本發(fā)明涉及礦物熔體的制造，通過在存在有無機(jī)顆粒材料的情況下燃燒可燃材料，從而形成熔體。然后，可以使該熔體纖維化以形成礦物纖維或者用于其他工業(yè)過程中。

背景技術(shù)：

在申請人的早期專利申請公開wo2008/086991中公開了一種已知的用于制造礦物熔體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)供應(yīng)燃料和燃燒氣體，并且在循環(huán)燃燒室中在存在有懸浮顆粒礦物材料的情況下燃燒懸浮燃料，該循環(huán)燃燒室是這樣一種燃燒室，其中懸浮的顆粒材料和空氣在旋風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)或類似于旋風(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。

燃料、燃燒氣體和顆粒狀礦物材料通過頂部或在燃燒室的頂部附近被引入。在燃燒室中，燃料發(fā)生燃燒并將顆粒材料轉(zhuǎn)化成熔體。熔體和還未熔融的顆粒材料被循環(huán)氣體甩到燃燒室壁上并沿燃燒室向下流動。

在該系統(tǒng)中，循環(huán)燃燒室包括上部區(qū)域、下部區(qū)域和基底區(qū)域，并且該方法包括：提供包括頂部、底部和基部的供循環(huán)燃燒室，將主燃料、顆粒礦物材料和主燃燒氣體噴射到循環(huán)燃燒室的頂部并燃燒主燃料，從而使熔融顆粒材料以形成礦物熔體并產(chǎn)生廢氣，從廢氣中分離礦物熔體，其中廢氣通過循環(huán)燃燒室中的出口，并在循環(huán)燃燒室的基部收集礦物熔體，將二次燃料和二次燃燒氣體噴射到循環(huán)燃燒室的底部，以在底部形成加熱熔體的火焰，并且使所收集的熔體流通過基部的出口流動到離心纖維化裝置，并形成纖維。

該專利申請公開還描述了在該方法中使用的裝置，其包括循環(huán)燃燒室，該循環(huán)燃燒室包括大體上圓柱形的頂部、底部和基部，其中循環(huán)燃燒室包括在頂部用于主燃料、顆粒礦物材料和主燃燒氣體的入口，在底部用于二次燃料和二次燃燒氣體的入口，用于廢氣的出口，在基部中的出口和離心纖維化裝置，其中基部中的出口通到離心纖維化裝置。

該專利申請公開的方法包括在燃燒室的底部形成火焰。這是通過將二次燃料和二次燃燒氣體噴射到底部中來實(shí)現(xiàn)的。在該底部中形成火焰是有利的，因?yàn)檎峭ㄟ^該機(jī)制可以控制熔體溫度。提供二次燃燒氣體還可以有助于主燃料的完全燃燒，特別是在其為進(jìn)行兩個階段燃燒的固體顆粒燃料(例如煤)的情況中。在被稱為熱解的第一階段中，揮發(fā)性化合物隨著氣體的快速發(fā)展而非?？焖俚厝紵?。這樣會產(chǎn)生富含碳的炭顆粒。第二階段是炭顆粒的燃燒，它比第一階段慢得多。通常，第二階段花費(fèi)的時間是第一階段時間的10到100倍。因此，盡管當(dāng)燃料顆粒進(jìn)入燃燒室時燃燒的第一階段幾乎立即發(fā)生，但是第二階段通常不會發(fā)生，除非燃料具有相當(dāng)長的停留時間。

通常，一旦燃燒的初始階段已經(jīng)在燃燒室的上部區(qū)域中發(fā)生，則炭顆粒被甩到燃燒室的側(cè)壁并且可能會結(jié)合到熔體中。在旋風(fēng)爐優(yōu)選用于產(chǎn)生礦物熔體以便隨后形成礦物纖維的系統(tǒng)中，離開爐的熔體的質(zhì)量是至關(guān)重要的。如果燃料不完全燃燒，而在熔體中留下一些炭，則熔體品質(zhì)將降低并且可能包括氣泡或其他不均勻性。

在wo2008/086991的系統(tǒng)中，通過將二次燃燒氣體噴射到燃燒室的下部區(qū)域來解決熔體品質(zhì)降低的問題，該熔體品質(zhì)降低是由于燃燒室容積減小，因此停留時間縮短而導(dǎo)致的。這使得燃料的第二階段的燃燒比通常在氧水平通常較低的區(qū)域中更快地發(fā)生。

二次燃料可以全是固體燃料(例如煤)，但優(yōu)選還包括液體或氣體燃料。據(jù)公開：可以經(jīng)由氧-燃料燃燒器將二次燃燒氣體和二次燃料一起引入，這對于液體或氣體燃料是特別有用的。

