JP3602504B2

JP3602504B2 - 過熱蒸気を用いた熱処理設備

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Publication number: JP3602504B2
Application number: JP2002014203A
Authority: JP
Inventors: 勝美柴田
Original assignee: 勝美柴田; 柴田智恵
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: US6698365B2; US20030136317A1; JP2003214768A; EP1331442A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は過熱蒸気を用い、実質的に無酸素状態で処理しようとする対象物を乾燥又は炭化を含む熱分解する熱処理設備に関する。ここで、本設備に適用できる対象物としては液体及び気体を除く、粘性物質及び／又は固形物質であり、例えば、一般家庭、工場、料理店等で発生する生ごみ、使用済紙おむつ、燃焼時にダイオキンの発生し易い廃プラスチック及びその他のプラスチック、家畜糞や人糞、下水処理場から発生する汚泥残渣の１又は２以上からなる廃棄物がある。また、本発明に係る熱処理設備は、工場等で用いる各種の有機物又は無機物からなる原料や製品の乾燥又は熱分解にも適用できる。また、基本的に連続設備であるが、バッチ処理も容易に行える。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工場や家庭等から発生する廃棄物を処理する場合、多量の廃棄物を比較的安価に処理できるという利点から、焼却法が採用されている。
また、フロン、ＰＣＢ、トリクロロエチレン等の人体や環境に有害な物質を含む対象物、あるいは塩素成分を含む廃プラスチック等を処理する場合には単純に燃焼処理を行うとダイオキシンが発生するので、ダイオキンを分解可能な反応帯を有する燃焼処理法、水熱反応法、プラズマ反応法等の各種方法が提案されている。
そして、工場で原料や製品の乾燥を行う場合、空気又は窒素ガス等からなる熱風を用いる乾燥処理が行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の廃棄物の燃焼処理法では、処理しようとする廃棄物が有するカロリーによって燃焼時に発生する熱量が異なり、炉温の制御が難しいという問題があった。即ち、多量に水分を含む場合、あるいはカロリーの少ないものを燃焼処理しようとすると、補助バーナーで加熱する必要があり、木材や紙等のように燃えやすいものを燃焼処理する場合には、補助バーナーで加熱する必要はなく自身で燃焼（即ち、自燃）するが、炉の温度が高温になり、処理しようとする対象物の投入量を制御する必要があった。更には、廃棄物の一部にこのような熱量の高い廃棄物を含む場合には、局部的に炉が高温になる等の問題があった。
【０００４】
また、廃棄物を最初に無酸素炉に入れて乾留し、発生するガスを別の炉で二次燃焼させる処理方法もあるが、無酸素炉中で攪拌しながら加熱することは困難であるので、処理に時間がかかり、更には廃棄物中に塩素化合物がある場合には、ダイオキシンが発生し、ダイオキシンの処理装置も別に設ける必要があった。
一方、ダイオキシン、フロン、ＰＣＢ、トリクロロエチレンの無害化処理においては、水熱反応法があり極めて有効な方法であるが、温度を３００〜４５０℃、圧力を１００〜２５０ｋｇ／ｃｍ² というように、分解処理を行う条件が高温高圧の条件となり、分解設備には高温高圧容器を使用する必要があり、設備の建設費、維持費、及び運転費が高額になると共に、連続運転も困難なため、以上に述べた廃棄物の処理には適していない。更に、プラズマ反応法は、高温のプラズマ中に上記の有害物質を導入して分解するものであるが、設備コストと処理コストが極めて高いと言う問題がある。
【０００５】
次に、空気や窒素を用いる処理物の乾燥処理においては、空気や窒素を高温に昇温する熱交換器が必要であり、空気や窒素は熱容量が小さいので、処理対象物の量が多い場合には、大型の熱交換器が必要であり、処理温度が５００℃を超える場合には一般には行われていない。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、処理原料（廃棄物を含む）の乾燥及び熱分解に当たり、設備全体を比較的小型に形成でき、更には、処理時間も短い高温の過熱蒸気を用いた熱処理設備を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、内部に高温の過熱蒸気又は高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第１のノズル配管を備え、一方側に処理原料の第１の投入部を、他方側に前記高温ガスによって乾燥処理された処理原料の第１の排出部を備える第１のロータリーキルンと、
