JP5564994B2

JP5564994B2 - 熱分解炭化物排出冷却システム

Info

Publication number: JP5564994B2
Application number: JP2010045209A
Authority: JP
Inventors: 浩史伊藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-03-02
Also published as: JP2011177663A

Description

この発明は、廃棄物等を還元雰囲気下で熱分解して生成された炭化物を冷却する熱分解炭化物排出冷却システムに関するものである。

都市ごみ等の廃棄物の処理方法としては、廃棄物を熱分解炉内で還元雰囲気下において熱分解する方法がある（例えば、特許文献１参照）。この処理方法は、熱分解により生成される熱分解ガスは可燃性を有するので燃料ガスとして利用でき、熱分解により生成される熱分解炭化物も高発熱量を有するので燃料として利用することができ、資源の再利用という点で優れている。

ところで、前記熱分解炉から排出される前記熱分解炭化物を搬送する手段には、熱分解炉に空気を流入させたくないので、空気の流通が比較的に少ないという利点からスクリューコンベアが多用されている。
また、熱分解炉から排出される熱分解炭化物は高温であり、後の処理での取り扱いや安全性等を考慮して、スクリューコンベアにおいて冷却処理を行うのが一般的である。

従来のスクリューコンベアの冷却システムは水冷式であり、図２（ａ）に示すように、スクリューコンベア５０のトラフ５１を二重管構造にして外筒５２と内筒５３との間に冷却ジャケット５４を形成するとともに、スクリュー軸５５を中空軸にして内部を冷却通路５６とし、これら冷却ジャケット５４と冷却通路５６に冷却水を流通させていた。

特開２００３−２４９１９号公報

しかしながら、水冷式冷却システムは、スクリューコンベア５０のトラフ５１を二重管構造にする必要があるだけでなく、冷却水のシール性を保つために厳重なシール構造が必要になるなど、構造が複雑になる。また、トラフ５１を二重管構造とするため、重量も大きくなるという不利点もあった。

また、図２（ｂ）に示すように、スクリューコンベア５０のトラフ５１の内筒５３とスクリューフライト５７との間には、異物の噛み込みを防ぐために若干のクリアランスが必要であるが、この隙間に入った熱分解炭化物Ｃが搬送されずに滞留する場合があり、そのようになると、熱分解炭化物Ｃにおいて内筒５３との接触面、すなわち伝熱面が更新されず、且つ、熱分解炭化物は熱伝導率が低いため、内筒５３を介しての冷却が効率的に行われず、冷却性能が不十分となる。

また、トラフ５１の内筒５３とスクリューフライト５７との間に滞留した熱分解炭化物Ｃを移動させるために、トラフ５１を打撃するなどして熱分解炭化物Ｃに振動を与えたくても、トラフ５１が二重管構造であるため、熱分解炭化物Ｃに接触している内筒５３を振動させることが困難であった。

そこで、この発明は、構造が簡単で、軽量化を図ることができ、しかもエネルギーを有効利用することができる熱分解炭化物排出冷却システムを提供するものである。

この発明に係る熱分解炭化物排出冷却システムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、廃棄物を還元雰囲気下で熱分解して熱分解ガスと熱分解炭化物を生成する熱分解炉と、前記熱分解炉から排出される前記熱分解ガスを燃焼し高温ガスを発生させる熱風発生炉と、前記熱風発生炉で発生した高温ガスを前記熱分解炉の熱源として供給する熱風路と、前記熱分解炉から排出される熱分解炭化物を搬送するスクリューコンベアと、前記スクリューコンベアの周囲に冷却空気の流れを形成するために該スクリューコンベアの近傍に設置されたフードと、前記フードの外に設置され該フード内の空気を吸引するファンと、前記ファンによって吸引された空気を前記熱風発生炉に燃焼用空気として供給する空気供給路と、を備えることを特徴とする熱分解炭化物排出冷却システムである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記スクリューコンベアのスクリュー軸は軸方向に貫通する中空筒状をなし、該スクリュー軸の内部を、前記ファンで吸引される空気が流通可能に構成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記スクリューコンベアのトラフに振動を与える打撃装置を該スクリューコンベアの外部に備えることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、スクリューコンベアのトラフの外側に空気を流すことでトラフを介して熱分解炭化物を冷却することができ、トラフを二重管構造としないで済むので、構造が簡単で、且つ軽量にすることができる。また、空冷としたので、外部に対するシール性は低レベルで済み、シール構造が水冷の場合に比較して極めて簡単になる。
また、トラフを介して熱分解炭化物との熱交換により予熱された空気が、熱風発生炉において熱分解ガスを燃焼する際の燃焼用空気として利用されるので、熱風発生炉で発生する高温ガスの温度をより高めることができる。その結果、より高い熱エネルギーを熱分解炉に供給することができ、熱分解炉の熱分解能力も向上する。また、エネルギーの再利用率が向上する。

