Спосіб і установка для одержання мінеральних волокон

1. Спосіб одержання мінерального розплаву, в якому здійснюють: підготовку циркуляційної топкової камери, що містить циркуляційні камерні гази; подачу в топкову камеру потоку дисперсного палива через живильний паливопровід; подачу в топкову камеру газу, підтримуючого горіння; змішування потоку дисперсного палива з газом, підтримуючим горіння, і циркуляційними камерними газами шляхом подачі в топкову камеру допоміжного газу через вхідний патрубок для допоміжного газу, причому допоміжний газ подається поблизу від потоку дисперсного палива і швидкість подачі допоміжного газу щонайменше на 100 м/с перевищує швидкість подачі дисперсного палива; суспендування дисперсного мінерального матеріалу в циркуляційних камерних газах і спалювання палива, що спричиняють розплавлення дисперсного мінерального матеріалу з одержанням мінерального розплаву і гарячих відхідних газів; відділення гарячих відхідних газів від розплаву і витягання розплаву. 2. Спосіб за п. 1, в якому вхідний патрубок для допоміжного газу концентрично оточує живильний паливопровід. 2 (19) 1 3 91450 4 за будь-яким із попередніх пунктів, що містить: циркуляційну топкову камеру; живильний паливопровід, що виходить в топкову камеру; вхідний патрубок для допоміжного газу, що концентрично оточує живильний паливопровід і забезпечений на кінці соплом, що звужується; пристрій для подачі в камеру газу, підтримуючого горіння; пристрій для подачі в камеру дисперсного мінерального матеріалу; пристрій для відділення гарячих відхідних газів від розплавленого мінерального матеріалу; пристрій для витягання розплаву. Даний винахід стосується одержання мінерального розплаву шляхом спалювання горючого матеріалу в присутності мінерального дисперсного матеріалу, що спричиняє утворення розплаву. Потім розплав може бути перероблений з одержанням мінеральних волокон. Якщо волокна являють собою скловолокно, розплав звичайно одержують шляхом додання дисперсного мінерального матеріалу в порцію розплаву, попередньо одержану в електричній печі або ванній печі іншого типу. Це є зручним з урахуванням хімії, фізичних властивостей і економіки виробництва скловолокна, що звичайно має наступний хімічний склад з розрахунку на масу оксидів: більше 10% Na2O + K2O, менше 3% заліза в розрахунку на FeO, менше 20% CaO + MgO, більше 50% SiO2 і менше 5% Al2O3, а також часто деяку кількість бору. Однак подібна система є непрактичною і неекономічною з урахуванням температури розплаву, інших фізичних властивостей і економіки для виробництва базальтових, кам'яних або шлакових волокон, що звичайно мають наступний склад з розрахунку на масу оксидів: менше 10% Na2O + K2O, більше 20% CaO + MgO, більше 3% заліза в розрахунку на FeO, менше 50% SiO2 і часто більше 10% Al2O3; бор звичайно міститься не більш ніж в нехтувано малих кількостях. Звичайним шляхом одержання розплаву для одержання шлакових, кам'яних або базальтових волокон є використання шахтної печі, в якій вільно насипаний бурт дисперсного мінерального матеріалу нагрівають шляхом спалювання в печі горючого матеріалу. Бурт частково плавиться і поповнюється зверху, в той час як розплав стікає вниз бурту і видаляється з поду печі. Звичайно в подібних цілях застосовують купольну піч. Необхідно, щоб бурт був вільно насипаний і був проникним для топкових газів, які звичайно генерують шляхом спалювання вуглецевмісного матеріалу в бурті. Тому необхідно, щоб всі складові бурту були відносно грубодисперсними (для того, щоб бурт був проникним) і мали високу фізичну міцність, і щоб бурт не обвалювався до досягнення достатньої глибини згоряння або плавлення. На практиці це означає, що вуглецевмісний матеріал являє собою кокс, а дисперсний матеріал або являє собою грубо розмолотий базальт, камінь або шлак, або знаходиться в формі брикетів, одержаних з дрібнодисперсного матеріалу. Відповідно, якщо доступний матеріал є доступним тільки в дрібнодисперсній формі, необхідно рахуватися з витратами і незручностями формування його в брикети. При брикетуванні як зв'язуюче звичайно застосовуються сірковмісні матеріа ли, в тому числі портландцемент в суміші з гіпсом, що означає, що відхідні гази обов'язково мають високий вміст сірки, і робить необхідною їх обробку. Звичайно газ містить H2S і СО, якщо він не піддається допалюванню. З вказаних і інших причин в більшості випадків є необхідним здійснення стадії допалювання відхідних газів купольної печі, щоб гази, що скидаються в атмосферу, були екологічно задовільними; є бажаним, щоб необхідність в застосуванні допалювального пристрою була відсутня. Купольна або інша шахтна піч також має той недолік, що умови в печі близькі до відновлювальних, що є достатнім для відновлення частини заліза до металевого заліза. Це робить необхідним відділення металевого заліза від розплаву, знижує обсяг виробництва вати, призводить до утворення відходів заліза, а також примушує рахуватися з ризиком корозії в зоні, що містить залізо і шлак. Іншим недоліком є те, що даний процес не відрізняється високим тепловим