JP4020742B2 - 外熱式ロータリキルン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外熱式ロータリキルンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロータリキルンは、回転する円筒形シェル内に供給した被加熱物を加熱などすることにより、その被加熱物に対し乾燥や焼成、乾留といった種々の熱処理を施す装置である。シェルは、水平よりやや傾斜した状態に設けられているため、被加熱物は、シェルの回転につれてその内部を順次軸線方向に移動する。シェル内に直接に火炎を吹込むなどして被加熱物を直接加熱する方式のものに加えて、シェルの外側から被加熱物を間接的に加熱する外熱式ロータリキルンが多用されている。
【０００３】
このような外熱式ロータリキルンには、直接加熱式のものとは異なるいくつかの利点がある。すなわち、火炎や熱風が被加熱物に直接当ることによる温度ムラがほとんど生じないので、被加熱物に均一な熱処理を施すことができる。また、被加熱物の加熱処理雰囲気を、加熱手段や燃焼ガスの種類にかかわらず自由に決めることができる。さらに、被加熱物を乾留して発生する一酸化炭素や水素のような可燃性ガスを加熱炉内に排出して燃焼させ排出ガスを無害化することができる。
【０００４】
油脂類や合成樹脂などの高分子系の有機物を多量に含む被加熱物を乾留する場合には、発生する乾留ガス中には前記の一酸化炭素や水素などの可燃性ガスに加えて、タールや煤が多量に含まれている場合が多い。そして、タール状の物質や煤などの一部が排気筒の内面に付着し、次第に堆積して排気筒の有効面積を縮小することがある。さらに堆積が進むと排気筒が閉塞されてしまって、ロータリキルンの正常な運転が不可能となり、運転を停止しなければならない場合があった。
【０００５】
発明者らはこのような不具合を解決するために、シェルの回転に伴ってその排気筒の両端間を摺動する摺動体を排気筒内に収容することを提案した（例えば特許文献１参照）。すなわち、シェルが１回転する間に摺動体が排気筒内を一往復して付着したタール状の物質や煤などを削り取るので排気筒の閉塞を防止することができ、ロータリキルンの正常な運転を長時間維持することができるわけである。この提案の一例を図９に示す。シェル３の加熱部分にシェルの周壁を貫通して排気筒２７が設けられている。排気筒２７の両端はストッパー３１で閉鎖されており、この両端部近くにそれぞれ４個の通気口３２が形成されている。排気筒２７内には耐火物性の摺動体３３がわずかな隙間をあけて嵌入されており、シェル３が１回転する間に排気筒２７内を１往復することにより、排気筒２７の内周面に付着したタール状の物質や煤などを擦り取り、乾留ガスの流れによって加熱室内へ放出して焼却するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−９８４７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ゴミの固形物であるＲＤＦや米ぬかなど、高分子系の有機物をさらに多く含む被加熱物を乾留などする場合には、この排気筒と摺動体との形状では必ずしも十分ではなく、摺動体が排気筒２７内を移動する間に瞬時ではあるが通気口３２を閉塞する。時としてタール状の物質や煤などによって剥離体の動きが阻害され結果的に排気筒が閉塞することが分かった。すなわち、本発明の目的は、高分子系の有機物をさらに大量に含有する被加熱物を乾留処理するに当たって、長時間の安定的な運転が可能な外熱式ロータリキルンを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らはこれらの現象を詳細に検討し、排気筒と摺動体（以降、剥離体と称する。）の形状について鋭意研究を重ねて本発明を完成したものである。
【０００９】
すなわち、本発明の外熱式ロータリキルンは、一端側に被加熱物の供給口を、他端側に被加熱物を排出する排出口を有する軸線周りに回転するシェルと、このシェルの外側部を加熱する加熱炉と、シェル内で発生したガスを加熱炉内へ排出するシェルの周壁を貫通して固設された排気筒と、この排気筒内でシェルの回転に伴って遊動して排気筒の内面に付着した付着物を剥離する剥離体と、からなる外熱式ロータリキルンにおいて、排気筒はその排気筒の両端に剥離体を排気筒内に保持する通気口を開口したストッパーを有するとともに、この剥離体はそれを収納する排気筒と同軸的に回転・移動可能で乾留ガスを通気する排気筒と同軸的な通気孔を有する中空体であることを特徴とする。
