JP5222502B2 - ロータリーキルンの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物等の被処理物を熱分解させて焼却するストーカ式焼却炉で用いられるロータリーキルンの運転方法に関する。

一般廃棄物や産業廃棄物を効率よく焼却する装置として、炉材を内張りしたロータリーキルンと、ロータリーキルンの下流側に備えられたストーカ炉とで構成された焼却炉が用いられている。この焼却炉は、廃棄物を送給された一次空気によりロータリーキルンで燃焼されると共に、ロータリーキルンからの燃焼残渣は階段状で火格子が前後で往復運動するストーカ炉に送られ燃焼され灰化される。
焼却炉の運転に際しては、廃プラスチックの熱分解進行度、有害物質の発生抑制、炉壁の耐久性等の様々な問題を考慮した上で、炉内温度を最適に維持する必要がある。例えば、キルン出口の残渣が所定温度以下となると、その下流に位置するストーカ炉の火格子熱負荷が増大するため、火格子が溶融するなどのトラブルが発生する。一方、キルン出口の残渣が所定温度以上となるとキルン内での過度の燃焼によってキルン炉内壁の耐火材の侵食が著しくなるため、炉内の温度を常に好適に維持しなければならない。このように、焼却炉の運転を円滑に行なうためには炉内の温度管理が重要な要件となる。

従来の溶融炉の温度計測は、特許文献１（特公平４−６８５３３号公報）に示されるように、熱電対式の温度計を利用する方法が広く利用されている。
特許文献１にて提供されている技術においては、ロータリーキルン内の各部の温度を熱電対で測定し、その温度が予め設定された許容範囲に入るように再循環ガス量を調整している。

特公平４−６８５３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明では、用いる熱電対本数には限界があり、多くは設置できないため、炉内の温度分布が測定できない。また腐食環境下なので熱電対は短寿命であり、その取り替えも困難である。
さらに、熱電対により炉内温度を計測し、その温度が予め設定された許容範囲に入るように再循環ガス量を調整しても炉出口の被処理物や炉内の状態が分らないので、炉内の高温雰囲気による耐火壁の侵食は完全には防ぎきれない。炉内温度を計測するとともに炉内の監視を行なうことは、炉の寿命や補修時期を適切に把握して運転を行なううえで非常に重要である。

従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、炉内温度分布を検知するとともに炉内を監視し、その状態に基づいて再循環ガスと空気の混合比を調整して効率よく被処理物を燃焼させるロータリーキルンの運転方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、被処理物をロータリーキルンで熱分解ガス化させ、該ロータリーキルン出口側に付設されたストーカ式焼却炉で燃焼させ、前記ストーカ式焼却炉で燃焼後の再循環ガス（以下、ＥＧＲガスとする）を前記ロータリーキルンの被処理物投入側に還流して導入するとともに、ロータリーキルンの被処理物投入側に空気を導入するロータリーキルンの運転方法において、
前記ＥＧＲガスと空気の混合比を調整して火炎の発生位置をロータリーキルン被処理物投入側から１／３〜２／３の範囲域となる位置に制御し、前記ロータリーキルンの被処理物投入側に可視カメラを設けて前記火炎の発生位置を検知し、該火炎の発生位置により空気量を増減させることを特徴とする。

本発明によれば、空気量を増大させると火炎の発生位置がロータリーキルンの被処理物投入側に移動する。このようにして、ＥＧＲガスと空気の混合比を調整して火炎の発生位置を投入側から１／３〜２／３の範囲域となる位置に制御することにより、被処理物のごみ質が変動による燃焼不良の発生を防止することができ、すすやＮＯｘを低減することができる。なお、ＥＧＲガス量は一定量を導入させており、空気量を変化させて混合比を調整する。空気のみだと自然発火してロータリーキルン投入側に炎が逆流してしまうので、ＥＧＲガスはバッグファイヤ防止のためにも効果的である。

