CN1049298A - 加热和处理颗粒材料的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种用于加热固体颗粒材料的方法，该方法包括 在气体中携带固体颗粒材料以形成含有被携带颗粒 的气流，该气流与热气流相接触。两气流以这样的方 式完成。至少部分固体颗粒被迅速加热而已加热和 未加热的颗粒进入气流结构。在其中，颗粒之间接触 和颗粒与腔室内表面的接触减少。一种使用该方法 处理颗粒材料的设备。一种与加热处理颗粒材料的 腔室结合使用的熔池反应装置。腔室的处理过的颗 粒材料可输入熔池反应装置或部分地再通过腔室循 环。

Description

加热和处理颗粒材料的方法及设备

本发明涉及利用热气体，如来自熔池反应装置的废气，加热和处理固体颗粒材料。

根据本发明，碳酸盐材料，如石灰石，可被处理并随后加入到熔池反应装置中所获得的铁矿渣中，以便制成波特兰类型的水泥。另外，处理过的碳酸盐材料随后也可加到，例如，直接炼铁的熔池反应装置，铁合金熔池反应装置或有色金属熔池反应装置中。

在熔池反应装置中用高炉矿渣生产波特兰类型的水泥的方法需要向矿渣添加碳酸钙或氧化钙。

本发明的目的是通过利用熔池反应装置排出的热废气的能量把煅烧附加能量的需要降到最低限度。

例如，在各种窑炉中，即竖式立窑，回转窑、回转炉窑、双窑的和多个交流换热窑，流化床和带气流的反应装置中，完成石灰石的煅烧。

竖式立窑与其它类型的窑相比较生产质量较低的石灰并且它只能接受不小于大约50mm尺寸大小的原料。尺寸较小的原料将导致没有足够空隙的填充层。然而，竖式立窑是高能效的窑。

回转窑一般可接受几乎任意尺寸的原料，尺寸小到大约1mm大小。可是，要获得高的能量效率，该窑必须同预热装置一起使用。这样的结合使用则有投资高和维修费用高两个缺点。

双窑的和多个交流换热窑可提供良好的能量效率，因为煅燃窑的废气可用来预热其它的窑。这一程序围绕几个窑是连续进行的——顺序地预热，而后在每一窑中煅烧。然而，这种类型的窑不适于处理尺寸细小的材料。

流化床煅烧炉通常可处理比立炉处理的材料更细小的材料。但是，控制颗粒尺寸的分布是重要的。并且为了流态化，需要大量的热压缩气体。

然而，这些方法都不能用于使熔池反应装置的热废气能够用作为煅烧的能源。一般，热废气包含粘性的和(或)熔融的材料。

在美国专利3,022,989(联合商业银行)中公开了一种用于生产水硬(性)水泥的方法。在这一方法中有一个颗粒的流化床。气体在该流化床上燃烧。颗粒产生一定的粘性。但是，粘性的程度被控制，以便不足以使大的颗粒相互连结。由此，可防止流化体的粘结。

可是，这一方法要求燃烧的燃料提供高温。它不可能利用来自熔池反应装置并包含粘性细粒和熔粒的热废气来提供高温。该方法以硬固体颗粒进行装料。从而，当气体流过该流化床时需要有大的压力降。此外，由于流化床的均匀混合的特点，在该床上的最热颗粒和最冷颗粒的温度之间不可能有很大的差别。

在波力塞斯，齐姆布赫的西德专利申请中(申请号P251515IVa/12g)，公开了一种悬浮粉状或粒状产品的燃烧，煅烧和烧结的设备以及该设备的操作方法。该设备似乎是一种改进的具有平的或“扁平”截面的旋凤分离器。波力塞斯的说明书中的附图是混乱的。并且似乎与说明书相矛盾，因为由于处理气体的通道的缘故，待处理的粉状或粒状材料偶然地被排出。最好的结论是待处理材料的带走仅是短暂的，处理过的材料几乎立即从处理气体中分离。

