(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状材料（Ｇ）を燃焼させるための”ベッケンバッハ（Beckenbach）”型のたて型円筒炉であって
粒状の材料（Ｇ）を予熱するための上部筒（２０、２０’）と、
軸方向に配置された内側円筒（３０）を備えて上部筒の下に配置された、粒状の材料を燃焼させ次いで冷却するための主筒（１０、１０’）とを具備し、
燃焼材料は上部筒（２０、２０’）内で逆流で加熱され、まず逆流で燃焼し、次いで
主筒（１０、１０’）の燃焼領域において順流で燃焼せしめられる、ものにおいて、
上部筒（２０、２０’）が、主筒（１０、１０’）よりも小さい内径を有しており、
上部筒（２０、２０’）が、下方の部分（２２）が環状通路（１１）を形成しながら主筒（１０、１０’）内へ突出しており、
環状通路（１１）に、少なくとも１本の排ガス取出しパイプ（１２）が設けられており、それを介して排ガスが環状容積（１１）から引き出し可能である、
ことを特徴とするたて型円筒炉。
【請求項２】
たて型円筒炉が、上部筒（２０）に装填するための充填筒（２１）を有しており、充填筒が、上部筒（２０）に対して減少された内径を有している、ことを特徴とする請求項１に記載のたて型円筒炉。
【請求項３】
少なくとも１本の排ガス取出しパイプ（１２）が、燃焼空気を予熱するための換熱器ユニットと接続されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のたて型円筒炉。
【請求項４】
環状通路（１１）の実効横断面積が、少なくとも１つの排ガス取出しパイプ（１２）の横断面積の実質的に２倍の大きさである、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のたて型円筒炉。
【請求項５】
環状通路（１１）が、少なくとも１つの火かき棒開口部（１１*）を有している、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のたて型円筒炉。
【請求項６】
複数の火かき棒開口部（１１*）が、環状通路（１１）の周面にわたって分配して設けられており、それぞれ２つの循環ガスブリッジの間に少なくとも１つの火かき棒開口部（１１*）が配置されている、
ことを特徴とする請求項５に記載のたて型円筒炉。
【請求項７】
上部筒（２０、２０’）の、主筒（１０、１０’）内へ突出する部分（２２）が、冷却可能に形成されている、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のたて型円筒炉。
【請求項８】
上部筒の、主筒（１０、１０’）内へ突出する部分（２２）が、耐火材料によって被覆された、冷却空気によって貫流可能な二重鋼薄板として形成されている、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のたて型円筒炉。
【請求項９】
内側円筒（３０）の上方の終端部が、円錐面（３０ａ）として形成されており、円錐面（３０ａ）が、（α）≦３０°の開口角度を有している、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のたて型円筒炉。
【請求項１０】
上部筒（２０、２０’）内に、排出筒体（２５）が配置されている、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のたて型円筒炉。
【請求項１１】
排出筒体（２５）が、上側が閉鎖されたパイプ片として形成されている、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のたて型円筒炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒状の材料を予熱するための上部筒と、上部筒の下に配置され粒状の材料を燃焼させて、次に冷却するための軸方向に配置された内側円筒を備えた主筒とを有する、「ベッケンバッハ（Beckenbach）」型の、粒状の材料を燃焼させるため、特に石灰石またはドロマイトを燃焼させるための、たて型円筒炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
「ベッケンバッハ」型のたて型円筒炉は、実際において、何十年も前から知られている。それは、従来技術（たとえば、特許文献１を参照）に文書化されている、カール・ベッケンバッハによって企画されたたて型円筒炉コンセプトに基づいている。この文献に記載されている炉に対してさらに開発された、図３に示され、かつ専門論文（非特許文献１および２を参照）に記載されている炉コンセプトに相当するような形態において、上部筒と主筒は共通に、耐火被覆された外側の炉ジャケットによって形成されている。主筒内に下方の内側円筒が、そして上部筒内に上方の内側円筒が配置されている。