内部に超高温の過熱蒸気を噴出する第２のノズル配管を備え、一方側に前記第１のロータリーキルンによって前記乾燥処理された処理原料の第２の投入部を、他方側に前記超高温の過熱蒸気によって加熱処理された処理原料の第２の排出部を備える第２のロータリーキルンと、
前記第２のロータリーキルンの第２の排出部に設けられ、前記加熱処理された処理原料を無酸素状態で該処理原料が大気中で自燃しない非自燃温度まで下げて、外部に排出する処理物排出機構とを有し、
しかも、前記処理物排出機構は排出用スクリューコンベアを有し、該排出用スクリューコンベアの入口側から前記加熱処理された処理原料を充填投入すると共に、前記第２のロータリーキルン内に充填された過熱蒸気又は飽和蒸気を流して該排出用スクリューコンベア内を無酸素状態とする。
なお、第２のロータリーキルンで前記処理原料の炭化処理を主として行う。
これによって、処理原料を第１、第２のロータリーキルンの２段に分けて熱処理が可能となり、更には、第１、第２のロータリーキルンにおいては、過熱蒸気を用いていれば、温度が下がれば水になり排ガスの処理が容易となる。
なお、処理原料は、２ｃｍ以下（より好ましくは０．５〜１．５ｃｍ程度）に破砕されているか、又は粉粒物であるのがよい。
また、排出される処理原料を、処理状況に合わせて徐々に第２のロータリーキルンから排出し、処理原料の温度も排出用スクリューコンベアを通過する過程で下がるので、処理原料の燃焼を防止できる。
【０００７】
また、第２の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第１の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１及び第２のノズル配管は、それぞれ回転駆動される前記第１、第２のロータリーキルンのキルン本体内に一方側から他方側にかけて固定状態で延設され、しかも、前記第１、第２のノズル配管には、多数の熱ガス噴出口が隙間を有してそれぞれ設けられている。
これによって、第１のロータリーキルンのキルン本体内に満遍なく高温の過熱蒸気又は高温燃焼ガスを噴射することができ、第２のロータリーキルンのキルン本体内に満遍なく超高温の過熱蒸気を噴射することができる。特に、キルン本体は回転しているので、処理原料が攪拌され、比較的短時間の内に処理原料へ熱が伝わる。
ここで、第３の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第２の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１、第２のノズル配管はそれぞれ前記第１、第２のロータリーキルンの一方の端面から他方の端面に向かって前記各キルン本体の軸心と平行に設けられている。
【０００８】
第４の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第１〜第３の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１のロータリーキルンに供給される前記高温ガスは、２００〜７００℃（より好ましくは２００〜４００℃）の高温ガスが使用され、前記第２のロータリーキルンに供給される前記超高温の過熱蒸気には４００〜１０００℃の過熱蒸気が使用される。これによって、第１、第２のロータリーキルンにおいて、加熱温度を変えた２段階処理が可能となり、第１のロータリーキルンにおいては、主として処理原料の乾燥が、第２のロータリーキルンにおいては、処理原料の炭化処理が行える。
【０００９】
第５の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第１の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記排出用スクリューコンベアの下流側には加湿帯を有し、入口側から投入された前記加熱処理された処理原料は、前記加湿帯にて液化した前記過熱蒸気又は飽和蒸気によって加湿され、該排出用スクリューコンベアの出口から１００℃未満の温度で排出される。これによって、第２のロータリーキルンによって処理された処理原料を１００℃未満にし（すなわち、燃えない状態）、更に適当に加湿して排出できる。
第６の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第１〜第５の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記処理原料は、炭素含有化合物であって、前記処理物排出機構から前記炭素含有化合物の炭化物が排出される。これによって、この炭化物を例えば、活性炭等として利用できる。
【００１０】
第７の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第１〜第６の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１のロータリーキルンは、前記第２のロータリーキルンの上方に配置され、該第１のロータリーキルンの第１の排出部は、該第１のロータリーキルンからの処理原料を排出するシュートを有し、前記第２のロータリーキルンの第２の投入部には、該シュートから排出される処理原料を前記第２のロータリーキルン内に送り込む原料供給用スクリューコンベアが設けられて、前記第１の排出部と前記第２の投入部とが連結されている。これによって、第１のロータリーキルンから第２のロータリーキルンへの処理原料の搬送が容易となる。