对于粘结块产生的危险，没有人企图使颗粒相互的接触减少到最低限度。另外，为了排出，颗粒带着粘结到墙壁的危险输送到处理室的墙壁上。

而且，粉状或粒状材料被逆气流输入。增碳剂在相当小的空间燃烧。在该空间颗粒和气体逆流运行。这样，由于颗粒的相互接触和颗粒与处理室墙壁的接触必然导致严重的紊流。

最后，波力塞斯的设备和方法没利用废气的显热而是通过燃烧燃料提供必须的高热。

本发明基于这种观点：如果气体所带的固体颗粒受到比现有技术所获得的温度更高的温度，可获得理想的效果。例如，煅烧和/或提高大部分固体颗粒材料的温度。由于颗粒被加热到较高的温度，所以化学反应更加迅速地进行。因此，颗粒仅需在短时间内升到较高的温度。

在说明书和权利要求书中，术语“颗粒材料”将用来指经受处理的原料“颗粒”。在高温处理气体的输送中携带细碎材料的情况下，将使用术语“细粒”(有关部分地熔融或“粘性”的材料)和“熔粒”(有关熔融材料)。然而，一但处理发生，由于显而易见的原因，细粒和熔粒将构成颗粒材料的一部分。

本发明的目的可通过下列方法获得。气体所带的颗粒材料通过一个进口或几个进口进入一个腔室。在该腔室，颗粒材料流以至少一部分颗粒材料被迅速加热的方式与经喷嘴引入的高温气流混合。被加热的颗粒材料和至少大部分未被加热的颗粒材料进入气流结构。其中，气流结构中的颗粒的相互接触和这些颗粒与腔室内表面的接触被减少到最低限度。

大部分颗粒材料的温度最好在离开腔室前大体平衡。用这些方法，颗粒在它们脱离腔室之前已被冷却到低于其粘着温度。

本发明的重要特征在于携带输送的方法和在腔室中处理的大部分颗粒材料借助在气体中携带输送通过腔室。可以推断传统的沸腾床流态化的区域是不必要的并且颗粒材料不必保留在腔室内一般时间，尽管处理过的材料可一次或多次通过腔室以便作进一步处理。

本发明进一步发展了在专利号PJ4545(利用高温废气预加热和预粉碎金属氧化矿)和在专利号PJ4546(借助熔池反应装置生产铁铬合金)中所描述的发明。上述两专利以本申请人的名义申请并已批准。

在本发明的一个实施例中，细碎的碳酸盐材料，如石灰石、菱镁矿、白云石或这些材料的混合物至少部分被煅烧。而大部分材料则升到相当高的温度以准备参与化学或冶金工艺过程或进一步处理，如进一步煅烧。

高温气体除了可以来自熔池反应装置的适当废气之外，还可从任何适当的能源获得。这里使用废气，根据反应，该方法完成反应和/或加热颗粒材料的功能。废气本身被急冷。废气可包含粘性的物质细粒或熔粒。粘性的细粒或熔粒在它们粘附到管道和腔室表面时产生一系列问题。因此，这些颗粒的出现使得高温气体热能的利用非常困难。

废气所带的任何粘性或熔融物质都可粘附于被处理的颗粒材料。在许多情况下，一定量的这种粘附物质出现是允许的。

本发明大大地克服了粘性、粘附和粘结块的问题。含有粘性细粒或熔粒的熔池反应装置的热废气在导管中从熔池反应装置输送到腔室。因此，不要求把细粒或熔粒与导管内表面的接触降到最低限度。而导管内表面附着物的积累则通过维持导管表面充分高温被减少到最低程度。借助废气的速度和最好借助导管倾斜将有助于这一效果。

仅在含有粘性细粒或熔粒的熔池反应装置的热废气进入腔室之后，必须减少颗粒或熔粒与腔室内表面的接触。在腔室内将主要产生从熔融阶段到固化阶段的转变。气流结构将大大减少细粒或熔粒和送进的颗粒材料的混合物与腔室相当冷的内表面接触。因此，从导管到腔室横截面积的突然改变把热的内表面与比较冷的内表面分开。

