JP6081303B2

JP6081303B2 - 間接加熱型キルン式熱分解炉

Info

Publication number: JP6081303B2
Application number: JP2013142891A
Authority: JP
Inventors: 勝記井手; 秀臣滝澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: JP2015014446A

Description

本発明の実施形態は、間接加熱型キルン式熱分解炉に関する。

下水汚泥や木質バイオマスは、例えば、燃料、金属精錬の還元剤、緑農地、脱水助剤、及び脱臭剤などの幅広い用途での再利用が考えられる。特に、下水汚泥の炭化物は、石炭と混焼してボイラを焚いて蒸気をつくり、その蒸気でタービンを駆動して発電する技術に利用可能であり、すでにいくつかのプラントが建設され、汚泥燃料化事業が展開されている。また、木質バイオマスについても炭素純度が９０％以上で高発熱量の炭化物が得られ、新たな利用方法が研究開発されている。

下水汚泥の燃料化、発電燃料として利用可能な炭化物の製造には、炭化炉として、間接加熱型キルン式の熱分解炉が用いられる。

汚泥燃料化システムでは、脱水された下水汚泥が、熱分解炉に投入され、炭化物と熱分解ガスに分解される。炭化物は、燃料や金属精錬の還元剤や緑農地や脱水助剤、脱臭剤などに幅広く利用される。一方、熱分解ガスは、燃焼させて高温ガスを発生させ、熱分解炉の加熱源として利用することができる。さらに、廃熱を利用してボイラを焚いて蒸気を発生させ、その蒸気でタービンを駆動して発電するなどの汚泥燃料化システムが建設されている。熱分解炉は、間接加熱型キルン式の構造が一般的に利用され、加熱温度は４００℃から８００℃と幅広く設定されている。

この汚泥燃料化システムでは、熱分解ガスを燃焼させて高温ガスを得て、高温ガスを循環させて熱分解炉の過熱源として利用していることから、従来より、高温ガス中に含まれる物質が熱分解炉の回転円筒の外表面に付着して、その付着堆積物が熱の伝わりを阻害し、汚泥の熱分解性能が低下するという問題があった。付着堆積物は、機器を停止して冷却したのちに、定期的にはつり作業で取り除いていたが、一度冷えた堆積物は硬くなることから、除去作業には多くの時間と費用が掛かっていた。

特開平６−３４７１７１号公報特開２００８−２１５７２３号公報

本発明の実施形態によれば、回転円筒の外表面の付着物を、間接加熱型回転キルン式熱分解炉の運転中に容易に除去し、付着物による汚泥の熱分解性能の低下を防止することができる。

実施形態によれば、被処理物を回転しながら加熱処理し、前記被処理物の排出側にかけて下り傾斜に設置された回転円筒、
前記回転円筒の外周に設けられた外壁、
一端が前記外壁に固定された可撓性を有する一対の吊り部材、
前記外壁に設けられ、該吊り部材の一端を長さ調節可能に固定する留め具、及び
前記吊り部材の他端に設けられ、長手軸が前記回転円筒の外表面に回転軸に平行な状態で接触するように設置された棒状の掻き取り具を具備することを特徴とする間接加熱型キルン式熱分解炉が提供される。

実施形態に係る間接加熱型回転キルン式熱分解炉の構造説明図である。図１のＡ−Ａ断面図である。実施形態に使用されるＬ字鋼を表す斜視図である。実施形態に使用される半筒形の鋼を表す斜視図である。実施形態に使用される角鋼を表す斜視図である。実施形態に使用される平鋼を表す斜視図である。

実施形態に係る間接加熱型キルン式熱分解炉は、被処理物を回転しながら加熱処理し、該被処理物の排出側にかけて下り傾斜に設置された回転円筒と、回転円筒の外周に設けられた外壁とを有する。

外壁の内表面側には一対の吊り部材を介して棒状の掻き取り具が設置されている。

一対の吊り部材は可撓性を有し、一端が外壁に固定され、他端は棒状の掻き取り具に取り付けられている。

吊り部材は外壁に設けられた留め具を用いて長さ調節可能に固定されている。

棒状の掻き取り具は、その長手軸が、回転円筒の回転軸に平行な状態で回転円筒の外表面に接触するように設置されている。

実施形態によれば、棒状の掻き取り具を回転円筒の外表面に設置することにより、付着物を冷却させることなく、掻き取り、除去もしくは成長を防止することができる。

また、一対の吊り部材の長さ調整を行うことにより、棒状の掻き取り具を回転円筒の下り傾斜に合わせて傾斜させ、掻き取り具の長手軸が回転円筒の外表面に回転軸に平行な状態で接触するように設置することができる。これにより、効率よく付着物を除去し得る。

