JP2008256286A - ガス通路のガス放出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】緊急停止時に炭化設備内を強制的にパージし可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させる際の３０分間以上にわたる１１００℃の高温環境にも耐えうるガス通路のガス放出装置を提供する。
【解決手段】外周にリング状シール部を有する弁体によって気密シールされたガス通路開放部を備え、前記ガス通路開放部は流体圧作動アクチュエータにより流体圧をかけることによって強制的に前記弁体を開弁させることで開放可能であるガス通路のガス放出装置において、前記弁体はリング状シール部の内周側に開口部を有し、断熱材を内包した閉塞体によって、前記弁体の開口部をガス通路側から閉塞することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス通路のガス放出装置に関するものであり、詳しくは被処理物を熱分解する熱分解炉で発生した熱分解ガスを、燃焼室で燃焼した後のガスの通路のガス放出装置に関するものである。

炭化物を製造するためには、主に炭化炉が用いられており、炭化炉に例えばバイオマス等の揮発分及び固定炭素分を含む可燃固形物を投入し、加熱することで固定炭素分を多く含む炭化物を得ることができる。

図６は炭化物を製造するための従来の炭化物製造設備の一例を表す概略構成図である。図６において、１は炭化キルンであり、該炭化キルン１は回転ドラム２、内周面を耐火材４で覆われた外筒３及び前記回転ドラム２の外周面と耐火材４の内周面の間に形成される加熱室５から主に構成されている。また、６は原料供給ホッパ、７ａ及び７ｂは前記原料供給ホッパ６の通路を開閉可能な原料用スライドゲート、８は原料供給コンベア、９は炭化物排出シュート、１０は熱分解サイクロン、１１は燃焼室、２０はガス放出装置である。

このような炭化物製造装置では、原料ホッパ６に供給された原料であるバイオマス等の揮発分及び固定炭素分を含む可燃固形物を、原料用スライドゲート７ａ及び７ｂを用いて供給量をコントロールするか、若しくは原料用スライドゲート７ａ及び７ｂで供給量をコントロールすることが難しい場合には予め供給量をコントロールされた可燃固形物を原料供給コンベア８で炭化炉１を構成する回転ドラム２内部へ供給する。

ここで、原料用スライドゲート７ａ及び７ｂは炭化キルン１を構成する回転ドラム２内と外気との接触を少なくするために二重式のゲートとしている。原料供給ホッパ６への原料投入時にはまず原料用スライドゲート７ａ及び７ｂの両方を閉じた状態で上方より原料用スライドゲート７ａ上に原料を投入する。次に原料用スライドゲート７ｂを閉じたまま原料用スライドゲート７ａを開けて原料を原料用スライドゲート７ｂ上に落下させる。その後、原料用スライドゲート７ａを閉じてから、原料用スライドゲート７ｂを開けて原料を原料供給コンベア８に落下させることで、炭化キルン１を構成する回転ドラム２内と外気の接触が少ないまま原料を原料供給コンベア８を介して炭化キルン１を構成する回転ドラム２へ供給することができる。

回転ドラム２には、両端部以外の部分の外周に内周面を耐火材４で覆われた外筒３が設けられ、前記回転ドラム２の外周面と前記耐火材４の内周面の間に加熱室５が形成されている。加熱室５へ例えば燃焼ガス等の加熱媒体を通流させて前記回転ドラム２へ伝熱することで回転ドラム２内が加熱されるようになっている。

原料供給コンベア８より回転ドラム２内に供給された原料は、回転ドラム２が回転したときに、原料供給コンベア８側から炭化物排出シュート９側に攪拌されながら移送され、移送されている間に前記加熱室５より間接加熱によって加熱されて炭化され、炭化物となって炭化物排出シュート９より後工程へ排出される。

また、前記炭化キルン１で原料を炭化して炭化物を製造する間に発生する熱分解ガスは、熱分解サイクロン１０で固気分離した後、燃焼室１１へ送られ、ここで燃焼ガス中の可燃分が燃焼する。このように熱分解サイクロン１０及び燃焼室１１で固気分離及び可燃分の燃焼がなされた熱分解ガスは、排ガスダクト１２を通じてボイラに送られて熱源として有効利用される。

このような炭化設備において、炭化キルン１の緊急停止の際に炭化設備系内に可燃ガスが滞留して爆発することを防止するために炭化設備系内を強制的にパージし、ここから出た可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させるため、また燃焼室１１内が異常高圧となった場合にその圧力を大気に開放し熱分解ガスが系外に漏洩することを防止するために、前記排ガスダクト１２中にガス放出装置２０が設けられている。