当颗粒到达腔室出口时，它们已被冷却到其粘着温度之下。因此，不再需要减少颗粒与导管或设备表面的接触并可执行所制定的气体/固体颗粒处理工艺过程。

本发明还提供一种用于颗粒材料加热处理的腔室。该腔室包括至少一个用于高温气体的喷嘴、至少一个用于气体所带的颗粒材料的进口和一个用于处理过的颗粒材料的出口。喷嘴、进口和出口的内轮廓是这样的至少部分颗粒材料被迅速加热并且热的颗粒材料和至少大部分留下的颗粒材料进入气流结构。在其中，单个颗粒相互的接触和颗粒与腔室内表面的接触被减少到最低程度。大部分颗粒材料的温度达到平衡。

本发明进一步提供用于利用上述腔室的设备，例如，在按专利申请号PJ4545、PJ4546和PK0426的方法中提供注入熔池的已处理颗粒材料。

因而，本发明具有下列优点：

(1)送到腔室的部分颗粒材料可被加热到很高的温度。例如，对于颗粒的石灰石，煅烧以很高的温度迅速发生。

(2)限制颗粒完整性的损失和对内表面的粘结。

(3)保持处理过的颗粒材料的细碎粒度有助于下面的工艺过程。

(4)利用废气的显热，减少整体的能量需要。

(5)废气中的热的粘性细粒或熔粒可以排除而热量被恢复。在传统的方法中，在这样的颗粒出现的情况下，热量的恢复是很困难的。

下面结合附图详细说明本发明。

附图所示的实施例仅为示例说明的目的。进口和喷嘴的轮廓和位置可以根据需要改变。以便获得上述的理想效果。

在附图中，图1表示有关加热和处理碳酸盐颗粒材料(如石灰石)的本发明的一个实施例。熔池反应装置的废气通到一个加热煅烧腔室。新的碳酸盐材料也被送到这一腔室并从这里输送到分离腔室。固体颗粒和气体在这里被分离。而后处理过的碳酸盐物料流被分成两部分(这两个部分不必是相等的部分)。一部分重新循环到该腔室，而另一部分被加入到熔池反应装置中。

图2表示本发明的另一个实施例。其特点在于未经预先煅烧的部分石灰石被送到熔池反应装置。

图3表示本发明的另一实施例。其特征是部分煅烧热废气中的石灰石。部分未煅烧的石灰石直接送入熔池反应装置。在设定的煅烧工艺过程中煅烧部分附加的石灰石。

图4表示本发明的另一个实施例。在该实施例中，较冷的颗粒材料在接近腔室出口处并在腔室墙壁附近被输入该腔室，以便提供相邻于内表面的落帘。当这些较冷的颗粒朝腔室的废气输入喷嘴落下时，它们变成在废气流中被带走并且经气体和固体颗粒的出口离开该腔室。

将描述的本发明特别涉及加热和煅烧石灰石。但是，它也可以应用于一定范围的颗粒材料，如碳酸盐材料。含有一定碳酸盐的矿物质包含一种以上的碳酸盐。例如，包含碳酸钙和碳酸镁的白云石。任一种或两种碳酸盐的煅烧是有益的。已知煅烧不会引起所有碳酸盐或碳酸盐成分的煅烧。

本发明利用还原潜在能量可选择地与任何产生高温废气的反应装置连同使用。当助熔剂添加到熔池反应装置以获得理想成分的矿渣时，本发明还可用于提供煅烧过的材料。而这属于与熔池反应装置一起的特殊应用。例如，熔池反应装置往往用排出的铁矿熔渣生产波特兰类型的水泥。

在一个实施例中，本发明利用从高温冶金反应装置的废气所获得的部分显热(和可选择地利用某些化学能量)，以加热和煅烧碳酸盐材料。这些碳酸盐颗粒可加热到很高的温度以实现加速碳酸盐的煅烧。

如果所采用的温度低于可能的很高温度，根据本发明的方法，通过减少气流中颗粒的相互接触和颗粒与内表面的接触，可在现有技术上提供改进。本发明还能处理细料和那些由于其易碎性容易破碎而形成细料的材料。

