JP2022124545A - Device structure for preventing outflow of in-furnace gas and inflow of outside air into furnace in rotary cylindrical furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転円筒炉において外気の炉内流入及び炉内ガスの外気流出を阻止する装置構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE
回転円筒炉は投入された固体粒子が転動する過程でガスと効率よく接触して気固反応を促進すること、伝熱効率が良いこと、運転が容易であることなどの特長を有し、乾燥炉、燃焼炉、焼成炉、熱分解炉等多岐にわたって用いられている。 Rotating cylindrical furnaces are characterized by the efficient contact with gas during the rolling process of the solid particles thrown in, promoting the gas-solid reaction, good heat transfer efficiency, and easy operation. It is widely used in furnaces, combustion furnaces, firing furnaces, pyrolysis furnaces, etc.
その装置構造は、回転円筒炉の入口と出口において、固定部とのあいだに回転を許容する空間(隙間)を有することによって特徴づけられるが、この隙間からの外気炉内流入、あるいは炉内ガス外気流出は避けられない。そのため、炉が正常に機能するためには、外気の炉内流入及び炉内ガスの外気流出を防ぐ必要がある。 The device structure is characterized by having a space (gap) at the inlet and the outlet of the rotary cylindrical furnace that allows rotation between the fixed part and outside air flowing into the furnace through this gap, or gas inside the furnace. Air leakage is inevitable. Therefore, in order for the furnace to function normally, it is necessary to prevent the inflow of outside air into the furnace and the outflow of the in-furnace gas to the outside air.
特に、熱分解装置として用いる場合には、
・外気(酸素)が、高温可燃ガスの充満している炉内に流入すると、爆発が生じて炉の破損等重大な事故につながる。
・また炉内ガスは一酸化炭素などの有害物質を含むからその流出は、運転シャットダウン制御がかかり大きな損害を被ることになる。
In particular, when used as a pyrolyzer,
・If outside air (oxygen) flows into the furnace filled with high-temperature combustible gas, an explosion will occur, leading to serious accidents such as damage to the furnace.
・Furnace gas contains toxic substances such as carbon monoxide, so the outflow of the gases will cause serious damage due to operation shutdown control.
更に、熱分解炉等の高温装置は炉材の熱膨張によって回転軸に垂直方向に膨らんで円筒外周固定部材との隙間が狭まり回転が阻害されてしまう。
そこで、回転を維持しつつ中空薄板円筒(4)前後の隙間からの外気ガスの流入及び炉内有害ガスの外部環境流出を阻止する方法及びその装置構造の設計が重要となる。
Furthermore, a high-temperature apparatus such as a pyrolysis furnace swells in the direction perpendicular to the rotating shaft due to the thermal expansion of the furnace material, narrowing the gap between the rotating shaft and the cylindrical outer peripheral fixing member, thereby hindering rotation.
Therefore, it is important to design a method and a device structure for preventing the inflow of outside air gas from the gaps in front and behind the hollow thin plate cylinder (4) and the outflow of the harmful gas in the furnace to the outside environment while maintaining the rotation.
回転円筒炉前後の隙間からの外気の流入および炉内ガスの流出を防止する手法としては、隙間をシールする手法(1)~(2)がある。
・手法(1)
炉の回転軸に平行な円筒状の隙間に、グランドパッキンを貼り付けてシールする。
・手法(2)
炉の回転軸に垂直な円筒状の隙間をシールして、炉の回転軸に平行な円筒状の隙間はシールしないように構成する。具体的には、炉に垂直方向に設けた回転フランジと、回転フランジと接触する摺動フランジ面の隙間でガスをシールするように構成する。
Methods (1) and (2) of sealing the gaps are available as methods for preventing the inflow of outside air and the outflow of furnace gas from the gaps in front and behind the rotary cylindrical furnace.
・Method (1)
Gland packing is attached to seal the cylindrical gap parallel to the rotation axis of the furnace.
