汚泥の炭化処理方法並びにその装置
【課題】 再燃炉から排気される排ガスに含まれる熱を乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供するシステムにおいて、エネルギー効率を大幅に向上することのできる、新規な汚泥の炭化処理方法並びにその装置の開発を技術課題とした。
【解決手段】 炭化炉２から排気される炭化排ガスＧ２を、再燃炉３において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスＧ３として外部に排気するものであり、再燃排ガスＧ３に含まれる熱を、乾燥機１、炭化炉２または再燃炉３のいずれか一つまたは複数の熱源として供するものであり、前記乾燥機１として、乾燥気体から被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置を用いることを特徴として成る。
【解決手段】 炭化炉２から排気される炭化排ガスＧ２を、再燃炉３において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスＧ３として外部に排気するものであり、再燃排ガスＧ３に含まれる熱を、乾燥機１、炭化炉２または再燃炉３のいずれか一つまたは複数の熱源として供するものであり、前記乾燥機１として、乾燥気体から被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置を用いることを特徴として成る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えばし尿処理施設、下水処理施設や各種生産工場から排出される汚泥等の処理に関するものであって、特に処理装置全体でのエネルギー効率を大幅に向上することができる汚泥の炭化処理方法並びにその装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりし尿、下水処理施設や各種生産工場から排出される水分を多く含んだ汚泥や都市ゴミ等の廃棄物を処理するにあたっては、処理の効率化を図るため、このものに乾燥処理を施して水分を除去した後、引続いて乾燥し、更に炭化処理を施すといった処理手法が採られている。
一例として汚泥の乾燥、炭化処理を行う場合には図３に示すような炭化処理装置Ｓ′が用いられており、事前に脱水処理が施された汚泥Ｍ０を乾燥機１′に投入して乾燥処理を行い、ここで得られた乾燥物Ｍ１を炭化炉２′に投入して炭化物Ｍ２を得るものである。
そして前記炭化炉２′として用いられるロータリーキルン型または回転ドラム型の装置から排気される排ガスを、再燃炉３′において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスＧ３′とし（例えば特許文献１参照）、この高温の再燃排ガスＧ３′が乾燥機１′の熱風として供されている。
【０００３】
ところで前記乾燥機１′としては、熱風を回転ドラム内に供給するとともに、この回転ドラム内に供給された汚泥Ｍ０を攪拌することにより、熱風と汚泥Ｍ０との接触を図り、汚泥Ｍ０に含まれる水分を蒸発させるいわゆる回転ドラム式の装置あるいはロータリーキルン式の装置が広く採用されている。
この種の乾燥機１′が採用される理由としては、汚泥Ｍ０等の粘性が高い被処理物を扱う場合、攪拌翼によって被処理物が分散させられるため、高温（図３に示す構成では７００〜８００℃）の加熱媒体と被処理物との接触面積が増大して効率の良い乾燥を行うことができるからである。そして炭化処理装置Ｓ′全体のエネルギー効率を向上させるためには、高温の加熱媒体により効率の良い乾燥を行うことのできる乾燥機１′を用いることが効果的であるというのが斯界の常識であった。
なお前記回転ドラム式の乾燥機１′あるいはロータリーキルン式の乾燥機１′は、比較的安価であるためイニシャルコストを抑えることができ、このこともこれらの乾燥機１′が広く採用されている要因となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２５５０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような背景を認識して成されたものであって、特に再燃炉から排気される排ガスに含まれる熱を乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供するシステムにおいて、エネルギー効率を大幅に向上することのできる、新規な汚泥の炭化処理方法並びにその装置の開発を技術課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち請求項１記載の汚泥の炭化処理方法は、被処理物を乾燥機を用いて乾燥した後、更に炭化炉を用いて炭化物とする方法において、前記炭化炉から排気される炭化排ガスを、再燃炉において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスとして外部に排気するものであり、前記再燃排ガスに含まれる熱を、前記乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供するものであり、前記乾燥機として、加熱媒体から被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置を用いることを特徴として成るものである。
【０００７】
また請求項２記載の汚泥の炭化処理方法は、前記要件に加え、前記乾燥機として、機枠上に具えられた本体シェル内に多管式加熱管が具えられ、この多管式加熱管を、その内部に加熱媒体としての蒸気を流すとともに回転させ、前記本体シェル内に被処理物を投入し、この被処理物を本体シェル内に滞留させつつ前記多管式加熱管に接触させて被処理物の乾燥を行う装置を用いることを特徴として成るものである。
【０００８】
更にまた請求項３記載の汚泥の炭化処理方法は、前記要件に加え、前記炭化炉はロータリーキルン型または回転ドラム型の装置であり、前記再燃排ガスに含まれる熱によって昇温された乾燥排ガスを、前記炭化炉における被処理物の投入口側および／または排出口側に供給することを特徴として成るものである。
【０００９】
更にまた請求項４記載の汚泥の炭化処理方法は、前記要件に加え、前記再燃排ガスに含まれる熱を、廃熱ボイラにおいて蒸気を生成する際の熱源として供するものであり、この蒸気を前記乾燥機に供給される加熱媒体として用いることを特徴として成るものである。
【００１０】
また請求項５記載の汚泥の炭化処理装置は、被処理物を乾燥機を用いて乾燥した後、更に炭化炉を用いて炭化物とする装置において、前記炭化炉から排気される炭化排ガスを、再燃炉において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスとして外部に排気する構成と、前記再燃排ガスに含まれる熱を、前記乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供する構成とを具えて成り、前記乾燥機として、加熱媒体から被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置が具えられていることを特徴として成るものである。
【００１１】
更にまた請求項６記載の汚泥の炭化処理装置は、前記請求項５記載の要件に加え、前記乾燥機は、機枠上に具えられた本体シェル内に多管式加熱管が具えられ、この多管式加熱管を、その内部に加熱用蒸気を流すとともに回転させ、前記本体シェル内に被処理物を投入し、この被処理物を本体シェル内に滞留させつつ前記多管式加熱管に接触させて被処理物の乾燥を行う装置であることを特徴として成るものである。
【００１２】
更にまた請求項７記載の汚泥の炭化処理装置は、前記請求項５または６記載の要件に加え、前記炭化炉はロータリーキルン型または回転ドラム型の装置であり、前記再燃排ガスに含まれる熱によって昇温された乾燥排ガスを、前記炭化炉における被処理物の投入口側および／または排出口側に供給することができるように構成されていることを特徴として成るものである。
【００１３】
更にまた請求項８記載の汚泥の炭化処理装置は、前記請求項５、６または７記載の要件に加え、前記再燃排ガスに含まれる熱を、廃熱ボイラにおいて蒸気を生成する際の熱源として供するとともに、この蒸気を加熱媒体として乾燥機に供給することができるように構成されていることを特徴として成るものである。
そしてこれら各請求項記載の要件を手段として前記課題の解決が図られる。
【発明の効果】
【００１４】
