專利名稱：采用兩種具有不同氧含量的氣體氧化粉狀燃料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于爐子的氧化粉狀燃料的方法，較好的爐子是反射冶煉爐。在這種情況下，主要由于在爐子空間兩種不同燃燒氣體，粉狀燃料和可能附加的燃料，有效地混合才發(fā)生氧化。以分流形式將燃燒氣體引入爐子空間，因此，氧氣至少是以部分渦流狀態(tài)從中央供氣，空氣以幾個分流方式在氧氣周圍輸送。發(fā)明也涉及一種將粉狀燃料和燃燒氣體進行混合，以及將它們在所述爐子空間進行燃燒的燃燒器。
現(xiàn)有技術(shù)中已知有幾種方法采用空氣，濃縮氧空氣和純氧氣氧化粉狀燃燒。
美國專利US，4，210，315中，如同環(huán)形向下的粉末流一樣分配粉粒物質(zhì)，在環(huán)流內(nèi)安排的特殊形狀表面上引導粉末流，同時利用由成形表面下排放的分散空氣流對稱旁路分布粉末流。從懸浮流，主要仍然是環(huán)流，周圍引入燃燒氣體與粉末物質(zhì)進行混合和反應(yīng)。
為了在柱形豎直的爐身中產(chǎn)生的燃燒的基本要求是，粉末-燃燒氣體流必須與爐身平行并對稱，這一點如在美國專利US，4392，885中已實現(xiàn)。在此主要是水平方向的燃燒氣體被分割成均勻地環(huán)形流，并被轉(zhuǎn)向在與反應(yīng)爐身平行的方向包圍所述的粉狀流。
有時當環(huán)形燃燒氣流太“薄”時，中須以如同噴霧狀分流方式引入燃燒氣流，以便包圍并混合上述粉狀流，如美國專利US，4，490，170中那樣。分離的燃燒氣噴口最好做成回轉(zhuǎn)的。
總括起來，燃燒氣體自周圍均勻粉狀流形成，或是以均勻環(huán)流形式或者以分散流形式。
與上述例子不同的是，在美國專利US，4，331，087中，形成均勻環(huán)狀粉狀流以便包圍大功率轉(zhuǎn)動的燃燒氣體噴口。
美國專利US5，133，801中，為從粉狀流內(nèi)供給額外的氧氣，將少量氧氣引入上述美國專利US.4，210，315中介紹的分配元件中央。
許多情況下，如燃燒碳時，在反應(yīng)空間前，甚至在燃燒器前，粉狀燃料和燃燒氣體已經(jīng)混合了。但這種情況并非總是成功的，特別是如果燃燒氣體采用純氧氣，燃燒是一些易反應(yīng)的粉狀物質(zhì)更是如此，這種情況下的設(shè)備磨損也造成困難。
本發(fā)明克服了上述專利中存在的缺點，因此在實踐中也達到了目的。從附加的權(quán)利要求中可明顯看出本發(fā)明的實質(zhì)的新穎特征。
參照附圖下面將詳述本發(fā)明的方法和裝置。


圖1簡略表示本發(fā)明的一個最佳實施例，一個反射冶煉爐;
圖2是本發(fā)明粉狀材料燃料室最佳實施例的，局部剖視的斜向軸側(cè)圖;
圖3是從下觀察局部剖視的本發(fā)明燃燒室最佳實施例的斜向軸側(cè)圖;
圖4簡略表示分離的材料流在反射冶煉爐頂部是怎樣混合的。
圖1示意表明粉狀物質(zhì)燃燒器1如何定位于反射冶煉爐2的爐蓋3上。將粉狀燃燒流，通常是精料流，從燃燒器內(nèi)的供給設(shè)備4中分成幾個分流。兩股反應(yīng)氣體5和6也帶進燃燒器上的均勻氣流中，在這里空氣被分配成幾股分流通入爐中。精料和反應(yīng)氣體以分散流的形式導入爐中，因此這些氣體只在反射治煉爐的反應(yīng)爐身7中相遇。本發(fā)明涉及兩種不同的反應(yīng)氣體，當然反應(yīng)氣體Ⅰ意指氧氣，反應(yīng)氣體Ⅱ意指空氣。
由供給設(shè)備4，常常是鏈板輸送機，分配粉狀精料成3-6股分流，最好是4股分流。如圖2所示，這些分流由于重力作用可向下進入燃燒器的主管道8。首先，實際上分流的方向指向外而到達這樣的程度，即產(chǎn)生渦流的組件9能安裝在裝置的中央部分;此后在一定時間內(nèi)分流保持垂直，然后向內(nèi)，所以它們被指向垂直的柱形反應(yīng)爐身7的中軸線，與爐身呈一角度，該角度在15～50°范圍內(nèi)，最后管道8中流動的粉狀燃料分流被排出，排出是通過反應(yīng)爐身的爐蓋3;從反應(yīng)氣體Ⅰ的渦流發(fā)生器周圍到爐身7，于低于爐蓋下表面的爐身中軸線上相遇。
圖2也示出輸送情料的管道8在彎曲處設(shè)置的專門料倉10，精料在這里聚集，于是在內(nèi)部構(gòu)成自生的襯里。該自生襯里防止單個粒子對管子的類似沖擊的作用。管道8的尾部11還設(shè)有分離刮削裝置12，因此在工作期間可刮掉精料管和爐蓋上的結(jié)垢。
