JP4136879B2 - ロータリーキルンと焼却炉 - Google Patents

Description

本発明はロータリーキルンと焼却炉に関し、詳しくは 回転円筒体からなるロータリーキルン胴部の外周壁に冷却媒体を送給可能になっているロータリーキルンとこれを備えた焼却炉に関する。

ロータリーキルンは、その胴部が内張りされた炉材と、外周に設けた鋼板製外皮で構成された回転円筒体であるため、ロータリーキルンを燃焼域に用いた焼却炉はストーカ式焼却炉や流動層式焼却炉に比べて、流動性の高いゴミや流動層の流動化を阻害する低融点物質を含むゴミ等、性状の異なる多様な被焼却物に対しても、安定に焼却処理できるという優れた利点があり、比較的長時間の連続運転にも耐えるため、その用途は広い。

このように、ロータリーキルン式焼却炉は多様な被焼却物を対象にするため、被焼却物である廃棄物の種類、性状によっては、炉材に対して熱的、化学的、機械的負荷が大きく、炉壁内側にクリンカが生成したり、炉材が浸食されたりする。そのため、炉材の点検・補修などをかなりの頻度で行う必要があるが、焼却炉の稼働率の低下は避けられない。その対策として、従来は、燃焼用空気と共に炉内に冷却用空気を送給するようにして、炉材に対する熱的負荷の低減をはかるようにしている。

しかし、この方式は、炉材を直接冷却するものではないため効果は小さく、しかも炉内ガス量が増加し、それに伴う設備規模も大きくせざるを得ず、設備コストが高くなるという問題がある。

また、ロータリーキルンの下流側に後燃焼ストーカを接続した焼却炉や、ロータリーキルンの下流側にストーカを接続し、かつストーカも直接被焼却物を投入できる焼却炉についても、ロータリーキルンの下流側ほど燃焼が進むため熱的負荷は大きくなり、特に後者の焼却炉では、ロータリーキルンとストーカでの両者の燃焼による熱を同時に受けるロータリーキルン羽口部分が１２００℃程度にもなり、その熱的負荷は大きく、炉材の補修頻度は高い。

このような事態に対処するため、ロータリーキルンの鋼板製外皮の表面を冷却することにより炉材を冷却する方式が考えられたが、従来の方式では、位置によって熱的負荷の大小が存在しているにも関わらず炉材全体を一様に冷却することになるため、効果的ではない。また、熱的負荷の大きい箇所と他の場所を分けて冷却するようにすると、複数の冷却設備を必要とし、設備コストの高騰は避けられなかった。

更に、ロータリーキルンの鋼板製外皮と炉材との間に流体流路を形成し、この流体流路に冷却空気を通流させるようにして、炉材へのクリンカの付着を防止して、ロータリーキルンの耐久性を高めた発明が開発された（例えば、特許文献１）が、このロータリーキルンも位置による熱的負荷の相違に対して確実に対処できたものではなく、特に羽口付近での冷却能力は必ずしも高いとは言えないため、改良の余地があった。
実用新案登録第２５１７６４２号公報。

そこで、本発明の解決しようとする問題点は、設備コストの大幅な高騰をもたらすことなく、熱的負荷の大きい箇所について冷却を効果的に行うことが可能なロータリーキルンとこれを備えた焼却炉を提供することにある。

上記課題は請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る焼却炉の特徴構成は、回転円筒体をしたロータリーキルン胴部の長手方向にわたる外周壁に冷却媒体を通流させる流路が形成されていて、羽口側近傍に形成された流路断面積が他の流路断面積より小さく構成されているとともに、流路断面積の小さい前記羽口側の流路が、隔壁により第１の流路と第２の流路とに構成されていて、前記冷却媒体が前記第１の流路に送給され前記羽口に近接した後、反転して第２の流路を通流し、その後流路断面積の大きい流路に通流するようになっていることにある。

この構成によれば、複数の冷却設備を必要とすることなく、単一の冷却媒体を送給する装置から冷却媒体をロータリーキルン胴部の長手方向にわたる外周壁に形成されている流路に送給するだけで、熱的負荷の大きくなり易い羽口付近を通流する冷却媒体の流速を大きくして、熱伝達速度を高めることにより、炉材全体を冷却すると同時に羽口付近を効果的に冷却することができる。したがって、この羽口付近を含めた炉材全体の寿命を長くすることができ、補修頻度を低減できて、従来の設備に比べて生産性を向上できる。のみならず、羽口付近を含めた炉材全体の損傷を少なくできるので、それだけ炉材施工厚みを薄くして、重量を小さくすることができて、設備コストを低減でき、しかも炉内に冷却用空気を導入する必要がないので、冷却のために排ガス量を増加させることがない。

