sagorevanja goriva odvija mnogo brže nego što je uobičajeno u ovoj zoni gde su nivoi kiseonika obično niski.
[0009] Sekundarno gorivo može biti svako čvrsto gorivo, kao što je ugalj, ali prvenstveno takođe sadrži tečno ili gasovito gorivo. Opisano je da se sekundarni gas za sagorevanje i sekundarno gorivo mogu uvesti zajedno, preko gorionika za kiseonik-gorivo, što je posebno korisno za tečna ili gasovita goriva.
[0010] Dovodi za sekundarni gas, npr. za slučaj kada se dodaje višak kiseonika takođe su generalno opisani.
[0011] Opisano je da udeli sekundarnog goriva i sekundarnog gasa za sagorevanje mogu biti substehiometrijski (nedovoljno sekundarnog gasa za sagorevanje da bi se omogućilo potpuno sagorevanje sekundarnog goriva), stehiometrijski (koji je poželjan) ili super-stehiometrijski (višak sekundarnog gasa za sagorevanje). Za prvu od ovih opcija se kaže da ima efekat da generiše prošireniji plamen, dok se za poslednju kaže da ima efekat da doprinosi završetku sagorevanja primarnog goriva, ukoliko je poželjno.
[0012] U donjoj sekciji cirkulacione komore za sagorevanje mineralni rastop teče niz zidove da bi se sakupio u osnovnoj sekciji. U ovom regionu rastop je prisutan kao tanki film na zidovima komore i kao kupatilo u osnovnoj sekciji, koje je normalno plitko. Stoga je primena toplote zračenja u ovoj oblasti posebno efektivna, pošto može lako prodreti kroz ceo rastop. Zbog toga je korišćenje plamena u ovom regionu posebno efektivno za homogeno zagrevanje rastopa. Takođe se rastop može zagrejati brzo i precizno tako što se menja protok sekundarnog goriva i sekundarnog gasa za sagorevanje, a temperatura rastopa se može održavati u okviru preciznih granica.
[0013] Međutim, uprkos brojnim prednostima ovog sistema, ostaje prostor za poboljšanja, a naročito u pogledu energetske efikasnosti i obezbeđivanja stabilnog plamena u nižoj zoni komore za sagorevanje.
[0014] Predmetni pronalazak je usmeren na povećanje energetske efikasnosti i procesne stabilnosti poznatih postupaka za pravljenje mineralnih vlakana korišćenjem sistema za topljenje sa ciklonskom peći.
Suština pronalaska
[0015] Predmetnim pronalaskom je realizovan postupak za dobijanje mineralnog rastopa, pri čemu postupak sadrži
obezbeđivanje cirkulacione komore za sagorevanje koja sadrži višu zonu, nižu zonu i osnovnu zonu,
ubrizgavanje primarnog goriva u česticama i mineralnog materijala u česticama i primarnog gasa za sagorevanje u višu zonu cirkulacione komore za sagorevanje, zbog čega bar delimično sagoreva primarno gorivo u česticama i zbog čega se topi mineralni materijal u česticama da bi se formirao mineralni rastop i generisali se otpadni gasovi,
ubrizgavanje u nižu zonu cirkulacione komore za sagorevanje, kroz najmanje jedan prvi gorionik, sekundarnog gasa za sagorevanje i gasovitog goriva i sekundarnog goriva u česticama, pri čemu se sekundarni gas za sagorevanje i gasovito gorivo i sekundarno gorivo u česticama ubrizgavaju preko samo jednog prvog gorionika, pri čemu je količina sekundarnog gasa za sagorevanje koji se ubrizgava preko svakog prvog gorionika nedovoljna za stehiometrijsko sagorevanje ukupne količine gasovitog goriva i sekundarnog goriva u česticama ubrizganih preko tog prvog gorionika, i
ubrizgavanje tercijarnog gasa za sagorevanje u nižu zonu cirkulacione komore za sagorevanje, kroz najmanje jedan injektor za tercijarni gas za sagorevanje, zahvaljujući čemu tercijarni gas za sagorevanje omogućava završetak sagorevanja gasovitog goriva i sekundarnog goriva u česticama,
pri čemu je predviđen injektor za tercijarni gas za sagorevanje za svaki prvi gorionik, pri čemu je svaki injektor za tercijarni gas postavljen, u odnosu na pridruženi prvi gorionik, nizvodno od plamena generisanog prvim gorionikom, i tako da usmerava tercijarni gas za sagorevanje u plamen u smeru gorenja plamena,
zahvaljujući čemu se nizvodno definiše lokacija u smeru cirkulacionih kretanja u komori za sagorevanje,
izdvajanje mineralnog rastopa iz vrelih otpadnih gasova tako da vreli otpadni gasovi prolaze kroz odvod u cirkulacionu komoru za sagorevanje i mineralni rastop se sakuplja u osnovnoj zoni.
[0016] Otkrivanjem je takođe realizovana aparatura za pravljenje mineralnog rastopa, za svrhe poređenja, koja nije u skladu sa pronalaskom, koja sadrži cirkulacionu komoru za sagorevanje koja sadrži cilindričnu gornju sekciju, donju sekciju i osnovnu sekciju, pri čemu cirkulaciona komora za sagorevanje sadrži dovode u gornjoj sekciji za primarno gorivo u česticama, mineralni materijal u česticama i primarni gas za sagorevanje,
najmanje jedan dvostruki gorionik za kiseonik-gorivo u donjoj sekciji za ubrizgavanje sekundarnog goriva u česticama, gasovitog goriva i sekundarnog gasa za sagorevanje
najmanje jedan injektor za tercijarni gas za sagorevanje u donjoj sekciji za ubrizgavanje tercijarnog gasa za sagorevanje
odvod za otpadne gasove i
odvod u osnovnoj sekciji za omogućavanje oslobađanja mineralnog rastopa.
[0017] Cirkulaciona komora za sagorevanje u predmetnom pronalasku je tip koji se često naziva ciklonskom peći. Ona ima gornju (višu) sekciju, donju (nižu) sekciju i osnovnu sekciju. U toku korišćenja komore, komora sadrži višu zonu, nižu zonu i osnovnu zonu. Viša zona je tamo gde se odvija piroliza, inicijalna faza sagorevanja primarnog goriva u česticama. Ovo generalno odgovara cilindričnoj gornjoj sekciji komore. Niža zona je zona u kojoj se odvija sagorevanje ugljenisane materije. Stoga niža zona generalno odgovara zarubljeno-konusnoj donjoj sekciji komore, a naročito površinama komore u ovoj sekciji.
[0018] I ovaj postupak i pridružena aparatura koja je podesna za njegovo izvođenje, zahtevaju specifičnu kombinaciju karakteristika i imaju brojne prednosti.
