JP2004340448A

JP2004340448A - 外熱式ロータリキルンおよびその操業方法

Info

Publication number: JP2004340448A
Application number: JP2003136400A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kato; 哲也加藤
Original assignee: Takasago Industry Co Ltd
Current assignee: Takasago Industry Co Ltd
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】従来の外熱式ロータリキルンでは、例えば、鶏糞のように水分が多く粘度の高い被加熱物を加熱処理する場合などでは、シェルの回転による被加熱物の攪拌のみでは、被加熱物がシェルの内壁に焼き付いたり、部分的に炭化したり、あるいは個々の被加熱物が合体して塊状となって均一な加熱処理が施されない、などという品質的なバラツキの生じることがあった。本発明の課題は、被処理物の品質を安定化させるとともに、その処理効率をさらに向上させる外熱式ロータリキルンとその操業方法とを提供することである。
【解決手段】被加熱物を加熱処理するシェル内に被処理物を攪拌する攪拌羽根１を設置する。攪拌羽根１はシェルの回転方向と逆方向に２〜８ｒｐｍで回転することが望ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外熱式ロータリキルンとその運転方法に関する。より詳しくは、被処理物に乾燥や炭化などの熱処理を施す攪拌羽根を有する外熱式ロータリキルンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロータリキルンは、回転する円筒形シェル内に供給した被処理物を加熱などすることにより、その被処理物に対し乾燥や焼成、乾留といった種々の熱処理を施す装置である。シェルは、水平よりやや傾斜した状態に設けられているため、被処理物は、シェルの回転につれてその内部を順次軸線方向に移動して所望の加熱処理を施される。
【０００３】
このような外熱式ロータリキルンには、直接加熱式のものとは異なるいくつかの利点がある。すなわち、火炎や熱風が被処理物に直接当ることによる温度ムラがほとんど生じないので、被処理物に均一な熱処理を施すことができる。また、被処理物の加熱処理雰囲気を、加熱手段や燃焼ガスの種類にかかわらず自由に決めることができる、などといった点である。
【０００４】
しかし、このような外熱式ロータリキルンは、シェルからの伝導熱だけで被処理物の加熱処理を行うものであるので、直接加熱式に比べて熱効率が低いという問題があった。そこで、可燃性物質を混有しており、且つ加熱によって可燃性ガスを発生する被処理物では、発生ガスを燃焼室に導入して燃焼し、燃料の一部をこの発生ガスで補うことができるようにした外熱式ロータリキルンが提案されている。すなわち、シェルの周壁の適宜位置に周壁を貫通して適当数の排気筒を配設し、シェル内部で発生した発生ガスをこの排気筒を介して加熱室へ導入しようとするものである。（特許文献１参照）。
【０００５】
また、上記の構成の外熱式ロータリキルンにおいて、加熱処理により臭気を発生するような被加熱物の場合には、シェル内で発生した臭気や煤を含むガスなどは加熱室でバーナによって燃焼して無害化することができる。さらに、ダイオキシンの発生などを抑制するために、発生ガスを８００℃以上の温度で２秒以上滞留させるため、加熱室に連通した燃焼室を設けた構成の外熱式ロータリキルンが知られている。（特許文献２参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５８−１２４１９２号公報
【特許文献２】
