(57)【要約】本発明は、無機粒子状材料の存在下、可燃性材料を燃焼し、それによって、融解物を形成することによって、鉱物融解物を作製する方法に関し、本方法は、入口導管（４）を通して、燃料、粒子状鉱物材料、および燃焼ガスを循環燃焼チャンバ（１）内に注入し、循環燃焼チャンバ（１）内の燃料を燃焼し、それによって、鉱物材料を融解させ、鉱物融解物を形成し、排ガスを生成することと、排ガスを鉱物融解物から分離し、鉱物融解物（９）を収集し、排気パイプ（１０）を通して、熱交換システムの導管（１１）へと排ガスを上向きに送ることと、粒子状鉱物材料と廃棄鉱滓綿の第１の部分とを導管（１１）内に供給し、供給された材料を熱交換システム内で予熱し、５〜２５重量％の水分を有する廃棄鉱滓綿の第２の部分を入口導管（４）に直接供給することとを含む。
2015509034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状鉱物材料の存在下、可燃性材料を燃焼し、それによって、融解物を形成することによって、鉱物融解物を作製する方法であって、前記方法は、
入口導管（４）を通して、燃料と、粒子状鉱物材料と、燃焼ガスとを循環燃焼チャンバ（１）内に注入し、前記循環燃焼チャンバ（１）において前記燃料を燃焼し、それによって、前記鉱物材料を融解させることにより、鉱物融解物を形成し、排ガスを生成するステップと、
前記排ガスを前記鉱物融解物から分離し、前記鉱物融解物（９）を収集し、熱交換システムの導管（１１）へと排気パイプ（１０）を通して前記排ガスを上向きに送るステップと、
粒子状鉱物材料と廃棄鉱滓綿の第１の部分とを前記導管（１１）内に供給し、前記供給された材料を前記熱交換システムにおいて予熱するステップと、
５〜２５重量％の水分を有する廃棄鉱滓綿の第２の部分を前記入口導管（４）に直接供給するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記熱交換システムは、予熱サイクロン（１２）を備え、前記予熱サイクロン（１２）は、前記予熱サイクロン（１２）を出て、供給導管（３）を通って、前記循環燃焼チャンバ（１）内への注入のための前記入口導管（４）に入る前の予熱のために、前記導管（１１）を介して、予熱された鉱物材料の供給および廃棄鉱滓綿材料の供給が送給され、廃棄材料の第３の部分が、前記供給導管（３）に供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第３の部分に供給される廃棄材料は、フライアッシュである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記廃棄鉱滓綿の第２の部分は、前記供給導管（３）下流の前記入口導管（４）に直接供給される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記廃棄鉱滓綿の第２の部分は、前記入口導管（４）に直接供給される前に、フライアッシュと混合される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記廃棄鉱滓綿は、粉砕され、供給される前に、１０〜１５重量％の水分を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記廃棄鉱滓綿全体の約２０％は、予熱のために、前記導管（１１）内に供給され、前記廃棄鉱滓綿全体の約８０％は、前記入口導管（４）内に直接供給される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記フライアッシュ全体の約５０％は、前記供給導管（３）内に供給され、前記フライアッシュの約５０％は、前記入口導管（４）内へ直接供給される前に、前記廃棄鉱滓綿と混合される、請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状鉱物材料の存在下、可燃性材料を燃焼し、それによって、融解物を形成することによる鉱物融解物の生産において、鉱滓綿等の廃棄材料を再利用するための方法に関する。融解物は、次いで、鉱物繊維を形成するために繊維化され、または他の産業工程において使用されることができる。
【背景技術】
【０００２】
