JP5379959B2 - ロータリーキルンのシール装置 - Google Patents

Description

本発明はロータリーキルンのシール装置に関するものであり、詳しくは炭化炉として用いるロータリーキルンの回転ドラムの端部周面と、該端部周面と対向する位置に配された固定部材との間のシール装置に関するものである。

間接加熱式のロータリーキルンは、回転部である回転ドラムに原料を投入し、回転ドラムを回転させたときに、原料が攪拌されながら入口側から出口側に移送され、移送されている間に回転ドラム内部を例えば回転ドラムに設けたジャケット等から間接加熱によって加熱する装置である。この場合、回転ドラムの端部周面と、該回転ドラムの端部周面と対向する位置に配された固定部材との間には隙間があり、この隙間をシールする必要がある。

そこで、従来より各種のシール装置が用いられてきており、例えば回転部と非回転部の接合面に空気を吹き込むシール装置（従来技術１とする）や、非回転部に摺動用のメタルリングを設け、該メタルリングを、カーボン繊維を編み込んで作られ回転ドラムに取り付けられたグランドパッキンと接触させることでシールを行うシール装置（従来技術２とする）が用いられてきている。
また、特許文献１には加熱炉に用いる炭化キルンのシール装置として、加熱炉両端の円筒が貫通する部分にシール板を内蔵した環状のシールボックスを儲け、このボックス内に加熱炉内より高い圧力の空気や不活性ガスを圧送することにより、加熱炉からの火炎の吹き出しを防止するシール装置が開示されている。
また、特許文献２には回転ドラムの外周を取り巻いて形成したフランジ状の取付板と、固定カバーケースからベローズを介して伸びる中空環状の押さえ板との間に環状に形成されたシール部材を介装してロータリーキルン内外をシールするシール装置であって、固定カバーケースと押さえ板との間に圧力制御手段を設けたシール装置が開示されている。

特開昭５３−５６１６７号公報 特開２００３−７５０６９号公報

しかしながら、従来技術１では吹き込んだ空気がロータリーキルンを構成する回転ドラム内に流入してしまうためロータリーキルンを炭化炉として用いる場合のシール装置としては採用することができない。また従来技術２、特許文献１、特許文献２の何れのシール装置を炭化炉として用いるロータリーキルンの回転ドラムの端部周面と、該端部周面と対向する位置に配された固定部材との間のシール装置として用いた場合においても、ロータリーキルン内で発生する熱分解ガスがグランドパッキン内に浸透して固化し、グランドパッキンが柔軟性を無くすとともに、グランドパッキンの劣化が早くなる。さらに熱分解ガスが浸透して固化し柔軟性を無くしたグランドパッキンを使用することで、グランドパッキンの摺動相手であるメタルリングまでもが磨耗してしまいシール性が低下するという課題がある。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、炭化設備としてロータリーキルンに用いた場合においても空気が炭化キルン内に流入することなく確実なシールが可能なロータリーキルンのシール装置を提供す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、
ロータリーキルンの回転ドラムの端部周面と、該端部周面と対向する位置に配された固定部材との間のシール装置において、前記回転ドラム端部周面に環設されたリング状のシール板と、前記シール板と対向する位置に配されるとともに前記固定部材に取り付けられたリング状の押さえ板と、前記シール板と押さえ板の間に介装され、前記押さえ板摺動面と摺動可能なリング状のパッキン部材とを有し、前記パッキン部材はリング間に環状空間を有する二重リングで構成され、前記環状空間に不活性ガスを正圧状態で存在させ、前記押さえ板は、前記固定部材に取り付けられた押さえ板支持部材に支持され、前記押さえ板と押さえ板支持部材内に前記環状空間内に不活性ガスを導入するガス通路を設け、前記押さえ板支持部材を介して前記押さえ板の背面側よりパッキン部材押圧方向へ押圧力を付勢したことを特徴とする。

