JP2013072615A - 原料加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後続加工を続行可能とする原料加熱装置を提供する。
【解決手段】横方向に延びる軸線２を中心として筒状に形成され該軸線まわりに回転する筒状体３が軸線方向両端に開口部６Ａ，６Ｂを有し、軸線方向一端側の開口部６Ａに含水可燃物たる原料を被加熱対象物として筒状体３内に投入する原料投入管７が位置し、該一端側の開口部そして他端側の開口部の一方に過熱水蒸気を他方へ向け筒状体内に送入する過熱水蒸気送入管８が位置し、筒状体３内には、軸線方向両端側を除く中間域に、原料を一端側の開口部から他端側の開口部に向け搬送する搬送手段が設けられており、原料の水分が搬送中に過熱水蒸気で加熱されることで乾燥され、原料が乾燥後に高温状態で他端側の開口部１３から排出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、含水可燃物たる原料を加熱する原料加熱装置に関する。

含水可燃物たる原料を加熱して乾燥させる装置としては、例えば、特許文献１に開示されている装置が知られている。

この特許文献１における装置は、一端が開口そして他端が閉塞された横型の筒状体内に、両端が開口された内筒を同心に配設し、一端側から内筒と筒状体の間の環状空間に含水炭素質材を原料として投入すると共に筒状体を外面から加熱することで、原料を他端に向け搬送しながら加熱して乾燥・炭化・賦活させた後、他端側で環状空間から上記内筒内へ導入して内筒内で冷却させながら一端側から製品として排出することとしている。

かかる特許文献１では、内筒と筒状体との間の環状空間における原料の流れと、内筒体内における原料の流れは逆方向であり、他端側で上記環状空間から内筒内へ導入された時点で高温の原料は、内筒内で搬送が上記一端側へ向け進行するに伴い、未だ十分に加熱されていない環状空間に投入された直後の原料と熱交換することで、冷却されて製品として排出される。

特許第３５５８３５３号

含水原料を加熱処理して得られた製品は、後続工程でさらに圧縮等の加工を受ける場合がある。その場合、後続工程での加工のために、上記製品を加工に適した温度まで再度加熱しなくてはならないこともある。

しかしながら、特許文献１にあっては、装置が筒状体と内筒で環状空間を形成する構造となっていて、筒状体を外面から加熱することで上記環状空間内の原料を加熱するが、加熱後の原料は内筒内で搬送される間に環状空間内の原料との熱交換により冷却された状態の製品を得ることとなる。したがって、この製品を、上記後続工程、例えばブリケット装置での圧縮工程で圧縮加工するには、圧縮に適した温度まで再び加熱して昇温させる必要があり、ブリケット装置を直結して設けることができない。例えば、原料が褐炭の場合、褐炭は含水率が高いため、そのままでは、搬送コストが高いと共に燃料としてエネルギー効率が低い。そこで改善のために該褐炭を乾燥させるが、乾燥させると粉末状になり空気中の酸素と反応して粉塵爆発の危険がある。したがって、保管輸送にはブリケット加工し、空気との接触面積を小さくしている。しかし、ブリケット化するには、それなりの高温の状態で圧縮加工する必要があり、褐炭のような原料を乾燥後にブリケット化等の高温での加工を行うには特許文献１の装置は好適とは言えない。

本発明は、含水可燃物たる原料を乾燥等の加熱処理を行い、かつこの原料を後続の高温処理を行うのに好都合な高温状態で排出できる、原料加熱装置を提供することを課題とする。

本発明によると上述の課題は、横方向に延びる軸線を中心として筒状に形成され該軸線まわりに回転する筒状体が軸線方向両端に開口部を有し、軸線方向一端側の開口部に含水可燃物たる原料を被加熱対象物として筒状体内に投入する原料投入管が位置し、該一端側の開口部そして他端側の開口部の一方に過熱水蒸気を他方へ向け筒状体内に送入する過熱水蒸気送入管が位置し、筒状体内には、軸線方向両端側を除く中間域に、原料を一端側の開口部から他端側の開口部に向け搬送する搬送手段が設けられており、原料の水分が搬送中に過熱水蒸気で加熱されることで乾燥され、原料が乾燥後に高温状態で他端側の開口部から排出されることを特徴とする原料加熱装置により解決される。

