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熱分解装置
説明

熱分解装置

【課題】 熱分解ガスに同伴されるチャー粒子量を低減させることができる熱分解装置を提供する。
【解決手段】 廃棄物1を熱分解して熱分解ガス2と熱分解残さ3とを生成するロータリーキルン10を備える熱分解装置は、ロータリーキルンで生成された熱分解残さを出口ホッパー20に排出すると共に、熱分解ガスに同伴される熱分解残さ粒子を回収する分離装置30を備え、分離装置は熱分解ガスを通過させる筒状本体31と、筒状本体にキルンで生成した熱分解ガスを流入させる入口管35と、入口管の下流側の筒状本体に開口し回収された熱分解残さ粒子4を出口ホッパー20へ排出する戻し管37とを備える。ロータリーキルンのレトルト11の出口開口部における熱分解ガスの最大流速が毎秒0.1m以下になるようにキルンに連続する出口ホッパーの流路断面を設定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、都市ごみ等の廃棄物を、ロータリー式等のキルンを用いて熱分解処理して熱分解残さ(チャー)と熱分解ガスを分離して取り出すガス化溶融装置における、廃棄物の熱分解装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
都市ごみ等の廃棄物を処理する技術として、廃棄物を熱分解炉に投入して熱分解(乾留・ガス化)し、生成した可燃性の熱分解ガスとチャーとを、熱分解炉より分離して取り出し、それらを次工程に送って処理する技術がある。熱分解炉には、ロータリーキルンを用いるのが一般的であり、外熱により加熱する型式のものが多い。
【0003】
ロータリーキルンを用いて生成させた熱分解ガスやチャーは、燃料として利用できることから、廃棄物の処理に必要な熱源に用いることが多く、ロータリーキルンの外熱の熱源として熱分解ガスを利用することも一般的に行われている。
【0004】
ロータリーキルンの熱源として熱分解ガスを用いる場合、ロータリーキルンから取り出した熱分解ガスを、発火装置を持つ炉やバーナー(以下、燃焼バーナーと呼ぶ)で燃焼させて高温の排ガスに変えて、廃棄物と混ざらないように分けてロータリーキルンに送り込むようにする。
【0005】
ロータリーキルンにおいて、この排ガスと廃棄物とが混ざらないように、回転する円筒(レトルト)内部に廃棄物を送り込み、外気と混ざらないように保温材で仕切った容器(ジャケット)とレトルト外部との隙間に排ガスを流して、レトルトを介して排ガスから廃棄物へ熱交換して、廃棄物を低酸素の雰囲気で熱分解させている。
【0006】
熱交換を終えてジャケットから排出された排ガスは、その温度が十分に高いことから、さらに水を蒸気に変えるボイラーや空気を暖める熱交換器に送り込んで熱交換させたのち、それに含まれる有害なガスや粒子をフィルターで低減させて、大気に放出される。このようなロータリーキルン方式の熱分解装置の技術は、例えば特許文献1などに記載されている。
【0007】
【特許文献1】特開2003−183665号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ロータリーキルン方式の熱分解装置の、ロータリーキルンで生成した熱分解ガスには、このガス自体の生成の段階で形成された微小寸法で低質量の熱分解残さ粒子(チャー粒子)が流れに乗って混ざっており、燃焼バーナーで熱分解ガスと共に燃やされて飛灰(ひばい)に変わっても、排ガスと共にさらに下流まで流れてゆき、ロータリーキルンのレトルト外表面や、ジャケット内部、その下流に置いたボイラー、熱交換器、フィルターにまで達する。
【0009】
このような飛灰は、ロータリーキルンのレトルトやボイラー、熱交換器の伝熱管表面に付着して各機器の熱交換効率を低下させたり、燃焼バーナー、ジャケットやボイラー、熱交換器の伝熱管隙間やフィルターの隙間といった排ガス流路を徐々に詰まらせたりという悪影響の原因となり得る。
【0010】
この悪影響を排除するために、ジャケット、燃焼バーナー、ボイラー、熱交換器やそれらを結ぶ配管、流路を定期的に開放して付着した飛灰を清掃したり、交換したりすると、熱分解装置の維持コストを悪化させてしまう。
【0011】
また、チャー粒子が熱分解ガスに混ざると、ロータリーキルンで生成し、出口ホッパーで回収して取り出すチャーの量は低減して、燃料としてのチャーの損失になる。さらに、燃料にもなるチャー粒子が熱分解ガスに混ざると、燃焼バーナーにおける燃焼状態が不安定になるだけでなく、ロータリーキルンやボイラーにおける熱交換の性能も不安定になり易い。
【0012】
そのような原因となり得るチャー粒子を除去するために、燃焼バーナーの上流側にチャー粒子を熱分解ガスより除去する分離装置(サイクロンセパレーターやスクリュー)が設けられる場合もある。
【0013】
