(57)【要約】【課題】か焼キルンでの無機物リングの蓄積を減らすための方法およびシステムを提供すること。【解決手段】本方法およびシステムは、バーナ端部の上流のか焼キルンの予熱区域に非凝縮性ガス（ＮＣＧ）を挿入することを含む。予熱区域は、１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの範囲の温度によって特徴付けることができる。本システムは、予熱区域でＮＣＧを回転か焼キルン内に挿入するためのプレナムを備えることができることが望ましい。【選択図】図２
2019060592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外殻、および前記外殻内に配置された耐火ライニングを有する管状ハウジングであって、前記耐火ライニングがキルンチャンバを画定し、前記キルンチャンバが、バーナ端部、前記バーナ端部から遠位に配置された供給端部、および前記バーナ端部と前記供給端部との間を延在する長さを有する、管状ハウジングと、
前記管状ハウジングのまわりに環状に配置されたプレナムであって、前記管状ハウジングのまわりに環状に配置されたプレナムチャンバを画定するプレナムハウジングを備え、前記プレナムチャンバが、前記バーナ端部から測って前記キルンチャンバの前記長さの約３分の２のところで挿入場所に配置された開口を通じて前記チャンバと流体連通し、前記プレナムが前記挿入場所の前記開口を通じてＮＣＧをキルンチャンバ内に運び込むように構成され、前記挿入場所の温度が２１２°Ｆ〜２，２００°Ｆの間である、プレナムと
を備える細長ロータリーか焼キルンシステム。
【請求項２】
前記挿入場所が前記キルンチャンバの予熱区域であり、前記挿入場所の前記温度が２１２°Ｆ〜１，３００°Ｆの間である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
バーナ区域から、前記バーナ端部から測って前記チャンバの前記長さの約３０％のところまで延在するか焼区域をさらに備える請求項２に記載のシステムであって、前記予熱区域が前記か焼区域の下流に配置され、前記バーナ端部から測ったときの前記キルンチャンバの前記長さの約３０％〜約４０％延在する、システム。
【請求項４】
前記挿入場所が前記キルンチャンバのか焼区域にあり、前記か焼区域が前記バーナ端部から測ったときの前記キルンチャンバの前記長さの約３０％〜約４０％配置され、前記挿入場所の前記温度が１，３００°Ｆ〜２，２００°Ｆの間である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記供給端部を始点として前記細長ロータリーか焼キルンの前記長さの約３０％配置された乾燥区域をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記挿入場所に近接して配置された温度センサをさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記挿入場所における前記温度が１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの間である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ＮＣＧがＬＣＨＶ  ＮＣＧである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
細長ロータリーか焼キルン内での中央キルンリングの蓄積を減らすための方法であって、
ＮＣＧを細長ロータリーか焼キルンのキルンチャンバのバーナ端部の下流の挿入場所で細長ロータリーか焼キルン内に導入することであって、前記挿入場所における前記キルンチャンバの温度が２１２°Ｆ〜２，２００°Ｆの範囲にある、方法。
【請求項１０】
前記ＮＣＧを前記細長ロータリーか焼キルンの前記バーナ端部内に導入することをさらに含まない請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
空気、アンモニア、焼結助剤、尿素、酸素、再循環煙道ガス、および水蒸気からなる群から選択された化合物をＮＣＧとともに前記挿入場所で導入することをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記挿入場所での前記温度が約１，３００°Ｆ〜約１，７５０°Ｆの間である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記挿入場所の上流の第１の場所で第１の温度を測定することと、前記挿入場所の下流の第２の場所で第２の温度を測定することと、前記第１の温度を前記第２の温度と比較して温度差を計算することと、前記温度差が１００°Ｆより小さいとき前記挿入場所で前記ＮＣＧとともに冷却剤を加えることとをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記温度差が１００°Ｆ以上のときに前記冷却剤を加えることを止めることをさらに含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
細長ロータリーか焼キルン内でのキルンリングの蓄積を減らすための方法であって、
か焼反応物を前記細長ロータリーか焼キルンの供給端部で細長ロータリーか焼キルン内に送り込むことと、
前記供給端部から遠位に配置された前記細長ロータリーか焼キルンのバーナ端部に配置されたバーナで前記細長ロータリーか焼キルン内の前記か焼反応物を酸化することと、
前記細長ロータリーか焼キルンの管状ハウジングのまわりに環状に配置されたプレナムチャンバを通じてＮＣＧを前記細長ロータリーか焼キルン内に導入することであって、前記プレナムチャンバが開口を通じてキルンチャンバと流体連通し、前記キルンチャンバの温度が、挿入場所で１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの範囲である、ＮＣＧを導入することと
を含む方法。
【請求項１６】
前記プレナムに空気、水蒸気、または冷却された再循環煙道ガスを加えて前記キルンチャンバ内の前記温度を制御することをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記プレナムに尿素を加えて排気ガス中の亜酸化窒素の量を減らすことをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記プレナムに水蒸気を加えて前記キルンチャンバの前記温度を調整することをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
前記プレナムに尿素とアンモニアの両方を加えて前記排気ガス中の亜酸化窒素の量を制御することをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記挿入場所の上流の第１の場所で第１の温度を測定することと、前記挿入場所の下流の第２の場所で第２の温度を測定することと、前記第１の温度を前記第２の温度と比較して温度差を計算することと、前記温度差が１００°Ｆより小さいとき前記挿入場所でＮＣＧとともに冷却剤を加えることとをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、細長ロータリーか焼キルンの公害防止および夾雑物管理に関し、より詳細には、パルプおよび製紙工業での薬品回収のために使用される石灰泥キルンにおいて窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減すること、および中央キルン無機物の蓄積を減らすことに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業規模でパルプを製造するためにはいくつかの方法があり、生産者はこれらの方法を３つの大まかなカテゴリー、すなわち、化学パルプ化、機械パルプ化、およびハイブリッドパルプ化のうちの１つに分類する傾向がある。ハイブリッドパルプ化は化学パルプ化と機械パルプ化の両方の異なる態様を含む。簡単に言うと、機械パルプ化はしばしば、リグノセルロース材料（例えば、木材チップ、バガス、コーンストーバ、再生紙、またはタンパク質リグニンおよびセルロースポリマーを含む他の材料）を一連のリファイナープレートを通して送り出すことを含む。リファイナープレートは、所望のパルプ等級になるようにリグノセルロース材料を細かく砕く。工場運転者は、このパルプをさらに処理してパルプを基にしたいくつかの製品（例えば、紙、包装材、吸収用詰め物など）にすることができる、または工場運転者はパルプを卸売りすることができる。
