JP5532802B2

JP5532802B2 - ロータリーキルンの詰り検出方法および制御方法

Info

Publication number: JP5532802B2
Application number: JP2009226785A
Authority: JP
Inventors: 知典柴田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP2011075195A

Description

本発明はロータリーキルンの詰り検出方法および制御方法に関する。

ロータリーキルンは、粉状や塊状の物体を、回転する円筒内で加熱して焼成または乾燥するために用いられる装置である。

特許文献１には、図４に示すようなロータリーキルン１が記載されている。スクリューフィーダ１０が原料７１を内筒１１の内部に向け供給しつつ内筒１１を回転させるとともに、燃焼炉２からは外筒１２と内筒１１の間に向け供給管２０を経て加熱用の高温ガスを供給する。４は吸引ファンであり、流量調整弁３を介挿した排出管２１を経て加熱に用いた後のガスを大気中に向け排出する。そして、シュート１５から焼成後の物体７２を排出する。同時に熱分解によって発生したガス７３なども排出される。１３，１４は内筒１１を回転可能に支持する支持部材である。なお、円筒の外から熱を加える特許文献１に記載のタイプのロータリーキルンは外熱式と呼ばれる。円筒の外から熱を加えるのには蒸気や熱風などが使われる。

これに対し、例えば特許文献２などに記載のように、図５に示すごとく、円筒の内部から熱を加える内熱式と呼ばれるタイプのものもある。９はフィーダ、１１Ａは円筒、２２はバーナ炎、７１は原料である。

さて、ロータリーキルンの運転中、原料の性状や水分などの変動により、原料の流動性が低下し、円筒内に滞留したり、焼成または乾燥中の原料が円筒の内壁に付着して堆積し、円筒が付着物で閉塞して、もはや円筒内に新たに原料を供給できなくなる事態に陥る場合がある。そこで、そのような事態に陥るのを、円筒の回転速度や原料を加熱する温度などの運転条件を適正化することにより、未然に防止できる方法が探られている。

特許文献３では、円筒が回転する際に付着物に起因して起こる振動を捉え、規定値を上回った場合に、バーナ炎を噴射して付着物を溶かし、円筒の閉塞を防止している。

特許文献４では、コーチング（溶解した原料が円筒の内壁に付着すること）の発生量をコンピュータシミュレーションし、加熱のための熱流束がある一定の値を超えないようにしている。

特許文献５では、円筒の内壁の温度を局部的に捉え、堆積層の厚さを推定して、堆積層が厚くなり過ぎると原料の供給を減らすなどの調整を行うことで、原料に十分な熱がいきわたるようにしている。

特許文献６では、円筒の外壁の温度を連続的に捉え、内壁への付着物生成状況の評価値を演算し、ある一定の値を下回ると加熱を弱めて付着物の表面を冷却固化して剥離させ、除去するようにしている。

特開２００８−１８０４５１号公報特開２００１−２８９５６４号公報特開２００８−２１５６４９号公報特開２００９−１０３３５７号公報特開平１０−１９７１５７号公報特許第３９４７６０９号公報

しかしながら、特許文献３のように振動を捉える方法では、振動の原因が付着物でない場合でもバーナ炎を噴射してしまう問題があり、特許文献４のようにコンピュータシミュレーションによる方法では、そのソフトウェアの開発に多大な時間と労力とコストを要するとともに、シミュレーション結果と実績の合わせこみなど後年のメンテナンスにもまた時間と労力とコストを要する問題があり、特許文献５や特許文献６のように円筒の内壁あるいは外壁の温度を局部的にあるいは連続的に捉える方法も、温度計の故障や破損が生じて信頼性が十分でない場合もある、などの問題があった。

本発明は、従来技術の上記のような問題を解決するためになされたものであり、簡便な方法で、ロータリーキルンの詰りを検出でき、それに基づいてロータリーキルンの運転条件を適正化するよう制御できる、ロータリーキルンの詰り検出方法および制御方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記ロータリーキルンの円筒を回転駆動する電動機の回転を加速することを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
（２）スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記ロータリーキルンの円筒を回転駆動する電動機の回転を加速するとともに、前記スクリューフィーダへの前記原料の供給を減らすことを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
（３）スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の回転を減速することを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
（４）スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の回転を減速するとともに、前記スクリューフィーダへの前記原料の供給を減らすことを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
（５）スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えたことを以って、前記ロータリーキルンの詰りを検出することを特徴とするロータリーキルンの詰り検出方法。

本発明によれば、簡便な方法で、ロータリーキルンの詰りを検出でき、それに基づいてロータリーキルンの運転条件を適正化するよう制御できる。

本発明の実施形態の一例について説明するための線図本発明の実施形態の一例について説明するための線図本発明の実施形態の一例について説明するための線図従来技術について説明するための線図従来技術について説明するための線図

