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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024100311
(43)【公開日】2024-07-26
(54)【発明の名称】ロータリーキルンの運転方法
(51)【国際特許分類】
F27B 7/36 20060101AFI20240719BHJP
F27B 7/10 20060101ALI20240719BHJP
F27D 99/00 20100101ALI20240719BHJP
【ＦＩ】
F27B7/36
F27B7/10
F27D99/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023004219
(22)【出願日】2023-01-16
(71)【出願人】
【識別番号】300041192
【氏名又は名称】ＵＢＥマシナリー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091306
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 友一
(74)【代理人】
【識別番号】100174609
【弁理士】
【氏名又は名称】関 博
(72)【発明者】
【氏名】末永 慎一
(72)【発明者】
【氏名】馬原 和俊
【テーマコード（参考）】
4K056
4K061
【Ｆターム（参考）】
4K056AA19
4K056BA06
4K056CA20
4K056FA03
4K056FA10
4K061AA08
4K061BA12
4K061FA01
4K061FA04
4K061FA11
4K061GA01
4K061GA10
(57)【要約】 （修正有）
【課題】エアポートファンの設置を最適化したロータリーキルンの運転方法を提供する。
【解決手段】本発明のロータリーキルン１０の運転方法は、回転可能に設けられた長尺円筒状のキルン胴体１２と、前記キルン胴体の外周面に１つ以上設置して内部に外気を導入する送風部を備えたロータリーキルンの運転方法において、前記ロータリーキルンの全長及び半径と、回転数と、原料の処理量と、原料成分と、燃焼用空気量を入力する第１工程と、前記送風部の設置数と、設置位置と、風量を入力する第２工程と、第１及び第２工程の入力情報に基づいて前記ロータリーキルンの全長に亘って温度分布をシミュレーションする第３工程と、を有し、前記第３工程のシミュレーション結果に基づいて、キルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にする前記第２工程を変更して第３工程を繰り返すことを特徴としている。
【選択図】図１
【解決手段】本発明のロータリーキルン１０の運転方法は、回転可能に設けられた長尺円筒状のキルン胴体１２と、前記キルン胴体の外周面に１つ以上設置して内部に外気を導入する送風部を備えたロータリーキルンの運転方法において、前記ロータリーキルンの全長及び半径と、回転数と、原料の処理量と、原料成分と、燃焼用空気量を入力する第１工程と、前記送風部の設置数と、設置位置と、風量を入力する第２工程と、第１及び第２工程の入力情報に基づいて前記ロータリーキルンの全長に亘って温度分布をシミュレーションする第３工程と、を有し、前記第３工程のシミュレーション結果に基づいて、キルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にする前記第２工程を変更して第３工程を繰り返すことを特徴としている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転可能に設けられた長尺円筒状のキルン胴体と、前記キルン胴体の外周面に１つ以上設置して内部に外気を導入する送風部を備えたロータリーキルンの運転方法において、
前記ロータリーキルンの全長及び半径と、回転数と、原料の処理量と、原料成分と、燃焼用空気量を入力する第１工程と、
前記送風部の設置数と、設置位置と、風量を入力する第２工程と、
第１及び第２工程の入力情報に基づいて前記ロータリーキルンの全長に亘って温度分布をシミュレーションする第３工程と、を有し、
前記第３工程のシミュレーション結果に基づいて、キルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にする前記第２工程を変更して前記第３工程を繰り返すことを特徴とするロータリーキルンの運転方法。
前記ロータリーキルンの全長及び半径と、回転数と、原料の処理量と、原料成分と、燃焼用空気量を入力する第１工程と、