前述の種類の鉱物融解物の生産のためのシステムは、ＷＯ０３／００２４６９に開示されている。本システムは、粉末状石炭または他の燃料を予熱された燃焼空気中に浮遊させることと、循環燃焼チャンバ（すなわち、浮遊させられた粒子状材料および空気が、サイクロン循環システムまたはそれに似通ったシステム内を循環する燃焼チャンバ）内において、浮遊させられた粒子状鉱物材料の存在下、浮遊させられた燃料を燃焼することとを伴う。これは、一般に、サイクロン炉と称される。予熱された空気内への石炭の浮遊および粒子状鉱物材料は、燃焼チャンバの上部または上部近傍を通して、導入される。燃焼チャンバ内では、粒子状石炭の燃焼が発生し、粒子状材料は、融解物に変換される。融解物および未融解粒子状材料は、循環ガスによって、チャンバの壁に投げつけられ、チャンバを伝って流動する。融解物は、チャンバの底部の沈殿槽内に収集される。
【０００３】
ＷＯ０３／００２４６９では、サイクロン炉のエネルギー効率を増加させるために、１４００〜１７００℃の範囲内の温度において循環チャンバから流出する排ガスが、粒子状材料を予熱するために使用される。ＷＯ０３／００２４６９は、排ガスが、１０００〜１５００℃まで急冷され、次いで、鉱物材料と混合され、それを７００〜１０５０℃の温度まで予熱することを教示している。
【０００４】
ＷＯ２００９／１１８１８０、ＷＯ２００８／０１９７８０、ＷＯ２００８／０８６９９０、およびＷＯ２００８／０８６９９１もまた、鉱物融解物を製造するためのサイクロンシステムを開示している。
【０００５】
サイクロン炉は、溶銑炉または他の積層炉と比較して、有意な利点を有する。燃料に関しては、微粒子をブリケット化する必要性を回避し、広範囲の燃料が、例えば、プラスチックを含め、使用することができる。融解サイクロン炉の使用は、鉱石の鉄への還元の危険性を排除し、環境上容認可能である排ガスを放出する。融解容量における順応性は、溶銑炉より遥かに優れており、生産を、例えば、総容量の４０％〜１００％に容易かつ迅速に切り替えることができ、したがって、変更要求に応答するまでにかかる時間が、大幅に短縮されることを意味する。さらに、サイクロン炉内の融解は、溶銑炉の場合より遥かに迅速であり、約数時間ではなく、約数分である。
【０００６】
故に、融解サイクロン炉システムの使用は、経済的に、かつ環境上、望ましく、ＷＯ０３／００２４６９に開示されるシステムは、良好に機能する。改良された融解サイクロン炉システムは、ＷＯ２００９／１１８１８０に開示されている。
【０００７】
本サイクロン炉システムでは、粉砕された廃棄鉱滓綿が、サイクロン炉から下側の予熱サイクロンへのライザ内に送給され、収集されたフライアッシュは、サイクロン炉に送給される直前に、予熱された原材料内に送給される。本設定から生じる問題は、廃棄鉱滓綿が、予熱サイクロン内で７５０〜８００℃まで加熱され、全ての有機材料の燃焼および全ての水分の蒸発をもたらすことである。それによって、材料は、微細な粉末となる。このような微細な粉末をサイクロン炉内に留めることは困難であり、その比較的に多くの量は、サイクロン炉からの排ガス中の小滴または塵埃粒子となる。このような「キャリーオーバー」は、ライザおよび予熱サイクロンの内側表面に付着し、廃棄綿の量が、総原材料装填量の１０％を超えると、生産の停止を生じさせる。同様のキャリーオーバー問題は、フライアッシュが非常に微細な粉末として現れるため、フライアッシュに関しても生じる。装填された材料の約５〜１０％は、フライアッシュとなり、これは、再利用または堆積されなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第０３／００２４６９号
【特許文献２】国際公開第２００９／１１８１８０号
【特許文献３】国際公開第２００８／０１９７８０号
【特許文献４】国際公開第２００８／０８６９９０号
【特許文献５】国際公開第２００８／０８６９９１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本背景技術に基づいて、本発明の目的は、廃棄鉱物繊維綿およびフライアッシュ等の廃棄材料を再利用し、炉サイクロンおよび熱交換システムの外部への小滴または微粒子の排出を生じさせる前述の問題を回避するための方法および装置を提供することである。
【００１０】
