СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЕЧИ Российский патент 2016 года по МПК F27B7/36 

Изобретение относится к способу выполнения процесса сгорания в печи и к устройству и печи для его осуществления. Настоящее изобретение, в частности, относится к способам и печам, в которых осуществляется сгорание основных топлив и вспомогательных топлив с основным и вспомогательным окислителями.

Пламенные печи используются широко. В этих печах тепло образуется путем сгорания одного или более топлив с соответствующим окислителем.

Пламенные печи обычно работают с воздухом в качестве окислителя. Также известно использование в пламенных печах в качестве окислителя обогащенного кислородом воздуха или кислорода.

В документе US-A-5587283 раскрывается процесс сгорания, в котором используется кислород в качестве окислителя. Согласно этому процессу один горючий газ, такой как природный газ, и кислород инжектируют через горелку, причем 15-35% общего количества кислорода вводится в виде когерентной струи в жидкой фазе. Этот процесс считается подходящим для использования в печах для плавления металлов, печах для обжига эмалей и стеклоплавильных печах. Посредством введения сжиженного кислорода в виде когерентной струи, движущейся с большой скоростью, этот кислород проходит через область высокой температуры для обеспечения ниже по потоку сгорания оставшейся части газообразного топлива. Получают удлинение пламени, которое может регулироваться как функция доли введенного сжиженного газа.

Другой процесс сгорания, в котором используется жидкий кислород, описывается в документе EP-A-0866295. Более конкретно, в EP-A-0866295 раскрывается способ, в котором предварительно нагретое минеральное сырье загружается во вращающуюся печь и подвергается термической обработке пламенем, создаваемым посредством сгорания одного топлива (которое не описывается) с кислородосодержащим газом, и в котором по меньшей мере одна струя жидкого кислорода вводится в печь, в частности, ниже пламени, так что кислород воздействует на минеральное сырье в жидкой форме. Затем жидкий кислород сопровождает загруженное сырье, когда оно перемещается вниз внутри вращающейся печи в направлении пламени.

Пламенные печи предпочтительно обычно работают с легковоспламеняющимися топливами, такими как природный газ и жидкое топливо, но в некоторых процессах используются или требуются для сгорания низкосортные топлива или горючие вещества с трудной воспламеняемостью, включая отходы.

Например, известно, что для производства цемента во вращающейся трубной печи генерируют пламя с помощью обычного топлива с высокой теплотворной способностью. Температуру этого пламени увеличивают посредством подачи дополнительного окислителя, например обогащенного кислородом воздуха, поверх горячего охлаждающего воздуха, поступающего из охлаждающего устройства для клинкера.

Для поддержания низкой стоимости топлива обычной практикой является добавление недорогого вспомогательного топлива к основному топливу. Теплотворная способность вспомогательного топлива ниже, чем у основного топлива, и вспомогательное топливо сгорает в пламени основного топлива. В частности, в качестве вспомогательного топлива иногда используют пластмассовые отходы. Пластмассовые отходы вводятся во вращающуюся трубную печь в виде измельченных частиц, так что они сгорают в пламени основного топлива насколько возможно полно. Вспомогательное топливо при этом содержит компоненты, которые не всегда имеют одинаковую геометрию.

Было обнаружено, что не все компоненты вспомогательного топлива сгорают полностью. Вместо этого, компоненты вспомогательного топлива, которые сгорели не полностью, образуют частицы сажи, которые ухудшают качество производимого цемента. Дополнительно, неполное сгорание может привести к образованию оксида углерода, который по возможности не должен попадать в окружающую среду.

