JP2005003216A

JP2005003216A - 加熱炉

Info

Publication number: JP2005003216A
Application number: JP2003163740A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Fukumoto; 健一福本; Keiichi Kumakawa; 圭一熊川
Original assignee: KUMAGAWA KK; Kumagawa Co Ltd
Current assignee: KUMAGAWA KK; Kumagawa Co Ltd
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】粒径の小さな処理物を加熱した際に生じる種々の問題を解決した加熱炉を提供すること。
【解決手段】粒径の小さな処理物を加熱する加熱炉を前提としている。このような加熱炉１０において、炉体より径の小さい炉心管１２を備え、この炉心管の天辺部から上記処理物を連続的に充填した状態で加熱する。そして、この加熱によって発生したガスを炉心管と炉体との間隙部を通じて外部へ排出する構造とした。このようにすれば、処理物から発生するガス量が少ないので、飛灰の発生も少ない。また、炉体に導入する空気の量を必要に応じて調整することができるようにすれば、炭化を通り過ぎて灰化してしまうという問題も生じない。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒径の小さな処理物を加熱する加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃棄物を取り巻く環境も変わり、「再生資源の利用の促進に関する法律」に引き続いて、１９９５年６月には「容器包装に係わる分別収集及び再商品化の促進等に関する法律（容器包装リサイクル法）」が公布された。また、従来は安定型とされていた廃棄物も、管理型の廃棄物に変更されて、安易に埋め立て処理が許されなくなった。
【０００３】
このような生活環境の変化に伴い、廃棄物をできるだけ再利用しようとする多くの試みがなされている。その内の一つとして、廃棄物のうち、木片・プラスチック片・植物残さなどの有機物片から炭化物を造る炭化炉の開発が行なわれ、多くの炭化炉が提案されている（特許文献１参照）。このような炭化炉によると、建築廃材などを微細化して加熱することで炭化原料を製造することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３０９２６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の炭化炉によって微細化した木粉を加熱すると、飛灰が多く発生するという問題や、炭化を通り過ぎて灰化してしまうという問題などがあった。このような問題は、製材時に発生するおが屑や、元来小さな粒径の植物残さなど、粒径の小さな処理物に共通の問題であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に基づいて提案されたものであって、粒径の小さな処理物を加熱した際に生じる種々の問題を解決した加熱炉を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の手段を採用している。
【０００８】
すなわち、本発明は、粒径の小さな処理物を加熱する加熱炉を前提としている。このような加熱炉において、炉体より径の小さい炉心管を備え、この炉心管の天辺部から上記処理物を連続的に充填した状態で加熱する。そして、この加熱によって発生したガスを炉心管と炉体との間隙部を通じて外部へ排出する構造とした。
【０００９】
このようにすれば、処理物から発生するガス量が少ないので、飛灰の発生も少ない。また、炉体に導入する空気の量を必要に応じて調整することができるようにすれば、炭化を通り過ぎて灰化してしまうという問題も生じない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって詳細に説明する。
【００１１】
図１（ａ）は、本発明を適用した加熱炉１０の概略構成図であり、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。この図１に示すように、本加熱炉１０では、耐火材で囲まれた縦軸筒状の炉体１３内の上部に縦軸筒状の炉心管１２を配設した。この炉心管１２の材質としては、気密性を有するために、例えば耐熱性金属やセラミック材を採用することが好ましい。
【００１２】
炉心管１２の径は炉体１３の径より小さく形成されており、また、この炉心管１２と炉体１３との間隙部には、外部に通じるダクト１７が形成されている。このダクト１７は、直管に限ることはなく、異径管や蛇腹管のように断面積が変化する管を採用することもできる。
【００１３】
炉心管１２の天辺部には、粒径の小さな処理物（例えば木粉）を連続的に投入するための投入口１１が形成されている。この投入口１１は開閉自在となっており、処理物を投入するとき以外は閉じた状態となっている。
【００１４】
