(57)【要約】【課題】含水率の高い低品位可燃物を含む原料を有効的に完全燃焼あるいは部分燃焼させる横型回転原料加熱装置を提供することを課題とする。【解決手段】横型で回転する筒状体２の一端部に加熱処理されるべき可燃性の含水原料を筒状体２内に送入するための原料供給手段６が設けられており、筒状体２の他端部には含水原料が加熱処理されて成る処理済固体を筒状体２外へ排出するための排出開口部１１と排ガスを排出する排気管１８が設けられ、該他端部から燃焼用空気送入管２２と、筒状体２内での含水原料の加熱により発生し筒状体外へ排出された排ガスの少なくとも一部を筒状体２へ帰還させる循環排ガス送入管２３とを有し、燃焼用空気送入管２２と循環排ガス送入管２３とが少なくともこれら両管の吹出口２２Ａ，２３Ａが燃焼用空気と循環排ガスを合流させて筒状体内の含水原料へ向けた合流ガスを形成するように一体的に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平な軸線もしくは水平面に対して若干傾斜せる軸線のまわりに回転する耐熱性の筒状体を備え、該筒状体の一端部に加熱処理されるべき可燃性の含水原料を該筒状体内に送入するための原料供給手段が設けられている横型回転原料加熱装置において、
該筒状体の他端部には含水原料が加熱処理されて成る処理済固体を筒状体外へ排出するための排出開口部と排ガスを排出する排気管が設けられ、該他端部から燃焼用空気送入管と、上記筒状体内での含水原料の加熱により発生し筒状体外へ排出された排ガスの少なくとも一部を上記筒状体へ帰還させる循環排ガス送入管とを有し、
上記燃焼用空気送入管と循環排ガス送入管とが少なくともこれら両管の吹出口が燃焼用空気と循環排ガスを合流させて筒状体内の含水原料へ向けた合流ガスを形成するように一体的に設けられていることを特徴とする横型回転原料加熱装置。
【請求項２】
筒状体の他端には、燃焼用空気送入管と循環排ガス送入管に加え、さらに流体燃料送入管も配設され、該流体燃料送入管は、その吹出口から吹き出される流体燃料と上記燃焼用空気送入管の吹出口からの燃焼用空気そして循環排ガス送入管の吹出口からの循環排ガスを合流させるように上記流体燃料送入管そして循環排ガス送入管と一体的に設けられていることとする請求項１に記載の横型回転原料加熱装置。
【請求項３】
燃焼用空気送入管と循環排ガス送入管は、それらの吹出口から吹き出される燃焼用空気と循環排ガスの合流ガスが下向き傾角をもつように設置されていることとする請求項１に記載の横型回転原料加熱装置。
【請求項４】
流体燃料送入管は、該流体燃料送入管からの流体燃料と燃焼用空気送入管からの燃焼用空気そして循環排ガス送入管からの循環排ガスとの合流ガスが下向き傾角をもつように設置されていることとする請求項２に記載の横型回転原料加熱装置。
【請求項５】
燃焼用空気送入管と循環排ガス送入管は、それらの吹出口からの合流ガスの下向き傾角が可変となっていることとする請求項３に記載の横型回転原料加熱装置。
【請求項６】
燃焼用空気送入管、循環排ガス送入管そして流体燃料送入管は、それらの吹出口からの合流ガスの下向き傾角が可変となっていることとする請求項４に記載の横型回転原料加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横型回転原料加熱装置に関し、特に、含水率の高い低品位可燃物を原料として、この含水原料に含まれる可燃物を完全燃焼あるいは部分燃焼により、可燃物の保有エネルギーを回収そして可燃ガスを回収する横型回転原料加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種産業、一般市民生活にて、高水分含有の低品位可燃物が廃棄物として大量に発生しているが、この低品位可燃物を原料として燃焼して、該低品位可燃物が保有する可燃分からエネルギーを回収する場合、公知の手法では、燃焼に先立ちこの廃棄物を乾燥させねばならない。この低品位可燃物は、その可燃物自体を燃料として燃焼する、いわゆる自燃が可能であるが、例えば、原料として含水率の高い下水汚泥を挙げると、その燃焼の際の発熱量の殆ど全部が水分の蒸発をして乾燥させるために消費され、原料からのエネルギーの回収は殆ど期待できない。