也通常公開二次氣體入口，例如，對于添加過量氧的情況。

據(jù)公開：二次燃料和二次燃燒氣體的比例可以是亞化學(xué)計(jì)量比(二次燃燒氣體不足以使二次燃料完全燃燒)、化學(xué)計(jì)量比(這是優(yōu)選的)或超化學(xué)計(jì)量比(過量的二次燃燒氣體)。據(jù)說這些選擇中的第一種選擇具有產(chǎn)生更廣泛的火焰的效果，而據(jù)說最后一種選擇具有有助于在需要時完成主燃料的燃燒的效果。

在循環(huán)燃燒室的底部內(nèi)，礦物熔體沿著燃燒室壁流下，以被收集在基部中。在該區(qū)域中，熔體以薄膜形式存在于燃燒室的壁上，并且以浴的形式(其通常較淺)存在于基部中。因此，在該區(qū)域中施加輻射熱是特別有效的，因?yàn)槠淠軌蛉菀椎卮┩溉咳垠w。因此，在該區(qū)域中使用火焰對于均勻地加熱熔體是特別有效的。使用火焰還可以快速且精確地加熱熔體，使得通過改變二次燃料和二次燃燒氣體的流速，可以將熔體溫度保持在精確的范圍內(nèi)。

然而，盡管該系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍然有改進(jìn)的余地，特別是在能量效率以及在燃燒室的下部區(qū)域中提供穩(wěn)定的火焰方面。

本發(fā)明涉及使用熔融旋風(fēng)爐系統(tǒng)來提高已知的制造礦物纖維的方法的能量效率和工藝穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種制造礦物熔體的方法，該方法包括：

提供循環(huán)燃燒室，該循環(huán)燃燒室包括上部區(qū)域、下部區(qū)域和基部區(qū)域，

將主顆粒燃料和顆粒礦物材料和主燃燒氣體噴射到所述循環(huán)燃燒室的所述上部區(qū)域中，從而至少部分地燃燒主顆粒燃料，并且從而使所述顆粒礦物材料熔融以形成礦物熔體并產(chǎn)生廢氣，

通過至少一個第一燃燒器將二次燃燒氣體和氣體燃料和二次顆粒燃料噴射到所述循環(huán)燃燒室的下部區(qū)域中，其中通過單個第一燃燒器噴射所述二次燃燒氣體和所述氣體燃料和所述二次顆粒燃料，

其中經(jīng)由各第一燃燒器噴射的二次燃燒氣體的量不足以使通過該第一燃燒器噴射的氣體燃料和二次顆粒燃料的總量進(jìn)行化學(xué)計(jì)量燃燒，以及

通過至少一個三次燃燒氣體噴射器將三次燃燒氣體噴射到所述循環(huán)燃燒室的下部區(qū)域中，由此所述三次燃燒氣體能夠完成所述氣體燃料和所述二次顆粒燃料的燃燒，

從所述熱廢氣中分離所述礦物熔體，使得所述熱廢氣通過所述循環(huán)燃燒室中的出口并且所述礦物熔體收集在所述基部區(qū)域中。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供根據(jù)本發(fā)明的第一方面的用于制造礦物熔體的裝置，包括循環(huán)燃燒室，該循環(huán)燃燒室包括圓柱形頂部、底部和基部，其中所述循環(huán)燃燒室包括：

在所述頂部用于主顆粒燃料、顆粒礦物材料和主燃燒氣體的入口，

在所述底部用于噴射二次顆粒燃料、氣體燃料和二次燃燒氣體的至少一個雙氧-燃料燃燒器，

在所述底部用于噴射三次燃燒氣體的至少一個三次燃燒氣體噴射器，

用于廢氣的出口和

在所述基部用于使礦物熔體釋放的出口。

本發(fā)明中的循環(huán)燃燒室是經(jīng)常被稱為旋風(fēng)爐的類型。它具有頂部(上部)、底部(下部)和基部。在燃燒室的使用期間，燃燒室包括上部區(qū)域、下部區(qū)域和基部區(qū)域。上部區(qū)域是發(fā)生熱解(主顆粒燃料的初始燃燒階段)的地方。這大致對應(yīng)于燃燒室的圓柱形頂部。下部區(qū)域是發(fā)生炭燃燒的區(qū)域。因此，下部區(qū)域通常對應(yīng)于燃燒室的截頭圓錐形底部，特別是該部分中的燃燒室的表面。

該方法以及適合于實(shí)施該方法的相關(guān)裝置均需要特定的特征組合并具有許多優(yōu)點(diǎn)。

在下部區(qū)域中提供二次燃燒具有可以控制所形成的熔體的溫度和質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。在下部區(qū)域中提供二次燃燒還允許能夠確保主顆粒燃料的充分燃燒。