本目的は、粒子状鉱物材料の存在下、可燃性材料を燃焼し、それによって、融解物を形成することによって、鉱物融解物を作製する方法によって達成され、本方法は、入口導管を通して、燃料、粒子状鉱物材料、および燃焼ガスを循環燃焼チャンバ内に注入し、循環燃焼チャンバ内の燃料を燃焼し、それによって、鉱物材料を融解させ、鉱物融解物を形成し、排ガスを発生させるステップと、排ガスを鉱物融解物から分離し、鉱物融解物を収集し、排気パイプを通して、熱交換システムの導管へと排ガスを上向きに送るステップと、粒子状鉱物材料と廃棄鉱滓綿の第１の部分とを導管内に供給し、供給された材料を熱交換システム内で予熱し、５〜２５重量％の水分を有する廃棄鉱滓綿の第２の部分を入口導管に直接供給するステップとを含む。
【００１１】
廃棄鉱滓綿は、幾分かの水分およびバインダを含有し、容易に塊を形成する。したがって、廃棄綿が、いかなる予熱も伴わずに、サイクロン炉の入口に直接追加されると、廃棄綿は、塊または大粒子として現れ、サイクロン炉の上部における融解物層によって捕捉され、キャリーオーバーは、最小にされる。「湿潤」廃棄綿をサイクロン炉に直接追加することによって、再利用される廃棄綿の量は、１０％〜３５％または、それよりさらに高くまで増加されることができ、これは、鉱滓綿繊維断熱製品を製造するための生産ライン上の廃棄綿のバランスのために有利である。
【００１２】
再利用されるフライアッシュの少なくとも一部が、湿潤廃棄綿と混合される場合、フライアッシュの少なくとも一部は、混合された後、廃棄綿の塊または粒子に付着するので、フライアッシュによって生じるキャリーオーバーを最小限にすることが可能である。実施では、フライアッシュの半分が、廃棄綿に追加される場合、全てのフライアッシュを溶融工程に戻すことが可能であり、フライアッシュの堆積が回避されることができることが示されている。
【００１３】
好ましい実施形態では、熱交換システムは、予熱サイクロンを備え、予熱サイクロンは、予熱サイクロンを出て、供給導管を通って、循環燃焼チャンバ内への注入のため入口導管に入る前の予熱のために、前記導管を介して、予熱された鉱物材料の供給および廃棄鉱滓綿材料の供給が送給され、廃棄材料の第３の部分が、供給導管に供給される。本廃棄材料は、好ましくは、フライアッシュである。本材料は、１０μｍを下回る粒子サイズを有する超微粒子である。したがって、フライアッシュは、予熱された材料とともに、サイクロン炉の入口ポート前の導管に供給される。
【００１４】
好ましくは、廃棄鉱滓綿の第２の部分は、入口導管に直接供給される前に、フライアッシュと混合される。
【００１５】
好ましい実施形態では、廃棄鉱滓綿は、粉砕され、装置内に供給されるとき、１０〜１５重量％の水分を有する。
【００１６】
一実施形態では、廃棄鉱滓綿全体の約２０％は、予熱のために、導管内に供給され、廃棄鉱滓綿全体の約８０％は、入口導管内に直接供給される。材料の予熱は、よりエネルギー効率的であり得るが、８０％もの廃棄鉱滓綿が、「湿潤かつ冷温」で、すなわち、事前予熱を伴わずに追加されることが有利であり、その結果、微粒子の量が低減され、それによって、サイクロン炉からのこれらの微粒子のキャリーオーバーが最小限にされることが分かっている。一実施形態では、フライアッシュ全体の約５０％が、供給導管内に供給され、フライアッシュの約５０％が、入口導管内へ直接供給される前に、廃棄鉱滓綿と混合される。しかしながら、廃棄鉱滓綿と混合されるべきフライアッシュの最適部分は、予熱システムの分離効率に依存する。
【００１７】
ある実施形態では、少なくとも２つの反対に配列された入口導管が、提供され、廃棄材料は、前記入口導管のうちの少なくとも１つに供給される。これによって、サイクロン炉内において、より高い容量が、達成され得る。
【００１８】
以下では、本発明が、付随の図面を参照して、さらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態による、装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、円筒形上部区画、切頭円錐形底部区画、および円筒形ベース区画を備える循環燃焼チャンバ１を示す。粒子状燃料は、供給部２から、循環燃焼チャンバ内に導入され、粒子状燃料は、好ましくは、石炭である。予熱された鉱物材料は、鉱物材料導管３を介して、循環燃焼チャンバ内に導入される。本発明によると、鉱物材料は、粒子状鉱物材料および廃棄鉱滓綿を含む。石炭および鉱物材料は、入口導管４を介して燃焼空気と、二次空気とともに導入され、二次空気は、圧縮空気供給部５内に提供され、ランス（図示せず）等の少なくとも２つの分岐入口を通して、循環燃焼チャンバ１内へ導入され、石炭２と燃焼空気６との完全混合を保証し、循環燃焼チャンバ１内の燃焼ガスおよび浮遊させられた材料の循環運動を持続させる。二次燃料、この場合、天然ガスもまた、供給部（図示せず）を通して、循環燃焼チャンバ１のベース区画内に注入される。
