JP2005037041A - 回転加熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原料を加熱処理するにあたり均一に原料を加熱処理すると共にエネルギーコストの負担を低減させること。
【解決手段】原料が供給される回転炉１０と、回転炉１０を加熱して炉内の原料を間接加熱する加熱手段とを備え、回転炉１０の一端側から供給された原料を間接加熱しながら攪拌と搬送とを行い他端側から排出する加熱処理装置において、回転炉１０の回転軸心を回転炉１０軸心から偏心したことにより回転炉を揺動回転する。回転炉１０は回転炉１０を支持しながら回転する回転支持部１０２を備え、回転支持部１０２の径は回転炉１０の径よりも大きく設定される。回転炉１０はその両端部に回転炉１０を支持しながら回転する回転支持部１０２を備え、回転支持部１０２の径を回転炉１０の径よりも小さく設定してもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種原料（各種の有機性及び無機性廃棄物、汚泥、土壌、土砂等）を加熱処理して水分、有機系物質を除去して乾燥物、炭化物などに加工処理することで循環資源材料として有効活用に供する加工を行なう加熱処理装置に関するものである。

有機性廃棄物、無機性廃棄物、汚泥、土壌、土砂などは、間接加熱によって含有する水分や有機系物質が除去されて、乾燥物、炭化物などに加工されて再利用に供されている。

図５は、従来の加熱処理装置における回転炉の横断面を示した概略図である。

この回転炉は、真円筒体で、当該回転炉の大きさ（内径）は、原料の性状に基づいている。そして、回転炉内壁面に接触して直接受熱して加熱される原料とキルン内壁との実質接触面の大きさ（接触角度９０〜１１０度）に基づき且つ単位時間当たりの処理量に基づき設定されている。したがって、回転炉壁面からの受熱による原料の加熱にはおのずかと限界が生じる。

そこで、円筒形状の回転炉における加熱効率を向上させるための技術が各種提案されている。

例えば伝熱効率を向上させるための手段としては特許文献１（特開２００２−２５６１０５号公報）に開示された外熱式キルンがある。このキルンは原料がキルン内壁に長時間接触するように原料の攪拌と搬送を行なうプレートの形状を工夫すると共に、プレート内に熱風ガスを導入している。さらに、特許文献２（特開２００１−３１１５８３号公報）に開示されたロータリーキルンは、大経の単一キルンではなく、小径の複数のキルンによって構成することで伝熱効率の向上を図っている。

また、原料を加熱処理する装置として回転キルンの内壁が円形の場合には、原料が内壁の曲面に沿って滑り落ち攪拌が効果的に行なわれない対策として内径の形状を多角形としているも例えば特許文献３（特開平１０−３１１５１４号公報）に示された焼却炉が知られている。
特開２００２−２５６１０５号公報（段落番号（００１３）及び図１） 特開２００１−３１１５８３号公報（段落番号（００１３）及び図１） 特開平１０−３１１５１４号公報（段落番号（０００５）及び図１）

特許文献１の外熱式キルンはプレート内に熱風ガスを導入することは伝熱面積の拡大と輻射熱照射が期待できるもののプレートが複雑となることから、設備の安定性に課題がある。すなわち、プレートの不良などに起因して熱風ガスのリークが生じてキルン内の原料に直接熱風ガスが作用して発火などを引き起こす可能性がある。また、キルン軸心とキルン回転軸心とは同一線上にあり、図５に示した回転炉と同様に実質的伝熱面が限定されて効果的な加熱処理は期待できない。

特許文献２のロータリーキルンはキルンを複数の小径キルンの集合体によって構成することで伝熱面積増加は期待できるものの、各小径のキルン間の熱風ガス通路は狭くなることから熱風ガスの供給が不足し、結果として伝熱効率の向上は期待できない。また、個々のキルン軸心はキルン回転軸心の回転軌跡上に存在しており、実質同心であり、効果的な加熱処理は期待できない。

特許文献３の回転キルンは内壁円形に比較して攪拌の効果はある程度期待できるものの、キルン軸心とキルン回転軸心とは同一線上にあり、やはり図５に示した回転炉と同様に実質的伝熱面が限定されて効果的な加熱処理は期待できない。

本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、原料を加熱処理するにあたり均一に原料を加熱処理できると共にエネルギーコストの負担を低減させることができる加熱処理装置の提供にある。

そこで、発明者は、回転炉軸心を回転炉回転軸心から偏心させれば、回転炉は揺動回転し、このことにより原料の攪拌及び伝熱による加熱処理を効率的なものとなり前記課題を解決できることを見出した。

すなわち、本発明は、原料が供給される回転炉と、この回転炉を加熱して炉内の原料を間接加熱する加熱手段とを備え、回転炉の一端側から供給された原料を間接加熱しながら攪拌と搬送とを行い他端側から排出する加熱処理装置において、回転炉の回転軸心を回転炉軸心から偏心したことにより回転炉を揺動回転することを特徴とするものである。

