BR102018069618B1 - Sistema de forno de calcinação giratório alongado e processos para reduzir o acúmulo de anéis de forno em um forno de calcinação giratório alongado - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a processos exemplares e sistemas para reduzir acúmulo de anel de mineral em forno de calcinação. Os processos e sistemas compreendem inserir gases não condensáveis (NCGs) em uma zona de preaquecimento de um forno de calcinação, a montante da extremidade do incinerador. A zona de preaquecimento pode ser evidenciada pelas temperaturas variando de 704°C a 954°C (1.300°F a 1.750°F). O sistema pode desejavelmente compreender um plenário para inserir os NCGs ao girar o forno de calcinação na zona de preaquecimento.

Description

ANTECEDENTE DA INVENÇÃO CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente divulgação refere-se, de modo geral, ao controle de poluição e gerenciamento de contaminante em fornos de calcinação giratórios alongados e, mais particularmente, à redução de óxidos de nitrogênio (“NOX”) e diminuição do acúmulo de mineral de forno central em fornos de lama de cal usados para recuperação química na indústria de papel e celulose.

TÉCNICA RELACIONADA

[0002] Existem várias maneiras de produzir celulose em escala industrial, e os produtores tendem a classificar esses métodos em uma das três categorias gerais: polpação química, polpação mecânica e polpação híbrida. Polpação híbrida envolve diferentes aspectos da polpação química e mecânica. Resumidamente, a polpação mecânica envolve frequentemente a alimentação de material lignocelulósico (por exemplo aparas de madeira, bagaço de cana, palha de milho, papel reciclado ou outro material compreendendo a proteína lignina e polímeros celulósicos) através de uma série de placas refinadoras. As placas refinadoras moem o material lignocelulósico até o grau de polpa desejado. Os operadores de moinho podem ainda processar esta polpa numa série de produtos à base de polpa (por exemplo, papel, material de embalagem, enchimento absorvente, etc.); ou os operadores das usinas podem vender o atacado de celulose.

[0003] Em processos químicos, os operadores das usinas tratam o material lignocelulósico com ácidos fortes ou bases fortes para desassociar a lignina das fibras celulósicas. Os operadores podem então separar, lavar e processar as fibras celulósicas em polpa ou outros produtos à base de polpa. Exemplos de processos químicos incluem o processo Kraft (também conhecido como “processo de sulfato”), o processo de sulfito, o processo de polpa de sódio e o processo de polpação de semiquímicos de sulfito.

[0004] Embora os químicos de processamento para cada tipo de processo químico possam variar, os operadores das fábricas frequentemente recuperam e reciclam esses produtos químicos de processo para operar a usina economicamente. No processo Kraft, por exemplo, os operadores da fábrica cozinham o material lignocelulósico com “licor branco” em grandes digestores pressurizados. O licor branco compreende hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de sódio (Na2S). Após o cozimento, uma mistura de licor químico gasto e polpa áspera, com tamanhos de partículas inconsistentes, saem do digestor. O licor químico gasto é vulgarmente conhecido como "licor negro" e compreende compostos orgânicos e inorgânicos que sobraram do processo de cozimento.

[0005] Enquanto a polpa áspera é processada, o processo de recuperação química começa com o isolamento, a concentração e a transferência do licor negro para uma caldeira de recuperação química. A caldeira de recuperação química evapora o excesso de umidade e os compostos inorgânicos no licor negro sofrem pirólise. Esses compostos inorgânicos se acumulam como sais fundidos (“derretidos”) no fundo da caldeira de recuperação e, eventualmente, fluem para um tanque de dissolução adjacente. O tanque de dissolução contém tipicamente "lavagem fraca" compreendendo os licores utilizados para lavar a lama de cal e outros precipitados. Ao entrar em contato com a lavagem fraca, o fundido reage e se mistura com a lavagem fraca para se tornar “licor verde”. O licor verde contém o primeiro componente do licor branco, sulfeto de sódio (Na2S) e o subproduto carbonato de sódio (Na2CO3).

[0006] Os operadores então clarificam e alimentam o licor verde em um agitador e adicionam óxido de cálcio (Chão) e água. O óxido de cálcio é comumente conhecido como "cal viva". A cal viva reage exotermicamente com a água para produzir hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). O hidróxido de cálcio reage então com o carbonato de sódio no licor verde para produzir o outro componente do licor branco, hidróxido de sódio (NaOH) e o subproduto carbonato de cálcio (CaCO3). O carbonato de cálcio é comumente conhecido como “lama de cal”.

[0007] Nesta fase, a lama de cal precipita da solução de licor branco. Os operadores então esclarecem e transferem o licor branco para um tanque de armazenamento para aguardar a reutilização no processo Kraft. Entretanto, os operadores lavam e transferem a lama de cal para um forno de cal para conversão de novo em cal viva (isto é, óxido de cálcio (CaO)). Com a cal viva reciclada, os operadores da fábrica podem continuar a tratar o licor verde e recuperar o custo do licor branco de forma eficaz.

[0008] Um forno de cal típico consiste em um longo invólucro cilíndrico rotativo que define uma câmara do forno de calcinação. A caixa está inclinada em relação ao solo. Um incinerador é colocado na extremidade inferior e um arranjo de correntes é colocado na extremidade superior. A lama de cal composta por carbonato de cálcio (CaCO3), sódio e outras impurezas entra na extremidade superior do forno com um teor de umidade de aproximadamente 20% a 30%. À medida que a lama de cal se move para baixo no alojamento rotativo em direção ao incinerador, o calor expele a umidade e preaquece a lama de cal até as temperaturas de reação, usando o calor residual nos gases de combustão. A reação de calcinação começa quando a temperatura da lama atinge 760°C (1.400°F) , mas a reação prossegue bem somente após a lama atingir 982°C (1800°F) . A cal virgem recuperada pode ser resfriada antes de sair da extremidade inferior do forno.

[0009] A polpação química também produz uma variedade de subprodutos gasosos de várias fontes. Esses subprodutos gasosos frequentemente contêm compostos de enxofre, incluindo tióis, que são odoríferos e podem ser tóxicos. Coletivamente, esses subprodutos gasosos podem ser chamados de “gases não condensáveis” (“NCGs”) e normalmente compreendem “gases com redução total de enxofre (“TRS”). O digestor produz NCGs durante o cozimento e os tanques flash liberam os NCGs ao concentrar o licor negro. As fontes também incluem evaporadores, sistemas de terebintina e sistemas de decapagem de condensado. Os NCGs podem incluir, por exemplo, compostos de enxofre, como sulfureto de hidrogênio (H2S), metanotiol (CH4S), dissulfureto de dimetila ((CH3)2S2) e sulfureto de dimetila ((CH3)2S). Estes NCGs são inseridos no forno de cal perto do incinerador para oxidar os NCGs antes de sair do forno.

[0010] O processo químico de polpação também pode produzir vários gases condensáveis, como amônia (NH3), metanol (CH3OH) e terebintina (C10H16). Estes gases condensáveis são também por vezes utilizados como suplemento de combustão no forno de cal e podem ser adicionados ao forno de cal no incinerador ou perto do mesmo.

[0011] O sódio na lama de cal pode reagir com os compostos de enxofre nos NCGs em químicas complexas para formar anéis de forno intermediário que se acumulam nas paredes internas do material refratário dentro do forno. Esses anéis intermediários podem criar bolsas de temperatura ao longo do comprimento do forno que afetam adversamente a reação de calcinação. Os anéis do forno central também reduzem o volume do forno e causam o acúmulo de reagentes a montante dos anéis, o que pode levar a uma reação de calcinação incompleta e aumentar o crescimento do anel. Além disso, os anéis do forno intermediário absorvem o calor do sistema do forno, incentivando os operadores a gastar mais energia para obter os mesmos resultados.

[0012] Tentativas anteriores para reduzir a formação do anel envolveram secções do forno de arrefecimento nas quais os anéis tinham maior probabilidade de se formar, tal como o forno de cal descrito na Patente U.S. No. 4.767.323. As seções mais frias do forno congelariam a escória derretida e causariam o vazamento da escória congelada na parede devido à expansão térmica diferencial. No entanto, a escória lascada cairia no leito de cal e logo se refundiria, contaminando assim o produto de cal.

