説明

ロータリーキルンの詰り検出方法および制御方法

【課題】簡便な方法で、ロータリーキルン1の詰りを検出でき、それに基づいてロータリーキルン1の運転条件を適正化するよう制御できる、ロータリーキルンの詰り検出方法および制御方法を提供する。
【解決手段】スクリューフィーダ10により原料71を円筒11Aの内部に向け供給しつつ円筒11Aを回転し原料71を加熱するロータリーキルン1の運転中、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の電流値を測定し、電流値がある一定の値を超えた場合に、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はロータリーキルンの詰り検出方法および制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ロータリーキルンは、粉状や塊状の物体を、回転する円筒内で加熱して焼成または乾燥するために用いられる装置である。
【0003】
特許文献1には、図4に示すようなロータリーキルン1が記載されている。スクリューフィーダ10が原料71を内筒11の内部に向け供給しつつ内筒11を回転させるとともに、燃焼炉2からは外筒12と内筒11の間に向け供給管20を経て加熱用の高温ガスを供給する。4は吸引ファンであり、流量調整弁3を介挿した排出管21を経て加熱に用いた後のガスを大気中に向け排出する。そして、シュート15から焼成後の物体72を排出する。同時に熱分解によって発生したガス73なども排出される。13,14は内筒11を回転可能に支持する支持部材である。なお、円筒の外から熱を加える特許文献1に記載のタイプのロータリーキルンは外熱式と呼ばれる。円筒の外から熱を加えるのには蒸気や熱風などが使われる。
【0004】
これに対し、例えば特許文献2などに記載のように、図5に示すごとく、円筒の内部から熱を加える内熱式と呼ばれるタイプのものもある。9はフィーダ、11Aは円筒、22はバーナ炎、71は原料である。
【0005】
さて、ロータリーキルンの運転中、原料の性情や水分などの変動により、原料の流動性が低下し、円筒内に滞留したり、焼成または乾燥中の原料が円筒の内壁に付着して堆積し、円筒が付着物で閉塞して、もはや円筒内に新たに原料を供給できなくなる事態に陥る場合がある。そこで、そのような事態に陥るのを、円筒の回転速度や原料を加熱する温度などの運転条件を適正化することにより、未然に防止できる方法が探られている。
【0006】
特許文献3では、円筒が回転する際に付着物に起因して起こる振動を捉え、規定値を上回った場合に、バーナ炎を噴射して付着物を溶かし、円筒の閉塞を防止している。
【0007】
特許文献4では、コーチング(溶解した原料が円筒の内壁に付着すること)の発生量をコンピュータシミュレーションし、加熱のための熱流束がある一定の値を超えないようにしている。
【0008】
特許文献5では、円筒の内壁の温度を局部的に捉え、堆積層の厚さを推定して、堆積層が厚くなり過ぎると原料の供給を減らすなどの調整を行うことで、原料に十分な熱がいきわたるようにしている。
【0009】
特許文献6では、円筒の外壁の温度を連続的に捉え、内壁への付着物生成状況の評価値を演算し、ある一定の値を下回ると加熱を弱めて付着物の表面を冷却固化して剥離させ、除去するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2008−180451号公報
【特許文献2】特開2001−289564号公報
【特許文献3】特開2008−215649号公報
【特許文献4】特開2009−103357号公報
【特許文献5】特開平10−197157号公報
【特許文献6】特許第3947609号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、特許文献3のように振動を捉える方法では、振動の原因が付着物でない場合でもバーナ炎を噴射してしまう問題があり、特許文献4のようにコンピュータシミュレーションによる方法では、そのソフトウェアの開発に多大な時間と労力とコストを要するとともに、シミュレーション結果と実績の合わせこみなど後年のメンテナンスにもまた時間と労力とコストを要する問題があり、特許文献5や特許文献6のように円筒の内壁あるいは外壁の温度を局部的にあるいは連続的に捉える方法も、温度計の故障や破損が生じて信頼性が十分でない場合もある、などの問題があった。
【0012】
本発明は、従来技術の上記のような問題を解決するためになされたものであり、簡便な方法で、ロータリーキルンの詰りを検出でき、それに基づいてロータリーキルンの運転条件を適正化するよう制御できる、ロータリーキルンの詰り検出方法および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
(1)スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記ロータリーキルンの円筒を回転駆動する電動機の回転を加速することを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
(2)スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記ロータリーキルンの円筒を回転駆動する電動機の回転を加速するとともに、前記スクリューフィーダへの前記原料の供給を減らすことを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
(3)スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の回転を減速することを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
(4)スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の回転を減速するとともに、前記スクリューフィーダへの前記原料の供給を減らすことを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
(5)スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えたことを以って、前記ロータリーキルンの詰りを検出することを特徴とするロータリーキルンの詰り検出方法。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、簡便な方法で、ロータリーキルンの詰りを検出でき、それに基づいてロータリーキルンの運転条件を適正化するよう制御できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の実施形態の一例について説明するための線図
