JP5911124B2

JP5911124B2 - 加熱処理装置

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Publication number: JP5911124B2
Application number: JP2011206226A
Authority: JP
Inventors: 洋民山本; 遠藤　雄樹; 雄樹遠藤; 良輔小泉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: EP2759792A4; JP2013068342A; EP2759792B1; US20140186787A1; EP2759792A1; US9879912B2; WO2013042280A1

Description

本発明は、軸線周りに回転する筒体を加熱して、筒体内部の被処理物を加熱処理する加熱処理装置に関する。

従来、例えば石灰泥・発泡性鉱物・セラミックス原料粉等の乾燥、加熱、焼成や、ゴム・プラスチック廃棄物等の熱分解、下水汚泥・木質材等の熱処理・ガス化処理、石炭の乾留などを行う際に、加熱処理装置としてロータリーキルンが多用されている。

ロータリーキルンには、被処理物が供給される筒体（円筒）の内部にバーナで火炎を吹き込むなどして被処理物を直接加熱する内熱式ロータリーキルンと、筒体を外側から加熱し、筒体を通じて被処理物を間接加熱する外熱式ロータリーキルンとがある。また、外熱式ロータリーキルンには、軸線周りに回転する内筒（筒体）の周囲に外筒を備え、外筒に加熱ガスを流通させて内筒を外側から加熱し、内筒を回転させて被処理物を内筒内で移送しながら加熱処理するように構成したものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

一方、例えば、下水汚泥、木質バイオマス及び低品位炭などの低カロリー物質（被処理物）を、外熱式ロータリーキルン（外熱式加熱炉、外熱式炭化炉）によって石炭同等の発熱量が大きい炭化物に改質する場合などでは、内筒を３００〜８００℃の高温に加熱し、酸素を遮断した状況下で被処理物を加熱処理する。そして、内筒には、このように高温で加熱されることにより、熱伸び、撓みが発生する。このため、従来、内筒は、例えば、被処理物の入口側である軸線方向の一端側を軸線方向に移動可能な可動支持部によって軸線周りに回転可能に支持し、また、被処理物の出口側である軸線方向の他端側を軸線方向に移動不能な固定支持部によって軸線周りに回転可能に支持し、熱伸びを可動支持部の移動によって吸収できるようにして設けられている。

特開２００８−１８０４５１号公報特許第３１０１２６４号公報

ところで、内筒（筒体）の長さが長くなるほど、可動支持部で吸収する熱伸び量が大きくなり、また、内筒の上下方向の撓み量が大きくなる。このため、上記従来の外熱式ロータリーキルン（加熱処理装置）においては、この熱伸び及び撓みの発生により、内筒直径５ｍ程度、内筒長さ２０〜３０ｍ程度が構造上の限界とされ、さらなる大型化を図ることが困難であった。

より具体的に、内筒を大型化した場合、熱伸びに伴う撓み量が増加するため、内筒の板厚をこれに応じて増大する必要が生じる。そして、従来、外熱式ロータリーキルンでは、内筒の温度が３００〜８００℃の高温になるため、内筒をインコロイなどの特殊合金を用いて形成しているが、内筒の大型化に伴い特殊合金の板厚が例えば４０ｍｍを超えると、高温での溶接部の機械強度を確保することが難しくなり、長期の安定稼動に支障をきたすおそれが生じる。

さらに、内筒を大型化し、熱伸びに伴う撓み量が増加すると、軸線周りに回転する内筒と外筒の摺動部のシール性を確保することが難しくなり、リークエア量の増大に伴う伝熱性能の低下を招くおそれもある。

また、内筒の直径が５ｍを超えると、内筒の回転に伴って内部で撹拌混合される被処理物の落下時の衝撃力が高まる。このため、例えば被処理物の低カロリー物質を発熱量が大きい炭化物に改質する外熱式炭化炉では、内筒内で被処理物が微粉化され、熱分解ガスに同伴される炭化物量が大幅に増加してしまう。そして、この結果、製造する炭化物の収率が低下するとともに、熱分解ガスダクトでのダスト分の付着、閉塞や、熱分解ガスを燃焼した排ガス中の飛灰量が大幅に増加し、さらに内筒外表面に付着する灰量が増加して、伝熱性能が低下してしまう。

また、内筒内の被処理物の充填率は、通常１０〜２０％程度で一定とされており、このように充填率を一定とした場合、内筒を大型化すると、被処理物の充填高さが増加することになる。そして、外熱式ロータリーキルンの伝熱は、高温に熱せられた内筒と被処理物の温度差による輻射支配であるため、内筒の大型化すると、被処理物の充填高さが増加することにより、内筒による撹拌混合性が大幅に低下し、伝熱性能が低下してしまう。このため、内筒を大型化しても、結果として生産効率が低下することで、メリットを享受できなくなってしまう。