ккд. Незважаючи на вказані недоліки, процес одержання базальтових, кам'яних або шлакових волокон, наприклад, що мають вказаний вище склад, із застосуванням купольної або іншої шахтної печі широко розповсюдилися у всьому світі. Альтернативна і абсолютно інша система для одержання мінерального розплаву, що дозволяє усунути або зменшити недоліки купольної системи, описана в публікації авторів даного винаходу WO 03/002469, що вийшла раніше. У подібній системі використані суспендування порошкоподібного вугілля або іншого палива в попередньо прогрітому топковому повітрі і спалювання зваженого палива в присутності зваженого дисперсного мінерального матеріалу в циркуляційній топковій камері, тобто в топковій камері, в якій зважені дисперсні матеріали і повітря циркулюють в системі, що являє собою систему циклонної циркуляції або близьку до неї. Таку систему звичайно називають циклонною піччю. Внаслідок подібного процесу утворюються мінеральний розплав і гарячі відхідні гази. Зважене паливо подають в попередньо нагріте топкове повітря через вхідний трубопровід, в який додають дисперсний матеріал. Для забезпечення зведення до мінімуму екологічних проблем, пов'язаних з відхідними газами, зокрема, з оксидами азоту, що містяться у відхідних газах, які далі називаються NOx, відхідні гази можуть бути піддані обробці. Переважною є обробка відхідних газів шляхом приведення в контакт в умовах відновлення NOx з дисперсним матеріалом в циклонному пристрої попереднього нагрівання перед подачею в плавильний циклон. 5 Циклонна піч має істотні переваги в порівнянні з купольними або іншими шахтними печами. Відносно палива відпадає необхідність в брикетуванні дрібнодисперсних частинок; можливе застосування широкого ряду горючих матеріалів, наприклад, пластмас. Застосування циклонної плавильної печі усуває ризик відновлення руди до заліза і призводить до виділення відхідних газів, що є екологічно прийнятними. Гнучкість продуктивності по розплаву є набагато більшою, ніж для купольної печі, з чого виходить, що обсяг виробництва може бути легко і швидко змінений, наприклад, від 40% до 100% повної продуктивності, що сильно знижує час, необхідний для відповіді на зміну потреби. Крім того, плавлення в циклонній печі відбувається набагато швидше, ніж у випадку купольної печі, і протікає протягом часу порядку хвилин, а не годин. Таким чином, застосування циклонної плавильної пічної системи є економічно і екологічно вигідним, і система, описана в WO 03/002469, виправдовує себе. Однак можливі численні вдосконалення подібного процесу. Патент США US 4365984 також стосується одержання мінеральної вати із застосуванням циклонної плавильної печі і передбачає подачу дисперсної вторинної сировини, що містить неорганічні негорючі і органічні горючі компоненти, в топкове повітря. Указано, що швидкість подібного потоку частинок знаходиться в межах 30-60м/с. Згоряння відбувається, як тільки потік частинок надходить в зону горіння. У DE19500962 описаний спосіб одержання продуктів плавлення в циклонній плавильній печі із застосуванням сопла пальника, через яке подаються паливо і кисень, і сопла для частинок, через яке подається дисперсний матеріал, що підлягає плавленню. Згідно з одним з варіантів здійснення, сопло пальника концентрично оточує сопло для частинок. Значення відносних швидкостей, з якими речовини проходять через сопло пальника і сопло для частинок, в DE 19500962 не вказані. Також відсутні відомості про подачу повітря, що не містить частинок або палива, і що рухається зі швидкістю, відмінною від швидкості подачі сопла пальника і сопла для частинок. Плавильні циклони також відомі в інших галузях. Наприклад, патент США US 4566903 стосується способу пірометалургійної обробки, згідно з яким потік частинок металевої руди, що не містить заліза, змішується з первинним топковим повітрям і подається в реакційну камеру, де розжарюється. Вказано, що лінійна швидкість потоку частинок становить щонайменше 35м/с або, при застосуванні вторинного повітря, щонайменше 100м/с, наприклад, 177м/с, що дозволяє запобігти проскоку розжареного матеріалу з реакційної камери в потік частинок. Вторинне повітря може подаватися через спіральний кожух, що оточує місце подачі потоку частинок, таким чином, його шлях виявляється криволінійним. Указано, що швидкість руху вторинного повітря становить близько 100м/с, тобто зі швидкістю, близькою до швидкості потоку частинок. Патент США US 3759501 належить до галузі 91450 6 виробництва міді; для одержання чорнової міді з мідевмісних матеріалів в ньому використана циклонна плавильна установка. Мідевмісні матеріали подають в циклонний апарат в стисненому потоці разом з кисневмісним газом. Потік одержують із застосуванням кисневої фурми, що повністю знаходиться всередині живильного трубопроводу і дозволяє змішувати мідевмісний матеріал з киснем, але не чинить впливу на процеси всередині циклонного апарату. Циклонні топкові камери також застосовуються при спаленні палива для виробництва енергії, що описано в заявці CШA US 2005/0039654, в якій в зону