【０００３】
化学プロセスでは、工場運転者は、リグノセルロース材料を強酸または強アルカリのどちらかで処理してセルロース繊維からリグニンを分離する。次いで、運転者は、セルロース繊維を分離、洗浄、さらに処理してパルプまたは他のパルプを基にした製品にすることができる。化学プロセスの例には、クラフトプロセス（「硫酸塩プロセス」としても知られている）、亜硫酸プロセス、ソーダパルプ化プロセス、および亜硫酸半化学パルプ化プロセスが含まれる。
【０００４】
化学プロセスの各タイプに対する化学物質の処理は変わることがあるが、工場運転者はしばしば、これらのプロセス化学物質を回収および再生利用して工場を経済的に運用する。例えば、クラフトプロセスでは、工場運転者は、大きな加圧蒸解がまで「白液」を使ってリグノセルロース材料を蒸解する。白液は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）および硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）を含む。蒸解した後、ばらばらな粒子寸法の使用済薬液と未精製パルプとのスラリーは蒸解がまを出る。使用済薬液は一般に「黒液」として知られており、蒸解プロセスから残った有機および無機の化合物を含む。
【０００５】
未精製のパルプはさらに処理されると同時に、薬品回収プロセスは、分離、濃縮、次いで、黒液を薬品回収ボイラに移送することで始まる。薬品回収ボイラは過剰な水分を蒸発し、黒液中の無機化合物は熱分解される。これらの無機化合物は、回収ボイラの底に溶融塩（スメルト）として堆積し、最後に隣接の溶解タンクに流入する。溶解タンクは典型的には、石灰泥および他の沈殿物を洗浄するために使用される溶液を含む「弱洗浄液（ｗｅａｋ  ｗａｓｈ）」を含む。弱洗浄液に接触すると、スメルトは弱洗浄液と反応および混合して「緑液」になる。緑液は、白液の主成分である硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）および副産物の炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）を含む。
【０００６】
運転者は次いで、緑液を浄化して撹拌機に送り込み、酸化カルシウム（ＣａＯ）および水を加える。酸化カルシウムは一般に「生石灰」として知られている。生石灰は、水と発熱反応して水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を生じる。水酸化カルシウムは次いで、緑液中の炭酸ナトリウムと反応して白液の他の成分である水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）および副産物の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を生じる。炭酸カルシウムは一般に「石灰泥」として知られている。
【０００７】
この段階で、石灰泥は白液溶液から沈殿する。運転者は次いで、白液を浄化して貯蔵タンクに移送してクラフトプロセスでの再使用を待つ。その間、運転者は、変換して生石灰（すなわち、酸化カルシウム（ＣａＯ））に戻すために石灰泥を洗浄して石灰キルンに移送する。再生生石灰を使って、工場運転者は、費用効果的に緑液を処理して白液を回収し続けることができる。
【０００８】
典型的な石灰キルンは、か焼キルンチャンバを画定する長い円筒状の回転ハウジングよりなる。ハウジングは地面に対して傾いている。バーナは下端に配置され、チェーン装置は上端に配置される。炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、ナトリウム、および他の不純物を含む石灰泥は、約２０％〜３０％の水分含有量でキルンの上端に入る。石灰泥がバーナに向かって回転ハウジングを下っていくと、煙道ガスの残留熱を使って、熱が水分を抜いて石灰泥を反応温度に予熱する。泥の温度が１，４００°Ｆに達するとか焼反応が始まるが、泥が１，８００°Ｆに達した後のみ、その反応は良好に進行する。回収された生石灰は、キルンの下端を出る前に冷却することができる。
【０００９】
化学パルプ化はまた、いくつかの供給源から様々なガス状の副産物を生じさせる。これらのガス状の副産物はしばしばチオールを含む硫黄化合物を含み、それらは臭気があり有毒の場合がある。まとめると、これらのガス状の副産物は、「非凝縮性ガス（ＮＣＧ：ｎｏｎ−ｃｏｎｄｅｎｓａｂｌｅ  ｇａｓ）」と呼ぶことができ、典型的には、全還元性硫黄（ＴＲＳ：ｔｏｔａｌ  ｒｅｄｕｃｅｄ  ｓｕｌｆｕｒ）ガスを含む。蒸解がまは蒸解中にＮＣＧを生じ、フラッシュタンクは黒液を濃縮するときＮＣＧを放出する。供給源はまた、蒸発器、テレピン油システム、および凝縮ストリッピングシステムを含む。ＮＣＧには、例えば、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、メタンチオール（ＣＨ４Ｓ）、ジメチルジスルフィド（（ＣＨ３）２Ｓ２）、およびジメチルスルフィド（（ＣＨ３）２Ｓ）などの硫黄化合物が含まれる。キルンを出る前にＮＣＧを酸化するために、これらのＮＣＧはバーナ近くで石灰キルン内に挿入される。
【００１０】
化学パルプ化プロセスはまた、アンモニア（ＮＨ３）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、およびテレピン油（Ｃ１０Ｈ１６）などのいくつかの凝縮性ガスを生じることがある。これらの凝縮性ガスはまた、ときどき、石灰キルンの燃料の補助として使用され、バーナで、またはバーナの近くで石灰キルンに加えられることがある。
【００１１】
石灰泥中のナトリウムは、ＮＣＧ中の硫黄化合物と複雑な化学現象で反応して、キルン内部の耐火材の内壁に堆積する中央キルンリングを形成することがある。これらの中央キルンリングは、キルンの長さに沿って温度ポケットを生成することがあり、それは、か焼反応に悪影響を及ぼす。中央キルンリングはまた、キルンの容積を減らしてリングの上流に反応物を蓄積させ、これによってか焼反応が不完全となり、リングがさらに成長することがある。これに加えて、中央キルンリングは、キルンシステムから熱を吸収し、それによって、運転者は同じ結果を得るためにより多くのエネルギーを費やすこととなる。
【００１２】
リング形成を減らすためのこれまでの試みは、米国特許第４，７６７，３２３号に記載された石灰キルンなど、リングが最も形成しやすいキルンセクションを冷却することを含んでいた。低温のキルンセクションは溶融スラグを凝固させ、熱膨張差によって壁から凝固スラグを破砕剥離させる。しかしながら、破砕したスラグは石灰床内に落ちてすぐ再溶融し、それによって石灰製品を汚染する。
【００１３】
これに加えて、細長ロータリーか焼キルンは、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化二窒素（Ｎ２Ｏ２）を含む窒素酸化物（ＮＯｘ）を発生する。亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）は、対流圏（すなわち、人々が生活し呼吸する環境部分）で空気および紫外（ＵＶ：ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光と反応して一酸化窒素（ＮＯ）とオゾン（Ｏ３）を生成する「温室効果ガス」である。大気中のＵＶ光は、次いで、一酸化窒素（ＮＯ）を亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）に変換して戻し、それによって、さらなるオゾン（Ｏ３）を生成するための基礎を確立し得る。成層圏のオゾン層は、宇宙から地球に届くほとんどの紫外線を吸収することに役立つ一方、それにもかかわらず、オゾンガス（Ｏ３）は人間には有毒な強い酸化剤である。さらに、対流圏内のオゾン（Ｏ３）およびＮＯｘ、ならびにさらなる汚染物質は酸性雨の要因となる。したがって、多くの政府の環境保護機関はＮＯｘ排出を規制している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
