BRPI0611031A2

BRPI0611031A2 - método de misturar gases a alta temperatura em fornos de processamento de mineral

Info

Publication number: BRPI0611031A2
Application number: BRPI0611031-2A
Authority: BR
Inventors: Eric R Hansen; Ralph A Pelak; James Ronald Tutt
Original assignee: Cadence Environmental Energy; Ash Grove Cement Co
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2010-08-10
Also published as: US7229281B2; US20090191497A1; US20050277081A1; US7488172B2; EP1888990A1; KR20080009311A; ZA200710618B; EP1888990A4; WO2007001692A1; US20090191498A1; AU2006262726A1; US8267685B2; CA2609337A1; MX2007014733A; JP2008545607A; US20070207432A1

Abstract

Revela-se um método para reduzir emissões de NO~x~ e melhorar a eficiência de energia durante processamento de mineral num forno giratório (10) . O método compreende a injeçào de ar com alta velocidade<syn>alta energia cinética ao forno (10) a fim de reduzir ou eliminar a estratificação de gases no forno, O método pode ser aplicado para misturar gases num vaso do forno giratório (12) ou num vaso de pré- aquecedor/pré-calcinador.

Description

"MÉTODO DE MISTURAR GASES A ALTA TEMPERATURA EMFORNOS DE PROCESSAMENTO DE MINERAL"

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica prioridade ao Pedido de Pa-tente U.S. n° de Série 11/137.288, depositado em 25 de maiode 2005, o qual é uma continuação parcial do Pedido Não-Provisório U.S. copendente N0 de série 10/719.423, deposi-tado em 21 de novembro de 2003, o qual é uma continuação daPatente U.S. n" 6.672.865, depositada em 11 de setembro de2001, que reivindica prioridade para o Pedido ProvisórioU.S. n° de Série 60/231.663, depositado em 11 de setembro de2000, Pedido Provisório U.S./ η0 de série 6/251/129, deposi-tado em 4 de dezembro de 2000 e Pedido Provisório U.s. n° desérie 6.276.355, depositado em 16 de março de 2001. Cada umdesses pedidos, bem como a patente estão ora incorporados aopresente a titulo de referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se ao método e aparelho paraeficiência de operação melhorada e emissões reduzidas defornos de processamento mineral e, em particular os fornosonde o mineral processado libera gás durante o processamentotérmico. Mais particularmente, a invenção é direcionada àinjeção de ar de alta velocidade/alto momento para a corren-te de gás no forno para misturar os componentes da correntede gás e dissipar os gases liberados que abafam o leito domineral, permitindo assim, uma transferência térmica maiseficiente para o processamento interno do mineral e, ao mes-mo tempo, reduzir os poluentes na corrente de efluente dogás no forno.

ANTECEDENTES E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O processo comercial amplamente empregado para ma-nufatura do cimento, as etapas de secagem, calcinação eclinquerização de materiais brutos do cimento são realizadaspassando-se a matéria prima finamente dividida, incluindominerais de calcário, silica e alumina, através de um vasorotativo inclinado, aquecido ou forno. No que se conhece co-mo fornos e processo a seco ou úmido de longa duração con-vencionais todo o processo de aquecimento do mineral é rea-lizado num cilindro de forno rotativo aquecido, referido emgeral como um "vaso rotativo". 0 vaso rotativo tem, tipica-mente 10 a 15 pés de diâmetro = 3, 05/4,572 m/minutos e200-700 pés de comprimento = 61,0/213,36 m/minutos, e é in-clinado de forma que, quando o vaso é girado, a matéria bru-ta introduzida na extremidade superior do cilindro do fornodesloca-se sob a influencia da gravidade, no sentido da ex-tremidade "em combustão" inferior, onde ocorre o processo declinquerização final e, onde o produto clinquer de cimento édescarregado para resfriamento e subseqüente processamento.

AS temperaturas do gás no forno ha zona de clinquerizaçãoqueimada do forno variam desde cerca de 13000C (~2400°F) acerca de 2200°C (~4000°F). As temperatura de saida do gásde forno são tão baixas quanto cerca de 2500C (~400°F) a350°C (~650°F) na extremidade receptora do mineral superiordos denominados fornos de processo úmido. Temperaturas degás do forno de até 1100°C (~2000°F) existem na extremidadesuperior dos fornos rotativos do processo a seco.Em geral, os versados na prática consideram que oprocesso de fabricação do cimento dentro do forno rotativoocorre em vários estágios à medida que a matéria prima fluida extremidade de alimentação do mineral na saida do gásde refrigeração para a extremidade inferior da saida doclinquer/carvão do vaso do forno rotativo. À medida que omaterial de mineral desloca-se para baixo no sentido longi-tudinal do forno, este é submetido a temperaturas crescentesde gás no forno. Assim, na parte superior do cilindro noforno onde as temperaturas do gás de forno são as mais bai-xas, os materiais dos minerais em processamento, primeiropassam por um processo de secagem/pré-aquecimento e a seguir,deslocam-se para baixo do cilindro no forno até que a tempe-ratura seja elevada à temperatura de calcinação. A extensãodo forno, onde o mineral está passando por um processo decalcinação (libera dióxido de carbono) é denominada a zonade calcinação. O mineral em processamento, finalmente des-loca-se para baixo do forno para uma zona onde as temperatu-ras do gás sao as mais quentes, a zona de clinquerização naextremidade inferior queimada do cilindro do forno. A cor-rente de gás no forno flui contrário ao fluxo dos materiaisminerais em processamento da zona de clinquerização, atravésda zona de calcinação intermediária e da zona de seca-gem/pré-aquecimento do mineral e para fora da extremidade desaida do gás superior do forno para um sistema de coleta depó do forno. O fluxo de gases no forno através do forno po-dem ser controlados em alguma extensão, por um exaustor decorrente de ar posicionado na corrente de escapamento dogás do forno. Durante os últimos 10-20 anos fornos de cimen-to pré-aquecedores/pré-calcinadores provaram energia efici-ente muito mais significativa do que os fornos compridostradicionais. Nos fornos de pré-calcinação, o mineral brutoé aquecido até temperaturas de calcinação num vaso de pré-calcinação contra-corrente estacionário antes de cair no va-so rotativo aquecido para as reações de clinquerização atemperaturas mais altas.

Em resposta a problemas ambientais e regulaçãomais rigorosa de padrões de emissão, a indústria de proces-samento mineral investiu em uma pesquisa significativa e es-forços de desenvolvimento a fim de reduzir as emissões docimento e de outros fornos de processamento de mineral. Apresente invenção proporciona um método e aparelho para me-lhorar a eficiência térmica e reduzir a emissão de poluentesgasoso durante a manufatura de produtos minerais termicamen-te processados, tais como cimento e calcário. A invençãoencontra aplicação em ambos, os denominados fornos de pro-cessamento de mineral longitudinais e, no caso da manufaturado cimento, fornos de pré-calcinação, já reconhecidos porsua produção eficiente de energia do clinquer de cimento. Ainvenção proporciona vantagem na forma de emissões reduzidase melhor eficiência de energia nos combustíveis suplementa-dos, no processamento térmico de minerais que liberam gás,incluindo, sem limitação talconita, calcário, matéria primado cimento, e argilas para produção de agregados de peso leve.

Em um aspecto da invenção, ar de alta energi-a/velocidade é injetado para a corrente de gás no forno afim de reduzir ou eliminar a estratificação dos gases numforno durante o processamento térmico de um mineral que li-bera um gás à medida que este é processado.

Num outro aspecto desta invenção, a energia demisturação do gás no forno é fornecida à corrente de gás noforno por injeção de ar a alta velocidade para os fornos ro-tativos num modo projetado a conferir momento rotacional aosgases do forno no vaso rotativo. Descobriu-se que, a ínje-ção de ar em alta velocidade para promover mistura em seçãotransversal nos fornos de processamento de mineral, opera namelhora da eficiência energética facilitando a transferênciade energia ao leito do mineral, e ao mesmo tempo, tal inje-ção de ar, altera a estequiometria e perfil de temperaturade combustão na zona de combustão primária a fim de reduzira formação de subprodutos de óxido de nitrogênio.

De acordo com um aspecto da presente invenção, éproporcionado um método de reduzir emissões de NOx e melho-rar a eficiência de energia durante o processamento do mine-ral num forno rotativo. O forno compreende um vaso rotativoinclinado com um queimador primário e uma entrada de ar decombustão em sua extremidade inferior e uma extremidade su-perior para introdução de mineral bruto. O método encontrauso particular onde o mineral num leito de mineral no vasogiratório, passa por uma reação química de liberação de gásdurante o processamento térmico no forno. 0 método compre-ende a etapa de injetar ar ao vaso giratório a uma velocida-de de cerca de 100 a cerca de 1000 pés por segundo = típica-mente de uma fonte de pressurização de ar propiciando umapressão estática maior do que cerca de 0,15 atmosferas =15,20 KPa, e num aspecto da invenção, em um ponto ao longoda metade do comprimento inferior do vaso giratório, onde adiferença de temperatura entre os gases do forno e o mineralé a mais alta, para misturar o gás liberado do mineral comgases de combustão do queimador primário. Preferivelmente,a velocidade de fluxo da massa do ar injetado é de cerca de1 a cerca de 15% da velocidade da massa de uso do ar de com-bustão pelo forno.

Numa modalidade o ar é injetado ao vaso giratório,preferivelmente através de um tubo de injeção de ar que seestende de um orifício na parede do vaso giratório para ovaso giratório e terminando num bocal para direcionar o arinjetado ao longo de um trajeto predeterminado no vaso gira-tório. Tipicamente o ar é injetado ao vaso giratório atra-vés de dois ou mais bocais posicionados no vaso giratório auma distancia de cerca de H a cerca de 2H da parede do vasogiratório onde "H" é a profundidade máxima do leito de mine-ral no vaso. Preferivelmente, o passo predeterminado do arinjetado é direcionado para conferir momento rotacional aosgases de combustão escoando pelo vaso giratório. Num aspectoda invenção o método compreende ainda a etapa de queima su-plementar de combustível liberado à jusante do vaso girató-rio em relação ao fluxo de gás no forno no inferior do forno,de onde o ar é injetado para o forno. Em ainda uma outramodalidade da invenção o método inclui ainda a etapa de in-jeção de ar ao vaso giratório a uma velocidade de cerca de100 a cerca de 1000 pés por segundo em um ponto a jusante,em relação ao fluxo de gás no forno, do orifício de libera-ção de combustível suplementar para a mistura de gás libe-rada de, tanto leito de mineral e combustível suplementar dequeima com os gases de combustão do queimador primário. Avelocidade de injeção de ar para o forno é em torno de 1% acerca de Ix 5%, mais tipicamente, cerca de 1% a cerca de 7%da massa de ar de combustão total necessária por unidade detempo durante a operação do forno. Numa modalidade particu-lar da invenção os bocais de injeção têm um orifício com umarelação de aspecto maior do que, por exemplo, um orifício deseção transversal retangular ou elíptico.