前記送風部の設置数と、設置位置と、風量を入力する第２工程と、
第１及び第２工程の入力情報に基づいて前記ロータリーキルンの全長に亘って温度分布をシミュレーションする第３工程と、を有し、
前記第３工程のシミュレーション結果に基づいて、キルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にする前記第２工程を変更して前記第３工程を繰り返すことを特徴とするロータリーキルンの運転方法。
【請求項2】
請求項１に記載されたロータリーキルンの運転方法であって、
前記原料が、製鉄ダスト、電気炉ダスト、金属を含む産業廃棄物のいずれかであることを特徴とするロータリーキルンの運転方法。
前記原料が、製鉄ダスト、電気炉ダスト、金属を含む産業廃棄物のいずれかであることを特徴とするロータリーキルンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、キルン胴体の外周面に１つ以上の送風部（エアポートファン）を備えたロータリーキルンの運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
回転式の燃焼炉に製鉄ダスト、電気炉ダスト、金属を含む産業廃棄物を投入して高温状態で焼成して亜鉛などのレアメタルを回収してリサイクルできるロータリーキルンが適用されている。
このようなロータリーキルンの外周にはキルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にするために１つ以上の送風部となるエアポートファンが取り付けられている。
ロータリーキルンを廃棄物焼却炉として用いる場合、廃棄物の成分が不均一のため、炉内の温度管理が困難となる。
従来、廃棄物に応じて様々な温度変化に対応できるように、設計仕様に余裕を持たせた過剰なスペックの送風部を取り付けていたため、設備費用が増加していた。
また、樹脂や金属成分を含んだ複合原料を処理する産業廃棄物処理用のロータリーキルンでは、原料中の金属成分がある温度以上で半溶融してキルン胴体内に鋳付いて閉塞するおそれがあり運転の継続が困難となることが問題となっていた。
従来、ロータリーキルンを用いたセメント製造設備の運転方法に仮焼炉の燃焼と熱量原単位を最適化するシミュレーションを適用した技術がある（特許文献１）。しかしながら、特許文献１の技術では扱う原料がセメント原料であり、成分がある程度特定されているため温度管理の制御は難しくない。またシミュレーションの目的および手法が異なっているため、送風部の設置管理に直接適用することができない。
このようなロータリーキルンの外周にはキルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にするために１つ以上の送風部となるエアポートファンが取り付けられている。
ロータリーキルンを廃棄物焼却炉として用いる場合、廃棄物の成分が不均一のため、炉内の温度管理が困難となる。
従来、廃棄物に応じて様々な温度変化に対応できるように、設計仕様に余裕を持たせた過剰なスペックの送風部を取り付けていたため、設備費用が増加していた。
また、樹脂や金属成分を含んだ複合原料を処理する産業廃棄物処理用のロータリーキルンでは、原料中の金属成分がある温度以上で半溶融してキルン胴体内に鋳付いて閉塞するおそれがあり運転の継続が困難となることが問題となっていた。
従来、ロータリーキルンを用いたセメント製造設備の運転方法に仮焼炉の燃焼と熱量原単位を最適化するシミュレーションを適用した技術がある（特許文献１）。しかしながら、特許文献１の技術では扱う原料がセメント原料であり、成分がある程度特定されているため温度管理の制御は難しくない。またシミュレーションの目的および手法が異なっているため、送風部の設置管理に直接適用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６３２７０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、送風部の設置を最適化したロータリーキルンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、回転可能に設けられた長尺円筒状のキルン胴体と、前記キルン胴体の外周面に１つ以上設置して内部に外気を導入する送風部を備えたロータリーキルンの運転方法において、
前記ロータリーキルンの全長及び半径と、回転数と、原料の処理量と、原料成分と、燃焼用空気量を入力する第１工程と、
前記送風部の設置数と、設置位置と、風量を入力する第２工程と、
