JP2004028428A - 加熱処理炉及び加熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】周囲から区画されて外部から空気の侵入が防止された加熱炉本体12と、加熱炉本体12に取付けられ、水素ガスと酸素ガスを燃焼反応させるバーナー13とを有し、加熱炉本体12に導入された原料を、バーナー13によって発生する高温蒸気によって加熱するので、従来のように、例えば、LPG、灯油、重油等を使用する場合とは異なり、水蒸気以外の二酸化炭素等の副産物の生成を防止でき、排ガス回収装置を小型化でき、しかも環境問題を招く可能性を大幅に低減できる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、炭等の固形燃料や有機物からなる原料を高温蒸気によって加熱し、原料を乾燥又は燃焼させる加熱処理炉及び加熱処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、原料の乾燥や燃焼に使用する加熱処理炉としては、例えばバーナーが取付けられたロータリーキルンが使用されている。
このロータリーキルンは、両側にフードがそれぞれ設けられ、このフードに円筒状となった回転部が回転自在に支持されており、一方側のフードに、回転部内に装入された原料を加熱し、乾燥又は燃焼させるための熱源であるバーナーが取付けられている。
このバーナーの燃料には、例えば、LPG、灯油、重油等が使用されており、原料の加熱処理に際しては、燃料の燃焼によって発生した熱で、加熱炉本体内部を例えば500〜1000℃の高温にし、原料を乾燥又は燃焼させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した加熱処理炉には以下の問題がある。
バーナーの燃料として、例えば、LPG、灯油、重油等を使用して原料を加熱する場合、燃料の燃焼によって発生する排ガスから二酸化炭素等のガスが発生し、大気汚染を招く可能性がある。このため、加熱を行う原料中から発生する排ガスのみでなく、燃料から発生する排ガスをも回収できる排ガス回収装置を設ける必要性があるので、排ガス回収装置が大型化し経済的でない。
また、ロータリーキルン内の温度は500〜1000℃程度であり、更に高温にすることが困難であり、ロータリーキルンの能力を高めることができない。
そして、ロータリーキルン内に、空気が残っていたり、また燃料を燃焼させるために空気を使用したりするので、この空気中に含まれる窒素が起因して、燃焼時に窒素酸化物(NOx)が発生し、環境問題を招く可能性がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、排ガス回収装置を小型化できると共に、加熱処理炉の能力を従来よりも高め、しかも環境問題にも対処可能な加熱処理炉及び加熱処理方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る加熱処理炉は、周囲から区画されて外部から空気の侵入が防止された加熱炉本体と、加熱炉本体に取付けられ、水素ガスと酸素ガスを燃焼反応させるバーナーとを有し、加熱炉本体に導入された原料を、バーナーによって発生する高温蒸気によって加熱する。このように、加熱炉本体内への外部からの空気の侵入が防止され、しかも加熱炉本体内は、水素ガスと酸素ガスによって製造された高温蒸気が充満するので、加熱炉本体内を無酸素状態にして、原料の加熱を行うことができる。また、水素ガスと酸素ガスの燃焼後の排ガスは、水又は水蒸気になるので、燃焼反応で発生する排ガスによる環境汚染を招く可能性がない。そして、水素ガスと酸素ガスの燃焼後のガスは略100%H2 Oとなるので、ガス輻射が最大となり、このガスから原料への熱効率も最大にできる。
ここで、本発明に係る加熱処理炉において、加熱炉本体には、飽和蒸気及び過熱蒸気のいずれか1又は双方からなる補助蒸気を供給可能な蒸気供給口が設けられ、全体の蒸気温度を調整して、原料を加熱することが好ましい。これにより、蒸気供給口から加熱炉本体内へ補助蒸気を供給した後は、バーナーにより、加熱炉本体内の蒸気温度を調整できるので、加熱炉本体内の温度を任意に設定できる。また、蒸気供給口から補助蒸気を供給するので、加熱炉本体内に存在する空気を短時間の間に加熱炉本体から外部へ排出できる。
【0005】
本発明に係る加熱処理炉において、バーナーは2流体ノズルからなって、水素ガスと酸素ガスが独立に噴出することが好ましい。このように、バーナーは2流体ノズルで構成され、水素ガスと酸素ガスを独立に噴出させることができるので、例えば水素ガスと酸素ガスの燃焼停止時において、バーナーの上流側への燃焼炎の移動や逆火、更には水素ガスの爆発を防止できる。