また、ロータリーキルンを運転させながら火炎の発生位置を監視することができるので、空気量を増減させて火炎の発生位置を適宜調整することができる。また、ロータリーキルン投入側に可視カメラを設けることで、投入される被処理物のごみ質や移送速度が不確定であっても着火点を監視することができる。

また、前記ロータリーキルンの被処理物投入側ですすが発生し前記可視カメラの視認性が低下したときに空気量を減少させて前記火炎の発生位置を該被処理物投入側から遠ざけることを特徴とする。
これにより、可視カメラの視認性を損なうことなく火炎の発生位置を監視し続けることが可能となる。

さらにまた、前記ロータリーキルンの出口側にロータリーキルンの炉内温度域を検知する温度分布検知機器を設置し、該温度分布検知機器で検知された熱分解温度が５００±５０℃となるように前記ＥＧＲガスと空気の混合比を調整することを特徴とする。
このようにして、熱分解温度を５００±５０℃とすることにより、過燃焼することなく被処理物中に含まれる高分子系のごみをガス化することができる。よって、カロリーの減った状態で被処理物をストーカ炉に供給することが可能となる。

また、前記温度分布検知機器がサーモビューアであることを特徴とする。
温度分布検知機器としてサーモビューアを用いることにより、炉内温度分布を検知することが可能となる。また、温度を検知するとともに、ロータリーキルン出口側の被処理物の攪拌状況を監視することができるので、例えばロータリーキルン内壁に設けられ被処理物を攪拌するリフター（堰）の健全性を判断することができる。リフターの健全性を確認することは、ロータリーキルン内の被処理物温度を均一に上昇させるうえで非常に重要である。

また、前記ロータリーキルンの出口側から熱電対を挿入して該ロータリーキルン内壁の耐火物の表面温度若しくは残渣温度を測定し、前記温度分布検知機器とともに熱分解温度を検知することを特徴とする。これにより、被処理物のごみ質によって放射率が変化した場合でも定期的に熱電対で校正することができる。

以上記載のごとく本発明によれば、ＥＧＲガスと空気の混合比を調整して火炎の発生位置を投入側から１／３〜２／３の範囲域となる位置に制御することにより、被処理物のごみ質が変動による燃焼不良の発生を防止することができ、すすやＮＯｘを低減することができる。
また、ロータリーキルンを運転させながら火炎の発生位置を監視することができるので、空気量を増減させて火炎の発生位置を適宜調整することができ、更に投入される被処理物のごみ質や移送速度が不確定であっても着火点を監視することができる。
また、可視カメラの視認性を損なうことなく火炎の発生位置を監視し続けることが可能となる。
さらに、熱分解温度と５００±５０℃とすることにより、過燃焼することなく被処理物中に含まれる高分子系のごみをガス化することができ、カロリーの減った状態で被処理物をストーカ炉に供給することが可能となる。
さらにまた、温度分布検知機器としてサーモビューアを用いることにより、炉内温度分布を検知することが可能となる。また、温度を検知するとともに、ロータリーキルン出口側の被処理物の攪拌状況を監視することができるので、例えばロータリーキルン内壁に設けられ被処理物を攪拌するリフター（堰）の健全性を判断することができる。また、被処理物のごみ質によって放射率が変化した場合でも定期的に熱電対で校正することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は実施例１に係るロータリーキルンを具備した処理装置を示す概略図、図２は実施例１の立体断面図（図１中Ａ−Ａ線断面図）、図３は実施例１の試験条件とそれに対応する結果を示す図、図４は実施例２に係るロータリーキルンを具備した処理装置を示す概略図である。
なお、本実施例で用いる被処理物は、プラスチックなどの高分子系ごみや木質を含むごみを使用している。