В документе EP-B-1065461 раскрывается процесс кальцинации, адаптированный для обеспечения возможности сгорания вспомогательного топлива с низкой теплотворной способностью. В этом процессе минеральное сырье, которое подвергается кальцинации, нагревается с помощью пламени, содержащего основную зону сгорания и ниже по потоку вспомогательную зону сгорания. Основная зона сгорания образована сгоранием основного топлива с основным окислителем, и она располагается вблизи мест введения основного окислителя и основного топлива. Пламя дополнительно содержит вспомогательную зону сгорания, расположенную ниже по потоку относительно основной зоны сгорания и образованную сгоранием вспомогательного топлива со вспомогательным окислителем, причем вспомогательное топливо предварительно нагревается посредством того, что оно проходит через основную зону пламени перед тем, как войти во вспомогательную зону сгорания. Вспомогательное топливо обычно имеет низкую теплотворную способность, 15·10⁶ Дж/кг или меньше. Основной окислитель имеет содержание кислорода более 21% и по существу до 100%. Основной окислитель может иметь температуру порядка 100°С. В качестве вспомогательного окислителя предпочтительно используется воздух, в частности воздух, поступающий от охлаждающего устройства для клинкера и имеющий температуру между 500°С и 1000°С. Поэтому оба окислителя используются в газообразной форме.

Целью настоящего изобретения является создание улучшенного способа работы пламенной печи с основным и вспомогательным топливом, в которой в качестве вспомогательного топлива может использоваться низкосортное топливо.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является устранение по меньшей мере некоторых недостатков при нагреве известной пламенной печи этого типа, в частности вращающейся трубной печи этого типа. В частности, целью настоящего изобретения является создание улучшенного способа, обеспечивающего возможность полного сгорания вспомогательного топлива.

Эти цели достигаются с помощью способа согласно п.1 формулы изобретения и печи согласно п.11 формулы изобретения. Кроме того, в п.8 формулы изобретения определено устройство, подходящее для введения жидкого кислорода в печь, в частности для осуществления способа согласно изобретению. Другие предпочтительные варианты воплощения способа, устройства и печи описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Признаки, приведенные в отдельных пунктах формулы изобретения, могут комбинироваться друг с другом любым желаемым и технически осуществимым образом и могут быть дополнены пояснительной информацией из описания и чертежей, представляющих дополнительные варианты воплощения изобретения.

Настоящее изобретение относится к способу выполнения процесса сгорания в печи, в которой осуществляется сгорание основного топлива и вспомогательного топлива. Способ согласно изобретению включает в себя по меньшей мере следующие этапы:

- основное топливо и основной окислитель вводятся в печь для образования основной зоны сгорания, в которой основное топливо сгорает с основным окислителем, и

- жидкий кислород вводится в качестве вспомогательного окислителя таким образом, что сгорание вспомогательного топлива со вспомогательным окислителем образует вспомогательную зону сгорания, которая является отдельной от основной зоны сгорания.

В контексте настоящего изобретения две зоны сгорания полагаются отдельными, когда они не занимают одно и то же пространство в печи.

Согласно одному варианту воплощения, вспомогательное топливо также инжектируется в печь. В этом случае вспомогательное топливо предпочтительно вводится в печь таким образом, что оно входит в основную зону сгорания перед тем, как оно войдет во вспомогательную зону сгорания.

Согласно альтернативному варианту воплощения, вспомогательное топливо подается в печь вместе с шихтой, которая будет подвергаться нагреву с помощью процесса сгорания, например, для плавления или кальцинации шихты или для удаления горючих веществ из шихты.

В некоторых случаях вспомогательное топливо может уже находиться в печи до выполнения процесса сгорания, например, в виде осадка на внутренних элементах конструкции печи (например, стенки печи), особенно в том случае, когда целью процесса сгорания является удаление посредством сгорания указанного вспомогательного топлива (осадков) с внутренних элементов конструкции печи, в частности при техническом обслуживании или ремонте печи.

Печь предпочтительно представляет собой вращающуюся печь, такую как барабанная печь для производства цемента.

В целом, если печь содержит шихту, которая будет подвергаться нагреву, здесь предпочтительно отсутствует воздействие вспомогательного окислителя в жидкой форме на указанную шихту.

В качестве основного топлива предпочтительно используется высокосортное топливо, в частности смесь горючих газов, например природный газ, сжиженный газ, биогаз, ацетилен и/или пропан, смеси горючих жидкостей и/или твердые топлива, например каменный уголь и/или бурый уголь.