バーナ端部の温度変動による、石灰キルンなどの細長ロータリーか焼キルンでの中央キルンリングの形成、および細長ロータリーか焼キルン内での窒素と酸素の化合物の燃焼から生じるＮＯｘ排出の問題は、非凝縮性ガス（ＮＣＧ）を、温度が華氏２１２度（°Ｆ）〜２，２００°Ｆ（摂氏１００度（℃）〜約１，２０４．４４℃）の範囲の挿入場所で細長ロータリーか焼キルン内に導入することによって軽減される。ＮＣＧは、細長ロータリーか焼キルンのバーナ端部内に挿入されないことが望ましい。挿入場所は、「予熱区域」内またはそれとは別の「か焼区域」内が望ましい。別の例示的な実施形態では、挿入場所における温度は、１，３００°Ｆ〜約１，７５０°Ｆ（７６０℃〜約９５４℃）の範囲とすることができる。他の例示的な実施形態では、挿入場所における温度は、１，３００°Ｆより低くしてＮＣＧを酸化しながらサーマルＮＯｘをさらに低減することができる。
【００１５】
参考までに、細長ロータリーか焼キルンは、供給端部から遠位に配置されたバーナ端部を有するキルンチャンバを備えている。か焼区域は、バーナ端部を始点として細長ロータリーか焼キルンの長さの約３０％〜約４０％延在することができる。か焼区域の温度は約１，３００°Ｆ〜約２，２００°Ｆの範囲とすることができる。細長ロータリーか焼キルンの予熱区域は、バーナ端部に対してか焼区域の下流に配置される。予熱区域の温度は、約２１２°Ｆ〜約１，３００°Ｆ（１００℃〜約７６０℃）の範囲とすることができる。
【００１６】
理論に縛られることなく、出願人は、ＮＣＧを、温度が約２１２°Ｆ〜約２，２００°Ｆ（１，３００°Ｆ〜約２，２００°Ｆが好ましい）の挿入場所においてバーナ端部の下流で細長ロータリーか焼キルン内に挿入することによって、このような方法が、バーナ端部で火炎が散発的に活発になることを減らし、これによって、中央キルンリングを耐火材からか焼キルンの回転軸線の方へ成長させる凝固−融解サイクルを減らすことを見出した。このような挿入場所にＮＣＧを注入すると、さらに、ＮＣＧはキルンガスと混合して挿入場所の近くの温度および挿入場所の下流の温度を下げ、それによって、ＮＯｘの発生を減らすことができる。
【００１７】
本明細書で開示する例示的な方法およびシステムはさらに、か焼キルンチャンバ内のより正確な温度調整を可能にすることができる。
【００１８】
例示的な細長ロータリーか焼キルンシステムは、外殻を有する管状ハウジング、および外殻内に配置された耐火ライニングを備えることができる。耐火ライニングはキルンチャンバを画定し、キルンチャンバは、バーナ端部、バーナ端部から遠位に配置された供給端部、およびをバーナ端部と供給端部との間を延在する長さを有する。例示的なシステムは、管状ハウジングのまわりに環状に配置されたプレナムをさらに有することができる。プレナムはプレナムハウジングを備えることができる。プレナムハウジングは、管状ハウジングのまわりに環状に配置されたプレナムチャンバを画定し、プレナムチャンバは開口を通じてキルンチャンバと流体連通する。キルンチャンバ内への開口は、バーナ端部から測ってキルンチャンバの長さの約３分の２のところで、キルンチャンバの温度が１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆ、または１，４００°Ｆ〜１，７５０°Ｆ、または１，５００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの範囲にある挿入場所に配置される。このように、プレナムは、ＮＣＧをキルンチャンバの予熱区域内に、またはか焼区域内に運び込むように構成される。
【００１９】
細長ロータリーか焼キルン内、特に石灰キルン内での中央キルンリングの蓄積を減らすための例示的な方法は、ＮＣＧを、石灰キルンの管状ハウジングのまわりに環状に配置されたプレナムチャンバを通じてロータリー石灰キルンのチャンバ内に導入することを含むことができる。例示的な方法では、プレナムチャンバは開口でキルンチャンバと流体連通する。キルンチャンバの温度は、開口において１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの範囲とすることができる。
【００２０】
さらに例示的な実施形態では、運転者は、バーナ端部の下流でアンモニア（ＮＨ３）または尿素（ＣＨ４Ｎ２Ｏ）を加えて亜酸化窒素（ＮＯｘ）の排出を低減することができる。
【００２１】
特定の例示的な実施形態によって、工場主が、本明細書でより完全に説明されるシステムで既存の細長ロータリーか焼キルンを改造することができると考えられる。
【００２２】
様々な図面全体を通して同様な参照符号が同じ部品を指す添付の図面に示すように、前述のことは、本開示の例示的な実施形態の以下のより具体的な説明から明らかとなろう。図は必ずしも原寸に比例したものではなく、その代わりに、開示する実施形態を示す際、誇張されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】バーナ端部から測ってか焼キルンチャンバの長さの約３分の２のところに配置されたプレナムチャンバを備える例示的な細長ロータリーか焼キルンの概略断面図である。
【図２】バーナ端部から測ってか焼キルンチャンバの長さの約３分の２のところにプレナムチャンバが配置されていることを示す、例示的な細長ロータリーか焼キルンの側面図である。
【図３】プレナムチャンバがか焼キルンチャンバと流体連通する態様を示す、４分の１を切り取った例示的なシステムのプレナムセクションの斜視図である。
【図４】プレナムを通じてバーナの下流に非凝縮性ガス（ＮＣＧ）を挿入することを示す、例示的なシステムのプレナムセクションの側面断面図である。
【図５】細長ロータリーか焼キルンがフラッシュドライヤーキルンである、例示的な細長ロータリーか焼キルンシステムの概略断面図である。
【図６】中央キルンリングの形成を減らすための例示的な方法、および熱電対をさらに備える例示的なシステムを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、例示および説明する目的のためだけに提示されており、網羅的であることや本発明の範囲および精神を限定することを意図したものではない。これらの実施形態は、本発明の原理およびその実際の適用を最も良く説明するために選ばれて記述された。当業者であれば、本発明の範囲および精神から逸脱することなく本明細書で開示される本発明に対して多くの変更を行うことができることは認識するであろう。
【００２５】
対応する参照符号はいくつかの図全体にわたって対応する部品を示す。図は、本開示による様々な要素および構成部品の実施形態を示しているが、図は必ずしも原寸に比例したものではなく、特定の要素は本開示の実施形態をより良く示すために誇張されている場合があり、このような例示はいかなる態様においても本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００２６】
明細書において、「１つの実施形態」、「実施形態」、「例示的な実施形態」などと言及することは、説明される実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を含む場合があるが、あらゆる実施形態が必ずしもこの特定の特徴、構造、または特性を含むわけではないことを示す。さらに、このような表現は必ずしも同じ実施形態について言及しているわけではない。さらに、ある実施形態に関連して特定の特徴、構造、または特性が説明されるとき、明示的に説明されているかどうかにかかわらず、他の実施形態と関連してこのような特徴、構造、または特性に影響を与えることは当業者の知識の範囲内であると言える。
【００２７】
説明を明瞭にするために以下の説明では特定の用語を使用するが、これらの用語は、図で示すために選ばれた実施形態の特定の構造を指すことだけを意図し、本開示の範囲を規定または限定することを意図していない。
【００２８】
単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈においてそうでないこと明示しない限り、複数の指示対象を含む。数値は、同じ数の有効数字に縮めた場合に同じとなる数値、および記述した数値との差が、その数値を決定するために本出願中に記載したタイプの従来の測定技術の実験誤差より小さい値だけ異なる数値を含むと理解すべきである。
【００２９】
