专利名称：用于将废纸料转化成矿物产品的设备和方法
技术领域：
本发明涉及ー种用于将废纸料转化成矿物产品的方法和设备。
背景技术：
这样的方法和设备从实践中已知并由W096/06057给出教导。这里使用的术语废纸料(paper residue)包括エ业造纸产生的纸浆和诸如平均具有太短纤维的纸等的废纸两者。废纸料还可以包括脱墨纸浆。通过该方法和设备获得的矿物产品能够用作例如水泥的替代品或用作从(热)气流除去金属的吸附剂。该已知的方法采用了形成设备一部分的流化床装置，位于流化床装置下方的是分布板，用于确保至少燃烧空气均匀分布地供给至用于转化成所述矿物产品的弓I入流化床装置中的废纸料和床料。 风箱设置在分布板下方，用于将燃烧空气供给至位于分布板上方的床料和废纸料。在某些情况下，除了燃烧空气外，风箱还可以供给浄化的循环烟气。尽管不是必须的，但是从能源效率的观点来看，可能优选的是采用换热部，该换热部在其第一部分中接收可能补充有循环烟气的(环境)空气，以及在与第一部分分开的第二部分中接收来自流化床装置的烟气，用于在所述烟气和所述(环境)空气之间进行换热以加热后者。然后换热部进ー步连接至风箱，用于将加热的(环境)空气供给至风箱以用作燃烧空气。当采用该方法和设备连续地将废纸料转化成矿物产品时，遇到的问题是，床料的量以及其颗粒的尺寸变化，导致设备的不间断或未打断的操作持续时间受到限制。在现有技术中已知的问题是，床料的量以及其颗粒的直径増大至必须进行测量的量值。有时，在设备的操作期间可以除去劣化的床料，并替换为具有合适特性的床料。其它时候这是不可以的，在该情况下需要打断设备的操作，以将床料替换为具有所需规格的材料。用于转化废纸料的设备的正常操作需要将床料以及其颗粒的直径保持在规定的量值。该规定的量值在不同设备之间变化很小。因此，适用于特定设备的最佳量值可能需要根据适度的反复试验确定。通常来说，期望用于能够在大于每秒O. 5米的流化速度下适应流化床中期望的流化条件的床料以及其颗粒直径的參数为颗粒直径保持在O. 7至4mm之间，优选地在I. 2至I. 8mm之间。流化床的高度应当保持在一定的水平,使得直接位于分布板上方的部位和自由空域之间的压差位于40-200cm水柱的范围内。床料进ー步优选地保持在其球形系数为大约O. 8的水平。以上提及的球形系数或球度在有关流化床料燃烧的一般文献中已经被引入，以说明与理想球形颗粒的偏差。习惯上球度定义为理想球的表面面积与所考虑的颗粒的表面面积的比值，而两个颗粒具有相同的体积球度=As/Ap以及O〈球度〈1，其中，As表示理想球的表面面积，而Ap表示所考虑的颗粒的表面面积，其中两个颗粒具有相同的体积。
关于理想球的表面面积和体积的基础数学的应用得到球度=((4*pi*(3/ (4*pi)) ~ (2/3)) *Vp~ (2/3)) /Ap,其中，Vp为所考虑的颗粒的体积，而Ap为该颗粒的表面面积。
发明内容
不用说，替换床料牺牲了产量，而在床料劣化的情况下维持转化过程也将牺牲产量。两者都对经济性有影响，因此本发明现在g在将该流化床中使用的床料保持在技术要求范围内，以避免打断或间断将废纸料转化为矿物产品的连续过程，并保持生产率和产量尽可能的高。特别是GB-A-I 474711和JP 58069314的现有技术公开了流化床装置，其中可以获知控制燃烧空气的给送率。
