PL200654B1 - Sposób wytwarzania roztopionego wsadu mineralnego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania roztopionego wsadu mineralnego, zgodnie z którym dostarcza si e paliwo w eglowe i materia l mineralny w postaci cz astek oraz spala si e paliwo z wytworzeniem roztopionego wsadu mineralnego i gor acych spalin, oddziela si e gor ace spaliny od roztopionego wsadu i zbiera si e roztopiony wsad. W sposobie tym paliwo w eglowe rozdrabnia si e na proszek, wytwarza si e zawiesin e sproszkowanego paliwa w eglowego w podgrzanym powietrzu do spalania i spala si e zawieszone paliwo w eglowe z wytworzeniem p lomienia, wytwarza si e zawiesin e materia lu mineralnego w postaci cz astek, podgrzanego do co najmniej 700°C w p lomieniu, i topi si e materia l mineralny w obiegowej komorze spalania (25, 28), kontaktuje si e spaliny z roztopionego wsa- du w podgrzewaczu cyklonowym (22) w warunkach redukuj acych NO x z przeznaczonym do roztopie- nia materia lem mineralnym w postaci cz astek, a tym samym redukuje si e NO x w spalinach i podgrze- wa materia l w postaci cz astek do co najmniej 700°C, oraz dostarcza si e podgrzane powietrze do spa- lania poprzez wymiane ciep la pomi edzy powietrzem i spalinami z podgrzewacza cyklonowego (22). PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania roztopionego wsadu mineralnego.

Gdy włókna są włóknami szklanymi, roztopiony wsad zwykle tworzy się poprzez dodawanie nieorganicznego materiału w postaci cząstek do wstępnie uformowanego jeziorka roztopionego wsadu w piecu elektrycznym albo innym piecu wannowym. Jest to właściwe z punktu widzenia chemii, właściwości fizycznych i ekonomiki wytwarzania włókien szklanych, mających zwykle skład chemiczny: powyżej 10% Na2O + K2O, poniżej 3% żelaza w postaci FeO, poniżej 20% CaO + MgO, powyżej 50% SiO2 i poniżej 5% A^O3, a często także pewną ilość boru, w przeliczeniu na masę tlenków. System ten jednak nie jest ani praktyczny, ani ekonomiczny z punktu widzenia temperatury roztopionego wsadu, innych właściwości fizycznych i czynników ekonomicznych, w odniesieniu do sposobu wytwarzania włókien żużlowych lub mineralnych, mających zwykle skład chemiczny: poniżej 10% Na2O + K2O, powyżej 20% CaO + MgO, powyżej 3% żelaza w postaci FeO i poniżej 50% SiO2, i często powyżej 10% AFO3, a zwykle bor, najczęściej w nieznacznej ilości, w przeliczeniu na masę tlenków.

Typowy sposób wytwarzania roztopionego wsadu do produkcji włókien żużlowych albo mineralnych polega na wykorzystaniu pieca szybowego, w którym samopodtrzymujący się stos nieorganicznego materiału w postaci cząstek podgrzewa się poprzez spalanie materiału palnego w piecu. Stos stopniowo topi się i jest uzupełniany od góry, przy czym roztopiony wsad spływa w dół stosu i wypływa na zewnątrz na spodzie pieca. Typowym piecem stosowanym do tego celu jest żeliwiak.

Konieczne jest, aby stos był samopodtrzymujący i przepuszczalny dla spalin, które na ogół są wytwarzane drogą spalania w stosie materiału zawierającego węgiel. Konieczne jest więc, aby cały materiał w stosie był względnie gruboziarnisty (tak, aby stos był przepuszczalny) oraz miał dużą wytrzymałość fizyczną i nie zapadał się, dopóki spalanie albo topienie nie będzie znacznie zaawansowane. W praktyce oznacza to, że materiałem zawierającym węgiel jest koks, a materiałem w postaci cząstek jest grubo kruszona skała, kamień lub żużel, bądź też materiał ten ma postać brykietów uformowanych z materiału o drobnych cząstkach.

Zatem, jeżeli dostępny materiał jest tylko w postaci silnie rozdrobnionej, zachodzi konieczność ponoszenia kosztów i niedogodności związanych z formowaniem materiału w brykiety. W procesie brykietowania jako spoiwo stosuje się zwykle materiał zawierający siarkę, taki jak cement portlandzki z gipsem, i oznacza to, że spaliny mają wysoką zawartość siarki, którą należy poddać przerobowi. Spaliny, jeżeli nie są poddawane dopalaniu, zawierają zwykle H2S i CO.