【０００３】
たて型円筒炉の稼動において、上側で投入された燃焼材料は、重力の作用を受けて、まずリング形状のオーバーシャフトを通過し、主筒の燃焼ゾーンから上昇する排ガスによって逆流で加熱される。次に、予熱された燃焼材料が、主筒の燃焼ゾーン内へ流入する。その上方の領域内で、燃焼材料は、まず、同様に逆流において、上方と下方の平面内に配置されているバーナーから流出する排ガスによって貫流されてから、その後の推移において下方のバーナー平面の下方において、上から下へ流れる排ガスによって順流でさらに燃焼される。順流における燃焼によって、生石灰の過燃焼が効果的に防止されるので、この生石灰は、高い品質とそれに応じた、水と反応する場合（石灰の消和）の高い反応性とを有する生焼れんがとしてたて型円筒炉を出て行く。
【０００４】
排ガス流の一部は、次のことにより、すなわち、燃焼ゾーンの最後において、上昇する冷却空気の一部と共に下方の円筒内へ流入し、そこで再び上昇して、環状導管（この環状導管は、下方の燃焼ゾーンのバーナーのためのインジェクタと接続されている）を介して、予熱された燃焼空気流の助けをかりて、下方の燃焼ゾーンの領域内で再びシャフト炉内へ供給されることによって、循環ガスとして循環する。そして、燃焼された材料が、主筒の冷却ゾーン内へ流入して、そこで冷却空気により逆流で下方へ向かって冷却されて、次にたて型円筒炉から運び出される。
【０００５】
上述した構造において、燃焼ゾーンから予熱ゾーンへ流れる排ガスの一部は、上部筒内に配置されている上方の内側円筒内へ案内されて、それを通して換熱室内へ達する。そこで、排ガス部分流が、燃焼空気の予熱のために利用され、その燃焼空気は、上で説明したように、上述した循環ガスと混合されて、インジェクタを介して下方のバーナー平面の燃焼室内へ流入する。上部筒の予熱ゾーンを通って流れる排ガスの大部分は、予熱ゾーンの上方の端縁に設けられた誘引通風送風機を介してたて型円筒炉から吸い出されて、炉排ガスとして周囲へ吹き出される。
【０００６】
上方のバーナー平面のバーナーにおける燃焼は、極めて不足化学両論的に行われるので、上方の燃焼室から流出する燃焼ガスは、高い濃度のＣＯと−天然ガスまたはオイルのような、炭化水素を含む燃料を使用する場合に−Ｈ2を含んでいる。この燃焼ガスは、燃焼ばら材料内で下から流出するガス流と混合され、そのガス流も酸素を過剰に含んでいるので、上方のバーナーの排ガス内に含まれるＣＯおよびＨ2は、さらに燃焼ばら材料内で大部分が燃え尽きる。
【０００７】
しかし、排ガス測定が示すように、たて型円筒炉の、外気へ導出される排ガス内のＣＯ割合と他の炭素化合物の割合は、また、さらに先鋭化された放出限界値を背景にして、高すぎる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国公告公報ＤＥ１２８１１１１
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｋ．ベッケンバッハ（Beckenbach）、たて型円筒炉内の石灰燃焼（Das Kalkbrennen im Ringschachtofen）、「ツェメント−カルク−ギプス（Zement-Kalk-Gips）」、２３巻、１９７０、第５号、ｐ．２０６−２０９、図１
【非特許文献２】Ｕ．ベッケンバッハ（Beckenbach）、Ｐ．ツァイゼル（Zeisel）、「種々の石灰シャフト炉、特にたて型円筒炉におけるエネルギ節約の可能性（Moeglichkeiten der Energieeinsparung an verschiedenen Kalkschachtofen, insbesondere am Ringschachtofen）」、「ツェメント−カルク−ギプス（Zement-Kalk-Gips）」、３５巻、１９８２、第６号、ｐ．２７９−２８９、図４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の課題は、その排ガスが、特に低い有害物質濃度、特に低いＣＯ含有量を有する、冒頭で挙げた種類のたて型円筒炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明によれば、  粒状材料（Ｇ）を燃焼させるための”ベッケンバッハ（Beckenbach）”型のたて型円筒炉であって
粒状の材料（Ｇ）を予熱するための上部筒（２０、２０’）と、
軸方向に配置された内側円筒（３０）を備えて上部筒の下に配置された、粒状の材料を燃焼させ次いで冷却するための主筒（１０、１０’）とを具備し、