根据本发明，通过实现具有控制系统的设备解决了上述问题，其中控制系统满足以下限制Al.控制系统用以控制风箱中的燃烧空气的温度处于所述エ艺參数的范围内，所述エ艺參数的范围选定为所述温度的预定目标值加和减25°C，优选地加和减15°C，其中A2.控制系统还具体表现为使得以摄氏度表示的风箱中燃烧空气的温度的目标值由等式Ttoget=-500*热值+1400确定，其中以MJ/kg表示的热值涉及包括弓I入流化床装置中的任何外加物质的废纸料，和/或BI.控制系统用以将供给至风箱的、相应于每平方米分布板面积的燃烧空气的量控制为预定目标值加和减15%，其中B2.控制系统还具体表现为使得供给至风箱的、相应于每平方米分布板的燃烧空气的量的目标值Qtmgrt由等式Qtawt=4. 35*有机百分数确定，其中有机百分数涉及形成引入流化床装置中的废纸料一部分的有机材料的百分率，和/或B3.控制系统还具体表现为使得供给至风箱的、相应于每平方米分布板面积的燃烧空气的量的目标值设定为相应于每平方米分布板面积I. 7m3/s的量值。需要指出的是，其它的气体可以包括在燃烧空气中。所述其它的气体可以例如为从流化床中排出，优选地为净化后的，并且有利地再加热的烟气。还要指出的是，当在本申请中提及术语热值时，其可以涉及不同的定义。发明人发现，当热值涉及引入流化床装置中的任和其它外加物质和废纸料的总的释放的能量时，可以得到本发明的最好的结果，其考虑了所述废纸料(和其它引入的物质)的构成材料的能量转换，包括流化床装置中燃烧期间的矿物转变。本发明还体现为ー种用于将废纸料转化成矿物产品的方法，该方法使用具有风箱和连接至风箱的分布板的流化床装置，分布板用于将至少燃烧空气均匀分布地供给至分布板上方的流化床的床料和引入流化床装置中的废纸料，其中通过将エ艺參数保持在预定的范围内来控制位于分布板上方的床料的量和床料颗粒的大小，该エ艺參数涉及燃烧空气的量。根据本发明，该方法具有以下限制Al.对风箱中的燃烧空气的温度进行控制，并且所述エ艺參数的范围选定为所述温度的预定目标值加和减25°C，优选地加和减15°C，其中
A2.以摄氏度表示的风箱中的燃烧空气的温度的目标值由等式T_et=-500*热值+1400确定，其中以MJ/g表示的热值涉及包括引入流化床装置中的任意外加物质的废纸料，和/或BI.将供给至风箱的燃烧空气的量控制为相应于每平方米分布板面积的预定目标值，并且该參数的范围选定为所述目标值加和减15%，其中B2.供给至风箱的相应于每平方米分布板的燃烧空气的量的目标值Qtawt由等式Qtarget=4. 35*有机百分数确定，其中有机百分数涉及形成引入流化床装置中的废纸料一部分的有机材料的百分率，和/或B3.供给至风箱、相应于每平方米分布板面积的燃烧空气的量的目标值设定为相应于每平方米分布板面积I. 7m3/s的量值。
以下将參考根据本发明设备的示例性的实施例及其操作方法、并參考该设备的示意图进ー步说明本发明。其中图I示意性地示出了用于转化废纸料的设备；图2示意性地示出了形成图I所示设备的一部分的换热部；图3示出了图表，系关于床料的量的改变率与图I所示设备的风箱中的燃烧空气的温度的依赖关系；图4示出了图表，系关于床料的量的改变率与引入图I所示设备的风箱中的燃烧空气和其它气体的量的依赖关系；图5示出了图表，系关于引入流化床中的废纸料和其它材料的热值与引入风箱中的燃烧空气和其它气体的温度的预期目标值的关系；图6示出了图表，系关于废纸料中的有机材料的百分率和引入风箱中的相应于每平方米分布板的燃烧空气和其它气体的量的预期目标值的关系。
具体实施例方式在附图中使用相同的附图标记情况下，这些附图标记表示相同的部件。首先參考图1，附图标记I表示用于将废纸料转化成矿物产品的示例性设备。该设备I包括具有分布板3的流化床装置2，分布板3用于确保至少燃烧空气向床料和引入流化床装置用于转化成矿物产品的废纸料的供给以及均匀分布。风箱4设置在所述分布板3下方，用于将箭头5表示的燃烧空气供给至风箱4，并最终供给至分布板3上方的物料和废纸料。根据该示例，设备I还可以包括换热部6，该换热部6通过风扇8的运行在分开的部分中接收箭头7表示的环境空气。换热部6通过自由空域(free-board) 10和连接管道9接收从流化床装置2排出的烟气，以在所述烟气和所述环境空气7之间进行换热，用于加热有待用作燃烧空气5的环境空气。为此，换热部6连接至风箱4，以将加热的环境空气7供给至风箱4。图2详细地示出了换热器6，并且示出，在该例子中，并不是全部的环境空气11必须在换热器中6被预加热以转化为可以被引入风箱4的燃烧空气5。还可以的是，环境空气