まず、図１、図２及び図３を用いて実施例１の被処理物の処理装置を用いたロータリーキルン運転方法について説明する。
図１に示した処理装置は、ロータリーキルン１と、ロータリーキルン出口側に付設されたストーカ式焼却炉２とで構成されている。ロータリーキルン１の内壁には、耐火物１２が内張され、耐火物１２よりも炉内側へ突出したリフター（図示しない）がロータリーキルン１の内周上に複数配設されている。さらにロータリーキルン１は、被処理物１１を投入する投入ホッパ３と、被処理物投入側（キルン入口側）に設置された可視カメラ６と、その他端となるキルン出口側に挿入可能な熱電対９とで構成されている。

またその他の構成として、ストーカ式焼却炉２で抜き出されたＥＧＲガス（再循環ガス）４をロータリーキルン１へ還流させるＥＧＲガス供給通路と、空気５を供給する空気供給通路と、空気量を調整するダンパ７と、ＥＧＲガス４と空気５を通すファン８とで構成されている。ここで使用する空気５は、酸素濃度が２１〜４０％となるように調整されることが好ましい。このため、図示しないが、本実施例の処理装置では、空気を供給する酸素供給装置と、酸素濃度が２１〜４０％となるように酸素量を調整する酸素濃度調整装置を備えている。
なお、ストーカ式焼却炉２で抜き出されたＥＧＲガス４はバグフィルタ（図示しない）を通してからロータリーキルン１へ供給される。

引き抜かれたＥＧＲガス４に空気５を混合する方法としては、ロータリーキルン導入前に制御機構を設けて自動式あるいは手動式で制御してもよいし、所定量を通流させるダクト等を設けて予め設定した混合比率となるように混合させてもよい。
図２は、ロータリーキルン入口側を側部から見た断面図（図１中Ａ−Ａ線断面図）であり、ＥＧＲガス４と空気５の混合ガス通路２１と、可視カメラ６の配置の一例を略式的に示すものである。

実施例１においては、被処理物１１は投入ホッパ３よりロータリーキルン１に投入され、炉内で熱せられて火炎１０を生じる。この火炎１０は、被処理物中に含まれるプラスチックなどの高分子系ごみの揮発ガス（熱分解ガス）であり、燃焼源があればロータリーキルン１内の上流でも下流でも動くことができる。火炎１０の挙動は可視カメラ６で監視され、火炎１０の発生位置をロータリーキルン被処理物投入側（入口側）から１／３〜２／３の範囲域に位置するように、ＥＧＲガス４と空気５の混合比を調整する。このとき、空気５を増大させると火炎１０はロータリーキルン１の入口側に移動し、減少させると出口側に移動する。なお、ここでＥＧＲガス４は一定量を供給しており、空気量のみを変動させる。空気５はファン８の前に設けたダンパ７によってＥＧＲガス４に混合させる量を増減させている。

このようにして被処理物１１は熱分解され、ロータリーキルン１のリフターで攪拌されながら移送される。このとき、ロータリーキルン１の出口側に挿入した熱電対９で耐火物１２の表面温度を検知しているので、ごみ質によって放射率が変化しても定期的に校正することができ、ロータリーキルン内で効率よく熱分解することができる。そして、熱分解された被処理物１１はストーカ式焼却炉２に移送され燃焼される。

ここで、火炎１０の位置をロータリーキルン被処理物投入側から変化させたときの可視カメラの視認性と被処理物１１に含まれる高分子系ごみの揮発性の結果を図３に示す。図３に示すように、ロータリーキルン被処理物投入側から１／３〜２／３の範囲域が可視カメラ６の視認性とごみの揮発性の両方を好適に満たす範囲域であることがわかる。
なお、火炎１０がロータリーキルン被処理物投入側に寄り過ぎると投入ホッパ３が高温になったり、すすやＮＯｘの量が増大したりする。また、火炎１０がロータリーキルン被処理物投入側から遠ざかって出口側に寄りすぎるとストーカ式焼却炉２の炎と共に被処理物１１が加熱されすぎてしまうので、被処理物１１がストーカ式焼却炉２に移送される前に燃焼してしまう可能性がある。