[0013] Além disso, fornos de calcinação rotativos alongados produzem óxidos de nitrogênio (“NOx”), incluindo óxido nítrico (NO), óxido nitroso (N2O) e dióxido de dinitrogênio (N2O2). O óxido nitroso (N2O) é o “gás de efeito estufa” que reage com o ar e a luz ultravioleta (“UV”) para criar óxido nítrico (NO) e ozônio (O3) na troposfera (ou seja, a porção da atmosfera onde as pessoas vivem e respiram). A luz UV na atmosfera pode então converter o óxido nítrico (NO) novamente em óxido nitroso (N2O), estabelecendo assim a base para mais produção de ozônio (O3). Enquanto a camada de ozônio na estratosfera absorve utilmente a maior parte da radiação UV que chega à Terra a partir do espaço, o gás ozônio (O3) é, não obstante, um forte agente oxidante que é tóxico para os seres humanos. Além disso, o ozono (O3) e o NOx e poluentes adicionais na troposfera contribuem para a chuva ácida. Consequentemente, muitos órgãos governamentais de proteção ambiental regulam as emissões de NOx.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0014] Os problemas de formação de anel de forno central em um forno de calcinação giratório alongado, como um forno de cal, devido a flutuações de temperatura na extremidade do incinerador e emissões de NOx resultantes da combustão de compostos de nitrogênio e oxigênio no forno de calcinação giratório alongado são mitigados introduzindo gases não condensáveis (“NCGs”) no forno de calcinação giratório alongado, em uma localização de inserção, em que uma temperatura na localização de inserção está em uma faixa de 100 graus Celsius (“°C”) a aproximadamente 1.204.44°C (212 graus Fahrenheit (“°F”) a (2.200°F)). Desejavelmente, os NCGs não são inseridos em uma extremidade do incinerador do forno de calcinação giratório alongado. A localização de inserção está desejavelmente em uma “zona de preaquecimento” ou em uma “zona de calcinação” separada. Em outra modalidade exemplar, a temperatura na localização de inserção pode estar na faixa de 704°C a aproximadamente 954°C (1.300°F a aproximadamente 1.750°F). Em outras modalidades exemplares, a temperatura na localização de inserção pode estar abaixo de 704°C (1.300°F) para reduzir NOx térmico enquanto ainda na oxidação dos NCGs.

[0015] Para referência, o forno de calcinação giratório alongado compreende uma câmara do forno tendo uma extremidade do incinerador distalmente disposta de uma extremidade de alimentação. A zona de calcinação começa na extremidade do incinerador e pode estender-se aproximadamente 30% a aproximadamente 40% do comprimento do forno de calcinação giratório alongado. A zona de calcinação pode ter uma faixa de temperatura de aproximadamente 704°C a aproximadamente 1.204.44°C (1.300°F a aproximadamente 2.200°F). A zona de preaquecimento do forno de calcinação giratório alongado está disposta a jusante da zona de calcinação com relação à extremidade do incinerador. A zona de preaquecimento pode ter uma faixa de temperatura de aproximadamente 100°C a aproximadamente 704°C (212°F a aproximadamente 1.300°F).

[0016] Sem estar ligado por teoria, a Requerente descobriu que inserir NCGs no forno de calcinação giratório alongado a jusante da extremidade do incinerador em uma localização de inserção tendo uma temperatura de aproximadamente 100°C a aproximadamente 1.204.44°C (212°F a aproximadamente 2.200°F) (preferivelmente 704°C a aproximadamente 1.204.44°C (1.300°F a aproximadamente 2.200°F)) que tal método reduz a atividade esporádica da chama na extremidade do incinerador, que, por sua vez, pode reduzir os ciclos de congelamento e descongelamento que permitem que os anéis de forno central cresçam do material refratário em direção ao eixo da rotação do forno de calcinação. Injetar NCGs em tal localização de inserção pode, ainda, permitir que NCGs misturem-se com gases do forno e reduza a temperatura próximo à localização de inserção e a jusante da localização de inserção para, assim, reduzir a geração de NOx.

[0017] O método e sistema exemplar divulgados aqui podem permitir a regulação de temperatura mais precisa dentro da câmara do forno de calcinação.

[0018] Um sistema de forno de calcinação giratório alongado exemplar pode compreender: um alojamento tubular tendo uma proteção externa e um revestimento refratário disposto dentro da proteção externa. O revestimento refratário define uma câmara do forno; a câmara do forno tem uma extremidade do incinerador, uma extremidade de alimentação distalmente disposta da extremidade do incinerador e um comprimento estendendo-se entre a extremidade do incinerador e a extremidade de alimentação. O sistema exemplar pode, ainda, ter um plenário anularmente disposto ao redor do alojamento tubular. O plenário pode compreender um alojamento do plenário. O alojamento do plenário define uma câmara do plenário anularmente disposta ao redor do alojamento tubular e a câmara do plenário de forma fluida se comunica com a câmara do forno através de uma abertura. A abertura dentro da câmara do forno está disposta a aproximadamente dois terços do comprimento da câmara do forno conforme medido da extremidade do incinerador em uma localização de inserção onde a câmara do forno temperatura está em uma faixa de 704°C a 954°C (1.300°F a 1.750°F), ou 760°C a 954°C (1.400°F a 1.750°F), ou 815°C a 954°C (1.500°F a 1.750°F). Dessa forma, o plenário é configurado para conduzir os NCGs para dentro da zona de preaquecimento ou zona de calcinação da câmara do forno.

[0019] Um processo exemplar para reduzir o acúmulo de anéis de forno central em um forno de calcinação giratório alongado, particularmente um forno de cal, pode compreender: introduzir NCGs em uma câmara de um forno de cal giratório, através de uma câmara do plenário anularmente disposta ao redor de um alojamento tubular do forno de cal. No processo exemplar, a câmara do plenário de forma fluida se comunica com a câmara do forno em uma abertura. A temperatura da câmara do forno pode estar em uma faixa de 704°C a 954°C (1.300°F a 1.750°F) na abertura.

[0020] Ainda em outras modalidades exemplares, operadores podem adicionar amônia (NH3) ou ureia (CH4N2O) a jusante da extremidade do incinerador para mitigar emissões de óxido nitroso (“NOX”).

[0021] Contempla-se que certas modalidades exemplares podem permitir que os proprietários de moagem readaptem os fornos de calcinação giratórios alongados existentes com o sistema descrito mais completamente aqui.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0022] O exposto acima será evidente a partir da seguinte descrição mais particular das modalidades exemplificativas da divulgação, como ilustrado nos desenhos em anexo, nos quais os caracteres de referência semelhantes se referem às mesmas partes ao longo das diferentes vistas. Os desenhos não são necessariamente de escala, colocando-se em vez disso ênfase na ilustração das modalidades divulgadas.

[0023] A Figura 1 é um diagrama esquemático em corte transversal de um exemplo de forno de calcinação giratório alongado compreendendo uma câmara do plenário disposta aproximadamente dois terços abaixo do comprimento da câmara do forno de calcinação conforme medido da extremidade do incinerador.

[0024] A Figura 2 é uma vista lateral de um exemplo de forno de calcinação giratório alongado mostrando uma câmara do plenário disposto a aproximadamente dois terços do comprimento da câmara do forno de calcinação conforme medido da extremidade do incinerador.

[0025] A Figura 3 é uma vista em perspectiva da seção do plenário do sistema exemplar tendo um quarto distante representante a forma na qual a câmara do plenário de forma fluida se comunica com a câmara do forno de calcinação.

[0026] A Figura 4 é uma vista transversal lateral da seção do plenário do sistema exemplar mostrando a inserção de gases não condensáveis (“NCGs”) a jusante do incinerador através do plenário.

[0027] A Figura 5 é uma vista esquemática transversal de um sistema exemplar de forno de calcinação giratório alongado em que o forno de calcinação giratório alongado é um forno secador rápido.