本明細書で開示するすべての範囲は、列挙された端点を包み、独立して組み合わせることができる（例えば、「２グラム〜１０グラム」の範囲は、端点２グラムおよび１０グラム、ならびにすべての中間値を含む）。
【００３０】
近似語は、本明細書で使用するとき、関連する基本的機能に変化を生じさせることなく変化することができる任意の量的表示を修飾するために適用することができる。したがって、「約（ａｂｏｕｔ）」および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語で修飾された値は、その特定された正確な値には限定されない。修飾語「約（ａｂｏｕｔ）」はまた、２つの端点の絶対値によって定義される範囲を示すものとして考えるべきである。例えば、「約２１２°Ｆ〜約１，３００°Ｆ」という表現はまた、範囲「２１２°Ｆ〜１，３００°Ｆ」も示す。
【００３１】
本明細書で使用する用語の多くは相対的な用語であることに留意すべきである。例えば、用語「上方」および「下方」は、互いに対する相対的な位置関係である。すなわち、上方の構成部品は、所与の向きで下方の構成部品より高い位置に配置されているが、装置をひっくり返すとこれらの用語は変わり得る。用語「入口」および「出口」は、所与の構造体に関してそれらを通って流れる流体に関係しており、例えば、流体は入口を通って構造体に流入し、出口を通って構造体から流出する。用語「上流」および「下流」は、流体が様々な構成部品を通って流れる方向に関係しており、すなわち、流体は、下流の構成部品を通って流れる前に上流の構成部品を通って流れる。
【００３２】
用語「水平の」および「鉛直の」は、絶対基準、すなわち地面に対する方向を示すために使用される。しかしながら、これらの用語は、構造体が互いに対して絶対的に平行または絶対的に垂直であることを必要としていると解釈すべきではない。例えば、第１の鉛直の構造体と第２の鉛直の構造体は必ずしも互いに対して平行ではない。用語「上部」および「下部」または「底部」は、絶対基準、すなわち地表面に対して、上部は常に下部／底部より高い位置／表面であることを指すために使用される。用語「上向き」および「下向き」もまた、絶対基準に関し、上向きの流れは常に地球の重力の反対方向である。
【００３３】
用語「直接に」は、弁またはポンプ、あるいは他の制御装置、あるいはセンサ（例えば、温度または圧力）などの２つのシステム構成部品を参照するために使用され、これらの２つの構成部品間の経路に配置してもよい。
【００３４】
図１は、細長ロータリーか焼キルン１００の概略断面図である。細長ロータリーか焼キルン１００は、石灰、セメント、マグネシア、ドロマイト、二酸化チタン、および他のか焼化合物をか焼するために使用することができる。細長ロータリーか焼キルン１００は管状ハウジング１０２を備える。管状ハウジング１０２は一般に、水平線Ｈから約２°〜約５°の角度で傾けられる。管状ハウジング１０２は、通常、鋼より作られる外殻１０３、および耐火ライニング１０７を有することができる。耐火ライニング１０７は一般に、れんが、コンクリート、セラミックス、またはキルンの温度で強度を保つ他の材料を含む。耐火ライニング１０７は、キルンチャンバ１１５を画定する。キルンチャンバ１１５は、バーナ端部１０５、およびバーナ端部１０５から遠位に配置された供給端部１１０を有する。バーナ端部１０５は、キルンフード１１６内に配置することができる。当業者には、供給端部１１０はときどき「低温端部」として知られ、バーナ端部１０５はときどき「高温端部」と呼ばれる。バーナ端部１０５は供給端部１１０から長さＬだけ隔てられている。細長ロータリーか焼キルン１００の寸法は変わり得るが、典型的な細長ロータリーか焼キルン１００の長さＬは、約２００フィート〜約４００フィートの間とすることができる。
【００３５】
細長ロータリーか焼キルン１００は、駆動歯車１１３、および管状ハウジング１０２に環状に係合された多数のライディングリング１１７をさらに備える。ライディングリング１１７は、支持ブロック（２４７、図２）上に配置されたローラ（３２６、図３）の上に置かれている。運転時、モータ（図示せず）は駆動歯車１１３を回転させ、それによって、ライディングリング１１７および細長ロータリーか焼キルン１００を中心回転軸線Ｃのまわりに回転させる。細長ロータリーか焼キルン１００は典型的には、１分間に約１〜２回転する。バーナ１２４は、キルンチャンバ１１５のバーナ端部１０５に配置される。運転時、バーナ１２４は火炎ジェット１２２を放射してキルンチャンバ１１５を加熱する。バーナ１２４はバーナ端部１０５にのみ配置されているので、バーナは、キルンチャンバ１１５の長さＬに沿って熱を一様には分布させない。このように熱が一様には分布しないことよっていくつかの温度区域１７２、１７４、１７６が生成される。
【００３６】
運転者は、供給端部１１０を始点とする温度区域を「乾燥区域」１７２と呼ぶことがある。乾燥区域１７２では、煙道ガス１２５からの熱は、か焼反応物１２０（すなわち、細長ロータリーか焼キルン１００が石灰キルンのときは石灰泥）の過剰な水分を蒸発させる。乾燥区域１７２は過剰な水分を蒸発させるように構成されるので、乾燥区域の有効温度範囲の下限は典型的には水の沸点、すなわち華氏２１２度（°Ｆ）すなわち摂氏１００度（℃）である。典型的な乾燥区域１７２は、供給端部１１０から測って細長ロータリーか焼キルン１００の長さＬの約２０％〜約３０％延在することがある。
【００３７】
予熱区域１７４は典型的には、乾燥区域１７２とか焼区域１７６との間に配置される。予熱区域１７４の温度範囲は典型的には、２１２°Ｆ〜１，３００°Ｆ（１００℃〜７６０℃）の間である。煙道ガス１２５は予熱区域１７４でか焼反応物１２０を加熱し、か焼反応物１２０をより大きな団塊１２０’（例えば、石灰の団塊）に形成し始める。一般に、細長ロータリーか焼キルン１００は、大きさが約１ミリメートル（ｍｍ）〜約５０ｍｍの範囲の団塊１２０’を処理する。典型的な予熱区域１７４は、乾燥区域１７２とか焼区域１７６との間で、細長ロータリーか焼キルン１００の長さＬの約３０％〜約４０％延在することができる。
【００３８】
か焼反応は主として、か焼区域１７６で起こる。か焼区域１７６は典型的には、バーナ端部１０５から測って、細長ロータリーか焼キルン１００の長さＬの約３０％〜約４０％延在する。か焼区域１７６の温度範囲は典型的には、約１，３００°Ｆ〜２，２００°Ｆ（７６０℃〜１，２０４．４４℃）の間である。
【００３９】
温度区域１７２、１７４、１７６は例示するために提示され、温度区域１７２、１７４、１７６の位置は、バーナが出力する間にわたって変動し得ることは当業者には理解されるであろう。しかしながら、各温度区域１７２、１７４、１７６を含む温度範囲によって、運転時に各区域の位置を確認することができる。図１に描かれている線は、温度区域１７２、１７４、１７６のおおよその位置を説明するために入れられている。
【００４０】
天然ガスまたは石油は典型的には、主なバーナ燃料として使用される。しかしながら、運転者は、利用できる主燃料の量を節約して使ってコストを下げるために、典型的には、１つまたは複数の補助燃料１２９を使って主燃料を補う。これらの補助燃料１２９のいくつかは、パルプおよび紙製造の副産物、ならびに白液の薬品回収物である。他の補助燃料１２９は、安価である、または容易に入手できるという理由で使用される。まとめて言うと、これらの補助燃料１２９は、液体メタノールおよびテレピン油などの有害大気汚染物質（ＨＡＰ：ｈａｚａｒｄｏｕｓ  ａｉｒ  ｐｏｌｌｕｔａｎｔ）を含むことができる。さらに、補助燃料１２９は、パルプ工場から発生する水素、トール油、グリセリン、少量高濃度の非凝縮性ガス（ＬＶＨＣ  ＮＣＧ：ｌｏｗ−ｖｏｌｕｍｅ，ｈｉｇｈ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ＮＣＧ、濃縮ＮＣＧまたはＣＮＣＧ：ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ  ＮＣＧとしても知られている）、蒸発プラントから発生するストリッパ排ガス（ＳＯＧ：ｓｔｒｉｐｐｅｒ  ｏｆｆ  ｇａｓ、別のタイプのＮＣＧ）、石油コークス、ガス化ガス（典型的には、樹皮、木の幹などのバイオ燃料から）、バイオガス（典型的には、メタンおよび不活性ガス）、石炭からのガス化ガス、ならびに液体天然ガスを含むことができる。補助燃料１２９は燃料を組み合わせたものを含むことができることは理解されるであろう。
【００４１】