そして、上記のような熱伸び及び撓みの発生による構造上、伝熱性能上の問題から、内筒直径５ｍ程度、内筒長さ２０〜３０ｍ程度が構造上の限界とされ、さらなる大型化を図ることが困難であるため、低カロリー物質を石炭同等の発熱量を有する炭化物に改質するにあたり、処理量が１００ｔ／日程度までの外熱式ロータリーキルンしか商用化されていないという現状がある。

しかしながら、近年、温室効果ガス削減ニーズの高まりの中で、例えば石炭火力発電所などでの大規模利用のニーズが急速に高まっており、これに対応するため、上記の構造上、伝熱性能上の問題を解消し、さらなる大型化を実現できるようにする手法が強く望まれている。

本発明の加熱処理装置は、軸線周りに回転する筒体を加熱することで、前記筒体の内部の被処理物を加熱処理する加熱処理装置であって、前記筒体の軸線方向両端側にそれぞれ前記軸線方向に移動可能に設けられ、前記筒体を軸線周りに回転可能に支持する一対の可動支持部と、前記一対の可動支持部の前記軸線方向の間に前記軸線方向に移動不能に設けられ、前記筒体を軸線周りに回転可能に支持する固定支持部とを備え、前記筒体が前記一対の可動支持部と前記固定支持部とで三点のみ支持されており、前記筒体の内面で、前記固定支持部が設けられた範囲には、前記筒体の内部から外部への伝熱を抑制する断熱部が設けられており、前記断熱部は、前記軸線方向の少なくとも一部に前記軸線方向に伸縮可能な伸縮部を有していることを特徴とする。
本発明の加熱処理装置は、軸線周りに回転する筒体を加熱することで、前記筒体の内部の被処理物を加熱処理する加熱処理装置であって、前記筒体の軸線方向両端側にそれぞれ前記軸線方向に移動可能に設けられ、前記筒体を軸線周りに回転可能に支持する一対の可動支持部と、前記一対の可動支持部の前記軸線方向の間に前記軸線方向に移動不能に設けられ、前記筒体を軸線周りに回転可能に支持する固定支持部とを備え、前記筒体が前記一対の可動支持部と前記固定支持部とで三点のみ支持されており、前記筒体の内面で、前記固定支持部が設けられた範囲には、前記筒体の内部から外部への伝熱を抑制する断熱部が設けられており、前記筒体は、前記軸線方向に分離される二つの筒部材で構成され、前記断熱部は、各筒部材に固定された少なくとも二つの断熱部材により構成されていることを特徴とする。

この発明においては、筒体の両端側がそれぞれ可動支持部で支持され、一対の可動支持部の軸線方向の間の筒体の中央部分が固定支持部で支持され、筒体が三点支持されていることにより、一方の可動支持部と固定支持部の間で発生した筒体の熱伸びを一方の可動支持部によって吸収し、他方の可動支持部と固定支持部の間で発生した筒体の熱伸びを他方の可動支持部によって吸収することができる。

また、固定支持部を間に筒体の一方の側を固定支持部と一方の可動支持部で支持し、筒体の他方の側を固定支持部と他方の可動支持部で支持することができるため、筒体を軸線方向両側で二点支持した場合と比較し、筒体に発生する撓み量を小さく抑えることができる。

これにより、例えば、筒体の構造及び伝熱性能を両立可能な長さ２０〜３０ｍ程度、直径５ｍ程度の寸法の筒体を２基、直列に連結し、連結部を固定支持部で、各筒体の両側端部を可動支持部で支持するなどして筒体を大型化した場合であっても、熱伸び量、撓み量の増加を従来と同様のレベルに抑制することができる。よって、筒体の板厚を変更することなく、また、シール性を損なうことなく、すなわち、伝熱性能の低下を招くことなく、筒体の大型化を実現することが可能になる。

また、本発明の加熱処理装置において、前記可動支持部と前記固定支持部は、ベアリング構造によって前記筒体を回転可能に支持していることが望ましい。

この発明においては、可動支持部と固定支持部によって、伝熱の影響を小さくし、確実に筒体を軸線周りに回転可能に支持することが可能になる。

さらに、本発明の加熱処理装置において、前記筒体の内面で、前記固定支持部が設けられた範囲には、前記筒体の内部から外部への伝熱を抑制する断熱部が設けられていることがより望ましい。

この発明においては、断熱部によって筒体の外表面側の温度を低温で維持することが可能になる。これにより、伝熱の影響を受けずに確実に筒体を固定支持部で支持することが可能になる。

また、逆に、筒体の軸線方向の中央部分を固定支持部で支持するように構成した場合であっても、断熱部が設けられていることで、固定支持部によって筒体を支持する部分の筒体内部が低温化することを最小限に抑えることができ、筒体内部の被処理物の品質低下を抑えることが可能になる。また、固定支持部によって筒体を支持する部分の筒体内部の低温化を抑えることにより、例えばタール分が凝縮することを防止でき、低温化に伴って不具合が発生することを確実に回避することができる。