これらの分離装置は、次第に分離装置の内部が分離されたチャー粒子で充満することから、定期的に分離装置内部より分離されたチャー粒子を排出する必要がある。分離されたチャー粒子を、別の容器に溜めて外部へ搬出するには、発火しないように温度が下がるまで低酸素状態で保管する必要がある。また、分離されたチャー粒子を、ロータリーキルンや出口ホッパーへ戻すには、出口ホッパー内部の熱分解ガスの流れと再び混ざって、チャー粒子が再度熱分解ガスに同伴されてしまう。なお、同伴とは、チャー粒子が熱分解ガスの流れに乗って一緒に流されることをいう。
【0014】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ロータリーキルンで生成した熱分解ガスに同伴されるチャー粒子の量を低減することができる熱分解装置を提供することにある。また、チャー粒子が同伴され難いように出口ホッパー内部の熱分解ガス流れを形成することができる熱分解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0015】
前記目的を達成すべく、本発明に係る熱分解装置は、廃棄物を熱分解して熱分解ガスと熱分解残さとを生成するキルンを備え、キルンで生成された熱分解残さを出口ホッパーに排出すると共に、熱分解ガスに同伴される、すなわち、熱分解ガスと共に流出する熱分解残さ粒子を回収する分離装置を備えており、この分離装置は、熱分解ガスを通過させる筒状本体と、この筒状本体の上流側に接続されキルンで生成した熱分解ガスを流入させる入口管と、この入口管の下流側の筒状本体に開口し回収された熱分解残さ粒子を出口ホッパーへ排出する戻し管とを備えていることを特徴とする。
【0016】
前記のごとく構成された本発明の熱分解装置は、ロータリーキルンで生成された熱分解ガスに同伴し、ガスに伴って流出する熱分解残さ粒子を回収し、回収された熱分解残さ粒子は熱分解ガスが流入する入口管と別の戻し管を通して回収されるため、再度熱分解ガスに同伴することが防止され、固形分として回収される熱分解残さと合わせて排出されるため、回収される熱分解残さを増量することができる。また、熱分解ガスと共に流れる熱分解残さ粒子の流通通路への堆積を防止でき、熱分解ガスの燃焼による飛灰の量を低減することができ、装置のメンテナンスを簡略化することができ、メンテナンスサイクルを長くすることができる。
【0017】
本発明に係る熱分解装置の他の態様は、廃棄物を熱分解して熱分解ガスと熱分解残さとを生成するキルンを備え、キルンで生成された熱分解残さを出口ホッパーに排出すると共に、熱分解ガスに同伴される、すなわち、熱分解ガスと共に流出する熱分解残さ粒子を回収する分離装置を備えており、この分離装置は、熱分解ガスを通過させる筒状本体と、この筒状本体に接続され回収された前記熱分解残さ粒子を前記出口ホッパーへと排出する下方の開口部を有する戻し管とを備えており、該戻し管の上部には、前記キルンで生成された熱分解ガスを前記筒状本体に流入させる開口部が形成されていることを特徴としている。
【0018】
このように構成された熱分解装置では、生成された熱分解ガスは、分離装置の戻し管の上部に形成された開口部から筒状本体に流入し、筒状本体内を通過する間に熱分解残さ粒子が分離され、筒状本体内に堆積する。分離装置を作動させると、堆積された熱分解残さ粒子は戻し管の下方の開口部を通して出口ホッパーに排出されて回収される。回収された熱分解残さ粒子は、上部の開口部から流入して戻し管を流れる熱分解ガスにより再度筒状本体内に流入して同伴することは少なく、熱分解ガスに同伴される熱分解残さを低減することができる。
【0019】
また、本発明に係る熱分解装置の好ましい具体的な態様としては、前記分離装置は、前記筒状本体の内部に螺旋状に巻回した旋回羽根が配置され、前記筒状本体内部に熱分解ガスを通過させ、前記旋回羽根で形成された旋回流により熱分解残さ粒子を分離して堆積させ、堆積した熱分解残さ粒子を、前記旋回羽根を旋回させて剥ぎ落として回収することを特徴としている。
【0020】
このように構成された熱分解装置は、筒状本体の内部に旋回流を発生させて熱分解残さ粒子を分離して堆積させ、熱分解ガスと共に流れる熱分解残さ粒子が筒状本体の内壁に堆積すると、旋回羽根を旋回させて堆積物を剥ぎ取り、剥ぎ取られた粒子の堆積物を旋回羽根で上流側に送り、戻し管を通して出口ホッパーから回収できるため、回収される熱分解残さを増量でき、配管等の熱分解ガスの流通通路に付着する熱分解残さを剥ぎ取ることで、分離装置のメンテナンスの手間を軽減することができる。
【0021】
前記戻し管の下端開口部は、前記キルンの出口開口部の上端よりも下位置まで延長されていることが好ましい。このように構成すると、キルン内で生成された熱分解残さ粒子が分離装置の戻し管の下端開口部から進入しにくいため、熱分解ガスに同伴して流出する熱分解残さ粒子の量を低減することができる。
【0022】
