固体燃料の製造方法及び装置
【課題】 処理量や水分量などの入口性状の変動が大きい下水汚泥などの有機廃棄物から、均一な性状の炭化物を安定的かつ効率良く得ることが可能な固体燃料の製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】 有機廃棄物を、ロータリーキルン１の入口ゾーン２１で、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度ＴＳ３より高い温度ＴＳ１にて加熱し、有機廃棄物中の水分を蒸発させ、その下流側の中間ゾーン２２で中間的なキルンシェル温度ＴＳ２にて加熱し、有機廃棄物の熱分解を進行させ、その下流側の出口ゾーン２３で、所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度ＴＳ３を維持し、有機廃棄物の熱分解を終結させる。
【解決手段】 有機廃棄物を、ロータリーキルン１の入口ゾーン２１で、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度ＴＳ３より高い温度ＴＳ１にて加熱し、有機廃棄物中の水分を蒸発させ、その下流側の中間ゾーン２２で中間的なキルンシェル温度ＴＳ２にて加熱し、有機廃棄物の熱分解を進行させ、その下流側の出口ゾーン２３で、所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度ＴＳ３を維持し、有機廃棄物の熱分解を終結させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥などの有機廃棄物を加熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥は減容化、資源化を目的として焼却処理されていたが、焼却灰から得られる建設資材の需要や、埋め立て処理する用地の確保にも限界がある。一方、下水汚泥の組成は大部分が有機物であることから、加熱分解して得られた熱分解ガスを燃料ガスとして利用することや、炭化して固体燃料として利用することが検討されている。
【０００３】
有機物質を加熱分解して燃料化する場合は、間接加熱式の熱分解炉、例えば外熱式ロータリーキルンに導入し、加熱ガスを混入させずに低酸素下で加熱分解して熱分解ガスや炭化物を回収する。ガス化を目的とする場合には、加熱温度（キルンシェル温度）を極力高く設定し、有機物質を効率的にガス化させる。一方、固体燃料化を目的とする場合には、ガス化する場合より低い温度で熱分解させて、炭化物に可燃分を残留させる必要がある。
【０００４】
しかし、キルンシェル温度を低下させると、伝熱効率が低下するため、大きな伝熱面積が必要となり、キルンが長大化するうえ、処理に長時間を要することになり、非効率的である。したがって、処理物を効率良く加熱分解するためには、ある程度高温で加熱分解することが有利であるが、ロータリーキルンの回転数及び長さに依存した処理物の滞留時間は一定であるため、処理物の供給量や水分量の変動に伴い、炭化物の最終的な仕上がり温度が変化し、炭化物の性状が不均一となる問題がある。
【０００５】
すなわち、図１に示されるように、処理量や水分量が減少した場合には、処理物の熱分解が早く開始し、炭化物の仕上がり温度Ｔａが高くなるため、処理物が過度に炭化され残留する可燃分が少なくなってしまう。逆に、処理物の処理量や水分量が増大した場合には、熱分解の開始時期が遅れ、温度上昇の継続中（Ｔｂ）にキルン炉から排出されてしまうため、炭化が完了せず、燃料としての利用に適さなくなる。したがって、供給量や水分量などの入口性状の変動が大きい下水汚泥などの有機廃棄物から、均一な性状の固体燃料を安定的かつ効率良く得ることは困難であった。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２１０３３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２８３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、処理量や水分量などの入口性状の変動が大きい下水汚泥などの有機廃棄物から、均一な性状の炭化物を安定的かつ効率良く得ることが可能な固体燃料の製造方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来技術の有する課題を解決するため、本発明者らは、下水汚泥の炭化特性を評価検証すべく、次のような試験を行なった。
【０００９】
先ず、図２は、実験用の高温加熱炉を使用し、炉内温度をそれぞれ４００℃、５００℃の一定温度に保持して、汚泥サンプルを炭化した各場合における重量変化と温度変化を示すグラフである。いずれも、常温から１００℃に達した後、熱分解の開始と共に再び温度が上昇し始めるまでの間に、水分の蒸発により重量が大きく減少し、その後、熱分解の進行と共に更に重量が減少するが、汚泥サンプルが炉内温度に到達した後には重量変化が無く、その温度に維持されている間は炭化が進行しないことが分かる。なお、図３は、上記実験によって得られた炭化物の可燃分残留率を示すグラフであり、炭化温度が高温になると、可燃分残留率の減少が顕著であることが検証された。
【００１０】
一方、図４は、外熱式ロータリーキルンを使用し、キルンシェル温度を５００℃に保持した状態で、含水率が一定（２５％）の乾燥汚泥の処理量を、定格に対して−７０％から＋８０％までの範囲で変動させ、各場合における炭化物の可燃分残留率を測定した試験結果を示すグラフである。この結果は、−７０％から＋８０％までの大きな負荷変動に対して、炭化物の可燃分残留率の変化は±１４％と極めて少ないことを示している。また、同じ装置を使用し、乾燥汚泥の処理量を一定にした状態で、含水率を定格に対して±２０％の範囲で変動させる試験も行なったが、この場合にも炭化物の可燃分残留率の変化が殆ど無いことが確認された。
【００１１】
以上のような試験結果に基づき、本発明者らが鋭意検討した結果、キルン出口に所定の温度ゾーンを設けておけば、そのゾーン内で処理物が所定温度に到達した後は排出されるまで炭化は進行しないので、処理量、水分量等の性状変動があっても均一な炭化度、熱量を有する炭化物が安定的に得られるという知見を得て本発明に至った。
【００１２】
すなわち本発明は、有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造方法において、前記ロータリーキルンの入口ゾーンで、前記有機廃棄物を、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度より高い温度にて加熱し、前記有機廃棄物中の水分を蒸発させて熱分解を開始させ、前記ロータリーキルンの出口ゾーンで、前記所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度を維持し、前記有機廃棄物の熱分解を終結させることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造方法において、前記ロータリーキルンの入口ゾーンで、前記有機廃棄物を、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度より高い温度にて加熱し、前記有機廃棄物中の水分を蒸発させ、前記入口ゾーン下流側の中間ゾーンで、前記入口ゾーンのキルンシェル温度と、前記所望する可燃分残留率に対応した加熱温度との中間的なキルンシェル温度にて加熱し、前記有機廃棄物の熱分解を進行させ、前記中間ゾーン下流側の出口ゾーンで、前記所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度を維持し、前記有機廃棄物の熱分解を終結させることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造装置において、前記ロータリーキルンは、長手方向にキルンシェル温度が異なる複数のゾーンを有し、前記複数のゾーンのうち前記ロータリーキルンの出口側に位置した出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した温度域に維持し、かつ、前記出口ゾーンより上流側に位置したゾーンのキルンシェル温度を、前記所望する可燃分残留率に対応した温度より高い温度域に維持する温度制御手段を備えた。