また、本発明の加熱処理装置において、前記断熱部は、前記軸線方向の少なくとも一部に前記軸線方向に伸縮可能な伸縮部を有していることがさらに望ましい。

この発明においては、筒体の軸線方向両端側の可動支持部によって熱伸びを吸収するとともに、断熱部の伸縮部によっても筒体の熱伸びを吸収することができる。これにより、より確実且つ効果的に、筒体の熱伸びを吸収することが可能になるとともに、筒体に発生する撓み量を小さく抑えることが可能になる。

さらに、本発明の加熱処理装置において、前記筒体は、前記軸線方向に分離される二つの筒部材で構成され、前記断熱部は、各筒部材に固定された少なくとも二つの断熱部材により構成されていてもよい。

この発明においては、例えば、筒体の構造及び伝熱性能を両立可能な長さ２０〜３０ｍ程度、直径５ｍ程度の寸法の従来のロータリーキルンの筒体（筒部材）を２基、直列に連結し、連結部を固定支持部で、各筒体の両側端部を可動支持部で支持するなどして、容易に且つ経済的に、筒体を大型化して形成することができる。

また、本発明の加熱処理装置においては、外熱式加熱炉であってもよい。

この発明においては、例えば被処理物の低カロリー物質を発熱量が大きい炭化物に改質する外熱式炭化炉などの外熱式加熱炉（外熱式加熱炉の筒体（内筒））を、伝熱性能の低下を招くことなく、大型化することが可能になる。

本発明の加熱処理装置においては、筒体の軸線方向両端側をそれぞれ可動支持部で支持し、一対の可動支持部の軸線方向の間を固定支持部で支持し、筒体を三点支持することにより、固定支持部を間に筒体の一方の側と他方の側の熱伸びを各可動支持部で吸収することができる。また、筒体を軸線方向両端側で二点支持する場合と比較し、撓み量を小さく抑えることができる。

これにより、筒体を大型化した場合であっても、熱伸び量、撓み量の増加を従来と同様のレベルに抑制することができ、伝熱性能の低下を招くことなく、筒体の大型化を実現することが可能になる。

そして、筒体を一対の可動支持部と固定支持部で三点支持するように構成し、上記のように構造上、伝熱性能上の問題を解決して大型化を実現できることにより、例えば被処理物の低カロリー物質を発熱量が大きい炭化物に改質する外熱式炭化炉などにおいて、被処理物の処理量を増大し、製造歩掛かりを高めることができ、石炭火力発電所などでの大規模利用のニーズに対応することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る加熱処理装置（外熱式ロータリーキルン）を示す図である。図１のＳ１部の拡大図である。図１のＳ２部の拡大図である。図１のＳ３部の拡大図である。本発明の一実施形態に係る加熱処理装置の可動支持部を示す図である。本発明の一実施形態に係る加熱処理装置の固定支持部を示す図である。

以下、図１から図６を参照し、本発明の一実施形態に係る加熱処理装置について説明する。なお、本実施形態では、本発明にかかる加熱処理装置が、下水汚泥、木質バイオマス及び低品位炭などの低カロリー物質の被処理物を加熱処理して、発熱量が大きい炭化物に改質するための外熱式ロータリーキルン（外熱式加熱炉、外熱式炭化炉）であるものとして説明を行う。

本実施形態の外熱式ロータリーキルンＡは、図１に示すように、内筒（筒体）１と、外筒（マッフル）２、３と、２つの可動支持部４、５と、固定支持部６と、基台７とを備えて構成されている。

本実施形態の内筒１は、例えば軸線Ｏ１方向の長さＬが５０ｍ程度の大型の円筒状の筒体であり、軸線Ｏ１方向中央を境に一方の側の第１筒部材１０と他方の側の第２筒部材１１とで構成されている。そして、これら第１及び第２筒部材１０、１１は、内筒１の構造及び伝熱性能を両立可能な例えば長さ２０〜３０ｍ程度、直径５ｍ程度の寸法の従来の外熱式ロータリーキルンが具備する内筒であり、本実施形態の内筒１は、このような従来の内筒と同様の第１筒部材１０と第２筒部材１１を２基、直列に連結することによって形成されている。すなわち、本実施形態の内筒１は、軸線Ｏ１方向に分離する二つの筒部材１０、１１を備えて構成されている。ここで、内筒１は、その内面に周方向に対して傾斜して配列された複数のフィンまたはスパイラルが設けられ、軸線Ｏ１周りに回転するとともに、入口１ａから内部に投入した被処理物を順次出口１ｂ側に向けて移送可能に形成されている。

また、第１筒部材１０は、軸線Ｏ１方向に例えば５ｍ程度の略一定の径で形成された第１筒本体部１２と、内筒１の入口１ａ側に配される第１筒本体部１２の一端から軸線Ｏ１方向外側に向かうに従い漸次その径が小となる第１コニカル部１３と、第１コニカル部１３から軸線Ｏ１方向外側に略一定の径で延びる第１小径部１４と、第１筒本体部１２の他端から軸線Ｏ１方向外側に向かうに従い漸次その径が小となる第２コニカル部１５と、第２コニカル部１５から軸線Ｏ１方向外側に略一定の径で延びる第２小径部１６とを備えて形成されている。

