JP6544597B2 - Rotary kiln gasifier - Google Patents
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Description
本発明は処理物、例えばバイオマスをガス化処理するロータリーキルンに関する。
代表的な処理対象物にバイオマス、石炭、粉炭、熱可塑性樹脂類があげられるが、社会に一般的に存在する燃料比が小さい可燃性物質についても、水分を多く含むことなどにより発熱量の面から低質な可燃物質についても適用できる。
The present invention relates to a rotary kiln for gasifying treated products such as biomass .
Typical objects to be treated include biomass, coal, pulverized coal, and thermoplastic resins, but the combustible substance with a low fuel ratio generally existing in society also contains a large amount of water, etc. It is also applicable to low quality combustible substances.
従来、生成する物質の燃料比すなわち固定炭素の揮発分に対する比が大きい処理物、例えば代表的にはバイオマスがあり、それら処理物をガス化処理する形式として、
(1)シャフト炉内に部分燃焼用支燃ガスを上昇流または下降流で吹き込み、部分燃焼熱により、シャフト炉内の処理物を熱分解ガス化する形式があり、
(2)「特許文献2」廃棄物処理方法及び装置、
(1) There is a method in which the combustion gas for partial combustion is blown upflow or downflow into the shaft furnace, and the processed material in the shaft furnace is pyrolyzed and gasified by the heat of partial combustion,
(2) "patent document 2" waste disposal method and apparatus,
背景技術の(1)はシャフト炉内における通気の均一性が維持できず、スケールアップに限界があり、小型炉に限られ、経済的でない。またシャフト炉内でクラスター状の粗粒子の発生により、棚吊りを起こしやすく、運転が安定しない。(2)は間接加熱方式であるために、運転温度が低く、処理物熱量の生成ガス熱量への転換率が低い。また伝熱効率上、スケールアップ上の制約があり、経済的でない。ロータリーキルンは耐熱鋼板製であるので、寿命が短い。(3)はロータリーキルンが耐熱鋼板製であるために、運転温度が低く、生成する物質の燃料比すなわち固定炭素の揮発分に対する比が大きい処理物、例えばバイオマスのような処理物をガス化処理するために、高温運転が要求される形式には適合しない。 In the background art (1), the uniformity of ventilation in the shaft furnace can not be maintained, the scale-up is limited, and it is limited to small-sized furnaces and is not economical. In addition, the occurrence of cluster-like coarse particles in the shaft furnace makes it easy to cause shelf suspension, resulting in unstable operation. Since (2) is an indirect heating system, the operating temperature is low, and the conversion rate of the heat of the processed product to the heat of the generated gas is low. In addition, the heat transfer efficiency is not economical because of limitations in scale-up. The rotary kiln is made of heat-resistant steel plate, so its life is short. (3), because the rotary kiln is made of heat-resistant steel plate, it gasifies the treated material such as biomass, which has a low operating temperature and a large ratio of fuel to produced, that is, the ratio of fixed carbon to volatile matter In order to meet the requirements for high temperature operation.
請求項1記載の本発明によると、
処理物、例えばバイオマスをガス化処理するロータリーキルンの固気反応は、前段ゾーンの主反応が予熱乾燥、中段ゾーンの主反応が部分燃焼及びその発熱による熱分解、後段ゾーンの主反応が水性ガス反応及びシフト反応であり、各ゾーンは重複しつつ反応が進み、その固気反応効率を大きくする手段として、各ゾーンにレデューサー型短管パイプリフター9a、または中立型パイプリフター9b、または短管パイプリフター9cを設置する構成要素と、
及び、パイプリフター掻き込み部の処理物層厚を増加する手段として、逆螺旋型パイプリフター9dを逆螺旋で設置し、パイプリフター外部突出部により逆移送するか、またはパイプリフターの間隙に単一、若しくは複数の逆送シュート10を、処理物がパイプリフター掻き込み部の上流側へ逆送りされるように逆螺旋で設け、その逆送シュート10内部および外面の逆移送効果によって逆移送するか、またはロータリーキルン軸方向とパイプリフター軸方向がなす角度が、処理物の安息角以下で配置された横型パイプリフター9eによりパイプリフター開口20前面に処理物を掻き寄せることにより処理物層厚を増加する構成要素と、
及び、パイプリフター及び逆送シュートは外面の一部を、ロータリーキルンの内壁耐火物と連結せずに、ロータリーキルンの内壁耐火物に接触または埋め込み、その他の一部はロータリーキルン内部に突出するように設置し、その支持はロータリーキルン外殻の鋼構造に固定する構成要素により、掬い上げられた処理物のロータリーキルン内部への分散効率を高め、ロータリーキルン内での固気反応効率を大きくすることができる。
According to the invention as claimed in claim 1,
The solid-gas reaction of the rotary kiln for gasification of processed material, such as biomass , is preheating and drying in the main zone of the front zone, thermal decomposition by the main reaction in the middle zone and partial heat generation in its middle zone, and water gas reaction in the main zone of the rear zone. And shift reaction, in which each zone proceeds in duplicate, and as a means to increase its solid-gas reaction efficiency, reducer-type short pipe pipe lifter 9a or neutral type pipe lifter 9b or short pipe pipe lifter in each zone A component to install 9c,
And, as a means to increase the thickness of the processed material layer of the pipe lifter scraping portion , the reverse spiral type pipe lifter 9d is installed in reverse spiral and reversely transported by the pipe lifter external protrusion or single in the gap of the pipe lifter. Or, a plurality of reverse feed chutes 10 are provided in a reverse spiral so that the processed material is fed back to the upstream side of the pipe lifter scraping part, and are reversely transported by the reverse transfer effect of the reverse feed chute 10 inside and outside Or the angle between the rotary kiln axial direction and the pipe lifter axial direction increases the thickness of the treated material by scraping the treated material on the front face of the pipe lifter opening 20 by the horizontal pipe lifter 9e arranged at an angle of repose or less of the treated material. Components,
And, a pipe lifter and backhaul shoots a portion of the outer surface, are not connected with the inner wall refractory of the rotary kiln, in contact or embedded in the inner wall refractory of the rotary kiln, the part of the other installed so as to protrude inside the rotary kiln By supporting the steel structure of the rotary kiln shell, it is possible to increase the dispersion efficiency of the scooped treated material inside the rotary kiln and to increase the solid-gas reaction efficiency in the rotary kiln.