[0028] A Figura 6 é um diagrama esquemático em corte transversal representando um exemplo do método para reduzir a formação do anel de forno central e um sistema exemplar compreendendo, ainda, um termopar.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0029] A seguinte descrição detalhada das modalidades preferidas é apresentada apenas para fins ilustrativos e descritivos e não pretende ser exaustiva nem limitar o escopo e espírito da invenção. As modalidades foram selecionadas e descritas para melhor explicar os princípios da invenção e a sua aplicação prática. Um técnico no assunto reconhecerá que muitas variações podem ser feitas à invenção divulgada neste relatório descritivo sem se afastar do escopo e espírito da invenção.

[0030] Os caracteres de referência correspondentes indicam as partes correspondentes em todas as diversas visualizações. Embora os desenhos representem modalidades de várias propriedades e componentes de acordo com a presente divulgação, os desenhos não são necessariamente em escala e certas propriedades podem ser exageradas de modo a melhor ilustrar as modalidades da presente divulgação e tais exemplificações não devem ser entendidas como limitativas o escopo da presente divulgação de qualquer maneira.

[0031] Referências no relatório descritivo à “modalidade”, “uma modalidade”, “uma modalidade exemplar”, etc., indicam que a modalidade descrita pode incluir um recurso, estrutura ou propriedade particular, mas cada modalidade pode não incluir necessariamente a propriedade particular, estrutura ou propriedade. Além disso, tais frases não se referem necessariamente à mesma modalidade. Além disso, quando um recurso, estrutura ou propriedade particular for descrita em conexão com uma modalidade, é apresentado que está dentro do conhecimento de um técnico no assunto para realizar tal recurso, estrutura ou propriedade em relação a outras modalidades, quer ou não explicitamente descrito.

[0032] Embora termos específicos sejam usados na descrição a seguir por uma questão de clareza, estes termos são destinados a se referir apenas à estrutura particular da modalidade selecionada para ilustração nos desenhos, e não se destinam a definir ou limitar o escopo da divulgação.

[0033] As formas singulares “uma”, “um” e “o/a” incluem os referentes plurais, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Valores numéricos devem ser entendidos como incluindo valores numéricos que são os mesmos quando reduzidos ao mesmo número de algarismos significativos e valores numéricos que diferem do valor dos estados por menos do que o erro experimental da técnica de medição convencional do tipo descrito no presente determine o valor.

[0034] Todos os intervalos aqui divulgados são inclusivos do ponto final recitado e são combináveis independentemente (por exemplo, o intervalo “de 2 gramas a 10 gramas” inclui os pontos finais, 2 gramas e 10 gramas, e todos os valores intermédios.

[0035] Como utilizado aqui, a linguagem aproximada pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que possa variar sem resultar em uma mudança na função básica à qual ela está relacionada. Assim, um valor modificado por um termo ou termos, como "sobre" e "substancialmente", pode não se limitar aos valores precisos especificados. O modificador “sobre” também deve ser considerado como revelando o intervalo definido pelos valores absolutos dos dois pontos finais. Por exemplo, a expressão “de aproximadamente 100°C a aproximadamente 704°C (212°F a aproximadamente 1.300°F)” também revela a faixa “de 100°C a 704°C (212°F a 1.300°F)”.

[0036] Deve-se notar que muitos dos termos usados aqui são termos relativos. Por exemplo, os termos “superior” e “inferior” são relativos um ao outro na localização, isto é, um componente superior está localizado em uma elevação mais alta que um componente inferior em uma determinada orientação, mas esses termos podem mudar se o dispositivo for invertido. Os termos “entrada” e “saída” são relativos a um fluido que flui através deles em relação a uma dada estrutura, e. um fluido flui através da entrada para dentro da estrutura e flui através da saída para fora da estrutura. Os termos “a montante” e “a jusante” são relativos à direção em que um fluido flui através de vários componentes, isto é, o fluxo de fluidos através de um componente a montante antes de fluir através do componente a jusante.

[0037] Os termos “horizontal” e “vertical” são usados para indicar a direção em relação a uma referência absoluta, ou seja, ao nível do solo. No entanto, esses termos não devem ser interpretados para exigir que a estrutura seja absolutamente paralela ou absolutamente perpendicular um ao outro. Por exemplo, uma primeira estrutura vertical e uma segunda estrutura vertical não são necessariamente paralelas entre si. Os termos “superior” e “inferior” ou “base” são usados para se referir a locais / superfícies onde o topo é sempre maior que o fundo / base em relação a uma referência absoluta, ou seja, a superfície da Terra. Os termos “para cima” e “para baixo” também são relativos a uma referência absoluta; um fluxo ascendente é sempre contra a gravidade da Terra.

[0038] O termo "diretamente", quando usado para referir dois componentes do sistema, tais como válvulas ou bombas, ou outros dispositivos de controle, ou sensores (por exemplo, temperatura ou pressão), pode estar localizado no caminho entre os dois componentes nomeado.

[0039] A Figura 1 é um diagrama esquemático em corte transversal de um forno de calcinação giratório alongado 100. O forno de calcinação giratório alongado 100 pode ser usado para calcinar cal, cimento, magnésia, dolomita, dióxido de titânio, e outros compostos calcinados. O forno de calcinação giratório alongado 100 compreende um alojamento tubular 102. O alojamento tubular 102 é geralmente inclinado a um ângulo de aproximadamente 2° a aproximadamente 5° de uma linha horizontal H. O alojamento tubular 102 pode ter uma proteção externa 103, geralmente fabricada em aço e um revestimento refratário 107. O revestimento refratário 107 geralmente compreende tijolos, concreto, cerâmica, ou outros materiais que retém a resistência em temperaturas do forno. O revestimento refratário 107 define uma câmara do forno 115. A câmara do forno 115 tem uma extremidade do incinerador 105 e uma extremidade de alimentação 110 distalmente disposta da extremidade do incinerador 105. A extremidade do incinerador 105 pode ser disposta em um capô de forno 116. A extremidade de alimentação 110 é às vezes conhecida como a “extremidade fria” e a extremidade do incinerador 105 é às vezes referida como a “extremidade quente” pelos técnicos no assunto. Um comprimento L separa a extremidade do incinerador 105 da extremidade de alimentação 110. Fornos de calcinação giratórios alongados 100 podem variar no tamanho, mas um forno de calcinação giratório alongado típico 100 pode estar entre aproximadamente 61m a aproximadamente 122m (200 pés a aproximadamente 400 pés) no comprimento L.

[0040] O forno de calcinação giratório alongado 100 ainda compreende uma engrenagem de acionamento 113 e múltiplos anéis de rolamento 117 anularmente encaixados ao alojamento tubular 102. Os anéis de rolamento 117 ficam nos rolos (326, Figura 3) dispostos nos blocos de suporte (247, Figura 2). Na operação, um motor (não representado) gira a engrenagem de acionamento 113 e, assim, gira os anéis de rolamento 117 e o forno de calcinação giratório alongado 100 ao redor de um eixo rotacional central C. O forno de calcinação giratório alongado 100 tipicamente gira a aproximadamente uma a duas revoluções por minuto. Um incinerador 124 está disposto na extremidade do incinerador 105 da câmara do forno 115. Em operação, o incinerador 124 emite um jato de chama 122 para aquecer a câmara do forno 115. Por causa do incinerador 124 estar disposto apenas na extremidade do incinerador 105, o incinerador distribui calor desigualmente ao longo do comprimento L da câmara do forno 115. Essa distribuição de calor desigual cria várias zonas de temperatura 172, 174, 176.

[0041] Operadores podem se referir à zona de temperatura iniciando na extremidade de alimentação 110 como uma “zona de secagem” 172. Na zona de secagem 172, calor dos gases de combustão 125 evapora a umidade em excesso nos reagentes de calcinação 120 (ou seja, lama de cal quando o forno de calcinação giratório alongado 100 é um forno de cal). Por causa da zona de secagem 172 ser configurada para evaporar umidade em excesso, a extremidade inferior da faixa de temperatura efetiva da zona de secagem é tipicamente o ponto de ebulição de água, ou seja, 212 graus Fahrenheit (°F) ou 100 graus Celsius (°C). Uma zona de secagem típica 172 pode estender-se aproximadamente 20% a aproximadamente 30% do comprimento L do forno de calcinação giratório alongado 100 conforme medido da extremidade de alimentação 110.