運転者は、補助燃料１２９を直接バーナ１２４に送る、または、補助燃料１２９がバーナ端部１０５の近くで燃焼するように火炎ジェット１２２の近くに補助燃料１２９を挿入する。
【００４２】
燃料の燃焼によって、主バーナ燃料および補助バーナ燃料１２９のすでにイオン化した窒素が酸化することから形成される「フューエルＮＯｘ」が生成される。「サーマルＮＯｘ」は、システム内の窒素化合物と酸素化合物との燃焼を通じて生成されるＮＯｘのことを言う。
【００４３】
これに加えて、運転者は、低濃度多量の非凝縮性ガス（ＬＣＨＶ  ＮＣＧ：ｌｏｗ−ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｈｉｇｈ  ｖｏｌｕｍｅ  ＮＣＧ、低濃度ＮＣＧまたはＤＮＣＧ：ｄｉｌｕｔｅ  ＮＣＧとしても知られている）１６６を火炎ジェット１２２の近くに送って、細長ロータリーか焼キルン１００の供給端部１１０を出る前にこれらのＬＣＨＶ  ＮＣＧ１６６を酸化させることができる。この酸化プロセスによって、細長ロータリーか焼キルン１００を出る汚染物質の量が減る。運転者はまた、少量高濃度（ＬＶＨＣ）ガスをキルン内で燃やす。これらのＬＶＨＣガスは、非常に高濃度の硫黄ガスおよび気化したメタノールを含む。ＬＣＨＶ  ＮＣＧは典型的には、体積で５％〜６％のＮＣＧしか含まない。これらのＬＣＨＶ  ＮＣＧ１６６は典型的には、蒸解および黒液濃縮プロセスで生じる全還元性硫黄（ＴＲＳ）ガスを含む。これらのＴＲＳガスは、例えば、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、メタンチオール（ＣＨ４Ｓ）、ジメチルジスルフィド（（ＣＨ３）２Ｓ２）、およびジメチルスルフィド（（ＣＨ３）２Ｓ）などの硫黄化合物を含むことができる。ＴＲＳガスは腐食性があり、炭素鋼とともに使用すべきではない。ＮＣＧはまた猛毒である。ＮＣＧとともに存在する可能性のあるＴＲＳおよび一般のＨＡＰであるメタノール、ならびにテレピン油は、酸素が十分あれば爆発することがある。
【００４４】
一般に、か焼反応物１２０（例えば、パルプおよび紙の薬品回収物中の石灰泥）は、キルンチャンバ１１５の供給端部１１０に入ってバーナ端部１０５に向かって下方に流れる。か焼反応物１２０は煙道ガス１２５の流れに対向して流れる。煙道ガス１２５は最後には排気ガス１３３として供給端部１１０を出る。バーナ端部１０５では、再燃焼産物１２７（例えば、石灰）は、約１，７５０°Ｆ（９５４．４４℃）で細長ロータリーか焼キルン１００を出る。細長ロータリーか焼キルン１００の熱のいくらかを回収するために、多くの細長ロータリーか焼キルン１００はバーナ端部１０５に近接して冷却器１３８を有する。冷却器１３８は、大気から低温空気１２８を捕集して、出てくる再燃焼産物１２７にこの低温空気１２８を通すことができる。高温の再燃焼産物１２７はこの低温空気１２８を予熱し、その後、この二次低温空気１２８はキルンチャンバ１１５に入って燃焼を維持する。
【００４５】
細長ロータリーか焼キルン１００が石灰キルンのときは、か焼反応物１２０は石灰泥である。石灰泥の水分濃度は典型的には、供給端部１１０で２０％〜３０％の間である。石灰泥（１２０参照）がバーナ端部１０５に向かって流れると、煙道ガス１２５の残留熱は残っている水分を蒸発させ石灰泥（１２０参照）を予熱する。か焼反応は、石灰泥の温度が１，４００°Ｆに達すると始まるが、石灰泥（１２０参照）が１，８００°Ｆに達した後のみ、その反応は良好に進行する。煙道ガス１２５から石灰泥（１２０参照）への熱伝達をより効率的にするために、細長ロータリーか焼キルン１００は典型的にはチェーンセクション１１８を有する。多数のチェーン１２１は、煙道ガス１２５に曝されるキルンチャンバ１１５内の表面積を増大させ、したがって、煙道ガス１２５から石灰泥（１２０参照）への熱伝達の効率を向上させる。
【００４６】
キルンチャンバ温度が、約１，４００°Ｆ〜１，８００°Ｆ超のか焼温度に近づくと、石灰泥（１２０参照）は可塑化しペレット状になる。か焼反応物１２０が石灰泥のとき、か焼反応は概ね次のように進行する。
ＣａＣＯ３＋熱←→ＣａＯ＋ＣＯ２
か焼反応の完了は、滞留時間と、細長ロータリーか焼キルン１００の温度分布の関数である。
【００４７】
しかしながら、実際には、ペレット化された石灰泥（ＣａＣＯ３）（１２０参照）のいくらかは集積してより大きな団塊１２０’になる。時間が経つにつれて、石灰ダストは耐火ライニング１０７に接着してそれを覆う。耐火ライニング１０７上に堆積する石灰ダストが多くなり、細長ロータリーか焼キルン１００が回り続けると、耐火ライニング１０７に接着している石灰泥（１２０参照）は中央キルンリング１３０を形成する。はじめに、中央キルンリング１３０は、生石灰（ＣａＯ）と石灰泥（ＣａＣＯ３）の両方を含むと考えられている。このプロセスはまた、約０．５フィート〜約２フィートの範囲の大きさのソーダボールを生成することがある。これらのソーダボールは、か焼反応が効率的に進行することを妨げるのであまり好ましくない。
【００４８】
煙道ガスの温度が約１，８００°Ｆ〜約１，７００°Ｆ、固体物質の温度が約１，５００°Ｆ〜約１，１５０°Ｆの範囲になると、リング形成物（１３０参照）は急に大きくなって１５０フィート〜２００フィートの間の大きさになる。理論に縛られることなく、石灰泥（１２０参照）が予熱区域１７４およびか焼区域１７６でか焼温度に達すると、ナトリウム化合物はか焼反応物床１２３から蒸発すると考えられている。ナトリウムのいくらかはナトリウム自体の上に凝縮し、それによって煙粒子を作る。ナトリウムのいくらかは石灰にくっつく。溶融ナトリウムは、石灰粒子をさらに引きつけて互いにくっつき、また、細長ロータリーか焼キルン１００の耐火ライニング１０７にくっつくことができる「接着剤」として働くと考えられている。このナトリウムはＣＯ陰イオンと結合することができる。再炭酸化および硫酸化反応によって、アルカリ「接着剤」によって互いに保持された石灰の塊が硬くなる。キルンチャンバ１１５内の温度変動によって凝固と融解のサイクルが生成される。これらの凝固と融解のサイクルによって、同じ基部領域に新しく重なった材料の層が堆積し、それによって、大きくて構造的に強固なリング形成物が徐々に生成される。浸食速度が堆積速度と等しくなくなると、中央キルンリング１３０は成長して、キルンチャンバ１１５の直径を事実上小さくする。
【００４９】
石灰キルン（１００参照）では、中央キルンリング１３０の大きさは典型的には、石灰泥（１２０参照）のナトリウム含有量に大きく依存すると考えられていた。運転者が定期的に細長ロータリーか焼キルン１００を止めてこれらのリングを除去しなければ、中央キルンリング１３０が成長して、結局、キルンチャンバ１１５を塞ぎ、それによって、長期の停止および保守をしなければ細長ロータリーか焼キルン１００が使用できなくなる。
【００５０】
図２は、バーナ端部２０５からキルンチャンバ１１５の長さＬの約３分の２のところに配置されたプレナム２５０を備える例示的な細長ロータリーか焼キルン２００の側面図である。プレナム２５０は、予熱区域２７４またはか焼区域２７６で管状ハウジング２０２のまわりに環状に配置することができる。理論に縛られることなく、ＮＣＧはそれでも予熱区域２７４で完全に酸化することができると考えられている。他の例示的な実施形態では、プレナム２５０は駆動歯車２１３の上流に配置することができる。キルンチャンバ１１５および管状ハウジング２０２は、駆動歯車２１３から上り方向および下り方向に拡大することができる。したがって、プレナム２５０を駆動歯車２１３に近接して配置すること、または、管状ハウジング２０２が拡大する領域を少なくとも避けて、プレナム２５０と管状ハウジング２０２との間の嵌め合いがうまくいくようにすること、およびプレナムチャンバ２５０を管状ハウジング２０２に接続するシール３５７（図３）が変形しないようにすることが望ましいことがある。
【００５１】