・Method (2)
The cylindrical gap perpendicular to the axis of rotation of the furnace is sealed and the cylindrical gap parallel to the axis of rotation of the furnace is not sealed. Specifically, it is constructed such that gas is sealed in a gap between a rotary flange provided in the vertical direction to the furnace and a sliding flange surface in contact with the rotary flange.
しかしながら、前述した手法(1)は、円筒の回転軸(x軸)方向の伸縮には対応できるが、垂直(y軸)方向の膨らみへの対応には限度がある。例えば、SUSの炉内温度が1000度、炉の内径が500mmφのとき、膨らみは10mmとなる。この隙間を炉周りに装備したグランドパッキンでシールしたとき圧縮されたグランドパッキンが回転を阻害してしまう。 However, although method (1) described above can deal with expansion and contraction in the direction of the rotation axis (x-axis) of the cylinder, there is a limit to dealing with swelling in the vertical (y-axis) direction. For example, when the temperature in the SUS furnace is 1000 degrees and the inner diameter of the furnace is 500 mmφ, the bulge is 10 mm. When this gap is sealed with a gland packing provided around the furnace, the compressed gland packing inhibits rotation.
また、手法(2)は、円筒炉の回転軸(x軸)方向の伸縮、および垂直(y軸)方向の膨らみには対応できるが、炉内外のガスの圧力差への対応には限度がある。具体的には、炉内ガス圧が0.2kPaを超えるとガスが摺動面から外気に流出し、逆に-2kPaを超えると外気が炉内に流入するようになる。 Method (2) can deal with expansion and contraction in the direction of the rotation axis (x-axis) of the cylindrical furnace and expansion in the direction of the vertical (y-axis), but there is a limit to dealing with the pressure difference between the gas inside and outside the furnace. be. Specifically, when the furnace gas pressure exceeds 0.2 kPa, the gas flows out from the sliding surface to the outside air, and conversely, when it exceeds -2 kPa, the outside air flows into the furnace.
そこで、本発明は、回転を円滑に支承しながら、大きな熱膨張を伴う高温炉であっても外気の炉内流入および有害炉内ガスの流出を阻止する、新しい回転円筒炉周り空間構造を提供して炉の安全運転を可能にすることを目的としている。 Therefore, the present invention provides a new space structure around a rotary cylindrical furnace that smoothly supports rotation and prevents the inflow of outside air into the furnace and the outflow of harmful furnace gases even in a high-temperature furnace with large thermal expansion. The purpose is to enable safe operation of the furnace by
前記目的を達成するために、本発明の空間構造は、回転炉とそれを覆う蛇腹円筒及び固定部で囲われた中空円筒状の空間であって該空間は、炉内ガス圧及び外気圧のいずれより高くかつそのいずれでもない第3のガス(酸素を含まない無害ガス)で充満した構造になっている。具体的には、該空間は、回転部と固定部の間に回転を許容する十分な隙間と回転炉の外周に設けられて前記回転炉の回転軸方向に直交する回転フランジと前記固定部材に蛇腹管を介して取り付けられた摺動フランジとの間に隙間を有しており、該空間内は不活性ガスで充満している。 In order to achieve the above object, the space structure of the present invention is a hollow cylindrical space surrounded by a rotary furnace, a bellows cylinder covering it, and a fixed part, and the space is controlled by the gas pressure in the furnace and the external pressure. The structure is filled with a third gas (a harmless gas that does not contain oxygen) that is higher than either and neither of them. Specifically, the space is provided between a sufficient gap that allows rotation between the rotating part and the fixed part, a rotary flange provided on the outer periphery of the rotary furnace and orthogonal to the rotation axis direction of the rotary furnace, and the fixed member. It has a gap between it and a sliding flange attached via a corrugated tube, and the space is filled with an inert gas.