パイプリフター及び逆送シュート10は耐熱鋼製であり、その支持はロータリーキルン外殻19に固定しており、耐火物とは相互に反発力を及ぼさない。耐火物にはパイプリフターまたは逆送シュート10を半埋込するホールを設けるが、設置間隙にはクッションモルタルまたはウールブランケットを施工する。
従って、耐火物11は通常の高温ロータリーキルンの寿命と変わらない。
パイプリフターまたは逆送シュート10は耐熱上の使用限界で、寿命限度が決定され、例えば、SUS310SやハステロイC276では1000℃でも一定の強度を有し、実用上の使用限界は超高温である。しかも消耗品としての取り換えは容易で、設備全体の稼働率への悪影響は最小限に抑えられる。
The pipe lifter and the reverse feed chute 10 are made of heat-resistant steel, the support of which is fixed to the rotary kiln shell 19 and exerts no repulsive force with the refractory. The refractory is provided with a hole for partially embedding the pipe lifter or the reverse feed chute 10, but a cushion mortar or wool blanket is applied to the installation gap.
Thus, the refractory 11 is not different from the normal high temperature rotary kiln life.
The pipe lifter or the reverse feed chute 10 has a service limit in heat resistance, and the life limit is determined. For example, SUS310S or Hastelloy C276 has a certain strength even at 1000 ° C., and the practical use limit is ultra-high temperature. Moreover, replacement as consumables is easy, and the adverse effect on the operation rate of the entire equipment can be minimized.
請求項2記載の本発明によると、パイプリフターまたは逆送シュート10の回転軌跡円筒の内径に対して、ロータリーキルンの排出部内径が小さくなるように、堰を設け、その堰には、排出を抑制するように、逆送シュート10と同じ逆螺旋方向に傾斜した貫通路または開渠を設けている。このためロータリーキルンの排出端において、排出を阻害する堰により、未反応処理物は滞留し、請求項1記載のパイプリフターによるロータリーキルン炉内へのガス中固体分散、または逆送シュート10による逆移送により、処理物の未反応残渣を最小限にできる。堰に設けた貫通路または開渠はロータリーキルンが正回転の時は貫通路または開渠から処理残渣が排出されないが、運転停止時など、ロータリーキルン炉内の残留物を排出するときはロータリーキルンを逆回転すれば、炉内残留物を全て排出できる。 According to the invention of claim 2, wherein, with respect to the inner diameter of the rotational locus cylindrical pipe lifter or backhaul chute 10, so that the discharge portion the inner diameter of the rotary kiln is reduced, the weir is provided, on its weir, suppress the emission As in the case of the reverse feed chute 10, it is provided with a through passage or opening inclined in the same reverse spiral direction. For this reason, at the discharge end of the rotary kiln, the non-reacted product is retained by the soot which inhibits the discharge, and the pipe lifter disperses the solid in gas into the rotary kiln and the reverse transfer by the reverse feed chute 10. , The unreacted residue of the treated product can be minimized. Although the processing route is not discharged from the passage or opening when the rotary kiln rotates forward, the passage or opening provided in the weir reverse discharges the residue in the rotary kiln, for example, at the time of shutdown, etc. Then, all the furnace residue can be discharged.
請求項3記載の本発明によると、パイプリフターまたは逆送シュートに羽根21a、または21bを設け、掻き上げ能力の向上、または逆送能力の向上を図り、パイプリフターの設置数量を削減しても、ロータリーキルン内での固気反応効率を大きくできる。羽根21aはパイプリフター又は逆送シュートの外表面に設けられた掻き上げリフターであり、パイプリフター内部の掻き上げ量に付加して、掻き上げ量を増量している。羽根21bは螺旋管の外表面に螺旋管に沿って設けられた旋回羽根であり、螺旋羽根全高さを増して、逆送量を増量している。 According to the present invention as set forth in claim 3, even if the pipe lifter or the reverse feed chute is provided with the vanes 21a or 21b to improve the scraping ability or the reverse feed ability, the number of installed pipe lifters can be reduced. And increase the solid-gas reaction efficiency in the rotary kiln. The blades 21a are scraping lifters provided on the outer surface of the pipe lifter or the reverse feed chute, and are added to the scraping amount inside the pipe lifter to increase the scraping amount. The vanes 21b are swirling vanes provided on the outer surface of the helical tube along the helical tube, and the total height of the helical vanes is increased to increase the amount of reverse feed.
請求項4記載の本発明によると、ロータリーキルン出口に配置する2次均質炉15の下部沈降残渣の一部を空気遮断しつつ抜き出し、ロータリーキルン入口に配置する投入ホッパ1に循環し、未反応炭素のガス化率をさらに向上することができる。ロータリーキルン炉内は高効率なリフター効果により発塵環境にあり、未反応炭素は均質炉15に飛散し、粗粒子の一部は下部に沈降するが、その沈降残渣を外部に抜き出し、投入ホッパに戻せば、ガス化効率を高めることができる。 According to the present invention according to claim 4, a part of the lower sedimentation residue of the secondary homogenization furnace 15 disposed at the rotary kiln outlet is taken out with air blocking, and circulated to the feeding hopper 1 disposed at the rotary kiln inlet . The gasification rate can be further improved. The rotary kiln is in a dusting environment due to a highly efficient lifter effect, unreacted carbon is scattered to the homogenization furnace 15, and some of the coarse particles settle to the bottom, but the sedimentation residue is extracted to the outside and put into the input hopper. If it returns, gasification efficiency can be raised.