このように、火炎１０をロータリーキルン被処理物投入側から１／３〜２／３の範囲域に位置させることが好ましく、そのために可視カメラ６を設けて監視しながら適宜空気量を増減させる。
その他、空気量は被処理物のごみ質の割合やロータリーキルン１の燃焼状態、耐火物１２の健全性によって増減させる。空気量は、ロータリーキルン１の運転を制御する操作端として重要な役割を果たす。また、操作端として空気量のほかにロータリーキルン１の回転数を調整することも好適に用いられる。

従って実施例１によれば、ＥＧＲガスと空気の混合比を調整して火炎の発生位置をロータリーキルン投入側から１／３〜２／３の範囲域となる位置に制御することにより、被処理物のごみ質が変動による燃焼不良の発生を防止することができ、すすやＮＯｘを低減することができる。
また、ロータリーキルン１の投入側に設けた可視カメラ６で火炎１０の発生位置を監視することができるので、空気５を増減させて火炎１０の発生位置を適宜調整することができ、更に投入される被処理物１１のごみ質や移送速度が不確定であっても着火点を監視することができる。
そして、火炎１０の発生位置に好ましいロータリーキルン投入側から１／３〜２／３の範囲域では、可視カメラ６の視認性を損なうことなく火炎の発生位置を監視し続けることが可能であり、且つ被処理物１１に含まれる高分子系ごみの揮発が十分に行なうことが期待できる。

まず、図４を用いて実施例２の被処理物の処理装置を用いたロータリーキルン運転方法について説明する。実施例２において、上記した実施例１と同様の構成については、その詳細な説明を省略する。
図４に示した処理装置は、実施例１と同様に、ロータリーキルン１と、ロータリーキルン出口側に付設されたストーカ式焼却炉２とで構成されている。ロータリーキルン１の内壁には、耐火物１２が内張され、耐火物１２よりも炉内側へ突出したリフター（図示しない）がロータリーキルン１の内周上に複数配設されている。さらにロータリーキルン１は、被処理物１１を投入する投入ホッパ３と、被処理物投入側（キルン入口側）に設置された可視カメラ６と、その他端となるキルン出口側に備えられた熱電対９とで構成されている。なお、ここで用いる熱電対は消耗型ではない。

また、ストーカ式焼却炉２で抜き出されたＥＧＲガス（再循環ガス）４をロータリーキルン１へ還流させるＥＧＲガス供給通路と、空気５を供給する空気供給通路と、空気量を調整するダンパ７と、ＥＧＲガス４と空気５を通すファン８とで構成されている。ここで使用する空気５は、酸素濃度が２１〜４０％となるように調整されることが好ましい。このため、図示しないが、本実施例の処理装置では、空気を供給する酸素供給装置と、酸素濃度が２１〜４０％となるように酸素量を調整する酸素濃度調整装置を備えている。
なお、ストーカ式焼却炉２で抜き出されたＥＧＲガス４はバグフィルタ（図示しない）を通してからロータリーキルン１へ供給される。

また、上記した構成の他に実施例１と異なる構成として、ロータリーキルン１の出口側にロータリーキルン１の炉内温度域を検知するサーモビューア１５が設置されている。ロータリーキルン１の出口側は入口側に比べてすすや煤塵の影響が低いので安定して監視することができる。なお、サーモビューア１５の波長は８〜１４μｍとすることが好ましい。

実施例２において、サーモビューア１５はロータリーキルン１の出口側付近のキルン内壁の耐火物１２と被処理物１１の両方を監視するように設置している。耐火物１２の表面温度は放射率経時変化が少ないので監視対象として好適である。このようにして、ロータリーキルンの炉内温度域を検知することができる。そして、検知された温度域により、ＥＧＲガス４と空気５の混合比を調整して熱分解温度を制御し、効率的に熱分解を行なうことができる。ここで、熱分解温度は５００±５０℃とすることが好ましい。熱分解温度を５００±５０℃とすることにより、過燃焼することなく被処理物中に含まれる高分子系のごみをガス化することができる。よって、カロリーの減った状態で被処理物をストーカ炉に供給することが可能となる。

