JP2005274018A - 間接加熱加工システムおよび間接加熱加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】間接加熱加工の際に発生する被処理ガスを有効に利用すると共に、間接加熱炉で発生する被処理ガスの漏洩を防止する。
【解決手段】間接加熱加工システムにおけるガス燃焼手段３の燃焼炉３ａ内の温度に応じて、その燃焼炉３ａで得られる熱ガスを間接加熱炉２１，２２に供給する。温度上昇稼動の際には前記の間接加熱炉２１，２２に対する熱ガスの供給を遮断する。これにより、前記の温度上昇稼動の際に間接加熱炉２１，２２から熱分解ガス等の被処理ガスが発生することを防止できる。また、前記のように間接加熱炉２１，２２に対する供給が遮断された熱ガスは、例えば熱交換器４を介して冷却し屋外へ排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、間接加熱加工方法および間接加熱加工方法であって、従来は廃棄されていた有機性物質（例えば、植物由来の端材物，プラスチック類を含む石油製品由来の高分子物質），無機性物質，各種含水物質（例えば、汚泥，土壌，土砂等）等の各種被加工物等の加工に関するものである。

従来は廃棄されていた例えば有機性物質（例えば、植物由来の端材物，プラスチック類を含む石油製品由来の高分子物質），無機性物質，各種含水物質（例えば、汚泥，土壌，土砂等）等の物質（以下、被加工物と称する）に関しては、間接加熱を利用して乾燥や炭化等の加工が可能な手段（以下、間接加熱手段と称する）を利用して、各種の被加工物中に含有する水分や有機系物質を除去し、これにより得られた乾燥物，炭化物，灰化物，土壌類の浄化物等の加工物を有効利用する試みが成されている。

前記の間接加熱手段においては、例えば、回転炉や該回転炉の外周側に配置されるガスダクトを備えた間接加熱炉と、その間接加熱炉内を加熱（例えば、ガスダクト内に熱を供給して加熱）するための熱風炉と、間接加熱加工により発生する熱分解ガス等のガス成分（以下、被処理ガスと称する）を燃焼処理するためのガス燃焼手段と、を構成したものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２０００−３１４５１１号公報。

前記の被加工物に応じて、間接加熱加工で発生する被処理ガスには有害成分（例えば、環境汚染や間接加熱加工システムの各手段の破損を引き起こす成分）を含む恐れがある。このため、前記の被処理ガスがたとえ高温であっても、その被処理ガスの熱を例えば前記の間接加熱炉内の加熱に利用（例えば、被処理ガスを熱風炉の熱と共に再利用）することは、安全性等の観点から好ましくないとされている。

一方、例えば間接加熱加工に要する燃料（例えば、ガス燃焼手段で消費される燃料）を節約し省エネルギー化を図る目的で、前記の被処理ガスをガス燃焼手段の燃焼炉内で燃焼処理し、その燃焼処理によって得られる熱ガスを間接加熱炉に供給し該間接加熱炉内の加熱に利用することが試みられている（例えば、特許文献２，３，４）。
特開２００２−２６３６２６号公報。 特開２０００−１８３４２９号公報。 特許第３３２１６６９号公報。

図２は、間接加熱加工で発生する被処理ガスをガス燃焼手段で燃焼処理し、その燃焼処理で得られる熱ガスを利用する一般的な間接加熱加工システムの概略説明図を示すものである。

図２において、符号２は間接加熱手段を示すものであり、例えば２つの間接加熱炉（以下、第１間接加熱炉，第２間接加熱炉と称する）２１，２２等を備え、被加工物（例えば、有機性物質，無機性物質，各種含水物質等）を間接加熱加工（乾燥，炭化等）して炭化物等の加工物を得ることが可能なものである。

