JP4998045B2

JP4998045B2 - ロータリーキルン式高温処理装置

Info

Publication number: JP4998045B2
Application number: JP2007086291A
Authority: JP
Inventors: 耕畠山; 望長谷川; 章金田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008241218A

Description

本発明は、例えば可燃物付スクラップ等の被処理物を炉本体の内部に投入し、炉本体内部で被処理物を燃焼、溶融させて処理するロータリーキルン式高温処理装置に関する。

前述のロータリーキルン式高温処理装置による被処理物の高温処理は、産業廃棄物等を処理する有効な方法として広く提供されている。例えば自動車のシュレッダーダストや廃家電品をはじめとする金属を含有する産業廃棄物を高温処理する場合には、炉本体の内部に投入された被処理物のうち、例えばウレタンなどの可燃物をガス化し、金属を含む不燃物を溶融して溶融スラグとする。ここで形成された溶融スラグは、溶融炉の出口から排出され、冷却器で水冷されるとともに破砕されて砕塊が生成される。そして、生成された砕塊の中から、鉄（Ｆｅ）をはじめとして銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの有用または高価な金属を回収する。一方、生成されたガスは、二次燃焼室で高温に燃焼され、悪臭物質などが分解されて二次燃焼室から排出される。その後、熱交換工程、クエンチ工程、煤塵・有害ガス除去工程などを経て大気中に排出される。

このようなロータリーキルン式高温処理装置においては、燃焼バーナーによる燃焼により炉本体内部が例えば１２００℃程度の高温状態となるため、炉本体は、高温に耐え得る耐火物層とこの耐火物層を支持する炉体シェルとの２重構造をなしている。この耐火物層は、前述のように高温雰囲気下におかれることになるため、耐火物層の損傷や劣化を抑制することにより、この炉本体の寿命延長を図ることが可能となる。

耐火物層は、温度変化による体積変化によって亀裂が生じることがあるため、その温度を安定に保持することが耐火物層の損傷の抑制に効果的である。そこで、従来、炉本体の内部温度を推定又は測定して前記内部温度を安定させるように操業が行われている。例えば、特許文献１にはキルン出口温度から炉本体の内部温度を推定して操業する方法が、特許文献２，３には放射温度計によって炉本体の内部温度を測定する方法が、特許文献４には熱電対や測温抵抗体等によって炉本体の内部温度を測定する方法が提案されている。
特開２００４−２０１０５号公報特開平０８−２９２６０号公報特開平１０−３３２１２４号公報特開２００４−１１９９０号公報

ところで、特許文献１に記載された方法では、炉本体の内部温度を直接的に測定しているものではないので、温度制御を精度よく行うことができない。また、特許文献２，３に記載された方法では、放射温度計を用いているため、炉本体内部がダスト等により曇った場合には正確な温度測定が困難となる。

特許文献４に記載されている方法では、熱電対や測温抵抗体等を炉本体内部に配設して直接測定しているために正確な温度測定を行うことが可能となる。ところが、熱電対や測温抵抗体等は高温状況下におかれるため、炉本体の内部で劣化して測定ができなくなってしまう。熱電対や測温抵抗体等を交換するためには、ロータリーキルンの操業を一旦中止する必要があるが、この交換作業によって、操業効率が低下するとともに、耐火物層が温度変化によって劣化してしまう。
また、熱電対や測温抵抗体が配置された箇所に金属等が付着する、いわゆる「鋳付き」が発生した場合には、その部分のみ温度が低下したり、感度が鈍くなったりして、炉本体の内部温度として異常値が測定されてしまい、適正な操業ができなくなってしまうおそれがあった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、炉本体の内部温度を正確に測定してこの測定値に基いて操業することにより、耐火物層の損傷や劣化を抑制して炉本体の寿命延長を図ることが可能なロータリーキルン式高温処理装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のロータリーキルン式高温処理装置は、軸線回りに回転され、内部に被処理物が投入される炉本体と、この炉本体の内部で被処理物を燃焼させる燃焼バーナーと、前記炉本体の内部温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段の測定値に基いて前記被処理物の投入量又は前記燃焼バーナーの燃焼状態の少なくとも一方を調整して炉本体の内部温度を制御する制御手段と、を有し、前記温度測定手段は、３個以上の複数の温度センサを有しており、これら３個以上の複数の温度センサが、前記炉本体の軸線方向の同一位置において周方向に間隔をあけて、かつ、該温度センサの感温部を前記炉本体の径方向位置を互いに異ならせて配設されていることを特徴としている。