[0019] Predviđanje sekundarnog sagorevanja u nižoj zoni ima tu prednost što je moguće kontrolisati temperaturu i kvalitet formiranog rastopa. Ono takođe obezbeđuje mogućnost obezbeđivanja potpunog sagorevanja primarnog goriva u česticama.
[0020] U slučaju opisanom u WO2008/086991 i najjednostavnijem u praksi, kada je sekundarno gorivo isključivo gasovito (na primer, prirodni gas), onda je najjednostavnije dovoditi njega i sekundarni gas za sagorevanje preko samo jednog gorionika za kiseonik-gorivo. Uključivanje, prema pronalasku, sekundarnog goriva u česticama preko istog gorionika kao sekundarnog gasa za sagorevanje i gasovitog goriva (poznatog i kao dvostruki gorionik za kiseonik-gorivo) obezbeđuje uštede na troškovima i energetskoj efikasnosti u odnosu na korišćenje gasovitog goriva kao jedinog goriva.
[0021] Bilo je utvrđeno da ovo kao takvo dovodi do teškoća ako je količina vazduha za sekundarno sagorevanje dovedena kroz taj dvostruki gorionik za kiseonik-gorivo stehiometrijski potrebna količina u odnosu na ukupno gorivo dovedeno preko tog gorionika, pa je onda generisani plamen nedovoljno stabilan.
[0022] Otkrili smo da namerni izbor sub-stehiometrijskog odnosa sekundarnog gasa za sagorevanje prema ukupnom gorivu koje se dovodi preko dvostrukog gorionika za kiseonik-gorivo, a naročito količine sekundarnog gasa za sagorevanje koja je ograničena na onu koja je potrebna samo za stehiometrijsko sagorevanje gasovitog goriva dovodi do ostvarivanja posebno stabilnog plamena.
[0023] Pronalazak onda zahteva injektor za tercijarni gas za sagorevanje, pridružen svakom prvom gorioniku, koji dovodi dovoljno tercijarnog gasa za sagorevanje da bi se omogućilo potpuno sagorevanje i sekundarnog goriva u česticama i gasovitog goriva, a prvenstveno takođe i primarnog goriva u česticama, koje će u praksi biti podvrgnuto pirolizi da bi se formirala ugljenisana materija u višoj zoni komore za sagorevanje. U praksi će gasovito gorivo koje se dovodi preko prvog gorionika biti brzo podvrgnuto sagorevanju sa sekundarnim gasom za sagorevanje, a sekundarno gorivo u česticama će biti predgrejano i može početi da sagoreva, ali neće biti podvrgnuto potpunom sagorevanju sve dok ne dođe u kontakt sa tercijarnim gasom za sagorevanje.
[0024] Kao iznenađujuće ovo dovodi do energetske efikasnosti, a naročito u poređenju sa procesom u kome se sekundarno gorivo u česticama dovodi odvojeno od gasovitog goriva, preko posebnog gorionika ili dovoda.
[0025] Pored toga, proces prema pronalasku omogućava održanje energetskog korišćenja i efikasnosti čak i kada se koriste jeftinija goriva, koja su lakša za nabavku, kao što su ugalj i koks (u odnosu na procese gde se koristi prirodni gas kao sekundarno gorivo). Dalje, kao neočekivano je utvrđeno da takvi procesi nisu doveli do povećanih emisija CO u odnosu na procese gde se koristi samo prirodni gas kao gorivo. Takođe je moguće da se smanji gubitak rashladne vode u procesu prema pronalasku, u odnosu na ekvivalentne procese u kojima se kao gorivo koristi prirodni gas. Shodno tome, pronalazak omogućava efikasno i ekološki prihvatljivo korišćenje goriva u česticama, kao što su čestice koksa i mleveni ili drobljeni ugalj, koje je često teško inkorporirati u procese topljenja sa odgovarajućim nivoom energetske efikasnosti.
Detaljni opis pronalaska
[0026] Cirkulaciona komora za sagorevanje u predmetnom pronalasku je tip koji se često naziva ciklonskom peći. Ona ima gornju (višu) sekciju, donju (nižu) sekciju i osnovnu sekciju. Konstrukcija podesnih ciklonskih peći je opisana u različitim patentima, uključujući US 3,855,951, 4,135,904, 4,553,997, 4,544,394, 4,957,527, 5,114,122 i 5,494,863, kao i gore razmotreni WO2008/086991.
[0027] Komora je generalno nagnuta vertikalno umesto horizontalno. Ona normalno ima cilindričnu gornju sekciju, zarubljeno-konusnu donju sekciju i osnovnu sekciju, ali može biti potpuno cilindrična. Osnovna sekcija je prvenstveno integralni deo komore i jednostavno može biti krajnji deo zarubljeno-konusne donje sekcije ili može biti cilindrična sekcija na kraju donje sekcije.
[0028] Unutrašnji prečnik osnovne sekcije nije veći od unutrašnjeg prečnika gornje sekcije, nasuprot tradicionalnim sistemima koji često koriste rezervoar kao osnovu komore povećane zapremine.
[0029] Prednost pronalaska, a naročito primera izvođenja kod koga se kiseonikom obogaćen vazduh ili čisti kiseonik koristi kao primarni gas za sagorevanje, je ta što se može koristiti kompaktna komora za sagorevanje. Stoga je u predmetnom pronalasku poželjno da komora za sagorevanje bude integralna komora. Pod ovim podrazumevamo da komora nije sačinjena od različitih sastavnih delova koji se mogu odvojiti jedan od drugog. Sposobnost da se koriste kompaktne peći u poređenju sa sistemima iz stanja tehnike minimizira površinske gubitke energije iz peći.
[0030] Zapremina komora je prvenstveno manja od oko 25m<3>. Često je manja od oko 20m<3>ili 15m<3>, ili je čak manja od 10m<3>, u zavisnosti od kapaciteta ciklonske peći.
[0031] U toku korišćenja komore, komora sadrži višu zonu, nižu zonu i osnovnu zonu.
[0032] Viša zona je tamo gde se odvija piroliza, inicijalna faza sagorevanja primarnog goriva u česticama. Ovo generalno odgovara cilindričnoj gornjoj sekciji komore. Primarno gorivo u česticama, a prvenstveno takođe i mineralni materijal u česticama i primarni gas za sagorevanje se ubrizgavaju u višu zonu. Viša zona takođe sadrži odvod kroz koji prolaze vreli gasovi.
[0033] Piroliza goriva u višoj zoni stvara ugljenisanu materiju, materijal bogat ugljenikom. Ugljenisane čestice se generalno bacaju na površine komore pomoću cirkulacionih gasova i teku, zajedno sa rastopom, niz površine komore pod dejstvom gravitacije.