第８の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第１〜第７の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１、第２のロータリーキルンの炉内圧は、大気圧より高い正圧状態で運転されている。これによって、内部への空気の侵入を防止でき、処理原料の燃焼を抑制できる。なお、正圧の範囲は、大気圧に加えて１０〜１００ｍｍＡｑ程度が好ましい。
そして、第９の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第１〜第８の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１のロータリーキルン及び／又は第２のロータリーキルンから排出される過熱蒸気を含む乾留ガスを、前記高温ガス及び前記超高温の過熱蒸気を発生させる熱源として使用している。
また、第１０の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第９の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記過熱蒸気を含む乾留ガスは、燃焼炉によって８００℃以上の温度にして、含まれる臭気を除去すると共に、該燃焼炉からの燃焼排ガスの保有熱を利用して前記高温ガス及び前記超高温の過熱蒸気を発生させている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備の側面図、図２は同設備の平面図、図３は同設備の過熱蒸気及び処理原料の流れを示すブロック図である。
【００１２】
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備１０は、内部に高温の過熱蒸気を噴出する第１のノズル配管１１を備え、一方側に処理原料の第１の投入部１２を、他方側に高温の処理原料の第１の排出部１３を備える第１のロータリーキルン１４と、内部に超高温の過熱蒸気を噴出する第２のノズル配管１５を備え、一方側に第１のロータリーキルン１４によって乾燥処理された処理原料の第２の投入部１６を、他方側に加熱処理された処理原料の第２の排出部１７を備える第２のロータリーキルン１８と、第１のロータリーキルン１４に処理原料を供給する原料供給装置１９と、第２のロータリーキルン１８の第２の排出部１７に連結され、処理原料を外部に排出する処理物排出機構２０と、これらを搭載する２階建ての架台２１とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。なお、本実施の形態では、第１のロータリーキルン１４で行う乾燥処理に高温の過熱蒸気を使用するが、高温燃焼ガスを使用することも可能である。
【００１３】
第１のロータリーキルン１４は、外側両側には２本のタイヤ２２、２３及び回転駆動用のスプロケット２４が設けられている円筒状のキルン本体２５と、キルン本体２５の両側に設けられている入口側フード２６及び出口側フード２７とを有している。２本のタイヤ２２、２３を受けるそれぞれ左右一対の車輪２８、２９と、スプロケット２４にチェーンによって噛合連結されているスプロケットが出力軸に設けられた減速モータ３０とは、傾斜架台３１に設けられている。この傾斜架台３１は、架台２１に取付けられた一方側の軸受３２を介して架台２１に対して傾斜可能に配置され、キルン本体２５を水平線に対して例えば０．２〜２度の範囲で出口側に下降傾斜できる構造となっている。３３、３４は傾斜架台３１の他方側の受材を示すが、この受材３３、３４の高さを調整することによって、傾斜架台３１の実質的傾斜角度を変えることになる。
入口側フード２６及び出口側フード２７は、キルン本体２５の入口側及び出口側にパッキン等のシール部材を介して装着されているが、キルン本体２５は回転し、入口側フード２６及び出口側フード２７は図示しない支持部材を介して固定状態で傾斜架台３１に取付けられているので、摺動部分から蒸気の漏れが発生する。そこで、キルン本体２５の入口側部分及び出口側部分には吸気フード３５、３６が設けられ、ブロア３７に繋がる吸引配管３８によって漏れる蒸気を外部に出さないようにしている。
なお、入口側フード２６の上部及び中間部にもブロア３７に接続される吸引配管３９が設けられて、キルン本体２５内の蒸気をブロア３７で外側に排出する構造となっている。
【００１４】
一方、キルン本体２５内には、出口側から入口側にかけてキルン本体２５の軸心に平行に第１のノズル配管１１が固定状態で設けられている。このノズル配管１１はキルン本体２５内では周囲に所定間隔で熱ガス噴出口を有し、水を加熱して蒸気とし更にその蒸気を高温の蒸気に加熱するボイラー４０で、高温の過熱蒸気（２００〜７００℃）を第１の過熱蒸気配管４１を介してロータリーキルン１４内に供給している。