また、第１筒部材１０は、第１筒本体部１２と同径で形成され、第１筒本体部１２の一端から第１コニカル部１３を内包するように軸線Ｏ１方向外側に延設された円筒状の第１外郭部１７を備えるとともに、第１外郭部１７の先端の開口を閉塞する環状の第１閉塞板部１８を備えて形成されている。そして、図１、及び図１のＳ１部の拡大図である図２に示すように、第１外郭部１７と第１コニカル部１３と第１閉塞板部１８で囲まれた空間内に断熱部材（保温材）１９が設けられている。なお、本実施形態では、この断熱部材１９が第１コニカル部１３の外周面を被覆するようにして設けられている。

さらに、図１、及び図１のＳ２部の拡大図である図３に示すように、第１筒部材１０は、第１筒本体部１２と同径で形成され、第１筒本体部１２の他端から第２コニカル部１５及び第２小径部１６を内包するように軸線Ｏ１方向外側に延設された円筒状の第２外郭部２０を備えている。また、第２外郭部２０の軸線Ｏ１方向先端には、軸線Ｏ１直交方向の径方向外側に突出し、第２外郭部２０の周方向に延びる環状のフランジ２１が設けられている。

第２筒部材１１は、図１に示すように、軸線Ｏ１方向に例えば５ｍ程度の略一定の径で形成された第２筒本体部２５と、内筒１の出口１ｂ側に配される第２筒本体部２５の一端から軸線Ｏ１方向外側に向かうに従い漸次その径が小となる第３コニカル部２６と、第３コニカル部２６から軸線Ｏ１方向外側に略一定の径で延びる第３小径部２７と、第２筒本体部２５の他端から軸線Ｏ１方向外側に向かうに従い漸次その径が小となる第４コニカル部２８と、第４コニカル部２８から軸線Ｏ１方向外側に延びる略円筒状の第４小径部２９とを備えて形成されている。

また、第４小径部２９は、図１、及び図１のＳ２部の拡大図である図３に示すように、蛇腹状の略円筒状に形成され、この蛇腹状部分が内筒１の軸線Ｏ１方向に伸縮可能な伸縮部３０とされている。さらに、第４小径部２９には、軸線Ｏ１方向先端に径方向内側に突出し、第４小径部２９の周方向に延びる環状の接合フランジ３１が設けられている。

また、第２筒部材１１は、図１、及び図１のＳ３部の拡大図である図４に示すように、第２筒本体部２５と同径で形成され、第２筒本体部２５の一端から第３コニカル部２６を内包するように軸線Ｏ１方向外側に延設された円筒状の第３外郭部３２を備えるとともに、第３外郭部３２の先端の開口を閉塞する環状の第２閉塞板部３３を備えて形成されている。そして、第３外郭部３２と第３コニカル部２６と第２閉塞板部３３で囲まれた空間内に断熱部材（保温材）３４が設けられている。なお、本実施形態では、この断熱部材３４が第３コニカル部２６の外周面を被覆するようにして設けられている。

さらに、第２筒部材１１は、図１、及び図１のＳ２部の拡大図である図３に示すように、第２筒本体部２５と同径で形成され、第２筒本体部２５の他端から第４コニカル部２８を内包するように軸線Ｏ１方向外側に延設された円筒状の第４外郭部３５を備えている。また、第４外郭部３５の軸線Ｏ１方向先端には、軸線Ｏ１直交方向の径方向外側に突出し、第４外郭部３５の周方向に延びる環状のフランジ３６が設けられている。

そして、第１筒部材１０の他端側に形成された第２外郭部２０のフランジ２１と、第２筒部材１１の他端側に形成された第４外郭部３５のフランジ３６とを面接触させ、ネジボルト３７などを用いてこれら両フランジ２１、３６を接続する。これにより、本実施形態の内筒１は、第１筒部材１０と第２筒部材１１を互いの軸線Ｏ１を同軸上に配し、直列に連結して形成されている。なお、本実施形態のように第１筒部材１０と第２筒部材１１のフランジ２１、３６同士をネジボルト３７で接続するのではなく、例えば第１筒部材１０と第２筒部材１１のフランジ２１、３６同士を溶接によって接続するようにしてもよい。

このとき、第１筒部材１０の第２小径部１６が、第２筒部材１１の蛇腹状の第４小径部２９の内部に挿入され、これら第２小径部１６と第４小径部２９が軸線Ｏ１方向に重なった状態で、内筒１が形成されている。さらに、第４小径部２９の先端に形成された接合フランジ３１を介して第２小径部１６と第４小径部２９が接続されている。