図７はガス放出装置２０周囲を側面から見た構成図である。ガス放出装置２０は、主に弁２１と弁２１を覆うフード２２と放出ダクト３２Ａから構成されている。

弁２１はアーム２７を介して軸２４と接続されて、該軸２４を中心に回動可能に構成されている。また弁２１は、炭化装置の通常運転時には排ガスダクト１２の頂部のガス通路開放部１２Ａを塞ぎ、弁２１とガス通路開放部１２Ａを形成する弁座１２Ｂの間は、弁２１の外周にリング状に設けたシール部２１３とグランドパッキン２３を当接させることで気密シールしている。

炭化キルン１の緊急停止の際に炭化設備系内に可燃ガスが滞留して爆発することを防止するために炭化設備系内を強制的にパージし、ここから出た可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させる場合、また燃焼室１１内が異常高圧となった場合にその圧力を大気に放出し可燃ガスが系外に漏洩することを防止する場合には、前記エアシリンダ２６によって弁２１を軸２４を中心に強制的に回動させて開きフード２２に接続した放出ダクト２２Ａから大気に可燃ガスを放出する。また、前記エアシリンダ２６による強制的な開弁がエアシリンダの故障等によりうまく動作しなかった場合にも、燃焼室がある圧力を超えると、そのガス圧力により自然に開弁して可燃ガスを放出する。

図８は図７におけるＣ−Ｃ断面図であり、弁２１の断面図である。弁２１は弁体２１１と断熱材押さえ板２１２と、シール部材２１３と、断熱材２１４から構成されており、弁体２１１及び断熱材押さえ板２１２でガス通路開放部１２Ａを塞ぐとともに、端部は弁体２１１外周にリング状に設けたシール部材２１３をグランドパッキン２３に当接させることでシールしている。

ガスの放出に関する技術は逃がし弁や安全弁が一般に用いられており、例えば特許文献１及び２に開示されている。

特開昭６０−１９６４７３号公報 特開２００１−１５３３４９号公報

ここで、炭化設備の緊急停止の際に炭化設備系内に可燃ガスが滞留して爆発することを防止するために炭化設備系内を強制的にパージし、ここから出た可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させる場合、安全を確保するために緊急事態が発生して炭化設備を緊急停止してから燃焼室内酸素濃度が２０％以上に復帰するまで３０分間以上にわたってガス放出装置を開放し続けなくてはならず、その間ガス放出装置のフード内は最高で１１００℃の燃焼ガスに曝され続けることとなる。

しかしながら、図７及び図８に示した従来のガス放出装置は、３０分以上にわたる長時間最高で１１００℃という高温環境に曝されると弁体２１１が熱変形し、その結果シール部材２１３とグランドパッキン２３の位置があわなくなり、前記開放終了後に再び弁２１を閉じた時にシール不良を起こす可能性がある。

また、特許文献１及び２に開示された技術を用いた場合においても、燃焼室内が異常高圧となった場合にその圧力を大気に放出し可燃ガスが系外に漏洩することを防止する場合には短時間の開放であるため対応することができるが、緊急停止時に炭化設備内を強制的にパージし可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させることに関しては長時間高温に曝されるため耐熱性の面で課題が残る。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、緊急停止時に炭化設備内を強制的にパージし可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させる際の３０分間以上にわたる１１００℃の高温環境にも耐えうるガス通路のガス放出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明においては、
外周にリング状シール部を有する弁体によって気密シールされたガス通路開放部を備え、前記ガス通路開放部は流体圧作動アクチュエータにより流体圧をかけることによって強制的に前記弁体を開弁させることで開放可能であるガス通路のガス放出装置において、前記弁体はリング状シール部の内周側に開口部を有し、断熱材を内包した閉塞体によって、前記弁体の開口部をガス通路側から閉塞することを特徴とする。

このように、弁体のリング状シール部の内周側に開口部を設けることで、例えば３０分以上にわたる長時間、最高で１１００℃という高温環境に曝されて弁体が熱伸びして変形した場合においても、熱伸びによる変形を開口部で吸収することができるため、開口部面積が小さくなるだけでシール不良を発生させることはない。
また、断熱材を内包した閉塞体によって弁体の開口部をガス通路側から閉塞することで、弁体を閉じた際に開口部からガスが流出することがなくなることに加え、容器に断熱材を収容することで金属板へ熱が伝わりにくく従って金属板が変形し難くなる。