Когда вспомогательное топливо подается в печь, путем его отдельного введения или вместе с шихтой, предпочтительно использовать в качестве вспомогательного топлива горючие вещества, имеющие теплотворную способность меньше, чем основные топлива, и которые, в частности, являются более легкодоступными и/или более экономичными. В частности, в качестве вспомогательного топлива предпочтительно использовать отходы, в частности пластмассовые отходы.

В качестве основного окислителя возможно использовать воздух, насыщенный кислородом воздух или газ, имеющий объемное содержание кислорода более 98%. При выборе основного окислителя обычно учитываются такие факторы, как стоимость, доступность и экологические требования. Если изобретение реализуется в уже существующей печи, предназначенной для использования определенного газообразного окислителя, может быть целесообразным использовать указанный окислитель в качестве основного окислителя согласно изобретению.

В контексте настоящего изобретения под термином «основная зона сгорания» понимается зона, в которой во время работы основное топливо вступает в экзотермическую реакцию с основным окислителем. Основная зона сгорания тем самым может быть определена, в частности, посредством введения в печь только основного топлива и основного окислителя (без вспомогательного окислителя) и определения зоны экзотермической реакции, то есть, в частности, в состоянии, в котором в печь не введены вспомогательное топливо и вспомогательный окислитель. Основная зона сгорания также может быть приблизительно определена при наличии обоих топлив, основного и вспомогательного (например, как во время выполнения процесса сгорания), посредством введения только основного окислителя (без вспомогательного окислителя) и определения зоны экзотермической реакции, создаваемой основным окислителем (при отсутствии вспомогательного окислителя). Этот подход, в частности, более полезен, когда работа печи без вспомогательного топлива невозможна без значительного изменения расположения или объема основной зоны сгорания, например, когда во время выполнения процесса сгорания основное топливо и вспомогательное топливо вводятся в печь в виде единой смеси высокосортного и низкосортного топлив.

Согласно изобретению вспомогательное топливо предпочтительно подается в печь таким образом, что оно по меньшей мере временно располагается в основной зоне сгорания или вблизи основной зоны сгорания, т.е. в зоне, в которой основное топливо вступает в экзотермическую реакцию с основным топливом. Тем самым вспомогательное топливо нагревается перед его входом во вспомогательную зону сгорания и сгоранием со вспомогательным окислителем. Если вспомогательное топливо временно располагается в основной зоне сгорания, оно может также уже частично вступать в реакцию с основным окислителем, если достигается достаточно высокая температура и если основной окислитель присутствует в достаточном для этого количестве.

За счет задаваемых импульсов основного топлива и основного окислителя основная зона сгорания обычно имеет форму по существу горизонтального пламени, в то время как когда вспомогательное топливо инжектируется в печь, задаваемые импульсы выпуска и коэффициент сопротивления обычно ведут к тому, что вспомогательная зона описывает по существу баллистическую траекторию.

Для перемещения вспомогательного топлива в и через основную зону сгорания оно предпочтительно инжектируется в печь в направлении, параллельном основному топливу или основному окислителю. Здесь, в частности, предпочтительно, чтобы вспомогательное топливо было окружено основным топливом, когда оно вводится в печь. В качестве альтернативы, вспомогательное топливо может инжектироваться в печь над основным топливом, так что вспомогательное топливо перемещается через основную зону сгорания за счет действия силы тяжести. Согласно другому предпочтительному варианту воплощения, вспомогательное топливо инжектируется в печь под основным топливом, но с направленной вертикально вверх составляющей вектора скорости, так что вспомогательное топливо входит в основную зону сгорания снизу. В этом случае вспомогательное топливо может затем покинуть основную зону сгорания, при этом продолжая перемещаться вверх, и после этого переместиться назад вниз через основную зону сгорания, перед тем как оно достигнет вспомогательную зону сгорания. Обычно для низкосортных топлив условия (вид топлива, температура, продолжительность пребывания, концентрация кислорода, и т.д.) таковы, что полное сгорание вспомогательного топлива в основной зоне сгорания невозможно.

