物纤维的质量。已发现，在矿物熔体上方注入 第二燃烧气体能够显著地加快炭发生燃烧的速度。这避免了为实现炭燃烧的预燃烧或第二 燃烧室的需要，因此能够得到更紧凑的方案。
[0034] 在优选的实施方案中，第二燃烧气体为含有至少25体积％氧气的富氧空气。由于 第一燃烧气体中引入的氧气被燃烧的热解阶段所消耗而导致的低含量的氧就会抑制炭的 燃烧速率，相反地，额外的氧气能够增加炭的燃烧速率。
[0035] 优选地，使用离心纤维化装置实施形成MMVF的步骤。离心纤维化装置特别适合于 由矿物熔体制造 MMVF。优选地，离心纤维化装置为纺丝杯（内部离心）或级联纺丝机（外 部离心）。已发现，这些类型的离心纤维化装置对于制造 MMVF特别有效。
[0036] 附图简要说明
[0037] 将参照附图对本发明的优选实施方案进行说明，其中：
[0038] 图1示出了根据本发明第一个优选实施方案的用于形成MMVF的系统，其包括旋风 炉。
【具体实施方式】
[0039] 参照图1，示出了用于形成MMVF的系统。该系统包括旋风炉10和离心纤维化装 置60。旋风炉10包括循环燃烧室20。循环燃烧室可被认为包括三个区域，从腔室顶部开 始被称作上部区域22、中部区域24和底部区域26。循环室绕垂直轴为轴对称，并包括圆柱 形部分和截头圆锥形部分。本领域技术人员应该认识到，腔室20的精确几何形状可以适当 地选择。但是，轴对称为腔室20内燃烧材料的旋风进展提供特别的益处。
[0040] 腔室是一体形成的。由此，腔室是由单一部分形成的，而非多个分离的部分。特别 地，如下所述，用于收集工艺中的熔体的底部区域26不是单独提供的。这样紧凑的设计在 实践中是有利的。例如，底部区域26的直径不超过上部区域22的直径，这与许多常规设计 中使用大量分离的沉降槽以收集和精炼熔体是相反的。
[0041] 除了其它的优点之外，提供紧凑腔室20还能够降低与表面积相关的能量损失。优 选地，腔室20的容积小于25m 3,更优选小于20m3或15m3,并且能够小于10m3。
[0042] 旋风炉还包括位于腔室20的上部区域22中的颗粒入口 12和气体入口 14。气体 入口 14同轴环绕颗粒入口 12,两个入口 12、14都与燃烧室的垂直对称轴相偏离。因此，通 过入口 12、14注入的材料与腔室20的中心轴偏离，并按照虚线螺旋形的箭头所示向注入的 材料施加循环运动。
[0043] 尽管图1中仅示出了单个的颗粒入口 12和单个的气体入口 14,但是可以将每种类 型的多个入口并入腔室20中。例如，在一些实施方案中，优选的是增加额外的气体入口，其 以与通过气体入口 14不同的速度引入气体。速度差能够用于形成湍流，并促进颗粒材料的 充分混合。
[0044] 旋风炉10还包括废气出口 16,用于将废气从腔室20中排出。废气出口 16优选地 与腔室的轴对齐，并穿过腔室20的顶部而形成。由于注入材料的循环运动，热的废气自然 地上升到这个位置并从腔室20中逸出。
[0045] 旋风炉10还包括一个或多个第二入口 18,用于提供第二燃烧气体。另外，第二燃 料可以通过第二入口 18来供应。
[0046] 图1示出了位于腔室20底部区域的熔体池30。旋风炉10还包括浸没加热装置 40,其浸没在熔体池30内。在该优选的实施方案中，加热装置40为浸没燃烧装置。特别 地，浸没燃烧装置40包括多个延伸穿过腔室20侧壁的喷枪，通过该喷枪可以将燃烧气体和 燃料的混合物注入到熔体池30内。该混合物在池30中燃烧，由此直接加热熔体池30。"直 接"或"浸没"加热熔体池30意味着在所述池自身内部提供热源，而不是通过外部热源。
[0047] 提供虹吸管50作为腔室20的出口，其用于将熔体从熔体池30中取出。虹吸管50 包括在腔室侧壁上的开口 52以及中间熔体槽54。中间熔体槽包括熔体从其上排出的出口 挡板56,出口挡板在开口 52以上的高度延伸。按这种方式，当熔体池30的高度超过出口挡 板56的高度时将熔体从腔室20中取出。本领域技术人员应当认识到，图1中示出的开口 52的高度仅为了示例性的目的，在实践中开口 52可以根据需要在腔室20中设置得更低或 更尚。
[0048] 优选地虹吸管所在位置的高度是可以调节的。特别是，出口挡板56的高度是可以 调节的，由此来调整腔室20内熔体池30的高度。可以人工进行调节或者根据旋风炉10的 特定使用顺序自动调节。
[0049] 通过虹吸管50从腔室20中取出的熔体被转移到离心纤维化装置60,熔体在该装 置中用于形成MMVF。可用于本文的离心纤维化装置可包括级联纺丝机或纺丝杯，但是也可 以使用用于形成矿物纤维的替代性装置。有利的是，优选实施方案的旋风炉10能够直接将 熔体转移至离心纤维化装置60,而不需要中间沉降槽或类似装置。无论如何，如有需要可以 在腔室20和离心纤维化装置60中间插入加工熔体的其他步骤。