【００１５】
本発明の好適な態様において、前記複数のゾーンは、前記ロータリーキルンの周囲に加熱ガスを流通させる外筒の内部を隔壁で区画することによって画成され、前記ロータリーキルンは、１系統の加熱ガスを前記各ゾーンに所定の流量比で配分するための加熱ガス分配手段と、前記１系統の加熱ガスの全流量を調節する加熱ガス量調節手段とをさらに備え、前記温度制御手段は、前記出口ゾーンのキルンシェル温度の計測値に基づいて前記加熱ガス量調節手段を制御し、前記出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した一定の温度域に維持するように構成されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係わる固体燃料の製造方法によれば、ロータリーキルンの入口ゾーンで、有機廃棄物を、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度より高い温度で加熱することにより、有機廃棄物中の水分を短時間で効率良く蒸発させ、速やかに熱分解を開始させることができ、全体的な処理時間の短縮とロータリーキルンの小型化に寄与する。さらに、ロータリーキルンの出口ゾーンで、所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度が維持された状態で、有機廃棄物の熱分解を終結させることにより、有機廃棄物の処理量や水分量などの負荷変動に起因して、出口ゾーン内での熱分解の終結時期は前後するものの、その後、キルンから排出されるまで炭化は進行しないので、均一な炭化度、熱量を有する炭化物が安定的に得られる。したがって、処理量や水分量などの入口性状の変動が大きい下水汚泥などの有機廃棄物から、均一な性状の炭化物を安定的かつ効率良く得ることが可能となる。
【００１７】
さらに、入口ゾーン下流側に中間ゾーンを設定し、該中間ゾーンにおいて、入口ゾーンと出口ゾーンの中間的なキルンシェル温度にて有機廃棄物を加熱し、中間的な加熱温度で熱分解を進行させるようにすれば、有機廃棄物の処理量や水分量が少ない場合に出口ゾーン到達前に熱分解が過度に進行するのを抑制でき、有機廃棄物の処理量や水分量などの負荷変動に対する安定性を一層向上できる。また、入口ゾーンのキルンシェル温度を、より高温に設定できるので、全体的な処理時間の短縮とロータリーキルンの小型化にも寄与できる。
【００１８】
また、本発明は、有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造装置において、前記ロータリーキルンが、長手方向にキルンシェル温度が異なる複数のゾーンを有し、前記複数のゾーンのうち前記ロータリーキルンの出口側に位置した出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した温度域に維持し、かつ、前記出口ゾーンより上流側に位置したゾーンのキルンシェル温度を、前記所望する可燃分残留率に対応した温度より高い温度域に維持する温度制御手段を備えたので、処理量や水分量などの入口性状の変動が大きい下水汚泥などの有機廃棄物から、均一な性状の炭化物を安定的に得ることができるとともに、処理時間の短縮とロータリーキルンの小型化が可能となる。
【００１９】
さらに、前記複数のゾーンが、前記ロータリーキルンの周囲に加熱ガスを流通させる外筒の内部を隔壁で区画することによって画成され、前記ロータリーキルンが、１系統の加熱ガスを前記各ゾーンに所定の流量比で配分するための加熱ガス分配手段と、前記１系統の加熱ガスの全流量を調節する加熱ガス量調節手段とを備え、前記温度制御手段が、前記出口ゾーンのキルンシェル温度の計測値に基づいて前記加熱ガス量調節手段を制御し、前記出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した一定の温度域に維持するように構成されている態様においては、予め各ゾーンの加熱ガス流量比を設定しておけば、１系統の加熱ガス流量を増減して出口ゾーンの温度を一定の温度域に維持する制御により、全てのゾーンのキルンシェル温度を管理でき、装置の構成および制御系を簡素化でき、低コストで安定的な制御を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図５は、本発明に係わる固体燃料の製造方法における、外熱式のロータリーキルンの各ゾーンにおける加熱温度ＴＳと、処理物（炭化物）の温度Ｔとの関係を示している。図示例は、ロータリーキルンの長手方向（処理物移送方向）にキルンシェル温度ＴＳが異なる３つのゾーン（ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３）を有する場合を示している。
【００２１】
既に述べた通り、処理物がキルンシェル温度に対応した所定温度に到達した後は、排出されるまで炭化は進行しないことが確認されている。すなわち、最終的な炭化物に残留させる可燃分の残留率は、出口ゾーンにおける炭化温度Ｔｃに支配される。したがって、キルンの内部での輻射、対流を含めた伝熱特性を考慮して、所望する炭化物の炭化温度Ｔｃに対応した出口ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ３を設定し、該キルンシェル温度ＴＳ３が一定となるように制御することで、均一な炭化度、熱量を有する炭化物が得られる。
【００２２】
例えば、図４の試験結果から、出口ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ３を５００℃付近の温度域（４５０〜５５０℃）に保持すれば、可燃分残留率が２０％程度の炭化物を得ることができ、その場合、図３の試験結果から、出口ゾーンでは４００〜４５０℃の炭化温度Ｔｃで、炭化が終結するものと考えられる。そこで、例えば、ロータリーキルン出口ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ３の５００℃に対して、中間ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ２を６００℃付近の温度域（５５０〜６５０℃）、入口ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ１を７００℃付近の温度域（６５０〜７５０℃）に設定し、処理物を入口ゾーンから中間ゾーン、出口ゾーンへと移送しながら加熱する。その場合、次のようなプロセスで炭化が進行することになる。