このように、本発明の回転円筒炉の空間構造は、回転部と固定部の間に回転を許容する十分な空間と、回転炉の外周に設けられて回転炉の軸線方向に直交するシール面を有する回転フランジと、固定部材に蛇腹管を介して取り付けられた摺動フランジであって、回転フランジと当接する摺動フランジとを、備えているとともに、蛇腹管と回転円筒炉と固定部とで構成される空間に、炉内ガスとも外気とも異なる無害ガスであって、炉内圧より、外気圧より圧力の高いガスを送入する構造となっている。このような構成であれば、x軸方向の伸びは蛇腹管の伸縮作用によって、y軸方向の伸びは回転面と摺動面との隙間によって、炉の熱伸びを円滑に支承しながら、無害ガスが炉内に流入し、あるいは炉外に流出するので、その結果として外気の炉内流入・炉内ガスの炉外流出を阻止できるようになる。 As described above, the spatial structure of the rotary cylindrical furnace of the present invention includes a sufficient space between the rotating part and the fixed part to allow rotation, and a seal surface provided on the outer periphery of the rotary furnace and perpendicular to the axial direction of the rotary furnace. and a sliding flange attached to a fixed member via a bellows tube, the sliding flange abutting against the rotating flange, and the bellows tube, the rotary cylindrical furnace, and the fixed part A gas which is a harmless gas different from the furnace gas and outside air and whose pressure is higher than the pressure inside the furnace is fed into the space composed of . With such a structure, expansion in the x-axis direction is caused by the expansion and contraction of the bellows tube, and expansion in the y-axis direction is caused by the gap between the rotating surface and the sliding surface. Since the gas flows into the furnace or flows out of the furnace, as a result, it is possible to prevent outside air from flowing into the furnace and furnace gas from flowing out of the furnace.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the constituent elements described in the following examples are examples, and are not intended to limit the technical scope of the present invention only to them.
(構成)
まず、図1を用いて本発明の回転円筒炉の全体構成を説明する。なお、本発明において「回転円筒炉」とは、水平軸回りの回転と傾斜軸回りの回転(ロータリーキルン)の両方を含むものとして定義される。回転円筒炉1は、図1に示すように、入口側の固定部材:スクリューフィーダーケーシング11、出口側の固定部材ハウジング12、回転炉10、回転支持装置13などを備えている。回転炉10は、金属製円筒形状に形成されており、両端近傍をケーシング11及びハウジング12に挿入された状態で、転輪13によって回転駆動される。回転炉の内部には固体粒子の充填層が装備されておりガスは必ず固体粒子の層内を通り抜けていくから充填層の前後で大きな圧力差:例えば2kPaの圧力差が生じるからシールの方法では外気の炉内流入、炉内ガスの外気流出を阻止できない。なお、回転炉10の内部構造は、図示された構造でなくてもよく、どのようなものであってもよい。
(Constitution)
First, the overall configuration of the rotary cylindrical furnace of the present invention will be described with reference to FIG. In the present invention, the term "rotary cylindrical furnace" is defined as including both rotation about a horizontal axis and rotation about an inclined axis (rotary kiln). As shown in FIG. 1, the rotary
スクリューフィーダーハウジング11側から投入された原料は、回転炉10の回転によって転動しながら気固接触反応を行いながら出口方向に移送され、出口側のハウジング12から排出される。そして、本実施例1の回転円筒炉1は、回転炉10と一体回転する回転フランジ100と、左右両側に配置される固定部材としての固定フランジ110(120)と、蛇腹円筒とで囲われた空間が過熱水蒸気で充満している。
The raw material introduced from the screw feeder housing 11 side rolls with the rotation of the
