JP7480327B2 - Ｐｆｒシャフト炉内での炭素含有材料の燃焼方法 - Google Patents

Description

本発明は、並流向流再生シャフトキルン（ＰＦＣＦＲシャフトキルン）内で炭素含有材料を燃焼させるための方法、およびＰＦＲシャフトキルンに関する。

例えば、国際公開第２０１１／０７２８９４号から知られているこの種のＰＦＲシャフトキルンは、サイクルで動作する２つの鉛直で平行なシャフトを有し、燃焼は、それぞれの燃焼シャフトである一方のシャフト内でのみ実行され、他方のシャフトは再生シャフトとして動作する。燃焼シャフトには、材料および燃料と共に、並流に酸化ガスが供給され、結果的に得られた高温排気ガスは、下部から供給され、加熱された冷却空気と共に、越流路を介して排気ガスシャフト内に導かれ、排気ガスは、材料に対して向流で上部に向かって導かれ、材料はこのプロセス中に予熱される。材料は通常、酸化ガスと共に上方からシャフトに供給され、燃料は燃焼ゾーン内に注入される。

シャフトの各々において、燃焼される材料は、通常、材料を予熱するための予熱ゾーン、予熱ゾーンに続く、材料が燃焼される燃焼ゾーン、および燃焼ゾーンに続く、高温材料に冷却空気が供給される冷却ゾーンを通過する。

例えば、１０～１５分の持続時間を有するサイクル中、燃焼される材料は、２つのシャフトにある排出装置を介して連続的に排出される。材料カラムは、シャフト内で均一に落下する。その後、燃焼シャフトとして動作していたシャフトが再生シャフトとなり、次に再生シャフトとして動作していたシャフトが燃焼シャフトとなるように、キルンが反転される。

そのようなＰＦＲシャフトキルンは、例えば、約３．３ＭＪ／Ｎｍ^３の発熱量までの燃料ガスで動作し、６．６ＭＪ／Ｎｍ^３未満の発熱量を有する燃料ガスは、ＰＦＲシャフトキルンの動作にかなりの欠点を伴う。例として、６．６ＭＪ／Ｎｍ^３未満の発熱量を有する燃料ガス中には、不燃性成分の割合が高い。したがって、ＰＦＲシャフトキルンの動作中には比較的大量の燃料ガスが存在し、これは燃焼空気および石灰冷却空気と共に比較的大量の排気ガスをもたらす。比較的大量の排気ガスは、ＰＦＲシャフトキルンの予熱ゾーン内の石灰石床によって、もはや吸収することができない余剰熱を含む。その結果、排気ガス温度が約１００℃から約３００℃に上昇する。

排気ガス温度が高いほど、排気ガスの量が多いほど、熱損失が高くなり、したがって、現在の従来技術に従って具現化されたＰＦＲシャフトキルンが、わずか３．３ＭＪ／Ｎｍ３の発熱量を有するガスで燃焼される場合、上記ＰＦＲシャフトキルンは、天然ガスで燃焼されるＰＦＲシャフトキルンよりも約２０％多い熱エネルギーまたは燃料を必要とする。

排気ガスの量が多いことにより、わずか３．３ＭＪ／Ｎｍ３の発熱量を有する燃料ガスでの動作中に、現在の従来技術に従って具現化されたＰＦＲシャフトキルンの圧力損失は、天然ガス燃焼ＰＦＲシャフトキルンと比較して約３５％増加する。同様に、結果として、燃料ガスおよびプロセス空気を圧縮するために、より高い電気エネルギー要件が存在する。

国際公開第２０１１／０７２８９４号

欧州特許第１６３４０２６号明細書は、上述の欠点を低減する方法を開示している。しかしながら、上記方法は、動作温度が高いために塵埃で詰まる可能性もある、大型で高価な高温ガス熱交換器を必要とするという欠点を有する。

次に、本発明の目的は、上述の欠点が克服されたＰＦＲシャフトキルンの動作方法を特定することである。

上記目的は、本発明によれば、独立方法請求項１の特徴を有する方法によって、および独立装置請求項９の特徴を有する装置によって達成される。有利な発展形態が、従属請求項から明らかになるであろう。

第１の態様によれば、本発明は、燃焼シャフトおよび再生シャフトとして交互に動作する２つのシャフトを有する並流向流再生シャフトキルンにおいて、炭酸塩岩などの材料を燃焼および冷却し、材料が、予熱ゾーン、少なくとも１つの燃焼ゾーン、および冷却ゾーンを通って材料出口に流れる、方法を含む。燃料が、予熱ゾーンの内部または上方でそれぞれのシャフト内に供給され、したがって、燃料が、燃焼ゾーンに入る前に予熱ゾーン内で加熱される。これに関連して、「予熱ゾーンの上方」は、材料の流れ方向における予熱ゾーンの上流を意味すると理解される。好ましくは、燃料が、予熱ゾーンの内部または上方にのみ供給される。燃料が、例えば、６．６ＭＪ／Ｎｍ^３未満の発熱量を有する高炉ガスなどの燃料ガスである。

