(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウインドボックスと、該ウインドボックスの上方に配置された分配プレートであって、該分配プレートの上方の流動床の流動媒体、及び流動床装置に導入された紙残留物へ少なくとも燃焼空気を均一に分配して供給するための分配プレート、とを有する、流動床装置と、
前記分配プレートの上方の流動媒体の量、及び前記流動媒体の粒子の寸法を制御する制御システムであって、該制御システムは、プロセスパラメータを監視しかつ該プロセスパラメータを所定範囲内に維持するよう配置されており、前記プロセスパラメータは、燃焼空気の量に関する、制御システムと、を備える紙残留物を鉱物材料に変換する装置であって、
Ａ１．前記制御システムは、ウインドボックス内の燃焼空気の温度を、該温度の所定の目標値の±２５℃に選択された前記プロセスパラメータの範囲内に制御するよう配置されており、
Ａ２．前記制御システムはさらに、摂氏で表されるウインドボックスにおける燃焼空気の温度の目標値が等式Ｔtarget＝−５００・発熱量＋１４００によって定義されるよう構成されており、この場合、ＭＪ／ｋｇで表される発熱量は、流動層装置に導入されるあらゆる付加的な物質を含む紙残留物に関する、及び／又は
Ｂ１．前記制御システムは、分配プレートの面積１平方メートル当たりの、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量を、所定の目標値の±１５％に制御するよう配置されており、
Ｂ２．前記制御システムはさらに、分配プレートの１平方メートル当たりの、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量の目標値Ｑtargetが、等式Ｑtarget＝４．３５・有機物部分によって定義されるよう構成されており、前記有機物部分は、流動床装置に導入される紙残留物の一部を形成する有機材料のパーセンテージに関する、又は
Ｂ３．前記制御システムはさらに、分配プレートの面積１平方メートル当たりの、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量の目標値が、分配プレートの面積１平方メートル当たり１．７ｍ3／ｓのレベルに設定されるよう構成されていることを特徴とする、紙残留物を鉱物材料に変換する装置。
【請求項２】
Ａ１．前記制御システムは、ウインドボックス内の燃焼空気の温度を、該温度の所定の目標値の±１５℃に選択された前記プロセスパラメータの範囲内に制御するよう配置されている、請求項１記載の紙残留物を鉱物材料に変換する装置。
【請求項３】
ウインドボックスと、該ウインドボックスに結合された分配プレートであって、該分配プレートの上方における流動床の流動媒体、及び流動床装置に導入された紙残留物へ少なくとも燃焼空気を均一に分配して供給するための分配プレートと、を備えた流動床装置を使用し、分配プレートの上方における前記流動媒体の量及び該流動媒体の粒子の寸法は、プロセスパラメータを所定範囲に維持することにより制御され、前記プロセスパラメータは燃焼空気の量に関する、紙残留物を鉱物製品に変換する方法であって、
Ａ１．ウインドボックス内の燃焼空気の温度は制御され、前記プロセスパラメータの範囲は、前記温度の所定の目標値の±２５℃に選択され、
Ａ２．摂氏で表されるウインドボックス内の燃焼空気の温度の目標値は、等式Ｔtarget＝−５００・発熱量＋１４００によって定義され、ＭＪ／ｋｇで表される発熱量は、流動床装置に導入される、あらゆる付加的な物質を含む紙残留物に関する、及び／又は
Ｂ１．ウインドボックスに供給される燃焼空気の量は、分配プレートの面積１平方メートル当たりの所定の目標値に制御され、このパラメータの範囲は、前記目標値の±１５％に選択され、
Ｂ２．分配プレートの１平方メートル当たりの、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量の目標値Ｑtargetは、等式Ｑtarget＝４．３５・有機物部分によって定義され、この場合、有機物部分は、流動床装置に導入される紙残留物の一部を形成する有機物質のパーセンテージに関する、又は
