JP5242065B2

JP5242065B2 - 間接加熱式キルン

Info

Publication number: JP5242065B2
Application number: JP2007043032A
Authority: JP
Inventors: 宏司関野; 洋民山本; 猛甘利
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: JP2008202919A

Description

本発明は、間接加熱式キルンに関し、詳しくはキルンの装置構成を大型化することなく、従ってキルン製造コストを抑えた確実に熱伝達を行うことのできる間接加熱式キルンに関する。

間接加熱式キルンは、被処理物を回転させながら加熱処理する回転ドラムと、該回転ドラム外周を囲堯する加熱室とを有し、該加熱室に加熱媒体を通流させて前記回転ドラムに伝熱して加熱する。このような間接加熱式キルンは従来より例えば、バイオマス等の揮発分及び固定炭素分を含む可燃固形物を加熱して固定炭素分を多く含む炭化物を得る炭化炉、廃棄物などの被処理物を不活性雰囲気中で加熱して熱分解ガスと熱分解残渣とに分解するガス化溶融炉、あるいは乾燥機等様々な用途で用いられている。

図４に従来の間接加熱式キルンの正面図を示す。回転ドラム１０１は両端部１０３、１０４以外の部分の外周を加熱室１０２で囲堯されている。また、前記加熱室１０２へ熱媒体を通流させて前記回転ドラム１０１へ伝熱することで回転ドラム１０１内が加熱され、回転ドラム１０１に供給された材料が加熱処理されるようになっている。そして、前記両端部１０３及び１０４にはそれぞれ金属製リング１０５及び１０６が環設されており、該リング１０５及び１０６はそれぞれ、リング１０５及び１０６の下方に配置した２個一組のタイヤ１０７及び１０８で回転可能に支持されている。

図５は図４におけるＡ−Ａ断面図である。図５に示したように回転ドラム１０１の端部１０３に環設されたリング１０５は、２個一組のタイヤ１０７で支持されている。

前述のように、前記両端部１０３及び１０４は、リング１０５及び１０６と２個１組のタイヤ１０７及び１０８で支持されており、該支持は前記両端部１０３及び１０４の下方でのみ行われているため回転ドラム１０１全体の安定性を保つためには、前記両端部１０３及び１０４が前記リング１０５及び１０６の外方まで延在している必要がある。

このような従来の間接加熱式キルンにおいては、加熱処理が行われる部分は回転ドラム１０１の外周に加熱室１０２が囲堯して形成されている部分のみであり、両端部１０３及び１０４は加熱されないため加熱処理が行われない。従って、キルンの製造コストを抑えるためには両端部１０３及び１０４を短くして材料コストを抑える必要がある。
さらに従来の間接加熱式キルンでは、該支持が下方のみで行われているため、回転ドラムの断面変形が大きくなり、その強度を保つためには寸歩（板厚）を大きくする必要がある。

ところで、間接加熱式キルンを炭化炉（炭化キルン）として使用する場合、回転ドラムの加熱部の長さＬと内径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）が８程度のロングキルンとよばれる長いキルンとする他、回転ドラムを鋼板のみで形成し、さらに５００〜７００℃という高温で使用するため高温クリープ強度を考慮した材料選定、寸歩（板厚）の決定が必要である。従って炭化キルンとして使用する間接加熱式キルンは、製造時に高価な材料を用いる必要があり製造コストが大きいため、両端部１０３及び１０４を短くして材料コストを抑えることに対する要求が特に大きい。

しかしながら、前記の通り両端部１０３及び１０４はリング１０５及び１０６の外方まで延在させなくてはならず、両端部１０３及び１０４を短くすることには限界がある。

また、間接加熱式キルンを炭化キルンとして使用する場合、通常運転時は１〜４ｒｐｍ程度で連続回転しているため荷重の方向が偏ることがなく、このことによって回転ドラム１０１の塑性ひずみの増加が抑えられている。しかし、例えば停電等による緊急停止時、下流機器のトラブル等でキルン内の炭化物が排出できない場合等、キルンの連続回転を一時的に停止せざるを得ない場合があり、従来はこのような場合を想定して、キルンのサイズを大型化しない、あるいはキルン板厚を十分に厚くするなどの対応が取られてきている。
しかしながらこのような対応ではキルンのスケールアップ面での制約が大きい。

そこでキルンのスケールアップ面については、特許文献１に回転ドラムを２点ではなく、３点以上で支持するキルンが開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示されたキルンでは、キルンの大型化は可能であるものの、端部を短くすることができず、キルンの材料コストを抑えることに対する要求には応えられない。また、加熱室を分割する必要があるため機器が複雑化する。

