JP6456485B2 - 分散性原料の熱処理の方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、分散性原料の熱処理の方法およびシステムであって、前記原料が、一または複数の高温ガスが潅流する上昇管に導入され、その中で前記一または複数の高温ガスによってそれぞれ熱処理される方法およびシステムに関する。

このタイプの熱処理は、例えば、セメントクリンカーの製造におけるセメント原料のか焼において行われる。そのために必要とされる熱エネルギーは、例えば上昇管に連結された別個の燃焼槽中で燃焼される燃料によって供給される（独国特許出願公開第１０ ２００４ ０４５ ５１０号明細書）。類似した概念は、独国特許出願公開第１９５ ３５ ３１２号明細書から知られ、これは、廃材、特に古タイヤから可燃性気体を発生させるための、排気ラインに連結した反応器を開示している。この中の反応器は、ガス化反応器として構成され、冷却器の排気の少なくとも一部が反応器中のガス化手段として利用可能なように、セメントクリンカーシステムの冷却器に第三の空気ライン経由で連結されている。独国特許出願公開第１０ ２００５ ０５２ ７５３号明細書によれば、追加の燃焼領域が、下から燃焼するように構成されている。

これらのすべての様々に構成された燃焼槽の事例において、冷却器の高温排気は、燃料を反応させるために使用され、作られる高温ガスはか焼炉に供給される。原材は、この中で温度を調節するために用いられる。これらの概念には、冷却器の高温排気および原材を別個のライン経由で供給することに伴う、装置の観点からは不利な複雑さがある。多数の既存のシステムにおいて、原材を重力によって供給することができるほど十分な高低差がないので、特に材の供給が、技術の改善を困難にしている。

対照的に、国際公開第２０１２／０４８１５９号は、別の概念を狙っており、固体燃料、例えば古タイヤは、旋回可能な取り付け設備によって上昇管中で直接燃焼される。この方法は、第三の空気ラインに関係する装置の観点での複雑さが、対応して軽減され得る利点を有しているが、非常に高温であるために取り付け装置のための相応する複雑さを考慮に入れなければならない。

独国特許出願公開第１０ ２００４ ０４５ ５１０号明細書 独国特許出願公開第１９５ ３５ ３１２号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００５ ０５２ ７５３号明細書 国際公開第２０１２／０４８１５９号

したがって、本発明は、高温ガスによって潅流される上昇管中の分散性原料の熱処理のための燃料を反応させる際に、装置の観点での複雑さを軽減する目的に基づく。

本発明によると、この目的は請求項１および請求項８の特色によって達成される。本発明の特定の設計実施形態はさらなる請求項の主題である。

分散性原料の熱処理のための、本発明による方法の場合、原料は、高温ガスが潅流する上昇管に導入され、その中で高温ガスによって熱処理される。さらに、少なくとも１種の燃料が上昇管に供給され、前記燃料は最初、燃料前処理領域中で少なくとも１つの支持面上に滞留し、そこで前記燃料は、原料と混合された高温ガスの一部と接触するようになり、それによって、乾燥され、および／または少なくとも部分的に脱気され、および／または少なくとも部分的に反応させられ、その後上昇管に移動する。

用語「高温ガス」は、特に煙道ガス、最も好ましくはさらなる処理用ガスと混合されてもよい、炉からの、または熱処理システムからの煙道ガスを指すものと理解されるべきである。

したがって、本発明は燃料を反応させるための高温ガスを利用し、そうでなければ、相応する大寸法の第三の空気ライン、または燃料前処理領域への追加の第三の空気ラインによる装置の観点で複雑さなしで済ますことができる。さらなる利点は、使用される高温ガスが低酸素含有率であるために、燃料の反応の場合の温度調節が著しく容易になることにある。高温ガス中に一緒に運ばれる原材はまた、過剰の温度ピークを防止する。

本発明の基礎となる概念は、燃料前処理領域全体中の燃料が優勢的に、すなわち、少なくとも５０％であり、原料と混合された高温ガスによって乾燥され、および／または少なくとも部分的に脱気され、および／または少なくとも部分的に反応させられることにある。