回転ドラム端部周面に環設されたリング状のシール板と、前記シール板と対向する位置に配されるとともに前記固定部材に取り付けられたリング状の押さえ板との間にリング状パッキン部材を介装して、リング状パッキン部材と押さえ板摺動面を摺動させることによって、回転ドラムの端部周面と、該端部周面と対向する位置に配された固定部材との間のシールが可能となる。

さらに、前記パッキン部材をリング間に環状空間を有する二重リングで構成し、前記環状空間に不活性ガスを正圧状態で存在させることで、回転ドラム内部の熱分解ガスが外部へ流出すること及び外気が回転ドラム内へ流入することを防止することができ、シール性を向上させることができる。さらに、回転ドラム内の熱分解ガスがパッキン部材内に浸透することを防止することもできるため、熱分解ガスがパッキン部材内に浸透して固化しパッキン部材が柔軟性を無くすこと及びそれに伴うグランドパッキンの劣化を防止することができる。

また、前記押さえ板は、前記固定部材に取り付けられた押さえ板支持部材に支持され、前記押さえ板と押さえ板支持部材内に前記環状空間内に不活性ガスを導入するガス通路を設けたことを特徴とする。このことにより、不活性ガスの導入通路を省スペースで設けることができる。

また、前記押さえ板支持部材を介して前記押さえ板の背面側よりパッキン部材押圧方向へ押圧力を付勢することで、シール性がさらに向上する。

また、前記パッキン部材は炭素繊維を編みこんだグランドパッキンであり、該グランドパッキンにフッ素樹脂を含浸させたことを特徴とする。炭素繊維を編みこんだパッキンは摩擦係数が極めて小さい為、シール性能が長期間維持することができる。さらに、グランドパッキンにフッ素樹脂を含浸させることで、炭素繊維の隙間をフッ素樹脂によって塞ぎ熱分解ガスがグランドパッキン内に浸透することを防止することができる。

以上記載のごとく本発明によれば、炭化設備としてロータリーキルンに用いた場合においても空気が炭化キルン内に流入することなく確実なシールが可能なロータリーキルンのシール装置を提供することができる。

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。

炭化物を製造するためには、主に炭化炉が用いられており、炭化炉に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投入し、加熱することで固定炭素分を多く含む炭化物を得ることができる。

図１は炭化物を製造するための炭化物製造設備の一例を表す概略構成図である。図１において、１は炭化キルンであり、該炭化キルン１は回転ドラム２、内周面を耐火材４で覆われた外筒３及び前記回転ドラム２の外周面と耐火材４の内周面の間に形成される加熱室５から主に構成されている。また、６は原料供給ホッパ、７ａ及び７ｂは前記原料供給ホッパ６の通路を開閉可能な原料用スライドゲート、８は原料供給コンベヤ、９は炭化物排出シュート、１０は熱分解サイクロン、１１は燃焼室、１３は緊急放出装置である。

このような炭化物製造装置では、原料ホッパ６に供給された原料である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、原料用スライドゲート７ａ及び７ｂを用いて供給量をコントロールするか、若しくは原料用スライドゲート７ａ及び７ｂで供給量をコントロールすることが難しい場合には予め供給量をコントロールされた可燃固形物を原料供給コンベア８で炭化炉１を構成する回転ドラム２内部へ供給する。

回転ドラム２には、両端部以外の部分の外周に内周面を耐火材４で覆われた外筒３が設けられ、前記回転ドラム２の外周面と前記耐火材４の内周面の間に加熱室５が形成されている。加熱室５へ例えば燃焼ガス等の加熱媒体を通流させて前記回転ドラム２へ伝熱することで回転ドラム２内が加熱されるようになっている。

原料供給コンベア８より回転ドラム２内に供給された原料は、回転ドラム２が回転したときに、原料供給コンベヤ８側から炭化物排出シュート９側に攪拌されながら移送され、移送されている間に前記加熱室５より間接加熱によって加熱されて炭化され、炭化物となって炭化物排出シュート９より後工程へ排出される。

