JP4321223B2 - 加熱加工施設の運転制御方法とそのシステム - Google Patents

Description

本発明は、各種有機性物質を含む被処理物（各種の有機物を含む固形物、各種汚泥、土壌等）を熱分解反応により減溶、減量化する施設において、安全且つ安定した機能を維持できないような異常事態が起こった場合における当該施設の運転制御方法に関するものである。

各種有機性物質、各種汚泥、土壌・土砂等の各種処理対象物（以下、被処理物）は間接加熱による還元性の雰囲気のもとで乾燥、炭化、灰化、浄化等の加工処理がなされている。

その際に、システム設備の運転計画は予め設定されており、例えば、１０時間／日の運転、２４時間／日の運転などの計画に従って運転されている。

そうして、被処理物の性状変化（例えば、嵩比重の変化）、搬送途中での詰まり、被処理物の性状変化に伴う発生ガス量の増加、機器の不具合、停電等に起因して計画運転通りの運転が阻害されて、計画運転途中で、安全・安定な運転継続の維持が困難となった場合には、運転を中断し停止させることが必要となる場合がある。例えば、特開２００２−１８００５７号公報、特開２０００−２９０６６７号公報、特開２０００−２６６３２１号公報、特開平１１−３３３４３２号公報、特開平１１−２４１８１５号公報、特開平１０−３３２１２５号公報、特開平１０−０８９６６１号公報、特開平９−３１８０２６号公報、特開平９−２５０７２７号公報には、施設の非常時の対応技術が開示されている。

しかして、非常時対策の対象は「発生ガス、排出ガス」であり、その後に行う運転再稼働時に起こりうる課題と対策などの技術については開示されていない。

また、特開平８−４９８２４号公報には、熱分解により発生した、乾留ガス、チャーを燃焼する技術は示されているが、運転計画を中断・停止した後の再稼働時に起こり得る課題と対策については開示されていない。
特開２００２−１８００５７号公報 特開２０００−２９０６６７号公報 特開２０００−２６６３２１号公報 特開平１１−３３３４３２号公報 特開平１１−２４１８１５号公報 特開平１０−３３２１２５号公報 特開平１０−０８９６６１号公報 特開平９−３１８０２６号公報 特開平９−２５０７２７号公報 特開平８−４９８２４号公報

異常事態に施設の運転を停止した際の発生ガスの処理対策も重要であるが、一方、その後の運転再開時にも課題は存在する。すなわち、施設における搬送系、キルン内には停止により被処理物が残存している。したがって、その後の運転時には、これらの排出を行って運転を行うが、加熱された被処理物は、その性状が変化して、機器内部に付着している場合があり、これらの物質は排出運転では除去されず、内部に付着した状態で残存することとなる。

かかる状況で、施設の運転を開始（加熱、搬送）すると、温度は上昇過程で、キルン内に付着している被処理物は加熱により分解してガスを発生する。このガスは臭気を伴っており、しかもキルンから排出されたガスを燃焼するガス燃焼炉の温度もまだ低いことから、臭気を除去できずに系外排出される可能性がある。

本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、加熱加工施設の運転過程において、非正常事態が生じて停止した後でも、同施設の機能を低下させることなく、その運転を開始できる加熱加工処理施設の運転制御方法とそのシステムの提供にある。

そこで、本発明の加熱加工施設の運転制御方法とそのシステムは、加熱加工施設の非正常停止後の再運転時に、発生ガスを燃焼するガス燃焼炉を、先ず、所定の温度に予熱することで発生ガスを燃焼できる状態としておき、その後、被処理物を加熱する間接加熱手段の加熱を開始することで、運転開始時の発生ガスを燃焼して、有害物質、臭気成分を焼却除去している。尚、非正常停止としては、オーバーロード停止、異常停止、緊急停止等が例示される（以下、後述の実施の形態においても同様）。オーバーロード停止としては、搬送系の追負荷、各装置類の故障等や、温度、圧力に関係しない部位の部位の故障等による停止が例示される。異常停止としては、熱風炉やガス燃焼炉等の加熱源、ガス配管、排気等の温度や圧力の異常（例えば異常上昇、異常停止等）等による停止が例示される。緊急停止としては、人災、火災、天災（例えば地震等）、停電等による停止が例示される。