[0042] Uma zona de preaquecimento 174 está tipicamente disposta entre a zona de secagem 172 e a zona de calcinação 176. A zona de preaquecimento 174 tipicamente tem uma faixa de temperatura entre 100°C e 760°C (212°F e 1.300°F). Gases de combustão 125 aquecem os reagentes de calcinação 120 na zona de preaquecimento 174 e começam a formar os reagentes de calcinação 120 em nódulos maiores 120’ (por exemplo, nódulos de cal). De modo geral, fornos de calcinação giratórios alongados 100 processam os nódulos 120’ vaiando no tamanho de aproximadamente 1 milímetro (mm) a aproximadamente 50 mm. Uma zona de preaquecimento típica 174 pode estender-se aproximadamente 30% a aproximadamente 40% do comprimento L do forno de calcinação giratório alongado 100 entre a zona de secagem 172 e a zona de calcinação 176.

[0043] A reação de calcinação ocorre principalmente na zona de calcinação 176. A zona de calcinação 176 tipicamente estende-se aproximadamente 30% a aproximadamente 40% do comprimento L do forno de calcinação giratório alongado 100 conforme medido da extremidade do incinerador 105. A zona de calcinação 176 tipicamente tem uma faixa de temperatura de aproximadamente 704°C e 1.204.44°C (1.300°F e 2.200°F).

[0044] Será entendido por técnicos no assunto que as zonas de temperatura 172, 174, 176 são apresentadas para finalidades ilustrativas e que as posições das zonas de temperaturas 172, 174, 176 podem flutuar ao longo do tempo dado na saída do incinerador. Entretanto, a faixa de temperaturas compreendendo cada zona de temperatura 172, 174, 176 permite a localização de cada zona a ser verificada na operação. As linhas representadas na Figura 1 são incluídas para esclarecer as localizações aproximadas das zonas de temperatura 172, 174, 176.

[0045] Gás natural ou óleo normalmente servem como combustíveis incineradores primários. No entanto, para conservar a quantidade de combustível primário disponível e reduzir custos, os operadores tipicamente suplementam o combustível primário com um ou mais combustíveis auxiliares 129. Alguns desses combustíveis auxiliares 129 são subprodutos da produção de celulose e papel e recuperação química do licor branco. Outros combustíveis auxiliares 129 são utilizados porque os combustíveis auxiliares 129 são baratos ou estão prontamente disponíveis. Coletivamente, estes combustíveis auxiliares 129 podem incluir poluentes do ar perigosos (“HAPs”) como metanol líquido e terebintina. Além disso, os combustíveis auxiliares 129 podem incluir hidrogênio, licor negro, glicerol, gases voláteis não condensáveis de baixo volume (“NCGs LVHC”, também conhecidos como “NCGs concentrados” ou “CNCGs”) produzidos a partir de uma fábrica de celulose gases (“SOG”, outro tipo de NCG) produzidos a partir de uma planta de evaporação, coque de petróleo, gás de gaseificação (tipicamente de biocombustível como casca, madeira, etc.) biogás (tipicamente metano e gases inertes), gás de gaseificação de carvão e gás natural líquido. Será entendido que os combustíveis auxiliares 129 podem incluir combinações de combustíveis.

[0046] Operadores alimentam os combustíveis auxiliares 129 diretamente no incinerador 124 ou inserem os combustíveis auxiliares 129 próximos ao jato de chama 122 de modo que os combustíveis auxiliares 129 queimarão perto da extremidade do incinerador 105.

[0047] A queima de combustíveis cria “NOx combustível” formado pela oxidação de nitrogênio já ionizado nos incineradores primário e auxiliar incineradores de combustível 129. “NOx térmico” descreve o NOx criado através da combustão de compostos de nitrogênio e oxigênio em um sistema.

[0048] Além disso, os operadores podem alimentar gases não condensáveis de alto volume de baixa concentração (“LCHV NCGs”, também conhecidos como “diluídos NCGs” ou “DNCGs”) 166 perto do jato de chama 122 para oxidar esses LCHV NCGs 166 antes de sair do alimentador extremidade 110 do forno de calcinação rotativo alongado 100. O processo de oxidação reduz a quantidade de poluentes que saem do forno de calcinação rotativo alongado 100. Os operadores também queimam gases de alta concentração de baixo volume (“LVHC”) no forno. Esses gases de LVHC contêm concentrações muito mais altas de gases de enxofre, bem como metanol vaporizado. Os NCGs do LCHV normalmente contêm apenas 5% a 6% dos NCGs em volume. Estes 166 NCG do LCHV compreendem tipicamente gases de enxofre reduzido total (“TRS”) produzidos nos processos de concentração de cozimento e de licor negro. Estes gases TRS podem incluir, por exemplo, compostos de enxofre tais como sulfureto de hidrogénio (H2S), metanotiol (CH4S), dissulfureto de dimetila ((CH3)2S2) e sulfureto de dimetila, ((CH3)2S). Os gases TRS são corrosivos e não devem ser usados com aço carbono. Os NCGs também são altamente tóxicos. Gases TRS e o metanol HAPs comum, e aguarrás que pode estar presente com NCGs, podem explodir na presença de oxigênio suficiente.

[0049] De modo geral, o reagente de calcinação 120 (por exemplo, lama de cal em recuperação química de papel e celulose) entre na extremidade de alimentação 110 da câmara do forno 115 e flui para baixo em direção à extremidade do incinerador 105. Os reagentes de calcinação 120 fluem contra o fluxo de gases de combustão 125. Os gases de combustão 125 eventualmente saem da extremidade de alimentação 110 como gases de exaustão 133. Na extremidade do incinerador 105, o produto queimado novamente 127 (por exemplo, cal) sai do forno de calcinação giratório alongado 100 a aproximadamente 954.44°C (1.750°F). Para reformar algum do calor no forno de calcinação giratório alongado 100, muitos fornos de calcinação giratórios alongados 100 têm refrigeradores 138 próximos à extremidade do incinerador 105. O refrigerador 138 pode coletar ar frio 128 da atmosfera e passar este ar frio 128 sobre a saída do produto queimado novamente 127. O produto queimado quente novamente 127 preaquece este ar frio 128 antes do ar frio secundário 128 entrar na câmara do forno 115 para manter a combustão.

[0050] Quando o forno de calcinação giratório alongado 100 é um forno de cal, o reagente de calcinação 120 é lama de cal. A lama de cal tipicamente tem uma concentração de umidade entre 20% e 30% na extremidade de alimentação 110. Conforme a lama de cal (veja 120) flui em direção à extremidade do incinerador 105, calor residual nos gases de combustão 125 evapora a umidade restante e preaquece a lama de cal (veja 120). A reação de calcinação começa quando a lama de cal temperatura atinge 760°C (1.400°F), mas a reação procede apenas após a lama de cal (veja 120) atingir 982°C (1.800°F). Para transferir calor dos gases de combustão 125 para a lama de cal (veja 120) mais eficientemente, fornos de calcinação giratórios alongados 100 tipicamente têm uma seção de cadeia 118. As múltiplas cadeias 121 aumentam a área superficial dentro da câmara do forno 115 exposta aos gases de combustão 125 e, portanto, aumentam a eficiência com a qual o calor dos gases de combustão 125 transfere para a lama de cal (veja 120).

[0051] Conforme as temperaturas das câmaras do forno aproximam as temperaturas de calcinação de aproximadamente 760°C a acima de 982°C (1.400°F a acima de 1.800°F), a lama de cal (veja 120) plastifica e peletiza. Quando o reagente de calcinação 120 for lama de cal, a reação de calcinação de modo geral procede como segue: CaCO3+ calor θ CaO + CO2. A conclusão da reação de calcinação é uma função do tempo de retenção e o perfil de temperatura do forno de calcinação giratório alongado 100.

