炭化システム
【課題】燃料消費量及び二酸化炭素の排出量を飛躍的に低減することができ、炭化装置の加熱温度を中低温域に設定した場合であっても、炉内温度を適切にコントロールすることができる炭化システムを提供する。
【解決手段】被処理物に対して乾留炭化処理を行うスクリュー炭化装置２と、被処理物に対して予備乾燥処理を行う間接加熱乾燥機３と、スクリュー炭化装置２の排熱を回収して加熱した熱媒を間接加熱乾燥機３に供給する一次熱交換器４とを有し、間接加熱乾燥機３から排出されるキャリアガスが、スクリュー炭化装置２の炭化炉２１ｂに流入するように構成し、その風量を調節することにより、炭化炉２１ｂの炉内温度を好適に制御できるように構成した。
【解決手段】被処理物に対して乾留炭化処理を行うスクリュー炭化装置２と、被処理物に対して予備乾燥処理を行う間接加熱乾燥機３と、スクリュー炭化装置２の排熱を回収して加熱した熱媒を間接加熱乾燥機３に供給する一次熱交換器４とを有し、間接加熱乾燥機３から排出されるキャリアガスが、スクリュー炭化装置２の炭化炉２１ｂに流入するように構成し、その風量を調節することにより、炭化炉２１ｂの炉内温度を好適に制御できるように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥などを乾留して炭化し、燃料や肥料を製造することができる炭化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、下水汚泥の処理方法として、乾留、炭化して、減量、脱臭し、或いは、燃料や肥料に加工するという方法が実施されている。また、そのために利用できる装置として、「スクリュー炭化装置」と呼ばれる装置が知られている（特開２００１−１９２６６９号公報、特開２００５−３３６２９３号公報、特開２００６−６３１７９号公報、特開２００６−１０４２８４号公報等）。
【０００３】
スクリュー炭化装置は、基本的には、炉本体の中段の位置に、複数本の乾留管を多段式に配置し、乾留管内に導入した被処理物（下水汚泥等）をスクリューコンベアによって搬送しながら間接的に（炉内の火炎や燃焼ガスに直接さらすことなく）加熱して、乾留、炭化した後に装置外へ排出するようになっている。尚、各乾留管には、管内において発生する乾留ガスを炉内の空間に向けて放出する乾留ガス噴出孔が形成されており、主熱源（予熱炉）のほかに、乾留ガス噴出孔から炉内へ放出される乾留ガスの燃焼によって、炉内が加熱されるようになっている。
【０００４】
このスクリュー炭化装置は、他のタイプの炭化装置（例えば、直火キルン型炭化装置等）と比べて、様々な利点を有している。例えば、スクリューコンベアの回転数を制御することにより、乾留管内における被処理物の滞留時間の調整が可能であり、これにより、目的に見合った品質の炭化物（発熱量の高い燃料、有機分が十分に残留した低臭気の肥料等）を製造することができ、また、処理工程の進行に合わせて水蒸気や乾留ガスが排出されるため、高速処理が可能で、更に、操作性が良好で、装置の始動／停止が容易である。
【０００５】
このスクリュー炭化装置を用いて、下水汚泥に対して乾留炭化処理を行う場合、下水汚泥を炭化装置内へ導入する前に、炭化装置の前段に乾燥機を配置して、予備乾燥を行うことが有効であり、その熱源として、炭化装置からの排気（排熱）が利用されている。炭化装置の前段に配置される予備乾燥用の乾燥機としては、主として熱風方式の乾燥機が用いられており、内側に攪拌羽根を配置した回転ドラムの中に、炭化装置から排出される高温の排気（熱風）を供給するとともに、下水汚泥を導入し、回転ドラム内において下水汚泥を熱風にさらして乾燥させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３２３３４５号公報
【特許文献２】特開２００１−１７２６３９号公報
【特許文献３】特開２００１−１８７４００号公報
【特許文献４】特開２００１−１９２６６４号公報
【特許文献７】特開２００１−１９２６６９号公報
【特許文献８】国際公開ＷＯ２００４／０９２３０３
【特許文献９】特開２００５−２０７６１３号公報
【特許文献１０】特開２００５−３３１２１０号公報
【特許文献１１】特開２００５−３３６２９３号公報