【００２１】
石炭２は、循環燃焼チャンバ１内において、好ましくは酸素を豊富に含む空気５である燃焼ガス６中で燃焼される。結果として生じる融解物９は、循環燃焼チャンバ１のベース区域内に収集され、出口を介して、チャンバから出る。排ガスは、循環燃焼チャンバ１の上部における送気管１０を通して、第１の導管１１へ送給され、そこで、循環燃焼チャンバ１内へ送給されようとしている粒状鉱物材料を加熱するために使用される。排ガスは、次いで、第１の予熱サイクロン１２に導かれ、そこで、現時点で混合されている鉱物材料から分離される。排ガスは、第２の導管１４を介して、第１の予熱サイクロン１２から第２の予熱サイクロン１３に流動する。第２の予熱サイクロン１３に続いて、排ガスは、導管１５を通して、ダストサイクロン１６へ、そして、さらなる処理部１７内へと流動し、そこで、燃焼ガスとの間接熱交換が発生し、燃焼ガスを予熱する。排ガスは、次いで、フィルタ（図示せず）等によって、安全となるよう処理され、大気中へ送られる。
【００２２】
鉱物材料は、循環燃焼チャンバ１への追加の前に、予熱される。詳細には、典型的には原石材料である第１の鉱物材料が、供給部１９から第２の導管１４に供給され、第２の予熱サイクロン１３内において初期予熱を受ける。第１の鉱物材料は、次いで、第１の鉱物材料導管１８を通過させられ、第１の導管１１内へ導入され、続いて、第１の予熱サイクロン１２に送られる。第２の鉱物材料は、供給部２０から、第１の鉱物材料の下流の第１の導管１１に提供される。第２の鉱物材料は、概して、処理鉱物材料、典型的には、再利用鉱物繊維または廃棄鉱滓綿等の接着鉱物繊維である。ＮＯｘ還元条件が、第１の予熱サイクロン１２内で発生されることを保証するために、アンモニア等の窒素性材料が、第１の予熱サイクロン１２直前の第１の導管１１内への位置２１において、追加されることができる。しかしながら、２０に供給された廃棄鉱滓綿は、窒素含有物とのバインダを含有していることから、再利用廃棄鉱滓綿内に含有されるアンモニアが、第１の予熱サイクロン１２内のＮＯｘ還元条件を保証するために十分であるため、有利なことに、アンモニアを導管１１に追加することは、用いられない場合がある。第１の鉱物材料のうちのいくつかは、第２の予熱サイクロン１３から、導管１５を通して、排ガスとともに運ばれてもよい。これらは、ダストサイクロン１６内において、排ガスから分離され、導管２２を介して、予熱された鉱物材料に加わるように、再利用される。
【００２３】
排ガスは、送気管１０を介して、循環燃焼チャンバ１から流出する。排ガスは、第１の導管１１に入り、急冷空気によって、１５００〜１９００℃、通常、約１６５０℃の温度から、１０００〜１５００℃、通常、約１３００℃の温度まで急冷される。第１の鉱物材料は、導管１８を介して第１の導管１１内に導入される第２の鉱物材料の下流の入口を介して、第１の導管１１内に導入される。
【００２４】
チャンバは、概して、水平炉ではなく、垂直炉である。通常、燃料、鉱物材料、および燃焼ガスが、注入される円筒形上部区画と、切頭円錐形底部区画と、融解物が収集され得るベース区画とを有する。代替として、チャンバは、全体的に、円筒形であることができる。ベース区画は、好ましくは、チャンバの一体部分であり、単に、切頭円錐形底部領域の端部部分であることができ、または底部領域の端部における円筒形区画であることができる。好ましくは、ベース区画の直径は、多くの場合、拡大された体積のチャンバのベースにタンクを採用する従来のシステムとは対照的に、上部区画の直径より大きくない。
【００２５】
ベース区画は、鉱物融解物のための出口を有し、融解物は、流れとしてその出口を通過する。この流れは、次いで、任意の従来の様式において、例えば、カスケードスピナまたはスピニングカップ、あるいは任意の他の従来の遠心繊維化工程を使用して、繊維化を受けさせられ得る。代替として、鉱物融解物は、他の産業工程において使用されることができる。
【００２６】
鉱物融解物のための出口が、チャンバのベース区画から流出する点において、直ぐ下方に延在せず、代わりに、出口が、サイフォン状であることが好ましい。「サイフォン状」とは、通常、管または溝である出口が、初めにチャンバ内の開口部に対して上向きに配向を有し、続いて、繊維化機器に通じる前に、下向きに配向を有することを意味する。これは、融解物の表面上のいかなる未燃燃料粒子も、チャンバ内側に留まるため、融解物の質にとって有利である。