第１及び第２工程の入力情報に基づいて前記ロータリーキルンの全長に亘って温度分布をシミュレーションする第３工程と、を有し、
前記第３工程のシミュレーション結果に基づいて、キルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にする前記第２工程を変更して前記第３工程を繰り返すことを特徴とするロータリーキルンの運転方法を提供することにある。
上記第１の手段によれば、効率的にキルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にする送風部の能力や設置位置を予めシミュレーションすることで設計仕様に余裕を持たせる必要がなくなり、設備費用を抑えることができる。
前記ロータリーキルンの全長及び半径と、回転数と、原料の処理量と、原料成分と、燃焼用空気量を入力する第１工程と、
前記送風部の設置数と、設置位置と、風量を入力する第２工程と、
第１及び第２工程の入力情報に基づいて前記ロータリーキルンの全長に亘って温度分布をシミュレーションする第３工程と、を有し、
前記第３工程のシミュレーション結果に基づいて、キルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にする前記第２工程を変更して前記第３工程を繰り返すことを特徴とするロータリーキルンの運転方法を提供することにある。
上記第１の手段によれば、効率的にキルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にする送風部の能力や設置位置を予めシミュレーションすることで設計仕様に余裕を持たせる必要がなくなり、設備費用を抑えることができる。
【0006】
本発明は、上記課題を解決するための第２の手段として、第１の手段において、前記原料が、製鉄ダスト、電気炉ダスト、金属を含む産業廃棄物のいずれかであることを特徴とするロータリーキルンの運転方法を提供することにある。
上記第２の手段によれば、原料中の金属成分がある温度以上で半溶融してキルン胴体内に鋳付いてしまい閉塞するおそれがあり運転の継続が困難となることがない。
上記第２の手段によれば、原料中の金属成分がある温度以上で半溶融してキルン胴体内に鋳付いてしまい閉塞するおそれがあり運転の継続が困難となることがない。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、効率的にキルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲にする送風部の能力や設置位置を予めシミュレーションすることで設計仕様に余裕を持たせる必要がなくなり、設備費用を抑えることができる。
またシミュレーション結果に基づく最適設計が可能なため、メンテナンス回数が低減して設備維持費用を抑えることができる。
またシミュレーション結果に基づく最適設計が可能なため、メンテナンス回数が低減して設備維持費用を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】ロータリーキルンの説明図である。
【図2】エアポートファンの説明図である。
【図3】空気、原料、キルン胴体の内面及び外面の温度とロータリーキルンの入口からの距離（長さ）の関係を示すグラフ１である。
【図4】空気、原料、キルン胴体の内面及び外面の温度とロータリーキルンの入口からの距離（長さ）の関係を示すグラフ２である。
【図5】空気、原料、キルン胴体の内面及び外面の温度とロータリーキルンの入口からの距離（長さ）の関係を示すグラフ３である。
【図6】空気、原料、キルン胴体の内面及び外面の温度とロータリーキルンの入口からの距離（長さ）の関係を示すグラフ４である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明のロータリーキルンの運転方法の実施形態について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
図１はロータリーキルンの説明図である。図２はエアポートファンの説明図である。
ロータリーキルン１０は、長尺円筒状のキルン胴体１２と、ガースギヤ１４と、タイヤ１６とエアポートファン２０を基本構成としている。
ガースギヤ１４は、キルン胴体１２を軸回りに回転駆動させるためのギヤであり、キルン胴体１２の外周に固定されている。ガースギヤ１４に噛み合うピニオンギヤ（不図示）は、モータなどの駆動源からの回転動力をガースギヤ１４に伝達している。
キルン胴体１２は一端に入口フッド１２ａと他端に出口フッド１２ｂを備え、入口フッド１２ａにはバーナー１２ｃが設置されている。このバーナーは出口フッドに設ける場合もある。