これにより、シャフト内のガスおよび温度の均一な分布が可能になり、これは良好で均一な製品品質の生成の前提条件である。

炭酸塩岩などの材料を燃焼および冷却するための並流向流再生シャフトキルンは、好ましくは互いに平行にかつ鉛直に配置された、少なくとも２つのシャフトを有する。シャフトは、燃焼シャフトおよび再生シャフトとして交互に動作することができ、シャフトの各々が、材料の流れ方向に、材料を予熱するための予熱ゾーンと、材料を燃焼させるための燃焼ゾーンと、材料を冷却するための冷却ゾーンとを有する。シャフトの各々が、好ましくは、シャフト内に燃焼される材料を投入するための材料入口を有し、材料入口は、特にそれぞれのシャフトの上端に配置され、その結果、材料が重力によりそれぞれのシャフト内に落下する。燃焼される材料は、例えば、それぞれのシャフト内への燃料の入口と同じ高さレベルで供給される。燃料入口が、予熱ゾーンの上方または内部に配置される。特に、燃料が予熱ゾーンの上端で供給され、したがって、燃料、特に燃料ガスは、燃焼ゾーン内に入る前に予熱ゾーン全体を完全に通過する。

シャフトが、ガスが一方のシャフトから他方のシャフトに流れることができるように、ガス流路を介してガス技術に関して互いに接続されることが好ましい。ガス流路が、２つのシャフト間の越流路の機能を有する。

燃焼される材料は、特に石灰石または苦灰岩である。
第１実施形態によれば、酸化ガスが燃焼ゾーン内に供給される。好ましくは、酸化ガスが、予熱ゾーン内ではなく燃焼ゾーン内にのみ供給される。酸化ガスの導入手段は、特に燃焼ゾーンの内部に配置される。例えば、空気、酸素富化空気、または約８０％の割合の酸素を有する酸素含有ガス、もしくは実質的に純酸素などの酸化ガスが、予熱ゾーンの内部、燃焼ゾーンへの入口または燃焼ゾーンの内部の材料の流れ方向に導入されることが好ましい。さらなる実施形態によれば、酸化ガスが、多数のランスを介して燃焼ゾーン内に導入される。例として、酸化ガスは、ランスを介してそれぞれのシャフト内に導入され、ランスが、特にＬ字形であり、互いに均一な間隔にあり、予熱ゾーンから燃焼ゾーン内に延在し、したがって、酸化ガスが、予熱ゾーン内のランスの内部で加熱され、燃焼ゾーン内のランスを出ることが好ましい。これにより、燃料ガスの燃焼が行われる燃焼ゾーン内を目標として酸化ガスを導入するという利点が得られる。

同様に、酸化空気は、シャフト壁の少なくとも１つまたは多数のスロットを介してシャフト内に導入されることが考えられる。例として、スロットが、実質的に水平に、特に材料の流れ方向を横切る方向に延在する。スロットが、それぞれのシャフト内に酸化空気を投入するための入口を形成し、例えば、すべて同じ高さレベルに配置され、特に互いに均一な間隔で配置される。そのような実施形態の利点は、薄いカーテン状の酸化ガス流が、材料の流れ方向に、シャフト内壁の上または近くを下方に流れ、その結果、燃料ガス中の一酸化炭素が完全に燃焼することである。上記ランスを、スロットの代替として、またはスロットに加えて設けることができる。

好ましくは、酸化ガスを投入するための入口は、シャフトの内部の複数の位置に設けられる。例として、入口が、シャフト壁にスロット状に、またはランスとして具現化される。そのような入口が、例えば、燃焼ゾーンの内部の材料の流れ方向に連続する複数の位置に設けられる。予熱ゾーンの内部、特に予熱ゾーンと燃焼ゾーンとの間の境界に入口を設けることも同様に考えられる。

さらなる実施形態によれば、燃料、特に燃料ガスが、６．６ＭＪ／Ｎｍ^３未満、特に１ＭＪ／Ｎｍ^３～７ＭＪ／Ｎｍ^３、好ましくは２ＭＪ／Ｎｍ^３～４ＭＪ／Ｎｍ^３、最も好ましくは３．３ＭＪ／Ｎｍ^３の発熱量を有する。