また、前記ガス通路開放部のガス通路外側に繋がるダクトを設け、前記流体圧作動アクチュエータを前記ダクト外部に設けたことを特徴とする。

このことにより、弁体が開弁されガス通路開放部が開放された場合においても流体圧作動アクチュエータは高温に曝されることがなく、従って流体圧作動アクチュエータの早期劣化を防止することができる。流体圧アクチュエータは特に限定されるものではないがエアシリンダを用いるとよい。

また、前記ガス通路は、被処理物を熱分解する熱分解炉で発生した熱分解ガスを、燃焼室で燃焼した後のガスの通路であり、前記熱分解炉の緊急停止を検知する第１の検知手段と、該第１の検知手段により熱分解炉の緊急停止を検知した場合に前記流体圧作動アクチュエータを作動させて前記弁体を強制的に開弁する手段とを備えたことを特徴とする。

このことにより、熱分解炉が緊急停止した場合、自動的に弁体が強制的に開弁されるため、炭化設備の緊急停止の際に炭化設備系内に可燃ガスが滞留して爆発することを防止するために炭化設備系内を強制的にパージし、ここから出た可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させるための工数削減することができる。さらに自動的に弁体を強制的に開弁することで、弁体を開けることを忘れるというヒューマンエラーの発生を防止することができるため安全上も好ましい。特に熱分解炉が緊急停止した場合には運転員の作業が多くなりヒューマンエラー発生の可能性も高くなるため、自動的に弁体を強制的に開弁することによる安全上の効果は大きい。

前記ガス通路は、被処理物を熱分解する熱分解炉で発生した熱分解ガスを、燃焼室で燃焼した後のガスの通路であり、前記燃焼室が規定圧力以上となったことを検知する第２の検知手段と、該第２の検知手段により燃焼室が規定圧力以上となったことを検知した場合に前記流体圧作動アクチュエータを作動させて前記弁体を強制的に開弁する手段とを備えたことを特徴とする。

このことにより、燃焼室が規定圧力以上となった場合、自動的に弁体が強制的に開弁されるため、燃焼室内が異常高圧となった場合にその圧力を大気に放出し可燃ガスが系外に漏洩することを防止する場合ための工数削減することができる。さらに自動的に弁体を強制的に開弁することで、弁体を開けることを忘れるというヒューマンエラーの発生を防止することができるため安全上も好ましい。

前記燃焼室内が前記第２の検知手段によって検知する規定圧力よりも高い第２の規定圧力以上となったときに前記弁体の自重に抗して開弁するように前記弁体の重量を設定したことを特徴とする。

このことにより、前記流体圧作動アクチュエータによる強制的な開弁が流体圧作動アクチュエータの故障等によりうまく動作しなかった場合にも、燃焼室が第２の規定圧力を超えると、そのガス圧力により自然に開弁して可燃ガスを放出することができる。従って、流耐圧作動アクチュエータがうまく動作しなかった場合においても安全を確保することができる。

以上記載のごとく本発明によれば、緊急停止時に炭化設備内を強制的にパージし可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させる際の３０分間以上にわたる１１００℃の高温環境にも耐えうるガス通路のガス放出装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明のガス放出装置を備えた炭化物製造装置の一例を示す概略構成図である。図１において図６と同一符号は同一物を示す。即ち１は炭化キルン、２は回転ドラム、３は外筒、４は外筒３の内周面を覆う耐火材、５は加熱室、６は原料ホッパ、７ａ及び７ｂは原料用スライドゲート、８は原料供給コンベア、９は炭化物排出シュート、１０は熱分解サイクロン、１１は燃焼室、１２は排ガスダクトである。また３０は本発明のガス放出装置である。

このような炭化物製造装置では、原料ホッパ６に供給された原料であるバイオマス等の揮発分及び固定炭素分を含む可燃固形物を、原料用スライドゲート７ａ及び７ｂを用いて供給量をコントロールするか、若しくは原料用スライドゲート７ａ及び７ｂで供給量をコントロールすることが難しい場合には予め供給量をコントロールされた可燃固形物を原料供給コンベア８で炭化炉１を構成する回転ドラム２内部へ供給する。

原料供給コンベア８より回転ドラム２内に供給された原料は、回転ドラム２が回転したときに、原料供給コンベア８側から炭化物排出シュート９側に攪拌されながら移送され、移送されている間に前記加熱室５より間接加熱によって加熱されて炭化され、炭化物となって炭化物排出シュートより後工程へ排出される。

