JP5491347B2 - 横型回転式熱処理炉 - Google Patents

Description

本発明は、横型回転式熱処理炉に関するものである。より詳しくは、内筒及び外筒間の加熱室に流通される熱媒体によって内筒内の被処理物が熱処理される外熱式の横型回転式熱処理炉に関するものである。

この種の横型回転式熱処理炉は、被処理物を熱処理するために使用されるものであり、現在では、乾燥、炭化、熱分解、燃焼等の処理条件が異なる熱処理を連続して行う場合にも使用されている。そこで、処理条件が異なる熱処理を連続して行う場合は、各熱処理において必要となる熱量等が異なるため、改良が加えられる。具体的には、例えば、加熱室内に複数の電気ヒーターが軸方向に並べて設置される形態、加熱室が軸方向に関して複数に分割される形態などが存在する。また、加熱室が複数に分割される形態としては、熱量調節のために、各加熱室内にバーナー等の加熱手段が設置される形態等が存在する（例えば、特許文献１〜３参照。）。

しかしながら、電気ヒーターが設置される形態には、エネルギー効率が悪く、特に高温環境下での信頼性、耐久性に乏しいとの問題がある。また、各加熱室内に加熱手段が設置される形態には、加熱手段を複数設ける事になるため、設備コストが大幅に増加するとの問題がある。この点、加熱室外に加熱手段が設置され、この加熱手段で加熱された熱媒体が各加熱室に流入される形態も考えられる。しかしながら、各加熱室に流入される熱媒体が各別の加熱手段で加熱されるとすると、設備コストが増加するとの問題が残る。他方、各加熱室に流入される熱媒体が同一の加熱手段で加熱されるとすれば、設備コスト増加の問題は解決される。しかしながら、この方法においては、熱媒体の供給流量を加熱室ごとに異なるものとする場合に問題が生じる。供給流量を異なるものとするために、各熱媒体の流速を異なるものとすると、例えば、熱媒体を循環利用するのに妨げとなる。

一方、加熱室内における熱媒体の流通が制御される形態として、加熱室内に螺旋状の整流板が設置される形態が提案されている（例えば、特許文献４，５参照。）。しかしながら、これらの提案は、熱効率を向上させるためもの（特許文献４）、あるいはダストを掻き集めるためのもの（特許文献５）であり、内容が異なる熱処理を連続して行うために好適な形態を開示するものではない。

特許第３１０１２６４号公報 特許第３０８６４５０号公報 特許第３０４９２４２号公報 特開２００５−１６４０９４号公報 特開２００６−２９９０１０号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、処理条件が異なる熱処理を連続して行うことができ、設備コストの増加を抑えることができながら、熱媒体の循環を安定的に行うことができる横型回転式熱処理炉を提供することにある。

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
軸心回りに回転する内筒及びこの内筒から所定間隔を隔てて同心状に設置された外筒を有し、この内筒及び外筒間の加熱室に流通される熱媒体により前記内筒内に供給された被処理物が一端側から他端側へ移送される過程において熱処理される構成とされた横型回転式熱処理炉であって、
前記加熱室が前記被処理物の移送方向に関して複数に分割され、かつ各加熱室に各別に熱媒体が流通されることで、被処理物の熱処理が複数に区画されて行われる構成とされ、
前記外筒の前記内筒からの所定間隔が、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室において相対的に広くされ、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室において相対的に狭くされている、
ことを特徴とする横型回転式熱処理炉。

（主な作用効果）
外筒の内筒からの所定間隔を、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室において相対的に広くし、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室において相対的に狭くすることで、各加熱室に供給する熱媒体の流速を同一とすることができる。結果、内容が異なる熱処理を連続して行うことができ、設備コストの増加を抑えながら、熱媒体の循環を安定的に行うことができる横型回転式熱処理炉となる。

〔請求項２記載の発明〕
前記各加熱室に熱媒体を螺旋状に流通させる整流板が設けられ、
この整流板によって形成された螺旋状流路の断面積が、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室において相対的に広くされ、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室において相対的に狭くされている、
請求項１記載の横型回転式熱処理炉。