図2は本実施例の回転円筒炉の入口部の、図3は出口部の構造を示している。回転炉10の外周に設けられて回転炉10の回転軸方向と鉛直方向に装備された回転フランジ100と、固定部材としての固定フランジ110(120)と、蛇腹円管21を介して取り付けられた摺動フランジ22と、を備えている。
FIG. 2 shows the structure of the inlet of the rotary cylindrical furnace of this embodiment, and FIG. 3 shows the structure of the outlet. A
回転フランジ100は、回転炉10の両端近傍において、回転炉10の回転軸に鉛直方向に装備された円環状(つば状、又は、中心近傍に円形の開口部を有する円形状)の薄板部材である。
The
そして、本実施例の固定部材としての固定フランジ110(120)は、回転フランジ100と摺動フランジ22と蛇腹管21と固定部材とによって囲まれる空間に通じる送気孔24をさらに有している。そして、後述するように、図示しない送気装置から、送気孔24を通じてこの空間の内側に酸素を含まない無害ガスを送入するようにされている。
The fixed flange 110 (120) as the fixed member of this embodiment further has an
そして、固定フランジ110(120)に蛇腹管21を介して、摺動フランジ22が取り付けられている。この蛇腹管21は、ステンレスによって全体として円筒形の蛇腹状(ベローズ状、アコーディオン状)に形成されるもので、弾性変形可能に形成されている。蛇腹管21は、固定フランジ110と回転フランジ100の間に円筒炉を囲う状態で設置されており、回転炉10が熱で伸びることによって、蛇腹管21は、摺動フランジ22を回転フランジ100に向かって弾性力で付勢するようになっている。
A
すなわち、回転フランジ100は、円筒状の回転炉10の両側の端面を半径方向外向きに拡径して形成される。そして、酸素を含まない無害ガスが炉内に流入し、回転フランジ100の軸線方向外向き面を通じて外気に流出して、結果として炉内ガスの流出及び外気の流入を阻止することになる。
That is, the
摺動フランジ22は、回転炉10の軸線方向と直交する円環状(つば状、又は、中心近傍に円形の開口部を有する円形状)の薄板部材である。摺動フランジ22は、後面側が蛇腹管21に固定されているだけであるから、蛇腹管21の伸縮に伴って回転炉10の軸線方向に移動可能になっている。さらに、摺動フランジ22の前面側(回転フランジ100と接触する側)には、摺動フランジ22と同形状のグラファイト23が設置されている。グラファイト23は、回転フランジ100との接触面(シール面)の摩擦抵抗を低減するとともに、自身が摩耗することで摺動フランジ22の摩耗を防止する機能を有している。
The sliding
前述してきたように、これらの、固定フランジ110と、内筒111(の外面)と、回転フランジ100と、摺動フランジ22と、蛇腹管21(の内面)と、固定部材と、によって空間が区画されている。そして、この空間の内部に、上流側の送気孔24を通じて酸素を含まない無害ガスが挿入される。さらに、空間の下流側は、入口側のハウジング11から延びる内筒111と回転炉10との隙間へ繋がっている。
As described above, the fixed
ここで、送気孔24を通じて送気される気体について説明する。まず、気体の圧力は、回転炉10内の圧力よりも高く、かつ、送入された気体の一部が回転フランジ100と摺動フランジ22の間から流出するように、調整されている。
Here, the gas supplied through the air supply holes 24 will be described. First, the pressure of the gas is adjusted so that it is higher than the pressure inside the
つまり、空間内に挿入される気体の圧力は、以下の基準によって設定される。
(1)回転炉10内の圧力よりも高いこと。
まず、回転炉10内の気体の外部への漏洩を防止するために、空間内の圧力が回転炉10内の圧力よりも高いことが必要となる。
(2)回転フランジ100と摺動フランジ22の隙間から少し漏れること。
これは、逆に言えば、蛇腹管21の弾性力が、回転フランジ100と摺動フランジ22の隙間から少し漏れる程度に調整されている。
That is, the pressure of gas inserted into the space is set according to the following criteria.
(1) higher than the pressure in the
First, in order to prevent the gas inside the
(2) A little leakage from the gap between the
In other words, the elastic force of the
そして、挿入される気体は、炉内ガスや外気ガスではなく、第3の加圧された酸素を含まない無害ガス不活性ガスとすることが好ましい。さらに言うと、気体は、回転炉10内の反応において利用される気体であることが好ましい。例えば、回転炉が熱分解炉であってバイオマスから高濃度の水素を得ようとする場合であれば、送入される気体は過熱水蒸気(SHS)とすることが好ましい。
The gas to be inserted is preferably the third pressurized harmless inert gas that does not contain oxygen, instead of the gas inside the furnace or the outside gas. Furthermore, the gas is preferably the gas that is used in the reaction within the
(効果)
次に、実施例の回転円筒炉の入口、出口周りの閉じた空間の奏する効果を列挙して説明する。
(effect)
Next, the effects of the closed spaces around the inlet and outlet of the rotary cylindrical furnace of the embodiment will be enumerated and explained.
