汚泥焼却処理システム、及び汚泥焼却処理方法
【課題】亜酸化窒素の発生量を低減するとともに、化石燃料の燃焼による二酸化炭素の発生量も抑制可能な汚泥焼却処理システムを提供する。
【解決手段】有機性汚泥を焼却する汚泥焼却処理システムであって、汚泥を自燃処理する汚泥焼却炉３と、前記汚泥焼却炉に汚泥を投入する汚泥投入機構２と、前記汚泥焼却炉３における汚泥の燃焼状態を監視する監視機構１２と、監視機構１２により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、燃焼状態を調整する燃焼制御装置１１を備えている。
【解決手段】有機性汚泥を焼却する汚泥焼却処理システムであって、汚泥を自燃処理する汚泥焼却炉３と、前記汚泥焼却炉に汚泥を投入する汚泥投入機構２と、前記汚泥焼却炉３における汚泥の燃焼状態を監視する監視機構１２と、監視機構１２により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、燃焼状態を調整する燃焼制御装置１１を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥焼却処理システム、及び汚泥焼却処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すように、汚水処理設備で発生した汚泥は、スクリュープレス方式等の脱水機で脱水処理され、脱水ケーキ貯留サイロ１Ａに貯留された後に、流動床式の焼却炉に投入されて焼却されている。焼却炉２Ａで生じた排ガスを処理するために、焼却炉２Ａの煙道に沿って燃焼用空気予熱器３Ａ、白煙防止用空気予熱器４Ａが配設され、これらによって燃焼排ガスの保有熱が回収される。さらに、下流側にガス冷却等５Ａ、集塵機６Ａが配置され、集塵機６Ａで除塵された排ガスが、排煙処理塔７Ａでアルカリ処理されてＳＯｘやＨＣｌが除去され、白煙防止用の空気で加熱された後に煙突８Ａから排気される。
【０００３】
このような有機性汚泥には窒素成分が含まれており、燃焼により亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が生成され、排ガスとともに大気開放される。亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）は、地球温暖化ガスとして知られている二酸化炭素（ＣＯ２）の約３００倍の温暖化効果をもたらすことが知られており、その削減が大きな課題となっている。
【０００４】
汚泥焼却炉として用いられる流動床式の焼却炉では、フリーボードでの燃焼温度を９００℃前後の高温に維持することによって亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量が大きく低減することも知られている。
【０００５】
特許文献１には、燃焼ガス中の亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）濃度に基づいて、燃焼空気量、補助燃料供給量等を制御する汚泥焼却炉の制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７４６７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示された技術では炉内を高温に調整するために、化石燃料である補助燃料の供給量が増して二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量が増すという問題があった。
【０００８】
そこで、焼却炉の流動床部に供給される空気量を低減して亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量を減らし、フリーボード空間下部で二次空気により高温燃焼させて亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の分解を促進し、フリーボード空間上部で完全燃焼を達成する多層燃焼流動床炉が提案されているが、化石燃料による二酸化炭素（ＣＯ２）が発生するという点で状況が大きく変わるものではなかった。
【０００９】
更に、炉内を加圧した状態で高温燃焼させることにより、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量を減らす過給式の気泡流動床炉も提案されているが、この方式も化石燃料による二酸化炭素（ＣＯ２）が発生するという点で従来と同様の問題があった。尚、汚泥自体はバイオマスであり、その燃焼により発生する二酸化炭素（ＣＯ２）は、温暖化ガスの規制対象ではない。
【００１０】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、亜酸化窒素の発生量を低減するとともに、化石燃料の燃焼による二酸化炭素の発生量も抑制可能な汚泥焼却処理システム、及び汚泥焼却処理方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本発明による汚泥焼却処理システムの第一特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、有機性汚泥を焼却する汚泥焼却処理システムであって、汚泥を自燃処理する汚泥焼却炉と、前記汚泥焼却炉に汚泥を投入する汚泥投入機構と、前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を監視する監視機構と、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、燃焼状態を調整する燃焼制御装置を備えている点にある。
【００１２】
上述の構成によれば、燃焼制御装置が、監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、汚泥焼却炉の燃焼状態を調整するため、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量が大きく減少すると同時に、汚泥を自燃させて化石燃料を使用しないため、温暖化ガスとなる二酸化炭素の発生量を減らすことができる。
【００１３】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記汚泥投入機構に、投入汚泥の含水率を調整する含水率調整機構及び／または投入汚泥量を調整する投入量調整機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、前記含水率調整機構を制御して投入汚泥の含水率を調整及び／または前記投入量調整機構を制御して投入汚泥の投入量を調整する点にある。
【００１４】
燃焼制御装置が、監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、投入汚泥の含水率を調整する含水率調整機構を制御し、及び／または、汚泥の投入量を調整する投入量調整機構を制御することにより、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように調整する。例えば、燃焼状態が悪化すると投入汚泥の含水率が低くなるように調整し、或は汚泥の投入量を増加するのである。
【００１５】
例えば、燃焼温度が低下すると、含水率調整機構により汚泥の含水率を低く調整することにより水の加熱に要する熱量を減少させて燃焼温度を上昇させることができ、燃焼温度が異常に上昇すると、含水率調整機構により汚泥の含水率を高く調整することにより水の加熱に要する熱量を増加させて燃焼温度を適正温度に低下させることができる。また、燃料としての汚泥の投入量が減少して燃焼温度が低下すると、投入量調整機構により汚泥の投入量を増加することで燃焼温度を上昇させ、燃焼温度が異常に上昇すると、投入量調整機構により汚泥の投入量を減少させることで燃焼温度を適正温度に低下させることができる。さらに、汚泥の含水率と投入量の双方を調整してもよい。つまり、汚泥の混合比率を一定に保ちながら汚泥の投入量を調整してもよいし、汚泥の投入量を一定に保ちながら汚泥の混合比率を調整してもよいし、汚泥の投入量と混合比をともに変化させてもよい。
【００１６】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記含水率調整機構は、脱水汚泥を前記汚泥焼却炉の廃熱で乾燥させる汚泥乾燥機構と、前記汚泥乾燥機構により乾燥された乾燥汚泥と脱水汚泥を混合する混合機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記混合機構による乾燥汚泥と脱水汚泥の混合率及び／または前記混合機構による混合汚泥の投入量を調整する点にある。