その結果、設備コストの大幅な高騰をもたらすことなく、熱的負荷の大きい羽口付近の箇所について、冷却を効果的に行うことが可能なロータリーキルンを提供することができた。

また、流路断面積の小さい前記羽口側の流路が、隔壁により第１の流路と第２の流路とに構成されていて、前記冷却媒体が前記第１の流路に送給され前記羽口に近接した後、反転して第２の流路を通流し、その後流路断面積の大きい流路に通流するようになっていることが好ましい。

この構成によれば、冷却媒体の流路を隔壁を設けるだけで、通流する冷却媒体の流速を容易に大きくすることができ、設備コストの高騰をもたらすことなく、熱的負荷の大きい箇所について冷却を効果的に行うことができる。

流路断面積の小さい前記羽口側の流路が、前記羽口から前記ロータリーキルン胴部の長さの１／５以下の位置にわたり形成されていることが好ましい。

この構成によれば、ロータリーキルン胴部の長さの１／５以下の位置にわたり流路断面積の小さい流路を形成して流速を早くすることにより、特に熱的負荷の大きい羽口付近に対して冷却効果を効率的に高めることができる。

また、本発明に係る焼却炉の特徴構成は、請求項１〜３のいずれかのロータリーキルンを備えたことにある。

この構成によれば、設備コストの大幅な高騰をもたらすことなく、熱的負荷の大きい箇所について冷却を効果的に行うことが可能なロータリーキルンを備えた焼却炉を提供することができる。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るロータリーキルン式焼却炉Ｆの概略全体構造を示す。この焼却炉Ｆは、ロータリーキルンＫとその下流側に接続されている後燃焼ストーカおよび二次燃焼室１０とを有して構成されており、ロータリーキルンＫは下流側に向けて幾分傾斜したロータリーキルン胴部１と、投入口側固定壁１３、その投入口側固定壁１３に設けられ上方に向けて開口するホッパー構造の被燃焼物投入口２を備えると共に、図示しないが、投入口側固定壁１３に設けられた燃焼用バーナーと空気供給口、ロータリーキルン胴部１の下部に配置されたロータリーキルン用回転駆動装置などを備えて構成されている。

ロータリーキルン胴部１はゆっくりと回転しながら、被燃焼物を撹拌しつつ投入口側固定壁１３の空気供給口から供給される空気で燃焼させて下流側へ移送させる。燃焼ガスおよび未燃ガスは下流側の二次燃焼室１０にて、さらに空気を供給して燃焼させる。ロータリーキルンＫから排出された燃焼残渣は、更に後燃焼ストーカ３に送り、灰化させる。二次燃焼室１０から排出された排ガスは、排ガス処理設備（図示略）によって処理する。

ロータリーキルン胴部１は、外周壁を鋼板製外皮で被覆されている。この鋼板製外皮は、外殻４と内殻５からなる二重構造になっていて、その間は冷却媒体が通流する冷却媒体流路６となっている。冷却媒体は、ロータリーキルン胴部１の長さ約１／５程度、羽口９から上流側寄りの位置に形成された冷却媒体入口８から冷却媒体供給機７によって送給され、更に外殻４の円周方向に形成された多数の通気孔４ａを通って、冷却媒体流路６に送給される。

冷却媒体流路６は、円周方向にわたり多数の流路室が形成されるように、主隔壁６ａによって区画されていると共に、更に、煩雑化を避けるため一流路室の断面構造を図３、４に示すように、通気孔４ａの近傍に端を有する、断面略Ｌ字形をした小隔壁６ｂにより区画されていて、第１の流路６ｃと第２の流路６ｄとを形成している。そして、冷却媒体流路６に送給された冷却媒体は、第１の流路６ｃ内を羽口９側に向けて移動し、羽口９を構成する壁面に当接すると共に反転して、第２の流路６ｄを通り、羽口９から遠ざかる方向に移動する。その後、冷却媒体は流路６に移動して、媒体排出口１１を経て排出される。

このように、所定流量で送給された冷却媒体は、流路断面積の小さい第１の流路６ｃ及び第２の流路６ｄを移動する際には、比較的早い速度で移動し、主隔壁６ａにより区画され流路断面積が拡大された他の流路６では遅く移動するようになり、冷却媒体の移動速度を相対的に異ならせることができて、結果的に、温度が高く熱的負荷が大きい羽口付近での熱伝達を高めて、この箇所の冷却効果を高めることができる。したがって、複数の冷却設備を必要とすることなく、単一の冷却媒体供給設備によって、位置による熱的負荷の相違を有するロータリーキルンに対しても確実に対処することができる。