本明細書において燃料前処理領域中の燃料は、好ましくは、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも６０％、または少なくとも７０％、または少なくとも８０％、または最も好ましくは少なくとも９０％に、原料と混合された高温ガスの一部によって形成される高温ガスと接触するようになる。残存部は、例えば支持面に沿って燃料を運搬するためのガスによって、および／またはジェット推進ノズル経由で供給された空気によって形成され、ジェット推進ノズル経由で供給された空気は、燃料前処理領域に煙道ガスを偏向させるのにおよび／または燃料前処理領域の領域中の高温ガスの酸素含有率を設定するのに役立つことができる。

好ましい一実施形態によると、燃料前処理領域の前記少なくとも１つの支持面は、開放的に上昇管へ通じる前処理槽中に配置され、原料と混合された高温ガスの一部は上昇管から前処理槽へ偏向され、燃料と接触するようになる。このように、特に二次燃料または湿った燃料も、それぞれ、前処理槽中で最初乾燥され、少なくとも部分的に脱気され反応させられるので用いることができる。本明細書において燃料は、好ましくは機械式にまたは重力によって支持面に供給される。次いで、乾燥されおよび／または少なくとも部分的に脱気された燃料は、支持面に沿って機械式にまたは空気圧で運搬され上昇管に落下し、または上昇管に移動し、次いで前記燃料は、完全に反応させられるかまたは燃焼する。

上昇管を潅流する高温ガスの酸素含有率に応じて、燃料の前処理または反応をそれぞれ最適化するために、酸素含有ガスの添加によって狙いを定めて燃料と接触するようになる高温ガスの酸素含有率を設定することが望ましい場合がある。酸素含有ガスのこの添加は本明細書においてまた、それによって、燃料前処理領域中の燃料と接触する高温ガスの量を狙いを定めて設定するために前処理槽に高温ガスを偏向させるのに使用することができる。

燃料によるエネルギー入力を上昇管の長手方向にわたって分布させるために、燃料前処理領域中で燃料は未だ完全には反応していないことがさらに望ましい。したがって、上昇管に落下される時点での燃料は、９０％未満、好ましくは７０％未満、最も好ましくは５０％未満だけ反応させるべきである。上昇管に落下される時点での燃料は、少なくとも７０％だけ脱気されることがさらに有利である。そのために、次に、上昇管中で高温ガスが流入する燃料を上昇管内でなお完全に反応させることができることが確実になる。

本発明の１つのさらなる設計実施形態によれば、支持面上に位置する燃料は、例えば砂または石灰石材などの不活性材料によって要求に応じて消火することができることを提供することができる。

分散性原料の熱処理のための本発明によるシステムは、高温ガスが潅流する上昇管、原料を添加する手段および燃料前処理領域を設け、燃料前処理領域は、燃料を添加する手段、燃料用の少なくとも１つの支持面、および支持面に沿って燃料を運搬し、上昇管に燃料を移動させる手段を備える。本明細書において燃料前処理領域は、原料と混合された高温ガスの一部が燃料前処理領域に到達し、その中で燃料と接触し、燃料がそれによって乾燥され、および／または少なくとも部分的に脱気され、少なくとも部分的に反応させられるように、上昇管に連結されている。

燃料を添加する手段は、例えばネジコンベヤおよび／またはゲートおよび／またはポンプおよび／またはタペットおよび／またはシュートおよび／またはセル車輪型樋および／またはフラップシステムを備えることができる。燃料を運搬し上昇管に移動させる手段は、機械式運搬ではゲートもしくはタペット、および／または空気圧式運搬では空気サージ装置もしくは送風機の形状で形成することができる。ジェット推進ノズルは、原料と混合された高温ガスのその一部を燃料前処理領域に偏向させるために設けることができる。これらのノズルは、燃料前処理領域中の高温ガスの酸素含有率を狙いを定めて設定するように酸素含有ガスと衝突させることができる。

燃料の反応のために燃料が利用可能な十分な空間のためには、上昇管の直径Ｄと燃料前処理領域中の燃料の支持面の深さＴの比は、５＞Ｄ／Ｔ＞１．５、好ましくは３＞Ｄ／Ｔ＞１．５であるべきである。水平に対する燃料の支持面の傾斜は、＋４５°から−５０°までの範囲、好ましくは０から−３０°までの範囲、最も好ましくは０から−１０°までの範囲でなければならない。