【００１０】
ここで、剥離体は円筒又は多角形筒であることが好ましく、排気筒の内面に剥離体の遊動を円滑にする条を形成することが望ましい。
【００１１】
また、剥離体の外側面に排気筒の内面と接触して付着物を剥離する突起物を形成することが望ましく、さらに剥離体はセラミックス又は耐熱金属であることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図によって説明する。
【００１３】
本発明になる外熱式ロータリキルンの縦断面の概略を図１に示す。この外熱式ロータリキルンは、被加熱物の供給部１と、加熱処理された被加熱物の排出部２とを有するステンレス鋼などからなるシェル３と、このシェルの外側面を加熱する加熱炉４とから構成されている。
【００１４】
シェル３は、加熱炉４を長さ方向に貫くように配置されている。シェル３の両端付近には環状のタイヤ６、７が、シェル３の外周面に一体的に付設されており、シェル３は、これらの部分で受けころ８、９によって支持されている。
【００１５】
加熱炉４は、鉄板製の外殻１０と耐火性の断熱材１１で形成されておりベース枠５の上に固定されている。また、加熱炉４には、加熱用のバーナ１２と燃焼ガスの排気口１３とが設けられている。バーナ１２は熱効率を考慮して貫通するシェル３の下部に配設されている。加熱炉４の内部で発生した燃焼ガスは、燃焼ガス排気口１３から図示しない煙突へ送られる。
【００１６】
シェル３の外周面と加熱炉４とは僅かな間隙を設けて図示しないシール材でほぼ密閉され、バーナ１２による熱の放散を防止している。なお、加熱炉４内の温度は図示しない自動制御装置によって設定温度となるように自動制御されている。
【００１７】
シェル３は、排出部２の受けころ９と排出口２６との間のシェル外周面にスプロケットホイール１５を設けて、このスプロケットホイール１５と、ベース枠５に支持された駆動モータ１６のスプロケット１７とをチェーン１８で連結して回転駆動される。なお、シェル３の軸線は、排出側が僅かに下がるように傾斜（勾配は１／１００〜３／１００）して設置されている。しかし、シェル３の内周面に螺旋状の送り羽根などを設けて被加熱物を移動させるようにする場合には、シェル３の軸線を水平としてもよい。
【００１８】
シェルの供給部１は、供給部フード１９と被加熱物Ｍの供給ホッパー２０とで構成されていて、ベース枠５上に固定されている。供給部フード１９は、外気が直接シェル内へ浸入するのを防止したり、シェル内部から発生したガスの一部を吸引したりするもので、上部に供給部フード排気口２１が設けられている。被加熱物Ｍの供給ホッパー２０は、シュート部２３がシェル内部へ被加熱物Ｍを供給するように供給部フード１９を貫通させて設けられている。シュート部２３の先端は、シェル側面に開口させた供給口２４からシェル内部に突出しており、投入した被加熱物Ｍが供給部フード１９内へは落込まない構成となっている。シェル３と供給部フード１９とは僅かなクリアランスを設け、図示しないシール材でほぼ密閉されている。
【００１９】
排出部２は、シェル内への外気の浸入を防止するための排出部フード２５で構成されていて、シェル３と排出部フード２５とは、僅かなクリアランスを設けて図示しないシール材でほぼ密閉されている。排出部フード２５の下部には、シェルの排出口２６から排出された被加熱物Ｍを取出す図示しないシュートが設けられている。シュートの途中には図示しないロータリバルブを設けて外気の浸入を防止している。
【００２０】
シェル３の加熱炉によって加熱されるシェル外側部１４には、シェル３の周壁を貫通してシェル内部と加熱炉内部とを連通する排気筒２７が固設されている。各排気筒内には排気筒の内面に付着するタール状物質や煤などを剥離する剥離体２８が遊動可能に保持されている。ここで、排気筒２７はシェル３の周壁とボルトなどで着脱自在に取りつけられていることが望ましい。これは、必要に応じて排気筒２７や剥離体２８の洗浄や補修作業などを可能とするためである。