さらなる実施形態によれば、予熱ゾーンと燃焼ゾーンとの間、または予熱ゾーンの内部、もしくは燃焼ゾーンの内部の移行部には、燃焼される材料のないガス体積部を生成するための流れ抵抗部が配置され、酸化ガスが、燃焼される材料のない上記ガス体積部の内部に導入される。流れ抵抗部は、例えば、材料の流れ方向を横切る方向に配置されたバーである。バーの下には、酸化ガスが導入される、燃焼される材料のないガス体積部が形成される。これにより、それぞれのシャフト内に酸化ガスが均一に導入および分布されるという利点が得られる。

さらなる実施形態によれば、酸化ガスが、燃焼ゾーンの周囲、特に予熱ゾーンと燃焼ゾーンとの間の移行部の周囲に配置された環状空間内に導入される。環状空間が、ＰＦＲシャフトキルンのシャフトの１つまたはすべての予熱ゾーンおよび／または燃焼ゾーンの周囲に同心円状に配置されることが好ましい。環状空間は、酸化ガスが導入されることが有利である、燃焼される材料のないガス体積部を表す。

さらなる実施形態によれば、それぞれのシャフトが、燃焼サイクルの時間の長さにわたって燃焼シャフトとして動作し、燃焼サイクルの間に、以下のステップ、すなわち、

ａ．燃料供給時間の時間間隔にわたって燃料入口を通して燃焼シャフト内に燃料を供給するステップと、

ｂ．予備フラッシング時間の時間間隔にわたって燃料入口を通して燃焼シャフト内に不活性ガスを供給するステップと、

ｃ．後続フラッシング時間の時間間隔にわたって、燃料入口を通して低酸素ガスを燃焼シャフト内に供給するステップと、

ｄ．キルン運転を反転させるステップであって、燃焼シャフトおよび再生シャフトの機能が反転される、ステップとが実行される。

上述の方法ステップは、記載された順序で連続して実行されることが好ましい。

不活性ガスは、例えば、窒素または二酸化炭素である。不活性ガスが、予熱ゾーンの上方または内部の燃料入口を介して燃焼シャフト内に導入されることが好ましく、その結果、燃料ガスが、材料の流れ方向に下方に押されることが好ましい。予備フラッシング時間の後、燃焼シャフトの予熱ゾーンの内部または上方に、もはや、いかなる発火性ガス混合物も存在しないことが好ましい。後続フラッシング時間が、好ましくは予備フラッシング時間に時間的に続き、例えば、キルン排気ガスなどの低酸素ガスが燃焼シャフトの燃料入口で燃焼シャフト内に導入され、その結果、既に希釈された燃料ガスは、材料の流れ方向に、燃焼シャフトの内部でさらに下方に押されることが好ましい。後続フラッシング時間の終了時には、燃焼シャフトの予熱ゾーンの内部および上方の、環境的に有害なガスの濃度が、再生シャフトとして動作する他方のシャフトに対して反転を開始することができるほど低いことが好ましい。

これにより、爆発のリスクを最小限に抑え、大気中への許容できない排出を防止するために、燃焼シャフトまたは再生シャフトとしてのシャフトの動作が交換される動作モードの反転時またはサイクルの終了時にまだ燃焼されていない燃料ガスが、キルンシャフトの機能が交換される前に燃焼シャフトの燃焼ゾーンの内部で、好ましくは完全に、燃焼されるという利点が得られる。

さらなる実施形態によれば、予備フラッシング時間および／または後続フラッシング時間の間に、酸化ガスが、ランスを介して燃焼シャフト内に導入される。その結果、予備および後続フラッシング時間中に上方から燃焼ゾーン内に流れる可燃性ガスは完全に燃焼される。

本発明はまた、炭酸塩岩などの材料を燃焼および冷却するための並流向流再生シャフトキルンであって、燃焼シャフトおよび再生シャフトとして交互に動作することができる２つのシャフトを有し、シャフトの各々が、材料の流れ方向に、材料を予熱するための予熱ゾーンと、材料を燃焼させるための燃焼ゾーンと、および材料を冷却するための冷却ゾーンとを有する、並流向流再生シャフトキルンに関する。それぞれのシャフト内に燃料を投入するための燃料入口は、予熱ゾーンの上方または内部に配置される。ＰＦＲシャフトキルンの動作方法を参照して、上述した利点および改良点は、同様に、装置に関して同等の手法でＰＦＲシャフトキルンに適用される。

一実施形態によれば、酸化ガスを導入するためのシャフト壁の多数のランスまたはスロットが、燃焼ゾーンの内部に配置される。ランスは、例えば、ランスの出口が燃焼ゾーンの内部に配置されるように、予熱ゾーンから燃焼ゾーン内に延在する。