まず請求項１記載の発明によれば、伝導伝熱式の乾燥機から排気される乾燥排ガスの流量は、いわゆるロータリーキルン型または回転ドラム式の装置等のものよりも大幅に少なくなるため、再燃炉の負荷が低減することとなり、この結果、再燃炉の燃料消費量を大幅に低減することができる。
【００１５】
また請求項２記載の発明によれば、外気とのシール個所がコンパクトに済む、多管式加熱管を具えて構成された乾燥機を採用することにより、リーク空気が抑制され、また汚泥から蒸発する水分を運ぶのに必要最低限のキャリヤガスを導入するだけで済むため、それにより乾燥排ガスの流量が、いわゆるロータリーキルン型または回転ドラム式の装置等のものよりも大幅に少なくなるため、この結果、炭化炉及び再燃炉で必要となる熱量を減ずることができる。
【００１６】
更にまた請求項３記載の発明によれば、炭化炉内における投入口付近および／または排出口付近を高温状態とすることができるため、被処理物の炭化を効率的に調整しつつ、炭化を良好に促進することが可能となる。
【００１７】
更にまた請求項４記載の発明によれば、再燃排ガスに含まれる熱を用いた蒸気の生成を高効率で行うことができる。
【００１８】
また請求項５記載の発明によれば、伝導伝熱式の乾燥機から排気される乾燥排ガスの流量は、いわゆるロータリーキルン型または回転ドラム式の装置等のものよりも大幅に少なくなるため、再燃炉の負荷が低減することとなり、この結果、再燃炉の燃料消費量を大幅に低減することができる。
【００１９】
更にまた請求項６記載の発明によれば、外気とのシール個所がコンパクトに済む、多管式加熱管を具えて構成された乾燥機を採用することにより、リーク空気が抑制され、また汚泥から蒸発する水分を運ぶのに必要最低限のキャリヤガスを導入するだけで済むため、それにより乾燥排ガスの流量が、いわゆるロータリーキルン型または回転ドラム式の装置等のものよりも大幅に少なくなるため、この結果、炭化炉及び再燃炉で必要となる熱量を減ずることができる。
【００２０】
更にまた請求項７記載の発明によれば、炭化炉内における投入口付近および／または排出口付近を高温状態とすることができるため、被処理物の炭化を効率的に調整しつつ、炭化を良好に促進することが可能となる。
【００２１】
更にまた請求項８記載の発明によれば、再燃排ガスに含まれる熱を用いた蒸気の生成を高効率で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の汚泥の炭化処理装置を示すブロック図である。
【図２】乾燥機を一部破断して示す側面図である。
【図３】既存の汚泥の炭化処理装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の「汚泥の炭化処理装置」（以下、炭化処理装置Ｓと呼ぶ。）を実施するための形態は以下の実施例に示すものを最良の形態の一つとするとするとともに、この技術思想に基づき改変される形態も含むものである。
以下、本発明の炭化処理装置Ｓについて説明した後、この装置の作動態様と併せて本発明の「汚泥の炭化処理方法」について説明する。
【実施例】
【００２４】
図１中、符号Ｓで示すものが本発明の炭化処理装置であり、この装置は汚泥Ｍ０を一旦、乾燥処理して水分を減少させた乾燥物Ｍ１とし、続いて加熱することにより炭化物Ｍ２とするものである。
具体的には炭化処理装置Ｓは、乾燥機１と、炭化炉２と、再燃炉３とを主要機器として具えて成るものであり、前記炭化炉２から排気される炭化排ガスＧ２を、再燃炉３において燃焼処理することにより、有害物質が無害化された再燃排ガスＧ３として外部に排気することができるような構成が採られたものである。
また炭化処理装置Ｓは、前記再燃排ガスＧ３に含まれる熱を回収し、この熱を前記乾燥機１、炭化炉２または再燃炉３のいずれか一つまたは複数の熱源として供することができるように構成されている。
以下、炭化処理装置Ｓの構成要素について詳しく説明する。
【００２５】
まず前記乾燥機１は、被処理物である汚泥Ｍ０と加熱媒体Ａとが直接接することなく、加熱媒体Ａから被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置であって、この実施例では一例として多管式加熱管１１が具えられた装置が採用されるものとした。
具体的には図２に示すように、機枠Ｆ上に具えられた本体シェル１０内に多管式加熱管１１が具えられ、この多管式加熱管１１を、その内部に加熱媒体Ａ（加熱用蒸気）を流すとともに回転させ、前記本体シェル１０内に被処理物を投入し、この被処理物を本体シェル１０内に滞留させつつ前記多管式加熱管１１に接触させて被処理物の乾燥を行う装置である。
【００２６】
前記本体シェル１０は、一例として長楕円状の横断面を有する中空部材であり、投入口１０１、溢出口１０２、キャリヤガス口１０３、排気口１０４が形成される。
ここで前記投入口１０１は、本体シェル１０上部の複数個所に形成されるものであり、まず図１中、左側上部に形成される排気口１０４付近に第一の投入口１０１ａが形成される。また前記排気口１０４よりも中央寄りの部分に第二の投入口１０１ｂが形成され、更にこの第二の投入口１０１ｂと、図２中、右側上部に形成されるキャリヤガス口１０３との間に第三の投入口１０１ｃが形成される。なおこの実施例では投入口１０１を三カ所に形成するようにしたが、乾燥機１の仕様に応じて一カ所、 二カ所または四カ所以上に投入口１０１を形成するようにしてもよい。
【００２７】
また前記本体シェル１０及び多管式加熱管１１は、水平な状態で機枠Ｆに設置されるか、または排気口１０４側が、キャリヤガス口１０３側よりもいくぶんか高くなるように傾斜して機枠Ｆに設置される。
更にまた前記本体シェル１０は二重ジャケット構造とされ、投入口１０１ａ付近に形成される蒸気供給口１０５から、溢出口１０２の下方に形成されるドレン口１０６に至る蒸気の通過経路が形成されるものであり、本体シェル１０内を昇温することができるような構成が採られている。なお、このような二重ジャケット構造に替えてトレース配管等を設置することもできる。
また前記溢出口１０２は、前記本体シェル１０の高所側面に形成されるものであり、更に溢出口１０２を覆うようにシュート１２が具えられ、このシュート１２に形成される乾燥物排出口１２１にロータリーバルブ１２２が具えられる。
【００２８】
次に前記多管式加熱管１１は、複数のチューブを円筒状に配して成るチューブ束１１６の両側部に鏡板１１２を具えるとともに、この鏡板１１２の中心に軸体１１３を具えて成り、前記機枠Ｆに具えた軸受ブロック１１４によって軸体１１３を回転可能に支持して成るものである。なお多管式加熱管１１を回転させるための駆動装置として機枠Ｆ上にモータ（図示省略）が具えられる。
そして前記軸体１１３の両端にはロータリージョイント１１５（１１５ａ、１１５ｂ）が取り付けられ、チューブ束１１６と接続される。また軸体１１３と本体シェル１０との間には、外気との遮断のためのシール機構１３が設けられている。
なおチューブ束１１６の側周部には、複数のリフタ１１７及び適宜の角度を持たせた送り羽根１１８が取り付けられたアングル１１１が多数（この実施例では１２本）具えられるものであり、これらによって被処理物（汚泥Ｍ０）は掻き上げられて前記チューブ束１１６の各チューブに接触するとともに投入口１０１側から溢出口１０２側に進むこととなる。
【００２９】
また乾燥機１の運転時には、キャリヤガスがキャリヤガス口１０３より本体シェル１０内に供給されるものであり、多管式加熱管１１の加熱により被処理物としての汚泥Ｍ０から揮発する揮発成分は、前記キャリヤガスにより排気口１０４を経て本体シェル１０外に運び去られることとなる。
なお乾燥機１としては、上述した多管式加熱管１１が具えられた装置の他、加熱媒体Ａから被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置であれば異なる構成のものを採用することができる。
【００３０】
次に前記炭化炉２について説明すると、このものは前記乾燥機１から送られて来る乾燥物Ｍ１を炭化物Ｍ２とするためのであり、燃焼炉２０から回転胴２５に熱風を供給することにより、回転胴２５内において被処理物の加熱処理を施すように構成された装置である。
前記燃焼炉２０は適宜の耐火材で内張りされており、バーナ２１によって燃料を燃焼させることにより、所望の温度の熱風を生成する装置である。
また前記回転胴２５は一例として、四基の支持ローラ２５ａ上に載置され、可変速モータによって回転駆動されるものであり、この回転胴２５の両端は適宜蓋部材によって境界部がシールされた状態で塞がれている。また回転胴２５にはリフタが具えられており、このリフタにより被処理物が掻き上げられる。