さらに、吊り部材は可撓性を有するため、棒状の掻き取り具を回転円筒の外表面に適度な力で接触させることができる。これにより、回転円筒の摩耗を最小限に抑えながら付着物を除去し得る。

実施形態によれば、汚泥燃料化システムにおいて、間接加熱型回転キルン式熱分解炉の回転円筒の外表面に付着物が堆積して熱の伝わりを阻害し、汚泥の熱分解性能が低下する問題を解決できる。また、機器を停止して冷却したのちの付着物の除去作業も必要なくなり保守費用の削減が可能となり、さらには稼働率も大幅に向上できる。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施形態に係る間接加熱型回転キルン式熱分解炉の構造の一例の構成を図１および図２を用いて説明する。

図１は、実施形態に係る間接加熱型回転キルン式熱分解炉の構造の一例を概略的に表す図を示す。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図を示す。

図１に示すように、間接加熱型回転キルン式熱分解炉１０２において、回転円筒１１は、支持ローラ１２，１３で回転自由に支持されている。

回転円筒１１の入口側には、駆動装置１４が設置され、駆動装置１４は駆動モータ１５とチェーン１７で構成されている。さらに、回転円筒１１の入口端部には、投入装置１８が設けられ、投入装置１８は、投入スクリュー１９と投入スクリューを駆動する駆動モータ２０及び受入ホッパ２１で構成されている。

さらに、回転円筒１１の出口を覆うように出口フード２２が取り付いている。

回転円筒１１には、回転シール２３，２４が取り付き、回転円筒１１内部への空気浸入を遮断している。回転円筒１１を覆うように外壁２５が設けられ、回転円筒１１と外壁２５との間に熱風室２６が設けられている。

回転円筒１１の外表面には、掻き取り部品２７が取り付いている。掻き取り部品２７は、掻き取り棒２８とチェーン２９と位置調整部品としての留め具３０で構成されている。留め具３０は、例えばネジ座３１とネジ３２で構成されている。

次に、実施形態に係る間接加熱型回転キルン式熱分解炉の作用について説明する。

図１において、回転円筒１１は支持ローラ１２，１３で回転自由に支持され、駆動モータ１５とチェーン１７の構成で回転円筒１１を回転させることができる。そして、駆動モータ１５に供給する電源は、例えばインバータ盤を用い、モータの回転方向を正転逆転に切り替えること、回転速度の変更などが可能である。

回転円筒１１を覆うように熱風室２６が設けてあり、熱風供給ノズル３３より熱風を供給し、熱風排気ノズル３４より熱風の排気が可能にしている。

回転円筒１１の入口端部には投入装置１８が設けられ、駆動モータの供給電源にインバータを用いることによって自由に回転速度を制御可能で、例えば受入ホッパ２１内の汚泥の貯留高さが一定となるように制御して汚泥を投入できる。回転円筒１１は、水平に対して角度α＝１／１００程度の下り傾斜に設置されているので、回転（回転方向３８）することによって内部の処理物は炭化されると同時に出口側に移動できる。出口側には出口フード２２が設けられ、炭化物３６と熱分解ガス３７が分けられてつぎの工程に送られる。

熱分解ガス３７は、燃焼炉にて燃焼空気を送りながら燃焼する。燃焼されたガスの大部分はガスラインを通して熱交換器に送られた後、ガス洗浄例えば脱硝及び脱硫工程を経て外気へ放出される。また、燃焼されたガスのうち、送り込まれた燃焼空気の分量に相当する部分は、分岐されたガスラインを通して約９００℃の過熱源として熱風供給ノズル３３より熱風室２６に導入し、熱分解炉における汚泥処理に使用した後、熱交換器に送られるガスラインに合流させる。

このように、熱風室２６に送られる燃焼されたガスは汚泥中に含まれる硫黄、リン、カリウム、及び低融点金属などに由来する微量物質と汚泥炭化物の粉塵を含んでおり、この物質が回転円筒１１の外表面で冷却され付着物となる。