在wo2008/086991中公開的情況下，并且最直接地在實(shí)踐中，二次燃料僅為氣體(例如天然氣)，則直接通過單個氧-燃料燃燒器來供應(yīng)該氣體和二次燃燒氣體。在本發(fā)明中，與使用氣體燃料作為唯一燃料相比，通過與二次燃燒氣體和氣體燃料(稱為雙氧-燃料燃燒器)相同的燃燒器將二次顆粒燃料包括在內(nèi)，節(jié)約了成本和能量效率。

這本身已經(jīng)發(fā)現(xiàn)會導(dǎo)致這樣的困難：如果通過該雙氧-燃料燃燒器供應(yīng)的二次燃燒空氣的量相對于通過該燃燒器供給的總?cè)剂隙允腔瘜W(xué)計(jì)量所需的量，則產(chǎn)生的火焰不夠穩(wěn)定。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，二次燃燒氣體與通過雙氧燃料燃燒器供應(yīng)的總?cè)剂系膩喕瘜W(xué)計(jì)量比，特別是二次燃燒氣體的量(其限于僅氣體燃料的化學(xué)計(jì)量燃燒所需的量)的慎重致使提供了特別穩(wěn)定的火焰。

因此，本發(fā)明需要與各個第一燃燒器相關(guān)聯(lián)的三次燃燒氣體噴射器，該三次燃燒氣體噴射器提供足夠的三次燃燒氣體，以允許二次顆粒燃料和氣體燃料的完全燃燒并且優(yōu)選地允許主顆粒燃料的完全燃燒，其將在實(shí)踐中進(jìn)行熱解以在燃燒室的上部區(qū)域中形成炭。在實(shí)踐中，通過第一燃燒器供應(yīng)的氣體燃料將與二次燃燒氣體一起快速燃燒，并且二次顆粒燃料將被預(yù)熱并且可能開始燃燒，但是不會進(jìn)行完全燃燒，直到該二次顆粒燃料與三次燃燒氣體接觸。

上述方法令人驚奇地獲得了能量效率，特別是與其中通過單獨(dú)的燃燒器或入口來分別供給二次顆粒燃料與氣體燃料的方法相比。

此外，即使當(dāng)使用低成本且易于獲得的諸如煤和炭之類的燃料(相對于使用天然氣作為二次燃料的方法)時，本發(fā)明的方法也能夠維持能量使用和效率。此外，相對于僅使用天然氣作為燃料的方法而言，已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的方法不會導(dǎo)致co的排放增加。相對于使用天然氣作為燃料的等效方法，在本發(fā)明的方法中還可以降低冷卻水損失。因此，本發(fā)明允許有效地且環(huán)境上可接受地使用顆粒燃料(例如炭細(xì)粉和粉末狀的或粉碎的煤)，該顆粒燃料通常難以融入具有適當(dāng)水平的能量效率的熔化過程中。

發(fā)明詳述

本發(fā)明中的循環(huán)燃燒室是通常被稱為旋風(fēng)爐的類型。其具有頂部(上部)、底部(下部)和基部。合適的旋風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)在各個專利中有所描述，包括us3,855,951、4,135,904、4,553,997、4,544,394、4,957,527、5,114,122和5,494,863以及上述討論的wo2008/086991。

燃燒室通常是豎直傾斜的，而不是水平傾斜的。其通常具有圓柱形的頂部，截頭圓錐形的底部和基部，但是也可以完全是圓柱形?；績?yōu)選是燃燒室的一體部分，也可以僅僅是截頭圓錐形底部的端部或者是處于底部端部的圓柱形部分。

與通常在大容積燃燒室的基部采用槽的傳統(tǒng)系統(tǒng)不同的是，基部的內(nèi)徑不大于頂部的內(nèi)徑。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，特別是在使用富氧空氣或純氧作為主燃燒氣體的實(shí)施方案中的優(yōu)點(diǎn)是，可以使用緊湊的燃燒室。因此，在本發(fā)明中優(yōu)選的是，燃燒室是整體式燃燒室。整體式燃燒室是指，燃燒室不是由可以彼此分離的不同部件組成。與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比，能夠使用緊湊爐的能力可使能量從爐的表面積損失最小化。

燃燒室的容積優(yōu)選小于約25m³。取決于旋風(fēng)爐的容量，燃燒室的容積通常小于約20m³或15m³，甚至小于10m³。

在燃燒室的使用期間，燃燒室包括上部區(qū)域、下部區(qū)域和基部區(qū)域。

上部區(qū)域是發(fā)生熱解的地方，即主顆粒燃料燃燒的初始階段。上部區(qū)域大致對應(yīng)于燃燒室的圓柱形頂部。主顆粒燃料以及優(yōu)選地還有顆粒狀礦物材料和主燃燒氣體被噴射到上部區(qū)域中。該上部區(qū)域還包括熱氣體通過的出口。