Если вспомогательное топливо не проходит через основную зону сгорания или если вспомогательное топливо проходит через основную зону сгорания и не все компоненты вспомогательного топлива сгорают в основной зоне сгорания, настоящее изобретение предлагает инжекцию жидкого кислорода в печь в качестве вспомогательного окислителя для обеспечения возможности сгорания или дополнительного сгорания вспомогательного топлива. В частности, предлагается введение жидкого кислорода, часто обозначаемого как LOX, через основную зону сгорания (пламя основной зоны сгорания). Согласно изобретению, жидкий кислород инжектируется в печь таким образом, чтобы кислород был доступен для реакции со вспомогательным топливом вне основной зоны сгорания. В частности, газообразный кислород, образующийся посредством испарения введенного жидкого кислорода, доступен для этой реакции.

Поэтому в контексте настоящего изобретения под термином «вспомогательная зона сгорания» понимается зона вне основной зоны сгорания, в которой вспомогательное топливо вступает в экзотермическую реакцию со вспомогательным окислителем. Посредством инжекции жидкого кислорода в печь согласно изобретению образуется или увеличивается зона, в которой вспомогательное топливо вступает в экзотермическую реакцию, в результате чего происходит сгорание или более полное сгорание вспомогательного топлива и исключается образование частиц сажи.

В частности, предпочтительно жидкий кислород вводится в печь в виде непрерывной струи. В частности, в случае ограниченного пространства гораздо больше кислорода (с точки зрения массы или молекул) может быть подано в печь в жидкой форме, чем в газообразной форме.

Предпочтительно вспомогательный окислитель вводится в печь в той части печи, в которой также вводятся основное топливо и основной окислитель и опционально также вспомогательное топливо. Как следствие, жидкий кислород также входит в основную зону сгорания, что в свою очередь ведет к тому, что по меньшей мере некоторая часть жидкого кислорода испаряется и вступает в экзотермическую реакцию с основным топливом и/или со вспомогательным топливом. Таким образом в основной зоне сгорания возможно вступление испаренной части жидкого кислорода в экзотермическую реакцию с основным топливом и опционально со вспомогательным топливом. В частном варианте воплощения изобретения вспомогательное топливо вводится в печь вблизи жидкого окислителя таким образом, что в любой момент времени вблизи вспомогательного топлива присутствует жидкий кислород или испаренный жидкий кислород, который тем самым поддерживает экзотермическую реакцию вспомогательного топлива, включая реакцию в основной зоне сгорания, когда и жидкий кислород, и вспомогательное топливо проходят через основную зону сгорания. Поэтому основное топливо, вспомогательное топливо, основной окислитель и вспомогательный окислитель предпочтительно инжектируются в печь вместе, через общую часть печи на стороне выпуска печи, в направлении, противоположном направлению перемещения сырья через печь.

Тем самым та часть жидкого кислорода, которая не испарилась, или та часть жидкого кислорода, которая испарилась, но не вступила в экзотермическую реакцию или с основным топливом, или со вспомогательным топливом в основной зоне сгорания, будет доступна вне основной зоны сгорания в качестве реагента для сжигания вспомогательного топлива. Если вспомогательное топливо прошло через основную зону сгорания, эта часть жидкого кислорода доступна в качестве реагента для сгорания той части вспомогательного топлива, которая была нагрета в основной зоне сгорания, но не сгорела в ней.

В частности, предпочтительно вспомогательное топливо и вспомогательный окислитель перемещаются по существу параллельно через основную зону сгорания, в этом случае они предпочтительно проходят через основную зону сгорания на небольшом расстоянии друг от друга, не более 50 см или даже не более 20 см. Это позволяет кислороду быть доступным в качестве реагента для реакции окисления вспомогательного топлива в любой момент времени на пути перемещения через печь.

