(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を炭化させるための炭化炉であって、略円筒形の本体を備え、本体の内部の上部空間を、有機廃棄物から発生する可燃性ガスを主として燃焼させる燃焼ゾーンとなし、燃焼ゾーンの下方に、本体の内径よりも小さく、長さ方向軸線を中心として回転するように構成された円筒体を配置し、円筒体の上部分と本体の側壁とによって構成される空間を、有機廃棄物を燃焼させその燃焼熱により炭化させる精錬ゾーンとなし、円筒体の前記上部分以外の部分と本体の側壁とによって構成される空間を、不燃状態を作り出して炭化物を消火させる不燃ゾーンとなし、燃焼ゾーンに位置する本体の側壁に第１の空気供給口を形成した炭化炉において、
精錬ゾーンに位置する円筒体の側壁に、円筒体の内部に配置された空気供給管と連通した第２の空気供給口が形成されていることを特徴とする炭化炉。
【請求項２】
前記精錬ゾーンに位置する本体の側壁に第３の空気供給口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の炭化炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、炭化炉に関する。より詳細には、本発明は、ペーパースラッジ、汚泥などの廃棄物（以下、「有機廃棄物」という）を処理する改良された炭化炉に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、有機廃棄物を処理する方法としては、特願平９−２２１６７６号明細書に記載されているように、有機廃棄物を炭化炉内で燃焼させ炭化させて処分する方法が実施されている。しかしながら、この方法では、有機廃棄物を部分燃焼させその熱を利用して炭化・精錬する部分のみに、本体の側壁に設けられた固定の空気吹込口から空気が供給されるため、空気吹込口直近の燃焼温度が局部的に高くなり、精錬部の平均温度を８００°Ｃ以上にすると、局部的に１３００°Ｃにもなり、クリンカートラブルが発生し、連続安定操業ができないため、平均温度を６００°Ｃ程度にする必要があった。このため、炭化に要する時間が長くなり、かつ、炭品質もバラツキが大きかった。
【０００３】
一方、近年、ダイオキシンによる環境汚染が社会的に注目を集めており、有機廃棄物の処理に際してダイオキシンを極力発生させないようにすることが最重要課題となっている。このような状況下において、ダイオキシンの発生を規定値以下に押さえることができる比較的簡単な構造を有する炭化炉に対する強い要望がある。この点においても、上記の炭化炉は、乾留ガスを後置設備で冷却した後燃焼させているため、燃焼性が悪く、燃焼室で再燃バーナー等で追焚きして燃焼温度を８００°Ｃ以上に上げ、滞留時間を長くする必要があった。
【０００４】
したがって、本発明は、上述の課題を解消した、有機廃棄物を処理する炭化炉を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に記載の炭化炉は、略円筒形の本体を備え、本体の内部の上部空間を、有機廃棄物から発生する可燃性ガスを主として燃焼させる燃焼ゾーンとなし、燃焼ゾーンの下方に、本体の内径よりも小さく、長さ方向軸線を中心として回転するように構成された円筒体を配置し、円筒体の上部分と本体の側壁とによって構成される空間を、有機廃棄物を燃焼させその燃焼熱により炭化させる精錬ゾーンとなし、円筒体の前記上部分以外の部分と本体側壁によって構成される空間を、不燃状態を作り出して炭化物を消火させる不燃ゾーンとなしたことを特徴とするものである。
【０００６】
本願請求項２に記載の炭化炉は、前記請求項１の炭化炉において、燃焼ゾーンに位置する本体の側壁に第１の空気供給口を形成し、精錬ゾーンに位置する円筒体の側壁に第２の空気供給口を形成したことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の第１の実施の形態に係る炭化炉は、略円筒形の本体１２を備えている。本体１２の頂部には、処理すべき有機廃棄物を投入するための投入口１４と、排気ガスを炭化炉１０から排出するための排気管１６とが設けられている。本体１２は、長さ方向軸線Ｚ１を有している。なお、図１に示される実施の形態では、投入口１４が本体１２の頂部に設けられているが、投入口１４を本体１２の側壁部に設けてもよい。