【００１７】
含水率調整機構が、脱水汚泥を汚泥焼却炉の廃熱で乾燥させる汚泥乾燥機構と、汚泥乾燥機構により乾燥された乾燥汚泥と脱水汚泥を混合する混合機構を備える場合には、燃焼制御装置が、混合機構による乾燥汚泥と脱水汚泥の混合率を調整するように含水率調整機構を制御すればよい。例えば、燃焼状態が悪化すると乾燥汚泥が脱水汚泥よりも多くなるように混合比率を調整するのである。このとき、混合機構への乾燥汚泥と脱水汚泥の混合量を調整することで、炉に投入する汚泥の投入量も同時に調整することもできる。
【００１８】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記汚泥焼却炉の煙道に廃熱ボイラを備え、前記廃熱ボイラで生成された蒸気を乾燥用の熱源として前記汚泥乾燥機構に供給する蒸気供給路を備えている点にある。
【００１９】
汚泥焼却炉の煙道に廃熱ボイラを備える場合には、廃熱ボイラで生成された蒸気を蒸気供給路を介して汚泥乾燥機構に供給することによって、汚泥を乾燥させるための別途の化石燃料を用いる熱源が不用となり、温暖化ガスとなる二酸化炭素の発生を回避することができる。尚、蒸気と熱交換した油を汚泥乾燥機構に供給することによって、汚泥を乾燥させてもよい。
【００２０】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記汚泥焼却炉の煙道に循環ガス予熱器を備え、前記循環ガス予熱器で生成された乾燥用ガスを乾燥用の熱源として前記汚泥乾燥機構に供給する熱風供給路を備えている点にある。
【００２１】
この場合は、汚泥焼却炉の煙道に備えた循環ガス予熱器で予熱された乾燥用ガスが、熱風供給路を介して汚泥乾燥機構に供給される熱源となる。汚泥焼却炉から排気される高温の排ガスを利用して脱水汚泥を乾燥させる点では、第四の特徴構成と同じである。
【００２２】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記汚泥焼却炉に燃焼空気を供給する空気供給機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、前記空気供給機構を制御して供給空気量と供給空気温度の少なくとも一方を調整する点にある。
【００２３】
燃焼制御装置が、汚泥の燃焼状態に基づいて、供給空気量と供給空気温度の少なくとも一方を調整するように空気供給機構を制御することにより、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように調整する。例えば、燃焼状態が悪化すると供給空気温度を上昇させ、燃え過ぎの場合は温度を降下させて供給空気量を増減するのである。
【００２４】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記監視機構は、前記汚泥焼却炉の煙道に設置され排ガスに含まれる亜酸化窒素ガスの濃度を検知するガスセンサで構成され、前記燃焼制御装置は、前記ガスセンサにより検知される亜酸化窒素ガスの濃度を指標に前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を調整する点にある。
【００２５】
炉内の燃焼温度と発生する亜酸化窒素ガスの濃度とに間には、所定の相関関係が見られる。そこで、排ガスに含まれる亜酸化窒素ガスの濃度を検知するガスセンサの値に基づいて炉内温度が間接的に監視できるようになり、発生量を減少させたい対象ガス濃度を直接監視しながら炉内の燃焼状態を制御できるようになる。
【００２６】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記汚泥焼却炉に、燃焼空気を供給する燃焼空気供給機構、乾燥汚泥と脱水汚泥を混合して炉内に投入する汚泥投入機構、及び炉内冷却水を供給する炉冷却水供給機構の各調節系を備え、前記燃焼制御装置は、酸素ガスセンサにより検知される排ガス中の酸素ガス濃度、亜酸化窒素ガスセンサにより検知される排ガス中の亜酸化窒素ガス濃度、及び温度センサにより検知される炉内温度と炉出口温度に基づいて、現在の燃焼状態を評価するとともに、燃焼状態を好適に維持するために各調節系を介した各供給量の必要増減量をファジー推論し、推論結果に基づいて現在の制御目標値に必要増減量を勘案した新制御目標値に基づいて各調節系を制御する点にある。
【００２７】
焼却対象物である汚泥の性状等が変動する場合には、燃焼空気量や温度または汚泥の含水率を調整することが容易でない場合もある。そのような場合でも、酸素ガスセンサにより検知される排ガス中の酸素ガス濃度、亜酸化窒素ガスセンサにより検知される排ガス中の亜酸化窒素ガス濃度、及び温度センサにより検知される炉内温度と炉出口温度に基づいてファジー推論することによって、現在の燃焼状態が適正に評価でき、燃焼状態を好適に維持するために各調節系を介した各供給量の必要増減量が適正に算出できるようになり、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量を良好に抑制しながら汚泥を焼却処理することができるようになる。
【００２８】
本発明による汚泥焼却処理方法の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、有機性汚泥を焼却する汚泥焼却処理方法であって、汚泥を自燃処理する汚泥焼却炉と、前記汚泥焼却炉に汚泥を投入する汚泥投入機構と、前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を監視する監視機構とを備えた汚泥焼却処理システムに対して、前記監視機構により汚泥の燃焼状態を監視し、監視結果に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように燃焼状態を調整する点にある。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明した通り、本発明によれば、亜酸化窒素の発生量を低減するとともに、化石燃料による二酸化炭素の発生量も抑制可能な汚泥焼却処理システム、及び汚泥焼却処理方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による汚泥焼却処理システムの説明図
【図２】汚泥の含水率を調整する汚泥投入機構の説明図
【図３】亜酸化窒素ガスと炉内燃焼温度の関係を示す特性図
【図４】燃焼制御装置のブロック構成図
【図５】別実施形態を示す汚泥焼却処理システムの要部の説明図
【図６】別実施形態を示す汚泥焼却処理システムの要部の説明図
【図７】従来の汚泥焼却処理システムの説明図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、実施形態を説明する。汚水処理設備に本発明による汚泥焼却処理システムが併設されている。当該汚泥焼却処理システムは、例えば下水汚泥を生物処理する活性汚泥法や、生物処理して膜ろ過する膜分離活性汚泥法等の方式を採用した汚水処理設備に併設されるのが好適である。また、焼却対象となる汚泥は、下水汚泥に限るものではなく、食品工場等で発生した汚水を浄化処理して発生した汚泥等の高含水率の有機性の汚泥である。
【００３２】
図１に、汚泥焼却システムＡが示されている。汚泥焼却システムＡは、脱水ケーキ貯留サイロ１と、汚泥投入機構２と、流動床式の汚泥焼却炉３を備えている。汚泥焼却炉３の煙道に沿って廃熱ボイラ４と、ガス冷却塔５と、集塵装置６と、排煙処理塔７及び煙突８が配置されている。
【００３３】
さらに、廃熱ボイラ４で生成された蒸気が、流動ブロワから供給される流動用の一次燃焼空気を加熱する燃焼空気加熱器９、及び白煙防止ファンから供給される白煙防止空気を加熱する白煙防止空気加熱器１０が設けられ、流動床式の汚泥焼却炉３を燃焼制御する燃焼制御装置１１と、汚泥焼却炉３の燃焼状態をモニタする監視機構１２が設けられている。
【００３４】
廃熱ボイラ４では、汚泥焼却炉３で生じた約９００℃前後の排ガスと熱交換されて約１７０℃の蒸気が生成され、生成された蒸気が燃焼空気加熱器９や白煙防止空気加熱器１０に供給され、更に他の熱源として利用される。
【００３５】
図２は、図１に示した汚泥投入機構２の詳細が示されている。汚泥投入機構２は、汚泥乾燥機２１と、乾燥汚泥用の汚泥ホッパ２２と、汚泥用バグフィルタ２３と、洗浄冷却塔２４と、汚泥混合機２５等を備えている。
【００３６】
汚泥乾燥機２１は、ケーシングの上流側に備えた汚泥投入部から投入された脱水汚泥を、ケーシング下流側に備えた汚泥排出部に向けてケーシング内を搬送するスクリュー式搬送機構を備えている。スクリュー式搬送機構の軸部が空洞に形成され、廃熱ボイラ４から供給される蒸気が軸部に供給され、ケーシング内で搬送中の汚泥が間接的に加熱される。汚泥乾燥機２１で乾燥された汚泥は汚泥ホッパ２２に貯留される。