горіння подається суміш вугілля з повітрям. Крім того, з невказаною швидкістю, переважно, поряд із сумішшю вугілля з повітрям, подається третинний газ; подача відбувається таким чином, щоб збагачення киснем відбувалося без спотворення існуючих в циклоні структур потоку. Даний винахід, зокрема, стосується застосування циклонної печі для одержання мінерального розплаву і має задачу удосконалення відомих процесів подібного типу. Першим об'єктом даного винаходу є спосіб одержання мінерального розплаву, що включає в себе: підготовку циркуляційної топкової камери, що містить циркулюючі камерні гази; подачу в топкову камеру потоку дисперсного палива через живильний паливопровід; подачу в топкову камеру газу, підтримуючого горіння; змішування потоку дисперсного палива з газом, підтримуючим горіння, і циркуляційними камерними газами шляхом подачі в топкову камеру допоміжного газу через вхідний патрубок для допоміжного газу, причому допоміжний газ подається поблизу від потоку дисперсного палива і причому швидкість подачі допоміжного газу щонайменше на 100м/с перевищує швидкість подачі дисперсного палива; суспендування дисперсного мінерального матеріалу в циркуляційних камерних газах і спалювання палива, що спричиняють плавлення дисперсного мінерального матеріалу з одержанням мінерального розплаву і гарячих відхідних газів; відділення гарячих відхідних газів від розплаву і витягання розплаву. Другим об'єктом даного винаходу є установка, придатна для проведення процесу, відповідного першому об'єкту даного винаходу, і що містить: циркуляційну топкову камеру; живильний паливопровід, що виходить в топкову камеру; вхідний патрубок для допоміжного газу, концентрично оточуючий живильний паливопровід і забезпечений на кінці соплом, що звужується; пристрої для подачі в камеру газу, підтримуючого горіння; пристрої для подачі в камеру дисперсного мінерального матеріалу; пристрої для відділення гарячих відхідних газів від розплавленого мінерального матеріалу; пристрої для витягання розплаву. Знайдено, що в системах для одержання мі 7 нерального розплаву в циркуляційній топковій камері, відомих в рівні техніки, внаслідок повільного і неповного змішення палива, газів, що підтримують горіння, і гарячих циркуляційних газів в топковій камері досягаються значення ккд, менші оптимальних. Мабуть, це пов'язано з тим фактом, що при вході потоку частинок палива в топкову камеру замість диспергування потік щонайменше частково залишається незмінним і тому має в камері схожість зі "стрижнем" частинок палива. Це означає, що частинки палива не згоряють негайно, оскільки вони не повністю змішуються з газом, підтримуючим горіння, і гарячими газами в камері. Крім того, частинки палива в різних ділянках "стрижня" надходять в різні ділянки циркуляційного потоку всередині топкової камери, і тому мають періоди перебування всередині камери, що істотно розрізняються. Це призводить до наявності істотної частини частинок палива, що мають час перебування всередині топкової камери, який надто малий для забезпечення повного згоряння. Подібні частинки повністю втрачаються із системи з відхідними газами або можуть згоряти у вихідному каналі для відхідних газів. Це є неефективним і небажаним. Важливою проблемою в цьому випадку є довговічність циклонної пічної установки, оскільки умови в ній є дуже агресивними, особливо на ділянках установки, через які на швидкості проходять дисперсні матеріали. Дані ділянки особливо схильні до зношування. Тому, хоча просте підвищення швидкості, з якою зважені частинки палива надходять в топкову камеру, може спричинити більш рівномірне змішення, воно також може підвищити зношування установки до неприйнятного рівня. Даний винахід вирішує проблему низького ккд по паливу без зниження довговічності установки шляхом застосування допоміжного газу, який подають в топкову камеру поблизу від потоку дисперсного палива і який рухається набагато швидше, ніж паливо. Переважно, щоб допоміжний газ також рухався набагато (щонайменше на 100м/с) швидше, ніж газ, підтримуючий горіння. Допоміжний газ спричиняє місцеву турбулентність, яка в свою чергу спричиняє змішування дисперсного палива з газом, підтримуючим горіння, і з циркуляційними камерними газами. Таким чином, частинки палива диспергуються всередині камери і згоряють швидше внаслідок негайного змішування як з гарячими циркуляційними камерними газами, так і з газом, підтримуючим горіння. Оскільки частинки палива краще задисперговані в циркулюючому газі, підтримуючому горіння, їх час перебування всередині камери розподілений більш рівномірно, що означає, що більша частина частинок палива піддається повному згорянню всередині камери і сприяє одержанню мінерального розплаву. Даний винахід знижує кількість моноксиду вуглецю, що утворюється, шляхом підвищення рівня повного згоряння палива. Іншою перевагою даного винаходу є те, що допоміжний газ, що має високу швидкість, основна складова якого направляється в корпус камери, допомагає підтримувати циркуляційні потоки в камері і підвищує імпульс циркуляційних газів