【図2】本発明の実施形態の一例について説明するための線図
【図3】本発明の実施形態の一例について説明するための線図
【図4】従来技術について説明するための線図
【図5】従来技術について説明するための線図
【発明を実施するための形態】
【0016】
(第一の実施形態)本発明の実施形態の一例を図1に示す。11Aは円筒、16は原料供給設備である。図4に示した従来のロータリーキルン1の円筒11Aを傾斜させた他は、符号No.も含め、大筋で装置構成を踏襲している。支持部材13,14などは図示を省略している。M1は円筒11Aを回転駆動する電動機、M2はスクリューフィーダ10を回転駆動する電動機である。
【0017】
制御装置5には、単位時間あたりの原料供給量設定値が入力される。この単位時間あたりの原料供給量設定値は、制御装置5内のメモリーに固定的に記憶しておいてもよいし、あるいは、図示しない別の計算機などから原料の種類別に入力するなどしてもよい。単位時間あたりの原料供給量は、単位時間あたりの原料供給重量で設定しても原料供給体積で設定してもよい。
【0018】
いずれにしても、制御装置5では、その単位時間あたりの原料供給量設定値を実現するための、円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転数、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転数、原料供給設備16の運転速度を出力して、円筒11Aを回転駆動する電動機M1、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2、原料供給設備16にそれぞれ指令する。電動機M2の回転数が商用交流周波数にリンクするような場合も、ここにいう回転数を出力することに該当するものとする。
【0019】
もっとも、単位時間あたりの原料供給量設定値を実現するといっても、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2については、その必要とされる単位時間あたりの原料供給量の臨界値を実現するのがよい一方で、円筒11Aを回転駆動する電動機M1については、その必要とされる単位時間あたりの原料供給量の臨界値か、あるいは、それを超える原料供給量を実現するように、回転数を、臨界値に比べ2%乃至3%大きめに制御するのがよい。必要とされる単位時間あたりの原料供給量の臨界値を超える原料供給量を実現するように回転数を大きめに制御した方が、そもそも円筒11Aの閉塞を防止しやすいからである。
【0020】
なお、図示していないが、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2は、ひとたび回転数が指令されると、円筒11Aが付着物で閉塞し、もはや円筒11A内に新たに原料を供給できなくなるほどになって、同電動機M2の負荷トルクが上昇しても、指令された回転数を維持するため、電動機M2に供給する電流をアップして出力トルクをアップさせ、負荷トルクの上昇に抗しようと制御装置5から指令されるしくみになっている。
【0021】
すなわち、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2に供給される電流が制御装置5に入力されるようにしている。そして、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転数を維持するため、制御装置5内では、負荷トルクの大小に応じて電動機M2に供給されるべき電流を上下させるよう、同電動機M2に向け指令するしくみになっている。
【0022】
さて、本実施形態では、円筒11Aが付着物で閉塞し、もはや円筒11A内に新たに原料を供給できなくなるほどになった場合に、先述のように、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2が負荷トルクの上昇に抗しようと、その電流値がアップするのに伴って、円筒11Aの閉塞すなわちロータリーキルン1の詰りと判定するための同電動機M2の電流値の設定値として、ある一定の値を制御装置5に入力するようにしている。あるいは、このロータリーキルン1の詰りと判定するための同電動機M2の電流値の設定値は、制御装置5内のメモリーに固定的に記憶しておいてもよい。
【0023】
ロータリーキルン1の詰りと判定するための同電動機M2の電流値の設定値は、詰りがないときの電流の平均値の1.6倍〜2.0倍とするのが好ましい。
【0024】
以上のような構成をとることで、本発明では、スクリューフィーダ10により原料71を円筒11Aの内部に向け供給しつつ円筒11Aを回転し原料71を加熱するロータリーキルン1の運転中、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の電流値を測定し、電流値がある一定の値を超えたことを以って、ロータリーキルン1の詰りを検出する。
【0025】
そして、ロータリーキルン1の詰りを検出した場合にロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速する。そうすることで、円筒11A内にて焼成または乾燥中の原料の処理が促進され、詰りが解消される側に向かう。加速はそれまでの回転速度の5乃至10%の範囲内で適宜な値だけ行うのが好ましい。
【0026】
(第二の実施形態)本実施形態では、上記第一の実施形態にて、さらに、スクリューフィーダ10への原料の供給を減らす。スクリューフィーダ10への原料の供給を減らすことで、円筒11A内に新たに投入される原料が減り、詰りがより早く解消される。減らす割合はそれまでの単位時間あたりの原料供給量の10乃至20%の範囲内で適宜な値だけ行うのが好ましい。
【0027】
スクリューフィーダ10への原料の供給を減らすには、原料供給設備16の運転速度を下げる。
【0028】
なお、第一、第二の実施形態にて、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速させるのに伴って、加熱用の蒸気流量も加速した分に見合う分だけ大きな値に設定し直すようにしてもよい。例えば、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を5%以上加速させる場合、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転の加速1%につき、加熱用の蒸気流量も5%アップさせる、という具合である。