本発明に係る熱分解装置の他の態様としては、前記分離装置を複数備えて構成され、複数の分離装置はそれぞれ熱分解ガスの流入を停止させる開閉弁を備えており、熱分解残さ粒子の回収中には、その分離装置への熱分解ガスの流入を停止することを特徴としている。このように構成された熱分解装置は、筒状本体内に堆積された熱分解残さ粒子が多量になると、その分離装置への熱分解ガスの流入を停止させ、旋回羽根を回転させて堆積した粒子を剥ぎ取り、生成された熱分解ガスは他の分離装置で熱分解残さ粒子を回収することができるため、熱分解残さ粒子の熱分解ガスへの再同伴を防止できる。
【0023】
前記キルンの出口開口部における熱分解ガスの最大流速が毎秒0.1m以下になるようにキルンに連続する出口ホッパーの流路断面を設定すると好ましい。すなわち、キルンの出口ホッパーの水平方向の断面積を、この熱分解装置の定格時における熱分解ガスの発生量に合わせて最大流速が毎秒0.1m以下となるように設定されている。このように構成された熱分解装置は、キルンから流出する熱分解ガスの最大流速が毎秒0.1m以下に緩やかに設定されるため、熱分解ガスと共に同伴する熱分解残さ粒子の量を低減することができる。すなわち、この熱分解装置において、熱分解ガスの最大流速が毎秒0.1m以下になるように出口ホッパーの流路断面を設定することにより、熱分解ガスにチャー粒子が同伴され難いように出口ホッパー内部の熱分解ガス流れを形成することができる。
【発明の効果】
【0024】
本発明は、廃棄物を熱分解して熱分解ガスと熱分解残さとを生成するキルンを備える熱分解装置において、キルンで生成して出口ホッパーから分離装置へ流れる熱分解ガスに同伴されるチャー粒子の量を低減することができる。また、生成された熱分解ガスに、チャー粒子が同伴され難いように、出口ホッパー内部の熱分解ガス流れを形成することが可能である。したがって、安定して高性能で、かつ低い維持コストを両立させた熱分解装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
以下、本発明に係る熱分解装置の第1の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る熱分解装置の要部構成を示す断面図、図2は、図1のA−A線に沿う拡大断面図、図3は分離装置内に配置されるリボンスクリューの要部斜視図である。図1はロータリーキルン方式の熱分解装置を構成するロータリーキルンと出口ホッパーの断面、分離装置の断面、燃焼バーナーと熱交換器、およびロータリーキルンで生成された熱分解ガスと熱分解残さ(チャー)の流れを示している。
【0026】
図1〜3において、本実施形態の熱分解装置は、廃棄物1を熱分解して熱分解ガス2と熱分解残さ3とを生成するロータリーキルン10と、図1においてロータリーキルンの右側開口に連続し、生成された熱分解ガスおよび熱分解残さを排出する出口ホッパー20とを備えている。ロータリーキルン10はパイプ状のレトルト11を備えており、レトルト11は水平に近い状態に設置され、図1において左側端部は図示していない入口ホッパーから廃棄物1がロータリーコンベア等により搬入される開口となっている。レトルト11の外周にはジャケット12が位置しており、レトルト11はジャケット12内を回転することができる。なお、ロータリーキルン10は水平状態、あるいは水平状態から僅かに出口方向に下降するように設置することが好ましい。
【0027】
ロータリーキルン10はパイプ状のレトルト11が両端部をローラーやタイヤ等の回転支持体13により支持され、図示されていない回転駆動装置によりベルトやチェーン等を介して緩やかに回転駆動される構成となっている。レトルト11の外周に位置するジャケット12との間の空間14には、後述する燃焼バーナーからの高温の排ガスが供給され、レトルト11内部に供給される廃棄物1を加熱して熱分解するように構成されている。レトルト11とジャケット12との空間は、燃焼ガスが外部に漏れないように気密状態にシールされている。
【0028】
ロータリーキルン10に隣接して、熱分解ガス中の熱分解残さを分離して回収する分離装置30が配置されている。分離装置30では、熱分解ガス2aが通過する間に熱分解残さ粒子(チャー粒子)4が分離され、チャー粒子が分離された熱分解ガス5が燃焼バーナー50に供給される。この燃焼バーナー50は熱分解残さ粒子4が分離された熱分解ガス5が燃焼され、高温の燃焼ガス6がロータリーキルン10のレトルト11とジャケット12の間の空間に供給されてロータリーキルン内の廃棄物を加熱する構成となっている。ロータリーキルン10を加熱した燃焼ガス7は熱交換器60を通過し、図示していないフィルター装置で飛灰が除去されて排ガス8として大気中に放出されるように構成されている。
【0029】