このような構成の本発明の原料加熱装置によると、一端側の開口部から投入された含水可燃物たる原料は、回転する筒状体内で他端側の開口部へ向け搬送手段により搬送されている間に、過熱水蒸気と向流あるいは並流接触して、次第に乾燥され熱分解等の処理を受ける。この処理を受けた原料は、過熱水蒸気により加熱されていて搬送中に冷却されることがないためその高温状態を維持したまま他端側の開口部から排出される。したがって、この他端側の開口部に、後続の高温下での加工を行う装置を接続しておけば、追加的な加熱エネルギーなしで、原料はそのまま後続の加工を受けることができる。

本発明において、筒状体は、該筒状体外で一端側の開口部と他端側の開口部が循環路と過熱水蒸気送入管で接続されていると共に該循環路に過熱水蒸気加熱部が設けられており、筒状体内で原料を加熱して降温した後に筒状体外に抽出される低温過熱水蒸気の少なくとも一部が上記過熱水蒸気加熱部で加熱されることで昇温して過熱水蒸気として上記循環路そして過熱水蒸気送入管を経て筒状体内に送入されることが好ましい。こうすることで、過熱水蒸気が原料を加熱した後に降温して低温過熱水蒸気となったとしても、その残存保有熱を利用して不足分のエネルギーだけで過熱水蒸気加熱部にて再び高温な過熱水蒸気として、筒状体へ送入することが可能となる。具体的には、過熱水蒸気加熱部は、外部からの高温流体を受け該高温流体と循環路内の低温過熱水蒸気との熱交換により該低温加熱水蒸気を高温の過熱水蒸気とする熱交換器として実現できる。ここで、本願において、低温過熱水蒸気とは、筒状体内で原料を加熱した後に降温して筒状体外に抽出される過熱水蒸気をいい、筒状体に送入される高温の過熱水蒸気と区別している。

本発明において、筒状体は、他端側の開口部で、該他端側の開口部から排出される高温状態の原料を受けてこれを圧縮するブリケット装置に接続されていることが好ましい。こうすることで、加熱処理された原料はそのままブリケット化される。その際、ブリケット装置を上記筒状体他端側の開口部に直結して接続しても、コンベア等を介して接続されていてもよい。コンベア等を用いるときは、コンベア等でのブリケット装置までの搬送中に原料の温度が後続加工に不適な温度にまで降下することは避けるべく考慮しなければならない。

本発明において、筒状体は、該筒状体内の内周面に該筒状体の回転に伴い原料を掻き上げるリフタ部材が設けられていることが好ましい。リフタ部材を用いることにより、筒状体内で搬送中の原料が攪拌され均一かつ良好に加熱される。

本発明において、搬送手段は、軸線方向そして半径方向に延びて筒状体内空間を複数に仕切る仕切板と、該仕切板の面から起立して軸線に対して傾角を有する傾斜案内板とを有しているようにすることができる。上記傾斜案内板を有する仕切板を設けることで、原料は筒状体内容積に対して高い充填率で投入されても、十分な攪拌がなされつつ搬送速度が低くなり筒状体内での滞留時間が長くなり、筒状体の長さを大きくする必要がなくなって装置の小型化が図れる。

本発明において、搬送手段は、仕切板の両面に傾斜案内板を有し、両面の傾斜案内板同士は、両面のそれぞれが同一方向に向く位置にきたときに、軸線に対する傾角が逆になっており、原料が搬送中に仕切板の軸線方向両端縁の空間を経て循環することが好ましい。こうすることで、原料は搬送中に上記のごとく循環するので、さらに筒状体での滞留時間が長くなる。

本発明は、以上のように、含水可燃物たる原料を過熱水蒸気と筒状体内で直接接触させて乾燥等の加熱処理を施すこととしたので、乾燥後の原料は高温状態で製品として排出され、そのままの状態で後続の高温での加工を受けることができるようになり、全体として設備の省エネルギー化そして小型化を図ることができる。また、原料の加熱後に過熱水蒸気が低温過熱水蒸気となっても、その残存保有エネルギーに不足分のエネルギーを加えるだけで再び高温な過熱水蒸気として再利用できるのでエネルギー効率が良い。さらには原料の乾燥の際に発する水蒸気を上記過熱水蒸気の一部として利用でき、この点でもエネルギー効率が良くなる。