（主な作用効果）
各加熱室に熱媒体を螺旋状に流通させる整流板を設け、この整流板によって形成した螺旋状流路の断面積を、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室において相対的に広くし、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室において相対的に狭くすることで、各加熱室に供給する熱媒体の流量（供給流量）が異なる場合であっても、各熱媒体を円滑に流通させることができ、しかも設備コストの増加を抑えることができる。

〔請求項３記載の発明〕
前記整流板のピッチが、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室において相対的に長くされ、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室において相対的に短くされている、
請求項２記載の横型回転式熱処理炉。

（主な作用効果）
整流板のピッチを、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室において相対的に長くし、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室において相対的に短くすることで、簡易に螺旋状流路の断面積を相対的に広く、あるいは狭くすることができ、しかも設備コストの増加を抑えることができる。

本発明によると、内容が異なる熱処理を連続して行うことができ、設備コストの増加を抑えながら、熱媒体の循環を安定的に行うことができる横型回転式熱処理炉となる。

本実施の形態の横型回転式熱処理炉の模式断面図である。

次に、本発明の実施の形態を説明する。
図１に、石油化学製品、汚泥、産業廃棄物等の被処理物Ｃ１を熱処理する横型回転式熱処理炉１を示した。横型回転式熱処理炉１は、軸心回りに回転する円筒状の内筒１０と、この内筒１０から所定間隔（Ｘ１，Ｘ２）を隔てて同心状に設置された、内筒１０の回転に伴う回転をしない円筒状の外筒２０と、から主になる。

内筒１０の両端面には開口が形成されており、一方の開口には被処理物Ｃ１の供給等を行う入口ケーシング３０が、他方の開口には被処理物Ｃ１を熱処理して得た製品Ｃ２の排出等を行う出口回転ケーシング４０が、それぞれ挿入されている。

入口ケーシング３０は、図示しない部材等によって固定されており、内筒１０の回転に伴う回転をしない。したがって、入口ケーシング３０と内筒１０との接続部分は、適宜のシール機構を用いてシールしておくのが好ましい。このシール機構としては、例えば、特開平０２−１１３０８８号公報、特開平１０−２０６０２１号公報、特開平１０−３００３５８号公報、特開２００８−２５６２８７号公報等に記載されたシール機構を採用することができる。

入口ケーシング３０は、円筒状の筒体内にスクリューコンベアが設置される等して構成されている。当該筒体の一方端部（内筒１０に対して遠位側の端部）には、内筒１０内と連通する被処理物Ｃ１の供給口３１が形成されており、この供給口３１に対して内筒１０側の部位には、内部ガスＧの排気口３２が形成されている。供給口３１から筒体内に供給された被処理物Ｃ１は、図示しないスクリューコンベアによって当該筒体内を一方端部側から他方端部（内筒１０に対して近位側の端部）側へ搬送され、当該筒体の他方端面に形成された開口から内筒１０内に供給（装入）される。

内筒１０内に供給された被処理物Ｃ１は、入口ケーシング３０側（一端側）から出口ケーシング４０側（他端側）へ移送され、この過程において、例えば、乾燥、炭化、熱分解、燃焼等の処理条件が異なる熱処理が連続して行われる。被処理物Ｃ１を一端側から他端側へ移送する方法としては、例えば、内筒１０内にスクリューコンベア等の移送手段を設置し、この移送手段を利用して移送する方法を採用することもできる。ただし、本形態の熱処理炉１においては、内筒１０の軸心が水平面に対して、例えば０．１／１００〜１０／１００傾いており、内筒１０の一端側が他端側よりも若干高くなっている。したがって、被処理物Ｃ１は、内筒１０の回転に伴って、内筒１０の内周面によって攪拌されつつ、一端側から他端側へ移送される。被処理物Ｃ１の攪拌効率は、内筒１０の内周面に図示しない攪拌羽根を取り付けることによって向上させることができる。攪拌羽根によって内筒１０の底部に滞留する被処理物Ｃ１が掻き上げられ、被処理物Ｃ１と伝熱面である内筒１０の内周面との接触効率が向上する。この攪拌羽根としては、内筒１０の軸方向に延在するもの、斜め方向に延在するもの等を適用することができる。

