特許 7105381 シャフト炉内で炭素含有材料を燃焼させるための方法およびシャフト炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-13

(45)【発行日】2022-07-22

(54)【発明の名称】シャフト炉内で炭素含有材料を燃焼させるための方法およびシャフト炉

(51)【国際特許分類】

   F27B 1/10 20060101AFI20220714BHJP

   F27D 7/02 20060101ALI20220714BHJP

   F27D 3/16 20060101ALI20220714BHJP

【ＦＩ】

F27B1/10

F27D7/02 A

F27D3/16 A

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021553115

(86)(22)【出願日】2020-03-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-02

(86)【国際出願番号】 EP2020055742

(87)【国際公開番号】W WO2020182584

(87)【国際公開日】2020-09-17

【審査請求日】2021-10-01

(31)【優先権主張番号】102019203210.9

(32)【優先日】2019-03-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(31)【優先権主張番号】BE2019/5148

(32)【優先日】2019-03-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】BE

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516031325

【氏名又は名称】メルツ オフェンバウ アーゲー

【氏名又は名称原語表記】Ｍａｅｒｚ Ｏｆｅｎｂａｕ ＡＧ

(73)【特許権者】

【識別番号】501186597

【氏名又は名称】ティッセンクルップ アクチェンゲゼルシャフト

【住所又は居所原語表記】ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐ Ａｌｌｅｅ １ ４５１４３ Ｅｓｓｅｎ Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100124855

【弁理士】

【氏名又は名称】坪倉 道明

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森 一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100137213

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(74)【代理人】

【識別番号】100183519

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻田 芳恵

(74)【代理人】

【識別番号】100196483

【弁理士】

【氏名又は名称】川嵜 洋祐

(74)【代理人】

【識別番号】100160749

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100160255

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100202267

【弁理士】

【氏名又は名称】森山 正浩

(74)【代理人】

【識別番号】100182132

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 吉和

(74)【代理人】

【識別番号】100127812

【弁理士】

【氏名又は名称】城山 康文

(72)【発明者】

【氏名】ピリンゲル，ハンネス

(72)【発明者】

【氏名】ビュッヒャー，パトリック

【審査官】櫛引 明佳

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００１／００２９００５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１０－５３１３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０３０８５０２２（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２８３７８８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２７Ｂ １／００－３／２８

Ｆ２７Ｄ ７／００－１５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭酸塩含有材料を焼成するためのシャフト炉（１０）であって、前記材料の流れ方向に、予熱ゾーン（１８）、少なくとも１つの焼成ゾーン（２０）、冷却ゾーン（２２）、および前記シャフト炉（１０）から前記材料を排出するための材料出口（２６）と、
前記焼成ゾーン（２０）内に突出する複数のバーナランス（３２、３４；５４）であって、少なくとも１つのバーナランス（３２）は、前記焼成ゾーン（２０）への第１の侵入深さを有し、少なくとも１つのさらなるバーナランス（３４）は、前記第１の侵入深さよりも大きい前記焼成ゾーン（２０）への第２の侵入深さを有する複数のバーナランス（３２、３４；５４）と、
少なくとも１つのバーナランス（３２、３４；５４）に接続された、燃焼空気を搬送するための少なくとも１つの一次空気導管（３６、３８）と
を備え、
前記シャフト炉（１０）は、酸素を前記焼成ゾーン（２０）に搬送するための酸素導管（５２）を備え、前記酸素導管（５２）は、酸素が前記酸素導管（５２）から前記第２の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランス（３４）に流れるように配置され、
前記一次空気導管（３６、３８）は、前記第１の侵入深さを有する前記バーナランス（３２）に接続された、燃焼空気を搬送するための第１の一次空気導管（３６）と、前記第２の侵入深さを有する前記バーナランス（３４）に接続された、燃焼空気を搬送するための第２の一次空気導管（３８）とを備え、前記酸素導管（５２）は、酸素が前記酸素導管（５２）から前記第２の一次空気導管（３８）に流入するように、前記第２の一次空気導管（３８）にのみ接続される
ことを特徴とする、
シャフト炉（１０）。

【請求項2】

前記酸素導管（５２）は、燃料の燃焼のための酸素が前記バーナランス（３４）に流入するように、前記第２の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランス（３４）に接続される、請求項１に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項3】

前記酸素導管（５２）は、前記第２の侵入深さを有する前記バーナランス（３４）にのみ接続される、請求項１または２に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項4】

前記酸素導管（５２）は、前記酸素導管（５２）を通って流れる酸素の量を調節するための手段（５０）を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項5】

さらなるバーナランス（５４）が、前記第１の侵入深さよりも大きく、前記第２の侵入深さよりも小さい、前記焼成ゾーン（２０）への第３の侵入深さを有し、前記酸素導管（５２）は、酸素が前記バーナランス（５４）に流入するように、前記第３の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランス（５４）に接続される、請求項１～４のいずれか一項に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項6】

前記手段（５０）は、前記第２の侵入深さを有する前記少なくとも１つのバーナランス（３４）への酸素の量が、前記第３の侵入深さを有する前記少なくとも１つのバーナランス（５４）への酸素の量よりも大きくなるように構成される、請求項４に従属する請求項５に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項7】

