JP2005164094A - キルン式外熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉内を均一かつ効率的に加熱して、内筒３内の被処理物の熱処理を効率良く行うことができ、運転開始温度に達するまでの時間を大幅に短縮することができるキルン式外熱炉を提供する。
【解決手段】 内筒３−外筒２間に螺旋状の整流板１０を配し、その内筒３−外筒２間に、高温ガスを流通させる螺旋状の流通路を形成する。これによって、ガス導入口４を通って導入された高温ガスを螺旋を描くようにガス排出口５に向けて流通させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機系物質を炭化させる処理装置、ごみ焼却灰から生じるダイオキシン類を除去するための脱塩素処理装置、炭化物の活性炭化装置等に用いて好適なキルン式外熱炉に関するものである。

従来、有機系物質を炭化するための処理装置、あるいは、ごみ焼却灰から生じるダイオキシン類を除去するための脱塩素処理装置においては、特許文献１に開示されたキルン式外熱炉が多く使用されている。また、特許文献２に開示されているように、炭化物を活性炭化する用途にキルン式外熱炉を使用する場合もある。

図４には、この種従来のキルン式外熱炉の部分断面図が示されている。この従来のキルン式外熱炉１００は、図示されない回転機構により低速で回転駆動される円筒状の内筒１０１と、この内筒１０１の外周に、その内筒１０１と同心に、かつ所要間隔を隔てて配される外筒１０２を備えている。また、前記キルン式外熱炉１００は、水平方向に対して緩やかに傾斜するように配設され、後端から前端にかけて下方に傾斜するようにされている。前記内筒１０１の後端部には、被処理物を内筒１０１内に供給するための供給口（図示せず）が、内筒１０１の前端部には内筒１０１内の被処理物を系外に排出するための排出口（図示せず）がそれぞれ設けられている。一方、外筒１０２の周面上部で、外筒１０２の前端部Ｆの近傍位置には、高温ガスを内筒１０１−外筒１０２間に導入するためのガス導入口１０４が設けられており、外筒１０２の周面下部で、外筒１０２の後端部Ｂの近傍位置には、内筒１０１−外筒１０２間の高温ガスを系外に排出するためのガス排出口１０５が設けられている。

このように構成されるキルン式外熱炉１００において、前記内筒１０１内に供給された被処理物は、前記内筒１０１の回転によって内筒１０１の下部内面を周方向に転がったり反転したりしながら除々に排出口方向（図面左方向）に移動するとともに、前記内筒１０１−外筒１０２間を流通する高温ガス（図４中、矢印Ｇにて示す）によって加熱処理される。こうして加熱処理された内筒１０１内の被処理物は、熱分解されて固形分と気体分とに分離し、内筒１０１の前端部の排出口（図示せず）を通って系外に排出される。

特開平９−２１７９８８号公報 特開平１０−５９７０４号公報

しかしながら、前記従来のキルン式外熱炉１００においては、ガス導入口１０４が外筒１０２の周面上部に設けられていることから、内筒１０１−外筒１０２間に導入された高温ガスが内筒１０１−外筒１０２間の上側の領域を通ってガス排出口１０５方向に流通する傾向があり（図４中の矢印Ｇ参照）、そのため内筒１０１の上半部に比べて下半部が十分に加熱されず、内筒１０１の下部内面上にある被処理物を効率良く加熱処理できないという問題点がある。また、内筒１０１−外筒１０２間に導入された高温ガスは低速でゆっくりと流通することから、ガス導入口１０４近傍で、二点鎖線１０６で示される領域に熱溜りが生じ内筒１０１が損傷する恐れがある。加えて、ガス導入口１０４の近傍が偏って加熱される一方で、ガス排出口１０５側の領域が十分に加熱されないため、炉内の加熱が不均一で非効率的になるという問題点がある。また、このように炉内の加熱が不均一で非効率的であることから、外熱炉１００に高温ガスを導入してから、炉内温度が運転開始温度（例えば、８００℃）に達するまでに時間がかかるという問題点がある。