内筒１０内を出口回転ケーシング４０まで移送された被処理物Ｃ１は、この出口回転ケーシング４０、及びこの出口回転ケーシング４０と連通状態とされた出口固定ケーシング４３を通して、熱処理後の被処理物Ｃ１である製品Ｃ２として、装置外に排出される。出口回転ケーシング４０は、筒体内に図示しないスクリュー状の羽根等が設けられた構成である。この出口回転ケーシング４０は、内筒１０に固定されており、内筒１０と伴に回転する。この内筒１０及び出口回転ケーシング４０の回転と共に筒体内設けられたスクリュー状の羽根も回転し、この羽根の回転に伴って被処理物Ｃ１が筒体内を一端側から他端側へ（紙面右側へ）搬送される。筒体内を他端部まで搬送された被処理物Ｃ１は、当該筒体の他方端面に形成された開口から出口固定ケーシング４３内に押し出される。

この出口固定ケーシング４３には、上方に向けて開口する不活性ガスＮの供給口４１、及び、下方に向けて開口する製品Ｃ２の排出口４２が形成されている。この供給口４１及び排出口４２は、いずれも出口回転ケーシング４０を通して内筒１０内と連通する構成とされており、出口回転ケーシング４０から出口固定ケーシング４３内に押し出された被処理物Ｃ１は、排出口４２から製品Ｃ２として排出される。

他方、供給口４１から出口固定ケーシング４３内に供給された不活性ガスＮは、出口回転ケーシング４０を通して内筒１０内に供給される。内筒１０内に供給されたキャリアガスＮは、被処理物Ｃ１の熱処理に伴って発生した乾留ガスなどと共に、内部ガスＧとして、入口ケーシング３０の筒体内に送り込まれる。この筒体内に送り込まれた内部ガスＧは、他方端部側から一方端部側へ（紙面左側へ）流れ、排気口３２から排気される。

以上のように、本形態の熱処理炉１は、被処理物Ｃ１の移送方向とガスの流通方向とが逆方向となる向流式とされているが、熱処理の内容等によっては、並流式とすることもできる。また、キャリアガスＮは、内筒１０内で発生した水蒸気や乾留ガスなどを排気口３２から排出することが目的である。特に被処理物Ｃ１の発火を防止し、あるいは乾留ガス等の排出を促進するためには、例えば、窒素、二酸化炭素、水蒸気等を使用することが好ましい。また、熱処理の内容として燃焼等が含まれる場合においては、キャリアガスＮの供給を省略し、又は酸素含有ガス等に変えることができる。

外筒２０は、内筒１０から所定間隔（Ｘ１，Ｘ２）を隔てて同心状に設置されおり、当該外筒２０の内周面と内筒１０の外表面との間に形成される加熱室（Ｒ１，Ｒ２）に熱媒体Ｈ（Ｈ１，Ｈ２）が流通される。この熱媒体Ｈは、例えば、熱風等の熱気体、熱湯等の熱液体、これらの混合物等からなり、この熱媒体Ｈの熱が内筒１０を介して間接的に被処理物Ｃ１に伝達され、被処理物Ｃ１の熱処理が行われる。なお、加熱室（Ｒ１，Ｒ２）の外周を構成する外筒２０は、熱損失防止のために、断熱材２０Ｘで構成されている。