炭酸塩含有材料を焼成するためのシャフト炉（１０）であって、前記材料の流れ方向に、予熱ゾーン（１８）、少なくとも１つの焼成ゾーン（２０）、冷却ゾーン（２２）、および前記シャフト炉（１０）から前記材料を排出するための材料出口（２６）と、
前記焼成ゾーン（２０）内に突出する複数のバーナランス（３２、３４；５４）であって、少なくとも１つのバーナランス（３２）は、前記焼成ゾーン（２０）への第１の侵入深さを有し、少なくとも１つのさらなるバーナランス（３４）は、前記第１の侵入深さよりも大きい前記焼成ゾーン（２０）への第２の侵入深さを有する複数のバーナランス（３２、３４；５４）と、
前記第１の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランス（３２）に接続された、一次燃焼空気を搬送するための第１の一次空気導管（３６）と、
前記第２の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランス（３４）に接続された、一次燃焼空気を搬送するための第２の一次空気導管（３８）と
を備え、
前記第２の一次空気導管（３８）は、前記第２の一次空気導管（３８）内の前記空気を加熱するための予熱装置を少なくとも部分的に通って延びる
ことを特徴とする、
シャフト炉（１０）。

【請求項8】

前記予熱装置は、前記シャフト炉（１０）内に前記予熱ゾーン（１８）を備え、前記第２の一次空気導管（３８）は、前記予熱ゾーン（１８）を少なくとも部分的に通って延びる、請求項７に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項9】

前記第２の一次空気導管（３８）は、前記第２の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランス（３４）にのみ接続され、その結果、前記予熱された一次燃焼空気は、前記第２の侵入深さを有するバーナランス（３４）にのみ供給される、請求項７または８に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項10】

前記第２の一次空気導管（３８）は、前記予熱ゾーン（１８）を少なくとも部分的にまたは完全に通って延在する複数の浸漬導管（６２）を備える、請求項７、８、または９に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項11】

前記第１の侵入深さは、前記焼成ゾーン（２０）の半径の１／３以下であり、前記第２の侵入深さは、前記焼成ゾーン（２０）の前記半径の１／３である、請求項７～１０のいずれか一項に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項12】

前記第１の侵入深さは、５～２０ｃｍである、請求項１１に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項13】

前記第１の侵入深さは、１０～１５ｃｍである、請求項１１に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項14】

前記第２の侵入深さは、４０～８０ｃｍである、請求項１１～１３のいずれか一項に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項15】

前記第２の侵入深さは、５０～７０ｃｍである、請求項１１～１３のいずれか一項に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項16】

前記第２の侵入深さは、６０ｃｍである、請求項１１～１３のいずれか一項に記載のシャフト炉（１０）。

【請求項17】

シャフト炉（１０）内で炭酸塩含有材料を焼成するためのプロセスであって、前記材料は、予熱ゾーン（１８）、少なくとも１つの焼成ゾーン（２０）、および冷却ゾーン（２２）を通って材料出口（２６）に流れ、燃料は、複数のバーナランス（３２、３４；５４）を介して前記焼成ゾーン（２０）内に導入され、少なくとも１つのバーナランス（３２）は、前記焼成ゾーン（２０）への第１の侵入深さを有し、さらなるバーナランス（３４）は、前記第１の侵入深さよりも大きい前記焼成ゾーン（２０）への第２の侵入深さを有し、一次燃焼空気が前記バーナランス（３２、３４；５４）に搬送され、
酸素及び前記一次燃焼空気は、燃焼空気を前記第２の侵入深さを有する前記バーナランス（３４；５４）に搬送するための一次空気導管（３８）に搬送される
ことを特徴とする、
プロセス。

【請求項18】

前記一次燃焼空気は、４０％～９０％の酸素含有量を有するように、酸素で富化される、請求項１７に記載のプロセス。

【請求項19】

シャフト炉（１０）内で炭酸塩含有材料を焼成するためのプロセスであって、前記材料は、予熱ゾーン（１８）、少なくとも１つの焼成ゾーン（２０）、および冷却ゾーン（２２）を通って流れ、燃料は、複数のバーナランス（３２、３４；５４）を介して前記焼成ゾーン（２０）内に導入され、少なくとも１つのバーナランス（３２）は、前記焼成ゾーン（２０）への第１の侵入深さを有し、さらなるバーナランス（３４）は、前記第１の侵入深さよりも大きい前記焼成ゾーン（２０）への第２の侵入深さを有し、一次燃焼空気が前記バーナランス（３２、３４；５４）に搬送され、前記一次燃焼空気は予熱され、
前記予熱された一次燃焼空気は、前記第２の侵入深さを有する前記バーナランス（３４）にのみ供給される
ことを特徴とする、
プロセス。

【請求項20】

前記一次燃焼空気は、２５０℃～５００℃の温度を有するように予熱される、請求項１９に記載のプロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素含有材料を焼成するためのシャフト炉およびプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

粒状材料の焼成では、均一に材料に必要な量の熱を供給し、それにより局所的な過熱の結果として粒子が共に焼結することなく各粒子がそのコアを通って焼成され、炉内に固体ブリッジを形成するという問題がある。この問題は、軟質焼成を超える比較的高い焼成度が要求される際に特に大きい。