【００２７】
燃料は、循環燃焼チャンバ内に注入される。任意の可燃性燃料が、使用されることができる。燃料は、ブタン、プロパン、メタン、または天然ガス等、室温では、ガス状であることができるが、好ましくは、液体または固体材料である。燃料は、好ましくは、粒子状形態にあり、最も好ましくは、粒子状炭素質材料である。
【００２８】
燃料粒子は、好ましくは、５０〜１０００μｍ、好ましくは、約５０〜２００μｍの範囲内の粒子サイズを有する。概して、粒子の（重量で）少なくとも９０％は、本範囲内である。平均は、概して、約７０μｍ平均サイズであり、範囲は、１００μｍを下回るものが９０％である。燃料は、燃料粒子流をもたらす従来の様式において、送給パイプを通して、チャンバ内に送給されることができる。これは、通常、燃料粒子が浮遊させられるキャリアガスの使用を伴う。キャリアガスは、空気、酸素を豊富に含む空気、または（好ましくは、周囲温度において、逆火を回避するために）純酸素、あるいは窒素等の低反応性ガスであることができる。キャリアガスは、燃焼ガスの一部と見なされる。
【００２９】
燃料の少なくとも一部、好ましくは、大部分が、循環燃焼チャンバの上部区画内に注入される。しかしながら、好ましい実施形態では、二次燃料と称される一部の燃料がまた、循環燃焼チャンバの底部区画内に注入される。
【００３０】
燃焼ガスもまた、複数の分岐的に配列された入口を通して、チャンバの上部区画内に導入され、周囲温度であることができるが、好ましくは、予熱される。予熱された一次燃焼ガスの温度は、多くの場合、システム内で利用可能な熱によって決定される。多くの場合、燃焼ガスは、約６００℃まで予熱され、少なくとも、３００〜６００℃、例えば、約５００〜５５０℃まで予熱されるべきである。燃焼ガスは、空気であることができ、または酸素を豊富に含む空気であることができる。「酸素を豊富に含む空気」とは、ガスが空気中に自然に存在する酸素よりも多くの酸素を含有し、加えて、空気中に自然に存在する他のガスも含有することができることを意味する。また、プロパンまたはメタン等、通常、空気中に存在しない他のガスを含有し、通常、空気中に存在するものを上回る総酸素レベルを提供することができる。
【００３１】
好ましい実施形態では、燃焼ガスは、体積あたり２５％〜５０％、好ましくは、２５％〜３５％の酸素を含む、酸素を豊富に含む空気である。代替実施形態では、燃焼ガスは、体積あたり少なくとも５０％または少なくとも７０％の酸素、あるいはさらに純粋な酸素を含む。説明および特許請求の範囲を通じ、「純酸素」とは、例えば、真空圧力スイング吸着法（ＶＰＳＡ）によって得られる９２％純度以上の酸素を意味し、または蒸留法によって得られるほぼ１００％の純酸素であってもよい。酸素を豊富に含む空気の使用は、必要とされる燃焼ガスの総体積を減少させるため、有利である。これは、空気が使用されるときより小さい循環燃焼チャンバを使用することができることを意味する。チャンバのサイズおよび燃焼ガスの体積は両方とも、鉱物繊維を生産するために必要とされるエネルギーおよび後のエネルギー損失と相互に関連付けられるため、本実施形態は、より高いエネルギー効率を有するシステムをもたらす。これは、経済的実現性の増加および環境的影響の低減の観点から、有利な利点を有する。純酸素が使用される場合、好ましくは、純酸素は、予熱されるのではなく、周囲温度で使用される。
【００３２】
燃焼ガスは、特に、ガスが、比較的に低温であるとき、中に燃料が浮遊させられた送給パイプを通して、導入されてもよい。燃料は、チャンバに入る前に、燃料パイプ内で燃焼（「逆火」として既知の現象）を開始すべきではなく、したがって、本実施形態では、低いガス温度が、必要とされる。しかしながら、燃焼ガスは、好ましくは、燃料送給パイプの近傍に位置し得る１つ以上の燃焼ガス入口を通して、別個に導入され、それによって、燃焼ガスは、燃料と同一領域において、チャンバ内に導かれ、効率的な混合を可能にする。
【００３３】
ともに導入されるかどうかを問わず、燃焼ガスがチャンバ内に注入される速度は、比較的に低く（好ましくは、１〜５０ｍ／ｓ）、それによって、装置の摩耗を最小限にする。燃料および鉱物材料が、燃焼ガス内に浮遊させられるとき、速度は、好ましくは、５〜４０ｍ／ｓである。別個に導入されるとき（好ましい）、燃料の注入速度は、好ましくは、２０〜４０ｍ／ｓである。
【００３４】