在上部區(qū)域中燃料的熱解產(chǎn)生炭(富碳材料)。炭顆粒通常被循環(huán)氣體甩向燃燒室的表面，并且隨著熔體在重力的作用下沿燃燒室的表面流下。

下部區(qū)域是發(fā)生炭燃燒的區(qū)域。因此，下部區(qū)域通常對應(yīng)于燃燒室的截頭圓錐形底部，特別是該底部中燃燒室的表面。炭顆粒也可以存在于燃燒室的頂部中的熔體的表面上，以及漂浮在基部區(qū)域中的熔體池的水平表面上。

因此，上部區(qū)域通常遍及燃燒室的頂部的大部分，而下部區(qū)域遍及底部的大部分，特別是燃燒室的底部的表面，下部區(qū)域也可以在一定程度上延伸到燃燒室頂部的表面。

通常，即使將過量的氧添加到上部區(qū)域中，但在這種循環(huán)燃燒室的下部區(qū)域中的氧含量也較低，該循環(huán)燃燒室把氣體分離在頂部并且把熔體分離在底部。因此，傳統(tǒng)系統(tǒng)中的炭需要長的停留時間以在該區(qū)域燃燒。在本發(fā)明中，噴射到下部區(qū)域的二次和三次燃燒氣體將幫助燃燒的第二階段，即炭顆粒的燃燒。因此，在本發(fā)明的方法中，燃料在下部區(qū)域發(fā)生完全燃燒。

主顆粒燃料可以是液體或固體形式。在主燃料是液體的情況下，其使用形式是液滴，即液體燃料的顆粒。在該實(shí)施方案中，燃料可以是油顆?；蚱渌蓟后w。

然而，本發(fā)明中的主顆粒燃料優(yōu)選是固體。其通常是含碳材料，并且可以是具有合適熱值的任何含碳顆粒材料。該熱值可以相對較低，例如低至10000kj/kg或甚至低至5000kj/kg。因此，其例如可以是干燥過的污泥或紙廢料。優(yōu)選地，其具有較高的熱值，并且可以是來自鋁工業(yè)的廢電解槽內(nèi)襯(spentpotliner)，含有諸如尾煤之類的廢料的煤或粉煤。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，主燃料是粉煤，并且可以是煤精粉，但是優(yōu)選一些煤，通常為至少50％，優(yōu)選為至少80％以及通常是所有的煤通過研磨塊煤而制成的，例如使用球磨機(jī)。無論是最初是以精粉形式供給還是以塊煤形式供給，煤可以是優(yōu)質(zhì)煤，或者可以是含有高無機(jī)物含量的廢煤，例如含5％至50％的無機(jī)物，余量為碳。優(yōu)選地，煤主要是或完全是優(yōu)質(zhì)煤，例如煙煤或亞煙煤(astmd3881984)，且包含促進(jìn)點(diǎn)燃的揮發(fā)物。

主燃料顆粒的粒徑范圍優(yōu)選為50μm至1000μm，優(yōu)選為大約50μm至200μm。通常，至少90％(按重量計(jì))的顆粒處于該范圍內(nèi)。通常，平均來說平均粒徑為大約70μm，90％的粒徑低于100μm。

可以以常規(guī)的方式通過供給管將主顆粒燃料供給到燃燒室中，以獲得燃料顆粒流。這通常涉及使用載氣，燃料顆粒懸浮在載氣中。載氣可以是空氣、富氧空氣或純氧，優(yōu)選是在環(huán)境溫度下以避免逆燃，或者載氣可以是活性較低的氣體(如氮?dú)?。供給管優(yōu)選為圓柱形。

優(yōu)選地，頂部包括：用于主顆粒燃料的至少兩個(例如兩個或四個)入口，以及用于主燃燒氣體的至少兩個(例如兩個或四個)入口。

主燃燒氣體被引入燃燒室的頂部，并且可以處于環(huán)境溫度下或者可以被預(yù)熱。當(dāng)氣體被加熱時，主燃燒氣體被預(yù)熱到的最高期望溫度為約600℃，優(yōu)選的預(yù)熱溫度為在300℃和600℃之間，最優(yōu)選為約500℃至550℃。主燃燒氣體可以是主顆粒燃料能在其中燃燒的任何氣體，例如空氣、富氧空氣或純氧。主燃燒氣體還可以包括丙烷或甲烷。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，主燃燒氣體含有至少25％的氧。主燃燒氣體優(yōu)選的是包含至少30％，優(yōu)選至少50％的富氧空氣。主燃燒氣體可以為至少70體積％的氧，甚至為純氧。富氧空氣可以包括少量的通?？諝庵胁淮嬖诘臍怏w。