こうした問題点を解決する方法として、高温ガスの通過断面積を小さく、つまり内筒１０１と外筒１０２との間隔を狭くして、高温ガスを高速で流通させるという方法が考えられる。この方法を採用すれば、高温ガスが高速に流通してガス排出口１０５に素早く達することから、炉内を比較的均一に加熱することができ、ガス導入口１０４近傍位置と、ガス排出口１０５近傍位置との温度差を小さくすることができる。しかし、このような方法によっても高温ガスが内筒１０１の上方域を通過する傾向については変わりがないため、内筒１０１内の被処理物を効率的に加熱処理できないという問題点を解決するには至らない。また、この方法では、内筒１０１と外筒１０２との間隔が狭くなるため、炉の圧力損失が増加するという問題点がある。また、炉内を負圧にするために、大型のファンが必要になるという問題点もある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、炉内を均一かつ効率的に加熱することができ、それによって、内筒内部の被処理物の熱処理を効率良く行え、かつ運転開始温度に達するまでの時間を大幅に短縮することができるキルン式外熱炉を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明によるキルン式外熱炉は、
回転駆動されることによって内部に供給された被処理物を排出口方向に移動させる内筒と、この内筒の外周に所要間隔を隔てて同心状に配設される外筒を有し、内筒−外筒間に加熱流体を流通させて内筒内の被処理物を加熱処理するキルン式外熱炉において、
前記内筒−外筒間に螺旋状の加熱流体の流通路を形成する整流板を設けることを特徴とするものである（第１発明）。

前記整流板は、内筒−外筒間の間隙の下部に配される複数の半割り状の下部螺旋羽根部と、その間隙の上部に配される半割り状の上部螺旋羽根部とよりなり、下部螺旋羽根部の上端部と上部螺旋羽根部の下端部とが固定されて形成される螺旋羽根部であるのが好ましい（第２発明）。

前記第２発明において、前記螺旋羽根部は、前記外筒の内周面に固定されるのが好ましく（第３発明）、また、前記整流板は、内筒の外周部に固定されても良い（第４発明）。

本発明によれば、内筒−外筒間に設けられる整流板によって、その内筒−外筒間に螺旋状の流通路が形成されるため、内筒−外筒間に導入される加熱流体を、内筒の周りを螺旋状に流通させて出口方向に導くことができる。したがって、内筒の上半部と下半部を均一に加熱することができ、内筒の下部内面上に位置する被処理物を効率良く加熱処理することができる。また、螺旋状の流通路が形成されるため、加熱流体の通過断面積が小さくなり、それに伴い加熱流体が高速に流通することになり、炉内に熱溜りが生じるのを防止することができるとともに、被処理物の入口側と出口側の加熱を均一にかつ効率的に行うことができる。また、炉内を均一かつ効率的に加熱することができるため、炉内温度が運転開始温度に達するまでにかかる時間を大幅に短縮することができ、コストを削減することができる。

第２発明の構成を採用すれば、整流板を容易に内筒−外筒間に組み立てることができる。また、整流板が加熱流体よって損傷した場合であっても、整流板の取替えを容易に行うことができ、メンテナンス性にも優れている。さらに、加熱流体の入口および出口を避けるように整流板の位置を調整することができ、整流板の損傷を抑えることができるとともに、内筒−外筒間の加熱流体をスムーズに系外に排出することができる。

また、第３発明の構成を採用することによって、整流板の位置ズレを防止することができる。一方、第４発明の構成を採用すれば、整流板の熱が内筒に伝導するため、内筒およびその内部の被処理物をより一層効率良く加熱することができる。

次に、本発明によるキルン式外熱炉の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の一実施の形態に係るキルン式外熱炉の装置の側面視一部断面図が、図２には、上部外筒を取り外した状態におけるキルン外熱炉の平面図（図１のＸ−Ｘ視図）が、図３には、図２のＹ−Ｙ視断面図がそれぞれ示されている。