Num outro aspecto da invenção é proporcionado ummétodo para reduzir emissões de NOx e melhorar a eficácia decombustão num forno de cimento pré-aquecido/pré-calcinado(PH/PC). O forno de pré-calcinador possui uma parte de vasogiratória com uma zona de combustão de queimador primário euma parte de vaso pré-calcinador estacionária com uma zonade combustão do queimador secundário. Cada um dentre quei-mador primário e a parte do pré-calcinador é suprida comquantidades controladas de ar de combustão pré-aquecido. Emoperação, os gases de combustão da zona de combustão primá-ria fluem em série através do vaso giratório, a parte de va-so pré-calcinador e para uma série de ciclones (turbilhona-mento) em comunicação contra-corrente com uma alimentação demineral. O método da presente invenção conforme aplicado aum forno pré-calcinador compreende a etapa de injetar arcomprimido para a parte do vaso pré-calcinador do forno numponto antes do primeiro ciclone, a uma velocidade da massacorrespondente a cerca de 1% a cerca de 7% do ar de combus-tão total pro unidade de tempo necessária pelo forno. Pre-ferivelmente, o ar é injetado a uma velocidade de cerca de100 a cerca de 1000 pés por segundo através de dois ou maisbocais de injeção de ar. Numa modalidade o ar é comprimidoa uma pressão de cerca de 4 a cerca de 150 libras/polegadaquadrada = 0,281 kg/cm2 - 10,54 kg/cm2, mais tipicamentecerca de 40 a cerca de 100 libras/polegada quadrada = 2,81kg/cm2 - 7,030 kg/cm2, antes de ser injetado para a parte dovaso pré-calcinado. Preferivelmente, os bocais são direcio-nados ao vaso pré-calcinador para otimizar a misturaçãotransversal dos gases encerrados e mineral fluidizado. Numamodalidade os bocais são posicionados para promover fluxoturbulento no vaso e numa outra modalidade, os bocais sãodirecionados ao vaso pré-calcinador para promover fluxo ro-tacional ou em ciclone no referido vaso.

Numa modalidade alternativa da presente invenção éproporcionado um forno de cimento pré-calcinador modificadoonde a modificação compreende um bocal para injeção de arposicionado no ou sobre o vaso pré-calcinador estacionário emeios para fornecer ar comprimido ao bocal e ao vasos numavelocidade linear de cerca de 100 a cerca de 1000pés/segundo =. Preferivelmente, o forno modificado é equi-pado com uma série de bocais posicionados para fornecimentode ar comprimido ao vaso pré-calcinador.

Numa outra modalidade da presente invenção é pro-porcionado um forno de processamento de mineral modificadopara operação com emissões de NOx reduzido e maior eficiên-cia de energia. 0 forno compreende um vaso giratório incli-nado com um queimador primário e entrada de ar de combustãoem sua extremidade inferior. 0 forno encontra aplicaçãoparticular no processamento térmico de minerais que passampor uma reação química de liberação de gás durante o proces-samento térmico. 0 forno é modificado a incluir um tubo deinjeção de ar para injeção de ar ao vaso giratório a uma ve-locidade de cerca de 100 a cerca de 1000 pés/segundo = 30,48m/segundos - 304,8 m/segundos. 0 tubo de injeção se estendede um orifício na parede do vaso e para o vaso giratórioterminando num boca para direcionar o ar injetado ao longode um passo predeterminado no vaso. O orifício é preferi-velmente localizado num ponto ao longo da metade do compri-mento inferior do vaso giratório para misturar o gás libera-do do leito de mineral com gases de combustão do queimadorprimário. Modificações adicionais do forno incluem um ven-tilador ou compressor em comunicação de fluxo de ar com otubo de injeção de ar e um controlador para o ventilador oucompressor a fim de ajustar a velocidade de injeção de ar aoforno. 0 ventilador ou compressor podem ser estacionáriose em comunicação de fluxo de ar com o orifício na parede dovaso, através de, por exemplo, um sistema de ventilação a-nular alinhado com o passo do orifício durante a rotação dovaso. Alternativamente, o ventilador ou compressor podemser montados na parede do vaso giratório para direcionar ainjeção de ar ao forno. Libera-se energia ao ventilador oucompressor montados na superfície do vaso via um anel de e-nergia circunferencial.

Preferivelmente, o forno de processamento de mine-ral modificado é modificado para incluir dois ou mais tubosde injeção de ar para injeção de ar ao vaso giratório, cadatubo de injeção terminando num bocal para direcionar o arinjetado ao longo de um passo predeterminado no vaso. Pre-ferivelmente, o bocal ou bocais são posicionados no vasogiratório a uma distancia de cerca de H a cerca de 2H daparede do vaso giratório onde "H" é a profundidade máxima doleito de mineral no vaso do forno giratório. Os bocais deinjeção de ar são de preferência posicionados de forma que,o passo predeterminado do ar injetado de cada bocal opereconferindo momento rotativo aos gases de combustão que fluematravés do vaso rotativo.

Os tubos de injeção de ar podem ser montados paraprolongar do orifício ao vaso giratório perpendicular a umatangente ao vaso giratório no orifício e terminar num bocalpara direcionar o ar injetado ao longo de um predeterminadopasso no vaso selecionado a conferir momento giratório paraa corrente de gás no forno. Alternativamente, o tubo de in-jeção pode ser posicionado para estender-se do orifício novaso giratório ao vaso a um ângulo agudo para uma tangenteno orifício sendo substancialmente perpendicular a uma linhado raio do vaso giratório que se estende através da extremi-dade do tubo. Tubos para injeção de ar assim configuradosoperam no direcionamento do ar injetado através da correntede gás do forno para conferir momento rotativo à corrente degás no forno no ponto de injeção. Numa modalidade, o orifí-cio do tubo de injeção é formado para ter uma relação de as-pecto maior que um.

0 tubo de injeção é formado para comunicação comuma fonte de ar pressurizado, preferivelmente um ventilador,insuflador, ou compressor capaz de providenciar um diferen-cial de pressão estática maior que cerca de 0,15 atmosferas,preferivelmente maior do que cerca de 0,20 atmosferas =20,26 KPa. O ventilador, insuflador ou compressor é dimen-sionado e energizado suficientemente para liberar ar inje-tado continuamente ao forno com uma entrada de energia ciné-tica de cerca de 1 a cerca de 10 watt/hora. por polegada dear injetado (correspondente a cerca de 0,1 a cerca de 1watt/hora por polegada de gás do forno). O tamanho do ori-fício dos bocais de injeção de ar são selecionados de modoque a velocidade de fluxo da massa de ar injetado à pressãoestática aplicada seja de cerca de 1 a cerca de 15%, maispreferivelmente cerca de 1 a cerca de 10% ano vaso giratórioou cerca de 1 a cerca de 7% onde o ar é injetado para a par-te estacionária pré-aquecida/pré-calcinada. A velocidadelinear do ar injetado, tipicamente varia desde cerca de 100pés/segundo a cerca de 1000 pés/segundo = 30,48 m/minutos -304,8 m/minutos.

Numa modalidade o forno de processamento de mine-ral modificado compreende ainda um orifício de liberação decombustível suplementar e um tubo que se estende do orifícioao vaso giratório ao um ponto à jusante do vaso, em relaçãoao fluxo de gás no forno, do local do tubo de injeção de ar.

O forno pode ser ainda modificado para incluir um ou maistubos de injeção de ar adicionais para injeção de ar ao vasogiratório a alta velocidade sob a influencia de um ventila-dor ou compressor em comunicação de fluxo de gás com o tubode injeção de ar. O tubo de injeção termina num bocal paradirecionar o ar injetado ao longo de um passo predeterminadono vaso. O tubo de injeção de ar está localizado num pontoà jusante do vaso giratório, em relação ao fluxo de gás parao forno, do orifício de liberação de combustível suplementar,para misturar os gases liberados de, tanto o leito de mine-ral e do combustível suplementar de queima com os gases decombustão do queimador primário. Providencia-se um contro-lador para o ventilador ou compressor para ajustar a veloci-dade de injeção de ar ao forno à jusante do ponto de injeçãode ar.

Num aspecto da invenção é proporcionado um métodopara reduzir NOx na corrente de gás efluente de um forno decimento giratório longitudinal modificado para queima decombustível suplementar. 0 forno em operação, compreende umvaso cilíndrico inclinado girando em torno de seu eixo Ion-gitudinal. 0 vaso é aquecido em sua extremidade inferiorpor queimador primário e carregado com matéria prima em suaextremidade superior. Uma corrente de gás do forno flui daextremidade inferior aquecida com um queimador primário euma entrada de ar de combustão através da extremidade supe-rior do vaso. 0 material de mineral em processamento formaum leito de mineral que flui a uma profundidade H máxima soba influencia da gravidade no vaso contra-corrente à correntede gás do forno de uma zona de secagem na parte mais superi-or do vaso giratório. 0 leito de mineral flui através deuma zona de calcinação intermediária, e para uma zona declinquerização de alta temperatura antes de deixar a extre-midade inferior como clinquer de cimento. Combustível su-plementar é carregado ao vaso através de um orifício e de umtubo de queda, em comunicação com o orifício na parede dovaso para queima em contato com o mineral de calcinação emuma zona de queima secundária coincidente com pelo menos umaparte da zona de calcinação. A aplicação da presente in-venção em reduzir NOx a corrente de gás efluente do forno,compreende a etapa de injeção de ar a um velocidade de cercade 100 a cerca de 1000 pés/segundo, através de um tubo deinjeção de ar que se estende de um orifício no vaso termi-nando num bocal para direcionar o ar injetado ao longo de umpasso predeterminado no vaso. 0 orifício de injeção de arestá localizado num ponto a jusante, em relação ao fluxo degás do forno da zona de clinquerização e a montante em rela-ção ao fluxo de gás no forno da extremidade superior da zonade calcinação. 0 bocal de injeção de ar está posicionado novaso a uma distancia de cerca de H a cerca de 2H da parededo vaso e o passo predeterminado do ar injetado preferivel-mente forma um ângulo maiór do que 45° com um segmento line-ar paralelo ao eixo rotacional do vaso estendendo-se do pon-to de injeção através da introdução do mineral no vaso. Avelocidade de injeção de ar para o vaso é controlada em cer-ca de 1% a cerca de 10% da massa de ar de combustão totalusada por unidade de tempo durante a operação do forno.'