前記炭化キルン１で原料を炭化して炭化物を製造する間に発生する熱分解ガスは、熱分解サイクロン１０で固気分離した後、燃焼室１１へ送られ、ここで燃焼ガス中の可燃分が燃焼する。このように熱分解サイクロン１０及び燃焼室１１で固気分離及び可燃物の燃焼がなされた燃焼ガスは、排ガスダクト１２を通じてボイラに送られて熱源として有効利用される。

このような炭化設備において、炭化キルン１の緊急停止の際に炭化設備系内に可燃ガスが滞留して爆発することを防止するために炭化設備系内を強制的にパージし、ここから出た可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させるため、また燃焼室１１内が異常高圧となった場合にその圧力を大気に開放し熱分解ガスが系外に漏洩することを防止するために、前記排ガスダクト１２中にガス放出装置３０が設けられている。

特に、炭化設備の緊急停止時にガス放出装置３０を使用する場合、安全を確保するために緊急事態が発生して炭化設備を緊急停止してから燃焼室１１内の酸素濃度が２０％以上に復帰するまで３０分間以上にわたってガス放出装置３０を開放し続けなければならず、その間ガス放出装置３０は最高で１１００℃の燃焼ガスに曝されることになる。

図２はガス放出装置３０を側面から見た構成図であり、図３はガス放出装置３０の上平面図である。ガス放出装置３０は、主に弁３１と弁３１を覆うフード３２と放出ダクト３２Ａから構成されている。

弁３１はアーム３７を介して軸３４と接続されて、該軸３４を中心に回動可能に構成されている。また、弁３１は、炭化装置の通常運転時には排ガスダクト１２の頂部のガス通路開放部１２Ａを塞ぎ、弁３１とガス通路開放部１２Ａを形成する弁座１２Ｂの間は、弁３１の外周にリング状に設けたシール部３１３とグランドパッキン３３を当接させることで気密シールしている。

炭化キルン１の緊急停止の際に炭化設備系内に可燃ガスが滞留して爆発することを防止するために炭化設備系内を強制的にパージし、ここから出た可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させる場合、また燃焼室１１内が異常高圧となった場合にその圧力を大気に放出し可燃ガスが系外に漏洩することを防止する場合には、前記エアシリンダ３６によって弁３１を軸３４を中心に強制的に回動させて開きフード３２に接続した放出ダクト３２Ａから大気に可燃ガスを放出する。

このとき、熱分解炉の緊急停止を検知する第１の検知手段と、該第１の検知手段により熱分解炉の緊急停止を検知した場合に前記流体圧作動アクチュエータ（エアシリンダ３６）を作動させて前記弁体を強制的に開弁する手段とを設け、熱分解炉の緊急停止時には自動的に弁体が強制開弁されるようにすると好ましい。

さらに、燃焼室が規定圧力以上となったことを検知する第２の検知手段と、該第２の検知手段により燃焼室が規定圧力以上となったことを検知した場合に前記流体圧作動アクチュエータ（エアシリンダ３６）を作動させて前記弁体を強制的に開弁する手段とを設け、燃焼室の異常高圧時には自動的に弁体が強制開弁されるようにするとさらに好ましい。

さらに、規定圧力以上の検知による強制的な開弁がうまく動作しなかった場合にも、燃焼室がある圧力を超えると、そのガス圧力により自然に開弁されるようにすると好ましい。この自然に開弁する圧力の調整は弁におもり３５を取り付けることで可能となり、おもり３５を重くすると低いガス圧力でも開弁するようになり、逆におもり３５を軽くすると開弁のためにより高いガス圧力が必要となる。

また、おもり３５及びエアシリンダ３６は高温環境に曝されないためにフード３２の外部に配置し、フード３２内周面及びフード３２内部に配される軸３４等の機械部品はセラミックブランケットで保護して、急激な温度変化及び高温環境に耐え得るようにしている。

図４は図２におけるＡ−Ａ断面図であり、弁３１の断面図である。また図５は図２におけるＢ−Ｂ断面図であり、弁３１の断面図である。弁３１は弁体３１１と断熱材押さえ板３１２と、シール部材３１３と、断熱材３１４から構成されており、弁体３１１及び断熱材押さえ板３１２でガス通路開放部１２Ａを塞ぐとともに、端部は弁体３１１外周にリング状に設けたシール部材３１３をグランドパッキン３３に当接させることでシールしている。

さらに本発明の特徴的な構成として、弁体３１１の中心部に円形の開口部３１５を設けている。弁体３１１に急激な加熱や長時間に渡る高温加熱があった場合には、弁体３１１は熱伸びするが、該熱伸びを吸収する空間として前記円形の開口部３１５を設けることで、熱伸びによる熱変形を開口部３１５で吸収して前記シール部材３１３とグランドパッキン３３の位置が合わなくなりシール不良となることを防ぐことが可能となる。

