JP6660346B2

JP6660346B2 - 炭化装置

Info

Publication number: JP6660346B2
Application number: JP2017120452A
Authority: JP
Inventors: 吉田　茂; 茂吉田
Original assignee: 吉田　茂; 茂吉田
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2037-06-20
Also published as: JP2019006842A

Description

本発明は、耐熱鋼製のロータリーキルン式の炭化装置に関するものである。

従来、ロータリーキルン式の乾留用炭化装置はバーナーを有しており、バーナーの熱によって内部の被処理物を炭化させる構造になっている。
炭化させる際に発生する乾留ガスは黒い煙でありタール分等を含み臭気もあるので、乾留ガスを空気と混合し、それを燃焼することで黒色の煙の発生を抑えている。

一般的には、キルンの側面に乾留ガス排出ノズルを設けた炭化炉内に空気を送り込み、乾留ガスをバーナーで燃焼させてその熱でキルン内部の被処理物を炭化させているような構造のものが多い（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１１２５５号公報

しかしながら、乾留ガスを燃焼させる部屋を別に設けることで設置面積が大きくなるので、装置全体が大きく重いものとなり、その分製造費用も嵩んでしまう。
また、環境性やランニングコストの点から、乾留ガスを燃焼させて発生する排気ガスの熱を有効に利用して、熱効率を上げる必要もある。

そこで、本発明の目的とするところは、軽量かつ製造費用が安価で、しかも熱効率が高い炭化装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の炭化装置は、有機物が含まれた被処理物（２７）を炭化させる炭化装置であって、後部に前記被処理物（２７）を投入する投入口（４４）が設けられるとともに前部に前記被処理物（２７）を排出する排出口（４３）が設けられ、前記後部の高さが前記前部の高さよりも高くなるように傾けて配置されて、前記被処理物（２７）に対して熱処理を施して乾留ガスを発生させる円筒状の第一筒（１）と、前記第一筒（１）と同軸で前記第一筒（１）よりも径が大きく、前記第一筒（１）に外挿されるとともに前記第一筒（１）に対し固定された第二筒（２）と、前記第二筒（２）と同軸で前記第二筒（２）よりも径が大きく、前記第二筒（２）に外挿されるとともに前記第二筒（２）に対し固定された第三筒（３）と、前記第一筒（１）と前記第三筒（３）とを連通し前記第一筒（１）で発生した前記乾留ガスを一端側から前記第三筒（３）に供給する乾留ガスパイプ（１１）と、前記第三筒（３）の前記一端側に設けられ前記乾留ガスパイプ（１１）から供給された前記乾留ガスを前記第三筒（３）内で燃焼させる第一バーナー（４７）と、前記第二筒（２）と前記第三筒（３）とを他端側で連通させる再燃加熱フード（６）と、前記第三筒（３）の円筒軸を回転軸として前記第三筒（３）を回転可能な回転手段（１２，１３，１６）と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の炭化装置は、前記再燃加熱フード（６）に設けられ前記乾留ガスの未燃焼分を前記第二筒（２）内で燃焼させる第二バーナー（４７）を備えることを特徴とする。

また、請求項３に記載の炭化装置は、前記再燃加熱フード（６）に設けられ外気を取り込む第二ファン（４８Ｂ）を備えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の炭化装置は、前記第二筒（２）の内部のガスを前記一端側から吸引する排気ファン（２０）を設けたことを特徴とする。

ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。

本発明の請求項１に記載の炭化装置によれば、第一筒、第二筒、第三筒を設け、乾留ガスを第三筒内で燃焼させ、しかも第二筒と第三筒を連通させたので、炭化装置全体がコンパクトになり、軽量である。よって、製造費用も安価となる。
つまり、乾留ガスを燃焼させるための部位を炭化装置の本体とは別途設けなくて済むので、コンパクトで軽量である。
また、乾留ガスを燃焼させた高温の排気ガスを第二筒に通して被処理物に熱処理を行うので、高温の排気ガスが無駄にならず、熱効率が非常に高い。

また、請求項２に記載の炭化装置によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加え、再燃加熱フードに設けられ乾留ガスの未燃焼分を第二筒内で燃焼させる第二バーナーを備えるので、被処理物の熱処理に用いる熱量を確保することができる。
また、その乾留ガスの未燃焼分を燃焼させるための部位を別途設けなくて済むので、さらにコンパクトで軽量である。
さらに、乾留ガスに未燃焼分があるとそれがべたついて汚れの原因となるが、未燃焼分を燃焼させるのでその心配もない。

