JP3863359B2

JP3863359B2 - 吹込み操業方法

Info

Publication number: JP3863359B2
Application number: JP2000268659A
Authority: JP
Inventors: 健太郎野沢; 康夫吉田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: JP2002069514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄された種々のプラスチック（以下、廃棄合成樹脂類と言う。）を主体とする粒状物を燃料または補助燃料として用い、これを高炉等の堅型冶金炉に安定して吹き込むための吹込み操業方法に関し、より具体的には、上記粒状物を空気輸送（気送）により炉内に圧送する際に配管が閉塞するのを抑制することができる吹込み操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保護の観点から、大量に排出される廃棄合成樹脂類の処理が問題視されており、その処理対策として、廃棄合成樹脂類を高炉等の堅型冶金炉やコークス炉、或いはボイラーやセメントキルン等に対してリサイクル使用する方法が脚光を浴びている。
【０００３】
高炉での利用方法としては、例えば補助燃料としての微粉炭と同様に羽口を介して炉内に吹き込む技術が知られているが、この吹き込み技術と同様の手法に従って上記廃棄合成樹脂類を該補助燃料の代替品として又は該補助燃料と共に吹込む技術が提案され、一部の高炉で実用化に移されている。
【０００４】
高炉内に吹込まれる廃棄合成樹脂類は、炭化水素を主成分とするため、高温の送風中で燃焼し熱源として供給されるとともに、高温のＣＯやＨ₂といった還元ガスを発生し、炉頂から装入された金属酸化物を効率良く昇温・還元・溶融させる働きを有する。
【０００５】
ところで、廃棄合成樹脂類の高炉への供給は、一般的には数ｍｍの大きさまで破砕したものを高圧空気流にて気送する方法が提案されている（特開平７−２２８９０５）。この提案方法においては、「プラスチック粉の粒径は、気送特性および配管での詰まり防止の観点からは２〜３ｍｍ以下が適当である。しかし、あまり細かすぎると静電気によって凝集が起こるため、０．１ｍｍ以上好ましくは０．５ｍｍ以上が望ましい。」、即ち配管の閉塞を防止するためには適正粒度までの粉砕が必要であることが記載されている。
【０００６】
また、ＪＰＩＪｏｕｒｎａｌＶｏｌ．３５，Ｎｏ１０Ｐ．２７には、フィルム状プラスチックについては、これを溶融造粒し、その造粒物を塊状（粉状）のプラスチックと混合して高炉に吹込むプロセスが記載されている。このようにフィルム状プラスチックを造粒するのは、フィルム状プラスチックを単に破砕すると破砕片が毛羽立った状態になり、これを貯留した圧送タンク内で棚つりが発生し、或いは気送中の配管で閉塞が生じるなど操業上の問題が大きいからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、配管閉塞を未然に防止するという観点からプラスチックを徹底的に微粉砕することは、合成樹脂の特性から考えると極めて多量のエネルギーを必要とするため現実的ではない。また、フィルム状プラスチックを溶融造粒したとしても、破砕された塊状プラスチックを直接圧送する際には、塊状プラスチックの角部が配管閉塞や圧送タンク内での棚つり発生の起点になる場合がある。
【０００８】
また、ＪＰＩＪｏｕｒｎａｌＶｏｌ．３５，Ｎｏ１０には、粉粒体の気送時の負荷を示す指標として固気比（固体重量／気体重量）が用いられているが、プラスチック製品には中空品や発泡品も含まれ、このような単一粒子の見かけ比重及び静止状態での嵩比重がともに小さい合成樹脂粒子を高圧炉内へ気送する際には、配管内での閉塞性を固気比で管理して制御することはできない。なお、テスト装置として流動加速器を圧送タンク下部に備えた吹込み装置について記載されているが、具体的な機能や使用条件については一切説明されていない。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、圧送タンク内での棚つり及び気送配管での閉塞を防止でき、廃棄合成樹脂類を安定して気送することが可能な吹込み操業方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る吹込み操業方法は、圧送タンクに貯留された粒状の廃棄合成樹脂類を、圧送タンクに設けた供給装置により気送配管に供給して気送し、気送配管の先端側に取付けられたランスを介して燃焼炉内に吹込む操業方法であって、上記供給装置と上記気送配管との間に、一定空間内における気相体積の占める比率である空隙率を調整する機能を有する空隙率調整装置を設け、圧送タンクにおける空隙率をε１［％］、気送配管における空隙率をε２［％］としたとき、上記空隙率調整装置での空隙率εｂを、下式を満足するように調整することを特徴とする。