請求項２に係る発明によれば、スクリューコンベアのスクリュー軸の内部にも冷却空気が流れるので、熱分解炭化物に対する冷却能力がさらに向上する。

請求項３に係る発明によれば、スクリューコンベアのトラフが二重管構造でないので、打撃装置の作動によりスクリューコンベアの外部からトラフに振動を与えることができ、トラフとスクリューフライトとの間に存在する熱分解炭化物を移動させ易くすることができる。その結果、熱分解炭化物においてトラフとの接触面、すなわち伝熱面を更新することができ、熱分解炭化物に対する冷却効率が向上する。

この発明に係る熱分解炭化物排出冷却システムの実施例における構成図である。（ａ）は従来の熱分解炭化物排出冷却システムの要部構成図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。

以下、この発明に係る熱分解炭化物排出冷却システムの一実施例を図１の図面を参照して説明する。
図１に示すように、熱分解炭化物排出冷却システム１は、都市ごみ等の廃棄物を還元雰囲気下で熱分解して熱分解ガスと熱分解炭化物を生成する熱分解炉２と、熱分解炉２から排出される熱分解ガスを燃焼し高温ガスを発生させる熱風発生炉３と、熱分解炉２から排出される熱分解炭化物を搬送するスクリューコンベア４と、スクリューコンベア４の近傍に設置されたフード５と、フード５の外に設置されフード５内の空気を吸引するファン６と、このファン６によって吸引された空気を熱風発生炉３に燃焼用空気として供給する空気供給路７（７ａ，７ｂ）と、熱分解炉２から排出される熱分解ガスを吸引するファン８と、このファン８によって吸引された熱分解ガスを熱風発生炉３に燃料ガスとして供給する燃料ガス供給路９（９ａ，９ｂ）と、熱風発生炉３で発生させた高温ガスを熱分解炉２に熱源として供給する熱風路１０と、を主要構成として備えている。

熱分解炉２は、軸中心回りに回転する円筒状の炉本体１１と、この炉本体１１の出口側に連結された分離室１２とを備えている。炉本体１１は、廃棄物投入側が上方に、分離室１２との連結側である出口側が下方となるように、軸中心Ｓを水平線に対して若干傾斜させた姿勢に設置されている。また、炉本体１１の出口側には高温ガス入口１３が設けられ、炉本体１１の入口側には高温ガス出口１４が設けられており、炉本体１１内には高温ガス入口１３および高温ガス出口１４に接続された高温ガス通路（図示略）が設けられている。

熱風発生炉３で発生させた熱源としての高温ガスは、熱風路１０を通って炉本体１１の高温ガス入口１３から炉本体１１内の前記高温ガス通路に流入し、該高温ガス通路を通って高温ガス出口１４から炉本体１１の外に排出される。なお、図示を省略するが、炉本体１１の高温ガス出口１４から排出された排熱ガスは未だ十分に熱いので、図示しない他の機器に熱源として供給されて排熱利用される。