【０００３】
一般的に、加熱対象物が低含水率で小サイズの塊状の可燃物である場合には、この可燃物の完全燃焼、部分燃焼を行う手段として、垂直あるいは水平移動層の火格子燃焼装置を用いることができ、また、加熱対象物が粉粒状の可燃物の場合には、流動層、そして微粉状の場合には噴射バーナ等の燃焼装置が慣用される。
【０００４】
これらの燃焼装置を用いて、上記高含水率の低品位可燃物である含水原料を自燃により完全燃焼あるいは部分燃焼しようとしても、加熱対象物としての含水原料が高含水率であるが故に、上述したように、発熱量の殆ど全部が水分の蒸発に消費されるので、安定燃焼の継続が困難となり、装置の定常運転操作が不可能に近い。
【０００５】
そこで、低品位可燃物の含水原料を加熱処理するために、横型の回転炉方式の燃焼装置が提案されている。この横型回転炉としては、含水原料の加熱処理のために、特許文献１に開示されている装置がある。
【０００６】
特許文献１の装置は、横型の回転筒状体内に、筒状体内の低品位可燃物たる含水原料を該筒状体内で循環させながら自燃により燃焼あるいは炭化を行う加熱処理を施している。上記筒状体の軸線方向一端側に原料供給手段が設けられ、他端側に原料を加熱処理後の固体分を排出する排出開口部と排ガスの出口部をなす排気管とが設けられている。また、筒状体内での原料の循環のためには、軸線方向の一端側の領域で軸線方向及び半径方向に延びる仕切壁と該仕切壁の面に立設された傾斜した案内板とを有している。
【０００７】
特許文献１では、かかる筒状体へ、上記他端側の排出開口部から燃焼用空気送入管と水蒸気、空気、酸素等の反応用気体を送入する固体反応用気体送入管とが進入するように設けられている。燃焼用空気送入管はその吹出口が筒状体内の原料の上層面よりも上方の空間に向け進入し、固体反応用気体送入管はその吹出口が原料の層内へ突入している。
【０００８】
このような特許文献１の装置によると、原料が高水分率の低品位可燃物であっても、燃焼用空気送入管からの燃焼用空気に加え、固定反応用気体送入管からの反応用気体としての空気をも送入することで、十分な量の空気量のもとで、空気過剰率を高くしさえすれば上記含水原料を燃焼あるいは炭化する加熱処理が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１３０６２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１では、燃焼用空気送入管に加え、固体反応用気体送入管を備えているので、該固体反応気体送入管から反応用気体として、例えば空気が吹き込まれている場合には、該空気の一部が原料の層内を上昇して層外に出て燃焼用空気送入管からの燃焼用空気に混入されて、燃焼に寄与することが考えられる。しかし、反応用気体としての空気を、筒状体（炉）とその配管を含めた系の外から導入することとしているので、その分だけ炉外で集塵装置による除塵の対象となる排ガス量が増大し、系が大型化し、また経済的にも負担が大きくなる。仮に上記固体反応用気体送入管を設けずに、燃焼用空気送入管だけで、低品位可燃物の熱処理に対応しようとすると、燃焼用空気送入管からの吹き込み空気量をさらに大きくせねばならず、やはり上記系の大型化は避けられない。
【００１１】
また、上記反応用気体としての空気が原料の層外へ上昇すると、該空気は層表面近傍に留まらず、しかも、燃焼空気送入管は上方へ傾いて位置していて燃焼用空気を上方へ吹き出しているので、上記空気は燃焼用空気送入管からの燃焼用空気と十分に混合されないし、また、混合されても上記層表面近傍に留まらず、加熱処理対象たる低品位可燃物と高い空気過剰率のもとでも接触は不十分である。