本形態において、加熱室（Ｒ１，Ｒ２）は、被処理物Ｃ１の移送方向に関して２つの加熱室Ｒ１及び加熱室Ｒ２に分割されており、各加熱室Ｒ１，Ｒ２に各別に熱媒体Ｈ１，Ｈ２が流通される。各加熱室Ｒ１，Ｒ２に各別に熱媒体Ｈ１，Ｈ２が流通されることで、被処理物Ｃ１の熱処理が複数に区画されて行われる。本形態では、加熱室Ｒ１内を流通する熱媒体Ｈ１によって熱処理される加熱ゾーンＺ１と、加熱室Ｒ２内を流通する熱媒体Ｈ２によって熱処理される加熱ゾーンＺ２とに区画されている。各加熱ゾーンＺ１，Ｚ２において行われる熱処理の内容は特に限定されるものではないが、本形態の熱処理炉１は、加熱ゾーンＺ１において被処理物Ｃ１の乾燥処理を、加熱ゾーンＺ２において被処理物Ｃ２の熱分解処理を行う場合に好適である。また、特に図示はしないが、加熱ゾーン（加熱室）を３つ以上の複数とすることもできる。

熱媒体Ｈ１，Ｈ２の供給流量は、加熱室Ｒ１，Ｒ２ごとに異なるものとされている。この熱媒体Ｈ１，Ｈ２の供給流量は、加熱室ごとに供給する熱量を異なるものとするために相違させるのが一般的であるが、その他の目的のために相違させることもできる。

本形態においては、外筒２０の内筒１０からの所定間隔（Ｘ１，Ｘ２）が、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室Ｒ１において相対的に広くされ（所定間隔Ｘ１）、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室Ｒ２において相対的に狭くされている（所定間隔Ｘ２）。所定間隔Ｘ１，Ｘ２を異なるものとすることで、熱媒体Ｈ１，Ｈ２の供給流量が加熱室Ｒ１，Ｒ２ごとに異なるものとされている場合においても、熱媒体Ｈ１，Ｈ２の流速を同一とすることができる。ここで、外筒２０の内筒１０からの所定間隔（Ｘ１，Ｘ２）は、相対的な広狭の関係以外は特に限定されず、被処理物Ｃ１を熱処理するために必要な熱量、加熱室（Ｒ１，Ｒ２）の軸方向に関する長さ、熱媒体Ｈの温度等をファクターとして適宜決定することができる。また、加熱ゾーン（加熱室）が３つ以上の複数とされる場合は、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室における所定間隔を相対的に広くし、供給流量が相対的に少ない加熱室における所定間隔を相対的に狭くすればよい。

加熱室（Ｒ１，Ｒ２）は、図１中に拡大して示すように、内筒１０から延出し、かつ外筒２０に及ぶ仕切り壁１０Ｘによって、加熱室Ｒ１と加熱室Ｒ２とに分割されている。加熱室（Ｒ１，Ｒ２）を構成する内筒１０は回転するものの、同じく加熱室（Ｒ１，Ｒ２）を構成する外筒２０は回転しない。したがって、仕切り壁１０Ｘは、外筒２０に及ぶものの、当該外筒２０には連結されない状態とされている。したがって、仕切り壁１０Ｘの先端部と外筒２０の内周面とが離間している必要はなく、部材摩耗の観点等から許容されるのであれば、当接していてもよい。また、仕切り壁１０Ｘは、図示はしないが、外筒２０から延出し、かつ内筒１０に及ぶ形態とすることもできる。なお、本明細書において、加熱室の「分割」は、各熱媒体Ｈ１，Ｈ２が隣接する加熱室に流出しないように行うものである。しかしながら、上記したように、内筒１０は回転するものの外筒２０は回転しないことによる構造上の限界が存在するため、熱媒体が隣接する加熱室にわずかに流出する場合も含むものとする。