【特許文献１２】特開２００６−０１７３３３号公報
【特許文献１３】特開２００６−０１７３３５号公報
【特許文献１４】特開２００６−０１７３３７号公報
【特許文献１５】特開２００６−０６３１７９号公報
【特許文献１６】特開２００６−１０４２８４号公報
【特許文献１５】特開２０１１−０３３２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱風乾燥機を用いて下水汚泥の予備乾燥を行う場合、回転ドラム内において熱風（熱媒）が下水汚泥と直接接触するため、乾燥処理によって下水汚泥から分離された臭気成分が、熱風とともに乾燥機から排出されることになる。このため、この乾燥機からの排気をそのまま大気中に放出することは好ましくない。従って、熱風乾燥機を付帯した炭化システムにおいては、乾燥機の排気経路の下流側に燃焼脱臭炉を配置して、乾燥機の排気中の有機分を燃焼させて脱臭することが必要となる。
【０００８】
また、熱風乾燥機の熱源として、炭化装置の排気を利用する場合、十分な熱量を確保できないことがあり、このため従来の炭化システムでは、炭化装置と熱風乾燥機との間に熱風炉を介在させ、炭化装置の排気を熱風炉において十分に加熱した後で熱風乾燥機へ供給するように構成していることが多い。
【０００９】
このように、熱風乾燥機を用いて予備乾燥を行うように構成した炭化システムにおいては、炭化装置の加熱のために必要となる燃料のほかに、燃焼脱臭炉や熱風炉において使用される燃料が必要となり、エネルギー効率の面で問題があるほか、燃料として化石燃料（重油等）を使用する場合には、二酸化炭素排出量の増加につながるという問題がある。
【００１０】
また、従来の炭化システムに用いられているスクリュー炭化装置においては、次のような問題がある。
炭化装置を用いて被処理物に対する炭化処理を行う場合、その目的に応じて、加熱温度（炉内温度）を適切な値（範囲）に設定する必要がある。例えば、被処理物の炭化の目的が、減量のみである場合には、炭化装置を高温域（例えば８００〜１０００℃程度）に設定する。加熱温度が高いほど、被処理物の炭化が進行することになり、それだけ減量の割合も大きくなる。一方、発熱量の高い燃料の製造、或いは、肥料の製造を目的として炭化処理を行う場合には、十分な量の有機分を残存させる必要があるため、炭化装置を中低温域（例えば６５０℃以下）に設定することになる。
【００１１】
上述のようなスクリュー炭化装置において、加熱温度を高温域に設定する場合には、炉内温度を適正範囲内に維持することは、それほど難しいことではないが、中低温域に設定する場合には、炉内温度を上限値以下にコントロールすることが難しい場合がある。炉内温度のコントロールは、炉内へ導入される冷却用空気の風量の制御によって行われることになり、上限値以上に上昇した炉内温度を低下させる必要がある場合には、冷却用空気の風量を増加させることになるところ、上述のようなスクリュー炭化装置においては、乾留管から炉内へ放出されて燃焼する乾留ガスも熱源となっているため、乾留ガスの放出量が多い場合には、冷却用（兼燃焼用）空気の風量を多少増加させただけでは、炉内温度を速やかに下げることができない場合がある。
【００１２】
また、冷却用空気及び脱臭用空気の風量を大幅に増加させると、再燃炉２１ｃにおける燃料消費量が増加してしまうという問題があり、また、風量を大幅に増加させるためには、その後段に配置される排気設備として、風量に見合った大型の設備が必要となる。
【００１３】
本発明は、上記のような従来技術を解決すべくなされたものであって、従来の炭化システムと比較して、燃料消費量及び二酸化炭素の排出量を飛躍的に低減することができ、また、炭化装置の加熱温度を高温域に設定した場合だけでなく、中低温域に設定した場合であっても、炉内温度を適切にコントロールすることができ、目的に見合った品質の製品を安定して製造することができる炭化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る炭化システムは、被処理物に対して乾留炭化処理を行うスクリュー炭化装置と、被処理物に対して予備乾燥処理を行う間接加熱乾燥機と、スクリュー炭化装置の排熱を回収して加熱した熱媒を間接加熱乾燥