JP3004201B2

JP3004201B2 - ロータリーキルン

Info

Publication number: JP3004201B2
Application number: JP7340968A
Authority: JP
Inventors: 直克毛利; 康彦山本
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 2000-01-31
Anticipated expiration: 2015-12-27
Also published as: JPH09178138A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータリーキルン
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、経済発展に伴い汚泥、プラスチッ
ク、紙、木材、廃油、廃酸、廃アルカリ、厨房塵埃等の
下水汚泥、産業廃棄物や一般廃棄物の発生量が年々増大
しており、公共団体や企業においても、その処理が重要
な課題となっている。これらの廃棄物は、発生量が変動
すると共に、発熱量や元素組成も変動するため、従来の
焼却炉で処理量や燃暁排ガス性状を安定させ、所定量を
低コストで焼却処理することが困難であった。そのた
め、このような被焼却物を燃焼排ガス性状を安定させ
て、迅速かつ低コストで焼却処理する焼却処理装置の開
発が要求されている。

【０００３】たとえば、第８図に示すように、従来のロ
ータリーキルンは炉体（５２）を水平に対して数度傾斜
した軸の周りに回転可能に支持する回転支持部（５７）
を有し、筒状の炉体の上流側蓋部（５３）の被焼却物の
供給口（５５）から被焼却物を供給し、炉体（５２）の
回転や炉壁に設けられた搬送羽恨により、被焼却物を他
端に向けて搬送しつつ、排出口側に設けた燃焼部（５
８）から燃焼ガスや空気を炉内に供給して焼却して、下
流側蓋部（５４）の焼却灰の排出口（５６）から焼却灰
を排出して焼却灰貯留槽に貯留すると共に、燃焼排ガス
を排ガス排出口から排出する焼却炉である。しかし、従
来のロータリーキルンは、燃焼部（５８）から燃焼ガス
や空気を供給し、被焼却物を直接焼却するものであるの
で、塊状の被焼却物が解砕されるのに時間を要するため
燃焼効率が悪く、また、炉内に供給される下水汚泥、産
業廃棄物、一般廃棄物等の被焼却物の供給量が増加し、
発熱量が低下したり、水分が増加したりすると、完全に
焼却せずに未燃物が発生する恐れが大きい。このため機
械の全長を長くすると、広い敷地を要して設備規模やコ
スト面で問題があった。

【０００４】また、下水汚泥、産業廃棄物や一般廃棄物
の被焼却物等の焼却炉としては、円筒状の炉体の下部に
空気供給管を設けて、その上に数ｍの流動砂を充填して
流動砂層を形成し、炉内を所定温度に維持しつつ、空気
供給管から１次空気を送入して流動砂を流動させ、流動
砂層の上部に供給された被焼却物を焼却する流動炉が知
られている。流動炉は所定温度に加熱された流動砂中に
被焼却物を供給して解砕し、被焼却物を燃焼させる炉で
あるため、炉内に供給される被焼却物の供給量が増加
し、発熱量が低下したり、水分が増加したりしても対応
出来る。しかし、解砕、乾燥、熱分解、燃焼が瞬時に起
り、被焼却物に対する応答が速すぎるため、燃焼状態の
変動が大きく安定した燃焼が出来ないこと、燃蛇排ガス
中のＮＯx 、ＣＯ、ＨＣｌ、ダイオキシン等の有害物質
の生成量が多くなること、炉体の高さが高くプラントや
建屋の高さが高くなること、流動砂層の層厚が厚いため
高圧で大型のブロアが必要であること等々の問題があっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を背景としてなされたものであって、炉内に供給される
下水汚泥、産業廃棄物、一般廃棄物等の被焼却物のサイ
ズや供給量が変動したり、発熱量が低下したり、水分が
増加したりした際にも、燃焼排ガス中の有害物質の生成
が少ない安定した焼却が出来ること、設備規模が小さく
出来ることを課題とする。