【００２１】
以上の構成からなる外熱式ロータリキルンの稼働は、まず、駆動モータ１６によって回転するシェル３内に、供給ホッパー２０から一定量の被加熱物Ｍが供給される。被加熱物Ｍは、シェル３が排出部２に向って僅かに低く傾斜して設置されていることから、シェル３の回転に伴って次第に加熱部へと流れ、加熱炉４でシェル３の外周面を加熱されることによって所定の温度まで加熱される。この時、被加熱物Ｍから一酸化炭素や水素といった可燃性ガスや水蒸気、およびタール状の物質や煤などを含む大量の乾留ガスが生じ、被加熱物Ｍは乾留され炭化される。その後、このように炭化された被加熱物Ｍは、排出口２６へと流れ、排出部２から流入する僅かな浸入空気とシェル３の表面から逃げる放熱とによって冷却され、シェルの排出口２６から排出され、排出部フード２５の下にあるシュートから炉外に排出される。
【００２２】
シェル３の内部で発生した乾留ガスのほとんどは、シェルの周壁を貫通して固設されている排気筒２７から加熱炉４内へ排出される。
【００２３】
そして、排出された乾留ガスのうち一酸化炭素や水素といった可燃性ガスと、剥離体２８によって剥離除去されたタール状の物質や煤などは、加熱炉内に放出されて燃焼又は焼却され、加熱炉４の排気口１３から煙突へと排出される。このように、排気筒２７の内面には乾留ガスの通気に伴いタール状の物質や煤などが付着するが、排気筒内に収容された剥離体２８がシェル３の回転につれて排気筒内を遊動することで、タール状の物質や煤などが付着堆積するのを防止している。
【００２４】
上記のような外熱式ロータリキルンの従来構成に加えて、本発明の特徴は、図１のロータリキルンにおいて、排気筒２７内で遊動する剥離体２８に排気筒２７と同軸的な通気孔を有する中空体を用い、剥離体自身をも乾留ガスを通気することができるようにしたことである。すなわち、従来技術による剥離体は、排気筒にわずかの隙間を設けて嵌入した球形又は短円柱形の中実体であったために、シェルの回転に伴って排気筒内を遊動する際に、短時間ではあるが排気筒に設けられた通気口を閉塞することがあった。しかし、本発明では排気筒の両端側のストッパーに通気口を開口するとともに、剥離体を円筒形又は多角筒形の中空体としたので、乾留ガスは剥離体の内部空隙を通って常に通気可能であり、剥離体によって通気口を閉塞することがない。例えば、図７は円筒形の排気筒２７に排気筒２７の内径よりも小さい外径の円筒状の剥離体２８を収容した横断面模式図である。ここで、円２９は排気筒の両端のストパーに開口した通気口を示す。すなわち、シェルの回転に伴って、排気筒２７の内壁に剥離体２８の上下端縁部や外周面がランダムに接触することによって排気筒２７の内壁面に付着したタール状の物質や煤などを剥離し、これが堆積することを防止することができる。また、剥離体２８は、重力により排気筒２７の両端部のストッパー３１と衝突しながら往復遊動するので、この衝突による衝撃によって排気筒２７の内壁面に付着した煤などを剥離し、乾留ガスとともに加熱炉側へ排出して焼却することができる。
【００２５】
図７のように排気筒２７と剥離体２８とが同一形状で、且つタール状の物質が多量に発生する場合などには、排気筒２７の内面と剥離体２８の側面との接触面積が大きいために、ロータリキルンの運転時間の経過とともに、剥離体２８のスムースな遊動が困難となる場合がある。そこで、剥離体の形状を図８のように角筒形とすることも好ましい。この場合には、角筒形の剥離体２８と排気筒２７の内面とは剥離体２８の４本の稜線２８ａでしか接触することがない。よって、排気筒と剥離体との接触面積はきわめて少なくロータリキルンの運転時間の経過とともに、剥離体２８のスムースな遊動が困難となることはない。
【００２６】
また、排気筒の内壁面に丸棒などの条を取りつけて剥離体との接触面積を減少させることが好ましい。これらの例を図２、３および４に示す。図２は内面に条３０を取りつけ円筒形の剥離体２８を保持した丸形排気筒２７の縦断面模式図である。排気筒２７はシェル３の周壁を貫通して固設されており、両端部にはストッパー３１を設けて剥離体２８を内部に保持できるようになっている。また、各ストッパー３１には乾留ガスを通気する通気口３２が開口されている。図３は図２のＡ−Ａ断面である。すなわち、この排気筒２７には内壁面に円形断面の棒又は線からなる条３０が約１２０゜の間隔を隔てて３本取り付けられている。そして、排気筒２７内には各条３０とわずかな隙間を維持した外径の短円筒からなる剥離体２８が排気筒２７と同軸的に回転および移動自在に保持されている。