Z tego oraz z innych powodów na ogół jest konieczne poddawanie spalin z pieca szybowego etapowi dopalania, tak aby gazy wyrzucane do atmosfery były nieszkodliwe dla środowiska. Jest także ważne to, aby istniała możliwość uniknięcia stosowania dopalacza.

Żeliwiak albo inny układ pieca szybowego ma także wadę polegającą na tym, że warunki w piecu mają zawsze tendencję do stawania się redukującymi tak, że pewna ilość żelaza ulega redukcji do żelaza metalicznego. Wymaga to oddzielania żelaza metalicznego od roztopionego wsadu, zmniejsza produkcję wełny, prowadzi do powstawania odpadów żelaznych, a także dąży do stwarzania groźby korozji w strefie zawierającej żelazo i żużel.

Inną wadą jest to, że proces nie ma wysokiej sprawności cieplnej.

Mimo tych wad, proces wykorzystujący żeliwiak albo inny piec szybowy został szeroko przyjęty na całym świecie do wytwarzania włókien mineralnych albo żużlowych, np. o podanym wyżej składzie chemicznym.

Tym niemniej jednak, istnieje i istniało od długiego czasu zapotrzebowanie na opracowanie sposobu, który pozwalałby uniknąć niektórych albo wszystkich omówionych wyżej wad. Tym samym wynalazek ma na celu dostarczenie sposobu, który ma wysoką sprawność cieplną i który dostarcza nieszkodliwych dla środowiska odpadów, korzystnie bez użycia dopalacza lub stosowania innego specjalnego przerobu spalin umożliwiającego kontrolę zanieczyszczeń. Niezbędne jest także to, aby sposób nie powodował redukcji żelaza i nie wymagał brykietowania.

Prawie dwadzieścia lat temu, w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 4365984 zaproponowano wytwarzanie włókien żużlowych albo mineralnych w drodze całkiem innego procesu. Wiąże się to z zawieszeniem sproszkowanego węgla we wstępnie podgrzanym powietrzu do spalania i spalaniem zawieszonego węgla w obecności zawieszonego materiału mineralnego w postaci cząstek w obiegowej komorze spalania, tzn. w komorze spalania, w której zawieszony materiał w postaci cząstek i powietrze krążą w układzie, który jest układem obiegu cyklonowego albo zbliżonym do tego układu.

PL 200 654 B1

Wynikiem tego procesu jest utworzenie roztopionego wsadu mineralnego i gorących spalin. Roztopiony wsad zbiera się w zbiorniku, a następnie strumień roztopionego wsadu ulega rozwłóknieniu w odśrodkowym urządzeniu rozwłókniającym. Gorące spaliny wykorzystuje się do wstępnego podgrzewania powietrza do spalania, zanim zostanie zmieszane z węglem, poprzez wymianę ciepła pomiędzy powietrzem i spalinami. W tym procesie powietrze do spalania, które miesza się z węglem i materiałem w postaci cząstek, ma temperaturę 430 - 650°C, zaś temperatura płomienia w piecu wynosi 1500 - 1900°C. Korzystnie, pewną ilość albo całość nieorganicznego materiału w postaci cząstek dostarcza się jako część zawieszonego węgla, w wyniku wykorzystywania odpadów z układu mycia miału węglowego.

Jakkolwiek proces ten mógłby teoretycznie działać i pozwoliłby uniknąć konieczności brykietowania oraz prawdopodobnie wyeliminowałby groźbę redukcji żelaza, proces jak opisano jest wyraźnie obarczony problemem związanym z poważnym oddziaływaniem produktów odpadowych na środowisko i ma niską sprawność. Stosownie do powyższego, w praktyce nie jest on konkurencyjny ani pod względem ekonomicznym, ani ekologicznym względem znanych procesów wykorzystujących piece szybowe, tak że technika obiegowej komory spalania nie była rozwijana do produkcji włókien żużlowych albo mineralnych. Dzieje się tak pomimo licznych publikacji dotyczących techniki obiegowej komory spalania w zastosowaniu do różnych produktów mineralnych, jakie pojawiły się w ciągu ostatnich dwudziestu lat.