また、このように形成した本実施形態の内筒１は、図１、及び図１のＳ２部の拡大図である図３に示すように、第１筒部材１０の第２コニカル部１５と第２小径部１６と第２外郭部２０、第２筒部材１１の第４コニカル部２８と第４小径部２９と第４外郭部３５からなる部分が、第１筒部材１０と第２筒部材１１の連結部４０とされている。また、内筒１の内面で、詳細を後述する固定支持部６が設けられた範囲には、第２コニカル部１５及び第２小径部１６の外面を被覆するように断熱部材４１が配設され、さらに第４コニカル部２８及び第４小径部２９の外面を被覆する断熱部材４２が配設されており、この部分が、内筒１の内部から外部への伝熱を抑制する断熱部４３とされている。すなわち、本実施形態の断熱部４３は、内筒１の軸線Ｏ１方向の少なくとも一部に伸縮可能な伸縮部３０を備えるとともに、各筒部材１０、１１に固定された少なくとも二つの断熱部材４１、４２を備えて構成されている。

また、本実施形態の外熱式ロータリーキルンＡは、図１に示すように、内筒１の第１筒部材１０の第１筒本体部１２と第２筒部材１１の第２筒本体部２５がそれぞれ内包するように設けられた第１外筒２と第２外筒３（外筒）を備えている。そして、第１外筒２と第１筒本体部１２の間に加熱ガスが流通することで、第１筒部材１０が加熱され、第２外筒３と第２筒本体部２５との間に加熱ガスが流通することで、第２筒部材１１が加熱される。

さらに、本実施形態の外熱式ロータリーキルンＡにおいては、水平に対して１〜３％の勾配で傾斜させて内筒１及び外筒２、３が基台７上に設置されている。また、このように配設した内筒１（及び外筒２、３）は、被処理物が供給される入口１ａ側の第１小径部１４が第１可動支持部４によって、加熱処理後の被処理物が排出される出口１ｂ側の第４小径部２７が第２可動支持部５によって、連結部４０（断熱部４３）が固定支持部６によってそれぞれ支持されている。すなわち、本実施形態の内筒１は、これら第１可動支持部４と第２可動支持部５と固定支持部６とで三点支持して所定位置に設置されている。

第１可動支持部４と第２可動支持部５はそれぞれ、図５（図１、図２、図４参照）に示すように、基台７上に立設された一対の可動サポート４５、４６と、内筒１の第１小径部１４又は第４小径部２７を挿通する円形状の挿通孔が一面から他面に貫通して形成され、一対の可動サポート４５、４６を両側部にそれぞれ接続して軸線Ｏ１方向に移動可能に支持されたサポート本体４７とを備えて構成されている。また、このとき、一対の可動サポート４５、４６がそれぞれ、下端側を基台７にヒンジ部４８を介して回動自在に接続し、上端側をサポート本体４７にヒンジ部４９を介して回動自在に接続して設けられている。これにより、内筒１が軸線Ｏ１方向に伸縮した際に、内筒１を支持するサポート本体４７が各ヒンジ部４８、４９で回動し、内筒１の伸縮に従動して軸線Ｏ１方向に移動（変位）することで、加熱による内筒１の熱伸びを吸収できるように構成されている。

また、図２及び図４に示すように、第１可動支持部４と第２可動支持部５にはそれぞれ、サポート本体４７に、挿通孔の軸線Ｏ１を中心として環状に配設したベアリング構造５０が具備されている。そして、このベアリング構造５０を介して、挿通孔に挿通した内筒１の第１小径部１４又は第４小径部２７をサポート本体４７で支持している。これにより、第１可動支持部４と第２可動支持部５はそれぞれ、内筒１を軸線Ｏ１周りに回転可能に支持している。

さらに、第１可動支持部４及び／又は第２可動支持部５には、内筒１を軸線Ｏ１周りに回転駆動するための回転駆動機構（不図示）が具備されている。例えば、この回転駆動機構は、第１小径部１４及び／又は第４小径部２７に設けられたギアと、駆動モータと、駆動モータの回転軸に取り付けられ、ギアに噛合した歯車とを備え、駆動モータの駆動、歯車の回転によって、内筒１が軸線Ｏ１周りに回転するように構成されている。

また、一方の可動支持部４には、被処理物を内筒１内に供給するためのスクリューコンベアなどの供給装置（不図示）が接続され、他方の可動支持部５には、加熱処理した被処理物を排出するシュートなどの排出装置（不図示）が接続されている。また、可動支持部４と供給装置の接続部分には、可動支持部４の軸線Ｏ１方向の変位を吸収するエキスパンション（不図示）が設けられている。

一方、固定支持部６は、図６（図１、図３参照）に示すように、基台７上に立設された一対の固定サポート５１、５２と、内筒１の連結部４０を挿通する円形状の挿通孔が一面から他面に貫通して形成され、一対の固定サポート５１、５２を両側部にそれぞれ接続して軸線Ｏ１方向に移動不能に支持されたサポート本体５３とを備えて構成されている。さらに、サポート本体５３には、挿通孔の軸線Ｏ１を中心にして環状に配設されたベアリング構造５０が設けられ、ベアリング構造５０を介して挿通孔に挿通した内筒１の連結部４０を外側から支持することにより、内筒１の軸線Ｏ１方向略中央を軸線Ｏ１方向に移動不能に、且つ軸線Ｏ１周りに回転可能に支持している。