11的一部分12旁通过换热器6，并与离开换热器6的预加热空气13混合，来提供可以被引入风箱4的燃烧空气流5。根据本发明，设备I以这样ー种方式运作控制分布板3上方的床料的量和床料颗粒的直径。为此目的，使用了本身已知并因此不需说明的控制系统。本发明的创造性的价值体现在该控制系统如何使用的方式方面，尤其是监测并保持エ艺參数在预定的范围内，由此エ艺參数选自包括递送至风箱4的燃烧空气5的温度和燃烧空气5的量的组。在根据本发明的用于将废纸料转化成矿物产品的方法中，其中分布板3上方的床料的量和该床料的颗粒的尺寸通过将引入风箱的燃烧空气的温度維持在预定的范围内来进行控制，优选地所述エ艺參数的目标值根据至少引入流化床装置2中的废纸料和任何其它添加物质的热值来确定。如果任意其它物质连同废纸料一起被引入流化床装置2，那么也 必须考虑该其它物质的热值。此外，当エ艺參数为引入风箱4的燃烧空气5的温度时，所述エ艺參数的范围选择为所述温度的目标值加和减25°C，优选地加和减15°C。合适地，引入风箱4中的燃烧空气的温度的目标值通过等式Ttoget=-500*热值+1400确定，其中热值相关于引入流化床装置2中的废纸料和任意其它物质。这在图5中被示出，其中纵坐标涉及所述的热值，而横坐标涉及引入风箱4中的燃烧空气的温度的目标值。还有利的是，エ艺參数为引入风箱4中的燃烧空气5的量，此情况下范围选择为所述量的目标值加和减15%。图3和图4分别图示了本发明的結果。图3示出的图表图示了当引入风箱4中的燃烧空气5的温度变化时的結果。在该图中，纵坐标示出了燃烧空气5的以摄氏度表明的所述温度，而横坐标示出了通过以毫巴表示的床的压カ的每小时变化测量的床料量的每小时变化率。在大约410°C、在引入流化床装置2中的废纸料的常见热值一在该示例中量值为大约2MJ/kg-下，床料的量证实近乎不变。图4示出的图表图示了当引入风箱4中的燃烧空气5的量变化时的结果。该图中，纵坐标示出相对于分布板3的平方面积标称化的以立方米表示的燃烧空气5的每秒的量，而横坐标示出床料量每小时的变化率。燃烧空气的量和床料量的变化率之间的相互关系在一定程度上次于燃烧空气的温度和所述变化率之间的相互关系，不过在引入风箱4中的燃烧空气5的量和分布板3上方的床料的变化率之间存在确定的关系。当大约接近每平方米分布板毎秒I. 7立方米的量引入风箱4时，呈现为最佳的状态。进ー步的研究显示，该最佳状态所涉及的情况是废纸料中存在大约40%的有机材料，而这是在大多数实际情况下的情形。图6示出了废纸料中存在的有机材料的变化量(纵坐标示出)和相应于每平方米分布板的燃烧空气的最佳量(横坐标示出)之间的关系。两者之间的关系由等式Qtarget=4. 35*有机百分数确定，其中有机百分数涉及形成引入流化床装置中的废纸料一部分的有机材料的百分率，而Qtogrt涉及供给至风箱的相应于每平方米分布板的燃烧空气量的目标值。当不能获得有关有机百分数的信息时，每平方米分布板毎秒I. 7立方米的值优选地用作有待引入风箱中的燃烧空气的量的目标值。以上所给出的示例不应认为是对所附权利要求的限制。本发明应有的保护范围必 须仅通过所附权利要求最宽泛地确定，而不应认为受限于所提供的示例。示例仅提供用来消除所附权利要求中可能存在的任何可能的歧义。
权利要求