【0003】

小さな粒子で構成された焼成される材料に対して、および均一な焼成、したがって製品品質を得るためには、材料の激しい撹拌が各粒子への良好かつ均一な熱伝達を確実にするので、回転管炉が最も適している。しかしながら、欠点は、これらの構造が非常に複雑であり、それに対応して高い資本コストが出力放射および排気ガスを介した高い摩耗損失および高い熱損失に起因する高い運転コストによって追加されることであり、これらは、比較的高い焼成度、ならびに中程度の焼成、硬質焼成、および焼結焼成などの他の製品品質に必要とされるような比較的高い温度を用いるときに特に顕著である。回転管炉は、通常、１０ｍｍ～５０ｍｍの粒径を有する材料を焼成する場合にのみ適しており、より小さい、特により大きい粒径は、回転管炉内で焼成することができない。

【0004】

焼成に必要な量の熱を焼成される材料に均一に供給する別の方法は、燃料、すなわち冶金コークスを混合焼成炉内で焼成される材料に混合することである。しかしながら、混合焼成炉は、小さな粒径を有する焼成される材料には適していない。加えて、それらは、コークス燃焼からの灰が最終焼成生成物中に残り、したがって灰色着色に関連する製品品質の低下をもたらすというかなりの欠点を有する。さらに、混合焼成炉は、非常に高い排出量を発生するという欠点を有する。このプロセスの結果として、混合焼成炉は、かなりの量の一酸化炭素の形成をもたらす。加えて、混合焼成炉は、非常に高濃度の有機炭化水素（ＴＯＣ）および硫化水素（Ｈ_２Ｓ）も発生することが多い。

【0005】

シャフト炉は、材料の焼成のさらなる可能性である。後者を使用すると、燃料はバーナランスを通して導入され、バーナランスは焼成される材料に浸され、シャフト断面にわたって分配される。そのような炉は、これまで、シャフト断面にわたって均一な温度分布を達成すること、特に局所的な過熱に起因する焼成される材料の互いの焼結を回避することが困難であったが、これはまだ克服されていない。

【0006】

欧州特許第１１４８３１１号明細書は、関連するシャフトレベルで均一な焼成温度を達成するためにバーナランスを移動させることができる、炭酸塩含有材料を焼成するためのプロセスを開示している。しかしながら、実際の実験は、この方法がその目的を達成しないことを示している。非常に高温の領域は、通常、シャフト炉の壁に近い領域に形成され、シャフト炉内の領域は著しく低い温度を有する。この効果の結果、材料はシャフト断面にわたって異なる温度で焼成されるため、均質な製品品質は達成されない。多くの場合、必要な製品品質も達成することができない。さらに、シャフトの中間で製品品質を達成しようとすると、シャフト断面の外側で過熱につながる可能性がある。ここで、例えば、ダストまたは燃料灰の焼結によって材料堆積物が形成され、または溶融相が形成されることさえある。堆積物は、重力によってもたらされる材料の流れに悪影響を及ぼす。炉を通る通路を遮断する材料のブリッジもまた、堆積物から生じることが多い。加えて、シャフト断面の外側の高温は、耐火ライニングを損傷する可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】欧州特許第１１４８３１１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

このことから、本発明の目的は、非常に簡単な方法でシャフト断面にわたって均一な温度分布が達成される、炭素含有材料を焼成するためのシャフト炉およびプロセスを提供することである。

【0009】

この目的は、本発明によれば、独立した装置請求項１および８の特徴を有する装置によって、ならびに独立したプロセス請求項１４および１６の特徴を有するプロセスによっても達成される。有利なさらなる発展は、従属請求項から導き出すことができる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

第１の態様では、特に、炭素含有材料を焼成するためのシャフト炉は、材料の流れ方向に、予熱ゾーン、少なくとも１つの焼成ゾーン、冷却ゾーン、およびシャフト炉から材料を排出するための材料出口を備える。シャフト炉はまた、焼成ゾーン内に突出する複数のバーナランスを備え、少なくとも１つのバーナランスは、焼成ゾーンへの第１の侵入深さを有し、少なくとも１つのさらなるバーナランスは、第１の侵入深さよりも大きい焼成ゾーンへの第２の侵入深さを有する。シャフト炉はまた、燃焼空気を搬送するための少なくとも１つの一次空気導管を備え、空気導管は、少なくとも１つのバーナランスに接続される。さらに、シャフト炉は、酸素を焼成ゾーンに搬送するための酸素導管を備え、酸素導管は、酸素が酸素導管から第２の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランスに流れるように配置される。

【0011】

焼成される材料は、例えば、１０～５０ｍｍ、好ましくは４０～８０ｍｍ、特に３０～６０ｍｍの粒径を有する粒状材料である。

【0012】

予熱ゾーンは、好ましくは、シャフト炉への材料用の材料入口に直接隣接し、材料を約６００℃～８００℃の温度に予熱するように機能する。焼成ゾーンは、好ましくは、予熱ゾーンに直接隣接し、材料を焼成するように機能し、これは、好ましくは、約１２００℃～１８００℃の温度に加熱される。冷却ゾーンは、好ましくは、焼成ゾーンに直接隣接し、焼成された材料を例えば１００℃の温度に冷却するように機能する。材料出口は、例えば、冷却ゾーンに隣接する出口漏斗に配置され、材料出口は、例えば、冷却ゾーンから出口漏斗に材料を排出するための回転プレートまたはプッシャテーブルを備える。バーナランスは、好ましくは、管状であり、燃料を焼成ゾーンに搬送するように機能する。