第１間接加熱炉２１は、回転キルン方式を採用した回転自在の回転炉２１ａと、その回転炉２１ａの外周側に位置するダクト等を介して導入される熱ガス（後述の燃焼炉からの熱ガス）により該回転炉２１ａ内を外部から加熱することが可能な外部加熱手段としての加熱ジャケット２１ｂと、前記の回転炉２１ａを該回転炉２１ａの両端側にて回転自在に支承する支持ローラ２１０と、前記の回転炉２１ａを回転駆動する回転駆動源２１１と、を具備して成る。なお、前記の熱ガスは、後述のガス燃焼手段３から導入される。

前記の回転炉２１ａの一端側には、被加工物を導入するための供給口（図示省略）が設けられ、その他端側には排出口（図示省略）が設けられる。また、回転炉２１ａ内部には、被加工物を撹拌しながら移送するための送り羽根（図示省略）が複数枚具備される。そして、ダクト２０から供給された被加工物を前記の供給口側から回転炉２１ａに導入し、その回転炉２１ａを回転させることによって、前記の被加工物を撹拌しながら排出口側へ移送することが可能となる。なお、前記ダクト２０には、被加工物を投入するホッパー設備２０１が設けられる。

第２間接加熱炉２２は、前記の第１間接加熱炉２１よりも高い温度で間接加熱加工（第１間接加熱炉２１にて乾燥された被加工物を熱分解加工）することが可能な手段であり、回転キルン方式を採用した前記第１間接加熱炉２１と同様の構成をなし、回転炉２２ａ，加熱ジャケット２２ｂ，ダクト２２ｃ，支持ローラ２２０，回転駆動源２２１を備える。

前記の第１間接加熱炉２１および第２間接加熱炉２２は、図示するように、前記第１間接加熱炉２１の排出口と第２間接加熱炉２２の供給口とが連絡するように配置される。この場合、第１間接加熱炉２１の排出口と第２間接加熱炉２２の供給口には、これら排出口と供給口を覆って連通する連絡ダクト２３が設けられる。この連絡ダクト２３内には、乾燥した被加工物を第２間接加熱炉２２内に誘導するためのガイド２３ａが設けられる。

符号３は、ガス燃焼手段を示すものであり、燃焼炉３ａ内にて熱ガスを発生させるための燃焼バーナ３ｂが備えられている。前記の熱ガスは、熱ガス供給用のダクト（以下、熱ガス供給ダクトと称する）３１を介して第２間接加熱炉２２の加熱ジャケット２２ｂに供給（例えば、後述のブロア４２の吸引力を介して供給）され、回転炉２２ａ内が間接的に加熱される。その後、前記の回転炉２２ａ内を加熱した熱ガスは、第１間接加熱炉２１の加熱ジャケット２１ｂに供給され、回転炉２１ａ内が間接的に加熱される。

前記のように熱ガスを用いることにより、第１間接加熱炉２１の回転炉２１ｂ内に導入される被加工物は乾燥された後、第２間接加熱炉２２の回転炉２２ｂ内にて間接加熱加工されて炭化物等の加工物となる。

前記の連絡ダクト２３には、前記の第１間接加熱炉２１内や第２間接加熱炉２２内で被加工物から発生する水蒸気や熱分解ガス等の被処理ガスをそれぞれ燃焼炉３ａ内に移送（図２中の水蒸気の場合は、ブロア（強制搬送ブロア等）５１を介して移送）するためのダクト（以下、被処理ガス移送ダクトと称する）２４，２５が接続される。これら被処理ガス移送ダクト２４，２５を介して移送した被処理ガスは燃焼炉３ａ内にて燃焼処理されて無害化し、その燃焼処理の際に発生する熱ガスは前記の第１間接加熱炉２１，第２間接加熱炉２２に利用される。

前記の第１間接加熱炉２１，第２間接加熱炉２２に利用された熱ガスは、ダクト（以下、利用後熱ガスダクトと称する）５０を介し熱交換器（例えば空気を冷却媒体とする気体−気体熱交換方式の熱交換器）４に移送して冷却（例えば、１５０℃〜２００℃程度に冷却）した後、バグフィルタ４１に供してからブロア（図２中では、バグフィルタの後段、すなわち第１間接加熱炉２１，第２間接加熱炉２２に用いられる熱ガスを吸引排気することが可能なブロア）４２により煙突４３から屋外に開放される。