また、キルンの連続回転を一時的に停止せざるを得ない場合の別の対応としては、キルン内部の温度条件に応じて１０〜３０分に１回程度の頻度でキルンの回転ドラムを１／２回転させるインチングとよばれる操作を行いクリープ変形を抑制することが行われており、例えば特許文献２には通常キルンを回転させる主動力装置の他に補助動力装置を有し、クラッチの係脱によって主動力装置か補助動力装置か何れかの装置を用いる装置が開示されている。

しかしながら、特許文献２に開示された装置ではインチングは可能であるものの、前記両端部の小型化は出来ず、やはりキルンの材料コストを抑えることに対する要求には応えられない。

特開平１１−１４２６４号公報特公平１−３８９７４号公報

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、キルンを構成する回転ドラム両端の加熱室が外周に囲堯されない部分を従来より削減してキルンの製造コストを削減することのできる間接式加熱キルンを提供し、さらにはキルンの連続回転を一時的に停止した場合にインチングを行うことのできるインチング手段を省スペースで設けることを目的とする。

上記課題を解決するため本発明においては、
被処理物を回転させながら加熱処理する回転ドラムと、該回転ドラム外周を囲堯する加熱室とを有し、該加熱室に加熱媒体を通流させて前記回転ドラムに伝熱して加熱する間接加熱式キルンにおいて、前記加熱室軸長より回転ドラム両端部を外方に延在させて該延在させた回転ドラム両端部にベアリングを環設させるとともに、該環設させたベアリングのうち片側のものについて外周に駆動歯車を嵌着させ、該嵌着させた駆動歯車に駆動源の伝導系を歯合させて加熱室を回転させる事なく前記回転ドラムを回転させる主駆動装置を設けたことを特徴とする。

このように、回転ドラム両端部にベアリングを環設させると、従来回転ドラムの両端部にリングを環設させて下方のみで支持していたリングとタイヤとは異なり、回転ドラム全周に渡って支持することができるため、外周に加熱室が囲堯されてない両端部をベアリングより外方まで延在させる必要がなくなる。即ちベアリングは両端部の最外端に設けることができる。
従って外周に加熱室が囲堯されていない両端部を従来よりも短くすることができ、材料コストの削減をすることができる。

また、回転ドラム両端部にベアリングを環設させることで、回転ドラム全周に渡って支持することができるため、回転ドラムの強度を保つための板厚を回転ドラムを下方のみで支持している従来の間接加熱式キルンと比較すると小さくすることができ、間接加熱式キルン製造コストの削減をすることができる。

さらに、ベアリング外周に駆動歯車を嵌着させ、該嵌着させた駆動歯車に駆動源の伝導系を歯合させることで、ベアリングが駆動系の役割の一部を担うこととなり、部品点数を減らすことができるため、より一層の材料コスト削減と省スペース化が可能となる。

また、前記伝導系が、減速歯車群であり、前記減速歯車群の軸と直交する面が、前記回転ドラムの回転軸と直角な平面上に位置することを特徴とする。
このことにより、前記回転ドラムの回転軸方向に前記伝導系の歯車群を配置するスペースを設ける必要がなくなるため、省スペース化が図れる。

さらにまた、前記伝導系にワンウェイクラッチを介在させ、前記駆動源による回転力が、ワンウェイクラッチの働きにより駆動歯車が一方向にのみ回転するように該駆動歯車に伝導し、回転ドラムより受けるビビリ振動を前記ワンウェイクラッチにより吸収するように構成したことを特徴とする。
このことにより、主駆動装置にビビリ振動が伝わらず、主駆動装置を安定した環境で運転することができるため、主駆動装置の長寿命化が可能となる。

また、前記駆動歯車に補助駆動源の伝導系を歯合させて加熱室を回転させる事なく前記回転ドラムを回転させる補助駆動装置を設けたことを特徴とする。

このことにより、補助駆動装置を用いてインチングが可能となる。またインチングは通常運転時よりも回転ドラムを緩速回転させるため、インチングに使用する補助駆動装置は主駆動装置よりも小容量のものでよい。
さらに、インチングは停電時に実施する場合も考えられるため、補助駆動装置は非常用発電機又は無停電電源装置等の停電時でも電源供給の可能な装置からの電源供給によって駆動するようにしておくことが好ましい。このとき、補助駆動装置は主駆動装置よりも小容量とするため、仮に主駆動装置に補助駆動装置と同様の動作を行わせる場合と比較すると非常用電源又は無停電電源装置等の容量も小さくすることができ、設備費削減及び省設置スペース化が可能となる。
また、補助駆動装置はインチング時のみならず、回転ドラムや加熱室の補修や点検時等の回転ドラムを緩速回転させる際に用いてもよい。