当所用的反应装置废气含有粘性或熔融颗粒时，本发明具有特殊的优点。本发明还可用于反应装置废气不含粘性细粒或熔粒的场合。

在为一些其它目的加热的情况下，其中加热颗粒材料的腔室最好是细长的。

热气喷嘴最好轴向或接近腔室纵轴，并位于该腔室的一端。

颗粒材料的进口最好位于接近喷嘴处。进口的进入方向可以是径向的或略微与腔室外周成角度。在略微成角度进入的情况下，在腔室内形成一定程度的气体和颗粒材料的整体旋转。

另外，借助进口的适当形状和/或其排列方向，可使携带颗粒材料的气体一定程度的旋流。

腔室的横截面积最好基本上大于喷嘴的相应截面积，以便减少废气与腔室墙壁的直接接触。

选择一个或每一个喷嘴的形状和一个或每个进口的形状为具有最小静区的平滑圆形内表面，以减少或消除进口周围来自熔池反应装置的颗粒的粘结积累。

例如，碳酸盐材料颗粒最好在紧靠废气输入点的附近并在一点或几个点上输入到该腔室。碳酸盐材料颗粒可从散料储存库产生或者从与上面首先提到的腔室一同工作的另一腔室产生。由任何适当的气体，如已被完全氧化的废气，使颗粒被输送到腔室。

碳酸盐材料的颗粒以其被大量气流带走的方式，被送入腔室中的废气流中。从而，减少了颗粒和内表面之间的接触。通过与热的废气接触，一些细的碳酸盐材料的颗粒被迅速加热到很高的温度。其它的颗粒没有充分地与热气接触。因而，它没被加热到高温。可以推断在腔室的墙壁附近和在腔室内形成一定的气流结构。热通过腔室的墙壁而损失。通过把热传给最初没被加热到相同程度的其它颗粒，最热的颗粒也被稍微冷却。可以认为在这一阶段气流结构中的颗粒的温度已降到粘着温度之下。

通过改变热气和碳酸盐材料的相对比例，可减少热的碳酸盐颗粒之间的接触。例如，一般可得到的气体量是“给定”的并且它取决于炉子的工作，因而，颗粒材料的输送速度应与气流相匹配，以便尽可能地避免碳酸盐材料的颗粒之间不必要的碰撞并控制腔室内的特定温度。

到颗粒离开加热和煅烧腔室时，它们都处于基本均匀的温度。这一温度足够的低以便容许颗粒随后在普通设备中处理。

腔室可配备有膨胀出气口或排出通道以便排气。在这种情况下，颗粒将进一步冷却。

在一定情况下，最好对任一个或两个腔室提供外部冷却和出气口以便冷却产品并从此恢复能量。反之，最好通过使用适当的耐热材料提供绝缘以获得最大的热量恢复。

一旦颗粒在腔室内已冷却到理想的温度，它们可从腔室排出并且送到分离装置中进一步加工。

通过调节熔池废气和输送气体的其中之一的流速或者调节两者的流速，可以控制颗粒在增温区的滞留时间。

应当注意，如需要的话，颗粒可一次通过腔室或者多次通过腔室。

通过把含氧气体送入废气，可利用废气的化学能量，以便在气体中燃烧任何可燃物质。

在本发明的一个实施例中，该方法所用的各种碳酸盐材料在本发明所述的加热装置和煅烧装置中处理。而后，被加热和大体被煅烧的材料被送入熔池反应装置。

在本发明的另一实施例中，熔池反应装置的工艺对已煅烧材料的要求超过在本发明所述的加热装置/煅烧装置中所能煅烧的量。在这种的情况下，附加碳酸盐材料可以未被煅烧的方式被直接注入熔池反应装置，此外，在送入熔池反应装置之前，部分或全部附加碳酸盐材料能以既定的工业煅烧方法进行煅烧(例如，回转窑、立窑、流化床，喷射床煅烧器)。

在本发明的另一个实施例中，较冷的颗粒材料的落帘被保持在腔室内表面附近。可以推断这一落帘可保证接触内表面的颗粒仅是那些充分冷却到其粘着温度之下的颗粒。来自熔池反应装置的废气或者来自由于其轨迹将接触和附到内表面的待处理材料的粘性细粒或熔粒替代地被接触和依附到落帘中的颗粒上。通过这一方法，能够避免在腔室内表面壁结的形成。落帘中的颗粒和任何附着物在大量的废气流中带走，通过腔室并作为气体和固体颗粒输出流的一部分离开腔室。