すなわち、本発明の加熱加工施設の運転制御方法は、被処理物を加熱する加熱手段と、この間接加熱手段に加熱媒体を供給する間接加熱源と、前記被処理物の加熱により発生したガスを燃焼するガス燃焼手段とを備えた加熱加工施設の非正常停止後の運転制御方法であって、
先ず、ガス燃焼手段を駆動して所定の温度に予熱し、次いで、間接加熱源を駆動して間接加熱手段を加熱することで、間接加熱手段内部に残存する被処理物を加熱処理し、この処理により発生するガスをガス燃焼手段に供して燃焼処理している。

この運転制御方法のより具体的なものとしては、被処理物を加熱する間接加熱手段と、この間接加熱手段に加熱媒体を供給する間接加熱源と、前記被処理物の加熱により発生したガスを燃焼するガス燃焼手段とを備えた加熱加工施設が、所定の運転スケジュールに従って運転されることなく途中で停止した後の同施設の運転制御方法であって、
間接加熱手段を加熱することなく駆動して内部に残存する被処理物を排出する工程（１）と、
ガス燃焼手段を駆動して所定の温度に予熱する工程（２）と、
間接加熱源を駆動して間接加熱手段を加熱することで、この加熱手段内部に残存する被処理物を間接加熱処理する工程（３）を有し、
先ず、工程（１）及び（２）を併行または順次に実行し、次いで、工程（３）を実行することで、工程（３）の実行により発生するガスをガス燃焼手段が燃焼処理するものがある。

この運転制御方法においては、工程（１）の開始または終了の信号により工程（２）の運転計画を起動して予熱を開始し、且つ工程（２）の停止条件としてのガス燃焼手段の設定温度または加熱時間スケジュールをセットし、停止条件を満たした後に工程（３）を実行してもよい。

さらに、工程（３）の設定温度到達後においては、新たな被処理物を投入して前記運転スケジュールに基づく運転を行い、この運転終了後、工程（１）（２）及び（３）を無効にしてもよい。

また、本発明の加熱加工施設の運転制御システムは、被処理物を加熱する間接加熱手段と、この間接加熱手段に加熱媒体を供給する加熱源と、前記被処理物の加熱により発生したガスを燃焼するガス燃焼手段とを備えた加熱処理施設において、所定の運転スケジュールに従って運転されることなく、途中で停止した後の運転再開の際、間接加熱手段を加熱することなく駆動して内部に残存する被処理物を排出する工程（１）と、ガス燃焼手段が駆動して所定の温度に予熱する工程（２）と、間接加熱源が駆動して間接加熱手段を加熱することで、間接加熱手段内部に残存する被処理物を加熱処理する工程（３）を実行する加熱加工施設の運転制御システムであって、
工程（１）の開始または終了の信号を出力する手段と、
前記信号を受けて、ガス燃焼手段を駆動し且つガス燃焼手段の到達設定温度または加熱時間スケジュールの停止条件を有効にする手段と、
前記停止条件を充足することで停止条件到達信号を出力する手段と、
前記条件到達信号を受けて間接加熱手段を加熱する加熱運転を開始する信号を出力する手段を備えている。

この運転制御システムにおいては、前記加熱運転を開始する信号を受けて加熱源により間接加熱手段を加熱し設定温度到後新たな被処理物を投入して前記運転スケジュールに基づく運転を行って終了した信号を出力する手段と、
前記終了を示す信号を受けて前記停止条件到達信号と前記加熱運転を開始する信号とを無効とする信号を出力する手段とを備えてもよい。

以上の加熱加工施設の運転制御方法またはそのシステムにおいては、加熱手段を加熱運転する際に加熱手段を含む搬送系が駆動する工程またはこれを実行するための信号を出力する手段を有してもよい。

以上のように、本発明の加熱加工処理施設の運転制御方法とそのシステムによれば、非正常事態により搬送系を停止し一定時間後に再運転するに際し、先ず、ガス燃焼炉を駆動して分解ガスが導入された場合にこのガスを燃焼する環境を形成し、次いで、搬送系に位する間接加熱手段を加熱させて、この加熱手段の内部に残存する被処理物を加熱すると共に被処理物から発生するガスをガス燃焼炉で燃焼しているので、有害物質や臭気物質が排出することはない。