本発明に係る加熱処理炉において、バーナーにはプリミックス機構が設けられ、水素ガスと酸素ガスを混合した後に噴出することが好ましい。このように、バーナーにはプリミックス機構が設けられているので、水素ガスと酸素ガスとの混合領域をバーナーの噴出口前方に設ける必要性がなくなり、加熱炉本体の小型化を図ることができる。また、水素ガスと酸素ガスを予め混合して噴出するので、混合ガスの燃焼効率を高めることができる。
【0006】
本発明に係る加熱処理炉において、加熱炉本体はロータリーキルン及びバッチ式の熱分解炉のいずれか一方からなることが好ましい。このように、加熱炉本体がロータリーキルンで構成された場合は、原料を連続的に加熱処理でき、また加熱炉本体がバッチ式の熱分解炉で構成された場合は、大量の原料を一度に処理できる。
本発明に係る加熱処理炉において、加熱処理された原料の排出口にはスクリューコンベアが設けられ、加熱処理された原料を徐々に切り出すことが好ましい。このように、加熱後の原料をスクリューコンベアで徐々に搬送するので、加熱処理された原料を、搬送中に目的とする温度まで冷却できる。
本発明に係る加熱処理炉において、バーナーには、飽和蒸気及び過熱蒸気のいずれか1又は双方からなる補助蒸気の噴出口が設けられていることが好ましい。これにより、バーナーによって燃焼炎の生成及び蒸気の噴出を一度に行うことができるので、効率良く高温蒸気を製造できる。
【0007】
前記目的に沿う本発明に係る加熱処理方法は、周囲から区画されて外部から空気の侵入が防止された加熱炉本体内に、水素ガスと酸素ガスを燃焼反応させるバーナーを設け、加熱炉本体に導入された原料を、バーナーによって発生する高温蒸気によって加熱する。このように、加熱炉本体内への外部からの空気の侵入が防止され、しかも加熱炉本体内は、水素ガスと酸素ガスによって製造された高温蒸気が充満するので、加熱炉本体内を無酸素状態にして、原料の加熱を行うことができる。ここで、水素ガスと酸素ガスの燃焼後の排ガスは、水又は水蒸気になるので、バーナーから発生する排ガスによる環境汚染を招く可能性がない。
本発明に係る加熱処理方法において、水素ガスと酸素ガスのガス比は標準状態に換算して実質的に2対1であることが好ましい。これにより、水素ガスと酸素ガスが燃焼した後、水や水蒸気以外の副産物の発生を防止できる。
本発明に係る加熱処理方法において、加熱炉本体の内圧を大気圧より高くして、加熱炉本体内への外部からの空気の侵入を防止していることが好ましい。これにより、例えば加熱炉本体内の温度を現状より低下させた場合でも、加熱炉本体内への空気の侵入を防止できる。
【0008】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図1は本発明の第1の実施の形態に係る加熱処理炉を使用した処理設備の説明図、図2は同加熱処理炉の説明図、図3は本発明の第2の実施の形態に係る加熱処理炉の説明図である。
【0009】
図1、図2に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る加熱処理炉10は、処理設備11に設けられており、周囲から区画されて外部から空気の侵入が防止されたロータリーキルンからなる加熱炉本体12と、加熱炉本体12に取付けられ、水素ガスと酸素ガスを燃焼反応させるバーナー13とを有しており、加熱炉本体12に導入された原料(液体及び気体を除く、粘性物質及び固形物質のいずれか1又は双方であり、例えば、一般家庭、工場、料理店等で発生する生ごみ、使用済紙おむつ、燃焼時にダイオキンの発生し易い廃プラスチック及びその他のプラスチック、家畜糞や人糞、下水処理場から発生する汚泥残渣の1又は2以上からなる廃棄物)を、バーナー13によって発生する高温蒸気によって加熱するものである。以下、詳しく説明する。
【0010】
加熱処理炉10の加熱炉本体12は、全長が直径(この実施の形態では1〜2m)の4〜10倍程度であり、外側は十分に強度を有する例えば、耐熱鋼(低合金耐熱鋼、ステンレス系耐熱鋼、マルテンサイト系耐熱鋼、フェライト系耐熱鋼、オーステナイト系耐熱鋼、耐熱鋳鋼等)、耐熱合金(Fe基超耐熱合金、Ni基超耐熱合金、Co基超耐熱合金等)、インコネル、ハステロイ、セラミックス、及びこれらの複合物等の耐熱材料で構成されている。また、加熱炉本体12は、SS材(一般構造用圧延鋼)と、この内部に耐火物をライニング(内張り)した構成としてもよい。この加熱炉本体12は、外側両側に2本のタイヤ14、15及び回転駆動用のスプロケット16が設けられている円筒状の回転部17と、回転部17の両側に設けられた入口側フード18及び出口側フード19とを有し、入口側フード18及び出口側フード19で回転部17を回転自在に支持している。加熱炉本体12は、2本のタイヤ14、15に当接し、それぞれ左右に配置されたローラ20、21を介して、傾斜架台22上に配置されている。なお、回転部17の内側は耐火物や耐熱セラミックでコーティングすることも可能である。