さらなる実施形態によれば、酸化ガスを導入するためのシャフト壁の多数のガスランスまたはスロットが、燃焼ゾーンの内部に配置される。上述のランスの代替として、またはそれに加えて、ガスランスは、燃焼ゾーンおよび／または冷却ゾーンの内部、および／またはシャフトを接続するためのガス流路の内部に配置されることが好ましく、ガスランスは、特に材料の流れ方向においてランスの下流に配置される。ガスランスは、例えば、燃焼ゾーンおよび／または冷却ゾーンの内部に互いに均一な間隔で配置される。燃焼ゾーンおよび／または冷却ゾーンの内部のさらに下流の領域に酸化ガスを導入することにより、ＰＦＲシャフトキルンの内部の燃料の完全な燃焼が保証される。

さらなる実施形態によれば、予熱ゾーンと燃焼ゾーンとの間の移行部には、燃焼される材料のないガス体積部を生成するための流れ抵抗部が配置される。さらなる実施形態によれば、燃焼される材料のないガス体積部内に酸化ガスを導入するための手段が配置される。

さらなる実施形態によれば、シャフトの各々が、環状空間の形態で構成されたそれぞれのガス回収流路を有し、シャフトのガス回収流路が、ガス流路を介してガス技術に関して互いに接続される。ＰＦＲシャフトキルンは、好ましくは、シャフトのガス技術的接続のためのガス流路を有し、ガス流路は、例えば、シャフトの冷却ゾーンおよび／または燃焼ゾーンを、ある領域で互いに接続する。ガス回収流路は、それぞれのシャフトの冷却ゾーンおよび／または燃焼ゾーンの周囲に環状空間の形態で配置されることが好ましい。

これにより、シャフト内のガスおよび温度がより均一に分布し、結果として有害な排出物の量が少ない良好な製品品質になるという利点が得られる。さらなる利点は、ガス流路体積部が実質的に、より大きいため、予熱ゾーンからガス流路内に流れる非燃焼燃料ガスが、燃焼シャフトに供給される冷却空気と共に、その後、より良好に燃焼されることである。

本発明は、添付の図面を参照して、いくつかの例示的な実施形態に基づいて以下の本文でより詳細に説明される。

１つの例示的実施形態による、ＰＦＲシャフトキルンの長手方向断面での概略図を示す。 さらなる例示的な実施形態による、ＰＦＲシャフトキルンの長手方向断面での概略図を示す。 さらなる例示的な実施形態による、ＰＦＲシャフトキルンの長手方向断面での概略図を示す。 さらなる例示的な実施形態による、ＰＦＲシャフトキルンの長手方向断面での概略図を示す。 １つの例示的な実施形態による、燃焼サイクルにわたって燃焼シャフトとして動作するシャフトの内部の時間シーケンスの概略図を示す。

図１は、２つの平行で鉛直に向けられたシャフト１２、１４を有するＰＦＲシャフトキルン１０を示す。シャフト１２、１４の各々は、燃焼される材料をＰＦＲシャフトキルンのそれぞれのシャフト１２、１４内に投入するためのそれぞれの材料入口１６、１８を有する。例として、材料入口１６、１８は、それぞれのシャフト１２、１４の上端に配置され、したがって、材料は、重力により材料入口１６、１８を通ってシャフト１２、１４内に落下する。

シャフト１２、１４の各々はさらに、シャフトの上端に、燃料ガスを投入するための燃料入口２０、２２を有する。例として、燃料入口２０、２２は、材料入口１６、１８と同じ高さレベルに配置される。

シャフト１２、１４の各々の下端には、それぞれのシャフト１２、１４内で燃焼された材料を排出するための材料出口２４、２６がある。シャフト１２、１４の各々は、シャフトの下端に、冷却空気をそれぞれのシャフト１２、１４内に投入するための冷却空気入口２８、３０を有する。ＰＦＲシャフトキルン１０の動作中、燃焼される材料は、それぞれのシャフト１２、１４を通って上から下に流れ、冷却空気は、それぞれのシャフトを通って、材料に対して向流で下から上に流れる。キルン排気ガスは、例えば、材料入口１６、１８を通って、あるいは燃料入口２０、２２またはそれとは別のガス出口を通って、それぞれのシャフト１２、１４の外に導かれる。

それぞれのシャフト１２、１４の予熱ゾーン３２、３４は、材料入口１６、１８および燃料入口２０、２２の下で材料の流れ方向で隣り合っている。予熱ゾーン３２、３４では、材料および燃料は、約７００℃に予熱されることが好ましい。好ましくは、それぞれのシャフト１２は、予熱ゾーン３２、３４の上側境界面３６、３８まで、燃焼される材料で充填される。材料および燃料、特に燃料ガスは、予熱ゾーン３２、３４の上方でそれぞれのシャフト内に供給されることが好ましい。予熱ゾーン３２、３４の少なくとも一部、およびこれに、材料の流れ方向で隣り合うそれぞれのシャフト１２、１４の少なくとも一部は、例えば、耐火ライニング４４で囲まれている。