本形態においては、仕切り壁１０Ｘを挟んだ両加熱室Ｒ１，Ｒ２に、熱媒体Ｈ１，Ｈ２を螺旋状に流通させる整流板６１，６２が設けられている。この整流板６１，６２は、前述特許文献４等に開示された整流板と同様に、熱媒体Ｈ１，Ｈ２のショートパスを防止する機能を有し、熱効率を向上させる効果を有する。しかしながら、本形態の両整流板６１，６２は、従来の整流板と異なり、この整流板６１，６２によって形成された螺旋状流路の断面積（熱媒体の流れ方向に直交する断面積）が、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室Ｒ１において相対的に広くされ、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室Ｒ２において相対的に狭くされた構成とされている。整流板６１，６２をこのような構成とすることで、各加熱室Ｒ１，Ｒ２に供給する熱媒体Ｈ１，Ｈ２の流量（供給流量）が異なる場合であっても、当該熱媒体Ｈ１，Ｈ２を円滑に流通させることができ、しかも設備コストの増加を抑えることができる。また、この場合においては、各整流板６１，６２のピッチＬ１，Ｌ２が、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室Ｒ１において相対的に長くされ（ピッチＬ１）、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室Ｒ２において相対的に短くされている（ピッチＬ２）のが好ましい。整流板６１，６２のピッチＬ１，Ｌ２を、このように相違させることで、簡易に螺旋状流路の断面積を相対的に広く、あるいは狭くすることができ、しかも設備コストの増加を抑えることができる。

次に、各加熱室Ｒ１，Ｒ２に熱媒体Ｈ１，Ｈ２を流通させるための形態を説明する。
本形態の熱処理炉１においては、外筒１０の入口ケーシング３０側端部に形成された流入口１１から加熱室Ｒ１内に熱媒体Ｈ１が、外筒１０の出口回転ケーシング４０側端部に形成された流入口１２から加熱室Ｒ２内に熱媒体Ｈ２が、各別に流入される。各流入口１１，１２は、熱媒体Ｈ１，Ｈ２の流入方向が加熱室Ｒ１，Ｒ２に対して接線方向となるように形成されていると好適である。また、各流入口１１，１２の軸方向や周方向に関する形成位置、形成する数などは特に限定されるものではないが、加熱室Ｒ１の流入口１１は、入口ケーシング３０側端部に、かつ加熱室Ｒ１内に流入された熱媒体Ｈ１がまず内筒１０の底面を加熱するように形成されていると好適である。この形態によると、入口ケーシング３０から供給され、内筒１０内において、まず、入口ケーシング３０側の底部に堆積する被処理物Ｃ１が効果的に加熱される。なお、図示例において、流入口（１１，１２）は、各加熱室Ｒ１，Ｒ２に１つとされているが、２つ以上の複数とすることもできる。

加熱室Ｒ１内に流入された熱媒体Ｈ１は、整流板６１によって螺旋状に仕切り壁１０Ｘ側（紙面右方）へ流通され、外筒２０の仕切り壁１０Ｘ近傍に形成された流出口１３から加熱室Ｒ１外に流出される。また、加熱室Ｒ２内に流入された熱媒体Ｈ２は、整流板６２によって螺旋状に仕切り壁１０Ｘ側（紙面左方）へ流通され、外筒２０の仕切り壁１０Ｘ近傍に形成された流出口１４から加熱室Ｒ２外に流出される。各流出口１３，１４は、熱媒体Ｈ１，Ｈ２の流出方向が加熱室Ｒ１，Ｒ２に対して接線方向となるように形成されていると好適である。また、各流出口１３，１４の軸方向や周方向に関する形成位置、形成する数などは特に限定されるものではないが、各加熱室Ｒ１，Ｒ２において対応する流入口１１，１２とは反対側の端部に形成されていると好適である。各加熱室Ｒ１，Ｒ２において流入口１１，１２及び流出口１３，１４が相互に反対側の端部に形成されていると、各加熱ゾーンＺ１，Ｚ２において全長にわって均一な熱処理が行われるようなる。なお、図示例において、流出口（１３，１４）は、各加熱室Ｒ１，Ｒ２に１つとされているが、２つ以上の複数とすることもできる。