當(dāng)使用純氧時，其優(yōu)選的是處于環(huán)境溫度，而不是被預(yù)熱。在主燃燒氣體是富氧空氣或純氧的實(shí)施方案中，所使用的主燃燒氣體的總體積可以遠(yuǎn)小于在僅使用空氣作為主燃燒氣體的情況，因?yàn)閮H使用氧來用于燃燒。因此，通過使用富氧空氣或純氧可以顯著的節(jié)能，因?yàn)檩^少體積的燃燒氣體需要更少的能量來加熱。使用富氧空氣或純氧也意味著循環(huán)燃燒室可以比使用空氣時更小。這樣也可以節(jié)能。

主燃燒氣體可以通過供給管與懸浮于主燃燒氣體中的主顆粒燃料一起被引入，特別是當(dāng)主燃燒氣體處于相對低的溫度時。燃料在進(jìn)入燃燒室內(nèi)之前不應(yīng)該在燃料管中開始燃燒(一種稱為“逆燃”的現(xiàn)象)，所以在本實(shí)施方案中需要低的氣體溫度。然而，優(yōu)選地通過一個或多個燃燒氣體入口分別引入主燃燒氣體，該燃燒氣體入口可以位于主顆粒燃料供給管附近，使得燃燒氣體被引導(dǎo)到在與燃料相同的區(qū)域的燃燒室中，從而進(jìn)行有效的混合。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，主燃燒氣體入口同心地圍繞主顆粒燃料供給管。

無論它們是否一起引入，主燃燒氣體和主顆粒燃料被噴射到燃燒室中的速度都相對較低(優(yōu)選地在1m/s和50m/s之間)，以便使裝置的磨損最小化。當(dāng)主顆粒燃料懸浮在主燃燒氣體中時，速度優(yōu)選為5m/s至40m/s。當(dāng)優(yōu)選地分別引入主燃燒氣體和主顆粒燃料時，燃料的噴射速度優(yōu)選為20m/s至40m/s。

期望的是確保主顆粒燃料與主燃燒氣體快速且充分地混合，因?yàn)檫@確保燃料被快速點(diǎn)燃，使得燃料可以在引入燃燒室后就幾乎立即進(jìn)行熱解。充分地混合還確保主燃料顆粒在主燃燒氣體中的停留時間更加均勻，從而獲得更有效的燃料燃燒。

為了幫助確保快速且充分地混合，在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，可以在上部區(qū)域中引入附加的氣體，該附加的氣體的速度比主燃燒氣體和主顆粒燃料的速度更快，并且由于速度差，導(dǎo)致燃料顆粒流的湍流，從而使燃料顆粒流分散并確?？焖倩旌稀＿@種系統(tǒng)的細(xì)節(jié)在申請人的早期專利申請公開wo2008/086991中進(jìn)行了描述，并且在適用的情況下，其可以并入本發(fā)明的方法和裝置中。

顆粒狀礦物材料是適合于制造礦物纖維的任意材料，該礦物纖維可以是玻璃纖維或巖石纖維或礦渣纖維。該玻璃纖維就氧化物重量而言的典型化學(xué)分析為：10％以上的na2o+k2o，3％以下feo形式的鐵，20％以下的cao+mgo，50％以上的sio2和5％以下的al2o3。巖石纖維、石頭纖維或礦渣纖維就氧化物重量而言的典型化學(xué)分析為：10％以下的na2o+k2o，20％以上的cao+mgo，3％以上的feo形式的鐵，50％以下的sio2和通常10％以上的al2o3。礦物材料可以是廢料，例如已經(jīng)使用過或者在使用之前被其他處理過程拒收的礦物纖維。

將在燃燒室中熔融以產(chǎn)生礦物熔體的顆粒礦物材料引入燃燒室的上部，使得顆粒礦物材料懸浮在燃燒室中的氣體中。添加顆粒狀礦物材料的位置不是關(guān)鍵的，并且顆粒狀礦物材料可以與燃料混合并通過燃料供給管噴入。然而，優(yōu)選地是將顆粒礦物材料添加到正在燃燒的主顆粒燃料中。這可以通過以常規(guī)方式從入口將顆粒礦物材料添加到燃燒室中來實(shí)現(xiàn)，例如從燃燒室的頂部或其附近的入口。

將主顆粒燃料和顆粒礦物材料和主燃燒氣體噴射到燃燒室的通常為圓柱形的頂部中。該燃燒室具有出口，其中熱廢氣可以從該出口排出燃燒室。該出口優(yōu)選在頂部，雖然也可以在底部。在頂部，主顆粒燃料在燃燒氣體中燃燒并使顆粒礦物材料熔融。然后，通過循環(huán)氣流的作用將礦物熔體甩到燃燒室的側(cè)壁上，礦物熔體由于重力沿燃燒室的側(cè)壁流下，并被收集在燃燒室的基部中。該基部具有用于礦物熔體的出口，熔體以熔體流的形式從該出口流出，然后以任意常規(guī)的方式進(jìn)行纖維化，例如使用級聯(lián)離心器或離心杯或任意其他常規(guī)的離心纖維化方法。