【００２３】
先ず、キルンシェル温度ＴＳ１が７００℃付近の最も高温の温度域に設定されている入口ゾーンに処理物が投入されると、固体燃料化する場合の一般的な加熱温度よりも高い温度下で処理物の水分が効率良く蒸発する。処理物の温度Ｔが１００℃を維持し水分の蒸発が継続している状態で、処理物はキルンシェル温度ＴＳ２が６００℃付近に設定されている中間ゾーンに移送され、水分の蒸発が完了すると処理物の温度Ｔが再び上昇し、処理物の熱分解が開始される。中間ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ２は、入口ゾーンより低く設定されているが、処理物の熱分解が進行してキルン内部の負荷が減少するため、充分な加熱量となる。
【００２４】
そして、処理物の熱分解が進行している状態で出口ゾーンに移送され、キルンシェル温度ＴＳ３が５００℃付近の温度域に維持されている出口ゾーンを移動する間に、その加熱温度に応じた炭化度で熱分解が終結し、その炭化度を維持した状態でキルンから排出される。このようにして得られた炭化物は、所望する可燃分残留率を有し、燃料としての利用価値の高いものとなる。また、高温に設定されている入口ゾーンＴＳ１で効率良く水分蒸発がなされたことにより、キルン全体が５００℃付近の温度域に維持される場合に比べて処理時間を格段に短縮でき、かつ、キルン全長を短縮して小型化することが可能となる。
【００２５】
さらに、処理物の水分量や処理量が増加し、図５にＴｂで示されるように、中間ゾーンＴＳ２の終盤で熱分解が開始した場合にも、出口ゾーンの終端までに所定の炭化温度Ｔｃに到達すれば、炭化物の品質は同様に維持される。一方、処理物の水分量や処理量が減少し、図５にＴａで示されるように、中間ゾーンＴＳ２から出口ゾーンＴＳ３に移行する地点で所定の炭化温度Ｔｃに到達してしまった場合にも、それ以後は炭化が進行しないので、炭化物の品質は同様に維持される。すなわち、処理物の水分量や処理量などの変動に対して、出口ゾーンＴＳ３が負荷吸収ゾーンとして機能し、均一な性状の炭化物を安定的に得ることが可能となる。なお、上記の各設定温度は例であり、所望する可燃分の残留率や、処理を行なう有機系廃棄物の処理量や水分量などに応じて適宜設定され、かつ、制御を行なう際の温度域も負荷変動や制御の安定性を考慮して適宜設定可能である。
【００２６】
次に、上記製造プロセスを実施する固体燃料の製造装置とその運転方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図６は、本発明に係わる固体燃料の製造装置を示しており、図において、固体燃料製造装置は、外熱式のロータリーキルン１を含み、このロータリーキルン１は、内筒１１（キルンシェル）と、その周囲に加熱ガスを流通させる外筒１２（マッフル）とを備えている。
【００２８】
内筒１１は、水平に対して僅かに傾斜した軸回りに回転自在に支持されるとともに、内壁部に、周方向に対して傾斜して配列された複数のフィン（またはスパイラル、図示せず）を備え、図示しない駆動源により所定の回転数で駆動回転されることにより、入口側から投入された処理物を加熱しながら出口側に所定の速度で移送可能である。内筒１１の入口部には、処理物を投入するためのスクリューコンベア１０が設けられ、内筒１１の出口部にはシュート１３が設けられている。
【００２９】
外筒１２の内壁部には、内部空間をキルン長手方向に３つのゾーンに区画する２箇所の隔壁１４、１５が周設され、外筒１２の内部に入口ゾーン２１、中間ゾーン２２、出口ゾーン２３の３つのゾーンが画成されている。これらの各ゾーン２１、２２、２３は、周方向の一側、例えば、内筒１１の側方において、キルン長手方向に延在する隔壁（図示せず）によって仕切られ、その仕切られた部分の下側に加熱ガスの導入部２１ａ、２２ａ、２３ａが設けられ、上側に加熱ガスの送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂが設けられており、各ゾーン２１、２２、２３の導入部から送出部に至る独立した加熱ガス流路を形成している。
【００３０】
上記各ゾーン２１、２２、２３の導入部２１ａ、２２ａ、２３ａは、１系統の加熱ガス供給管２０を介して加熱ガス燃焼炉２に連通している。具体的には、各導入部に沿ってキルン長手方向に延在する導入チャンバー（図示せず）が外筒１２の側部に一体に設けられており、この導入チャンバーに加熱ガス供給管２０が連結されている。
【００３１】
上記各ゾーン２１、２２、２３の送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂは、それぞれダンパ３１、３２、３３を介して加熱ガス送出管２４に連通され、該加熱ガス送出管２４は図示しない熱交換器を経て、送風量を制御可能なファン４（加熱ガス量調節手段）に接続している。具体的には、上記各送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂに沿ってキルン長手方向に延在する送出チャンバー（図示せず）が設けられ、この送出チャンバーに加熱ガス送出管２４が連結されており、前記各ダンパ３１、３２、３３は、前記送出チャンバー内に開口する前記各送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂの開口に設けられている。
【００３２】
前記各送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂの開口（加熱ガス分配手段）は、上記各ゾーン２１、２２、２３に所定の流量比で加熱ガスが分配されるように、予め所定の開口度（有効流路断面積）に設定されている。すなわち、最も高温の入口ゾーン２１に最も多量の加熱ガスが配分され、次いで、中間ゾーン２２、出口ゾーン２３の順に加熱ガス量が配分されるように開口度が設定され、その状態で各ダンパ３１、３２、３３の開度を調整することにより、各ゾーン２１、２２、２３の温度差を自在に設定可能である。
【００３３】
外筒１２の周壁部には、上記各ゾーン２１、２２、２３における内筒１１の外表面温度、すなわち、キルンシェル温度ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３を測定するための非接触式の温度計５１、５２、５３が設けてあり、これらは、インジケータ（Ｉ）、レコーダ（Ｒ）、アラーム（Ａ）の各機能を備え、さらに、出口ゾーン２３に位置した温度計５３（温度センサ）は、計測値に基づく制御信号をファン４に出力するコントローラ（Ｃ）の機能を備えている。非接触式の温度計としては放射温度計を利用できる。
【００３４】
以上のように構成された固体燃料の製造装置は、ロータリーキルン１の出口ゾーン２３のキルンシェル温度ＴＳ３が、所望する可燃分残留率に対応した温度域に維持されるように、温度計５３の計測値に基づいてファン４の送風量を制御すれば、それに応じて各ゾーン２１、２２、２３に加熱ガス量が傾斜配分され、各ゾーン２１、２２、２３の温度差が維持される。この際、仮に加熱ガス量の変化と伝熱特性とがリニアな関係でなく、出口ゾーン２３以外の入口ゾーン２１および中間ゾーン２２で、キルンシェル温度ＴＳ１、ＴＳ２が多少変動したとしても、それが炭化物の可燃分残留率などの最終的な品質に影響を与えないことは既に述べた通りである。