Num outro aspecto da apresentação, é proporcionadoum método de conferir momento aos gases do forno que saem dovaso giratório do forno. 0 forno em operação, inclui umaparte estacionária posicionada próxima da extremidade supe-rior do vaso giratório. A parte estacionária inclui um vasoestacionário e inclui injetores em comunicação com o vasoestacionário. Os injetores estão configurados para introdu-zir uma quantidade de ar não aquecido ao vaso estacionário.A quantidade de ar não aquecido confere momento aos gases doforno, que deixam o vaso giratório e fluem através do vasoestacionário.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS

As Figuras 1-4 são similares e ilustram diagramasparcialmente interrompidos de fornos de processamento mine-ral de acordo com a presente invenção para injeção de ar demisturação de alta velocidade ao vaso rotativo.

Figuras 5, 6, e 7 são vistas em seção transversalsimilares de fornos giratórios modificados de acordo com apresente invenção ilustrando modalidades alternativas parafornecimento de ar de misturação com alta velocidade ao vasorotativo. A Figura 7a é uma vista plana parcialmente inter-rompida do ventilador na Figura 7 pelas linhas AA.

As Figuras 8a e 8b ilustram configurações do ori-fício do bocal alternativo.

As Figuras 9a e 9b ilustram padrões de fluxo numforno de cimento sem ar injetado de alta velocidade (9a) ecom ar injetado de alta velocidade de acordo com esta inven-ção (9b) a montante de um aparelho de distribuição de com-bustível (pneu) suplementar (não mostrado).As Figuras IOa e IOb são similares, ilustrando aestequiometria da combustão do queimador primário sem ar deinjeção de alta velocidade (IOa) e com 10% de ar de altavelocidade injetado (IOb).

A Figura 11 é similar à Figura 10 mostrando a es-tequiometria da combustão em três zonas num forno operadocom 15% de combustível suplementar fornecido ao forno a mon-tante da injeção de ar de alta velocidade a 10%.

A Figura 12 é semelhante à Figura 11 ilustrando aestequiometria da combustão de combustível do forno onde oforno é modificado para queima de combustível suplementar epara injeção do ar de alta velocidade tanto a montante comoa jusante do ponto de fornecimento de combustível ao vasorotativo.

A Figura 13 ilustra os efeitos do ar de alta velo-cidade injetado no fluxo de gás do forno no forno ilustradona Figura 12.

A Figura 14 é uma vista em seção transversal de umvaso de forno giratório contendo mineral em processamentoliberando um gás (dióxido de carbono).

A Figura 15 é similar à Figura 14 mostrando a mis-tura dos gases do forno por injeção de ar de alta velocidadeao vaso giratório.

A Figura 16 ilustra a transferência de energia ra-diante ao material em processamento na ausência de uma cama-da estratificada de gases liberados do leito de mineral.

As Figuras 17-20 ilustram em diagrama, várias con-figurações dos vasos pré-calcinadores estacionários comerci-almente disponíveis com "setas" ilustrando pontos para inje-ção de ar de alta velocidade para promover a mistura nosvasos estacionários com ar injetado a alta velocidade.

As Figuras 21 e 22 são similares às Figuras 1-4 eilustram diagramas interrompidos parcialmente de fornos deprocessamento mineral modificados para injeção de ar com re-presentação diagramática de monitoração e controladores degás do forno para injeção e corrente de ar ou injeção de asfluido.,

A Figura 23 é uma elevação parcialmente interrom-pida da parte extrema superior do vaso giratório de um fornopré-calcinador modificado para injeção de ar e fornecimentode combustível suplementar para redução de NOx.

As Figuras 24-27 ilustram várias configurações di-agramáticas de vasos pré-calcinadores estacionários comerci-almente disponíveis que foram modificados para inclusão deinjetores que introduzem ar de alta pressão para promovermistura nos vasos estacionários.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ILUSTRADAS

De acordo com a presente invenção é injetado arnum forno giratório de processamento de mineral para forne-cimento de energia aos gases no forno para adquirir mistura-ção transversal. Esta invenção proporciona injeção de arcom o fim de eliminar a estratificação dos gases em um for-no que, durante operação está processando um mineral que li-bera um gás à medida que este é processado tal como fornosde processamento de calcário, mistura de cimento bruto, ar-gilas como em fornos de agregado de peso leve, e fornos detaconita. 0 fim primordial do ar injetado é proporcionarenergia para misturar os gases que são liberados do mineralem processamento com os gases de combustão oriundos da zonade combustão do forno e, portanto, existe uma multiplicidadede elementos especificados para esta invenção que coopera notodo ou e parte para adquirir o efeito da mistura de seçãotransversal do gás do forno que proporciona a vantagem rea-lizada em uso da invenção numa ampla série de fornos de pro-cessamento de mineral.

A presente invenção especifica injeção de ar com ofito de reduzir ou eliminar a estratificação de gases numforno. Um forno típico tem de 8 pés = 2,44 m/minutos amais de 20 pés = 6, lm/minutos em diâmetro e tem coeficien-tes de comprimento : diâmetro de 10:1 a mais de 40:1.Materiais tipicamente calcinados são matérias brutos de ci-mento Portland, argilas, calcário, taconita e outros materi-ais de mineral que são termicamente processados e que libe-ram gases como aquecimento. A finalidade do ar injetadonesta invenção é proporcionar energia para mistura em seçãotransversal; o ar possui pouca, caso haja, função de propor-cionar oxigênio para combustão. É comum entre os fornos deprocessamento mineral, como fornos de cimento e calcário,controlar o teor de oxigênio nos gases de escapamento a umnível tão baixo quanto prático e ainda evitar a formação dequantidades significativas de monóxido de carbono ou dióxidode enxofre. É conveniente operar deste modo a fim de maximi-zar a eficiência térmica. A eficiência térmica pode ser a-fetada prejudicialmente, operando-se com muito pouco ar decombustão, resultando na combustão incompleta do combustívelou ar de combustão em excesso, o que resulta num aumento deperdas térmicas.

É conveniente introduzir o ar de combustão paraprocessamento mineral através de um recuperador térmico querecupera o calor do produto de mineral processado descarre-gado do forno. O calor recuperado no ar de combustão queingressa pode ser uma parte substancial da energia totalfornecida ao processo. A injeção de ar ambiente à correntede gás do forno, num local diferente daquele da zona de com-bustão primária, normalmente não seria considerado favorá-vel devido ao impacto negativo que ele poderia ter na recu-peração de calor; o ar intrinsecamente injetado é substitu-ído por ar de combustão arrastado através do recuperadortérmico.

A modelagem por computador de fornos de calcinaçãorevelou que os gases liberados pelo mineral em processamentopermanecem estratifiçados no forno. Comparado com os gasesquentes oriundos da zona de combustão primária na extremida-de de descarga do material dos fornos de processamento domineral contra-fluxo, os gases liberados tem uma temperaturamuito menor, e freqüentemente, de maior peso molecular e comuma densidade muito maior. Como resultado desta diferençana densidade, esses gases liberados permanecem no fundo doforno. Além dos gases liberados do mineral de calcinação,eles também podem ser substâncias combustíveis liberadas,seja da alimentação de mineral , ou como um combustível adi-cionado ao processo na parte mediana do forno. Os gases li-berados formam uma manta e cobrem esses materiais combustí-veis do teor de oxigênio nos gases a níveis superiores dacorrente de gás no forno. Esta manta de gases a baixa tem-peratura também protege o leito de mineral do contato diretocom os gases de combustão quentes. Portanto, o processo ne-cessita o uso de um método indireto de aquecimento. As pa-redes do forno são aquecidas pelos gases de combustão quen-tes e a rotação do forno resulta no contato das paredesquentes com o leito de mineral. Por meio desta invenção,uma pequena parte do ar de processo total, menos que 15% éinjetado ao vaso giratório num modo que produz um componenterotacional ao momento da corrente de gás do forno, no forno.Este componente rotacional resulta em que os gases quentesque estavam passando ao longo do topo do forno sejam força-dos para baixo no leito do mineral de calcinação, afastandoa manta de gases liberados frios. Este contato dos gasesquentes com o leito do mineral adiciona um outro mecanismode transferência, melhorando desse modo, a eficiência térmi-ca do processo para o forno.

A energia cinética do ar injetado e o momento ro-tacional resultante resulta nos gases liberados sendo mistu-rados com os gases de combustão quentes e qualquer oxigênioresidual desses gases e o ar injetado. Esta mistura trans-versal resulta na oxidação.dos componentes combustíveis quepoderiam estar contidos na manta de gás. Desse modo, as e-missões dos componentes não queimados, como monóxido de car-bono, dióxido de enxofre e hidrocarbonetos, podem ser redu-zidos a um dado nível de ar em excesso. Ou os níveis de e-missão anteriores podem ser mantidos a um nível reduzido dear em excesso resultando numa melhor eficiência do processo .O benefício no novo mecanismo de transferência térmica e doar em excesso reduzido alivia o impacto de recuperação deenergia negativa da parte de ar que se desvia do recuperador.