分離装置30はパイプで形成された筒状本体31の両端を塞ぎ、図1において右端側が上流側で、左端側が下流側となっている。筒状本体31の内部には、旋回羽根としてリボンスクリュー32が配置され、筒状本体31の上流側に固定されたモータ等の駆動装置33により一定方向に回動される構成となっている。リボンスクリュー32は筒状本体31内に緩く嵌合しており、リボンスクリュー32の外径は筒状本体31の内径より小さく設定され、筒状本体内を内壁面に接触しながら回転できるように構成されている。
【0030】
リボンスクリュー32は所定幅を有する金属板材を螺旋状に巻回して形成したものであり、巻回された金属板材の中心部には熱分解ガスが通過できる内側流路34が、図3に示されるように形成されている。筒状本体31内を通過する熱分解ガスはリボンスクリュー32により旋回流が形成され、ガスと共に同伴している熱分解残さ粒子に遠心力を与えて、これらの粒子をガス流から分離することができる。また、リボンスクリュー32は、駆動装置33により回転され、筒状本体31の内壁に堆積したチャー粒子4を剥ぎ落とすと共に、剥ぎ落とされたチャー粒子を上流側に搬送する機能を有している。
【0031】
分離装置30の筒状本体31の上流端部には熱分解ガスを流入させる入口管35が接続され、この入口管の下端は出口ホッパー20の上部に連通している。また、筒状本体31の下流端部には、分離装置30を通過した熱分解ガスを燃焼バーナー50に供給する出口管36が接続されている。さらに、筒状本体31の上流側には、入口管35より下流側に戻し管37が接続されている。この戻し管37は分離装置30で分離され、リボンスクリュー32で搬送されたチャー粒子4を筒状本体31から排出して出口ホッパー20に戻す機能を有している。
【0032】
そして、戻し管37の下端開口部は、ロータリーキルン10のレトルト11の出口開口部の上端よりも下位置まで延長されている。実際には、戻し管の下端開口部は、レトルトの出口開口部の下端よりも下位置まで延長されている。このように戻し管の下端開口部の位置を設定することで、キルンの出口開口部の上縁に沿って高温の熱分解ガスが出口ホッパー20に流出するが、この流出の際に戻し管内には流入しないため、戻し管内を落下するチャー粒子が、熱分解ガスの上昇気流に乗って再度分離装置の筒状本体31内に流入するのを防止できる構成となっている。
【0033】
前記の如く構成された本実施形態の熱分解装置の動作について以下に説明する。都市ごみなどの廃棄物1は、まず粉砕・乾燥などの前処理を経た後、図示していないベルトコンベア等により、ロータリーキルン10における横置きで高温のレトルト11内部に投入される。廃棄物1はレトルト11内部の低酸素状態で加熱され熱分解し、可燃性の熱分解ガス2とチャーと高融点不燃物の混合した熱分解残さ3に分離され、熱分解残さ3はレトルト11の回転攪拌挙動で徐々に下流側(右方向)に送り出されて出口ホッパー20の下方に落ちて炉外へ排出される。
【0034】
一方、熱分解ガス2にはガス自体の流れに乗って微小寸法で低質量のチャー粒子4が混ざっており、この粒子が入口管35を経て分離装置30へと流れ、分離装置内部に取り付けられたリボンスクリュー(旋回羽根)32で旋回させられながら、筒状本体31の中心の内側流路34をらせん状に流れることでチャー粒子4が遠心分離される。
【0035】
遠心分離により熱分解残さ粒子が回収された熱分解ガス5は出口管36から配管を経て燃焼バーナー50で燃やされ、高温の燃焼ガス6に変わり、配管を経て廃棄物と混ざらないように、レトルト11の外側で、外気と混ざらないように保温材で仕切ったジャケット12とレトルト外部との空間14を流れる間、レトルト11内部の廃棄物を加熱して熱分解させている。なお、熱分解ガスが生成される前の状態では、別に供給された燃料ガスを燃焼バーナー50で燃焼させてロータリーキルン10を加熱する。
【0036】
ジャケット12から出た燃焼ガス7は、その温度が十分に高いことから、さらに水を蒸気に変えるボイラーまたは空気を暖める熱交換器60に送り込んで熱交換させたのち、それに含まれる有害なガスや粒子をフィルターで低減させて、大気中へ排ガス8として放出される。
【0037】
分離装置30内に熱分解ガスと共に同伴するチャー粒子4が分離されて堆積し、その量が多くなると駆動装置33を作動させてチャー粒子の回収を行なう。駆動装置33を作動させると、筒状本体31内に位置するリボンスクリュー32はらせん方向と反対方向に回転され、リボンスクリューの外周部が筒状本体31の内壁面に付着したチャー粒子を剥ぎ落とす。剥ぎ落とされたチャー粒子は筒状本体31の底面に堆積し、リボンスクリュー32により上流側、すなわち右方向に搬送される。そして、搬送されたチャー粒子は入口管35の下流側に開口する戻し管37に落とされ、出口ホッパー20内に排出され、ホッパーの出口から回収される。戻し管37を落下するチャー粒子は入口管35を流れる熱分解ガスの影響を全く受けずに落下するため、チャー粒子が再度熱分解ガスに同伴して流出することは防止される。
【0038】
ここで、本発明に関わるキルン出口ホッパー20内を流れる熱分解ガスに含まれるチャー粒子の挙動について、以下説明する。