燃燒粉狀材料，尤其是精料，采用空氣和純氧氣。通常的方法是在反應(yīng)空間以前將它們均勻混合，然后如采用上述發(fā)明中介紹的方法把產(chǎn)生的濃縮氧空氣引入反應(yīng)爐身?；旌蠒r有時會發(fā)生困難，如氧氣和空氣的壓力經(jīng)常是不同的，在設(shè)計混合和引入氣體進到爐中時必須考慮這個問題。
本發(fā)明的方法中，氧氣和空氣以不同的方法分別引入爐內(nèi)。實際上這就意味著空氣是一般通過鼓風機進入爐中，因此空氣壓力在0.02-0.05巴范圍內(nèi)。氧氣通過壓縮機進入，其壓力在0.2-0.5巴之間。根據(jù)本發(fā)明，這些燃燒氣體分別進入爐中，在這種情況下完全可利用高壓氧分散精料，因此在燃燒氣體混合在一起過程中，氧氣內(nèi)含的攪動能量不會損失。
按照本發(fā)明，燃燒氣體所得到的全部壓力均以最佳方式被利用。氧氣壓力用來使氧氣達到強烈地湍動，因而有效地分配精料。借助專門的湍動調(diào)節(jié)元件觀察注意氧量的增減，該元件在美國專利US.4，331，087中已介紹。
另一方面，除上可適用的大范圍變化的“強度”以外，由于空氣壓力低，所以強烈的湍動和精料分配不需要空氣。
反應(yīng)氣體Ⅱ，即空氣，大致呈水平到達燃燒器1，采用與精料相同的方法將反應(yīng)氣體分割成3-6股分流，最好是4股分流。這種分割發(fā)生在從水平方向改變?yōu)榇怪狈较蛞郧?，或在分離空氣分配室中進行，分配室底部設(shè)置大致呈筒形的孔13，孔13通過反應(yīng)爐身的爐蓋延伸，并與精料流的角度方向大致相等。最有利的是精料和空氣管道8和13都位于同一圓上，這樣，各輔助管道專用于精料，各輔助管道專用于空氣。原則上兩股分流的中心線在爐身中軸線上相會于一點。
但是，眾所周知空氣流開角為15-20°，空氣流使周圍介質(zhì)，如精料，形成強制引導上部氣流的抽吸流。這樣周圍介質(zhì)與空氣流充分接觸，當然這取決于速度。
反應(yīng)氣體Ⅰ，即常態(tài)氧氣，的份數(shù)在全部燃燒氣體流中大約占一半，反應(yīng)氣體均勻地，開始是水平地流經(jīng)管14導入渦流發(fā)生室9。在渦流發(fā)生室中氧氣流轉(zhuǎn)向基本上呈垂直方向，并至少部分建立強渦動，因此氧氣從所述空氣和精料懸浮環(huán)中央排放，形成大致空氣錐形流，開口角度大于20°，自渦流發(fā)生器底部15至反應(yīng)爐身7。除了業(yè)已談到的分離供氧的優(yōu)點以外，關(guān)系至安全工作問題，分離氧氣管道也是一個重要因素。
精料，例如硫化鎳精料，其本身的硫含量經(jīng)常不足以維持反應(yīng)所需的高溫。在我種情況下需在反應(yīng)爐身上附加熱量。本發(fā)明利用下述工藝很容易達到。圖3說明如何從渦流發(fā)生器下部15排放氧氣流，在那里通過管16將一些液態(tài)燃料導入反應(yīng)爐身，因此該額外的燃料流從內(nèi)部分散到中空的氧氣流，當燃料由于周圍氧氣效應(yīng)而燃燒時，燃料散發(fā)出反應(yīng)所需的附加熱量。
為完成上面全部要求，常常在一個地點上進行測定，這里通過反應(yīng)爐身的爐蓋延伸的燃燒器元件表面是這樣大，致使由于爐內(nèi)強烈的熱輻射(溫度約1400℃)，不再能保證燃燒器材料的耐熱性。本發(fā)明采用有效方法介決了這個問題，該方法甚至對本領(lǐng)域內(nèi)的一些技術(shù)人員往往不是顯而易見的，因為連接水冷卻是危險的。根據(jù)本發(fā)明，在爐蓋上裝設(shè)整個燃燒器系統(tǒng)，“內(nèi)部”有冷卻水銅板17，這就使選料和設(shè)計顯著容易了。
圖4簡略表明從分離管道排放的燃料和燃燒氣體相遇時反應(yīng)爐身上部的情況，在A、B和C處的狀況與下面橫截面情況對應(yīng)。