【００１８】
本体１２の側壁１２ａの上部分には、第１の空気供給口１８が設けられており、本体１２の側壁１２ａの外側周囲に、第１の空気供給口１８を囲むように空気供給ダクト２０が取付けられている。これにより、外部の空気供給源（図示せず）から空気供給ダクト２０に供給された空気が、第１の空気供給口１８を介して、本体１２の上部分の内部に供給されるようになっている。なお、空気供給ダクト２０には、本体１２の内部に空気を送り込むため、ファン２２が取付けられている。
【００１９】
本体１２の最下部分は、図１に示されるように、本体１２の最下部分以外の部分の内径Ｄ１よりも大きな内径を有するように形成されており、本体１２の底には、底壁１２ｂが取付けられている。
【００２０】
本体１２の内部の第１の空気供給口１８が設けられている部分の下方に、Ｄ１よりも小さな外径Ｄ２を有する円筒体２４が配置されている。これにより、円筒体２４が配置されている本体１２の部分は、（Ｄ１−Ｄ２）の１／２の幅を有するリング状空間２６を構成することとなる。円筒体２４は、切頭円錐形の頂壁２４ａと、円筒形の側壁２４ｂとを有している。また、円筒体２４は、詳細には後述するように、その長さ方向軸線Ｚ２を中心として回転するように構成されている。
【００２１】
円筒体２４の側壁２４ｂの上部分には、第２の空気供給口２８が設けられている。換言すれば、円筒体２４の側壁２４ｂの下部分には、第２の空気供給口２８が設けられていない。第２の空気供給口２８は、図２に示されるように、円筒体２４の内部に配置された空気供給管３０と連通しており、外部の空気供給源（図示せず）から空気供給管３０に供給された空気が、第２の空気供給口２８を介して、本体１２の内部のリング状空間２６の上部分に供給されるようになっている。円筒体２４の側壁２４ｂの上部分には、図１に示されるように、リング状空間２６に存在する固形物を攪拌するためのフィン２５を設けるのが好ましい。
【００２２】
円筒体２４の下方には、切頭円錐形の排出テーブル３２が配置されており、排出テーブル３２の上部３２ａが、円筒体２４の下部２４ｃに接触している。排出テーブル３２の長さ方向軸線は、円筒体２４の長さ方向軸線Ｚ２と同一であることが好ましい。排出テーブル３２の側壁３２ａと本体１２の内壁との間の空間３４が、詳細には後述するように、精錬された炭化物が炭化炉１０の外部に排出される際の通路となる。また、排出テーブル３２も、長さ方向軸線Ｚ２を中心として回転するように構成されている。なお、円筒体２４および排出テーブル３２の長さ方向軸線Ｚ２は、本体１２の長さ方向軸線Ｚ１と実質的に整列していることが好ましい。また、排出テーブル３２は、円筒体２４と一体に回転させてもよいが、後述するように、円筒体２４と別個に独立して回転させる方がより好ましい。
【００２３】
排出テーブル３２は、詳細には後述するように、昇降できるように構成されている。これにより、空間３４の幅を調整して、炭化炉１０の外部に排出される炭化物の大きさを所望のように選定することが可能となる。
【００２４】
排出テーブル３２の下端には、空間３４を介して本体１２の底壁１２ｂ上に落下した炭化物を掻き取るためのスクレーパ３６が取付けられている。これにより、精錬された炭化物は、スクレーパ３６により掻き取られ、本体１２の底壁１２ｂに設けられた排出口３８を介して、炭化炉１０から排出される。
【００２５】
本体１２の側壁１２ａには、円筒体２４の頂壁２４ａが位置する高さの僅かに上方に、炭化炉１０内に投入された有機廃棄物に着火するためのバーナー４０が取付けられている。バーナー４０は、市販されているものを使用してよい。
【００２６】