また、再運転時に、先ず、処理物を加熱させることなく、搬送系を駆動して被処理物の排出工程を実行しているので、この工程を基点として停止後の運転制御システムを起動することができ、この排出工程により、非常停止後の運転制御システムが作動してガス燃焼炉が駆動し、一定条件到達後に間接加熱手段を加熱する間接加熱源が駆動し、以降の運転スケジュールに従って終了することで、前記停止後の運転制御システムが解除されるので、停止後の運転操作に煩雑且つ特別な作業は必要でなくなる。

したがって、本発明によれば、加熱加工施設が非正常事態により停止した後でも、同施設の機能を低下させることなく、その運転を開始できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の運転制御システムを有する施設の概略構成図である。

本実施形態の加熱加工施設は、被処理物を間接加熱によって乾燥さらに熱分解処理し、炭化物を得ている。

第一加熱炉１１は、被処理物を一定の滞留時間のもと３５０〜４５０℃で間接加熱して乾燥するための間接加熱手段である。第一加熱炉１１は、回転キルン方式を採用し、被処理物が導入される回転炉１１０に、回転炉１１０の外周に熱風ガスを流通させて回転炉１１０を外部から加熱する外部加熱手段（加熱ジャケット１１１）を付帯させている。尚、熱風ガスは、後述の熱風炉１５から導入している。

回転炉１１０は、円筒状を成し、複数の支持ローラによって支承され、回転駆動源を備えた回転手段によって回転する。このとき、回転炉１１０内部には導入した被処理物を攪拌搬送する図省略した送り羽根が複数枚設けられる場合がある。回転炉１１０の一端側には、ダクト１０がシール部材を介して回転炉１３０が回転自在且つ気密に接続されている。尚、ダクト１０には被処理物を搬入するためにホッパー設備等の被処理物供給手段が接続される。

第二加熱炉１３は、乾燥処理した被処理物を一定の滞留時間のもと４５０〜６００℃で間接加熱して炭化するための間接加熱手段である。第二加熱炉１３は、第一加熱炉１１と同様に回転キルン方式を採用し、乾燥処理した被処理物を導入し攪拌搬送する回転炉１３０に加熱ジャケット１３１を付帯させている。回転炉１３０は、円筒状を成し、複数の支持ローラによって支承され、回転駆動源を備えた回転手段によって回転する。回転炉１３０の一端には、第一加熱炉１１から排出された乾燥物を導入するためのダクト１２がシール部材を介して回転炉１３０が回転自在且つ気密に接続されている。ダクト１２には、第一加熱炉１１及び第二加熱炉１３内で発生した水蒸気及び熱分解ガスを吸引しガス燃焼炉１８に供する配管が接続されている。一方、回転炉１３０の他端には、第二加熱炉１３で生成した炭化物を排出するためのダクト１４がシール部材を介して回転炉１３０が回転自在且つ気密に接続されている。

熱風炉１５は、熱風ガスを供給する間接加熱源であり、熱風ガスを発生させるための燃焼バーナーを備えている。熱風ガスは、ブロア１６によって第二加熱炉１３の加熱ジャケット１３１に供され、回転炉１３０を加熱した後に、第一加熱炉１１の加熱ジャケット１１１内に供給され、回転炉１１０を加熱する。このとき、熱風ガスには温度調整用の空気が適宜注入され、そのガス温度が調整される。加熱ジャケット１１１から排出された加熱媒体（熱風ガス）は排気される。また、一部の加熱媒体はブロア１７によってガス燃焼炉１８におけるエゼクタ駆動ガスとしての利用または加熱ジャケット１１１，１３１に供する熱風ガスとしての再利用に供される。

ガス燃焼炉１８は、第一加熱炉１１及び第二加熱炉１３から導入した水蒸気及び熱分解ガスを一定の雰囲気及び滞留時間のもとで（例えば、８００℃以上の雰囲気、より具体的には、例えば約８５０℃の雰囲気で２秒以上の滞留時間）燃焼して無害化処理するガス燃焼手段である。被処理ガスには、系外から燃焼補助のために空気が適宜導入される。ガス燃焼炉１８は、被処理ガスが供給されるガス燃焼室を備え、これには燃焼バーナーが具備されている。燃焼バーナーによる燃焼は燃料の供給量を調節することによって適宜制御される。ガス燃焼炉１８にて燃焼処理したガスはブロア２１に吸引されて熱交換器１９及びバグフィルタ２１を介して排気される。