なお、前記の排出される熱ガスの一部は、例えば、ブロア（循環ブロア等）５２を介してエゼクタ３０に供給し燃焼炉３ａのエゼクタ駆動ガスとして利用されることもある。また、前記の熱交換器４が気体−気体熱交換方式の場合には、熱交換器４と燃焼炉３ａとの間に、熱交換器４で加熱された冷却媒体（例えば、空気）を燃焼炉３ａ内に移送するためのダクト（以下、冷却媒体移送ダクトと称する）４４を備えることにより、燃焼炉３ａ内の温度上昇に寄与できる。

前記のように加熱ジャケット２２ａ，２２ｂ，エゼクタ３０に供給される熱ガスや、熱交換器４から屋外に開放される熱ガスには、必要に応じて温度調整用の空気が注入（図２中のエゼクタ３０に供給される熱ガスでは、ブロア（エゼクタブロア等）５３を介して注入）され、該ガス温度が適宜調整（例えば、加熱ジャケット２２ｂに供給される熱ガスは、６００℃〜７５０℃程度に調整）される。

前記の被処理ガスが可燃性を有し十分発生している場合には、その被処理ガスの燃焼処理により高カロリーの熱が燃焼炉内の温度上昇に寄与するため（すなわち、高温の熱ガスが得られるため）、燃焼バーナ３ｂの燃料の供給を規制して燃料費を節約することができる。

図２に示したような間接加熱加工システムにおいて、被加工物を間接加熱加工することにより発生する被処理ガス中には、その被加工物に応じて臭気成分が含まれることがある。この臭気成分は、ガス燃焼手段３の燃焼炉内の温度が８００℃以上であれば該燃焼炉内にて燃焼処理し十分に分解（無害化）できる。

このため、前記の間接加熱加工システムでは、前記のような臭気成分を十分に分解するために、まず間接加熱手段の間接加熱炉（図２中では回転炉２１ｂ内）に被加工物を導入する前に該間接加熱加工システムを所定時間稼動し、燃焼炉内の温度が十分高くなった後（すなわち、燃焼炉内にて臭気成分を分解できる状態になった後）に、前記の被加工物を間接加熱炉へ導入し所望の間接加熱加工を行う方法が採られている。

前記のように燃焼炉内の温度が十分上昇するまで間接加熱加工システムを稼動（以下、温度上昇稼動と称する）する場合おいては、燃焼炉内から比較的低い温度（例えば、温度が３００℃〜６００℃程度の状態）の熱ガスが熱ガス供給ダクトを介して間接加熱炉（図２中では加熱ジャケット２１ｂ，２２ｂ）に供給されてしまう。

したがって、温度上昇稼動の際において、間接加熱炉内に意図しない被加工物が存在（例えば、間接加熱加工の際に間接加熱炉内に付着して残存）する場合、その被加工物の間接加熱加工が行われてしまい、その被加工物から発生する被処理ガス中の臭気成分を前記の燃焼炉内に導入しても十分に分解できないため（すなわち、燃焼炉内は温度が比較的低い状態であり分解が困難であるため）、その臭気成分が分解されずに間接加熱加工システム内を循環（例えば、各ダクトを循環）し、例えば屋外へ漏洩して環境問題を引き起こす恐れがある。

前記のような臭気成分の漏洩を防止する方法として、例えば目的とする量の被加工物に関する間接加熱加工を終えた後、間接加熱炉に残存する被加工物が確実に排出されるまで間接加熱加工システムを所定時間稼動（すなわち、熱ガス供給用ダクトを介して熱ガスを間接加熱炉へ供給）する方法が考えられるが、その被加工物が排出されるまでに長時間を要する場合があり、例えばランニングコスト（間接加熱加工に要する燃料費等）が増加してしまう恐れがある。