【0011】
この傾斜架台22上には、出力軸にスプロケットが設けられた減速モータ23が配置され、しかもこのスプロケットに噛合したチェーン24が回転部17のスプロケット16に噛合している。なお、回転部の周囲に外歯車を取付け、この外歯車に噛合するピニオンを出力軸に取付けた減速モータによって加熱炉本体を回転駆動することもできる。
傾斜架台22は、補助架台25上に傾斜可能に配置され、これによって、加熱炉本体12が水平線に対して例えば0.1〜3度の範囲で出口側に下降傾斜できる構造となっている。なお、加熱炉本体12の上流側に設けられ、加熱炉本体12を下り傾斜に設けるジャッキ(図示しない)等からなる傾斜手段26は手動であってもよいし、モータ等を用いた自動であってもよい。また、加熱炉本体12の下流側の両側には、傾斜架台22を補助架台25に回動可能に取付ける軸受け27が設けられている。そして、補助架台25は、架台28上に固定されている。
【0012】
回転部17の上流側には入口側フード18が、下流側には出口側フード19がそれぞれ設けられている。この入口側フード18及び出口側フード19は前記した耐熱金属からなっており、外部が耐火物で保温されているか、又は内側に耐火材が充填又は内張りされている。なお、回転部17は回転するが、入口側フード18及び出口側フード19は架台28に支持部材29、30をそれぞれ介して固定状態となっているので、入口側フード18及び出口側フード19と回転部17との摺動部分にはグランドパッキン等のシール材が設けられ、出来る限り蒸気やガスが加熱炉本体12から外部に漏れないようになっている。また、加熱炉本体12のタイヤ14、15を除く外側部分は断熱材によって覆われているのが好ましい。
これにより、減速モータ23によって、合計4のローラ20、21の上に搭載されている回転部17を、例えば0.1〜20rpmで回転できる。
【0013】
加熱処理炉10の上流側、即ち加熱炉本体12の入口側フード18には、処理設備11の一部を構成する原料投入手段31が設けられている。この原料投入手段31は、原料を溜めるホッパー32と、ホッパー32内の原料を徐々に排出する水平配置された第1、第2のスクリューコンベア33、34とを有している。ホッパー32内には竪型のスクリューコンベア(図示しない)が設けられ、第1のスクリューコンベア33の原料投入口35に原料を落とし込み、第1のスクリューコンベア33は第2のスクリューコンベア34の原料投入口36に原料を徐々に投入している。なお、第1のスクリューコンベア33を省略し、ホッパー32から直接第2のスクリューコンベア34に原料を投入し、第2のスクリューコンベア34にて加熱炉本体12に原料を投入することもできる。
【0014】
また、加熱炉本体12の入口側フード18の上部には、加熱炉本体12の内部で発生する排ガスを排出するガス出口(排気口)37が設けられ、フランジ結合によって接続されるガス管38に排ガスを送っている。ガス管38に送られた排ガスは、下流側で過熱蒸気と接触させることで、以下の水性ガス化反応を生じさせる。
C+H2 O→CO+H2
これにより、水素と一酸化炭素を含む水性ガス(燃料ガス)が発生する。この場合、従来の水性ガスと比較して窒素が含まれていないので、極めて保有するカロリーが高い燃料を得ることができる。
【0015】
発生した水性ガスは、ガス管38を介してガスタンク(図示しない)に貯留される。また、灰が主体となる残滓は、排ガス回収装置(図示しない)によって回収される。なお、発生した水性ガス中には、多量の高温の水蒸気が含まれるので、図示しない熱交換機を介して熱を吸収することで水蒸気を水にする。これにより、残ったものは水性ガスのみとなるので、これを有効な燃料源として利用できる。なお、加熱炉本体12内で水性ガス化反応が生じる場合についても、発生した水性ガスを、ガス管38を介して前記したガスタンクに貯留し、上記した方法で処理する。
【0016】