請求項5記載の本発明によると、ロータリーキルン炉内の固気反応用の熱源として、処理物の部分燃焼熱を用い、その燃焼用支燃ガスに過熱水蒸気に酸素を添加した、水蒸気と酸素を主成分にする混合ガスを用いる。
未反応核モデルに支配される固気反応は表層から反応が進み、余熱乾燥、部分燃焼及びその発熱による熱分解、水性ガス反応及びシフト反応と進むが、支燃ガスに窒素を含まなければ、熱精算上、反応はより速く進む。そして水蒸気分圧は水性ガス反応およびシフト反応を進める上で、温度条件とともに重要である。請求項1、2、3、または4記載の発明は支燃ガスの主成分を水蒸気と酸素にすることで、固体原料のガス化効率が増加するとともに、その発生ガス品位が向上する。なお酸素は空気から、通常はPSA酸素発生装置により容易に得ることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, steam and oxygen are obtained by adding oxygen to superheated steam to the combustion supporting gas using partial combustion heat of the treated material as a heat source for solid-gas reaction in the rotary kiln. Use a mixed gas as the main component.
Solid-gas reaction governed by the unreacted core model proceeds from the surface layer, and proceeds with residual heat drying, partial combustion and thermal decomposition due to its heat generation, water gas reaction and shift reaction, but if nitrogen is not contained in the supporting gas, The reaction proceeds faster due to heat balance. And the partial pressure of water vapor is important as well as the temperature conditions in promoting the water gas reaction and the shift reaction. According to the first, second, or third aspect of the present invention, the main components of the support gas are water vapor and oxygen, so that the gasification efficiency of the solid raw material is increased and the quality of the generated gas is improved. Oxygen can be easily obtained from air, usually by means of a PSA oxygen generator.
本発明により次のことが達成可能である。
(1) パイプリフターによるガス中固体分散が850℃〜1000℃の高温運転で可能である。
パイプリフターは、耐火物11へ取り付けアンカーを埋込まず、耐火物11とは連結せずに、耐火物ホールに自由に収めるのみで、その支持はロータリーキルン外殻19の鋼構造に固定するために、運転温度はパイプリフターの耐熱限界まで設定できる。
耐火物11は通常の耐熱設計で1000℃以上の設計が可能である。
(2) 高温運転により一体のロータリーキルン炉内で水性ガス反応及びシフト反応を急速に進めることができる。
水性ガス反応は一般的に800℃以上で発現し、高温になるほど反応速度は大きくなる。生成する物質の燃料比すなわち固定炭素の揮発分に対する比が大きい処理物である、例えばバイオマスなどにとって、固定炭素の可燃ガスへの転換は水性ガス反応に依存するため、高温運転のメリットは大きい。
(3) ガス中固体分散効果により、ガス化反応速度が大きい
未反応核モデルに支配される固気反応は表層から反応が進むため、表層の気体の換気は重要である。パイプリフターにより個体がガス中へ強制的に分散されるため、表層の気体は常に入れ換わり、固体の乾燥、熱分解ガス化、及び水性ガス反応にとって、反応が進む雰囲気条件を形成できる。
(4) ガス中固体分散効率が高い。
パイプリフターへの掻き込みゾーンの処理物層厚を、パイプリフター9dの逆螺旋配置または逆送シュート10による逆送効果、パイプリフター9eの掻き寄せ効果、またはロータリーキルン排出部に設ける堰による貯留効果により、大きくできる。その結果パイプリフターへの掻き込み量が増加し、処理物のガス中分散量を適正に計画できる。前記いずれの場合もパイプリフターまたは逆送リフターに羽根21a、21bを設ければ、さらにガス中固体分散効率が高めることができる。
(5) 固体原料のガス化効率が高く、発生ガス品位が優れる。
ロータリーキルン発生ガスの廃熱との熱交換により得られた過熱水蒸気に酸素を添加した、水蒸気と酸素を主成分にする混合ガスにより処理物を部分燃焼するために、固体原料のガス化効率が高く、発生ガスの発熱量が大きい。また水蒸気の分圧を大きくでき、水性ガス反応を促進できる。
一方処理物が乾燥品であるときは、酸素の替わりに空気を用いても、実用的に十分な発生ガスの発熱量が得られる。
The following can be achieved by the present invention.
(1) Solid dispersion in gas by a pipe lifter is possible at high temperature operation at 850 ° C to 1000 ° C.
The pipe lifter does not embed the mounting anchor in the refractory 11 and does not connect with the refractory 11, but only freely fits in the refractory hole, and its support is fixed to the steel structure of the rotary kiln shell 19 The operating temperature can be set up to the heat limit of the pipe lifter.
Refractory 11 can be designed at a temperature of 1000 ° C. or more by a conventional heat-resistant design.
(2) The high temperature operation can rapidly promote the water gas reaction and the shift reaction in an integrated rotary kiln.
The water gas reaction generally develops at 800 ° C. or higher, and the reaction temperature increases as the temperature rises. The advantage of high-temperature operation is great because the conversion of fixed carbon to combustible gas depends on the water gas reaction, for example for biomass, which is a processed product having a large fuel ratio of the produced substance, ie the ratio of fixed carbon to volatile matter.
(3) Gasification reaction rate is high due to the solid-in-gas dispersion effect
Ventilation of surface gases is important because solid-gas reactions governed by the unreacted core model proceed from the surface. Since the solid is forcibly dispersed in the gas by the pipe lifter, the gas on the surface layer is always replaced, and the atmosphere conditions in which the reaction proceeds can be formed for drying of the solid, pyrolysis gasification, and water gas reaction.
(4) Solid-in-gas dispersion efficiency is high.
The thickness of the processed material layer in the scraping zone to the pipe lifter is the reverse spiral arrangement of the pipe lifter 9d or the reverse feed effect by the reverse feed chute 10, the scraping effect of the pipe lifter 9e, or the storage effect by the weir provided in the rotary kiln discharge part Can be large. As a result, the amount of scraping into the pipe lifter increases, and the amount of dispersed material in the gas can be properly planned. In any of the above cases, if the pipe lifter or the reverse feed lifter is provided with the vanes 21a and 21b, the in-gas solid dispersion efficiency can be further enhanced.
(5) The gasification efficiency of the solid raw material is high, and the quality of generated gas is excellent.
The gasification efficiency of the solid material is high because the treated material is partially burned with the mixed gas consisting mainly of steam and oxygen, with oxygen added to the superheated steam obtained by heat exchange with the waste heat of the rotary kiln generating gas , The calorific value of the generated gas is large. Further, the partial pressure of water vapor can be increased, and the water gas reaction can be promoted.