本発明は、前記課題に基づいてなされたものであり、間接加熱加工の際に発生する被処理ガスを有効に利用すると共に、間接加熱炉で発生する被処理ガス（例えば、被処理ガス中に含まれる臭気成分）の漏洩を防止することが可能な間接加熱加工システムおよび間接加熱加工方法を提供することにある。

本発明は、前記課題の解決を図るために、請求項１記載の発明は、被加工物を間接加熱加工することが可能な間接加熱炉を備えた間接加熱手段と、前記の間接加熱炉にて被加工物から発生した被処理ガスをガス燃焼手段に移送するための被処理ガス移送ダクトと、前記のガス燃焼手段の燃焼炉で得られる熱ガスを間接加熱炉に供給することが可能な熱ガス供給ダクトと、前記の間接加熱炉に供給された熱ガスを熱交換器に移送することが可能な利用後熱ガスダクトと、前記の燃焼炉と熱交換器との間を連通し且つ前記熱ガス供給ダクトに対し切替えバルブを介して接続される利用前熱ガスダクトと、を構成したシステムであることを特徴とする。そして、前記切替えバルブは、システムの温度上昇稼動の際に利用前熱ガスダクトを介して燃焼炉の熱ガスを熱交換器に移送し、温度上昇稼動後に熱ガス供給用ダクトを介して燃焼炉の熱ガスを間接加熱炉に供給するように、操作できることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記請求項１記載の発明において、前記熱交換器は、冷却媒体として気体を用いた気体−気体熱交換方式であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記請求項１または２記載の発明において、前記の熱交換器と燃焼炉との間を連通し、冷却媒体を燃焼炉へ導入することが可能な冷却媒体用ダクトを備えたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、間接加熱炉を備えた間接加熱手段により被加工物を間接加熱加工し、前記の間接加熱加工の際に被加工物から発生した被処理ガスをガス燃焼手段に移送して燃焼処理し、前記のガス燃焼手段の燃焼炉で得られる熱ガスを熱ガス供給ダクトにより間接加熱炉に供給し、前記の間接加熱炉に供給された熱ガスを利用後熱ガスダクトにより熱交換器に移送するシステムを用いた方法であることを特徴とする。そして、前記システムの温度上昇稼動の際に、前記の燃焼炉と熱交換器との間を連通し且つ前記熱ガス供給ダクトに対し切替えバルブを介して接続される利用前熱ガスダクトにより、燃焼炉の熱ガスを熱交換器に移送し、前記の温度上昇稼動後に、切替えバルブを操作し、熱ガス供給用ダクトを介して燃焼炉の熱ガスを間接加熱炉に供給することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記請求項４記載の発明において、前記システムの温度上昇稼動の際に、熱交換器と燃焼炉との間を連通する冷却媒体用ダクトを介して、冷却媒体を燃焼炉へ導入することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、前記請求項４または５記載の発明において、前記の温度上昇稼動の後、間接加熱炉内の被加工物から発生する被処理ガスを燃焼炉に導入し燃焼処理することを特徴とする。

本発明によれば、ガス燃焼手段の燃焼炉内の温度が十分高くなってから（例えば、被処理ガス中の臭気成分を分解できる程度に高くなってから（例えば、燃焼炉内の温度が８００℃以上の際））、その燃焼炉の熱ガスが間接加熱炉に供給されるため、たとえ間接加熱炉に意図しない被加工物が残存していても、間接加熱炉で発生する被処理ガスを確実に燃焼処理することができる。

以上示したように本発明によれば、間接加熱加工の際に発生する被処理ガスに関して、たとえ温度上昇稼動であっても環境汚染等を引き起こすことなく、およびランニングコスト等の増加を招くことなく被処理ガスを確実に燃焼処理できるため、その被処理ガス（例えば、被処理ガス中の臭気成分）の漏洩を防止することが可能となると共に、燃焼炉の熱ガスを有効に利用でき省エネルギー化を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態における間接加熱加工システムおよび間接加熱加工方法を図面等に基づいて詳細に説明する。なお、図２に示したものと同様なものについては同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施の形態は、間接加熱加工システムにおけるガス燃焼手段の燃焼炉内の温度に応じて、その燃焼炉で得られる熱ガスを間接加熱炉に供給（すなわち、臭気成分を分解できる程度に燃焼炉内の温度が上昇した場合に供給）するものであって、温度上昇稼動の際には前記の間接加熱炉に対する熱ガスの供給を遮断することが可能なものである。