（第一の実施形態）本発明の実施形態の一例を図１に示す。１１Ａは円筒、１６は原料供給設備である。図４に示した従来のロータリーキルン１の円筒１１Ａを傾斜させた他は、符号Ｎｏ．も含め、大筋で装置構成を踏襲している。支持部材１３，１４などは図示を省略している。Ｍ１は円筒１１Ａを回転駆動する電動機、Ｍ２はスクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機である。

制御装置５には、単位時間あたりの原料供給量設定値が入力される。この単位時間あたりの原料供給量設定値は、制御装置５内のメモリーに固定的に記憶しておいてもよいし、あるいは、図示しない別の計算機などから原料の種類別に入力するなどしてもよい。単位時間あたりの原料供給量は、単位時間あたりの原料供給重量で設定しても原料供給体積で設定してもよい。

いずれにしても、制御装置５では、その単位時間あたりの原料供給量設定値を実現するための、円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転数、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転数、原料供給設備１６の運転速度を出力して、円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２、原料供給設備１６にそれぞれ指令する。電動機Ｍ２の回転数が商用交流周波数にリンクするような場合も、ここにいう回転数を出力することに該当するものとする。

もっとも、単位時間あたりの原料供給量設定値を実現するといっても、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２については、その必要とされる単位時間あたりの原料供給量の臨界値を実現するのがよい一方で、円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１については、その必要とされる単位時間あたりの原料供給量の臨界値か、あるいは、それを超える原料供給量を実現するように、回転数を、臨界値に比べ２％乃至３％大きめに制御するのがよい。必要とされる単位時間あたりの原料供給量の臨界値を超える原料供給量を実現するように回転数を大きめに制御した方が、そもそも円筒１１Ａの閉塞を防止しやすいからである。

なお、図示していないが、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２は、ひとたび回転数が指令されると、円筒１１Ａが付着物で閉塞し、もはや円筒１１Ａ内に新たに原料を供給できなくなるほどになって、同電動機Ｍ２の負荷トルクが上昇しても、指令された回転数を維持するため、電動機Ｍ２に供給する電流をアップして出力トルクをアップさせ、負荷トルクの上昇に抗しようと制御装置５から指令されるしくみになっている。

すなわち、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２に供給される電流が制御装置５に入力されるようにしている。そして、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転数を維持するため、制御装置５内では、負荷トルクの大小に応じて電動機Ｍ２に供給されるべき電流を上下させるよう、同電動機Ｍ２に向け指令するしくみになっている。

さて、本実施形態では、円筒１１Ａが付着物で閉塞し、もはや円筒１１Ａ内に新たに原料を供給できなくなるほどになった場合に、先述のように、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２が負荷トルクの上昇に抗しようと、その電流値がアップするのに伴って、円筒１１Ａの閉塞すなわちロータリーキルン１の詰りと判定するための同電動機Ｍ２の電流値の設定値として、ある一定の値を制御装置５に入力するようにしている。あるいは、このロータリーキルン１の詰りと判定するための同電動機Ｍ２の電流値の設定値は、制御装置５内のメモリーに固定的に記憶しておいてもよい。

ロータリーキルン１の詰りと判定するための同電動機Ｍ２の電流値の設定値は、詰りがないときの電流の平均値の１．６倍〜２．０倍とするのが好ましい。

以上のような構成をとることで、本発明では、スクリューフィーダ１０により原料７１を円筒１１Ａの内部に向け供給しつつ円筒１１Ａを回転し原料７１を加熱するロータリーキルン１の運転中、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の電流値を測定し、電流値がある一定の値を超えたことを以って、ロータリーキルン１の詰りを検出する。

そして、ロータリーキルン１の詰りを検出した場合にロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を加速する。そうすることで、円筒１１Ａ内にて焼成または乾燥中の原料の処理が促進され、詰りが解消される側に向かう。加速はそれまでの回転速度の５乃至１０％の範囲内で適宜な値だけ行うのが好ましい。

（第二の実施形態）本実施形態では、上記第一の実施形態にて、さらに、スクリューフィーダ１０への原料の供給を減らす。スクリューフィーダ１０への原料の供給を減らすことで、円筒１１Ａ内に新たに投入される原料が減り、詰りがより早く解消される。減らす割合はそれまでの単位時間あたりの原料供給量の１０乃至２０％の範囲内で適宜な値だけ行うのが好ましい。

スクリューフィーダ１０への原料の供給を減らすには、原料供給設備１６の運転速度を下げる。

なお、第一、第二の実施形態にて、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を加速させるのに伴って、加熱用の蒸気流量も加速した分に見合う分だけ大きな値に設定し直すようにしてもよい。例えば、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を５％以上加速させる場合、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転の加速１％につき、加熱用の蒸気流量も５％アップさせる、という具合である。