また、請求項３に記載の炭化装置によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用効果に加え、再燃加熱フードに設けられ外気を取り込む第二ファンを備えるので、第二筒内の温度が上がり過ぎた場合には下げることができる。

また、請求項４に記載の炭化装置によれば、請求項１乃至３に記載の発明の作用効果に加え、第二筒の内部のガスを一端側から吸引する排気ファンを設けたので、第三筒内は一端側から他端側へ、第二筒内は他端側から一端側へ、という気体の流れができる。

なお、本発明の炭化装置のように、第一筒、第二筒、第三筒を設けて三重管構造とする点は、上述した特許文献１には全く記載されていない。

本発明の実施形態に係る炭化装置を示す側面断面図である。図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。図１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。図１のＣ−Ｃ線拡大断面図である。図１のＤ−Ｄ線拡大断面図である。

図１乃至図５を参照して、本発明の実施形態に係る炭化装置を説明する。
この炭化装置は、有機物が含まれた被処理物２７を炭化させる装置であって、主に、第一筒１と、第二筒２と、第三筒３と、第一バーナー４７と、第二バーナー４７と、回転手段と、を備える。
そして、特に三重管構造となっていることを特徴とする。

第一筒１は、耐熱鋼製の円筒であり、後部に被処理物２７を投入する投入口４４が設けられるとともに前部に被処理物２７を排出する排出口４３が設けられる。投入口４４にはスクリューフィーダー８が挿通されている。
第一筒１の後部の高さが前部の高さよりも少し高くなるように傾けて配置されており、被処理物２７に対して内部で熱処理を施して乾留ガスを発生させる。
つまり、この第一筒１が炭化室となる。
なお、図１は作図を簡単にする為、第一筒１を水平に配置した図となっており、現実には水平据え付け面２９が水平である。

排出口４３にはロータリーバルブ９を設けた排出フード７を取り付けている。第一筒１と排出フード７との間にはパッキン２６を設けている。
排出口４３の後方には再燃加熱フード６を取付け、再燃加熱フード６の前後にはそれぞれパッキン２６が取り付けられている。
この再燃加熱フード６を介して、第二筒２の前端と第三筒３の前端とが連通している。
また、被処理物２７が炭化するときに灰２８や乾留ガスの不燃分である粉が発生するが、その灰２８等が再燃加熱フード６の下部に滞留する。

第二筒２は、耐熱鋼製の円筒であり、第一筒１と同軸で第一筒１よりも径が大きく、第一筒１よりも全長が短い。そして、第一筒１に外挿されるとともに第一筒１に対し連結具３９を介して固定されている。
第一筒１の前端及び後端ともに第二筒２から突出しており、段差を形成している。その前方の段差部分である第二筒２の前端を覆うように再燃加熱フード６が設けられるとともに、後方の段差部分である第二筒２の後端を覆うように排気ガスフード４が設けられている。
排気ガスフード４からダクト２２、コントロールダンパー２４、排気ファン２０を介して、煙突２１によって排気できるように、それぞれ取り付けられている。

第三筒３は、耐熱鋼製の円筒であり、第二筒２と同軸で第二筒２よりも径が大きく、第二筒２よりも全長が短い。第二筒２に外挿されるとともに第二筒２に対し連結具３９を介して固定されている。つまり、径が小さいものから順に第一筒１、第二筒２、第三筒３によって三重管構造となっている。
第三筒３の前端の位置は第二筒２の前端の位置と一致しており、再燃加熱フード６を介して第二筒２と第三筒３とが連通している。
一方、第三筒３の後端の位置は第二筒２の後端の位置よりも前方にあることで段差が形成されており、その段差部分を覆うように燃焼フード５が形成されている。
燃焼フード５の下部にも灰２８が溜まるようにした。

再燃加熱フード６や燃焼フード５の下部外側には蓋４５が設けられており、本実施形態に係る炭化装置の操業を止めたときに、再燃加熱フード６や燃焼フード５に溜まった灰２８等を取り出すときにその蓋４５が開けられる。
操業時には蓋４５は閉められて、中に空気が入らないようにしている。

また、各パッキンから乾留ガスや二次燃焼ガスが漏れないように、再燃加熱フード６に設けた圧力測定口３６から圧力検出パイプを介して圧力調整計２３にてコントロールダンパー４９を制御する。これにより、再燃加熱フード６の内圧を調整する。