Szczególnym problemem związanym z oddziaływaniem odpadów na środowisko jest obecność NOx w spalinach. Dzięki warunkom redukującym w piecu szybowym dąży się do minimalizacji problemu, lecz im warunki są mniej redukujące, a w szczególności gdy występują opisane warunki utleniające, które przeważają w obiegowej komorze spalania, przy wysokiej temperaturze procesu powstają spaliny zwierające znaczą ilość NOx, a to może stwarzać poważny problem ekologiczny.

Byłoby pożądane zapewnienie możliwości uniknięcia tych i innych problemów związanych z oddziaływaniem na środowisko procesów wykorzystujących nieredukujące warunki w komorze spalania, oraz możliwości uniknięcia różnorodnych problemów technicznych, ekonomicznych i ekologicznych związanych z żeliwiakiem i innymi piecami szybowymi.

Zgodny z wynalazkiem sposób wytwarzania roztopionego wsadu mineralnego, zgodnie z którym dostarcza się paliwo węglowe i materiał mineralny w postaci cząstek oraz spala się paliwo z wytworzeniem roztopionego wsadu mineralnego i gorących spalin, oddziela się gorące spaliny od roztopionego wsadu i zbiera się roztopiony wsad, charakteryzuje się tym, że paliwo węglowe rozdrabnia się na proszek, wytwarza się zawiesinę sproszkowanego paliwa węglowego w podgrzanym powietrzu do spalania i spala się zawieszone paliwo węglowe z wytworzeniem płomienia, wytwarza się zawiesinę materiału mineralnego w postaci cząstek, podgrzanego do co najmniej 700°C w płomieniu, i topi się materiał mineralny w obiegowej komorze spalania, kontaktuje się spaliny z roztopionego wsadu w podgrzewaczu cyklonowym w warunkach redukujących NOx z przeznaczonym do roztopienia materiałem mineralnym w postaci cząstek, a tym samym redukuje się NOx w spalinach i podgrzewa materiał w postaci cząstek do co najmniej 700°C, oraz dostarcza się podgrzane powietrze do spalania poprzez wymianę ciepła pomiędzy powietrzem i spalinami z podgrzewacza cyklonowego.

Korzystnie, doprowadza się strumień zebranego roztopionego wsadu do odśrodkowego urządzenia rozwłókniającego i wytwarza się włókna mineralne poprzez odśrodkowe rozwłóknianie strumienia roztopionego wsadu. Następnie włókna zbiera się np. w postaci wstęgi i przetwarza się w znany sposób na spajane albo inne wyroby z wełny mineralnej. Skład roztopionego wsadu jest zwykle taki, że włókna są typu, który zwykle opisuje się jako włókna żużlowe albo mineralne.

Zebrany roztopiony wsad można wykorzystać do pewnych zupełnie różnych celów, jak np. do wytwarzania wyrobów odlewanych.

Można łatwo prowadzić sposób w taki sposób, że będzie on korzystny pod względem ekonomicznym i ekologicznym w porównaniu ze znanymi sposobami wykorzystującymi piec szybowy. W szczególności można prowadzić sposób opłacalnie tak, aby dostarczyć roztopionego wsadu, który jest wolny od zredukowanego żelaza oraz spalin, które są zasadniczo wolne od NOx oraz innych niepożądanych zanieczyszczeń, bądź też mających stopień zanieczyszczenia na tyle niski, że jest do przyjęcia z punktu widzenia ochrony środowiska naturalnego.

Warunki redukujące NOx wytwarza się poprzez włączenie do podgrzewacza cyklonowego materiału zawierającego azot, który będzie redukować NOx w warunkach przeważających w podgrzewaczu. Materiał zawierający azot może być włączony do gorących spalin doprowadzanych do podgrzewacza, bądź też może być dodawany bezpośrednio do podgrzewacza.