【０００６】

【課題を解決する手段】このような課題を解決するため
の本発明のロータリーキルンは、水平あるいは水平に対
してわずかに傾斜した軸の周りに回転する筒状の炉体の
炉内を所定温度に維持しつつ、供給した被焼却物を焼却
させ、焼却により発生した焼却灰や燃焼排ガスを排出す
るロータリーキルンにおいて、炉体の内周面に沿って長
手方向に多数本の空気供給管が設けられ、炉体の上流側
を覆う上流側蓋部と、下流側を覆う下流側蓋部が、それ
ぞれ炉体とは気密にシールされているが回転しないよう
に設けられ、その上流側蓋部は、上部の２次空気室、下
部の１次空気室に区分されていて、２次空気室に供給さ
れた空気は前記炉内上部側空気供給管を通じて炉内に焼
却用の２次空気として供給されるととも、１次空気室に
供給された空気は前記炉内下部側空気供給管を通じて炉
内に１次空気として供給されて、炉内の被焼却物を、加
熱された流動砂と共に流動させつつ焼却するものとし、
かつ、炉体の回転にかかわらず常に、前記炉内上部側に
位置する空気供給管を２次空気供給用、炉内下部側の位
置する空気供給管を１次空気用として流動砂の流動と被
焼却物の焼却用空気を供給可能としたことを特徴とする
ものである。

【０００７】また、本発明は、前記炉体を２重構造と
し、長手方向に仕切を設けて、前記多数本の空気供給管
を形成したものである形態、および当該空気供給管の炉
内壁面をセラミック多孔体でもって構成したロータリー
キルンに具体化することができる。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施の形
態を、図面を参照しつつ説明する。図１に示す第１の実
施の形態は、たとえば、水分が４５〜８５％であり、相
当直径が１０〜２００ｍｍである下水汚泥や産業廃棄物
を２０〜４０ｔ／日で焼却処理するためのロータリーキ
ルン（１）であって、直径Ｄ＝１〜２ｍ、長さＬ＝５〜
１０ｍ、Ｄ／Ｌ＝０．２〜０．４の炉体（２）に、図６
に示すように1 次空気供給手段として３〜４ｍｍΦの空
気噴射孔（２７ａ）を約５０ｍｍ間隔で穿けた直径４０
〜６０ｍｍの長尺の１次空気供給管（１２ａ）が、図３
に示すように炉体の内周面に沿って長手方向に、多数本
が炉体に固定されており、１次空気供給管（１２ａ）へ
空気を供給する圧力は１０００〜１５００ｍｍＡｑ程度
で、流動砂を直径が０．３〜２ｍｍの珪砂とする時、砂
層内の１次空気の線速度は０．５ｍ／秒程度であり、流
動砂が流動を開始する流動化開始線速度の１〜２倍であ
ることが好ましい。また、炉内は０〜５０ｍｍＡｑの負
圧に維持することにより、炉外へ燃焼排ガスが漏れない
ようにすることが好ましい。

【００１３】水平あるいは水平に対してわずかに傾斜し
た軸の周りに回転する筒状の炉体の回転により、たとえ
ば、直径２００ｍｍの被焼却物は供給口側から排出口側
に向かって搬送されるが、炉体に搬送羽根を設けること
により、搬送力を高めることも出来る。供給口側から排
出口側に向かう長手方向に、炉体（２）の円周面に沿っ
て炉体（２）に固定されて設けられた多数の長尺の１次
空気供給管（１２ａ）や２次空気供給管（１３ａ）に設
けられた、筒状の炉内の少なくとも下部に設けられてい
る空気を噴射させるための空気噴射孔（２７ａ）は、流
動砂の空気供給管への侵入が起り難いようにするため、
図６に示すように、炉体（２）の中心側でなく、炉壁側
に設けることが好ましい。また、図７に示したように空
気を噴射させる空気噴射孔（２７ａ）は、空気供給管の
軸に対して直角に穿けずに、傾斜させて穿けることも出
来るが、この場合には空気の流路が急激に曲がらないた
め、空気の抵抗を減少させることが出来る。また、１次
空気供給管（１２ａ）や２次空気供給管（１３ａ）に穿
けられている空気噴射孔（２７）の数や径を上流側を多
くし、下流側を少なくすることが好ましく、これにより
流動砂による被焼却物供給口付近の被焼却物の解砕を強
化することが出来る。

【００１４】なお、図４に示した第２の実施の形態のよ
うに、炉体（２）に空気供給管を固定して設けずに、炉
体（２）を２重管構造にして仕切をすることにより、炉
体（２）の所定部分に１次空気供給管（１２ｂ）や２次
空気供給管（１３ｂ）を直接的に形成して、壁面に設け
た空気噴射孔（２７ｂ）から空気を噴射させることも出
来る。なお、空気噴射孔（２７ｂ）の目詰りを防止する
ため、空気供給管に孔を穿けてその上部にバブルキャッ
プを取りつけて、キャップの側壁に空気噴射孔（２７
ｂ）を開口することも出来る。