【００３５】
次に、上記実施形態の製造装置における固体燃料の製造プロセスについて述べる。
【００３６】
ロータリーキルン１の上流側には乾燥機３が配設されており、下水汚泥７０は脱水された状態で乾燥機３に投入される。この乾燥機３において高温の雰囲気中で攪拌乾燥され所定の水分量に調整された乾燥汚泥７１は、スクリューコンベア１０によってロータリーキルン１の内筒１１に導入される。ロータリーキルン１の入口ゾーン２１は、所望する可燃分残留率に対応した加熱温度（ＴＳ３）より高いキルンシェル温度ＴＳ１に維持されており、この入口ゾーン２１で乾燥汚泥中の水分を蒸発させる。
【００３７】
次いで、入口ゾーン２１の下流側の中間ゾーン２２で中間的なキルンシェル温度ＴＳ２にて加熱し、乾燥汚泥の熱分解を進行させて炭化する。続いて、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度ＴＳ３に維持されている出口ゾーン２３において熱分解を終結させ、所定の炭化度の炭化物７２としてシュート１３から排出され、この後、図示しない冷却コンベアで常温域まで冷却され、さらに加湿されることで、固体燃料が得られる。
【００３８】
一方、熱分解によって発生した熱分解ガス７３は、シュート１３から乾燥ガス燃焼炉６に導入され、補助燃料６１や加熱ガス送出管２４にて熱交換された燃焼用空気と共に燃焼される。乾燥ガス燃焼炉６で発生した燃焼ガス６２の一部は加熱ガス燃焼炉２に送られ、加熱ガス燃焼炉２にて補助燃料６３と共に燃焼され、先述したロータリーキルン１の加熱に利用される。
【００３９】
上記実施形態では、ロータリーキルン１の長手方向に沿ってキルンシェル温度の異なる３つのゾーン２１，２２、２３を有する場合を示したが、中間ゾーン２２を省略して、ロータリーキルン１の長手方向に沿って入口ゾーン２１と出口ゾーン２３の２つのゾーンのみを設けることもできる。その場合は、入口ゾーン２１の温度を多少低めに設定するか、または、入口ゾーン２１の長さを出口ゾーン２３より短くして、処理量が少ない場合の過加熱を回避するようにしても良い。
【００４０】
また、上記実施形態では、加熱ガス分配手段として、送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂの開口度（固定）と、各ダンパ３１、３２、３３の開度調節（可動）とを、併用する場合を示したが、送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂの開口度を均一にして、各ダンパ３１、３２、３３の開度調節のみで加熱ガス量を傾斜配分することも可能である。またこれとは逆に、各ダンパ３１、３２、３３を省略して、各送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂの開口のみで加熱ガス量を傾斜配分することも可能である。何れも制御できる温度範囲は狭くなるが、得られる固体燃料の炭化度、可燃分残留率等の品質に影響はない。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の炭化炉における負荷変動時の加熱温度と炭化物温度との関係を示す図である。
【図２】汚泥サンプル炭化実験における重量変化と温度変化を示すグラフである。
【図３】汚泥サンプル炭化実験における可燃分残留率を示すグラフである。
【図４】乾燥汚泥の処理量の変動と可燃分残留率との関係を示すグラフである。
【図５】本発明実施形態の固体燃料製造方法における負荷変動時の加熱温度と炭化物温度との関係を示す図である。
【図６】本発明実施形態の固体燃料製造装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ ロータリーキルン
２ 加熱ガス燃焼炉
３ 乾燥機
４ ファン（加熱ガス量調節手段）
５ 温度制御手段
６ 乾燥ガス燃焼炉
１０ スクリューコンベア
１１ 内筒（キルンシェル）
１２ 外筒（マッフル）
１３ シュート
２０ 加熱ガス供給管
２１ 入口ゾーン
２１ａ、２２ａ、２３ａ 導入部
２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ 送出部（加熱ガス分配手段）
２２ 中間ゾーン
２３ 出口ゾーン
２４ 加熱ガス送出管
３１、３２、３３ ダンパ（加熱ガス分配手段）
５１、５２、５３ 温度計
６１、６３ 補助燃料
６２ 燃焼ガス
７０ 下水汚泥
７１ 乾燥汚泥
７２ 炭化物
７３ 熱分解ガス
Ｔ、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ 炭化温度
ＴＳ、ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３ キルンシェル温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥などの有機廃棄物を加熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥は減容化、資源化を目的として焼却処理されていたが、焼却灰から得られる建設資材の需要や、埋め立て処理する用地の確保にも限界がある。一方、下水汚泥の組成は大部分が有機物であることから、加熱分解して得られた熱分解ガスを燃料ガスとして利用することや、炭化して固体燃料として利用することが検討されている。
【０００３】
有機物質を加熱分解して燃料化する場合は、間接加熱式の熱分解炉、例えば外熱式ロータリーキルンに導入し、加熱ガスを混入させずに低酸素下で加熱分解して熱分解ガスや炭化物を回収する。ガス化を目的とする場合には、加熱温度（キルンシェル温度）を極力高く設定し、有機物質を効率的にガス化させる。一方、固体燃料化を目的とする場合には、ガス化する場合より低い温度で熱分解させて、炭化物に可燃分を残留させる必要がある。
【０００４】
しかし、キルンシェル温度を低下させると、伝熱効率が低下するため、大きな伝熱面積が必要となり、キルンが長大化するうえ、処理に長時間を要することになり、非効率的である。したがって、処理物を効率良く加熱分解するためには、ある程度高温で加熱分解することが有利であるが、ロータリーキルンの回転数及び長さに依存した処理物の滞留時間は一定であるため、処理物の供給量や水分量の変動に伴い、炭化物の最終的な仕上がり温度が変化し、炭化物の性状が不均一となる問題がある。
【０００５】
すなわち、図１に示されるように、処理量や水分量が減少した場合には、処理物の熱分解が早く開始し、炭化物の仕上がり温度Ｔａが高くなるため、処理物が過度に炭化され残留する可燃分が少なくなってしまう。逆に、処理物の処理量や水分量が増大した場合には、熱分解の開始時期が遅れ、温度上昇の継続中（Ｔｂ）にキルン炉から排出されてしまうため、炭化が完了せず、燃料としての利用に適さなくなる。したがって、供給量や水分量などの入口性状の変動が大きい下水汚泥などの有機廃棄物から、均一な性状の固体燃料を安定的かつ効率良く得ることは困難であった。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２１０３３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２８３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、処理量や水分量などの入口性状の変動が大きい下水汚泥などの有機廃棄物から、均一な性状の炭化物を安定的かつ効率良く得ることが可能な固体燃料の製造方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来技術の有する課題を解決するため、本発明者らは、下水汚泥の炭化特性を評価検証すべく、次のような試験を行なった。