【００１１】
εｂ＝（ε２−ε１）×Δε＋ε１［％］
但し、Δε：０．７０〜０．９８
本発明方法にあっては、圧送タンクから気送配管に廃棄合成樹脂類が供給される前に空隙率調整装置にて空隙率が調整されるため、圧送タンクから気送配管までの間で空隙率が段階的に変化することになり、それ故にこの空隙率調整をうまく実行することによって気送配管での閉塞を防止でき、廃棄合成樹脂類を安定して気送することが可能になり、その結果として圧送タンク内での棚つりも防止することができる。なお、空隙率ε２は、気送配管の空隙率調整装置以降の途中で気体（例えばエアー）を添加することにより任意に調整することができる。
【００１２】
本発明に係る吹込み操業方法において、前記空隙率調整装置に、前記気送配管よりも管径が大きい大径部と、その大径部内に外部から気体を供給する気体供給管からなるものを用いるようにしてもよい。
【００１３】
この方法による場合には、改造費用がかかるものの大がかりな改造を必要としないので、コストの低廉化が図れる利点がある。
【００１４】
本発明に係る吹込み操業方法において、前記廃棄合成樹脂類の平均粒子径をＤとするとき、前記空隙率調整装置の長さ寸法Ｌを、５０≦Ｌ／Ｄを満足するように設定するようにしてもよい。
【００１５】
このようにすることで、図１に網掛けにて示すように気送配管内が閉塞するのを確実に防止することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に至った知見につき説明する。
【００１７】
高炉等の冶金炉において、燃料としての廃棄合成樹脂類を安定して使用するためには、気送配管での閉塞頻度を極小化し、炉熱が変動することを回避しなければならない。
【００１８】
そこで先ず、粗粒の廃棄合成樹脂類を用いて実炉テストを行い、廃棄合成樹脂類が閉塞する箇所を調査した。それによると、圧送タンクの廃棄合成樹脂類が供給装置により気送配管に流入する部分、所謂ミックスティー部で閉塞を発生することが判明した。この部分で閉塞する理由を考えると、粒度範囲の広い樹脂粒子群が圧送タンクから一度に気送配管に供給された際、これらが気流により分散して流動化するまでに十分な時間が無いためと想定される。
【００１９】
これらのことから本願発明者は、気送配管の閉塞防止には、圧送タンクの廃棄合成樹脂類を供給装置により気送配管へ供給する際に、容積に対して廃棄合成樹脂類が占める固気比を圧送タンクと気送配管とにおける中間レベルにコントロールできる空隙率調整装置を設けることが有効であると思考した。
【００２０】
そこで、固気比を種々のレベルで変更し、気送配管の閉塞を解消できる圧送条件を詳細に調査した。
【００２１】
その結果、従来から圧送負荷指標として知られている固気比では単純に整理することができない事が判明した。即ち、樹脂粒子の形状・形態・見かけ比重が異なると、たとえ同一の固気比条件としても、配管閉塞性に差異が生じる事が判明した。その理由は、冶金炉吹込み補助燃料として用いられている微粉炭等に比較して樹脂粒子が非常に粗粒であるため、樹脂粒子の形状・形態・比重が気流中での分散性・流動性に極めて大きく影響を与える結果と考えられるからである。
【００２２】
それ故、配管閉塞現象を支配する圧送負荷指標として、本願出願人は流動性・分散性に主眼を置き、固気比に代えて、一定空間内における気相体積の占める比率である空隙率を用いて整理し解析を進めた。
【００２３】
この空隙率概念を用い、圧送タンク内の初期空隙率から気送配管内の空隙率に一気に分散させる従来の吹込み操業方式を解析すると、空隙率と配管閉塞の頻度との間の相関性が高いことが明らかとなった。
【００２４】
そこで、圧送タンクの廃棄合成樹脂類を供給装置により気送配管へ供給する箇所に空隙率調整装置を設け、気送配管に閉塞が発生しない圧送条件、特に空隙率調整装置での空隙率の設定値および空隙率調整装置の長さを綿密に調査した。なお、空隙率調整装置としては、例えば気送配管よりも大径の大径部を設け、その大径部内に外部からエアーを送り込む構成とした。
【００２５】
