JP3607757B2 - 加熱管が装備された固形物用加熱器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱ガスにより貫流される多数のほぼ平行に延びる加熱管が内側室の中に設けられその長手軸線を中心として回転できる固形物用加熱器、特に廃棄物の乾留ドラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この加熱器は特に廃棄物を熱処理するために使用され、特に乾留燃焼法に対する乾留ドラムとして使用されている。
【０００３】
廃棄物処理の分野においていわゆる乾留燃焼法が知られている。廃棄物を熱処理する方法およびこの方法で作動する設備は例えばヨーロッパ特許出願公開第Ａ０３０２３１０号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第Ａ３８３０１５３号明細書に記載されている。乾留燃焼法において廃棄物を熱処理する設備は主要構成要素として乾留装置（乾留ドラム、熱分解炉）および高温燃焼器を有している。乾留装置は廃棄物搬送装置の上に載せられた廃棄物を低化学量論的に進行する乾留あるいは熱分解過程において乾留ガスおよび熱分解残留物（固形乾留物）に変換する。乾留ガスおよび熱分解残留物は適当に処理した後に高温燃焼器のバーナに導入される。高温燃焼器において溶融液状スラグが生じるが、このスラグは排出溝を介して取り出され、冷却後にガラス状成形物の形で存在する。発生した煙道ガスは煙道ガス配管を介して出口としての煙突に導かれる。この煙道ガス配管には特に冷却装置としての廃熱ボイラ、ダストフィルタ装置および煙道ガス浄化装置が組み込まれている。更に煙道ガス配管には、浄化装置の出口に直接配置され吸引送風機として形成されるガス圧縮機が設けられている。この組み込まれたガス圧縮機は熱分解炉内にたとえほんの僅かであっても負圧を維持するために使用される。この負圧によって、乾留ガスが熱分解ドラムの環状パッキンを通って外に向かって大気中に漏れることが避けられる。
【０００４】
廃棄物搬送装置によって種々の種類の廃棄物、例えば破砕された家庭ごみ、家庭ごみ状の産業廃棄物および破砕された粗大ごみあるいはまた脱水されたスラリが乾留ドラムに導入される。
【０００５】
乾留室（熱分解炉）として一般に比較的長い回転乾留ドラムが採用されている。このドラムは内部に多数の平行な加熱管を有し、廃棄物がこれらの加熱管において空気を隔離した状態で加熱される。その場合乾留ドラムはその長手軸線を中心として回転する。特に乾留ドラムの長手軸線は、固形乾留物が乾留ドラムの出口に集まり、そこから残留物落下通路を備えた乾留ガスおよび残留物の取出しハウジングを介して残留物分離装置の方向に運び出されるように、水平線に対して幾分傾斜している。
【０００６】
乾留ドラムにおいて乾留物は加熱管によって加熱される。この目的のために加熱ガスが乾留ドラムの長手方向に配置された加熱管内を貫流する。その場合一般に対向流原理が採用され、即ち加熱ガスは高温ドラム端の範囲に入り込み、乾留ドラムの低温ドラム側端の範囲から出る。その場合に生ずる問題は、低温ドラム側端の範囲においては比較的大きな熱エネルギーが必要とされ、高温ドラム側端の範囲においては比較的僅かな熱エネルギーしか必要とされないということである。大きな熱エネルギー需要は特に乾留物を乾燥する際に生じ、僅かな熱エネルギー需要は乾留物を乾留する際に生ずる。比較的大きな熱エネルギー需要は（廃棄物の搬送方向に見て）乾留ドラムの全長の約０〜２／３の範囲で生じ、僅かな熱エネルギー需要は乾留ドラムの全長とその約２／３の個所との間で生ずる。
【０００７】