流出口１３，１４から流出された熱媒体Ｈ１，Ｈ２は、ダクト等からなる排出流路Ｄ１で合流（混合）された後、図示しないブロワやポンプなどの供給手段によって燃焼炉や電気炉等の加熱手段９０に供給され、別途空気等の酸素含有ガスＡとともに加熱される。加熱後の熱媒体Ｈは、ダクト等からなる供給流路Ｄ２を通じて流量の異なる２つの熱媒体Ｈ１，Ｈ２に分流され、再度流入口１１，１２から加熱室Ｒ１，Ｒ２内に流入される（分配供給）。加熱室Ｒ１，Ｒ２内に流入される熱媒体Ｈ１，Ｈ２は、流速が同一とされており、熱媒体の循環が安定する。このように熱処理炉１は、熱媒体の排出流路Ｄ１、加熱手段９０、および供給流路Ｄ２を備えることで熱処理設備として利用することができる。この点、流出口１３，１４から流出された熱媒体Ｈ１，Ｈ２は、合流（混合）することなく、各別の加熱手段で加熱し、再度流入口１１，１２から加熱室Ｒ１，Ｒ２内に流入することもできる。しかしながら、熱媒体の加熱手段を複数設けると、設備コストが著しく増加する。また、流出口１３，１４から流出された熱媒体Ｈ１，Ｈ２を再利用しないこともできるが、熱媒体Ｈ１，Ｈ２の余熱が有効利用されず、熱効率が低下する。ところで流入口１１，１２の上流側の流路（例えば、供給流路Ｄ２やこの供給流路Ｄ２と流入口１１，１２とを繋ぐ流路など。）及び流出口１３，１４の下流側の流路（例えば、排出流路Ｄ１やこの排出流路Ｄ１と流出口１３，１４とを繋ぐ流路など。）には、補助的に熱媒体Ｈ１，Ｈ２の流量を調整することを目的としたダンパなどの流量調整手段を設けることも可能である。

本発明は、内筒及び外筒間の加熱室に流通される熱媒体によって内筒内の被処理物が熱処理される外熱式の横型回転式熱処理炉として適用可能である。

１…横型回転式熱処理炉、１０…内筒、１１，１２…流入口、１３，１４…流出口、１０Ｘ…仕切り壁、２０…外筒、３０…入口ケーシング、３１…供給口、３２…排気口、４０…出口回転ケーシング、４１…供給口、４２…排出口、４３…出口固定ケーシング、６１，６２…整流板、９０…加熱手段、Ａ…酸素含有ガス、Ｃ１…被処理物、Ｃ２…製品、Ｇ…内部ガス、Ｈ，Ｈ１，Ｈ２…熱媒体、Ｌ１，Ｌ２…ピッチ、Ｎ…不活性ガス、Ｒ１，Ｒ２…加熱室、Ｘ１，Ｘ２…所定間隔、Ｚ１，Ｚ２…加熱ゾーン、Ｄ１…排出流路、Ｄ２供給流路。

Claims (3)

1. 軸心回りに回転する内筒及びこの内筒から所定間隔を隔てて同心状に設置された外筒を有し、この内筒及び外筒間の加熱室に流通される熱媒体により前記内筒内に供給された被処理物が一端側から他端側へ移送される過程において熱処理される構成とされた横型回転式熱処理炉であって、
   前記加熱室が前記被処理物の移送方向に関して複数に分割され、かつ各加熱室に各別に熱媒体が流通されることで、被処理物の熱処理が複数に区画されて行われる構成とされ、
   前記外筒の前記内筒からの所定間隔が、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室において相対的に広くされ、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室において相対的に狭くされている、
   ことを特徴とする横型回転式熱処理炉。
2. 前記各加熱室に熱媒体を螺旋状に流通させる整流板が設けられ、
   この整流板によって形成された螺旋状流路の断面積が、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室において相対的に広くされ、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室において相対的に狭くされている、
   請求項１記載の横型回転式熱処理炉。
3. 前記整流板のピッチが、熱媒体の供給流量が相対的に多い加熱室において相対的に長くされ、熱媒体の供給流量が相対的に少ない加熱室において相対的に短くされている、
   請求項２記載の横型回転式熱処理炉。

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