次に、主として図２を参照して、円筒体２４と排出テーブル３２を別個に独立して回転させる機構、並びに、排出テーブル３２を昇降させる機構について説明する。図２は、円筒体２４、排出テーブル３２、並びに、それらの回転機構と昇降機構のみを模式的に示した断面図である。円筒体２４の底部には、円筒形のシャフト２４ｄが取付けられている。シャフト２４ｄ内には、図２に示されるように、空気供給管３０が収容されている。シャフト２４ｄの下端には、歯車２４ｅが取付けられており、歯車２４ｅは、モータ４２の駆動軸４２ａに取付けられた歯車４２ｂと噛み合っている。
【００２７】
排出テーブル３２にも、円筒体２４と同様に、底部にシャフト３２ｂが取付けられており、シャフト３２ｂの下端に取付けられた歯車３２ｃが、モータ４４の駆動軸４４ａに取付けられた歯車４４ｂと噛み合うようになっている。
【００２８】
また、排出テーブル３２のシャフト３２ｂの下方には、ジャッキ４６が配置されており、ジャッキ４６のロッド４６ａが、シャフト３２ｂの底部に連結されている。かかる構成により、ジャッキ４６のロッド４６ａを伸縮させることによって、排出テーブル３２を昇降させることができる。なお、上述の回転機構並びに昇降機構は、専ら例示的なものであり、図示し説明した構成と異なる構成を有する機構を採用してもよい。
【００２９】
次に、以上のように構成された炭化炉１０が、どのように作動するかについて説明する。まず、処理すべき有機廃棄物を投入口１４から本体１２内に投入し、バーナー４０に点火すると、有機廃棄物に着火し、第２の空気供給口２８から供給される空気により燃焼する。この燃焼は、固体燃焼とガス化燃焼とが混在した燃焼となっている。この領域で燃焼しなかった可燃性ガス等は、本体１２内の上部分に到達する（本体１２のこの部分を「燃焼ゾーン」という）。ここで、第１の空気供給口１８から空気が供給されるため、本体１２内の上部分は、主としてガス燃焼空間となり、第１の空気供給口１８から供給される空気量を調節して８００°Ｃ〜１２００°Ｃの高温燃焼をさせ、かつ、２秒以上の十分な燃焼滞留時間をとることにより可燃成分を完全燃焼させ、ダイオキシン等の発生を防止できる。
【００３０】
次いで、リング状空間２６の上部分に到達した有機廃棄物に、第２の空気供給口２８から空気が供給される。この際、円筒体２４が長さ方向軸線Ｚ２を中心として回転しているので、有機廃棄物に空気が均一に供給される（本体１２のこの部分を「精錬ゾーン」という）。このため、円筒体２４の全周にわたって有機廃棄物が均一に燃焼するため、従来の方法と比較して、局部的な高温部の発生を防止することができる。この効果のため、例えばペーパースラッジのように灰分の多い廃棄物であっても、精錬ゾーンの平均燃焼温度を８００°Ｃ〜１２００°Ｃに上げても、クリンカーの発生トラブルは起こらず、連続操業が可能となる。また、平均燃焼温度を８００°Ｃ〜１２００°Ｃにすることができるため、精錬時間の短縮、並びに炭品質の向上および安定化をはかることができるとともに、ダイオキシンの発生を抑制することができる。
【００３１】
なお、本明細書において使用される語「精錬」とは、空気を供給しつつ高温を維持して炭化状態を進行させることを意味しており、炭の製造過程において通常「あらし」と呼ばれていることをいう。
【００３２】
また、円筒体２４の外側に設けられたフィン２５によって、リング状空間部２６に存在する固形物が微小に動かされ、固形物の接触点が変化するため、万が一クリンカーが発生したとしても、クリンカーの成長肥大を防止することができる。
【００３３】
次いで、精錬ゾーンにおいて炭化された炭化物が、リング状空間２６の下部分（即ち、第２の空気供給口２８が設けられていない部分）に到達する。この段階で、炭化物は、凝縮状態になっており、炭化物に空気が供給されず酸欠状態になるので、炭化物は、消火される（本体１２のこの部分を「不燃ゾーン」という）。
【００３４】
なお、本発明者の行った実験によれば、精錬ゾーンと不燃ゾーンの割合、即ち、円筒体２４の側壁のうち、第２の空気供給口２８が形成されている部分と形成されていない部分との割合は、生成された炭化物の消火・冷却を確実に炭化物の着火温度以下で行うためには、前者が１に対して後者が２分の１以上であるのが好ましいことが分かった。
【００３５】