特開平１１−３０４３６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えば、鶏糞のように水分が多く粘度の高い被加熱物を加熱処理する場合などでは、シェルの回転による被加熱物の攪拌のみでは、被加熱物がシェルの内壁に焼き付いたり、部分的に炭化したり、あるいは個々の被加熱物が合体して塊状となって均一な加熱処理が施されない、などという品質的なバラツキの生じることがあった。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、被処理物の品質を安定化させるとともに、その処理効率をさらに向上させる外熱式ロータリキルンとその操業方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題を解決するためにシェル内へ供給された被処理物にシェルの回転による攪拌のみでなく強制的な攪拌を加えることで被処理物の品質安定化と処理効率を向上さることに着目して本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明の外熱式ロータリキルンは、上方の加熱室と下方の燃焼室とに通孔を設けた隔壁により区画された加熱炉本体と、加熱室を貫通して一端に被処理物の供給口を、他端に被処理物を排出する排出口を有し、かつ、周壁には内部で発生したガスを加熱室に排出する排気筒を設け、軸線周りに回転するシェルと、からなる外熱式ロータリキルンにおいて、シェルの内部に被処理物を攪拌する攪拌手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
攪拌手段はシェルの軸心に平行な回転軸を有する攪拌羽根からなり、この攪拌羽根の外径は、シェルの内径をＤとして０．３〜０．７Ｄであることが望ましい。
【００１１】
また、シェルの少なくとも加熱室に対応する外側部に断熱層を設け、加熱室からのシェル内部への熱の伝達を抑制することができる。
【００１２】
なお、排気筒のシェルの円心方向に突出した部分の長さはシェルの内径の１／３未満であることが好ましい。
【００１３】
本発明の外熱式ロータリキルンの操業方法は、通孔を設けた隔壁により加熱室と燃焼室とに区画された加熱炉本体と、加熱室を貫通して一端に被処理物の供給口を、他端に被処理物を排出する排出口を有し、かつ、周壁には内部で発生したガスを該加熱室に排出する排気筒を設け軸線周りに回転するシェルとからなる外熱式ロータリキルンの、供給口から被加熱物を供給し、シェル内で被処理物を加熱処理して排出口から排出する外熱式ロータリキルンの操業方法であって、被処理物をシェルの内部に設けた攪拌手段により攪拌することを特徴とする。
【００１４】
このような攪拌手段は攪拌羽根からなり、この攪拌羽根の回転方向はシェルの回転方向と逆方向で、また、攪拌羽根の回転数が２〜８ｒｐｍであることが望ましい。
【００１５】
このように、従来のシェルの回転による被加熱物の攪拌に加えて、シェル内に設置した攪拌羽根でさらに被加熱物を攪拌することにより、被加熱物がシェル内壁へ焼き付くことを防止するとともに、被加熱物の加熱温度のバラツキをより小さくすることができるので、加熱後の被加熱物の品質を一層均一化することができる。併せて加熱処理の処理効率を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係わる外熱式ロータリキルンの一実施の形態の要部構成を示す縦断面模式図である。１０は加熱炉本体で、加熱室１１と二次燃焼室１２とは通孔１５を有する隔壁１６によって区画されてり、加熱室１１の長手方向に円筒状のシェル１３が貫通配置されている。
【００１７】
シェル１３は、加熱室１１を貫通して突出する両端部外周に環状のタイヤ１４がそれぞれ固設され、受けコロ１７上にタイヤ１４を当接させることにより回転自在に、且つ、供給側より排出側を僅かに（１／１００〜２／１００程度）低くするように傾斜を持たせて支持されている。また、シェル１３の一方の端部には、被処理物を供給する供給装置１８と供給口フード１９とが配置され、他方の端部には被処理物を回収するシュートを兼ねたフード２０が配置されている。なお、シェル１３は、図示しない駆動手段によって緩やかに回転するようになっている。
【００１８】