そして回転胴２５の両端を塞ぐ蓋体には、投入口２２及び給気口２３並びに給気口２４、排気口２８及び排出口２９が形成されている。
【００３１】
次に前記再燃炉３について説明すると、このものは前記炭化炉２から送られて来る炭化排ガスＧ２を再燃排ガスＧ３とするための装置であり、燃焼胴３０内にバーナ３１から熱風を供給することにより、燃焼胴３０内において炭化排ガスＧ２を燃焼させることができるように構成された装置である。なお前記燃焼胴３０には、給気口３２及び排気口３３が形成されている。
【００３２】
そしてこれら乾燥機１、炭化炉２及び再燃炉３は図１に示すように周辺機器を介在させて接続されることにより、炭化処理装置Ｓが構成されるものであり、この構成について、初めに乾燥機１から排気される乾燥排ガスＧ１の流れに沿って説明する。
具体的には乾燥機１の排気口１０４に、バグフィルタ、サイクロン等が適用された集塵機４が接続され、更にこの集塵機４にコンデンサ５が接続されるものであり、前記排気口１０４から排気される乾燥排ガスＧ１中のダスト並びに過剰な水分を除去することが可能となっている。
なお前記コンデンサ５は、筐体５０の外周部に巻回された冷却管５１にクーリングタワー５２から冷媒を供給することによって筐体内の乾燥排ガスＧ１を冷却し、蒸気成分を凝縮させる装置である。
【００３３】
そして前記コンデンサ５の排気部は熱交換器６における給気口６１に接続されるとともに、排気口６２は炭化炉２における給気口２３及び給気口２４に接続される。
なおこの実施例では熱交換器６として二種類の気体を独立して昇温することができる装置が採用されるものとした。具体的には筐体６０に対して給気口６１及び排気口６２が形成されるとともに、これら給気口６１及び排気口６２は伝熱管６３によって接続されている。更に筐体６０に対しては給気口６４及び排気口６５が形成されるとともに、これら給気口６４及び排気口６５は伝熱管６６によって接続されている。そして筐体６０には導入口６７及び排出口６８が形成されるものであり、導入口６７から筐体６０内に導入された加熱気体（この実施例では再燃ガスＧ３）と、前記伝熱管６３及び伝熱管６６内に位置する被加熱気体との間で熱交換が行われるものである。
【００３４】
そして炭化炉２の排気口２８は、再燃炉３における給気口３２に接続されており、炭化排ガスＧ２が再燃炉３に供給されるように構成されている。また再燃炉３における排気口３３は熱交換器６における導入口６７に接続されており、再燃排ガスＧ３が熱交換器６に供給されるように構成されている。
更に熱交換器６の排出口６８は、廃熱ボイラ７における給気口７１に接続され、更に排気口７２がバグフィルタ、サイクロン等が適用された集塵機８に接続されている。
なお前記熱交換器６における給気口６４には外気が供給され、伝熱管６６を通過することにより昇温された気体が、前記炭化炉２における給気口２３、給気口２４に供給されるように構成されている。
【００３５】
ここで前記廃熱ボイラ７は、いわゆる水管式、煙管式いずれのタイプのものも採用することができるが、この実施例では水管式のものを採用した。具体的には筐体７０に給気口７１及び排気口７２が形成されて筐体７０内に高温の気体が供給されるように構成されており、更に筐体７０内に水管７３が具えられるものであり、給水口７４から水管７３内に供給された水が、水管７３の外周部に接する高熱の気体（再燃排ガスＧ３）によって昇温され、蒸気となって排気口７５から排出されるように構成されたものである。
そして以上述べた構成が採られることにより、乾燥機１から排気された乾燥排ガスＧ１は、炭化炉２において炭化排ガスＧ２となり、次いで再燃炉３に至り、ここで燃焼処理されることにより、有害物質が無害化された再燃排ガスＧ３となり、次いで温度が低下させられるとともにダストが除去された状態で外部に排気されることとなるものである。
【００３６】
次に乾燥機１に対して加熱媒体Ａとしての蒸気を供給するための構成について説明する。具体的には、乾燥機１におけるロータリージョイント１１５ｂから排出される凝縮水をドレン回収ユニット９に回収した後、前記廃熱ボイラ７によって加熱することにより蒸気を生成するものであり、この蒸気を加熱媒体Ａとしてロータリージョイント１１５ａに供給するものである。なお前記ドレン回収ユニット９には外部から水を供給することも可能である。
またこの実施例では、廃熱ボイラ７における排気口７５と乾燥機１におけるロータリージョイント１１５ａとを結ぶ管路を分岐するものであり、まず熱交換器６Ｂにおける伝熱管６ｂに接続するとともに、伝熱管６ｂの他端を前記ドレン回収ユニット９に接続するようにした。そして前記熱交換器６Ｂに供給された外気が、伝熱管６ｂを通じて蒸気との間で熱交換が行われて昇温された状態で、キャリヤガス口１０３に供給されるものとした。
また排気口７５とロータリージョイント１１５ａとを結ぶ管路を更に分岐して、蒸気供給口１０５に接続する。
【００３７】
更にまたこの実施例では、補助ヒータ７Ｂとしてボイラが具えられるものであり、前記ドレン回収ユニット９から供給される水を加熱して蒸気を生成し、この蒸気を前記ロータリージョイント１１５ａ、熱交換器６Ｂ及び蒸気供給口１０５に供給することができるようにした。
また、これらロータリージョイント１１５ａ、熱交換器６Ｂ及び蒸気供給口１０５と、排気口７５及び補助ヒータ７Ｂとを結ぶ管路は分岐されるとともに、炭化炉２に接続されるものであり、この分岐路にはバルブが具えられている。
なお補助ヒータ７Ｂは主として、炭化処理装置Ｓの起動時等に用いられるものであり、定常運転時には主として廃熱ボイラ７が用いられる。
【００３８】
本発明の「汚泥の炭化処理装置」は、一例として上述したように構成されるものであり、以下、この装置の作動状態を説明するとともに、本発明の「汚泥の炭化処理方法」について説明する。
【００３９】
（１）〔起動時の加熱媒体の生成〕
初めに補助ヒータ７Ｂに水を供給して加熱蒸気を生成するものであり、一例として１５８℃（０．５ＭＰａＧ）の飽和水蒸気である加熱媒体Ａが生成される。また、この加熱媒体Ａを熱交換器６Ｂに供給して外気を加熱して高温の空気とするものであり、これをキャリヤガス口１０３に供給して、汚泥Ｍ０から蒸発する水分を運ぶためのキャリヤガスとして供する。
【００４０】
（２）〔乾燥物の生成〕
次いで前記加熱媒体Ａを、乾燥機１におけるロータリージョイント１１５ａに供給するとともに、適宜脱水処理の施された汚泥Ｍ０（一例として７０〜８５％Ｗ. Ｂ. ）を投入口１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを通じて本体シェル１０内に投入する。
またキャリヤガス口１０３から本体シェル１０内に前記キャリヤガスが導入される。
そして汚泥Ｍ０を本体シェル１０内に滞留させつつ多管式加熱管１１に接触させることにより、汚泥Ｍ０中の水分が蒸発して乾燥が行われるものであり、この際、加熱媒体Ａから汚泥Ｍ０に間接的に熱が伝導されるものである。
やがて汚泥Ｍ０は水分の蒸発が進行し、乾燥物Ｍ１（一例として１０〜３０％Ｗ. Ｂ. ）となって乾燥物排出口１２１から排出され、炭化炉２における投入口２２から回転胴２５内に供給される。
【００４１】
（３）〔乾燥排ガスの流れ〕
一方、汚泥Ｍ０から蒸発した水分は前記キャリヤガスにより運ばれて、排気口１０４から排気される乾燥排ガスＧ１（一例として１００℃）となり、集塵機４においてダストが除去されるとともに、コンデンサ５において適宜の湿度に調節された後、熱交換器６における給気口６１に供給される。
熱交換器６において乾燥排ガスＧ１は、伝熱管６３を通過する際に、再燃排ガスＧ３（一例として８００℃）との間で熱交換が行われて昇温された状態（一例として５００℃）で炭化炉２における給気口２３、給気口２４に供給される。なお前記再燃排ガスＧ３については後程詳しく説明する。
また熱交換器６における給気口６４に外気が（一例として２０℃）が供給されるものであり、この外気は伝熱管６６を通過する際に、再燃排ガスＧ３（一例として８００℃）との間で熱交換が行われて昇温された状態（一例として５００℃）で、炭化炉２における給気口２３及び給気口２４並びに再燃炉３における給気口３２に供給される。
【００４２】
（４）〔炭化物の生成〕
そして炭化炉２においては、回転胴２５内において乾燥物Ｍ１が、回転胴２５の回転にともないリフタにより掻き上げられて落下し、分散状態とされるとともに、熱交換器６において一例として５００℃に昇温された乾燥排ガスＧ１並びに燃焼炉２０から供給される熱風と接することとなり、やがて炭化物Ｍ２となって排出口２９から排出される。
このように炭化炉２において、再燃排ガスＧ３に含まれる熱が熱源として供されるものである。