【００２７】
このように剥離体２８は排気筒２７の通気口３２と同軸方向に通気可能な中空体であるので、例えば、剥離体が排気筒の加熱炉内のストッパーに当接しても通気口３２を閉塞することがない。従って、乾留ガスの排気筒内での流れが停滞することによるタール状の物質や煤などの排気筒内面への付着堆積が促進されることがない。また、短円筒形の剥離体２８は常時遊動しており、さらに排気筒２７の両端のストッパー３１とシェル３の１回転に１回は必ず衝突するので、その内面にタールや煤が付着することは少ない。図４は、排気筒２７と剥離体２８とをいずれも方形断面のものとして、条３０を排気筒の内面に取りつけた場合を示す横断面模式図である。この場合には、条３０は各面の中央に１個ずつ設ければよい。条の大きさや形状については特に制約はないが、接触面積を少なくして剥離体の遊動を滑らかにするためには、円形断面のものが望ましく、また、排気筒の軸線方向に線状に設けるとよい。
【００２８】
また、条は突起物として剥離体の側面に設けることもできる。突起物を剥離体の側面に設けた例を図５および６に示す。図５は、丸形排気筒２７内に剥離体２８を保持した縦断面模式図で、突起物３０を剥離体２８の外面（側面）２８ｂに取りつけた状態を示している。図６は、図５のＢ−Ｂ断面を示す模式図である。この場合には、突起物は線状に限らず排気筒と同軸方向のほぼ同一線上に点状に複数個設けてもよい。このような突起物を剥離体の外面に設けることにより、排気筒の内面に付着した付着物を剥離する剥離能力が向上するとともに、剥離体のスムースな遊動を維持することができる。
【００２９】
剥離体は高温の乾留ガスに晒されることとなるので、耐熱金属やセラミックスなど耐熱特性の高い材質とすることが望ましい。耐熱金属としては、ステンレス鋼であるＳＵＳ３１０Ｓやインコネルを例示することができ、セラミックスとしては、炭化珪素や窒化珪素といった高強度のセラミックスを挙げることができる。
【００３０】
本発明は、以上の実施の形態によって制限されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で排気筒や剥離体の形状などを選定できることはいうまでもない。
（実験例１）
ゴミを固形化して乾燥した被加熱物（ＲＤＦ）を、１７．２ｋｇ／時間の供給速度で、図１の外熱式ロータリキルンに供給した。外熱式ロータリキルンの主要部の寸法は次の通りであった。すなわち、シェル内径：３００ｍｍ、シェル長さ：３ｍ（シェル内有効長さ：２．４ｍ）、シェル傾斜角度：１％であり、シェル回転数：１．７ｒｐｍ、加熱温度：９００℃、被加熱物のシェル内通過時間：７５分の条件で乾留した。
【００３１】
排気筒は外径：１１４．３ｍｍ（内径：１０２．３ｍｍ）×長さ：１９０ｍｍのすＳ３１０Ｓ製の円筒とし、シェルへの取りつけ本数は５本とした。そして、各排気筒の内面の円周をほぼ３分割する形で３本の条（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ、直径：１０ｍｍの丸棒）を排気筒の長さ方向に平行に取りつけた。
【００３２】
剥離体は、排気筒内面に取り付けた条とわずかなクリアランスを設けるために、外径：７６．３ｍｍ，内径：６５．９ｍｍで長さ８５ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓのパイプとした。このパイプ（剥離体）を前記の排気筒内に収容した。
【００３３】
以上の条件で、外熱式ロータリキルンを２４時間運転した結果、排気筒の詰まりによるシェル内部の圧力が上昇するという現象は認められなかった。また、停止後排気筒の点検を行ったが、排気筒の内面にわずかに炭素が付着していたのみで、排気筒を閉塞するような付着物の堆積は認められなかった。
【００３４】
これは、剥離体がシェルの回転に伴って遊動することによって、排気筒内部へのタール状の物質や煤の付着を防止しているとともに、剥離体がストッパーに軽く衝突するノッキングによって付着した煤などが剥離したためと考えられる。