【0013】

酸素導管は、例えば、シャフト炉の焼成ゾーンに延在し、酸素を焼成ゾーンに排出するための出口を有する酸素ランスを備える。酸素ランスは、好ましくは、第２の侵入深さを有するバーナランスに、またはバーナランスの真下に設置される。同様に、酸素ランスがバーナランスを通過することも考えられる。バーナランスはまた、特に、燃料を焼成ゾーンに排出するための出口開口部を有する。ただし、バーナランスは、好ましくは、酸素がバーナランスを通して燃焼空気および燃料と共に流れるように構成される。

【0014】

酸素を焼成ゾーンに搬送するための酸素導管は、第２の侵入深さを有するバーナランスからの燃料の燃焼を改善するという利点を提供し、燃料の燃焼を確実にするために、十分な量の酸素が焼成ゾーン内、好ましくは焼成ゾーンに配置されたバーナランスの出口に存在することが保証される。また、酸素を第２の侵入深さを有するバーナランスに導入することにより、第２のより深い侵入深さを有するバーナランスからの燃料の燃焼が改善される。これは、シャフト炉の中間領域における温度の目標とする上昇をもたらし、その結果、シャフト炉の壁領域からシャフト炉中間までの温度勾配が相殺される。そのようなシャフト炉は、シャフト炉の断面にわたって本質的に一定の温度分布を可能にし、その結果、シャフト炉内の材料の均一な焼成が達成される。

【0015】

第１の実施形態では、酸素導管は、燃料の燃焼のための酸素がバーナランスに流入するように、好ましくは第２の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランスに直接接続される。特に、酸素導管は、第２の侵入深さを有するすべてのバーナランスに接続される。酸素導管は、好ましくは、第１の侵入深さを有するバーナランスに接続されない。さらなる実施形態では、酸素導管は、第２の侵入深さを有するバーナランスにのみ接続される。バーナランスは、例えば、酸素導管が配置される酸素導入用の入口を有する。これにより、酸素がバーナランスに、好ましくは第２の侵入深さを有するバーナランスにのみ搬送されることが保証される。

【0016】

酸素導管は、さらなる実施形態では、酸素導管を通って流れる酸素の量を調節するための手段を備える。この手段は、例えば、弁、特に調整可能な弁である。これにより、シャフト炉の焼成ゾーンにおける酸素の量を目標に設定することが可能である。

【0017】

さらなる実施形態では、一次空気導管は、第１の侵入深さを有するバーナランスに接続された、燃焼空気を搬送するための第１の一次空気導管と、第２の侵入深さを有するバーナランスに接続された、燃焼空気を搬送するための第２の一次空気導管とを備え、酸素導管は、酸素が酸素導管から第２の一次空気導管に流入するように、第２の一次空気導管にのみ接続される。第１の一次空気導管は、好ましくは、第１の侵入深さを有するバーナランスにのみ接続され、第２の一次空気導管は、第２の侵入深さを有するバーナランスにのみ接続される。これにより、異なる量の酸素を第１および第２の侵入深さを有するバーナランスに供給することが可能になる。

【0018】

さらなる実施形態では、第１の侵入深さよりも大きく、第２の侵入深さよりも小さい、焼成ゾーンへの第３の侵入深さを有するさらなるバーナランスが提供され、酸素導管は、酸素がバーナランスに流入するように、第３の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランスに接続される。酸素導管は、好ましくは、第２および第３の侵入深さを有するバーナランスにのみ接続され、第１の侵入深さを有するバーナランスには接続されない。

【0019】

この手段は、さらなる実施形態では、第２の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランスへの酸素の量が、第３の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランスへの酸素の量よりも大きくなるように構成される。最大の侵入深さを有するバーナランスには、好ましくは、最も多くの酸素が供給される。

【0020】

本発明はまた、特に、炭酸塩含有材料を焼成するためのシャフト炉であって、材料の流れ方向に、予熱ゾーン、少なくとも１つの焼成ゾーン、冷却ゾーン、およびシャフト炉から材料を排出するための材料出口と、焼成ゾーン内に突出する複数のバーナランスとを備え、少なくとも１つのバーナランスは、焼成ゾーンへの第１の侵入深さを有し、少なくとも１つのさらなるバーナランスは、第１の侵入深さよりも大きい焼成ゾーンへの第２の侵入深さを有する、シャフト炉を備える。シャフト炉はまた、第１の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランスに接続された、一次燃焼空気を搬送するための第１の一次空気導管と、第２の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランスに接続された、一次燃焼空気を搬送するための第２の一次空気導管とを備える。第２の一次空気導管は、一次空気導管内の空気を加熱するための予熱装置を少なくとも部分的に通って延びる。

【0021】

シャフト炉は、例えば、予熱ゾーン、焼成ゾーン、および冷却ゾーンを備えるシャフト空間を備える。予熱装置は、例えば、シャフト空間の外側に配置され、一次空気を加熱する熱交換器などの装置である。シャフト炉に関して示された上述の情報および利点は、予熱装置を有するシャフト炉にも適用される。予熱装置を有するシャフト炉は、例えば、上述の酸素導管を備える。