з 91450 8 метою підтримки циклонного ефекту. Згідно з переважним варіантом здійснення, допоміжний газ подається в камеру через сопло, яке виконане так, щоб вона збільшувала швидкість газу в місці подачі. Це означає, що в частині вхідного патрубка для газу, що залишилася, необхідна більш низька швидкість газу. Це викликає менше зношування, ніж у випадку, якщо та ж швидкість подачі досягається без застосування сопла. Сопло також надає швидкості потоку допоміжного газу, спрямованого в потік палива, поперечну складову. Це посилює ефект змішування. Допоміжний газ, переважно, стискають, тобто його тиск становить більше атмосферного тиску (1 бар), переважно, від 2 до 4 бар. У даному варіанті здійснення на вході в камеру газ розширяється, що підвищує турбулентність і змішування частинок палива з газом, підтримуючим горіння, і гарячими циркуляційний газами. Тому важливою властивістю допоміжного газу є його тиск, що перевищує тиск в циклоні, який звичайно є атмосферним. Зокрема, найкраще змішування досягається, якщо тиск допоміжного газу більший або дорівнює подвоєному тиску газів в циклоні. Допоміжний газ, переважно, подається, тобто виходить з трубопроводу для допоміжного газу, зі звуковою швидкістю. "Звукова" в даному контексті означає швидкість, яка становить швидкість звуку або перевищує її. При кімнатних умовах температури і тиску газу швидкість звуку становить 340м/с або більше і істотно змінюється залежно від умов і типу газу. Важливим є те, що допоміжний газ рухається зі швидкістю звуку, відповідною конкретним умовам, що є, або зі швидкістю, що перевищує її. Знайдено, що допоміжний газ, що подається при таких швидкостях, чинить особливо сприятливу дію на ккд по паливу. Даний винахід також включає в себе спосіб одержання волокон з розплаву, згідно з яким витягнутий розплав самопливом направляють в установку для одержання волокон, яка може являти собою багатоступінчастий відцентрово-валковий прядильний пристрій, прядильний пристрій із застосуванням центрифугальної чаші або будь-який інший відомий відцентровий прядильний пристрій, і переробляють з утворенням волокон, які потім з'єднують, наприклад, у вигляді полотна, і перетворюють в проклеєний або інший мінеральноволокнистий продукт відомими способами. Склад розплаву звичайно такий, що волокна належать до типів, що звичайно називаються шлаковими, кам'яними або базальтовими волокнами, проте даний винахід також може бути застосований для одержання скловолокна. Даний винахід також включає в себе способи, в яких витягнутий розплав може бути застосований в абсолютно інших цілях, наприклад, для одержання литих виробів. Другим об'єктом даного винаходу є установка, переважна для одержання розплаву і така, що включає в себе топкову камеру, в якій є живильний паливопровід і вхідний патрубок для допоміжного газу, що виходять в середину останньої, причому допоміжний вхідний патрубок оточує живильний паливопровід і має на кінці сопло, що звужується. 9 Циркуляційна топкова камера згідно з даним винаходом належить до типу, що часто називається циклонною піччю. Переважно, вона охолоджується водою. Конструкції придатних циклонних печей описані в багатьох патентах, в тому числі US 3855951, 4135904, 4553997, 4544394, 4957527, 5114122 і 5494863. Дисперсне паливо, що застосовується в даному винаході, звичайно являє собою вуглецевмісний матеріал і може являти собою будь-який дисперсний вуглецевмісний матеріал, який володіє придатною теплотою згоряння. Остання може бути відносно низькою, наприклад, 10000кДж/кг і навіть 5000кДж/кг. Тому паливо може являти собою, наприклад, висушений осад стічних вод або макулатуру. Переважно, воно має більш високу теплоту згоряння і може являти собою використану футерівку електролізерів алюмінієвої промисловості, вугілля, що містить забруднення, в тому числі пусту породу, або вугільний пил. Згідно з переважним варіантом здійснення, паливо являє собою вугільний пил і може являти собою вугільний дрібняк, однак, переважно, частина, як правило, щонайменше 50%, більш переважно, щонайменше 80%, як правило, все вугілля одержують шляхом розмелювання кускового вугілля, наприклад, із застосуванням кульового млина. Вугілля, що спочатку надходить у вигляді дрібняка або шматків, може являти собою вугілля високої якості або забруднене вугілля, що містить велику кількість неорганічних компонентів, наприклад, від 5 до 50% неорганічних речовин, причому інша частина являє собою вуглець. Переважно, вугілля в основному або повністю являє собою високоякісне вугілля, наприклад, бітумінозне або суббітумінозне вугілля (стандарт ASTM D388 1984) і містить леткі речовини, які промотують горіння. Частинки палива, переважно, мають середній розмір в інтервалі від 50 до 1000мкм, більш переважно, від 50 до 200, звичайно, приблизно 70мкм, причому 90% частинок мають розміри в зоні менше 100мкм. Паливо подається в камеру через живильний трубопровід звичайним шляхом з одержанням потоку частинок палива. Це звичайно спричиняє застосування газу-носія, в якому зважені частинки палива. Газ-носій може являти