炉本体１１内では、無酸素に近い還元雰囲気下で、投入された廃棄物が、前記高温ガス通路を流通する高温ガスによって例えば３５０〜５５０゜Ｃに間接加熱され、これにより廃棄物は熱分解されて、可燃性の熱分解ガスＧと個体の熱分解炭化物Ｃとなり、分離室１２に排出される。詳述すると、廃棄物は、出口側に向かって下り傾斜姿勢に設置された炉本体１１が低速回転することによって、攪拌されながら自重で出口側へと移動していき、その間に熱分解されて熱分解炭化物Ｃと熱分解ガスＧが生成される。そして、熱分解炭化物Ｃも炉本体１１の回転によって自重で出口側へと移動していき、炉本体１１から分離室１２に排出される。一方、熱分解ガスＧは、分離室１２の頂部に設けられたガス出口１５に接続されたファン８によって分離室１２内が吸引されることで、炉本体１１から分離室１２に排出される。

分離室１２において、熱分解ガスＧと熱分解炭化物Ｃは分離される。分離室１２において分離された熱分解ガスＧは、分離室１２のガス出口１５から燃料ガス供給路９ａを介してファン８によって吸引され、さらに燃料ガス供給路９ｂを介して熱風発生炉３に燃料ガスとして供給される。
分離室１２の下部に設けられたホッパー部１６は、スクリューコンベア４のトラフ１７に設けられた投入口１８に連結されており、分離室１２において分離された熱分解炭化物Ｃは、ホッパー部１６からスクリューコンベア４のトラフ１７内に投入される。

スクリューコンベア４は、筒状のトラフ１７と、トラフ１７内において軸中心回りに回転するスクリュー１９とを備えている。スクリュー１９のスクリュー軸２０は、その軸方向両端部を図示しない軸受を介してトラフ１７に回転可能に支持されている。スクリュー軸２０は、軸方向に貫通する中空筒状をなし、その両端開口がトラフ１７の外部に連通している。なお、スクリュー軸２０の外周に螺旋状に設けられているスクリューフライト２１の外周面とトラフ１７の内周面との間には、異物の噛み込みを防ぐために若干のクリアランスが設けられている。トラフ１７において投入口１８と軸方向反対側には熱分解炭化物Ｃを排出する排出筒２２が下方に延びている。なお、排出筒２２の先端は図示しないフラップによって開閉されるように構成されており、フラップを閉じた状態において外からトラフ１７内への空気の流入を阻止しており、このフラップが開いたときだけ熱分解炭化物Ｃがトラフ１７から排出されるように構成されている。

また、トラフ１７の外部であってトラフ１７の下側には、トラフ１７を打撃してトラフ１７に振動を与える打撃装置２３が軸方向所定間隔おきに複数設けられている。打撃装置２３は、トラフ１７を振動させることによって、スクリューフライト２１の外周面とトラフ１７の内周面との間に滞留する熱分解炭化物Ｃを揺り動かし、移動させ易くするものである。この打撃装置２３を作動することによって、熱分解炭化物Ｃがスクリューフライト２１の外周面とトラフ１７の内周面との間で滞留するのを防止することができる。なお、打撃装置２３は、空気圧駆動式のいわゆるエアノッカを例示することができるが、上記目的を達成することができる限りその構造、駆動源等に限定はなく、電磁駆動式であってもよい。

フード５はスクリューコンベア４とは別体に設けられていて、スクリューコンベア４の周囲を囲むように設置されている。詳述すると、フード５は、軸方向の一端側が大きく開口し他端側が閉塞された筒状をなし、その開口２４をスクリューコンベア４の排出筒２２側に配置し、閉塞端部２５をスクリューコンベア４の投入口１８側に配置して設置されている。フード５の内部には、スクリューコンベア４のトラフ１７と、トラフ１７から露出するスクリュー軸２０の両端と、打撃装置２３と、投入口１８と、排出筒２２が収容されており、これらとフード５の内面との間に十分大きな空間が形成され、この空間は冷却空気が流通可能な冷却空気通路２６とされている。なお、投入口１８と排出筒２２はフード５の側壁を貫通して設置されており、投入口１８や排出筒２２に冷却空気が流入することはない。