この構成のロータリーキルン式高温処理装置においては、複数の温度センサが炉本体の軸線方向の同一位置において周方向に間隔をあけて配置されているので、これら複数の温度センサが軸線方向の同一位置の温度を測定することになる。ここで炉本体は軸線回りに回転されるので、これら複数の温度センサはそれぞれ軸線を中心として回転されることになり、炉本体の内部温度をそれぞれの温度センサで同様に測定することができる。よって、一の温度センサが故障しても温度センサの修理のために操業を停止することなく他の温度センサによって温度を測定して温度制御を行うことができ、耐火物層の損傷や劣化を抑制して炉本体の寿命延長を図ることができる。

また、これら複数の温度センサによって炉本体内部の周方向での温度分布を測定することが可能なため、一部に「鋳付き」が発生して一の温度センサによって異常値が測定された場合でも、他の温度センサの測定値に基いて操業することができる。

３個以上の複数の前記温度センサの感温部を前記炉本体の径方向位置を互いに異ならせて配設されているから、炉本体の損耗状態を複数の熱電対同士の温度差を測定することで把握することができる。よって、炉本体内周の耐火物の劣化状態を、操業を停止することなく把握することができ、適正な時期に耐火物層の補修を行うことが可能となる。これにより、炉本体の寿命延長を図ることが可能となる。

本発明によれば、炉本体内部の温度を正確に測定して操業することにより、耐火物層の損傷や劣化を抑制して炉本体の寿命延長を図ることが可能なロータリーキルン式高温処理装置を提供することができる。

以下に、本発明の参考例について添付した図面を参照にして説明する。図１及び図２に、本発明の参考例であるロータリーキルン式高温処理装置を示す。
このロータリーキルン式高温処理装置１は、被処理物Ｗを高温処理する炉本体２と、この炉本体２の内部で燃焼する燃焼バーナー３と、炉本体２の内部温度を測定する温度測定手段４と、温度測定手段４で測定された温度データに基いて炉本体２の操業状態を制御する制御部５と、炉本体２に被処理物Ｗを投入する投入部６と、炉本体２から排出される排気ガスＧが導入される二次燃焼室７と、炉本体２の内部で生成したスラグＳが冷却される冷却器８と、を備えている。
ここで、被処理物Ｗとしては、例えば自動車のシュレッダーダストや、廃家電品、プリント基板、汚泥などが挙げられる。

炉本体２は、軸線Ｌに沿って延びる円筒状をなしており、上流側の端面には蓋部９が設けられ、この蓋部９に前記燃焼バーナー３及び投入部６が配設されている。また、下流側の端面は開口され、前記二次燃焼室７及び前記冷却器８へと連通されている。
この炉本体２は、例えば鋼材等で形成されて軸線Ｌに沿って円筒状をなす炉体シェル１０と、この炉体シェル１０の内周面に積層するように配設された耐火物層１１と、を備えている。なお、この参考例においては、炉体シェル１０の厚さｔ１が５０ｍｍ≦ｔ１≦４００ｍｍに設定され、耐火物層１１の厚さｔ２が１００ｍｍ≦ｔ２≦３００ｍｍに設定されている。

この炉本体２の内部温度を測定する温度測定手段４は、複数の熱電対１２を備えており、これら複数の熱電対１２が、炉本体２の軸線Ｌ方向の同一位置において周方向に間隔をあけて等間隔に配設されている。この参考例では、図２に示すように、第１熱電対１２Ａ、第２熱電対１２Ｂ、第３熱電対１２Ｃ、第４熱電対１２Ｄの４つの熱電対１２が周方向に９０°間隔で配設されている。ここで、複数の熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの感温部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ（先端部）の径方向位置は、軸線Ｌを中心とした同一円周上に配置されている。
また、この温度測定手段４は、炉本体２に配設された送信機１４を備えており、この送信機１４は炉本体２とともに軸線Ｌを中心として回転されながら測定した温度データを逐次制御部５に配設された受信機１５へと送信するように構成されている。