タイヤ１６は、キルン胴体１２の外周に設けられてキルン胴体１２をローラ１７で回転支持している。キルン胴体１２はその半径が約１～３メートルの長尺物である。このためタイヤ１６はキルン胴体の長手方向に沿って複数個所（図１では２か所）に設置されている。ローラ１７は２個一対として各タイヤ１６の下部に配置されてキルン胴体１２を回転支持している。
送風部となるエアポートファン２０は、キルン胴体１２の外周面に設置し、ダクト２１を介して外気を供給してキルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲に管理できる。
図１はロータリーキルンの説明図である。図２はエアポートファンの説明図である。
ロータリーキルン１０は、長尺円筒状のキルン胴体１２と、ガースギヤ１４と、タイヤ１６とエアポートファン２０を基本構成としている。
ガースギヤ１４は、キルン胴体１２を軸回りに回転駆動させるためのギヤであり、キルン胴体１２の外周に固定されている。ガースギヤ１４に噛み合うピニオンギヤ（不図示）は、モータなどの駆動源からの回転動力をガースギヤ１４に伝達している。
キルン胴体１２は一端に入口フッド１２ａと他端に出口フッド１２ｂを備え、入口フッド１２ａにはバーナー１２ｃが設置されている。このバーナーは出口フッドに設ける場合もある。
タイヤ１６は、キルン胴体１２の外周に設けられてキルン胴体１２をローラ１７で回転支持している。キルン胴体１２はその半径が約１～３メートルの長尺物である。このためタイヤ１６はキルン胴体の長手方向に沿って複数個所（図１では２か所）に設置されている。ローラ１７は２個一対として各タイヤ１６の下部に配置されてキルン胴体１２を回転支持している。
送風部となるエアポートファン２０は、キルン胴体１２の外周面に設置し、ダクト２１を介して外気を供給してキルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度を設定範囲に管理できる。
【0010】
上記ロータリーキルン１０は、後述するシミュレーション解析によって、ロータリーキルンの内径、全長、回転数、処理量、原料成分、燃焼用空気量の基本情報と、送風部の設置台数、設置位置、空気流量を入力して、ロータリーキルン内が最適な原料温度、内部温度、酸素濃度となるように調整している。
シミュレーションは、シミュレーションソフト（ＫｉｌｎＳｉｍｕ：株式会社計算力学研究センター）を使用した。
具体的には、ロータリーキルンのサイズ（内径、全長）から回転数、処理量、原料成分、燃焼用空気量などの基本条件及びエアポートファンの設置台数、設置位置、空気流量、の条件を入力して、シミュレーションした結果が最適な胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度になるまでエアポートファンの設置台数、設置位置、空気流量の条件を変更してシミュレーションを繰り返す。
シミュレーションは、シミュレーションソフト（ＫｉｌｎＳｉｍｕ：株式会社計算力学研究センター）を使用した。
具体的には、ロータリーキルンのサイズ（内径、全長）から回転数、処理量、原料成分、燃焼用空気量などの基本条件及びエアポートファンの設置台数、設置位置、空気流量、の条件を入力して、シミュレーションした結果が最適な胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度になるまでエアポートファンの設置台数、設置位置、空気流量の条件を変更してシミュレーションを繰り返す。
【0011】
図３－６は空気、原料、キルン胴体の内面及び外面の温度とロータリーキルンの入口からの距離（長さ）の関係を示すグラフ１－４である。
同グラフの縦軸は温度、横軸はロータリーキルンの入口からの距離（長さ）を示している。Ａはガス、Ｂは原料、Ｃはキルン胴体の内面（内部温度）、Ｄはキルン胴体の外面を示している。
シミュレーションに用いるデータは、一例としてロータリーキルン１０が全長２６メートル、内径２．５メートルのサイズの場合、回転数０．５ｒｐｍ、処理量２５００ｋｇ／ｈ、原料成分が粉コークス、消石灰、水、粒コークス、ダスト（金属含む）であり、燃焼用空気量が５５００ｋｇ／ｈに各エアポートファンの空気量を加えたものである。なお上記シミュレーションに用いるデータは一例に過ぎず、任意に設定変更できる。
図３は送風部を設置せず、燃焼用空気を出口フッドから全て吹き込む構成、図４は送風部を上流側（１３ｍ）に１台設置し、１台で２台分の燃焼用空気を吹き込む構成、図５は送風部を下流側（１９．５ｍ）に１台設置し、１台で２台分の燃焼用空気を吹き込む構成、図６は送風部を上流側（１３ｍ）及び下流側（１９．５ｍ）に２台設置し、２台で燃焼用空気を吹き込む構成を各々示している。