【0022】

第２の一次空気導管の一次空気の予熱は、第２の侵入深さを有するバーナランスからの燃料の燃焼を改善するという利点を提供し、燃料の燃焼を確実にするために、最適な温度が焼成ゾーン内、好ましくは焼成ゾーンに配置されたバーナランスからの出口で広がることが保証される。加えて、第２の侵入深さを有するバーナランスへの一次空気の予熱により、第２のより深い侵入深さを有するバーナランスからの燃料の燃焼が改善される。これは、シャフト炉の中間シャフトにおける温度の目標とする上昇をもたらし、その結果、シャフト炉の壁領域からシャフト炉中間までの温度勾配が相殺される。そのようなシャフト炉は、シャフト炉の断面にわたって本質的に一定の温度分布を可能にし、その結果、シャフト炉内の材料の均一な焼成が達成される。

【0023】

予熱装置は、さらなる実施形態では、シャフト炉内に予熱ゾーンを備え、一次空気導管は、予熱ゾーンを少なくとも部分的に通って延びる。このようにして、予熱ゾーンが一次空気導管との熱交換器として機能する、シャフト炉の特にコンパクトでエネルギー効率の良い構造を実現することができる。

【0024】

さらなる実施形態では、第２の一次空気導管は、第２の侵入深さを有する少なくとも１つのバーナランスにのみ接続され、その結果、予熱された一次燃焼空気は、第２の侵入深さを有するバーナランスにのみ供給される。

【0025】

第２の一次空気導管は、さらなる実施形態では、予熱ゾーンを少なくとも部分的にまたは完全に通って延在する複数の浸漬導管を備える。浸漬導管は、例えば、一次空気が流れる、異なる直径を有する複数の同心円状に設置された配管である。浸漬導管は、例えば、Ｕ字形を有する。

【0026】

第１の侵入深さは、さらなる実施形態では、焼成ゾーンの半径の１／３以下、特に約５～２０ｃｍ、好ましくは１０～１５ｃｍである。さらなる実施形態では、第２の侵入深さは、焼成ゾーンの半径の約１／３、特に約４０～８０ｃｍ、好ましくは５０～７０ｃｍ、特に６０ｃｍである。

【0027】

そのような侵入深さは、シャフト炉断面にわたって本質的に均一な温度分布を可能にするための最適な深さである。

【0028】

本発明はまた、特に、シャフト炉内で炭酸塩含有材料を焼成するためのプロセスであって、材料は、予熱ゾーン、少なくとも１つの焼成ゾーン、および冷却ゾーンを通って材料出口に流れ、燃料の導入は、複数のバーナランスを介して焼成ゾーン内またはそれに隣接して行われ、少なくとも１つのバーナランスは、第１の侵入深さを有し、さらなるバーナランスは、第１の侵入深さよりも大きい第２の侵入深さを有し、一次燃焼空気がバーナランスに搬送される、プロセスを備える。プロセスはまた、一次燃焼空気に加えて、および／または燃焼空気を第２の侵入深さを有するバーナランスに搬送するための一次空気導管に搬送される酸素を備える。

【0029】

特に、炭酸塩含有材料を焼成するためのシャフト炉に関して示された情報および利点は、プロセスの観点から、特に、シャフト炉内で炭酸塩含有材料を焼成するためのプロセスに適用される。

【0030】

一実施形態では、一次燃焼空気は、４０％～９０％の酸素含有量を有するように、酸素で富化される。

【0031】

本発明はまた、特に、シャフト炉内で炭酸塩含有材料を焼成するためのプロセスであって、材料は、予熱ゾーン、少なくとも１つの焼成ゾーン、および冷却ゾーンを通って流れ、燃料の導入は、複数のバーナランスを介して焼成ゾーン内またはそれに隣接して行われ、少なくとも１つのバーナランスは、第１の侵入深さを有し、さらなるバーナランスは、第１の侵入深さよりも大きい第２の侵入深さを有し、一次燃焼空気がバーナランスに搬送され、一次燃焼空気は予熱される、プロセスを備える。予熱された一次燃焼空気は、第２の侵入深さを有するバーナランスにのみ供給される。一次空気は、好ましくは、予熱のために予熱ゾーンを通して搬送される。

【0032】

特に、炭酸塩含有材料を焼成するためのシャフト炉に関して示された情報および利点は、プロセスの観点から、特に、シャフト炉内で炭酸塩含有材料を焼成するためのプロセスに適用される。

【0033】

一実施形態では、一次燃焼空気は、２５０℃～５００℃の温度を有するように予熱される。

【0034】

本発明は、いくつかの実施例を用いて、添付の図を参照して以下に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】一実施例による、酸素導管を有するシャフト炉の概略断面図である。