加熱処理炉10の下流側、即ち加熱炉本体12の出口側フード19の底部には残滓の排出口39が設けられて、ロータリーバルブ(又はダンパー)40を介して外部に残滓(主として、灰)を排出できるようになっている。この排出口39の下方には、加熱された処理原料を無酸素状態で、その温度を大気中で燃えない温度(即ち、非自燃温度)まで下げて外部に排出可能な、処理設備11の一部を構成する処理物排出機構(図示しない)が設けられている。この処理物排出機構には全長が約3m(2〜5m程度が好ましい)の排出用スクリューコンベアが備えられ、加熱処理炉10によって加熱処理されて減容された処理原料を、過熱蒸気で酸素を追い出した状態で、徐々に切出して搬送し、排出される処理原料を100℃以下に降温している。このスクリューコンベアのスクリューの回転には可変速モータを使用し、処理原料の量に応じて搬送速度を決め、スクリューコンベアの搬送路を処理対象物で充填しながら、加熱処理された処理原料を送り出している。
従って、加熱炉本体12から排出された処理原料は、出口側フード19の排出口39からロータリーバルブ40を介してスクリューコンベア内に落ち込み、徐冷されながら外部に排出される。
【0017】
また、加熱炉本体12の出口側フード19には、加熱炉本体12内に飽和蒸気及び過熱蒸気のいずれか1又は双方からなる補助蒸気を供給可能な蒸気供給口41が設けられ、この蒸気供給口41に蒸気配管42が、回転部17の軸心に平行に固定状態で貫通配置されている。蒸気配管42が加熱炉本体12内に入ったところには、周囲に多数の蒸気噴出口43が設けられた蒸気噴出部44が設けられ、加熱炉本体12内に補助蒸気を噴出できる。蒸気噴出部44の長さは、実質的に回転部17の長さの0.8〜1倍程度となっている。この実施の形態においては、1本の蒸気配管42のみしか加熱炉本体12内に入っていないが、加熱炉本体内に複数本の蒸気配管を挿通させることもできる。複数本の蒸気配管を加熱炉本体内に挿通させた場合は、各蒸気配管に温度の異なる補助蒸気をそれぞれ流し、回転部17の上流側と下流側の噴出温度を変えることもできる。なお、この蒸気配管42は入口側フードを貫通して設けてもよい。
【0018】
ここで、補助蒸気として使用する飽和蒸気は、大気圧又は圧力を変えることで、100〜200℃、好ましくは100〜120℃の任意の温度に設定されている。また、補助蒸気として使用する過熱蒸気は、大気圧又は圧力を変えることで、200〜800℃、好ましくは200〜500℃の任意の温度に設定されている。ここで、補助蒸気の圧力を大気圧より高く設定する場合は、その圧力に応じて、加熱炉本体12を耐圧性の材質とすることが好ましい。
【0019】
バーナー13は、上流側から下流側へかけて内部を中央部と周辺部とに区分する管状の仕切り部を備えた2流体ノズルからなっており、中央部から水素ガスを、周辺部から酸素ガスをそれぞれ独立に噴出できるように、バーナー13に各供給管が接続されている。なお、バーナーの中央部から酸素ガスを、周辺部から水素ガスをそれぞれ独立に噴出することもできる。また、バーナー13が設けられた各供給管の下流側端部にはバルブがそれぞれ設けられ、バーナー13への水素ガス及び酸素ガスの供給及び停止をそれぞれ独立に行うことが可能な構成となっている。
【0020】
ここで、バーナーを仕切り部のある2流体ノズルで構成せず、バーナーにプリミックス(予備混合)機構を設けてもよい。このプリミックス機構によって、水素ガスと酸素ガスを混合した後に、混合ガスをバーナーから噴出することができる。
また、バーナーには別の補助蒸気の噴出口を設けることも可能である。この場合、バーナーを前記した2流体ノズルで構成し、バーナーの中央部から飽和蒸気及び過熱蒸気のいずれか1又は双方からなる補助蒸気を、周辺部から水素ガスと酸素ガスの混合ガスをそれぞれ供給する。なお、バーナーの中央部から混合ガスを、周辺部から補助蒸気をそれぞれ独立に噴出することもできる。
バーナー13の下方で、出口側フード19の内側側壁には、バーナー13の前方に向かって、例えば、電気、高周波等の着火源を有する補助バーナー45が設けられ、バーナー13に供給された水素ガスと酸素ガスの燃焼のための着火を行っている。
【0021】
バーナー13に接続された各供給管には、従来公知の方法で個別に製造した水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ供給することも、また従来公知の水の電気分解手段で製造した水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ供給することもできる。