図３に示す構成では、ガス温度と内部温度の温度差が大きく、入口側と出口側の内部温度の変化も著しい。
図４に示す構成では、図３のガス温度と内部温度が交差する箇所（１３ｍ）に送風部を設置しているが、原料温度とガス温度が安定していない。
図５に示す構成では、図４でガス温度と内部温度が再び接近する箇所（１９．５ｍ）に送風部を設置しているが、図４と同様に原料温度とガス温度が安定していない。
同グラフの縦軸は温度、横軸はロータリーキルンの入口からの距離（長さ）を示している。Ａはガス、Ｂは原料、Ｃはキルン胴体の内面（内部温度）、Ｄはキルン胴体の外面を示している。
シミュレーションに用いるデータは、一例としてロータリーキルン１０が全長２６メートル、内径２．５メートルのサイズの場合、回転数０．５ｒｐｍ、処理量２５００ｋｇ／ｈ、原料成分が粉コークス、消石灰、水、粒コークス、ダスト（金属含む）であり、燃焼用空気量が５５００ｋｇ／ｈに各エアポートファンの空気量を加えたものである。なお上記シミュレーションに用いるデータは一例に過ぎず、任意に設定変更できる。
図３は送風部を設置せず、燃焼用空気を出口フッドから全て吹き込む構成、図４は送風部を上流側（１３ｍ）に１台設置し、１台で２台分の燃焼用空気を吹き込む構成、図５は送風部を下流側（１９．５ｍ）に１台設置し、１台で２台分の燃焼用空気を吹き込む構成、図６は送風部を上流側（１３ｍ）及び下流側（１９．５ｍ）に２台設置し、２台で燃焼用空気を吹き込む構成を各々示している。
図３に示す構成では、ガス温度と内部温度の温度差が大きく、入口側と出口側の内部温度の変化も著しい。
図４に示す構成では、図３のガス温度と内部温度が交差する箇所（１３ｍ）に送風部を設置しているが、原料温度とガス温度が安定していない。
図５に示す構成では、図４でガス温度と内部温度が再び接近する箇所（１９．５ｍ）に送風部を設置しているが、図４と同様に原料温度とガス温度が安定していない。
【0012】
図４，５の結果を再シミュレーションした結果、図６に示すようにキルン胴体の入口から１３メートルと、１９．５メートルの位置に空気量が２９００ｋｇ／ｈと２６００ｋｇ／ｈの能力を持つエアポートファンを設置することで、キルン胴体１２内の原料温度を設定範囲（１０００度から１１００度）で収まるように上昇を抑えて、原料中に含まれるメタル成分が半溶融してキルン胴体内に鋳付くことがない温度環境以下の最適なキルン胴体内の原料温度、内部温度、酸素濃度で管理するための条件をシミュレーションにより求めることができた。
この他、ロータリーキルンを焙焼設備に適用した場合、ウェルツ法にてダスト内の亜鉛成分を、コークスを用いて還元し、粗酸化亜鉛として回収することができる。その際、乾燥、昇温、還元の段階で送風部により燃焼空気を送り込むことにより、より適切な温度管理を実現できる。
本発明によれば、ロータリーキルンの最適な運転方法を実現できる。またロータリーキルンの設計段階でシミュレーションしてロータリーキルンの設計方法として適用することもできる。
この他、ロータリーキルンを焙焼設備に適用した場合、ウェルツ法にてダスト内の亜鉛成分を、コークスを用いて還元し、粗酸化亜鉛として回収することができる。その際、乾燥、昇温、還元の段階で送風部により燃焼空気を送り込むことにより、より適切な温度管理を実現できる。
本発明によれば、ロータリーキルンの最適な運転方法を実現できる。またロータリーキルンの設計段階でシミュレーションしてロータリーキルンの設計方法として適用することもできる。
【0013】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
また、本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。
また、本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。
【符号の説明】
【0014】
１０ ロータリーキルン
１２ キルン胴体
１２ａ 入口フッド
１２ｂ 出口フッド
１２ｃ バーナー
１４ ガースギヤ
１６ タイヤ
１７ ローラ
２０ エアポートファン
２１ ダクト
１２ キルン胴体
１２ａ 入口フッド
１２ｂ 出口フッド
１２ｃ バーナー
１４ ガースギヤ
１６ タイヤ
１７ ローラ
２０ エアポートファン
２１ ダクト
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