Ｂ３．分配プレートの面積１平方メートル当たりの、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量の目標値は、分配プレートの面積１平方メートル当たりで１．７ｍ3／ｓのレベルに設定されることを特徴とする、紙残留物を鉱物製品に変換する方法。
【請求項４】
Ａ１．ウインドボックス内の燃焼空気の温度は制御され、前記プロセスパラメータの範囲は、前記温度の所定の目標値の±１５℃に選択される、請求項３記載の紙残留物を鉱物製品に変換する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙残留物を鉱物製品に変換する方法及び装置に関する。このような方法及び装置は実用から公知であり、国際公開第９６／０６０５７号明細書によって開示されている。ここで使用される「紙残留物」という言葉は、工業的な製紙工程から生じる紙スラッジと、平均的に過度に短い繊維を有する紙のような紙廃棄物とを含む。紙残留物は、脱インキスラッジも含んでよい。この方法及び装置によって得られる鉱物製品は、例えばセメントの代替として、又は（高温の）ガス流から金属を除去するための吸着剤として使用することができる。
【０００２】
公知の方法は、装置の一部を形成する流動床装置を用い、流動床装置の下方には、流動媒体と、前記鉱物製品への変換のために流動床装置に導入される紙残留物とに少なくとも燃焼空気の均一な分配及び供給を保証するための、分配プレートが設けられている。
【０００３】
分配プレートの上方における流動媒体及び紙残留物に燃焼吸気を供給するためのウインドボックスが、分配プレートの下方に設けられている。ウインドボックスは、ある状況においては、燃焼空気に加えて、クレンジングされ再循環された煙道ガスをも供給する。
【０００４】
必要不可欠ではないが、エネルギ効率の観点から、熱交換部が用いられることが好ましい。この熱交換部は、その第１の部分において、（周囲）空気を受け取り、この空気には、再循環された煙道ガスが補足され、また第１の部分とは別個の第２の部分において流動床装置から煙道ガスを受け取り、前記煙道ガスと前記（周囲）空気との間で熱を交換し、前記（周囲）空気を加熱する。熱交換部はさらに、燃焼空気として使用するために、加熱された（周囲）空気をウインドボックスに供給するためにウインドボックスに接続されている。
【０００５】
紙残留物を前記鉱物製品に連続して変換する方法及び装置を用いる場合、流動媒体の量と、その粒子の寸法とが変化し、装置の中断されない又は妨害されない運転の継続時間が制限されるという問題が生ずる。流動媒体の量及びその粒子の寸法は、対策が講じられなければならないようなレベルにまで増大するということが、従来技術における公知の問題である。時には、装置の運転中に、劣化した流動媒体を取り出し、適切な特性を有する流動媒体と交換することができる。それが不可能な場合もあるが、その場合、流動媒体が、所要の特性を有する材料と交換されるために、装置の運転を中断する必要がある。
【０００６】
紙残留物の変換用の装置の適切な運転は、流動媒体及びその粒子の直径が所定のレベルに維持されていることを要求する。この所定のレベルは、装置ごとに僅かに変化することがある。したがって、特定の装置に当てはまる最適なレベルは、適当な試行錯誤に基づき決定される必要がある。一般的に言って、毎秒０．５ｍを超える流動速度での流動床における所望の流動条件を提供することができる流動媒体及びその粒子の直径にとって望ましいパラメータは、粒子が、０．７〜４ｍｍ、好適には１．２〜１．８ｍｍの直径に維持されているということである。流動床の高さは、分配プレートのすぐ上の位置とフリーボード領域との間の圧力差が４０〜２００ｃｍ水柱であるようなレベルに維持されるべきである。流動媒体は、さらに好適には、約０．８の球形状ファクタのレベルに維持されている。
【０００７】
前記球形状ファクタ、若しくは球形度は、理想的な球形の粒子からの逸脱若しくはずれを説明するために、流動床燃焼に関する一般的な文献に紹介されている。球形度を、両方の粒子が同じ体積を有する場合の、完全球体の表面積と、考慮する粒子の表面積との比として定義するのが一般的である：
球形度＝Ａs／Ａp、及び０≦球形度≦１であり、
この場合、Ａsは完全球体の表面積を表し、Ａpは考慮される粒子の表面積を表し、両粒子は同じ体積を有する。
【０００８】