【0029】
(第三の実施形態)本実施形態では、上記第一の実施形態にて、ロータリーキルンの円筒の回転を加速することに代えて、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転を減速する。そうすることで、円筒11A内に新たに投入される原料が減り、詰りが解消される側に向かう。減速はそれまでの回転速度の10乃至20%の範囲内で適宜な値だけ行うのが好ましい。もちろんこの場合はスクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2は商用交流周波数にリンクすることはなく、回転数は可変制御できるしくみにしておく。
【0030】
なお、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転を減速する一方で、スクリューフィーダ10への原料の供給を減らさなければ、原料71が原料供給設備16とスクリューフィーダ10との間にあるバケット17からあふれ出てしまうのではないかとの疑念が生じるかもしれないが、あふれ出した原料71は人手にて回収し、再度原料供給設備16に戻すなどすれば何ら問題はないため、一応これも本発明の範囲内となる。
【0031】
(第四の実施形態)本実施形態では、上記第二の実施形態にて、ロータリーキルンの円筒の回転を加速することに代えて、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転を減速する。すなわち、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転を減速して、かつ、スクリューフィーダ10への原料の供給を減らす。そのようにすることで、円筒11A内に新たに投入される原料が減り、詰りがより早く解消される側に向かう点は上記第二の実施形態と同様である。
【0032】
以上の各実施形態の説明からもわかる通り、本発明によれば、振動を捉える方法のような振動の原因が付着物でない場合でもバーナ炎を噴射してしまう問題や、コンピュータシミュレーションによる方法のようにソフトウェアの開発や実績との合わせこみなどのメンテナンスにかかる時間と労力とコストの問題や、円筒の内壁あるいは外壁の温度を捉える方法のように温度計の信頼性の問題などを生じることなく、簡便で故障も少なく信頼性の高い方法で、ロータリーキルンの詰りを検出でき、それに基づいてロータリーキルンの運転条件を適正化するよう制御できる。
【0033】
スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2は殆ど故障することなどない(そもそも故障して動かなければ、どの道、ロータリーキルン1の運転を停止しなければならない。)。そして、電動機に供給する電流値は簡便に測定することができる。そもそも、標準的な電動機の市販物には電流値の測定や表示の機能は付随するのが通常である。それゆえ、本発明によれば、ロータリーキルン1の運転が継続できる限り、簡便で故障も少なく信頼性の高い方法で、ロータリーキルンの詰りを検出でき、それに基づいてロータリーキルンの運転条件を適正化するよう制御できるのである。
【0034】
なお、以上説明した各実施形態は、外熱式のロータリーキルンの場合を例に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内熱式のロータリーキルンの場合であっても同様に適用できる。
【0035】
図2に本発明の方法の処理のフローの一例を示す。円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転数の設定値をR(rpm)、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転数の設定値をR’(rpm)、原料供給設備16の運転速度をv(T/hr)に設定して(Step10)、ロータリーキルン1の運転を開始(Step20)する。円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転数の設定値をR(rpm)に見合った加熱用の蒸気流量Q(T/hr)なども設定される。しかる後、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2に供給される電流値をチェックする(Step30)。同電流値がロータリーキルン1の詰りと判定するための同電動機M2の電流値の設定値Aを超えていれば、ロータリーキルン1の詰りと判定する(Step40)。
【0036】
そして、円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転数の設定値をΔR(rpm)アップして、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速する(Step50)(第一の実施形態)。なお、加熱用の蒸気流量も加速した分に見合うだけ大きな値に設定し直すようにしてもよい。
【0037】
Step30にて、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2に供給される電流値がロータリーキルン1の詰りと判定するための同電動機M2の電流値の設定値Aを超えていなければ、ロータリーキルン1の円筒11Aの回転は加速しない。
【0038】
一定時間T1が経過(Step60)して、ロータリーキルン1の運転停止入力が運転員などによりされていなければ(Step70)、円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転数の設定値をR(rpm)に再度設定して(Step80)、Step30以降の処理を繰り返す。ロータリーキルン1の運転停止入力がされれば(Step70)、ロータリーキルン1の運転を停止する(Step100)。
【0039】
なお、Step40にて、ロータリーキルン1の詰りと判定された場合、円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転数の設定値をΔR(rpm)アップして、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速する(Step50)とともに、原料供給設備16の運転速度設定値をΔv(T/hr)ダウンして、スクリューフィーダ10への原料の供給を減らすようにしてもよい(Step90)(第二の実施形態)。