熔池反应装置的废气在它们通过加热装置/处理腔室并且在气体——固体分离装置中与颗粒分离之后，它们最好被进一步地利用。这气体最好被用来干燥和预热粉碎的石灰石原料(例如，在回转窑或流化床中)。而后，干燥和预热的石灰石原料被送到加热装置/煅烧系统、熔池反应装置或者一些其它的煅烧装置。

本发明还提供一种用于加热和处理固体颗粒材料的腔室。例如，它可用于碳酸盐颗粒材料的煅烧。该腔室包括：

1.用于限定和引导颗粒物流和高温气流的容器；

2.用于热气流的一个或几个输入喷嘴；

3.用于在输送气体中所携带的颗粒材料的一个或几个进口；和

4.用于处理过的颗粒材料的排出口。

输入喷嘴2和进口3是如此设置以致颗粒材料一开始就能受到加热的影响，并且随后冷却，以控制结块和粘结。

本发明还提供一种用于生产，如波特兰类型的水泥的设备。该设备包括：

1.熔池反应装置

2.把反应装置的废气送到上述一个或几个腔室的装置；

3.上述一个或几个腔室；

4.把新的颗粒材料或已加热和处理过的颗粒材料注入腔室的装置；

5.把气体携带的固体颗粒从腔室送到一个气体一固体分离装置或几个分离装置的装置；

6.把被分离的固体颗粒和一些输送气体的至少一部分送到反应装置的装置；如果需要，该装置可把一部分送到腔室。

本发明还可用于用铁矿直接生产铁或用适当颗粒材料的原料矿生产铁合金的过程，以获得排出的炉渣。

在说明书中，术语“粘着温度”指包括在一个温度范围上开始产生粘性的情况。形容词“粘性的”表明颗粒处在这个范围内的温度上。

在说明书中，术语“含氧气体”涉及纯氧气，包含氧的气体并包括空气和富氧空气。

在说明书中，术语“含碳材料”涉及任何可燃烧产生适当高温的碳基材料。它们包括：无烟煤、烟煤、副烟煤、焦煤、锅炉煤、焦炭，褐煤、褐煤碳，重油的残渣和天然气。利用澳大利亚专利号561586和专利申请号5259086和52422/86中所公开的方法，褐煤可被致密。在澳大利亚专利申请号52234/86中公开了一种用于从这种硬化产品中制备炭的方法。

在说明书中，提供热废气的熔池反应装置可以是下列任一装置：熔铁池反应装置、深渣工艺反应装置，铁合金熔池反应装置，有色金属熔池反应装置或者任何排放热废气的其它冶金工艺熔池反应装置。

在说明书中，熔池反应装置的热废气可包含下列物质，例如：

由于顶吹，底吹或搅动；从熔池反应装置排出的熔融不纯金属或金属或者炉渣的熔粒；

由装卸焦炭或煤而排出的含有焦炭或煤的矿渣，排到熔池反应装置并直接被带入废气的焦炭，煤，助溶剂，矿石或精矿砂的细粒。

关于附图，现提供有关利用熔池反应装置废气的详细说明，这些废气可含有相当高浓度的一氧化碳和氢。熔池反应装置的废气的排出温度可从1100℃到1800℃。

这些废气被送到图1所示的加热和处理腔室P。它们从喷嘴A排出进入该腔室。喷嘴A位于几个进口B的上游。通过进口B输送气体中的新原料被输送。选择喷嘴A相对于进口B和腔室P的内部尺寸的空间关系，以促使一般区域的一些颗粒(如碳酸盐)在进口B附近迅速加热。而后，随着颗粒进一步深入腔室，它们被冷却。这样，颗粒的熔化被控制并且粘性减小。为减少颗粒与腔室墙壁的接触以及减少或防止在墙壁上的累积，可选择喷嘴A和进口B的空间几何关系和空间关系。