この種の対向流原理の場合、比較的僅かなエネルギー需要の範囲において高い加熱ガス温度が高い加熱ガス流速で生ずるようにしなければならない。これによって加熱ガスの加熱管への熱伝達およびそこから固形物への熱伝達は比較的良好になる。しかしこれに対して高いエネルギー需要の範囲においては、加熱ガスはその間に冷却されるので比較的低い温度となる。従って加熱ガス流速は小さくなり、加熱ガスから加熱管への熱伝達、従って乾留ドラム内の廃棄物への熱伝達が著しく悪化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の加熱器を、高いエネルギー需要の範囲即ち比較的低い加熱ガス温度の範囲において熱伝達が改善されるように形成することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、加熱ガスの流れ方向に見て加熱管の終端範囲において加熱管の内部に乱流発生体が設けられることによって解決される。
【００１０】
乱流発生体を用いることによって、高いエネルギー需要の範囲において加熱管の内壁における境界層に大きな乱流を発生させることができる。これによって平均加熱ガス速度が増大され、この結果熱伝達が向上される。
【００１１】
乱流発生体として互いに間隔を隔てられた乱流発生リングを使用すると有利である。このリングは特に特殊鋼から成っており、断面が矩形特に正方形あるいは円形をしている。
【００１２】
本発明の有利な実施態様は請求項２以下に記載されている。
【００１３】
【実施例】
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１４】
図１において固形廃棄物Ａは、落下通路３付きの供給あるいは投入装置２と、電動機６によって駆動され投入管７内に配置されたスクリューコンベヤ４とを介して熱分解炉あるいは乾留器の中心に入れられる。乾留器はこの実施例の場合にはその長手軸線１０を中心として回転できる乾留ドラム８あるいは熱分解ドラムである。これは１５〜３０ｍの長さを有し、３００〜６００°Ｃの温度で作動し、酸素を十分に隔離した状態で運転され、揮発性乾留ガスの他に十分に固い熱分解残留物ｆを発生する。乾留ドラム８は、内側室１３の中に互いに平行に多数（例えば５０〜２００本）の加熱管１２が配置されている内面配管形である。図１には４本の加熱管１２しか示されていない。その右側端あるいは「高温側」端に固定密封加熱ガス入口室１４の形をした加熱ガスｈの入口が配置され、左側端あるいは「低温側」端に固定密封加熱ガス出口室１６の形をした加熱ガスｈの出口が配置されている。乾留ドラム８の長手軸線１０は有利には、右側に敷設された「高温側」端における出口が左側に示されている廃棄物Ａの入口より低く位置するように、水平線に対して傾けられている。乾留ドラム８内は有利には大気圧より幾分低い負圧に維持されている。
【００１５】
乾留ドラム８の出口側あるいは排出側には一緒に回転する中央排出管１７を介して排出装置１８が後置接続されている。この排出装置１８は乾留ガスｓを送り出すための乾留ガス送出し管２０と熱残留固形物ｆを送り出すための熱分解残留物出口２２を備えている。乾留ガス送出し管２０に接続された乾留ガス配管は高温燃焼器（図示せず）のバーナに接続されている。
【００１６】
乾留ドラム８の長手軸線１０を中心とした回転運動は、電動機２６に接続された伝動装置の形をした駆動装置２４によって行われる。駆動手段２４、２６は例えば乾留ドラム８の外周に取り付けられた歯輪に作用する。なお２７は乾留ドラム８の軸受である。
【００１７】
図１から明らかなように、加熱管１２はそれぞれ一端が第１の端板２８に取り付けられ、他端が第２の端板３０に取り付けられている。それらの端板２８、３０の取付け方式は特に加熱管１２が簡単に交換できるように配慮されている。加熱管１２の両端はそれぞれ開口を通って内側室１３から左側に出口室１６の中に、あるいは右側に入口室１４の中に突出している。加熱管１２の軸線は端板２８、３０の表面に対して垂直に向けられている。図示されている構造の場合、各加熱管１２が熱的および機械的に大きく荷重されることおよび管板あるいはドラム管床とも呼ばれる端板２８、３０が乾留ドラム８の長手軸線１０を中心として一緒に回転することが考慮されている。
【００１８】
両側の端板２８、３０の間に加熱管１２の弛みを防ぐための二つの支持個所Ｘ、Ｙが設けられている。廃棄物Ａの搬送方向に見て第１の支持個所Ｘは乾留ドラム８の全長ｌの約３分の１の個所に位置し、第２の支持個所Ｙは約３分の２の個所に位置している。ここには金属製例えば鋼製の孔明き円板の形をした支持ブラケット３１、３２が設けられている。これらは内壁３３に固定されている。
