(57)【要約】【課題】原料の加熱処理を効率よく行ない、加熱加工品を得る加熱時間を短縮化させると共にエネルギーコストを低減させること。【解決手段】  原料が供給される回転炉１０と、回転炉１０を加熱して炉内の原料を間接加熱する加熱手段とを備え、回転炉１０の一端側から供給された原料を間接加熱しながら攪拌と搬送とを行い他端側から排出する回転加熱処理装置において、回転炉１０内において回転炉１０の直径方向及び軸方向に延設されると共に原料を伝熱及び輻射熱によって加熱する加熱板１０２を備える。加熱板１０２には回転炉１０の回転時において原料が通過できる開口部１０３を形成するとよい。加熱板１０２は回転炉１０の軸方向に平行または傾斜して設けるとよい。加熱板１０２は回転炉１０の軸方向に複数設けるとよい。加熱板１０２を複数設ける場合、隣接する加熱板の面が非平行となるように設けるとよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料が供給される回転炉と、この回転炉を加熱して炉内の原料を間接加熱する加熱手段とを備え、回転炉の一端側から供給された原料を間接加熱しながら攪拌と搬送とを行い他端側から排出する加熱処理装置において、
前記回転炉内において回転炉の直径方向及び軸方向に延設されると共に原料を伝熱及び輻射熱によって加熱する加熱板を備えたこと
を特徴とする加熱処理装置。
【請求項２】
前記加熱板は回転時において原料が通過できる開口部を有することを特徴とする請求項１記載の加熱処理装置。
【請求項３】
加熱板は回転炉の軸方向に平行または傾斜して設けたことを特徴とする請求項２または３記載の加熱処理装置。
【請求項４】
加熱板は回転炉の軸方向に複数設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項５】
加熱板を複数設ける場合、隣接する加熱板の面が非平行となるように設けたことを特徴とする請求項４記載の加熱処理装置。
【請求項６】
加熱板は金属材料や非金属無機質固体材料からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種原料（各種の有機性廃棄物、無機性廃棄物、汚泥、土壌、土砂等）を加熱処理して水分、有機系物質を除去して乾燥物、炭化物などに加工処理することで循環資源材料として有効活用に供する加工を行なう加熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の有機性廃棄物、無機性廃棄物、汚泥、土壌、土砂などは、間接加熱によって含有する水分や有機系物質が除去されて、乾燥物、炭化物などに加工されて再利用に供されている。
【０００３】
図７は、従来一般的に行なわれている回転キルン方式を採用した間接加熱による回転炉の一例を示すもので、（ａ）は従来の加熱処理装置における回転炉の概略構成を示した外端図を、（ｂ）は前記回転炉内の温度分布例で特に脱水汚泥（含水率約８５％）を原料とした場合を説明したものである。
【０００４】
回転炉１０は４００℃の熱風ガスにより加熱されているが、原料からの水分蒸発により回転炉内の温度は約１１０℃程度となっている。また、略反対側の回転炉１０内壁面（約４００℃）からの輻射熱の照射を受けているが、一定の空間距離ｄ１を介して隔てられ、しかも回転炉１０内は水蒸気、分解ガスなどの発生ガスは吸引されて負圧状態となっているので、熱伝達媒体が希薄となり、熱伝達効率が低いのが現状である。
【０００５】
そこで、円筒形状の回転キルンにおける加熱効率を向上する技術が各種提案されている。尚、回転キルンによる加熱処理手段としては、第一にキルン壁からの伝熱によりキルン内壁に接触している原料を加熱する方式がある。また、第二には原料の接触していないキルン内壁の他の部分からの輻射熱の照射により加熱する方式がある。
【０００６】
前記第一の加熱処理方式の伝熱効率を向上させるための手段としては、例えば特許文献１（特開２００２−２５６１０５号公報）に開示された外熱式キルンがある。このキルンは原料がキルン内壁に長時間接触するように原料の攪拌と搬送を行なうプレートの形状を工夫すると共に、プレート内に熱風ガスを導入している。また、特許文献２（特開２００１−３１１５８３号公報）に開示されたロータリーキルンは、大経の単一キルンではなく、小径の複数のキルンによって構成することで伝熱効率の向上を図っている。
【０００７】