前記回転炉は回転炉を支持しながら回転する回転支持部を備え、この回転支持部は回転炉軸心が回転支持部の回転軸心から偏心するように回転炉を支持させるとよい。このとき、回転支持部の径は回転炉の径よりも大きく設定される。また、前記回転支持部は回転炉の両端に備えてもよい。このとき、回転支持部の径は回転炉の径よりも小さく設定される。

本発明によれば、回転炉の回転軸心を回転炉軸心から偏心したことで回転炉本体は揺動回転し、原料の攪拌を効率的に行なうことができると共に原料と回転炉内壁面との接触時間を従来の回転炉の回転時と比べて長く確保できるので回転炉内における実質的伝熱面積が拡大する。

本発明は回転炉の回転軸心を回転炉軸心から偏心させて回転炉を揺動回転させているので、原料の攪拌を効率的に行なうことができるので原料の均一な加熱処理が可能となる。また、原料と回転炉内壁面と接触時間が長く確保されて回転炉内における実質的伝熱面積が拡大するので、回転炉内における伝熱による加熱効果は向上する。したがって、原料を加熱処理するにあたり均一に原料を加熱処理できると共にエネルギーコストの負担が低減する。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の加熱処理装置における回転炉の実施形態例の概略を示し、特に（ａ）は外端図を（ｂ）は側断面図を示す。

回転炉１０は、回転炉１０を支持しながら回転する回転支持部１０２を備える。ここでは回転支持部１０２の径を回転炉１０の径よりも大きく設定して回転炉１０を支持すると共に回転炉１０本体の軸心Ｋを回転支持部１０２の軸心Ａから偏心させている。尚、回転炉１０内壁面には図示省略した攪拌羽根を設置している。

図２（ａ）〜図２（ｄ）は回転炉１０の攪拌状態を示した説明図である。ここでは９０度回転毎の状態が開示されている。図２（ａ）に示された状態は回転炉１０の軸心Kが回転支持部１０２の軸心Aよりも下方に位置している。ここで回転支持部１０２が矢印方向に９０度回転すると、図２（ｂ）に示されたように回転炉１０の軸心Ｋは回転支持部１０２の軸心Ａと同等の高さに位するようになる。次いで９０度回転すると、図２（ｃ）に示されたように回転炉１０の軸心Ｋは回転支持部１０２の軸心Aよりも上方に位置する。さらに、９０度回転すると図２（ｄ）に示されたように回転炉１０の軸心Ｋは回転支持部１０２の軸心Ａと同等の高さに位置するようになる。このように回転支持部１０２が回転すると回転炉１０は天地方向及び水平方向に揺動するので、原料の攪拌を効率的に行なえると共に原料の均一な加熱処理が行なえる。このとき、従来の回転炉１０の回転時と比べて原料と回転炉１０内壁面と接触時間が長く確保されて回転炉１０内における実質的伝熱面積が拡大するので、回転炉１０内における伝熱による加熱効果は向上する。したがって、原料を加熱処理する際のエネルギーコストの負担を低減させると共に原料の加熱処理時間も短縮化することができる。

また、図３は本発明の加熱処理装置における回転炉の他の実施形態を示した概略構成図で、特に（ａ）は外端を（ｂ）は側断面を示す。本実施形態では回転支持部１０２の径を回転炉１０本体の径よりも小さく設定している。回転支持部１０２は回転炉１０の両端部に接続されている。回転支持部１０２の軸心Ａは回転炉１０本体の軸心Ｋから偏心させている。このように本実施形態では回転支持部１０２が回転炉１０の径よりも小さいので、シール部材を介してダクトと接続した場合においてはダクトとのシール面を図１の実施形態よりも小径におさめることができる。

図４は本発明の加熱処理装置を備えた施設の一例を示した概略図である。

加熱処理装置１は、原料が供される回転炉１０と、回転炉１０の外周にガスダクトを形成し、熱風ガスを導入して回転炉１０を外部から加熱する外部加熱手段としての加熱ジャケット１１と、回転炉１０の回転支持部１０２を回転自在に支承する支持ローラ１２と、回転炉１０を回転駆動する回転駆動手段１３と、を具備する。支持ローラ１２は回転炉１０を適度な角度で傾斜支持する。尚、熱風ガスは後述の熱風炉２から導入している。

回転炉１０としては、例えば図１または図３で開示された回転炉が採用される。回転炉１０における一方の回転支持部１０２にはダクト１４が接続されている。ダクト１４は原料を回転炉１０に供給するための原料投入手段１６を具備している。さらに、ダクト１４は回転炉１０内で発生した水蒸気や分解ガスを後述のガス燃焼炉３に供給するための経路が接続されている。また、回転炉１０におけるもう一方の回転支持部１０２には原料を加熱処理して得た乾物や炭化物等の加工物を排出するためのダクト１５が接続されている。