PL 200 654 B1

Materiałem zawierającym azot, który jest doprowadzany do podgrzewacza cyklonowego, jest amoniak albo związek amonowy lub amoniowy, amina lub mocznik, gdzie mocznik może być w stanie wolnym, bądź też jest to produkt żywiczny, taki jak żywica mocznikowo-formaldehydowa lub fenolowo-mocznikowo-formaldehydowa. Szczególnie korzystne jest, gdyby warunki redukujące NOx były wytwarzane poprzez włączenie do materiału w postaci cząstek odpadowej związanej wełny mineralnej, którą doprowadza się do podgrzewacza cyklonowego, przy czym odpadowa związana wełna mineralna zawiera żywicę mocznikową (zwykle żywicę fenolowo-mocznikową) i/lub amoniak albo związek amonowy lub amoniowy (np. jako czynnik buforujący dla żywicy w wełnie odpadowej). W ten sposób, dzięki wynalazkowi, można równocześnie utylizować materiał odpadowy i wprowadzać go w reakcję w odpowiednich warunkach tak, aby zredukować do azotu znaczną ilość NOx w spalinach.

Ilość amoniaku albo pochodnej amoniaku lub innego związku redukującego NOx wynosi korzystnie 1 - 4 (korzystnie 1 - 2 albo w szczególności 1 - 1,7) moli na jeden mol NOx, a reakcje prowadzi się korzystnie w temperaturze 800°C - 1050°C. Czas przebywania reakcji wynosi korzystnie co najmniej 0,3 s, a najkorzystniej co najmniej 1 sekundę. Typowo może to być czas przebywania materiału w postaci cząstek w podgrzewaczu cyklonowym i/lub w kanałach, dopóki spaliny nie ochłodzą się do temperatury poniżej temperatury reakcji, tzn. poniżej 800°C. W tych warunkach, korzystnie w temperaturze 800 -1050°C, zasadniczo cały NOx ulega redukcji do azotu, pomimo iż atmosfera w podgrzewaczu jest korzystnie utleniająca.

W innej korzystnej postaci wynalazku, w podgrzewaczu cyklonowym stosuje się atmosferę zawierającą tlen, korzystnie w ilości co najmniej 1% albo 2%, a najkorzystniej co najmniej 4%, np. do 8% objętości wagowo atmosfery gazowej. Mimo utleniającego charakteru atmosfery, NOx ulega redukcji przez dodany amoniak albo inny związek azotowy w warunkach ustalonych dla podgrzewacza.

Podgrzewacz może więc równocześnie działać jako reduktor NOx i dopalacz utleniający do spalania zanieczyszczeń takich jak siarkowodór i tlenek węgla z obiegowej komory spalania.

Spaliny, które są oddzielane od roztopionego wsadu i które następnie doprowadza się do podgrzewacza cyklonowego, zawierają mniej tlenu niż ilość, która jest obecna w podgrzewaczu cyklonowym tak, że powietrze albo inne źródło tlenu dodaje się do spalin, albo w podgrzewaczu, albo pomiędzy roztopionym wsadem i podgrzewaczem.

Spalanie w obiegowej komorze spalania prowadzi się w warunkach bliskich stechiometrycznym albo nawet korzystnie podstechiometrycznych. W wyniku tego ilość NOx wytwarzanego podczas spalania jest sprowadzana do minimum. Stosunek tlenu do paliwa wynosi na ogół 0,8 - 1, najkorzystniej 0,85 - 0,99, często około 0,92 - 0,97.

Tak więc, w korzystnym sposobie według wynalazku, spalanie zawierającego węgiel materiału w postaci cząstek i topienie mineralnego materiału w postaci cząstek prowadzi się w warunkach nieznacznie podstechiometrycznych, a spaliny z tego procesu reguluje się następnie w taki sposób, aby były nieznacznie utleniające, i wówczas spaliny, w jednej operacji w podgrzewaczu cyklonowym, poddaje się zarówno utlenianiu po spalaniu, jak i redukcji NOx.

Temperatura spalin, gdy są one oddzielane od roztopionego wsadu, wynosi 1400 - 1700°C, a często 1500 - 1600°C. Temperatura spalin dopływających do podgrzewacza cyklonowego wynosi na ogól 1000 - 1500°C. Gdy, co jest normalne, temperatura ta jest niższa niż temperatura gazu opuszczających roztopiony wsad, zmniejszenie temperatury można osiągnąć poprzez rozcieńczanie powietrzem i/lub ciekłym amoniakiem. Proporcje dopływających spalin i materiału mineralnego w postaci cząstek powinny być takie, aby materiał mineralny nagrzewał się w podgrzewaczu cyklonowym do żądanej temperatury, zazwyczaj 700° albo 800 - 1500°C.