[0050] 使用时，通过入口 12、14将颗粒状矿物材料、颗粒状燃料和第一燃烧气体引入到 燃烧室内，并且燃料的燃烧导致颗粒状矿物材料的熔融。
[0051] 颗粒状矿物材料为适合用于制造 MMVF的任意材料，所述MMVF可以是玻璃纤维或 石头或矿渣纤维。用作颗粒状矿物熔体材料的原材料可选自于多种已知的来源。这些来源 包括玄武岩、辉绿岩、霞石正长岩、碎玻璃、矾土、石英砂、石灰石、斜方硼砂、四硼酸钠、白云 石、苏打、橄榄石砂、响岩、钾长石、石榴砂和钾碱。矿物材料还可以是废料，如已经使用过的 MMVF或者在使用前已经被其他工艺舍弃的MMVF。
[0052] 将颗粒状矿物材料（其在腔室20中熔融生成矿物熔体）引入至腔室20的上部区 域22,使其悬浮在该区域内的气体中。对加入颗粒状矿物材料的位置没有严格要求，其可以 与燃料混合并通过与燃料共用的供料管而注入。但是，在一些优选的实施方案中，将颗粒状 矿物材料引入燃烧的燃料中。这可以通过以下方式实现：将颗粒状矿物材料按照常规方式 通过入口（例如在腔室的顶部或顶部附近）加入到腔室内。
[0053] 本发明中使用的颗粒状燃料通常为分两个阶段的燃烧过程的燃料，这两个阶段的 过程包括初始热解形成炭颗粒，随后炭颗粒进行燃烧。颗粒状燃料可以为液体形式或固体 形式。在燃料为液体的情况中，其能够以液滴，即，液体燃料颗粒的形式使用。在本实施方 案中，燃料可以是石油颗粒或其他碳基液体的颗粒。
[0054] 然而，本发明中的颗粒状燃料优选为固体。其一般为含碳材料，并且可以是具有 适当热值的任意颗粒状含碳材料。热值可以相对较低，例如低至l〇〇〇〇kJ/kg，甚至低至 5000kJ/kg。因此，其可以是（例如）干化污水污泥或废纸。优选地，其具有较高的热值，并 且可以是来自于铝工业的废弃罐衬套（pot liner)、含煤废物（如煤尾渣或粉煤）。
[0055] 在优选的实施方案中，燃料为粉煤，并且可以是细煤粉，但是优选地部分的、通常 至少50%、优选至少80%、并且通常全部的煤是通过研磨块煤制得的，例如使用球磨机。不 论煤最初以细煤还是块煤供应，都是质量好的煤，或者都是无机物含量高的废煤，例如5% 至50%的无机物和余量的碳。优选地，煤大部分或全部为质量好的煤（例如烟煤或次烟煤 (ASTM D3881984))，并且含有助于点火的挥发物。
[0056] 燃料颗粒的粒径优选在50μπι至ΙΟΟΟμπι的范围内，优选为约50μπι至200 μπι。 通常，至少90重量％的颗粒在此范围内。平均值通常为70 μ m的平均粒径，小于100 μ m的 颗粒占90 %。
[0057] 可按常规方式通过入口 12将燃料供给至腔室，以提供燃料颗粒流。这通常包括载 气的使用，燃料颗粒悬浮于载气中。载气可以是空气、富氧空气或纯氧气，这些载气优选地 处于环境温度下以避免逆燃；或者是低活性气体，如氮气。载气被认为是第一燃烧气体的一 部分。第一燃烧气体整体上包含注入到腔室上部区域的载气和其他气体，优选地比常规空 气中存在更多的氧气。入口 12优选为圆柱状。
[0058] 通过颗粒入口 12和气体入口 14将第一燃烧气体引入到腔室20的上部区域22 内，并且第一燃烧气体可以为环境温度或者可以被预热。当气体被加热时，常常在300°C和 600°C之间进行预热，通常预热至500°C至550°C。与空气相比，第一燃烧气体富含氧气，并 且具有至少25体积％的氧气，而空气通常具有约21体积％的氧气。富氧空气是指，气体含 有比自然存在于空气中的更多的氧气，另外，可含有自然存在于空气中的其他气体。其还可 以含有非正常存在于空气中的其他气体，如丙烷或甲烷，以提供超过正常存在于空气中的 总氧气含量。
[0059] 第一燃烧气体可以是富氧空气，其包含至少30体积％或35体积％、如至少50体 积％、如至少70体积％的氧气，或者为纯氧。在一个实施方案中，为了优化与氧气使用相关 的节能，以及与空气相比氧气成本的增加，所述气体包含30 %至50 %的氧气。当使用纯氧 时，其优选为环境温度，而不进行预热。
[0060] 如上所指出，通过颗粒入口 12引入的第一燃烧气体可以具有悬浮于其中的燃料， 尤其是当气体处于相对低温时更是如此。在燃料进入腔室前，其不应该在燃料管中开始燃 烧（被称为"逆燃"的现象），因此在该环境中需要相对低的气体温度。但是，单独通过气体 入口引入的第一燃烧气体可以处于较高的温度。气体入口 14优选位于燃料供料管附近，从 而将燃烧气体导入至腔室20中与燃料相同的区域，以进行充分混合。
[0061] 不论燃料和燃烧气体是否一起被引入，注入到腔室