キルン本体２５の入口に処理材料を供給する第１の投入部１２が設けられているが、この第１の投入部１２は、キルン本体２５内に斜めに差し込まれているシュート管４２と、シュート管４２の基側が接続されるロータリーバルブ（ロータリーフィーダ）４３を有している。このロータリーバルブ４３はキルン本体２５の高さより高い補助架台４４の上に設けられ、モータ４５によって駆動されて放射状に配置された内部の仕切り羽根が回転し、その上のサブホッパー４６に貯められた処理原料を少しずつ第１のロータリーキルン１４、具体的にはキルン本体２５の入口側端部に投入する構造となっている。
サブホッパー４６には、スクリューコンベアからなる傾斜コンベア４７が設けられ、サブホッパー４６内の処理原料が不足する場合には、図示しない原料貯留ホッパー内の処理原料を密閉状態で傾斜コンベア４７で徐々に送りサブホッパー４６内に搬送するようになっている。
なお、原料貯留ホッパー、傾斜コンベア４７、サブホッパー４６を有して前記した原料供給装置１９が構成されている。
【００１５】
出口側フード２７には第１の排出部１３が設けられている。この排出部１３は、出口側フード２７の底部に設けられているパイプからなる排出シュート４８及びその下部に設けられた開閉バルブ４９を有している。開閉バルブ４９の出口側は第２のロータリーキルン１８の第２の投入部１６に連結されている。第２の投入部１６には、原料供給用スクリューコンベアからなる搬入コンベア５０を有し、搬入コンベア５０によって、第２のロータリーキルン１８に、第１のロータリーキルン１４によって乾燥処理された処理原料が供給されている。
第２のロータリーキルン１８は、基本的には第１のロータリーキルン１４と同一であるが、再度説明すると、外側両側には２本のタイヤ５１、５２及び回転駆動用のスプロケット５３が設けられている円筒状のキルン本体５５と、キルン本体５５の両側に設けられている入口側フード５６及び出口側フード５７と有している。２本のタイヤ５１、５２を受けるそれぞれ左右一対の車輪５８、５９及びスプロケット５３とチェーンによって噛合連結されているスプロケットが出力軸に設けられた減速モータ６０は、傾斜架台６１上に設けられている。この傾斜架台６１は一方側の軸受６２を介して架台２１の１階部分に傾斜可能に配置され、キルン本体５５を水平線に対して例えば０．２〜２度の範囲で出口側に下降傾斜できる構造となっている。６３、６４は傾斜架台６１の他方側の受材を示す。
【００１６】
入口側フード５６及び出口側フード５７は、キルン本体５５の入口側及び出口側にパッキン等のシール部材を介して装着されているが、キルン本体５５は回転し、入口側フード５６及び出口側フード５７は図示しない支持部材を介して固定状態で傾斜架台６１に取付けられているので、摺動部分から蒸気の漏れが発生する。そこで、キルン本体５５の入口側部分及び出口側部分には吸気フード６５、６６が設けられ、ブロア３７に繋がる吸引配管６８によって漏れる蒸気を外部に出さないようにしている。なお、入口側フード５６には第１のロータリーキルン１４の入口側フード２６と同様、底部には水抜き用のドレーン口が設けられている。そして、入口側フード５６及び出口側フード５７の上部にはブロア３７に接続される吸引配管６９が設けられて、キルン本体５５内の蒸気を外部にブロア３７で排出する構造となっている。
【００１７】
キルン本体５５内には、出口側から入口側にかけてキルン本体５５の軸心に平行に第２のノズル配管１５が固定状態で設けられている。このノズル配管１５はキルン本体５５内では周囲に所定間隔で熱ガス噴出口を有し、図３に示すようにボイラー４０で発生した高温の過熱蒸気（２００〜７００℃）を更に蒸気加熱器（スーパーヒータ）７０で加熱して超高温の過熱蒸気（４００〜１０００℃）を発生させ、これを第２の過熱蒸気配管７１を介して第２のロータリーキルン１８内に供給している。なお、ボイラー４０で発生した飽和蒸気から、蒸気加熱器（ファイアースチーマー）によって、一度で高温及び超高温の過熱蒸気（２００〜１０００℃）を発生させてもよい。
出口側フード５７には、キルン本体５５から排出する処理原料が落下し、出口側フード５７の底部には第２の排出部１７が設けられている。この第２の排出部１７の下部には、加熱された処理原料を無酸素状態で、その温度を大気中で燃えない温度（即ち、非自燃温度）まで下げて外部に排出する処理物排出機構２０が設けられている。この実施の形態においては、処理物排出機構２０には全長が約３ｍ（２〜５ｍ程度が好ましい）の排出用スクリューコンベア７２が備えられ、第２のロータリーキルン１８によって加熱処理されて減容された処理原料を、過熱蒸気で酸素を追い出した状態で、徐々に搬送し、排出される処理原料を１００℃以下に降温している。このスクリューコンベア７２のスクリューの回転には可変速モータが使用され、処理原料の量に応じて搬送速度を決めて、スクリューコンベア７２の搬送路を処理対象物で充填しながら、加熱処理された処理原料を送り出している。