支持面が少なくとも連続する２段によって形成されることは、燃料が段から段へ動くにつれて燃料の混合または旋回がそれぞれ生じ、それによってより高速反応が可能になるので、さらに有利であると分かった。燃料前処理領域の高さと支持面または段の深さの比は、好ましくは０．５〜２、好ましくは０．７５〜１．５の間にある。当然のことながら、支持面が１つの台およびその台に隣接する少なくとも１つの段によって形成されることもまた考えられ、個々の段の長さは、台の長さの０．２〜１、好ましくは０．２〜０．６倍である。支持面の幅と深さの比は、有利には０．５〜２．５、好ましくは１〜２の間にある。

さらなる例示の一実施形態によると、燃料前処理領域は、鉛直線に対して斜めに配置された上昇管の一部に構成された前処理槽によって形成され、燃料用の少なくとも１つの支持面は、上昇管の、相応して構成された壁領域によって形成される。燃料前処理領域の構成に応じて、原料と混合された高温ガスのその一部を燃料前処理領域に偏向させる偏向手段を設けることができる。これらの偏向手段は例えばジェット推進ノズルによって形成することができる。

本発明のさらなる利点および設計実施形態を、幾つかの例示の実施形態の以下の記載および図面によってより詳細に説明する。

セメントクリンカー製造用のシステムの概略図を示す。 第１の例示の実施形態による、分散性原料の熱処理のためのシステムの概略図を示す。 第２の例示の実施形態による、分散性原料の熱処理のためのシステムの概略図を示す。 第３の例示の実施形態による、分散性原料の熱処理のためのシステムの概略図を示す。

図１は、セメントクリンカー製造用のシステムを示し、これは、セメント原材１０１を予備加熱するための多段予熱器１００、予備加熱されたセメント原材１０３を予備か焼するためのか焼炉１０２、予備か焼されたセメント原材１０５を焼成してセメントクリンカーを形成する炉１０４、およびセメントクリンカーを冷却するための冷却器１０６を備える。炉１０４中で作られる高温ガス１０７は、最初か焼炉１０２、その後予熱器１００を潅流する。さらに、冷却器１０６中で作られた冷却器排気１０８はか焼炉１０２中の燃焼空気として利用される。

か焼炉の構成についての様々な例示の実施形態を図２〜４に示す。しかし、これらの例示の実施形態は、分散性原料の熱処理または化学反応、例えば鉱石の還元などのためのさらなるシステムに関係することもあり、したがって、か焼炉に限定されない。

図２に例証する分散性原料の熱処理のためのシステムは、高温ガス１が潅流する上昇管２、原材４（特に図１の予備加熱されたセメント原材１０３）を添加する手段３、および、前処理槽として上昇管２に付けられ、開放的に上昇管２に通じる燃料前処理領域５を備える。前処理槽は、１つの台７ａおよびその台に上昇管の方向に隣接する２つの段７ｂ、７ｃによって形成される、燃料１１用の支持面７を有する。さらに、図示した例示の実施形態において振り子フラップ１２およびウォーム１３を含む、燃料１１を添加する手段１０が設けられる。

燃料１１は手段１０経由で支持面７に押しつけられる。熱処理される原料４は、手段３経由で上昇管１の下方領域中で供給される。さらに、酸素を含有する燃焼空気８（図１によると例えば冷却器排気１０７）は、手段１４経由で上昇管２に供給されてもよい。前処理槽６は、原料４と混合した高温ガス１の一部１ａが前処理槽６に逆流する方法で到達し、その中で支持面７上に滞留している燃料１１と接触し、それによって、前記燃料１１は乾燥され、および／または少なくとも部分的に脱気され、および／または少なくとも部分的に反応させられるように、上昇管２に連結されている。台７ａ上での十分な滞留時間の後、燃料は段７ｂに押しつけられ、新しい燃料がネジコンベヤ１３経由で補給される。段７ｂから段７ｃ上に燃料を運ぶための、または段７ｃから上昇管２への燃料を落下させるための空気サージ装置１５、１６が、それぞれ、段の領域に設けられる。しかし、送風機、ゲートまたはタペットも適用することができる。ウォーム１３および空気サージ装置１５、１６は、制御装置（より詳細には図示せず）により、燃料があらかじめ定められた時間、燃料前処理領域５中に滞留し、その中で所望の方式で反応させられるように、相互に適合した方式で作動される。

例えば、システムの突然の停止の場合に、不活性材料（例えば砂または石灰石材）で燃料床を覆うことによってまだ継続している燃料反応を減速するまたは大幅に停止させるために不活性材料９ａ用バンカ９をさらに設けることができる。