【００３７】
ケーシングの上流側及び下流側に一対の空気通流口が形成され、送風ブロワＢから送風された空気が上流側の空気通流口から供給されて、汚泥から蒸発した水分とともに下流側の空気通流口から汚泥用バグフィルタ２３に向けて排出される。汚泥用バグフィルタ２３で除塵された空気は、洗浄冷却塔２４で洗浄水によって洗浄された後に送風ブロワＢを介してケーシングに循環供給され、一部が二次燃焼空気として流動床式焼却炉３に供給される。
【００３８】
汚泥混合機２５は、汚泥ホッパ２２に貯留され、切り出し装置で搬送される乾燥汚泥と、脱水ケーキ貯留サイロ１からポンプＰで引き抜かれる脱水汚泥とを混合して、調湿した汚泥を汚泥投入部３１に供給する。
【００３９】
尚、汚泥乾燥機２１は、この様な構成に限らず、脱水汚泥を間接的に加熱する方式の構成であれば他の構成であってもよい。
【００４０】
汚泥乾燥機２１で含水率が２０〜４０％まで乾燥された汚泥と、含水率が約８０％の脱水汚泥とが汚泥混合機２３で混合されて、約６０〜７０％程度の含水率の汚泥に調湿される。つまり、汚泥混合機２５が汚泥の含水率調整機構となる。具体的に、汚泥混合機２５には、切り出し装置やポンプによる汚泥の搬送量を調整する機構が設けられているが、これに限らず汚泥の搬送経路にバルブ等を配置してその開度を調整することにより混合比を調整する機構等、適宜公知の機構を用いて構成することができる。
【００４１】
汚泥混合機２５に備えた汚泥の搬送量を調整する機構を制御することによって、汚泥の混合量を一定に保ちながら混合比を調整することができ、汚泥の混合比を一定に保ちながら炉への汚泥の投入量を調整することもできる。つまり、汚泥混合機２５は、含水率調整機構と投入量調整機構の双方の機能を備えている。
【００４２】
尚、含水率調整機構と投入量調整機構をそれぞれ異なる装置で実現してもよく、汚泥混合機２５に備えた汚泥の搬送量を調整する機構を制御することによって、汚泥の混合量を一定に保ちながら混合比を調整する含水率調整機構を備える場合には、混合された汚泥をバンカー等に蓄積し、そこから炉内に投入するスクリュー式の搬送機構等によって炉への汚泥の投入量を調整する投入量調整機構を備えてもよい。
【００４３】
流動床式焼却炉３には、炉床を構成する砂が充填され、流動ブロワＢから供給され、燃焼空気加熱器９で加熱された流動用空気によって砂が浮遊し、流動状態の炉床が形成される。また、炉の立ち上げ時には、燃料供給部３２から化石燃料及びバーナーファンから送風される燃焼空気が供給される。そして、炉床の上方空間であるフリーボードには、二次燃焼空気が供給され、炉内温度が異常に上昇したときに減温する炉内冷却水供給機構が設けられている。
【００４４】
汚泥投入部３１から炉内に投入された含水率６０〜７０％程度の汚泥は、流動床で有機性ガスに熱分解され、フリーボード部で約８５０℃より高い温度、具体的には、８５０℃〜９５０℃、好ましくは８７０℃〜９３０℃の高温で自燃される。
【００４５】
日本では、一般的な下水汚泥の固形物当りの発熱量が３０００〜５０００ｋｃａｌ／ｋｇ−ＤＳの間に分布し、一般的には４０００〜４５００ｋｃａｌ／ｋｇ−ＤＳ程度と比較的高く、含水量を調整することによって十分に炉内で自燃させることができる状況にある。
【００４６】
しかし、汚泥には、生物中のたんぱく質やアミノ酸由来の窒素成分が多く含まれており、地球の温暖化防止のために、これらに起因する亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生を抑制しながら汚泥焼却炉３を燃焼制御する必要がある。
【００４７】
そこで、燃焼制御装置１１によって、少なくとも８５０℃より高温で汚泥が自燃するように燃焼状態が調整される。８５０℃より高温で汚泥を燃焼させた場合に亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量が非常に低くなるためである。
【００４８】
具体的に、燃焼制御装置１１は、監視機構１２により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、含水率調整機構２３を制御して投入汚泥の含水率及び投入量を調整するように構成されている。
【００４９】
但し、汚泥の混合比率を一定に保ちながら汚泥の投入量を調整してもよいし、汚泥の投入量を一定に保ちながら汚泥の混合比率を調整してもよいし、汚泥の投入量と混合比をともに変化させてもよい。
【００５０】
つまり、汚泥投入機構に、投入汚泥の含水率を調整する含水率調整機構及び／または投入汚泥量を調整する投入量調整機構を備え、燃焼制御装置は、監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、含水率調整機構を制御して投入汚泥の含水率を調整及び／または投入量調整機構を制御して投入汚泥の投入量を調整するように構成されている。
【００５１】
尚、汚泥乾燥機２１による汚泥の乾燥の程度を調整することによって含水率を調整する場合には、汚泥乾燥機２１やその出口部等に汚泥が堆積して安定した運転が阻害されるという不都合があるので、汚泥混合機２３で乾燥汚泥と脱水汚泥を混合することにより安定した運転を可能にしている。
【００５２】
また、汚泥の含水率を通常の８０％よりも低く調整することにより、燃焼によって発生する水分ガスを抑制できるようになり、汚泥焼却炉３及び排ガス処理設備が小型化できるようになる。
【００５３】
汚泥焼却炉の煙道、好ましくは煙突８の近傍に設置され、排ガスに含まれる亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスの濃度を検知するガスセンサにより監視機構１２が構成され、燃焼制御装置１１は、ガスセンサにより検知される亜酸化窒素ガスの濃度を指標に汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を調整する。
【００５４】
炉内の燃焼温度と発生する亜酸化窒素ガスの濃度とに間には、図３に示すような相関関係が見られる。フリーボードの燃焼温度が８００℃程度のときには、８ｋｇ／ＤＳ−ｔの亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が発生するが、燃焼温度が８５０℃より高くなると、３ｋｇ／ＤＳ−ｔより少なくなり、９００℃程度では殆ど発生しないのである。
【００５５】
そこで、排ガスに含まれる亜酸化窒素ガスの濃度を検知するガスセンサの値に基づいて炉内温度が間接的に監視できるようになり、亜酸化窒素ガスの濃度が高くなると、炉内の燃焼温度が上昇するように汚泥の含水率を低く調整するのである。
【００５６】
また、汚泥焼却炉のフリーボードの温度を検知する温度センサにより監視機構１２を構成し、燃焼制御装置１１が、温度センサにより検知されるフリーボードでの燃焼温度を指標に汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を調整するように構成してもよい。
【００５７】
図３に示した相関関係に基づいて、温度センサにより検知されるフリーボードでの燃焼温度が９００℃程度になるように、汚泥の含水率を調整するのである。定性的には、燃焼温度が低下すれば汚泥の含水率を低く調整し、燃焼温度が上昇すれば汚泥の含水率を高く調整するのである。
【００５８】
何れの構成であってもフリーボードでの燃焼温度が８５０℃〜９５０℃の範囲に調整されることが好ましく、８７０℃〜９３０℃に調整されることがより好ましい。
【００５９】
また、監視機構１２により監視された汚泥の燃焼状態、つまり亜酸化窒素ガスの濃度またはフリーボードでの燃焼温度に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、燃焼制御装置１１が、燃焼空気供給機構を制御して供給空気量と供給空気温度の少なくとも一方を調整するように構成してもよい。
【００６０】
この場合の燃焼空気供給機構には、流動用空気としての一次燃焼空気、フリーボードに供給される二次燃焼空気の何れかまたは双方が含まれる。図２では、二次燃焼空気を加熱する機構が示されていないが、廃熱ボイラ４の蒸気を熱源に加熱するように構成すればよい。
【００６１】
何れの場合でも、燃焼制御装置１１による制御アルゴリズムとして、公知のＰＩＤ制御方式等を用いたフィードバック制御を採用することができる。
【００６２】