多数のランス４０、４２は、予熱ゾーン３２、３４内に配置されていてもよく、各々の場合において、例えば、酸素含有空気など、特に酸素富化空気、または約８０％の割合の酸素を有するガス、もしくは実質的に純酸素の酸化ガスの入口として機能する。図１は同様に、ランス４０、４２の高さレベルにおけるＰＦＲシャフトキルン１０の断面図を示す。例として、１２個のランス４０、４２が、シャフト１２、１４の各々の内に互いに実質的に均一な間隔で配置されている。例として、ランス４０、４２はＬ字形を有し、好ましくは、それぞれのシャフト１２、１４内で水平方向に、およびシャフト１２、１４の内部で鉛直方向に、特に材料の流れ方向に延在する。シャフト１２、１４のランス４０、４２の端部同士は、同じ高さレベルに配置されることが好ましい。好ましくは、ランス４０、４２の端部が配置される平面は、各々の場合において、それぞれの予熱ゾーン３２、３４の下側境界面４６、４８である。ランス４０、４２の代替として、またはそれに加えて、シャフト壁のスロットが、シャフト内に酸化空気を投入するための入口を形成することも可能である。

燃焼ゾーン５０、５２は、材料の流れ方向で予熱ゾーン３２、３４と隣り合う。燃焼ゾーンでは、燃料が燃焼され、予熱された材料が約１０００℃の温度で燃焼される。ランス４０、４２を通って燃焼ゾーン５０、５２に導入される酸化ガスは、燃焼ゾーン５０、５２内における燃料の燃焼を可能にする。多数のガスランス６４、６６が燃焼ゾーン５０、５２および／または冷却ゾーン６０、６２の内部に設けられていてもよく、上記ガスランスは、材料の流れ方向において上述のランス４０、４２の下流の位置で燃焼ゾーン５０、５２内および／または冷却ゾーン６０、６２内に延在し、燃焼ゾーン５０、５２内および／または冷却ゾーン６０、６２内への酸化ガスの投入に役立つ。ガスランス６４、６６は、例えば、燃焼ゾーン５０の下側境界面５６、５８に近い燃焼ゾーンの下側領域および／または燃焼ゾーン５０、５２の下側境界に近い冷却ゾーン６０、６２の上側領域に配置される。同様に、図１で示すように、ガスランス６４、６６を冷却ゾーン６０、６２の内部に設けることも考えられる。

ＰＦＲシャフトキルン１０は、さらに、２つのシャフト１２、１４を互いにガス技術的接続をするためのガス流路５４を有する。燃焼ゾーン５０、５２の下側境界面５６、５８、特に燃焼ゾーン５０、５２の端部は、ガス流路５４の上側高さレベルに配置されることが好ましい。燃焼ゾーン５０、５２は、シャフト１２、１４の各々の内の材料の流れ方向において、それぞれのシャフトの材料出口２４、２６または排出装置６８、７０まで延在する冷却ゾーン６０、６２と隣り合っている。材料は、冷却ゾーン６０、６２の内部で約１００℃に冷却される。

シャフト１２、１４の各々の材料出口側端部には、排出装置６８、７０が配置されている。排出装置６８、７０は、例えば、材料が排出装置６８、７０とＰＦＲシャフトキルンのハウジング壁との間を横方向に通過することを可能にする水平プレートを備える。排出装置６８、７０は、プッシュテーブルもしくは回転テーブルとして、またはプッシュ型スクレーパ手段を備えたテーブルとして具現化されることが好ましい。これにより、キルンシャフト１２、１４を通って燃焼される材料の均一な処理速度を可能にする。

ＰＦＲシャフトキルン１０の動作中、シャフト１２、１４の、それぞれ一方はアクティブであり、それぞれ他方のシャフト１２、１４はパッシブである。アクティブシャフト１２、１４は燃焼シャフトと呼ばれ、パッシブシャフト１２、１４は再生シャフトと呼ばれる。ＰＦＲシャフトキルン１０は、サイクルで動作し、典型的なサイクル数は、１日当たり７５から１５０サイクルである。サイクル時間が満了した後、シャフト１２、１４の機能が交換される。この動作は、継続的に繰り返される。石灰石または苦灰岩などの材料がシャフト１２、１４内に供給され、シャフトは、各々の場合において、材料入口１６、１８を介して交互に燃焼シャフトとして動作する。燃焼シャフトとして動作するシャフト１２、１４では、例えば、高炉ガスなどの燃料ガスが燃料入口２０、２２を介して燃焼シャフト内に導入され、燃料入口２０、２２は再生シャフトにおける排気ガス出口として機能する。燃料ガスは、燃焼シャフトの予熱ゾーン３２、３４内で約７００℃の温度まで加熱される。