図１は、８０重量％が２ｍｍ〜１４ｍｍの広い粒度範囲に分散した廃棄合成樹脂類を主体とする燃料粒子を用いて調査した結果を示す図であり、○は７２時間の連続運転時に１日当たり１回以上の確率で閉塞発生を生じることがない場合で、×は同様の条件で１日１回以上の閉塞が発生した場合である。なお、横軸に空隙率調整装置の長さ寸法／燃料粒子の平均粒子径（Ｌ／Ｄ）、縦軸にΔε｛＝（εｂ−ε１）／（ε２−ε１）｝をとっている。但し、ε１は圧送タンクにおける空隙率、詳細には圧送タンク内における廃棄合成樹脂類の層部とその上の空気層との境界より下側の廃棄合成樹脂類の層部での空隙率であり、ε２は気送配管における空隙率（これについては後述する。）、εｂは空隙率調整装置における空隙率である。
【００２６】
図１より理解されるように、空隙率の設定値と空隙率調整装置の長さ寸法／燃料粒子の平均粒子径（Ｌ／Ｄ）により気送配管での閉塞発生が大きく変化するとともに、これを防止し得る適正運転条件が明らかとなった。即ち、Δεは０．７以上０．９８以下が好ましく、また、空隙率調整装置の長さ寸法Ｌは、５０≦Ｌ／Ｄを満足するように設定することが好ましい。
（Δεの数値限定の根拠）
Δε＜０．７が不適な理由は、分散性が十分でないため気送配管流入時に加速されずに閉塞するからであり、Δε＞０．９８が不適な理由は、分散は十分であるが、気送配管流入時の加速が不十分であるため、やはり閉塞頻度が増加するからである。
【００２７】
以上を纏めると、圧送タンクにおける空隙率をε１［％］、気送配管における空隙率をε２［％］としたとき、空隙率調整装置での空隙率εｂを、下記（１）式を満足するように調整することが、配管閉塞を解消させる上で好ましい。
【００２８】
εｂ＝（ε２−ε１）×Δε＋ε１［％］ …（１）
但し、Δε：０．７０〜０．９８
また、空隙率調整装置の長さ寸法Ｌは、５０≦Ｌ／Ｄを満足するように設定することが好ましい。
【００２９】
なお、空隙率ε２については、以下に述べる時間平均空隙率を用いる。ここで、廃棄合成樹脂粒子の気送配管内への供給速度をｖ［ｋｇ／ｓ］、単一の廃棄合成樹脂粒子の見かけ比重をρ［ｋｇ／ｍ³］とするとき、廃棄合成樹脂粒子は単一の分散相として気送配管内の空間を占有し、単位時間に供給される固体相の粒子総体積（Ｖｐ［ｍ³／ｓ］）はｖ／ρで示される。同様に気送配管の或る場所で単位時間に通過する気相の総体積をＶｇ［ｍ³／ｓ］とすると、気送配管内の任意の場所における時間平均空隙率ε２としては、ε２＝１−Ｖｐ／Ｖｇで表せられ、この式を用いている。
【００３０】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態で用いる吹込み装置を示す模式図である。
【００３１】
この吹込み装置は、廃棄合成樹脂類を貯蔵すると共に下部に廃棄合成樹脂類を定量切り出す供給装置としてのロータリーバルブ２が設けられた圧送タンク１を有し、ロータリーバルブ２の直下に空隙率調整装置３が設けられ、空隙率調整装置３の下には気送配管４が通り、気送配管４の先端に設けられたランス５から高炉６内に廃棄合成樹脂類を吹き込むように構成されている。上記空隙率調整装置３は、気送配管４よりも大径の大径部３ａを有すると共にその大径部３ａ内にエアーを外部から供給するガス供給管３ｂを備える。また、大径部３ａの長さ寸法Ｌは上記５０≦Ｌ／Ｄを満足するように設定している。
【００３２】
この吹込み装置を用いた吹込み操業方法は、ロータリーバルブ２を介して定量供給される廃棄合成樹脂類は気送配管４に入る前に、空隙率調整装置３内に供給され、ここでガス供給管３ｂからのガスにより分散・流動化され、前記（１）式にて示すように空隙率を高められた状態で気送配管４に供給され、ここで更にキャリアーガスが添加され、最終の配管内空隙率に調整される。
【００３３】
ここで、具体的に数値を用いて説明する。例えば、圧送タンク１の空隙率ε１がその平均値の６０［％］であり、気送配管４における空隙率ε２がその平均値の９０［％］であるとき、前記（１）式に基づいて空隙率調整装置３での空隙率εｂが８１〜８９［％］となる故に、圧送タンク１から気送配管４までの空隙率が段階的に変化する。
【００３４】
したがって、第１実施形態による場合には、気送配管４での閉塞を防止でき、廃棄合成樹脂類を安定して気送することが可能になり、その結果として圧送タンク１内での棚つりも防止することができる。
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態で用いる吹込み装置を示す模式図である。
【００３５】