優(yōu)選的是，在用于礦物熔體的出口離開燃燒室的基部的位置處，該出口不是立即向下延伸，相反地，該出口是虹吸管?！昂缥堋笔侵?，通常為管或排放槽形式的出口先是相對于燃燒室開口具有向上的定向，隨后在通向纖維化裝置之前具有向下的定向。

如同使用虹吸管時通常的情況那樣，結(jié)果是，為了使熔體離開燃燒室，燃燒室內(nèi)的熔體池必須足夠深以到達(dá)虹吸管出口在豎直方向上的最高點(diǎn)。當(dāng)這種情況發(fā)生時，重力會使熔體向上通過虹吸管的向上定向的部分，隨后沿虹吸管的后續(xù)部分向下流到纖維化裝置。因此，這樣就在系統(tǒng)中產(chǎn)生氣閘，從而確保廢氣不會從燃燒室的基部逸出。

使用虹吸管可以改進(jìn)熔體品質(zhì)。這是由于，作為在燃燒室內(nèi)未完全燃燒的燃料顆粒的炭顆?？赡軙谌垠w池的頂部聚集并在漂浮在此。利用虹吸管防止了這些炭顆粒隨熔體一起排出燃燒室。

與沒有使用虹吸管相比，通過使炭顆粒能在在熔體上聚集，增加了炭顆粒在燃燒室中的停留時間。因此，炭顆?？梢栽诨繀^(qū)域完全燃燒，以實(shí)現(xiàn)燃料的完全燃盡。這樣確保了該方法的能量效率最優(yōu)化。

通過將二次燃燒氣體添加到循環(huán)燃燒室的底部(見下文)，增強(qiáng)了漂浮在熔體上的炭顆粒在基部中的燒盡。

循環(huán)燃燒室中的氣體和懸浮的顆粒材料的通常運(yùn)動是氣旋運(yùn)動。這是通過以適當(dāng)?shù)慕嵌纫胫魅紵龤怏w以及顆粒燃料和礦物材料來形成的，從而維持渦旋運(yùn)動。優(yōu)選地還將全部噴入下部區(qū)域中的二次和三次燃燒氣體和燃料以相同的定向動量引入，從而維持循環(huán)氣流。

在通常為截頭圓錐形狀的循環(huán)燃燒室的下部區(qū)域中，經(jīng)由至少一個第一燃燒器噴射二次顆粒燃料和氣體燃料和二次燃燒氣體。在本發(fā)明中，必須存在至少一個第一燃燒器，通過該第一燃燒器將二次顆粒燃料、氣體燃料和二次燃燒氣體一起注入。這種第一燃燒器通常稱為雙氧-燃料燃燒器。

下部區(qū)域可以包括多于一個這樣的第一燃燒器，在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中包括一個或兩個第一燃燒器。

通過下部區(qū)域中的至少一個第一燃燒器引入的燃料包括氣體燃料，并且特別地可以包括任何高度易燃的氣體。優(yōu)選地，氣體燃料選自由丙烷、甲烷和天然氣所構(gòu)成的組中，并且最優(yōu)選為天然氣。

二次顆粒燃料可以(例如)選自固體燃料(如煤或炭)，或液體燃料(如油滴)。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，二次顆粒燃料包含高達(dá)100％的固體燃料。該固體燃料可以是任意含碳材料，其具有如上談到主顆粒燃料所述的合適熱值，但是如同主顆粒燃料一樣，優(yōu)選為煤。

該實(shí)施方案具有經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槊罕戎T如天然氣之類的氣體燃料更為便宜。此外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用諸如煤之類的固體燃料可減少nox的形成。這可能是由于煤在燃燒室的下部區(qū)域創(chuàng)造了還原條件。

或者，二次顆粒燃料可以包括焦炭精粉，和/或上面討論的用作主顆粒燃料的任何類型的顆粒燃料?？梢允褂貌煌愋偷亩晤w粒燃料的組合。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，盡管二次顆粒燃料可以具有上述關(guān)于主顆粒燃料的尺寸特征，但是其不必具有這樣小的顆粒尺寸。例如，可以使用粉碎的或顆粒狀固體顆粒材料而不是粉狀固體燃料。例如，固體二次燃料可以由這樣的顆粒而形成，所述顆粒具有至少50％高于100微米或至少50％高于150微米，優(yōu)選至少80％在1至7mm范圍內(nèi)，更優(yōu)選至少80％在3至5mm的范圍內(nèi)的尺寸(粒徑，通過篩分確定)。提供這種尺寸的顆粒而不是上述較小尺寸的顆粒是更節(jié)能和更具成本效益的。

在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過各個第一燃燒器供應(yīng)的燃料包括至少50％，優(yōu)選70％至90％的固體顆粒二次燃料(例如煤)，通過下部區(qū)域中的各個第一燃燒器供應(yīng)的燃料的其余部分是氣體燃料(例如天然氣)。