上昇管２に落下させた燃料は、高温ガスによって流入させられ、さらに反応または燃焼させられる。上昇管２中で上向きに流れる高温ガス１の一部１ａが前処理槽６に到達する「逆流」の効果は、この事例では、上昇管２の直径Ｄと燃料前処理領域５中の燃料の支持面７の深さＴの比が、５＞Ｄ／Ｔ＞１．５、好ましくは３＞Ｄ／Ｔ＞１．５の範囲である場合、特に効果的に達成される。

図３は、前処理槽６’が上昇管２’にやはり開放的に通じる例示の実施形態を示す。燃料を添加する手段１０’は、重力によって燃料を添加することができるように、やはり振り子フラップ１２’、１３’およびシュート１８’によって形成される。第１の例示の実施形態の支持面７の台７ａは水平に配列されていたが、図２による例示の実施形態の支持面７’の台７’ａは傾斜し、この場合、やはり、ここで水平に構成された２つの段７’ｂ、７’ｃは台７’ａに隣接して配置され、この場合は、しかし、傾斜させた支持面を有する段もまた考えられる。本明細書において傾斜角は−４５°から＋５０°までの範囲、好ましくは０から−３０°までの範囲、最も好ましくは０から−１０°までの範囲であってもよい。傾斜は、便宜的には、燃料が自動的に下方へ滑り落ちない大きさであるべきである。

さらに、支持面７’に沿った燃料１１’を運ぶ手段１９’は、図示した例示の実施形態において設けられ、その手段１９’はゲートによってここに形成される。空気サージ装置１５’、１６’は、やはり段の領域中で設けられる。台７’ａのこの斜め配置によって、燃料１１’の運搬が容易になるという利点を有する。さらに、原料４’と混合される高温ガス１’の一部１’ａの偏向は、前処理槽６’のこの幾何形状によって容易にすることができる。この偏向がさらに容易になるように、原料４’とブレンドされた高温ガス１’の一部を前処理槽６’へ取り込むように配列されたジェット推進ノズル２０’が、前処理槽６の領域中に設けられる。

燃料前処理領域５、５’の領域中の燃料の特に効果的な反応は、燃料前処理領域の高さＨと支持面の深さＴの比が、０．５〜２、好ましくは０．７５〜１．５の間にある場合、結果的に生じる。２つの例示の実施形態の事例のように、支持面７、７’が、１つの台７ａ、７’ａおよびその台に隣接する少なくとも１つの段７ｂ、７ｃ、７’ｂ、７’ｃによって形成される場合、段の深さｔは、台の深さｔ_Ｔの好ましくは０．２〜１倍、好ましくは０．２〜０．６倍である。０．５〜２．５、好ましくは１〜２の間の値が、支持面７、７’の幅と深さＴの比にとって有利であると分かった。

図４による例示の実施形態の場合、燃料前処理領域５’’は、鉛直線に対して斜めになるように配置された上昇管２’’のある部分に配置された前処理槽６’’によって形成され、燃料用の支持面７’’は、上昇管２’’の外向きの段壁領域によって少なくとも部分的に形成され、図示した例示の実施形態における前記壁領域は、傾斜するように構成された段７’’ｂ、７’’ｃ、７’’ｄ、７’’ｅによってのみ形成される。段に傾斜があるので、燃料を運搬するために簡単な送風機で十分である。ここで燃料１１’’を添加する手段１０’は、セル車輪型樋によって形成される。

本発明の文脈において、３つの例示の実施形態において示した設計実施形態、例えば、支持面の設計実施形態、または燃料の供給および運搬のタイプは、任意に互いと組み合わせることができる。

Claims (13)