水素ガスと酸素ガスを個別に製造する場合、水素ガスは、例えば、水又は酸と金属との反応、炭化水素又は他の有機物と蒸気との反応、炭化水素の熱分解、水と水素化カルシウム(CaH2 )との反応等によって得られたものを使用する。また、酸素ガスは、例えば、空気の液化と分留、塩素酸カリウムを少量の二酸化マンガン又は他の触媒と共に加熱、酸化第二水銀を加熱、高圧容器中の圧縮酸素等によって得られたものを使用する。
また、電気分解手段を用いた場合、2個の白金電極が設置された電解槽に、電解質である例えば、硫酸(H2 SO4 )、硝酸(HNO3 )、水酸化ナトリウム(NaOH)等が微量添加された水(希薄な水溶液)、又は添加物の無い蒸留水を供給し、得られた高純度の水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ回収して高圧容器等に貯留して使用する。
【0022】
これにより、各供給管を介してバーナー13に供給された酸素ガスと水素ガスをバーナー13の先端部からそれぞれ噴出させ、噴出して混合される混合ガスを補助バーナー45によって着火し、蒸気配管42から供給された補助蒸気を直接接触させて加熱し、高温蒸気を発生させる。なお、高温蒸気は、蒸気配管42から供給される補助蒸気の温度より高く、例えば200℃以上の温度を備えるものであり、好ましくは500〜1000℃の高温、更には1000℃を超える超高温の過熱蒸気である。なお、温度の上限は、燃焼炎を構成する酸水素炎の温度が約2800℃程度であることから、この温度までは上昇させることができると考えられる。
【0023】
続いて、本発明の第1の実施の形態に係る加熱処理炉10を使用し、加熱処理方法について説明する。
加熱炉本体12内に蒸気配管42によって前記した補助蒸気を供給した状態で、ホッパー32内に溜まった原料を、第1、第2のスクリューコンベア33、34を介して徐々に加熱炉本体12内に供給する。このとき、水素ガス及び酸素ガスは、バーナー13に接続された各供給管の各バルブをそれぞれ開状態とすることで、バーナー13へ供給される。ここで、各バルブの開閉を制御部により調整することで、バーナー13から噴出される水素ガスと酸素ガスのガス比を、標準状態(0℃、1atm)に換算して、水の生成に理論的に必要な量である実質的に2対1となるように、また水素ガスの燃焼効率を考慮して、水素ガスが前記比率より僅かに多くなるように制御する。
【0024】
バーナー13の先端部から噴出した水素ガスと酸素ガスとが混合されて混合ガスとなり、補助バーナー45によって混合ガスの着火を行って超高温の過熱蒸気である燃焼炎を生成させる。ここで、燃焼炎に対して補助蒸気を直接接触させて加熱することで、蒸気を主体とする高温の過熱蒸気を発生させると共に、加熱炉本体12内の全体の蒸気温度を調整して、加熱炉本体12に導入された原料を、バーナー13によって発生する高温蒸気によって加熱する。この高温蒸気の温度は、加熱炉本体12内への補助蒸気の供給速度や、バーナー13への酸素ガス及び水素ガスの供給量をそれぞれ調節し、燃焼炎と補助蒸気との接触時間を変えることで任意に設定できる。
加熱される原料の主体としては、その粒度が1〜20mmの範囲にある固形燃料である炭やコークス、あるいは有機物等があるが、いずれも予め乾燥機等で水分の量を、例えば20%以下(より好ましくは、10%以下)に脱水及び乾燥処理しておく。なお、原料の粒度が1mm未満の場合は、粉に近づいて取り扱いが不便となり、粒度が20mmを超えると反応に時間がかかる。
【0025】
原料が固形燃料(炭、コークス等)の場合には、回転部17の回転に伴って徐々に下流側に移動するが、移動の過程において、内部に充填されている高温蒸気に触れることによって、水性ガス化反応を起こす。これによって、水素と一酸化炭素を含む水性ガス(燃料ガス)が発生する。この場合、従来の水性ガスに比較して窒素を含まないので、極めて保有するカロリーが高い燃料が得られる。
一方、原料が有機物(木材チップ等)の場合には、回転部17の上流側で熱分解が起こり、中流域から下流側にかけて熱分解されたガス及び炭化物が高温蒸気に徐々に触れて水性ガス化反応が起こり、水性ガス(燃料ガス)が発生する。
なお、有機物の場合には、最初に有機物を熱分解させ次に水性ガス化反応を起こさせるので、全体の処理時間が長くなるが、回転部17の傾斜角度を変えることによって、原料の回転部17内の滞留時間を制御できるので、あらゆる種類の炭化物や有機物に対応できる。
【0026】
原料の加熱中は、加熱炉本体12へ供給する補助蒸気の量を多くし、加熱炉本体12の内圧を大気圧より高くして、加熱炉本体12内への外部からの空気の侵入を防止する。これにより、加熱炉本体12内への空気の侵入が防止でき、従来の水性ガスに比較して窒素を含まないので、極めて保有するカロリーが高い燃料が得られる。