熱交換器１９は、空気を冷却媒体とする気体−気体熱交換方式によって前記ガスを２００〜１５０℃程度までに冷却処理する。このとき、被冷却ガス（燃焼処理したガス）には少なくとも硫黄成分を含んでいない新鮮な空気が適宜供給され、ガス温度が適切に調整される。冷却処理されたガスはさらにバグフィルタ２０に供されて除塵処理されてから系外排出される。一方、熱交換により加熱された空気は熱風炉１５における熱風ガスの生成に供される。

以上の施設内の各装置は図示省略された制御手段によって通常運転及び非正常停止後の運転の制御が実行される。図２〜図７を参照しながら本実施形態の運転制御システムの動作例を説明する。

先ず、図２記載のタイムチャート及び図３記載のフローチャート（Ｓ１０１〜Ｓ１０８）を参照しながら通常運転について説明する。図２記載のｔは時間を表す（図４〜図６記載のタイムチャートも同様）。

（１）投入開始 予め施設内の配管（水蒸気管、乾留ガス）が清掃され配管内部の堆積物が除去される（Ｓ１０１）。予熱運転の指令を受けると（Ｓ１０２，ｔ₀）、熱風炉１５とガス燃焼炉１８のバーナーが着火し（Ｓ１０３，Ｓ１０４）、所定の設定温度に予熱し（例えば熱風炉６５０℃、ガス燃焼炉８００℃）、第一加熱炉１１及び第二加熱炉１３を加熱する。予熱完了後（Ｓ１０５）すなわち図２に示した各加熱炉温度が設定値に到達した時点（ｔ₁）で、被処理物を投入し、乾燥、熱分解処理を行なって加工品（乾燥物、炭化物、灰化物及び浄化物）を得る（Ｓ１０６）。

（２）停止 所定時間（ｔ₂−ｔ₁）運転後、被処理物の投入を投入して停止モードに入る（Ｓ１０７）。投入を停止後の一定時間（例えば３０〜６０分）後には被処理物の加工品が第一及び第二加熱炉１１，１３から排出されるので、前記加熱炉を加熱する熱風炉１５のバーナーの火を落とし、さらに一定時間後（ｔ₄−ｔ₃，例えば３０分）にガス燃焼炉１８のバーナーの火を落とす（Ｓ１０８）。このように、ガス燃焼炉１８を最後に停止することで、配管系におけるガス成分を燃焼させて、臭気等の有害物質が排気ガス中に残留しないようにしている。

次いで、図４〜図６記載のタイムチャート及び図７記載のフローチャート（Ｓ２０１〜Ｓ２１３）を参照しながら非常停止後の施設の運転について説明する。

（３）非常停止 加熱処理施設の運転中、施設内の一部の箇所において施設にとって安全且つ安定した機能を維持できないような異常事態が生じた場合（例えば、前記各装置の圧力異常上昇若しくは温度異常上昇や、搬送系における被処理物並びに加工物の詰まり等）、直ちにその運転を停止して事故に発展することを防止する。ここでは、図４に示したように、異常事態を感知した時点（ｔ₅）で、第一及び第二加熱炉１１，１３の回転炉１１１，１３１とその他搬送系の装置を停止し、次いで一定時間後に（ｔ₆）、熱風炉１８とガス燃焼炉１９のバーナーを停止する。この際、ガス燃焼炉１９を遅延停止させる場合がある。

図５は従来の運転再開時のタイムチャートを示したものである。各装置が一定温度以下の冷却後、第一及び第二加熱炉１１，１３及び搬送系を駆動してこれら装置内部に残存している被処理物を排出する。次いで、熱風炉１５とガス燃焼炉１８のバーナーを作動させて予熱を行なう（ｔ₁₀−ｔ₉）。しかしながら、第一及び第二加熱炉１１，１３及び搬送系内部の被処理物は付着残留しているので、これを完全に排出することは困難である。したがって、予熱の開始に伴って、残留物が加熱されるので、臭気が発生する。この時点では未だガス燃焼炉１８内の温度が低いことから、臭気を完全に分解することは困難である。