O mecanismo de injeção de ar desta invenção estálocalizado num ponto ao longo do forno, onde há uma diferen-ça significativa entre a temperatura do gás de combustão e atemperatura do leito de mineral. Tipicamente, isto seria umlocal no forno, tão próximo à zona de combustão quanto fosseprático, limitado pelo limite de temperatura do processo doaparelho, esperado ser de cerca de 2800°F = 1538°C, até umaposição na extremidade do ventilador da zona de calcinaçãolimitada por uma temperatura adequada para permitir a com-bustão após ocorrer a misturação, cerca de 1600°F = 871°C acerca de 1850°F = 1010°C. Numa modalidade da invenção, o tu-bo doe injeção de ar está localizado na parte média maisquente (a metade inferior) do vaso giratório. Dada a natu-reza da maioria dos minerais calcinados em fornos giratórios,o benefício também irá ser obtido instalando-se o aparelhona zona de calcinação para romper e eliminar a estratifica-ção . O aparelho também pode ser colocado na extremidadeinferior onde o mineral já está quase completamente calcina-do, para romper a formação da manta gasosa de alta densidadeno mineral em processamento. Tubos múltiplos de injeção dear, seja deslocados circunferencialmente, deslocados axial-mente, ou ambos, podem estar localizados no forno. Eles po-dem cada qual ser independentemente conectados a um venti-lador, insuflador ou compressor ou eles podem estar em co-municação de fluxo de injeção de ar com um tubo de distribu-ição pressurizado.

É também possível retirar vantagem do teor de oxi-gênio no ar injetado a fim de criar um combustão em etapascom o fito de controlar óxidos de nitrogênio. Devido à re-cuperação de energia perdida supracitada no ar de combustãoa combustão em etapas nos fornos giratórios de processamentode mineral não é praticada devido à falha de alta energiapercebida. Fornos giratórios tais como incineradores oufornos de processamento de coque, podem praticar a combustãoem etapas, porém tais fornos não possuem uma alta proporçãode energia recuperável em seu produto de descarga e, portan-to, não possuem as limitações funcionais dos fornos de pro-cessamento de mineral. Ainda, devido à melhor eficiência decombustão, menos ar em excesso é necessário para se adquirira combustão completa. A misturação intensificada e resul-tante ausência de estratificação da combustão no forno irápermitir a aquisição de combustão planejada com quantidadesde ar em excesso que não prejudicam indevidamente, os re-quisitos de energia do processo. Injeção de alta energia dear para misturação em seção transversal permite o uso dacombustão planejada em fornos de processamento de mineralpara controle de emissões.

Com referência às Figura 1-4 fornos de processa-mento de mineral 10 incluem um vaso giratório 12 com uma pa-rede cilíndrica 14,, uma extremidade para entrada/queimadorde ar de combustão inferior 16 e uma extremidade de saída degás superior 18. Em operação, a alimentação do mineral bru-to 20 é distribuída para a extremidade de saída do gás 18,com rotação do vaso giratório 12, o leito de mineral deslo-ca-se da extremidade de saída do gás 18 em direção à extre-midade de entrada de ar/queimador 16, fluindo contra-corrente para os produtos de combustão formando a correntede gás no forno. 0 queimador 24 é fornecido com fonte decombustível primário 26, e o ar de combustão é arrastado dorecuperador de calor 30, através do capuz 28 para a extremi-dade de entrada de ar de combustão 16. O mineral processadodeixa extremidade de entrada de ar de combustão 16 e é li-berado ao recuperador de calor 30. Um ou mais tubos de in-jeção doe ar 32 em comunicação de fluxo de ar com um venti-lador, insuflador ou compressor 34 estão localizados ao Ion-go do comprimento do vaso giratório 12 em locais onde o mi-neral em processamento no leito de mineral 22 está calcinan-do ou onde as diferenças de temperatura entre a corrente degás no forno e o leito do mineral são as mais extremas, po-rém tipicamente, na metade da parte mais inferior do vasogiratório 12, a parte mais próxima da extremidade da entra-da/queimador de ar de combustão 16 do que da extremidade desaída do gás 18. Tubos de injeção de ar 32 terminam no vasogiratório como um bocal 26 posicionado para direcionar o arinjetado ao longo de um passo destinado a conferir momentorotacional para a corrente de gás no forno. 0 orifício 38no bocal 36, numa modalidade da invenção, possui uma relaçãode aspecto maior do que um (Ver Figuras 8a e 8b ilustrandoorifícios de seção transversal retangular).Com referência às Figuras 3 e 4, o forno de pro-cessamento de mineral pode ser ainda modificado par queimarcombustível suplementar liberado da fonte de combustível su-plementar 40 através do dispositivo de fornecimento de com-bustível 42 para o vaso giratório a fim de queimar, em con-tato com o mineral em processo no leito de mineral 22. Numamodalidade da invenção o ar é injetado para conferir momentorotacional à corrente de gás no forno num ponto entre o dis-positivo de distribuição de combustível 42 e extremidade deentrada de ar de combustão/queimador 16. Opcionalmente, oar é injetado em um ou mais pontos adicionais no vaso gira-tório 12, entre o dispositivo de fornecimento de combustívelsuplementar 42 e a extremidade de saída do gás 18.

Com referência as Figuras 5 e 6, dois ou mais tu-bos de injeção de ar 32 podem ser circunferencialmente (ouaxialmente) na parede cilíndrica 14 do vaso giratório 12.Ar pressurizado é fornecido aos tubos de injeção pelo venti-lador ou insuflador 34 em comunicação de fluxo de ar atravésdo tubo de distribuição 46. Alternativamente, como ilustra-do na Figura 7, cada tubo de injeção pode ser conectado di-retamente a um insuflador ou ventilador 34 para distribuiçãode ar de alta energia/velocidade para a corrente de gás noforno. Os tubos de injeção de ar 34 terminam no forno numponto entre o topo do leito do mineral 22 e o eixo de rota-ção do vaso giratório 12 na forma de um bocal para direcio-nar ar injetado de alta energia 50 para o vaso giratório afim de conferir momento rotacional à corrente de gás no forno.Com referência à Figura 9b, injetando-se ar de al-ta energia ao forno para produzir momento rotacional aos e-lementos de combustível suplementares na corrente de gás noforno 52, que queimam na corrente de gás no forno são conti-nuamente limpos de seus próprios produtos de combustão econtatados com gases do forno mistos para dar condições maisfavoráveis para combustão e transferência de energia.

Com referência às Figuras 14 e 15, a injeção de arde misturação de alta energia eficaz para conferir momentorotacional à corrente de gás no forno trabalha para dissiparcamadas estratifiçadas produzidas, por exemplo, por calcina-ção do mineral no leito de mineral 22. Com a remoção oudissipação dos estratos de dióxido de carbono mais densos,que normalmente, cobrem o leito de mineral 22 a energia ra-diante da corrente de gás no forno e das paredes cilíndricas14 do vaso giratório 12 atinge o leito permitindo uma trans-ferência de energia mais eficiente entre a corrente de gásno forno e o mineral em processo terminal (Ver a Figura 16).

Com referência às Figuras 17 até 20 que ilustramvarias configurações de partes estacionárias de fornos pré-aquecedores/pré-calcinadores, há pontos indicados 70 parainjeção de ar de alta pressão para as partes estacionárias afim de criar, seja fluxo turbulento ou momento rotacional nacorrente de gás que flui através de partes estacionárias.

Assim o ar pode se injetado a alta pressão/energia, por e-xemplo, de um compressor, através de um ou mais bocais loca-lizados nas paredes da parte estacionária de um forno pré-aquecedor/pré-calcinador para proporcionar energia de mistu-ração com a conseqüente redução de poluentes associadoscom a estratificação e heterogeneidade de combustão locali-zada num tal equipamento pré-calcinador.

Numa modalidade da invenção, referindo-se às Figu-ras 21 e 22, a corrente de gás no forno é monitorada para operfil/teores de emissões na ou próximo da extremidade 18 desaida do gás do vaso giratório 12 a fim de prover sinais ca-racterísticos desse perfil de emissão para produção de um oumais controladores para o forno incluindo um controlador deinjeção de ar ou controlador de injeção de ar e um controla-dor para vapor de injeção ou gás do tubo da caldeira à cor-rente de gás no forno dando estabilidade térmica à correntede gás no forno.

Numa aplicação da presente invenção ilustrada naFigura 23, unidades injetoras de ar 31 estão posicionadasdentro de dois diâmetros do forno da extremidade de saída dogás 18 do vaso giratório 12 numa extremidade do forno pré-aquecedor/pré-calcinador. A temperatura da corrente de gásno forno no ponto de injeção de ar é de cerca de 2200°F acerca de 1800°F = 1204°C a cerca de 982,2°C. Combustível su-plementar 58 é pulverizado do tubo de distribuição de com-bustível suplementar 60 ligado à fonte de combustível 62 afim de criar condições redutoras na corrente de gás no fornomisturado com ar de injeção de alta energia na extremidadede saída de gás 18 do vaso giratório 12 a fim de efetuar aredução nas emissões de NOx do forno pré-aquecedor/pré-calcinador.

Com referência às Figuras 24 - 27, varias configu-rações de partes estacionárias 54 de fornos pré-aquecedores/pré-calcinadores estão ilustradas com pontos pa-ra injeção de ar com alta pressão para as partes estacioná-rias 54 criando mistura nas corrente de gás no forno, fluin-do através daquelas partes estacionárias 54. Assim, o arpode ser injetado a alta pressão, por exemplo, de um com-pressor, através de um ou mais pontos localizados nas pare-des da parte estacionária 54 de qualquer forno pré-aquecedor/pré-calcinador dando momento de mistura do gás comconseqüente redução de poluentes, associado com estratifica-ção e heterogeneidade de combustão localizada nesse equipa-mento pré-aquecedor/pré-calcinador.

Voltando à Figura 24a, a parte estacionária 54compreende um vaso estacionário ou duto elevador 72 posicio-nado em proximidade da extremidade superior 18 do vaso gira-tório 12. Como tal, o vaso estacionário 72 é acoplado aovaso giratório 12, tal que a corrente de gás no forno 76flui para fora do vaso giratório 12 e para dentro do vasoestacionário 72. A corrente de gás no forno 76 flui de umaextremidade inferior 78 para uma extremidade superior 80 dovaso estacionário 72.

A parte estacionária 54 pode incluir uma zona decombustão secundária 82 que introduz ar de combustão pré-aquecida tal como ar terciário 84 via uma saida 85. A zonade combustão secundária 82 inclui o fluxo de ar terciárioaquecido 84 a uma faixa de temperatura de cerca de 1400°F acerca de 2000°F = 760°C - 1093°C, Neste local o fluxo de arterciário aquecido 84 é introduzido à parte estacionária 54par auxiliar na combustão dentro da parte estacionária 54.A parte estacionária 54 também pode incluir uma entrada paracombustível 86 e conjunto de alimentação 88. A entrada decombustível 86 abre-se para a parte estacionária 54 atravésda qual o combustível, tal como carvão, pode ser introduzidoà parte estacionária 54. 0 conjunto de alimentação 88 abre-se para a parte estacionária 54, através da qual a alimenta-ção tal como mineral pode ser introduzida párea a parte es-tacionária 54. Para o forno pré-aquecedor/pré-calcinador, aparte estacionária 54, também pode incluir bocais propici-ando gás contendo oxigênio, tipicamente ar de combustão pré-aquecido, adjacente à entrada de combustível 8 6 para promo-ver distribuição de combustível fluindo através da entradade combustível 86 e a alimentação que flui para a parte es-tacionária 543 via conjunto de alimentação 88.