在圖4垂直截面中可看到，從渦流發(fā)生器底部15排放出分離的強氧氣流18，氧氣流周圍有從精料管道8對稱發(fā)射的精料流19，和來自空氣管道13的空氣流20。在截面4A處，全部氣流都仍舊是分離的，但從截面4B明顯看出，空氣流打開角度使精料流建立抽吸氣流，由此精料中在氣體空間懸浮化的最細粒元素在空氣流中被吸收，于是不會粘結(jié)爐蓋和在爐蓋上產(chǎn)生結(jié)垢。這就產(chǎn)生一個向內(nèi)的環(huán)形精料-空氣簾，而且在環(huán)內(nèi)的精料含料以波形方式變動。從截面4C明顯看出，氧氣流的渦流如此強烈，以致仍然能分配圖4B中看到的預(yù)先懸浮的精料-空氣懸浮體，并以反應(yīng)所需的足夠高的速度在那里進行均勻混合。
在滿足本發(fā)明的某些一般特征方面，現(xiàn)有技術(shù)中的一些燃燒器是成功的，但要實現(xiàn)燃燒過程的一些其它特征仍然不足。本發(fā)明目前的方法和裝置，同時克服了上述全部缺點。燃燒器的重要問題是在實踐中的要求，即在不產(chǎn)生堵塞、磨損等情況下進行作業(yè)。
上述全部現(xiàn)有技術(shù)中的精料流是環(huán)形的，這種情況下小孔經(jīng)常相當小，并且造成堵塞的危險，例如，由于隨同精料流帶來一些不適宜的物質(zhì)(如電焊條)所致。尤其在加熱時，某些地區(qū)的小孔易于變窄，由此產(chǎn)生不對稱現(xiàn)象。清理環(huán)形小孔常常也是個問題。檢修損壞的小孔需要分別設(shè)計和人工制造特殊構(gòu)件。
本發(fā)明的裝置中可采用標準管，它易于更換，牢固并能良好地保持管子形狀，眾所周知，圓截面表面是最小的摩擦壁石，所以堵塞很少發(fā)生。但如果由于某些原因產(chǎn)生堵塞，人們可進行清理，與許多其它結(jié)構(gòu)相比，可用更簡單和容易操作的方法實現(xiàn)清理，如需要甚至可自動清理。
在很高速度下，當精料碰撞壁面時經(jīng)常產(chǎn)生磨損。本發(fā)明以自生的方式考慮了這個問題，即在每個碰撞地區(qū)安設(shè)管子連續(xù)部分，同時作為收集精料的容器，并吸收精料流碰撞動能，如上所述。
很多情況氧氣從精料周圍產(chǎn)生，在精料-燃料空氣流和反應(yīng)爐身壁面之間的中間空間放出附加熱量，由于爐身壁面因熱變形而磨損，本發(fā)明通常不采用熱火舌(氧氣)。精料-空氣懸浮體位于壁面附近，因此發(fā)明的結(jié)構(gòu)不致使爐身產(chǎn)生磚塊或砂漿結(jié)構(gòu)的危險。
參照附加實例進一步介紹本發(fā)明
例1在鎳精料反射冶煉爐中，據(jù)下表將下述材料輸送到爐中，反應(yīng)爐身直徑為4.2米。
容量Ⅰ 容量Ⅱ總供料(精料+添加劑) 15噸/時 30噸/時氧氣(Vo2n) 2500米3/時 5000米3/時燃燒空氣(Vin) 2000米3/時 3000米3/時氧氣壓力 0.25巴 0.26巴燃燒空氣壓力 0.015巴 0.03巴油 300公升/時 300公升/時由上表看出，燃燒器的調(diào)節(jié)范圍很寬，其容量可達兩倍，實踐表明在兩種規(guī)范下燃燒器可有效地工作。表中看出，容量Ⅱ規(guī)范中，供氧量和總供料量為兩倍，但通過燃燒氣體Ⅰ的循環(huán)強度可達到相等的混合效率(渦流速率)。與采用以前的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備得到的調(diào)節(jié)范圍相比明顯較大，因為在現(xiàn)有技術(shù)中，混合效率很大程度上依賴于預(yù)混合燃燒氣體的排放速度。從實例中看出，輸送燃燒氣體Ⅰ和Ⅱ分別顯示出調(diào)節(jié)范圍實質(zhì)上擴展了。
權(quán)利要求
1.借助燃燒氣體將輸送到爐子，較好的爐子是反射冶煉爐的粉狀燃料氧化的方法，部分燃燒氣體以渦流形式送入反應(yīng)空間，其特征是，為擴大反射冶煉爐的容量范圍，兩種反應(yīng)氣體Ⅰ和Ⅱ用作燃燒氣體，因此，以至少部分渦流分散空心流的方式將反應(yīng)氣體Ⅰ，即氧氣，從燃燒器的中央供給到反射冶煉爐的反應(yīng)空間，以至少三股圍繞氧氣流向下的分散流的方式輸送燃燒氣體Ⅱ，即空氣，這些氣流的開口角為15-20°，每個空氣流之間，主要在同一圓上安設(shè)粉狀燃燒管道，分離的燃燒流從這里流動，與位于燃燒器下方。反應(yīng)爐身中央軸線構(gòu)成15-50°角。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，反應(yīng)氣體Ⅰ和Ⅱ以不同壓力通過燃燒器輸送至反應(yīng)爐身。