制御部５は、温度測定手段４によって測定され、送信機１４によって送信された温度データを受信する受信機１５を有しており、この温度データに基き、被処理物Ｗの投入部６及び燃焼バーナー３に対して指令を与えて、炉本体２の内部温度を調整する。具体的には、炉本体２の内部温度が低下した場合には、被処理物Ｗの投入量の増加又は燃焼バーナー３へのガス供給量の増加により、炉本体２内部での燃焼を促す。一方、炉本体２の内部温度が上昇した場合には、被処理物Ｗの投入量の低減又は燃焼バーナー３へのガス供給量の低減により、炉本体２内部での燃焼を抑える。

二次燃焼室７には、炉本体２から排出される排気ガスＧをさらに燃焼するための二次バーナー（図示なし）が配設されている。
また、冷却器８は、炉本体２で溶解された不燃物成分（金属等）で構成されたスラグＳを冷却する水冷手段（図示なし）を備えている。

次に、このロータリーキルン式高温処理装置１による被処理物Ｗの高温処理方法について説明する。
炉本体２を軸線Ｌを中心として回転させるとともに、燃焼バーナー３を点火して炉本体２の内部を８００〜１２００℃程度に加熱する。さらに、二次燃焼室７の二次バーナーを点火するとともに、冷却器８の水冷手段に冷却水を流通する。

この状態で、被処理物Ｗを投入部６によって炉本体２の内部に投入する。すると、炉本体２の内部に投入された被処理物Ｗは、高温とされた炉本体２内部で、可燃物が分解燃焼されてガス化するとともに、金属を含む不燃性成分が溶融状態または半溶融状態のスラグＳとなる。
生成したガス成分は、炉本体２の下流側開口部から二次燃焼室７に送られる。二次燃焼室７に送られた排気ガスＧは、この二次燃焼室７でさらに二次バーナーから熱風と空気の供給を受けて高温に燃焼され、排出口から燃焼ガスとして煤煙処理工程（図示なし）に向けて排出される。
また、炉本体２の内部で生成したスラグＳは、炉本体２の下流側開口部から流下し、冷却器８で冷却されて破砕される。これにより、砕塊が形成される。得られた砕塊は、例えば磁気選鉱装置（図示なし）などによって金属の砕塊とスラグＳの砕塊とに分別され、有用な金属成分が回収される。

このような構成とされた本発明の参考例であるロータリーキルン式高温処理装置１によれば、軸線Ｌ回りに回転される炉本体２に、複数の熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが炉本体２の軸線Ｌ方向の同一位置において周方向に間隔をあけて配置されているので、これら複数の熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄによって炉本体２の内部温度を同様に測定することができる。よって、例えば第１熱電対１２Ａが劣化しても、第１熱電対１２Ａを修理するために操業を停止することなく残りの第２、第３、第４熱電対１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄによって炉本体２の内部温度を測定して温度制御を行うことができ、耐火物層１１の損傷や劣化を抑制できる。

特に、この参考例では、複数の熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、その感温部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄが軸線Ｌを中心とした同一円周上に位置するように、配置されているので、複数の熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの感温部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄの軸線Ｌを中心とした回転軌跡が一致することになり、複数の熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄによって炉本体２の内部温度を精度よく測定することができる。

また、これら複数の熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄによって炉本体２内部の周方向での温度分布を測定することが可能となる。このため、例えば第１熱電対１２Ａの先端部分に金属等が付着して、いわゆる「鋳付き」が発生して第１熱電対１２Ａの温度データのみが低下してしまい異常値となった場合でも、残りの第２、第３、第４熱電対１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの温度データに基いて適正な操業を行うことが可能となる。

さらに、この参考例では、炉本体２に複数の熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが配置されているが、これらの温度データを炉本体２に配設された送信機１４から制御部５へと送信される構成とされているので、軸線Ｌ回りに回転される炉本体２の外周面に沿って熱電対１２を配置すればよく、これら複数の熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの配置を容易に行うことができる。

次に、本発明の実施形態について添付した図面を参照にして説明する。図３に、本発明の実施形態であるロータリーキルン式高温処理装置を示す。なお、参考例と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
このロータリーキルン式高温処理装置１においては、第１の実施形態とは、温度測定手段４に備えられた複数の熱電対１２の配置が異なっている。