炉体１３の底部には、加熱された処理物（例えば炭や灰）を必要に応じて所定の温度まで冷却する冷却ゾーン１５が形成されており、また、この冷却ゾーン１５を経由した処理物を図示しないタンクへ排出するための排出部１６が形成されている。この排出部１６も上記投入口１１と同様に開閉自在となっており、処理物をタンクへ排出するとき以外は閉じた状態となっている。
【００１５】
また、炉体１３の側面には、炉心管１２と炉体１３との間隙部に設けた上部導入部１４ａと上記炉心管１２より下方に設けた下部導入部１４ｂを備えており、燃焼用ガスとエアーが導入されるようになっている。
【００１６】
ここで、炉体１３の底から炉心管１２の上面まで処理物を充填し、上部導入部１４ａ、及び、下部導入部１４ｂから燃焼用ガスとエアーを導入して点火する。これによって、炉内に充填された処理物が還元雰囲気下で加熱されることになり、この加熱によって発生した可燃性ガスが炉心管１２と炉体１３との間隙部に流れることになる。
【００１７】
以下、図２を用いて、炉内で発生したガスの流れを詳細に説明する。なお、以下の説明では、炉心管１２より下方の空間を直接加熱部、炉心管１２より上方の空間（すなわち、炉心管１２の内部）を間接加熱部と呼ぶ場合がある。
【００１８】
まず、間接加熱部の最上部は一定温度以上まで上がらないので、ここでは主に水蒸気が発生する。このように発生したガスは、図２中の符号▲１▼に示すように上方に流れることになるが、この最上部は上記したように密閉構造となっているので一定時間が経過すると下方へ流れ出す。
【００１９】
その下層で発生したガスは、図２中の符号▲２▼に示すように、一定時間が経過した後（すなわち、上記最上部がガスで充満した後）は、この最上部で発生したガスに押しやられて下方へ流れる。さらにその下層では、図２中の符号▲３▼に示すように、明らかに下方へのガス流が発生することになり、ここでは上方へのガス流は殆どなくなる。
【００２０】
間接加熱部の最下部までくると、図２中の符号▲４▼に示すように、すべてのガスが下方へ流れることになり、その流速も大きくなる。このように下方へ流れたガスは、図２中の符号▲５▼に示すように、圧の低い間隙部へ流れる。また、上記したように直接加熱部の底部は密閉構造となっているので、この直接加熱部で発生したガスも、図２中の符号▲６▼に示すように、圧の低い間隙部へ流れる。
【００２１】
このように、間隙部に流れたガスは、間隙部に備えた上部導入部１４ａにおいて、エアーと混合されて燃焼され、炉心管１２を加熱するために利用される。このとき、上部導入部１４ａでは、この可燃性ガスを燃料として使用するため燃焼用ガスの導入は不要であり、エアーのみを導入すればよい。
【００２２】
このように、本加熱炉１０では、炉内で発生した可燃性ガスを燃料として利用しているので、運転に要する燃料をゼロ（下部導入部１４ｂは使用せず、上部導入部１４ａのみで過熱した場合）、あるいは、極端に減少することができる。なお、炉内をさらに高温にする場合などは、必要に応じて、燃焼用ガスを上部導入部１４ａから導入してもよい。
【００２３】
上記の説明では、間隙部に流れた可燃性ガスを、上部導入部１４ａで燃料として燃焼させているが、この可燃性ガスをどのように処理するかという点は特に限定されるものではない。上記間隙部に流れたガスを、燃焼させることなくダクト１７を通じて外部へ排出し、回収する構成とすることも可能である。このとき、炉体１３内の加熱は、下部導入部１４ｂにより行われる。
【００２４】
さて、処理物は間接加熱部で加熱されて揮発・分解され、その自重で直接加熱部まで到達したときには通常還元されて炭化している。すなわち、処理物は間接加熱部で熱伝導の大きな物質に変化しており、これが本加熱炉１０の熱伝導を容易にしている一因になっている。
【００２５】
また、処理物は直接加熱部で揮発・分解成分を除去されて炭化物主体に変成される。このとき、上記導入部１４から空気を導入すると、直接加熱部の温度が上昇して可燃性ガスの発生量が増加することになる。このような空気導入量は必要に応じて決定すればよく特に限定されるものではない。また、このように直接加熱部の温度を調整することで、間接加熱部の温度も同時に調整することができるのはいうまでもない。
【００２６】
直接加熱部で加熱されて炭化した処理物は冷却ゾーン１５で所定の温度まで冷却された後、排出部１６を通じて図示しないタンクへ排出されるようになっている。もちろん、上記導入部１４から導入される空気の量によっては、あるいは、酸素導入等により直接加熱部で処理物を灰化・溶融するまで加熱昇温することができる。すなわち、直接加熱部下部では、上述のように、処理物が大量の炭化物となっており、空気あるいは酸素等の導入により高温を得ることが可能となる。この場合は、処理物を溶融物として取り出すことになるので、本加熱炉１０は「溶融炉」ということができる。図３に示すように、炭化または灰化した処理物２２を炉体１３の底部に備えたバーナ２１の火炎で燃焼させるようにしても、処理物を溶融物２４として取り出すことができる点は同じである。
【００２７】
以上のように、本加熱炉によれば、粒径の小さな処理物を加熱した際に生じる種々の問題を解決することができる。すなわち、本加熱炉では、処理物の投入口と排出口とを密閉構造とした炉内に処理物を充填して還元雰囲気下で加熱するようにしているため、処理物から発生するガス量が少なく飛灰の発生も少ない。また、直接加熱部に導入する空気の量を必要に応じて調整することができるようにしているため、炭化を通り過ぎて灰化してしまうという問題も生じない。さらに、処理物から発生した極めて濃度の高い可燃性ガスを本炉の燃料として使用しているので極めて低燃費である。加えて、処理物から発生したタール分が温度の低い最上部に沈着しにくいという効果もある。