なお、原料の処理が終了し、高温蒸気の発生を停止する場合には、まず、水素ガスの供給管のバルブを閉状態とし、バーナー13の先端部に生成した燃焼炎を消火すると共に、酸素ガスの供給管のバルブを閉状態として、バーナー13への酸素ガスの供給を停止する。次に、加熱炉本体12内へ供給する補助蒸気の温度を下げながら、徐々に補助蒸気の供給を停止する。
【0027】
次に、本発明の第2の実施の形態に係る加熱処理炉50について説明する。なお、補助蒸気である飽和蒸気及び過熱蒸気、水素ガス及び酸素ガスは、本発明の第1の実施の形態に係る加熱処理炉10に使用したものと同一のものを使用するため、詳しい説明を省略する。
図3に示すように、本発明の第2の実施の形態に係る加熱処理炉50は、周囲から区画されて外部から空気の侵入が防止されたバッチ式の熱分解炉からなる加熱炉本体51と、加熱炉本体51に取付けられ、水素ガスと酸素ガスを燃焼反応させるバーナー52とを有しており、加熱炉本体51に導入された原料53を、バーナー52によって発生する高温蒸気によって加熱するものである。
【0028】
加熱炉本体51は、箱状となっており、前記した加熱炉本体12と同様の材質で構成されている。この加熱炉本体51の内部には、台座54が配置されており、この台座54の上に加熱を行う原料53を載置できる。なお、加熱炉本体51内に台座54を設けることなく、加熱炉本体51内にそのまま原料53を配置することも可能である。
この加熱炉本体51の下側側壁には、前記したバーナー13と略同様のバーナー52が設けられており、このバーナー52の中央部に水素ガス、周辺部に酸素ガスをそれぞれ供給し、バーナー52によって発生する高温蒸気によって原料53の加熱、即ち乾燥又は燃焼を行うことができる。
【0029】
このバーナー52の前方で、加熱炉本体51の内側底部には、例えば、電気、高周波等の着火源を有する補助バーナー55が設けられ、バーナー52に供給された水素ガスと酸素ガスの燃焼のための着火を行っている。
加熱炉本体51の上部には、加熱炉本体51の内部で発生する排ガスを排出するガス出口(排気口)56が設けられ、バルブ57を介してガス管58に排ガスを送っている。なお、ガス管58に送られた排ガスは、前記した方法と同様の方法を用いて水性ガス化反応を生じさせ、得られた水性ガスを有効な燃料源として利用する。
【0030】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の加熱処理炉及び加熱処理方法を構成する場合にも本発明は適用される。
前記第1の実施の形態においては、加熱炉本体に蒸気供給口を設け、加熱炉本体内に補助蒸気を供給した場合について説明した。しかし、加熱炉本体に蒸気供給口を設けることなく、バーナーによって水素ガスと酸素ガスを燃焼させることで発生する蒸気のみを利用し、加熱炉本体内の原料を加熱することも勿論可能である。
【0031】
また、第2の実施の形態においては、加熱炉本体に蒸気供給口を設けることなく、バーナーによって水素ガスと酸素ガスを燃焼させることで発生する蒸気のみを利用し、加熱炉本体内の原料を加熱した場合について説明した。しかし、加熱炉本体に蒸気供給口を設け、加熱炉本体内に補助蒸気を供給することも勿論可能である。
そして、前記実施の形態の加熱処理炉は、工場等で用いる各種の有機物又は無機物からなる原料や製品の乾燥又は熱分解にも適用できる。
【0032】
【発明の効果】
請求項1〜7記載の加熱処理炉、及び請求項8〜10記載の加熱処理方法においては、加熱炉本体内への外部からの空気の侵入が防止され、しかも加熱炉本体内は、水素ガスと酸素ガスによって製造された高温蒸気が充満するので、加熱炉本体内を無酸素状態にして、原料の加熱を行うことができる。このように、原料の加熱に、水素ガスと酸素ガスを用いるので、従来のように、例えば、LPG、灯油、重油等を使用する場合とは異なり、水蒸気以外の二酸化炭素等の副産物の生成を防止できる。このため、燃料から発生する排ガスを回収することなく、加熱を行う原料中から発生する排ガスのみを回収すればよいので、排ガス回収装置を小型化できる。
また、水素ガスと酸素ガスを用いることで、加熱炉本体内の温度を従来よりも更に高めることができるので、加熱炉本体の能力を高めることができる。
そして、加熱炉本体内は無酸素状態となっているので、加熱炉本体内に窒素が残存せず、燃焼反応時における窒素酸化物の発生を防止でき、環境問題を招く可能性を大幅に低減できる。
更に、水素ガスと酸素ガスの燃焼後のガスは略100%H2 Oとなるので、ガス輻射が最大となり、このガスから原料への熱効率も最大にでき、経済的に原料を加熱処理できる。