本実施形態に係るキルン式外熱炉１は、図１に示されるように、前端部Ｆ、後端部Ｂの中心部に貫通孔２'、２'をそれぞれ有する略円筒状の外筒２と、前記各貫通孔２'、２'を通って前記外筒２内を貫通するように外筒２と同心に配され、外筒２の内周面との間に所要間隔の環状の間隙を形成する内筒３と、この内筒３を低速で回転駆動する図示されない回転機構を備えており、後端がやや持ち上げられて後側から前側にかけ緩やかに下方に傾斜するように配設されている。また、前記貫通孔２'、２'には、図示されないシール機構が設けられており、内筒３−外筒２間からの高温ガスの漏出等が防止されている。前記内筒３の後端部には、内筒３内に被処理物を供給するための供給口（図示せず）が、前端部には、内筒３内の被処理物を系外に排出するための排出口（図示せず）がそれぞれ設けられている。

前記外筒２は、略半円筒状に形成され周面を下向きにして図示されない架台に固定される下部外筒２ａと、略半円筒状に形成され周面を上向きにして前記下部外筒２ａ上に配される上部外筒２ｂとにより構成されている。これら上部外筒２ａおよび下部外筒２ｂは、各々の両側端縁のフランジ部におけるボルト締結によって互いに固定されており、メンテナンス等の必要が生じた際には、そのボルト締結を解除することで、上部外筒２ｂを下部外筒２ａから容易に取り外せるようになっている。

前記上部外筒２ｂの周面で、外筒２の前端部Ｆの近傍位置には、前記内筒３−外筒２間に高温ガス（加熱流体）を導入するためのガス導入口４が設けられており、前記下部外筒２ａの周面で、外筒２の後端部Ｂの近傍位置には、内筒３−外筒２間の高温ガスを系外に排出するためのガス排出口５が設けられている。ここで、前記ガス導入口４は、図２に示されるように、外筒２の前端部Ｆから後端部Ｂを見た際に、内筒３の直上にあたる位置よりもやや一側方向（図１では紙面に対して奥側、図２では上側）にずれた位置に、上下方向に向けて設けられており、高温ガスを下方向に、かつ外筒２および内筒３の接線方向に向けて導入するようにされている。これによって、ガス導入口４から内筒３−外筒２内に導入される高温ガスが、ガス導入口４近傍の内筒３表面に直接衝突するのを防止し、内筒３の熱による損傷を抑えることができる。なお、前記ガス排出口５は、内筒３の直下位置において上下方向に向けて設けられており、内筒３−外筒２間の高温ガスを真下方向に排出するようにされている。

本実施形態において、前記内筒３−外筒２間には、前側（紙面左側）から後側に進むに連れて左巻きの螺旋状に形成される整流板１０が配されており、この整流板１０と、前記内筒３の外周面と、外筒２の内周面とによって、前記内筒３−外筒２間に螺旋状の流通路が形成されている。こうして、前記ガス導入口４から内筒３−外筒２間に導入された高温ガスは、内筒３の周りを左巻きの螺旋を描きながらガス排出口５方向に流通し、内筒３の上半部と下半部とを均一に加熱するようになっている。また、前記整流板１０は、ガス導入口４の直下位置と、ガス排出口５の直上位置を避けるように配されており、その高温ガスが整流板１０に直接衝突するのを回避して、整流板１０の熱による負担を軽減するとともに、内筒３−外筒２間の高温ガスをスムーズに系外に排出できるようになっている。さらに、内筒３−外筒２間の高温ガスが、１〜２０（ｍ／ｓ）、より好ましくは１０（ｍ／ｓ）前後で流通するように、前記整流板１０のピッチ幅が適宜調整される。ここで、前記整流板１０の材質としては、鉄・ステンレス・セラミック・ハステロイ等、耐熱性・強度を兼備するものを用いるのが好適である。