また炭化炉２における投入口２２側と、排出口２９側との双方に乾燥排ガスＧ１が供給されるため、炭化炉２内における投入口２２付近および／または排出口２９付近を高温状態とすることができ、汚泥Ｍ０または乾燥物Ｍ１の性状が変動しても、被処理物の炭化を効率的に調整でき、炭化を良好に促進することが可能となる。
【００４３】
（５）〔炭化排ガスの流れと再燃排ガスの生成〕
一方、排気口２８から排気された炭化排ガスＧ２（一例として７００℃）は、再燃炉３における給気口３２に供給される。
そして再燃炉３においては、炭化排ガスＧ２が、熱交換器６において一例として５００℃に昇温された外気並びにバーナ３１から供給される熱風と接して燃焼することとなり、有害物質が無害化された再燃排ガスＧ３（一例として８００℃）となって排気口３３から排出される。
このように再燃炉３において、再燃排ガスＧ３に含まれる熱が熱源として供されるものである。
【００４４】
（６）〔再燃排ガスの流れ〕
次いで再燃排ガスＧ３は、前述したように熱交換器６において乾燥排ガスＧ１及び外気を昇温して温度が低下した後（一例として５５０℃）、廃熱ボイラ７における給気口７１に供給される。
そして廃熱ボイラ７において、再燃排ガスＧ３と水管７３内を通過する水との間で熱交換が行われるものであり、再燃排ガスＧ３は温度が低下した状態で排気口７２からか排出される（一例として３５０℃）。
更にこの状態の再燃排ガスＧ３に対して外気（一例として２０℃）が混入されることにより、再燃排ガスＧ３は一例として２００℃にまで温度が低下するものであり、集塵機８においてダスト等を除去された後、外部に排気される。
【００４５】
（７）〔再燃排ガスに含まれる熱を利用した加熱媒体の生成と乾燥物の生成〕
炭化処理装置Ｓは、上述した一連の動作が行われることにより定常運転に移行するものであり、ここで定常運転に移行した状態での加熱媒体Ａの生成について説明する。
すなわち起動直後においては、補助ヒータ７Ｂに水を供給して加熱蒸気を生成し、一例として１５８℃の加熱媒体Ａを生成したが、定常運転時には再燃排ガスＧ３に含まれる熱を廃熱ボイラ７で回収し、これにより加熱用の飽和水蒸気すなわち加熱媒体Ａを生成するものである。
具体的には、前記廃熱ボイラ７において高効率で加熱蒸気が生成されるものであり、一例として１５８℃の加熱媒体Ａが生成される。
そして前記加熱媒体Ａが乾燥機１に供給されるものであり、乾燥機１において、再燃排ガスＧ３に含まれる熱が熱源として供されるものである。
【００４６】
本発明の炭化処理方法並びにその装置は、一例として以上述べたように実施されるものであり、伝導伝熱式の乾燥機１から排気される乾燥排ガスＧ１の流量は、図３に示したいわゆるロータリーキルン型または回転ドラム型の乾燥機１′のものよりも大幅に少ないため、再燃炉３の負荷が低減されることとなり、この結果、再燃炉３を含めた炭化処理装置Ｓの燃料消費量を大幅に低減することができるものである。
特に多管式加熱管１１が具えられた乾燥機１が採用される場合には、図２に示すように回転体である多管式加熱管１１における本体シェル１０の貫通部位は軸体１１３のみであり、この部分は、例えばグランドパッキン等によりシールされるコンパクトで気密性の高いシール機構１３によって構成することができるため、大気圧よりも負圧に維持される本体シェル１０内に侵入する外気のリーク空気が大幅に抑制され、またキャリヤガス口１０３に供給されるキャリヤガスは、汚泥Ｍ０から蒸発する水分を運ぶのに必要な最低限のガス量、すなわち熱交換器６Ｂで加熱される外気量で乾燥が行われることとなる。このため、乾燥排ガスＧ１の流量が、いわゆるロータリーキルン型または回転ドラム式の装置等のものよりも大幅に少なくなるため、この結果、炭化炉２及び再燃炉３で必要となる熱量を減ずることができる。
図１に示した本発明の炭化処理装置Ｓ並びに図３に示した炭化処理装置Ｓ′を用いて、同条件の汚泥Ｍ０を炭化処理する場合の、燃料消費量、燃料コストを下表１に示すものであり、約２１％の削減を実現できることが試算されている。
【００４７】
【表１】
【符号の説明】
【００４８】
１ （横型連続伝導伝熱式）乾燥機
１０ 本体シェル
１０１ 投入口
１０１ａ 投入口
１０１ｂ 投入口
１０１ｃ 投入口
１０２ 溢出口
１０３ キャリヤガス口
１０４ 排気口
１０５ 蒸気供給口
１０６ ドレン口
１１ 多管式加熱管
１１１ アングル
１１２ 鏡板
１１３ 軸体
１１４ 軸受ブロック
１１５ ロータリージョイント
１１５ａ ロータリージョイント
１１５ｂ ロータリージョイント
１１６ チューブ束
１１７ リフタ
１１８ 送り羽根
１２ シュート
１２１ 乾燥物排出口
１２２ ロータリーバルブ
１３ シール機構
２ 炭化炉
２０ 燃焼炉
２１ バーナ
２２ 投入口
２３ 給気口
２４ 給気口
２５ 回転胴
２５ａ 支持ローラ
２８ 排気口
２９ 排出口
３ 再燃炉
３０ 燃焼胴
３１ バーナ
３２ 給気口
３３ 排気口
４ 集塵機（サイクロン、バグフィルタ）
５ コンデンサ
５０ 筐体
５１ 冷却管
５２ クーリングタワー
６ 熱交換器
６０ 筐体
６１ 給気口
６２ 排気口
６３ 伝熱管
６４ 給気口
６５ 排気口
６６ 伝熱管
６７ 導入口
６８ 排出口
６Ｂ 熱交換器（エアヒータ）
６ｂ 伝熱管
７ 廃熱ボイラ
７０ 筐体
７１ 給気口
７２ 排気口
７３ 水管
７４ 給水口
７５ 排気口
７Ｂ 補助ヒータ（ボイラ）
８ 集塵機
９ ドレン回収ユニット
Ａ 加熱媒体
Ｆ 機枠
Ｇ１ 乾燥排ガス
Ｇ２ 炭化排ガス
Ｇ３ 再燃排ガス
Ｍ０ 汚泥
Ｍ１ 乾燥物
Ｍ２ 炭化物
Ｓ 炭化処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えばし尿処理施設、下水処理施設や各種生産工場から排出される汚泥等の処理に関するものであって、特に処理装置全体でのエネルギー効率を大幅に向上することができる汚泥の炭化処理方法並びにその装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりし尿、下水処理施設や各種生産工場から排出される水分を多く含んだ汚泥や都市ゴミ等の廃棄物を処理するにあたっては、処理の効率化を図るため、このものに乾燥処理を施して水分を除去した後、引続いて乾燥し、更に炭化処理を施すといった処理手法が採られている。
一例として汚泥の乾燥、炭化処理を行う場合には図３に示すような炭化処理装置Ｓ′が用いられており、事前に脱水処理が施された汚泥Ｍ０を乾燥機１′に投入して乾燥処理を行い、ここで得られた乾燥物Ｍ１を炭化炉２′に投入して炭化物Ｍ２を得るものである。
そして前記炭化炉２′として用いられるロータリーキルン型または回転ドラム型の装置から排気される排ガスを、再燃炉３′において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスＧ３′とし（例えば特許文献１参照）、この高温の再燃排ガスＧ３′が乾燥機１′の熱風として供されている。
【０００３】
ところで前記乾燥機１′としては、熱風を回転ドラム内に供給するとともに、この回転ドラム内に供給された汚泥Ｍ０を攪拌することにより、熱風と汚泥Ｍ０との接触を図り、汚泥Ｍ０に含まれる水分を蒸発させるいわゆる回転ドラム式の装置あるいはロータリーキルン式の装置が広く採用されている。
この種の乾燥機１′が採用される理由としては、汚泥Ｍ０等の粘性が高い被処理物を扱う場合、攪拌翼によって被処理物が分散させられるため、高温（図３に示す構成では７００〜８００℃）の加熱媒体と被処理物との接触面積が増大して効率の良い乾燥を行うことができるからである。そして炭化処理装置Ｓ′全体のエネルギー効率を向上させるためには、高温の加熱媒体により効率の良い乾燥を行うことのできる乾燥機１′を用いることが効果的であるというのが斯界の常識であった。