【００２８】
しかも、本加熱炉１０では、このような種々の効果を単純な構造で得ることに成功した。すなわち、処理物は投入されてから排出されるまで炉内空間を経由しない、つまり、充填層のまま排出口へ自重で移送されるようになっている。このような構造は、特別な装置を必要としないので安価に実現することができる。
【００２９】
このように本加熱炉１０は単純な構造であるのでその応用範囲は広い。
【００３０】
たとえば、本加熱炉１０は、炭化物から活性炭を製造する「活性炭製造装置」に応用することができる。すなわち、図６に示すように、冷却ゾーン１５の上層６１で賦活ガスを導入するようにして炉内で炭化した処理物を賦活する構成とすれば、連続的に活性炭を製造することができる。この場合、賦活ガスは８００℃から１２００℃の温度域で導入するのが一般的であるが、目的とする活性炭に適した温度域であればこれに限定されるものではない。
【００３１】
あるいは、本加熱炉１０は、プラスチック片や食物残さなど炭素成分を含有する混合処理物から油分を回収する「油化装置」に応用することもできる。すなわち、図７に示すように、炭素成分を含有する混合処理物から発生したガスを油分回収装置７２に送り、この油分回収装置７２で油分を回収されたガスを焼却炉７３で所定の温度まで加熱して上記間隙部等に送る。このガスを本加熱炉１０の熱源として利用することができるのはいうまでもない。なお、油分回収後の減容した炭化物を排出部１６から連続的に取り出すことができる点も本装置の大きな特徴である。
【００３２】
このように、本発明は種々のタイプの炉に適用することができる。ここで例示しないタイプの炉であっても、同様の技術的思想に属する炉であれば、本発明の適用範囲であることはもちろんである。
【００３３】
なお、上記の説明では特に言及しなかったが、図４に示すように、上記間隙部に流入するガスの一部を炉心管１２の天辺部へ圧入する圧入部４１を備えるようにしてもよい。このようにすれば、処理物から発生したガスをより効率よく下方へ移動させることができる。
【００３４】
また、図５に示すように、直接加熱部の中央部へ空気吹き込み管５１を挿入するようにしてもよい。この空気吹き込み管５１に少量の空気を吹き込むことで、管周辺の処理物を酸化発熱させて炉内の均熱を図ることができる。もちろん、炉内の均熱を図るという目的を達成するために、処理物を攪拌する攪拌手段を炉内中央部に備える構成を採用してもよいが、このような攪拌手段は公知であるため、ここでは詳しい説明を省略する。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本加熱炉によれば、粒径の小さな処理物を加熱した際に生じる種々の問題を解決することができる。すなわち、本加熱炉では、処理物の投入口と排出口とを密閉構造とした炉内に処理物を充填して還元雰囲気下で加熱するようにしているため、処理物から発生するガス量が少なく飛灰の発生も少ない。また、直接加熱部に導入する空気の量を必要に応じて調整することができるようにしているため、炭化を通り過ぎて灰化してしまうという問題も生じない。さらに、処理物から発生した極めて濃度の高い可燃性ガスを本炉の燃料として使用するため、燃焼用ガスの導入をゼロ、あるいは、極力低下させることが可能となり、運転コストを低減することができる。加えて、処理物から発生したタール分が温度の低い最上部に沈着しにくいという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した加熱炉の概略構成図
【図２】本発明を適用した加熱炉で発生するガスの流れを説明するための図
【図３】炉体の底部にバーナを備えた構成を示す図
【図４】間隙部のガスを炉心管の天辺部へ圧入する構成を示す図
【図５】炉体の中央部に空気吹き込み管を設けた構成を示す図
【図６】本発明を適用した加熱炉を応用した活性炭製造装置の概略構成図
【図７】本発明を適用した加熱炉を応用した油化装置の概略構成図
【符号の説明】
１０加熱炉
１１投入口
１２炉心管
１３炉体
１４導入部
１５冷却ゾーン
１６排出部
１７ダクト
２１バーナ
４１圧入部
５１空気吹き込み管

Claims

粒径の小さな処理物を加熱する加熱炉において、
炉体より径の小さい炉心管を備え、この炉心管の天辺部から上記処理物を連続的に充填した状態で加熱し、この加熱によって発生したガスを炉心管と炉体との間隙部を通じて外部へ排出する構造としたことを特徴とする加熱炉。
上記発生ガスを上記間隙部で燃焼させる請求項１に記載の加熱炉。
上記間隙部以外を密閉構造とした請求項１に記載の加熱炉。
上記炉体にガスを導入する導入部を備えた請求項１に記載の加熱炉。
上記間隙部のガスを炉心管の天辺部へ圧入する圧入部を備えた請求項１に記載の加熱炉。
請求項１に記載の加熱炉を備えた活性炭製造装置。
請求項１に記載の加熱炉を備えた油化装置。
請求項１に記載の加熱炉を備え、当該加熱炉の炉体に空気又は酸素を導入する導入部を備えた溶融炉。