二次顆粒燃料和氣體燃料一起通常以比主顆粒燃料更低的量存在，并且構(gòu)成總?cè)剂夏芰康牟蛔?0％，通常為15％至30％。

二次燃燒氣體可以處于環(huán)境溫度或被預(yù)熱，并且優(yōu)選地包括比空氣更高的氧含量，例如超過25％的氧。二次燃燒氣體通常是富氧空氣或純氧。當(dāng)二次燃燒氣體是富氧空氣時，其優(yōu)選包含至少30體積％，優(yōu)選至少35體積％，更優(yōu)選至少50體積％，最優(yōu)選至少70體積％，或者甚至至少90體積％的氧。只要總的氧含量超過空氣中的氧含量(空氣中氧含量為約21體積％)，富氧空氣還包括存在于空氣中的其他氣體，例如氮?dú)?，以及可以包含通常不存在于空氣中的氣體，例如惰性氣體或易燃?xì)怏w(如丙烷或丁烷)。

在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，二次燃燒氣體是純氧?！凹冄酢笔侵咐?例如)真空變壓吸附技術(shù)(vpsa)獲得的純度為92％以上的氧，或者可以是利用蒸餾法獲得的純度幾乎為100％的氧。

在另一個實(shí)施方案中，為了優(yōu)化與空氣相比使用氧導(dǎo)致成本增加相關(guān)的節(jié)能，二次燃燒氣體包含30％至50％的氧。

通過單個第一燃燒器將二次燃燒氣體和二次顆粒燃料引入下部區(qū)域，以在底部形成火焰。該燃燒器入口位于循環(huán)燃燒室的底部的最下面的半部分，優(yōu)選地位于下部區(qū)域的底部，靠近基部，使得產(chǎn)生的火焰可以有效地加熱熔體。優(yōu)選地，二次燃燒氣體、氣體燃料和二次燃料的流量是可調(diào)節(jié)的，因此可以根據(jù)需要改變?nèi)垠w溫度。

按比例將二次顆粒燃料和氣體燃料和二次燃燒氣體引入，使得二次燃燒氣體中的氧不足以使二次顆粒燃料進(jìn)行完全燃燒。優(yōu)選地，將存在足夠的燃燒氣體以使得氣體燃料能夠進(jìn)行完全燃燒。在實(shí)踐中，氣體燃料將在給定燃燒氣體的量的程度下迅速點(diǎn)燃并燃燒，優(yōu)選完全燃燒。優(yōu)選地，二次燃燒氣體的量在氣體燃料的化學(xué)計(jì)量燃燒所需的量的95％至110％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在100％至105％的范圍內(nèi)。

然而，二次顆粒燃料點(diǎn)燃更慢，然后由于通過相關(guān)的第一燃燒器噴射的亞化學(xué)計(jì)量的燃燒空氣，該二次顆粒燃料將不完全燃燒。例如，可以是能夠使二次顆粒燃料進(jìn)行完全燃燒所需的二次燃燒氣體中的氧的量的0至15％，優(yōu)選小于10％，更優(yōu)選小于5％。這意味著火焰傾向于延及寬的區(qū)域。

通常，燃燒室的底部的氣氛中具有一些氧，但是含氧較低。因此，和氧含量更高時相比，火焰在底部上蔓延地更加寬。在這種情況下，形成了大的火焰，從而能夠有效地加熱更大面積的熔體。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果不采取這種方法，并且使用第一燃燒器來提供足夠的用于燃燒二次顆粒燃料的燃燒空氣，則存在火焰不夠穩(wěn)定的趨勢，特別是相對于由僅使用氣體燃料的氧-燃料燃燒器產(chǎn)生的火焰。通過使用通過第一燃燒器的亞化學(xué)計(jì)量的燃燒空氣并提供與各個第一燃燒器相關(guān)聯(lián)的三次燃燒氣體噴射器來緩解這個問題。

在本發(fā)明中，重要的是在下部區(qū)域設(shè)置三次燃燒氣體噴射器，其供應(yīng)足夠的三次燃燒氣體以使得二次顆粒燃料完全燃燒。

在實(shí)踐中，各個第一燃燒器通常與三次燃燒氣體噴射器相關(guān)聯(lián)。相對于第一燃燒器，將該相關(guān)聯(lián)的三次氣體噴射器定位在由第一燃燒器產(chǎn)生的火焰的下游(在燃燒室中的循環(huán)運(yùn)動的方向上)，從而將三次燃燒氣體引導(dǎo)到火焰的燃燒方向中的火焰中。