また、前記整流板１０は、前記下部外筒２ａの内周面と内筒３の外周面下半部との間に形成される半環状の間隙において、所要のピッチ幅で配列される複数の半割り状の下部螺旋羽根部１０ａと、前記上部外筒２ｂの内周面と内筒３の外周面上半部との間に形成される半環状の間隙に配列され、互いに隣接する下部螺旋羽根部１０ａ、１０ａを繋ぐ複数の半割り状の上部螺旋羽根部１０ｂによって構成されている。前記各下部螺旋羽根部１０ａは、外縁が下向きの半環状の板材をねじった形状とされており、また、前記各上部螺旋羽根部１０ｂは、下部螺旋羽根部１０ａを１８０°回転させ、外縁を上向きにしたものである。

本実施形態において、前記螺旋状の整流板１０を組み立てるには、図３に示されるように、下部外筒２ａの内周面と内筒３（図３において、二点鎖線で示す。）の外周面下半部との間に形成される半環状の間隙に、前記下部螺旋羽根部１０ａを、外筒２の前端部Ｆから後端部Ｂに向けて、所定のピッチ幅で挿入して配列する。ここで、各々の下部螺旋羽根部１０ａは、図示のように、その面方向が内筒３の軸線方向に対して直交する向きから所要角度傾斜するように配される。次いで、上部螺旋羽根部１０ｂを内筒３を跨ぐように配し、この上部螺旋羽根部１０ｂの一端部を最前列の下部螺旋羽根部１０ａの後側の端部に、他端部を最前列から二列目の下部螺旋羽根部１０ａの前側の端部にそれぞれ溶着固定する。同様にして、別の上部螺旋羽根部１０ｂの一端部を、最前列から二列目に位置する下部螺旋羽根部１０ａの後側の端部に、他端部を最前列から三列目の下部螺旋羽根部１０ａの前側の端部にそれぞれ溶着固定する。以下、同様にして、全ての下部螺旋羽根部１０ａと上部螺旋羽根部１０ｂを溶着固定する。こうして、内筒３−外筒２間に螺旋状の整流板１０が組み立てられる。

本実施形態において、内筒３内部に供給される被処理物（図２中、矢印Ａで示す）は、その内筒３の低速回転によって、内筒３の下部内面上を周方向に転がったり反転したりしながら下側の排出口方向に緩やかに移動するとともに、内筒３−外筒２間に導入され、螺旋を描きながらガス排出口５方向に流通する高温ガス（図２中、矢印Ｇで示す）によって加熱処理される。こうして加熱処理された被処理物は熱分解されて固形分と気体分とに分離し、図示されない排出口より系外に排出される。なお、キルン式外熱炉１の運転中に、整流板１０に損傷が生じた場合には、損傷した下部または上部螺旋羽根部１０ａ、１０ｂを切り離し、新たな下部または上部螺旋羽根部１０ａ、１０ｂが取り付けられる。

このように構成されるキルン式外熱炉１によれば、前記内筒３−外筒２間に配される螺旋状の整流板１０と、内筒３の外周面と、外筒２の内周面とによって、内筒３−外筒２間に、螺旋状の高温ガスの流通路が形成されるため、ガス導入口４から内筒３−外筒２間に導入される高温ガスは、内筒３の周りを螺旋を描くようにガス排出口５方向に流通する（図２中、矢印Ｇ参照。）。そのため、内筒３の上半部と下半部とを均一に加熱することができ、内筒３の下部内面上にある被処理物を効率良く加熱することができる。また、内筒３−外筒２間に高温ガスの流通路が形成されることから、高温ガスの通過断面積が小さくなるため、高温ガスの流速を速めることができ、ガス導入口４の近傍位置に形成されがちな熱溜りが生じるのを防止することができる。加えて、ガス導入口４の近傍位置と、ガス排出口５の近傍位置の炉内温度差を小さくすることができ、内筒３内の被処理物を効率よく、かつ均一に加熱することができる。この結果、高温ガスを内筒３−外筒２間に導入してから、炉内温度が運転開始温度（８００℃前後）に達するまでの時間を大幅に短縮することができ、運転開始準備にかかるコストを減らすことができる。