また、前記炭化キルン１で原料を炭化して炭化物を製造する間に発生する熱分解ガスは、熱分解サイクロン１０で固気分離した後、燃焼室１１へ送られ、ここで熱分解ガス中の可燃分が燃焼する。このように熱分解サイクロン１０及び燃焼室１１で固気分離及び可燃分の燃焼がなされた燃焼ガスは、排ガスダクト１２を通じてボイラに送られて熱源として有効利用される。

また、燃焼室１１内が異常高圧となった場合にその圧力を大気に開放し可燃ガスが系外に漏洩することを防止するために、前記排ガスダクト１２中に緊急放出装置１３が設けられている。

このような炭化物製造設備では、回転ドラム２の端部周面と、該回転ドラム２の端部周面と対向する位置に配された固定部材との間には隙間があり、この隙間をシールして隙間からのロータリーキルン１内部の熱分解ガスの漏洩及びロータリーキルン１内部への外気の流入を防止することが重要である。

図２はロータリーキルン１周辺の構成図である。ロータリーキルン１は前述のように、回転ドラム２、内周面を耐火材４で覆われた外筒３及び前記回転ドラム２の外周面と耐火材４の内周面の間に形成される加熱室５から主に構成されている。また、回転ドラム２は端部では回転ドラム外筒２１と回転ドラム内筒２２を有している。外筒３と回転ドラム外筒２１の間はマッフルエアシール３０でシールして加熱室５内の加熱媒体が外部に流出しないようにするとともに、加熱室５内に外気が流入しないようにしている。

さらに、回転ドラム２の回転ドラム内筒２２の端部周面と、該回転ドラム内筒２２の端部周面と対向する位置に配された固定部材である原料供給コンベア８との間の隙間をキルンエアシール２０でシールしている。同様に回転ドラム２の回転ドラム内筒２２の端部周面と、該回転ドラム内筒２２の端部周面と対向する位置に配された固定部材である炭化物排出シュート９との間の隙間をキルンエアシール２０でシールしている。

図３は前記キルンエアシール２０の断面図である。以下、図２及び図３を用いてキルンエアシールについて説明する。
キルンエアシール２０は、回転ドラム内筒２２の端部周面に環設されたシール板２０７と、ベアリングシステム２１０（固定部材）に取り付けられたリング状の押さえ板２０５と、前記シール板２０７と押さえ板２０５の間に介装された二重リング状のグランドパッキン２０６から主構成されている。

回転ドラム２（回転ドラム内筒２２）が回転したとき、回転ドラム内筒２２に環設されたシール板２０７は回転ドラム内筒２２の回転に連れて回転し、さらにグランドパッキン２０６はシール板２０７に固着されてシール板２０７とともに回転する。このとき、グランドパッキン２０６と押さえ板２０５の摺動面２０６ａが摺動することによりシールしている。またシール性を向上させるため、スプリング２０４によって押さえ板２０５をグランドパッキン２０６方向へ付勢している。

この時、回転ドラム外筒２１は、回転ドラム外筒２１端部に設けたベアリング２０２が、回転ドラム外筒２１に対向する位置に設けた固定部材であるベアリングシステム２１０にボルト２１２で固定された部材２１１に支持されて回転することによって回転している。

さらに本発明に特徴的な構成として、前記グランドパッキン２０６を二重リングとし、二重リングの内輪と外輪の間に環状空間２０６ｂを設けている。さらにまた、押さえ板２０５内には前記環状空間２０６ｂに窒素ガスを投入可能なガス通路２２０を設け、外部より環状空間２０６ｂ内に窒素ガスを正圧状態で投入可能としている。

図４は押さえ板２０５の断面図である。前記ガス通路２２０の押さえ板２０５内の形状は図４（Ａ）に示したように等間隔に設けた複数の貫通穴２０５ａでもよく、また図４（Ｂ）に示したようにリング状の貫通溝２０５ｂとしてもよい。また図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示した形状以外であっても、窒素ガスを導入することができればよい。