（第三の実施形態）本実施形態では、上記第一の実施形態にて、ロータリーキルンの円筒の回転を加速することに代えて、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転を減速する。そうすることで、円筒１１Ａ内に新たに投入される原料が減り、詰りが解消される側に向かう。減速はそれまでの回転速度の１０乃至２０％の範囲内で適宜な値だけ行うのが好ましい。もちろんこの場合はスクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２は商用交流周波数にリンクすることはなく、回転数は可変制御できるしくみにしておく。

なお、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転を減速する一方で、スクリューフィーダ１０への原料の供給を減らさなければ、原料７１が原料供給設備１６とスクリューフィーダ１０との間にあるバケット１７からあふれ出てしまうのではないかとの疑念が生じるかもしれないが、あふれ出した原料７１は人手にて回収し、再度原料供給設備１６に戻すなどすれば何ら問題はないため、一応これも本発明の範囲内となる。

（第四の実施形態）本実施形態では、上記第二の実施形態にて、ロータリーキルンの円筒の回転を加速することに代えて、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転を減速する。すなわち、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転を減速して、かつ、スクリューフィーダ１０への原料の供給を減らす。そのようにすることで、円筒１１Ａ内に新たに投入される原料が減り、詰りがより早く解消される側に向かう点は上記第二の実施形態と同様である。

以上の各実施形態の説明からもわかる通り、本発明によれば、振動を捉える方法のような振動の原因が付着物でない場合でもバーナ炎を噴射してしまう問題や、コンピュータシミュレーションによる方法のようにソフトウェアの開発や実績との合わせこみなどのメンテナンスにかかる時間と労力とコストの問題や、円筒の内壁あるいは外壁の温度を捉える方法のように温度計の信頼性の問題などを生じることなく、簡便で故障も少なく信頼性の高い方法で、ロータリーキルンの詰りを検出でき、それに基づいてロータリーキルンの運転条件を適正化するよう制御できる。

スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２は殆ど故障することなどない（そもそも故障して動かなければ、どの道、ロータリーキルン１の運転を停止しなければならない。）。そして、電動機に供給する電流値は簡便に測定することができる。そもそも、標準的な電動機の市販物には電流値の測定や表示の機能は付随するのが通常である。それゆえ、本発明によれば、ロータリーキルン１の運転が継続できる限り、簡便で故障も少なく信頼性の高い方法で、ロータリーキルンの詰りを検出でき、それに基づいてロータリーキルンの運転条件を適正化するよう制御できるのである。

なお、以上説明した各実施形態は、外熱式のロータリーキルンの場合を例に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内熱式のロータリーキルンの場合であっても同様に適用できる。

図２に本発明の方法の処理のフローの一例を示す。円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転数の設定値をＲ（ｒｐｍ）、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転数の設定値をＲ’（ｒｐｍ）、原料供給設備１６の運転速度をｖ（Ｔ／ｈｒ）に設定して（Ｓｔｅｐ１０）、ロータリーキルン１の運転を開始（Ｓｔｅｐ２０）する。円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転数の設定値をＲ（ｒｐｍ）に見合った加熱用の蒸気流量Ｑ（Ｔ／ｈｒ）なども設定される。しかる後、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２に供給される電流値をチェックする（Ｓｔｅｐ３０）。同電流値がロータリーキルン１の詰りと判定するための同電動機Ｍ２の電流値の設定値Ａを超えていれば、ロータリーキルン１の詰りと判定する（Ｓｔｅｐ４０）。

そして、円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転数の設定値をΔＲ（ｒｐｍ）アップして、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を加速する（Ｓｔｅｐ５０）（第一の実施形態）。なお、加熱用の蒸気流量も加速した分に見合うだけ大きな値に設定し直すようにしてもよい。

Ｓｔｅｐ３０にて、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２に供給される電流値がロータリーキルン１の詰りと判定するための同電動機Ｍ２の電流値の設定値Ａを超えていなければ、ロータリーキルン１の円筒１１Ａの回転は加速しない。

一定時間Ｔ１が経過（Ｓｔｅｐ６０）して、ロータリーキルン１の運転停止入力が運転員などによりされていなければ（Ｓｔｅｐ７０）、円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転数の設定値をＲ（ｒｐｍ）に再度設定して（Ｓｔｅｐ８０）、Ｓｔｅｐ３０以降の処理を繰り返す。ロータリーキルン１の運転停止入力がされれば（Ｓｔｅｐ７０）、ロータリーキルン１の運転を停止する（Ｓｔｅｐ１００）。

なお、Ｓｔｅｐ４０にて、ロータリーキルン１の詰りと判定された場合、円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転数の設定値をΔＲ（ｒｐｍ）アップして、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を加速する（Ｓｔｅｐ５０）とともに、原料供給設備１６の運転速度設定値をΔｖ（Ｔ／ｈｒ）ダウンして、スクリューフィーダ１０への原料の供給を減らすようにしてもよい（Ｓｔｅｐ９０）（第二の実施形態）。