本実施形態においては、整流板１０を、ガス導入口４の直下位置と、ガス排出口５の直上位置とを避けるように配しているので、高温ガスによる整流板１０の熱損傷を軽減することができるとともに、内筒３−外筒２間の高温ガスをスムーズに系外に排出することができる。また、整流板１０のピッチ幅を変化させ高温ガスの流通路の断面積を変化させることによって、流通路を通る高温ガスの速度を適宜調整することもできる。また、本実施形態においては、下部螺旋羽根部１０ａ、上部螺旋羽根部１０ｂを組み合わせるようにされているので、極めて容易に整流板１０を内筒３−外筒２間に配することができる。また、整流板１０の一部が損傷した場合であっても、損傷部分を切離して新たな下部または上部螺旋羽根部１０ａ、１０ｂと交換するだけで整流板１０を正常な状態に戻すことができるので、メンテナンスが極めて容易である。

次に、本実施形態のキルン式外熱炉１の効果を確認するために、外筒２−内筒３間が１５０ｍｍで、整流板１０のピッチ幅が２００ｍｍとされたキルン式外熱炉１と、整流板１０を備えない以外はそのキルン式外熱炉１と同形同大である従来の外熱炉１００（図４参照）とを用意し、これら双方の外熱炉１、１００に、１０００℃のガスを６８０（ｍ^３／ｈ）供給した。そして、それぞれの外熱炉１、１００において、高温ガスの速度、内筒３（１０１）の上部と下部の温度差、ガス導入口４（１０４）の近傍位置とガス排出口５（１０５）の近傍位置との温度差および、高温ガスの導入を開始してから炉内温度が８００℃（運転開始温度）に達するまでの時間を測定した。

従来の外熱炉１００においては、高温ガスが１（ｍ／ｓ）で流通するのに対して、本実施形態のキルン式外熱炉１においては、その６．３倍の６．３（ｍ／ｓ）で流通することが分かった。また、従来の外熱炉１００においては、内筒１０１の上部と下部との温度差が約２００℃あったのに対して、本実施形態においては、内筒３の上部と下部の温度差が５０℃程度に抑えられていた。さらに、従来の外熱炉１００においては、ガス導入口４の近傍位置と、ガス排出口５の近傍位置の温度差が３５０℃以上あったが、本実施形態においては２００℃以下に抑えることができた。加えて、従来の外熱炉１００においては、炉内温度を８００℃にまで上昇させるのに７０時間以上要していたが、本実施形態のキルン式外熱炉１においては、８時間前後で炉内温度を８００℃にまで上昇させることができた。

以上の結果より、螺旋状の整流板１０を内筒３−外筒２間に配し、内筒３―外筒２間に螺旋状の高温ガスの流通路を形成することによって、高温ガスを高速でかつ、螺旋を描くように流通させることができ、炉内を均一にかつ効率良く加熱できることが判明した。

本実施形態においては、上部外筒２ｂにガス導入口４を上下方向に向け設けるようにしたが、内筒３の接線方向に高温ガスを導入でき、かつ外筒２の前端部Ｆの近傍位置に設けられる構造であれば、ガス導入口４の設置位置・向きは特に限定されることがなく、例えば、下部外筒２ａに横向きに設けるようにしても良い。また、本実施形態においては、ガス導出口５を内筒３の直下位置に設けるようにしたが、この排出口５の配置位置、配置方向も、外筒２の後端部Ｂ付近であれば特に限定されることがない。

本実施形態においては、左巻きの螺旋状に形成された整流板１０を用いたが、ガス導入口４からガス排出口５方向に向けて高温ガスを流通させることができる構造であれば、右巻きの整流板を用いることも勿論可能である。（但し、ガス導入口４から内筒３−外筒２間に導入された高温ガスが、ガス排出口５方向に向け流通できるように、前記ガス導入口４の配置位置・方向等を適切に設定する必要がある。）。また、本実施形態においては、整流板１０のピッチ幅を一定するか否かについては特に言及していないが、高温ガスが１〜２０（ｍ／ｓ）（より好ましくは１０（ｍ／ｓ）前後）の流速で流通できるのであれば、整流板１０を等ピッチにしても良いし、例えば、ガス導入口４の近傍のピッチ幅を広くし、ガス排出口５近傍のピッチ幅を狭くする等、位置によってピッチ幅を変化させても良い。