回転円筒１１の外表面には、掻き取り部品２７が取り付けられ、外表面に付着した付着物を常に掻き落として、付着が成長することを防止することができる。

掻き取り部品２７は、掻き取り棒２８とチェーン２９と留め具３０で構成されているので、掻き取り棒２８と回転円筒１１は軽度に接触させることができ、回転円筒の磨耗を低減させている。また、掻き取り部品２７は一本の長い棒ではなく、複数本に分割して取り付けているので、回転円筒１１の外表面と掻き取り棒２８とが隙間なく容易に取り付けることが可能である。掻き取り棒２８としてはＳＵＳ３１０ＳからなるＬ字鋼を使用し、同じくＳＵＳ３１０Ｓからなる回転円筒１１の外表面にＬ字鋼の長手側の２辺１１０，１１１が当接するように配置することができる。掻き取り棒２８としては、例えば２ｍの長さで約５０ｋｇの重さを有するものを使用することができる。これらの掻き取り棒２８を例えば外径２ｍ、長さ１２ｍの回転円筒の外周に設けられた、外径３ｍ、長さ１３ｍの外壁に例えば７本取り付けることができる。

また、図２において、掻き取り棒２８は、回転円筒１１の最頂部から回転方向Ｂの下流に向かって回転円筒１１の円周長の八分の一距離の円周上に設けられている。

この時、掻き取り棒２８と回転円筒１１の外表面との接する部分と、回転軸の中心とを結ぶ線が水平と成す角度をθとする。

外壁と掻き取り具の接する面において、掻き取り具の垂直荷重は、水平からの角度θ＝９０度で最大、θ＝０度で最少となる。垂直荷重が大きいほど摩擦力は増し、付着物は除去されるが、力が強いため外壁の傷みは進む傾向がある。これに対して、垂直荷重が小さい場合には付着物が十分除去されない傾向がある。また垂直荷重が大きいとチェーンに揺れが生じやすく、十分に接触しないうえに擦過による傷みが生じる傾向がある。

八分の一距離ではθ＝４５度となり、上記のトレードオフ関係にある、付着物除去率向上と外壁の耐久性向上のバランスが最適となる。

複数の掻き取り棒２８を有している場合はそれぞれ位置をずらす必要があり、また精度の点からもθ＝４０度〜５０度となるよう、掻き取り棒２８を取り付ければ、同様の効果が得られる。

従って、双方の作用効果を最適とするには、掻き取り具を中間であるθ＝４５度に設置することが望ましい。

棒状の掻き取り具として、例えば、図３に示すＬ字鋼１０３、図４に示す半筒形の鋼１０４、図５に示す角鋼１０５、及び図６に示す平鋼１０６などがあげられる。図４に示す半筒形の鋼１０４は例えばその２辺１１２，１１３が回転円筒１１外表面に当接するように配置することができる。材質は間接加熱型回転キルン式熱分解炉に送られる熱風の温度で十分な耐熱性があるもの、かつ回転円筒と接触した際に互いに摩耗しにくいものが選択され、回転円筒と同じ材質のものを用いることができる。

吊り部材としては、間接加熱型回転キルン式熱分解炉に送られる熱風の温度で十分な耐熱性があり、可撓性を有するもの、金属例えばステンレス製のチェーンなどを使用することができる。

図１及び図２では、下水汚泥燃料化システムに使用される間接加熱型回転キルン式熱分解炉を一例に説明したが、実施形態にかかる間接加熱型回転キルン式熱分解炉は下水汚泥の炭化のみならず、鶏糞や木質バイオマスや建設廃材や廃タイヤや各種の廃棄物の熱分解処理に用いられ、その熱分解炉で回転円筒の外表面に付着物が堆積するという問題を解決できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…回転円筒、２５…外壁、２６…熱風室、２７…掻き取り部品、２８…掻き取り棒、２９…チェーン、３０…留め具、３３…熱風給気、３４…熱風排気、３５…下水汚泥、３６…炭化物、３７…熱分解ガス

Claims

被処理物を回転しながら加熱処理し、前記被処理物の排出側にかけて下り傾斜に設置された回転円筒、
前記回転円筒の外周に設けられた外壁、
一端が前記外壁に固定された可撓性を有する一対の吊り部材、
前記外壁に設けられ、前記吊り部材の一端を長さ調節可能に固定する留め具、及び
前記吊り部材の他端に設けられ、長手軸が前記回転円筒の外表面に回転軸に平行な状態で接触するように設置された棒状の掻き取り具を具備することを特徴とする間接加熱型キルン式熱分解炉。
前記一対の吊り部材で前記外壁に固定された前記棒状の掻き取り具を複数含むことを特徴とする請求項１に記載の間接加熱型キルン式熱分解炉。
前記棒状の掻き取り具はＬ字鋼であることを特徴とする請求項１または２に記載の間接加熱型キルン式熱分解炉。
前記掻き取り具は、前記回転円筒の最頂部から回転方向に向かって前記回転円筒の円周長の８分の１距離の円周上に設けられる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の間接加熱型キルン式熱分解炉。