On the other hand, when the treated product is a dried product, a practically sufficient calorific value of the generated gas can be obtained even if air is used instead of oxygen.
以下、本発明につき、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9を用いて詳細に説明する。
図1は本発明に係るロータリーキルンの全体図を示す断面図である。
図2は本発明に係るロータリーキルン内面展開図で、各種パイプリフターの配置例
を示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and 9.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall view of a rotary kiln according to the present invention.
FIG. 2 is an inner development view of a rotary kiln according to the present invention, showing an example of arrangement of various pipe lifters.
図1に示すように、
処理物は投入ホッパ1から2重シール弁2、投入シュート3を経由して、ロータリーキルン炉内と大気とのシールを維持しつつ、投入される。
投入された処理物は、前段の予熱乾燥帯で、予熱乾燥されるが、固気反応は未反応核モデルに支配されるため、固体表層では、局部的には熱分解反応が始まり、その結果発生する可燃性ガスが燃焼し、その燃焼熱が、余熱乾燥用に有効に用いられる。
固体の粒子径も反応速度に影響し、木質系の処理物は、チップ状に細断されることが重要である。中段では予熱乾燥がほぼ終了したのち、主反応は熱分解に移行する。予熱乾燥と同様に、熱分解反応は未反応核モデルに支配されるため、ガス中固体分散が重要である。
後段に至ると、固体中の揮発物質はほぼガス中へ移動しつくし、処理物の残渣は炭素が主体となる。炭素のガス化は水性ガス反応に依存するために、十分な水蒸気の存在下において、ガス中固体分散が重要である。ロータリーキルン炉内はパイプリフター効果により発塵環境であるため、2次均質炉へ炭素残渣が飛散し、未反応粗粒子は下部に沈降する。沈降残渣は固形燃料として有効利用できるが、ガス化原料としても貴重であり、一部を投入ホッパへ戻せば、施設全体のガス化効率を増加できる。
As shown in Figure 1,
The material to be treated is fed from the feeding hopper 1 through the double seal valve 2 and the feeding chute 3 while maintaining the seal between the inside of the rotary kiln and the atmosphere.
The treated material is preheated and dried in the preheating drying zone in the former stage, but the solid-gas reaction is governed by the unreacted core model, so the thermal decomposition reaction locally starts in the solid surface, and the result The combustible gas generated burns, and the heat of combustion is effectively used for residual heat drying.
The particle size of the solid also affects the reaction rate, and it is important that the wood-based material is shredded into chips. In the middle stage, the main reaction shifts to pyrolysis after the preheating drying is almost complete. As in the case of preheating and drying, since the thermal decomposition reaction is governed by the unreacted core model, solid-in-gas dispersion is important.
In the latter stage, the volatile substances in the solid are almost completely transferred into the gas, and the residue of the processed matter is mainly carbon. Because carbon gasification relies on a water gas reaction, solid-in-gas dispersion in the presence of sufficient water vapor is important. Since the inside of the rotary kiln is a dusting environment due to the pipe lifter effect, carbon residue is scattered to the secondary homogenization furnace, and unreacted coarse particles settle in the lower part. Sediment residue can be effectively used as solid fuel, but it is also valuable as a gasification raw material, and if part is returned to the input hopper, the gasification efficiency of the entire facility can be increased.
予熱乾燥帯では、図2に示すように、パイプリフター9aを適正に配置し、パイプリフターへの滑らかな掻き込み、パイプリフターからのブリッジ滞留の無い、滑らかな落下を達成できれば、固体をガス中へ効率的に分散できる。その結果、伝熱効率及び固体表層ガスの拡散により、反応速度は格段に大きくなる。
投入直後の処理物は内部摩擦抵抗が大きく、パイプリフター内での棚吊りが懸念されるため、図2、図4(a)、および図9(a)のような、レデューサー型短管パイプリフターの採用が推奨される。
In the preheating drying zone, as shown in FIG. 2, if the pipe lifter 9a is properly arranged, smooth scraping into the pipe lifter, and smooth drop without bridge retention from the pipe lifter can be achieved, the solid is in the gas. Can be efficiently distributed. As a result, due to the heat transfer efficiency and the diffusion of the solid surface gas, the reaction rate becomes much higher.
The processed material immediately after the introduction has a large internal friction resistance, and there is a concern about hanging the shelf in the pipe lifter, so a reducer type short pipe pipe lifter as shown in FIG. 2, FIG. 4 (a) and FIG. Adoption of is recommended.
熱分解反応はロータリーキルン内を中段に向かって、加速度的に進み、固体が所定の反応温度に達したのちに、ほぼ終了する。
この中段の主反応は熱分解反応と水性ガス反応であり、いずれもガス中への固体分散が重要である。
このため、図2に示すようにパイプリフター9bとパイプリフター9dを効果的に配置し、ガス中への固体分散効果を高めている。
すなわち、図4(b)に示すように、いずれも十分な掻き上げ容積を保有するとともに、パイプリフター9dは逆螺旋に設置することで、炉内処理物の逆送を可能とし、その結果、パイプリフター設置ゾーンの処理物層厚みを大きくできる。
これにより、パイプリフターに掬い込む容積効率を上げることができ、その結果、ガス中固体分散量を高めることができる。
The thermal decomposition reaction accelerates in the middle of the rotary kiln and accelerates, and is almost completed after the solid reaches a predetermined reaction temperature.
The main reactions in this middle stage are the thermal decomposition reaction and the water gas reaction, and in both cases, the dispersion of the solid in the gas is important.
For this reason, as shown in FIG. 2, the pipe lifter 9b and the pipe lifter 9d are effectively arranged to enhance the solid dispersion effect in the gas.
That is, as shown in FIG. 4 (b), while all have a sufficient scraping volume, the pipe lifter 9d can be installed in a reverse spiral to enable reverse feeding of the processed material in the furnace, and as a result, The thickness of the treated material layer in the pipe lifter installation zone can be increased.
As a result, the volumetric efficiency of getting into the pipe lifter can be increased, and as a result, the amount of dispersed solids in gas can be increased.