上記構成からなる本実施形態の外熱式ロータリーキルン（加熱処理装置）Ａで、下水汚泥、木質バイオマス及び低品位炭などの低カロリー物質の被処理物を加熱処理して、発熱量が大きい炭化物に改質する際には、第１外筒２と第１筒本体部１２の間、第２外筒３と第２筒本体部２５の間にそれぞれ加熱ガスを流通させ、内筒１が例えば３００〜８００℃となるように加熱する。また、回転駆動機構を駆動すると、一対の可動支持部４、５と固定支持部６で三点支持された内筒１がベアリング構造５０によって軸線Ｏ１周りに好適に回転する。これとともに、供給装置によって入口１ａから被処理物を内筒１の第１筒部材１０内に投入し、この被処理物を第１筒部材１０から第２筒部材１１に順次移送しながら加熱処理し、処理後の被処理物を出口１ｂから排出装置に、さらに外部に排出して、発熱量が大きい炭化物を製造してゆく。

そして、このように被処理物を加熱処理する際には、例えば３００〜８００℃の高温で加熱されることで内筒１に熱伸びが発生する。これに対し、本実施形態の外熱式ロータリーキルンＡでは、内筒１の両端側がそれぞれ可動支持部４、５で支持され、一対の可動支持部４、５の軸線Ｏ１方向の間の内筒１の中央部分が固定支持部６で支持されて、内筒１が三点支持されている。これにより、一方の可動支持部４と固定支持部６の間の第１筒部材１０で発生した熱伸びが一方の可動支持部４によって吸収され、他方の可動支持部５と固定支持部６の間の第２筒部材１１で発生した熱伸びが他方の可動支持部５によって吸収される。

また、本実施形態では、内筒１の軸線Ｏ１方向両端側の可動支持部４、５によって熱伸びを吸収するとともに、断熱部４３の蛇腹状の伸縮部３０によっても内筒１の熱伸びが吸収される。

さらに、固定支持部６を間に内筒１の一方の側の第１筒部材１０が固定支持部６と一方の可動支持部４で支持され、内筒１の他方の側の第２筒部材１１が固定支持部６と他方の可動支持部５で支持されて、内筒１が三点支持されているため、内筒１の長さが約５０ｍで大型化されている場合であっても、内筒１を軸線Ｏ１方向両側で二点支持した場合と比較し、内筒１に発生する撓み量が小さく抑えられる。

これにより、内筒１の構造及び伝熱性能を両立可能な長さ２０〜３０ｍ程度、直径５ｍ程度の寸法の筒部材１０、１１（従来の外熱式ロータリーキルンの内筒）を２基、直列に連結し、連結部４０を固定支持部６で、内筒１の両側端部を可動支持部４、５で支持して内筒１を大型化した場合であっても、熱伸び量、撓み量の増加が従来と同様のレベルに抑制されることになる。なお、例えばオーステナイトやＳＵＳなどの金属で内筒１を形成した場合は勿論、特に大きな熱伸びが発生するインコロイなどの特殊合金を使用して内筒１を形成した場合であっても、確実に熱伸び量、撓み量が従来と同様のレベルに抑制される。

また、内筒１の内面で、固定支持部６が設けられた範囲に、内筒１の内部から外部への伝熱を抑制する断熱部４３（断熱部材４１、４２）が設けられている。そして、本実施形態では、この断熱部４３によって、内筒１の連結部４０の第２及び第４外郭部２０、３５の外表面温度が例えば２００℃程度の低温で維持される。これにより、連結部４０（断熱部４３）の第２外郭部２０や第４外郭部３５を支持する固定支持部６が伝熱の影響を受けないで済み、この結果、確実に内筒１の中央部分を固定支持部６で軸線Ｏ１方向に移動不能に且つ内筒１を軸線Ｏ１周りに回転可能に支持することが可能になる。

さらに、断熱部４３が設けられていることで、固定支持部６によって内筒１を支持する連結部４０の内部が低温化することが最小限に抑えられる。これにより、内筒１の連結部４０内において、被処理物が低温になって品質が低下するようなことがなく、タール分が凝縮するなどの不具合の発生が確実に防止される。

したがって、本実施形態の外熱式ロータリーキルン（加熱処理装置）Ａにおいては、内筒（筒体）１の両端側がそれぞれ可動支持部４、５で支持され、一対の可動支持部４、５の軸線Ｏ１方向の間の内筒１の中央部分が固定支持部６で支持され、内筒１が三点支持されていることにより、一方の可動支持部４と固定支持部６の間で発生した内筒１の熱伸びを一方の可動支持部４によって吸収し、他方の可動支持部５と固定支持部６の間で発生した内筒１の熱伸びを他方の可動支持部５によって吸収することができる。