[0034] Niža zona je zona u kojoj se odvija sagorevanje ugljenisane materije. Stoga, niža zona generalno odgovara zarubljeno-konusnoj donjoj sekciji komore, a naročito površinama komore u ovoj sekciji. Ugljenisane čestice takođe mogu biti prisutne na površini rastopa u gornjoj sekciji komore i mogu plutati na horizontalnoj površini kupatila rastopa u osnovnoj zoni.
[0035] Stoga se viša zona generalno pruža preko većeg dela gornje sekcije komore, dok se niža zona pruža preko većeg dela donje sekcije, a naročito površina donje sekcije komore i takođe se može pružati do izvesne mere na površinama gornje sekcije komore.
[0036] Tipično, u nižem regionu cirkulacione komore za sagorevanje tipa koji ima izdvajanje gasa na vrhu i rastopa na dnu, nivoi kiseonika su niski, čak i ako se dodaje višak kiseonika u višem regionu. Zbog toga ugljenisana materija u tradicionalnim sistemima zahteva dugo vreme boravka da bi sagorela u ovom regionu. U predmetnom pronalasku, sekundarni i tercijarni gas za sagorevanje koji se ubrizgavaju u nižu zonu će pomoći drugoj fazi sagorevanja, tj. sagorevanju ugljenisanih čestica. Zbog toga dolazi do potpunog sagorevanja goriva u nižoj zoni kod postupka prema predmetnom pronalasku.
[0037] Primarno gorivo u česticama može biti u tečnom ili čvrstom obliku. Ako je primarno gorivo tečno, onda se ono koristi u obliku kapljica, tj. čestica tečnog goriva. U ovom primeru izvođenja, gorivo mogu biti čestice nafte ili drugih tečnosti baziranih na ugljeniku.
[0038] Međutim, primarno gorivo u česticama u predmetnom pronalasku je prvenstveno čvrsto. To je generalno ugljenični materijal i može biti bilo koji ugljenični materijal u česticama koji ima podesnu kalorijsku vrednost. Ova vrednost može biti relativno niska, na primer, niska kao 10000kJ/kg ili čak niska kao 5000kJ/kg. Shodno tome, na primer, to može biti osušeni kanalizacioni mulj ili papirni otpad.
Prvenstveno on ima višu kalorijsku vrednost i to mogu biti ostaci obloge suda, odn. katodni ostaci iz industrije aluminijuma, otpad koji sadrži ugalj, kao što su ostaci uglja, ili sprašeni ugalj.
[0039] U poželjnom primeru izvođenja, primarno gorivo je sprašeni ugalj i to mogu biti fine čestice uglja, ali je prvenstveno nešto, a obično najmanje 50% i prvenstveno najmanje 80% i obično svaki ugalj napravljen mlevenjem grudvi uglja, na primer, korišćenjem mlina sa kuglama. Ugalj, bilo da se inicijalno doprema kao fine čestice ili grudve, može biti ugalj dobrog kvaliteta ili može biti otpadni ugalj koji sadrži visok sadržaj neorganskih materija, na primer, od 5 do 50% neorganskih materija, dok je ostatak ugljenik. Prvenstveno je ugalj uglavnom ili u potpunosti ugalj dobrog kvaliteta na primer, bituminozni ili sub-bituminozni ugalj (ASTM D3881984) i on sadrži isparljive materije koje podstiču paljenje.
[0040] Čestice primarnog goriva prvenstveno imaju veličinu čestica u opsegu od 50 do 1000μm, a prvenstveno oko 50 do 200μm. Generalno, najmanje 90% čestica (težinskih) je u ovom opsegu. Generalno, prosek je oko 70μm prosečne veličine, sa opsegom od 90% ispod 100μm.
[0041] Primarno gorivo u česticama se može dovoditi u komoru kroz dovodnu cev na uobičajeni način da bi se dobila struja čestica goriva. Ovo normalno uključuje korišćenje nosećeg gasa u kome su suspendovane čestice goriva. Noseći gas može biti vazduh, kiseonikom obogaćen vazduh ili čisti kiseonik, a prvenstveno na temperaturi okruženja da bi se izbegli fleš bekovi, ili manje reaktivni gas, kao što je azot. Dovodna cev je prvenstveno cilindrična.
[0042] Prvenstveno gornja sekcija sadrži najmanje dva, na primer, dva ili četiri dovoda za primarno gorivo u česticama, i najmanje dva, na primer, dva ili četiri dovoda za primarni gas za sagorevanje.
[0043] Primarni gas za sagorevanje se uvodi u gornju sekciju komore i može biti na temperaturi okruženja ili može biti predgrejan. Kada se gas zagreva, maksimalna poželjna temperatura do koje se primarni gas za sagorevanje predgreva je oko 600°C, a poželjno predgrevanje je do temperature između 300 i 600 °C, najpoželjnije do oko 500 do 550°C. Primarni gas za sagorevanje može biti bilo koji gas u kome može sagorevati primarno gorivo u česticama, na primer, vazduh, vazduh obogaćen kiseonikom ili čisti kiseonik. On takođe može sadržati propan ili metan.
[0044] U poželjnim primerima izvođenja primarni gas za sagorevanje sadrži najmanje 25% kiseonika. To je prvenstveno kiseonikom obogaćeni vazduh koji sadrži najmanje 30%, a prvenstveno najmanje 50%. To može biti najmanje 70% kiseonika po zapremini ili čak čisti kiseonik. Kiseonikom obogaćen vazduh može sadržati male količine gasova koji nisu tipično prisutni u vazduhu.
[0045] Kada se koristi čisti kiseonik, on prvenstveno ima temperaturu okruženja umesto da bude predgrejan. U primeru izvođenja gde je primarni gas za sagorevanje kiseonikom obogaćen vazduh ili čisti kiseonik, ukupna zapremina primarnog gasa za
1
sagorevanje koja se koristi može biti mnogo manja nego kada se koristi samo vazduh kao primarni gas za sagorevanje, pošto se za sagorevanje koristi samo kiseonik. Stoga se mogu ostvariti značajne uštede energije putem korišćenja kiseonikom obogaćenog vazduha ili čistog kiseonika, pošto manja zapremina gasa za sagorevanje zahteva manje energije za zagrevanje. Korišćenje kiseonikom obogaćenog vazduha ili čistog kiseonika takođe znači da cirkulaciona komora za sagorevanje može biti manja nego kada se koristi vazduh. Ovo takođe dovodi do ušteda energije.