собою повітря, що, переважно, має кімнатну температуру щоб уникнути проскоку, або менш реакційноздатний газ, в тому числі азот. Живильний трубопровід, переважно, є циліндричним. Газ, підтримуючий горіння, подається в камеру і може мати кімнатну температуру, однак переважним є його попереднє нагрівання. Максимально можлива температура, до якої нагрівають газ, підтримуючий горіння, становить близько 600°С; попереднє нагрівання, переважно, проводиться до 300-600°С, найбільш переважно, до близько 500550°С. Газ, підтримуючий горіння, може являти собою будь-який газ, в якому може згоряти паливо, наприклад, повітря, повітря, збагачене киснем, або чистий кисень. Він також може містити пропан або метан, однак в переважних варіантах здійснення він являє собою повітря або кисень. При застосуванні чистого кисню останній, переважно, 91450 10 має кімнатну температуру і не піддається попередньому нагріванню. Газ може подаватися через живильний трубопровід разом із зваженим в ньому паливом, особливо якщо він має відносно низьку температуру. Згоряння палива не повинне починатися в паливопроводі до того, як паливо надійде в камеру (явище, відоме як "проскок"), тому в даному варіанті здійснення необхідна низька температура газу. Проте газ, переважно, подається окремо через один або декілька вхідних патрубків, які можуть бути розташовані поблизу від живильного паливопровода таким чином, щоб газ, підтримуючий горіння, направлявся в камеру на тій же ділянці, що і паливо, з метою забезпечення ефективного змішування. У найбільш переважному варіанті здійснення вхідний патрубок для газу, підтримуючого горіння, концентрично оточує живильний паливопровід і вхідний патрубок для допоміжного газу, як описано нижче. Як при спільній, так і при окремій подачі, швидкість, з якою газ, підтримуючий горіння, і паливо подаються в камеру, є відносно низькою (переважно, між 1 і 50м/с) з метою зведення до мінімуму зношування установки. Якщо паливо зважене в газі, підтримуючому горіння, швидкість, переважно, становить від 5 до 40м/с. При окремій подачі, що є переважною, швидкість подачі палива, переважно, становить від 20 до 40м/с. Внаслідок використання допоміжного газу, що має високу швидкість і, як наслідок, імпульс, швидкість подачі газу, підтримуючого - горіння, може мінятися в широкому інтервалі, наприклад, від 5 до 100м/с, і, переважно, знаходиться в інтервалі від 20 до 75м/с. У даному винаході в топкову камеру також подається допоміжний газ для диспергування частинок палива в камері і, як наслідок, їх змішування з газом, підтримуючим горіння, і циркуляційними газами. Допоміжний газ подається через вхідний патрубок для допоміжного газу, який розташований так, щоб допоміжний газ подавався поблизу потоку частинок палива в місці, в якому вони поступають в камеру або поруч з ним. Таким шляхом допоміжний газ приводиться в контакт з потоком палива і забезпечує змішування. Основною причиною, з якої допоміжний газ викликає диспергування частинок палива і їх змішування з газом, підтримуючим горіння, і циркуляційними газами, є відмінність швидкостей подачі. Допоміжний газ подається з швидкістю, яка щонайменше на 100м/с перевищує швидкість подачі частинок палива і газу, підтримуючого горіння. Це спричиняє появу зсувних сил між потоком допоміжного газу і паливом, що повільніше рухається, і оточуючими його газами, що руйнує потік частинок палива, газу, підтримуючого горіння, і камерних газів і, як наслідок, спричиняє повне змішування. Допоміжний газ може являти собою будь-який газ, що спричиняє подібний ефект змішування, наприклад, повітря; повітря, збагачене киснем, чистий кисень; пропан, метан або азот. При подачі основна складова допоміжного газу продовжує переміщуватися в напрямку подачі по прямій лінії від вхідного патрубка в камеру. Тому велика частина направленої швидкості, тобто вектора швидкості, розповсюджується в напрямі по 11 дачі. Оскільки допоміжний газ перемішується швидко, його імпульс (похідна швидкості і масового потоку) є високим, навіть якщо він застосовується у відносно малих кількостях. Даний імпульс допомагає підтримувати потоки в циклоні. Допоміжний газ, переважно, також має другорядну складову, яка напрямлена вбік, в потік частинок палива, що сприяє швидкому і екстенсивному змішенню. Вхідний патрубок для допоміжного газу може бути розташований в будь-якому місці поблизу від живильного трубопроводу з метою подачі газу поблизу від потоку частинок палива, однак для оптимізації ефекту змішення вхідний патрубок для допоміжного газу, переважно, концентрично оточує живильний паливопровід. Якщо газ, підтримуючий горіння, не подається через живильний паливопровід разом з паливом, вхідний патрубок для газу, підтримуючого горіння, переважно, концентрично оточує вхідний патрубок для допоміжного газу. Патрубки для допоміжного газу і для газу, підтримуючого горіння, переважно, є циліндричними. Для оптимізації ефекту змішування швидкість подачі допоміжного газу, переважно, щонайменше на 200м/с перевищує швидкість подачі палива і газу, підтримуючого горіння, і, як