前記第二の加熱処理方式の伝熱効率を向上させるための手段としては、例えば特許文献３（特開２００２−１２８７５号公報）や特許文献４（特開２００２−１１４５１号公報）に開示された廃木材の炭化・還元装置がある。これはキルン内に輻射加熱筒を設けて、伝熱による直接加熱と輻射熱とにより原料を炭化している。
【特許文献１】特開２００２−２５６１０５号公報（段落番号（００１３）及び図１）
【特許文献２】特開２００１−３１１５８３号公報（段落番号（００１３）及び図１）
【特許文献３】特開２００２−１２８７５号公報（段落番号（００１５）及び図１）
【特許文献４】特開２００２−１１４５１号公報（段落番号（００１３）及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の外熱式キルンはプレート内に熱風ガスを導入することは伝熱面積の拡大と輻射熱照射が期待できるもののプレートが複雑となることから、設備の安定性に課題がある。すなわち、プレートの不良などに起因して熱風ガスのリークが生じてキルン内の原料に直接熱風ガスが作用して発火などを引き起こす可能性がある。
【０００９】
特許文献２のロータリーキルンはキルンを複数の小径キルンの集合体によって構成することで伝熱面積増加は期待できるものの、各小径のキルン間の熱風ガス通路は狭くなることから熱風ガスの供給が不足し、結果として伝熱効率の向上は期待できない。
【００１０】
特許文献３及び特許文献４の炭化・還元装置は熱風ガスを通流する輻射加熱筒を設けていることから、輻射熱の照射は期待できる。しかし、輻射加熱筒の存在により、キルン内空間が狭くなり、発生した水蒸気及び熱分解ガスなどの発生ガスによりキルン内圧力が正圧となる傾向にある。キルン内圧が正圧となると発生ガスなどがキルン外に漏洩する問題に発展する。これを防止するには吸引力を大きく制御して発生ガスを吸引すればよいが、キルン内での熱伝達媒体は希薄となり、輻射熱照射効率が期待できない。また、吸引するための排気ブロアの大型化を招くこととなる。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、原料の加熱処理を効率よく行ない、加熱加工品を得る加熱時間を短縮化させると共にエネルギーコストを低減させる加熱処理装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者は、回転炉内空間を害することなく輻射熱を原料に照射する手段として、伝熱と輻射熱とによって加熱する加熱板を回転炉の内壁に接続すると共に回転炉の直径方向及び軸方向に配置することで前記課題を解決することを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明は、原料が供給される回転炉と、この回転炉を加熱して炉内の原料を間接加熱する加熱手段とを備え、回転炉の一端側から供給された原料を間接加熱しながら攪拌と搬送とを行い他端側から排出する回転加熱処理装置において、前記回転炉内において回転炉の直径方向及び軸方向に延設されると共に原料を伝熱及び輻射熱によって加熱する加熱板を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明において加熱板は回転炉と一体でありその温度は熱風ガスの温度と同様であり、しかも従来の回転炉と比べ原料に接近した部位から高温の輻射熱を照射できるので、原料の乾燥、炭化などの加熱処理を効率的に行なえる。したがって、加熱処理時間の短縮化が可能となり、エネルギーコストも低減できる。
【００１５】
前記加熱板においては回転時に原料が通過できる開口部を設けると、原料は効率よく攪拌されて加熱板及び回転炉内壁との接触効率が高まり、より一層効率的に加熱処理することができる。加熱板は回転炉の軸方向に平行または傾斜して設けるとよい。加熱板は複数設けてよく、この際、隣接する加熱板の面が非平行となるように加熱板を設けると、回転炉軸方向の各所において輻射熱を原料表面に照射できるので原料の攪拌効率と加熱効率をより一層高めることができる。尚、加熱板の材料としては回転炉からの熱伝導性を維持すべく鉄系等の金属材料またはセラミックス等の非金属無機質固体材料が採用される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば加熱板によりキルン内原料の表面に近接して輻射熱を照射加熱でき、原料の乾燥、炭化などの熱分解を効果的に行なえ、加熱処理時間が短縮さらにはエネルギー負担が低減する。
【００１７】