[0046] Primarni gas za sagorevanje može biti uveden kroz dovodnu cev sa primarnim gorivom u česticama suspendovanim u njemu, a naročito kada je gas na relativno niskoj temperaturi. Gorivo ne bi trebalo da sagoreva u cevi za gorivo pre nego što uđe u komoru (fenomen poznat kao "fleš bek"), tako da su u ovom primeru izvođenja potrebne niske temperature gasa. Međutim, primarni gas za sagorevanje se prvenstveno uvodi odvojeno kroz jedan ili više dovoda za gas za sagorevanje koji mogu biti smešteni u blizini dovodne cevi za primarno gorivo u česticama, tako da se gas za sagorevanje usmerava u komori u isti region kao gorivo, da bi se obezbedilo efikasno mešanje. U najpoželjnijem primeru izvođenja, dovod za primarni gas za sagorevanje koncentrično okružuje dovodnu cev za primarno gorivo u česticama.
[0047] Bilo da se uvode zajedno ili ne, brzina kojom se primarni gas za sagorevanje i primarno gorivo u česticama ubrizgavaju u komoru je relativno niska (prvenstveno između 1 i 50 m/s), tako da se minimizira habanje aparature. Kada je primarno gorivo u česticama suspendovano u primarnom gasu za sagorevanje, brzina je prvenstveno između 5 i 40 m/s. Kada se oni uvode odvojeno, što je poželjno, brzina ubrizgavanja goriva je prvenstveno 20 do 40 m/s.
[0048] Poželjno je da se obezbedi da se primarno gorivo u česticama brzo i temeljno meša sa primarnim gasom za sagorevanje, pošto to obezbeđuje da će se gorivo brzo zapaliti, tako da se može podvrgnuti pirolizi skoro neposredno posle uvođenja u komoru. Temeljno mešanje takođe obezbeđuje da vreme boravka čestica primarnog goriva u česticama u primarnom gasu za sagorevanje bude ujednačenije, što dovodi do efikasnijeg sagorevanja goriva.
[0049] Da bi se obezbedilo brzo i temeljno mešanje, u jednom primeru izvođenja pronalaska može biti uveden dodatni gas u višu zonu koji se kreće većom brzinom od primarnog gasa za sagorevanje i primarnog goriva u česticama i, zbog razlike brzina, izaziva turbulenciju struje čestica goriva, čime se struja razbija i obezbeđuje se brzo mešanje. Detalji takvog sistema su opisani u našoj ranijoj publikaciji WO2008/019780.
[0050] Mineralni materijal u česticama je bilo koji materijal koji je podesan za pravljenje mineralnih vlakana, koji mogu biti staklena vlakna ili kamena stena ili vlakna šljake. Staklena vlakna tipično imaju hemijsku analizu, po težini oksida, od iznad 10% Na2O K2O, ispod 3% gvožđa kao FeO, ispod 20% CaO MgO, iznad 50% SiO2 i ispod 5% Al2O3. Kamen, stena ili vlakna šljake tipično imaju analizu, po težini oksida, od ispod 10% Na2O K2O, iznad 20% CaO MgO iznad 3% gvožđa kao FeO, i ispod 50% SiO2 i često iznad 10% Al2O3. Mineralni materijal mogu predstavljati otpadni materijali, kao što su mineralna vlakna koja su već bila korišćena ili koja su odbačena pre upotrebe iz drugih procesa.
[0051] Mineralni materijal u česticama, koji se topi u komori da bi se proizveo mineralni rastop, se uvodi u višu sekciju komore tako da postaje suspendovan u gasovima u njoj. Tačka u kojoj se dodaje mineralni materijal u česticama nije kritična i on se može mešati sa gorivom i ubrizgavati kroz dovodnu cev za gorivo. Međutim, poželjno je da se mineralni materijal u česticama doda u goruće primarno gorivo u česticama. Ovo se može ostvariti dodavanjem mineralnog materijala u česticama u komoru kroz dovod na uobičajeni način, na primer na ili u blizini vrha komore.
[0052] Primarno gorivo u česticama i mineralni materijal u česticama i primarni gas za sagorevanje se ubrizgavaju u gornju sekciju komore za sagorevanje, koja je obično cilindrična. Komora ima odvod gde vreli otpadni gasovi mogu da izađu iz komore. Ovo je prvenstveno u gornjoj sekciji, mada to može biti u donjoj sekciji. U gornjoj sekciji primarno gorivo u česticama sagoreva u gasu za sagorevanje i izaziva topljenje mineralnog materijala u česticama. Mineralni rastop onda udara u strane komore pod dejstvom cirkulacionih struja i teče niz strane komore, zbog sile gravitacije i sakuplja se u osnovnoj sekciji komore. Osnovna sekcija ima odvod za mineralni rastop kroz koji rastop prolazi kao struja i onda se podvrgava pravljenju vlakana na bilo koji uobičajeni način, na primer, uz korišćenje kaskadnog ispredača ili obrtne glave ili bilo kog drugog uobičajenog procesa za pravljenje sa centrifugiranjem.
[0053] Poželjno je da se u tački u kojoj odvod za mineralni rastop napušta osnovnu sekciju komore, on ne pruža direktno naniže, već da je odvod umesto toga sifon. Pod "sifonom" podrazumevamo da odvod, koji je obično cev ili oluk, inicijalno ima usmerenje naviše u odnosu na otvor u komori, a da posle toga ima usmerenje naniže pre vođenja prema opremi za pravljenja vlakana.
[0054] Kao što je normalno kod sifona, ovo rezultuje time da, da bi rastop napustio komoru, kupatilo rastopa unutar komore mora biti dovoljno duboko da bi dostiglo vertikalno najvišu tačku odvoda sifona. Kada se ovo desi, gravitacija izaziva prolaženje rastopa naviše kroz naviše usmereni deo sifona, a onda on teče naniže kroz sledeći deo sifona do opreme za pravljenje vlakana. Stoga ovo stvara vazdušnu blokadu u sistemu koja obezbeđuje da otpadni gasovi ne mogu da izađu iz osnove komore.
[0055] Korišćenje sifona dovodi do poboljšanja kvaliteta rastopa. Do ovoga dolazi usled činjenice da se ugljenisane čestice, koje predstavljaju čestice goriva koje nisu potpuno sagorele u komori, mogu sakupljati na vrhu kupatila rastopa i mogu tamo plutati. Pomoću sifona je sprečeno da ove ugljenisane čestice izađu iz komore rastopa.
[0056] Omogućavanjem da se ugljenisane čestice sakupe na rastopu, njihovo vreme boravka u komori se povećava u poređenju sa slučajem kada se ne koristi sifon. Stoga ugljenisane čestice mogu okončati svoje sagorevanje u osnovnoj zoni da bi se ostvarilo potpuno sagorevanje goriva. Ovo obezbeđuje da energetska efikasnost procesa bude optimizovana.