さらに、前記補助駆動源の伝導系にワンウェイクラッチを介在させ、前記主駆動装置を用いて前記回転ドラムを回転させる際にワンウェイクラッチの働きにより、前記補助
駆動源の伝導系が回転の抵抗とならないように構成したことを特徴とする。
このことにより、通常運転時に補助駆動源の伝導系が抵抗となって主駆動装置に必要以上の負荷がかかること、また補助駆動源における逆電流の発生、歯車等の早期劣化を防ぐことができる。
また、主駆動源の伝導系にもワンウェイクラッチを介在させ、補助駆動装置を用いて回転ドラムを回転させる際にワンウェイクラッチの働きにより、主駆動源の伝導系が回転の抵抗とならないように構成すると、インチング等の補助駆動装置を用いた運転時に主駆動源の伝導系が抵抗となって補助駆動装置に必要以上の負荷がかかることを防ぐことができる。

以上記載のごとく本発明においては、キルンを構成する回転ドラム両端の加熱室が外周に囲堯されない部分を従来より削減してキルンの製造コストを削減することのできる間接式加熱キルンを提供し、さらにはキルンの連続回転を一時的に停止した場合にインチングを行うことのできるインチング手段を省スペースで設けることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、実施例１に係る間接加熱式キルンの正面構成図、図２は図１におけるＡ方向から見た正面構成図、図３は図１におけるＢ部拡大図である。
本実施例におけるキルンは、回転ドラム１と、該回転ドラム１の両端部３、４以外の部分の外周を囲堯する加熱室２と、前記回転ドラム１の両端部３及び４の最外端部に環設されたベアリング５及び６と、該ベアリング５の外周に嵌着された駆動歯車７と、主駆動装置８からの駆動を前記駆動歯車７に伝導する減速歯車群９と、補助駆動装置１０からの駆動を前記駆動歯車７に伝導する減速歯車群１１とから主に構成されており、前記加熱室２へ熱媒体を通流させて前記回転ドラム１へ伝熱することで回転ドラム１内が加熱され、回転ドラム１に供給された材料が加熱処理されるようになっている。

前記ベアリング５の外輪５１は、複数のボルト孔５１ａを用いてボルト５１ｃによって前記回転ドラム１の端部３と固定されており、回転ドラム１とともに回転する。
また、前記ベアリング５の内輪５２は接地された架台１２に固定されて、回転ドラム１を支持している。
また、図示はしないが前記回転ドラム１の端部４に環設されたベアリング６も、前記ベアリング５と同様に外周部がボルトによって前記回転ドラム１の端部３と固定されて回転ドラム１とともに回転し、内周部は架台１２に固定されて回転ドラム１を支持している。

このように、回転ドラムの両端部３及び４にベアリング５及び６を環設させると、従来回転ドラムの両端部にリングを環設させて下方のみで支持していたリングとタイヤとは異なり、回転ドラム１を下部のみならず全周に渡って支持することができるため、両端部３及び４をベアリング５及び６より外方まで延在させる必要がなくなり、両端部３及び４を短くすることができ、回転ドラム１を製造する際の材料コストの削減をすることができる。

また前記減速歯車群９及び１１は、該減速歯車群９及び１１の軸と直交する面が、前記回転ドラム１の回転軸と直角な平面上に位置するように配置する。このようにすることで前記ベアリング５及び減速歯車群９及び１１を略同一平面上に配置されるため、省スペース化が可能となる。

また、通常の運転時には主駆動装置８からの駆動を減速歯車群９によって前記駆動歯車７に伝導し、ベアリング５を回転させることで前記回転ドラム１は回転しており、補助駆動装置１０は駆動しない。この際、回転ドラムにより受けるビビリ振動が主駆動装置８に伝わらないように、前記減速歯車群９にワンウェイクラッチ１３を介在させると好ましい。このように減速歯車群９にワンウェイクラッチを介在させると、後述の主駆動装置８を停止させて補助駆動装置１０を駆動して回転ドラム１を回転させる際にも、主駆動装置８及び減速歯車群９が回転ドラム１の回転の抵抗とならない。