焼却対象物である汚泥の性状や炉内の燃焼状態等が様々な外的または内的要因で変動する場合には、燃焼空気量や温度または汚泥の含水率を調整することが容易でない場合もある。そのような場合には、酸素ガスセンサにより検知される排ガス中の酸素ガス濃度、亜酸化窒素ガスセンサにより検知される排ガス中の亜酸化窒素ガス濃度、及び温度センサにより検知される炉内温度と炉出口温度に基づいてファジー推論することによって、現在の燃焼状態が適正に評価でき、燃焼状態を好適に維持するために各調節系を介した各供給量の必要増減量が適正に算出できるようになり、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量を良好に抑制しながら汚泥を焼却処理することができるようになる。
【００６３】
図４には、このような場合の燃焼制御装置１１の機能ブロック構成図が示されている。汚泥焼却炉３には、上述したように、燃焼空気を供給する燃焼空気供給機構と、乾燥汚泥と脱水汚泥を混合して炉内に投入する汚泥投入機構と、及び炉内冷却水を供給する炉冷却水供給機構の各調節系が設けられている。
【００６４】
燃焼制御装置１１は、酸素ガスセンサにより検知される排ガス中の酸素ガス濃度、亜酸化窒素ガスセンサにより検知される排ガス中の亜酸化窒素ガス濃度、及び温度センサにより検知される炉内温度と炉出口温と、ファジールール記憶部に記憶されたファジールールに基づいてファジー推論する。ファジー推論によって現在の燃焼状態が評価され、燃焼状態を好適に維持するために各調節系を介した各供給量の必要増減量が算出される。
【００６５】
当該推論結果に基づいて現在の制御目標値に必要増減量を勘案した新制御目標値を制御目標値記憶部に記憶され、それらの値が、燃焼空気供給機構、汚泥投入機構、炉冷却水供給機構を制御するＰＩＤ制御部の制御目標値に設定される。各ＰＩＤ制御部は、制御対象が制御目標値になるようにＰＩＤ制御する。尚、ＰＩＤ制御部の具体的な構成は時に明示しないが、比例制御、微分制御、積分制御の何れか一つまたはそれらの組み合わせで構成されている。
【００６６】
以下、別実施形態を説明する。本発明が適用される流動床式の汚泥焼却炉は、気泡流動床炉のみならず、循環流動床炉にも適用可能である。
【００６７】
燃焼制御装置１１が、汚泥の含水率または燃焼空気温度や量を調整する場合に、８５０℃より高い温度で自燃するように制御できない場合には、一時的に燃料供給部３２から化石燃料を供給するように制御してもよい。
【００６８】
図１，２では、廃熱ボイラ４で生成された蒸気によって、流動ブロワから供給される流動用の一次燃焼空気を加熱する燃焼空気加熱器９を説明したが、このような燃焼空気加熱器９に代えて、図５に示すように、汚泥焼却炉３の排ガスの保有熱によって、流動ブロワから供給される流動用の一次燃焼空気を加熱すれる燃焼空気加熱器９０を備えてもよい。
【００６９】
図６に示すように、汚泥焼却炉３の煙道に循環ガス予熱器１９を備え、循環ガス予熱器１９で生成された乾燥用ガスを乾燥用の熱源として汚泥乾燥機構２の汚泥乾燥機２１に供給する熱風供給路を備えてもよい。尚、図６中の符号９で示される装置は流動用空気予熱器であり、流動ブロワから供給された流動用空気が汚泥焼却炉で生じた高温の排ガスと熱交換して加熱される。
【００７０】
この場合は、蒸気に代えて、汚泥焼却炉の煙道に備えた循環ガス予熱器で予熱された高温の空気が乾燥用ガスとして、熱風供給路を介して汚泥乾燥機構に供給される。汚泥焼却炉から排気される高温の排ガスを利用して脱水汚泥を乾燥させる点では蒸気と同じである。
【００７１】
上述した実施形態では、脱水汚泥を前記汚泥焼却炉の廃熱で乾燥させる汚泥乾燥機構と、前記汚泥乾燥機構により乾燥された乾燥汚泥と脱水汚泥を混合する混合機構を備えた含水率調整機構を説明したが、含水率調整機構を汚泥脱水機で構成してもよい。この場合、脱水機による脱水度合いの調整制御によって含水率を調整することも可能である。
【００７２】
さらに、含水率調整機構を脱水汚泥を前記汚泥焼却炉の廃熱で乾燥させる汚泥乾燥機構のみで構成し、汚泥乾燥機構による乾燥度合いの調整制御によって含水率を調整することも可能である。
【００７３】
上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、当該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７４】
Ａ：汚泥焼却システム
１：脱水ケーキ貯留サイロ
２：汚泥投入機構
３：流動床式焼却炉
４：廃熱ボイラ
５：ガス冷却塔
６：集塵装置
７：排煙処理塔
８：煙突
９：燃焼空気加熱器
１０：白煙防止空気加熱器
１１:燃焼制御装置
１２：監視機構
２１：汚泥乾燥機
２２：汚泥ホッパ
２３：汚泥用バグフィルタ
２４：洗浄冷却塔
２５：汚泥混合機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥焼却処理システム、及び汚泥焼却処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すように、汚水処理設備で発生した汚泥は、スクリュープレス方式等の脱水機で脱水処理され、脱水ケーキ貯留サイロ１Ａに貯留された後に、流動床式の焼却炉に投入されて焼却されている。焼却炉２Ａで生じた排ガスを処理するために、焼却炉２Ａの煙道に沿って燃焼用空気予熱器３Ａ、白煙防止用空気予熱器４Ａが配設され、これらによって燃焼排ガスの保有熱が回収される。さらに、下流側にガス冷却等５Ａ、集塵機６Ａが配置され、集塵機６Ａで除塵された排ガスが、排煙処理塔７Ａでアルカリ処理されてＳＯｘやＨＣｌが除去され、白煙防止用の空気で加熱された後に煙突８Ａから排気される。
【０００３】
このような有機性汚泥には窒素成分が含まれており、燃焼により亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が生成され、排ガスとともに大気開放される。亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）は、地球温暖化ガスとして知られている二酸化炭素（ＣＯ２）の約３００倍の温暖化効果をもたらすことが知られており、その削減が大きな課題となっている。
【０００４】
汚泥焼却炉として用いられる流動床式の焼却炉では、フリーボードでの燃焼温度を９００℃前後の高温に維持することによって亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量が大きく低減することも知られている。
【０００５】
特許文献１には、燃焼ガス中の亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）濃度に基づいて、燃焼空気量、補助燃料供給量等を制御する汚泥焼却炉の制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７４６７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示された技術では炉内を高温に調整するために、化石燃料である補助燃料の供給量が増して二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量が増すという問題があった。
【０００８】
そこで、焼却炉の流動床部に供給される空気量を低減して亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量を減らし、フリーボード空間下部で二次空気により高温燃焼させて亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の分解を促進し、フリーボード空間上部で完全燃焼を達成する多層燃焼流動床炉が提案されているが、化石燃料による二酸化炭素（ＣＯ２）が発生するという点で状況が大きく変わるものではなかった。
【０００９】
更に、炉内を加圧した状態で高温燃焼させることにより、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量を減らす過給式の気泡流動床炉も提案されているが、この方式も化石燃料による二酸化炭素（ＣＯ２）が発生するという点で従来と同様の問題があった。尚、汚泥自体はバイオマスであり、その燃焼により発生する二酸化炭素（ＣＯ２）は、温暖化ガスの規制対象ではない。
【００１０】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、亜酸化窒素の発生量を低減するとともに、化石燃料の燃焼による二酸化炭素の発生量も抑制可能な汚泥焼却処理システム、及び汚泥焼却処理方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本発明による汚泥焼却処理システムの第一特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、有機性汚泥を焼却する汚泥焼却処理システムであって、汚泥を自燃処理する汚泥焼却炉と、前記汚泥焼却炉に汚泥を投入する汚泥投入機構と、前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を監視する監視機構と、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、燃焼状態を調整する燃焼制御装置を備えている点にある。