правило, становить щонайменше, 250м/с, переважно, щонайменше 300м/с. В найбільш переважному варіанті здійснення швидкість подачі допоміжного газу є звуковою, тобто такою, що більша або дорівнює швидкості звуку. Остання змінюється залежно від температури і типу газу (наприклад, в атмосферному повітрі швидкість звуку становить близько 340м/с, тоді як в повітрі при 550 C вона становить близько 575м/с). Також, переважно, щоб газ піддавався стисненню, переважно, до тиску, що щонайменше вдвічі перевершує тиск в камері і, переважно, становить від 2 до 4 бар. У цьому випадку газ розширюється при надходженні в камеру, що ще більше посилює ефект змішування. Для досягнення високої швидкості подачі переважною є подача допоміжного газу через сопло, що звужується, оскільки при цьому збільшується швидкість газу; це означає, що в частині газового патрубка, що залишилася, можливі менші швидкості газу, що знижує зношування газового патрубка і забезпечує максимальну довговічність установки. Можливе застосування будь-яких сопел, зокрема, сопел, відомих як "сопла Лаваля", що підвищують швидкість допоміжного газу до надзвукової. Переважно, сопло має таку форму, щоб воно збільшувало швидкість газу до звукових значень, а також щоб воно направляло одну з складових потоку газу вбік і в потік палива. Внутрішня поверхня сопла, переважно, звужується під кутом від 20 до 40°, переважно, від 25 до 35°, при цьому мова йде про кут, під яким сопло, що звужується, відхиляється від попередньої частини патрубка. Протилежно соплу Лаваля, отвір сопла, переважно, є найбільш вузькою точкою, що посилює направлену вбік складову газу, що подається. Допоміжний газ може бути підданий попередньому нагріванню, однак для підвищення енерге 91450 12 тичного ккд і полегшення стиснення переважно потрібно не нагрівати його. Хоча допоміжний газ може надавати кисень для горіння або являти собою горючий газ, в тому числі метан або пропан, основною метою його застосування є сприяння змішуванню з газом, підтримуючим горіння, тому можливе застосування інертних газів, в тому числі азоту. У способі згідно з даним винаходом для досягнення оптимального змішування необхідна лише відносно невелика кількість допоміжного газу; дійсно, оскільки допоміжний газ звичайно не зазнає попереднього нагрівання, його кількість повинна підтримуватись на низькому рівні для підтримки в камері високої температури, необхідної для плавлення. Згідно з даним винаходом, допоміжний газ, переважно, становить менше 40 мас.% усього газу, що подається, більш переважно, від 10 до 30%, найбільш переважно, від 15 до 20% усього газу, що подається. "Весь газ, що подається" включає в себе допоміжний газ і газ, підтримуючий горіння, а також будь-який інший газ, що подається в камеру. Дисперсний мінеральний матеріал, що піддається розплавленню в камері з одержанням мінерального розплаву, подається в камеру таким чином, щоб він суспендувався в газах, що знаходяться в ній. Місце, в якому відбувається додавання дисперсного мінерального матеріалу, не є істотним; можливе змішування його з паливом і подача через живильний паливопровід. Однак переважно додавати дисперсний мінеральний матеріал в паливо, що горить. Це може бути досягнуто шляхом введення дисперсного мінерального матеріалу в камеру через патрубок звичайним шляхом, наприклад, у верхній частині камери. Всередині циркуляційної топкової камери відбувається згоряння дисперсного вугілля і перетворення дисперсного мінерального матеріалу, зваженого в газі, в розплав. Розплав і дисперсний матеріал можуть бути відкинуті на стінки камери і спадають на дно камери, переважно, у вигляді розплаву. Циркуляційна камера може являти собою горизонтальний або похилий циклон, однак часто вона є вертикальною. Нижня частина камери може виходити в ємність для збору розплаву. Камера може виходити безпосередньо в ємність без переходу в конічний або інший канал, що звужується, типів, відомих для багатьох систем, оскільки наявність конічного каналу як виходу не дає переваг і перешкоджає попаданню потоку в нижню частину камери. Переважно, нижня частина циркуляційної камери виходить на ділянку витягання, з якої розплав потім транспортується для використання в процесі переробки у волокна. Наприклад, розплав може витягуватися і потім переміщуватися по жолобу для вивантаження на ділянках, з яких розплав вивантажується в прядильні пристрої для одержання волокон. Ємність може знаходитися на дні камери (наприклад, як описано в патенті США US 4553997) або являти собою осаджувальний бак істотно більшого об’єму. В осаджувальному баці повинні знаходитись об’єм газу, достатній для забезпечення осадження крапель розплаву з відхідних газів і об'єм розплаву, достатній для забезпечення роз 13 чинення частинок, які можуть бути розплавлені не повністю, і для гомогенізації розплаву. При необхідності для підведення зовнішньої енергії до осаджувального бака, наприклад, для підвищення температури відхідних газів, особливо при пуску, можуть бути використані газовий пальник або інші засоби. Розплав витягують, наприклад, шляхом