A parte estacionária 54 também pode incluir um in-jetor 90 para introdução de uma quantidade de ar de altapressão 92 ao vaso estacionário 72 como mostrado na Figura24a. O injetor 90 pode ser incorporado como uma peça de tu-bo de aço de carbono 80 programado ligado a um compressor 91,que gera a quantidade de ar de alta pressão 92. Uma tal peçade tubo pode ser configurado com um ou mais orifícios atra-vés dos quais o ar de alta pressão flui para a parte esta-cionária. Numa modalidade, o injetor 90 está posicionado nametade superior do vaso estacionário 72. A quantidade de arde alta pressão 92 pode compreender ar não aquecido ta comoar ambiente. Em outras palavras, este ar de alta pressão 92não é aquecido pelo processo do forno antes de entrar naparte estacionária 54. A quantidade de ar de alta pressão92 emitida dos injetores 90 confere momento às correntes degás no forno 76 a fim de dissipar quaisquer camadas estrati-ficadas das correntes de gás no forno 76 que fluem da extre-midade inferior 78 para a extremidade superior 80 do vasoestacionário 72. Como tal, a quantidade de ar de alta pres-são 92 confere momento às correntes de gás do forno 7 6, queestão deixando o vaso giratório 12 e fluindo através da par-te estacionária 54. Deve ser considerado que, embora apenasum único injetor 90 seja mostrado na Figura 24a, podem serutilizados quantos injetores forem necessários.

Numa modalidade, o injetor 90 pode estar posicio-nado para introdução da quantidade de ar de alta pressão 92o qual confere momento numa direção que é perpendicular emrelação a direção de fluxo das correntes de gás no forno 76.Tal momento pode ser quantificado em relação à massa de gáse sólidos para misturação. Deve ser apreciado que, quantomaior for a relação de momento induzido para massa de gás aser misturado, mais rápida será a misturação. Por exemplo,um vaso pré-calcinador ou duto operando a 2300 toneladas mé-tricas por capacidade diária teria uma velocidade de fluxode massa de cerca de 78 kg/segundo de sólidos e gás. Um ú-nico injetor 90 injeta 1,66 kg/segundos de ar 92 a uma velo-cidade de 248 m/segundos, conferindo assim, um vetor adicio-nal de momento doe 412 kg*/segundos. A relação de momentoconferido adicional párea massa no vaso é de 5,28 kg*/m/seg.por kg do fluxo no calcinador (ou seja, por kg de gás e só-lidos que ingressam no vaso calcinador).De acordo com uma modalidade exemplar, o injetor90 pode ser operado para introduzir uma quantidade de ar dealta pressão 92, tal que a relação momento resultante paramassa fique entre 2,0 e 20,0 kg*/m/segundo por kg de gás esólidos que ingressam no vaso calcinador. Numa modalidadeexemplar mais especifica, o injetor 90 pode ser operado paraintroduzir uma quantidade de ar de alta pressão 92, tal quea relação momento resultante para massa fique entre 4,0 e10,0 kg*/m/segundo por kg de gás e sólidos que ingressam novaso calcinador.

Numa modalidade, os injetores 90 podem introduzira quantidade de ar de alta pressão 92 a uma pressão de cercade 6 psi = 0,42 kg/cm2. Numa outra modalidade os injetores90 podem introduzir a quantidade de ar de alta pressão 92 auma pressão de cerca de 6 psi a 12 psi = 0,42 kg/cm2 - 0,84kg/cm2. Numa outra modalidade ainda, os injetores 90 podemintroduzir a quantidade de ar de alta pressão 92 a uma pres-são de cerca de 2 psi a 15 psi = 0,14 kg/cm2 a 1,04 kg/cm2.Ainda, numa modalidade, os injetores 90 podem introduzir aquantidade de ar de alta pressão a uma pressão de cerca de 2psi a 100 psi = 0,14 kg/cm2-7,030 kg/cm2.

Numa modalidade, os injetores 90 podem introduzira quantidade de ar de alta pressão 92 a uma velocidade defluxo de massa de cerca de 1% a cerca de 5% a velocidade defluxo de massa total da parte estacionária 54 (ou seja, avelocidade de fluxo da massa total dos sólidos e do gás queingressam no vaso calcinador). Numa outra modalidade, osinjetores 90 podem introduzir a quantidade de ar de altapressão 92 a uma velocidade de fluxo de massa de cerca de 2%da velocidade de fluxo de massa total da parte estacionária 54.

Numa modalidade, os injetores 90 podem ser posi-cionados para introdução de ar de alta pressão 92 que confe-re momento a um ângulo não perpendicular em relação à dire-ção do fluxo da corrente de gás no forno 7 6 como se vê naFigura 24b. Além disso, embora dois injetores 90 sejam mos-trados na Figura 24b, deve ser considerado que, apenas umúnico injeto 90 pode ser utilizado. De modo inverso, maisde dois injetores também podem ser usados.

Voltado à Figura 24cv, os injetores 90 podem tam-bém ser posicionados, com relação à direção do fluxo da cor-rente de gás no forno 76, a jusante da entrada de combustí-vel 86 e conjunto de alimentação 88. Como tal, os injetores90 são posicionados acima da entrada para combustível 86 econjunto de alimentação 88. Os injetores 90 podem introdu-zir o ar de alta pressão 92 a uma posição a jusante da en-trada de combustível 86 e conjunto de alimentação 88. Embo-ra dois injetores 90 estejam mostrados na Figura 24c, deveser apreciado, que apenas um único injetor 90 pode ser u-sado. De modo inverso, mais de dois injetores também podemser usados.

Como se vê na Figura 24d, com relação à direção dofluxo da corrente de gás no forno 76, através do vaso esta-cionário 72, o injetor 90 pode ser posicionado a jusante daentrada 85 do ar terciário 84 no vaso estacionário 782. Co-mo tal, o injetor 90 está posicionado acima da entrada 85.Desse modo, o injetor 90 introduz o ar de alta pressão 92 auma posição a jusante da entrada 85 do ar terciário 84. Comose vê na Figura 24, o injetor 90 pode ser posicionado opos-to à entrada terciária 85 de ar 84 de modo a introduzir aalta pressão 92 para conferir momento ao ar terciário 84.Deve ser apreciado que, embora apenas um único injetor 90esteja mostrado nas modalidades da Figura 24d e Figura 25,qualquer número de injetores podem ser usados.

Voltado là Figura 26a, o conjunto de alimentação88 está acoplado à parte estacionária 54 para avançar a ali-mentação 94 tal como mineral da parte estacionária 54, atra-vés do vaso estacionário 72 e para a extremidade superior 18do vaso giratório 12. Com relação à direção do fluxo da a-limentação 94 através do vaso estacionário 72, o injetor 90pode ser posicionado a jusante do conjunto de alimentação 88.Nesta modalidade, o injetor 90 introduz a quantidade d ar dealta pressão 92 para conferir momento à alimentação 94 parafacilitar a mistura da alimentação 94 com a corrente de gásdo forno à medida que a alimentação 94 sai do conjunto dealimentação 88. Portanto, o injetor 90 introduz a quantida-de de ar de alta pressão 92 a jusante da alimentação 94 àmedida que a alimentação 94 avança da parte estacionária 54para a extremidade superior 18 do vaso giratório 12. Deve-se considerar que, embora apenas um único injetor 90 estejamostrado na Figura 26a, qualquer número de injetores podemser usados.

Como se vê na Figura 26b, o injetor 90 pode serposicionado dentro do conjunto de alimentação 88, de modo aconferir momento através do ar de alta pressão 92 à alimen-tação 94 como a alimentação 94 passa através do conjunto dealimentação 88 e para o vaso estacionário 72. Deve ser a-preciado que, embora apenas um único injetor 90 esteja mos-trado na Figura 26b, qualquer número de injetores podem serusados.

Voltado agora à Figura 27, o injetor 90 pode serposicionado sem oposição à entrada da alimentação 86. nestamodalidade, o injetor 90 introduz ar de alta pressão 92 paraconferir momento ao combustível para facilitar a mistura docombustível quando este sai da entrada de combustível 86.Embora apenas um único injetor 90 esteja mostrado na Figura27, qualquer número de injetores podem ser usados.

A despeito da configuração da parte estacionária54, e da colocação dos injetores 90, os injetores 90 intro-duzem a quantidade de ar de alta pressão 92 ao vaso estacio-nário 72 para facilitar a misturação em seção transversaldas correntes de gás no forno 76 e/ou da introdução 94. Co-mo tal, os injetores 90 introduzem a quantidade de ar de al-ta pressão 92 a fim de promover a mistura do fluxo tal comoum fluxo turbulento, rotacional ou ciclônico no vaso esta-cionário 72.

EXEMPLO 1

FORNO DE CALCÁRIO DE COMBUSTÃO EM ETAPAS

A combustão em etapas pode ser realizada por meiosdiversos. Por exemplo, um forno está operando com cerca dezero a 5% de ar em excesso necessário para combustão. Nes-te nível de ar em excesso,s algum monóxido de carbono resi-dual e dióxido de enxofre são produzidos. Mais redução doar em excesso para a zona de combustão a fim de reduzir aformação de óxidos de nitrogênio resultaria numa emissão in-desejável de monóxido de carbono e dióxido de enxofre e per-da da eficiência térmica devido à combustão incompleta docombustível. Instalando-se o aparelho da invenção e injeçãode 10% do ar de combustão total ao processo, o ar disponívelna zona de combustão primária seria insuficiente para com-bustão completa do combustível e os gases que deixam estazona teria concentrações significativas de monóxido de car-bono e outras espécies que são produtos da combustão incom-pleta. Óxidos de nitrogênio são reduzidos mesmo se a zonade combustão primária permanecer a alta temperatura visto osprodutos da combustão incompleta, preferivelmente retiram ooxigênio disponível ou podem até mesmo retirar o oxigênio doóxido de nitrogênio.