【０００９】
先ず、図２は、実験用の高温加熱炉を使用し、炉内温度をそれぞれ４００℃、５００℃の一定温度に保持して、汚泥サンプルを炭化した各場合における重量変化と温度変化を示すグラフである。いずれも、常温から１００℃に達した後、熱分解の開始と共に再び温度が上昇し始めるまでの間に、水分の蒸発により重量が大きく減少し、その後、熱分解の進行と共に更に重量が減少するが、汚泥サンプルが炉内温度に到達した後には重量変化が無く、その温度に維持されている間は炭化が進行しないことが分かる。なお、図３は、上記実験によって得られた炭化物の可燃分残留率を示すグラフであり、炭化温度が高温になると、可燃分残留率の減少が顕著であることが検証された。
【００１０】
一方、図４は、外熱式ロータリーキルンを使用し、キルンシェル温度を５００℃に保持した状態で、含水率が一定（２５％）の乾燥汚泥の処理量を、定格に対して−７０％から＋８０％までの範囲で変動させ、各場合における炭化物の可燃分残留率を測定した試験結果を示すグラフである。この結果は、−７０％から＋８０％までの大きな負荷変動に対して、炭化物の可燃分残留率の変化は±１４％と極めて少ないことを示している。また、同じ装置を使用し、乾燥汚泥の処理量を一定にした状態で、含水率を定格に対して±２０％の範囲で変動させる試験も行なったが、この場合にも炭化物の可燃分残留率の変化が殆ど無いことが確認された。
【００１１】
以上のような試験結果に基づき、本発明者らが鋭意検討した結果、キルン出口に所定の温度ゾーンを設けておけば、そのゾーン内で処理物が所定温度に到達した後は排出されるまで炭化は進行しないので、処理量、水分量等の性状変動があっても均一な炭化度、熱量を有する炭化物が安定的に得られるという知見を得て本発明に至った。
【００１２】
すなわち本発明は、有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造方法において、前記ロータリーキルンの入口ゾーンで、前記有機廃棄物を、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度より高い温度にて加熱し、前記有機廃棄物中の水分を蒸発させて熱分解を開始させ、前記ロータリーキルンの出口ゾーンで、前記所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度を維持し、前記有機廃棄物の熱分解を終結させることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造方法において、前記ロータリーキルンの入口ゾーンで、前記有機廃棄物を、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度より高い温度にて加熱し、前記有機廃棄物中の水分を蒸発させ、前記入口ゾーン下流側の中間ゾーンで、前記入口ゾーンのキルンシェル温度と、前記所望する可燃分残留率に対応した加熱温度との中間的なキルンシェル温度にて加熱し、前記有機廃棄物の熱分解を進行させ、前記中間ゾーン下流側の出口ゾーンで、前記所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度を維持し、前記有機廃棄物の熱分解を終結させることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造装置において、前記ロータリーキルンは、長手方向にキルンシェル温度が異なる複数のゾーンを有し、前記複数のゾーンのうち前記ロータリーキルンの出口側に位置した出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した温度域に維持し、かつ、前記出口ゾーンより上流側に位置したゾーンのキルンシェル温度を、前記所望する可燃分残留率に対応した温度より高い温度域に維持する温度制御手段を備えた。
【００１５】
本発明の好適な態様において、前記複数のゾーンは、前記ロータリーキルンの周囲に加熱ガスを流通させる外筒の内部を隔壁で区画することによって画成され、前記ロータリーキルンは、１系統の加熱ガスを前記各ゾーンに所定の流量比で配分するための加熱ガス分配手段と、前記１系統の加熱ガスの全流量を調節する加熱ガス量調節手段とをさらに備え、前記温度制御手段は、前記出口ゾーンのキルンシェル温度の計測値に基づいて前記加熱ガス量調節手段を制御し、前記出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した一定の温度域に維持するように構成されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係わる固体燃料の製造方法によれば、ロータリーキルンの入口ゾーンで、有機廃棄物を、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度より高い温度で加熱することにより、有機廃棄物中の水分を短時間で効率良く蒸発させ、速やかに熱分解を開始させることができ、全体的な処理時間の短縮とロータリーキルンの小型化に寄与する。さらに、ロータリーキルンの出口ゾーンで、所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度が維持された状態で、有機廃棄物の熱分解を終結させることにより、有機廃棄物の処理量や水分量などの負荷変動に起因して、出口ゾーン内での熱分解の終結時期は前後するものの、その後、キルンから排出されるまで炭化は進行しないので、均一な炭化度、熱量を有する炭化物が安定的に得られる。したがって、処理量や水分量などの入口性状の変動が大きい下水汚泥などの有機廃棄物から、均一な性状の炭化物を安定的かつ効率良く得ることが可能となる。
【００１７】
さらに、入口ゾーン下流側に中間ゾーンを設定し、該中間ゾーンにおいて、入口ゾーンと出口ゾーンの中間的なキルンシェル温度にて有機廃棄物を加熱し、中間的な加熱温度で熱分解を進行させるようにすれば、有機廃棄物の処理量や水分量が少ない場合に出口ゾーン到達前に熱分解が過度に進行するのを抑制でき、有機廃棄物の処理量や水分量などの負荷変動に対する安定性を一層向上できる。また、入口ゾーンのキルンシェル温度を、より高温に設定できるので、全体的な処理時間の短縮とロータリーキルンの小型化にも寄与できる。
【００１８】
また、本発明は、有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造装置において、前記ロータリーキルンが、長手方向にキルンシェル温度が異なる複数のゾーンを有し、前記複数のゾーンのうち前記ロータリーキルンの出口側に位置した出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した温度域に維持し、かつ、前記出口ゾーンより上流側に位置したゾーンのキルンシェル温度を、前記所望する可燃分残留率に対応した温度より高い温度域に維持する温度制御手段を備えたので、処理量や水分量などの入口性状の変動が大きい下水汚泥などの有機廃棄物から、均一な性状の炭化物を安定的に得ることができるとともに、処理時間の短縮とロータリーキルンの小型化が可能となる。