В качестве альтернативы, вспомогательный окислитель может предпочтительно инжектироваться в направлении, противоположном направлению перемещения вспомогательного топлива. Это означает, что жидкий кислород вводится со стороны печи, противоположной месту введения в печь вспомогательного топлива, так что вспомогательный окислитель будет доступен для сгорания вспомогательного топлива вне основной зоны сгорания.

Кроме того, предпочтительно вспомогательная зона сгорания примыкает к основной зоне сгорания. В результате реакция окисления вспомогательного топлива, которое начинается в основной зоне сгорания, продолжается во вспомогательной зоне сгорания. Основная и вспомогательная зоны сгорания тем самым образуют одну сопряженную общую зону сгорания. В результате достигается особенно эффективное сгорание вспомогательного топлива.

Экономически эффективное вспомогательное топливо содержит компоненты из пластмассы и/или других горючих твердых веществ, в частности компоненты с разной геометрией. В частности, в случае значительно различающейся геометрии компонентов вспомогательных топлив, которые будут сжигаться, не все компоненты вспомогательного топлива могут сгореть в основной зоне сгорания. Согласно изобретению, особенно большие компоненты или те компоненты, которые сгорают особенно трудно, также сгорают в печи.

Также предпочтительно вспомогательное топливо имеет теплотворную способность, меньшую или равную 15·10⁶ Дж/кг, в частности меньше 10·10⁶ Дж/кг или даже меньше 5·10⁶ Дж/кг. Способ согласно изобретению обеспечивает эффективное сгорание даже в случае топлив, имеющих такую низкую теплотворную способность.

Вспомогательное топливо может, в частности, содержать твердые компоненты, наибольший размер которых составляет от 0,5 см до 20 см, такие как плоские пластмассовые отходы. Под плоскими пластмассовыми отходами, в частности, понимаются измельченные пластиковые пленки или пластиковые контейнеры, такие как пластиковые бутылки. В случае этого типа пластмассовых отходов размеры разных компонентов отходов сильно варьируются. Эти отходы возможно сжигать особенно легко и полностью с помощью способа согласно изобретению. В результате альтернативные топлива, содержащие различные компоненты, в частности отходы производства, часто также называемые шлаками, возможно добавлять в смесь более легко и лучше использовать и в большем количестве, например в объеме от 1 до 10 тонн в час.

Согласно другому аспекту изобретения предлагается устройство для инжекции жидкого кислорода в печь. Это устройство содержит фурму и линию для транспортирования жидкого кислорода в фурму. Фурма имеет (1) центральные подающие средства, которые имеют первое впускное отверстие, и (2) направляющие средства для охлаждающего вещества, которые окружают подающие средства и имеют второе впускное отверстие, причем линия для транспортирования жидкого кислорода соединена с первым впускным отверстием и вторым впускным отверстием.

Указанная линия тем самым соединяет резервуар для хранения жидкого кислорода или другой источник жидкого кислорода и фурму. Подающие средства направляют жидкий кислород от впускного отверстия к выпускному отверстию, которое открывается в печь, когда устройство установлено. Направляющие средства для охлаждающего вещества окружают подающие средства и тем самым образуют зазор между наружной поверхностью подающих средств и внутренней поверхностью направляющих средств для охлаждающего вещества, в этот зазор возможно направить жидкий кислород и/или газообразный кислород.

Предпочтительно клапан используется для направления части жидкого кислорода, транспортируемого по указанной линии, в первое впускное отверстие и остальной части жидкого кислорода во второе впускное отверстие. Часть жидкого кислорода, которая подается в направляющие средства для охлаждающего вещества, служит для охлаждения подающих средств, в ходе которого эта часть может нагреваться и переходить в газообразную форму. Направляющие средства для охлаждающего вещества и находящийся в них жидкий кислород или газообразный кислород тем самым служат для изоляции и охлаждения подающих средств, через которые жидкий кислород направляется в печь. Поэтому возможно использовать только одну линию как для питания фурмы жидким кислородом, так и для охлаждения жидкого кислорода в фурме или поддержания его при низкой температуре.