なお前記回転ドラム式の乾燥機１′あるいはロータリーキルン式の乾燥機１′は、比較的安価であるためイニシャルコストを抑えることができ、このこともこれらの乾燥機１′が広く採用されている要因となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２５５０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような背景を認識して成されたものであって、特に再燃炉から排気される排ガスに含まれる熱を乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供するシステムにおいて、エネルギー効率を大幅に向上することのできる、新規な汚泥の炭化処理方法並びにその装置の開発を技術課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち請求項１記載の汚泥の炭化処理方法は、被処理物を乾燥機を用いて乾燥した後、更に炭化炉を用いて炭化物とする方法において、前記炭化炉から排気される炭化排ガスを、再燃炉において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスとして外部に排気するものであり、前記再燃排ガスに含まれる熱を、前記乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供するものであり、前記乾燥機として、加熱媒体から被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置を用いることを特徴として成るものである。
【０００７】
また請求項２記載の汚泥の炭化処理方法は、前記要件に加え、前記乾燥機として、機枠上に具えられた本体シェル内に多管式加熱管が具えられ、この多管式加熱管を、その内部に加熱媒体としての蒸気を流すとともに回転させ、前記本体シェル内に被処理物を投入し、この被処理物を本体シェル内に滞留させつつ前記多管式加熱管に接触させて被処理物の乾燥を行う装置を用いることを特徴として成るものである。
【０００８】
更にまた請求項３記載の汚泥の炭化処理方法は、前記要件に加え、前記炭化炉はロータリーキルン型または回転ドラム型の装置であり、前記再燃排ガスに含まれる熱によって昇温された乾燥排ガスを、前記炭化炉における被処理物の投入口側および／または排出口側に供給することを特徴として成るものである。
【０００９】
更にまた請求項４記載の汚泥の炭化処理方法は、前記要件に加え、前記再燃排ガスに含まれる熱を、廃熱ボイラにおいて蒸気を生成する際の熱源として供するものであり、この蒸気を前記乾燥機に供給される加熱媒体として用いることを特徴として成るものである。
【００１０】
また請求項５記載の汚泥の炭化処理装置は、被処理物を乾燥機を用いて乾燥した後、更に炭化炉を用いて炭化物とする装置において、前記炭化炉から排気される炭化排ガスを、再燃炉において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスとして外部に排気する構成と、前記再燃排ガスに含まれる熱を、前記乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供する構成とを具えて成り、前記乾燥機として、加熱媒体から被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置が具えられていることを特徴として成るものである。
【００１１】
更にまた請求項６記載の汚泥の炭化処理装置は、前記請求項５記載の要件に加え、前記乾燥機は、機枠上に具えられた本体シェル内に多管式加熱管が具えられ、この多管式加熱管を、その内部に加熱用蒸気を流すとともに回転させ、前記本体シェル内に被処理物を投入し、この被処理物を本体シェル内に滞留させつつ前記多管式加熱管に接触させて被処理物の乾燥を行う装置であることを特徴として成るものである。
【００１２】
更にまた請求項７記載の汚泥の炭化処理装置は、前記請求項５または６記載の要件に加え、前記炭化炉はロータリーキルン型または回転ドラム型の装置であり、前記再燃排ガスに含まれる熱によって昇温された乾燥排ガスを、前記炭化炉における被処理物の投入口側および／または排出口側に供給することができるように構成されていることを特徴として成るものである。
【００１３】
更にまた請求項８記載の汚泥の炭化処理装置は、前記請求項５、６または７記載の要件に加え、前記再燃排ガスに含まれる熱を、廃熱ボイラにおいて蒸気を生成する際の熱源として供するとともに、この蒸気を加熱媒体として乾燥機に供給することができるように構成されていることを特徴として成るものである。
そしてこれら各請求項記載の要件を手段として前記課題の解決が図られる。
【発明の効果】
【００１４】
まず請求項１記載の発明によれば、伝導伝熱式の乾燥機から排気される乾燥排ガスの流量は、いわゆるロータリーキルン型または回転ドラム式の装置等のものよりも大幅に少なくなるため、再燃炉の負荷が低減することとなり、この結果、再燃炉の燃料消費量を大幅に低減することができる。
【００１５】
また請求項２記載の発明によれば、外気とのシール個所がコンパクトに済む、多管式加熱管を具えて構成された乾燥機を採用することにより、リーク空気が抑制され、また汚泥から蒸発する水分を運ぶのに必要最低限のキャリヤガスを導入するだけで済むため、それにより乾燥排ガスの流量が、いわゆるロータリーキルン型または回転ドラム式の装置等のものよりも大幅に少なくなるため、この結果、炭化炉及び再燃炉で必要となる熱量を減ずることができる。
【００１６】
更にまた請求項３記載の発明によれば、炭化炉内における投入口付近および／または排出口付近を高温状態とすることができるため、被処理物の炭化を効率的に調整しつつ、炭化を良好に促進することが可能となる。
【００１７】
更にまた請求項４記載の発明によれば、再燃排ガスに含まれる熱を用いた蒸気の生成を高効率で行うことができる。
【００１８】
また請求項５記載の発明によれば、伝導伝熱式の乾燥機から排気される乾燥排ガスの流量は、いわゆるロータリーキルン型または回転ドラム式の装置等のものよりも大幅に少なくなるため、再燃炉の負荷が低減することとなり、この結果、再燃炉の燃料消費量を大幅に低減することができる。
【００１９】
更にまた請求項６記載の発明によれば、外気とのシール個所がコンパクトに済む、多管式加熱管を具えて構成された乾燥機を採用することにより、リーク空気が抑制され、また汚泥から蒸発する水分を運ぶのに必要最低限のキャリヤガスを導入するだけで済むため、それにより乾燥排ガスの流量が、いわゆるロータリーキルン型または回転ドラム式の装置等のものよりも大幅に少なくなるため、この結果、炭化炉及び再燃炉で必要となる熱量を減ずることができる。
【００２０】
更にまた請求項７記載の発明によれば、炭化炉内における投入口付近および／または排出口付近を高温状態とすることができるため、被処理物の炭化を効率的に調整しつつ、炭化を良好に促進することが可能となる。
【００２１】
更にまた請求項８記載の発明によれば、再燃排ガスに含まれる熱を用いた蒸気の生成を高効率で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の汚泥の炭化処理装置を示すブロック図である。
【図２】乾燥機を一部破断して示す側面図である。
【図３】既存の汚泥の炭化処理装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の「汚泥の炭化処理装置」（以下、炭化処理装置Ｓと呼ぶ。）を実施するための形態は以下の実施例に示すものを最良の形態の一つとするとするとともに、この技術思想に基づき改変される形態も含むものである。
以下、本発明の炭化処理装置Ｓについて説明した後、この装置の作動態様と併せて本発明の「汚泥の炭化処理方法」について説明する。
【実施例】
【００２４】
図１中、符号Ｓで示すものが本発明の炭化処理装置であり、この装置は汚泥Ｍ０を一旦、乾燥処理して水分を減少させた乾燥物Ｍ１とし、続いて加熱することにより炭化物Ｍ２とするものである。
具体的には炭化処理装置Ｓは、乾燥機１と、炭化炉２と、再燃炉３とを主要機器として具えて成るものであり、前記炭化炉２から排気される炭化排ガスＧ２を、再燃炉３において燃焼処理することにより、有害物質が無害化された再燃排ガスＧ３として外部に排気することができるような構成が採られたものである。
また炭化処理装置Ｓは、前記再燃排ガスＧ３に含まれる熱を回収し、この熱を前記乾燥機１、炭化炉２または再燃炉３のいずれか一つまたは複数の熱源として供することができるように構成されている。
以下、炭化処理装置Ｓの構成要素について詳しく説明する。
【００２５】
まず前記乾燥機１は、被処理物である汚泥Ｍ０と加熱媒体Ａとが直接接することなく、加熱媒体Ａから被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置であって、この実施例では一例として多管式加熱管１１が具えられた装置が採用されるものとした。
具体的には図２に示すように、機枠Ｆ上に具えられた本体シェル１０内に多管式加熱管１１が具えられ、この多管式加熱管１１を、その内部に加熱媒体Ａ（加熱用蒸気）を流すとともに回転させ、前記本体シェル１０内に被処理物を投入し、この被処理物を本体シェル１０内に滞留させつつ前記多管式加熱管１１に接触させて被処理物の乾燥を行う装置である。