Visto o fluxo de ar total permanecer a 100-105%daquele necessário para combustão, a injeção de 10% na partemediana do forno, resulta em apenas 90-95% do ar de combus-tão necessário na zona de combustão primária. O ar adicio-nal é injetado a uma zona de temperatura do forno, onde ain-da é suficientemente quente para a combustão rápida e com-pleta quando o oxigênio disponível torna-se disponível embo-ra não tão quente para formar óxidos de nitrogênio.

Os 10% do ar de combustão são injetados com suficiente ener-gia para misturar a seção transversal do gás de combustão noforno. Isto resulta em 0-5% de ar em excesso daquele ne-cessário para combustão, o que irá minimizar o monóxido decarbono e dióxido de enxofre residual. Esta zona de mistu-ração não está a uma temperatura tão alta quanto a zona decombustão primária, portanto os óxidos de nitrogênio não sãoformados, mesmo se agora exista oxigênio em excesso nesta zona.

EXEMPLO 2

0 uso de ar de misturação para melhorar a eficiên-cia de combustão está descrito na Patente U.S. n" 5.632.616,que reivindica o uso de ar de misturação em conjunto comqueima na parte média do forno. O uso de injeção tangencialde ar de alta energia para criar um componente rotacional dovolume de gás no forno intensifica a misturação da eficáciade ar quando a injeção ocorre a montante do ponto de inje-ção do combustível.

EXEMPLO 3

O conceito doe ar de misturação foi desenvolvidocomo resultado da identificação da estratificação dos gasesno forno. O dióxido de carbono mais pesado e os gases dapirólise do combustível na parte média do forno permanecerãoestratifiçados no fundo do forno e os gases de alta tempera-tura contendo oxigênio são estratifiçados no topo.

A misturação em seção transversal obtida pelo mé-todo de injeção do ar de misturação permite a queima totaldos produtos residuais da combustão incompleta, quando odispositivo é colocado a jusante (ascendente) do ponto deinjeção de combustível. Para redução do oxido de nitrogênio,é essencial haver também a mistura em seção transversal dosgases quando estes ainda estão destituídos de oxigênio.Portanto o sistema de ar de mistura é instalado a montan-te ( em declive) do ponto de combustão mediano do forno a fimde conferir um momento rotacional aos gases do forno, paramisturar a enfunação do combustível para combustão e piróli-se através dos gases do forno.

0 sistema ideal de forno seriam dois sistemas deinjeção de ar, um a montante da injeção de combustível naparte media do forno para dar misturação transversal, en-quanto os gases do forno ainda estão destituídos de oxigênio,e um outro a jusante para dar misturação em seção transver-sal com o ar injetado para conferir queima total de quais-quer produtos residuais da combustão incompleta.

Os exemplos sugerem que, o ar de combustão é 5%menos do que aquele suficiente para a combustão completa nazona de redução. Na prática, seria de se esperar que a a-quisição de apenas 1 ou 2% de deficiência no ar de combustãoseria suficiente para controlar emissões de oxido de nitrogênio.

EXEMPLO 4

0 emprego de uma pequena quantidade de ar de altapressão injetado para beneficiar a misturação também podeser aplicada aos fornos de cimento pré-calcinadores. Fornosde cimento pré-calcinadores utilizam a queima secundária epodem ser modificados para introdução de algum ar de combus-tão após a zona de queima secundária, a fim de criar com-bustão em etapas. Contudo, tais modificações tem alto cus-to. Além disso, devido à energia necessária para deslocaros gases de combustão através de um forno pré-Ocalcinador,esses sistemas são projetados a operar com quedas de baixapressão. Assim, os sistemas não são projetados par otimizara mistura e uso de tempos de longa retenção para dar adequa-da misturação. 0 desempenho desses sistemas de forno pode-riam ser beneficiados por introdução de energia por meio dear de misturação a alta velocidade (pressão). Pressões decerca de 4 psi a 150 psi = 0,281 kg/cm2 - 10,54 kg/cm2,mais tipicamente cerca de 40 a 100 psi = 2,81 kg/cm2 - 7,030kg/cm2 poderiam ser usadas para introduzir quantidades sig-nificativas de energia a fim de criar uma boa misturação numcurto tempo. Com as pressões muito altas, a introdução deenergia pode ser conseguida com apenas um percentual menordo ar de combustão total (1% a 5%) . centenas de cavalos-força de energia poderiam ser colocados em mistura sem au-mentar a queda de pressão global do sistema pré-calcinador.As quantidades de ar necessárias são mantidas no limite demodo a minimizar a quantidade de ar deslocado do recuperadorde calor. O aumento da eficiência de misturação pode aumen-tar a eficiência de combustão e permitir a redução do ar emexcesso necessária aos desejados niveis de monóxido de car-bono residuais. Esta redução em ar excessivo global, e o arem excesso reduzido pela substituição após a zona de combus-tão primária, resulta me menos oxigênio disponível na zonade combustão, o que irá favorecer a formação mínima de oxidode nitrogênio. Com o aumento substituição do ar de mistura-ção, a zona de combustão primária poderia tornar-se sub-estequiométrica, resultando numa atmosfera que, destruiria,favoravelmente, óxidos de nitrogênio produzidos em fornosgiratórios de alta temperatura passando através do pré-calcinador.

EFEITO DO AR DE MISTURAÇÃO NO PROCESSO

Os gases no interior de um forno de calcinação,sal altamente estratifiçados, devido à temperatura, resul-tando em diferenças de densidade entre os gases de combustãoe os gases sendo liberados do mineral no processo. Como re-sultado, não há contato direto dos gases de combustão quen-tes com o leito do mineral. A transferência térmica ocorreindiretamente pelos gases quentes que aquecem as paredes doforno e as paredes quentes são giradas sob o leito do mine-ral à medida que o forno gira. Poderá haver também radiaçãodos gases quentes ao leito do mineral, porém este mecanismotorna-se secundário à medida que o gás de combustão resfriadas temperaturas de pico na zona de combustão primária. Ainjeção de ar de alta pressão num modo que confere um momen-to rotacional aos gases no forno adicionará um outro meca-nismo de transferência térmica ao forno de calcinação, por-que isto fará com que os gases de combustão quentes que es-tejam passando ao longo do topo do forno desçam para contatocom o leito do mineral. Este mecanismo adicional de trans-ferência térmica servirá para melhorar a eficiência térmicado dispositivo de calcinação.

A injeção de ar ambiental ao forno no processo mé-dio desloca ar oriundo do recuperador de calor que recuperacalor no produto descarregado para o ar de combustão. A re-dução no ar do recuperador de calor pode afetar a eficiênciadesta recuperação térmica, portanto é desejável minimizar aquantidade de ar em mistura adicionado ao processo médio.Isto requer que o ar de misturação seja injetado a altapressão de modo que tenha suficiente energia cinética paraconferir um componente rotacional aos volume de gases noforno.

FALHA DE COMBUSTÍVEL DE AR DE ALTA ENERGIAESGUICHADO EM UM FORNO PRÉ-CALCINADOR

Acredita-se de modo geral, que as injeções de arnão aquecido ao processo de cimento a jusante do ventiladore o resultante deslocamento de ar do ventilador resultará eminaceitável perda de recuperação de calor. Em exame de cál-culos mais exatos revelou-se que tal perda de recuperação decalor é mínima, especialmente, em virtude dos benéficos demisturação dos gases do processo em zonas de alta temperatu-ra. Os cálculos mostram que, caso 10% do ar de combustãoteóricos seja introduzido com alta energia ao forno girató-rio, o deslocamento de uma correspondente massa de ar pré-aquecido resultará numa redução da recuperação de calor doventilador inferior a 2% da entrada de energia total. 0 ga-nho de potencial na eficiência do processo devido à elimina-ção de estratificação pode ser maior do que a compensaçãodesta perda de calor.

QUEIMA DE PNEUS NUM FORNO DE PRÉ-CALCINAÇÃO

Pneus inteiros podem ser introduzidos na calha dealimentação ou lançados com suficiente momento para que ro-dem na extremidade superior do forno no vaSo giratório. Avelocidade de queima dos pneus numa zona de queima secundá-ria na extremidade superior do vaso giratório de um fornopré-calcinador e limitada pelo requisito de redução do com-bustível no queimador principal por uma quantidade corres-pondente. 0 aumento resultante na relação ar-para-combustível resulta num resfriamento da chama principal einadequadas temperaturas de chama ocorrem a uma velocidadede substituição a 20%. Outros problemas ocorrem como resul-tado da estratificação dos cases na saída do forno. Ospneus ficam no fundo do vaso do forno, onde existe oxigênioinadequado para combustão completa. Como resultado, o gásrico em combustível ingressa na camada de entrada acima daparte de alimentação onde ocorre alguma misturação com osgases contendo oxigênio do topo do forno. A combustão re-sultante na cama de entrada cria altas temperaturas locali-zadas e resulta em acúmulos inaceitáveis na entrada da câmara.

Com o uso de jatos de ar de alta energia introdu-zido até cerca de 10% do ar de combustão com um momento ro-tacional próximo da extremidade superior do vaso giratório,a velocidade de substituição de todos os pneus pode ser au-mentada em 30% do combustível do forno sem temperatura dechama principal inaceitável ou acúmulos. Além disso, a mis-turação a jato de ar produz uma distribuição mais uniformedos gases de oxigênio reduzidos criados pelos pneus em com-bustão para promover redução de NOx mais eficaz. 0 benefi-ciamento na misturação dos gases do forno minimiza o poten-cial de acúmulo inaceitável na câmara de entrada.

INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL POLYSIUS NA SAÍDA DO PRÉ-CALCINADOR PARA CONTROLE DE NOxUm método de destruir o NOx gerado na zona de altatemperatura de um forno de processamento de mineral é produ-zir uma zona sub-estequiométrica a uma temperatura de 1800 a2500°F = 982, 2°C - 1371°C em algum ponto a jusante. Isto po-de ser feito convenientemente, por introdução de um combus-tível de hidrocarboneto na saída do forno conforme descritopor Polysius. Uma limitação desta técnica consiste no fatode que os gases de saída do forno sal altamente estratifica-dos. Os gases no topo do forno são mais quentes e com teorde oxigênio maior, e os gases que atravessam ao longo dofundo do forno são mais frios e enriquecidos com dióxido decarbono do carbonato de cálcio residual no meio quente queingressa no forno, e, possivelmente rico em monóxido de car-bono de qualquer carbono introduzido do pré-calcinador.