処理物は後段に進むとともに、主反応は水性ガス反応およびシフト反応となる。
同時に処理物中の揮発物質は殆ど無くなり、炭素残渣主体となる。
水性ガス反応はこの炭素主体の処理物をガス中に効率的に分散させることによりすすむ。
後段のパイプリフターは、図2に示すように、パイプリフター9b、パイプリフター9d、パイプリフター9cを適正に配置する。最終段のパイプリフター9cにはその間隙に、逆送シュート10を設け、逆送シュート10内外の逆送により、未反応炭素残渣の排出を極力防止している。
また同じ目的で、図1、図2、図3、図5(a)、図7、および図8に示すように、ロータリーキルン炉尻端には堰12を設け、未反応炭素残渣の排出を防止している。
As the processed material goes to the later stage, the main reaction is a water gas reaction and a shift reaction.
At the same time, volatile substances in the processed material are almost eliminated and carbon residue is mainly contained.
The water gas reaction proceeds by efficiently dispersing the carbon-based treated matter in the gas.
As shown in FIG. 2, the pipe lifter at the rear stage properly arranges the pipe lifter 9b, the pipe lifter 9d, and the pipe lifter 9c. In the pipe lifter 9c of the final stage, a reverse feed chute 10 is provided in the gap, and the reverse feed inside and outside the reverse feed chute 10 prevents the discharge of unreacted carbon residue as much as possible.
Also for the same purpose, as shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 5 (a), FIG. 7 and FIG. 8, a crucible 12 is provided at the end of the rotary kiln furnace to prevent discharge of unreacted carbon residue. doing.
処理物が微粒子になった以降のパイプリフターの他の形式には、図3、図5、図8、図9(c)に示すように、
パイプリフター9eをロータリーキルン軸方向へ設け、開口20をパイプリフター9eの側面に複数設ける。パイプリフター9eの壁面からの突出により、処理物が開口20前面へ掻き寄せられるために、効率的にパイプリフター内に掬い込むことができる。
この開口から掻き込まれた処理物は、パイプリフターの上昇、反転とともに、この開口を排出口として、ロータリーキルン炉内に排出され、ガス中固体分散を効率的に達成できる。
さらにこの掻き寄せ効果を増し、且つ掻き上げ量を増加する手段として、パイプリフター9eの外表面に羽根21aを設ける。
As shown in FIGS. 3, 5, 8 and 9 (c), there are other types of pipe lifters after the processed material becomes fine particles.
A pipe lifter 9e is provided in the rotary kiln axial direction, and a plurality of openings 20 are provided on the side of the pipe lifter 9e. The protrusion from the wall surface of the pipe lifter 9e allows the processed material to be scraped to the front of the opening 20, so that it can be efficiently penetrated into the pipe lifter.
The processed material scraped from the opening is discharged into the rotary kiln furnace with the opening as a discharge port as the pipe lifter rises and reverses, and the solid-in-gas dispersion can be efficiently achieved.
Furthermore, as a means to increase the scraping effect and to increase the scraping amount, a blade 21a is provided on the outer surface of the pipe lifter 9e.
本発明に係るロータリーキルンには図2、図3、図7、および図8に示すように、逆送機能を持たせているが、運転停止時には、炉内残留物の排出を妨げることになる。
このために、運転停止時はロータリーキルンを逆回転し、逆螺旋管が正螺旋回転することにより、パイプリフター内外の処理物は排出部に向かって、速やかに排出できる。
またロータリーキルン炉尻端の堰部分は、図6に示すような、傾斜した堰貫通路を設けることにより、正回転では、排出を抑制し、逆回転では、排出を進めることができる。
堰を溝状に傾斜して開渠を設けても同じ効果を望める。
The rotary kiln according to the present invention is provided with a reverse feed function as shown in FIGS. 2, 3, 7 and 8. However, at the time of operation shutdown, the discharge of in-furnace residue will be hindered.
For this reason, when the operation is stopped, the rotary kiln is reversely rotated, and the reverse spiral tube rotates forward, so that the processed material inside and outside the pipe lifter can be discharged promptly toward the discharge part.
Further, by providing an inclined weir through passage as shown in FIG. 6, the weir portion of the end of the rotary kiln furnace can suppress the discharge in forward rotation and can advance the discharge in reverse rotation.
The same effect can be expected even if the ridge is inclined to form a groove and the open ridge is provided.
図7はロータリーキルン内壁面に、最大限設置可能な数量のパイプリフターを配置した
例である。すなわちパイプリフターおよび逆送シュートの全設置数量は図2の配置では44個に対し、図7の配置では66個になる。
このように処理物の特性に応じて各種のパイプリフターの数量や組み合わせを選択できる。
FIG. 7 shows an example in which the maximum number of installable pipe lifters is disposed on the inner surface of the rotary kiln. That is, the total number of installed pipe lifters and reverse feed chutes is 44 in the arrangement of FIG. 2 and 66 in the arrangement of FIG.
Thus, the number and combination of various pipe lifters can be selected according to the characteristics of the processing object.
図8はパイプリフターの外表面に羽根21a、21bを付加した例である。羽根21aはロータリーキルン軸方向に設けた一般的なリフター羽根であり、この掻き上げ量がパイプリフター掻き上げ量に付加される。羽根21bは螺旋管に沿わせた羽根であり、螺旋管掻き高さを増やし、逆送量を増加し、ゾーンの処理層高が増え、掻き上げ効率を増加できる。
この配置ではパイプリフターの全設置数量は26個であり、羽根の追加により、パイプリフターの設置数量を削減できる。
FIG. 8 shows an example in which blades 21a and 21b are added to the outer surface of the pipe lifter. The vanes 21a are general lifter vanes provided in the rotary kiln axial direction, and the amount of scraping is added to the amount of scraping of the pipe lifter. The blade 21b is a blade along a spiral tube, which can increase the scraping height of the spiral tube, increase the reverse feed amount, increase the height of the treated layer in the zone, and increase the scraping efficiency.
In this arrangement, the total number of installed pipe lifters is 26, and the addition of vanes can reduce the number of installed pipe lifters.