【００２６】
前記本体シェル１０は、一例として長楕円状の横断面を有する中空部材であり、投入口１０１、溢出口１０２、キャリヤガス口１０３、排気口１０４が形成される。
ここで前記投入口１０１は、本体シェル１０上部の複数個所に形成されるものであり、まず図１中、左側上部に形成される排気口１０４付近に第一の投入口１０１ａが形成される。また前記排気口１０４よりも中央寄りの部分に第二の投入口１０１ｂが形成され、更にこの第二の投入口１０１ｂと、図２中、右側上部に形成されるキャリヤガス口１０３との間に第三の投入口１０１ｃが形成される。なおこの実施例では投入口１０１を三カ所に形成するようにしたが、乾燥機１の仕様に応じて一カ所、 二カ所または四カ所以上に投入口１０１を形成するようにしてもよい。
【００２７】
また前記本体シェル１０及び多管式加熱管１１は、水平な状態で機枠Ｆに設置されるか、または排気口１０４側が、キャリヤガス口１０３側よりもいくぶんか高くなるように傾斜して機枠Ｆに設置される。
更にまた前記本体シェル１０は二重ジャケット構造とされ、投入口１０１ａ付近に形成される蒸気供給口１０５から、溢出口１０２の下方に形成されるドレン口１０６に至る蒸気の通過経路が形成されるものであり、本体シェル１０内を昇温することができるような構成が採られている。なお、このような二重ジャケット構造に替えてトレース配管等を設置することもできる。
また前記溢出口１０２は、前記本体シェル１０の高所側面に形成されるものであり、更に溢出口１０２を覆うようにシュート１２が具えられ、このシュート１２に形成される乾燥物排出口１２１にロータリーバルブ１２２が具えられる。
【００２８】
次に前記多管式加熱管１１は、複数のチューブを円筒状に配して成るチューブ束１１６の両側部に鏡板１１２を具えるとともに、この鏡板１１２の中心に軸体１１３を具えて成り、前記機枠Ｆに具えた軸受ブロック１１４によって軸体１１３を回転可能に支持して成るものである。なお多管式加熱管１１を回転させるための駆動装置として機枠Ｆ上にモータ（図示省略）が具えられる。
そして前記軸体１１３の両端にはロータリージョイント１１５（１１５ａ、１１５ｂ）が取り付けられ、チューブ束１１６と接続される。また軸体１１３と本体シェル１０との間には、外気との遮断のためのシール機構１３が設けられている。
なおチューブ束１１６の側周部には、複数のリフタ１１７及び適宜の角度を持たせた送り羽根１１８が取り付けられたアングル１１１が多数（この実施例では１２本）具えられるものであり、これらによって被処理物（汚泥Ｍ０）は掻き上げられて前記チューブ束１１６の各チューブに接触するとともに投入口１０１側から溢出口１０２側に進むこととなる。
【００２９】
また乾燥機１の運転時には、キャリヤガスがキャリヤガス口１０３より本体シェル１０内に供給されるものであり、多管式加熱管１１の加熱により被処理物としての汚泥Ｍ０から揮発する揮発成分は、前記キャリヤガスにより排気口１０４を経て本体シェル１０外に運び去られることとなる。
なお乾燥機１としては、上述した多管式加熱管１１が具えられた装置の他、加熱媒体Ａから被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置であれば異なる構成のものを採用することができる。
【００３０】
次に前記炭化炉２について説明すると、このものは前記乾燥機１から送られて来る乾燥物Ｍ１を炭化物Ｍ２とするためのであり、燃焼炉２０から回転胴２５に熱風を供給することにより、回転胴２５内において被処理物の加熱処理を施すように構成された装置である。
前記燃焼炉２０は適宜の耐火材で内張りされており、バーナ２１によって燃料を燃焼させることにより、所望の温度の熱風を生成する装置である。
また前記回転胴２５は一例として、四基の支持ローラ２５ａ上に載置され、可変速モータによって回転駆動されるものであり、この回転胴２５の両端は適宜蓋部材によって境界部がシールされた状態で塞がれている。また回転胴２５にはリフタが具えられており、このリフタにより被処理物が掻き上げられる。
そして回転胴２５の両端を塞ぐ蓋体には、投入口２２及び給気口２３並びに給気口２４、排気口２８及び排出口２９が形成されている。
【００３１】
次に前記再燃炉３について説明すると、このものは前記炭化炉２から送られて来る炭化排ガスＧ２を再燃排ガスＧ３とするための装置であり、燃焼胴３０内にバーナ３１から熱風を供給することにより、燃焼胴３０内において炭化排ガスＧ２を燃焼させることができるように構成された装置である。なお前記燃焼胴３０には、給気口３２及び排気口３３が形成されている。
【００３２】
そしてこれら乾燥機１、炭化炉２及び再燃炉３は図１に示すように周辺機器を介在させて接続されることにより、炭化処理装置Ｓが構成されるものであり、この構成について、初めに乾燥機１から排気される乾燥排ガスＧ１の流れに沿って説明する。
具体的には乾燥機１の排気口１０４に、バグフィルタ、サイクロン等が適用された集塵機４が接続され、更にこの集塵機４にコンデンサ５が接続されるものであり、前記排気口１０４から排気される乾燥排ガスＧ１中のダスト並びに過剰な水分を除去することが可能となっている。
なお前記コンデンサ５は、筐体５０の外周部に巻回された冷却管５１にクーリングタワー５２から冷媒を供給することによって筐体内の乾燥排ガスＧ１を冷却し、蒸気成分を凝縮させる装置である。
【００３３】
そして前記コンデンサ５の排気部は熱交換器６における給気口６１に接続されるとともに、排気口６２は炭化炉２における給気口２３及び給気口２４に接続される。
なおこの実施例では熱交換器６として二種類の気体を独立して昇温することができる装置が採用されるものとした。具体的には筐体６０に対して給気口６１及び排気口６２が形成されるとともに、これら給気口６１及び排気口６２は伝熱管６３によって接続されている。更に筐体６０に対しては給気口６４及び排気口６５が形成されるとともに、これら給気口６４及び排気口６５は伝熱管６６によって接続されている。そして筐体６０には導入口６７及び排出口６８が形成されるものであり、導入口６７から筐体６０内に導入された加熱気体（この実施例では再燃ガスＧ３）と、前記伝熱管６３及び伝熱管６６内に位置する被加熱気体との間で熱交換が行われるものである。
【００３４】
そして炭化炉２の排気口２８は、再燃炉３における給気口３２に接続されており、炭化排ガスＧ２が再燃炉３に供給されるように構成されている。また再燃炉３における排気口３３は熱交換器６における導入口６７に接続されており、再燃排ガスＧ３が熱交換器６に供給されるように構成されている。
更に熱交換器６の排出口６８は、廃熱ボイラ７における給気口７１に接続され、更に排気口７２がバグフィルタ、サイクロン等が適用された集塵機８に接続されている。
なお前記熱交換器６における給気口６４には外気が供給され、伝熱管６６を通過することにより昇温された気体が、前記炭化炉２における給気口２３、給気口２４に供給されるように構成されている。
【００３５】
ここで前記廃熱ボイラ７は、いわゆる水管式、煙管式いずれのタイプのものも採用することができるが、この実施例では水管式のものを採用した。具体的には筐体７０に給気口７１及び排気口７２が形成されて筐体７０内に高温の気体が供給されるように構成されており、更に筐体７０内に水管７３が具えられるものであり、給水口７４から水管７３内に供給された水が、水管７３の外周部に接する高熱の気体（再燃排ガスＧ３）によって昇温され、蒸気となって排気口７５から排出されるように構成されたものである。
そして以上述べた構成が採られることにより、乾燥機１から排気された乾燥排ガスＧ１は、炭化炉２において炭化排ガスＧ２となり、次いで再燃炉３に至り、ここで燃焼処理されることにより、有害物質が無害化された再燃排ガスＧ３となり、次いで温度が低下させられるとともにダストが除去された状態で外部に排気されることとなるものである。
【００３６】
次に乾燥機１に対して加熱媒体Ａとしての蒸気を供給するための構成について説明する。具体的には、乾燥機１におけるロータリージョイント１１５ｂから排出される凝縮水をドレン回収ユニット９に回収した後、前記廃熱ボイラ７によって加熱することにより蒸気を生成するものであり、この蒸気を加熱媒体Ａとしてロータリージョイント１１５ａに供給するものである。なお前記ドレン回収ユニット９には外部から水を供給することも可能である。