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征是反應(yīng)氣體Ⅰ的壓力在0.2-0.5巴之間。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，反應(yīng)氣體Ⅱ的壓力在0.02-0.05巴之間。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，反應(yīng)氣體Ⅱ的管道數(shù)目有利的是4-6個。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，粉狀燃料管道的數(shù)目有利的是4-6個。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，從反應(yīng)氣體Ⅰ噴口中央輸送一些氣態(tài)或液態(tài)的附加燃料。
8.借助燃燒氣體將輸送到爐子，便利的爐子是反射冶煉爐(2)，的粉狀燃料氧化的燃燒器(1)，該燃燒器安裝在豎直圓柱形爐子的爐蓋(3)上，因此部分燃燒氣體以渦流方式輸送到爐子的反應(yīng)爐身(7)上，其特征是燃燒器(1)包括裝在其中心的渦流發(fā)生器(9)，反應(yīng)氣體Ⅰ，即氧氣，通過渦流發(fā)生器(9)以分散流形式送入反應(yīng)爐身(7)，包括渦流發(fā)生器(9)周圍的空氣分配室，以及為輸送反應(yīng)氣體Ⅱ，即空氣，而設(shè)置的至少三個向下的分離的管狀供給管道(13)，包括粉狀燃燒管狀管道(8)，它位于每個空氣供給管道(13)之間，大致在同一圓周上。
9.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征是燃燒器(1)的底部設(shè)置水冷銅板(17)。
10.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征是在渦流發(fā)生器(9)內(nèi)，同軸裝配一個用于氣態(tài)或液態(tài)附加燃料的供給管(15)。
11.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征是粉狀燃料管(8)安設(shè)有保護管道的料倉(10)。
12.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征是粉狀燃料管(8)安設(shè)有刮削裝置(12)。
13.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征是向下的用于反應(yīng)氣體Ⅱ的管狀管道(13)，與反應(yīng)爐身(7)的垂直中央軸線形成15-20°角。
14.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征是向下的用于粉狀燃料的管狀管道(8)，與反應(yīng)爐身(7)的垂直中央軸線形成15-50°角。
15.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征是反應(yīng)氣體Ⅱ的管道(13)的數(shù)目最有利的是4-6個。
16.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征是粉狀燃料的管道(8)的數(shù)目最有利的是4-6個。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種借助燃燒氣體將輸送到爐子，較好的是反射冶煉爐的粉狀燃料氧化的方法，因此，氧化發(fā)生主要由于兩種不同的燃氣、粉狀燃料和附加燃料在爐子空間有效地進行混合。以分散流的形式將燃氣導入爐子空間，因此，氧氣通過至少部分渦流的中央輸送，空氣以幾個分流方式圍繞氧氣輸送。本發(fā)明也涉及將粉狀燃料和燃燒氣體混合以及將它們在所述爐子空間內(nèi)燃燒的燃燒器。
文檔編號F27D99/00GK1080987SQ9310668
公開日1994年1月19日 申請日期1993年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月1日
發(fā)明者彭蒂·J·卡西南, 勞諾·L·萊拉賈, 瓦爾多·J·麥吉塔洛, 拉塞·J·瓦利 申請人:奧托孔普工程承包商公司