このように、環状空間２０６ｂ内に窒素ガスを正圧状態で投入することで、回転ドラム２内部の熱分解ガスが外部へ流出すること及び外気が回転ドラム２内へ流入することを防止してシール性を向上させている。
さらに、環状空間２０６ｂ内に窒素ガスを正圧状態で投入することで、回転ドラム内２の熱分解ガスがグランドパッキン２０６内に浸透することを防止することもできるため、熱分解ガスがパッキン部材内に浸透して固化しパッキン部材が柔軟性を無くすこと及びそれに伴うグランドパッキンの劣化を防止している。

なお、環状空間２０６ｂに投入するガスは本実施例においては窒素ガスとしたが、不活性ガスであれば何でもよい。不活性ガスであれば、グランドパッキン２０６又は摺動面２０６ａを通じて回転ドラム２内へ流入しても、回転ドラム２内の炭化に影響しないからである。

さらに、グランドパッキン２０６はテフロン（登録商標）を含浸させた炭素繊維グランドパッキンとしている。炭素繊維を編みこんだパッキンは摩擦係数が極めて小さい為、シール性能が長期間維持することができる。さらに、グランドパッキンにフッ素樹脂を含浸させることで、炭素繊維の隙間をフッ素樹脂によって塞ぎ熱分解ガスがグランドパッキン内に浸透することを防止することができる。このようなテフロン（登録商標）を含浸させた炭素繊維グランドパッキンはキルンエアシール２０部以外にも熱分解ガスが流れる可能性のある部位のシール用パッキンとして採用するとシール性を向上させることができる。

さらにまた、グランドパッキン２０６表面にはニッケルペーストを塗布している。このことによりニッケルペーストが摺動面２０６ａの潤滑剤となるとともに、グランドパッキン２０６の表面保護剤ともなる。

炭化設備としてロータリーキルンに用いた場合においても空気が炭化キルン内に流入することなく確実なシールが可能なロータリーキルンのシール装置として利用することができる。

炭化物を製造するための炭化物製造設備の一例を表す概略構成図である。 ロータリーキルン周辺の構成図である。 キルンエアシールの断面図である。 押さえ板２０５の断面図である。

符号の説明

１ 炭化キルン
２ 回転ドラム
８ 原料供給コンベヤ
９ 炭化物排出シュート
２０ キルンエアシール
２１ 回転ドラム外筒
２２ 回転ドラム内筒
２０３ 固定板
２０４ スプリング
２０５ 押さえ板
２０６ グランドパッキン
２０７ シール板
２０９ 押さえ板支持部材
２２０ ガス通路

Claims (2)

1. ロータリーキルンの回転ドラムの端部周面と、該端部周面と対向する位置に配された固定部材との間のシール装置において、
   前記回転ドラム端部周面に環設されたリング状のシール板と、
   前記シール板と対向する位置に配されるとともに前記固定部材に取り付けられたリング状の押さえ板と、
   前記シール板と押さえ板の間に介装され、前記押さえ板摺動面と摺動可能なリング状のパッキン部材とを有し、
   前記パッキン部材はリング間に環状空間を有する二重リングで構成され、前記環状空間に不活性ガスを正圧状態で存在させ、
   前記押さえ板は、前記固定部材に取り付けられた押さえ板支持部材に支持され、
   前記押さえ板と押さえ板支持部材内に前記環状空間内に不活性ガスを導入するガス通路を設け、
   前記押さえ板支持部材を介して前記押さえ板の背面側よりパッキン部材押圧方向へ押圧力を付勢したことを特徴とするシール装置。
2. 前記パッキン部材は炭素繊維を編みこんだグランドパッキンであり、該グランドパッキンにフッ素樹脂を含浸させたことを特徴とする請求項１に記載のシール装置。

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