また、輻射熱照射手段は板状であるので、キルン内に配置してもキルン内空間を狭めるなどの弊害は発生せず、加熱により生じた発生ガスの吸引排気に悪影響を及ぼすことなく、設備における排気ブロアなどを大型化する必要のない設備が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図１（ａ）は本発明の加熱処理装置における回転炉の実施形態例の概略構成を示した外端図である。また、図１（ｂ）は本発明における回転炉内の温度分布例の説明図である。
【００２０】
図示された回転炉１０は円筒状の炉内に加熱板１０２を設けている。加熱板１０２は鉄系等の金属材料またはセラミックス等の非金属無機質固体材料からなり炉内に溶接固定される。加熱板１０２には、図２に示した回転炉内の概略構成図のように、回転炉１０の内壁面に沿って炉回転時に原料を通過させるための通過口１０３を複数設けるとよい。
【００２１】
図１を参照しながら回転炉１０の挙動について説明する。回転炉１０は導入した原料の一部を加熱板１０２１上に掬い上げながら回転する。このとき、原料は伝熱されている加熱板１上に裁置された状態となっているが、加熱板１０２と原料との距離ｄ２（図１（ｂ））が従来の回転炉１０における原料とこの原料と対面した回転炉１０内壁との距離ｄ１（図７（ｂ））よりも短くなっているので、輻射熱及び伝熱を原料表面に確実に照射でき、この回転の過程で接触加熱されると共に対向した回転炉１０の内壁からの輻射熱によって加熱される。さらに回転炉１０が回転すると、加熱板１０２上に留まっている原料が回転炉１０の内壁に落下するが、このときも、加熱板１０２と原料との距離ｄ２が従来の回転炉１０における原料とこの原料と対面した回転炉１０内壁との距離ｄ１よりも短くなっているで、輻射熱及び伝熱を原料表面に確実に照射でき、原料は回転炉１０内壁からの伝熱と加熱板１０２からの輻射熱とによって加熱される。したがって、原料の加熱処理を従来の回転炉よりも短い時間で行なうことができる。また、加熱板１０２は板状であるので回転炉１０内空間を狭くして発生ガスの吸引排出の障害とならない。
【００２２】
次いで、図３に本発明の加熱処理装置における回転炉の他の実施形態例を示した。（ａ）に示された形態は加熱板１０２を回転炉１０の回転軸方向に平行して配置されたものとなっている。（ｂ）に示された形態は加熱板１０２を回転炉１０の回転軸方向に傾斜して輻射熱及び伝熱による加熱と原料の搬送とを行なえるようにしたものである。（ｃ）は加熱板１０２の回転状況を回転炉１０外端側から観たものである。
【００２３】
図４も本発明の加熱処理装置における回転炉の他の実施形態例を示した概略構成図で、（ａ）は回転炉の外端を、（ｂ）は回転炉の側断面を示している。本実施形態の回転炉１０は加熱板１０２を回転炉１０の回転軸方向に複数分割配置している。ここでは隣接する加熱板１０２の面が非平行となるよるよに配置されている。かかる構成とすることで、回転炉１０軸方向の各所において輻射熱を原料表面に照射できるので加熱効率及び攪拌効率を高めることができる。尚、本実施形態では隣接する加熱板１０２の面が互いに垂直となるように配置されているが、各加熱板１０２の設置角度はこの形態に限定されない。
【００２４】
図５も本発明の加熱処理装置における回転炉の他の実施形態例を示した概略構成図で、（ａ）は回転炉の外端を、（ｂ）は回転炉の側断面を示している。本実施形態の回転炉１０は炉内にセラミックス等の非金属無機質固体材料で形成した加熱板１０４を支持部材１０５によって固定支持している。支持部材１０５も加熱板１０４と同材料で形成され、溶接固定されている。
【００２５】
図６は本発明の加熱処理装置を備えた施設の概略図である。
【００２６】
加熱処理装置１は、原料が供される回転炉１０と、回転炉１０の外周にガスダクトを形成して熱風ガスを導入し回転炉１０を加熱する外部加熱手段としての加熱ジャケット１１と、回転炉１０を両端側で回転自在に支持する支持ローラ１２と、回転炉１０を回転駆動する回転駆動手段１３とを具備する。支持ローラ１２は回転炉１０を適度な角度で傾斜支持する。尚、熱風ガスは後述の熱風炉２から導入している。
【００２７】
回転炉１０としては、例えば図１〜図５で開示された回転炉が採用される。回転炉１０における一端には原料を供給するためのダクト１４が接続されている。ダクト１４は原料を回転炉１０に供給するための原料投入手１６を具備している。また、ダクト１４には回転炉１０内で発生した水蒸気や分解ガスを後述のガス燃焼炉３に供給するための経路が接続されている。一方、回転炉１０の他端には原料を加熱処理して得た乾物や炭化物等の加工物を排出するためのダクト１５が接続されている。