[0057] Sagorevanje u osnovnoj sekciji ugljenisanih čestica koje plutaju na rastopu je povećano putem dodavanja sekundarnog gasa za sagorevanje u donju sekciju cirkulacione komore za sagorevanje (vidi u nastavku).
[0058] Generalno kretanje gasova i suspendovanog materijala u česticama u cirkulacionoj komori za sagorevanje je ciklonsko kretanje. Ovo se stvara uvođenjem primarnog gasa za sagorevanje, kao i goriva u česticama i mineralnog materijala, pod podesnim uglom za održavanje vrtložnog kretanja. Sekundarni i tercijarni gas za sagorevanje i gorivo, koji se svi ubrizgavaju u nižu zonu, se takođe prvenstveno uvode sa istim usmerenim momentom tako da se održe cirkulacione struje.
[0059] U nižoj zoni cirkulacione komore za sagorevanje, koja je normalno zarubljeno-konusnog oblika, se ubrizgavaju sekundarno gorivo u česticama i gorivo koje je gasovito i sekundarni gas za sagorevanje, preko najmanje jednog prvog gorionika. Kod pronalaska je bitno to što postoji najmanje jedan prvi gorionik kroz koji se zajedno ubrizgavaju sekundarno gorivo u česticama, gasovito gorivo i
1
sekundarni gas za sagorevanje. Takav prvi gorionik je kolokvijalno poznat kao dvostruki gorionik za kiseonik-gorivo.
[0060] Niža zona može sadržati više od jednog takvog prvog gorionika, a naročito poželjni primeri izvođenja sadrže jedan ili dva prva gorionika.
[0061] Gorivo koje se uvodi preko najmanje jednog prvog gorionika u nižu zonu sadrži gasovito gorivo, a naročito može sadržati bilo koji visoko zapaljivi gas.
Prvenstveno je gasovito gorivo izabrano iz grupe koja se sastoji od propana, metana i prirodnog gasa, a najpoželjniji je prirodni gas.
[0062] Sekundarno gorivo u česticama može biti izabrano, na primer, između čvrstih goriva, kao što su ugalj ili koks, ili tečnih goriva, kao što su kapljice nafte.
[0063] U jednom poželjnom primeru izvođenja, sekundarno gorivo u česticama sadrži do 100% čvrstog goriva. Ovo može biti bilo koji ugljenični materijal koji ima podesnu kalorijsku vrednost, kao što je gore naglašeno u vezi primarnog goriva u česticama, ali je, za primarno gorivo u česticama, prvenstveno ugalj.
[0064] Ovaj primer izvođenja ima ekonomske prednosti, pošto je ugalj manje skup od gasovitih goriva, kao što je prirodni gas. Utvrđeno je da je korišćenje čvrstog goriva kao što je ugalj takođe rezultovalo smanjenim formiranjem NOx. Ovo je verovatno zbog činjenice da ugalj stvara redukcione uslove u nižoj zoni komore.
[0065] Alternativno tome, sekundarno gorivo u česticama može sadržati čestice koksa i/ili bilo koji od tipova goriva u česticama koji su gore razmotreni za korišćenje kao primarno gorivo u česticama. Mogu se koristiti kombinacije različitih tipova sekundarnog goriva u česticama.
[0066] Prednost pronalaska je ta, što iako sekundarno gorivo u česticama može imati karakteristike veličine koje su razmotrene gore za primarno gorivo u česticama, ono ne mora da ima tako malu veličinu čestica. Na primer, umesto sprašenog čvrstog goriva moguće je koristiti drobljeni ili granulisani čvrsti materijal u česticama. Na primer, čvrsto sekundarno gorivo može biti formirano česticama koje imaju veličinu (prečnik, određen prosejavanjem) najmanje 50% iznad 100 mikrona, ili najmanje 50% iznad 150 mikrona, a prvenstveno najmanje 80 % u opsegu od 1 do 7 mm, još poželjnije najmanje 80 % u opsegu od 3 do 5 mm. Primena čestica ove veličine umesto onih manjih veličina koja je razmotrena gore je energetski efikasnija i troškovno efikasnija.
[0067] U najpoželjnijem primeru izvođenja, gorivo dovedeno kroz svaki prvi gorionik sadrži najmanje 50%, a prvenstveno 70 do 90% čvrstog sekundarnog goriva u česticama, kao što je ugalj, sa ostatkom goriva dovedenim preko svakog prvog gorionika u nižoj zoni koji je gasovito gorivo, kao što je prirodni gas.
[0068] Sekundarno gorivo u česticama i gasovito gorivo su generalno prisutni zajedno u manjoj količini od primarnog goriva u česticama i sačinjavaju manje od 40%, a tipično 15 do 30% ukupne energije goriva.
[0069] Sekundarni gas za sagorevanje može biti na temperaturi okruženja ili predgrejan i prvenstveno sadrži viši nivo kiseonika nego vazduh, kao što je preko 25% kiseonika. To je obično kiseonikom obogaćen vazduh ili čisti kiseonik. Kada je sekundarni gas za sagorevanje kiseonikom obogaćeni vazduh, on prvenstveno sadrži najmanje 30%, a prvenstveno najmanje 35%, još poželjnije najmanje 50% i najpoželjnije najmanje 70% ili čak najmanje 90% kiseonika po zapremini.
Kiseonikom obogaćeni vazduh takođe sadrži druge gasove koji su prisutni u vazduhu, kao što je azot, i može sadržati gasove koji normalno nisu prisutni u vazduhu, kao što su inertni gasovi ili zapaljivi gasovi, kao što su propan ili butan, uz uslov da je ukupni sadržaj kiseonika veći od onoga u vazduhu (koji je oko 21% po zapremini).
[0070] U najpoželjnijem primeru izvođenja sekundarni gas za sagorevanje je čisti kiseonik. Pod "čistim kiseonikom" mi podrazumevamo kiseonik čistoće od 92% ili više dobijen npr. tehnikom apsorpcije oscilovanjem vakuumskog pritiska (engl. vacuum pressure swing absorption, skr. (VPSA)) ili može biti skoro 100% čisti kiseonik dobijen metodom destilacije.
[0071] U sledećem primeru izvođenja da bi se optimizovale uštede energije koje su povezane sa povećanim troškovima za kiseonik u poređenju sa vazduhom, sekundarni gas za sagorevanje sadrži 30 do 50% kiseonika.
[0072] Sekundarni gas za sagorevanje i sekundarno gorivo u česticama se uvode u nižu zonu, preko samo jednog prvog gorionika, da bi formirali plamen u donjoj sekciji. Dovod gorionika je postavljen u najnižoj polovini donje sekcije cirkulacione komore za sagorevanje, a prvenstveno na dnu niže zone, susedno osnovnoj sekciji tako da proizvedeni plamen može efektivno zagrevati rastop. Prvenstveno se protoci sekundarnog gasa za sagorevanje, gasovitog goriva i sekundarnog goriva mogu podešavati tako da se temperatura rastopa može menjati po želji.