シェル１３の周壁には、被処理物を加熱することにより発生する水蒸気や乾留ガスなどの発生ガスを、加熱室１１へ導出する複数の排気筒２１が設けられている。排気筒２１はシェル１３の円心方向に突出して付設されているが、ここで、シェル１３の内周面からの突出長さは、シェルの内径をＤとして１／３Ｄ未満であることが望ましい。排気筒の突出長さが１／３Ｄ以上では、被処理物の攪拌手段を設置する妨げとなることがあり適当ではない。また、排気筒２１の長さが余り短くても被処理物が排気筒からシェル外へ脱落することがあるので、排気筒の突出長さは被処理物の形状や攪拌条件などを勘案して適宜選択することが望ましい。
【００１９】
加熱室１１の内部には、その壁部下方にガスまたは重油などを燃焼源とする適当数のバーナ２２が設けられている。加熱室１１と燃焼室１２とを区画する耐火物などからなる隔壁１６には通孔１５が開口しており、シェル１３内で発生した発生ガスとバーナの燃焼ガスとはこの通孔１５を通過して燃焼室１２へ流入することができる。
【００２０】
燃焼室１２には加熱室と同様のバーナ２２が適宜数配設されており、通孔１５から流入したガスをさらに燃焼して無害化することができる。燃焼室１２は煙道２３に連通しており、この煙道２３を介して図示しない煙突から燃焼ガスを排出することができる。このように、排気筒２１と通孔１５とを介して、シェル１３の内部と加熱室１１と燃焼室１２とは煙道２３に連通しているので、内圧はシェル１３内が最も高く、加熱室１１、燃焼室１２の順に低くなる。
【００２１】
本発明は、以上のように構成した外熱式ロータリキルンにおいて、シェル１３内にシェル１３の軸心線に平行な回転軸を有する攪拌羽根を配設したものである。
【００２２】
攪拌羽根１は、板状の羽根部２と回転軸３とからなり、羽根部２は回転軸３の軸心方向に直角に適宜枚数立設されている。また、回転軸３はシェル１３の軸心線と平行にシェル１３を貫通して、シェル１３の両側外部に設けた図示しない軸受けでモータなどの駆動手段によって回転自在に支持されている。
【００２３】
図１のＡ−Ａ断面の要部を模式的に図２に示す。なお、図１と同一部分は同一符号とし説明は省略する。図２に示すように、攪拌羽根１の羽根部２は、羽根の板面を回転軸３の軸心線方向と略平行方向とし、被処理物を排出側へ送る送り機能はほとんど有さずに、被処理物を攪拌する機能のみを有したものであることが望ましい。これは、被処理物の送り速度は、シェル１３の傾きの大きさと回転速度で調整することが好ましいからである。平板状の羽根部の場合、板面は回転軸の軸心線方向に対して−１０゜〜＋５゜、特に−３゜〜＋１゜の範囲にあることが好ましい。ここで、板面の角度は送り機能を有するものをプラス、戻り機能を有するものをマイナスで表すこととする。なお、羽根部２はこのような平板形状に限定されることなく、回転方向に対して凹面形状、あるいは、くの字形状などとすることもできる。
【００２４】
また、攪拌羽根１は、被処理物を攪拌できるようにシェル１３内の適宜位置に設置できるが、攪拌羽根１の回転径は、シェル１３の内径をＤとして０．３〜０．７Ｄであることが好ましい。回転径が０．３Ｄ未満で０．７Ｄを越えると回転軸が排気筒と干渉することがあり好ましくない。
【００２５】
なお、攪拌羽根の材質は特に限定されないが、耐熱性を有するステンレス鋼やセラミックスなどを好適に使用することができる。また、羽根部２の形状なども本態様に限定されるものではなく、本発明の主旨を満たすものであれば種々の変形は可能である。
【００２６】
ところで、被処理物の処理が乾燥処理のように比較的低温で施される場合に、被処理物から発生する臭気などを無害化するために加熱室温度を高温とすると、シェルの周壁近傍の被処理物が過熱して変質したり、シェル内の温度調整が困難となる場合がある。このような処理条件においては、シェルの外側面に断熱性を有する耐火性のセラミックスファイバで断熱層を形成することが望ましい。断熱層を設ける面積や断熱層の厚さなどは、被処理物の種類や形状あるい処理条件などによって適宜選択することができる。断熱層は加熱室内に対応するシェル外側面の全面に設けてもよいが、部分的に設置することもできる。部分的に設置する場合には、シェルの排出口側から供給口側に向かって所望の範囲設けることが好ましい。これは、供給口側では被処理物は多量の水分を含んでいるためにシェルの表面温度が高くても被処理物が過熱することがないが、排出口側では乾燥が進んで水分含有量が低下し、被処理物に着火することがあるからである。