なお、第三の実施形態については、図３に示すごとく、第一の実施形態のＳｔｅｐ５０にて、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を加速することに代えて、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転を減速するほか、Ｓｔｅｐ８０にて、円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転数の設定値をＲ（ｒｐｍ）に再度設定することに代えて、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転数の設定値をＲ’（ｒｐｍ）に再度設定するだけであるので、説明を省略する。

また、第一の実施形態では、詰りを検出した際に、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を加速させるのに伴って、加熱用の蒸気流量も加速した分に見合うだけ大きな値に設定し直すようにしてもよいが、第三の実施形態では、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を加速させないのであれば、加熱用の蒸気流量をそれまでより大きな値に設定し直す必要はない。

また、第四の実施形態についても、図３に示すごとく、第二の実施形態のＳｔｅｐ５０にて、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を加速することに代えて、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転を減速するほか、Ｓｔｅｐ８０にて、円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転数の設定値をＲ（ｒｐｍ）に再度設定することに代えて、スクリューフィーダ１０を回転駆動する電動機Ｍ２の回転数の設定値をＲ’（ｒｐｍ）に再度設定するだけであるので、説明を省略する。

そして、第一の実施形態では、詰りを検出した際に、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を加速させるのに伴って、加熱用の蒸気流量も加速した分に見合うだけ大きな値に設定し直すようにしてもよいが、第四の実施形態では、ロータリーキルン１の円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転を加速させないのであれば、加熱用の蒸気流量をそれまでより大きな値に設定し直す必要はない。この点は第三の実施形態と同じである。

最後に、以上の説明は、円筒１１Ａの加熱に蒸気を用いる場合について説明したが、熱風などその他の媒体を用いてもよいことはいうまでもない。

石炭乾燥用調質炭設備における、内径３７．５ｍ、長さ２７．０ｍ、傾斜８％、回転数４．４ｒｐｍのロータリーキルンにて、単位時間あたりの原料供給量が３４０Ｔ／ｈｒで、乾燥前の水分が８．５質量％で乾燥後に６．０質量％に乾燥する運転条件の場合に、図１を用いて説明した、本発明の第一の実施形態を適用すると、従来に比べ、加熱用の蒸気原単位が２％削減できる。なお、このときの、詰りと判定するためのスクリューフィーダの電動機の電流値の設定値は４１Ａ、円筒１１Ａを回転駆動する電動機Ｍ１の回転の加速分ΔＲは詰り検出時の回転数の５％である。

蒸気原単位を削減できる理由は、従来は、原料の性状や水分がどのような場合でも詰りを生じないようにするために、円筒の回転数を大きめに設定し、加熱用の蒸気も多めに設定していたところ、本発明によれば、加熱用の蒸気を適正の値に設定することができるからである。

１ロータリーキルン
２燃焼炉
３流量調整弁
４吸引ファン
５制御装置
９フィーダ
１０スクリューフィーダ
１１内筒
１１Ａ円筒
１２外筒
１３，１４支持部材
１５シュート
１６原料供給設備
１７バケット
２０供給管
２１排出管
２２バーナ炎
７１原料
７２焼成後の物体
７３熱分解によって発生したガス
Ｍ１，Ｍ２電動機

Claims

スクリューフィーダにより原料をロータリーキルンの円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記円筒の閉塞すなわち前記ロータリーキルンの詰りと判定し、前記円筒を回転駆動する電動機の回転を加速することにより前記ロータリーキルンの詰りを解消することを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
スクリューフィーダにより原料をロータリーキルンの円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記円筒の閉塞すなわち前記ロータリーキルンの詰りと判定し、前記円筒を回転駆動する電動機の回転を加速するとともに、前記スクリューフィーダへの前記原料の供給を減らすことにより前記ロータリーキルンの詰りを解消することを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
スクリューフィーダにより原料をロータリーキルンの円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記円筒の閉塞すなわち前記ロータリーキルンの詰りと判定し、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の回転を減速することにより前記ロータリーキルンの詰りを解消することを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
スクリューフィーダにより原料をロータリーキルンの円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記円筒の閉塞すなわち前記ロータリーキルンの詰りと判定し、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の回転を減速するとともに、前記スクリューフィーダへの前記原料の供給を減らすことにより前記ロータリーキルンの詰りを解消することを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
スクリューフィーダにより原料をロータリーキルンの円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、新たに原料を供給できなくなるほどになった場合、前記原料を供給する前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えたことを以って、前記円筒の閉塞すなわち前記ロータリーキルンの詰りと判定し、前記ロータリーキルンの詰りを検出することを特徴とするロータリーキルンの詰り検出方法。