【００１９】
図２において加熱管１２は矢印方向に加熱ガスｈで貫流される。加熱管１２の左側範囲に、即ち乾留ドラムの中に入り込む廃棄物Ａにその中に存在する水分を蒸発させるために良好に熱伝達させようとする個所に、加熱ガスｈの流れ方向に見て全長ｌの終端範囲あるいは特に後方の３分の２のところに、多数の乱流発生体４０が内部に配置されている。この乱流発生体４０は、特に流れ方向に見て等間隔にあるいは不等間隔に配置されている環状乱流発生体あるいは乱流発生リングであり、特に特殊鋼から成っている。これは、加熱管１２の全長の３分の２の個所において境界層に大きな乱流を発生し、そのようにしてガス速度を増大するために使用される。これにより加熱ガスｈの熱伝達が向上させられ、右側から左側に向かう途中で冷却される。
【００２０】
図３および図４から明らかに分かるように、乱流発生リング４０は断面を円形あるいは矩形特に正方形にすることができる。
【００２１】
乱流発生リング４０はここでは加熱管１２の内部に長手方向に延びる３本の間隔保持ワイヤ４２によって保持されている。４４は乱流発生リング４０と間隔保持ワイヤ４２との溶接個所を示す。図３および図４において乱流発生リング４０は加熱管１２の内壁に接触している。乱流発生リング４０はその作用範囲において加熱ガスｈの自由流れ断面積を減少させ、これによって流速を増大し、乱流が生ずるようにしている。これによって既に述べたように加熱ガスｈから加熱管１２への熱伝達およびそこから廃棄物への熱伝達が高められる。
【００２２】
図５および図６には他の実施例が示されている。ここでは乱流発生リング４０は加熱管１２の内壁に間隔ｄを隔てて保持されており、有利には同心的な配置構造となっている。この間隔ｄおよび乱流発生リング４０の相互の間隔を保持するために、保持ワイヤ４２が設けられている。これらの保持ワイヤ４２はここでは各乱流発生リング４０の外側に配置され、そこに溶接個所４４によって取り付けられている。保持ワイヤ４２の太さｄは乱流発生リング４０の外径と加熱管１２の内径との間隔ｄに相応している。熱伝達作用は図３および図４における実施例と実質的に同じである。
【００２３】
図７および図８には更に他の実施例が示されている。既に述べたように、加熱ガスｈは冷却に伴ってその流速が減少する。この流速は特に加熱管１２の内部の中央に配置されている少なくとも一つの容積排除体５０によって再び増大される。これによって上述の乱流発生リング４０と組み合わせて熱伝達が一層増大される。従って加熱ガスｈが冷却されるにも拘わらず個々の加熱管１２の全長ｌにわたって加熱ガスｈから加熱管１２への熱伝達をほぼ一様にすることができる。この処置により乾留ドラム８の長さを従来の形態に比べて短くすることができる。これにより乾留ドラム８の製造費用は著しく節減される。
【００２４】
図７には有利には特殊鋼から成る容積排除体５０が円筒状に形成できることが示されている。容積排除体５０の尖端は加熱ガスｈの流れ方向と逆に向いている。これに対して図８には、同様に特殊鋼から成る容積排除体５０が角錐形あるいは円錐形に形成できることが示されている。ここでも容積排除体５０の尖端は加熱ガスｈの流れ方向と逆に向いている。
【００２５】
図７および図８における容積排除体５０は加熱管１２の内部の中央に取り付けられている。このためにそれぞれ互いに１２０°ずらされた三つの軸方向支持脚５２が容積排除体５０の前端および後端に設けられている。かかる支持脚５２は分かり易くするために図７にしか示されていない。容積排除体５０の長さは複数の乱流発生リング４０にわたって延びている。全長ｌの３分の２の長さ全域にわたって複数の容積排除体５０が設けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】乾留ドラムの加熱管が対向流式に加熱ガスで貫流される本発明の一実施例における乾留燃焼設備の断面図。
【図２】多数の環状乱流発生体を備えた乾留ドラムの加熱管の断面図。