【0033】
特に、請求項2記載の加熱処理炉においては、蒸気供給口から加熱炉本体内へ補助蒸気を供給した後は、バーナーにより、加熱炉本体内の蒸気温度を調整できるので、加熱炉本体内の温度を任意に設定できる。従って、原料を目的とする状態まで容易に加熱処理できる。
また、蒸気供給口から補助蒸気を供給するので、加熱炉本体内に存在する空気を短時間の間に加熱炉本体から外部へ排出できる。従って、原料の加熱処理の準備に要する時間を短縮できるので、作業性が良好である。
請求項3記載の加熱処理炉においては、バーナーは2流体ノズルで構成され、水素ガスと酸素ガスを独立に噴出させることができるので、例えば水素ガスと酸素ガスの燃焼停止時において、バーナーの上流側への燃焼炎の移動や逆火、更には水素ガスの爆発を防止できる。従って、原料の加熱処理を安全に行うことができるので、作業性が良好である。
請求項4記載の加熱処理炉においては、バーナーにはプリミックス機構が設けられているので、水素ガスと酸素ガスとの混合領域をバーナーの噴出口前方に設ける必要性がなくなり、加熱炉本体の小型化を図ることができる。これにより、加熱処理炉の設置場所の省スペース化を図ることができる。
また、水素ガスと酸素ガスを予め混合して噴出するので、混合ガスの燃焼効率を高めることができる。これにより、経済的であると共に、均一な温度分布を有する燃焼炎を形成できるので、均一な温度を備えた高温蒸気を製造できる。
【0034】
請求項5記載の加熱処理炉においては、加熱炉本体がロータリーキルンで構成された場合は、原料を連続的に加熱処理でき、また加熱炉本体がバッチ式の熱分解炉で構成された場合は、大量の原料を一度に処理できる。このように、原料の処理方法に応じて原料を加熱処理できるので、作業性が良好になる。
請求項6記載の加熱処理炉においては、加熱後の原料をスクリューコンベアで徐々に搬送するので、加熱処理された原料を、搬送中に目的とする温度まで冷却できる。従って、加熱処理後の原料の取扱いが容易になり、作業性が良好になる。請求項7記載の加熱処理炉においては、バーナーによって燃焼炎の生成及び蒸気の噴出を一度に行うことができるので、効率良く高温蒸気を製造できる。従って、経済的であると共に、加熱処理炉の構造を簡易にできるので、加熱処理炉を小型化できる。
【0035】
請求項8〜10記載の加熱処理方法においては、簡単な方法で原料の加熱を行うことができるので、作業性が良好である。
特に、請求項9記載の加熱処理方法においては、水素ガスと酸素ガスが燃焼した後、水や水蒸気以外の副産物の発生を防止できるので、例えば、窒素の酸化物等の副産物によって環境汚染を招く可能性がない。
請求項10記載の加熱処理方法においては、例えば加熱炉本体内の温度を現状より低下させた場合でも、加熱炉本体内への空気の侵入を防止できる。従って、原料の加熱を無酸素状態で行うことができるので、加熱炉本体内に窒素が残存せず、燃焼反応時における窒素酸化物の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る加熱処理炉を使用した処理設備の説明図である。
【図2】同加熱処理炉の説明図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る加熱処理炉の説明図である。
【符号の説明】
10:加熱処理炉、11:処理設備、12:加熱炉本体、13:バーナー、14、15:タイヤ、16:スプロケット、17:回転部、18:入口側フード、19:出口側フード、20、21:ローラ、22:傾斜架台、23:減速モータ、24:チェーン、25:補助架台、26:傾斜手段、27:軸受け、28:架台、29、30:支持部材、31:原料投入手段、32:ホッパー、33:第1のスクリューコンベア、34:第2のスクリューコンベア、35、36:原料投入口、37:ガス出口、38:ガス管、39:排出口、40:ロータリーバルブ、41:蒸気供給口、42:蒸気配管、43:蒸気噴出口、44:蒸気噴出部、45:補助バーナー、50:加熱処理炉、51:加熱炉本体、52:バーナー、53:原料、54:台座、55:補助バーナー、56:ガス出口、57:バルブ、58:ガス管
Claims (10)
- 周囲から区画されて外部から空気の侵入が防止された加熱炉本体と、該加熱炉本体に取付けられ、水素ガスと酸素ガスを燃焼反応させるバーナーとを有し、
前記加熱炉本体に導入された原料を、前記バーナーによって発生する高温蒸気によって加熱することを特徴とする加熱処理炉。 - 請求項1記載の加熱処理炉において、前記加熱炉本体には、飽和蒸気及び過熱蒸気のいずれか1又は双方からなる補助蒸気を供給可能な蒸気供給口が設けられ、全体の蒸気温度を調整して、前記原料を加熱することを特徴とする加熱処理炉。