【0040】
なお、第三の実施形態については、図3に示すごとく、第一の実施形態のStep50にて、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速することに代えて、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転を減速するほか、Step80にて、円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転数の設定値をR(rpm)に再度設定することに代えて、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転数の設定値をR’(rpm)に再度設定するだけであるので、説明を省略する。
【0041】
また、第一の実施形態では、詰りを検出した際に、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速させるのに伴って、加熱用の蒸気流量も加速した分に見合うだけ大きな値に設定し直すようにしてもよいが、第三の実施形態では、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速させないのであれば、加熱用の蒸気流量をそれまでより大きな値に設定し直す必要はない。
【0042】
また、第四の実施形態についても、図3に示すごとく、第二の実施形態のStep50にて、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速することに代えて、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転を減速するほか、Step80にて、円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転数の設定値をR(rpm)に再度設定することに代えて、スクリューフィーダ10を回転駆動する電動機M2の回転数の設定値をR’(rpm)に再度設定するだけであるので、説明を省略する。
【0043】
そして、第一の実施形態では、詰りを検出した際に、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速させるのに伴って、加熱用の蒸気流量も加速した分に見合うだけ大きな値に設定し直すようにしてもよいが、第四の実施形態では、ロータリーキルン1の円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転を加速させないのであれば、加熱用の蒸気流量をそれまでより大きな値に設定し直す必要はない。この点は第三の実施形態と同じである。
【0044】
最後に、以上の説明は、円筒11Aの加熱に蒸気を用いる場合について説明したが、熱風などその他の媒体を用いてもよいことはいうまでもない。
【実施例】
【0045】
石炭乾燥用調質炭設備における、内径37.5m、長さ27.0m、傾斜8%、回転数4.4rpmのロータリーキルンにて、単位時間あたりの原料供給量が340T/hrで、乾燥前の水分が8.5質量%で乾燥後に6.0質量%に乾燥する運転条件の場合に、図1を用いて説明した、本発明の第一の実施形態を適用すると、従来に比べ、加熱用の蒸気原単位が2%削減できる。なお、このときの、詰りと判定するためのスクリューフィーダの電動機の電流値の設定値は41A、円筒11Aを回転駆動する電動機M1の回転の加速分ΔRは詰り検出時の回転数の5%である。
【0046】
蒸気原単位を削減できる理由は、従来は、原料の性情や水分がどのような場合でも詰りを生じないようにするために、円筒の回転数を大きめに設定し、加熱用の蒸気も多めに設定していたところ、本発明によれば、加熱用の蒸気を適正の値に設定することができるからである。
【符号の説明】
【0047】
1 ロータリーキルン
2 燃焼炉
3 流量調整弁
4 吸引ファン
5 制御装置
9 フィーダ
10 スクリューフィーダ
11 内筒
11A 円筒
12 外筒
13,14 支持部材
15 シュート
16 原料供給設備
17 バケット
20 供給管
21 排出管
22 バーナ炎
71 原料
72 焼成後の物体
73 熱分解によって発生したガス
M1,M2 電動機

【特許請求の範囲】
【請求項1】
スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記ロータリーキルンの円筒を回転駆動する電動機の回転を加速することを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
【請求項2】
スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記ロータリーキルンの円筒を回転駆動する電動機の回転を加速するとともに、前記スクリューフィーダへの前記原料の供給を減らすことを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
【請求項3】
スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の回転を減速することを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
【請求項4】
スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えた場合に、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の回転を減速するとともに、前記スクリューフィーダへの前記原料の供給を減らすことを特徴とするロータリーキルンの制御方法。
【請求項5】
スクリューフィーダにより原料を円筒の内部に向け供給しつつ該円筒を回転し前記原料を加熱するロータリーキルンの運転中、前記スクリューフィーダを回転駆動する電動機の電流値を測定し、該電流値がある一定の値を超えたことを以って、前記ロータリーキルンの詰りを検出することを特徴とするロータリーキルンの詰り検出方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2011−75195(P2011−75195A)
【公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−226785(P2009−226785)
【出願日】平成21年9月30日(2009.9.30)
【出願人】(000001258)JFEスチール株式会社 (8,589)
【Fターム(参考)】