【図３】加熱管の拡大断面図。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図。
【図５】環状乱流発生体が異なった形で配置されている加熱管の拡大断面図。
【図６】図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図。
【図７】本発明に基づく乱流発生体と容積排除体がはめ込まれた加熱管の断面図。
【図８】本発明に基づく異なった形態の乱流発生体と容積排除体がはめ込まれた加熱管の断面図。
【符号の説明】
２ 供給・投入装置
３ 落下通路
４ スクリューコンベヤ
６ 電動機
７ 供給管
８ 乾留ドラム
１０ 長手軸線
１２ 加熱管
１３ 乾留ドラムの内側室
１４ 加熱ガス入口室
１６ 加熱ガス出口室
１７ 排出管
１８ 排出装置
２０ 乾留ガス送出管
２２ 熱分解残留物出口
２４ 駆動装置
２６ 電動機
２７ 乾留ドラムの軸受
２８ 第１の端板
３０ 第２の端板
３１、３２ 支持ブラケット
３３ 乾留ドラムの内壁
４０ 乱流発生体
４２ 間隔保持ワイヤ
４４ 溶接個所
５０ 容積排除体
５２ 支持脚
Ａ 廃棄物
Ｘ、Ｙ 支持個所
ｄ 乱流発生リングと乾留ドラムの内壁との間隔
ｆ 熱分解残留物
ｈ 加熱ガス
ｌ 乾留ドラムないし加熱管の全長
ｓ 乾留ガス

Claims (12)

1. 加熱ガス（ｈ）により貫流される多数のほぼ平行に延びる加熱管（１２）が内側室（１３）の中に設けられ、その長手軸線（１０）を中心として回転できるようにされた固形物用加熱器において、加熱ガス（ｈ）の流れ方向に見て加熱管（１２）の終端範囲（全長（ｌ）の３分の２の範囲）における加熱管（１２）の内部に乱流発生体（４０）が設けられていることを特徴とする固形物用加熱器。
2. 乱流発生体が、互いに間隔を隔てられ特に特殊鋼から成っている乱流発生リング（４０）であることを特徴とする請求項１記載の加熱器。
3. 乱流発生リング（４０）の断面が矩形あるいは有利には円形をしていることを特徴とする請求項２記載の加熱器。
4. 乱流発生リング（４０）が少なくとも２本の間隔保持ワイヤ（４２）によって互いに所定の間隔に保持されていることを特徴とする請求項１又は２記載の加熱器。
5. 間隔保持ワイヤ（４２）が乱流発生リング（４０）の内側あるいは外側でこれに取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の加熱器。
6. 加熱管（１２）の終端範囲（全長（ｌ）の３分の２の範囲）において加熱管（１２）の内部に容積排除体（５０）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の加熱器。
7. 容積排除体（５０）が加熱管（１２）の内部の中央に取り付けられていることを特徴とする請求項６記載の加熱器。
8. 容積排除体（５０）の両端が三つの支持脚（５２）によって加熱管（１２）内に取り付けられていることを特徴とする請求項７記載の加熱器。
9. 容積排除体（５０）が円筒状あるいは円錐状に形成されていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１つに記載の加熱器。
10. 容積排除体（５０）の長さが複数の乱流発生リング（４０）にわたって延びていることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１つに記載の加熱器。
11. 容積排除体（５０）が特殊鋼から成っていることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１つに記載の加熱器。
12. 廃棄物（Ａ）が加熱ガス（ｈ）の流れ方向に対して対向流方式で投入されるような請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の加熱器において、乱流発生体（４０）が加熱管（１２）の全長（ｌ）のほぼ後ろ３分の２の範囲に設けられていることを特徴とする加熱器。

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