(1)上述してきたように、実施例の回転円筒炉の入口、出口周りの構造は、ロータリーキルン1の回転炉10と固定部材としての固定フランジ110との間に配設したロータリーキルンのシール構造2であって、回転炉10の外周に設けられて回転炉10の軸線方向に直交するシール面を有する回転フランジ100と、固定部材としての固定フランジ110に蛇腹管21を介して取り付けられた摺動フランジ22であって、回転フランジ100と当接する、摺動フランジ22と、を備えている。このような構成であれば、回転を円滑に支承しながら、炉内圧と外気圧との間に圧力差が生じても炉内のガスの流入・流出を防止できる。さらに、シンプルな機構を用いて伸縮することで回転炉10の伸びに追従することができる。
(1) As described above, the structure around the inlet and outlet of the rotary cylindrical kiln of the embodiment is the rotary
(2)また、蛇腹管21は、弾性変形可能に形成され、固定部材としての固定フランジ110と回転フランジ100の間に回転炉10を覆う形で設置されて、摺動フランジ22を回転フランジ100に向かって付勢するようになっているため、回転炉10の軸線方向の伸縮に追従できる。さらに、摺動フランジ22を回転フランジ100に向かって弾性力によって押圧することで、回転を許容しつつも、摺動面からの漏れを抑制できる。
(2) The
(3)さらに、固定部材としての固定フランジ110は、回転フランジ100と摺動フランジ22と蛇腹管21とによって囲まれる空間に通じる送気孔24をさらに有し、送気孔24を通じて空間の内側に気体を送入するようにされている。このような構成であれば、回転炉10内への外気の流入を阻止することができる。
(3) Furthermore, the fixed
(4)また、送入される気体の圧力は、回転炉10内の圧力よりもまた外気圧力より高く、調整されているため、炉内ガスの流出も外気の炉内流入もない。
(4) In addition, since the pressure of the supplied gas is adjusted to be higher than the pressure inside the
(5)例えば、回転円筒炉1は熱分解炉であり、バイオマスの熱分解によって合成ガスを生成あるいは水素を生成する場合には、送入される気体として過熱水蒸気を選定すれば、タール、チャーの改質反応に水蒸気を利用できるため好都合である。
(5) For example, the rotary
以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes to the extent that they do not depart from the gist of the present invention can be applied to the present invention. included.
1 :ロータリーキルン
10 :回転炉
100 :回転フランジ
11、12:ハウジング
110 :固定フランジ
111 :内筒
13 :回転支持装置
2 :ロータリーキルンのシール構造
21 :蛇腹管
22 :摺動フランジ
23 :グラファイト
24 :送気孔
3 :台座
31 :ベアリング
Reference Signs List 1: rotary kiln 10: rotary furnace 100: rotary flanges 11, 12: housing 110: fixed flange 111: inner cylinder 13: rotary support device 2: rotary kiln seal structure 21: bellows tube 22: sliding flange 23: graphite 24: feed Pore 3: Pedestal 31: Bearing
Claims (4)
前記回転部材と、前記固定部材と、前記回転円筒炉と、前記回転円筒炉の外側の中空薄板円筒、とによって囲まれた空間を、
炉外圧及び炉内圧のいずれよりも高い圧力の不活性ガスで充満することによって、回転円筒炉運転の安全性と炉性能を高める、装置構造。 At the connecting portion between the rotating member and the fixed member of the rotary cylindrical furnace,
a space surrounded by the rotating member, the fixed member, the rotating cylindrical furnace, and the hollow thin-plate cylinder outside the rotating cylindrical furnace,
A device structure that enhances the safety and performance of rotary cylindrical furnace operation by filling with an inert gas at a pressure higher than both the furnace external pressure and the furnace internal pressure.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240201 |