ランス４０、４２によって、酸化ガス、例えば、空気、酸素富化空気または酸素が供給されるが、好ましくは酸素含有量の高い酸化ガス、最も好ましくは酸素含有量が体積で８０％を超える酸化ガスが、燃焼シャフト内に供給される。この方法の結果として、燃焼ゾーン５０、５２および再生シャフトの予熱ゾーン３２、３４を通って流れるガスの量が大幅に低減され、再生シャフトの予熱ゾーン３２、３４を通って流れるガスは、余剰熱を含まず、好ましくは約１００℃の排気ガス温度を有する。比較的少量のガスのために、キルン全体の圧力損失が大幅に低減され、プロセスガス圧縮機における電気エネルギーに関してかなりの節約につながる。

図２は、２つの平行なシャフト１２、１４を有するＰＦＲシャフトキルン１０のさらなる例示的な実施形態を示し、ＰＦＲシャフトキルンは、図１のＰＦＲシャフトキルン１０に実質的に対応する。図１において既に説明された参照符号のいくつかは、明確にするために省略されている。図１のＰＦＲシャフトキルン１０とは対照的に、図２のＰＦＲシャフトキルン１０は、円形断面を有している。しかしながら、円形、楕円形、長方形または多角形などのすべての断面形状が考えられる。さらに、図２のＰＦＲシャフトキルン１０は、環状空間の形態で構成されたガス回収流路８２、８４を有する。ガス回収流路は、好ましくは、燃焼ゾーン５０、５２の下側領域の周囲、特にガスランス６４、６６の下に周方向に延在する。シャフト１２、１４の各々は、それぞれのガス回収流路８２、８４を有し、ガス回収流路８２、８４は、２つのシャフト１２、１４を接続するためにガス流路５４の高さレベルに配置される。２つのシャフト１２、１４のガス回収流路８２、８４は、特に、ガス流路５４を介してガス技術に関して互いに接続されている。特に、ガス回収流路８２は、ガス技術に関して冷却ゾーン６０、６２に接続され、その結果、冷却ガスは少なくとも部分的にガス回収流路８２内に流れる。

この構造は、有利には、シャフト１２、１４内のガスおよび温度のより均一な分布をもたらし、その結果、より良好な製品品質および、より少ない有害な排出物につながる。この構造のさらなる利点は、ガス流路体積部が実質的に大きいため、必要に応じて、予熱ゾーン３２、３４からガス流路５４内に流れる非燃焼燃料ガスが、燃焼シャフトに供給される冷却空気と共に、その後、より良好に燃焼されることである。

図３は、２つの平行なシャフト１２、１４を有するＰＦＲシャフトキルン１０のさらなる例示的な実施形態を示し、ＰＦＲシャフトキルンは、図１のＰＦＲシャフトキルン１０に実質的に対応する。図１において既に説明された参照符号のいくつかは、明確にするために省略されている。図１のＰＦＲシャフトキルン１０とは対照的に、図３のＰＦＲシャフトキルン１０は、ランス４０、４２を有していない。燃焼ゾーン５０、５２および／または冷却ゾーン６０、６２内部のガスランス６４、６６のみが設けられる。さらに、図３のＰＦＲシャフトキルン１０は、各予熱ゾーン３２、３４において、材料の流れ方向を横切る方向に向けられた流れ抵抗部、特にバー８６、８８を有する。例えば、空気、酸素富化空気、酸素、または少なくとも８０％の酸素の割合を有する酸化ガスなどの酸化ガスが、バー８６、８８の下に導入される。

図４は、２つの平行なシャフト１２、１４を有するＰＦＲシャフトキルン１０のさらなる例示的な実施形態を示し、ＰＦＲシャフトキルンは、図２のＰＦＲシャフトキルン１０に実質的に対応する。図２において既に説明された参照符号のいくつかは、明確にするために省略されている。図２のＰＦＲシャフトキルン１０とは対照的に、図４のＰＦＲシャフトキルン１０は、ランス４０、４２を有していない。図４のＰＦＲシャフトキルン１０は、それぞれの予熱ゾーン３２、３４の下側領域の周囲に延在する、さらなる環状空間９０、９２を有する。環状空間９０、９２は、ガス技術に関して燃焼ゾーンに接続され、例えば、燃焼される材料が存在しない領域を表す。酸化ガス、例えば、空気、酸素富化空気または酸素であるが、好ましくは酸素含有量の高い酸化ガス、最も好ましくは酸素含有量が体積で８０％を超える酸化ガスが、環状空間９０、９２の内部に供給されることが好ましい。

例として、図１から図４のＰＦＲシャフトキルンの各々は、２つのシャフト１２、１４を有する。同様に、３つ以上の相互接続されたシャフトがＰＦＲシャフトキルン内に設けられることが考えられる。図１から図４に図示するガスランス６４、６６は、例えば、酸化ガスがガス流路内に直接導入されるように、図示のガスランスに加えて、またはその代替として、ガス流路５４の内部に配置することができる。