被输送的颗粒被送到气体固体分离装置G。而后，在干燥器/预热装置/D中使用静止的相当热的气体。然后，来自G的颗粒被送到气流分配装置S。一部分处理过的固体颗粒可再循环到腔室P。一部分被送到熔池反应装置M。

参考图2，新的供料从干燥器/预热装置D添加到腔室P。部分新的供料可从第二气流分配装置S2(在此情况下，第一气流分配装置表示为S1)直接送到熔池反应装置。

参考图3，在这一实施例中，增加的部分是利用常规的煅烧工艺以给熔池反应装置提供煅烧过的供料。

参考图4，该实施例的工作上面已经描述。在工作过程中，由于较冷颗粒的落帘增强了腔室M内表面的保护。

可以清楚地理解在一般情况下本发明并不限制于有关上述的具体细节。

Claims (17)

1.利用经喷嘴所输送的高温气流加热和处理固体颗粒材料的方法，它包括：气体所带的颗粒材料通过一个或几个进口送到腔室中，颗粒材料流在这里以至少部分颗粒材料被迅速加热的方式与高温气流混合，被加热的颗粒材料和至少大部分未加热的颗粒材料进入气流结构，其中，气流结构中的颗粒的相互接触和这些颗粒与腔室内表面的接触被减少到最低限度。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，腔室的尺寸是这样确定的：

获得理想程度的加热和处理；和

离开腔室的被加热和被处理过的颗粒的平均温度使得颗粒的结块和对后面设备的内表面的粘结减少到能接受的程度。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，腔室在主气流方向上是细长的。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，高温气体通过位于紧靠细长腔室一端的一个或几个输入喷嘴被输出。

5.按权利要求4所述的方法，其特征是，该输入喷嘴位于该腔室纵轴的区域内。

6.按权利要求4或5所述的方法，其特征在于，腔室的截面积基本上大于输入喷嘴的相应截面积，由此，废气与腔室墙壁的直接接触被减少到最低程度。

7.按权利要求4到6的任一权利要求所述的方法，其特征在于，一个或几个进口设置在紧靠输入喷嘴的附近。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，进口的排列方向在一定程度上径向于腔室外周，即朝向腔室的纵轴，由此，氧化颗料的气流结构大体上沿该轴，以减少颗粒与腔室墙壁的接触。

9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，进口的排列方向在一定程度上相对腔室外周成角度，即，部分地朝向腔室的纵轴线，由此，在腔室内形成气体和颗粒材料一定程度的整体旋转。

10.按权利要求8或9所述的方法，其特征在于，借助适当的形状和/或进口的排列方向，给予携带颗粒材料的气体一定程度的旋转。

11.按上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，处理过的颗粒通过再循环到腔室，部分地或全部地被进一步处理。

12.按上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，碳酸盐材料，如石灰石，至少部分地被锻烧。

13.按权利要求1所述的方法，大体如附图所描述的那样。

14.用于加热和处理固体颗粒材料的腔室，它包括：

1)用于限定和引导颗粒材料流和高温气流的容器；

2)用于热气流的一个或几个输入喷嘴；

3)用于输送气体所携带的颗粒材料的一个或几个进口；

4)用于处理过的颗粒材料的排出口，

输入喷嘴和进口是如此设置以致颗粒材料一开始就受到加热的影响并且随后冷却，以控制结块和粘结。

15.按权利要求14所述的处理腔室，它大体如附图所描述的那样。

16.用于在熔池反应装置中生产颗粒材料的设备，它包括：

1)熔池反应装置：

2)输送该反应装置废气的装置：

3)按权利要求14或15所限定的一个或几个腔室；

4)把新的颗粒材料或已被加热和处理过的颗粒材料注入该一个或几个腔室的装置；

5)把来自腔室的气体携带的固体颗粒送到一个或几个气体—固体分离装置的装置；

6)把至少一部分被分离的固体颗粒和一些携带的气体送到该反应装置的装置，如需要，该装置可把一部分送到腔室。

17.按权利要求16所述的设备，它大体如附图所描述的那样。

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