1.ー种用于将废纸料转化成矿物产品的设备，包括流化床装置和控制系统，其中流化床装置具有风箱和位于所述风箱上方的分布板，所述分布板用于实现至少燃烧空气向位于分布板上方的流化床的床料和引入流化床装置中的废纸料的均匀分布的供给，所述控制系统用于控制分布板上方的床料的量和所述床料颗粒的大小，所述控制系统用以监测并保持エ艺參数位于预定范围内，所述エ艺參数涉及燃烧空气的量， 其特征在于 Al.控制系统用以控制风箱中的燃烧空气的温度处于所述エ艺參数的范围内，所述エ艺參数的范围选定为所述温度的预定目标值加和减25°C，优选地加和减15°C，其中 A2.控制系统还具体表现为使得以摄氏度表示的风箱中燃烧空气的温度的目标值由等式Ttmget=-500*热值+1400确定，其中以MJ/g表示的热值涉及包括引入流化床装置中的任何外加物质的废纸料， 和/或 BI.控制系统用以将供给至风箱的、相应于每平方米分布板面积的燃烧空气的量控制为预定目标值加和减15%，其中 B2.控制系统还具体表现为使得供给至风箱的、相应于每平方米分布板的燃烧空气的量的目标值Qtmgrt由等式Qtmgrt=4. 35*有机百分数确定，其中有机百分数涉及形成引入流化床装置中的废纸料一部分的有机材料的百分率， 和/或 B3.控制系统还具体表现为使得供给至风箱的、相应于每平方米分布板面积的燃烧空气的量的目标值设定为相应于每平方米分布板面积I. 7m3/s的量值。
2.ー种用于将废纸料转化成矿物产品的方法，该方法使用具有风箱和分布板的流化床装置，分布板连接至风箱用于实现至少燃烧空气向位于分布板上方的流化床的床料和引入流化床装置中的废纸料的均匀分布的供给，其中通过将エ艺參数保持在预定的范围内来控制位于分布板上方的床料的量和床料颗粒的大小，该エ艺參数涉及燃烧空气的量， 其特征在于 Al.对风箱中的燃烧空气的温度进行控制，并且所述エ艺參数的范围选定为所述温度的预定目标值加和减25°C，优选地加和减15°C，其中 A2.以摄氏度表示的风箱中的燃烧空气的温度的目标值由等式Ttoget=_500*热值+1400确定，其中以MJ/kg表示的热值涉及包括引入流化床装置中的任意外加物质的废纸料， 和/或 BI.将供给至风箱的燃烧空气的量控制为相应于每平方米分布板面积的预定目标值，并且该參数的范围选定为所述目标值加和减15%，其中 B2.供给至风箱的相应于每平方米分布板的燃烧空气的量的目标值Qtogrt由等式Qtarget=4. 35*有机百分数确定，其中有机百分数涉及形成引入流化床装置中的废纸料一部分的有机材料的百分率， 和/或 B3.供给至风箱、相应于每平方米分布板面积的燃烧空气的量的目标值设定为相应于每平方米分布板面积I. 7m3/s的量值。
全文摘要
用于将废纸料转化成矿物产品的方法和设备，该方法和设备使用具有分布板的流化床装置，分布板用于确保至少将燃烧空气均匀分布地供给至引入流化床装置中的废纸料和床料，以将废纸料转化为矿物产品。使用了位于所述分布板下方的风箱，用于将燃烧空气供给至分布板上方的床料和废纸料。还有换热部，其在分开的部分中接收环境空气和来自流化床装置的烟气，用于在所述烟气和所述环境空气之间换热以加热所述环境空气，其中换热部连接至风箱用于将加热的环境空气供给至风箱用作燃烧空气。采用了控制系统，用于控制分布板上方的床料的量及其颗粒的尺寸，该控制系统用以监测并保持工艺参数处于预定的范围内，该工艺参数选自包括风箱中燃烧空气的温度和燃烧空气的量的组。
文档编号C04B18/00GK102821839SQ201180016051
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月22日 优先权日2010年3月26日
发明者J.J.P.比尔曼 申请人:沃依特专利有限责任公司