【0039】
図4(a)は熱分解ガスに含まれるチャー粒子の直径dに対する粒子数を最大割合で規格化した割合N(%)を示し、図4(b)は図4(a)の割合を小さい方から累積した割合Γ(%)を示している。図5はチャー粒子の直径dに対する熱分解ガスに同伴される限界流速Umを示している。図6はチャー粒子の直径dに対する、熱分解ガスに同伴されて流出してしまう粒子数の割合Nを示している。なお、図4では、キルンで発生した熱分解ガスの一部分を採取(サンプリング)したときのチャー粒子を調べた場合のもので、このときはガスの流れを考慮していない。一方、図5と図6では、熱分解ガスの流れに同伴されるチャー粒子を調べているので、当然ガスの流れを考慮している。
【0040】
図4を説明する。
【0041】
一般に気流に同伴される微粒子は比較的直径の小さい側へ偏った山形の分布(対数分布で近似される分布)形状であることが多く、図4のような熱分解ガス流れに同伴されるチャー粒子も同様である。この分布に対する累積の割合は、粒子数割合の頂上付近で急激に増加して、この粒子数割合が急激に増加する直径よりも小さい直径側での粒子数割合の増加や、大きい直径側での粒子数割合の増加は、緩やかである。
【0042】
熱分解ガスに含まれるチャー粒子の累積割合Γは、粒子数の割合Nの最大値を持つ粒子直径dで急増する。従来例では、Nが最大になるd=30μmでΓは急増する。d=30μmにおいてΓ=40%である。ここで、熱分解ガスに含まれるチャー粒子の体積や質量は粒子直径の3乗に比例する。このことから、従来例における熱分解ガスに含まれるチャー粒子の総体積または総質量に対する30μm以上のチャー粒子の体積または質量の割合は、従来例における熱分解ガスに含まれる30μm以上のΓ=100−40=60%よりも大きい割合を占める。したがって、従来例における技術的課題は、d=30μm以上のチャー粒子を熱分解ガスにできる限り同伴させないことに対応するといえる。
【0043】
従来および本発明における熱分解ガスに含まれるチャー粒子を比較すると次のようになる。
1)本発明は従来よりもNの最大値は小さい粒子直径である。このことから、
2)同一のΓで比較すると本発明は従来よりも小さいdである。
3)また、同一のdで比較すると本発明は従来よりも大きいΓである。これは、出口ホッパーにおける熱分解ガスの流速を平均的に低下させて、熱分解ガスに同伴されるチャー粒子の粒子直径を平均的に低減させたことによる。
【0044】
なお、熱分解ガスがダクトや管等の流路内部を流れる場合、ガスの流速は流路断面全体で均一でなく、流路やガス自体の摩擦抵抗の影響を受けて複雑に変化する。ただし一般的に、流路の断面積が大きいほど内部を流れるガスの流速は平均的に低下する。
【0045】
この低減できる理由について、次に図5および図6を用いて説明する。
【0046】
熱分解ガスに同伴される限界流速Umは、1μm以下の粒子直径dで極めて低く熱分解ガスの気流に浮遊しつづけるものの、1μm以上のdに対してほぼ比例する。
【0047】
図5のように熱分解ガスの流速が大きいほど、ガス流れに同伴される粒子直径の上限は大きくなる。粒子の体積や質量は直径の3乗に比例することから、ガス流速が増すとガスに同伴されるチャー量も増加する。
【0048】
図4においてキルン炉内の熱分解ガスに含まれるチャー粒子30μm以上の粒子割合は6割以上であり、この粒子直径に対する同伴限界流速は毎秒0.1mである。このことから、Umを毎秒0.1m以下に抑えれば、熱分解ガスの気流に30μm以上のチャー粒子は同伴されないことを意味する。
【0049】
続いて図6を説明する。
図6は、図4に示した熱分解ガスに含まれるチャー粒子の直径dに対する粒子数の割合Nを、d=30μm付近で拡大したものである。
【0050】
熱分解ガス気流の平均流速=毎秒約1mの場合、すでに図5で示したように30μm以上のチャー粒子の多くは気流に同伴されてしまう。一方、平均流速=毎秒約0.1mの場合、30μm以上のチャー粒子は殆ど気流に同伴されずに出口ホッパー20側へ落下する。このように、熱分解ガス気流の平均流速を下げることで、気流に同伴されるチャー粒子の平均直径を低減させて、チャー粒子の総体積や総質量も低減させることが可能になる。
【0051】
前述したように、熱分解ガスがダクトや管等の流路内部を流れる場合、局所的な流速の違いにより、ガスに同伴され得るチャー粒子の粒子直径も異なる。ただし、ガスの流速が平均的に低下すれば、ガスに同伴されるチャー粒子直径も平均的に低下する。
【0052】
これを、次に説明するような出口ホッパーを採用した本発明により、30μm以上のチャー粒子を1割以下に低減することができる。
【0053】
分離装置30内部に堆積したチャー粒子を、リボンスクリュー32を駆動装置33で回転させて入口管35の方向(上流側)へ回収できるが、回収した粒子を入口管35に戻すと再び熱分解ガス2と混ざってしまい、再度同伴されてしまう。