В предпочтительном варианте воплощения устройства направляющие средства для охлаждающего вещества имеют выпускное отверстие, которое располагается радиально на направляющих средствах для охлаждающего вещества (на расстоянии от выпускного отверстия). В результате жидкий кислород и/или испаренный жидкий кислород входят в направляющие средства для охлаждающего вещества через второе впускное отверстие, где они охлаждают подающие средства или поддерживают их при низкой температуре, и выходят через выпускное отверстие в виде испаренного кислорода, т.е. в газообразной форме, откуда они могут быть направлены для дальнейшего применения.

В качестве альтернативы, направляющие средства для охлаждающего вещества могут иметь выпускное отверстие, которое окружает подающие средства для окислителя. В этом варианте воплощения жидкий или испаренный кислород входит в направляющие средства для охлаждающего вещества через второе впускное отверстие, где он охлаждает подающие средства и, при необходимости, дополнительно испаряется. Затем испаренный кислород выходит из направляющих средств для охлаждающего вещества и в результате образует оболочку, окружающую жидкий кислород, выходящий из подающих средств (через выпускное отверстие подающих средств). В результате образуется струя жидкого кислорода. Тем самым весь кислород, подаваемый в фурму, будет доступен для процесса сгорания в печи.

Согласно еще одному аспекту изобретения предлагается печь, которая содержит устройство согласно изобретению. Эта печь содержит подающие средства для основного топлива, подающие средства для основного окислителя, а также опционально подающие средства для вспомогательного топлива (когда вспомогательное топливо вводится в печь отдельно). Печь предпочтительно выполнена с возможностью осуществления способа согласно изобретению. Печь может быть, в частности, вращающейся трубной печью для производства цемента.

Согласно одному варианту воплощения печи предусмотрено, что фурма устройства и подающие средства для вспомогательного топлива ориентированы параллельно друг другу. Жидкий кислород и вспомогательное топливо инжектируются в печь параллельно друг другу, в результате кислород будет доступен для экзотермической реакции со вспомогательным топливом на всем его пути через печь.

Согласно другому варианту воплощения фурма располагается над подающими средствами для основного топлива, в результате во время работы жидкий кислород входит в печь над основной зоной сгорания и течет через печь в направлении вниз, т.е. сверху вниз, предпочтительно вблизи от вспомогательного топлива.

Согласно предпочтительному варианту воплощения печи, фурма и подающие средства для основного топлива образуют угол от 5° до 20°. Если фурма располагается над подающими средствами для основного топлива, жидкий кислород инжектируется в основную зону сгорания с направленной вниз составляющей вектора скорости, а если фурма располагается под подающими средствами для основного топлива, жидкий кислород вводится в основную зону сгорания с направленной вверх составляющей вектора скорости. Это позволяет жидкому кислороду, а также опционально вспомогательному топливу входить в основную зону сгорания снизу, тем самым они будут находиться в ней в течение особенно длительного времени.

Настоящее изобретение также относится к использованию устройства или печи согласно изобретению в способе согласно изобретению.

Признаки и преимущества способа согласно изобретению могут использоваться в устройстве и печи согласно изобретению, и наоборот.

Изобретение будет описано более подробно ниже с помощью прилагаемых чертежей. На чертежах иллюстрируются примеры предпочтительных вариантов воплощения, которые не ограничивают изобретение. В частности, чертежи, в том числе показанные соотношения размеров, являются лишь схематическими.

Фиг.1 схематически показывает устройство согласно изобретению для введения жидкого кислорода.

Фиг.2 схематически показывает другой вариант воплощения устройства согласно изобретению.

Фиг.3 схематически показывает печь для производства цемента.