そこで、本実施形態の運転制御システムは図６記載のタイムチャート及び図７記載のフローチャートを実行する。

（４）非常停止後の運転 先ず、排出運転の指令を受けると（Ｓ２０１）、制御手段のタイマーが有効となる共に（Ｓ２０５）、第一及び第二加熱炉１１，１３及び搬送系が駆動して、これら装置内部に残留している被処理物は加熱されることなく排出される（Ｓ２０２，ｔ₁₂−ｔ₁₁）。次いで、予熱運転の指令を受けると（Ｓ２０３）、ガス燃焼炉１８のバーナーが起動し予熱を開始する（Ｓ２０４）。そして、ガス燃焼炉１８内の雰囲気が設定温度（例えば、８００℃）に到達すると共に（Ｓ２０６）、前記タイマーに設定されている時間（例えば３０分）が経過すると（Ｓ２０７，ｔ₁₄−ｔ₁₃）、熱風炉１５は、バーナー起動の指令を受け（Ｓ２０８）、予熱を開始する。このとき、熱風炉１５で生成した熱風ガスにより第一及び第二加熱炉１１，１３内に残存している被処理物が加熱されてガスが発生しても、このガスはガス燃焼炉１８において燃焼されるので、臭気が発生することはない。そして、熱風炉１５からの熱風ガスによる第一及び加熱炉１１，１３内の温度が設定値に達すると（Ｓ２０９）、被処理物の投入を開始する（Ｓ２１０，ｔ₁₅）。所定時間運転後、被処理物の投入を投入して運転終了・冷却モードに入る（Ｓ２１１）。前述のように、投入を停止後の一定時間（例えば３０〜６０分）後には被処理物の加工品が加熱炉１１，１３から排出されるので、加熱炉１１，１３を加熱する熱風炉１５のバーナーの火を落とし、さらに一定時間後にガス燃焼炉１８のバーナーの火を落とす（Ｓ２１２）。この際も、ガス燃焼炉１９を遅延停止させる場合がある。各装置類が正常に終了することで、前記タイマーは無効となる（Ｓ２１３）。これにより、次回の運転においては、排出運転（Ｓ２０１）の必要はなく、ガス燃焼炉１８のバーナーが起動し、続いて熱風炉１５のバーナーが起動し、予熱が開始される（図２，Ｓ１０３，Ｓ１０４）。

このように、本実施形態の運転制御システムによれば、非正常事態に搬送系を停止し、一定時間後に再運転するに際し、先ず、ガス燃焼炉１８を駆動して分解ガスが導入された場合にこのガスを燃焼する環境を形成し、次いで、搬送系に位する第一加熱炉１１及び第二加熱炉１３を加熱させて内部に残存する被処理物を加熱すると共に被処理物から発生するガスをガス燃焼炉１８で燃焼しているので、有害物質や臭気物質が排出することはない。

また、非正常停止後の運転時においては、先ず、処理物を加熱させることなく、搬送系を駆動して処理物の排出工程を実行しているので、この工程を基点として停止後の運転制御システムを起動することができ、この排出工程により、非正常停止後の運転制御システムが作動してガス燃焼炉１８が駆動し、一定条件到達後に第一加熱炉１１及び第二加熱炉１３を加熱する熱風炉１５が駆動し、以降の運転スケジュールに従って終了することで、前記停止後の運転制御システムが解除されるので、停止後の運転操作に煩雑且つ特別な作業は必要でなくなる。

本発明の運転制御システムを有する施設の概略構成図。 通常運転時のタイムチャート。 通常運転時のフローチャート。 非常運転時のタイムチャート。 従来の運転再開時のタイムチャート。 非常停止後の運転時のタイムチャート。 非常停止後の運転時のフローチャート。

符号の説明

１１…第一加熱炉、１３…第二加熱炉、１１０，１３０…回転炉、１１１，１３１…加熱ジャケット
１５…熱風炉
１８…ガス燃焼炉
１９…熱交換器
２０…バグフィルタ

Claims (8)