【００１２】
さらには、燃焼に供する空気は、高温であることが好ましいので、そのためには、燃焼用空気送入管からの燃焼用空気は、吹き込み前に予熱しておくことが求められ、予熱が必要となり、この点でも、系の大型化が余儀なくされる。
【００１３】
本発明は、かかる事情に鑑み、装置を大型化することなく、空気過剰率を過大とせずに最適な値のもとで、高水分率の低品位可燃物を含有する廃棄物を効果的に、燃焼あるいは部分燃焼して、可燃物の保有エネルギーを回収そして可燃ガスをも回収できる横型回転原料加熱装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る横型回転原料加熱装置は、水平な軸線もしくは水平面に対して若干傾斜せる軸線のまわりに回転する耐熱性の筒状体を備え、該筒状体の一端部に加熱処理されるべき可燃性の含水原料を該筒状体内に送入するための原料供給手段が設けられている。
【００１５】
かかる横型回転原料加熱装置において、本発明では、上記筒状体の他端部には含水原料が加熱処理されて成る処理済固体を筒状体外へ排出するための排出開口部と排ガスを排出する排気管が設けられ、該他端部から燃焼用空気送入管と、上記筒状体内での含水原料の加熱により発生し筒状体外へ排出された排ガスの少なくとも一部を上記筒状体へ帰還させる循環排ガス送入管とを有し、上記燃焼用空気送入管と循環排ガス送入管とが少なくともこれら両管の吹出口が燃焼用空気と循環排ガスを合流させて筒状体内の可燃物を含む含水原料へ向けた合流ガスを形成するように一体的に設けられていることを特徴としている。
【００１６】
このような構成の本発明によれば、燃焼用空気送入管からの燃焼用空気と循環排ガス送入管からの排ガスが十分に混合された合流ガスとして筒状体内の含水原料に向け吹き付けられることとなる。合流ガスには、排ガス中の可燃ガス、空気が含まれており、さらに、排ガスが循環排ガス送入管に至る間に降温しているとはいえ、大気温度に比べるとかなり高温であるので、最適な空気過剰率のもとで、該合流ガスは筒状体内の含水原料中の高水分率の低品位可燃物を加熱処理することを可能にする。
【００１７】
さらに、本発明では、上記燃焼用空気送入管からの燃焼用空気に合流される循環排ガスは、上記筒状体そして排ガス処理装置を含めたシステム系内で得ることとなるので、従来装置のごとく系外から空気を導入するようなことがなく、その分、排ガスを無害化する排ガスの処理量が少なくて済み、システム系の小型化そしてコストの低減を図れる。
【００１８】
本発明において、筒状体の他端には、燃焼用空気送入管と循環排ガス送入管に加え、さらに流体燃料送入管も配設され、該流体燃料送入管は、その吹出口から吹き出される流体燃料と上記燃焼用空気送入管の吹出口からの燃焼用空気そして循環排ガス送入管の吹出口からの循環排ガスを合流させるように上記流体燃料送入管そして循環排ガス送入管と一体的に設けられていることが好ましい。
【００１９】
上記流体燃料送入管は、装置の運転開始時、あるいは、必要に応じ、運転中に補助燃料として流体燃料、例えば、ガス状燃料、液状燃料、粉状固体燃料、あるいはこれらの混合燃料が吹き出される。
【００２０】
本発明において、燃焼用空気送入管と循環排ガス送入管は、それらの吹出口から吹き出される燃焼用空気と循環排ガスの合流ガスが下向き傾角をもつように設置されていることが好ましい。
【００２１】
こうすることで、合流ガスは、筒状体の含水原料と効果的に接触する。
【００２２】
本発明において、燃焼用空気送入管と循環排ガス送入管に加え、流体燃料送入管をも有している場合流体燃料送入管は、該流体燃料送入管からの流体燃料と燃焼用空気送入管からの燃焼用空気そして循環排ガス送入管からの循環排ガスとの合流ガスと同じく下向き傾角をもつように一体として設置されていることが好ましい。
【００２３】