そして、通常の加熱処理時にはキルンは連続運転され回転ドラム１も連続回転しているが、例えば停電、キルンでの加熱処理物を排出受入等を行う後流機器のトラブル、非常停止等のような高温でキルンを停止せざるを得ない状況となる場合がある。このような場合、主駆動装置８を停止するとともに、補助駆動装置１０を駆動して回転ドラム１を緩速で間欠的に回転させ、その間にキルンの冷却ができるだけ均等に行われるようにして回転ドラム１のクリープ変形を防止することができる。

前記クリープ変形の防止のために補助駆動装置１０で回転ドラム１を回転させる間隔はキルン（回転ドラム１）内部の温度にもよるが、４００℃以上であれば１０分毎に１回１／２回転、４００℃未満であれば３０分毎に１回１／２回転程度でよい。
荷重の偏りを抑制してクリープ変形を防止するためには、１回毎に１／２回転させることが好ましい。

また、主駆動装置８を駆動して回転ドラム１を回転させているときに、前記補助駆動装置１０及びその伝導系である減速歯車群１１が回転ドラム１の回転の抵抗とならないように、減速歯車群１１にワンウェイクラッチを取り付ける。

また、補助駆動装置１０は、通常運転時には使用せず、緩速運転時に使用するので、通常運転時に使用する前記主駆動装置８よりも小容量とすることができ、補助駆動装置１０を小容量化することで設備費削減及び省設置スペース化が可能となる。
さらに、停電によって停止する場合も考えられるため、前記補助駆動装置１０は非常用発電機又は無停電電源装置等の停電時でも電源供給の可能な装置からの電源供給によって駆動するようにしておく必要がある。補助駆動装置１０は主駆動装置８よりも小容量であるため、仮に主駆動装置８に補助駆動装置１０と同様の動作を行わせる場合と比較すると非常用電源又は無停電電源装置等の容量も小さくすることができ、設備費削減及び省設置スペース化が可能となる。

さらに、補助駆動装置１０は緩速運転が可能であるため、前記クリープ変形の防止時だけではなく、例えば回転ドラム１や加熱室２の補修や点検時にも使用することができる。

キルンを構成する回転ドラム両端の加熱室が外周に囲堯されない部分を従来より削減してキルンの製造コストを削減することのでき、さらにはキルンの連続回転を一時的に停止した場合にインチングを行うことのできるインチング手段を有する間接式加熱キルンとして利用することができる。

実施例１に係る間接加熱式キルンの正面構成図である。図１におけるＡ方向から見た正面構成図である。図１におけるＢ部拡大図である。従来の間接加熱式キルンの正面図である。図４におけるＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１回転ドラム
２加熱室
３、４両端部
５、６ベアリング
７駆動歯車
８主駆動装置
９、１１減速歯車群
１０補助駆動装置

Claims

被処理物を回転させながら加熱処理する回転ドラムと、該回転ドラム外周を囲堯する加熱室とを有し、該加熱室に加熱媒体を通流させて前記回転ドラムに伝熱して加熱する間接加熱式キルンにおいて、
前記加熱室軸長より回転ドラム両端部を外方に延在させて該延在させた回転ドラム両端部にベアリングを環設させるとともに、該環設させたベアリングのうち片側のものについて外周に駆動歯車を嵌着させ、該嵌着させた駆動歯車に駆動源の伝導系を歯合させて加熱室を回転させる事なく前記回転ドラムを回転させる主駆動装置を設けたことを特徴とする間接加熱式キルン。
前記伝導系が、減速歯車群であり、前記減速歯車群の軸と直交する面が、前記回転ドラムの回転軸と直角な平面上に位置することを特徴とする請求項１記載の間接加熱式キルン。
前記伝導系にワンウェイクラッチを介在させ、
前記駆動源による回転力が、ワンウェイクラッチの働きにより駆動歯車が一方向にのみ回転するように該駆動歯車に伝導し、回転ドラムより受けるビビリ振動を前記ワンウェイクラッチにより吸収するように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の間接加熱式キルン。
前記駆動歯車に補助駆動源の伝導系を歯合させて加熱室を回転させる事なく前記回転ドラムを回転させる補助駆動装置を設けたことを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の間接加熱式キルン。
前記補助駆動源の伝導系にワンウェイクラッチを介在させ、
前記主駆動装置を用いて前記回転ドラムを回転させる際にワンウェイクラッチの働きにより、前記補助駆動源の伝導系が回転の抵抗とならないように構成したことを特徴とする請求項４記載の間接加熱キルン。