【００１５】さらに、図５に示した第３の実施の形態の
ように、炉体（２）を２重管構造にして、炉体（２）の
所定部分に１次空気供給管（１２ｃ）や２次空気供給管
（１３ｃ）を形成して、その壁面側に設けた構成する粒
子の粒径数２ｍｍ以下のセラミック多孔体等の多孔体の
前面から空気を噴射させることも出来る。

【００１６】図１に示す第１の実施の形態においては、
炉体（２）の直径の１／３〜１／４程度の深さまで粒径
０．３〜２ｍｍの珪砂等の流動砂が充填されており、炉
体（２）は略水平あるいは水平に対してわずかに傾斜
（たとえば、３〜５度程度）傾斜させた状態で回転支持
部（７）上に設置されており、回転支持部（７）のロー
ラーを図示しない駆動装置により毎分０．５〜５回転す
る。なお、炉内の長手方向に堰を設けることにより、被
焼却物の解砕が特に必要な被焼却物の供給側の流動砂の
充填深さを増加させることも出来る。炉体（２）の上流
側を覆うための上流側蓋部（３）と回転する炉体（２）
とは気密にシールされているが、上流側蓋部（３）は、
炉体（２）の回転に伴って回転することはない。同様
に、炉体（２）の下流側を覆うための下流側蓋部（４）
と回転する炉体（２）とは気密にシールされているが、
下流側蓋部（４）は、炉体（２）の回転に伴って回転す
ることはない。

【００１７】図１に示す第１の実施の形態においては、
また、上流側蓋部（３）は仕切られて、上部には２次空
気供給手段である２次空気室（１１）と２次空気供給管
（１３ａ）に連通する開口が設けられており、上流側蓋
部（３）に供給された空気は、炉体（２）と共に回転す
る２次空気供給管（１３ａ）が２次空気室（１１）の開
口と連通した際に、２次空気供給管（１３ａ）の空気噴
射孔（２７ａ）を通って２次空気が炉内に供給される構
造になっている。同様に、下部には１次空気供給手段で
ある１次空気室（１０）と１次空気供給管（１２ａ）に
連通する開口が設けられており、1 次空気供給管（１２
ａ）が１次空気室（１０）の開口と連通した際に、１次
空気供給管（１２ａ）の空気噴射孔（２７ａ）を通って
１次空気が炉内に供給される構造になっている。なお、
１次空気供給管（１２ａ）への１次空気の送入方法や２
次空気供給管（１３ａ）への２次空気の送入方法は上記
に限定されるものではない。

【００１８】図１に示す第１の実施の形態においては、
下流側蓋部（４）には、炉内を所定温度（たとえば、摂
氏８００〜９００度）に加熱するための燃焼バーナ等よ
りなる燃焼部（８）、燃焼排ガスの排出手段である排ガ
ス排出口（９）、流動砂と焼却灰との混合物を排出する
混合物排出口が設けられており、混合物排出手段である
混合物排出機（１４）に連通している。ロータリーキル
ンは外部から熱風供給するか、または、燃焼バーナーで
の焚き込みを行う燃焼部（８）からの熱量により所定温
度まで昇温されるが、被焼却物を焼却する際に供給され
る１次空気の１次空気比＝０．７〜１．２で、１次空気
と２次空気を合わせた全空気の全空気比＝１．２〜２．
０であることが有害物質の発生を防止する面から好まし
い。なお、被焼却物の発熱量が高く、自燃する場合に
は、着火以後については燃焼部（８）から炉内に熱量を
供給する必要はない。

【００１９】１次空気は流動砂を流動させると共に、被
焼却物を燃焼させるための酸素を供給する機能を有し、
２次空気は被焼却物または可燃ガスを燃焼させるための
酸素を供給する機能を有しており全体として被焼却物が
燃焼するに必要な所定の酸素量を維持することが必要で
ある。ここで、本発明における１次および２次空気は、
空気の他に、酸素濃度を高めた空気や若干の酸素を含ん
だ燃焼排ガス等の気体も含むものであり、気体は省エネ
ルギーや熱効率の向上のため、熱交換器により予熱する
ことが好ましい。