また、固定支持部６を間に内筒１の一方の側を固定支持部６と一方の可動支持部４で支持し、内筒１の他方の側を固定支持部６と他方の可動支持部５で支持することができるため、内筒１を軸線Ｏ１方向両側で二点支持した場合と比較し、内筒１に発生する撓み量を小さく抑えることができる。

これにより、例えば、内筒１の構造及び伝熱性能を両立可能な長さ２０〜３０ｍ程度、直径５ｍ程度の寸法の筒部材１０、１１を２基、直列に連結し、連結部４０を固定支持部６で、内筒１の両側端部を可動支持部４、５で支持して内筒１を大型化した場合であっても、熱伸び量、撓み量の増加を従来と同様のレベルに抑制することができる。よって、内筒１の板厚を変更することなく、また、シール性を損なうことなく、すなわち、伝熱性能の低下を招くことなく、内筒１の大型化を実現することが可能になる。

そして、本実施形態の外熱式ロータリーキルンＡによれば、内筒１を一対の可動支持部４、５と固定支持部６で三点支持するように構成し、構造上、伝熱性能上の問題を解決して大型化を実現できることにより、被処理物の低カロリー物質を発熱量が大きい炭化物に改質する外熱式炭化炉などにおいて、被処理物の処理量を増大し、製造歩掛かりを高めることができ、石炭火力発電所などでの大規模利用のニーズに対応することが可能になる。

また、本実施形態の外熱式ロータリーキルンＡにおいては、可動支持部４、５と固定支持部６がベアリング構造５０によって内筒１を回転可能に支持していることにより、可動支持部４、５と固定支持部６によって、伝熱の影響を小さくし、確実に内筒１を軸線Ｏ１周りに回転可能に支持することが可能になる。

さらに、内筒１の内面で、固定支持部６が設けられた範囲に、内筒１の内部から外部への伝熱を抑制する断熱部４３が設けられていることにより、内筒１の外表面側の温度を低温で維持することが可能になる。これにより、伝熱の影響を受けずに確実に内筒１を固定支持部６で支持することが可能になる。

また、逆に、内筒１の軸線Ｏ１方向の中央部分を固定支持部６で支持するように構成した場合であっても、断熱部４３が設けられていることで、固定支持部６によって内筒１を支持する部分の内筒１内部が低温化することを最小限に抑えることができ、内筒１内部の被処理物の品質低下を抑えることが可能になる。また、固定支持部６によって内筒１を支持する部分の内筒１内部の低温化を抑えることにより、例えばタール分が凝縮することを防止でき、低温化に伴って不具合が発生することを確実に回避することができる。

また、断熱部４３が軸線Ｏ１方向の少なくとも一部に軸線Ｏ１方向に伸縮可能な伸縮部３０を有していることにより、内筒１の軸線Ｏ１方向両端側の可動支持部４、５によって熱伸びを吸収するとともに、断熱部４３の伸縮部３０によっても内筒１の熱伸びを吸収することができる。これにより、より確実且つ効果的に、内筒１の熱伸びを吸収することが可能になるとともに、内筒１に発生する撓み量を小さく抑えることが可能になる。

さらに、本実施形態の外熱式ロータリーキルンＡにおいては、内筒１が軸線Ｏ１方向に分離される二つの筒部材１０、１１で構成され、断熱部４３が各筒部材１０、１１に固定された少なくとも二つの断熱部材４１、４２により構成されている。これにより、内筒１の構造及び伝熱性能を両立可能な長さ２０〜３０ｍ程度、直径５ｍ程度の寸法の従来のロータリーキルンの内筒（筒部材１０、１１）を２基、直列に連結して、容易に且つ経済的に、内筒１を大型化して形成することができる。

また、本実施形態の外熱式ロータリーキルンＡにおいては、第１筒部材１０と第２筒部材１１の連結部４０の内部構造をコニカルにすることで、第２外郭部２０及び第４外郭部３５の内部に容易に断熱部材４１、４２を敷設することができ、連結部４０に固定支持部６を設けても内筒１内部での被処理物の品質低下を確実に最小限に抑制することが可能になる。また、このようなコニカル部１５、２８を備えた従来のロータリーキルンの内筒を筒部材１０、１１として連結して、容易に且つ経済的に内筒１の大型化を図ることが可能になる。

以上、本発明に係る加熱処理装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、加熱処理装置Ａが外熱式炭化炉であるものとして説明を行ったが、本発明にかかる加熱処理装置は、軸線Ｏ１周りに回転する筒体１を加熱することで、筒体１の内部の被処理物を加熱処理することが可能であれば、特に外熱式炭化炉に限定する必要はない。すなわち、この種の軸線Ｏ１周りに回転する筒体１を加熱することで、筒体１の内部の被処理物を加熱処理する装置であれば、本発明を適用可能であり、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