Spaliny z podgrzewacza cyklonowego wykorzystuje się do podgrzewania powietrza do spalania materiału zawierającego węgiel i na ogół spaliny, gdy wypływają z podgrzewacza cyklonowego, mają temperaturę 800 - 900°C. Są one korzystnie używane do wymiany ciepła z napływającym powietrzem do spalania tak, aby podgrzewać to powietrze do temperatury co najmniej 500°C, a korzystnie 600 900°C, korzystniej około 700 - 800°C.

Korzystnie redukcję NOx uzyskuje się w podgrzewaczu cyklonowym w drodze reakcji w temperaturze 700°C - 1050°C z amoniakiem albo innym związkiem azotowym, redukującym NOx.

Ponadto korzystnie jako obiegową komorę spalania stosuje się stożkową cyklonową komorę spalania, mającą osiowy wylot spalin u góry i wlot sproszkowanego paliwa i podgrzanego powietrza i/lub płomienia, niepromieniowo do górnej części cyklonu, oraz wylot dla roztopionego wsadu ze swej podstawy.

PL 200 654 B1

W korzystnej postaci podgrzany materiał mineralny w postaci cząstek podaje się bezpośrednio do komory spalania i tworzy zawiesinę w płomieniu w komorze spalania.

Materiał zawierający węgiel, który wykorzystuje się w charakterze paliwa, może być dowolnym materiałem w postaci cząstek zawierającym węgiel, mającym odpowiednią wartość opałową. Wartość ta może być względnie niska, np. nawet jedynie 10000 kJ/kg albo nawet tylko 5000 kJ/kg. Może to więc być np. wysuszony osad kanalizacyjny albo odpady papierowe. Korzystnie ma on wyższą wartość opałową i może być zużytym wyłożeniem tygla z przemysłu aluminiowego, odpadami zawierającymi węgiel, jak np. odpady węglowe, albo sproszkowanym węglem.

Paliwo i powietrze są korzystnie takie, że adiabatyczna temperatura płomienia (tzn. temperatura, jaką można by osiągnąć w wyniku spalania paliwa i powietrza, gdyby nie było wymiany entalpii z materiałem mineralnym w postaci cząstek albo z innym otoczeniem) wynosi 1800°C - 2500°C albo więcej, korzystnie 2000°C - 2500°C.

Pożądane jest, aby rozpocząć spalanie materiału zawierającego węgiel w podgrzanym powietrzu przed dodaniem podgrzanego materiału w postaci cząstek do płomienia tak, aby umożliwić uzyskanie względnie wysokiej temperatury płomienia przed dodaniem chłodniejszego materiału w postaci cząstek, ponieważ w przeciwnym razie sprawność może znacząco się zmniejszyć. Temperatura płomienia wynosi co najmniej około 1000°C, a korzystnie co najmniej około 1200°C przed dodaniem do niego podgrzanego materiału mineralnego. Tym niemniej jednak, jeżeli temperatura płomienia będzie zbyt wysoka, nastąpi zwiększone wytwarzanie NOx tak, że korzystnie temperatura płomienia nie jest wyższa niż 1500°C albo 1600°C w chwili, gdy dodaje się materiał mineralny w postaci cząstek.

Na ogół materiały i warunki są korzystnie takie, że maksymalna temperatura w obiegowej komorze spalania i wypływających z niej gazów nie jest wyższa niż 1600°C.

Przedmiot wynalazku jest ukazany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia na schemacie blokowym przebieg sposobu według wynalazku realizowanego w urządzeniu odpowiednim dla tego sposobu, fig. 2 - schematycznie alternatywny układ mający na celu zastąpienie komory spalania i odstojnika z fig. 1.

Sproszkowany węgiel z przenośnika śrubowego 1 albo z innego podajnika wprowadza się do podgrzanego powietrza z kanału 2 za pomocą iniektora 3.

Sproszkowany węgiel w przenośniku śrubowym 1 może być miałem węglowym, lecz korzystnie część, a zwykle co najmniej 50%, korzystnie co najmniej 80%, a zwykle całości węgla wytwarza się mieląc gruby węgiel, np. za pomocą młyna kulowego 4, do którego można dostarczać węgiel z silosu 5. Węgiel, niezależnie od tego, czy początkowo jest dostarczany w postaci miału, czy węgla grubego, może być węglem dobrej jakości albo węglem odpadowym o dużej zawartości substancji nieorganicznych, np. 5 - 50% substancji nieorganicznych, przy czym dopełnieniem jest węgiel. Korzystnie, węgiel jest głównie albo w całości węglem dobrej jakości, np. węglem bitumicznym albo prawie bitumicznym (ASTM D388 1984) i zawiera substancje lotne wspomagające zapłon.