【００１９】
さらに、前記複数のゾーンが、前記ロータリーキルンの周囲に加熱ガスを流通させる外筒の内部を隔壁で区画することによって画成され、前記ロータリーキルンが、１系統の加熱ガスを前記各ゾーンに所定の流量比で配分するための加熱ガス分配手段と、前記１系統の加熱ガスの全流量を調節する加熱ガス量調節手段とを備え、前記温度制御手段が、前記出口ゾーンのキルンシェル温度の計測値に基づいて前記加熱ガス量調節手段を制御し、前記出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した一定の温度域に維持するように構成されている態様においては、予め各ゾーンの加熱ガス流量比を設定しておけば、１系統の加熱ガス流量を増減して出口ゾーンの温度を一定の温度域に維持する制御により、全てのゾーンのキルンシェル温度を管理でき、装置の構成および制御系を簡素化でき、低コストで安定的な制御を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図５は、本発明に係わる固体燃料の製造方法における、外熱式のロータリーキルンの各ゾーンにおける加熱温度ＴＳと、処理物（炭化物）の温度Ｔとの関係を示している。図示例は、ロータリーキルンの長手方向（処理物移送方向）にキルンシェル温度ＴＳが異なる３つのゾーン（ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３）を有する場合を示している。
【００２１】
既に述べた通り、処理物がキルンシェル温度に対応した所定温度に到達した後は、排出されるまで炭化は進行しないことが確認されている。すなわち、最終的な炭化物に残留させる可燃分の残留率は、出口ゾーンにおける炭化温度Ｔｃに支配される。したがって、キルンの内部での輻射、対流を含めた伝熱特性を考慮して、所望する炭化物の炭化温度Ｔｃに対応した出口ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ３を設定し、該キルンシェル温度ＴＳ３が一定となるように制御することで、均一な炭化度、熱量を有する炭化物が得られる。
【００２２】
例えば、図４の試験結果から、出口ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ３を５００℃付近の温度域（４５０〜５５０℃）に保持すれば、可燃分残留率が２０％程度の炭化物を得ることができ、その場合、図３の試験結果から、出口ゾーンでは４００〜４５０℃の炭化温度Ｔｃで、炭化が終結するものと考えられる。そこで、例えば、ロータリーキルン出口ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ３の５００℃に対して、中間ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ２を６００℃付近の温度域（５５０〜６５０℃）、入口ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ１を７００℃付近の温度域（６５０〜７５０℃）に設定し、処理物を入口ゾーンから中間ゾーン、出口ゾーンへと移送しながら加熱する。その場合、次のようなプロセスで炭化が進行することになる。
【００２３】
先ず、キルンシェル温度ＴＳ１が７００℃付近の最も高温の温度域に設定されている入口ゾーンに処理物が投入されると、固体燃料化する場合の一般的な加熱温度よりも高い温度下で処理物の水分が効率良く蒸発する。処理物の温度Ｔが１００℃を維持し水分の蒸発が継続している状態で、処理物はキルンシェル温度ＴＳ２が６００℃付近に設定されている中間ゾーンに移送され、水分の蒸発が完了すると処理物の温度Ｔが再び上昇し、処理物の熱分解が開始される。中間ゾーンのキルンシェル温度ＴＳ２は、入口ゾーンより低く設定されているが、処理物の熱分解が進行してキルン内部の負荷が減少するため、充分な加熱量となる。
【００２４】
そして、処理物の熱分解が進行している状態で出口ゾーンに移送され、キルンシェル温度ＴＳ３が５００℃付近の温度域に維持されている出口ゾーンを移動する間に、その加熱温度に応じた炭化度で熱分解が終結し、その炭化度を維持した状態でキルンから排出される。このようにして得られた炭化物は、所望する可燃分残留率を有し、燃料としての利用価値の高いものとなる。また、高温に設定されている入口ゾーンＴＳ１で効率良く水分蒸発がなされたことにより、キルン全体が５００℃付近の温度域に維持される場合に比べて処理時間を格段に短縮でき、かつ、キルン全長を短縮して小型化することが可能となる。
【００２５】
さらに、処理物の水分量や処理量が増加し、図５にＴｂで示されるように、中間ゾーンＴＳ２の終盤で熱分解が開始した場合にも、出口ゾーンの終端までに所定の炭化温度Ｔｃに到達すれば、炭化物の品質は同様に維持される。一方、処理物の水分量や処理量が減少し、図５にＴａで示されるように、中間ゾーンＴＳ２から出口ゾーンＴＳ３に移行する地点で所定の炭化温度Ｔｃに到達してしまった場合にも、それ以後は炭化が進行しないので、炭化物の品質は同様に維持される。すなわち、処理物の水分量や処理量などの変動に対して、出口ゾーンＴＳ３が負荷吸収ゾーンとして機能し、均一な性状の炭化物を安定的に得ることが可能となる。なお、上記の各設定温度は例であり、所望する可燃分の残留率や、処理を行なう有機系廃棄物の処理量や水分量などに応じて適宜設定され、かつ、制御を行なう際の温度域も負荷変動や制御の安定性を考慮して適宜設定可能である。
【００２６】
次に、上記製造プロセスを実施する固体燃料の製造装置とその運転方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図６は、本発明に係わる固体燃料の製造装置を示しており、図において、固体燃料製造装置は、外熱式のロータリーキルン１を含み、このロータリーキルン１は、内筒１１（キルンシェル）と、その周囲に加熱ガスを流通させる外筒１２（マッフル）とを備えている。
【００２８】
内筒１１は、水平に対して僅かに傾斜した軸回りに回転自在に支持されるとともに、内壁部に、周方向に対して傾斜して配列された複数のフィン（またはスパイラル、図示せず）を備え、図示しない駆動源により所定の回転数で駆動回転されることにより、入口側から投入された処理物を加熱しながら出口側に所定の速度で移送可能である。内筒１１の入口部には、処理物を投入するためのスクリューコンベア１０が設けられ、内筒１１の出口部にはシュート１３が設けられている。
【００２９】
外筒１２の内壁部には、内部空間をキルン長手方向に３つのゾーンに区画する２箇所の隔壁１４、１５が周設され、外筒１２の内部に入口ゾーン２１、中間ゾーン２２、出口ゾーン２３の３つのゾーンが画成されている。これらの各ゾーン２１、２２、２３は、周方向の一側、例えば、内筒１１の側方において、キルン長手方向に延在する隔壁（図示せず）によって仕切られ、その仕切られた部分の下側に加熱ガスの導入部２１ａ、２２ａ、２３ａが設けられ、上側に加熱ガスの送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂが設けられており、各ゾーン２１、２２、２３の導入部から送出部に至る独立した加熱ガス流路を形成している。