【００２８】
熱風炉２は、熱風ガス（例えば温度約４５０〜６５０℃程度）を供給するための手段で、熱風ガスを発生させるための燃焼バーナーを備えている。発生した熱風ガスは、加熱処理装置１の加熱ジャケット１１に供給される。このとき、熱風ガスには、温度調整用の空気が注入され、ガス温度が調整される。このように、加熱処理装置１は外部からの間接加熱によって回転炉１０内部の原料を加熱処理する。
【００２９】
ガス燃焼炉３は、加熱処理装置１で発生した水蒸気や熱分解ガスを燃焼処理する。水蒸気及び熱分解ガスはブロア１７によって吸引しエゼクタ３０によってガス燃焼炉３内に導入している。尚、加熱ジャケット１１から排出された熱風ガスはブロア１８によって排気されるが、一部はブロア１７によって吸引されガス燃焼炉７におけるエゼクタ駆動ガスとして利用している。
【００３０】
ガス燃焼炉３は、導入したガスを燃焼するガス燃焼室を備える。このとき、熱分解ガスが充分発生している場合には、燃焼は燃料の供給を調整することにより適宜調節される。ガス燃焼炉２にて処理したガスは、空気を冷却媒体とする気体一気体熱交換方式の熱交換器４によって冷却処理した後、ブロア６によってバグフィルタ５に供された後に煙突９２を介して系外に排出される。また、熱交換器４にて加熱された空気は熱風炉４での熱風ガスの生成に供される。
【００３１】
本実施形態において原料としては例えば脱水汚泥（含水率約８５％）が乾燥オ及び炭化に供される。単一の加熱処理装置１において乾燥と炭化とを実行する場合、熱風炉２から４００〜６００℃の熱風ガスが供給されて例えば２時間加熱している。また、乾燥、炭化を個々の加熱処理装置１で行なう場合、熱風ガス温度は乾燥工程においては１５０〜３５０℃に、炭化工程においては４５０〜６００℃に調整される。
【００３２】
一方、加熱処理装置１において発生した水蒸気及び分解ガスなどの発生ガスはガス燃焼炉３に供されて８００℃以上、２秒以上のもとで燃焼されて無害化処理される。ガス燃焼炉３で燃焼した排ガスはブロア６によって熱交換器４内に供されて空気との熱交換に供される。このとき、排ガスの冷却が必要な場合は適宜新鮮空気が導入される。尚、新鮮空気とは少なくとも硫黄成分を含んでいないものを意味する。
【００３３】
熱交換によって得た加熱空気は熱風炉２に供されて熱風発生用の燃料の削減に寄与させている。熱交換器４に供された排ガスは２００〜１５０℃までに冷却されてバグフィルタに供されて浄化された後に煙突７を介して排出される。
【００３４】
尚、以上具体的に述べた加熱処理施設は、図１に基づく、乾燥処理と熱分解処理とを実施する単一の回転炉の構成となっているが、本発明は、この実施形態に限定されず、乾燥処理、乾留処理、熱分解処理、賦活処理、炭化処理若しくは灰化処理またはこれら適宜組み合わせた処理を実施する多段式の回転炉にも、適用でき、これらの実施形態も、本発明の技術的範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）は本発明の加熱処理装置における回転炉の実施形態例の概略構成を示した外端図、（ｂ）は本発明における回転炉内の温度分布例を示した説明図。
【図２】本発明の加熱処理装置における回転炉の概略構成図。
【図３】本発明の加熱処理装置における回転炉の概略構成図
【図４】本発明の加熱処理装置における回転炉の概略構成図で、（ａ）は回転炉の外端を、（ｂ）は回転炉の側断面を示す。
【図５】本発明の加熱処理装置における回転炉の概略構成図で、（ａ）は回転炉の外端を、（ｂ）は回転炉の側断面を示す。
【図６】本発明の加熱処理装置を備えた施設の概略図。
【図７】（ａ）は従来の加熱処理装置における回転炉の概略構成を示した外端図、（ｂ）は前記回転炉内の温度分布例を示した説明図。
【符号の説明】
【００３６】
１…加熱処理装置、１０…回転炉、１０１…攪拌羽根、１１…加熱ジャケット、１２…支持ローラ、１３…回転駆動手段、１４，１５…ダクト、１６…原料投入手段、１７，１８…ブロア
１０２，１０４…加熱板、１０３…開口部、１０５…支持部材
２…熱風炉
３…ガス燃焼炉、３０…エゼクタ
４…熱交換器
５…バグフィルタ
６…ブロア
７…煙突
【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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【図７】
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