Węgiel albo inny miał zawierający węgiel, który wprowadza się do podgrzanego powietrza do spalania, ma korzystnie wielkość cząstek w zakresie 50 - 1000 um. korzystnie około 50 - 200 um. na ogół średnią wielkość około 70 um. przy czym zakres obejmuje 90% poniżej 100 um.

Podgrzane powietrze do spalania. w chwili gdy styka się ze sproszkowanym węglem. ma korzystnie temperaturę 500 - 800°C. najkorzystniej 700°C.

Powstały w ten sposób strumień węgla zawieszonego w powietrzu płynie wzdłuż kanału 24. zazwyczaj z prędkością 20 - 40 m/s. i wpływa do obiegowej komory spalania 25. Do zainicjowania spalanie. jeżeli istnieje taka potrzeba. w dogodnych miejscach. np. w sposób jak pokazano na schemacie blokowym i/lub w kanale 24. można rozmieścić jeden albo większą liczbę palników gazowych 6.

Do strumienia sproszkowanego węgla zawieszonego w powietrzu w kanale 24 doprowadza się podajnikiem 7 nieorganiczny materiał w postaci cząstek.

Ciśnienie w komorze spalania 25 jest zwykle wyższe niż ciśnienie w podgrzewaczu cyklonowym 22 i dlatego też konieczne jest. aby podajnik 7 był skonstruowany w taki sposób. aby zapewnić. że ciała stałe będą płynąć w dół mimo wzrostu ciśnienia. Przykładowo. podajnik 7 może być zasilaczem ślimakowym. który wyrzuca materiał przez zawór działający na nacisk lub może zawierać zawór stosowany przy złożu fluidalnym.

Należy zapewnić. że spalanie węgla zostanie zainicjowane zanim dodany będzie materiał nieorganiczny w postaci cząstek. ponieważ w przeciwnym razie może wystąpić gorsze i nieskuteczne spalanie. W praktyce. w punkcie. w którym materiał w postaci cząstek wprowadza się do płomienia. temperatura płomienia wynosi na ogół co najmniej 1200°C. a korzystnie nie więcej niż 1500°C.

PL 200 654 B1

Materiał nieorganiczny w postaci cząstek zwykle doprowadza się do płomienia dość blisko obiegowej komory spalania 25. W praktyce więc podajnik 7 znajduje się zwykle w pobliżu wlotu do komory spalania 25, a nawet może uchodzić wprost do niej.

Nie istotne jest poziome ustawienie kanału 24 w celu wytworzenia płomienia, ponieważ możliwe jest, poprzez odpowiednią konstrukcję wlotów do komory, wprowadzanie węgla i podgrzanego powietrza bezpośrednio do komory. Można także podawać materiał w postaci cząstek bezpośrednio do komory w takim miejscu, że temperatura płomienia będzie wystarczająco wysoka przed zetknięciem się materiału mineralnego w postaci cząstek z płomieniem.

Obiegowa komora spalania 25 jest typu, który często określa się mianem paleniska cyklonowego. Jest ono korzystnie chłodzone wodą. Konstrukcję odpowiednich palenisk cyklonowych ujawniono w różnych opisach patentowych, włączając opisy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3855951,4135904,4553997, 4544394, 4957527, 5114122 i 5494863.

Wewnątrz obiegowej komory spalania 25 spalanie węgla w postaci cząstek trwa nadal i materiał mineralny w postaci cząstek przekształca się w roztopiony wsad, będąc zawieszonym w powietrzu. Roztopiony wsad i materiał w postaci cząstek może być rzucany na ścianki komory i będzie spływać w dół komory, głównie w postaci roztopionego wsadu.

Obiegowa komora spalania 25 może być cyklonem poziomym albo nachylonym, lecz często jest pionowa. Może ona prowadzić w dół do zbiornika do zbierania roztopionego wsadu. Korzystnie, komora otwiera się bezpośrednio do zbiornika, nie przechodząc przez stożkowy albo zwężony w inny sposób kanał wylotowy typu, który jest znany w wielu układach, ponieważ wprowadzenie stożkowego kanału w roli wylotu nie przynosi korzyści i przeszkadza wypływowi z podstawy komory.