また、本実施形態のように加熱処理装置Ａが外熱式ロータリーキルンである場合において、本実施形態では、内筒（筒体）１を内包するように外筒２、３が設けられ、外筒２、３と内筒１の間に加熱ガスを流通させることにより、内筒１を加熱するものとしたが、例えば電熱線などの電気ヒーターによって内筒１を加熱するようにしてもよく、本発明にかかる筒体の加熱方法を本実施形態のように限定する必要はない。

さらに、本実施形態では、連結部４０（断熱部４３）が、第１筒本体部１２の他端から軸線Ｏ１方向外側に向かうに従い漸次その径が小となる第２コニカル部１５と、第２コニカル部１５から軸線Ｏ１方向外側に略一定の径で延びる第２小径部１６と、第１筒本体部１２と同径で形成され、第２コニカル部１５及び第２小径部１６を内包するように軸線Ｏ１方向外側に延設された円筒状の第２外郭部２０と、第２筒本体部２５の他端から軸線Ｏ１方向外側に向かうに従い漸次その径が小となる第４コニカル部２８と、第４コニカル部２８から軸線Ｏ１方向外側に延びる略円筒状の第４小径部２９と、第２筒本体部２５と同径で形成され、第４コニカル部２８を内包するように軸線Ｏ１方向外側に延設された円筒状の第４外郭部３５を備えて構成されているものとした。

これに対し、例えば、本実施形態における第２コニカル部１５と第２小径部１６と第４コニカル部２８と第４小径部２９を第１筒本体部１２や第２筒本体部２５と同径で形成し、第２外郭部２０と４外郭部３５を軸線方向外側に向かうに従い漸次拡径するように形成し、内部に断熱部材４１、４２を設け、固定支持部６が外側から第２外郭部２０と４外郭部３５を支持するように、連結部４０（断熱部４３）を構成してもよい。

１内筒（筒体）
１ａ入口
１ｂ出口
２第１外筒（外筒）
３第２外筒（外筒）
４可動支持部
５可動支持部
６固定支持部
７基台
１０第１筒部材（筒部材）
１１第２筒部材（筒部材）
１２第１筒本体部
１３第１コニカル部
１４第１小径部
１５第２コニカル部
１６第２小径部
１７第１外郭部
１８第１閉塞板部
１９断熱部材
２０第２外郭部
２１フランジ
２５第２筒本体部
２６第３コニカル部
２７第３小径部
２８第４コニカル部
２９第４小径部
３０伸縮部
３１接合フランジ
３２第３外郭部
３３第２閉塞板部
３４断熱部材
３５第４外郭部
３６フランジ
３７ネジボルト
４０連結部
４１断熱部材
４２断熱部材
４３断熱部
４５可動サポート
４６可動サポート
４７サポート本体
４８ヒンジ部
４９ヒンジ部
５０ベアリング構造
５１固定サポート
５２固定サポート
５３サポート本体
Ａ外熱式ロータリーキルン（加熱処理装置）
Ｌ内筒の長さ
Ｏ１軸線

Claims

軸線周りに回転する筒体を加熱することで、前記筒体の内部の被処理物を加熱処理する加熱処理装置であって、
前記筒体の軸線方向両端側にそれぞれ前記軸線方向に移動可能に設けられ、前記筒体を軸線周りに回転可能に支持する一対の可動支持部と、
前記一対の可動支持部の前記軸線方向の間に前記軸線方向に移動不能に設けられ、前記筒体を軸線周りに回転可能に支持する固定支持部とを備え、
前記筒体が前記一対の可動支持部と前記固定支持部とで三点のみ支持されており、
前記筒体の内面で、前記固定支持部が設けられた範囲には、前記筒体の内部から外部への伝熱を抑制する断熱部が設けられており、
前記断熱部は、前記軸線方向の少なくとも一部に前記軸線方向に伸縮可能な伸縮部を有していることを特徴とする加熱処理装置。
軸線周りに回転する筒体を加熱することで、前記筒体の内部の被処理物を加熱処理する加熱処理装置であって、
前記筒体の軸線方向両端側にそれぞれ前記軸線方向に移動可能に設けられ、前記筒体を軸線周りに回転可能に支持する一対の可動支持部と、
前記一対の可動支持部の前記軸線方向の間に前記軸線方向に移動不能に設けられ、前記筒体を軸線周りに回転可能に支持する固定支持部とを備え、
前記筒体が前記一対の可動支持部と前記固定支持部とで三点のみ支持されており、
前記筒体の内面で、前記固定支持部が設けられた範囲には、前記筒体の内部から外部への伝熱を抑制する断熱部が設けられており、
前記筒体は、前記軸線方向に分離される二つの筒部材で構成され、
前記断熱部は、各筒部材に固定された少なくとも二つの断熱部材により構成されていることを特徴とする加熱処理装置。
請求項１または請求項２に記載の加熱処理装置において、
前記可動支持部と前記固定支持部は、ベアリング構造によって前記筒体を回転可能に支持していることを特徴とする加熱処理装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の加熱処理装置において、
外熱式加熱炉であることを特徴とする加熱処理装置。