この吹込み装置は、廃棄合成樹脂類を貯蔵すると共に下部に廃棄合成樹脂類を定量切り出す供給装置としてのテーブルフィーダー１２が設けられた圧送タンク１１を有する。テーブルフィーダー１２は、上側円板１２ａと下側円板１２ｅとの間に回転円盤１２ｃが設けられ、上側円板１２ａの一部を開口させた入口１２ｂから落下した廃棄合成樹脂類を、回転円盤１２ｃの外周面に複数設けた翼１２ｄにより矢印方向に回転させていき、下側円板１２ｅの一部を開口させた出口１２ｆから落下させるように構成されている。なお、入口１２ｂと出口１２ｆは、回転円盤１２ｃの回転方向に異なる位置に設けられている。
【００３６】
テーブルフィーダー１２下側には、その出口１２ｆの直下に入口１３ｅを配して空隙率調整装置１３が設けられ、空隙率調整装置１３の出口１３ｆにはこれと連通して気送配管１４が設けられ、気送配管１４の先端に設けられたランス５から高炉６内に廃棄合成樹脂類を吹き込むように構成されている。上記空隙率調整装置１３は、気送配管１４よりも大径の大径部１３ａを有すると共にその大径部１３ａ内にエアーを外部から供給する複数、例えば３つのガス供給管１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを備える。また、大径部１３ａの長さ寸法Ｌは上記５０≦Ｌ／Ｄを満足するように設定している。
【００３７】
この吹込み装置を用いた吹込み操業方法は、テーブルフィーダー１２を介して定量供給される廃棄合成樹脂類は気送配管１４に入る前に、空隙率調整装置１３内に供給され、ここでガス供給管１３ｂ〜１３ｄからのガスにより分散・流動化され、前記（１）式にて示すように空隙率を高められた状態で気送配管１４に供給され、ここで更にキャリアーガスが添加され、最終の配管内空隙率に調整される。
【００３８】
したがって、第２実施形態による場合には、気送配管１４での閉塞を防止でき、廃棄合成樹脂類を安定して気送することが可能になり、その結果として圧送タンク１１内での棚つりも防止することができる。
【００３９】
なお、上述した第１、第２実施形態では廃棄合成樹脂類の供給量制御に圧送タンクに設けられたロータリーバルブやテーブルフィーダーを用いているが、本発明はこれに限らない。例えば、圧送タンクからランス先端までの間における差圧制御を適用して廃棄合成樹脂類の供給量制御を行うようにしても構わない。
【００４０】
また、上述した第１、第２実施形態では廃棄合成樹脂類を高炉内に吹き込むようにしているが、本発明はこれに限らず他の燃料炉、例えば高炉以外の他の堅型冶金炉やコークス炉、或いはボイラーやセメントキルン等に対して吹き込む場合にも同様に適用できることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明方法による場合には、圧送タンクから気送配管に廃棄合成樹脂類が供給される前に空隙率調整装置にて空隙率が調整されるため、圧送タンクから気送配管までにおいて空隙率が段階的に変化することになり、それ故に気送配管での閉塞を防止でき、廃棄合成樹脂類を安定して気送することが可能になり、その結果として圧送タンク内での棚つりも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吹込み操業方法の条件を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る吹込み操業状態を示す模式図である。
【図３】第２実施形態に係る吹込み操業状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１、１１圧送タンク
２ロータリーバルブ
３、１３空隙率調整装置
３ａ、１３ａ大径部
３ｂ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄガス供給管
４、１４気送配管
５ランス
１２テーブルフィーダー

Claims

圧送タンクに貯留された粒状の廃棄合成樹脂類を、圧送タンクに設けた供給装置により気送配管に供給して気送し、気送配管の先端側に取付けられたランスを介して燃焼炉内に吹込む操業方法であって、
上記供給装置と上記気送配管との間に、一定空間内における気相体積の占める比率である空隙率を調整する機能を有する空隙率調整装置を設け、圧送タンクにおける空隙率をε１［％］、気送配管における空隙率をε２［％］としたとき、上記空隙率調整装置での空隙率εｂを、下式を満足するように調整することを特徴とする吹込み操業方法。
εｂ＝（ε２−ε１）×Δε＋ε１［％］
但し、Δε：０．７０〜０．９８
前記空隙率調整装置に、前記気送配管よりも管径が大きい大径部と、その大径部内に外部から気体を供給する気体供給管からなるものを用いる請求項１に記載の吹込み操業方法。
前記廃棄合成樹脂類の平均粒子径をＤとするとき、前記空隙率調整装置の長さ寸法Ｌを、５０≦Ｌ／Ｄを満足するように設定する請求項１又は２に記載の吹込み操業方法。