Zbiornik może być usytuowany w podstawie komory (np. tak jak ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 4553997) albo może stanowić go odstojnik 8 o znacznie większej objętości, jak pokazano na fig. 1. Odstojnik 8 powinien mieć wystarczającą objętość gazową, aby umożliwić wytrącanie się kropelek roztopionego wsadu ze spalin, oraz wystarczającą objętość roztopionego wsadu, aby zapewnić rozpuszczanie się cząstek, które mogą być roztopione tylko częściowo i w celu homogenizacji roztopionego wsadu. Może tam znajdować się palnik gazowy 6 albo inny środek do doprowadzania dodatkowej energii do odstojnika, jeżeli jest to konieczne, np. w celu podniesienia temperatury spalin, zwłaszcza podczas rozruchu.

Roztopiony wsad spływa rynną 9 w postaci strumienia ze zbiornika, gdy jest to właściwe, i następnie może być poddany rozwłóknianiu w znany sposób, np. przy użyciu przędzarki kaskadowej albo czaszy przędzalniczej lub innego znanego procesu rozwłókniania odśrodkowego. Alternatywnie może on być doprowadzany do innego procesu wytwarzania, np. do procesu odlewania.

Spaliny uwolnione od roztopionego wsadu są odbierane z obiegowej komory spalania 25 albo z odstojnika 8, do którego uchodzi komora. Są one odbierane bezpośrednio z tej komory kanałem 10.

Większość albo cały materiał w postaci cząstek, który jest przeznaczony do stopienia, jest podgrzewany przez spaliny, typowo w wyniku wprowadzenia w postaci cząstek do płynącego strumienia spalin w kanale 10 przez zasilacz 11, zaś powstała w wyniku tego zawiesina w gazie przechodzi następnie do podgrzewacza cyklonowego 22.

Wielkość cząstek materiału mineralnego, który jest doprowadzany do spalin przez zasilacz 11, wynosi korzystnie 0 - 10 mm, zwykle 0 - 4 mm, korzystnie 0 - 2 mm.

Natężenie przepływu spalin, gdy materiał w postaci cząstek tworzy w nich zawiesinę, wynosi na ogół 10-40 m/s. Prędkość odnosi się do wymiarów głównego przewodu, lecz prędkość można ponadto zwiększyć dokładnie w punkcie podawania poprzez wprowadzenie zwężki Venturiego, w wyniku czego prędkość może osiągać wartości 100 m/s albo nawet większą. Materiał w postaci cząstek może być wprowadzany do spalin, gdy zbliżają się one do podgrzewacza cyklonowego, bądź też w podgrzewaczu cyklonowym.

Materiał w postaci cząstek, który wprowadza się poprzez zasilacz 11, jest dostarczany z koszy zasypowych 12 i 13. Przy czym kosz zasypowy 13 jest szczególnie ważny, ponieważ zawiera odpadowy materiał w postaci cząstek, który zawiera źródło azotu, takie jak związana wełna mineralna, w której spoiwem jest żywica mocznikowa. Różnorodne materiały z koszy zasypowych 12 i 13, przy dodatkowym proszkowaniu w młynie kulowym albo innym młynie, jeżeli jest to konieczne, są następnie mieszane i doprowadzane do silosu 14, a stąd są w sposób ciągły wyrzucane do zasilacza 11.

Spaliny w kanale 10 zbliżające się do zasilacza 11 zwykle ulegną już ochłodzeniu w wyniku rozcieńczenia powietrzem i/lub amoniakiem (niepokazanymi) do temperatury 1200°C - 1500°C, odpoPL 200 654 B1 wiedniej do podgrzania materiału w postaci cząstek w podgrzewaczu cyklonowym 22 do temperatury 700 - 1000°C, zwykle około 800°C.

Spaliny te opuszczają zwykle podgrzewacz cyklonowy 22, mając temperaturę 800 - 1000°C, korzystnie około 900°C. Przy tych wartościach temperatury wystąpi selektywna niekatalityczna redukcja NOx głównie do azotu, dając w efekcie to, że spaliny z podgrzewacza cyklonowego 22, które uchodzą kanałem 15, będą mieć zadowalająco niską zawartość NOx i będą korzystnie zasadniczo wolne od NOx.