【００１２】
上述の構成によれば、燃焼制御装置が、監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、汚泥焼却炉の燃焼状態を調整するため、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量が大きく減少すると同時に、汚泥を自燃させて化石燃料を使用しないため、温暖化ガスとなる二酸化炭素の発生量を減らすことができる。
【００１３】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記汚泥投入機構に、投入汚泥の含水率を調整する含水率調整機構及び／または投入汚泥量を調整する投入量調整機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、前記含水率調整機構を制御して投入汚泥の含水率を調整及び／または前記投入量調整機構を制御して投入汚泥の投入量を調整する点にある。
【００１４】
燃焼制御装置が、監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、投入汚泥の含水率を調整する含水率調整機構を制御し、及び／または、汚泥の投入量を調整する投入量調整機構を制御することにより、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように調整する。例えば、燃焼状態が悪化すると投入汚泥の含水率が低くなるように調整し、或は汚泥の投入量を増加するのである。
【００１５】
例えば、燃焼温度が低下すると、含水率調整機構により汚泥の含水率を低く調整することにより水の加熱に要する熱量を減少させて燃焼温度を上昇させることができ、燃焼温度が異常に上昇すると、含水率調整機構により汚泥の含水率を高く調整することにより水の加熱に要する熱量を増加させて燃焼温度を適正温度に低下させることができる。また、燃料としての汚泥の投入量が減少して燃焼温度が低下すると、投入量調整機構により汚泥の投入量を増加することで燃焼温度を上昇させ、燃焼温度が異常に上昇すると、投入量調整機構により汚泥の投入量を減少させることで燃焼温度を適正温度に低下させることができる。さらに、汚泥の含水率と投入量の双方を調整してもよい。つまり、汚泥の混合比率を一定に保ちながら汚泥の投入量を調整してもよいし、汚泥の投入量を一定に保ちながら汚泥の混合比率を調整してもよいし、汚泥の投入量と混合比をともに変化させてもよい。
【００１６】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記含水率調整機構は、脱水汚泥を前記汚泥焼却炉の廃熱で乾燥させる汚泥乾燥機構と、前記汚泥乾燥機構により乾燥された乾燥汚泥と脱水汚泥を混合する混合機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記混合機構による乾燥汚泥と脱水汚泥の混合率及び／または前記混合機構による混合汚泥の投入量を調整する点にある。
【００１７】
含水率調整機構が、脱水汚泥を汚泥焼却炉の廃熱で乾燥させる汚泥乾燥機構と、汚泥乾燥機構により乾燥された乾燥汚泥と脱水汚泥を混合する混合機構を備える場合には、燃焼制御装置が、混合機構による乾燥汚泥と脱水汚泥の混合率を調整するように含水率調整機構を制御すればよい。例えば、燃焼状態が悪化すると乾燥汚泥が脱水汚泥よりも多くなるように混合比率を調整するのである。このとき、混合機構への乾燥汚泥と脱水汚泥の混合量を調整することで、炉に投入する汚泥の投入量も同時に調整することもできる。
【００１８】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記汚泥焼却炉の煙道に廃熱ボイラを備え、前記廃熱ボイラで生成された蒸気を乾燥用の熱源として前記汚泥乾燥機構に供給する蒸気供給路を備えている点にある。
【００１９】
汚泥焼却炉の煙道に廃熱ボイラを備える場合には、廃熱ボイラで生成された蒸気を蒸気供給路を介して汚泥乾燥機構に供給することによって、汚泥を乾燥させるための別途の化石燃料を用いる熱源が不用となり、温暖化ガスとなる二酸化炭素の発生を回避することができる。尚、蒸気と熱交換した油を汚泥乾燥機構に供給することによって、汚泥を乾燥させてもよい。
【００２０】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記汚泥焼却炉の煙道に循環ガス予熱器を備え、前記循環ガス予熱器で生成された乾燥用ガスを乾燥用の熱源として前記汚泥乾燥機構に供給する熱風供給路を備えている点にある。
【００２１】
この場合は、汚泥焼却炉の煙道に備えた循環ガス予熱器で予熱された乾燥用ガスが、熱風供給路を介して汚泥乾燥機構に供給される熱源となる。汚泥焼却炉から排気される高温の排ガスを利用して脱水汚泥を乾燥させる点では、第四の特徴構成と同じである。
【００２２】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記汚泥焼却炉に燃焼空気を供給する空気供給機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、前記空気供給機構を制御して供給空気量と供給空気温度の少なくとも一方を調整する点にある。
【００２３】
燃焼制御装置が、汚泥の燃焼状態に基づいて、供給空気量と供給空気温度の少なくとも一方を調整するように空気供給機構を制御することにより、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように調整する。例えば、燃焼状態が悪化すると供給空気温度を上昇させ、燃え過ぎの場合は温度を降下させて供給空気量を増減するのである。
【００２４】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記監視機構は、前記汚泥焼却炉の煙道に設置され排ガスに含まれる亜酸化窒素ガスの濃度を検知するガスセンサで構成され、前記燃焼制御装置は、前記ガスセンサにより検知される亜酸化窒素ガスの濃度を指標に前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を調整する点にある。
【００２５】
炉内の燃焼温度と発生する亜酸化窒素ガスの濃度とに間には、所定の相関関係が見られる。そこで、排ガスに含まれる亜酸化窒素ガスの濃度を検知するガスセンサの値に基づいて炉内温度が間接的に監視できるようになり、発生量を減少させたい対象ガス濃度を直接監視しながら炉内の燃焼状態を制御できるようになる。
【００２６】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記汚泥焼却炉に、燃焼空気を供給する燃焼空気供給機構、乾燥汚泥と脱水汚泥を混合して炉内に投入する汚泥投入機構、及び炉内冷却水を供給する炉冷却水供給機構の各調節系を備え、前記燃焼制御装置は、酸素ガスセンサにより検知される排ガス中の酸素ガス濃度、亜酸化窒素ガスセンサにより検知される排ガス中の亜酸化窒素ガス濃度、及び温度センサにより検知される炉内温度と炉出口温度に基づいて、現在の燃焼状態を評価するとともに、燃焼状態を好適に維持するために各調節系を介した各供給量の必要増減量をファジー推論し、推論結果に基づいて現在の制御目標値に必要増減量を勘案した新制御目標値に基づいて各調節系を制御する点にある。
【００２７】
焼却対象物である汚泥の性状等が変動する場合には、燃焼空気量や温度または汚泥の含水率を調整することが容易でない場合もある。そのような場合でも、酸素ガスセンサにより検知される排ガス中の酸素ガス濃度、亜酸化窒素ガスセンサにより検知される排ガス中の亜酸化窒素ガス濃度、及び温度センサにより検知される炉内温度と炉出口温度に基づいてファジー推論することによって、現在の燃焼状態が適正に評価でき、燃焼状態を好適に維持するために各調節系を介した各供給量の必要増減量が適正に算出できるようになり、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量を良好に抑制しながら汚泥を焼却処理することができるようになる。
【００２８】