本発明の一実施形態装置の概要構成図である。 図１における筒状体の軸線に直角な面での断面図である。 本発明の他の実施形態装置の概要構成図である。 本発明のさらに他の実施形態装置の概要構成図である。 本発明のさらに他の実施形態装置の概要構成図である。

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。

図１にて、本実施形態の原料加熱装置１は、水平もしくは水平線に対し右方に向け３°以下の下向き傾角をもつ軸線２まわりに回転する筒状体３を有している。該筒状体３は、例えば円筒状であり、軸線方向両端近傍位置で外周に環状フランジ４Ａ，４Ｂが設けられていて、該環状フランジ４Ａ，４Ｂで軸受５Ａ，５Ｂにより支持されることで、図示しない駆動手段で上記軸線２まわりにゆっくりと、例えば１〜１０ｒｐｍで回転駆動されている。

上記筒状体３は、軸線２の方向の一端（図１にて左端）側と他端（図１にて右端）側に、それぞれ開口部６Ａと開口部Ｂとを有し、一端側の開口部６Ａに原料投入管７が進入し、他端側の開口部６Ｂには過熱水蒸気送入管８が連通するように、それぞれ配されている。上記原料投入管７と過熱水蒸気送入管８は、筒状体３の回転を許容するように、上記開口部６Ａ，６Ｂとの間でそれぞれ回転シールを形成している。

上記一端側の開口部６Ａには、該開口部６Ａとの間で回転シールを形成して上記筒状体３の回転を許容するようにして、排気管９が接続されており、筒状体３内のガス（主として原料を加熱した後に降温した低温過熱水蒸気なので、以下、低温過熱水蒸気といい、筒状体に送入される過熱水蒸気を高温過熱水蒸気として区別する）を抽出するようになっている。排気管９は分抜され、上記低温過熱水蒸気を適宜、外部へ排出する一方で、該低温過熱水蒸気の一部を高温過熱水蒸気とした後に再び筒状体３へ帰還させるように循環路１０が設けられている。該循環路１０には、ブロワ１１と過熱水蒸気加熱部１２とが接続されている。ブロワ１１は上記排気管９からの低温過熱水蒸気の一部を上記過熱水蒸気加熱部１２で加熱して高温過熱水蒸気とした後に過熱水蒸気送入管８から筒状体３の他端の開口部６Ｂへ帰還させるべく圧送する。上記過熱水蒸気加熱部１２は、熱交換器の形態をなしており、上記循環路１０が貫通する容器内に、外部からの高温流体を供給管１２Ａから受け、循環路１０を該過熱水蒸気加熱部１２へ流入してくる低温過熱水蒸気を上記高温流体との熱交換により加熱して高温過熱水蒸気として流出されるようになっている。高温流体は熱交換により降温されて排気管１２Ｂから排出される。また、上記過熱水蒸気送入管８が連通している筒状体３の開口部６Ｂには、製品排出管１３が連通していて下方に延びている。

回転する上記筒状体３の内部空間には、軸線方向で両端付近の領域Ａ，Ｃを除く中間域で、軸線２を通り直径方向と軸線方向に延びる二つの仕切板１４，１５が軸線方向で間隔（領域Ｂ）をあけて設けられており、これらの仕切板１４，１５はそれらの両面側に上記内部空間を区分形成して二つの空間としている（図２をも参照）。該仕切板１４，１５は、上述のように、軸線方向両端付近と両仕切板１４，１５間範囲で上記二つの区分空間を互いに連通している。上記仕切板１４，１５のそれぞれは両表面に、この面に垂直で上記軸線２に対して傾斜する傾斜案内板１６，１７が搬送手段として軸線方向の複数位置に羽根状をなして設けられている。この傾斜案内板１６，１７は、例えば、図１にて仕切板１４，１５の紙面に対して手前側の板面と反対側となる板面とが、互いに同一回転位置にきたときに、傾斜が同じ向きとなるように設けられている。かかる仕切板１４，１５は筒状体３と共に軸線２まわりで一方向に回転するので、仕切板１４，１５の板面が一方の側、例えば、図１にて紙面に対して手前側に向いているときにこの板面で筒状体３内の原料を掻き上げ、反対側に向くときに原料は上記傾斜案内板１６，１７に沿って滑落する。仕切板１４，１５の両板面での傾斜案内板１６，１７が互いに同じ向きの傾斜となっているので、原料は、上記紙面に対して手前側にきたときに、仕切板１４，１５のそれぞれの板面上では傾斜案内板１６，１７に沿って滑落することとなり、軸線方向で他端側（右端側）に進み、他方の板面上では一端側（左端側）に進む。仕切板１４，１５のそれぞれで仕切られた二つの区分空間は軸線方向両端で連通して連通領域Ａ，Ｂ，Ｃを形成しているので、上記原料はこの連通領域Ａ，Ｂ，Ｃを通って、二つの区分空間を循環する。すなわち、この循環は、領域Ａ，Ｂを通る仕切板１４まわりと領域Ｂ，Ｃを通る仕切板１５まわりで二つの循環をなすようになる。かくして、原料は、筒状体３内での滞留時間が長くなり、しかも、仕切板１４，１５により掻き上げられるので、筒状体３中を他端側から一端側へ流れる高温過熱水蒸気と十分な面積をもって直接接触する。その結果、筒状体３内の原料の充填率も高くすることができ、１０〜３０％の充填率とすることができる。

