JP2010139219A - 熱分解炉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転ドラムの内面に付着物が付着し進行することを防止し、安定かつ長期的に渡って熱分解処理を継続できることを課題とする。
【解決手段】被処理物を還元雰囲気で加熱して熱分解し、熱分解ガスと不揮発性成分を主とする熱分解残渣に分離する横型外熱回転式の熱分解炉装置において、回転ドラム１４の内部に分解ガス及び残渣のみが通過可能な仕切円板２１を設け、この仕切円板２１により仕切られた前段熱分解室２２及び後段熱分解室２３のうち，前記前段熱分解室２２にはボール２４と掻き揚げ羽根２５を設けたことを特徴とする熱分解炉装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バイオマスや廃棄物等の被処理物を外熱式で還元雰囲気で加熱して熱分解し、乾留ガスと不揮発性成分を主とする熱分解残渣とに分離する横型外熱回転式の熱分解炉装置に関する。

従来から、様々な汚染物質を含む未分別でかつ未処理の廃棄物を処理して使用可能な物質に変質させる廃棄物処理システムとして、廃棄物を熱分解により処理する熱分解処理システムが知られている（特許文献１参照）。

図６は、一般的な熱分解処理システムの構成を示す。図中の符番１はバイオマスや廃棄物等の被処理物を前処理する前処理装置を示し、ここで被処理物は適当な形状と含水率に調整される。この前処理装置１には、投入装置２を介して熱分解炉装置（横型外熱回転式熱分解炉）３が接続されている。この熱分解炉装置３には、前処理装置１で形状と含水率が調整された被処理物が投入される。前記熱分解炉装置３には残渣冷却装置４及び燃焼炉５が夫々接続されている。熱分解炉装置３では被処理物が熱分解処理され、残渣は残渣冷却装置４で冷却される。一方、熱分解したガスは燃焼炉５で燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させ、熱分解炉装置３の加熱源とされる。熱分解炉装置３を加熱したガスは、ガス浄化装置６で無害化処理して排気ブロワ７で大気に放出される。なお、主要機器である熱分解炉装置には、回転ドラムを外部から加熱する横型外熱回転式熱分解炉が一般的に用いられている。
特開平１１−１２８８７８号公報

このような熱分解システムにおいては、廃棄物を安定的かつ長期的に継続して熱分解処理を行うことが望まれる。しかしながら、廃棄物処理を長時間に渡って行っていると、熱分解炉装置３の回転ドラム内部に熱分解タールと残渣が混在して付着進行し、回転ドラム内部において被処理物を十分加熱できなくなり、熱分解ガス化が十分にできなくなることが想定される。
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、回転ドラムの内面に付着物が付着することを防止し、安定かつ長期間に渡って廃棄物の処理を継続できる熱分解炉装置を提供することを目的とする。

本発明に係る熱分解炉装置は、被処理物を還元雰囲気で加熱して熱分解し、熱分解ガスと不揮発性成分を主とする熱分解残渣に分離する横型外熱回転式の熱分解炉装置において、回転ドラムの内部に熱分解ガス及び残渣のみが通過可能な仕切円板を設け、この仕切円板により仕切られた前段熱分解室及び後段熱分解室のうち，前記前段熱分解室にはボールと掻き揚げ羽根を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、回転ドラムの内部に分解ガスおよび残渣のみが通過可能な仕切円板を設け、前段熱分解室にはボールと掻き揚げ羽根を設けることにより、前段熱分解室に充填したボールで回転ドラムの内部を磨き、掻き揚げ羽根とボールの組み合わせで攪拌と粉砕を促進する。また、このボールと掻き揚げ羽根を前段熱分解室に設置することにより、効果的に付着防止と残渣の最適な粉砕が可能になる。

以下、本発明の熱分解炉装置について更に詳しく説明する。
（１）上述したように、本発明の熱分解炉装置は、回転ドラムの内部に熱分解ガス及び残渣のみが通過可能な仕切円板を設け、この仕切円板により仕切られた前段熱分解室及び後段熱分解室のうち，前記前段熱分解室にはボールと掻き揚げ羽根を設けたことを特徴とする。

（２）上記(１)の装置において、前記仕切円板は、中心部に貫通円孔が設けられ，外周部に前段熱分解室に充填するボールの直径より小さい幅の円弧状の開口部が設けられている構成であることが好ましい。こうした構成にすることにより、ボールを下流に流すことなく、残渣と熱分解ガスのみを後段熱分解室に移動でき、熱分解処理を継続的に実施できる。

（３）上記（１）の装置において、掻き揚げ羽根は、前段熱分解室に充填するボールの直径の半分から直径相当の羽根高さを有することが好ましい。これにより、攪拌の効果が低減したり、回転ドラムが変形するのを回避できる。