1. 分散性原料（４、４’、４’’）の熱処理の方法において、前記原料は高温ガス（１、１’、１’’）によって潅流された上昇管（２、２’、２’’）に導入され、その中で前記高温ガスによって熱処理され、ここで少なくとも１種の燃料（１１、１１’、１１’’）が前記上昇管に供給され、前記燃料は最初、燃料前処理領域（５、５’、５’’）の中で少なくとも１つの支持面上に滞留し、
   前記燃料前処理領域中の前記燃料（１１、１１’、１１’’）は、前記原料と混合された前記高温ガスの一部（１ａ、１’ａ、１’’ａ）と接触し、それによって、乾燥され、および／または少なくとも部分的に脱気され、および／または少なくとも部分的に反応させられ、その後前記上昇管に移動する方法であって、
   前記燃料前処理領域中の前記燃料（１１、１１’、１１’’）と接触する前記高温ガスの少なくとも５０％は、前記原料と混合された前記高温ガスの一部（１ａ、１’ａ、１’’ａ）によって形成され、
   前記燃料前処理領域の前記少なくとも１つの支持面（７、７’、７’’）は、前記上昇管（２、２’、２’’）へ開放的に通じる前処理槽（６、６’、６’’）中に配置され、前記原料と混合された前記高温ガスの一部（１、１’、１’’）が前記前処理槽に偏向され、前記燃料と接触するようになることを特徴とする方法。
2. 前記燃料（１１、１１’、１１’’）が前記支持面に機械式にまたは重力によって供給されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記乾燥されおよび／または少なくとも部分的に脱気された燃料（１１、１１’、１１’’）が前記支持面に沿って機械式にまたは空気圧で運搬され、その後前記上昇管に移動することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記原料と混合され前記燃料前処理領域（５’）中の前記燃料（１１’）と接触するようになる前記高温ガス（１’ａ）の量が、酸素含有ガス（２０’）の添加により狙いを定めて設定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記支持面上に位置する前記燃料（１１、１１’、１１’’）の前記燃焼反応を不活性材料によって減速するまたは完全停止に至らせることができることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 分散性原料（４、４’、４’’）の熱処理のシステムにおいて、
   高温ガス（１、１’、１’’）によって潅流された上昇管（２、２’、２’’）と、
   前記原料（４、４’、４’’）を添加する手段（３、３’、３’’）と、
   ならびに、
   燃料（１１、１１’、１１’’）を添加する手段（１０、１０’、１０’’）と、前記燃料用の少なくとも１つの支持面（７、７’、７’’）と、及び前記支持面に沿って前記燃料を運搬し前記上昇管に前記燃料を移動させる手段と、を備える燃料前処理領域（５、５’、５’’）であって前記上昇管（２、２’、２’’）に取り付けられる燃料前処理領域（５、５’、５’’）と、
   を有するシステムであって、
   前記燃料前処理領域の前記少なくとも１つの支持面（７、７’、７’’）は、前記上昇管（２、２’、２’’）へ開放的に通じる前処理槽（６、６’、６’’）中に配置され、
   前記燃料を乾燥し、および／または少なくとも部分的に前記燃料を脱気し、および／または少なくとも部分的に前記燃料を反応させるために、前記原料と混合された前記高温ガスの一部を前記前処理領域に偏向する偏向手段によって特徴づけられるシステム。
7. 前記燃料を添加する前記手段（１０、１０’、１０’’）が、ネジコンベヤおよび／またはゲートおよび／またはポンプおよび／またはタペットおよび／またはシュートおよび／またはセル車輪型樋および／またはフラップシステムを備えることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
8. 前記燃料を運搬し前記上昇管（２’）に移動させる前記手段（９’）が、機械式運搬ではゲートもしくはタペット、および／または空気圧式運搬では空気サージ装置もしくは送風機の形状で形成されることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
9. 前記原料と混合された前記高温ガスのその一部（１’ａ）を前記燃料前処理領域に偏向させるための少なくとも１つのジェット推進ノズル（２０’）が、前記燃料前処理領域（５’）中に設けられることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
10. 前記上昇管（２、２’、２’’）の直径（Ｄ）と前記燃料前処理領域中の前記燃料の前記支持面（７、７’、７’’）の深さ（Ｔ）の比が、５＞Ｄ／Ｔ＞１．５の範囲であることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
11. 前記上昇管（２、２’、２’’）の直径（Ｄ）と前記燃料前処理領域中の前記燃料の前記支持面（７、７’、７’’）の深さ（Ｔ）の比が、３＞Ｄ／Ｔ＞１．５の範囲であることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
12. 前記支持面（７’、７、７’’）が、少なくとも２つの連続的な段（７ａ、７ｂ、７ｃ；７’ａ、７’ｂ、７’ｃ；７’’ａ、７’’ｂ、７’’ｃ）ならびに／または１つの台（７ａ、７’ａ、７’’ａ）および前記台に隣接する少なくとも１つの段によって形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
13. 前記燃料前処理領域（５’’）が、鉛直線に対して斜めになるように配置された前記上昇管（２’’）の一部に構成された前処理槽（６’’）によって形成され、前記燃料用の前記少なくとも１つの支持面（７’’）が、前記上昇管（２’’）の外向きの段壁領域によって形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。

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