【0054】
本実施形態の熱分解装置は、このようにして分離装置30で分離回収されたチャー粒子4と、分離装置30へ流入する熱分解ガス2との再混合を防止するために、入口管35とは別に、回収されたチャー粒子を出口ホッパー20内部へ排出する戻し管37を設ける。一方、レトルト11で生成した熱分解ガスの出口ホッパー20内部の流速は、レトルト11出口開口部の上端で最も高くなる。
【0055】
これは、レトルト11で生成された熱分解残さ3と熱分解ガス2を重力分離しているので、レトルト11開口部の上端位置で熱分解ガスの通過流量が最大になることによる。したがって、戻し管37の開口部を、少なくともレトルト11の出口開口部の上端よりも下の位置まで伸ばせば、比較的低い流速の熱分解ガスへ混ぜて出口ホッパー20内部へ戻せ、熱分解ガスへのチャー粒子の再同伴を低減できる。
【0056】
さらに、本発明において出口ホッパー20における熱分解ガス流速を毎秒0.1m以下になるように、レトルト11で発生する最大の熱分解ガス流量に対する出口ホッパー水平断面積を設定し、熱分解ガスに同伴されるチャー粒子を直径30μm以下に抑えるようにしている。すなわち、図2のH−H線に沿う出口ホッパー20の水平方向の断面積を、熱分解装置の定格時における熱分解ガスの発生量に合わせて最大流速が毎秒0.1m以下となるように設定している。このように熱分解ガスの最大流速が毎秒0.1m以下となるように断面積を設定することにより、図6のように30μm以上の割合が極めて少ない粒子分布にでき、回収した粒子を入口管に戻した従来の分離装置と比較して、別に戻し管を設けた本発明では30μm以上の粒子割合を低減でき、従来の課題を解決できる。
【0057】
本発明の第2の実施形態を図7,8に基づき詳細に説明する。図7は本発明に係る熱分解装置の第2の実施形態の要部断面図、図8は図7のB−B線に沿う要部断面図である。なお、この実施形態は前記した第1の実施形態に対し、熱分解装置は分離装置を複数備えて構成されることを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。なお、図7では手前側の一方の分離装置のみを図示しており、奥側の分離装置は省略している。
【0058】
図7,8に示す第2の実施形態が図1の第1の実施形態と異なるところは、2基の分離装置30Aと30Bが設置され、各分離装置に入口管35a,35bを接続し、各分離装置からそれぞれ戻し管37a,37bが2本別々に接続され、さらに分離装置30Aに対して出口管36aの下流に開閉弁40aと、戻し管37aの途中に開閉弁41aを設け、分離装置30Bの出口管36bの下流に開閉弁40bと、戻し管37bの途中に開閉弁41bを設け、各分離装置から排出した熱分解ガスは合流管42を介して燃焼バーナー50へ送る構成である。
【0059】
本実施形態では、各分離装置30A,30Bで回収したチャー粒子が、分離装置に流入する熱分解ガスと混合することを防止するために、例えば分離装置30Bで回収したチャー粒子を戻し管37bへ排出する際に、下流の開閉弁40bを閉めて熱分解ガスの流れを止めた後に戻し管の開閉弁41bを開けて矢印4bに示すように排出させ、一方の分離装置30Aの下流の開閉弁40aを開けて、戻し管37aの開閉弁41aを閉めて、入口管35aよりレトルト11で生成した熱分解ガスを矢印2aで示すように流せばよい。
【0060】
分離装置30Aで回収したチャー粒子を戻し管37aから排出する際には、4つの開閉弁40a,40b,41a,41bを、今度は開閉を逆にすればよい。このように、分離装置および戻し管を複数設け、分離装置のそれぞれに入口管、出口管、および戻し管を接続し、熱分解ガスの分離装置への流入を開閉弁で切り替えることで、熱分解ガスに同伴されるチャー粒子の量を第1の実施形態以上に低減できる。
【0061】
本発明の第3の実施形態を図9,10に基づき詳細に説明する。図9は本発明に係る熱分解装置の第3の実施形態の要部断面図、図10は図9のC−C線に沿う要部断面図である。なお、この実施形態は前記した第1の実施形態に対し、熱分解装置は分離装置を複数備えて構成され、それぞれの分離装置は入口管がなく、戻し管の途中の開口部から熱分解ガスが流入することを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。なお、図9では平行に配置された分離装置の一方のみを図示している。
【0062】
図9,10に示す第3の実施形態が、図7,8の第2の実施形態と異なるところは、2基の分離装置30Cと30Dの戻し管45a,45bが入口管を兼ねている点である。これらの戻し管それぞれには、レトルト11の出口開口部中心よりも上位置に熱分解ガスが流入する開口部46aと46bが形成され、レトルト11の出口開口部中心よりも下位置に熱分解残さ粒子を排出する下端開口部47a,47bが形成され、戻し管は複数開口部を持つ配管で構成されている。第3の実施形態では、2基の分離装置で回収したチャー粒子の密度(重力)を利用し、分離装置へ流入する熱分解ガスと混合することを防止している。