1. 被処理物を加熱する間接加熱手段と、この間接加熱手段に加熱媒体を供給する加熱源と、前記被処理物の加熱により発生したガスを燃焼するガス燃焼手段とを備えた加熱加工施設の非正常停止後の運転制御方法であって、
   先ず、ガス燃焼手段を駆動して所定の温度に予熱し、次いで、加熱源を駆動して間接加熱手段を加熱することで、間接加熱手段内部に残存する被処理物を加熱処理し、この処理により発生するガスをガス燃焼手段に供して燃焼処理すること
   を特徴とする加熱加工施設の運転制御方法。
2. 被処理物を加熱する間接加熱手段と、この間接加熱手段に加熱媒体を供給する加熱源と、前記被処理物の加熱により発生したガスを燃焼するガス燃焼手段とを備えた加熱加工施設が、所定の運転スケジュールに従って運転されることなく途中で停止した後の同施設の運転制御方法であって、
   間接加熱手段を加熱することなく駆動して間接加熱手段内部に残存する被処理物を排出する工程（１）と、
   ガス燃焼手段を駆動して所定の温度に予熱する工程（２）と、
   間接加熱源を駆動して加熱手段を加熱することで、この加熱手段内部に残存する被処理物を間接加熱処理する工程（３）を有し、
   先ず、工程（１）及び（２）を併行または順次に実行し、次いで、工程（３）を実行することで、工程（３）の実行により発生するガスをガス燃焼手段が燃焼処理すること
   を特徴とする加熱加工施設の運転制御方法。
3. 工程（１）の開始または終了の信号により工程（２）の運転計画を起動して予熱を開始し、且つ工程（２）の停止条件としてのガス燃焼手段の設定温度または加熱時間スケジュールをセットし、停止条件を満たした後に工程（３）を実行すること
   を特徴とする請求項２に記載の加熱加工施設の運転制御方法。
4. 工程（３）の設定温度到達後においては、新たな被処理物を投入して前記運転スケジュールに基づく運転を行い、この運転終了後、工程（１）（２）及び（３）を無効にすること
   を特徴とする請求項３に記載の加熱加工施設の運転制御方法。
5. 前記間接加熱手段を加熱運転する際に当該間接加熱手段を含む搬送系が駆動する工程を実行すること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の加熱加工施設の運転制御方法。
6. 被処理物を加熱する間接加熱手段と、この間接加熱手段に加熱媒体を供給する加熱源と、前記被処理物の加熱により発生したガスを燃焼するガス燃焼手段とを備えた加熱処理施設において、所定の運転スケジュールに従って運転されることなく、途中で停止した後の運転再開の際、間接加熱手段を加熱することなく駆動して内部に残存する被処理物を排出する工程（１）と、ガス燃焼手段を駆動して所定の温度に予熱する工程（２）と、間接加熱源を駆動して間接加熱手段を加熱することで、間接加熱手段内部に残存する被処理物を加熱処理する工程（３）を実行する加熱加工施設の運転制御システムであって、
   工程（１）の開始または終了の信号を出力する手段と、
   前記信号を受けて、ガス燃焼手段を駆動し且つガス燃焼手段の到達設定温度または加熱時間スケジュールの停止条件を有効にする手段と、
   前記停止条件を充足することで停止条件到達信号を出力する手段と、
   前記条件到達信号を受けて加熱手段を加熱する加熱運転を開始する信号を出力する手段を備えること
   を特徴とする加熱加工施設の運転制御システム。
7. 前記加熱運転を開始する信号を受けて間接加熱源により間接加熱手段を加熱し設定温度到後新たな被処理物を投入して前記運転スケジュールに基づく運転を行って終了した信号を出力する手段と、
   前記終了を示す信号を受けて前記停止条件到達信号と前記加熱運転を開始する信号とを無効とする信号を出力する手段とを備えること
   を特徴とする請求項６に記載の加熱加工施設の運転制御システム。
8. 前記間接加熱手段を加熱運転する際に当該間接加熱手段を含む搬送系が駆動するための信号を出力する手段を有すること
   を特徴とする請求項６または７に記載の加熱加工施設の運転制御システム。

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