次いで、排出テーブル３２を回転させると、炭化物は、空間３４から排出テーブル３２の下に落下し、スクレーパ３６によって掻き取られて、排出口３８から炭化炉１０の外部に排出される。なお、この際、排出テーブル３２を昇降させることにより、空間３４の幅を調整することができる。より詳細に説明すると、図３（ａ）に示される位置に排出テーブル３２がある場合に空間３４の幅がＸ１であるとすると、図３（ｂ）に示されるように、ジャッキ４６のロッド４６ａを収縮させると、排出テーブル３２が下降し、空間３４の幅がＸ２になる。これにより、排出される炭化物の寸法を所望のようにすることができる。
【００３６】
このようにして形成された炭化物は、品質の良い硬質のものであり、炭などに再利用することができる。
【００３７】
なお、燃焼した有機廃棄物が、リング状空間２６に不均一に蓄積されることがあるが（図３（ａ）において、蓄積状態がＬ１で示されている）、このような場合には、排出テーブル３２を回転させずに、円筒体２４のみを回転させることにより、均一に均される（均した状態がＬ２で示されている）ので、円筒体２４と排出テーブル３２は、別個に独立して回転させることが好ましい。
【００３８】
また、例えばオガクズのように灰分が少ない廃棄物の場合には、第２の空気供給口２８の代わりに、図４に示されるように、第２の空気供給口２８が形成されている部分に対応する本体１２の側壁１２ａに、第３の空気供給口４８を設けても、その効果は同じとなる。
【００３９】
前記実施の形態においては、炭化炉１０に、第１の空気供給口１８と第２の空気供給口２８、或いは第１の空気供給口１８と第３の空気供給口４８が設けられている。しかしながら、図４に示されるように、炭化炉１０に、第１の空気供給口１８、第２の空気供給口２８、及び第３の空気供給口４８を設けてもよい。これにより、灰分が少なく、クリンカーの発生しにくい有機廃棄物用炭化炉を大型化する場合に、炭化性能を効果的に維持しつつリング状空間２６を広げても、炭化させることができる。
【００４０】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、本体の内部の上部空間を有機廃棄物から発生する可燃性ガスを燃焼させる燃焼ゾーンとしたことにより、可燃性ガスの顕熱を有効に利用でき、高温燃焼によるダイオキシンの燃焼分解を効果的かつ経済的に行うことができる。また、回転する円筒体から空気を供給することにより、精錬室の有機廃棄物の燃焼温度を均一にすることができ、精錬室の平均燃焼温度を８００°Ｃ〜１２００°Ｃに上げてもクリンカーの発生トラブルは起こらず、連続操業が可能になる。また、この結果、精錬時間の短縮、並びに炭品質の向上および安定化をはかることができるとともに、ダイオキシンの発生を抑制することができる。また、高温で凝縮されるので、投入した有機廃棄物の容積に対して最終生成物である炭化物の容積が非常に小さい（即ち、減容率が大きい）。また、不燃室において炭化物が消火されるので、従来のように消火水を使用して炭化物を消火させる必要がない。さらに、炭化炉自体の構造が比較的簡単であるので、設備コストの低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る炭化炉を模式的に示した断面図である。
【図２】図１の炭化炉の円筒体、排出テーブル、並びに、それらの回転機構と昇降機構を模式的に示した断面図である。
【図３】排出テーブルの昇降状態を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態に係る炭化炉を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
１０  炭化炉
１２  本体
１４  投入口
１６  排気管
１８  第１の空気供給口
２４  円筒体
２５  フィン
２８  第２の空気供給口
３２  排出テーブル
３６  スクレーパ
３８  排出口
４０  バーナー
４２、４４  モータ
４６  ジャッキ
４８  第３の空気供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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