従って、キルン本体５５から排出された処理原料は、出口側フード５７の第２の排出部１７からスクリューコンベア７２内に落ち込み、徐冷されながら外部に排出される。
なお、第１、第２のロータリーキルン１４、１８のキルン本体２５、５５は高温度で使用するため、周囲は耐熱材料（例えば、ステンレス、耐熱鋼）等で構成され、内部には強度を有するレンガや耐熱耐摩耗性セラミック等が貼着されている。
【００１８】
次に、この過熱蒸気を用いた熱処理設備１０の動作と、過熱蒸気を用いた熱処理設備１０の第１、第２のロータリーキルン１４、１８の加熱系統とについて、具体的に説明する。なお、この実施の形態では、キルン本体２５、５５の内径は１．６ｍ、長さは５ｍのものを使用しているが、本発明はこれらの数字に限定されるものではない。
図３に示すように、第１、第２のロータリーキルン１４、１８に供給する過熱蒸気の発生機構について説明すると、重油、ＬＰＧ及び第１、第２のロータリーキルン１４、１８からの排ガスを燃料とする補助バーナ７３を有する燃焼炉７４を有し、この燃焼炉７４の燃焼排ガスを、ボイラー４０及び蒸気加熱器７０に与えて、ボイラー４０では供給された約２０℃の水を一旦蒸気にし、更に加熱して１００〜７００℃の高温の過熱蒸気（この実施の形態では１５０℃）に、蒸気加熱器７０では更に、この高温の過熱蒸気を加熱して４００〜１０００℃（この実施の形態では７５０℃）の超高温の過熱蒸気を発生させている。
従って、第１のロータリーキルン１４内に第１のノズル配管１１から約３５０℃の高温の過熱蒸気（前述したように、高温燃焼ガスでもよい）を吐出させながら、炭素含有化合物、例えば、０．５〜２ｃｍに粉砕した木材チップ（有機性廃棄物の一例）を原料供給装置１９及び第１の投入部１２を介して第１のロータリーキルン１４内に、例えば、２０００ｋｇ／時間の割合で投入する。
第１のロータリーキルン１４内で、処理原料は高温加熱され、多分に水分を含んでいる場合であっても乾燥処理され、その一部が炭化する場合もある。このとき、吸引配管３８、３９によって排出される過熱蒸気の温度は１２０℃前後となるが、気体であるので、容易に吸引回収できる。そして、このガス中には処理原料が過熱分解されることによって発生する可燃性ガス（乾留ガス）を含んでいる。なお、第１のロータリーキルン１４内の処理原料の滞留時間は、キルン本体２５の回転速度（通常は０．３〜５ｒｐｍ）及びキルン本体２５の傾斜によって変わるので、処理原料が十分に乾燥する滞留時間に調整する。
【００１９】
第１のロータリーキルン１４で乾燥処理が完了した処理原料は、第１の排出部１３を介して、第２の投入部１６を主として構成する搬入コンベア５０によって第２のロータリーキルン１８内に投入される。この場合の処理原料からは水分が除去されているので、約１６００ｋｇ／時間程度の投入量となる。
第２のロータリーキルン１８には蒸気加熱器７０で加熱された約６８０℃の超高温の過熱蒸気が第２のノズル配管１５を介して供給される。このような超高温の過熱蒸気に処理原料が無酸素状態で曝されると、有機性の処理原料は炭化し、含まれている炭素以外の元素は分解して可燃性ガスが発生する。ここで、処理原料が、例えば、硬質塩化ビニル雨樋である場合には、一酸化炭素と水素が発生するが、更に、発生した水素は、硬質塩化ビニル雨樋の炭化の際に発生する塩素と反応して塩化水素を形成し、ダイオキシンが発生するのを防止する。この場合には、排ガス回路の途中に塩化水素の中和槽（例えば、ＮａＯＨの粒が入ったタンク）を配置し、含まれる塩化水素をここで回収する。
【００２０】
このようにして炭化された処理原料（炭化物）は、第２の排出部１７を介して処理物排出機構２０のスクリューコンベア７２の入口側に供給される。第１のロータリーキルン１４内と同様、第２のロータリーキルン１８内の過熱蒸気は約３０ｍｍＡｑ程度に加圧された状態となっているので、過熱蒸気の一部は出口側フード５７からスクリューコンベア７２内に侵入する。これによって、出口側フード５７は無酸素状態になると共に、スクリューコンベア７２内も無酸素状態となる。一方、スクリューコンベア７２は全長が長いので、この過程で炭化物は冷却し、スクリューコンベア７２の出口側では１００℃未満となる。過熱蒸気も温度が下がるので液化するが、結果としてスクリューコンベア７２の下流側（加湿帯）で炭化物を加湿することになる。加湿の程度はスクリューコンベア７２の搬送速度、過熱蒸気又は飽和蒸気の温度、圧力によって変わるので、これらを適当に制御することによって所定の湿度（例えば、５〜１０％）の炭化物（炭化部）を得ることができる。
１６００ｋｇ／時間で投入された処理原料は、第２のロータリーキルン１８から排出される場合には約４００ｋｇ／時間程度になる。超高温の過熱蒸気で処理原料を曝すと加えられる熱によって炭化し、可燃性のガスである乾留ガスを発生する。この場合の第２ロータリーキルン１８からの排ガスの温度は５００℃程度であった。
【００２１】