またこの実施例では、廃熱ボイラ７における排気口７５と乾燥機１におけるロータリージョイント１１５ａとを結ぶ管路を分岐するものであり、まず熱交換器６Ｂにおける伝熱管６ｂに接続するとともに、伝熱管６ｂの他端を前記ドレン回収ユニット９に接続するようにした。そして前記熱交換器６Ｂに供給された外気が、伝熱管６ｂを通じて蒸気との間で熱交換が行われて昇温された状態で、キャリヤガス口１０３に供給されるものとした。
また排気口７５とロータリージョイント１１５ａとを結ぶ管路を更に分岐して、蒸気供給口１０５に接続する。
【００３７】
更にまたこの実施例では、補助ヒータ７Ｂとしてボイラが具えられるものであり、前記ドレン回収ユニット９から供給される水を加熱して蒸気を生成し、この蒸気を前記ロータリージョイント１１５ａ、熱交換器６Ｂ及び蒸気供給口１０５に供給することができるようにした。
また、これらロータリージョイント１１５ａ、熱交換器６Ｂ及び蒸気供給口１０５と、排気口７５及び補助ヒータ７Ｂとを結ぶ管路は分岐されるとともに、炭化炉２に接続されるものであり、この分岐路にはバルブが具えられている。
なお補助ヒータ７Ｂは主として、炭化処理装置Ｓの起動時等に用いられるものであり、定常運転時には主として廃熱ボイラ７が用いられる。
【００３８】
本発明の「汚泥の炭化処理装置」は、一例として上述したように構成されるものであり、以下、この装置の作動状態を説明するとともに、本発明の「汚泥の炭化処理方法」について説明する。
【００３９】
（１）〔起動時の加熱媒体の生成〕
初めに補助ヒータ７Ｂに水を供給して加熱蒸気を生成するものであり、一例として１５８℃（０．５ＭＰａＧ）の飽和水蒸気である加熱媒体Ａが生成される。また、この加熱媒体Ａを熱交換器６Ｂに供給して外気を加熱して高温の空気とするものであり、これをキャリヤガス口１０３に供給して、汚泥Ｍ０から蒸発する水分を運ぶためのキャリヤガスとして供する。
【００４０】
（２）〔乾燥物の生成〕
次いで前記加熱媒体Ａを、乾燥機１におけるロータリージョイント１１５ａに供給するとともに、適宜脱水処理の施された汚泥Ｍ０（一例として７０〜８５％Ｗ. Ｂ. ）を投入口１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを通じて本体シェル１０内に投入する。
またキャリヤガス口１０３から本体シェル１０内に前記キャリヤガスが導入される。
そして汚泥Ｍ０を本体シェル１０内に滞留させつつ多管式加熱管１１に接触させることにより、汚泥Ｍ０中の水分が蒸発して乾燥が行われるものであり、この際、加熱媒体Ａから汚泥Ｍ０に間接的に熱が伝導されるものである。
やがて汚泥Ｍ０は水分の蒸発が進行し、乾燥物Ｍ１（一例として１０〜３０％Ｗ. Ｂ. ）となって乾燥物排出口１２１から排出され、炭化炉２における投入口２２から回転胴２５内に供給される。
【００４１】
（３）〔乾燥排ガスの流れ〕
一方、汚泥Ｍ０から蒸発した水分は前記キャリヤガスにより運ばれて、排気口１０４から排気される乾燥排ガスＧ１（一例として１００℃）となり、集塵機４においてダストが除去されるとともに、コンデンサ５において適宜の湿度に調節された後、熱交換器６における給気口６１に供給される。
熱交換器６において乾燥排ガスＧ１は、伝熱管６３を通過する際に、再燃排ガスＧ３（一例として８００℃）との間で熱交換が行われて昇温された状態（一例として５００℃）で炭化炉２における給気口２３、給気口２４に供給される。なお前記再燃排ガスＧ３については後程詳しく説明する。
また熱交換器６における給気口６４に外気が（一例として２０℃）が供給されるものであり、この外気は伝熱管６６を通過する際に、再燃排ガスＧ３（一例として８００℃）との間で熱交換が行われて昇温された状態（一例として５００℃）で、炭化炉２における給気口２３及び給気口２４並びに再燃炉３における給気口３２に供給される。
【００４２】
（４）〔炭化物の生成〕
そして炭化炉２においては、回転胴２５内において乾燥物Ｍ１が、回転胴２５の回転にともないリフタにより掻き上げられて落下し、分散状態とされるとともに、熱交換器６において一例として５００℃に昇温された乾燥排ガスＧ１並びに燃焼炉２０から供給される熱風と接することとなり、やがて炭化物Ｍ２となって排出口２９から排出される。
このように炭化炉２において、再燃排ガスＧ３に含まれる熱が熱源として供されるものである。
また炭化炉２における投入口２２側と、排出口２９側との双方に乾燥排ガスＧ１が供給されるため、炭化炉２内における投入口２２付近および／または排出口２９付近を高温状態とすることができ、汚泥Ｍ０または乾燥物Ｍ１の性状が変動しても、被処理物の炭化を効率的に調整でき、炭化を良好に促進することが可能となる。
【００４３】
（５）〔炭化排ガスの流れと再燃排ガスの生成〕
一方、排気口２８から排気された炭化排ガスＧ２（一例として７００℃）は、再燃炉３における給気口３２に供給される。
そして再燃炉３においては、炭化排ガスＧ２が、熱交換器６において一例として５００℃に昇温された外気並びにバーナ３１から供給される熱風と接して燃焼することとなり、有害物質が無害化された再燃排ガスＧ３（一例として８００℃）となって排気口３３から排出される。
このように再燃炉３において、再燃排ガスＧ３に含まれる熱が熱源として供されるものである。
【００４４】
（６）〔再燃排ガスの流れ〕
次いで再燃排ガスＧ３は、前述したように熱交換器６において乾燥排ガスＧ１及び外気を昇温して温度が低下した後（一例として５５０℃）、廃熱ボイラ７における給気口７１に供給される。
そして廃熱ボイラ７において、再燃排ガスＧ３と水管７３内を通過する水との間で熱交換が行われるものであり、再燃排ガスＧ３は温度が低下した状態で排気口７２からか排出される（一例として３５０℃）。
更にこの状態の再燃排ガスＧ３に対して外気（一例として２０℃）が混入されることにより、再燃排ガスＧ３は一例として２００℃にまで温度が低下するものであり、集塵機８においてダスト等を除去された後、外部に排気される。
【００４５】
（７）〔再燃排ガスに含まれる熱を利用した加熱媒体の生成と乾燥物の生成〕
炭化処理装置Ｓは、上述した一連の動作が行われることにより定常運転に移行するものであり、ここで定常運転に移行した状態での加熱媒体Ａの生成について説明する。
すなわち起動直後においては、補助ヒータ７Ｂに水を供給して加熱蒸気を生成し、一例として１５８℃の加熱媒体Ａを生成したが、定常運転時には再燃排ガスＧ３に含まれる熱を廃熱ボイラ７で回収し、これにより加熱用の飽和水蒸気すなわち加熱媒体Ａを生成するものである。
具体的には、前記廃熱ボイラ７において高効率で加熱蒸気が生成されるものであり、一例として１５８℃の加熱媒体Ａが生成される。
そして前記加熱媒体Ａが乾燥機１に供給されるものであり、乾燥機１において、再燃排ガスＧ３に含まれる熱が熱源として供されるものである。
【００４６】
本発明の炭化処理方法並びにその装置は、一例として以上述べたように実施されるものであり、伝導伝熱式の乾燥機１から排気される乾燥排ガスＧ１の流量は、図３に示したいわゆるロータリーキルン型または回転ドラム型の乾燥機１′のものよりも大幅に少ないため、再燃炉３の負荷が低減されることとなり、この結果、再燃炉３を含めた炭化処理装置Ｓの燃料消費量を大幅に低減することができるものである。
特に多管式加熱管１１が具えられた乾燥機１が採用される場合には、図２に示すように回転体である多管式加熱管１１における本体シェル１０の貫通部位は軸体１１３のみであり、この部分は、例えばグランドパッキン等によりシールされるコンパクトで気密性の高いシール機構１３によって構成することができるため、大気圧よりも負圧に維持される本体シェル１０内に侵入する外気のリーク空気が大幅に抑制され、またキャリヤガス口１０３に供給されるキャリヤガスは、汚泥Ｍ０から蒸発する水分を運ぶのに必要な最低限のガス量、すなわち熱交換器６Ｂで加熱される外気量で乾燥が行われることとなる。このため、乾燥排ガスＧ１の流量が、いわゆるロータリーキルン型または回転ドラム式の装置等のものよりも大幅に少なくなるため、この結果、炭化炉２及び再燃炉３で必要となる熱量を減ずることができる。
図１に示した本発明の炭化処理装置Ｓ並びに図３に示した炭化処理装置Ｓ′を用いて、同条件の汚泥Ｍ０を炭化処理する場合の、燃料消費量、燃料コストを下表１に示すものであり、約２１％の削減を実現できることが試算されている。
【００４７】
【表１】
【符号の説明】
【００４８】
１ （横型連続伝導伝熱式）乾燥機
１０ 本体シェル
１０１ 投入口
１０１ａ 投入口
１０１ｂ 投入口
１０１ｃ 投入口
１０２ 溢出口
１０３ キャリヤガス口
１０４ 排気口
１０５ 蒸気供給口
１０６ ドレン口
１１ 多管式加熱管
１１１ アングル
１１２ 鏡板
１１３ 軸体
１１４ 軸受ブロック
１１５ ロータリージョイント
１１５ａ ロータリージョイント