詳述すると、この第２の実施形態では、図３に示すように、第１、第２、第３、第４熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが軸線Ｌ方向の同一位置において、周方向に等間隔（９０°間隔）に配置され、それらの感温部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ（熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの先端）の径方向位置がそれぞれ異なっている。第１熱電対１２Ａは、その感温部１３Ａが耐火物層１１の内周面に露呈するように配置されている。第２熱電対１２Ｂは、その感温部１３Ｂが第１熱電対１２Ａの感温部１３Ａよりも僅かに径方向外方に後退して耐火物層１１の内部に配置されており、具体的には耐火物層１１の内周面から耐火物層１１の厚さの約１／４だけ後退した部分に配置されている。第３熱電対１２Ｃは、感温部１３Ｃが第２熱電対１２Ｂの感温部１３Ｂよりもさらに径方向外方に後退して耐火物層１１の内部に配置されており、具体的には耐火物層１１の内周面から耐火物層１１の厚さの約１／２だけ後退した部分に配置されている。第４熱電対１２Ｄは、その感温部１３Ｄが第３熱電対１２Ｃの感温部１３Ｃよりも径方向外方に後退して耐火物層１１と炉体シェル１０との境界部分に配置されている。

このような構成とされた本発明の実施形態であるロータリーキルン式高温処理装置１によれば、第１熱電対１２Ａ、第２熱電対１２Ｂ、第３熱電対１２Ｃ、第４熱電対１２Ｄは、それぞれの感温部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄの径方向位置が異なっているため、それぞれ異なる位置の温度を測定することになるが、これらの温度データの差が一定となるように制御することで炉本体２内部温度を安定させることが可能となり、耐火物層１１の損傷や劣化を抑制して炉本体２の寿命延長を図ることができる。

さらに、炉本体２の径方向の温度分布、つまり、耐火物層１１の厚さ方向での温度分布を測定することが可能となり、耐火物層１１の劣化状態を、操業を停止することなく把握することができる。例えば、操業によって耐火物層１１は徐々に損耗していくが、この損耗の程度に応じて第１熱電対１２Ａと第２熱電対１２Ｂとの温度差が小さくなる。さらに損耗が進むと第２熱電対１２Ｂと第３熱電対１２Ｃとの温度差が小さくなる。このように、耐火物層１１の損耗状態を複数の熱電対１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの温度差を測定することで把握することができるのである。よって、適正な時期に耐火物層１１の補修を行うことができ、炉本体２の寿命延長を図ることが可能となる。また、耐火物層１１の劣化状態を確認するために操業を停止して炉本体２を冷却する必要がなくなり、耐火物層１１への熱的衝撃を小さくして寿命の延長を図ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態であるロータリーキルン式高温処理装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、温度測定手段として複数の熱電対を備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、測温抵抗体などの他の温度センサを用いてもよい。また、４つの熱電対を周方向に９０°間隔に配置したもので説明したが、熱電対は３つ以上であればよく、炉本体の大きさ等を考慮して設定することが好ましい。

また、実施形態では、４つの熱電対の感温部の径方向位置を互いに異なるように配置したものとして説明したが、これに限定されることはなく、複数の熱電対の感温部の径方向位置が異なるように構成されていればよい。
さらに、被処理物としては、実施形態に例示したものに限定されることはなく、他の廃棄物等であってもよい。

本発明の参考例であるロータリーキルン式高温処理装置を示す説明図である。図１に示すロータリーキルン式高温処理装置の断面説明図である。本発明の実施形態であるロータリーキルン式高温処理装置の断面説明図である。

１ロータリーキルン式高温処理装置
２炉本体
３燃焼バーナー
４温度測定手段
５制御部（制御手段）
１２熱電対（温度センサ）

Claims

軸線回りに回転され、内部に被処理物が投入される炉本体と、この炉本体の内部で被処理物を燃焼させる燃焼バーナーと、前記炉本体の内部温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段の測定値に基いて前記被処理物の投入量又は前記燃焼バーナーの燃焼状態の少なくとも一方を調整して炉本体の内部温度を制御する制御手段と、を有し、
前記温度測定手段は、３個以上の複数の温度センサを有しており、これら３個以上の複数の温度センサが、前記炉本体の軸線方向の同一位置において周方向に間隔をあけて、かつ、該温度センサの感温部を前記炉本体の径方向位置を互いに異ならせて配設されていることを特徴とするロータリーキルン式高温処理装置。