[0052] Entretanto, na prática, alguma lama de cal (CaCO3) (veja 120) acumula nos nódulos maiores 120’. Ao longo do tempo, a poeira de cal adere a e reveste o revestimento refratário 107. Conforme mais poeira de cal se acumula no revestimento refratário 107 e conforme o forno de calcinação giratório alongado 100 continua a girar, a lama de cal (veja 120) que adere ao revestimento refratário 107 forma um anel de forno central 130. Inicialmente, acredita-se que um anel de forno central 130 tenha a cal viva, (CaO) e lama de cal (CaCO3). Este processo pode ainda criar esferas de soda variando no tamanho de aproximadamente 15 cm a aproximadamente 61 cm (0,5 pés a aproximadamente 2 pés). Estas esferas de soda são indesejáveis em partes porque as esferas de soda impedem a reação de calcinação de proceder eficientemente.

[0053] A formação de anel (veja 130) aumenta precipitadamente entre 46 m e 61 m (150 pés e 200 pés) quando os gases de combustão têm temperaturas variando de aproximadamente 982°C a aproximadamente 926°C (1.800°F a aproximadamente 1.700°F) e a temperatura dos materiais sólidos variam de aproximadamente 815°C a aproximadamente 621°C (1.500°F a aproximadamente 1.150°F). Sem estar ligado por teoria, acredita-se que quando a lama de cal (veja 120) atinge temperaturas de calcinação na zona de preaquecimento 174 e zona de calcinação 176, compostos de sódio vaporizam do leito do reagente de calcinação 123. Parte do sódio se condensará no próprio sódio, produzindo uma partícula de fumaça. Algum do sódio irá aderir à cal. Acredita-se que o sódio fundido atue como uma “cola” que pode atrair mais partículas de cal a se unirem e ao revestimento refratário 107 do forno de calcinação rotativo alongado 100. Este sódio pode combinar-se com um ânion CO. Reações de recarbonatação e sulfatação irão endurecer a aglomeração de cal que é mantida unida pela "cola" de álcali. Flutuações de temperatura dentro da câmara do forno 115 criam ciclos de congelamento e descongelamento. Estes ciclos de congelação e descongelação depositam novas camadas sobrepostas de material na mesma área básica, criando assim gradualmente uma formação de anel grande e estruturalmente mais forte. Quando a taxa de erosão já não é igual à taxa de deposição, o anel do forno central 130 cresce e reduz eficazmente o diâmetro da câmara do forno 115.

[0054] Em um forno de cal (veja 100), o tamanho do anel de forno central 130 foi tipicamente pensado ser pesadamente dependente do teor de sódio da lama de cal (veja 120). Se operadores não periodicamente desativam o forno de calcinação giratório alongado 100 para remover estes anéis, o anel de forno central 130 em crescimento eventualmente obstrui a câmara do forno 115, tornando assim o forno de calcinação giratório alongado 100 inutilizável sem parada e manutenção estendida.

[0055] A Figura 2 é uma vista lateral de um exemplo de forno de calcinação giratório alongado 200 compreendendo um plenário 250 disposto aproximadamente dois terços do comprimento L da câmara do forno 115 da extremidade do incinerador 205. O plenário 250 pode ser disposto anularmente ao redor do alojamento tubular 202 na zona de preaquecimento 274 ou zona de calcinação 276. Sem estar ligado por teoria, acredita-se que a oxidação completa dos NCGs pode ainda ocorrer na zona de preaquecimento 274. Em outras modalidades exemplares, o plenário 250 pode estar disposto a montante da engrenagem de acionamento 213. A câmara do forno 115 e o alojamento tubular 202 podem expandir para cima e para baixo da engrenagem de acionamento 213. Portanto, pode ser desejável colocar o plenário 250 próximo à engrenagem de acionamento 213, ou em pelo menos áreas de prevenção do alojamento tubular 202 a expansão para evitar encaixes inconsistentes entre o plenário 250 e o alojamento tubular 202 e possíveis deformações na vedação 357 (Figura 3) conectando a câmara do plenário 250 ao alojamento tubular 202.

[0056] Em um processo exemplar, operadores alimentam NCGs 265 através de um canal de entrada 262 levando ao plenário 250. A menos que especificado em contrário, NCGs 265 podem se referir a LCHV NCGs, NCGs de LVHC, SOGs, gases de gases de reservatório de lascas (“CBG”) ou combinações respectivas. Sem estar ligado por teoria, pode ser desejável inserir principalmente LCHV NCGs na zona de preaquecimento 274 ou na zona de calcinação 276. LCHV NCGs compreendem aproximadamente 5% a aproximadamente 6% NCGs em volume. A concentração restante é tipicamente ar. Ao inserir os NCGs LCHV num local de inserção (375, FIG. 3) onde a temperatura é inferior à temperatura na extremidade do incinerador 205 ou próximo do mesmo, o sistema exemplificativo não introduz apenas os NCG 265 numa área de temperatura reduzida, mas o Os próprios NCG, particularmente os NCG LCHV, podem reduzir ainda mais a temperatura da câmara 215 no local de inserção 375 ou próximo dele. Esta redução de temperatura pode perturbar a relação estequiométrica que é propícia para a formação de NOx. Isto é, a injeção de NCGs 265 na zona de preaquecimento 274 ou na zona de calcinação 276 a jusante da extremidade do incinerador 205 pode romper a proporção exacta de compostos de nitrogênio e oxigênio disponíveis para formar NOx em parte diluindo as calorias disponíveis para reagir estes nitrogênios e compostos oxigenados para formar NOx. Além disso, ao inserir os NCG 265 a jusante da extremidade do incinerador 205, o sistema e processo exemplificativos aqui descritos podem reduzir ainda mais o tempo de permanência de quaisquer compostos formadores de NOx presentes ou injetados com os NCG 265, reduzindo assim mais o NOx capaz de ser criado no sistema. Além disso, oxidando os NCGs 265 a jusante da extremidade do incinerador 205 em vez de queimar os NCGs 265 na chama do incinerador 122, os sistemas e processos exemplificativos aqui divulgados evitam uma combustão adicional necessária para criar NOx térmico contribuindo assim para uma redução global de NOx. Os NCGs coletados nos processos da fábrica de celulose estão tipicamente a uma temperatura de aproximadamente 60°C (140°F) ou mais frias nas condutas de transporte. Em certos movimentos exemplares, os NCGs recolhidos 265 podem alimentar diretamente a câmara de forno 315 à medida que os NCGs 265 são recebidos das fontes do moinho (por exemplo, digestores químicos, caixas de aparas, evaporadores e sistemas de terebintina). Em outras modalidades exemplificativas, os NCG 265 podem ser arrefecidos abaixo de 60°C (140°F) antes de serem inseridos na câmara de forno (315, Figura 3). Ainda em outras modalidades exemplificativas, os NCGs 265 podem ser aquecidos até aproximadamente a temperatura da câmara do forno 315 no local de inserção 375. Para comparação, o gás de combustão recirculado está geralmente na gama de 260°C (500°F) a 760°C (1400°F) dependendo de onde o gás de combustão é recirculado. Nos fornos Andritz, por exemplo, o gás de combustão recirculado tem geralmente uma temperatura entre aproximadamente 260°C (500°F) e (aproximadamente 343°C) (650°F).

[0057] A Figura 3 é uma visualização aproximada em perspectiva do plenário 350 de um exemplo de forno de calcinação giratório alongado 300 disposto ao redor do alojamento tubular 303. A Figura 3 mostra um corte representando a parte interna do plenário 350 e da câmara do forno 315. O plenário 350 é anularmente disposto ao redor do forno de calcinação giratório alongado 300 a aproximadamente dois terços do comprimento L da câmara do forno 315 conforme medido da extremidade do incinerador 205. O plenário 350 compreende um alojamento do plenário 351. O alojamento do plenário 351 define uma câmara do plenário 353 anularmente disposta ao redor da proteção externa 303 do alojamento tubular 302. As vedações 357 isolam a câmara do plenário 353 da atmosfera externa e permitem que o forno de calcinação giratório alongado 300 gire enquanto o plenário 350 permanece estacionário. Pernas 354 podem suportar o plenário 350 no bloco de suporte 347.