ＰＦＲシャフトキルン１０のシャフト１２、１４の各々は、燃焼サイクル時間にわたって燃焼シャフトとして動作し、その後、再生サイクル時間にわたって再生シャフトとして動作する。

燃焼サイクル内の時間シーケンスを図５に図示する。燃焼サイクル時間７２は、燃料供給時間７４と、予備フラッシング時間７６と、後続フラッシング時間７８と、反転時間８０とに分けられる。予備フラッシング時間７６では、燃料の供給がオフにされた直後に、例えば、窒素または二酸化炭素などの不活性ガスが燃焼シャフトの燃料入口２０、２２に供給され、その結果、燃料ガスは、材料の流れ方向に下方に押されることが好ましい。予備フラッシング時間７６の終了時には、燃焼シャフトの予熱ゾーン３２、３４の内部または上方に、もはや、いかなる発火性ガス混合物も存在しないことが好ましい。後続フラッシング時間７８が予備フラッシング時間７６に時間的に続き、例えば、キルン排気ガスなどの低酸素ガスが燃焼シャフトの燃料入口２０、２２で燃焼シャフト内に導入され、その結果、既に希釈された燃料ガスが、材料の流れ方向に、燃焼シャフトの内部でさらに下方に押されることが好ましい。後続フラッシング時間７８の終了時には、燃焼シャフトの予熱ゾーン３２、３４の内部および上方の、環境的に有害なガスの濃度が、再生シャフトとして動作する他方のシャフト１２、１４に対する反転を開始することができるほど低いことが好ましい。好ましくは、予備フラッシング時間７６および後続フラッシング時間７８の間、酸化ガスがランス４０、４２を介して、特に、連続的に燃焼シャフト内に導入され、その結果、予備フラッシング時間および後続フラッシング時間の間に上方から燃焼ゾーン５０、５２内に流れる可燃性ガスが完全に燃焼される。

上記ＰＦＲシャフトキルン１０の動作方法により、爆発のリスクを最小限に抑え、また大気中への許容できない排出を防止するために、燃焼シャフトまたは再生シャフトとしてのシャフト１２、１４の動作が交換される、動作モードの反転時またはサイクルの終了時にまだ燃焼されていない燃料ガスが、キルンシャフトの機能が交換される前に燃焼シャフトの燃焼ゾーン５０、５２の内部で、好ましくは完全に、燃焼されるという利点が得られる。

同様に、上記ＰＦＲシャフトキルン１０は、特に始動段階において、酸化ガスが燃料入口２０、２２を通ってそれぞれのシャフト１２、１４内に供給されるように動作することが可能であり、燃料、特に燃料ガスは、ランス４０、４２を介して予熱ゾーン３２、３４と燃焼ゾーン５０、５２との間の移行部内に供給される。

１０ ＰＦＲシャフトキルン
１２，１４ シャフト
１６，１８ 材料入口
２０，２２ 燃料入口
２４，２６ 材料出口
２８，３０ 冷却空気入口
３２，３４ 予熱ゾーン
３６，３８ 予熱ゾーンの上側境界面
４０，４２ ランス
４４ 耐火ライニング
４６，４８ 予熱ゾーンの下側境界面／燃焼ゾーンの上側境界面
５０，５２ 燃焼ゾーン
５４ ガス流路
５６，５８ 燃焼ゾーンの下側境界面／冷却ゾーンの上側境界面
６０，６２ 冷却ゾーン
６４，６６ ガスランス
６８，７０ 排出装置
７２ 燃焼サイクル時間
７４ 燃料供給時間
７６ 予備フラッシング時間
７８ 後続フラッシング時間
８０ 反転時間
８２，８４ ガス回収流路
８６，８８ バー
９０，９２ 環状空間

Claims (17)