燃焼材料は上部筒（２０、２０’）内で逆流で加熱され、まず逆流で燃焼し、次いで
主筒（１０、１０’）の燃焼領域において順流で燃焼せしめられる、ものにおいて、
上部筒（２０、２０’）が、主筒（１０、１０’）よりも小さい内径を有しており、
上部筒（２０、２０’）が、下方の部分（２２）が環状通路（１１）を形成しながら主筒（１０、１０’）内へ突出しており、
環状通路（１１）に、少なくとも１本の排ガス取出しパイプ（１２）が設けられており、それを介して排ガスが環状容積（１１）から引き出し可能である、
ことを特徴とするたて型円筒炉が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
幾何学的に、上部筒の内側の横断面積が、主筒の内側の横断面積の最大で７０％であることによって特徴づけられる、上部筒の内径の減少は、それに応じて上部筒内のガス速度の増大（上部筒内の最小空パイプガス速度、好ましくは０．６ｍ／ｓ）をもたらし、それがばら材料内の排ガス流の横混合の改良をもたらす。それによって、特に、排ガス内のＣＯ成分の十分な燃焼の改良をもたらす。ＣＯ成分は、他の一連の有害な炭化水素含有の放出を表すインジケータとして用いられるので、上部筒の内径の減少の結果として、これらの放出の減少も予測される。本発明に基づく解決の他の利点は、たて型円筒炉の装填の簡略化にある。すなわち、与えられた粒大きさ分配において、燃焼させるべき材料を、減少された内径を有する上部筒内へ装入することにより、粒状材料の望ましくない分散に対抗することができる。
【００１３】
そして、本発明に基づく解決の他の利点は、上部筒の耐火容積の著しい減少にあり、それは特に、炉を新しく建造する場合に、投資総量の明らかな低下をもたらす。多くの既存のたて型円筒炉において、予熱ゾーンは著しく過剰寸法であるので、上部筒容積の減少は、燃焼された材料の品質に悪い影響を与えない。ガス流れ速度の増大によって、メートルばらまき高さ当たりの固有圧力損失は、増大する。しかし、従来の過剰寸法に基づく予熱ゾーンの高さを、問題なく減少させることができるので、予熱ゾーンの全圧力損失の上昇は、問題にならない。予熱ゾーンの長さを選択する場合に、増大された流れ速度に伴って、一方ではメートルばらまき長さ当たりの圧力損失が増大するが、他方ではガスと燃焼材料との間の対流的な熱伝達係数が増加することが、考慮される。圧力損失と熱伝達は、密接に結合されており、詳細には、予熱ゾーンの長さは、炉へ供給される燃焼材料の粒帯にも依存している。
【００１４】
本発明の第１の好ましい形態によれば、たて型円筒炉は、上部筒に装填するための充填筒を有しており、充填筒は、上部筒に比較して減少された内径を有している。上部筒に対してさらに減少された内径を有する充填筒を使用することによって、たて型円筒炉のさらに分散の少ない装填が得られる。
【００１５】
本発明の他の好ましい形態によれば、たて型円筒炉の上部筒の下方の部分が、環状通路を形成しながらその主筒内へ突出している。好ましくは、環状通路に、少なくとも１つの排ガス取出しパイプが設けられており、それを介して環状容積から排ガスを抜き出すことができる。少なくとも１つの排ガス取出しパイプは、燃焼空気を予熱するための換熱器ユニットと接続することができる。本発明の、この特に好ましい展開によって、従来技術から知られているほとんどのたて型円筒炉において予熱ゾーン内に設けられている上方の内側シリンダは、完全に省くことができる。それによって簡略化される、たて型円筒炉の構造とそれに伴って減少される投資コストの他に、上方の内側円筒を省くことは、ばら材料技術的にも効果的である。すなわち、上方の内側円筒が存在している場合には、上部筒内の上方の内側円筒の下方の流入開口部は、主筒内の内側円筒上の堆積物の増大によって、詰まってしまう。この種の堆積物の除去は、炉の停止を必要とする。というのは、堆積物は、通常、炉内でばら材料水準が循環ガスブリッジの高さまで下降した場合にだけ除去できるからである。少なくとも１つの排ガス取出しパイプを介して排ガス部分流のみが取り出されるので、環状通路の実効横断面積が、少なくとも１つの排ガス取出しパイプの横断面積の実質的に２倍の大きさであれば、十分である。実効横断面は、上側と横側において環状通路の壁によって、そして下側においては上部筒から主筒内へ斜めに入る粒状材料によって画成される。
【００１６】