витікання з ємності, у випадку необхідності через жолоб, самопливом; потім можлива його переробка у волокна відомими способами, наприклад із застосуванням багатоступінчастого відцентрововалкового прядіння, прядіння з використанням центрифугальної чаші або будь-якого іншого відомого відцентрового способу одержання волокон. В іншому варіанті здійснення розплав може надходити в інший виробничий процес, наприклад, в ливарний процес. Гарячі відхідні гази підіймаються вгору і відводяться з верхньої частини циркуляційної топкової камери. З метою забезпечення зведення до мінімуму рівня шкідливих для навколишнього середовища NOx у відведених відхідних газах, останні, переважно, піддають обробці. У переважному варіанті здійснення обробку проводять шляхом приведення газу в контакт з дисперсним матеріалом в умовах відновлення NOx в циклонному пристрої попереднього нагрівання. Перевагами при цьому є відновлення NOx у відхідному газі нарівні з попереднім нагріванням дисперсного матеріалу з метою полегшення його плавлення в печі. Умови відновлення NOx, переважно, створюють шляхом подачі в циклонний пристрій попереднього нагрівання азотовмісного матеріалу, який відновлює NOx в умовах, які переважають в пристрої попереднього нагрівання. Азотовмісний матеріал може бути введений до складу гарячого відхідного газу, що подається в пристрій попереднього нагрівання, або доданий безпосередньо в пристрій. Азотовмісний матеріал, що подається в циклонний пристрій попереднього нагрівання, переважно, являє собою аміак або сполуку амонію, аміну або сечовину, причому сечовина може мати вільну форму або, більш переважно, являти собою смолоподібний продукт, в тому числі сечовиноформальдегідну або фенолсечовиноформальдегідну смолу. Особливо переважно, щоб умови відновлення NOx створювалися шляхом введення в дисперсний матеріал, що подається в циклонний пристрій попереднього нагрівання, відходів мінеральної вати, що містять зв'язуюче, причому останні повинні містити сечовинну смолу (звичайно фенолсечовинну смолу) і/або аміак або сполуку амонію (наприклад, як буферний агент для смоли, що входить до складу відходів вати). Тому згідно з даним винаходом є можливим одночасне використання відходів і введення їх в реакцію у відповідних умовах з метою відновлення значної кількості NOx у відхідних газах до азоту. Кількість аміаку, його похідного або інших сполук, що відновлюють NOx, переважно, становить від 1 до 4 (більш переважно, від 1 до 2, особливо, від 1 до 1,7) моль на 1 моль NOx; реакцію, переважно, проводять при температурі від 800°C до 91450 14 1050°С. Час перебування в реакції, переважно, становить щонайменше 0,3 сек., найбільш переважно, щонайменше 1 сек. Звичайно таке значення має час перебування дисперсного мінерального матеріалу в циклонному пристрої попереднього нагрівання і/або в системі каналів до охолоджування відхідного газу нижче температури реакції, наприклад, нижче 800°C. У подібних умовах, переважно, при температурі в межах від 800 до 1050°С, майже всі NOx відновлюються до азоту, навіть якщо атмосфера в пристрої попереднього нагрівання, переважно, є окислювальною. Тому, відповідно до іншої істотної ознаки даного винаходу, газова атмосфера в циклонному пристрої попереднього нагрівання містить надлишок кисню, переважно, в кількості, що дорівнює щонайменше 1% або 2%, найбільш переважно, щонайменше 4%, наприклад, до 8 об./мас.% від газової атмосфери. Незважаючи на окислювальну природу атмосфери, в умовах, визначених для пристрою попереднього нагрівання, NOx відновлюються шляхом додання аміаку або інших азотовмісних сполук. Тому пристрій попереднього нагрівання може одночасно виконувати функції відновника NOx і окислювального допалювача з метою спалювання сполук, що забруднюють навколишнє середовище, в тому числі сірководню і моноксиду вуглецю, що утворюється в циркуляційній топковій камері. Відхідні гази, що відокремлюються від розплаву і потім направляються в циклонний пристрій попереднього нагрівання, переважно, містять менше кисню, ніж гази, присутні в пристрої попереднього нагрівання, тому або в пристрій попереднього нагрівання, або між розплавом і вказаним пристроєм до відхідних газів додають газоподібне або інше джерело кисню. Згоряння в циркуляційній топковій камері, переважно, є близькостехіометричним або навіть субстехіометричним. У результаті кількість NOx, що утворюється під час згоряння, зводиться до мінімуму. Відношення кількості кисню до кількості горючого матеріалу звичайно становить від 0,8 до 1, найбільш переважно, від 0,85 до 0,99, часто, від 0,92 до 0,97. Тому в способі і установці, що є переважними згідно з даним винаходом, згоряння вуглецевмісного дисперсного матеріалу і плавлення мінерального дисперсного матеріалу проводиться в умовах невеликої нестачі кисню, і відхідний газ, який утворюється, необхідно в невеликій мірі піддавати окисленню; потім відхідні гази в одну стадію піддаються окислювальному допалюванню і відновленню NOx в циклонному пристрої попереднього нагрівання. Температура відхідних газів при їх відділенні