[0058] A câmara do plenário 353 se comunica com um canal de entrada 362 em uma entrada do plenário 363 definida pelo alojamento do plenário 351. A câmara do plenário 353 ainda se comunica com a câmara do forno 315 através de uma ou mais aberturas 368 no alojamento tubular 302. Um canal de gás 364 pode estender-se através da abertura 368. Em outras modalidades exemplares, o canal de gás 364 pode ser omitido. Em operação, operadores direcionam NCGs 365, preferivelmente NCGs de LVHC incluindo gases de enxofre reduzido total (“TRS”), através do canal de entrada 362 na câmara do plenário 353. Da câmara do plenário 353, os NCGs 365 difundem dentro da câmara do forno 315 através das aberturas 368 e, se presentes, os canais de gás 354. Os NCGs 365 podem entrar na câmara do forno 315 na zona de preaquecimento 274 ou na zona de calcinação 276.

[0059] Durante a operação, uma temperatura T na localização de inserção 375 na qual os NCGs 365 entram na câmara do forno 315 é entre aproximadamente 704°C a 954°C (1.300°F a 1.750°F). A Figura 3 representa múltiplas aberturas 368 no alojamento tubular 302 com um canal de gás 364 estendendo-se através de cada abertura 368. Na modalidade representada, será entendido que esta localização de inserção 375 está disposta na extremidade da câmara do forno do canal de gás 364. Nas modalidades exemplares que não possuem canais de gás 364, a localização de inserção 375 está dentro da câmara do forno 315 com relação à abertura 368. Será entendido que em outras modalidades exemplares, mais do que um plenário 350 pode ser disposto ao longo do comprimento L do forno de calcinação giratório alongado 300 desde que os plenários adicionais 350 sejam configurados para introduzir NCGs 356 nas localizações de inserção 375 na câmara do forno tendo uma temperatura T de aproximadamente 100°C a aproximadamente 1204°C (212°F a aproximadamente 2.200°F) e preferivelmente entre aproximadamente 704°C e 954°C (1.300°F e 1.750°F). Outras estruturas adequadas para injeção de GNC 365 num forno de calcinação rotativa alongada 300, como aqui descrito, são consideradas como estando dentro do âmbito desta divulgação.

[0060] A Figura 4 é uma vista transversal lateral da seção do plenário de um exemplo de forno de calcinação giratório alongado 400 mostrado na Figura 3. Sem estar ligado por teoria, a Requerente descobriu que a composição variável dos gases de TRS nos NCGs 465 causa variações de temperatura na câmara do forno 415, o que pode interromper a chama 122. O fluxo de NCGs 465 na extremidade do incinerador 105 pode arrefecer a extremidade do incinerador 105 e contribuir assim para flutuações de temperatura em toda a câmara do forno 415. Os NCG oxidantes 166 na extremidade do incinerador (como mostrado na FIG. 1) podem deslocar o oxigênio que o incinerador 124 obriga a manter a chama 122. Sem oxigênio suficiente, a chama 122 irá morrer de fome e contribuir para o "blowback". O blowback ocorre quando uma chama diminuída 122 acende bolsões construídos de combustível combustível. A ignição repentina do combustível acumulado pode produzir uma pequena explosão que pode tornar o forno 100 de calcinação giratória alongado inseguro para os operadores próximos e contribuir significativamente para as flutuações de temperatura dentro da câmara 415 do forno.

[0061] A requerente descobriu que inserir os NCGs 465 na zona de preaquecimento 274 ou na zona de calcinação 276, as temperaturas da zona de preaquecimento 274 e na zona de calcinação 276 são suficientes para oxidar os NCGs 465 antes dos NCGs 465 saírem da extremidade de alimentação 210 do forno de calcinação giratório alongado 200, ao mover os efeitos de resfriamento dos NCGs 465 a jusante do meio do forno de calcinação giratório alongado 200 (com relação à extremidade do incinerador 205), e assim desviar a área do forno de calcinação giratório alongado 200 na qual os anéis de forno central 130 provavelmente formarão. Inserindo os NCG 465 numa câmara cheia 450 disposta a cerca de metade (1/2) a dois terços (%) do comprimento L do forno de calcinação rotativo alongado 200, a Requerente descobriu uma maneira de reduzir as flutuações de temperatura na extremidade do incinerador 205 ciclos de congelamento e descongelamento que contribuíram para a criação de anéis de forno intermediário 130. Com flutuações de temperatura reduzidas, os nódulos 120 'são menos propensos a acumular material adicional a uma taxa mais rápida do que os nódulos 120' perdem material, evitando assim a oportunidade de anéis de forno central 130 para formar.

[0062] A inserção dos NCGs 465 na zona de preaquecimento 274 pode arrefecer ainda mais os gases de combustão 125 a jusante da zona de preaquecimento 274 (por exemplo na zona de secagem 272), mantendo assim passivamente a zona de secagem 272 abaixo de 704°C (1300°F) e evitando a acumulação de pó de lama de cal (CaCOs) aderindo às paredes refratárias 407 em anéis de meio-forno 130. Acredita-se que o acúmulo de lama de cal nas paredes refratárias 107 devido a sucessivos ciclos de congelamento e descongelamento seja o ímpeto da formação do anel intermediário 130. O sistema exemplificativo previne, deste modo, a formação de anéis 130 de forno central na zona de preaquecimento 274. O forno 400 de calcinação giratório alongado menos propenso a produzir NOx a temperaturas inferiores a 760°C (1400°F) .

[0063] Em outra modalidade exemplar, operadores podem adicionar ar (A, Figura 6) ao plenário 450 além dos NCGs 465. Acredita- se que a adição de ar A pode ajudar a controlar a faixa de temperaturas dentro do forno de calcinação giratório alongado 400 e ainda mitigar o rolamento e a produção de NOx, particularmente produção de NOx térmico.

[0064] Ainda em outra modalidade exemplar, operadores podem injetar ureia (CH4N2O) ao plenário 450 para reduzir o acúmulo de óxidos nitrosos (NOX) nos gases de exaustão 633. (Veja Figuras 5 e 77). Ainda em outra modalidade exemplar, operadores podem injetar amônia (NH3) ao plenário 450 para reduzir o acúmulo de óxidos nitrosos (NOX) nos gases de exaustão 633. (Veja Figuras 5 e 6).

[0065] A Figura 5 é uma vista esquemática transversal de um sistema exemplar de forno de calcinação giratório alongado em que o forno de calcinação giratório alongado 200 é um forno secador rápido 500. Em um forno secador rápido 500, um secador rápido 570 substitui a seção de cadeia 118 presente em fornos padrão de calcinação giratórios alongados 100. O secador rápido 570 é tipicamente disposto acima da extremidade de alimentação 510. O secador rápido 570 substitui a zona de secagem 272 nos fornos de calcinação giratórios alongados padrão 100. O incinerador 524 e o alojamento tubular 502, portanto, definem a zona de calcinação 576 e uma zona de preaquecimento 574 na câmara do forno 515 do alojamento tubular 502.

[0066] Antes de inserir no secador rápido 570, operadores tipicamente deságuam o reagente de calcinação 520 em um filtro de cal (não representado). Na Figura 5, o reagente de calcinação é lama de cal. A lama de cal desaguada (veja 520) terão de modo geral um teor de umidade em uma faixa de 20% a 30% ao entrar no secador rápido 570. Em um processo de rápida secagem, operadores alimentam a lama de cal (veja 520) ao secador rápido 570 em uma entrada 571. A lama de cal (veja 520) encontra então brevemente os gases de escape 533 capturados da extremidade de alimentação 510 da câmara de forno 515. Os gases de escape podem sair da extremidade de alimentação 510 da câmara do forno 515 em excesso de 700°C (1292°F) . Os gases de exaustão quentes 533 evaporam rapidamente o excesso de umidade na lama de cal (ver 520) sem aquecer a lama de cal (ver 520) por tempo suficiente para catalisar a reação de calcinação. Desta maneira, o secador de flash 570 seca a lama de cal 520”. Um separador de ciclone 573 separa a lama de cal seca 520" dos gases de exaustão 533. A lama de cal seca separada 520" é então alimentada para a extremidade de alimentação 510 do forno de calcinação rotativo alongado 200 para preaquecimento e calcinação.