以下、本発明の実施例を図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、および図9に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and 9.
図1、図2、図4、図6はバイオマスを原料として、可燃性ガスを発生させる目的で使用されたロータリーキルン式ガス化炉である。
原料は木質チップであり、ロータリーキルンの前段の主反応が予熱乾燥で、中段の主反応が熱分解、および水性ガス反応で、後段の主反応が水性ガス反応、およびシフト反応である。固体の反応は未反応核モデルに支配されるために、前段、中段、および後段が分離独立して主反応が変化していくのでなく、これら各段の主反応は、固体粒子径、固体表層温度、または表層のガス拡散などの条件の変動により、各段間で、重複しつつすすむ。
Fig. 1, Fig. 2, Fig. 4 and Fig. 6 are rotary kiln type gasifiers used for generating combustible gas with biomass as a raw material.
The raw material is wood chips, and the main reaction in the front stage of the rotary kiln is preheating and drying, the main reaction in the middle stage is thermal decomposition and water gas reaction, and the main reaction in the second stage is water gas reaction and shift reaction. Since the reaction of the solid is governed by the unreacted core model, the main reaction does not change independently in the former, middle and latter stages, and the main reaction in each stage is the solid particle size, the solid surface Due to fluctuations in conditions such as temperature or surface gas diffusion, overlapping occurs between stages.
前段部の処理物は木質チップ固有の内部摩擦抵抗が大きく、および粗粒主体の粒度構成であり、投入原料性状が残存している。前段に設けられたパイプリフターは図4aに示すようなレデューサー型短管パイプリフターを採用している。これは処理物をパイプリフター内への掻き込みやすさと上部へ持ち上げられた処理物がパイプリフター内に滞留することなく、滑らかに落下することを重視するためである。処理物は上部に持ち上げられた後に、ガス中に分散され、効率的に乾燥が進む。特に微粒子については表層の一部の処理物は乾燥予熱を終了し、揮発成分の熱分解ガス化が始まる。可燃性の熱分解ガスは部分燃焼支燃性ガスにより燃焼し、その燃焼熱により予熱乾燥を促進する。 The treated product in the former stage has a large internal friction resistance inherent to the wood chip, and has a grain size mainly composed of coarse particles, and the raw material properties remain. The pipe lifter provided at the front stage adopts a reducer type short pipe pipe lifter as shown in FIG. 4a. This is in order to emphasize the ease of scraping the processed product into the pipe lifter and the fact that the processed product lifted upward does not stay in the pipe lifter but falls smoothly. After being lifted to the top, the treatment is dispersed in the gas and drying proceeds efficiently. In particular, with respect to fine particles, part of the treated surface layer ends dry preheating, and thermal decomposition and gasification of volatile components starts. The combustible pyrolysis gas is burned by the partial combustion supporting gas, and the heat of combustion promotes preheating and drying.
中段に至り、処理物粒子温度は内部水分が蒸発し、消失する前後から、ガス温度に近づくように、昇温が進み、同時に熱分解が進む。熱分解の結果ガス中に存在する熱分解ガスは、水蒸気の存在下、さらに水性ガス反応により、高分子炭化水素の分解が進み、水素および一酸化炭素主体のガスに変換する。乾燥がほぼ終了した処理物は内部摩擦抵抗が小さくなり、また粒子同士の物理的衝突により、粒子径が小さくなり、流動性が上昇してくる。中段においてはパイプリフター9b、9dを設置し、掻き込み量を増量させる。また掻き込み効率を増加させるため逆螺旋設置したパイプリフター9dを用いて、処理物を逆送させ中段の処理物の層厚を増加させている。この結果パイプリフターの掻き込み量は格段に増加する。 In the middle stage, the temperature of the particles of the treated product is increased as it approaches the gas temperature from before and after the internal moisture evaporates and disappears, and simultaneously the thermal decomposition proceeds. The pyrolysis gas present in the gas as a result of the pyrolysis is further decomposed in the presence of water vapor by the water gas reaction, whereby the decomposition of the polymeric hydrocarbon proceeds and is converted to a hydrogen and carbon monoxide-based gas. In the processed product, the drying is almost completed, the internal friction resistance is reduced, and the particle diameter is reduced due to the physical collision between particles, and the fluidity is increased. In the middle stage, pipe lifters 9b and 9d are installed to increase the amount of scraping. Also, in order to increase the scraping efficiency, a pipe lifter 9d installed in a reverse spiral is used to reversely transfer the processed material and to increase the layer thickness of the middle-stage processed material. As a result, the amount of scraping of the pipe lifter is significantly increased.
後段に至り、残存固形カーボンはパイプリフター9b、9d、9cにより、上部に掻き上げられ、細粒になった固形カーボンは最終的に大部分ガス中の水蒸気により水性ガス反応によりガス化する。この過程でガス中分散量を増加する手段として、まずパイプリフター9dにより逆送し、ゾーンの層厚を増し、掻き込み効率を増加させる。またロータリーキルン炉尻に堰を設け、未反応炭素残渣を滞留させ、さらに逆送シュート10により処理物をパイプリフター9cの下流から上流に逆送し、処理物層高を増大させる。層厚が増したゾーンにおいて、パイプリフター9cにより掻き上げ、炉内にガス中分散させる。 At the second stage, the remaining solid carbon is scraped up by the pipe lifters 9b, 9d and 9c, and the finely divided solid carbon is finally gasified by the water vapor reaction mostly by the water vapor in the gas. As a means to increase the amount of dispersion in gas in this process, first, it is reversely sent by the pipe lifter 9d to increase the layer thickness of the zone and to increase the scraping efficiency. In addition, a crucible is provided at the bottom of the rotary kiln furnace, unreacted carbon residue is retained, and the treated material is fed backward from the downstream side of the pipe lifter 9c by the reverse feed chute 10 to increase the treated material bed height. In the zone where the layer thickness is increased, it is scraped up by the pipe lifter 9c and dispersed in the gas in the furnace.