本発明による汚泥焼却処理方法の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、有機性汚泥を焼却する汚泥焼却処理方法であって、汚泥を自燃処理する汚泥焼却炉と、前記汚泥焼却炉に汚泥を投入する汚泥投入機構と、前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を監視する監視機構とを備えた汚泥焼却処理システムに対して、前記監視機構により汚泥の燃焼状態を監視し、監視結果に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように燃焼状態を調整する点にある。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明した通り、本発明によれば、亜酸化窒素の発生量を低減するとともに、化石燃料による二酸化炭素の発生量も抑制可能な汚泥焼却処理システム、及び汚泥焼却処理方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による汚泥焼却処理システムの説明図
【図２】汚泥の含水率を調整する汚泥投入機構の説明図
【図３】亜酸化窒素ガスと炉内燃焼温度の関係を示す特性図
【図４】燃焼制御装置のブロック構成図
【図５】別実施形態を示す汚泥焼却処理システムの要部の説明図
【図６】別実施形態を示す汚泥焼却処理システムの要部の説明図
【図７】従来の汚泥焼却処理システムの説明図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、実施形態を説明する。汚水処理設備に本発明による汚泥焼却処理システムが併設されている。当該汚泥焼却処理システムは、例えば下水汚泥を生物処理する活性汚泥法や、生物処理して膜ろ過する膜分離活性汚泥法等の方式を採用した汚水処理設備に併設されるのが好適である。また、焼却対象となる汚泥は、下水汚泥に限るものではなく、食品工場等で発生した汚水を浄化処理して発生した汚泥等の高含水率の有機性の汚泥である。
【００３２】
図１に、汚泥焼却システムＡが示されている。汚泥焼却システムＡは、脱水ケーキ貯留サイロ１と、汚泥投入機構２と、流動床式の汚泥焼却炉３を備えている。汚泥焼却炉３の煙道に沿って廃熱ボイラ４と、ガス冷却塔５と、集塵装置６と、排煙処理塔７及び煙突８が配置されている。
【００３３】
さらに、廃熱ボイラ４で生成された蒸気が、流動ブロワから供給される流動用の一次燃焼空気を加熱する燃焼空気加熱器９、及び白煙防止ファンから供給される白煙防止空気を加熱する白煙防止空気加熱器１０が設けられ、流動床式の汚泥焼却炉３を燃焼制御する燃焼制御装置１１と、汚泥焼却炉３の燃焼状態をモニタする監視機構１２が設けられている。
【００３４】
廃熱ボイラ４では、汚泥焼却炉３で生じた約９００℃前後の排ガスと熱交換されて約１７０℃の蒸気が生成され、生成された蒸気が燃焼空気加熱器９や白煙防止空気加熱器１０に供給され、更に他の熱源として利用される。
【００３５】
図２は、図１に示した汚泥投入機構２の詳細が示されている。汚泥投入機構２は、汚泥乾燥機２１と、乾燥汚泥用の汚泥ホッパ２２と、汚泥用バグフィルタ２３と、洗浄冷却塔２４と、汚泥混合機２５等を備えている。
【００３６】
汚泥乾燥機２１は、ケーシングの上流側に備えた汚泥投入部から投入された脱水汚泥を、ケーシング下流側に備えた汚泥排出部に向けてケーシング内を搬送するスクリュー式搬送機構を備えている。スクリュー式搬送機構の軸部が空洞に形成され、廃熱ボイラ４から供給される蒸気が軸部に供給され、ケーシング内で搬送中の汚泥が間接的に加熱される。汚泥乾燥機２１で乾燥された汚泥は汚泥ホッパ２２に貯留される。
【００３７】
ケーシングの上流側及び下流側に一対の空気通流口が形成され、送風ブロワＢから送風された空気が上流側の空気通流口から供給されて、汚泥から蒸発した水分とともに下流側の空気通流口から汚泥用バグフィルタ２３に向けて排出される。汚泥用バグフィルタ２３で除塵された空気は、洗浄冷却塔２４で洗浄水によって洗浄された後に送風ブロワＢを介してケーシングに循環供給され、一部が二次燃焼空気として流動床式焼却炉３に供給される。
【００３８】
汚泥混合機２５は、汚泥ホッパ２２に貯留され、切り出し装置で搬送される乾燥汚泥と、脱水ケーキ貯留サイロ１からポンプＰで引き抜かれる脱水汚泥とを混合して、調湿した汚泥を汚泥投入部３１に供給する。
【００３９】
尚、汚泥乾燥機２１は、この様な構成に限らず、脱水汚泥を間接的に加熱する方式の構成であれば他の構成であってもよい。
【００４０】
汚泥乾燥機２１で含水率が２０〜４０％まで乾燥された汚泥と、含水率が約８０％の脱水汚泥とが汚泥混合機２３で混合されて、約６０〜７０％程度の含水率の汚泥に調湿される。つまり、汚泥混合機２５が汚泥の含水率調整機構となる。具体的に、汚泥混合機２５には、切り出し装置やポンプによる汚泥の搬送量を調整する機構が設けられているが、これに限らず汚泥の搬送経路にバルブ等を配置してその開度を調整することにより混合比を調整する機構等、適宜公知の機構を用いて構成することができる。
【００４１】
汚泥混合機２５に備えた汚泥の搬送量を調整する機構を制御することによって、汚泥の混合量を一定に保ちながら混合比を調整することができ、汚泥の混合比を一定に保ちながら炉への汚泥の投入量を調整することもできる。つまり、汚泥混合機２５は、含水率調整機構と投入量調整機構の双方の機能を備えている。
【００４２】
尚、含水率調整機構と投入量調整機構をそれぞれ異なる装置で実現してもよく、汚泥混合機２５に備えた汚泥の搬送量を調整する機構を制御することによって、汚泥の混合量を一定に保ちながら混合比を調整する含水率調整機構を備える場合には、混合された汚泥をバンカー等に蓄積し、そこから炉内に投入するスクリュー式の搬送機構等によって炉への汚泥の投入量を調整する投入量調整機構を備えてもよい。
【００４３】
流動床式焼却炉３には、炉床を構成する砂が充填され、流動ブロワＢから供給され、燃焼空気加熱器９で加熱された流動用空気によって砂が浮遊し、流動状態の炉床が形成される。また、炉の立ち上げ時には、燃料供給部３２から化石燃料及びバーナーファンから送風される燃焼空気が供給される。そして、炉床の上方空間であるフリーボードには、二次燃焼空気が供給され、炉内温度が異常に上昇したときに減温する炉内冷却水供給機構が設けられている。
【００４４】
汚泥投入部３１から炉内に投入された含水率６０〜７０％程度の汚泥は、流動床で有機性ガスに熱分解され、フリーボード部で約８５０℃より高い温度、具体的には、８５０℃〜９５０℃、好ましくは８７０℃〜９３０℃の高温で自燃される。
【００４５】
日本では、一般的な下水汚泥の固形物当りの発熱量が３０００〜５０００ｋｃａｌ／ｋｇ−ＤＳの間に分布し、一般的には４０００〜４５００ｋｃａｌ／ｋｇ−ＤＳ程度と比較的高く、含水量を調整することによって十分に炉内で自燃させることができる状況にある。
【００４６】
しかし、汚泥には、生物中のたんぱく質やアミノ酸由来の窒素成分が多く含まれており、地球の温暖化防止のために、これらに起因する亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生を抑制しながら汚泥焼却炉３を燃焼制御する必要がある。
【００４７】
そこで、燃焼制御装置１１によって、少なくとも８５０℃より高温で汚泥が自燃するように燃焼状態が調整される。８５０℃より高温で汚泥を燃焼させた場合に亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量が非常に低くなるためである。
【００４８】
具体的に、燃焼制御装置１１は、監視機構１２により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、含水率調整機構２３を制御して投入汚泥の含水率及び投入量を調整するように構成されている。
【００４９】
但し、汚泥の混合比率を一定に保ちながら汚泥の投入量を調整してもよいし、汚泥の投入量を一定に保ちながら汚泥の混合比率を調整してもよいし、汚泥の投入量と混合比をともに変化させてもよい。
【００５０】
つまり、汚泥投入機構に、投入汚泥の含水率を調整する含水率調整機構及び／または投入汚泥量を調整する投入量調整機構を備え、燃焼制御装置は、監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、含水率調整機構を制御して投入汚泥の含水率を調整及び／または投入量調整機構を制御して投入汚泥の投入量を調整するように構成されている。
【００５１】
尚、汚泥乾燥機２１による汚泥の乾燥の程度を調整することによって含水率を調整する場合には、汚泥乾燥機２１やその出口部等に汚泥が堆積して安定した運転が阻害されるという不都合があるので、汚泥混合機２３で乾燥汚泥と脱水汚泥を混合することにより安定した運転を可能にしている。