本発明の他の好ましい形態によれば、環状通路は、少なくとも１つの火かき棒開口部を有している。それによって、たて型円筒炉の連続的な駆動の間に清掃作業が可能である。好ましくは、複数の火かき棒開口部が、環状通路の周面にわたって分配して設けられており、それぞれ２つの循環ガスブリッジの間に、少なくとも１つの火かき棒開口部が配置されている。それによって、環状間隙内のばら燃焼材料の下降の均一性をコントロールする可能性が提供される。これは、もっとも簡単な場合には、視覚的に行うことができる。また、耐火性の鋼からなるパイプを、火かき棒開口部を通して案内し（そのために、たとえば火かき棒開口部のための栓に孔が設けられる）、ばら燃焼材料によって連動され、従って燃焼材料と同じ速度で移動する、これらのパイプの下降速度を、たとえば２時間にわたって測定することができる（その後パイプは、再び引き出される）。シャフト横断面にわたってばら燃焼材料が均一に下降することは、完璧な炉駆動のために重要である。上述した方法によって、−たとえば循環ガスブリッジ上の堆積物によってもたらされる−燃焼材料の流れ障害を、より良く位置特定することができ、それが、それに効果的に対処することを簡単にする。
【００１７】
取出しパイプを介して取り出された部分ガス流は、約７００℃より熱くてはならない。というのは、そうでないと換熱器内の堆積問題が、激しくなり過ぎることがあるからである。従って上部筒の、主筒内へ突出する下方の部分は、約７００℃の温度に耐えるように設計されなければならない。従って、その部分、特にその、場合によっては設けられている金属の支持構造を冷却することが、有意義であろう。というのは、その部分は、周方向に作用する押圧力（ばら燃焼材料）および引っ張り力（自重、壁とばら燃焼材料との間の摩擦力）を吸収しなければならないからである。そのために、主筒内へ突出する部分は、耐火材料で被覆された、冷却空気によって貫流可能な二重鋼薄板として形成することができる。
【００１８】
主筒の内側円筒の、円錐面として形成されている上方の終端部分上に堆積が形成されることを、さらに減少させるために、この円錐面を比較的激しく下降するように形成することが、効果的である。従って、好ましくは円錐面は、垂直に対して≦３０°の傾斜角度を有しており、それは、≦６０°の円錐開口角度に相当する。
【００１９】
特に、上方の内側円筒を省く場合に、上部筒内に好ましくは円筒状の排出筒体を設けることが、効果的であり得る。それによって、一方で、ばら材料の分散に対抗する。他方で、それによって、排ガス部分流を中央で吸い出す、すなわち全体として予熱ゾーン内でのばら燃焼材料の均一な通過を得る、可能性が生じる。
【００２０】
以下、実施例を示す図面を用いて、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】新規構造例における、本発明に基づくたて型円筒炉の上方の部分を図式的に示す縦断面図である。
【図２】変更構造例における、本発明に基づくたて型円筒炉の上方の部分を図式的に示す縦断面図である。
【図３】従来技術に基づくたて型円筒炉を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
原理的に理解するために最初に説明するが、図３に示す「ベッケンバッハ」型の、従来技術から知られたたて型円筒炉は、円筒状の外側ジャケットを有しており、それが上部筒２と主筒１に分割されている。主筒１の内側のシャフト壁は、下方の内側円筒３によって、そして上部筒は、上方の内側円筒４によって形成されている。燃焼ゾーンにおいて、上方および下方のバーナー平面内に多数のバーナー５が配置されている。ここでは、各バーナー平面内に、それぞれ１つのバーナー５が示されている。
【００２３】
たて型円筒炉の駆動において、燃焼すべき粒状の材料Ｇ、特に石灰石またはドロマイトが、容器栓６ａによって下側を閉鎖可能な容器６を介してたて型円筒炉内へ投入される。燃焼すべき材料Ｇは、重力に基づいて、まず予熱ゾーンＶＺを通って移動し、そこで、燃焼ゾーンＢＺから上昇する排ガスによって、逆流において加熱される。燃焼材料は、上方の内側円筒４を通過するとすぐに、下方の内側円筒３の円錐状の上方の終端部分の方向に、傾斜がつく。図３に示す、「ベッケンバッハ」型の従来のたて型円筒炉においては、駆動長さが増大するにつれて、円筒面３ａ上に堆積が形成されて、その堆積は、上方の内側円筒４の下方の開口部まで成長して、それを次第に閉鎖してしまうことがある。
【００２４】
粒状の材料Ｇは、その後、燃焼ゾーン１ａ内へ移動し、そこでまず逆流（矢印Ａ）において、そして下方のバーナー平面の下方では、順流（矢印Ｂ）において燃焼される。次に、燃焼された材料Ｇ＊が、冷却ゾーンＫＺ内へ流入して、そこで再び逆流（矢印Ｃ）において冷却される。次に、燃焼されて冷却された材料Ｇ＊が、排出ゾーン１ｃにおいてたて型円筒炉から排出される。
【００２５】
図３に明らかなように、上部筒の予熱ゾーン２ａ内で、排ガス部分流が上方の内側シリンダ４内へ流入し、そこから換熱器ユニット７内へ達して、そこで燃焼空気流を加熱し、その燃焼空気流が下方のバーナー平面のバーナー５のインジェクタ５ａに、下方の内側円筒３およびインジェクタ５ａと接続された環状導管を介して再循環する排ガス部分流と共に、供給される。