本発明において、燃焼用空気送入管と循環排ガス送入管の両送入管、そして流体燃料送入管の三つの送入管は一体として構成され、それらの吹出口からの合流ガスの下向き傾角が可変となっていることが好ましい。こうすることで、筒状体内の燃焼状況、含水原料の性状、処理量に応じて、適切な下向き傾角を選定そして設定できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は以上のように、横型回転原料加熱装置において、筒状体の他端部に含水原料が加熱処理されて成る処理済固体を筒状体外へ排出するための排出開口部が設けられ、該他端部から燃焼用空気送入管と、上記筒状体内での含水原料の加熱により発生し筒状体外へ排出された排ガスの少なくとも一部を上記筒状体へ帰還させる循環排ガス送入管とを有し、上記燃焼用空気送入管と循環排ガス送入管とが少なくともこれら両管の吹出口が燃焼用空気と循環排ガスを合流させて筒状体内の含水原料へ向けた合流ガスを形成するように一体的に設けられていることとしたので、燃焼用空気送入管からの燃焼用空気と循環排ガス送入管からの循環排ガスが十分に混合されて、加熱処理対象たる低品位可燃物と最適な空気過剰率のもとでは接触するようになるとともに、燃焼用空気送入管からの燃焼用空気は、循環ガスと合流してその合流ガスが昇温することで燃焼効果を高め、さらには、循環排ガスは筒状体を主とする系内でまかなえるので、この点で、系の小型化が図れる。このように、本発明は、装置を大型化することなく、原料に対して最適な空気過剰率のもとで、高水分率の低品位可燃物を含有する廃棄物を効果的に、燃焼あるいは部分燃焼して、可燃物の保有エネルギーを回収そして可燃ガスをも回収できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一実施形態装置の軸線を含む面での縦断面図である。
【図２】図１におけるII‐II線断面図である。
【図３】図１装置の図２に示される仕切壁と案内板の部分についての斜視図である。
【図４】図１装置の変形例を示す軸線を含む図での縦断面図である。
【図５】図１装置の他の変形例を示す軸線に直角な面での断面図である。
【図６】本発明の第二実施形態装置の軸線を含む面での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面にもとづき本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
＜第一実施形態＞
図１において実質的に水平もしくは水平面に対して小さい角度で右下がりに傾斜する軸線１のまわりに、断熱材から造られた筒状体２がそのリング状のフランジ部２Ａにて軸受３により回転自在に支持されており、又、図示せぬ駆動手段によって回転駆動を受けている。その際、筒状体２の軸線１に直角な面での断面形状は、円形、あるいは楕円形、多角形など任意であり限定はない。また軸線１に直角な筒状体２の断面積は必ずしも軸線方向で一定である必要がなく、軸線の異なる位置で変化するものであってもよい。また軸受３の位置、形式、数は必ずしも図１のものに限定されず、筒状体２を回転自在に支えるものであればよい。
【００２８】
上記筒状体２の一端部には供給開口部４が形成され、原料等ホッパー５と連通する原料供給手段６の先端に連通している。供給開口部４と原料供給手段６の先端部との間には回転シール７が設けられ、両者をシール状態で相対回転を許容している。この回転シール７は図１のものに限定されず、形式・寸法は任意である。図１の原料供給手段６内には含水原料を上記軸線１の方向で筒状体２内に向け移送するスパイラル部材をもつ手段が設けられているが、この移送手段は図示のスパイラル部材に限定されず他の形式の手段でもよく、次に詳述する仕切壁と案内板と同様なものでも形成できる。
【００２９】