このように前段、中段、後段において、炭素粒子を水性ガス反応により、ガス化することにより、炉尻から排出される炭素粒子を最小限にできる。
炉尻フード下部に沈降捕集される一部の未反応炭素残渣はそのまま廃棄、または燃料として設備全体システムの中で、一般的には燃焼空気の加熱用燃料として、または原料の乾燥用燃料として有効活用し設備の熱効率を向上させる。または上流に移送循環し、ロータリーキルンの原料に混合して再活用する。なお移送残渣が疑似素粒子化しているときは、粉砕工程を経由する。
以上の3方式がある。
発電量を重視するときは、炭素残渣の利用において、前記3番目の炭素残渣循環方式が望ましい。
また炉尻フード14で沈降せずに下流に飛散する一部の未反応炭素残渣は、炉尻フード空間およびそれに続く2次均質炉空間において水性ガス反応により、最終的にガス化する。
木質系バイオマスは比較的純粋な炭素質燃料であるために、炭素の熱利用効率により、施設全体の熱効率が決定する。
Thus, carbon particles discharged from the furnace bottom can be minimized by gasifying the carbon particles by the water gas reaction in the first, middle and second stages.
A part of the unreacted carbon residue collected and deposited in the lower part of the furnace hood is discarded as it is or as a fuel in the entire equipment system, generally as a heating fuel for combustion air or as a drying fuel for raw materials Improve the thermal efficiency of equipment by making effective use of it. Or transfer and circulate upstream, mix it with the materials of the rotary kiln and reuse it. In addition, when the transfer residue is pseudo-particulate, it goes through a grinding process.
There are the above three methods.
When importance is placed on the amount of power generation, it is desirable to use the third carbon residue circulation system in using carbon residues.
In addition, some unreacted carbon residues that fly off downstream without settling in the furnace end hood 14 are finally gasified by a water gas reaction in the furnace end hood space and the subsequent secondary homogenization furnace space.
Since wood-based biomass is a relatively pure carbonaceous fuel, the heat utilization efficiency of carbon determines the thermal efficiency of the entire facility.
図1、図3、図4、図5、および図6はバイオマスを原料として、可燃性ガスを発生させる目的で使用されたロータリーキルン式ガス化炉であり、実施例1に対して、後段のパイプリフターを変更した実施例である。 1, 3, 4, 5, and 6 show a rotary kiln type gasification furnace used for generating combustible gas from biomass as a raw material, and the pipe of the latter stage relative to Example 1 It is the Example which changed the lifter.
後段の最終段においては処理物が細粒化しており、軸方向に設けられ、一部のパイプリフターが炉内に突出したパイプリフター9eが有効である。
これは炉尻に設けられた堰12による処理物層厚の増およびパイプリフター9eの炉内突出部による処理物掻き寄せ効果により、パイプリフター9eの開口20に効率的に掻き込める。同時にロータリーキルン炉内に突出したパイプリフター9e自体による掻き上げが可能である。これら2つの効果により上部に掻き上げられた処理物はガス中に多量に分散される。
In the final stage of the latter stage, the processed material is fine-grained and provided in the axial direction, and a pipe lifter 9e in which some of the pipe lifters project into the furnace is effective.
This can be efficiently scraped into the opening 20 of the pipe lifter 9e due to the increase in the thickness of the treated substance by the crucible 12 provided at the bottom of the furnace and the scraping effect of the treated substance by the projecting portion in the furnace of the pipe lifter 9e. At the same time, the pipe lifter 9e protruding into the rotary kiln can be lifted by itself. Due to these two effects, the treatment scraped up at the top is dispersed in a large amount in the gas.
図1、図4、図6および図7はバイオマスを原料として、可燃性ガスを発生させる目的で使用されたロータリーキルン式ガス化炉であり、実施例1と比較するとパイプリフターを設置限界まで増設し、配置した実施例である。 Figures 1, 4, 6 and 7 show a rotary kiln type gasification furnace used to generate combustible gas from biomass as a raw material, and compared with Example 1, a pipe lifter was added to the installation limit It is the Example arrange | positioned.
処理物の性状は大きく変化するのが普通である。パイプリフターは適正に配置するが、処理物性状に応じてパイプリフターの設置数量は変更できる。
実施例1に比較すると前段のレデューサー型短管パイプリフター9aを2倍設置し、中段のパイプリフター9b、9dを約1.5倍に増設している。
このように処理物の性状により、パイプリフターを増減するとともに、個別のパイプリフター掻き上げ能力を調整する。
It is common for the properties of the treated material to change significantly. Although the pipe lifters are properly arranged, the number of installed pipe lifters can be changed according to the properties of the processed material.
Compared to the first embodiment, the reducer-type short tube pipe lifter 9a at the front stage is doubled, and the middle pipe lifters 9b and 9d are expanded by about 1.5 times.
Thus, depending on the properties of the processed material, the pipe lifter is increased or decreased and the individual pipe lifter lifting capability is adjusted.
図1、図8、および図9はバイオマスを原料として、可燃性ガスを発生させる目的で使用されたロータリーキルン式ガス化炉であり、実施例2とは、前段、中段および後段のパイプリフターを削減しつつ、しかし掻き上げ効果をさらに増加させるため、羽根21a、21bを付加した実施例である。 1, 8 and 9 show a rotary kiln type gasification furnace used for generating combustible gas from biomass as a raw material, and Example 2 reduces the front, middle and rear pipe lifters. However, in order to further increase the scraping effect, this embodiment is an embodiment in which the blades 21a and 21b are added.
実施例3は処理物性状に応じて、パイプリフターを増設したが、パイプリフターは金属製の消耗品であるため、極力削減することが望ましい。
そこで実施例4では、各パイプリフターに羽根21a、21bを付加し、掻き上げ量の増加、および逆送量の増加を図った。羽根21aは掻き上げリフターであり、その掻き上げられた分掻き上げ量が増加する。羽根21bで螺旋管の高さが増加し、その分逆送量は増加し、掻き上げ効率が向上する。
In the third embodiment, the pipe lifter is added according to the property of the processing object. However, since the pipe lifter is a metal consumable, it is desirable to reduce it as much as possible.