當(dāng)使用的主要顆粒燃料是在兩個階段中燃燒的一種(例如煤)時，有利的是以這樣的量引入三次燃燒氣體，該量使得在二次燃燒氣體和三次燃燒氣體中存在足夠的使二次顆粒燃料和氣體燃料進(jìn)行完全燃燒的總氧。有利的是，氧的量為至少為將會使二次顆粒燃料和氣體燃料完全燃燒所需的量，優(yōu)選為能夠完成來自主顆粒燃料的炭的燃燒的量。因此，三次燃燒氣體中的氧的量在二次顆粒燃料的化學(xué)計(jì)量燃燒所需的量的95％至110％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在100％至105％的范圍內(nèi)。當(dāng)三次燃燒氣體的量提供少于二次顆粒燃料的化學(xué)計(jì)量燃燒所需的氧的量的100％時，所需氧的其余部分通常設(shè)置在二次燃燒氣體中，使得二次顆粒燃料進(jìn)行完全燃燒。

燃燒室優(yōu)選包括一個或兩個第一燃燒器/三次燃燒空氣噴射器對，該第一燃燒器的數(shù)目與三次燃燒空氣噴射器的數(shù)目相同。

三次燃燒氣體噴射器可以是噴槍或另外的燃燒器，在噴槍的情況下，該三次燃燒氣體噴射器僅噴射燃燒氣體，在另外的燃燒器情況下，該三次燃燒氣體噴射器也噴射額外的燃料。噴槍是優(yōu)選的。

三次燃燒氣體可以處于環(huán)境溫度或被預(yù)熱，并且優(yōu)選地包括比空氣更高的氧含量，例如超過25％的氧。三次燃燒氣體通常是富氧空氣或純氧。當(dāng)三次燃燒氣體是富氧空氣時，其優(yōu)選包含至少30體積％，優(yōu)選至少35體積％，更優(yōu)選至少50體積％，最優(yōu)選至少70體積％，或者甚至至少90體積％的氧。只要總的氧含量超過空氣中的氧含量(空氣中氧含量為約21體積％)，富氧空氣還包括存在于空氣中的其他氣體，例如氮?dú)猓约翱梢园ǔ２淮嬖谟诳諝庵械臍怏w，例如惰性氣體或易燃?xì)怏w(如丙烷或丁烷)。

在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，三次燃燒氣體是純氧?！凹冄酢笔侵咐?例如)真空變壓吸附技術(shù)(vpsa)獲得的純度為92％以上的氧，或者可以是利用蒸餾法獲得的純度幾乎為100％的氧。

除了第一燃燒器之外，可以包括一個或多個第二燃燒器，通過第二燃燒器噴射氣體燃料和另外的二次燃燒氣體。這些第二燃燒器(如果存在)不需要與三次燃燒氣體噴射器相關(guān)聯(lián)。

附圖說明

圖1是適合于在本發(fā)明中使用的裝置的垂直截面的示意圖。

圖2是適合于在本發(fā)明中使用的裝置的底部(下部區(qū)域)的示意性俯視截面圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了循環(huán)燃燒室1，該循環(huán)燃燒室包括頂部2、底部3和基部4。主顆粒燃料和顆粒礦物材料通過入口5引入，而主燃燒氣體通過同心包圍入口5的入口6引入。主顆粒燃料被點(diǎn)燃，并在上部2中燃燒，然后在作為熔體池7的基部4中收集。熱廢氣通過位于燃燒室頂部的煙氣出口8。

二次顆粒燃料和氣體燃料以及二次燃燒氣體通過雙氧-燃料燃燒器9噴射，并在底部區(qū)域3中形成火焰，用于加熱熔體池7。

三次燃燒氣體通過底部區(qū)域3中的燃燒氣體噴槍10引入，這有助于由各個雙氧-燃料燃燒器產(chǎn)生的火焰的穩(wěn)定化，并且還有助于燃料在該區(qū)域燒盡。

熔體流過虹吸管11到達(dá)纖維化設(shè)備12，并在此形成纖維。

如圖2所示，通過雙氧-燃料燃燒器9引入氣體燃料(例如天然氣)和二次顆粒燃料(例如顆粒煤)，通過入口13供應(yīng)氣體燃料，并且通過入口14供應(yīng)二次顆粒燃料。經(jīng)由相同的雙氧-燃料燃燒器9，通過入口15供應(yīng)燃燒氣體(例如氧)，并且該燃燒氣體僅足以化學(xué)計(jì)量燃燒氣體燃料。

雙氧-燃料燃燒器產(chǎn)生火焰16。該雙氧-燃料燃燒器具有燃燒氣體燃料的第一燃燒區(qū)域17。

相關(guān)聯(lián)的三次燃燒氣體噴射器是氣體(例如氧)噴槍10。在燃燒室內(nèi)的循環(huán)運(yùn)動的方向a中，用于三次燃燒氣體的入口在雙氧-燃料燃燒器9的入口的下游。這允許第二燃燒區(qū)域18中的二次顆粒燃料的燃燒，其還允許完成主顆粒燃料的燃燒。