このフード５の閉塞端部２５には吸い込み口２７が設けられている。フード５内すなわち冷却空気通路２６内の空気は、吸い込み口２７からは空気供給路７ａを介してファン６によって吸引され、さらに空気供給路７ｂを介して熱風発生炉３に燃焼用空気として供給される。

ここで、ファン６によってフード５内の空気を吸引すると、外気がフード５の開口２４からフード５内に吸い込まれ、吸い込まれた空気が吸い込み口２７へと流れていく。その結果、図１において破線矢印で示すように、フード５内すなわち冷却空気通路２６に空気の流れが発生し、この空気は、スクリューコンベア４によって搬送される熱分解炭化物Ｃを冷却する冷却空気Ａとして機能する。つまり、冷却空気通路２６を流れる冷却空気Ａとスクリューコンベア４内を移動する熱分解炭化物Ｃが、スクリューコンベア４のトラフ１７を介して熱交換する。

また、ファン６によってフード５内の空気を吸引すると、スクリューコンベア４のスクリュー軸２０における排出筒２２側の端部開口からスクリュー軸２０内に外気が吸い込まれ、吸い込まれた空気がスクリュー軸２０内を流れて、投入口１８側の端部開口からフード５内の閉塞端部２５側に排出され、吸い込み口２７に流れていく。このスクリュー軸２０内を流れる空気も、スクリューコンベア４によって搬送される熱分解炭化物Ｃを冷却する冷却空気Ａとして機能する。つまり、スクリュー軸２０内を流れる冷却空気Ａとスクリューコンベア４内を移動する熱分解炭化物Ｃが、スクリュー軸２０を介して熱交換する。

これにより、熱分解炭化物Ｃをスクリューコンベア４による搬送中に所定温度まで冷却することができる。なお、この実施例では、スクリューコンベア４による熱分解炭化物Ｃの搬送方向と、冷却空気通路２６およびスクリュー軸２０内を流れる冷却空気Ａの流れ方向を逆にし、対向流とすることで冷却効率を高めている。

また、フード５の吸い込み口２７からファン６によって吸引される空気は、熱分解炭化物Ｃと熱交換して暖められた空気であり、この暖められた空気つまり予熱された空気が熱風発生炉３に供給されることとなる。
熱風発生炉３において、分離室１２から供給される燃料ガスとしての熱分解ガスが、フード５から供給される予熱された燃焼用空気とともに燃焼され、高温ガスが発生する。この高温ガスは、前述したように廃棄物を熱分解させるための熱源として、熱風路１０を介して熱分解炉２に供給される。

このように、この熱分解炭化物排出冷却システム１においては、フード５とスクリューコンベア４の間に形成された冷却空気通路２６およびスクリュー軸２０の内部に冷却空気を流すことで、スクリューコンベア４で搬送中の熱分解炭化物Ｃを所定温度まで冷却することができる。なお、熱分解炭化物Ｃに対する冷却能力は、熱分解炭化物Ｃの搬送量、搬送速度、冷却空気の流量、流速などを変えることによって、適宜に設定することができる。

また、熱分解炭化物Ｃがスクリューコンベア４のスクリューフライト２１の外周面とトラフ１７の内周面との間で滞留した場合には、打撃装置２３を作動してトラフ１７を振動させることにより、前記滞留した熱分解炭化物Ｃを揺り動かし、移動させることができる。あるいは、打撃装置２３を常に適宜のサイクルで作動させてトラフ１７を振動させることにより、スクリューフライト２１の外周面とトラフ１７の内周面との間に存在する熱分解炭化物Ｃを揺り動かし、移動させ易くすることができるので、熱分解炭化物Ｃがスクリューフライト２１の外周面とトラフ１７の内周面との間で滞留するのを未然に阻止することができる。これにより、熱分解炭化物Ｃにおいてトラフ１７との接触面、すなわち伝熱面を更新することができ、熱分解炭化物Ｃに対する冷却効率を向上させることができる。