【００３０】
上記各ゾーン２１、２２、２３の導入部２１ａ、２２ａ、２３ａは、１系統の加熱ガス供給管２０を介して加熱ガス燃焼炉２に連通している。具体的には、各導入部に沿ってキルン長手方向に延在する導入チャンバー（図示せず）が外筒１２の側部に一体に設けられており、この導入チャンバーに加熱ガス供給管２０が連結されている。
【００３１】
上記各ゾーン２１、２２、２３の送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂは、それぞれダンパ３１、３２、３３を介して加熱ガス送出管２４に連通され、該加熱ガス送出管２４は図示しない熱交換器を経て、送風量を制御可能なファン４（加熱ガス量調節手段）に接続している。具体的には、上記各送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂに沿ってキルン長手方向に延在する送出チャンバー（図示せず）が設けられ、この送出チャンバーに加熱ガス送出管２４が連結されており、前記各ダンパ３１、３２、３３は、前記送出チャンバー内に開口する前記各送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂの開口に設けられている。
【００３２】
前記各送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂの開口（加熱ガス分配手段）は、上記各ゾーン２１、２２、２３に所定の流量比で加熱ガスが分配されるように、予め所定の開口度（有効流路断面積）に設定されている。すなわち、最も高温の入口ゾーン２１に最も多量の加熱ガスが配分され、次いで、中間ゾーン２２、出口ゾーン２３の順に加熱ガス量が配分されるように開口度が設定され、その状態で各ダンパ３１、３２、３３の開度を調整することにより、各ゾーン２１、２２、２３の温度差を自在に設定可能である。
【００３３】
外筒１２の周壁部には、上記各ゾーン２１、２２、２３における内筒１１の外表面温度、すなわち、キルンシェル温度ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３を測定するための非接触式の温度計５１、５２、５３が設けてあり、これらは、インジケータ（Ｉ）、レコーダ（Ｒ）、アラーム（Ａ）の各機能を備え、さらに、出口ゾーン２３に位置した温度計５３（温度センサ）は、計測値に基づく制御信号をファン４に出力するコントローラ（Ｃ）の機能を備えている。非接触式の温度計としては放射温度計を利用できる。
【００３４】
以上のように構成された固体燃料の製造装置は、ロータリーキルン１の出口ゾーン２３のキルンシェル温度ＴＳ３が、所望する可燃分残留率に対応した温度域に維持されるように、温度計５３の計測値に基づいてファン４の送風量を制御すれば、それに応じて各ゾーン２１、２２、２３に加熱ガス量が傾斜配分され、各ゾーン２１、２２、２３の温度差が維持される。この際、仮に加熱ガス量の変化と伝熱特性とがリニアな関係でなく、出口ゾーン２３以外の入口ゾーン２１および中間ゾーン２２で、キルンシェル温度ＴＳ１、ＴＳ２が多少変動したとしても、それが炭化物の可燃分残留率などの最終的な品質に影響を与えないことは既に述べた通りである。
【００３５】
次に、上記実施形態の製造装置における固体燃料の製造プロセスについて述べる。
【００３６】
ロータリーキルン１の上流側には乾燥機３が配設されており、下水汚泥７０は脱水された状態で乾燥機３に投入される。この乾燥機３において高温の雰囲気中で攪拌乾燥され所定の水分量に調整された乾燥汚泥７１は、スクリューコンベア１０によってロータリーキルン１の内筒１１に導入される。ロータリーキルン１の入口ゾーン２１は、所望する可燃分残留率に対応した加熱温度（ＴＳ３）より高いキルンシェル温度ＴＳ１に維持されており、この入口ゾーン２１で乾燥汚泥中の水分を蒸発させる。
【００３７】
次いで、入口ゾーン２１の下流側の中間ゾーン２２で中間的なキルンシェル温度ＴＳ２にて加熱し、乾燥汚泥の熱分解を進行させて炭化する。続いて、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度ＴＳ３に維持されている出口ゾーン２３において熱分解を終結させ、所定の炭化度の炭化物７２としてシュート１３から排出され、この後、図示しない冷却コンベアで常温域まで冷却され、さらに加湿されることで、固体燃料が得られる。
【００３８】
一方、熱分解によって発生した熱分解ガス７３は、シュート１３から乾燥ガス燃焼炉６に導入され、補助燃料６１や加熱ガス送出管２４にて熱交換された燃焼用空気と共に燃焼される。乾燥ガス燃焼炉６で発生した燃焼ガス６２の一部は加熱ガス燃焼炉２に送られ、加熱ガス燃焼炉２にて補助燃料６３と共に燃焼され、先述したロータリーキルン１の加熱に利用される。
【００３９】
上記実施形態では、ロータリーキルン１の長手方向に沿ってキルンシェル温度の異なる３つのゾーン２１，２２、２３を有する場合を示したが、中間ゾーン２２を省略して、ロータリーキルン１の長手方向に沿って入口ゾーン２１と出口ゾーン２３の２つのゾーンのみを設けることもできる。その場合は、入口ゾーン２１の温度を多少低めに設定するか、または、入口ゾーン２１の長さを出口ゾーン２３より短くして、処理量が少ない場合の過加熱を回避するようにしても良い。
【００４０】
また、上記実施形態では、加熱ガス分配手段として、送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂの開口度（固定）と、各ダンパ３１、３２、３３の開度調節（可動）とを、併用する場合を示したが、送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂの開口度を均一にして、各ダンパ３１、３２、３３の開度調節のみで加熱ガス量を傾斜配分することも可能である。またこれとは逆に、各ダンパ３１、３２、３３を省略して、各送出部２１ｂ、２２ｂ、２３ｂの開口のみで加熱ガス量を傾斜配分することも可能である。何れも制御できる温度範囲は狭くなるが、得られる固体燃料の炭化度、可燃分残留率等の品質に影響はない。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の炭化炉における負荷変動時の加熱温度と炭化物温度との関係を示す図である。
【図２】汚泥サンプル炭化実験における重量変化と温度変化を示すグラフである。
【図３】汚泥サンプル炭化実験における可燃分残留率を示すグラフである。
【図４】乾燥汚泥の処理量の変動と可燃分残留率との関係を示すグラフである。
【図５】本発明実施形態の固体燃料製造方法における負荷変動時の加熱温度と炭化物温度との関係を示す図である。
【図６】本発明実施形態の固体燃料製造装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ ロータリーキルン
２ 加熱ガス燃焼炉
３ 乾燥機
４ ファン（加熱ガス量調節手段）
５ 温度制御手段
６ 乾燥ガス燃焼炉
１０ スクリューコンベア
１１ 内筒（キルンシェル）
１２ 外筒（マッフル）