予熱された燃料が、燃焼ガスと迅速かつ完全に混合されることを保証することが望ましく、これは、燃料が、チャンバ内への導入のほぼ直後、熱分解（燃焼初期段階）を受け得るように、迅速に点火されることを保証する。完全に混合させることはまた、一次燃焼ガス中の燃料粒子の滞留時間が、より均一となることを保証し、それによって、より効率的な燃料燃焼につながる。
【００３５】
高速かつ完全な混合を保証することを支援するために、付加的ガスが、循環燃焼チャンバの上部区画内に導入され得、付加的ガスは、燃焼ガスおよび粒子状燃料より高速で進行し、速度差により、燃料粒子流の乱流を生じさせ、それによって、流れを分解し、高速混合を保証する。付加的ガスは、概して、燃焼ガスより遥かに体積が小さく、典型的には、燃焼チャンバ内に注入される総ガスの２０％、好ましくは、５〜１５％未満を占める。付加的ガスは、空気、窒素、酸素、あるいは可燃性ガス（例えば、プロパンまたはブタン）を含む任意のガスであることができる。付加的ガスは、チャンバ内の燃料粒子の流れに隣接するが、好ましくは、燃料入口を同心に囲繞する入口に注入されるように、入口から注入されてもよい。本同心配列は、特に、付加的ガス入口が、その開口部に収束ノズルを有する場合、効率的混合につながる。付加的ガスは、好ましくは、燃料および燃焼ガスよりも速い、少なくとも１００ｍ／ｓ、通常、少なくとも２５０ｍ／ｓ、好ましくは、少なくとも３００ｍ／ｓで進行する。最も好ましい実施形態では、付加的ガスの注入速度は、音速、すなわち、音の速度であるか、またはそれを上回る。
【００３６】
循環燃焼チャンバの上部区画内に注入される燃焼ガスに加え、何らかの燃焼ガスを底部区画内に注入することも可能である。これは、二次燃焼ガスと称され得る。主要燃焼ガスと同様に、二次燃焼ガスも、周囲温度であるか、または予熱されることができ、好ましくは、少なくとも２５％の酸素を含有する。二次燃焼ガスは、体積あたり、少なくとも３０％または３５％、好ましくは、少なくとも５０％、最も好ましくは、少なくとも７０％の酸素、あるいは３０〜５０％の酸素を含む、酸素を豊富に含む空気または純酸素であることができる。二次燃焼ガスは、任意の従来の様式において導入されることができるが、好ましくは、ランスとして別様に周知の収束ノズルを有する入口を使用して導入される。
【００３７】
二次燃焼ガスは、下側区画内の１つの入口から注入することができるが、好ましくは、少なくとも２つ、最も好ましくは、３つ、４つ、５つ、または６つ等の２つよりも多い、好ましくは、４つの入口から注入される。
【００３８】
循環燃焼チャンバの底部区画内への燃焼ガスの追加は、燃料粒子の完全燃焼を保証するのに非常に効果的であることが分かっている。本点における酸素の追加は、付加的酸素を上側区画内の一次燃焼空気に単に追加するより遥かに効果的であることが分かっている。二次燃焼ガスは、主要燃焼ガスと、二次燃焼ガスと、可燃性である、導入される任意の付加的ガスとを含む全燃焼ガスの半分未満を占めることができる。
【００３９】
二次燃焼ガスは、燃焼ガスの総割合の１０〜５０％、好ましくは、２０〜４０％を占めてもよい。一実施形態では、付加的（または、二次）固体、液体、またはガス状燃料は、底部区画内に導入され、二次燃焼ガスの存在下、燃焼し、底部区画内に火炎を形成する。これは、特に、より少ない体積が、有利な増加エネルギー効率を必要とするように、酸素を豊富に含む空気が、燃焼ガスとして使用されるとき、重要である。二次燃焼ガスおよび二次燃料中の酸素の相対量は、二次ガス中の二次燃料の完全燃焼後、過剰の酸素が存在するように選択される。二次燃料を底部区画内に注入することは、ベース区画内に収集された融解物の温度を調整するために使用されることができるため、有利である。
【００４０】
上部区画内の主要燃焼に加え、底部区画内での火炎の形成は、融解物温度を変化させることができるメカニズムであるため、有利である。特に、循環燃焼チャンバのベース区画では、鉱物融解物は、壁を伝って流動し、ベース区画内に収集される。故に、本領域では、融解物は、チャンバの壁上の薄膜として存在し、かつ、通常、浅い、ベース区画内のバスとして、存在する。本区域内に放射熱を適用することは、融解物の全体に容易に浸透することができるため、特に、効果的である。したがって、本領域における火炎の使用は、均一に、迅速に、かつ正確なパラメータ内で融解物を加熱する際、特に、効果的であり、したがって、本領域内の燃料およびガスの流速を変動させることによって、融解物の温度は、精密な範囲内に維持されることができる。