これにより、前記の温度上昇稼動の際に間接加熱炉から熱分解ガス等の被処理ガスが発生することを防止できる。また、前記のように間接加熱炉に対する供給が遮断された熱ガスは、例えば熱交換器を介して冷却し屋外へ排出することが可能である。

図１は、本実施の形態における間接加熱加工システムおよび間接加熱加工方法の一例を示す概略説明図である。図１において、符号１０は、ガス燃焼手段３の燃焼炉３ａ内からの熱ガスを熱交換器４に移送するためのダクト（以下、利用前熱ガスダクトと称する）を示すものである。この利用前熱ガスダクト１０は、例えば利用後熱ガスダクト５０に対し連通して接続されると共に、熱ガス供給ダクト３１に対して切替えバルブ（耐熱性を有し流路を切替えることが可能なバルブ）１１を介し連通して接続される。すなわち、燃焼炉３ａと熱交換器４との間を連通し、且つ熱ガス供給ダクト３１に対し切替えバルブ１１を介して接続される。

前記の切替えバルブ１１は、間接加熱加工システムが稼動している際に、前記燃焼炉３ａ内の温度に応じて該燃焼炉３ａで得られる熱ガスの流路を切替えることが可能なものとする。

次に、図１に示した間接加熱加工システムの動作例を説明する。まず、間接加熱加工システムの温度上昇稼動において、前記燃焼炉３ａ内からの熱ガスが利用前熱ガスダクト１０を介して熱交換器４に移送されるように、前記切替えバルブ１１を操作する。

これにより、温度上昇稼動の際には燃焼炉３ａ内からの熱ガスが利用前熱ガスダクト１０を介して熱交換器４に移送され、バグフィルタ４１に供してからブロア（図１中では、バグフィルタの後段）４２により煙突４３から屋外に開放されるため、たとえ第１間接加熱炉２１，第２間接加熱炉２２に意図しない被加工物が残存していても、その残存する被加工物が間接加熱加工されることはない（すなわち、被処理ガスが発生することはない）。

また、前記の温度上昇稼動時の熱ガスは、例えば間接加熱手段２等にて吸熱されることなく熱交換器４へ移送されるため、その熱交換器４の冷却媒体を燃焼炉３ａ内に移送することにより、例えば図２に示したような間接加熱加工システムよりも燃焼炉３ａ内の温度上昇に寄与できる。

前記の温度上昇稼動を経てから、燃焼炉３ａ内の温度が所定温度以上である場合（被処理ガス中の臭気成分を分解できる温度（例えば、８００℃（より具体的には８５０℃））を超えた場合）には、前記の切替えバルブ１１を操作して流路を切替え、前記燃焼炉３ａ内の熱ガスを熱ガス供給ダクト３１により第１間接加熱炉２１，第２間接加熱炉２２へ供給し、その第１間接加熱炉２１，第２間接加熱炉２２に対し被加工物を導入（例えば、第１間接加熱炉２１，第２間接加熱炉２２内の温度が３５０℃〜６５０℃程度に昇温してから導入）する。

これにより、被加工物の間接加熱加工を施すことができると共に、その間接加熱加工により発生する被処理ガスを燃焼炉３ａ内にて燃焼処理し無害化することができる。

なお、前記の切替えバルブ１１の設定においては、例えば温度センサを用いて燃焼炉３ａ内の温度を検出し該検出値に基づいて切替えることが可能である。また、前記のように温度上昇稼動を経て間接加熱加工している間に、燃焼炉３ａ内の温度が所定温度以下になった場合には、前記の切替えバルブ１１を操作して流路を切替えることにより熱ガス（間接加熱手段２内に供給されていた熱ガス）を熱交換器４に移送しても良い。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