また、緊急放出ダンパ３０各所の寸法は限定されるものではないが、本実施例では一例としてガス通路開放部１２Ａ口径を７００ｍｍφ、弁３１１直径を（ガス通路開放部１２Ａ口径＋外縁１５０ｍｍ）である１０００ｍｍφ、弁体３１１に設けた開口部３１５の直径を（ガス通路開放部１２Ａ口径−内縁２０ｍｍ）である６６０ｍｍφとしている。

なお、弁３１１直径はグランドシール３３とシール部材３１３の取り合い部分を設けるためにガス通路開放部１２Ａ口径よりも大きくする必要があり、そのための最低限の数値として（ガス通路開放部１２Ａ口径＋外縁１５０ｍｍ）としている。また、開口部３１５の直径は断熱材押さえ板３１２を設けるためにガス通路開放部１２Ａ口径よりも小さくする必要があり、そのための最低限の数値として（ガス通路開放部１２Ａ口径−内縁２０ｍｍ）としている。

従って、本実施例においてはガス通路開放部１２Ａ口径を７００ｍｍφとしたが、例えばガス通路開放部１２Ａ口径を１０００ｍｍφとしたときには、弁３１１直径を（ガス通路開放部１２Ａ口径＋外縁１５０ｍｍ）である１３００ｍｍφ、弁体３１１に設けた開口部３１５の直径を（ガス通路開放部１２Ａ口径−内縁２０ｍｍ）である９６０ｍｍφとするとよい。

緊急停止時に炭化設備内を強制的にパージし可燃ガスを燃焼室内で燃焼させ大気に放出させる際の３０分間以上にわたる１１００℃の高温環境にも耐えうるガス通路のガス放出装置として利用することができる。

本発明のガス放出装置を備えた炭化物製造装置の一例を示す概略構成図である。 ガス放出装置を側面から見た構成図である。 ガス放出装置の上平面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 炭化物を製造するための従来の炭化物製造設備の一例を表す概略構成図である。 ガス放出装置周囲を側面から見た構成図である。 図７におけるＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１ 炭化キルン
１０ 燃焼室
１２ 排ガスダクト
１２Ａ ガス通路開放部
３０ ガス放出装置
３１ 弁
３２ フード
３２Ａ 放出ダクト
３３ グランドパッキン
３４ 軸
３６ エアシリンダ
３１１ 弁体
３１２ 断熱材押さえ板
３１３ シール部材
３１４ 断熱材
３１５ 開口部

Claims (5)

1. 外周にリング状シール部を有する弁体によって気密シールされたガス通路開放部を備え、前記ガス通路開放部は流体圧作動アクチュエータにより流体圧をかけることによって強制的に前記弁体を開弁させることで開放可能であるガス通路のガス放出装置において、
   前記弁体はリング状シール部の内周側に開口部を有し、
   断熱材を内包した閉塞体によって、前記弁体の開口部をガス通路側から閉塞することを特徴とするガス通路のガス放出装置。
2. 前記ガス通路開放部のガス通路外側に繋がるダクトを設け、前記流体圧作動アクチュエータを前記ダクト外部に設けたことを特徴とする請求項１記載のガス通路のガス放出装置。
3. 前記ガス通路は、被処理物を熱分解する熱分解炉で発生した熱分解ガスを、燃焼室で燃焼した後のガスの通路であり、
   前記熱分解炉の緊急停止を検知する第１の検知手段と、該第１の検知手段により熱分解炉の緊急停止を検知した場合に前記流体圧作動アクチュエータを作動させて前記弁体を強制的に開弁する手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のガス通路のガス放出装置。
4. 前記ガス通路は、被処理物を熱分解する熱分解炉で発生した熱分解ガスを、燃焼室で燃焼した後のガスの通路であり、
   前記燃焼室が規定圧力以上となったことを検知する第２の検知手段と、該第２の検知手段により燃焼室が規定圧力以上となったことを検知した場合に前記流体圧作動アクチュエータを作動させて前記弁体を強制的に開弁する手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜３何れかに記載のガス通路のガス放出装置。
5. 前記燃焼室内が前記第２の検知手段によって検知する規定圧力よりも高い第２の規定圧力以上となったときに前記弁体の自重に抗して開弁するように前記弁体の重量を設定したことを特徴とする請求項４記載のガス通路のガス放出装置。

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