【００４１】
これが目的であるので、二次燃料は、好ましくは、ベース区画に近接するように、好ましくは、チャンバの切頭円錐形底部区画の下側半分において、底部区画の下側端部に向かって注入される。二次燃料は、任意の燃料であることができる。一実施形態では、粒子状炭素質材料は、概して、非常にコスト効果的であり、ＮＯｘの生産を削減することができるため、二次燃料は、石炭等の粒子状炭素質材料のような固体燃料のみを含む。別の実施形態では、二次燃料は、迅速かつ完全に燃焼する何らかの液体またはガス状燃料を含む。好ましくは、二次燃料は、全二次燃料の１０〜９０％、好ましくは、４０〜８０％、最も好ましくは、５０〜７０％等の量において、石炭等の何らかの固体燃料を含み、二次燃料の残りは、液体またはガス状燃料である。好ましい非固体燃料は、プロパン、メタン、または天然ガスである。二次燃料は、粒子状燃料より少ない量において存在し、総燃料エネルギーの５０％未満、典型的には、２０〜４０％を占める。
【００４２】
本実施形態では、二次燃焼ガスは、好ましくは、純酸素であり、燃焼が迅速に生じるように、燃料とともに、バーナ入口を通して、導入される。代替として、二次燃焼ガスは、二次燃料のための入口に近接する入口を通して導入されることができ、混合は、チャンバ内で生じることができる。
【００４３】
循環燃焼チャンバ内のガスおよび浮遊させられた粒子状材料の一般的運動は、サイクロン運動である。これは、渦巻運動を持続させるための適切な角度における、燃焼ガスならびに粒子状燃料および鉱物材料の導入によって生成される。使用時、二次燃焼ガスもまた、好ましくは、循環流を持続させるように、同一方向に導入される。排ガスは、チャンバのベース内に収集される鉱物融解物から分離され、通常、循環燃焼チャンバの上部における送気管を介して、熱交換システムに送られる。排ガスは、次いで、鉱物材料、および、必要に応じて、燃焼ガスも予熱するために使用される。排ガスは、典型的には、１３００〜１９００℃、通常、１５００〜１７５０℃、例えば、約１５５０〜１６５０℃の温度において、循環燃焼チャンバから流出する。
【００４４】
好ましい実施形態では、第１の鉱物材料および第２の鉱物材料は、熱交換システムに個別に提供される。これは、第１の鉱物材料が、第２の鉱物材料より高い焼結温度を有するとき、有利である。第１の鉱物材料は、典型的には、１２００〜１４００℃の焼結温度を有する原鉱材料である一方、第２の鉱物材料は、典型的には、９００〜１１００℃の焼結温度を有する、接着鉱物繊維等の処理廃棄鉱物材料である。最大エネルギー効率を達成するために、排ガスの熱エネルギーが、可能な限り完全に利用されることが、非常に重要である。また、それは、熱効率のために重要であり、鉱物材料の良好な流動特性、ひいては、鉱物材料が、予熱の間、融解または軟化されない良好な工程効率を維持するためにも重要である。これは、第２の鉱物材料に先立って、第１の鉱物材料を予熱することによって対処される。特に、第１の鉱物材料は、第２の鉱物材料に先立って、熱交換システムに追加される。これは、第１の鉱物材料が、第２の鉱物材料の排ガスの上流に追加されることを意味する。第１の鉱物材料と接触後、第１の鉱物材料は、予熱され、排ガスは、冷却され、続けて、予熱された第１の鉱物材料によって、第２の鉱物材料を予熱する。第１の鉱物材料と接触する前に、排ガスを急冷することが通常である。典型的には、排ガスは、約１３００℃まで急冷され、第１の鉱物材料の軟化または融解を回避する。急冷は、空気等の任意の好適なガスまたはアンモニア等の任意の好適な液体によって実行される。
【００４５】
排ガスが、第１の鉱物材料に接触すると、排ガスは第１の鉱物材料を予熱し、自らを冷却させる。第１の予熱段階では、第１の鉱物材料は、好ましくは、３００〜６００℃、より好ましくは、４００〜５５０℃の温度まで予熱される。好ましくは、排ガスおよび第１の鉱物材料の相対量は、第１の鉱物材料が、第２の予熱段階の終了までに、第２の鉱物材料の焼結温度を若干下回る、通常、７５０〜８５０°Ｃまで予熱されるようなものである。
【００４６】
第２の鉱物材料は、続いて、熱交換システムに追加され、排ガスおよび排ガス中に浮遊させられる第１の鉱物材料に接触する。第２の鉱物材料は、本接触を通して、予熱される。好ましくは、第２の鉱物材料は、少なくとも７００℃、好ましくは、７５０〜８５０℃まで予熱される。
【００４７】