【００５２】
また、汚泥の含水率を通常の８０％よりも低く調整することにより、燃焼によって発生する水分ガスを抑制できるようになり、汚泥焼却炉３及び排ガス処理設備が小型化できるようになる。
【００５３】
汚泥焼却炉の煙道、好ましくは煙突８の近傍に設置され、排ガスに含まれる亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスの濃度を検知するガスセンサにより監視機構１２が構成され、燃焼制御装置１１は、ガスセンサにより検知される亜酸化窒素ガスの濃度を指標に汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を調整する。
【００５４】
炉内の燃焼温度と発生する亜酸化窒素ガスの濃度とに間には、図３に示すような相関関係が見られる。フリーボードの燃焼温度が８００℃程度のときには、８ｋｇ／ＤＳ−ｔの亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が発生するが、燃焼温度が８５０℃より高くなると、３ｋｇ／ＤＳ−ｔより少なくなり、９００℃程度では殆ど発生しないのである。
【００５５】
そこで、排ガスに含まれる亜酸化窒素ガスの濃度を検知するガスセンサの値に基づいて炉内温度が間接的に監視できるようになり、亜酸化窒素ガスの濃度が高くなると、炉内の燃焼温度が上昇するように汚泥の含水率を低く調整するのである。
【００５６】
また、汚泥焼却炉のフリーボードの温度を検知する温度センサにより監視機構１２を構成し、燃焼制御装置１１が、温度センサにより検知されるフリーボードでの燃焼温度を指標に汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を調整するように構成してもよい。
【００５７】
図３に示した相関関係に基づいて、温度センサにより検知されるフリーボードでの燃焼温度が９００℃程度になるように、汚泥の含水率を調整するのである。定性的には、燃焼温度が低下すれば汚泥の含水率を低く調整し、燃焼温度が上昇すれば汚泥の含水率を高く調整するのである。
【００５８】
何れの構成であってもフリーボードでの燃焼温度が８５０℃〜９５０℃の範囲に調整されることが好ましく、８７０℃〜９３０℃に調整されることがより好ましい。
【００５９】
また、監視機構１２により監視された汚泥の燃焼状態、つまり亜酸化窒素ガスの濃度またはフリーボードでの燃焼温度に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、燃焼制御装置１１が、燃焼空気供給機構を制御して供給空気量と供給空気温度の少なくとも一方を調整するように構成してもよい。
【００６０】
この場合の燃焼空気供給機構には、流動用空気としての一次燃焼空気、フリーボードに供給される二次燃焼空気の何れかまたは双方が含まれる。図２では、二次燃焼空気を加熱する機構が示されていないが、廃熱ボイラ４の蒸気を熱源に加熱するように構成すればよい。
【００６１】
何れの場合でも、燃焼制御装置１１による制御アルゴリズムとして、公知のＰＩＤ制御方式等を用いたフィードバック制御を採用することができる。
【００６２】
焼却対象物である汚泥の性状や炉内の燃焼状態等が様々な外的または内的要因で変動する場合には、燃焼空気量や温度または汚泥の含水率を調整することが容易でない場合もある。そのような場合には、酸素ガスセンサにより検知される排ガス中の酸素ガス濃度、亜酸化窒素ガスセンサにより検知される排ガス中の亜酸化窒素ガス濃度、及び温度センサにより検知される炉内温度と炉出口温度に基づいてファジー推論することによって、現在の燃焼状態が適正に評価でき、燃焼状態を好適に維持するために各調節系を介した各供給量の必要増減量が適正に算出できるようになり、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の発生量を良好に抑制しながら汚泥を焼却処理することができるようになる。
【００６３】
図４には、このような場合の燃焼制御装置１１の機能ブロック構成図が示されている。汚泥焼却炉３には、上述したように、燃焼空気を供給する燃焼空気供給機構と、乾燥汚泥と脱水汚泥を混合して炉内に投入する汚泥投入機構と、及び炉内冷却水を供給する炉冷却水供給機構の各調節系が設けられている。
【００６４】
燃焼制御装置１１は、酸素ガスセンサにより検知される排ガス中の酸素ガス濃度、亜酸化窒素ガスセンサにより検知される排ガス中の亜酸化窒素ガス濃度、及び温度センサにより検知される炉内温度と炉出口温と、ファジールール記憶部に記憶されたファジールールに基づいてファジー推論する。ファジー推論によって現在の燃焼状態が評価され、燃焼状態を好適に維持するために各調節系を介した各供給量の必要増減量が算出される。
【００６５】
当該推論結果に基づいて現在の制御目標値に必要増減量を勘案した新制御目標値を制御目標値記憶部に記憶され、それらの値が、燃焼空気供給機構、汚泥投入機構、炉冷却水供給機構を制御するＰＩＤ制御部の制御目標値に設定される。各ＰＩＤ制御部は、制御対象が制御目標値になるようにＰＩＤ制御する。尚、ＰＩＤ制御部の具体的な構成は時に明示しないが、比例制御、微分制御、積分制御の何れか一つまたはそれらの組み合わせで構成されている。
【００６６】
以下、別実施形態を説明する。本発明が適用される流動床式の汚泥焼却炉は、気泡流動床炉のみならず、循環流動床炉にも適用可能である。
【００６７】
燃焼制御装置１１が、汚泥の含水率または燃焼空気温度や量を調整する場合に、８５０℃より高い温度で自燃するように制御できない場合には、一時的に燃料供給部３２から化石燃料を供給するように制御してもよい。
【００６８】
図１，２では、廃熱ボイラ４で生成された蒸気によって、流動ブロワから供給される流動用の一次燃焼空気を加熱する燃焼空気加熱器９を説明したが、このような燃焼空気加熱器９に代えて、図５に示すように、汚泥焼却炉３の排ガスの保有熱によって、流動ブロワから供給される流動用の一次燃焼空気を加熱すれる燃焼空気加熱器９０を備えてもよい。
【００６９】
図６に示すように、汚泥焼却炉３の煙道に循環ガス予熱器１９を備え、循環ガス予熱器１９で生成された乾燥用ガスを乾燥用の熱源として汚泥乾燥機構２の汚泥乾燥機２１に供給する熱風供給路を備えてもよい。尚、図６中の符号９で示される装置は流動用空気予熱器であり、流動ブロワから供給された流動用空気が汚泥焼却炉で生じた高温の排ガスと熱交換して加熱される。
【００７０】
この場合は、蒸気に代えて、汚泥焼却炉の煙道に備えた循環ガス予熱器で予熱された高温の空気が乾燥用ガスとして、熱風供給路を介して汚泥乾燥機構に供給される。汚泥焼却炉から排気される高温の排ガスを利用して脱水汚泥を乾燥させる点では蒸気と同じである。
【００７１】
上述した実施形態では、脱水汚泥を前記汚泥焼却炉の廃熱で乾燥させる汚泥乾燥機構と、前記汚泥乾燥機構により乾燥された乾燥汚泥と脱水汚泥を混合する混合機構を備えた含水率調整機構を説明したが、含水率調整機構を汚泥脱水機で構成してもよい。この場合、脱水機による脱水度合いの調整制御によって含水率を調整することも可能である。
【００７２】
さらに、含水率調整機構を脱水汚泥を前記汚泥焼却炉の廃熱で乾燥させる汚泥乾燥機構のみで構成し、汚泥乾燥機構による乾燥度合いの調整制御によって含水率を調整することも可能である。
【００７３】
上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、当該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７４】
Ａ：汚泥焼却システム
１：脱水ケーキ貯留サイロ
２：汚泥投入機構
３：流動床式焼却炉
４：廃熱ボイラ
５：ガス冷却塔
６：集塵装置
７：排煙処理塔
８：煙突
９：燃焼空気加熱器
１０：白煙防止空気加熱器
１１:燃焼制御装置
１２：監視機構
２１：汚泥乾燥機
２２：汚泥ホッパ
２３：汚泥用バグフィルタ
２４：洗浄冷却塔
２５：汚泥混合機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚泥を焼却する汚泥焼却処理システムであって、
汚泥を自燃処理する汚泥焼却炉と、前記汚泥焼却炉に汚泥を投入する汚泥投入機構と、前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を監視する監視機構と、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、燃焼状態を調整する燃焼制御装置を備えている汚泥焼却処理システム。
【請求項２】