【００２６】
熱伝達計算の評価が示すように、上述した種類のたて型円筒炉の予熱ゾーン２ａおよびそれに伴って上部筒２のばら材料体積は、著しく過剰寸法である。さらに、このたて型円筒炉の排ガス内の、有害物質割合、特に一酸化炭素および他の炭素を含む化合物の割合は、高すぎる。
【００２７】
図１と２には、「ベッケンバッハ」型の、本発明に基づくたて型円筒炉の上方の領域が、新規構造例と変更構造例で示されている。
【００２８】
図１のたて型円筒炉は、本発明に従って、たて型円筒炉の主筒１０に対して減少された内径を有する上部筒２０を有している。内径の減少に従って減少された上部筒横断面が、ガス速度の増大をもたらし、それがまた、ばらまかれた、燃焼させるべき材料における排ガス流の横混合の改良をもたらす。それによって、特に、排ガス内の一酸化炭素成分の十分な燃焼の改良がもたらされる。本発明に従って減少された、上部筒の内径により、たて型円筒炉の装填も簡単になる。というのは、ばら材料の望ましくない分散に対抗できるからである。そのために、図１に示すたて型円筒炉は、さらに、充填筒２１を有しており、その充填筒が上部筒２０に比較してさらに減少された内径を有しており、それが、たて型円筒炉のさらに分散の少ない装填を可能にしている。
【００２９】
ここでは、たて型円筒炉の上部筒２０は、その下方の部分２２が、環状通路１１を形成しながら主筒１０内へ突出するように、形成されている。この環状容積１１が、換熱器内で燃焼空気を予熱するための排ガス部分流を取り出すことを可能にする（図３を参照）。そのために、環状通路１１に、２本の排ガス取出しパイプ１２（第２の排ガス取出しパイプは図１には示されていない）が取り付けられている。１つの排ガス部分流（矢印Ｄ）のみが取り出されるので、環状通路１１の実効横断面積が、２本の排ガス取出しパイプ１２の横断面積全体の実質的に倍の大きさであれば十分であって、それが構造的な視点から好ましい。実効横断面は、上側と横側において環状通路１１の壁によって、そして下側においては上部筒から主筒内へ斜めに入る粒状材料（部分的に示す）によって画成される。
【００３０】
上部筒２０の、主筒１０内へ突出する部分２２は、好ましくは冷却可能に形成されている。ここではこの部分は、耐火材料で被覆された、冷却空気によって貫流可能な二重鋼薄板として形成されている。さらに、図１に示す、本発明に基づくたて型円筒炉において、環状通路１１に、その周面にわたって分配して配置された複数の火かき棒開口部１１*が設けられており、少なくとも１つの火かき棒開口部１１*が、それぞれ２つの循環ガスブリッジの間に配置されている。この火かき棒開口部を通して、たて型円筒炉の駆動が続く間に、問題なく清掃作業を実施することができるので、換熱器へ通じる排ガス取出しパイプ１２の詰まりを、確実に防止することができる。他の利点は、環状間隙内でばら燃焼材料が下降する、その下降の均一性を管理できることにあり、それは、簡単な場合においては、視覚的に行うことができる。
【００３１】
主筒１０から上部筒内へ流入する排ガスは、上部筒２０と上部筒２０内へ突出する充填筒２１との間に形成される他の環状容積２３内へ流入し、そこからメイン排ガス導管２４内へ流入する（矢印Ｅ）。他の排ガス部分流（矢印Ｆ）が、充填筒２１内に軸方向に配置された、上側が閉鎖されたパイプ片として形成されている排出筒体２５内へ流入する。そこから排ガス部分流は、他の排ガス導管２６内へ流入し、その排ガス導管が、上部筒２０の外部においてメイン排ガス導管２４内へ開口している。
【００３２】
図１に明らかなように、たて型円筒炉の主筒１０内に、さらに、円錐状の上方の終端部３０ａを有する内側円筒が設けられている。ここでは、円錐は、垂直に対してα≦３０°の傾斜角を有し、それが、≦６０°の完全な円錐開口角度に相当する。それに応じて勾配がきついことによって、円錐面上の堆積形成の危険が、さらに減少される。
【００３３】
図２には、本発明に基づくたて型円筒炉の他の実施形態が示されている。この実施形態において、すでにある従来の構造のたて型円筒炉（図３を参照）に、本発明に基づいて形成された、減少された内径を有する新しい上部筒２０’が設けられている。古い上部筒２０＊のこれからも存在するシャフトジャケットが、破線で示されている。その他において、図２に示す構造は、図１に示す構造から本質的に異ならない。
【図１】
0005524616.tif 000002
【図２】
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【図３】
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