第２の鉱物材料は、有機バインダ等の有機剤を含む処理生成物である。特に、有機添加剤が完全に燃焼される温度および条件まで、第２の鉱物材料を予熱することが有利である。したがって、遊離する有機成分を含むガスは、有機バインダを燃え尽きさせるために、少なくとも２％の酸素を含有する大気条件下、少なくとも１〜２秒間、約７５０〜８５０℃まで加熱されるべきである。
【００４８】
熱交換システムは、好ましくは、少なくとも１つ、好ましくは、２つまたは３つの予熱サイクロン１２、１３を備える。第１の鉱物材料および第２の鉱物材料は、典型的には、排ガスを循環燃焼チャンバ１から第１の予熱サイクロン１２に移送する第１の導管１１に追加される。第１の予熱サイクロン１２では、排ガスは、鉱物材料から分離される。混合された第１の鉱物材料および第２の鉱物材料を含む鉱物材料は、混合鉱物材料導管３を通して、循環燃焼チャンバ１の入口へ送られ、融解される。
【００４９】
好ましくは、融解物から分離され、次いで、予熱サイクロンに送給される排ガスは、予熱サイクロン内に存在する量より少ない酸素を含有し、したがって、好ましくは、空気または他の酸素源が、予熱器内または融解物と予熱器との間のいずれかにおいて、排ガスに追加される。排ガスは、第１の予熱サイクロン１２の上部から、第２の導管１４を通して、第２の予熱サイクロン１３まで送られる。第１の鉱物材料は、第１の導管１１に運ばれ、排ガスによってさらに予熱される前に、第２の予熱サイクロン１３内において、初期予熱を受けることが好ましい。故に、好ましい実施形態では、第１の鉱物材料は、第２の導管内に導入され、３００〜６００℃、好ましくは、４５０〜５５０℃の初期温度まで予熱される。排ガスは、次いで、第２の予熱サイクロン１３から流出し、多くの場合、間接熱交換によって、燃焼ガスを加熱するために使用される。
【００５０】
予熱された材料は、１８において、導管１１内に供給される。下流には、第２の材料供給部２０が提供され、そこで、廃棄鉱滓綿が提供される。廃棄鉱滓綿は、融解工程へのその再導入前に、粉砕される。フライアッシュは、２２において、導管３において予熱サイクロン１２から出る鉱物材料に供給される。さらに、フライアッシュおよび廃棄鉱滓綿の混合物２３は、直接、入口導管４に供給され、いかなる事前予熱も伴わずに、サイクロン炉１内に送給される。廃棄綿は、典型的には、供給されるとき、５〜２５重量％（例えば、約１０〜１５重量％）の水分を有する。予熱するための第１の部分では、この水分は、予熱サイクロン１２内での処理の間、蒸発する。しかしながら、第２の部分に供給された廃棄鉱滓綿は、予熱されておらず、その水分を炉１内へ維持する。廃棄鉱滓綿の第２の部分の「冷温」かつ「湿潤」条件により、有利なことに、再利用フライアッシュと混合され、キャリーオーバーの量が、最小にされる。
【００５１】
合計で、毎時１０トンの容量を有する炉において、毎時３．５トンもの材料が、再利用され得、すなわち、最大３５％の再利用率であることが認識される。廃棄鉱滓綿の約２０％が、例えば、５００ｋｇ／ｈで、２０において、予熱のために供給されることが適切であることが分かっている。また、例えば、５００ｋｇ／ｈで、２２において、再利用フライアッシュの総量の約５０％を供給することが適切であることが分かっている。これは、ひいては、２３において供給される廃棄材料の混合物が、フライアッシュの総量の約５０％および廃棄鉱滓綿の総量の８０％を含み、例えば、混合物は、約５００ｋｇ／ｈのフライアッシュおよび２０００ｋｇ／ｈの廃棄鉱滓綿を含むことを意味する。
【００５２】
混合物の廃棄鉱滓綿は、フライアッシュの小粒子を保持し、高温炉内に供給されると、塊を形成する。これは、キャリーオーバーとしてサイクロン炉の排気管１０内に直接排出される代わりに、サイクロン炉１の上部内の融解物層によって捕捉されることを保証する。
【００５３】
前述において、本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されている。他の変形例および実施形態も、付随の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、提供されてもよいことを認識されたい。
【図１】
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【国際調査報告】
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