- 請求項1及び2のいずれか1項に記載の加熱処理炉において、前記バーナーは2流体ノズルからなって、水素ガスと酸素ガスが独立に噴出することを特徴とする加熱処理炉。
- 請求項1及び2のいずれか1項に記載の加熱処理炉において、前記バーナーにはプリミックス機構が設けられ、水素ガスと酸素ガスを混合した後に噴出することを特徴とする加熱処理炉。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の加熱処理炉において、前記加熱炉本体はロータリーキルン及びバッチ式の熱分解炉のいずれか一方からなることを特徴とする加熱処理炉。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の加熱処理炉において、加熱処理された前記原料の排出口にはスクリューコンベアが設けられ、加熱処理された前記原料を徐々に切り出すことを特徴とする加熱処理炉。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の加熱処理炉において、前記バーナーには、飽和蒸気及び過熱蒸気のいずれか1又は双方からなる補助蒸気の噴出口が設けられていることを特徴とする加熱処理炉。
- 周囲から区画されて外部から空気の侵入が防止された加熱炉本体内に、水素ガスと酸素ガスを燃焼反応させるバーナーを設け、前記加熱炉本体に導入された原料を、前記バーナーによって発生する高温蒸気によって加熱することを特徴とする加熱処理方法。
- 請求項8記載の加熱処理方法において、水素ガスと酸素ガスのガス比は標準状態に換算して実質的に2対1であることを特徴とする加熱処理方法。
- 請求項8及び9のいずれか1項に記載の加熱処理方法において、前記加熱炉本体の内圧を大気圧より高くして、前記加熱炉本体内への外部からの空気の侵入を防止していることを特徴とする加熱処理方法。
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---|---|---|---|
JP2002184442A JP2004028428A (ja) | 2002-06-25 | 2002-06-25 | 加熱処理炉及び加熱処理方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002184442A JP2004028428A (ja) | 2002-06-25 | 2002-06-25 | 加熱処理炉及び加熱処理方法 |
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JP2004028428A true JP2004028428A (ja) | 2004-01-29 |
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JP (1) | JP2004028428A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9179028B2 (en) | 2012-09-17 | 2015-11-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image forming apparatus to reduce power consumption, host apparatus, and method of performing image forming job thereof |
-
2002
- 2002-06-25 JP JP2002184442A patent/JP2004028428A/ja active Pending
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US9179028B2 (en) | 2012-09-17 | 2015-11-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image forming apparatus to reduce power consumption, host apparatus, and method of performing image forming job thereof |
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