理想的な球体の表面積及び体積に関する基本的な計算の適用により、
球形度＝（（４・pi・（３／（４・pi））^（２／３））・Ｖp^（２／３））／Ａp
を生じ、この場合、Ｖpは考慮する粒子の体積であり、Ａpはこの粒子の表面積である。
【０００９】
流動媒体の交換が製造の質を犠牲にして行われるが、劣化した流動媒体を用いた変換プロセスを維持することは製造の質を犠牲にして行われることは、言うまでもない。両者は財政的な影響を有し、そこで発明は、紙残留物を鉱物製品に変換する連続的なプロセスを中断又は妨害する必要性を回避しかつ製造速度及び製造品質の両方をできるだけ高く保つために、この流動床において使用されるような流動媒体を仕様の範囲に維持することを目的とする。
【００１０】
従来技術、特に英国特許出願公開第１４７４７１１号明細書及び特開昭５８−０６９３１４号公報は流動床装置を開示しており、燃焼空気の供給量を制御することが知られている。
【００１１】
本発明によれば、前記問題は、以下の限定を満たす制御システムを備えた装置を提供することによって達成される：
Ａ１．前記制御システムは、ウインドボックス内の燃焼空気の温度を、前記温度の所定の目標値の±２５℃、好適には±１５℃に選択された前記プロセスパラメータの範囲内に制御するよう配置されており、
Ａ２．前記制御システムはさらに、摂氏で表されたウインドボックスにおける燃焼空気の温度の目標値が等式Ｔtarget＝−５００・発熱量＋１４００によって定義されるよう構成されており、この場合、ＭＪ／ｋｇで表される発熱量は、流動層装置に導入される、あらゆる付加的な物質を含む紙残留物に関する、及び／又は
Ｂ１．前記制御システムは、分配プレートの面積１平方メートル当たりの、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量を、所定の目標値の±１５％に制御するよう配置されており、その際、
Ｂ２．前記制御システムはさらに、分配プレートの１平方メートル当たりの、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量の目標値Ｑtargetが、等式Ｑtarget＝４．３５・有機物部分によって定義されるよう構成されており、この場合、有機物部分は、流動床装置に導入される紙残留物の一部を形成する有機材料のパーセンテージに関し、及び／又は
Ｂ３．前記制御システムはさらに、分配プレートの面積１平方メートル当たりの、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量の目標値が、分配プレートの面積１平方メートル当たり１．７ｍ3／ｓのレベルに設定されるよう構成されている。
【００１２】
燃焼空気に他のガスが含まれていることができる。前記他のガスは、例えば、流動床から流出し、好適には浄化され、有利には再熱もされた、再循環される煙道ガスであってよい。
【００１３】
さらに、本願において、発熱量という言葉を用いる場合、これは幾つかの異なる定義に関する場合がある。発明者は、発熱量が、流動床装置に導入される紙残留物及びあらゆるその他の付加的な物質の全体的なエネルギ解放に関する場合に、発明による最良の結果が得られることを発見した。これは、流動床装置における燃焼中の鉱物転移（mineral transitions）を含む、前記紙残留物の構成材料（及びその他の導入された物質）のエネルギ変化を考慮している。
【００１４】
本発明は、ウインドボックスと、分配プレートの上方における流動床の流動媒体、及び流動床装置に導入された紙残留物への少なくとも燃焼空気の均一に分配された供給のためにウインドボックスに結合された分配プレートと、を備えた流動床装置を使用し、分配プレートの上方における流動媒体の量及び前記流動媒体の粒子の寸法は、プロセスパラメータを所定範囲に維持することにより制御され、このプロセスパラメータは、燃焼空気の量に関する、紙残留物を鉱物製品に変換する方法においても具体化される。本発明によれば、この方法は以下の限定を含む：
Ａ１．ウインドボックス内の燃焼空気の温度は制御され、前記プロセスパラメータの範囲は、前記温度の所定の目標値の±２５℃、好適には±１５℃に選択され、この場合、