【００２７】
以上の構成からなる外熱式ロータリキルンの操業方法は、まず、バーナ２２によって加熱室１１および必要に応じて燃焼室１２を所定の温度にまで加熱した後、被処理物を供給装置１８によってシェル１３内部へ供給する。供給された被処理物はシェル１３の回転と攪拌羽根１によって十分に攪拌され、加熱されながら排出口側へ移動し、加熱室から突出したシェル１３の内部でシェル１３の表面から逃げる放熱によって冷却され、排出シュートを兼ねた排出部フード２０内に排出され炉外へ取り出される。
【００２８】
ここで、加熱処理が被処理物を乾燥させる乾燥処理の場合には、被処理物はシェル内１３で加熱されることにより主として水蒸気を発生し、また、焼却処理、あるいは乾留処理の場合には、水蒸気とともに燃焼ガスや乾留ガスを発生する。
シェル１３の内部で発生したこれらの水蒸気や発生ガスは、シェル１３の周壁に付設された排気筒２１を介して加熱室１１へ導出され、さらに隔壁１６の通孔１５を通過して燃焼室１２へ流入して煙道２３から煙突へ排出される。また、被処理物が加熱によって臭気や煤などを発生する場合も、臭気や煤は水蒸気や発生ガスとともに加熱室へ導出される。
【００２９】
例えば、粘度の乾燥処理や黒曜石の発砲か熱処理のように、被加熱物の発生ガスに臭気や可燃ガス、あるいは煤などが含まれない加熱処理の場合には、発生ガスは燃焼室を通過して煙道２３を通って煙突へ排出し、燃焼室でのバーナによる加熱は行わなくてもよいい。
【００３０】
また、木屑やペーパースラッジの乾留処理のように、被加熱物の発生ガスに可燃ガスは含まれるが、臭気や煤などは含まれない加熱処理の場合には、加熱室で導出された可燃ガスを燃焼させるのに見合う空気を吹き込んでバーナを燃焼させる。このように可燃ガスを加熱室で完全に燃焼させることができるのでバーナの燃焼に要する燃料を節約することができる。この場合も燃焼室でのバーナによる燃焼は不要である。
【００３１】
しかし、鶏糞などの畜糞の乾留処理のように、被加熱物の発生ガスに臭気や煤などが含まれる加熱処理の場合には、燃焼室での二次燃焼が必要となることがある。加熱室のバーナ加熱によってこれらの一部は燃焼されるが、完全に燃焼させて無害化するには８００℃以上の温度で２秒以上滞留させる必要があるからである。この場合には、燃焼室をバーナで８００℃以上に加熱して発生ガスを完全に無害化してから排出する。なお、加熱室および燃焼室の温度は温度制御装置によって所定の温度に保持するとよい。
【００３２】
以上のような外熱式ロータリキルンの操業方法に加えて、本発明の外熱式ロータリキルンにおいては、シェル１３内に設けた攪拌羽根を効果的に稼働することにより、被加熱物の品質の安定化と、処理効率の向上とを図ることができる。
【００３３】
すなわち、攪拌羽根１の回転方向をシェルの回転方向の逆方向として、被処理物がシェルの内壁に焼き付いたり、被加熱物が塊状に合体することを防止する。
また、被処理物の種類や処理条件にもよるが、その回転数は概ね２〜８ｒｐｍであることが好ましい。回転数が２ｒｐｍ未満では、攪拌羽根による攪拌の効果が認められない。一方、８ｒｐｍを越えると被加熱物の形状を毀損したり、粉塵の発生を招くおそれがあるので適当ではない。例えば、鶏糞などの畜糞や粘度などの乾燥処理では、回転数は３〜５ｒｐｍであることが望ましく、鶏糞などの畜糞の乾留処理では、５〜７ｒｐｍ程度が好ましい。
【００３４】
【実験例】
以下に、本発明の外熱式ロータリキルンを使用して被加熱物の加熱処理を行った実験例を示す。
（実験例１）
図１の外熱式ロータリキルン（シェル内径：０．３ｍ、シェルの加熱炉内相当長さ：２．５３ｍ、シェルの傾き：２／１００）を使用して、鶏糞の炭化処理試験を行った。別の乾燥炉で水分を４０％に調整した鶏糞を、３５ｋｇ／時間の割合で上記のロータリキルンに供給した。なお、シェルの回転数は２．５ｒｐｍとし、鶏糞のシェル内通過時間は２０分であった。また、バーナを自動制御して加熱室温度を８００℃、燃焼室温度を８５０℃とした。攪拌羽根は外径１５０ｍｍ×幅２０ｍｍ、４枚／箇所を、適宜の間隔で攪拌軸の１４箇所に配設したものであった。なお、攪拌羽根の羽根部の板面は回転軸に対して平行とし、攪拌羽根はシェルの回転方向に対して反対方向に６ｒｐｍで回転した。