1. 焼成シャフトおよび再生シャフトとして交互に動作する２つのシャフト（１２、１４）を有する並流向流再生シャフトキルン（１０）において、材料を焼成および冷却し、前記材料が、予熱ゾーン（３２、３４）、少なくとも１つの焼成ゾーン（５０、５２）、および冷却ゾーン（６０、６２）を通って材料出口（２４、２６）に流れる、方法において、
   燃料が前記予熱ゾーン（３２、３４）の内部または上方に供給され、したがって、前記燃料が、前記焼成ゾーン（５０、５２）内に入る前に前記予熱ゾーン（３２、３４）で加熱され、
   前記燃料が、燃料ガスであり、６．６ＭＪ／Ｎｍ^３未満の発熱量を有することを特徴とする方法。
2. 酸化ガスが前記焼成ゾーン（５０、５２）内に供給される、請求項１に記載の方法。
3. 前記燃料が、１ＭＪ／Ｎｍ^３ 以上６．６ＭＪ／Ｎｍ^３ 未満の発熱量を有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記燃料が、２ＭＪ／Ｎｍ^３～４ＭＪ／Ｎｍ^３の発熱量を有する、請求項１または２に記載の方法。
5. 前記燃料が、３．３ＭＪ／Ｎｍ^３の発熱量を有する、請求項１または２に記載の方法。
6. 酸化ガスが、シャフト壁の多数のランス（４０、４２）またはスロットを介して前記焼成ゾーン（５０、５２）内に導入される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記予熱ゾーン（３２、３４）と前記焼成ゾーン（５０、５２）との間の移行部に、焼成される材料のない体積領域を生成するための流れ抵抗部（８６、８８）が配置され、酸化ガスが前記体積領域内に導入される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 酸化ガスが、前記焼成ゾーン（５０、５２）の周囲、特に前記予熱ゾーン（３２、３４）と前記焼成ゾーン（５０、５２）との間の移行部の周囲に配置された環状空間（９０、９２）内に導入される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. それぞれのシャフト（１２、１４）が、焼成サイクル（７２）の時間の長さにわたって焼成シャフト（１２、１４）として動作し、焼成サイクル（７２）の間に、以下の方法ステップ、すなわち、
   ａ．燃料供給時間（７４）の時間間隔にわたって燃料入口（２０、２２）を通して焼成シャフト内に燃料を供給するステップと、
   ｂ．予備フラッシング時間（７６）にわたって、前記燃料入口（２０、２２）を通して前記焼成シャフト内に不活性ガスを供給するステップと、
   ｃ．後続フラッシング時間（７８）にわたって前記燃料入口（２０、２２）を通して前記焼成シャフト内に低酸素ガスを供給するステップと、
   ｄ．キルン動作を反転させるステップであって、前記焼成シャフトおよび前記再生シャフト（１２、１４）の機能が反転される、ステップとが実行される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記予備フラッシング時間（７６）および／または前記後続フラッシング時間（７８）の間に、酸化ガスが、シャフト壁のランス（４０、４２）および／またはスロットを介して前記焼成シャフト（１２、１４）内に導入される、請求項９に記載の方法。
11. 材料を焼成および冷却するための並流向流再生シャフトキルン（１０）であって、焼成シャフトおよび再生シャフトとして交互に動作することができる２つのシャフト（１２、１４）を有し、シャフト（１２、１４）の各々が、材料の流れ方向に、材料を予熱するための予熱ゾーン（３２、３４）と、前記材料を焼成させるための焼成ゾーン（５０、５２）と、前記材料を冷却するための冷却ゾーン（６０、６２）とを有する、並流向流再生シャフトキルン（１０）において、
    前記シャフト（１２、１４）のそれぞれの内部に６．６ＭＪ／Ｎｍ^３未満の発熱量を有する燃料ガスを投入するための燃料入口（２０、２２）が、前記予熱ゾーン（３２、３４）の上方または内部に配置されることを特徴とする、並流向流再生シャフトキルン（１０）。
12. 酸化ガスを導入するためのシャフト壁の多数のランス（４０、４２）またはスロットが、前記焼成ゾーン（５０、５２）の内部に配置されている、請求項１１に記載の並流向流再生シャフトキルン（１０）。
13. 酸化ガスを導入するための多数のガスランス（６４、６６）が、前記焼成ゾーン（５０、５２）の内部、前記冷却ゾーン（６０、６２）の内部、および／または前記シャフト（１２、１４）を接続するためのガス流路（５４）の内部に配置されている、請求項１１または１２に記載の並流向流再生シャフトキルン（１０）。
14. 前記予熱ゾーン（３２、３４）と前記焼成ゾーン（５０、５２）との間の移行部には、焼成される材料のない体積領域を生成するための流れ抵抗部（８６、８８）が配置されている、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の並流向流再生シャフトキルン（１０）。
15. 前記予熱ゾーン（３２、３４）と前記焼成ゾーン（５０、５２）との間の移行部の周囲に環状空間（９０、９２）が形成され、したがって、焼成される材料のない体積領域が前記環状空間（９０、９２）の内部に形成される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の並流向流再生シャフトキルン（１０）。
16. 焼成される材料のない前記体積領域内に酸化ガスを導入するための手段が配置されている、請求項１４または１５に記載の並流向流再生シャフトキルン（１０）。
17. 前記シャフト（１２、１４）の各々が、環状空間の形態で構成されたそれぞれのガス回収流路（８２、８４）を有し、前記シャフト（１２、１４）の前記ガス回収流路（８２、８４）が、ガス流路（５４）を介して、ガス技術に関して互いに接続されている、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の並流向流再生シャフトキルン（１０）。

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