JP6839995B2 - ロータリーキルン - Google Patents

Description

本発明は、間接加熱方式のロータリーキルンに関する。

従来から、セメントの焼成炉や廃棄物の焼却炉等として用いられるロータリーキルンが知られている。特許文献１及び特許文献２では、ロータリーキルンの一例が示されている。

特許文献１に記載されたロータリーキルンは、横置き筒状を呈する外筒と、外筒内に同心に配置され外筒に対して回転する内筒とを備えている。外筒と内筒との間には熱風が供給されており、被処理物が内筒内を炉長方向に移動するうちに、被処理物が熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解される。

特許文献２に記載されたロータリーキルンは、一体的に回転する内筒及び外筒を備えている。このロータリーキルンでは、内筒の内部が炉長方向に延びる仕切り板によって扇形の複数の熱分解室に分けられている。そして、内筒と外筒の間、及び、仕切り板同士の間に熱風が通され、被処理物が熱分解室を炉長方向に移動するうちに、被処理物が熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解される。

特許文献１及び特許文献２に記載されたロータリーキルンは、被処理物と熱風とが直接的には接触しない間接加熱方式である。

ロータリーキルンでは、炉から排出した熱分解ガスを燃焼させて高温ガスを得て、この高温ガスをロータリーキルンの熱源として循環利用するように構成されているものがある。このようなロータリーキルンにおいて、高温ガスに同伴する浮遊物（飛灰など）が外筒の内壁や内筒の外壁に付着して、その付着堆積物が伝熱効率を低下させ、炉の熱分解性能を低下させるという問題がある。この問題に対し、特許文献１では、外筒の内壁から吊部材を介して棒状の掻き取り具を吊り下げて、この掻き取り具を回転する内筒の外壁に接触させて、内筒の外壁に付着した付着物を掻き取ることが提案されている。

特開２０１５−１４４４６号公報 特開２００１−３１１５８３号公報

しかし、上記特許文献１の構成は、外筒が固定され且つ内筒が回転する、所謂、内筒回転型のロータリーキルンにしか適用することができない。ロータリーキルンでは、特許文献１のように内筒回転型のほか、特許文献２のように外筒と内筒が一体的に回転する内外筒回転型のものが知られている。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、内筒回転型及び内外筒回転型に拘わらず間接加熱方式のロータリーキルンに適用可能な、熱風通路を形成している壁の付着物を除去し、且つ、熱風に付随する浮遊物の付着を防止する機構を提案することにある。

本発明の一態様に係るロータリーキルンは、
炉長方向に延びる外筒と、
前記外筒内に設けられ、内部に前記炉長方向に延びる被処理物の熱分解室が形成された少なくとも１つの内筒と、
前記外筒及び前記内筒のうち少なくとも前記内筒を回転させる回転装置と、
前記外筒内に供給された熱風が前記内筒を加熱しながら通過する、前記炉長方向に延びる熱風通路と、
前記熱風通路に設けられ、前記炉長方向に延び、且つ、前記熱風通路を形成している壁の表面を拘束されずに転動する、少なくとも１つの転動体と、を備えることを特徴としている。

上記ロータリーキルンにおいて、前記熱風通路が、前記外筒の内壁と前記内筒の外壁とによって形成されていてよい。

また、上記ロータリーキルンにおいて、前記内筒が、前記外筒内に同心状に設けられ且つ前記炉長方向に延びる筒体と、円周方向に複数の熱分解室が形成されるように前記筒体の中心から放射方向へ延びる二重の伝熱壁とを有し、前記熱風通路が、前記二重の伝熱壁の間に形成されていてよい。

上記ロータリーキルンでは、内筒、又は、外筒及び内筒の回転に伴い、熱風通路に設けられた転動体が、熱風通路を形成している壁の表面を拘束されずに転動する。その際、転動体が熱風通路を形成している壁の表面と接触することにより、壁の付着物が剥がれ、また、熱風に同伴する浮遊物が壁に付着しにくくなる。

また、上記のように転動体によって実現される熱風通路の壁の付着物を除去する機構は、内筒回転型及び内外筒回転型に拘わらず間接加熱方式のロータリーキルンに適用可能である。

また、上記ロータリーキルンにおいて、前記転動体が、複数のブラシユニットが前記炉長方向に連設されて成り、前記ブラシユニットが、端部に他のブラシユニットとの接続部が設けられた軸と、前記軸の周囲に設けられたブラシ毛とから成るものであってよい。