A função do combustível injetado pode ser intensi-ficada por aquisição de uma distribuição uniforme da zona deredução na seção transversal do duto. Injetando-se energiade misturação por meio de jatos de ar no forno giratório pa-ra romper a estratificação no forno giratório, tem-se umacomposição de gás mais uniforme para a zona de redução. Alémdisso, a misturação do combustível injetado e a resultantezona de redução podem ser conseguidas por uso de jatos deinjeção de ar de alta energia adicionais na parte estacioná-ria do forno, próxima da extremidade de saída do gás do vasogiratório (Ver Figura 23).

BENEFICIAMENTO DA TRANSFERÊNCIA TÉRMICA NUM FORNO GIRATÓRIO

Exemplo de CaieiraOs gases na zona de calcinação de uma caeira sãoaltamente estratifiçados. Num forno de 12' de diâmetro(11'I.D). a velocidade do gás através do forno é tipicamentede 30 a 50 pés/segundo = 9,144 m/minutos - 15,24 m/minutos,a temperatura do gás sobre o leito de calcário de calcinaçãofica entre 1800°F a 4000°F = 982,2°C a 2204°C e o leito decalcário e o dióxido de carbono liberado (peso molecular de44 versus gases de combustão de 29) estão a uma temperaturade calcinação de 1560°F (~850°C) . Como resultado da grandediferença de densidade entre os gases de combustão quentes eo dióxido de carbono liberado, o leito de mineral permaneceabrigado numa manta de dióxido de carbono. a transferênciatérmica ocorre por radiação e pela parede do forno aquecidasendo girada sob o leito do mineral.

Um jato de alta energia que introduz um componenterotacional à velocidade do gás no forno resulta na camada dedióxido de carbono sendo obliterada do material de calcina-ção. Isto permite o contato direto dos gases de combustãoquentes com o leito do mineral. Devido a maior área super-ficial agora disponível e a maiores diferenças de temperatu-ra entre os gases de combustão e o mineral em processamento(se comparado com a parede do forno) a velocidade de trans-ferência térmica é aumentada.

Esses jatos de alta energia rompem a estratifica-ção que foi formada e o componente rotacional induzido pelosjatos previne a nova formação da camada estratifiçada.

Pelo manter os gases do forno contendo oxigênio,quentes em contato com o leito do mineral, os componentes decombustível no leito que, estavam antes protegidos com umamanta de dióxido de carbono, são agora capazes de comburir.Esses componentes combustíveis podem ocorrer naturalmente nomineral sendo processado, ou podem ser um resultado do com-bustível sólido introduzido para proporcionar energia aoprocesso.

Há inúmeros benefícios que podem ser mantidos peloprocesso, rompendo-se a estratificação intrínseca em leitosde mineral nos fornos giratórios.

APLICAÇÃO DE AR DE MISTURA PRECEDENTE - REDUÇÃO DENOx E DESTRUIÇÃO POR INJEÇÃO DE AR A JUSANTE DA ZONA DE QUEIMA SECUNDÁRIA

A redução de NOx num forno de cimento a seco ou ú-mido longitudinal, foi realizada com sucesso usando-se umazona de queima secundária no forno médio. Cerca de 10 anosatrás a tecnologia de injeção de combustível ao forno médiofoi primeiro realizada para permitir que um forno de cimentoqueime material de despejo sólidos carregados de energiatais como pneus inteiros. Um dos benefícios laterais destatecnologia era uma redução de 30% aproximados nas emissões de NOx.

AS emissões de NOx são o resultado do processo decombustão usado na produção do cimento. As altas temperatu-ras e condições de oxidação necessárias para produzir o ci-mento também formam óxidos de nitrogênio. Conseqüentemente,embora o forno esteja operando ele produzirá algum nível deNOx. 0 nível de NOx formado é dependente de muitos fatores,porém estes são previsíveis. Dentro de cada forno, aumentose diminuições nos níveis de emissão de NOx são tipicamenterelacionados coma elevação e queda na temperatura da zona dequeimação. A maioria do NOx é formado de um dentre dois di-ferentes mecanismos dentro da zona de queima. 0 primeiro éa oxidação 'a alta temperatura do nitrogênio atmosférico, e osegundo é a oxidação dos compostos dotados de nitrogênio nocombustível. A maior parte das emissões de nOx de um fornode cimento são NOx térmico. Em geral, o -NOx térmico é for-mado pela oxidação direta do nitrogênio atmosférico a tempe-raturas muito altas. Esta reação é muito sensível a tempe-ratura. Quando a temperatura aumenta, a velocidade de rea-ção também aumenta. A segunda fonte de emissões de NOx sãocompostos contendo nitrogênio no combustível. 0 carvão tí-pico contém aproximadamente 1,5% de nitrogênio por peso.

Esses compostos passam por uma série complexa de reações,que resulta numa parte deste nitrogênio sendo convertido emN0X. Este conjunto de reações é coerente por todo o proces-so de combustão e não é afetado pela temperatura. Chamasricas em combustível tendem a diminuir a produção de NOx docombustível e chamas ricas em oxigênio tendem a aumentar oufavorecer a produção de NOx no combustível Na zona de quei-mação de um forno onde as condições de oxidação são necessá-rias para adequada mineralogia do clínquer, o processo decombustão favorece a produção do NOx do combustível. Exis-tem outros mecanismos que produzem N0X. Normalmente seusefeitos são relativamente insignificantes comparado com oNOx térmico e do combustível.

0 sistema de injeção de combustível no forno médiopossui um histórico provado de proporcionar redução signifi-cativa de NOx num forno de cimento a seco ou úmido longitu-dinal. Esse sistema tem a vantagem da tecnologia reconhecidada combustão por etapas, no fato de que uma parte do combus-tivel é queimado numa zona de combustão secundária que estápróxima do meio do forno a seco ou a úmido longitudinal.Após analisar os efeitos da injeção de combustível na partemédia do forno em um forno de cimento, determinou-Ose que,ele tem um efeito direto no mecanismo de formação de NOxtérmico. Ele baixa a temperatura da chama de pico, o quediminui a velocidade de emissão de NOx e, além disso, existea oportunidade para nova queima do NOx criado na zona de al-ta temperatura do forno, na zona de combustão secundária detemperatura menor.

Nesta invenção, injeção de aproximadamente 10% doar de combustão total através de um bocal, preferivelmenteum que tenha um orifício com uma relação de aspecto maiorque um, à jusante do forno da zona de queimação secundária.A alta velocidade (de uma fone de pressurização capaz deproporcionar um diferencial de pressão estática de pelo me-nos 0,15 atm = 15,20 kPa, mais preferivelmente pelo menos0,20 atm = 20,26 kPa) e a um ângulo ao fluxo de gás do fornoa fim de conferir um componente rotacional aos gases do for-no. Este componente rotacional propicia misturação trans-versai muito melhor ao forno. Por mistura dos gases do for-no, são produzidas melhor combustão e menores emissões. Ainjeção de ar de misturação afeta NOx alterando a dinâmicado fluxo de ar dentro do forno. Por adição do ar de mistu-ração a jusante do fluxo de ar do ponto de entrada de com-bustível na parte média do forno, a proporção de ar em ex-cesso entre a chama principal e o ventilador de ar de mistu-ração pode ser alterada. Neste exemplo, o combustível daparte média do forno agora utiliza o ar em excesso restanteapós a queima primária, e pelo ponto de entrada de combustí-vel no meio do forno, não há ar em excesso no forno. Estasituação proporciona agora a oportunidade para destituiçãoquímica de NOx. 0 ar de misturação então adiciona 10% deexcesso de ar de volta ao forno para a oportuna oxidação denova queima dos produtos residuais da combustão incompleta.

Claims

1. Método de operar um forno pré-aquecedor/pré-calcinador com um vaso giratório inclinado e uma parte esta-cionária acoplada ao vaso giratório inclinado, em que umacorrente de gás do forno fluir numa direção do vaso girató-rio inclinado e através da parte estacionária, CARACTERIZADOpelo fato de que compreende as etapas de:avançar mineral da parte estacionária para uma ex-tremidade superior do vaso giratório inclinado;avançar mineral da extremidade superior do vasogiratório inclinado pra uma extremidade inferior do vaso gi-ratório inclinado;introduzir uma quantidade de ar de combustão ecombustível através da extremidade inferior do vaso girató-rio inclinado; eintroduzir uma quantidade de ar de alta pressãopara a parte estacionária, onde a quantidade de ar de altapressão confere momento á corrente de gás do forno a uma re-lação entre 2 e 20 kg*m/seg por kg de gás e sólidos que in-gressam na parte estacionária.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a introdução da quantidade dear de alta pressão na parte estacionária compreende conferirmomento à corrente de gás no forno a uma relação entre 4 e 10 kg*m/segundo por kg de gás e sólidos que ingressam naparte estacionária.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pela introdução da quantidade de ar de altapressão na parte estacionária compreender a introdução daquantidade de ar de alta pressão numa direção que é substan-cialmente perpendicular à direção do fluxo da corrente degás no forno.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pela introdução da quantidade de ar de altapressão na parte estacionária compreender a introdução daquantidade de ar de alta pressão numa posição que está a ju-sante de um local em que o mineral é introduzido na parteestacionária.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pela introdução da quantidade de ar de altapressão na parte estacionária compreender a introdução deuma quantidade de ar não aquecido de alta pressão.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pela introdução da quantidade de ar de altapressão na parte estacionária compreender a introdução daquantidade de ar de alta pressão a uma velocidade de fluxode massa de cerca de 1% a cerca de 5% da velocidade do fluxode massa total de gás e sólidos que ingressam na parte esta-cionária.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pela introdução da quantidade de ar de altapressão na parte estacionária compreender a introdução daquantidade de ar de alta pressão a uma velocidade de fluxode massa de cerca de 2% da velocidade do fluxo de massa to-tal de gás e sólidos que ingressam na parte estacionária.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pela etapa de introdução de ar de alta pressãona parte estacionária compreender a introdução de ar de altapressão a uma pressão de cerca de 2 psi a cerca de 100 psi = 0,14 kg/cm2 a 7,03 kg/cm2 .

9. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pela etapa de introdução de ar de alta pressãona parte estacionária compreender a introdução de ar de altapressão a uma pressão de cerca de 2 psi a cerca de 15 psi = 0,14 kg/cm2 a 1,04 kg/cm2 .

10. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pela etapa de introdução de ar de alta pressãona parte estacionária compreender a introdução de ar de altapressão a uma pressão de cerca de 6 psi a cerca de 12 psi = 0,42 kg/cm2 a 0,84 kg/cm2 .

11. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pela etapa de introdução da quantidade de arde alta pressão na parte estacionária compreender a introdu-ção da quantidade de ar de alta pressão a uma pressão decerca de 6 psi = 0,42 kg/cm2.

12. Método de operar um forno com um vaso girató-rio inclinado e uma parte estacionária acoplada ao vaso gi-ratório inclinado,uma corrente de gás do forno fluir numadireção do vaso giratório inclinado e através da parte esta-cionária, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as eta-pas de:avançar mineral da parte estacionária para uma ex-tremidade superior do vaso giratório inclinado;avançar mineral da extremidade superior do vasogiratório inclinado para uma extremidade inferior do vasogiratório inclinado;introduzir ar de combustão e combustível atravésda extremidade inferior do vaso giratório inclinado; eintroduzir uma quantidade de ar de alta pressãona parte estacionária, a uma velocidade de fluxo de massa decerca de 1% a cerca de 5% da velocidade do fluxo de massatotal do gás e dos sólidos que ingressam na parte estacioná-ria, a fim de conferir momento à corrente dos gases no fornofluindo através da parte estacionária.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pela introdução da quantidade de ar de altapressão na parte estacionária compreender a introdução daquantidade de ar de alta pressão a uma velocidade de fluxode massa de cerca de 2% da velocidade do fluxo de massa to-tal de gás e sólidos que ingressam na parte estacionária.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pela etapa de introdução de ar de alta pressãona parte estacionária compreender a introdução de ar de altapressão a uma pressão de cerca de 2 psi a cerca de 100 psi = 0,14 kg/cm2 a 7,03 kg/cm2.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pela etapa de introdução de ar de alta pressãona parte estacionária compreender a introdução de ar de altapressão a uma pressão de cerca de 2 psi a cerca de 15 psi = 0,14 kg/cm2 a 1,04 kg/cm2 .

16. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pela etapa de introdução de ar de alta pressãona parte estacionária compreender a introdução de ar de altapressão a uma pressão de cerca de 6 psi a cerca de 12 psi =-0,42 kg/cm2 a 0,84 kg/cm2 .

17. Método, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pela etapa de introdução da quantidade de arde alta pressão na parte estacionária compreender a introdu-ção da quantidade de ar de alta pressão a uma pressão decerca de 6 psi = 0,42 kg/cm2.

18. Forno de processamento de mineral,CARACTERIZADO por compreender:um vaso giratório inclinado com uma extremidadeinferior e uma extremidade superior,um pré-aquecedor/pré-calcinador posicionado próxi-mo da extremidade superior do vaso giratório, o pré-aquecedor/pré-calcinador incluindo (i) um vaso estacionárioe (ii) um injetor que opera para introduzir uma quantidadede ar de alta pressão a uma pressão de cerca de 2 psi a cer-ca de 100 psi = 0,14kg/cm2 a 7,03 kg/cm2 no vaso estacionário, eum conjunto de alimentação operável para avançarmineral para a extremidade superior do vaso giratório talque o mineral passe através do vaso estacionário antes deavançar para o vaso giratório inclinado.

19. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo injetor ser posi-cionado para introduzir a quantidade de ar de alta pressãonuma direção que é perpendicular ao vaso estacionário.

20. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato do vaso es-tacionário ter uma entrada de ar terciária, eo injetor ficar posicionado para introduzir aquantidade de ar de alta pressão num local no vaso estacio-nário acima da entrada de ar terciária.

21. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo injetor ser ope-rável para introduzir a quantidade de ar de alta pressão novaso estacionário num modo que confere momento numa correntede gás no forno fluindo através do vaso estacionário a umarelação entre 1 e 10 kg*/m.segundos por kg de gás e sólidosque ingressam no vaso estacionário.

22. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo injetor ser posi-cionado para introduzir a quantidade de ar de alta pressãonum local no vaso estacionário abaixo do conjunto de alimentação.

23. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo injetor ser posi-cionado para introduzir a quantidade de ar de alta pressãonum local no vaso estacionário acima do conjunto de alimentação.

24. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo injetor ser posi-cionado dentro do conjunto de alimentação.

25. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo vaso estacionárioter uma entrada de combustível, eo injetor ser posicionado para introduzir a quan-tidade de ar de alta pressão num local no vaso estacionárioacima da entrada de ar do combustível.

26. Método de operar um forno de processamento demineral, CARACTERIZADO por compreender as etapas de:avançar o mineral de um vaso do pré-calcinador es-tacionário para uma extremidade superior de um vaso girató-rio inclinado,avançar o mineral da extremidade superior do vasogiratório inclinado para uma extremidade inferior do vasogiratório inclinado,operar um queimador primário localizado na extre-midade inferior do vaso giratório inclinado para gerar umacorrente de gás no forno que flui através do vaso giratórioinclinado, através do vaso do estacionário, e para uma sériede ciclones, einjetar ar comprimido ao vaso do pré-calcinadorpara conferir momento à corrente de gás no forno que avançaatravés do mesmo.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26,CARACTERIZADO pela etapa de injeção compreender injetar arcomprimido não aquecido para o vaso do pré-calcinador.

28. Método, de acordo com a reivindicação 26,CARACTERIZADO pela etapa de injeção compreender injetar arcomprimido através de um bocal localizado numa parede do va-so do pré-calcinador.

29. Método, de acordo com a reivindicação 26,CARACTERIZADO pela etapa de injeção compreender injetar arcomprimido de um compressor para o vaso do pré-calcinador.

30. Método, de acordo com a reivindicação 26,CARACTERIZADO pela etapa de injeção compreender injetar arcomprimido numa direção que é substancialmente perpendicularà direção de fluxo da corrente de gás no forno.

31. Método, de acordo com a reivindicação 26,CARACTERIZADO pelo fato do vaso do pré-calcinador compreen-der uma entrada de ar terciária, ea etapa de injeção compreender injetar ar compri-mido ao vaso do pré-calcinador num local que está a jusante,em relação à direção de fluxo da corrente de gás no forno,da entrada de ar terciária.

32. Método, de acordo com a reivindicação 26,CARACTERIZADO pelo fato do vaso do pré-calcinador compreen-der uma entrada para combustível, ea etapa de injeção compreender injetar ar compri-mido ao vaso do pré-calcinador num local que está a jusante,em relação à direção de fluxo da corrente de gás no forno,da entrada para combustível.

33. Método, de acordo com a reivindicação 2 6,CARACTERIZADO pelo fato do vaso do pré-çalcinador compreen-der uma entrada de alimentação, ea etapa de injeção compreender injetar ar compri-mido ao vaso do pré-calcinador num local que está a jusante,em relação à direção de fluxo da corrente de gás no forno,da entrada de alimentação.

34. Método, de acordo com a reivindicação 26,CARACTERIZADO pelo fato do vaso do pré-calcinador compreen-der uma entrada de alimentação, ea etapa de injeção compreender injetar ar compri-mido ao vaso do pré-calcinador num local que está a montan-te, em relação à direção de fluxo da corrente de gás no for-no, da entrada de alimentação.

35. Método, de acordo com a reivindicação 26,CARACTERIZADO pela etapa de injeção compreender injetar arcomprimido ao vaso do pré-calcinador para conferir momentorotacional à corrente de gás no forno que avança pelo mesmo.

36. Forno de processamento de mineral,CARACTERIZADO por compreender:um vaso giratório inclinado com uma extremidadeinferior e uma extremidade superior,um vaso do pré-calcinador estacionário posicionadopróximo da extremidade superior do vaso giratório, tendo ovaso do pré-calcinador uma parede,um bocal localizado na parede do vaso do pré-calcinador, eum compressor de ar acoplado no modo fluido ao bo-cal, sendo o compressor de ar operável para gerar e forneceruma quantidade de ar comprimido ao vaso do pré-calcinadoratravés do bocal.

37. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 36, CARACTERIZADO por compreender:um queimador primário localizado na extremidadeinferior do vaso giratório inclinado, o queimador primáriosendo operável para gerar uma corrente de gás no forno queflui através do vaso giratório inclinado e através do vasodo pré-calcinador estacionário,onde o compressor é operável para fornecer a quan-tidade de ar comprimido ao vaso do pré-calcinador num modosuficiente para conferir momento rotacional à corrente degás no forno que avança através do mesmo.

38. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 36, CARACTERIZADO por compreender:um queimador primário localizado na extremidadeinferior do vaso giratório inclinado, o queimador primáriosendo operável para gerar uma corrente de gás no forno queflui através do vaso giratório inclinado e através do vasodo pré-calcinador estacionário,onde o bocal está posicionado para fornecer aquantidade de ar comprimido ao vaso do pré-calcinador numadireção que é substancialmente perpendicular a direção defluxo da corrente de gás no forno.

39. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 36, CARACTERIZADO pelo fato do vaso dopré-calcinador compreender uma entrada de ar terciária, eo bocal ficar posicionado num local que está ajusante, em relação a uma direção de fluxo de uma correntede gás no forno através do vaso do pré-calcinador, da entra-da de ar terciária.

40. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 36, CARACTERIZADO pelo fato do vaso dopré-calcinador compreender uma entrada para combustível, eo bocal ficar posicionado num local que está ajusante, em relação a uma direção de fluxo de uma correntede gás no forno através do vaso do pré-calcinador, da entra-da para combustível.

41. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 36, CARACTERIZADO pelo fato do vaso dopré-calcinador compreender uma entrada de alimentação, eo bocal ficar posicionado num local que está ajusante, em relação a uma direção de fluxo de uma correntede gás no forno através do vaso do pré-calcinador, da entra-da de alimentação.

42. Forno de processamento de mineral, de acordocom a reivindicação 36, CARACTERIZADO pelo fato do fornopré-calcinador compreender uma entrada para alimentação, eo bocal ficar posicionado num local que está amontante, em relação a uma direção de fluxo de uma correntede gás no forno através do vaso do pré-calcinador, da entra-da de alimentação.