[0073] Sekundarno gorivo u česticama i gasovito gorivo i sekundarni gas za sagorevanje se uvode u takvim odnosima da bude nedovoljno kiseonika u sekundarnom gasu za sagorevanje da bi se omogućilo da sekundarno gorivo u
1
česticama bude podvrgnuto potpunom sagorevanju. Prvenstveno će biti dovoljno gasa za sagorevanje za omogućavanje da gasovito gorivo bude podvrgnuto potpunom sagorevanju. U praksi će se gasovito gorivo brzo zapaliti i sagorevaće do moguće mere za datu količinu gasa za sagorevanje, a prvenstveno potpuno.
Prvenstveno je količina sekundarnog gasa za sagorevanje u opsegu od 95 do 110 % količine neophodne za stehiometrijsko sagorevanje gasovitog goriva, još poželjnije u opsegu od 100 do 105 %.
[0074] Međutim, sekundarno gorivo u česticama se pali sporije i onda će nepotpuno sagoreti zbog sub-stehiometrijske količine vazduha za sagorevanje koji se ubrizgava kroz odgovarajući prvi gorionik. Na primer, može biti od 0 do 15 %, a prvenstveno manje od 10%, još poželjnije manje od 5 % količine kiseonika u sekundarnom gasu za sagorevanje koji bi bio potreban da omogući da sekundarno gorivo u česticama bude podvrgnuto potpunom sagorevanju. Ovo znači da plamen ima tendenciju da se proširi preko šire oblasti.
[0075] Tipično, donja sekcija komore ima nešto kiseonika u atmosferi, ali su ti nivoi niski. Kao posledica toga, plamen se proširuje šire preko donje sekcije nego kada bi nivoi kiseonika bili viši. U ovom slučaju se formira veliki plamen koji može efektivno zagrejati veću oblast rastopa.
[0076] Otkrili smo da, ukoliko se ne uzme u obzir ovaj pristup, i koristi se prvi gorionik koji dovodi dovoljno vazduha za sagorevanje namenjenog za sagorevanje sekundarnog goriva u česticama, onda postoji tendencija da plamen bude nedovoljno stabilan, a naročito u odnosu na plamen koji je generisan pomoću gorionika za kiseonik-gorivo, koji koristi samo gasovito gorivo. Ovaj problem je ublažen korišćenjem sub-stehiometrijskih količina vazduha za sagorevanje kroz prvi gorionik i primenom injektora za tercijarni gas za sagorevanje pridruženog svakom prvom gorioniku.
[0077] Kod pronalaska je bitno da je u nižoj zoni predviđen injektor za tercijarni gas za sagorevanje koji dovodi dovoljno tercijarnog gasa za sagorevanje za omogućavanje potpunog sagorevanja sekundarnog goriva u česticama.
[0078] U praksi je svaki prvi gorionik generalno pridružen injektoru za tercijarni gas za sagorevanje. Pridruženi injektor za tercijarni gas je postavljen, u odnosu na prvi gorionik, nizvodno (u smeru cirkulacionog kretanja u komori za sagorevanje) od plamena generisanog iz prvog gorionika i tako da usmerava tercijarni gas za sagorevanje u plamen u smeru gorenja plamena.
1
[0079] Kada je primarno gorivo u česticama koje se koristi ono, kao što je ugalj, koje sagoreva u dve faze, onda je poželjno da se tercijarni gas za sagorevanje uvede u takvoj količini da bude više nego dovoljno ukupnog kiseonika u sekundarnom i tercijarnom gasu za sagorevanje da se omogući da sekundarno gorivo u česticama i gasovito gorivo budu podvrgnuti potpunom sagorevanju. Količina kiseonika je prvenstveno najmanja količina koja bi bila potrebna da se omogući da sekundarno gorivo u česticama i gasovito gorivo sagore u potpunosti, a prvenstveno količina koja bi omogućila potpuno sagorevanje ugljenisane materije iz primarnog goriva u česticama takođe. Shodno tome, prvenstvena količina kiseonika u tercijarnom gasu za sagorevanje je u opsegu od 95 do 110 % količine potrebne za stehiometrijsko sagorevanje sekundarnog goriva u česticama, još poželjnije u opsegu od 100 do 105 %. Ukoliko količina tercijarnog gasa za sagorevanje obezbeđuje manje od 100% količine kiseonika potrebnog za stehiometrijsko sagorevanje sekundarnog goriva u česticama, onda je ostatak potrebnog kiseonika generalno obezbeđen u sekundarnom gasu za sagorevanje tako da se sekundarno gorivo u česticama podvrgava potpunom sagorevanju.
[0080] Komora za sagorevanje prvenstveno sadrži jedan ili dva para prvih gorionika/injektora za tercijarni vazduh za sagorevanje, pri čemu je broj prvih gorionika isti kao broj injektora za tercijarni vazduh za sagorevanje.
[0081] Injektor za tercijarni gas za sagorevanje može biti koplje, u kom slučaju ono ubrizgava samo gas za sagorevanje, ili sledeći gorionik, u kom slučaju on takođe ubrizgava dodatno gorivo. Poželjno je koplje.
[0082] Tercijarni gas za sagorevanje može imati temperaturu okruženja ili može biti predgrejan i prvenstveno sadrži viši nivo kiseonika od vazduha, kao što je preko 25% kiseonika. To je obično kiseonikom obogaćen vazduh ili čisti kiseonik. Ukoliko je tercijarni gas za sagorevanje kiseonikom obogaćeni vazduh, onda on prvenstveno sadrži najmanje 30%, a prvenstveno najmanje 35%, još poželjnije najmanje 50% i najpoželjnije prvenstveno najmanje 70% ili čak najmanje 90% kiseonika po zapremini. Kiseonikom obogaćeni vazduh takođe sadrži druge gasove koji su prisutni u vazduhu, kao što je azot, i može sadržati gasove koji nisu normalno prisutni u vazduhu, kao što su inertni gasovi ili zapaljivi gasovi, kao što su propan ili butan, uz uslov da je ukupni sadržaj kiseonika veći nego u vazduhu (koji je oko 21% po zapremini).
1
[0083] U najpoželjnijem primeru izvođenja tercijarni gas za sagorevanje je čisti kiseonik. Pod "čistim kiseonikom" mi podrazumevamo kiseonik čistoće od 92% ili veće, dobijen npr. tehnikom apsorpcije oscilovanjem vakuumskog pritiska (VPSA) ili to može biti skoro 100% čisti kiseonik dobijen metodom destilacije.