これにより、ブラシユニットを順次接続しながら、熱風通路に転動体を通すことができる。よって、既設のロータリーキルンに転動体を付加して、熱風通路を形成している壁の付着物除去機能を備えることが容易となる。

本発明によれば、内筒回転型及び内外筒回転型に拘わらず間接加熱方式のロータリーキルンに適用可能な、熱風通路を形成している壁の付着物を除去し、且つ、熱風に付随する浮遊物の付着を防止する機構を提案することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るロータリーキルンの概要を示す断面図である。 図２は、図１に示すロータリーキルンの炉長方向と直交する方向の断面図である。 図３は、転動体の構成を示す図である。 図４は、回転する内筒及び外筒の様子を示す炉長方向と直交する方向の断面図である。 図５（ａ）は変形例１に係る転動体の炉長方向と直交する方向の断面図、図５（ｂ）は変形例１に係る転動体を炉長方向から見た図である。 図６（ａ）は変形例２に係る転動体の炉長方向と直交する方向の断面図、図６（ｂ）は変形例２に係る転動体を炉長方向から見た図である。 図７は、変形例３に係る転動体を炉長方向と直交する方向の見た図である。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係るロータリーキルン１の概要を示す断面図、図２は図１に示すロータリーキルン１の炉長方向１０と直交する方向の断面図である。図１及び図２に示すように、ロータリーキルン１は、炉長方向１０に延びる外筒３と、外筒３内に設けられた内筒４と、外筒３と内筒４とを一体的に回転させる回転装置５と、被処理物９０を内筒４内に形成された熱分解室４０へ供給する供給装置６とを備えている。

外筒３は、炉長方向１０に延びる筒体であって、炉長方向１０の一端側（被処理物９０の流れの下流側）は第１支持筒３６に回転継手を介して回動可能に支持されており、炉長方向１０の他端側（被処理物９０の流れの上流側）は第２支持筒３７に回転継手を介して回動可能に支持されている。第１支持筒３６には、外筒３の内部と連通された熱風入口３１が設けられている。熱風入口３１は、熱分解ガスの燃焼炉（図示略）と接続されており、熱風入口３１を通じて外筒３へ当該燃焼炉から高温ガス（熱風）が供給される。また、第２支持筒３７には、外筒３の内部と連通された熱風出口３２が設けられている。

外筒３の外周には、回転装置５の一要素であるタイヤ５１が巻かれている。図２に示すように、回転装置５は、タイヤ５１と、タイヤ５１と接触し且つ支持する支持ローラ５２と、支持ローラ５２を回転駆動する駆動装置５３とを備えている。本実施形態において、駆動装置５３は、モータ（図示略）と、モータによって回転駆動される駆動プーリ５３１と、支持ローラ５２に設けられたプーリ５３２と駆動プーリ５３１との間に巻きかけられた伝動チェーン５３３とで構成されている。駆動装置５３の動作により支持ローラ５２が回転すると、支持ローラ５２とタイヤ５１との摩擦により、タイヤ５１が巻かれた外筒３が回転する。

外筒３内には、内筒４が設けられている。内筒４は、外筒３と同心状に配置され、炉長方向１０に延びる筒体４１を備えている。外筒３と内筒４の中心は、図１では概ね水平に表されているが、実際は被処理物９０の流れの上流から下流へ向かって水平から僅かな勾配で下方に傾斜している。外筒３と内筒４との間には、熱風が通過する熱風通路３３が形成されている。

筒体４１は、外筒３との間に設けられた連結部材（図示略）によって、外筒３に固定されている。よって、筒体４１（内筒４）は、外筒３と一体的に回転する。

筒体４１内には、被処理物９０の流れの上流側から順に、滞留部４２、分配部４３、及び熱分解部４４が設けられている。

熱分解部４４は、特に図２に示すように、筒体４１の中心から放射方向に延びる二重の伝熱壁４５が設けられている。伝熱壁４５は、熱分解部４４に亘って炉長方向１０に延びている。それらの伝熱壁４５によって、熱分解部４４には、円周方向に複数の熱分解室４０が形成されている。各熱分解室４０は、炉長方向１０と直交する断面が扇形であって、熱分解部４４に亘って炉長方向１０に延びている。二重の伝熱壁４５の間は、外筒３内に供給された熱風が通過する熱風通路４６となっている。本実施形態では、炉長方向１０と直交する断面において、筒体４１内において十字形状の熱風通路４６が形成されるように二重の伝熱壁４５が配置され、それらの伝熱壁４５によって円周方向に４つの熱分解室４０が形成されている。熱分解部４４においては、筒体４１が、熱風通路３３を通過する熱風の熱を熱分解室４０の被処理物９０へ伝達する壁を形成し、二重の伝熱壁４５が、熱風通路４６を通過する熱風の熱を熱分解室４０の被処理物９０へ伝達する壁を形成している。