від розплаву, переважно, становить від 1400 до 1700°С, часто, від 1500 до 1600°С. Температура газів, що надходять в циклонний пристрій попереднього нагрівання, звичайно знаходиться в межах від 1000 до 1500°С. Якщо дане значення менше температури газу при виділенні з розплаву, що природно, зниження температури може бути досягнуте шляхом розбавлення газом і/або рідиною, переважно, водою. Відношення кількостей посту 15 паючого відхідного газу і дисперсного мінерального матеріалу повинне бути таким, щоб мінеральний матеріал піддавався нагріванню до необхідної температури, звичайно, від 700 або 800° до 1050°С, в циклонному пристрої попереднього нагрівання. Відхідні гази циклонного пристрою попереднього нагрівання використовують для попереднього нагрівання газу, призначеного для згоряння вуглецевмісного матеріалу; звичайно на виході з пристрою попереднього нагрівання температура газів знаходиться в межах від 800 до 900°С. Гази, переважно, використовують для теплообміну з поступаючим газом, підтримуючим горіння, з метою попереднього нагрівання останнього до температури, що дорівнює щонайменше 50°С і, переважно, становить від 600 до 900, найбільш переважно, близько 700-800°С. Винахід пояснюється на кресленні, де: Переважний варіант здійснення даного винаходу далі пояснюється з посиланням на фіг., що являє собою також технологічну схему переважного варіанту здійснення даного винаходу. Кускове вугілля подають з силосу 5 і розмелюють за допомогою кульового млина 4. Потім вугілля суспендують в повітрі-носії при кімнатній температурі, транспортують по живильному паливопроводу 1 і подають в циркуляційну топкову камеру 25 на виході з паливопроводу 1. Дисперсний матеріал подають з бункерів 12 і 13, причому особливо важливим є бункер 13, оскільки він містить дисперсні відходи, до складу яких входить джерело азоту, наприклад, мінеральну вату в суміші зі зв'язуючим, що являє собою сечовинну смолу. Різні матеріали з бункерів 12 і 13, у випадку необхідності після додаткового диспергування в кульовому або іншому млині, потім змішують і направляють в силос 14, з якого вони безперервно розвантажуються в подаючий пристрій 11. Звідти вони через циклонний пристрій 22 попереднього нагрівання надходять в циркуляційну топкову камеру 25 через живильний пристрій 7. Газ, підтримуючий горіння, в цьому випадку повітря, подають вентилятором 17 через теплообмінник 16 і канал 2 до вхідного патрубка 3 для газу, підтримуючого горіння, звідки він надходить в циркуляційну топкову камеру 25. Допоміжний газ, в цьому випадку повітря, надходить з джерела 24 по каналу 6 в сопло 8, звідки він зі звуковими швидкостями надходить в циркуляційну топкову камеру 25. 91450 16 Допоміжне повітря спричиняє всередині циркуляційної топкової камери 25 швидке змішування вугілля з топковим повітрям і гарячими газами, циркулюючим всередині камери. Допоміжне повітря також підтримує циклонний ефект всередині камери внаслідок високого значення його швидкості всередині камери. Після швидкого змішування відбувається згоряння палива, і зважений в повітрі дисперсний мінеральний матеріал перетворюється в розплав. Розплав і дисперсний матеріал можуть бути відкинуті на стінки камери і спадають на дно камери, переважно, у вигляді розплаву. Розплав витікає з камери (можливо, через відстійник, який не показаний) самопливом по жолобу 9. Потім він може бути підданий переробці у волокна відомими способами або використаний в якому-небудь іншому виробничому процесі. Відхідні гази, які не містять розплаву, відводять з циркуляційної топкової камери 25 по каналу 10. Велика частина дисперсного матеріалу, що підлягає плавленню, або весь вказаний матеріал попередньо нагрівають відхідними газами, або подають подаючим пристроєм 11 в потік відхідного газу, який проходить по каналу 10, після чого одержана суспензія в газі проходить через циклонний пристрій 22 попереднього нагрівання. Відхідні гази в каналі 10 при наближенні до подаючого пристрою 11, як правило, охолоджують шляхом розбавлення повітрям і/або водою (не показано) до температури від 1200°C до 1400°С, необхідної для нагрівання дисперсного матеріалу в циклоні 22 до температури, що лежить в межах від 700 до 1000°С, звичайно близько 800°С. Відхідні гази, як правило, виходять з циклону 22 при температурі, що знаходиться в інтервалі від 800 до 1000°С, переважно, близько 900°С. При даній температурі відбувається вибіркове некаталітичне відновлення NOx, переважно, до азоту, результатом чого є задовільно низький вміст NOx, переважна відсутність NOx у відхідних газах, що виходять з циклону 22 по каналу 15. Потім відхідні гази проходять через теплообмінник 16, в якому відбувається посередній теплообмін з топковим повітрям, що надходить з вентилятора 17, внаслідок чого потік попередньо нагрітого топкового повітря, що надходить по каналу 2, набуває необхідних значень. Димові гази видаляються вентилятором 27 через фільтр 18 в димар 19. 17 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 91450 Підписне 18 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601