[0067] A Figura 5 representa um plenário 550 disposto ao redor do alojamento tubular 502 perto da engrenagem de acionamento 513. O plenário 550 é disposto em uma localização de inserção 575, em que uma temperatura T da câmara do forno 515 está em uma faixa de 704°C a 954°C (1.300°F a 1.750°F) na localização de inserção 575. Operadores alimentam NCGs 565 ao plenário 550 na localização de inserção 575 para reduzir flutuações de temperatura na extremidade do incinerador 505 para assim evitar o congelamento cíclico de acúmulos de cal que contribuem para a criação de anéis de forno central 130.

[0068] As flutuações de temperatura reduzidas na câmara do forno 515, particularmente na zona de calcinação 576 e na zona de preaquecimento 574 podem permitir que o queimador 524 e a chama 522 aqueçam consistentemente a câmara 515 do forno melhorando assim o rendimento dos reagentes de calcina 520 e a consistência da requeima do produto 527.

[0069] A Figura 6 é uma representação esquemática transversal de um processo para reduzir o acúmulo de anéis de forno central (veja 130) em um forno de calcinação giratório alongado 600 compreendendo: introduzir NCGs 665 em um forno de calcinação giratório alongado 600, em uma localização de inserção 675, em que a temperatura T da câmara do forno 615 está em uma faixa de 704°C a 954°C (1.300°F a 1.750°F) na localização de inserção 675, em que os NCGs 665 são desejavelmente não inseridos em uma extremidade do incinerador 605 do forno de calcinação giratório alongado 600. A localização de inserção 675 está desejavelmente na zona de preaquecimento 674 ou na zona de calcinação 676.

[0070] Em certas modalidades exemplares, os operadores podem injetar amônia (NH3) na câmara do forno 615 no local de inserção 675 para reduzir o acúmulo de óxidos nitrosos (NOX) nos gases de exaustão 633 através da redução catalítica seletiva (“SCR”). Ainda noutras modalidades exemplares, os operadores podem injetar ureia (CH4N2O) e amônia (NH3) na câmara do forno 615 na localização de inserção 675 para reduzir a acumulação de óxidos nitrosos (NOX) nos gases de exaustão 633 através de redução não catalítica seletiva (“SNCR”). Ainda em outras modalidades exemplares, operadores podem adicionar vapor ou vapor de água (H2O) na localização de inserção 675 para ajudar a regular a temperatura interna e ajudar a manter as localizações de inserção das zonas de temperatura 672, 674, 676. Está contemplado que as emissões de óxidos de enxofre (“SOx”) podem permanecer substancialmente inalteradas.

[0071] Ainda em outras modalidades exemplares, operadores podem adicionar agentes de sinterização S com os NCGs 665 para reduzir a formação de anel de forno central 130 ainda mais e para facilitar fragmentação mais frequente de contaminantes das paredes refratárias 607. Ainda em outras modalidades exemplares, operadores podem adicionar oxigênio (O2) com os NCGs 665 para facilitar a oxidação dos NCGs 665 perto da localização de inserção 675. Ainda em outras modalidades exemplares, operadores podem inserir ar A com os NCGs 665 na localização de inserção 675 para facilitar oxidação dos NCGs 665. Ainda em modalidades exemplares, operadores podem recircular gás de combustão FG na localização de inserção 675. O gás de combustão FG pode ser resfriado antes da inserção. Em outras modalidades exemplares, o gás de combustão FG pode ser esgotado por oxigênio. Sem estar ligado por teoria, contempla-se que a adição de gás de combustão FG, ar A, vapor de água (H2O), ou qualquer combinação respectiva pode diluir a energia de combustão necessária para criar NOx. Vapor de água (H2O), água, gás de combustão resfriado FG, e ar A podem ser referidos genericamente como “agentes de resfriamento” 679 nesta divulgação.

[0072] A Figura 6 também esquematicamente representa o sistema exemplar compreendendo um forno de calcinação giratório alongado 600 tendo uma extremidade do incinerador 605 distalmente disposta de uma extremidade de alimentação 610. O forno de calcinação giratório alongado 600 compreende uma proteção externa 603 e um revestimento refratário 607. O revestimento refratário 607 define uma câmara do forno 615 compreendendo múltiplas zonas de temperatura 672, 674, 676. O sistema exemplar ainda compreende um sensor de temperatura 695 como um termopar. O sensor de temperatura 695 detecta a temperatura T da câmara do forno 615 perto da localização do sensor de temperatura 695. A Figura 6 representa um primeiro sensor de temperatura 695a e disposto a montante da localização de inserção 675 (ou seja, mais próximo à extremidade do incinerador 605) e um segundo sensor de temperatura 695b disposto a jusante da localização de inserção 675 (ou seja, mais próximo à extremidade de alimentação 610). O sensor de temperatura 695 pode comunicar de forma significativa com um controlador lógico programável (“PLC”), computador, computador tablet ou smartphone (genericamente, “processador”). Os processadores podem enviar um sinal de saída a um monitor para permitir que um operador veja ou visualize as leituras de temperatura.

[0073] Um operador pode ajustar uma condição de processo com base em uma leitura do sensor de temperatura 695 para manter as condições de operação desejáveis. Em outras formas exemplificativas, o processador pode ajustar uma condição de processo automaticamente com base nas leituras do sensor de temperatura 695. Por exemplo, se o sensor de temperatura 695 indica que a temperatura da zona de pré- tratamento 674 está abaixo dos níveis desejáveis, o operador pode aumentar a quantidade de combustível consumida pelo incinerador 624 para aumentar o comprimento da chama 622 e, desse modo, devolver a área da câmara do forno 615 a uma temperatura desejável T.

[0074] Outro processo para reduzir o acúmulo de anéis de forno em um forno de calcinação giratório alongado 600 pode compreender: alimentar um reagente de calcinação 620 em um forno de calcinação giratório alongado 600 em uma extremidade de alimentação 610 do forno de calcinação giratório alongado 600, oxidação do reagente de calcinação 620 no forno de calcinação giratório alongado 600 com um incinerador 624 disposto em uma extremidade do incinerador 605 do forno de calcinação giratório alongado 600, a extremidade do incinerador 605 sendo distalmente disposta da extremidade de alimentação 610; e introduzir NCGs 665 ao forno de calcinação giratório alongado 600, através de uma câmara do plenário 453, 553 anularmente disposta ao redor de um alojamento tubular 602 do forno de calcinação giratório alongado 600, em que a câmara do plenário 453, 553 de forma fluida se comunica com uma câmara do forno 615 através de uma abertura 668, e em que uma temperatura T da câmara do forno 615 está em uma faixa de 704°C a 954°C (1.300°F a 1.750°F) em uma localização de inserção 675.

[0075] Outro processo exemplar compreende: medir uma primeira temperatura T1 em uma primeira localização a montante da localização de inserção 675, medir uma segunda temperatura T2 em uma segunda localização a jusante da localização de inserção 675, comparando a primeira temperatura T1 para a segunda temperatura T2 para determinar a diferença de temperatura, adicionar um agente de resfriamento 679 com os NCGs 665 em uma localização de inserção 675 quando a diferença de temperatura é menor do que 38°C (100°F), em que a temperatura T na localização de inserção 675 está entre 100°C e 1204°C (212°F e 2.200°F). Em outras modalidades exemplares, a temperatura T na localização de inserção está entre 704°C a 954°C (1.300°F e 1.750°F). Um exemplo de método pode ainda compreender interromper a adição de um agente de resfriamento 679 quando a diferença de temperatura for 38°C (100°F) ou maior. Ainda em outras modalidades exemplares, operadores podem adicionar agente de resfriamento 679 quando a diferença de temperatura atinge 38°C (100°F).

[0076] Embora esta invenção tenha sido particularmente mostrada e descrita com referências às suas modalidades exemplares, será entendido pelos técnicos no assunto que várias alterações na forma e detalhes podem ser feitas sem sair do âmbito da invenção englobado pelas reivindicações anexas.