分配部４３には、筒体４１と一体的に回転するスクリュー羽根が設けられている。このスクリュー羽根によって、滞留部４２に供給された被処理物９０が分配部４３を通過するうちに熱分解部４４の各熱分解室４０へ分配される。

内筒４の筒体４１の炉長方向１０の一方の端部（被処理物９０の流れの上流側端部）には、筒体４１よりも小径の供給管２１が接続されている。供給管２１の回転中心部には、供給装置６の一要素であるスクリューフィーダ６１が挿入されている。供給装置６は、ホッパ６２と、スクリューフィーダ６１とにより構成されており、ホッパ６２内の被処理物９０をスクリューフィーダ６１によって内筒４の滞留部４２へ送り出す。

また、内筒４の筒体４１の炉長方向１０の他方の端部（被処理物９０の流れの下流側端部）には、筒体４１よりも小径の排出管２２が接続されている。排出管２２の端部（被処理物９０の流れの下流側端部）は、分配室２３と連通されている。分配室２３を形成している分配管２４には、熱分解ガスを排出する熱分解ガス排出口２４１と、熱分解残渣を排出する熱分解残渣排出口２４２とが設けられている。

上記構成のロータリーキルン１では、ホッパ６２に投入された被処理物９０がスクリューフィーダ６１によって送り出されて、内筒４の滞留部４２へ供給される。滞留部４２に供給された被処理物９０は、分配部４３を通じて熱分解部４４に導入される。一方、熱風入口３１から導入された熱風は、熱風通路３３及び熱風通路４６を通じて熱風出口３２から排出される。熱風は、熱風通路３３及び熱風通路４６を通過するうちに、熱分解室４０内の被処理物９０を間接的に加熱する。これにより、被処理物９０は熱分解室４０を通過するうちに熱分解ガスと熱分解残渣とに熱分解され、熱分解ガスは分配管２４の熱分解ガス排出口２４１から排出され、熱分解残渣は分配管２４の熱分解残渣排出口２４２から排出される。

排出された熱分解ガスは、図示されない燃焼炉で燃焼されて高温ガスとなり、熱風入口３１へ供給され、熱風として利用される。従って、ロータリーキルン１に導通される熱風には、高温ガスに含まれる飛灰などの浮遊物が同伴している。それらの浮遊物が熱風通路３３，４６を形成している壁に付着すると、伝熱効率を低下させるおそれがあるため、熱風通路３３，４６を形成している壁の付着物を除去する必要がある。そこで、本実施形態に係るロータリーキルン１では、熱風通路３３，４６内に、熱風通路３３，４６を形成している壁を転がる転動体７１，７２が設けられている。転動体７１，７２は、熱風通路３３，４６を形成している壁を転がることで、壁に付着している付着物を除去し、また、壁に浮遊物が付着することを防止する。

図３は、転動体７１の構成を示す図である。図３に示すように、転動体７１は、複数のブラシユニット７Ｕが炉長方向１０に連設されて成る、長尺部材である。各ブラシユニット７Ｕは、軸体７５と、軸体７５の周囲に設けられたブラシ毛７６とから成る。軸体７５の端部には、他のブラシユニット７Ｕの軸体７５と接続するための接続部７５１，７５２が設けられている。接続部７５１，７５２は、例えば、雄螺子と雌螺子の組み合わせであってよい。転動体７１，７２は、実質的に同一又は類似の構成を有しており、転動体７２の構成についての詳細な説明は省略する。

一方の転動体７１は、外筒３の内壁と内筒４の筒体４１の外壁との間に形成された熱風通路３３に非拘束状態で設けられており、支持筒３６，３７に支持される炉長方向１０の両端部を除いて、外筒３の炉長方向１０の長さに亘って設けられている。