【0063】
すなわち、筒状本体11の上流側には、分離装置30C,30Dで回収されたチャー粒子を出口ホッパー20へ排出する下方の開口部を有する戻し管45a,45bが接続され、これらの戻し管の途中に、熱分解ガスを筒状本体11に流入させる開口部46a,46bが形成されている。分離装置30C,30Dには戻し管の途中に形成された開口部46a,46bからチャー粒子を同伴する熱分解ガスが流入し、筒状本体11内でガス流が旋回流となってチャー粒子を分離し、分離後の熱分解ガスが出口管から燃焼バーナーに供給される構成となっている。このため、筒状本体に入口管を接続する必要はない。
【0064】
そして、戻し管の下端開口部は、レトルト11の出口開口部の上端よりも下位置まで延長されている。実際には、戻し管の下端開口部は、キルンの出口開口部の下端よりも下位置まで延長されている。このように戻し管の下端開口部の位置を設定することで、キルンの出口開口部の上縁に沿って高温の熱分解ガスが出口ホッパーに流出するが、この流出の際に、隣接する分離装置の戻し管内を落下するチャー粒子が上昇気流に乗って再度分離装置の筒状本体内に流入するのを防止できる。
【0065】
本実施形態では、前記の構成の分離装置がロータリーキルン10の上方に2つ平行状態に配置されている。そして、2つの分離装置30C,30Dには、熱分解ガスの筒状本体への流入を停止させる開閉弁48a,48bが、それぞれの出口管36c、36dに接続されている。この構成により、一方の開閉弁を閉じることで、その分離装置への熱分解ガスの流入を停止することができ、例えばチャー粒子を回収するために駆動装置を作動中には、熱分解ガスの流入を停止させることができる構成となっている。
【0066】
例えば、下流の開閉弁48bを閉めて熱分解ガスの流れを止めて分離装置30Dで回収したチャー粒子を排出すると、チャー粒子は戻し管45b内部を落下してゆき、矢印4cのように落下する。このとき、他方の分離装置30Cの下流の開閉弁48aを開けて、レトルト11で生成された熱分解ガスは戻し管45aの開口部46aから矢印2bで示すように流せる。分離装置30Cで回収したチャー粒子を戻し管45aから排出する際には、2つの開閉弁48a,48bを、今度は開閉を逆にすればよい。
【0067】
分離装置30Dで排出したチャー粒子が戻し管45bの配管の内部を落下する理由は、ガスに比べてチャー粒子の密度および重力がおおよそ1000倍大きいためであり、チャー粒子落下の際に熱分解ガスの流れにより回収したチャーの一部が再度熱分解ガスに同伴されるが、その割合は小さい。また、熱分解ガスが開口部46aを通過して矢印2bのように流せる理由は、戻し管45aの配管の長さ分だけ摩擦抵抗が大きいことで、途中の開口部から流れ易くなるためである。そうなるためには、開口部46a,46bの面積を戻し管45a,45bの下端開口部の面積よりも大きく設定する必要がある。
【0068】
また、開口部46a,46bは、レトルト11の出口開口部中心よりも上位置に、戻し管45a,45bの下端開口部はレトルト11の出口開口部中心よりも下位置に設けることで、戻し管45a,45bから排出されるチャー粒子と開口部46a,46bを流れる熱分解ガスとの混合を防止できる。
【0069】
このように、複数開口部を有する戻し管45a,45bを分離装置30C,30Dの戻し管と入口管を兼用させるようにそれぞれ設け、これらの戻し管に接続された開閉弁で熱分解ガスの流入を切り替えることで、熱分解ガスに同伴されるチャー粒子の量を低減できるだけでなく、第2の実施形態の戻し管37a,37bや開閉弁41a,41bのコストをも低減できる。
【0070】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、分離装置の筒状本体内に配置された旋回羽根として、リボンスクリューの例を示したが、筒状本体の内部を通過する熱分解ガスに旋回流を発生させ、筒状本体内に付着したチャー粒子を剥ぎ取る機能を備えていれば、他のコイル状の旋回羽根を用いてもよい。また、廃棄物を熱分解するキルンとしてロータリーキルンの例を示したが、ロータリー式でなく固定式のキルンを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0071】
本発明の活用例として、この熱分解装置を用いてごみ以外の廃棄物を熱分解する熱分解装置の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0072】
【図1】本発明に係る熱分解装置の一実施形態の要部構成を示す断面図。
【図2】図1のA−A線断面図。
【図3】分離装置のリボンスクリューを示す要部斜視図。
【図4】図1に示す第1の実施形態の説明するための、熱分解ガスに同伴されるチャー粒子の粒子割合を示し、(a)は最大割合で規格化した粒子数の割合を示す図、(b)は(a)の割合を小さいほうから累積した割合を示す図。