【図2】異なる実施形態による、シャフト炉の概略断面図である。

【図3】異なる実施形態による、シャフト炉の概略断面図である。

【図4】一実施例による、一次空気予熱を有するシャフト炉の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図１は、例えば、約１０～５０ｍｍ、好ましくは４０～８０ｍｍ、特に３０～６０ｍｍの粒径を有する炭素含有材料を焼成するためのシャフト炉１０を示す。シャフト炉１０は、好ましくは垂直方向に延在し、例えば、一定の断面または焼成される材料の流れ方向に広がる断面を有するシャフト空間１２を備える。例えば、シャフト空間１２は、丸形、特に円形、または角形、特に四辺形の断面を有する。シャフト空間１２は、例えば、隣接する耐火性組積造内壁を有する鋼製のシャフト壁１４によって囲まれている。シャフト空間１２は、頂部および底部で開口しており、シャフト炉１０は、シャフト空間１２の上部開口部として構成され、好ましくはシャフト空間１２の断面全体にわたって延在する材料入口１６を有する。材料入口１６は、焼成される材料をシャフト炉１０に導入するように機能する。さらなる実施形態は、図１に図示する開放材料入口１６の代わりに、焼成される材料を材料供給装置から炉シャフトに導入することを可能にする材料ロックを備え、材料ロックは、炉の頂部に周囲空気が入るのを大幅に防止するタスクを有する。この実施形態は、好ましくは、石炭の粉砕／乾燥、テンサイ糖プロセス、ソーダプロセスなどの下流プロセス、または沈降炭酸カルシウムの製造に必要なように、炉のオフガスが高い二酸化炭素濃度および低い酸素濃度を有する際に使用される。材料の流れ方向は、図１に矢印で示され、シャフト炉１０を通って上から下に垂直に延びる。

【0037】

材料の流れ方向において、シャフト炉１０は、材料入口１６に続く予熱ゾーン１８と、焼成ゾーン２０と、冷却ゾーン２２とを備える。冷却ゾーン２２の後には出口漏斗２４が続き、これは、シャフト炉１０から材料を排出するための材料出口２６で終わる。出口漏斗２４内には、例えば、シャフト炉１０の冷却ゾーン２２から出口漏斗２４に材料を排出するように機能する排出装置２３がある。排出装置２３は、例えば、回転プレートまたはプッシャテーブルである。材料出口２６の下には、例えば、緊密に閉鎖する材料排出フラップ、または必要に応じて、緊密に閉鎖する材料ロックのいずれかがある。材料は、本質的に重力の作用下でシャフト炉１０を通って流れ、向流で熱処理される。シャフト空間１２の高さは、好ましくは、排出装置２３による輸送速度の設定と併せて決定される、焼成される材料のプロセス滞留時間によって決定される。これらの滞留時間は、材料入口１６に隣接する上部予熱ゾーン１８、下方向に続く焼成ゾーン２０、および排出装置２３に延びる冷却ゾーン２２にわたって分布する。焼成される材料は、好ましくは、予熱ゾーン１８において最大約８００℃の温度に予熱され、焼成ゾーン２０は、例えば、８００℃～１８００℃の温度を有し、焼成された材料は、冷却ゾーンにおいて約１００℃に冷却される。

【0038】

シャフト炉１０は、空気をシャフト炉１０に導入するための１つまたは複数の空気入口２８、３０を備える。例えば、２つの空気入口２８、３０が図１のシャフト炉１０に配置され、空気を出口漏斗２４および変位体２３ａに導入する。空気は、好ましくは、最大５００ｍｂａｒのゲージ圧力で、出口漏斗２４に、例えば変位体２３ａに吹き込まれる。以下、空気を二次空気と称する。二次空気は、シャフト炉１０、特にシャフト空間１２を通って、底部から上方に垂直方向に、そして材料に向流で流れる。同時に材料入口１６は、例えば、空気出口、より正確にはシャフト炉１０の全炉のオフガス用の出口を表す。

【0039】

シャフト炉１０は、シャフト壁１４を通ってシャフト空間１２の焼成ゾーン２０に延在する複数のバーナランス３２、３４をさらに備える。例えば、バーナランス３２、３４は、図１の２つの平面に配置され、上面のバーナランス３２は、シャフト空間１２への第１の侵入深さを有し、下面のバーナランス３４は、シャフト空間１２への第２の侵入深さを有する。バーナランス３２の第１の侵入深さは、好ましくは、下面のバーナランス３４の第２の侵入深さよりも小さい。同様に、下部バーナランス３４は、それらの上方に配置された上部バーナランス３２よりも小さい侵入深さを有することが考えられる。第２の侵入深さを有するバーナランス３４は、例えば、第１の侵入深さを有するバーナランス３２の下方全体に配置される。バーナランス３２、３４は各々、シャフト空間１２の半径方向にシャフト空間１２内へと延在し、バーナランス３４は、より深く、例えば、シャフト空間１２の半径の約２／３にわたって延在して侵入する。あまり深く侵入しないバーナランス３２は、例えば、シャフト空間１２の半径の約１／３にわたって延在する。気体、粉状、または液体燃料は、バーナランス３２、３４を介して一次空気と共に焼成ゾーン２０に導入される。バーナランス３２、３４の異なる侵入深さは、焼成ゾーン２０内のバーナランス３２、３４から出る炎の異なる深さをもたらし、したがって材料の均一な加熱を確実にする。図１には示されていない、温度測定のための複数の測定プローブが、好ましくは、シャフト空間１２の断面にわたって配置される。焼成ゾーン２０の断面にわたる均一な温度分布は、焼成ゾーン２０の平面内で測定された温度値によって確認することができる。温度分布は、同様に、シャフト空間１２の内側領域および外側領域からの材料のサンプルを確認しながら、排出装置２３での材料の目標サンプリングによって確認することができる。

【0040】

バーナランス３２、３４は、例えば、冷却ジャケット（図示せず）を有し、これは、冷却ジャケット内に配置されたバーナ管を冷却する。冷却液体は、好ましくは、冷却ジャケットを通って流れる。同様に、冷却ジャケットは、冷却液体なしで作動され、耐熱材料で作製されることが考えられる。