例示的な方法では、運転者はプレナム２５０につながる入口導管２６２を通じてＮＣＧ２６５を送り込む。さらなる特記がなければ、ＮＣＧ２６５は、ＬＣＨＶ  ＮＣＧ、ＬＶＨＣ  ＮＣＧ、ＳＯＧ、チップビンガス（ＣＢＧ：ｃｈｉｐ  ｂｉｎ  ｇａｓ）、またはこれらが組み合わさったものを指すことができる。理論に縛られることなく、主にＬＣＨＶ  ＮＣＧを予熱区域２７４またはか焼区域２７６に挿入することは望ましいことがある。ＬＣＨＶ  ＮＣＧは、体積で約５％〜約６％のＮＣＧを含む。残りの組成は典型的には空気である。ＬＣＨＶ  ＮＣＧを、温度がバーナ端部２０５またはその近くの温度よりも低い挿入場所（３７５、図３）で挿入することによって、例示的なシステムは、低い温度の領域でＮＣＧ２６５を導入するだけではなく、ＮＣＧ自体、特にＬＣＨＶ  ＮＣＧは、挿入場所３７５の、またはその近くのチャンバ２１５の温度をさらに下げることもできる。この温度低下はＮＯｘ形成に導く量論比を無効にすることができる。すなわち、バーナ端部２０５の下流の予熱区域２７４内またはか焼区域２７６内にＮＣＧ２６５を注入すると、窒素と酸素の化合物が反応してＮＯｘを形成するために利用できる熱量を少なくすることによってＮＯｘを部分的に形成するために利用できるこれらの窒素と酸素の化合物の正確な比を無効にすることができる。さらに、バーナ端部２０５の下流にＮＣＧ２６５を挿入することによって、本明細書で開示する例示的なシステムおよび方法は、ＮＣＧ２６５内に存在する、またはＮＣＧ２６５とともに注入されるＮＯｘを形成する化合物の滞留時間をさらに短くすることができ、それによって、システム内で生成され得るＮＯｘをさらに低減することができる。さらに、ＮＣＧ２６５をバーナ火炎１２２内で燃焼させるのではなく、ＮＣＧ２６５をバーナ端部２０５の下流で酸化させることによって、本明細書で開示する例示的なシステムおよび方法は、サーマルＮＯｘを生成するのに必要なさらなる供給源の燃焼を防ぎ、それによって、全体的なＮＯｘ削減に寄与する。パルプ工場のプロセスから集められたＮＣＧは典型的には、移送導管内で約１４０°Ｆ（６０℃）以下の温度である。特定の例示的な実施形態では、ＮＣＧ２６５は工場の供給源（例えば、化学蒸解がま、チップビン、蒸発器、およびテレピン油システム）からを受け取られるので、集められたＮＣＧ２６５は、キルンチャンバ３１５内に直接送り込むことができる。他の例示的な実施形態では、ＮＣＧ２６５は、キルンチャンバ（３１５、図３）内に挿入される前に冷却して１４０°Ｆ（６０℃）より低くしてもよい。さらに他の例示的な実施形態では、ＮＣＧ２６５は、加熱して挿入場所３７５でのキルンチャンバ３１５の温度に近づけてもよい。比較のため、再循環煙道ガスは、煙道ガスが再循環する場所によって、概ね５００°Ｆ（２６０℃）〜１，４００°Ｆ（７６０℃）の範囲内である。例えば、Ａｎｄｒｉｔｚキルンでは、再循環煙道ガスの温度は一般に、約５００°Ｆ（２６０℃）〜約６５０°Ｆ（約３４３℃）の間である。
【００５２】
図３は、管状ハウジング３０３のまわりに配置された例示的な細長ロータリーか焼キルン３００のプレナム３５０の拡大斜視図である。図３は、プレナム３５０およびキルンチャンバ３１５の内部を示す切断図である。プレナム３５０は、バーナ端部２０５から測ってキルンチャンバ３１５の長さＬの約３分の２のところで細長ロータリーか焼キルン３００のまわりに環状に配置される。プレナム３５０はプレナムハウジング３５１を備える。プレナムハウジング３５１は、管状ハウジング３０２の外殻３０３のまわりに環状に配置されたプレナムチャンバ３５３を画定する。シール３５７は、プレナムチャンバ３５３を外部雰囲気から隔離し、プレナム３５０が静止したまま細長ロータリーか焼キルン３００が回転することを可能にしている。脚部３５４は、プレナム３５０を支持ブロック３４７上に支持することができる。
【００５３】
プレナムチャンバ３５３は、プレナムハウジング３５１によって画定されたプレナム入口３６３で入口導管３６２と連通する。プレナムチャンバ３５３は、管状ハウジング３０２の１つまたは複数の開口３６８を通じてキルンチャンバ３１５とさらに連通する。ガス導管３６４は、開口３６８を通って延在することができる。他の例示的な実施形態では、ガス導管３６４は省略することができる。運転時、運転者は、ＮＣＧ３６５、好ましくは全還元性硫黄（ＴＲＳ）ガスを含むＬＶＨＣ  ＮＣＧを入口導管３６２に通してプレナムチャンバ３５３内に送る。ＮＣＧ３６５は、プレナムチャンバ３５３から、開口３６８、もしあれば、ガス導管３５４を通ってキルンチャンバ３１５内に拡散する。ＮＣＧ３６５は、予熱区域２７４またはか焼区域２７６でキルンチャンバ３１５に入ることができる。
【００５４】
運転中、ＮＣＧ３６５がキルンチャンバ３１５に入る挿入場所３７５の温度Ｔは、約１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの間である。図３は、管状ハウジング３０２に多数の開口３６８があり、ガス導管３６４が各開口３６８を通って延在していることを示している。図示の実施形態では、挿入場所３７５は、ガス導管３６４のキルンチャンバ端に配置されていることが理解されるであろう。ガス導管３６４のない例示的な実施形態では、挿入場所３７５は開口３６８に対応するキルンチャンバ３１５のすぐ内側である。他の実施形態では、追加のプレナム３５０が、約２１２°Ｆ〜約２，２００°Ｆ、好ましくは約１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの間の温度Ｔのキルンチャンバの挿入場所３７５でＮＣＧ３５６を導入するように構成されるならば、１つより多くのプレナム３５０を細長ロータリーか焼キルン３００の長さＬに沿って配置することができることは理解されるであろう。本明細書で説明するようにＮＣＧ３６５を細長ロータリーか焼キルン３００内に注入するのに適する他の構造は、本開示の範囲内であると考えられる。
【００５５】
図４は、図３に示した例示的な細長ロータリーか焼キルン４００のプレナムセクションの側面断面図である。理論に縛られることなく、出願人は、ＮＣＧ４６５内のＴＲＳガスの成分が変わるとキルンチャンバ４１５内の温度が変わり、これによって火炎１２２が途切れることがあることを見出した。バーナ端部１０５へのＮＣＧ４６５の流入はバーナ端部１０５を冷却することがあり、それによって、キルンチャンバ４１５全体での温度変動の要因になることがある。（図１に示すように）バーナ端部でのＮＣＧ１６６の酸化は、バーナ１２４が火炎１２２を保つために必要とする酸素を奪うことがある。十分な酸素がなければ、火炎１２２が弱くなり、「ブローバック」の要因となる。ブローバックは、弱くなった火炎１２２が、燃焼可能な燃料が溜まったポケットを発火させたときに起こる。溜まった燃料が突然発火すると小さな爆発が生じることがあり、これは、細長ロータリーか焼キルン１００が近くにいる運転者にとって危険となり得る、また、キルンチャンバ４１５内の温度変動の大きな要因となり得る。
【００５６】
ＮＣＧ４６５を予熱区域２７４またはか焼区域２７６内に挿入することによって、ＮＣＧ４６５が細長ロータリーか焼キルン２００の供給端部２１０を出る前に、予熱区域２７４およびか焼区域２７６の温度は、ＮＣＧ４６５を酸化するのに十分な温度である一方、ＮＣＧ４６５の冷却効果を（バーナ端部２０５に対して）細長ロータリーか焼キルン２００の中央の下流に移動させ、それによって、中央キルンリング１３０が形成しやすい細長ロータリーか焼キルン２００の領域を回避することを出願者は見出した。ＮＣＧ４６５を細長ロータリーか焼キルン２００の長さＬの約２分の１（１／２）〜３分の２（２／３）のところに配置されたプレナム４５０内に挿入することによって、バーナ端部２０５での温度変動を小さくし、それによって、中央キルンリング１３０の生成の要因となる凝固と融解のサイクルを回避する方法を出願者は見出した。温度変動が小さくなることで、団塊１２０’は、団塊１２０’が材料を失うよりも速くさらなる材料を蓄積しにくくなり、それによって、中央キルンリング１３０を形成する機会を除去する。
【００５７】
ＮＣＧ４６５を予熱区域２７４内に挿入すると、予熱区域２７４の下流（例えば、乾燥区域２７２）の煙道ガス１２５はさらに冷却することができ、それによって、乾燥区域２７２は受動的に１，３００°Ｆより低く保たれ、石灰泥ダスト（ＣａＣＯ３）が耐火壁４０７に接着して中央キルンリング１３０に蓄積することが避けられる。継続的な凝固と融解のサイクルによって石灰泥が耐火壁１０７に蓄積することが中央キルンリング１３０の形成の推進力であると考えられる。例示的なシステムは、それによって、予熱区域２７４の中央キルンリング１３０の形成を防ぐ。細長ロータリーか焼キルン４００は、１，４００°Ｆより低い温度では、ＮＯｘを生じにくい。
【００５８】
別の例示的な実施形態では、運転者は、プレナム４５０にＮＣＧ４６５に加えて空気（Ａ、図６）を追加することができる。空気Ａを加えることは、細長ロータリーか焼キルン４００内の温度範囲を制御し、リング生成およびＮＯｘ、特にサーマルＮＯｘの生成をさらに低減する助けとすることができると考えられる。