また、上述したようにロータリーキルン１の出口側付近のキルン内壁の耐火物１２と被処理物１１の両方を監視しているので、炉内温度域を検知するだけでなく、被処理物１１の攪拌状況も監視することができる。被処理物１１の挙動により、ロータリーキルン内壁に設けられ被処理物を攪拌するリフターの健全性を判断することができる。
リフターの健全性が損なわれると、ロータリーキルン１内の被処理物１１が十分に攪拌されないので、被処理物１１の温度が均一にならない。よって、リフターの健全性を確認することは、ロータリーキルン内の被処理物温度を均一に上昇させるうえで非常に重要である。

従って実施例２によれば、実施例１で得られる効果の他に、サーモビューア１５によってロータリーキルン１の炉内温度域を検知するとともに、ロータリーキルン１炉内を監視することができるので、その状態に基づいてＥＧＲガス４と空気５の混合比を調整して効率よく被処理物１１を燃焼させることができる。

本発明によれば、炉内温度分布を検知するとともに炉内を監視し、その状態に基づいて再循環ガスと空気の混合比を調整して被処理物を燃焼させることができるので、被処理物のごみ質や移送速度が変動しても効率よく処理することができるロータリーキルンの運転方法として有益である。

実施例１に係るロータリーキルンを具備した処理装置を示す概略図である。 実施例１の立体断面図（図１中Ａ−Ａ線断面図）である。 実施例１の試験条件とそれに対応する結果を示す図である。 実施例２に係るロータリーキルンを具備した処理装置を示す概略図である。

符号の説明

１ ロータリーキルン
２ ストーカ式焼却炉
３ 投入ホッパ
４ ＥＧＲガス
５ 空気
６ 可視カメラ
９ 熱電対
１２ 耐火材
１５ サーモビューア

Claims (5)

1. 被処理物をロータリーキルンで熱分解ガス化させ、該ロータリーキルン出口側に付設されたストーカ式焼却炉で燃焼させ、前記ストーカ式焼却炉で燃焼後の再循環ガス（以下、ＥＧＲガスとする）を前記ロータリーキルンの被処理物投入側に還流して導入するとともに、ロータリーキルンの被処理物投入側に空気を導入するロータリーキルンの運転方法において、
   前記ＥＧＲガスと空気の混合比を調整して火炎の発生位置をロータリーキルン被処理物投入側から１／３〜２／３の範囲域となる位置に制御し、
   前記ロータリーキルンの被処理物投入側に可視カメラを設けて前記火炎の発生位置を検知し、該火炎の発生位置により空気量を増減させることを特徴とするロータリーキルンの運転方法。
2. 前記ロータリーキルンの被処理物投入側ですすが発生し前記可視カメラの視認性が低下したときに空気量を減少させて前記火炎の発生位置を該被処理物投入側から遠ざけることを特徴とする請求項１記載のロータリーキルンの運転方法。
3. 前記ロータリーキルンの出口側にロータリーキルンの炉内温度域を検知する温度分布検知機器を設置し、該温度分布検知機器で検知された熱分解温度が５００±５０℃となるように前記ＥＧＲガスと空気の混合比を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリーキルンの運転方法。
4. 前記温度分布検知機器がサーモビューアであることを特徴とする請求項３記載のロータリーキルンの運転方法。
5. 前記ロータリーキルンの出口側から熱電対を挿入して該ロータリーキルン内壁の耐火物の表面温度若しくは残渣温度を測定し、前記温度分布検知機器とともに熱分解温度を検知することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のロータリーキルンの運転方法。

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