この排ガスをファン７５で約３００ｍｍＡｑ程度に加圧して、燃焼炉７４に入れる。燃焼炉７４では補助バーナ７３があるので、排ガス中の可燃分は全部燃焼する。これによって、燃焼炉７４の内部を約８００〜１０００℃（好ましくは、８５０〜９００℃）にし、排ガス中に含まれる臭い等の略完全な除去を行う。なお、燃焼炉７４では必要な場合に一次燃焼用空気又は酸素の供給を行う。
燃焼炉７４を出た８５０〜９００℃近傍の燃焼排ガスはその保有熱を利用して、前述した通り、ボイラー４０及び蒸気加熱器７０で熱交換され、高温及び超高温の過熱蒸気を発生する。ボイラー４０及び蒸気加熱器７０を通った排ガスは、そのまま大気放出される。なお、ここで、この排ガスには更に保有熱を有しているので、水を予熱する等エネルギー源として使用できることは当然である。
この実施の形態では、処理原料が木材チップであり、排気ガス中に大量の可燃焼ガスが混じるので、燃焼炉７４ではこれが燃料となり、補助バーナ７３からの燃料を著しく節約できる。
【００２２】
なお、第１のロータリーキルン１４においては、出口側フード２７に図示しない補助バーナーを設けている。これは過熱蒸気を用いた熱処理設備１０を起動する場合に、キルン本体２５の温度が上昇していないと、高温の過熱蒸気を吹き込んでも直ちに温度が下がって処理原料の乾燥が困難となるため、前記した補助バーナーで予め、キルン本体２５を予熱してから運転を行う。これは第２のロータリーキルン１８においても同様であるが、第２のロータリーキルン１８に処理原料が届くまでには時間がかかるので、その間に供給される超高温の過熱蒸気によってキルン本体５５を加熱してもよい。
また、第２のロータリーキルン１８においては、約３７０℃（逆転温度とも言われる）を超える過熱蒸気を用いているので、過熱蒸気中の水分の量が多いほど、乾燥及び昇温スピードが速くなり、熱伝達が効率的になる。この場合、第２のノズル配管１５に設けられている熱ガス噴出口は、処理原料に直接当てるようにすると、乾燥効率が向上する。これによって、比較的短時間の内に熱処理（例えば、炭化処理）が行える。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲の改良したものについても本発明は適用される。例えば、前記実施の形態は、処理原料として前記木材チップを適用しているが、他の処理原料として、例えば、生ごみ、鶏糞、畜糞、都市汚泥、し尿汚泥、建設廃材、食品廃棄物、炭素を含む廃プラスチック等があるが、本発明はこれらに限定されない。
また、第１のロータリーキルン１４で処理原料を乾燥し、第２のロータリーキルン１８でそれを炭化しているが、対象物によっては、第１、第２のロータリーキルン１４、１８共に乾燥処理に使用することもできる。
そして、前記実施の形態では、第１、第２のロータリーキルン１４、１８のキルン本体２５、５５はチェーン駆動であったが、キルン本体２５、５５を載せる車輪を駆動してもよい。
更には、第１、第２のロータリーキルン１４、１８の内部に配管されている第１、第２のノズル配管１１、１５は、キルン本体２５、５５の軸心に対して平行であったが、必ずしも平行あるいは直線である必要はなく、例えば、ジグザグ状に配管してもよい。
前記実施の形態では、第１、第２のロータリーキルン１４、１８からの排ガスを燃焼炉７４に導いているが、第１、第２のロータリーキルンの処理温度、及び対象物によっては、何れか一方の排ガスのみを燃焼炉に導く場合も本発明は適用される。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１〜１０記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第１、第２のロータリーキルンを有し、第１のロータリーキルンによって加熱処理された処理原料を第２のロータリーキルンに供給しているので、第１のロータリーキルンで処理原料の乾燥を行い、第２のロータリーキルンで更なる高い過熱蒸気を用いて炭化又はその他の高温加熱処理ができる。
従って、処理対象物を一つのロータリーキルンで全部の加熱処理を行う場合に比較して、より均等に熱処理を行うことができ、更には、熱エネルギーを適切に分散して効率的な処理が可能となる。
そして、第２のロータリーキルンから排出される処理原料を無酸素状態で処理原料が大気中で自燃しない非自燃温度まで下げて、外部に排出する処理物排出機構を有しているので、加熱処理された処理物の自然発火を防止できる。
そして、処理物排出機構は排出用スクリューコンベアを有し、排出用スクリューコンベアの入口側から加熱処理された処理原料を充填投入すると共に、第２のロータリーキルン内に充填された過熱蒸気又は飽和蒸気を流して排出用スクリューコンベア内を無酸素状態としているので、処理原料が空気に触れて発火するのを防止できる。更には、無酸素状態とするのに蒸気を使用しているので、処理対象物が燃焼しない１００℃未満の温度になれば、蒸気は水になり、処理に困るガスが発生せず、装置構成が簡略化される。