（４）上記(１)の装置において、掻き揚げ羽根の取り付け枚数の加減、あるいは前段熱分解室の長さの調節の少なくともいずれか一方の手段を用いることにより排出される残渣の形状を変える機能を備えていることが好ましい。後述するように、掻き揚げ羽根の取り付け枚数を加減したり、あるいは前段熱分解室の長さを調節することにより、残渣の粒径を大きくしたり、あるいは小さくすることができる。

次に、本発明の実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。ここで、図１は本発明の実施形態に係る熱分解炉装置の全体図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図３は図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。

本実施形態に係る熱分解炉装置は、熱分解炉本体１１と、被処理物１０の投入装置１２と、出口フード１３を備えている。熱分解炉本体１１は、回転ドラム１４と、燃焼室１５と、支持ローラ１６，１７と、入口側シール１８及び出口側シール１９と、駆動装置２０で構成されている。回転ドラム１４の内部は仕切円板２１により仕切られており、この仕切円板２１により回転ドラム１４の内部は前段熱分解室２２と後段熱分解室２３に分けられている。前段熱分解室２２には、球状のセラミック製のボール２４が充填されている。また、前段熱分解室２２には、ステンレス製の掻き揚げ羽根２５が回転ドラム１４の内壁に強固に取り付いて配置されている。前記仕切円板２１は、中心部に貫通円孔２１ａが設けられ，外周部に前段熱分解室２２に充填するボール２４の直径より小さい幅の円弧状の開口部２１ｂが設けられた構成となっている。仕切円板２１は、回転ドラム１４に強固にしかも熱応力を最小限になるように取り付けられている。

前記投入装置１２は、投入ホッパ２６と、スクリューケーシング２７と、このスクリューケーシング２７内に配置された投入スクリュー２８と、この投入スクリュー２８を駆動する駆動モータ２９で構成されている。出口フード１３の下部からは熱分解残渣３０が排出され、出口フード１３の上部からは熱分解ガス３１が排出される。熱分解ガス３１は燃焼空気３２とともに燃焼炉３３に送られる。この燃焼炉３３で発生した燃焼ガス３４は、排ガスブロワ３５によって回転ドラム１４の外周部の一部に位置する燃焼室１５へ送られる。前記熱分解炉本体１１、投入装置１２及び出口フード１３は、一体架台３６に据付けられている。

次に、上記構成の熱分解炉装置の作用を説明する。
まず、投入装置１２よりバイオマスや廃棄物等の被処理物１０を投入ホッパ２６に溜めて、マテリアルシールをしながら空気の流入を最小限に熱分解炉内に投入する。ここで、回転ドラム１４、出口フード１３も入口側シール１８と出口側シール１９で外気と遮断しているので、熱分解炉の内部は酸素が極めて少ない還元域で熱分解処理が実行される。

回転ドラム１４は駆動装置２０でゆっくりと回転させられる。また、回転ドラム１４は若干の下り勾配で支持されているので、投入された被処理物は所定の滞留時間を持って熱分解処理され、熱分解残渣３０と熱分解ガス３１に分解する。
回転ドラム１４の内部には、仕切円板２１が取り付けられ、前段熱分解室２２と後段熱分解室２３に分けられている。また、前段熱分解室２２には掻き揚げ羽根２５が回転ドラム１４の内壁に強固に取り付き、ボール２４が充填されているため、熱分解タールと残渣が混在して付着進行することを防止できる。

次に、その作用を更に詳しく図４を用いて説明する。図４は付着防止機構がない場合の付着進行の模式図である。
通常、投入側は被処理物の熱分解温度まで上昇するために相当多くの熱量を必要とする。しかし、その部分のみを集中的に加熱する構造は到底不可能のため、多くは投入側から付着物４１が付いていき進行する。付着によって熱の伝わりが更に悪くなりさらに進行する。一方、本発明の構造によれば、付着性の高い熱分解過程にボール２４で回転ドラム１４の内部を磨くことができるため、付着そのものが始まらない。付着性状がなくなった領域での熱分解は後段熱分解室で行い、十分に揮発させて熱分解処理を完結し、発火性の少ない残渣を得ることができる。

また、掻き揚げ羽根２５とボール２４の組み合わせで攪拌と粉砕を促進することができる。このボール２４と掻き揚げ羽根２５を前段熱分解室２２に設置することにより、効果的に付着防止と残渣の最適な粉砕が可能になる。
熱分解処理が十分行われると、燃焼炉での燃料を十分売ることができるので、補助燃料を少なくして熱分解処理を継続できる。