【0041】

シャフト炉１０はまた、例えば、空気をバーナランス３２、３４に搬送するための２つの一次空気導管３６、３８を備える。一次空気導管３６、３８は各々、空気がバーナランスの方向に一次空気導管３６、３８を通って供給されるように、ファン４０、４２、好ましくは圧縮機に接続される。各一次空気導管３６、３８は、シャフト壁１４の円周の周りにそれぞれ延在するそれぞれのリング導管４４、４６に接続される。リング導管４４、４６は、例えば、バーナランス３２、３４の上方に配置される。各リング導管４４、４６は、複数のバーナランス３２、３４に接続され、図１では、リング導管４４の上方に配置されたリング導管４６は、一例として、より大きい侵入深さを有するバーナランス３４に接続される。例えば、シャフト炉は、第１のリング導管４４に接続された第１の一次空気導管３６を備える。下側の第１のリング導管４４は、例えば、第１の侵入深さを有するバーナランス３２にのみ接続され、その結果、空気は、第１の一次空気導管３６を通って第１のリング導管４４に流入し、第１のより小さい侵入深さを有するバーナランス３２に流れる。シャフト炉はまた、第２のリング導管４６に接続された第２の一次空気導管３８を備える。上側の第２のリング導管４６は、例えば、第２の侵入深さを有するバーナランス３４にのみ接続され、その結果、空気は、第２の一次空気導管３８を通って第２のリング導管４６に流入し、第２のより大きい侵入深さを有するバーナランス３４に流れる。酸素入口４８を有する酸素導管５２が、第２の一次空気導管３８に接続される。酸素導管５２は、酸素の量を調節するための弁５０を備える。酸素導管５２は、酸素が第２の一次空気導管３８に流入するように、第２の一次空気導管３８に接続される。酸素富化一次空気が、第２の一次空気導管３８を通って上側の第２のリング導管４６に流入し、続いて第２のより大きい侵入深さを有するバーナランス３４に流入する。第２の一次空気導管３８に流入する酸素の量は、弁５０を介して設定することができる。酸素が富化された一次空気は、第２の侵入深さを有するバーナランス３４にのみ供給される。第１の侵入深さを有するバーナランス３２は、酸素入口４８に接続されない。第２の一次空気導管を通って流れる燃焼空気は、好ましくは、空気と酸素の混合物が４０～９０％の酸素含有量を有するような程度まで、酸素で富化される。

【0042】

同様に、バーナランス３２、３４が３つ以上の平面または一平面のみに配置され、例えば、第１の侵入深さを有するバーナランス３２および第２の侵入深さを有するバーナランス３４が、一平面に共に配置されることが考えられる。例えば、シャフト炉は、バーナランス３２、３４の３つ、４つ、または５つの平面を有し、最大の侵入深さを有するバーナランス３４のみが酸素導管５２に接続される。

【0043】

シャフト炉１０の運転中、焼成される材料は、材料入口１６を介して上方からシャフト空間１２に導入され、シャフト空間１２を通って排出装置２３の方向に垂直方向に重力の作用下で下方に移動する。二次空気または焼成オフガスは、材料に向流で流れる。空気入口２８、３０を通ってシャフト空間１２に下方から導入された二次空気は、焼成ゾーン内の燃焼空気として使用され、バーナランス３２、３４を通って焼成ゾーン２０に導入された燃料、例えば天然ガス、加熱油、またはコイルダストを燃焼させるように機能する。燃焼のオフガスは、シャフト空間１２の予熱ゾーン１８内の材料を予熱するように機能する。予熱ゾーン１８の後、材料は焼成ゾーン２０に入り、そこで焼成、例えば、か焼および／または焼結される。続いて、冷却ゾーン２２内の二次空気によって冷却され、二次空気は同時に加熱される。

【0044】

図２および図３は各々、図１に図示するようなシャフト炉１０の断面を示し、バーナランス３２、３４の異なる配置が示されている。図２は、第１の侵入深さを有する複数のバーナランス３２、および第１の侵入深さよりも大きい第２の侵入深さを有する複数のバーナランス３４を示す。さらに、図２はまた、一例として、第２の侵入深さよりも小さく、第１の侵入深さよりも大きい第３の侵入深さを有する複数のバーナランス５４を示す。バーナランス３２、３４、５４は、例えば、すべて一平面に配置され、互いに対してオフセットされている。例えば、バーナランス３２、３４、５４の異なる侵入深さは、焼成ゾーン２０の円周の周りで規則的に交互になっている。

【0045】

例えば、バーナランス３４のみが酸素導管５２に接続され、酸素、特に酸素富化一次空気がバーナランス３４にのみ供給される。また、第３の中間の侵入深さを有するバーナランス５４に酸素を供給することも考えられ、第３の侵入深さを有するバーナランス５４に供給される酸素の量は、第２の侵入深さを有するバーナランス３４に供給される酸素の量よりも少なくすることができる。最大量の酸素は、好ましくは、最大の侵入深さを有するバーナランスに供給される。例えば、シャフト炉１０は、図１に図示する断面において、第１の侵入深さを有する１２個のバーナランス３２と、第２の侵入深さを有する４つのバーナランス３４と、第３の侵入深さを有する８つのバーナランス５４とを有する。これは単なる例示であり、異なる侵入深さを有するバーナランス３２、３４、５４の任意の数が考えられる。例えば、シャフト炉１０のバーナランスは、３つ、４つ、またはそれ以上の異なる侵入深さを有し、最大量の酸素が、最大の侵入深さを有するバーナランスに供給される。例えば、シャフト炉は、さらなる酸素導管に接続された第３の一次空気導管を備える。第３の一次空気導管は、好ましくは、第３のリング導管に接続され、第３のリング導管は、第３の侵入深さを有するバーナランス５４に接続され、その結果、酸素富化一次空気は、第３の一次空気導管を通って第３の侵入深さを有するバーナランス５４に流れる。