そして、第一筒１内で発生する乾留ガスを第三筒３に送る乾留ガスパイプ１１を、第二筒２を貫通するとともに第一筒１と第三筒３とを連通するように設けた。
乾留ガスパイプ１１の第一筒１側端部は第一筒１の円筒軸の位置と略等しく、乾留ガスパイプ１１は二つ、互いに１８０・ずれた位置に配置されている。
また、第二筒２、第三筒３、再燃加熱フード６内の温度を測定できるように温度センサー３０，３１をそれぞれ取り付けている。詳しくは、図５に示すように銅バー３２を絶縁碍子３３で電気絶縁して同心円取付けする。
加えて、第三筒３の外面にセラミックファイバー４１を取付け、保温する。

第一バーナー４７は、燃焼フード５に第一ファン４８とともに設けられている。
第一ファン４８から送られた空気と乾留ガスとが混合された気体に対し、第一バーナー４７にて引火される。

第二バーナー４７は、再燃加熱フード６に第二ファン４８とともに設けられている。
第三筒３を通過した乾留ガスには未燃焼分があり、この気体と第二ファン４８から送られた空気とが混合された気体に対し、第二バーナー４７で引火される。

回転手段は、タイヤ１６と、回転スプロケット１３と、減速機１２等を備える。
第三筒３の外面に装着したセラミックファイバー４１の外面に、複数個のサポート１９を介してタイヤ１６を二個設け、そのタイヤ１６のうち後方のタイヤ１６の近くに回転スプロケット１３を設置する。
そして、減速機１２の動力を駆動スプロケット１４、ローラーチェーン１５を介して回転スプロケット１３に伝えることで、第三筒３の円筒軸を回転軸として第三筒３が回転可能となる。ここで、第三筒３と第二筒２、第二筒２と第一筒１は、それぞれ連結具３９によって連結されているので、第一筒１、第二筒２、第三筒３は共に回転する。

以上のように構成された炭化装置における気体の流れについて説明する。
排気ファン２０で排気ガスフード４内の気体を吸引することによって、これらの気体の流れはが生じる。
前提として、第三筒３（第一筒１，第二筒２）を回転させつつ、投入口４４及び排出口４３のロータリーバルブ９を回転させながらスクリューフィーダー８にて被処理物２７を連続投入する。

まず、第一筒１内の乾留ガスが第三筒３内に送られ、乾留ガスは第三筒３に入るとすぐに、第一ファン４８によって燃焼フード５に取り込まれた外気と混合される。
その混合気体は第一バーナー４７にて引火され、その気体は燃焼しながら第三筒３の中を通過する。つまり、第三筒３が燃焼室である。
そして、第三筒３内の温度が８００℃程度になるように第一バーナー４７の出力を調節する。

次に、第三筒３を通過した気体は再燃加熱フード６を介して第二筒２の前方から後方に向かって流れる。
その気体に対し、第二ファン４８によって再燃加熱フード６に取り込まれた外気が混合され、第二バーナー４７によって引火される。
よって、気体は再燃焼しながら第二筒２の中を通過する。つまり、第二筒２は再燃加熱室である。
このとき、再燃加熱フード６内の温度が６５０〜７５０℃になるように第二バーナー４７の出力を調整する。

気体が第二筒２内を通過するときに第一筒１内の被処理物２７を間接加熱して乾留する。そのときに気体は被処理物２７に多くの熱量を奪われ、排気ガスフード４に到達するときには３００〜４００℃程度まで下がっている。
最後に、煙突２１を介して気体が外気中に放出される。

このように構成された炭化装置によれば、第一筒１、第二筒２、第三筒３を設け、乾留ガスを第三筒３内で燃焼させ、しかも第二筒２と第三筒３を連通させたので、炭化装置全体がコンパクトになり、軽量である。よって、製造費用も安価となる。
つまり、乾留ガスを燃焼させるための部位（燃焼室）を炭化装置の本体とは別途設けなくて済むので、コンパクトで軽量である。

また、乾留ガスを燃焼させた高温の排気ガスを第二筒２に通して被処理物２７に熱処理を行うので、高温の排気ガスが無駄にならず、熱効率が非常に高い。

また、再燃加熱フード６に設けられ乾留ガスの未燃焼分を第二筒２内で燃焼させる第二バーナー４７を備えるので、被処理物２７の熱処理に用いる熱量を確保することができる。
また、その乾留ガスの未燃焼分を燃焼させるための部位（二次燃焼室）を別途設けなくて済むので、さらにコンパクトで軽量である。