上記実施形態に係る熱分解炉装置によれば、回転ドラム１４の内部に熱分解ガス及び残渣のみが通過可能な仕切円板２１を設けて、回転ドラム１４内を前段熱分解室２２と後段熱分解室２３とに分けるとともに、前段熱分解室２２にボール２４と掻き揚げ羽根２５を設けた構成となっているため、前段熱分解室２２に充填したボール２４で回転ドラム１４の内部を磨き、ボール２４と掻き揚げ羽根２５の組み合わせで攪拌と粉砕を促進することができる。また、ボール２４と掻き揚げ羽根２５を前段熱分解室２２に設置することにより、付着物の回転ドラム１４への付着防止と残渣の最適な粉砕を効果的に行うことができる。

更に、仕切円板２１は、中心部に貫通円孔２１ａが設けられ、外周部に前段熱分解室２２に充填するボール２４の直径より小さい幅の円弧状の開口部２１ｂが設けられた構成であるため、ボール２４を下流に流すことなく、残渣３０と熱分解ガス３１のみを後段熱分解室２３に移動可能であり、熱分解処理を継続的に実施できる。

なお、掻き揚げ羽根２５の高さが低すぎると攪拌の効果がなくなり、高すぎると持ち上げる高さが高くなり、ボール２４の落下時にボール２４そのものや回転ドラム１４に変形を与える可能性がある。しかし、上記実施例では、掻き揚げ羽根２５の高さはボール２４の半分から直径相当分としているので、攪拌の効果が低減したり、回転ドラム１４が変形するのを回避できる。

図５は、掻き揚げ羽根の枚数と残渣の粒径の関係を示す。ある程度粉砕して数ミリ大の残渣を得るように掻き揚げ羽根の枚数の加減、あるいは前段熱分解室の長さの調整の少なくとも一方の手段を用いることにより調節可能である。極端に細かい残渣では、その後の利用先での取り扱いが難しくなるため、用途に応じて掻き揚げ羽根の枚数と前段熱分解の長さを決定することが可能である。図５の場合、図中のプロットを結ぶ線より下側（矢印Ａ）では残渣の粒径が小さくなり、線より上側（矢印Ｂ）では残渣の粒径が大きくなる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態では回転ドラム内が仕切円板により前段熱分解室と後段熱分解室に分けられている場合について述べたが、これに限らず、例えば２個の仕切円板を用いて前段・中間・後段熱分解室の３つの部屋に分け、残渣の粒径を上流側から下流側に向うに従って順次小さくなるようにすることもできる。

本発明の一実施形態に係る熱分解炉装置の説明図。 図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図。 図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図。 図１の熱分解炉装置の作用を説明するための説明図。 図１の熱分解炉装置における掻き揚げ羽根の枚数と残渣の粒径との関係を示す特性図。 従来の熱分解処理システムの説明図。

符号の説明

１１…熱分解炉本体、１２…投入装置、１３…出口フード、１４…回転ドラム、１５…燃焼室、１６，１７…支持ローラ、１８…入口側シール、１９…出口側シール、２０…駆動装置、２１…仕切円板、２１ａ…貫通円孔、２１ｂ…開口部、２２…前段熱分解室、２３…後段熱分解室、２４…ボール、２５…掻き揚げ羽根、２６…投入ホッパ、２８…投入スクリュー、３０…熱分解残渣、３１…熱分解ガス、３２…燃焼空気、３３…燃焼炉、３５…排ガスブロワ、３６…一体架台。

Claims (4)

1. 被処理物を還元雰囲気で加熱して熱分解し、熱分解ガスと不揮発性成分を主とする熱分解残渣に分離する横型外熱回転式の熱分解炉装置において、
   回転ドラムの内部に熱分解ガス及び残渣のみが通過可能な仕切円板を設け、この仕切円板により仕切られた前段熱分解室及び後段熱分解室のうち，前記前段熱分解室にはボールと掻き揚げ羽根を設けたことを特徴とする熱分解炉装置。
2. 前記仕切円板は、中心部に貫通円孔が設けられ，外周部に前記ボールの直径より小さい幅の円弧状の開口部が設けられている構成であることを特徴する請求項１記載の熱分解炉装置。
3. 前記掻き揚げ羽根は、前記ボールの直径の半分から直径相当の羽根高さを有することを特徴とする請求項１もしくは２記載の熱分解炉装置。
4. 前記掻き揚げ羽根の取り付け枚数の加減、あるいは前段熱分解室の長さの調節の少なくともいずれか一方の手段を用いることにより排出される残渣の形状を変える機能を備えていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一記載の熱分解炉装置。

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