【００２０】炉内の１次空気供給管（１２ａ）から噴射
される１次空気により流動する加熱された流動砂によ
り、被焼却物は解砕されつつ乾燥され、炉体の回転と必
要に応じて炉体に設けられた搬送羽根とにより下流側に
向かって搬送されつつ焼却されて焼却灰となる。下水汚
泥のように元々細かい被焼却物の焼却灰は微粒状で軽量
な焼却灰になるから、燃焼排ガスに同伴するが、焼却灰
の一部を占める塊状の未燃物や不燃物は燃焼排ガスに同
伴しない。また、高温度に加熱された流動砂は、焼却灰
に比較して直経や比重が大きいから燃焼排ガスに同伴す
ることははとんどない。これらの焼却灰は流動砂と共に
混合物として混合物排出機（１４）に移動する。不燃物
や未燃物を含む粒経の大きな焼却灰が増加した際には、
スクリューフイーダー等の混合物排出機（１４）を断続
的に稼働させて、混合物を排出し、混合物は振動篩等の
分離機により、流動砂と焼却灰とに分離され、流動砂は
循環して流動砂供給機（１９）により炉内へ循環供給さ
れる。なお、混合物の排出を少量ずつ連続的に行うこと
も出来る。

【００２１】図１〜３に示す第１の実施の形態において
は、焼却灰と流動砂との混合物は焼却灰排出手段である
混合物排出機（１４）により、この下流側蓋部（４）か
ら炉外に排出される。不燃物や未燃物が増加して混合物
量が増加した際には、混合物排出機（１４）により排出
された混合物は、振動篩等の分離機（１５）により流動
砂と焼却灰とに分離され、分離された所定粒径の流動砂
は、摂氏４００〜５００度の高温度を維持しつつ、循環
手段である流動砂循環路（１８）を通って、流動砂供給
機（１９）により炉内に迅速に循環供給することが好ま
しい。なお、炉内の流動砂量を所定量に維持するため、
流動砂貯留槽（１７）から必要に応じて流動砂供給機
（１９）に新しい流動砂が供給される。一方、振動篩等
により分離された焼却灰は焼却灰貯留手段である焼却灰
貯留槽（１６）に貯留される。

【００２２】炉体（２）の下流側蓋部（４）には排ガス
排出口（９）が設けられているので、微細な焼却灰や燃
焼排ガスがここから炉外に排出される。被焼却物の性状
によっては、燃焼排ガス中に未燃分が残存するので、こ
の燃焼排ガス中の未燃分は、必要に応じて再燃焼手段で
ある再燃焼炉（２０）で焼却され、再燃焼後の燃焼排ガ
スは熱交換手段であるボイラー等の熱交換器（２１）
で、炉内に供給される１次空気や２次空気と熱交換さ
れ、燃焼排ガス中のダストは除塵手段である除塵機（２
２）で除塵され、除塵後の燃焼排ガスは排ガス排出手段
である煙突（２３）から大気へ排出される。除塵機（２
２）で補集されたダストは、ダスト貯留手段であるダス
ト貯留槽（２４）に貯留される。ダスト貯留槽（２４）
に貯留されたダストは、ダスト安定化手段であるダスト
安定機（２５）で、セメント等の安定化材が添加され、
ダスト中に含有される重金属等が安定化され、安定化物
貯留槽（２６）に貯留される。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
には以下の効果がある。従来のロータリーキルンの
ように、対流伝熱もしくは放射伝熟により加熱部付近の
限定された箇所のみで被焼却物が焼却されるのではない
ので、塊状の被焼却物であっても、加熱された珪砂等の
流動砂により容易に解砕されて微粒化して伝熱効果を高
められることと、流動砂の保有熟と燃焼熱によって、被
焼却物は炉内の全域にわたり徐々に、乾燥、焼却される
ので、燃焼効率が向上する。被焼却物の供給量、発
熱量、水分、サイズ、の変動に対して、加熱された流動
砂による解砕、攪拌により伝熱効果を高められ迅速に対
応出来るので、未燃物の発生の恐れが少なく、所定の処
理量を安定して処理することが出来る。機長が短く
ても安定した焼却が可能であるので、通常のロータリー
キルンの機長（機械の良さ）が、直径の４〜１０倍程度
とされているのに対して、直径の４〜６倍で済み、必要
な用地を減少させることが出来る。（従来のロータリー
キルンは直経Ｄ＝２ｍで、Ｄ／Ｌ＝０．１とするとき、
機長Ｌ＝２０ｍとなり、本発明のロータリーキルンは直
径Ｄ＝２ｍで、Ｄ／Ｌ＝０．４とするとき、機長Ｌ＝８
ｍとなり、必要な用地が半減する。）