【図5】図1に示す第1の実施形態の説明するための、チャー粒子を同伴する限界の熱分解ガス流速を示す図。
【図6】図1に示す第1の実施形態の説明するための、熱分解ガスに同伴されて流出し得るチャー粒子の粒子割合を示す図。
【図7】本発明に係る熱分解装置の第2の実施形態を示す要部断面図。
【図8】図7のB−B線に沿う要部断面図。
【図9】本発明に係る熱分解装置の第3の実施形態を示す要部断面図。
【図10】図9のC−C線に沿う要部断面図。
【符号の説明】
【0073】
1…廃棄物、2…熱分解ガス、3…熱分解残さ(チャー)、4…熱分解残さ粒子(チャー粒子)、5…熱分解残さ粒子が回収された熱分解ガス、6…燃焼ガス、7…加熱後の燃焼ガス、8…排ガス、10…ロータリーキルン、11…レトルト、12…ジャケット、20…出口ホッパー、30,30A,30B,30C,30D…分離装置、31…筒状本体、32…リボンスクリュー(旋回羽根)33…分離装置の駆動装置、34…旋回羽根の内側流路、35,35a,35b…入口管、36,36a,36b、36c、36d…出口管、37,37a,37b…戻し管、40a,40b,48a,48b…分離装置の開閉弁(切り替え弁)、41a,41b…戻し管に接続された開閉弁、45a,45b…入口管を兼用した戻し管、46a,46b…戻し管の上部開口部、42…合流管、50…燃焼バーナー、60…熱交換器

【特許請求の範囲】
【請求項1】
廃棄物を熱分解して熱分解ガスと熱分解残さとを生成するキルンを備え、該キルンで生成された熱分解残さを出口ホッパーに排出すると共に、熱分解ガスに同伴される熱分解残さ粒子を回収する分離装置を備える熱分解装置であって、
該分離装置は、熱分解ガスを通過させる筒状本体と、該筒状本体に前記キルンで生成した熱分解ガスを流入させる入口管と、該入口管の下流側の筒状本体に開口し回収された前記熱分解残さ粒子を前記出口ホッパーへ排出する戻し管とを備えていることを特徴とする熱分解装置。
【請求項2】
廃棄物を熱分解して熱分解ガスと熱分解残さとを生成するキルンを備え、該キルンで生成された熱分解残さを出口ホッパーに排出すると共に、熱分解ガスに同伴される熱分解残さ粒子を回収する分離装置を備える熱分解装置であって、
該分離装置は、熱分解ガスを通過させる筒状本体と、該筒状本体に接続され回収された前記熱分解残さ粒子を前記出口ホッパーへと排出する下方開口部を有する戻し管とを備えており、
該戻し管の上部には、前記キルンで生成された熱分解ガスを前記筒状本体に流入させる開口部が形成されていることを特徴とする熱分解装置。
【請求項3】
前記分離装置は、前記筒状本体の内部にらせん状に巻回した旋回羽根が配置され、前記筒状本体内部に熱分解ガスを通過させ、前記旋回羽根で形成された旋回流により熱分解残さ粒子を分離して堆積させ、堆積した熱分解残さ粒子を、前記旋回羽根を旋回させて剥ぎ落として回収することを特徴とする請求項1または2に記載の熱分解装置。
【請求項4】
前記戻し管の下端開口部は、前記キルンの出口開口部の上端よりも下位置まで延長されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに熱分解装置。
【請求項5】
前記熱分解装置は、前記分離装置を複数備えて構成され、該複数の分離装置はそれぞれ熱分解ガスの流入を停止させる開閉弁を備えており、熱分解残さ粒子の回収中には、その分離装置への熱分解ガスの流入を停止することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱分解装置。
【請求項6】
前記キルンの出口開口部における熱分解ガスの最大流速が毎秒0.1m以下になるようにキルンに連続する前記出口ホッパーの流路断面を設定したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の熱分解装置。

【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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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2007−51209(P2007−51209A)
【公開日】平成19年3月1日(2007.3.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−236900(P2005−236900)
【出願日】平成17年8月17日(2005.8.17)
【出願人】(000005108)株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】(390023928)日立エンジニアリング株式会社 (134)
【Fターム(参考)】