Therefore, in the fourth embodiment, the blades 21a and 21b are added to each pipe lifter to increase the amount of scraping and the amount of reverse feeding. The blade 21a is a scraping lifter, and the scraped scraping amount increases. The height of the spiral tube is increased by the blade 21b, and the amount of reverse feed is increased by that amount, and the scraping efficiency is improved.
本特許発明は特に以下の要求に応えることができる。
(1) 炉内で乾燥、熱分解、水性ガス反応、シフト反応等の一連の処理が一体のロータリーキルンで完結することが要求される。
(2) 炉内雰囲気が高温で、前記各処理工程が高効率で行え、原料の可燃ガス転換率が高く、可燃ガスによる熱回収効率や発電効率が高いことが要求される。
(3) ロータリーキルンがコンパクトで、安価であることが要求される。
(4) 消耗部品の取り換えが短時間で容易に行えることが要求される。
以上の要求は
バイオマスガス化発電装置に使用されるガス化ロータリーキルンの他には、金属精錬用前処理に使用されるロータリーキルン式焙焼炉、乾留、または炭化に使用されるロータリーキルン等に通常要求される。
The patented invention can, in particular, meet the following requirements.
(1) It is required that a series of processes such as drying, thermal decomposition, water gas reaction, shift reaction, etc. be completed in a single rotary kiln in a furnace.
(2) It is required that the atmosphere in the furnace is high temperature, each processing step can be performed with high efficiency, the conversion rate of the combustible gas of the raw material is high, and the heat recovery efficiency and the power generation efficiency by the combustible gas are high.
(3) The rotary kiln is required to be compact and inexpensive.
(4) It is required to easily replace consumable parts in a short time.
The above requirements are usually required for rotary kilns used for pretreatment for metal refining, rotary kilns used for dry distillation, carbonization, etc., in addition to the gasification rotary kiln used for biomass gasification power generation equipment. Ru.
1…投入ホッパ 2…2重シール弁
3…投入シュート 4…炉前フード
5a、5b…回転体シール装置 6…ロータリーキルン
7a、7b…タイヤ 8…駆動ギヤーカバー
9a、9b、9c、9d、9e…パイプリフター 10…逆送シュート
11…耐火物 12…堰
13…堰貫通路 14…炉尻フード
15…2次均質炉 16…支燃ガス吹込み管
17…固定ボルト 18…断熱材
19…ロータリーキルン外殻 20…開口
21a、21b…羽根
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... input hopper 2 ... double seal valve 3 ... input chute 4 ... furnace front hood 5a, 5b ... rotary body seal device 6 ... rotary kiln 7a, 7b ... tire 8 ... drive gear cover 9a, 9b, 9c, 9d, 9e ... Pipe lifter 10 ... Reverse feed chute 11 ... Refractory 12 ... 堰 13 ... Perforating passage 14 ... Furnace butt hood 15 ... Secondary homogenization furnace 16 ... Supporting gas injection tube 17 ... Fixed bolt 18 ... Thermal insulation 19 ... Rotary kiln outside Shell 20 ... opening 21a, 21b ... feather
Claims (5)
及び、パイプリフター掻き込み部の処理物層厚を増加する手段として、逆螺旋型パイプリフター9dを逆螺旋で設置し、パイプリフター外部突出部により逆移送するか、またはパイプリフターの間隙に単一、若しくは複数の逆送シュート10を、処理物がパイプリフター掻き込み部の上流側へ逆送りされるように逆螺旋で設け、その逆送シュート10内部および外面の逆移送効果によって逆移送するか、またはロータリーキルン軸方向とパイプリフター軸方向がなす角度が、処理物の安息角以下で配置された横型パイプリフター9eによりパイプリフター開口20前面に処理物を掻き寄せることにより処理物層厚を増加する構成要素と、
及び、パイプリフター及び逆送シュートは外面の一部を、ロータリーキルンの内壁耐火物と連結せずに、ロータリーキルンの内壁耐火物に接触または埋め込み、その他の一部はロータリーキルン内部に突出するように設置し、その支持はロータリーキルン外殻の鋼構造に固定する構成要素により、掬い上げられた処理物のロータリーキルン内部への分散効率を高め、ロータリーキルン内での固気反応効率を大きくすることを特徴とするロータリーキルン式ガス化炉。 The solid-gas reaction of the rotary kiln for gasification of processed material, such as biomass , is preheating and drying in the main zone of the front zone, thermal decomposition by the main reaction in the middle zone and partial heat generation in its middle zone, and water gas reaction And shift reaction, in which each zone proceeds in duplicate, and as a means to increase its solid-gas reaction efficiency, reducer-type short pipe pipe lifter 9a or neutral type pipe lifter 9b or short pipe pipe lifter in each zone A component to install 9c,
And, as a means to increase the thickness of the processed material layer of the pipe lifter scraping portion , the reverse spiral type pipe lifter 9d is installed in reverse spiral and reversely transported by the pipe lifter external protrusion or single in the gap of the pipe lifter. Or, a plurality of reverse feed chutes 10 are provided in a reverse spiral so that the processed material is fed back to the upstream side of the pipe lifter scraping part, and are reversely transported by the reverse transfer effect of the reverse feed chute 10 inside and outside Or the angle between the rotary kiln axial direction and the pipe lifter axial direction increases the thickness of the treated material by scraping the treated material on the front face of the pipe lifter opening 20 by the horizontal pipe lifter 9e arranged at an angle of repose or less of the treated material. Components,
And, a pipe lifter and backhaul shoots a portion of the outer surface, are not connected with the inner wall refractory of the rotary kiln, in contact or embedded in the inner wall refractory of the rotary kiln, the part of the other installed so as to protrude inside the rotary kiln The rotary kiln characterized in that its support is fixed to the steel structure of the rotary kiln shell to increase the dispersion efficiency of the scooped processed material inside the rotary kiln and to increase the solid-gas reaction efficiency in the rotary kiln. Gasifier.
As the heat source for solid-gas reaction in the rotary kiln, partial combustion heat of the treated material was used, and oxygen was added to the combustion support gas for the superheated steam obtained by heat exchange with waste heat of rotary kiln generated gas. 5. The rotary kiln gasification furnace according to claim 1, wherein a mixed gas containing water vapor and oxygen as main components is used.
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