筒状体２内には、供給開口部４に近い領域に、軸線１を含む面と平行（図示の場合、紙面に平行）な板状の仕切壁９が設置されている（図２，図３をも参照）。該仕切壁９の軸線１の方向での前後端縁部では該仕切壁９により仕切られた二つの空間が互いに連通空間をなしている。該仕切壁９の両面には単数あるいは複数の案内板１０，１０’が設けられている。案内板１０，１０’は軸線１に対して６０〜８５度の範囲の傾角を有し、仕切壁９の両面に設けられた案内板１０，１０’は図において相互に同方向に傾いてる（図３参照）。すなわち、例えば仕切壁９の一方の面が上方に向いているときと、他方の面が上方に向いているときでは、互いの面の案内板１０，１０’は逆方向に傾斜することが、図３から理解できる。したがって、筒状体２の回転に伴い案内板１０，１０’に沿って滑落する含水原料は、仕切壁９両面では軸方向で逆方向に移動することとなり、結果として仕切壁９の前後縁の上記連通空間を経て軸方向にて循環するようになる。かくして、仕切壁９と案内板１０，１０’は原料循環手段を形成する。なお、上記仕切壁と案内板の材質は耐熱性を有するものであればよい。
【００３０】
図１において筒状体２の他端部には排出開口部１１が形成されており、高温フード１２により覆われている。筒状体２と高温フード１２との間には、両者の相対回転を許容する回転シール１３が設けられている。回転シール１３は図１のものに限定されず、その目的を達するものがあればその形式・形状は任意である。
【００３１】
上記高温フード１２には、筒状体２内で含水原料が加熱処理された塊状あるいは粉粒状の処理済固体を落下排出する排出部１７と、筒状体２内で発生する高温の排ガスを上方へ排出する排気管１８とが設けられている。
【００３２】
上記筒状体２の他端部に形成された上記排出開口部１１には、複合送入管２０が該筒状体２の内部へ突入して配設されている。該複合送入管２０は、本実施形態では、三重管をなしており、中心に流体燃料送入管２１、その外周に燃焼用空気送入管２２、そして最外周に循環排ガス送入管２３を有している。上記複合送入管２０は、流体燃料送入管２１の吹出口２１Ａ、燃焼用空気送入管２２の吹出口２２Ａそして循環排ガス送入管２３の吹出口２３Ａが複合送入管２０の軸線２０Ｘ方向で同一位置にあり、上記吹出口２１Ａからの流体燃料、上記吹出口２２Ａからの燃焼用空気そして上記吹出口２３Ａからの循環排ガスが吹出し時に混合されて合流ガスをなすようになっている。上記流体燃料送入管２１は、装置の運転開始時の着火のため、さらには必要に応じ燃料を増量するために用いられるものである。流体燃料としては、液体燃料、気体燃料そして粉状固体燃料を用いることができ、液体燃料の場合は噴霧状にして吹き出される。
【００３３】
上記流体燃料送入管２１への流体燃料そして燃焼用空気送入管２２への燃焼用空気は、筒状体２そして排ガス処理装置を含めたシステム系の外部から供給されるが、循環排ガス送入管２３への循環排ガスは、筒状体２から排出される排ガスを排ガス処理装置のうちの集塵機で除塵された後の排ガスの一部を上記循環排ガス送入管２３へ帰還供給することとしており、上記システム系でまかなわれる。
【００３４】
上記複合送入管２０の吹出口２０Ａ（吹出口２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ）は、図示の例では、筒状体２の軸線１の高さ位置にあり、吹出口２０Ａからの合流ガスが下向きをなすように上記軸線１に対する傾角θをもって位置設定されている。通常、筒状体２内の含水原料Ｍが最大量でも該筒状体２の軸線１よりも下方の高さ以下に収められるので、上記軸線１の高さに位置している吹出口２０Ａは含水原料Ｍの層表面よりも上方に位置していて、合流ガスは、上記傾角θをもって、該層表面に対して吹き付けられるようになる。上記複合送入管２０は、該複合送入管２０の軸線２０Ｘが筒状体２の軸線１に対してなす傾角θが可変、すなわち含水原料Ｍの層表面に対して可変となっていることが好ましい。上記傾角θの可変範囲は０〜３０°位でよい。より好ましくは、吹出口２０Ａが軸線１方向でもその位置が可変となっているのが望まれる。