１３ シュート
２０ 加熱ガス供給管
２１ 入口ゾーン
２１ａ、２２ａ、２３ａ 導入部
２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ 送出部（加熱ガス分配手段）
２２ 中間ゾーン
２３ 出口ゾーン
２４ 加熱ガス送出管
３１、３２、３３ ダンパ（加熱ガス分配手段）
５１、５２、５３ 温度計
６１、６３ 補助燃料
６２ 燃焼ガス
７０ 下水汚泥
７１ 乾燥汚泥
７２ 炭化物
７３ 熱分解ガス
Ｔ、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ 炭化温度
ＴＳ、ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３ キルンシェル温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造方法において、前記ロータリーキルンの入口ゾーンで、前記有機廃棄物を、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度より高い温度にて加熱し、前記有機廃棄物中の水分を蒸発させて熱分解を開始させ、前記ロータリーキルンの出口ゾーンで、前記所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度を維持し、前記有機廃棄物の熱分解を終結させることを特徴とする固体燃料の製造方法。
【請求項２】
有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造方法において、前記ロータリーキルンの入口ゾーンで、前記有機廃棄物を、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度より高い温度にて加熱し、前記有機廃棄物中の水分を蒸発させ、前記入口ゾーン下流側の中間ゾーンで、前記入口ゾーンのキルンシェル温度と、前記所望する可燃分残留率に対応した加熱温度との中間的なキルンシェル温度にて加熱し、前記有機廃棄物の熱分解を進行させ、前記中間ゾーン下流側の出口ゾーンで、前記所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度を維持し、前記有機廃棄物の熱分解を終結させることを特徴とする固体燃料の製造方法。
【請求項３】
有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造装置において、前記ロータリーキルンは、長手方向にキルンシェル温度が異なる複数のゾーンを有し、前記複数のゾーンのうち前記ロータリーキルンの出口側に位置した出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した温度域に維持し、かつ、前記出口ゾーンより上流側に位置したゾーンのキルンシェル温度を、前記所望する可燃分残留率に対応した温度より高い温度域に維持する温度制御手段を備えたことを特徴とする固体燃料の製造装置。
【請求項４】
前記複数のゾーンは、前記ロータリーキルンの周囲に加熱ガスを流通させる外筒の内部を隔壁で区画することによって画成され、前記ロータリーキルンは、１系統の加熱ガスを前記各ゾーンに所定の流量比で配分するための加熱ガス分配手段と、前記１系統の加熱ガスの全流量を調節する加熱ガス量調節手段とをさらに備え、前記温度制御手段は、前記出口ゾーンのキルンシェル温度の計測値に基づいて前記加熱ガス量調節手段を制御し、前記出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した一定の温度域に維持するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の固体燃料の製造装置。
【請求項１】
有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造方法において、前記ロータリーキルンの入口ゾーンで、前記有機廃棄物を、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度より高い温度にて加熱し、前記有機廃棄物中の水分を蒸発させて熱分解を開始させ、前記ロータリーキルンの出口ゾーンで、前記所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度を維持し、前記有機廃棄物の熱分解を終結させることを特徴とする固体燃料の製造方法。
【請求項２】
有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造方法において、前記ロータリーキルンの入口ゾーンで、前記有機廃棄物を、所望する可燃分残留率に対応したキルンシェル温度より高い温度にて加熱し、前記有機廃棄物中の水分を蒸発させ、前記入口ゾーン下流側の中間ゾーンで、前記入口ゾーンのキルンシェル温度と、前記所望する可燃分残留率に対応した加熱温度との中間的なキルンシェル温度にて加熱し、前記有機廃棄物の熱分解を進行させ、前記中間ゾーン下流側の出口ゾーンで、前記所望する可燃分残留率に対応した温度域にキルンシェル温度を維持し、前記有機廃棄物の熱分解を終結させることを特徴とする固体燃料の製造方法。
【請求項３】
有機廃棄物を外熱式ロータリーキルンで熱分解して炭化物を得る固体燃料の製造装置において、前記ロータリーキルンは、長手方向にキルンシェル温度が異なる複数のゾーンを有し、前記複数のゾーンのうち前記ロータリーキルンの出口側に位置した出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した温度域に維持し、かつ、前記出口ゾーンより上流側に位置したゾーンのキルンシェル温度を、前記所望する可燃分残留率に対応した温度より高い温度域に維持する温度制御手段を備えたことを特徴とする固体燃料の製造装置。
【請求項４】
前記複数のゾーンは、前記ロータリーキルンの周囲に加熱ガスを流通させる外筒の内部を隔壁で区画することによって画成され、前記ロータリーキルンは、１系統の加熱ガスを前記各ゾーンに所定の流量比で配分するための加熱ガス分配手段と、前記１系統の加熱ガスの全流量を調節する加熱ガス量調節手段とをさらに備え、前記温度制御手段は、前記出口ゾーンのキルンシェル温度の計測値に基づいて前記加熱ガス量調節手段を制御し、前記出口ゾーンのキルンシェル温度を、所望する可燃分残留率に対応した一定の温度域に維持するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の固体燃料の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１８４５３１（Ｐ２００８−１８４５３１Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９０６３（Ｐ２００７−１９０６３）
【出願日】平成１９年１月３０日（２００７．１．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３０日（２００７．１．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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