前記汚泥投入機構に、投入汚泥の含水率を調整する含水率調整機構及び／または投入汚泥量を調整する投入量調整機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、前記含水率調整機構を制御して投入汚泥の含水率を調整及び／または前記投入量調整機構を制御して投入汚泥の投入量を調整する請求項１記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項３】
前記含水率調整機構は、脱水汚泥を前記汚泥焼却炉の廃熱で乾燥させる汚泥乾燥機構と、前記汚泥乾燥機構により乾燥された乾燥汚泥と脱水汚泥を混合する混合機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記混合機構による乾燥汚泥と脱水汚泥の混合率及び／または前記混合機構による混合汚泥の投入量を調整する請求項２記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項４】
前記汚泥焼却炉の煙道に廃熱ボイラを備え、前記廃熱ボイラで生成された蒸気を乾燥用の熱源として前記汚泥乾燥機構に供給する蒸気供給路を備えている請求項３記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項５】
前記汚泥焼却炉の煙道に循環ガス予熱器を備え、前記循環ガス予熱器で生成された乾燥用ガスを乾燥用の熱源として前記汚泥乾燥機構に供給する熱風供給路を備えている請求項３記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項６】
前記汚泥焼却炉に燃焼空気を供給する空気供給機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、前記空気供給機構を制御して供給空気量と供給空気温度の少なくとも一方を調整する請求項１から５の何れかに記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項７】
前記監視機構は、前記汚泥焼却炉の煙道に設置され排ガスに含まれる亜酸化窒素ガスの濃度を検知するガスセンサで構成され、前記燃焼制御装置は、前記ガスセンサにより検知される亜酸化窒素ガスの濃度を指標に前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を調整する請求項１から６の何れかに記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項８】
前記汚泥焼却炉に、燃焼空気を供給する燃焼空気供給機構、乾燥汚泥と脱水汚泥を混合して炉内に投入する汚泥投入機構、及び炉内冷却水を供給する炉冷却水供給機構の各調節系を備え、
前記燃焼制御装置は、酸素ガスセンサにより検知される排ガス中の酸素ガス濃度、亜酸化窒素ガスセンサにより検知される排ガス中の亜酸化窒素ガス濃度、及び温度センサにより検知される炉内温度と炉出口温度に基づいて、現在の燃焼状態を評価するとともに、燃焼状態を好適に維持するために各調節系を介した各供給量の必要増減量をファジー推論し、推論結果に基づいて現在の制御目標値に必要増減量を勘案した新制御目標値に基づいて各調節系を制御する請求項１記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項９】
有機性汚泥を焼却する汚泥焼却処理方法であって、
汚泥を自燃処理する汚泥焼却炉と、前記汚泥焼却炉に汚泥を投入する汚泥投入機構と、前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を監視する監視機構とを備えた汚泥焼却処理システムに対して、前記監視機構により汚泥の燃焼状態を監視し、監視結果に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように燃焼状態を調整する汚泥焼却処理方法。
【請求項１】
有機性汚泥を焼却する汚泥焼却処理システムであって、
汚泥を自燃処理する汚泥焼却炉と、前記汚泥焼却炉に汚泥を投入する汚泥投入機構と、前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を監視する監視機構と、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、燃焼状態を調整する燃焼制御装置を備えている汚泥焼却処理システム。
【請求項２】
前記汚泥投入機構に、投入汚泥の含水率を調整する含水率調整機構及び／または投入汚泥量を調整する投入量調整機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、前記含水率調整機構を制御して投入汚泥の含水率を調整及び／または前記投入量調整機構を制御して投入汚泥の投入量を調整する請求項１記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項３】
前記含水率調整機構は、脱水汚泥を前記汚泥焼却炉の廃熱で乾燥させる汚泥乾燥機構と、前記汚泥乾燥機構により乾燥された乾燥汚泥と脱水汚泥を混合する混合機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記混合機構による乾燥汚泥と脱水汚泥の混合率及び／または前記混合機構による混合汚泥の投入量を調整する請求項２記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項４】
前記汚泥焼却炉の煙道に廃熱ボイラを備え、前記廃熱ボイラで生成された蒸気を乾燥用の熱源として前記汚泥乾燥機構に供給する蒸気供給路を備えている請求項３記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項５】
前記汚泥焼却炉の煙道に循環ガス予熱器を備え、前記循環ガス予熱器で生成された乾燥用ガスを乾燥用の熱源として前記汚泥乾燥機構に供給する熱風供給路を備えている請求項３記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項６】
前記汚泥焼却炉に燃焼空気を供給する空気供給機構を備え、前記燃焼制御装置は、前記監視機構により監視された汚泥の燃焼状態に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように、前記空気供給機構を制御して供給空気量と供給空気温度の少なくとも一方を調整する請求項１から５の何れかに記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項７】
前記監視機構は、前記汚泥焼却炉の煙道に設置され排ガスに含まれる亜酸化窒素ガスの濃度を検知するガスセンサで構成され、前記燃焼制御装置は、前記ガスセンサにより検知される亜酸化窒素ガスの濃度を指標に前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を調整する請求項１から６の何れかに記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項８】
前記汚泥焼却炉に、燃焼空気を供給する燃焼空気供給機構、乾燥汚泥と脱水汚泥を混合して炉内に投入する汚泥投入機構、及び炉内冷却水を供給する炉冷却水供給機構の各調節系を備え、
前記燃焼制御装置は、酸素ガスセンサにより検知される排ガス中の酸素ガス濃度、亜酸化窒素ガスセンサにより検知される排ガス中の亜酸化窒素ガス濃度、及び温度センサにより検知される炉内温度と炉出口温度に基づいて、現在の燃焼状態を評価するとともに、燃焼状態を好適に維持するために各調節系を介した各供給量の必要増減量をファジー推論し、推論結果に基づいて現在の制御目標値に必要増減量を勘案した新制御目標値に基づいて各調節系を制御する請求項１記載の汚泥焼却処理システム。
【請求項９】
有機性汚泥を焼却する汚泥焼却処理方法であって、
汚泥を自燃処理する汚泥焼却炉と、前記汚泥焼却炉に汚泥を投入する汚泥投入機構と、前記汚泥焼却炉における汚泥の燃焼状態を監視する監視機構とを備えた汚泥焼却処理システムに対して、前記監視機構により汚泥の燃焼状態を監視し、監視結果に基づいて、少なくとも８５０℃より高温で自燃するように燃焼状態を調整する汚泥焼却処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１１７２７（Ｐ２０１２−２１１７２７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７５３２（Ｐ２０１１−７７５３２）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
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