特に、請求項２記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備においては、第１、第２のロータリーキルン内に、それぞれ多数の熱ガス噴出口が設けられた第１、第２のノズル配管を配置し、第１、第２のロータリーキルン内をより均一に高温にすることができる。更には、第１、第２のノズル配管は回転するキルン本体とは独立して固定状態で取付けているので、その取付けが安価でかつ容易となる。
【００２５】
請求項３記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備においては、第１、第２のノズル配管は、第１、第２のロータリーキルン内に、キルン本体の軸心と平行に配置されているので、過熱蒸気を特定の箇所から放出する場合に比較して、キルン本体の長さ方向に対してより均等に加熱することができる。
請求項４記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備においては、第１のロータリーキルンに供給される高温の過熱蒸気又は高温燃焼ガスからなる高温ガスは、２００〜７００℃（より好ましくは、３００〜４００℃）の高温ガスが使用され、第２のロータリーキルンに供給される超高温の過熱蒸気には４００〜１０００℃（より好ましくは、５００〜８００℃）の過熱蒸気が使用されているので、第１のロータリーキルンにおいて処理原料の乾燥処理を行うことができ、第２のロータリーキルンにおいて処理原料の炭化処理を行うことができる。
【００２６】
請求項５記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備は、排出用スクリューコンベアの下流側には加湿帯を有し、入口側から投入された処理原料は、加湿帯にて液化した過熱蒸気又は飽和蒸気によって加湿される。
請求項６記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備においては、処理原料は、炭素含有化合物であるので、処理物排出機構から炭素含有化合物の炭化部が排出される。これによって、処理物排出機構から排出される製品が炭化物となり、例えば、活性炭等として再利用できる。
請求項７記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備においては、第１のロータリーキルンは、第２のロータリーキルンの上方に配置され、第１のロータリーキルンの第１の排出部と、第２のロータリーキルンの第２の投入部は、処理原料を受けるシュートと、シュートから排出される処理原料を第２のロータリーキルン内に送り込む原料供給用スクリューコンベアによって連結されている。これによって、第１のロータリーキルンから第２のロータリーキルンへの処理原料の搬送が容易となる。更には、設備の設置スペースも狭くなる。
【００２７】
請求項８記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第１、第２のロータリーキルンの炉内圧は、大気圧より高い正圧状態で運転されている。これによって、内部への空気の侵入を防止でき、熱処理過程にある処理原料の燃焼を防止できる。
請求項９記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備は第１のロータリーキルン及び／又は第２のロータリーキルンから排出される過熱蒸気を含む乾留ガスを、高温ガス及び超高温の過熱蒸気を発生させる熱源として使用しているので、燃料の節約ができる。
そして、請求項１０記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備は、過熱蒸気を含む乾留ガスは、燃焼炉によって８００℃以上の温度にして、含まれる臭気を除去しているので、環境汚染が抑制される。
また、燃焼炉からの燃焼排ガスの保有熱を利用して高温ガス及び超高温の過熱蒸気を発生させているので、より効率的に運転ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備の一部省略側面図である。
【図２】同設備の平面図である。
【図３】同設備の過熱蒸気及び処理原料の流れを示すブロック図である。
【符号の説明】
１０：過熱蒸気を用いた熱処理設備、１１：第１のノズル配管、１２：第１の投入部、１３：第１の排出部、１４：第１のロータリーキルン、１５：第２のノズル配管、１６：第２の投入部、１７：第２の排出部、１８：第２のロータリーキルン、１９：原料供給装置、２０：処理物排出機構、２１：架台、２２、２３：タイヤ、２４：スプロケット、２５：キルン本体、２６：入口側フード、２７：出口側フード、２８、２９：車輪、３０：減速モータ、３１：傾斜架台、３２：軸受、３３、３４：受材、３５、３６：吸気フード、３７：ブロア、３８、３９：吸気配管、４０：ボイラー、４１：第１の過熱蒸気配管、４２：シュート管、４３：ロータリーバルブ、４４：補助架台、４５：モータ、４６：サブホッパー、４７：傾斜コンベア、４８：排出シュート、４９：開閉バルブ、５０：搬入コンベア、５１、５２：タイヤ、５３：スプロケット、５５：キルン本体、５６：入口側フード、５７：出口側フード、５８、５９：車輪、６０：減速モータ、６１：傾斜架台、６２：軸受、６３、６４：受材、６５、６６：吸気フード、６８、６９：吸引配管、７０：蒸気過熱器（スーパーヒータ）、７１：第２の過熱蒸気配管、７２：排出用スクリューコンベア、７３：補助バーナ、７４：燃焼炉、７５：ファン