熱風炉２は、熱風ガス（例えば温度約４５０〜６５０℃程度）を供給するための手段で、熱風ガスを発生させるための燃焼バーナーを備えている。発生した熱風ガスは、加熱処理装置１の加熱ジャケット１１に供給される。このとき、熱風ガスには、温度調整用の空気が注入され、ガス温度が調整される。このように、加熱処理装置１は外部からの間接加熱によって回転炉１０内部の原料を加熱処理する。

ガス燃焼炉３は、加熱処理装置１で発生した水蒸気や熱分解ガスを燃焼処理する。ガス燃焼炉３は水蒸気及び熱分解ガスを、ブロア１７によって吸引し、エゼクタ３０によって導入している。尚、加熱ジャケット１１から排出された熱風ガスはブロア１８によって排気されるが、一部はブロア１７によって吸引されガス燃焼炉７におけるエゼクタ駆動ガスとして利用している。

ガス燃焼炉３は、導入したガスを燃焼するガス燃焼室を備える。このとき、熱分解ガスが充分発生している場合には、燃焼は燃料の供給を調整することにより適宜調節される。ガス燃焼炉３にて処理したガスは、空気を冷却媒体とする気体一気体熱交換方式の熱交換器４によって冷却処理した後、ブロア６によってバグフィルタ５に供された後に煙突９２を介して系外に排出される。また、熱交換器４にて加熱された空気は熱風炉４での熱風ガスの生成に供される。

本実施形態において原料としては例えば含水率約８５％の脱水汚泥が乾燥オ及び炭化に供される。単一の加熱処理装置１において乾燥と炭化とを実行する場合、熱風炉２から４００〜６００℃の熱風ガスが供給されて例えば２時間加熱している。また、乾燥、炭化を個々の加熱処理装置１で行なう場合、熱風ガス温度は乾燥工程においては例えば１５０〜３５０℃に、炭化工程においては例えば４５０〜６００℃に調整される。

一方、加熱処理装置１において発生した水蒸気及び分解ガスなどの発生ガスはガス燃焼炉３に供されて８００℃以上、２秒以上のもとで燃焼されて無害化処理される。ガス燃焼炉３で燃焼した排ガスはブロア６によって熱交換器４内に供されて空気との熱交換に供される。このとき、排ガスの冷却が必要な場合は適宜新鮮空気が導入される。尚、新鮮空気とは少なくとも硫黄成分を含んでいないものを意味する。

熱交換によって得た加熱空気は熱風炉２に供されて熱風発生用の燃料の削減に寄与させている。熱交換器４に供された排ガスは２００〜１５０℃までに冷却されてバグフィルタに供されて浄化された後に煙突７を介して排出される。

尚、以上具体的に述べた加熱処理施設は、図１に基づく、乾燥処理と熱分解処理とを実施する単一の回転炉の構成となっているが、本発明は、この実施形態に限定されず、乾燥処理、乾留処理、熱分解処理、賦活処理、炭化処理若しくは灰化処理またはこれら適宜組み合わせた処理を実施する多段式の回転炉にも、適用でき、これらの実施形態も、本発明の技術的範囲に属するものである。

本発明の加熱処理装置における回転炉の実施形態例を示した概略図。 本発明の加熱処理装置における回転炉の攪拌状態を示した説明図。 本発明の加熱処理装置における回転炉の回転支持部の実施形態例を示した概略図。 本発明の加熱処理装置を備えた施設の一例を示した概略図。 従来の加熱処理装置における回転炉の横断面を示した概略図。

符号の説明

１…加熱処理装置、１０…回転炉、１０１…攪拌羽根、１０２…回転支持部、１１…加熱ジャケット、１２…支持ローラ、１３…回転駆動手段、１４，１５…ダクト、１６…原料投入手段、１７，１８…ブロア
２…熱風炉
３…ガス燃焼炉、３０…エゼクタ
４…熱交換器
５…バグフィルタ
６…ブロア
７…煙突

Claims (3)

1. 原料が供給される回転炉と、この回転炉を加熱して炉内の原料を間接加熱する加熱手段とを備え、回転炉の一端側から供給された原料を間接加熱しながら攪拌と搬送とを行い他端側から排出する加熱処理装置において、
   回転炉の回転軸心を回転炉軸心から偏心したことにより回転炉を揺動回転することを特徴とする加熱処理装置。
2. 前記回転炉は回転炉を支持しながら回転する回転支持部を備え、この回転支持部は回転炉軸心が回転支持部の回転軸心から偏心するように回転炉を支持し、またこの回転支持部の径は回転炉の径よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１記載の加熱処理装置。
3. 前記回転炉はその両端部に回転炉を支持しながら回転する回転支持部を備え、この回転支持部は回転炉軸心が回転支持部の回転軸心から偏心するように回転炉を支持し、またこの回転支持部の径は回転炉の径よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１記載の加熱処理装置。
   

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