このようにコンパクトで軽量であるので、制御盤、電気配線、配管など普通現地で行う必要がある諸工事を炭化装置の製造工場内で行い、駆動テストなども全て製造工場内で済ませて、トラックやトレーラーで現地輸送が出来るので、工期も短く、ひいてはコストを安く出来る。

さらに、乾留ガスに未燃焼分があるとそれがべたついて汚れの原因となるが、未燃焼分を燃焼させるのでその心配もない。
また、第二筒２の内部のガスを後方から吸引する排気ファン２０を設けたので、第三筒３内は後方から前方へ、第二筒２内は前方から後方へ、という気体の流れができる。

また、灰２８の大半を再加熱フードの下部に集中滞留させられるので灰２８の掃除が簡単である。

なお、本実施形態において、第二バーナー４７を設けたがこれに限られるものではなく、また被処理物２７によって乾留温度が異なるので、その温度が低い場合には第二バーナー４７を使用することなく第二ファン４８を作動させて外気を取り込み第三筒３内の温度を下げてもよい。

また、炭化装置の後部を前部よりも高くなるように配置したことによる気体の流れの効率の都合上、本実施形態のような気体の流れを作ったが本実施形態と気体の流れを前後逆転させてもよい。つまり、第一筒１の前部から第三筒３の前部に気体を送った後に、第三筒の後部から第二筒の後部、そして第二筒の前部に送るように、機械的構成を前後逆転させてもよい。

１第一筒
２第二筒
３第三筒
４排気ガスフード
５燃焼フード
６再燃加熱フード
７排出フード
８スクリューフィーダー
９ロータリーバルブ
１０架台
１１乾留ガスパイプ
１２減速機
１３回転スプロケット
１４駆動スプロケット
１５ローラーチェーン
１６タイヤ
１７ローラー
１８ローラー
１９サポート
２０排気ファン
２１煙突
２２ダクト
２３圧力調整計
２４コントロールダンパー
２５グランドパッキン
２６パッキン
２７被処理物
２８灰
２９水平据え付け面
３０温度センサー
３１温度センサー
３２銅バー
３３絶縁碍子
３４鋼板
３５耐火キャスタブル
３６圧力測定口
３７圧力感知パイプ
３８信号用電線
３９連結具
４０耐熱鋼板
４１セラミックファイバー
４２バーナー口
４３排出口
４４投入口
４５蓋
４６マンホール
４７バーナー
４８ファン
４８Ａ第一ファン
４８Ｂ第二ファン
４９ダンパー
５０ウエイト
５１サポート
５２シャフト
５３チェーン
５４カーボンブラシ
５５ストッパーローラー

Claims

有機物が含まれた被処理物を炭化させる炭化装置であって、
後部に前記被処理物を投入する投入口が設けられるとともに前部に前記被処理物を排出する排出口が設けられ、前記後部の高さが前記前部の高さよりも高くなるように傾けて配置されて、前記被処理物に対して熱処理を施して乾留ガスを発生させる円筒状の第一筒と、
前記第一筒と同軸で前記第一筒よりも径が大きく、前記第一筒に外挿されるとともに前記第一筒に対し固定された第二筒と、
前記第二筒と同軸で前記第二筒よりも径が大きく、前記第二筒に外挿されるとともに前記第二筒に対し固定された第三筒と、
前記第一筒と前記第三筒とを連通し前記第一筒で発生した前記乾留ガスを一端側から前記第三筒に供給する乾留ガスパイプと、
前記第三筒の前記一端側に設けられ前記乾留ガスパイプから供給された前記乾留ガスを前記第三筒内で燃焼させる第一バーナーと、
前記第二筒と前記第三筒とを他端側で連通させる再燃加熱フードと、
前記第三筒の円筒軸を回転軸として前記第三筒を回転可能な回転手段と、を備えることを特徴とする炭化装置。
前記再燃加熱フードに設けられ前記乾留ガスの未燃焼分を前記第二筒内で燃焼させる第二バーナーを備えることを特徴とする請求項１に記載の炭化装置。
前記再燃加熱フードに設けられ外気を取り込む第二ファンを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭化装置。
前記第二筒の内部のガスを前記一端側から吸引する排気ファンを設けたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の炭化装置。