Claims

内部に高温の過熱蒸気又は高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第１のノズル配管を備え、一方側に処理原料の第１の投入部を、他方側に前記高温ガスによって乾燥処理された処理原料の第１の排出部を備える第１のロータリーキルンと、
内部に超高温の過熱蒸気を噴出する第２のノズル配管を備え、一方側に前記第１のロータリーキルンによって前記乾燥処理された処理原料の第２の投入部を、他方側に前記超高温の過熱蒸気によって加熱処理された処理原料の第２の排出部を備える第２のロータリーキルンと、
前記第２のロータリーキルンの第２の排出部に設けられ、前記加熱処理された処理原料を無酸素状態で該処理原料が大気中で自燃しない非自燃温度まで下げて、外部に排出する処理物排出機構とを有し、
しかも、前記処理物排出機構は排出用スクリューコンベアを有し、該排出用スクリューコンベアの入口側から前記加熱処理された処理原料を充填投入すると共に、前記第２のロータリーキルン内に充填された過熱蒸気又は飽和蒸気を流して該排出用スクリューコンベア内を無酸素状態とすることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
請求項１記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１及び第２のノズル配管は、それぞれ回転駆動される前記第１、第２のロータリーキルンのキルン本体内に一方側から他方側にかけて固定状態で延設され、しかも、前記第１、第２のノズル配管には、多数の熱ガス噴出口が隙間を有してそれぞれ設けられていることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
請求項２記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１、第２のノズル配管はそれぞれ前記第１、第２のロータリーキルンの一方の端面から他方の端面に向かって前記各キルン本体の軸心と平行に設けられていることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１のロータリーキルンに供給される前記高温ガスは、２００〜７００℃の高温ガスが使用され、前記第２のロータリーキルンに供給される前記超高温の過熱蒸気には４００〜１０００℃の過熱蒸気が使用されることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
請求項１記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記排出用スクリューコンベアの下流側には加湿帯を有し、入口側から投入された前記加熱処理された処理原料は、前記加湿帯にて液化した前記過熱蒸気又は飽和蒸気によって加湿され、該排出用スクリューコンベアの出口から１００℃未満の温度で排出されることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記処理原料は、炭素含有化合物であって、前記処理物排出機構から前記炭素含有化合物の炭化部が排出されることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１のロータリーキルンは、前記第２のロータリーキルンの上方に配置され、該第１のロータリーキルンの第１の排出部は、該第１のロータリーキルンからの処理原料を排出するシュートを有し、前記第２のロータリーキルンの第２の投入部には、該シュートから排出される処理原料を前記第２のロータリーキルン内に送り込む原料供給用スクリューコンベアが設けられて、前記第１の排出部と前記第２の投入部とが連結されていることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１、第２のロータリーキルンの炉内圧は、大気圧より高い正圧状態で運転されることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第１のロータリーキルン及び／又は第２のロータリーキルンから排出される過熱蒸気を含む乾留ガスを、前記高温ガス及び前記超高温の過熱蒸気を発生させる熱源として使用することを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
請求項９記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記過熱蒸気を含む乾留ガスは、燃焼炉によって８００℃以上の温度にして、含まれる臭気を除去すると共に、該燃焼炉からの燃焼排ガスの保有熱を利用して前記高温ガス及び前記超高温の過熱蒸気を発生させることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。