Ａ２．摂氏で表されるウインドボックス内の燃焼空気の温度の目標値は、等式Ｔtarget＝−５００・発熱量＋１４００によって定義され、この場合、ＭＪ／ｋｇで表される発熱量は、流動床装置に導入される、あらゆる付加的な物質を含む紙残留物に関する、及び／又は
Ｂ１．ウインドボックスに供給される燃焼空気の量は、分配プレートの面積１平方メートル当たりの所定の目標値に制御され、このパラメータの範囲は、前記目標値の±１５％に選択されており、この場合、
Ｂ２．分配プレートの１平方メートル当たりの、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量の目標値Ｑtargetは、等式Ｑtarget＝４．３５・有機物部分によって定義され、この場合、有機物部分は、流動床装置に導入される、紙残留物の一部を形成する有機材料のパーセンテージに関する、及び／又は
Ｂ３．分配プレートの面積１平方メートル当たりの、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量の目標値は、分配プレートの面積１平方メートル当たりで１．７ｍ3／ｓのレベルに設定されている。
【００１５】
発明は、本発明による装置及びその作動方法の典型的な実施の形態に関連して、この装置の概略的な図面を参照しながら以下にさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】紙残留物の変換用の装置を概略的に示す図である。
【図２】図１に示した装置の一部を構成する熱交換部を概略的に示す図である。
【図３】図１に示した装置のウインドボックスにおける燃焼空気の温度に依存した流動媒体の量の変化率の関係に関するグラフである。
【図４】図１に示した装置のウインドボックスに導入された燃焼空気及びその他のガスの量に依存した流動媒体の量の変化率の関係に関するグラフである。
【図５】流動床に導入された紙残留物及びその他の材料の発熱量と、ウインドボックスに導入された燃焼空気及びその他のガスの温度の所望の目標値との関係に関するグラフである。
【図６】紙残留物における有機物質のパーセンテージと、分配プレートの１平方メートル当たりのウインドボックスに導入される燃焼空気及びその他のガスの量の所望の目標値との関係に関するグラフである。
【００１７】
図面において同じ符号が用いられる場合は常に、これらの符号は同じ部材を示している。
【００１８】
まず図１を参照すると、符号１は、紙残留物を鉱物製品に変換する装置の例を示している。この装置１は、流動媒体と、鉱物製品に変換するために流動床装置に導入された紙残留物とに、少なくとも燃焼空気を均一に分配しかつ供給することを保証するための分配プレート３を備えた、流動床装置２を有する。ウインドボックス４は、矢印５によって示された燃焼空気を、ウインドボックス４へ、最終的には分配プレート３の上方の材料及び紙残留物へ供給するために、前記分配プレート３の下方に設けられている。
【００１９】
この例によれば、装置１はさらに熱交換部６を有し、この熱交換部６は、ファン８の作動により、矢印７によって示された周囲空気を、別個の部分において受け取る。熱交換部６は、フリーボード１０及び接続ダクト９を通じて流動床装置２から流出する煙道ガスを受け取り、前記煙道ガスと前記周囲空気７との間で熱交換を行い、燃焼空気５として使用されるこの周囲空気を加熱する。熱交換部６は、このために、加熱された周囲空気７をウインドボックス４へ供給するようにウインドボックス４に接続されている。
【００２０】
図２は、熱交換器若しくは熱交換部６を詳細に示しており、この例においては、ウインドボックス４に導入される燃焼空気５へ変換するために全ての周囲空気１１が熱交換器６において予熱されねばならないわけではないことを示している。周囲空気１１の一部１２が熱交換器６を通らず、ウインドボックス４に導入される燃焼空気５の流れを提供するために熱交換器６から出てくる予熱された空気１３と混合されることも可能である。
【００２１】
本発明によれば、装置１は、分配プレート３の上方の流動媒体の量と、流動媒体の粒子の直径とを制御するよう作動させられる。このために、自体公知であり、したがって説明を必要としない制御システムが用いられる。本発明の利点は、特にプロセスパラメータを監視し、このプロセスパラメータを所定範囲内に維持するために、どのようにこの制御システムが用いられるかという点にある。この場合、プロセスパラメータは、燃焼空気５の量、及びウインドボックス４に供給される燃焼空気５の温度を含むグループから選択される。