図４は、回転する内筒４及び外筒３の様子を示す炉長方向１０と直交する方向の断面図である。図２及び図４に示すように、外筒３と内筒４とが一体的に回転すると、拘束されていない転動体７１は、炉長方向１０と直交する断面において環状の熱風通路３３の底部に重力により留まる。また、外筒３の内壁と転動体７１との摩擦により、転動体７１は外筒３の内壁を転がって、外筒３の内壁に作用する。

更に、本実施形態では、転動体７１の柔軟な外周部分（即ち、ブラシ毛７６の先端部）が内筒４の筒体４１の外壁にも接触することにより、転動体７１は内筒４の外壁にも作用する。このように、転動体７１が内筒４の外壁に接触することにより、内筒４の外壁の付着物が剥がれ、また、熱風に同伴する浮遊物が内筒４の外壁に付着しにくくなる。

上記のように、熱風通路３３を形成している壁の付着物は、転動体７１の作用により壁から剥がされて、剥がれた付着物は、熱風に伴って熱風出口３２から排出される。

もう一方の転動体７２は、内筒４の内部に伝熱壁４５によって形成された炉長方向１０と直交方向の断面が十字形状の熱風通路４６に非拘束状態で設けられており、内筒４の熱分解部４４の炉長方向１０の長さに亘って設けられている。

外筒３と内筒４とが一体的に回転すると、拘束されていない転動体７２は、重力によって熱風通路４６内を移動し、熱風通路４６を形成している伝熱壁４５の表面上を転がる。伝熱壁４５の表面の付着物は、接触した転動体７２の作用により伝熱壁４５から剥がされて、剥がれた付着物は、熱風に伴って熱風出口３２から排出される。

以上に説明したように、本実施形態のロータリーキルン１は、炉長方向１０に延びる外筒３と、外筒３内に設けられ、内部に炉長方向１０に延びる被処理物９０の熱分解室４０が形成された少なくとも１つの内筒４と、外筒３及び内筒４を回転させる回転装置５と、外筒３内に供給された熱風が内筒４を加熱しながら通過する、炉長方向１０に延びる熱風通路３３，４６とを備えている。そして、上記ロータリーキルン１は、熱風通路３３，４６に設けられ、炉長方向１０に延び、且つ、熱風通路３３，４６を形成している壁の表面を拘束されずに転動する、少なくとも１つの転動体７１，７２を備えることを特徴としている。

本実施形態において、一つの熱風通路３３は、外筒３の内壁と内筒４の外壁とによって形成されていている。なお、本実施形態において、熱風通路３３には１つの転動体７１が設けられているが、熱風通路３３に複数の転動体７１が設けられていてもよい。

また、本実施形態において、別の一つの熱風通路４６は、内筒４の内部に設けられた二重の伝熱壁４５の間に形成されている。なお、本実施形態に係る内筒４は、外筒３内に同心状に設けられ且つ炉長方向１０に延びる筒体４１と、円周方向に複数の熱分解室４０が形成されるように筒体４１の中心から放射方向へ延びる二重の伝熱壁４５とを有している。また、本実施形態において、熱風通路４６には１つの転動体７２が設けられているが、熱風通路４６に複数の転動体７２が設けられていてもよい。

上記構成のロータリーキルン１では、外筒３及び内筒４の回転に伴い、熱風通路３３，４６に設けられた転動体７１，７２が、熱風通路３３，４６を形成している壁の表面を拘束されずに転動する。その際、転動体７１，７２が熱風通路３３，４６を形成している壁の表面と接触することにより、壁の付着物が剥がれ、また、熱風に同伴する浮遊物が壁に付着しにくくなる。

また、本実施形態のロータリーキルン１では、転動体７１，７２は、複数のブラシユニット７Ｕが炉長方向１０に連設されて成り、各ブラシユニット７Ｕが、端部に他のブラシユニット７Ｕとの接続部７５１，７５２が設けられた軸体７５と、軸体７５の周囲に設けられたブラシ毛７６とから成る。

これにより、ブラシユニット７Ｕを順次接続しながら、熱風通路３３，４６に転動体７１，７２を通すことができる。よって、既設のロータリーキルン１に転動体７１，７２を付加して、熱風通路３３，４６を形成している壁の付着物除去機能を備えることが容易となる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。

例えば、上記実施形態に係るロータリーキルン１は、転動体７１及び転動体７２を備えているが、転動体７１及び転動体７２のうち一方を備えていてもよい。

また、例えば、本実施形態に係るロータリーキルン１では、内筒４の内部が円周方向に分割されて複数の熱分解室４０が設けられているが、非分割型の内筒４を備えたロータリーキルンに本発明が適用されてもよい。この場合、外筒３と内筒４との間に形成された熱風通路３３に少なくとも１つの転動体７１が設けられることとなる。