Następnie przechodzą one przez wymiennik ciepła 16, w którym następuje pośrednia wymiana ciepła z powietrzem do spalania z wentylatora 17, wytwarzając tym samym pożądany strumień podgrzanego powietrza do spalania płynący kanałem 2. Gaz odpadowy wyciągany jest przez wentylator 27 i filtr 18 do komina 19.

W modyfikacji przedstawionej schematycznie na fig. 2, komorę spalania 25 i odstojnik 8 zastąpiono chłodzoną wodą, stożkową cyklonową komorą spalania 28, mającą względnie małą strefę zbierania 29 u swej podstawy, prowadzącą do regulowanej rynny 9 do spustu roztopionego wsadu. Istnieje tu styczny wlot 30 do cyklonu służący do wprowadzania sproszkowanego węgla albo innego paliwa w postaci cząstek i podgrzanego powietrza bezpośrednio z iniektora 3 (w którym to przypadku płomień powstaje wewnątrz komory spalania 28), bądź z kanału 24 (w którym to przypadku płomień powstanie, co najmniej częściowo, przed dojściem do wlotu 30). Podajnik 7 wyrzuca podgrzany nieorganiczny materiał w postaci cząstek przez jeden lub większą liczbę wlotów 26 i 26' rozmieszczonych w komorze spalania 28 tak, że płomień powstaje i osiąga odpowiednią temperaturę zanim napotka materiał nieorganiczny. Spaliny są odbierane z komory spalania przez kanał 10.

Claims (7)

1. Sposób wytwarzania roztopionego wsadu mineralnego, zgodnie z którym dostarcza się pallwo węglowe i materiał mineralny w postaci cząstek oraz spala się paliwo z wytworzeniem roztopionego wsadu mineralnego i gorących spalin, oddziela się gorące spaliny od roztopionego wsadu i zbiera się roztopiony wsad, znamienny tym, że paliwo węglowe rozdrabnia się na proszek, wytwarza się zawiesinę sproszkowanego paliwa węglowego w podgrzanym powietrzu do spalania i spala się zawieszone paliwo węglowe z wytworzeniem płomienia, wytwarza się zawiesinę materiału mineralnego w postaci cząstek, podgrzanego do co najmniej 700°C w płomieniu, i topi się materiał mineralny w obiegowej komorze spalania (25, 28), kontaktuje się spaliny z roztopionego wsadu w podgrzewaczu cyklonowym (22) w warunkach redukujących NOx z przeznaczonym do roztopienia materiałem mineralnym w postaci cząstek, a tym samym redukuje się NOx w spalinach i podgrzewa materiał w postaci cząstek do co najmniej 700°C, oraz dostarcza się podgrzane powietrze do spalania poprzez wymianę ciepła pomiędzy powietrzem i spalinami z podgrzewacza cyklonowego (22).

2. Sposób według zas^z. 1, tym, że doprowadza się s^umień zebranego roztopionego wsadu do odśrodkowego urządzenia rozwłókniającego i wytwarza się włókna mineralne poprzez odśrodkowe rozwłóknianie strumienia roztopionego wsadu.

3. Sposób według zasSrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w podgrzewaczu cyklonowym (22) stosuje się atmosferę zawierającą tlen.

4. Sposób według zas-trz. 1, tym, że spalanie prowadzi się w podstochiometrycznych.

5. Sposób według zasSc^. 1 albo 3, znamienny tym, że redukcję NOx uzyskuje się w podgrzewaczu (22) w drodze reakcji w temperaturze 700°C - 1050°C z amoniakiem albo innym związkiem azotowym, redukującym NOx.

6. Sposób według zastóz. 1, zn^i^i^i^^^ tym. że jako obiegową komorę spalania 5103^0 się stożkową cyklonową komorę spalania, mającą osiowy wylot spalin u góry i wlot sproszkowanego paliwa i podgrzanego powietrza i/lub płomienia, niepromieniowo do górnej części cyklonu, oraz wylot dla roztopionego wsadu ze swej podstawy.

7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że podgrzany materiał mineralny w postaci cząstek podaje się bezpośrednio do komory spalania i tworzy zawiesinę w płomieniu w komorze spalania.