かかる本実施形態装置によると、含水可燃物たる原料は次の要領で加熱処理される。

先ず、一端側開口部６Ａでは、原料投入管７から含水可燃物、例えば褐炭が筒状体３内へ投入され、他端側開口部６Ｂでは過熱水蒸気送入管８から１５０〜１２００℃の高温過熱水蒸気が筒状体３内へ送入される。

原料は、筒状体３と共に回転する傾斜案内板１６付きの仕切板１４と傾斜案内板１７付きの仕切板１５の作用で、仕切板１４の両面側と領域Ａ，Ｂを経て仕切板１４まわりを循環しながら他端側に向け搬送され、次に仕切板１５の両面側と領域Ｂ，Ｃを経て仕切板１５まわりを循環しながら他端側へ向け搬送され開口部６Ｂに至る。原料は、搬送されながら、他端側で過熱水蒸気送入管８から送入された高温過熱水蒸気と向流直接接触して加熱され、乾燥された後に熱分解等の加熱処理を受け、高温状態を維持したまま製品排出管１３から排出される。この高温の製品は、次工程で高温状態での圧縮等の加工を受けることができる。

他端側から筒状体３内に送入された高温過熱水蒸気は、原料を加熱して自らは降温して１２０〜３００℃の低温過熱水蒸気となって原料から生ずる水蒸気そしてガスと共に排気管９から筒状体３外に抽出される。低温過熱水蒸気は、大部分は外部へ放出されるが、その一部はブロワ１１により循環路１０を経て過熱水蒸気加熱部１２へ送られ、ここで供給管１２Ａから流入する高温流体との熱交換により昇温し、高温過熱水蒸気となって、循環路１０を経て過熱水蒸気送入管８から再び筒状体３内へ送入されて、原料の加熱に供される。

図１の形態では、原料は筒状体３の一端側の原料投入管７から投入され、高温過熱水蒸気は他端側の過熱水蒸気送入管８から送入されていて、原料は高温過熱水蒸気と向流接触していたが、図３に示される他の実施形態のごとく、並流接触としてもよい。

図３では、筒状体３の一端側に原料投入管７と過熱水蒸気送入管８が同心に配置されていて、原料と高温過熱水蒸気は並流接触しつつ筒状体３内を一端側から他端側へ流れる。循環路１０には、図１の場合と同様の過熱水蒸気加熱部１２とブロワ１１が設けられていて、筒状体３の他端側からの低温過熱水蒸気の一部がブロワ１１により過熱水蒸気加熱部１２へ送るようになっている。

図１の実施形態では、筒状体３内の仕切板１４，１５は分離していたが、図４に示されるさらに他の実施形態のごとく、両者を一部で接続していてもよい。この場合、両仕切板１４，１５は、筒状体３の内周面側で接続板１９により接続されていて、半径方向中央部は開口されて図１の連通する領域Ｂに相当する領域Ｂ’を形成することが好ましい。上記接続板１９を筒状体３の内周面側に設けることで、この接続板１９により原料の掻き上げを行って、原料の攪拌を良好にすることができる。

原料の掻き上げをさらに積極的に行うためには、図２において、二点鎖線で示されるごとく、筒状体３の内周面に周方向で分布する複数のバケット状のリフタ部材２０を設けることが好ましい。このリフタ部材２０は、軸線方向では、少なくとも仕切板１４，１５の存在範囲に設けられる。その際、リフタ部材２０が仕切板１４，１５と干渉する位置では、仕切板１４，１５は部分的に窓状の切り欠きを形成して干渉を避けることが好ましい。