また、例えば、本実施形態に係るロータリーキルン１は、外筒３内に１つの内筒４が設けられたものであるが、外筒３内に複数の内筒４が設けられたロータリーキルンに本発明が適用されてもよい。この場合、外筒３と複数の内筒４との間に形成された熱風通路３３に少なくとも１つの転動体７１が設けられることとなる。

また、上記実施形態に係るロータリーキルン１は、外筒３と内筒４とが一体的に回転する内外筒回転型であるが、固定された外筒３に対し内筒４が回転する内筒回転型のロータリーキルンに本発明が適用されてもよい。この場合、内筒回転型のロータリーキルンは、内筒４に接続された供給管２１及び排出管２２に作用して、内筒４を回転するように構成された回転装置を備えていてよい。また、内筒回転型のロータリーキルンは、外筒３と内筒４との間に形成された熱風通路３３に設けられた転動体７１、及び、内筒４を分割している二重の伝熱壁４５の間に形成された熱風通路４６に設けられた転動体７２の少なくとも一方を備えていてよい。

上記のように、本発明に係るロータリーキルン１が備える熱風通路３３，４６を形成している壁の付着物を除去する機構は、内筒回転型及び内外筒回転型に拘わらず間接加熱方式のロータリーキルンに広く適用することができる。

また、例えば、上記実施形態に係る転動体７１，７２は、ブラシ毛７６を備えたブラシであるが、熱風通路３３，４６を形成している壁を転動できる形状であれば、これに限定されない。

例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、転動体７０Ａは、異形棒鋼に例示されるような、軸状部材の外周面に突起が形成された形状であってもよい。また、例えば、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、転動体７０Ｂは、五角形、六角形、八角形などの多角形の軸状部材であってもよい。また、例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、転動体７０Ｃは、ワイヤで連設された複数の球体であってもよい。

１ ：ロータリーキルン
３ ：外筒
４ ：内筒
５ ：回転装置
６ ：供給装置
７Ｕ ：ブラシユニット
１０ ：炉長方向
２１ ：供給管
２２ ：排出管
２３ ：分配室
２４ ：分配管
３１ ：熱風入口
３２ ：熱風出口
３３，４６ ：熱風通路
３６，３７ ：支持筒
４０ ：熱分解室
４１ ：筒体
４２ ：滞留部
４３ ：分配部
４４ ：熱分解部
４５ ：伝熱壁
５１ ：タイヤ
５２ ：支持ローラ
５３ ：駆動装置
６１ ：スクリューフィーダ
６２ ：ホッパ
７０Ａ〜Ｃ，７１，７２ ：転動体
７５ ：軸体
７６ ：ブラシ毛
９０ ：被処理物
２４１ ：熱分解ガス排出口
２４２ ：熱分解残渣排出口

Claims (4)

1. 炉長方向に延びる外筒と、
   前記外筒内に設けられ、内部に前記炉長方向に延びる被処理物の熱分解室が形成された少なくとも１つの内筒と、
   前記外筒及び前記内筒のうち少なくとも前記内筒を回転させる回転装置と、
   前記外筒内に供給された熱風が前記内筒を加熱しながら通過する、前記炉長方向に延びる熱風通路と、
   前記熱風通路に設けられ、前記炉長方向に延び、且つ、前記熱風通路を形成している壁の表面を拘束されずに転動する、少なくとも１つの転動体と、を備える、
   ロータリーキルン。
2. 前記熱風通路が、前記外筒の内壁と前記内筒の外壁とによって形成されている、
   請求項１に記載のロータリーキルン。
3. 前記内筒が、前記外筒内に同心状に設けられ且つ前記炉長方向に延びる筒体と、円周方向に複数の熱分解室が形成されるように前記筒体の中心から放射方向へ延びる二重の伝熱壁とを有し、
   前記熱風通路が、前記二重の伝熱壁の間に形成されている、
   請求項１又は２に記載のロータリーキルン。
4. 前記転動体は、複数のブラシユニットが前記炉長方向に連設されて成り、
   前記ブラシユニットが、端部に他のブラシユニットとの接続部が設けられた軸と、前記軸の周囲に設けられたブラシ毛とから成る、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータリーキルン。

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