【００５９】
さらに別の例示的な実施形態では、運転者は、プレナム４５０内に尿素（ＣＨ４Ｎ２Ｏ）を注入して排気ガス６３３中の亜酸化窒素（ＮＯｘ）の蓄積を低減することができる（図５および７７参照）。さらに別の例示的な実施形態では、運転者は、プレナム４５０内にアンモニア（ＮＨ３）を注入して排気ガス６３３中の亜酸化窒素（ＮＯｘ）の蓄積を低減することができる（図５および６参照）。
【００６０】
図５は、細長ロータリーか焼キルン２００がフラッシュドライヤーキルン５００である、例示的な細長ロータリーか焼キルンシステムの概略断面図である。フラッシュドライヤーキルン５００では、フラッシュドライヤー５７０は、標準の細長ロータリーか焼キルン１００にあるチェーンセクション１１８に取って代わる。フラッシュドライヤー５７０は典型的には供給端部５１０の上方に配置される。フラッシュドライヤー５７０は、標準の細長ロータリーか焼キルン１００の乾燥区域２７２に取って代わる。したがって、バーナ５２４および管状ハウジング５０２は、管状ハウジング５０２のキルンチャンバ５１５内にか焼区域５７６および予熱区域５７４を画定する。
【００６１】
フラッシュドライヤー５７０に入れる前に、運転者は典型的には、か焼反応物５２０を石灰フィルタ（図示せず）内で脱水する。図５では、か焼反応物は石灰泥である。脱水された石灰泥（５２０参照）は、フラッシュドライヤー５７０に入るとき、一般に、水分含有量が２０％〜３０％の範囲である。フラッシュドライプロセスでは、運転者は石灰泥（５２０参照）を入口５７１でフラッシュドライヤー５７０内に送り込む。次いで、石灰泥（５２０参照）は、キルンチャンバ５１５の供給端部５１０から捕集された排気ガス５３３に短時間に出会う。排気ガスは、１２９２°Ｆ（７００℃）を超える温度でキルンチャンバ５１５の供給端部５１０を出ることがある。高温の排気ガス５３３は、か焼反応を促進するほど石灰泥（５２０参照）を長く加熱することなく、石灰泥（５２０参照）中の過剰な水分をすぐに蒸発する。このようにして、フラッシュドライヤー５７０は石灰泥５２０’’を乾燥する。サイクロン分離器５７３は、排気ガス５３３から乾燥した石灰泥５２０’’を分離する。次いで、分離された乾燥石灰泥５２０’’は、予熱およびか焼のために細長ロータリーか焼キルン２００の供給端部５１０に送り込まれる。
【００６２】
図５は、駆動歯車５１３の近くの管状ハウジング５０２のまわりに配置されたプレナム５５０を示す。プレナム５５０は、挿入場所５７５に配置され、キルンチャンバ５１５の温度Ｔは挿入場所５７５で１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの範囲である。運転者は、バーナ端部５０５での温度変動を小さくするためにＮＣＧ５６５を挿入場所５７５のプレナム５５０に送り込み、それによって、中央キルンリング１３０の生成の要因となる石灰蓄積の周期的な凝固と融解を回避する。
【００６３】
特にか焼区域５７６および予熱区域５７４でキルンチャンバ５１５の温度変動が小さくなると、バーナ５２４および火炎５２２はキルンチャンバ５１５を一貫して加熱することができ、それによって、か焼反応物５２０の処理量および再燃焼産物５２７の密度を改善することができる。
【００６４】
図６は、ＮＣＧ６６５を挿入場所６７５で細長ロータリーか焼キルン６００内に導入することを含む、細長ロータリーか焼キルン６００内に中央キルンリング（１３０参照）が蓄積することを減らすためのプロセスの概略断面図である。ここで、キルンチャンバ６１５の温度Ｔは、挿入場所６７５で１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの範囲であり、ＮＣＧ６６５は、細長ロータリーか焼キルン６００のバーナ端部６０５内に挿入されないことが望ましい。挿入場所６７５は、予熱区域６７４またはか焼区域６７６内が望ましい。
【００６５】
特定の例示的な実施形態では、運転者は、挿入場所６７５でキルンチャンバ６１５内にアンモニア（ＮＨ３）を注入して選択的触媒還元（ＳＣＲ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）によって排気ガス６３３中の亜酸化窒素（ＮＯｘ）の蓄積を低減することができる。さらに他の例示的な実施形態では、運転者は、挿入場所６７５でキルンチャンバ６１５内に尿素（ＣＨ４Ｎ２Ｏ）およびアンモニア（ＮＨ３）を注入して選択的非触媒還元（ＳＮＣＲ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｎｏｎ−ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）によって排気ガス６３３中の亜酸化窒素（ＮＯｘ）の蓄積を低減することができる。さらに別の例示的な実施形態では、運転者は、挿入場所６７５で蒸気または水蒸気（Ｈ２Ｏ）を加えて内部温度を調整する助けとしたり、温度区域６７２、６７４、６７６の挿入場所の状態を維持する助けとすることができる。硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出は実質的には変わらないままとすることができると考えられる。
【００６６】
さらに他の例示的な実施形態では、運転者は、ＮＣＧ６６５とともに焼結助剤Ｓを加えて中央キルンリング１３０の形成をさらに少なくし、耐火壁６０７からの夾雑物のより頻繁な破砕を促進することができる。さらに他の例示的な実施形態では、運転者は、ＮＣＧ６６５とともに酸素（Ｏ２）を加えて挿入場所６７５の近くでＮＣＧ６６５の酸化を促進することができる。さらに他の例示的な実施形態では、運転者は、挿入場所６７５でＮＣＧ６６５とともに空気Ａを挿入してＮＣＧ６６５の酸化を促進することができる。さらなる例示的な実施形態では、運転者は、挿入場所６７５で煙道ガスＦＧを再循環させることができる。煙道ガスＦＧは挿入前に冷却することができる。他の例示的な実施形態では、煙道ガスＦＧは低酸素状態とすることができる。理論に縛られることなく、煙道ガスＦＧ、空気Ａ、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、またはこれらを組み合わせたものを加えると、ＮＯｘを生成するのに必要な燃焼エネルギーを弱めることができると考えられる。水蒸気（Ｈ２Ｏ）、水、冷却された煙道ガスＦＧ、および空気Ａは、本開示では一般的に「冷却剤」６７９と呼ぶことができる。
【００６７】
図６はまた、供給端部６１０から遠位に配置されたバーナ端部６０５を有する細長ロータリーか焼キルン６００を備える例示的なシステムを概略的に示している。細長ロータリーか焼キルン６００は、外殻６０３および耐火ライニング６０７を備える。耐火ライニング６０７は、多数の温度区域６７２、６７４、６７６を含むキルンチャンバ６１５を画定する。例示的なシステムは、熱電対などの温度センサ６９５をさらに備える。温度センサ６９５は、温度センサ６９５の位置の近くのキルンチャンバ６１５の温度Ｔを検出する。図６は、挿入場所６７５の上流（すなわち、バーナ端部６０５に近い方）に配置された第１の温度センサ６９５ａ、および挿入場所６７５の下流（すなわち、供給端部６１０に近い方）に配置された第２の温度センサ６９５ｂを示している。温度センサ６９５は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、コンピュータ、タブレットコンピュータ、またはスマートフォン（総称してプロセッサ）と通信することができる。プロセッサは、出力信号をディスプレイに送信して運転者が温度の読みを見ること、または視覚化することを可能にすることができる。
【００６８】
運転者は、温度センサ６９５からの読みに基づいてプロセス状態を調節して望ましい運転状態を維持することができる。他の例示的な実施形態では、プロセッサは、温度センサ６９５からの読みに基づいてプロセス状態を自動的に調節することができる。例えば、予熱区域６７４の温度が望ましいレベルより下がっていると温度センサ６９５が示した場合、運転者は、バーナ６２４が消費する燃料の量を増大させて、火炎６２２の長さを伸ばし、それによって、キルンチャンバ６１５の領域を望ましい温度Ｔに戻すことができる。
【００６９】