また、前記整流板１０を組み立て時において、下部螺旋羽根部１０ａの外縁を下外筒２ａの内周面に溶着固定した後、上部螺旋羽根部１０ｂを下部螺旋羽根部に溶着するようにしても良い。こうして前記整流板１０を外筒２の内周面に固定することによって、整流板１０の位置ズレを防止することができる。

また、螺旋状の整流板１０の内周縁を、前記内筒３の外周面に固定し、この整流板１０が固定された内筒３を外筒２内に配することもできる。こうする場合においては、前記整流板１０の回転によって、内筒３−外筒２内の高温ガスをガス排出口５方向に送出できるように、内筒３の回転方向と整流板の巻き方向とを調整するのが好ましい。また、内筒３の回転に伴って整流板１０が内筒３から外れないように、内筒３の外周面と整流板１０の内周縁とを溶着してしっかりと固定する必要がある。このような整流板１０が取り付けられた内筒３を、前記外筒２内に配する場合であっても、内筒３−外筒２間に螺旋状の流通路が形成されるので、内筒３−外筒２内の高温ガスを螺旋を描くようにガス排出口５に向けて流通させることができる。そのため、内筒３の上部および下部を均一に加熱して内筒３内の被処理物を効率的に加熱処理することができ、高温ガスを比較的高速で流通させることができ、炉全体を均一かつ効率的に加熱することができ、炉内温度が運転開始温度に達するまでの時間を大幅に短縮することができる。加えて、内筒３に整流板１０を固定した場合においては、整流板１０の熱が内筒３に伝導されるため、内筒３内の被処理物をより効率的に加熱できるという効果を併せ得ることができる。

また前記各実施形態においては、上部螺旋羽根１０ｂと下部螺旋羽根１０ａを溶着固定するようにされているが、例えば、ボルト、リベット等、他の固定手段を用いて上部螺旋羽根１０ｂと下部螺旋羽根１０ａとを固定することもできる。

本実施形態に係るキルン式外熱炉の側面視一部断面図 上部外筒を取り外した状態におけるキルン外熱炉の平面図（図１のＸ−Ｘ視図） 整流板の組み立て方を説明するための説明図（図２のＹ−Ｙ視断面図） 従来のキルン式外熱炉の部分断面図

符号の説明

１ キルン式外熱炉
２ 外筒
３ 内筒
４ ガス導入口
５ ガス排出口
１０ 整流板
１０ａ 下部螺旋羽根部
１０ｂ 上部螺旋羽根部

Claims (4)

1. 回転駆動されることによって内部に供給された被処理物を排出口方向に移動させる内筒と、この内筒の外周に所要間隔を隔てて同心状に配設される外筒を有し、内筒−外筒間に加熱流体を流通させて内筒内の被処理物を加熱処理するキルン式外熱炉において、
   前記内筒−外筒間に螺旋状の加熱流体の流通路を形成する整流板を設けることを特徴とするキルン式外熱炉。
2. 前記整流板は、内筒−外筒間の間隙の下部に配される複数の半割り状の下部螺旋羽根部と、その間隙の上部に配される半割り状の上部螺旋羽根部とよりなり、下部螺旋羽根部の上端部と上部螺旋羽根部の下端部とが固定されて形成される螺旋羽根部である請求項１に記載のキルン式外熱炉。
3. 前記螺旋羽根部は、前記外筒の内周面に固定される請求項２に記載のキルン式外熱炉。
4. 前記螺旋羽根部は、前記内筒の外周面に固定される請求項２に記載のキルン式外熱炉。

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