１１５ｂ ロータリージョイント
１１６ チューブ束
１１７ リフタ
１１８ 送り羽根
１２ シュート
１２１ 乾燥物排出口
１２２ ロータリーバルブ
１３ シール機構
２ 炭化炉
２０ 燃焼炉
２１ バーナ
２２ 投入口
２３ 給気口
２４ 給気口
２５ 回転胴
２５ａ 支持ローラ
２８ 排気口
２９ 排出口
３ 再燃炉
３０ 燃焼胴
３１ バーナ
３２ 給気口
３３ 排気口
４ 集塵機（サイクロン、バグフィルタ）
５ コンデンサ
５０ 筐体
５１ 冷却管
５２ クーリングタワー
６ 熱交換器
６０ 筐体
６１ 給気口
６２ 排気口
６３ 伝熱管
６４ 給気口
６５ 排気口
６６ 伝熱管
６７ 導入口
６８ 排出口
６Ｂ 熱交換器（エアヒータ）
６ｂ 伝熱管
７ 廃熱ボイラ
７０ 筐体
７１ 給気口
７２ 排気口
７３ 水管
７４ 給水口
７５ 排気口
７Ｂ 補助ヒータ（ボイラ）
８ 集塵機
９ ドレン回収ユニット
Ａ 加熱媒体
Ｆ 機枠
Ｇ１ 乾燥排ガス
Ｇ２ 炭化排ガス
Ｇ３ 再燃排ガス
Ｍ０ 汚泥
Ｍ１ 乾燥物
Ｍ２ 炭化物
Ｓ 炭化処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を乾燥機を用いて乾燥した後、更に炭化炉を用いて炭化物とする方法において、前記炭化炉から排気される炭化排ガスを、再燃炉において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスとして外部に排気するものであり、前記再燃排ガスに含まれる熱を、前記乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供するものであり、前記乾燥機として、加熱媒体から被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置を用いることを特徴とする汚泥の炭化処理方法。
【請求項２】
前記乾燥機として、機枠上に具えられた本体シェル内に多管式加熱管が具えられ、この多管式加熱管を、その内部に加熱媒体としての蒸気を流すとともに回転させ、前記本体シェル内に被処理物を投入し、この被処理物を本体シェル内に滞留させつつ前記多管式加熱管に接触させて被処理物の乾燥を行う装置を用いることを特徴とする請求項１記載の汚泥の炭化処理方法。
【請求項３】
前記炭化炉はロータリーキルン型または回転ドラム型の装置であり、前記再燃排ガスに含まれる熱によって昇温された乾燥排ガスを、前記炭化炉における被処理物の投入口側および／または排出口側に供給することを特徴とする請求項１または２記載の汚泥の炭化処理方法。
【請求項４】
前記再燃排ガスに含まれる熱を、廃熱ボイラにおいて蒸気を生成する際の熱源として供するものであり、この蒸気を前記乾燥機に供給される加熱媒体として用いることを特徴とする請求項１、２または３記載の汚泥の炭化処理方法。
【請求項５】
被処理物を乾燥機を用いて乾燥した後、更に炭化炉を用いて炭化物とする装置において、前記炭化炉から排気される炭化排ガスを、再燃炉において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスとして外部に排気する構成と、前記再燃排ガスに含まれる熱を、前記乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供する構成とを具えて成り、前記乾燥機として、加熱媒体から被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置が具えられていることを特徴とする汚泥の炭化処理装置。
【請求項６】
前記乾燥機は、機枠上に具えられた本体シェル内に多管式加熱管が具えられ、この多管式加熱管を、その内部に加熱用蒸気を流すとともに回転させ、前記本体シェル内に被処理物を投入し、この被処理物を本体シェル内に滞留させつつ前記多管式加熱管に接触させて被処理物の乾燥を行う装置であることを特徴とする請求項５記載の汚泥の炭化処理装置。
【請求項７】
前記炭化炉はロータリーキルン型または回転ドラム型の装置であり、前記再燃排ガスに含まれる熱によって昇温された乾燥排ガスを、前記炭化炉における被処理物の投入口側および／または排出口側に供給することができるように構成されていることを特徴とする請求項５または６記載の汚泥の炭化処理装置。
【請求項８】
前記再燃排ガスに含まれる熱を、廃熱ボイラにおいて蒸気を生成する際の熱源として供するとともに、この蒸気を加熱媒体として乾燥機に供給することができるように構成されていることを特徴とする請求項５、６または７記載の汚泥の炭化処理装置。
【請求項１】
被処理物を乾燥機を用いて乾燥した後、更に炭化炉を用いて炭化物とする方法において、前記炭化炉から排気される炭化排ガスを、再燃炉において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスとして外部に排気するものであり、前記再燃排ガスに含まれる熱を、前記乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供するものであり、前記乾燥機として、加熱媒体から被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置を用いることを特徴とする汚泥の炭化処理方法。
【請求項２】
前記乾燥機として、機枠上に具えられた本体シェル内に多管式加熱管が具えられ、この多管式加熱管を、その内部に加熱媒体としての蒸気を流すとともに回転させ、前記本体シェル内に被処理物を投入し、この被処理物を本体シェル内に滞留させつつ前記多管式加熱管に接触させて被処理物の乾燥を行う装置を用いることを特徴とする請求項１記載の汚泥の炭化処理方法。
【請求項３】
前記炭化炉はロータリーキルン型または回転ドラム型の装置であり、前記再燃排ガスに含まれる熱によって昇温された乾燥排ガスを、前記炭化炉における被処理物の投入口側および／または排出口側に供給することを特徴とする請求項１または２記載の汚泥の炭化処理方法。
【請求項４】
前記再燃排ガスに含まれる熱を、廃熱ボイラにおいて蒸気を生成する際の熱源として供するものであり、この蒸気を前記乾燥機に供給される加熱媒体として用いることを特徴とする請求項１、２または３記載の汚泥の炭化処理方法。
【請求項５】
被処理物を乾燥機を用いて乾燥した後、更に炭化炉を用いて炭化物とする装置において、前記炭化炉から排気される炭化排ガスを、再燃炉において燃焼処理することにより、有害物質を無害化処理した再燃排ガスとして外部に排気する構成と、前記再燃排ガスに含まれる熱を、前記乾燥機、炭化炉または再燃炉のいずれか一つまたは複数の熱源として供する構成とを具えて成り、前記乾燥機として、加熱媒体から被処理物に間接的に熱を伝導する伝導伝熱式の装置が具えられていることを特徴とする汚泥の炭化処理装置。
【請求項６】
前記乾燥機は、機枠上に具えられた本体シェル内に多管式加熱管が具えられ、この多管式加熱管を、その内部に加熱用蒸気を流すとともに回転させ、前記本体シェル内に被処理物を投入し、この被処理物を本体シェル内に滞留させつつ前記多管式加熱管に接触させて被処理物の乾燥を行う装置であることを特徴とする請求項５記載の汚泥の炭化処理装置。
【請求項７】
前記炭化炉はロータリーキルン型または回転ドラム型の装置であり、前記再燃排ガスに含まれる熱によって昇温された乾燥排ガスを、前記炭化炉における被処理物の投入口側および／または排出口側に供給することができるように構成されていることを特徴とする請求項５または６記載の汚泥の炭化処理装置。
【請求項８】
前記再燃排ガスに含まれる熱を、廃熱ボイラにおいて蒸気を生成する際の熱源として供するとともに、この蒸気を加熱媒体として乾燥機に供給することができるように構成されていることを特徴とする請求項５、６または７記載の汚泥の炭化処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２３９９７９（Ｐ２０１２−２３９９７９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２５０３（Ｐ２０１１−１１２５０３）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００１４９３１０）株式会社大川原製作所 (64)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００１４９３１０）株式会社大川原製作所 (64)
【Ｆターム（参考）】
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