本発明のさらに他の実施形態では、筒状体３の他端側の開口部６Ｂには、図５に見られるごとく、製品排出管１３の下方に、後続加工の一例装置としてのブリケット装置２１が配設されている。ブリケット装置２１は、一対の圧縮ローラ２２Ａを有する圧縮部２２と、冷却部２３とを有している。

筒状体３内で乾燥後に熱分解等の加熱処理を受けて高温状態で製品排出管１３から排出された製品（中間製品）は、ブリケット装置２１の圧縮部２２で圧縮されることでブリケット化され、冷却部２３で冷却されて最終製品となって排出部２４から排出される。褐炭のブリケット化を目的とするときには、製品排出管１３から排出されるときの製品（中間製品）の温度は３００〜４００℃であることが好ましい。なお、上記製品（中間製品）がバイオマス低減熱分解を目的とするときは、この製品が加熱される温度は１５０〜４００℃、加熱によって発生するチャーの水蒸気によるガス化反応を目的とするときには、１０００〜１２００℃である。

１ 原料加熱装置
２ 軸線
３ 筒状体
６Ａ 開口部
６Ｂ 開口部
８ 過熱水蒸気送入管
１０ 循環路
１２ 過熱水蒸気加熱部（熱交換器）
１４ 仕切板（搬送手段）
１５ 仕切板（搬送手段）
１６ 傾斜案内板（搬送手段）
１７ 傾斜案内板（搬送手段）
２０ リフタ部材
２１ ブリケット装置

Claims (7)

1. 横方向に延びる軸線を中心として筒状に形成され該軸線まわりに回転する筒状体が軸線方向両端に開口部を有し、軸線方向一端側の開口部に含水可燃物たる原料を被加熱対象物として筒状体内に投入する原料投入管が位置し、該一端側の開口部そして他端側の開口部の一方に過熱水蒸気を他方へ向け筒状体内に送入する過熱水蒸気送入管が位置し、筒状体内には、軸線方向両端側を除く中間域に、原料を一端側の開口部から他端側の開口部に向け搬送する搬送手段が設けられており、原料の水分が搬送中に過熱水蒸気で加熱されることで乾燥され、原料が乾燥後に高温状態で他端側の開口部から排出されることを特徴とする原料加熱装置。
2. 筒状体は、該筒状体外で一端側の開口部と他端側の開口部が循環路と過熱水蒸気送入管で接続されていると共に該循環路に過熱水蒸気加熱部が設けられており、筒状体内で原料を加熱して降温した後に筒状体外に抽出される低温過熱水蒸気の少なくとも一部が上記過熱水蒸気加熱部で加熱されることで昇温して過熱水蒸気として上記循環路そして過熱水蒸気送入管を経て筒状体内に送入されることとする請求項１に記載の原料加熱装置。
3. 過熱水蒸気加熱部は、外部からの高温流体を受け該高温流体と循環路内の低温過熱水蒸気との熱交換により該低温加熱水蒸気をこれより高温の過熱水蒸気とする熱交換器であることとする請求項２に記載の原料加熱装置。
4. 筒状体は、他端側の開口部で、該他端側の開口部から排出される高温状態の原料を受けてこれを圧縮するブリケット装置に接続されていることとする請求項１又は請求項２に記載の原料加熱装置。
5. 筒状体は、該筒状体内の内周面に該筒状体の回転に伴い原料を掻き上げるリフタ部材が設けられていることとする請求項１、請求項２そして請求項４のうちの一つに記載の原料加熱装置。
6. 搬送手段は、軸線方向そして半径方向に延びて筒状体内空間を複数に仕切る仕切板と、該仕切板の面から起立して軸線に対して傾角を有する傾斜案内板とを有していることとする請求項１に記載の原料加熱装置。
7. 搬送手段は、仕切板の両面に傾斜案内板を有し、両面の傾斜案内同士は、両面のそれぞれが同一方向に向く位置にきたときに、軸線に対する傾角が逆になっており、原料が搬送中に仕切板の軸線方向両端縁の空間を経て循環することとする請求項１又は請求項６に記載の原料加熱装置。

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