【0046】

図３は、第１および第２の侵入深さを有するバーナランス３２、３４の配置のさらなる実施例を示す。例えば、第１の侵入深さを有する１２個のバーナランス３２、および第２の侵入深さを有する４つのバーナランス３４が設けられる。第２の侵入深さを有するバーナランス３４には、好ましくは、酸素富化一次空気が供給され、第１の侵入深さを有するバーナランス３２には酸素富化されていない一次空気が供給され、その結果、第１の侵入深さを有するバーナランス３２に供給される一次空気の酸素の割合は、第２の侵入深さを有するバーナランス３４に供給される一次空気の酸素の割合よりも低くなる。

【0047】

図４は、図１のシャフト炉１０に少なくとも大部分は対応するシャフト炉１０を示し、同一の要素は同一の参照番号で示されている。シャフト炉１０は、シャフト炉１０からオフガスを排出するためのガス出口５６をさらに備える。そのようなガス出口５６は、例えば、図１のシャフト炉１０にも存在する。図１のシャフト炉とは対照的に、図４に図示するシャフト炉は、シャフト空間１２の予熱ゾーンを部分的に通って延びる第２の一次導管３８を備える。第２の一次空気導管３８は、好ましくは、第１のリング導管５８と、第１のリング導管５８の下方に配置された第２のリング導管６０とを備える。リング導管５８、６０は、シャフト空間１２の外周の周りに配置される。第２の一次空気導管は、例えば、Ｕ字形または二重管のいずれかで構成され、第１のリング導管５８から予熱ゾーン１８を通って第２のリング導管６０に延在する複数の浸漬導管６２を備える。浸漬導管６２は、好ましくは、予熱ゾーン１８の一部または予熱ゾーン１８全体にわたって延在する。第２の一次空気導管３８の第２のリング導管６０は、予熱された一次空気が第２の侵入深さを有するバーナランス３４に流れるように、リング導管４６に接続される。予熱された一次空気は、好ましくは、第２の侵入深さを有するバーナランス３４にのみ供給される。

【0048】

シャフト炉１０の運転中、燃焼ガス中に存在する熱エネルギーの一部は、一次空気を加熱するために使用され、その結果、予熱された一次空気は、第２の侵入深さを有するバーナランス３４にのみ供給される。この一次空気の加熱は、予熱ゾーン１８の焼成材料に浸され、例えば、シャフト空間１２の円周方向のシャフト空間断面にわたって、好ましくは均一に分配される浸漬管６２を通して搬送される一次空気によって、シャフト空間１２内で行われる。浸漬管６２は、好ましくは同一の構成を有し、好ましくは互いに等距離に配置される。浸漬管６２は、好ましくは、高い熱伝導率を有する材料を備える。焼成される材料および焼成ガスと直接接触するシャフト空間１２内の浸漬管６２の配置は、熱伝導、対流、および熱放射による特に良好な熱伝達をもたらす。加えて、浸漬管６２の熱交換面は、重力の作用下でそれらに沿って流れる焼成材料によって自動的に清浄される。

【0049】

図１、図２、図３、および図４の実施例の組み合わせもまた、同様に考えられる。例えば、図４の第２の一次空気導管３８は、酸素富化され予熱された一次燃焼空気が第２の侵入深さを有するバーナランス３４に供給されるように、酸素を第２の一次空気導管３８に導入するための酸素入口を有する。

【0050】

図２および図３に示すシャフト炉１０の断面は、図４に図示するシャフト炉１０の実施例にも適用することができ、例えば、第２の侵入深さを有するバーナランス３４に供給される一次空気と比較してより低い温度を有する一次空気が、第３の侵入深さを有するバーナランス５４に供給される。例えば、第２の侵入深さを有するバーナランス３４に供給される一次空気と比較してより低い温度を有する一次空気が、第３の侵入深さを有するバーナランス５４に供給される。

【符号の説明】

【0051】

１０ シャフト炉
１２ シャフト空間
１４ シャフト壁
１６ 材料入口
１８ 予熱ゾーン
２０ 焼成ゾーン
２２ 冷却ゾーン
２３ 排出装置
２３ａ 変位体
２４ 出口漏斗
２６ 材料出口
２８ 空気入口
３０ 空気入口
３２ 第１の侵入深さを有するバーナランス
３４ 第２の侵入深さを有するバーナランス
３６ 第１の一次空気導管
３８ 第２の一次空気導管
４０ ファン
４２ ファン
４４ リング導管
４６ リング導管
４８ 酸素入口
５０ 弁
５２ 酸素導管
５４ 第３の侵入深さを有するバーナランス
５６ ガス出口
５８ リング導管
６０ リング導管
６２ 浸漬導管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】