Claims (16)

1. Sistema de forno de calcinação giratório alongado caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento tubular (202, 302, 502) tendo uma proteção externa (203, 303) e um revestimento refratário (207) disposto dentro da proteção externa (203, 303), o revestimento refratário (207) definindo uma câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615), a câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) tendo uma extremidade do incinerador (205, 505), uma extremidade de alimentação (210, 510, 610) distalmente disposta da extremidade do incinerador (205, 505) e um comprimento estendendo-se entre a extremidade do incinerador (205, 505) e a extremidade de alimentação (210, 510, 610); um primeiro sensor de temperatura (695a)_configurado para medir uma primeira temperatura em uma primeira localização a montante da localização de inserção (375, 575, 675); um segundo sensor de temperatura (695b) configurado para medir uma segunda temperatura em uma segunda localização a jusante da localização de inserção (375, 575, 675), comparando a primeira temperatura à segunda temperatura para calcular uma diferença de temperatura; e um plenário (250, 350, 450, 550) anularmente disposto ao redor do alojamento tubular (202, 302, 502), o plenário (250, 350, 450, 550) compreendendo um alojamento do plenário definindo uma câmara do plenário (353, 453, 553) anularmente disposta ao redor do alojamento tubular (202, 302, 502), em que a câmara do plenário (353, 453, 553) de forma fluida se comunica com a câmara através de uma abertura (368, 668) disposta em uma localização de inserção (375, 575, 675), a aproximadamente dois terços de comprimento (L) da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) conforme medido da extremidade do incinerador (205, 505), em que o plenário (250, 350, 450, 550) é configurado para conduzir NCGs (265, 365, 465, 665) e um agente de resfriamento (679) para dentro da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) através da abertura na localização de inserção (375, 575, 675) quando a diferença de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura é inferior a 38°C (100°F), e uma temperatura na localização de inserção (375, 575, 675) está entre 100°C e 1204°C. (212°F e 2.200°F).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a localização de inserção (375, 575, 675) está em uma zona de preaquecimento (274, 574) da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615), em que a temperatura na localização de inserção (375, 575, 675) está entre 100°C e 704°C (212°F e 1.300°F).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma zona de calcinação (276, 576) estendendo-se da zona do incinerador a aproximadamente 30% do comprimento da câmara conforme medido da extremidade do incinerador (205, 505), em que a zona de preaquecimento (274, 574) está disposta a jusante da zona de calcinação (276, 576) e estende-se aproximadamente 30% a aproximadamente 40% do comprimento da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) conforme medido da extremidade do incinerador (205, 505).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a localização de inserção (375, 575, 675) está em uma zona de calcinação (276, 576) da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615), em que a zona de calcinação (276, 576) está disposta aproximadamente 30% a aproximadamente 40% do comprimento da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) conforme medido da extremidade do incinerador (205, 505), e em que a temperatura na localização de inserção (375, 575, 675) está entre 704°C e 1204°C (1.300°F e 2.200°F).

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma zona de secagem disposta aproximadamente 30% do comprimento do forno de calcinação giratório alongado (200, 300, 400, 500, 600) iniciando na extremidade de alimentação (210, 510, 610).

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura na localização de inserção (375, 575, 675) está entre 704°C e 954°C (1.300°F e 1.750°F).

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os NCGs (265, 365, 465, 665) são LCHV NCGs.

8. Processo para reduzir o acúmulo de anéis de forno central em um forno de calcinação giratório alongado (200, 300, 400, 500, 600), caracterizado pelo fato de que compreende: introduzir NCGs (265, 365, 465, 665) em um forno de calcinação giratório alongado (200, 300, 400, 500, 600) que tem uma extremidade do incinerador (205, 505) em uma primeira extremidade de uma câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) e uma extremidade de alimentação (210, 510, 610) em uma segunda extremidade da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) disposta distalmente da primeira extremidade, em que os NCGs (265, 365, 465, 665) são introduzidos por meio de uma câmara do plenário (353, 453, 553) em comunicação fluida com a câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) através de uma abertura disposta na localização de inserção (375, 575, 675) a aproximadamente dois terços do comprimento (L) da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) conforme medido desde uma extremidade do incinerador (205, 505) a jusante da extremidade do incinerador (205, 505) até a extremidade de alimentação (210, 510, 610) na câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615), em que uma temperatura da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) na localização de inserção (375, 575, 675) está em uma faixa de 100°C e 704°C (212°F a 2.200°F), emedir uma primeira temperatura em uma primeira localização a montante da localização de inserção (375, 575, 675), medir uma segunda temperatura em uma segunda localização a jusante da localização de inserção (375, 575, 675), comparar a primeira temperatura à segunda temperatura para calcular uma diferença de temperatura, adicionar um agente de resfriamento (679) com os NCGs (265, 365, 465, 665) na localização de inserção (375, 575, 675) quando a diferença de temperatura é inferior a 38°C (100°F).

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda introduzir um composto na localização de inserção (375, 575, 675) com os NCGs (265, 365, 465, 665), em que o composto é selecionado do grupo que consiste em: ar, amônia, um agente de sinterização, ureia, oxigênio, gás de combustão recirculado e vapor de água.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a temperatura na localização de inserção (375, 575, 675) está entre aproximadamente 704°C a 954°C (1.300°F e aproximadamente 1.750°F).

11. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda interromper a adição do agente de resfriamento (679) quando a diferença de temperatura for 38°C (100°F) ou maior.

12. Processo para reduzir o acúmulo de anéis de forno em um forno de calcinação giratório alongado (200, 300, 400, 500, 600), caracterizado pelo fato de que compreende: alimentar um reagente de calcinação em um forno de calcinação giratório alongado (200, 300, 400, 500, 600) em uma extremidade de alimentação (210, 510, 610) do forno de calcinação giratório alongado (200, 300, 400, 500, 600); oxidar o reagente de calcinação no forno de calcinaçãogiratório alongado (200, 300, 400, 500, 600) com um incinerador disposto em uma extremidade do incinerador (205, 505) do forno de calcinação giratório alongado (200, 300, 400, 500, 600), a extremidade do incinerador (205, 505) sendo distalmente disposta a partir da extremidade de alimentação (210, 510, 610); e introduzir NCGs (265, 365, 465, 665) no forno de calcinação giratório alongado (200, 300, 400, 500, 600) que tem uma extremidade do incinerador (205, 505) em uma primeira extremidade de uma câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) e uma extremidade de alimentação (210, 510, 610) em uma segunda extremidade da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) disposta distalmente da primeira extremidade, através de uma câmara do plenário (353, 453, 553) disposta anularmente ao redor de um alojamento tubular (202, 302, 502) do forno de calcinação giratório alongado (200, 300, 400, 500, 600), em que a câmara do plenário (353, 453, 553) se comunica de maneira fluida com uma câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) através de uma abertura a aproximadamente dois terços do comprimento da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) conforme medido desde uma extremidade do incinerador (205, 505) a jusante da extremidade do incinerador (205, 505) até a extremidade de alimentação (210, 510, 610) na câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615), e uma temperatura da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615) está em uma faixa de 704°C a 954°C (1.300°F a 1.750°F) em uma localização de inserção (375, 575, 675), e medir uma primeira temperatura em uma primeira localização a montante da localização de inserção (375, 575, 675), medir uma segunda temperatura em uma segunda localização a jusante da localização de inserção (375, 575, 675), comparar a primeira temperatura à segunda temperatura para calcular uma diferença de temperatura, adicionar um agente de resfriamento (679) com os NCGs (265, 365, 465, 665) na localização de inserção (375, 575, 675) quando a diferença de temperatura for inferior a 38°C (100°F).

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda adicionar ar, vapor de água, ou gás de combustão recirculado resfriado ao plenário (250, 350, 450, 550) para controlar a temperatura dentro da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615).

14. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda ureia ao plenário (250, 350, 450, 550) para reduzir a quantidade de óxidos nitrosos em gases de exaustão.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda adicionar vapor de água ao plenário (250, 350, 450, 550) para regular a temperatura da câmara do forno (215, 315, 415, 515, 615).

16. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda adicionar tanto ureia quanto amônia ao plenário (250, 350, 450, 550) para controlar a quantidade de óxidos nitrosos nos gases de exaustão.