このようにスクリューコンベア４のトラフ１７を打撃装置２３によって振動させることができるのは、冷却システムを空冷とし、トラフ１７を二重管構造にしないで済むことによるものである。
また、トラフ１７を二重管構造にしないで済むので、スクリューコンベア４の構造が簡単になるとともに、軽量化を図ることができる。
また、冷却システムを空冷としたので、従来の水冷式冷却システムよりも外部に対するシール性が低レベルで済み、シール構造が水冷式の場合に比較して極めて簡単になる。
その結果、熱分解炭化物排出冷却システム１の構造が簡単になり、軽量化を図ることができる。

また、前述したように、熱分解炭化物Ｃを冷却したことによって予熱された空気が、熱風発生炉３に燃焼用空気として供給されるので、熱風発生炉３で発生する高温ガスの温度をより高くすることができ、熱分解炉２へより高い熱エネルギーを供給することができる。その結果、熱分解炉２の熱分解能力を高めることができる。また、エネルギーの再利用率が向上する。

なお、熱分解炉２の高温ガス出口１４から排出される排熱ガスと空気供給路７ｂを流通する空気とを間接的に熱交換させるように構成してもよい。このようにすると、前記排熱ガスの熱エネルギーを回収して、空気供給路７ｂを流通する空気の温度を高めることができるので、熱風発生炉３に供給される燃焼用空気の温度をさらに高めることができる。これにより、熱風発生炉３で発生する高温ガスの温度をより高くすることができ、熱分解炉２へより高い熱エネルギーを供給することができるので、熱分解炉２の熱分解能力をさらに高めることができる。

なお、スクリューコンベア４のトラフ１７を介しての熱分解炭化物Ｃに対する冷却能力を高めるために、トラフ１７の外周面に多数の冷却フィンを配設するのが好ましい。なお、トラフ１７内において熱分解炭化物Ｃの充満率は５０％以下となることが多く、接触面はトラフ１７の下半分が主となるため、トラフ１７の上半部分よりも下半部分の外周面に冷却フィンを多く配設すると、特に効果的である。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
スクリューコンベア４の周囲に設置するフード５の形状は実施例のものに限らない。例えば、スクリューコンベア４を小部屋に収容し、この小部屋をフードとし、小部屋内を冷却空気の通路として構成することも可能である。また、スクリューコンベア４の周囲に冷却空気の流れを形成することができて、所望する冷却能力が得られるのであれば、スクリューコンベア４全体をフード５で囲まずに、スクリューコンベア４の一部だけをフード５で囲むように構成してもよい。

１熱分解炭化物排出冷却システム
２熱分解炉
３熱風発生炉
４スクリューコンベア
５フード
６ファン
７空気供給路
１０熱風路
１７トラフ
２０スクリュー軸
２３打撃装置
Ａ冷却空気
Ｃ熱分解炭化物
Ｇ熱分解ガス

Claims

廃棄物を還元雰囲気下で熱分解して熱分解ガスと熱分解炭化物を生成する熱分解炉と、
前記熱分解炉から排出される前記熱分解ガスを燃焼し高温ガスを発生させる熱風発生炉と、
前記熱風発生炉で発生した高温ガスを前記熱分解炉の熱源として供給する熱風路と、
前記熱分解炉から排出される熱分解炭化物を搬送するスクリューコンベアと、
前記スクリューコンベアの周囲に冷却空気の流れを形成するために該スクリューコンベアの近傍に設置され、前記スクリューコンベアの軸方向の一端側が開口すると共に他端側が閉塞され、閉塞端部に吸い込み口が設けられたフードと、
前記フードの外に設置され、前記吸い込み口から前記フード内の空気を吸引するファンと、
前記ファンによって吸引された空気を前記熱風発生炉に燃焼用空気として供給する空気供給路と、を備え、
前記スクリューコンベアのスクリュー軸は軸方向に貫通する中空筒状をなし、該スクリュー軸の内部を、前記ファンで吸引される空気が流通可能に構成されていることを特徴とする熱分解炭化物排出冷却システム。
前記スクリューコンベアのトラフに振動を与える打撃装置を該スクリューコンベアの外部に備えることを特徴とする請求項１に記載の熱分解炭化物排出冷却システム。