細長ロータリーか焼キルン６００内のキルンリングの堆積を減らすためのさらなる方法は、か焼反応物６２０を細長ロータリーか焼キルン６００の供給端部６１０で細長ロータリーか焼キルン６００内に送り込むことと、供給端部６１０から遠位に配置された細長ロータリーか焼キルン６００のバーナ端部６０５に配置されたバーナ６２４で細長ロータリーか焼キルン６００内のか焼反応物６２０を酸化することと、細長ロータリーか焼キルン６００の管状ハウジング６０２のまわりに環状に配置されたプレナムチャンバ４５３、５５３を通じてＮＣＧ６６５を細長ロータリーか焼キルン６００内に導入することとを含むことができ、プレナムチャンバ４５３、５５３は開口６６８を通じてキルンチャンバ６１５と流体連通し、キルンチャンバ６１５の温度Ｔは、挿入場所６７５で１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの範囲である。
【００７０】
別の例示的な方法は、挿入場所６７５の上流の第１の場所で第１の温度Ｔ１を測定することと、挿入場所６７５の下流の第２の場所で第２の温度Ｔ２を測定することと、第１の温度Ｔ１を第２の温度Ｔ２と比較して温度差を決定することと、温度差が１００°Ｆより小さいとき挿入場所６７５でＮＣＧ６６５とともに冷却剤６７９を加えることとを含み、挿入場所６７５の温度Ｔは、２１２°Ｆ〜２，２００°Ｆの間である。他の例示的な実施形態では、挿入場所の温度Ｔは１，３００°Ｆ〜１，７５０°Ｆの間である。例示的な方法は、温度差が１００°Ｆ以上のときに冷却剤６７９を加えることを止めることをさらに含むことができる。さらに他の例示的な実施形態では、運転者は、温度差が１００°Ｆに達すると冷却剤６７９を加えることができる。
【００７１】
例示的な実施形態を参照して本発明を具体的に示して説明したが、添付の特許請求の範囲によって含まれる本発明の範囲から逸脱することなく様々な形態および詳細の変更を行うことができることは当業者であれば理解するであろう。
【符号の説明】
【００７２】
１００  細長ロータリーか焼キルン
１０２  管状ハウジング
１０３  外殻
１０５  バーナ端部
１０７  耐火壁
１１０  供給端部
１１３  駆動歯車
１１５  キルンチャンバ
１１６  キルンフード
１１７  ライディングリング
１１８  チェーンセクション
１２０  か焼反応物、石灰泥
１２０’  団塊
１２１  チェーン
１２２  火炎
１２３  か焼反応物床
１２４  バーナ
１２５  煙道ガス
１２７  再燃焼産物
１２８  低温空気
１２９  補助燃料
１３０  中央キルンリング
１３３  排気ガス
１３８  冷却器
１６６  低濃度多量の非凝縮性ガス（ＬＣＨＶ  ＮＣＧ）
１７２  乾燥区域
１７４  予熱区域
１７６  か焼区域
２００  細長ロータリーか焼キルン
２０２  管状ハウジング
２０５  バーナ端部
２１０  供給端部
２１３  駆動歯車
２４７  支持ブロック
２５０  プレナム
２６２  入口導管
２６５  ＮＣＧ
２７２  乾燥区域
２７４  予熱区域
２７６  か焼区域
３００  細長ロータリーか焼キルン
３０２  管状ハウジング
３０３  外殻
３１５  キルンチャンバ
３２６  ローラ
３４７  支持ブロック
３５０  プレナム
３５１  プレナムハウジング
３５３  プレナムチャンバ
３５４  脚部
３５７  シール
３６２  入口導管
３６３  プレナム入口
３６４  ガス導管
３６５  ＮＣＧ
３６８  開口
３７５  挿入場所
４００  細長ロータリーか焼キルン
４０７  耐火壁
４１５  キルンチャンバ
４５３  プレナムチャンバ
４６５  ＮＣＧ
５００  フラッシュドライヤーキルン
５０２  管状ハウジング
５０５  バーナ端部
５１０  供給端部
５１３  駆動歯車
５１５  キルンチャンバ
５２０’’  石灰泥
５２２  火炎
５２４  バーナ
５２７  再燃焼産物
５３３  排気ガス
５５０  プレナム
５５３  プレナムチャンバ
５６５  ＮＣＧ
５７０  フラッシュドライヤー
５７１  入口
５７３  サイクロン分離器
５７４  予熱区域
５７５  挿入場所
５７６  か焼区域
６００  細長ロータリーか焼キルン
６０２  管状ハウジング
６０３  外殻
６０５  バーナ端部
６０７  耐火壁
６１０  供給端部
６１５  キルンチャンバ
６２０  か焼反応物
６２２  火炎
６２４  バーナ
６３３  排気ガス
６６５  ＮＣＧ
６６８  開口
６７２  温度区域
６７４  予熱区域
６７５  挿入場所
６７６  か焼区域
６７９  冷却剤
６９５  温度センサ
６９５ａ  第１の温度センサ
６９５ｂ  第２の温度センサ
Ａ  空気
Ｃ  中心回転軸線
ＦＧ  煙道ガス
Ｈ  水平線
Ｌ  長さ
Ｓ  焼結助剤
Ｔ  温度
Ｔ１  第１の温度
Ｔ２  第２の温度
【図１】
2019060592.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成31年1月30日(2019.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
バーナ端部の温度変動による、石灰キルンなどの細長ロータリーか焼キルンでの中央キルンリングの形成、および細長ロータリーか焼キルン内での窒素と酸素の化合物の燃焼から生じるＮＯｘ排出の問題は、非凝縮性ガス（ＮＣＧ）を、温度が華氏２１２度（°Ｆ）〜２，２００°Ｆ（摂氏１００度（℃）〜約１，２０４．４４℃）の範囲の挿入場所で細長ロータリーか焼キルン内に導入することによって軽減される。ＮＣＧは、細長ロータリーか焼キルンのバーナ端部内に挿入されないことが望ましい。挿入場所は、「予熱区域」内またはそれとは別の「か焼区域」内が望ましい。別の例示的な実施形態では、挿入場所における温度は、１，３００°Ｆ〜約１，７５０°Ｆ（７０４℃〜約９５４℃）の範囲とすることができる。他の例示的な実施形態では、挿入場所における温度は、１，３００°Ｆより低くしてＮＣＧを酸化しながらサーマルＮＯｘをさらに低減することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
参考までに、細長ロータリーか焼キルンは、供給端部から遠位に配置されたバーナ端部を有するキルンチャンバを備えている。か焼区域は、バーナ端部を始点として細長ロータリーか焼キルンの長さの約３０％〜約４０％延在することができる。か焼区域の温度は約１，３００°Ｆ〜約２，２００°Ｆの範囲とすることができる。細長ロータリーか焼キルンの予熱区域は、バーナ端部に対してか焼区域の下流に配置される。予熱区域の温度は、約２１２°Ｆ〜約１，３００°Ｆ（１００℃〜約７０４℃）の範囲とすることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
予熱区域１７４は典型的には、乾燥区域１７２とか焼区域１７６との間に配置される。予熱区域１７４の温度範囲は典型的には、２１２°Ｆ〜１，３００°Ｆ（１００℃〜７０４℃）の間である。煙道ガス１２５は予熱区域１７４でか焼反応物１２０を加熱し、か焼反応物１２０をより大きな団塊１２０’（例えば、石灰の団塊）に形成し始める。一般に、細長ロータリーか焼キルン１００は、大きさが約１ミリメートル（ｍｍ）〜約５０ｍｍの範囲の団塊１２０’を処理する。典型的な予熱区域１７４は、乾燥区域１７２とか焼区域１７６との間で、細長ロータリーか焼キルン１００の長さＬの約３０％〜約４０％延在することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
か焼反応は主として、か焼区域１７６で起こる。か焼区域１７６は典型的には、バーナ端部１０５から測って、細長ロータリーか焼キルン１００の長さＬの約３０％〜約４０％延在する。か焼区域１７６の温度範囲は典型的には、約１，３００°Ｆ〜２，２００°Ｆ（７０４℃〜１，２０４．４４℃）の間である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
さらに別の例示的な実施形態では、運転者は、プレナム４５０内に尿素（ＣＨ４Ｎ２Ｏ）を注入して排気ガス６３３中の亜酸化窒素（ＮＯｘ）の蓄積を低減することができる（図６等参照）。さらに別の例示的な実施形態では、運転者は、プレナム４５０内にアンモニア（ＮＨ３）を注入して排気ガス６３３中の亜酸化窒素（ＮＯｘ）の蓄積を低減することができる（図５および６参照）。
【外国語明細書】
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