例えば、本実施形態によれば、種々の原料、例えば有機性物質（例えば、植物由来の端材物，プラスチック類を含む石油製品由来の高分子物質），無機性物質，各種含水物質（例えば、汚泥，土壌，土砂等）等の各種被加工物から、乾燥物，灰化物，土壌類の浄化物等の加工物を得ることができる。

また、第１間接加熱炉，第２間接加熱炉，ガス燃焼手段，熱交換器等の各処理温度は、例えば被処理物である原料の種類や量に応じて種々変更することができる。

本実施の形態における間接加熱加工システムおよび間接加熱加工方法の一例を示す概略説明図。 一般的な間接加熱加工システムの概略説明図。

符号の説明

２…間接加熱手段
３…ガス燃焼手段
４…熱交換器
１０…利用前熱ガスダクト
１１…切替えバルブ
２１…第１間接加熱炉
２２…第２間接加熱炉
２４，２５…被処理ガス移送ダクト
３１…熱ガス供給ダクト
４４…冷却媒体ダクト
５０…利用後熱ガスダクト

Claims (6)

1. 被加工物を間接加熱加工することが可能な間接加熱炉を備えた間接加熱手段と、
   前記の間接加熱炉にて被加工物から発生した被処理ガスをガス燃焼手段に移送するための被処理ガス移送ダクトと、
   前記のガス燃焼手段の燃焼炉で得られる熱ガスを間接加熱炉に供給することが可能な熱ガス供給ダクトと、
   前記の間接加熱炉に供給された熱ガスを熱交換器に移送することが可能な利用後熱ガスダクトと、
   前記の燃焼炉と熱交換器との間を連通し且つ前記熱ガス供給ダクトに対し切替えバルブを介して接続される利用前熱ガスダクトと、を構成したシステムであって、
   前記切替えバルブは、システムの温度上昇稼動の際に利用前熱ガスダクトを介して燃焼炉の熱ガスを熱交換器に移送し、温度上昇稼動後に熱ガス供給用ダクトを介して燃焼炉の熱ガスを間接加熱炉に供給するように、操作できることを特徴とする間接加熱加工システム。
2. 前記熱交換器は、冷却媒体として気体を用いた気体−気体熱交換方式であることを特徴とする請求項１記載の間接加熱加工システム。
3. 前記の熱交換器と燃焼炉との間を連通し、冷却媒体を燃焼炉へ導入することが可能な冷却媒体用ダクトを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の間接加熱加工システム。
4. 間接加熱炉を備えた間接加熱手段により被加工物を間接加熱加工し、
   前記の間接加熱加工の際に被加工物から発生した被処理ガスをガス燃焼手段に移送して燃焼処理し、
   前記のガス燃焼手段の燃焼炉で得られる熱ガスを熱ガス供給ダクトにより間接加熱炉に供給し、
   前記の間接加熱炉に供給された熱ガスを利用後熱ガスダクトにより熱交換器に移送するシステムを用いた方法であって、
   前記システムの温度上昇稼動の際に、前記の燃焼炉と熱交換器との間を連通し且つ前記熱ガス供給ダクトに対し切替えバルブを介して接続される利用前熱ガスダクトにより、燃焼炉の熱ガスを熱交換器に移送し、
   前記の温度上昇稼動後に、切替えバルブを操作し、熱ガス供給用ダクトを介して燃焼炉の熱ガスを間接加熱炉に供給することを特徴とする間接加熱加工方法。
5. 前記システムの温度上昇稼動の際に、熱交換器と燃焼炉との間を連通する冷却媒体用ダクトを介して、冷却媒体を燃焼炉へ導入することを特徴とする請求項４記載の間接加熱加工方法。
6. 前記の温度上昇稼動の後、間接加熱炉内の被加工物から発生する被処理ガスを燃焼炉に導入し燃焼処理することを特徴とする請求項４または５記載の間接加熱加工方法。

Images