На Фиг.1 схематически показан вариант воплощения устройства 4 согласно изобретению для введения жидкого кислорода (LOX) в печь 1. Устройство 4 содержит фурму 5, имеющую подающие средства 8 и направляющие средства 10 для охлаждающего вещества, которые окружают подающие средства 8. Подающие средства 8 имеют первое впускное отверстие 7. Направляющие средства 10 для охлаждающего вещества имеют второе впускное отверстие 9 и выпускное отверстие 11. Устройство 4 дополнительно содержит линию 6 для транспортирования жидкого кислорода к фурме 5. Линия 6 соединена с первым впускным отверстием 7 и со вторым впускным отверстием 9.

Во время работы жидкий кислород (LOX) инжектируется в подающие средства 8 и на стороне выпуска подающих средств, здесь с правой стороны подающих средств 8, выходит из подающих средств 8 в виде струи жидкого кислорода (LOX). Во время работы некоторое количество жидкого кислорода отводится от линии 6 и направляется в направляющие средства 10 для охлаждающего средства, причем на пути в направляющие средства 10 или в направляющих средствах 10 кислород испаряется. Кислород, направляемый в направляющие средства 10 для охлаждающего вещества, служит для охлаждения подающих средств 8 и тем самым для поддержания жидкого кислорода в подающих средствах 8 в жидком состоянии. При охлаждении подающих средств 8 этот жидкий кислород испаряется. Газообразный кислород выходит из направляющих средств 10 для охлаждающего вещества через выпускное отверстие 11 и может использоваться в дальнейших процессах или в другом месте печи 1.

На Фиг.2 показан другой вариант воплощения устройства 4. Ниже описываются отличия этого варианта воплощения от варианта воплощения на Фиг.1. В отличие от Фиг.1 направляющие средства 10 для охлаждающего вещества вместо выпускного отверстия 11 имеют выпускное отверстие 12, которое окружает подающие средства 8. Кислород, который испарился при охлаждении подающих средств 8, выходит из фурмы 5 на той же стороне, что и жидкий кислород (LOX), и образует слой кислорода, который окружает в виде оболочки струю жидкого кислорода (LOX).

На Фиг.3 схематически показана печь 1 для производства цемента, в которой материал для нагрева направляется от стороны 16 впуска к стороне 17 выпуска во вращающейся печи. Материал для нагрева образует слой 15 материала.

Печь 1 содержит подающие средства 13 для основного топлива и подающие средства 14 для вспомогательного топлива, а также фурму 5, которая описана на Фиг.1 и Фиг.2. Вместе с основным топливом в печь 1 также вводится основной окислитель через подающие средства 13 для основного топлива. Экзотермическая реакция между основным топливом и основным окислителем образует основную зону 2 сгорания. Вспомогательное топливо вводится в печь 1 через подающие средства 14 для вспомогательного топлива таким образом, что вспомогательное топливо проходит через основную зону сгорания, путь вспомогательного топлива показан здесь с помощью пунктирной линии. Струя жидкого кислорода обеспечивается фурмой 5 (показана сплошной линией) и проходит через основную зону 2 сгорания параллельно вспомогательному топливу. Вне основной зоны 2 сгорания вспомогательное топливо вступает в реакцию окисления со вспомогательным окислителем и тем самым образует вспомогательную зону 3 сгорания.

Настоящее изобретение обеспечивает возможность полного сгорания в печи вспомогательного топлива, имеющего значительно меньшую теплотворную способность, чем основное топливо, так что если в печи производится продукт, такой как цемент, он имеет улучшенное качество.

ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - Печь

2 - Основная зона сгорания

3 - Вспомогательная зона сгорания

4 - Устройство

5 - Фурма

6 - Линия

7 - Первое впускное отверстие

8 - Подающие средства

9 - Второе впускное отверстие

10 - Направляющие средства для охлаждающего вещества

11 - Выпускное отверстие

12 - Выпускное отверстие

13 - Подающие средства для основного топлива

14 - Подающие средства для вспомогательного топлива

15 - Слой материала

16 - Сторона впуска

17 - Сторона выпуска

LOX - Жидкий кислород

Изобретение относится к способу сжигания основного и вспомогательного топлив в пламенной печи, к устройству для введения жидкого кислорода в пламенную печь и к пламенной печи. Способ включает введение основного топлива и основного окислителя в пламенную печь с образованием основной зоны сгорания, в которой основное топливо сгорает с основным окислителем, инжекцию жидкого кислорода в пламенную печь в качестве вспомогательного окислителя с образованием отдельной вспомогательной зоны для вспомогательного окислителя вместе со вспомогательным топливом. Раскрыты устройство для подачи введения жидкого кислорода в пламенную печь и пламенная печь. Обеспечивается возможность полного сгорания в печи вспомогательного топлива, имеющего значительно меньшую теплотворную способность, чем основное топливо, с получением продукта улучшенного качества. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ сжигания топлива в пламенной печи (1), включающий инжекцию основного и вспомогательного топлив и основного и вспомогательного окислителей в упомянутую печь и их сжигание в печи, при этом
- инжекцию основного топлива и основного окислителя в печь (1) осуществляют с образованием основной зоны (2) сгорания основного топлива с основным окислителем, а
- в качестве вспомогательного окислителя осуществляют инжекцию жидкого кислорода (LOX) в печь с образованием вспомогательной зоны (3) сгорания вспомогательного окислителя вместе со вспомогательным топливом, отдельной от основной зоны (2) сгорания.

2. Способ по п. 1, который дополнительно включает этап инжекции вспомогательного топлива в печь (1), которое предпочтительно вводят в основную зону (2) сгорания.

3. Способ по п. 2, в котором обеспечивают параллельное течение вспомогательного топлива и вспомогательного окислителя в виде жидкого кислорода через основную зону (2) сгорания.

4. Способ по п. 2 или 3, в котором вспомогательный окислитель в виде жидкого кислорода вводят в направлении, противоположном направлению вспомогательного топлива.

5. Способ по любому из пп. 1-3, в котором вспомогательную зону (3) сгорания располагают смежно с основной зоной (2) сгорания.

6. Способ по любому из пп. 1-3, в котором используют вспомогательное топливо с теплотворной способностью, меньшей или равной 15·10⁶ Дж/кг.

7. Способ по любому из пп. 1-3, в котором вспомогательное топливо содержит твердые компоненты, имеющие наибольший размер от 0,5 см до 20 см, в частности плоские пластмассовые отходы.

8. Устройство (4) для инжекции жидкого кислорода при сжигании топлива в пламенной печи (1) способом по п. 1, содержащее фурму (5) и линию (6) для транспортирования жидкого кислорода к фурме (5), при этом фурма (5) имеет центральное подающее средство (8) с первым впускным отверстием (7) и направляющее средство (10) для охлаждающего вещества, которое окружает подающее средство (8) и имеет второе впускное отверстие (9), причем линия (6) для транспортирования жидкого кислорода соединена с первым впускным отверстием (7) центрального подающего средства (8) и со вторым впускным отверстием (9) направляющего средства (10).

9. Устройство (4) по п. 8, в котором направляющее средство (10) для охлаждающего вещества имеет выпускное отверстие (11), которое расположено на направляющем средстве (10) для охлаждающего вещества радиально.

10. Устройство (4) по п. 8, в котором направляющее средство (10) для охлаждающего вещества имеет выпускное отверстие (12), которое охватывает центральное подающее средство (8).

11. Пламенная печь (1), содержащая устройство (4) по любому из пп. 8-10, подающее средство для основного окислителя, подающее средство (13) для основного топлива, и, необязательно, подающее средство (14) для вспомогательного топлива.

12. Пламенная печь по п. 11, в которой фурма (5) и подающее средство (14) для вспомогательного топлива ориентированы параллельно друг другу.

13. Пламенная печь по п. 11, в которой фурма (5) расположена над подающим средством (13) для основного топлива.

14. Пламенная печь по п. 12, в которой фурма (5) и подающее средство (13) для основного топлива расположены с образованием между ними угла от 5° до 20°.

15. Применение устройства по любому из пп. 8-10 при сжигании топлива способом по любому из пп. 1-7.