【００２４】円筒状の炉体の下部に空気供給管を設
けて、そめ上に数ｍの流動砂を充填して流動砂層を形成
し、空気供給管に１次空気を２５００ｍｍＡｑ以上で送
入して流動砂を流動させ、流動砂層の上部に供給された
被焼却物を焼却する流動炉に比較して、本発明のロータ
リーキルンは、流動砂層の高さは１ｍ以下と低いこと
と、炉体の回転により砂層は移動している効果と合わ
せ、１次空気供給管からの送入圧力は１５００ｍｍＡｑ
以下であり、ブロアは小型化出来ると共に、所要動力も
少なく出来る。被焼却物の解砕、乾燥、熱分解、燃
焼が１時的に起こり、炉内温度が急激に上昇し、燃焼排
ガス中のＮＯx 、ＨＣｌ、ＣＯ、ダイオキシン等の有害
物質の生成量が突発的に増加する流動炉に比較して、本
発明のロータリーキルンは、燃焼が炉内の全域で徐々に
行われるので、燃焼排ガス中に前記の有害物質の生成の
恐れが無く、後段の排ガス処理装置が簡易なものとな
る。炉体の高さが数十ｍと高い流動炉に比較して、
本発明のロータリーキルンは炉体の高さが数ｍと低いの
で、プラントや建屋の高さを低く出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すロータリーキ
ルンの断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態を示す焼却処理装置
のフローシートである。

【図３】本発明の第１の実施の形態を示すロータリーキ
ルンのA −A 点の縦断面図、および、B −B 点の断面図
である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示すロータリーキ
ルンのA −A 点の縦断面図、および、B −B 点の断面図
である。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示すロータリーキ
ルンのA −A 点の縦断面図、および、B −B 点の断面図
である。

【図６】本発明の第２の実施の形態を示すロータリーキ
ルンの空気供給管の斜視図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態を示すロータリーキ
ルンめ空気供給管の空気噴射孔の断面図の例（ａ）
（ｂ）である。

【図８】従来のロータリーキルンの断面図である。

【符号の説明】

１ロータリーキルン２炉体３上流側蓋部４下流側蓋部５被焼却物供給口６混合物排出口７回転支持部８燃焼部９排ガス排出口１０１次空気室１１２次空気室１２ａ，１２ｂ，１２ｃ１次空気供給管１３ａ，１３ｂ，１３ｃ２次空気供給管１４混合物排出機１５分離機１６焼却灰貯留槽１７流動砂貯留槽１８流動砂循環路１９流動砂供給機２０再燃焼炉２１熱交換器２２除塵機２３煙突２４ダスト貯留槽２５ダスト安定化機２６安定化物貯留槽２７空気噴射孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭53−110267（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−97338（ＪＰ，Ｕ) 特公昭60−47504（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭49−18953（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 5/30 ZAB F23G 5/20 ZAB

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水平あるいは水平に対してわずかに傾斜
した軸の周りに回転する筒状の炉体の炉内を所定温度に
維持しつつ、供給した被焼却物を焼却させ、焼却により
発生した焼却灰や燃焼排ガスを排出するロータリーキル
ンにおいて、炉体の内周面に沿って長手方向に多数本の
空気供給管が設けられ、炉体の上流側を覆う上流側蓋部
と、下流側を覆う下流側蓋部が、それぞれ炉体とは気密
にシールされているが回転しないように設けられ、その
上流側蓋部は、上部の２次空気室、下部の１次空気室に
区分されていて、２次空気室に供給された空気は前記炉
内上部側空気供給管を通じて炉内に焼却用の２次空気と
して供給されるととも、１次空気室に供給された空気は
前記炉内下部側空気供給管を通じて炉内に１次空気とし
て供給されて、炉内の被焼却物を、加熱された流動砂と
共に流動させつつ焼却するものとし、かつ、炉体の回転
にかかわらず常に、前記炉内上部側に位置する空気供給
管を２次空気供給用、炉内下部側の位置する空気供給管
を１次空気用として流動砂の流動と被焼却物の焼却用空
気を供給可能としたことを特徴とするロータリーキル
ン。
【請求項２】前記炉体を２重構造とし、長手方向に仕
切を設けて、前記多数本の空気供給管を形成したもので
ある請求項１に記載のロータリーキルン。
【請求項３】請求項２に記載の空気供給管の炉内壁面
をセラミック多孔体でもって構成したロータリーキル
ン。