【００３５】
攪拌羽根を設置しない場合には、鶏糞の供給速度が２６ｋｇ／時間を越えると未炭化のものがかなり認められたが、本発明の方法では供給速度が３５ｋｇ／時間でも完全に炭化できた。
【００３６】
また、加熱室と燃焼室とで排出ガスを完全に燃焼させることができたので、排出ガスには臭気も煤も認められなかった。
（実験例２）
実験例１と同様の外熱式ロータリキルンを使用して鶏糞の乾燥試験を行った。この実験では乾燥処理後の鶏糞の水分含有量１０％を目標とした。
【００３７】
別の乾燥炉で水分を４０％に調整した鶏糞を４５ｋｇ／時間の割合でキルンに供給した。なお、シェルの回転数は、４ｒｐｍとし、鶏糞のシェル内通過時間は２０分であった。また、バーナを自動制御して加熱室温度を４００℃、燃焼室温度を８５０℃とした。攪拌羽根は実験例１と同様のものとし、シェルの回転とは反対方向に４ｒｐｍで回転した。
【００３８】
攪拌羽根を設置しない場合には、鶏糞の供給速度が３５ｋｇ／時間を越えると含水量を１０％未満とすることができなかったが、本発明の方法では供給速度が４５ｋｇ／時間でも平均含水量が１０％の均一な乾燥鶏糞が得られた。
【００３９】
また、燃焼室温度を８５０℃としたので排出ガスを完全に燃焼させることができ、排出ガスには臭気も煤も認められなかった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の外熱式ロータリキルンでは、被加熱物を加熱処理するシェル内に攪拌羽根を設けたので、被処理物がシェルの内壁に焼き付いたり、塊状に合体し足りすることが防止でき、被加熱物の加熱温度のバラツキを小さくすることができる。従って、加熱処理された被加熱物の品質を均一化できるとともに、その処理効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の外熱式ロータリキルンの要部構成を示す断面模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面模式図である。
【符号の説明】
１：攪拌羽根２：羽根部３：回転軸１１：加熱室１２：燃焼室１３：シェル１５：通孔１６：隔壁２１：排気筒２２：バーナ２３：煙道

Claims

通孔を設けた隔壁により加熱室と燃焼室とに区画された加熱炉本体と、
前記加熱室を貫通して一端に被処理物の供給口を、他端に被処理物を排出する排出口を有し、かつ、周壁には内部で発生したガスを該加熱室に排出する排気筒を設け軸線周りに回転するシェルと、からなる外熱式ロータリキルンにおいて、前記シェルの内部に前記被処理物を攪拌する攪拌手段を設けたことを特徴とする外熱式ロータリキルン。
前記攪拌手段は前記シェルの軸心に平行な回転軸を有する攪拌羽根からなる請求項１に記載の外熱式ロータリキルン。
前記シェルの内径をＤとして前記攪拌羽根の外径が０．３〜０．７Ｄである請求項２に記載の外熱式ロータリキルン。
前記排気筒の前記シェルの円心方向に突出した部分の長さは該シェルの内径の１／３未満である請求項１〜３のいずれかに記載の外熱式ロータリキルン。
前記シェルの少なくとも前記加熱室に対応する外側部に断熱層を設けた請求項１〜４のいずれかに記載の外熱式ロータリキルン。
通孔を設けた隔壁により加熱室と燃焼室とに区画された加熱炉本体と、前記加熱室を貫通して一端に被処理物の供給口を、他端に被処理物を排出する排出口を有し周壁には内部で発生したガスを該加熱室に排出する排気筒を設け軸線周りに回転するシェルとからなる外熱式ロータリキルンの前記供給口から前記被加熱物を供給し、前記シェル内で該被処理物を加熱処理して前記排出口から排出する外熱式ロータリキルンの操業方法であって、
前記被処理物を前記シェルの内部に設けた攪拌手段により攪拌することを特徴とする外熱式ロータリキルンの操業方法。
前記攪拌手段は攪拌羽根からなり、該攪拌羽根の回転方向は前記シェルの回転方向と逆方向で該攪拌羽根の回転数が２〜８ｒｐｍである請求項６に記載の外熱式ロータリキルンの操業方法。