【００２２】
本発明による、紙残留物を鉱物製品に変換する方法において、分配プレート３の上方の流動媒体の量と、この流動媒体の粒子の寸法とは、ウインドボックスに導入される燃焼空気の温度を所定範囲に保つことにより制御され、好適には前記プロセスパラメータの目標値は、流動床装置２に導入される紙残留物及びあらゆるその他の付加的な物質の発熱量に少なくとも依存して決定される。紙残留物とともに流動床装置２にあらゆる別の物質が導入される場合、この別の物質の発熱量も考慮されなければならない。
【００２３】
さらに、プロセスパラメータが、ウインドボックス４に導入される燃焼空気５の温度である場合、前記プロセスパラメータの範囲は、前記温度の目標値の±２５℃、好適には±１５℃に選択される。
【００２４】
適切には、ウインドボックス４に導入される燃焼空気の温度の目標値は、等式Ｔtarget＝−５００・発熱量＋１４００によって定義され、発熱量は、流動床装置２に導入される紙残留物及びあらゆるその他の物質に関する。これは図５に示されており、横座標は前記発熱量に関し、縦座標は、ウインドボックス４に導入される燃焼空気の温度の目標値に関する。
【００２５】
プロセスパラメータは、ウインドボックス４に導入される燃焼空気５の量であることも有利であり、その場合、その範囲は、前記量の目標値の±１５％に選択される。
【００２６】
発明の結果は図３及び図４によってそれぞれ示されている。
【００２７】
図３は、ウインドボックス４に導入される燃焼空気５の温度が変化した場合の結果を示すグラフである。この図において、横座標は、燃焼空気５の前記温度を摂氏で表しているのに対し、縦座標は、流動床圧力の変化によって測定される１時間あたりの流動媒体の量の変化率をミリバール毎時で表している。流動媒体の量は、約４１０℃で、流動床装置２に導入される紙残留物の発生する発熱量、この例では約２ＭＪ／ｋｇにおいて実質的に一定であることが分かる。
【００２８】
図４は、ウインドボックス４に導入された燃焼空気５の量が変化した場合の結果を示すグラフである。この図において、横座標は、分配プレート３の平方面積に関して正規化された立方メートル毎秒での燃焼空気５の前記量を表すのに対し、縦座標は、１時間当たりの流動媒体の量の変化率を表している。燃焼空気の量と、流動媒体の量の変化率との関係は、燃焼空気の温度と、前記変化率との関係よりも僅かに小さいが、ウインドボックス４に導入される燃焼空気５の量と、分配プレート３の上方の流動媒体の変化率との間には強い関係がある。最適値は、分配プレートの１ｍ2当たり１．７ｍ3毎秒にほぼ近い量がウインドボックス４に導入される場合に生じる。さらなる調査は、この最適値が、ほとんどの実用的な状況における場合である、約４０％の有機物質が紙残留物に存在する状況に関連することを示した。
【００２９】
図６は、紙残留物に存在する有機物質の可変の量（これは横座標で示されている）と、縦座標で示された、分配プレートの１平方メートル当たりの燃焼空気の最適量との関係を示している。両者の関係は、等式Ｑtarget＝４．３５・有機部分によって規定され、この場合、有機部分とは、流動床装置に導入される紙残留物の一部を構成する有機物質のパーセンテージに関し、Ｑtargetは、分配プレートの１平方メートル当たりで、ウインドボックスに供給される燃焼空気の量の目標値に関する。有機部分についての情報がない場合には、分配プレートの１ｍ2当たりで毎秒１．７ｍ3の値が、好適には、ウインドボックスに導入される燃焼空気の量の目標値として採用される。
【００３０】
上記の例は、添付の請求項に関して制限としては考慮されない法律に準拠しなければならない。本発明が享受する保護範囲は、提示された例に限定されることを考慮することなく、その最も広い意味で、添付の請求項のみによって決定されなければならない。上記例は、添付の請求項に存在するかもしれないあらゆる可能なあいまいさを排除するという目的でのみ提供されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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