第１の流路６ｃ及び第２の流路６ｄの断面積は、他の流路６の断面積よりも小さければよく、特に限定されるものではないが、図２にＡ−Ｂ線断面構造を示すように、他の流路６の約１／２程度とすれば、第１の流路６ｃ及び第２の流路６ｄを移動する冷却媒体の移動速度は約２倍となり、それだけ熱伝達を大きくすることができる。また、断面略Ｌ字形をした小隔壁６ｂは、ロータリーキルン胴部１の長さ約１／５程度、羽口９から上流側寄りの位置に形成された冷却媒体入口８、及びこれに続く通気孔４ａの位置付近から羽口方向に向けて設けられていることが好ましいが、ロータリーキルン胴部１の径、長さ、仕様などにより、適宜変更可能である。

冷却媒体としては、空気が好ましいが、ミスト水を混合した空気を用いると冷却効果が大きくなり一層好ましい。また、内殻５の内側には、炉材１２が内張りされている。

羽口側炉材表面の冷却前温度を約１２００℃に設定すると共に、鋼板製外皮（内殻）外表面温度を約３００℃となるように炉材を選択した、長さ約５５００ｍｍ、内径約３０００ｍｍのロータリーキルン式焼却炉について、その羽口付近を図２〜４に示す構造にした場合（実施例１）と、図３、４の内、羽口付近に小隔壁を設けず主隔壁のみを設けて冷却媒体を通流させた場合（比較例１。実施例１に比べて流路断面積は２倍）と、冷却媒体を通流させることなく大気放熱した場合（比較例２）とにつき、羽口側の炉材表面温度を測定した。その結果を表１に示す。

表１より、実施例１の構造によれば、比較例２に対して７５℃も低くすることができ、比較例１に対しても４９℃低くすることができた。

〔別実施の形態〕
（１）第１の流路６ｃ及び第２の流路６ｄの内殻の外表面、更には、他の流路６の内殻外表面に、突起状のスタッドやフィン等を形成してもよい。すなわち、第１の流路６ｃ、羽口９近傍箇所、第２の流路６ｄ、他の流路６における各破線で囲まれた領域Ｓ１〜Ｓ４に、例えば、他の流路６の断面積を幅約３００×高さ約１００ｍｍ程度とすると、外径５〜１０ｍｍ、高さ５０〜１００ｍｍ程度のスタッドを、溶接などにより流路内に向けて内殻５に格子状に多数植設する。このようにすることによって、内殻５からの熱伝達を促進させて冷却効果を一層高めることができる。他の流路６における破線で囲まれ領域Ｓ４は、羽口９から主隔壁６ａの長さ方向約２／３程度までであることが好ましい。スタッドの植設する間隔、数、形状などは、種々の態様にすることができ、特に図５に示すように、冷却媒体の通流方向に対してスタッド１４を交互に配置することが、冷却効果を発揮する上で好ましい。
（２）上記実施形態では、図３、４に示したように、冷却媒体を羽口９を構成する壁面に当接させて１回反転する例を挙げたが、羽口側にも小隔壁を取り付ける等して、反転回数を更に増やように構成してもよい。

本発明は、都市ゴミ、雑芥、廃プラスチック、油泥などの焼却に利用できる他、汚泥や各種固液混合廃棄物の焼却に利用できる。

本発明に係るロータリーキルンの概略半断面構成図 図１のロータリーキルンの鋼板製外皮部分の構造を示すＡ−Ｂ線断面図 一流路室のＣ−Ｃ線矢視図 一流路室のＤ−Ｄ線矢視図 内殻表面上に植設されたスタッドの配置例を示す平面図

符号の説明

１ ロータリーキルン胴部
４ 外殻
５ 内殻
６ａ，６ｂ 隔壁
６ｃ 第１の流路
６ｄ 第２の流路
９ 羽口

Claims (3)

1. 回転円筒体をしたロータリーキルン胴部の長手方向にわたる外周壁の内殻と外殻との間に、冷却媒体を通流させる流路が形成されたロータリーキルンにおいて、羽口側近傍に形成された流路断面積が他の流路断面積より小さく構成されているとともに、流路断面積の小さい前記羽口側の流路が、隔壁により第１の流路と第２の流路とに構成されていて、前記冷却媒体が前記第１の流路に送給され前記羽口に近接した後、反転して第２の流路を通流し、その後流路断面積の大きい流路に通流するようになっていることを特徴とするロータリーキルン。
2. 流路断面積の小さい前記羽口側の流路が、前記羽口から前記ロータリーキルン胴部の長さの１／５以下の位置にわたり形成されている請求項１のロータリーキルン。
3. 請求項１又は２のロータリーキルンを備えた焼却炉。

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