[0084] Pored prvog, odn. prvih gorionika moguće je uključiti jedan ili više drugih gorionika kroz koje se ubrizgavaju gasovito gorivo i još sekundarni gas za sagorevanje. Ovi drugi gorionici, ako postoje, ne treba da budu pridruženi injektoru za tercijarni gas za sagorevanje.
Slike nacrta
[0085]
Slika 1 je ilustracija vertikalnog preseka aparature koja je podesna za korišćenje u predmetnom pronalasku.
Slika 2 je šematski izgled u horizontalnoj projekciji preseka donje sekcije (niža zona) aparature koja je podesna za korišćenje u predmetnom pronalasku.
[0086] Slika 1 prikazuje cirkulacionu komoru 1 za sagorevanje koja sadrži gornju sekciju 2, donju sekciju 3 i osnovnu sekciju 4. Primarno gorivo u česticama i mineralni materijal u česticama se uvode kroz dovod 5, pri čemu se primarni gas za sagorevanje uvodi kroz dovod 6 koji koncentrično okružuje dovod 5. Primarno gorivo u česticama se pali i sagoreva u višoj sekciji 2 i sakuplja se u osnovnoj sekciji 4 kao kupatilo rastopa 7. Vreli otpadni gasovi prolaze kroz odvod 8 za dimni gas na vrhu komore za sagorevanje.
[0087] Sekundarno gorivo u česticama i gasovito gorivo i sekundarni gas za sagorevanje se ubrizgavaju kroz dvostruke gorionike 9 za kiseonik-gorivo i formiraju plamen u donjem regionu 3 koji deluje tako da zagreva kupatilo rastopa 7.
[0088] Tercijarni gas za sagorevanje se uvodi kroz koplja 10 za gas za sagorevanje u donji region 3, što pomaže stabilizaciju plamena generisanog svakim dvostrukim gorionikom za kiseonik-gorivo i takođe pomaže sagorevanju goriva u ovom regionu.
[0089] Rastop teče kroz sifon 11 do opreme 12 za pravljenje vlakana, gde se formira u vlakna.
1
[0090] Kao što je prikazano na Slici 2, gasovito gorivo (npr. prirodni gas) i sekundarno gorivo u česticama (npr. ugalj u česticama) se uvode preko dvostrukog gorionika 9 za kiseonik-gorivo, pri čemu se gasovito gorivo dovodi kroz dovod 13 i sekundarno gorivo u česticama se dovodi kroz dovod 14. Gas za sagorevanje (npr. kiseonik) se dovodi preko istog dvostrukog gorionika 9 za kiseonik-gorivo kroz dovod 15, i dovoljan je samo za stehiometrijsko sagorevanje gasovitog goriva.
[0091] Dvostruki gorionik za kiseonik-gorivo generiše plamen 16. On ima prvu zonu 17 za sagorevanje u kojoj sagoreva gasovito gorivo.
[0092] Pridruženi injektor za tercijarni gas za sagorevanje je koplje 10 za gas (npr. kiseonik). Dovod za tercijarni gas za sagorevanje je nizvodno od dovoda dvostrukog gorionika 9 za kiseonik-gorivo, u smeru A cirkulacionog kretanja unutar komore. Ovo omogućava sagorevanje sekundarnog goriva u česticama u drugoj zoni 18 za sagorevanje. To omogućava završetak sagorevanja primarnog goriva u česticama.
1

Claims (15)

Patentni zahtevi
1. Postupak za dobijanje mineralnog rastopa, pri čemu postupak sadrži
obezbeđivanje komore za sagorevanje, u kojoj suspendovani materijali u česticama i gas cirkulišu u sistemu koji jeste ili se približava ciklonskom cirkulacionom sistemu, pri čemu komora za sagorevanje sadrži višu zonu, nižu zonu i osnovnu zonu,
ubrizgavanje primarnog goriva u česticama i mineralnog materijala u česticama i primarnog gasa za sagorevanje u višu zonu komore za sagorevanje, zbog čega bar delimično sagoreva primarno gorivo u česticama i zbog čega se topi mineralni materijal u česticama da bi se formirao mineralni rastop i generisali se otpadni gasovi,
ubrizgavanje u nižu zonu komore za sagorevanje, kroz najmanje jedan prvi gorionik, sekundarnog gasa za sagorevanje i gasovitog goriva i sekundarnog goriva u česticama, pri čemu se sekundarni gas za sagorevanje i gasovito gorivo i sekundarno gorivo u česticama ubrizgavaju preko samo jednog prvog gorionika,
pri čemu je količina sekundarnog gasa za sagorevanje koji se ubrizgava preko svakog prvog gorionika nedovoljna za stehiometrijsko sagorevanje ukupne količine gasovitog goriva i sekundarnog goriva u česticama ubrizganih preko tog prvog gorionika, i
ubrizgavanje tercijarnog gasa za sagorevanje u nižu zonu komore za sagorevanje, kroz najmanje jedan injektor za tercijarni gas za sagorevanje, zahvaljujući čemu tercijarni gas za sagorevanje omogućava završetak sagorevanja gasovitog goriva i sekundarnog goriva u česticama,
pri čemu je predviđen injektor za tercijarni gas za sagorevanje za svaki prvi gorionik,
pri čemu je svaki injektor za tercijarni gas postavljen, u odnosu na njemu pridruženi prvi gorionik, nizvodno od plamena generisanog prvim gorionikom, i tako da usmerava tercijarni gas za sagorevanje u plamen u smeru gorenja plamena,
2
zahvaljujući čemu se nizvodno definiše lokacija u smeru cirkulacionih kretanja u komori za sagorevanje,
izdvajanje mineralnog rastopa iz vrelih otpadnih gasova tako da vreli otpadni gasovi prolaze kroz odvod u komoru za sagorevanje i mineralni rastop se sakuplja u osnovnoj zoni.
2. Postupak prema zahtevu 1, koji dodatno sadrži korak pravljenja mineralnih vlakana od mineralnog rastopa tečenjem sakupljenog mineralnog rastopa kroz odvod u osnovnoj zoni do aparature za pravljenje vlakana centrifugiranjem i formiranje vlakana.
3. Postupak prema zahtevu 1 ili 2, pri čemu su sekundarni i/ili tercijarni gas za sagorevanje kiseonikom obogaćeni vazduh koji sadrži najmanje 30%, a prvenstveno najmanje 35%, još poželjnije najmanje 50% kiseonika po zapremini.
4. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu su sekundarni i/ili tercijarni gas za sagorevanje kiseonikom obogaćeni vazduh koji sadrži najmanje 70% kiseonika po zapremini.
5. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu su sekundarni i/ili tercijarni gas za sagorevanje čisti kiseonik.
6. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu je injektor za tercijarni gas za sagorevanje gorionik ili koplje.
7. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu je sekundarno gorivo u česticama čvrsto.
8. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu je sekundarno gorivo u česticama sprašeni ugalj.
9. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 7, pri čemu su sekundarno gorivo u česticama čestice koksa.
10. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu najmanje 50 tež. % čestica goriva u česticama ima veličinu od najmanje 100 mikrona.
11. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu je količina sekundarnog gasa za sagorevanje koji se ubrizgava preko svakog prvog gorionika u opsegu od 95 do 110% količine koja je dovoljna za stehiometrijsko sagorevanje gasovitog goriva ubrizganog kroz taj prvi gorionik.
12. Postupak prema zahtevu 11, pri čemu je količina sekundarnog gasa za sagorevanje koji se ubrizgava preko svakog prvog gorionika u opsegu od 100 do 105% količine dovoljne za stehiometrijsko sagorevanje gasovitog goriva ubrizganog kroz taj prvi gorionik.
13. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu pri čemu je količina tercijarnog gasa za sagorevanje koji se ubrizgava preko svakog injektora za tercijarni gas za sagorevanje najmanje 95 % količine dovoljne za stehiometrijsko sagorevanje sekundarnog goriva u česticama ubrizganog kroz pridruženi prvi gorionik.
14. Postupak prema zahtevu 13, pri čemu je količina tercijarnog gasa za sagorevanje koji se ubrizgava preko svakog injektora za tercijarni gas za sagorevanje u opsegu od 100 do 105% količine dovoljne za stehiometrijsko sagorevanje sekundarnog goriva u česticama ubrizganog kroz pridruženi prvi gorionik.
15. Postupak prema zahtevu 13, pri čemu je ukupna količina primarnog i tercijarnog gasa za sagorevanje u opsegu od 100 do 105% količine dovoljne za stehiometrijsko sagorevanje prvog goriva u česticama, gasovitog goriva i sekundarnog goriva u česticama.
RS20210909A 2014-12-12 2015-12-11 Proces i aparatura za pravljenje mineralnog rastopa RS62204B1 (sr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14197794 2014-12-12
PCT/EP2015/079493 WO2016092100A1 (en) 2014-12-12 2015-12-11 Process and apparatus for making a mineral melt
EP15816411.1A EP3230217B1 (en) 2014-12-12 2015-12-11 Process and apparatus for making a mineral melt

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RS62204B1 true RS62204B1 (sr) 2021-08-31

Family

ID=52302049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RS20210909A RS62204B1 (sr) 2014-12-12 2015-12-11 Proces i aparatura za pravljenje mineralnog rastopa

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20170321885A1 (sr)
EP (1) EP3230217B1 (sr)
CN (1) CN107250065B (sr)
CA (1) CA2970414C (sr)
LT (1) LT3230217T (sr)
PL (1) PL3230217T3 (sr)
RS (1) RS62204B1 (sr)
RU (1) RU2712997C2 (sr)
WO (1) WO2016092100A1 (sr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3207995A1 (en) * 2021-03-17 2022-09-22 Lars Elmekilde Hansen Gas-burning furnace

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2455908A (en) * 1944-04-15 1948-12-07 Owens Corning Fiberglass Corp Method of making glass fibers
NL286413A (sr) * 1961-12-07
FR1375847A (fr) * 1963-08-22 1964-10-23 Saint Gobain Perfectionnements à la fusion du verre
IE51461B1 (en) * 1980-08-15 1986-12-24 Redland Technology Ltd Method and apparatus for the production of glass beads
US5114122A (en) * 1989-03-08 1992-05-19 Hnat James G Apparatus for heat processing glass batch materials
GB8914639D0 (en) * 1989-06-26 1989-08-16 Shell Int Research Heat processing of particulate material and apparatus therefor
US5100453A (en) * 1991-03-07 1992-03-31 Glasstech, Inc. Method for recycling scrap mineral fibers
US6705117B2 (en) * 1999-08-16 2004-03-16 The Boc Group, Inc. Method of heating a glass melting furnace using a roof mounted, staged combustion oxygen-fuel burner
US8176754B2 (en) * 2001-06-27 2012-05-15 Rockwool International A/S Process and apparatus for making mineral fibres
RU2203232C1 (ru) * 2002-05-16 2003-04-27 Анисимов Олег Владимирович Способ получения непрерывных волокон из горных пород и печь для изготовления непрерывных волокон из горных пород
EP1944272A1 (en) * 2007-01-15 2008-07-16 Rockwool International A/S Process and apparatus for making a mineral melt
EP1944273A1 (en) * 2007-01-15 2008-07-16 Rockwool International A/S Process and apparatus for making mineral fibers
DE102008014044B4 (de) * 2008-03-13 2013-04-04 Grenzebach Bsh Gmbh Verfahren zur Herstellung von silikatischen Schmelzen
CA2809913C (en) * 2010-09-01 2018-12-04 Rockwool International A/S A method and an apparatus for making a mineral melt
ES2577014T5 (en) * 2011-12-16 2025-06-02 Rockwool As Melt composition for the production of man-made vitreous fibres
EP2906505A1 (en) * 2012-10-12 2015-08-19 Rockwool International A/S Process and apparatus for forming man-made vitreous fibres
US10246362B2 (en) * 2016-06-22 2019-04-02 Johns Manville Effective discharge of exhaust from submerged combustion melters and methods

Also Published As

Publication number Publication date
CN107250065B (zh) 2020-02-18
RU2712997C2 (ru) 2020-02-03
WO2016092100A1 (en) 2016-06-16
CA2970414A1 (en) 2016-06-16
LT3230217T (lt) 2021-08-25
CN107250065A (zh) 2017-10-13
RU2017124448A (ru) 2019-01-14
PL3230217T3 (pl) 2021-12-13
EP3230217A1 (en) 2017-10-18
EP3230217B1 (en) 2021-06-02
US20170321885A1 (en) 2017-11-09
RU2017124448A3 (sr) 2019-07-17
CA2970414C (en) 2023-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5249949B2 (ja) 鉱物繊維の製造方法及び製造装置
CN101636357B (zh) 制造矿物熔体的方法和装置
JP5602125B2 (ja) ミネラル溶融物を製造する方法及び装置
CN104870381A (zh) 用于形成人造玻璃质纤维的工艺和装置
JP2015509034A (ja) 鉱物融解物を作製する場合に材料を再利用する方法
CN104854040A (zh) 用于形成人造玻璃质纤维的工艺和装置
US20130199245A1 (en) Method and an apparatus for making a mineral melt
RS62204B1 (sr) Proces i aparatura za pravljenje mineralnog rastopa
US20130186149A1 (en) Apparatus and method for making a mineral melt