【００３５】
このような本実施形態では、燃焼用空気送入管２２の吹出口２２Ａからの燃焼空気と循環排ガス送入管２３の吹出口２３Ａからの循環排ガスが合流ガスをなして、原料供給手段６から供給されて筒状体２で層を形成する水分率の高い低品位可燃物の層表面に向け吹き付けられて、該含水可燃物を含む含水原料Ｍは筒状体２の軸線１まわりの回転に伴い攪拌されそして軸線１方向で循環しながら、自燃しあるいは部分燃焼して炭化しそして可燃ガスを発生する。流体燃料送入管２１の吹出口２１Ａからは、装置の運転開始時に、あるいは運転中に燃料を追加したい状況になったときに、流体燃料が上記合流ガスとともに供給され、燃焼を促進する。
【００３６】
循環排ガス送入管２３からの高温の循環ガスは、排ガス中の可燃ガスと空気分を供給するとともに、熱エネルギーをも供給し低品位可燃物の燃焼促進を可能とする。
【００３７】
かくして、加熱処理を終えた廃棄物は、固体分として炭化物そして不燃物が高温フード１２の底部に設けられた排出部１７から排出され、気体分として可燃ガスを含む排ガスが排気管１８から排出される。排ガスは、図示しない集塵装置を含む無害化処理装置で集塵そして無害化処理された後に大気へ放出されるが、集塵後の排ガスの一部は、既述の循環排ガスとして循環排ガス送入管２３から筒状体２へ帰還そして送入される。
【００３８】
＜第二実施形態＞
原料となる低品位可燃物を含む廃棄物の水分率が、特に高い場合は、筒状体２内での乾燥のための空間容積を大きくする必要がある。そのためには、例えば、図１に示される仕切壁９に、第二実施形態として図４に見られるように、窓部１９を形成しておくことが有効である。こうすることで、窓部１９を通して原料が通過するので、軸線１での該窓部１９の両方の領域で原料が循環し、含水原料の乾燥のための上記空間の容積が大きくなるとともに、含水原料の筒状体２内での混合特性が良好になり、乾燥が促進される。本実施形態では含水原料の乾燥を促進させるには、含水原料の気体中の分散をより積極的に行うことも有効である。そのためには、図５に見られるように、鉤状のリフタ２Ｂを筒状体２の内周面に複数設け、原料を掻き上げて落下させることで分散を強めることができる。
【００３９】
＜第三実施形態＞
回転せる筒状体２の他端部から排出される高温度の固体分が、例えば活性炭・燻炭のような可燃物を含んでいる場合には、そのまま空気に触れれば直ちに発火・燃焼してしまう。そこで図６に示される第三実施形態では、かかる場合に発火・燃焼を防止しながら冷却して安全に大気中に排出される装置を高温フード１２の底部に設置することを特徴としている。回転せる筒状体２の内部で転動する固体分は、筒状体２の他端部における排出開口部１１から流出して、高温フード１２の底部に連通する冷却器２４に送入される。冷却器２４の内部には冷却管２５が配設され、冷却管入口２６から気体または液体を流通させて高温度の上記固体分を冷却する。
【００４０】
図６の第三実施形態装置においては、シール用気体の送入管２７が設けられており、冷却器２４の内部を上方に流れて高温フード内の雰囲気を外部に対してシールしている。また、下部には、ロータリバルブ等の排出機構２８が設けられていて、低温化された固体分をここから大気中に排出する。図６における冷却器と冷却管および排出機構は必ずしも同図に示された形式のものに限定されない。
【符号の説明】
【００４１】
１  軸線
２  筒状体
６  原料供給手段
２１  液体燃料送入管
２１Ａ  吹出口
２２  燃焼用空気送入管
２２Ａ  吹出口
２３  循環排ガス送入管
２３Ａ  吹出口
θ  傾角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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