【００３５】
一方、通気孔を持たない中実体の剥離体を用いる従来技術になる外熱式ロータリキルンで同様の被加熱物（ゴミを固形化して乾燥したもの）を乾留した場合には３〜５時間で排気筒内面にタール状の物質や煤などの堆積が成長して、シェル内部の圧力が上昇してしまうという現象がみられた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の外熱式ロータリキルンは、排気筒のストッパーに通気口を開口するとともに、排気筒内に保持している剥離体が中空体であるので、シェルの回転によっても剥離体が排気筒の通気口を閉塞することがない。従って、加熱により発生する乾留ガスは、常にシェル内から加熱炉内に排出され、排気筒内に滞留することがなく、排気筒の内面にタール状の物質や煤による付着物の堆積が成長することがない。ゆえに、安定したロータリキルンの運転状態を長時間維持することができる。
【００３７】
油脂類や合成樹脂などの高分子系の有機物をきわめて多量に含むゴミ固形物（ＲＤＦ）や米ぬか等の炭化処理や乾留処理を行うには好適な外熱式ロータリキルンである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の外熱式ロータリキルンの一実施形態の縦断面模式図である。
【図２】本発明のシェルと排気筒と剥離体との関係を示す縦断面模式図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を示す模式図であって、内周面に条を取りつけた丸形排気筒と円筒形の剥離体との関係を示す図である。
【図４】内周面に突起物を取りつけた角筒形排気筒と角筒形剥離体との関係を示す横断面模式図である。
【図５】丸形排気筒と条を外側面に取りつけた円筒形剥離体との関係を示す模式図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面を示す模式図であって、丸形排気筒と外側面に突起物を取りつけた剥離体との関係を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態を示す横断面模式図であって、丸形排気筒内に円筒形の剥離体が接触している状態を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態を示す横断面模式図であって、丸形排気筒内に角筒形の剥離体が接触している状態を示す図である。
【図９】従来技術になる一実施の形態の一部切欠側面図であり、排気筒と、通気口、摺動体（剥離体）との関係を示す図である。
【符号の説明】
３：シェル ４：加熱炉 １４：シェル外側部 ２４：供給口 ２６：排出口 ２７：排気筒 ２８：剥離体 ３０：突起物 ３１：ストッパー ３２：通気口３３：摺動体 Ｍ：被加熱物

Claims (5)

1. 一端側に被加熱物の供給口を、他端側に該被加熱物を排出する排出口を有する軸線周りに回転するシェルと、
   前記シェルの外側部を加熱する加熱炉と、
   前記シェルの周壁を貫通して固設され前記シェル内で発生したガスを前記加熱炉内へ排出する排気筒と、
   前記シェルの回転に伴って前記排気筒内で遊動して該排気筒の内面に付着した付着物を剥離する剥離体と、
   からなる外熱式ロータリキルンにおいて、
   前記排気筒は該排気筒の両端に前記剥離体を該排気筒内に保持する通気口を開口したストッパーを有するとともに、前記剥離体はそれを収納する前記排気筒と同軸的に回転・移動可能で前記ガスを通気する該排気筒と同軸的な通気孔を有する中空体であることを特徴とする外熱式ロータリキルン。
2. 前記剥離体は円筒又は多角形筒である請求項１に記載の外熱式ロータリキルン。
3. 前記排気筒の内面に前記剥離体の遊動を円滑にする条を形成した請求項１または２に記載の外熱式ロータリキルン。
4. 前記剥離体の外側面に前記排気筒の内面と接触して付着物を剥離する突起物を形成した請求項１または２のいずれかに記載の外熱式ロータリキルン。
5. 前記剥離体はセラミックス又は耐熱金属である請求項１〜４のいずれかに記載の外熱式ロータリキルン。

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