機に供給する熱交換器とを有し、スクリュー炭化装置が、予熱炉、炭化炉、及び、再燃炉からなる炉本体と、炭化炉内に配置された複数本の円筒状の乾留管と、各乾留管内にそれぞれ配置され、導入された原料を連続的に搬送するスクリューコンベアとを有し、乾留管が、炭化炉を横切るように支持されるとともに、上下方向へ多段式に配列され、乾留炭化処理の際に内部で発生する乾留ガスを炭化炉内の空間に向けて放出する乾留ガス噴出孔を有し、間接加熱乾燥機が、中空の本体シェルと、供給された熱媒が内部を流下するように構成された伝熱部とを有し、本体シェル内に投入された原料を、熱媒に接触させることなく、熱媒からの伝熱によって間接的に加熱し、乾燥させるように構成されるとともに、本体シェル内において原料から分離された気体を、キャリアガスによって機外へ排出するように構成され、間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスが、スクリュー炭化装置の炭化炉に流入するように構成され、その風量を調節することにより、炭化炉の炉内温度を制御できるように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
尚、この炭化システムにおいては、炭化炉の炉壁のうち、各乾留管に近接した部位に、間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスを炭化炉内に流入させるキャリアガス噴出孔をそれぞれ形成することが好ましく、また、間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスを、必要に応じて減湿冷却した後に、炭化炉内へ流入させることができるように構成することが好ましい。
【００１６】
また、各乾留管は、直近の乾留管に対して、斜め下方或いは斜め上方へずれた位置に配置することが好ましく、更に、二段目以下の乾留管に形成される乾留ガス噴出孔は、鉛直上方を基準として、その斜め上方に配置されている直近の乾留管とは反対の方向へ少なくとも５°以上（５〜４５°）傾いた方向へ向かって開口するように構成することが好ましい。
【００１７】
また、各乾留管の間のスペースには、上段の乾留管に対する乾留ガス燃焼炎の直接的な影響を抑制する邪魔板を配置することが好ましく、更に、始動後、スクリュー炭化装置の排気が十分な温度に達するまでの間、間接加熱乾燥機に熱媒を供給する補助ボイラを付設することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る炭化システムは、従来の炭化システムと比較して、燃料消費量及び二酸化炭素の排出量を飛躍的に低減することができ、また、炭化装置の加熱温度を高温域に設定した場合だけでなく、中低温域に設定した場合であっても、炉内温度を適切にコントロールすることができ、目的に見合った品質の製品を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る炭化システム１の主要部の構成である。
【図２】図２は、スクリュー炭化装置２の内部構造を示す図である。
【図３】図３は、図２に示した最上段の乾留管２２ａ及びその下段の乾留管２２ｂの、側方視点からの断面構造を示す図である。
【図４】図４は、間接加熱乾燥機３の内部構造を示す図である。
【図５】図５は、図４に示すｘ−ｘ線による伝熱部３２の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る炭化システム１の主要部の構成図である。この炭化システム１は、原料（下水汚泥等）を乾留し、炭化することによって、炭化物、燃料、或いは、有機肥料を製造することができる装置であって、図示されているように、スクリュー炭化装置２、間接加熱乾燥機３、一次熱交換器４（排熱回収ボイラ）、二次熱交換器５、補助ボイラ６、制御装置（図示せず）、及び、その他の要素によって構成されている。
【００２１】
これらのうち、スクリュー炭化装置２は、図２（スクリュー炭化装置２の内部構造を示す図）に示すように、角筒状の炉本体２１（炉体）と、複数本（本実施形態においては四本）の円筒状の乾留管２２（２２ａ〜２２ｄ）と、各乾留管２２内にそれぞれ一つずつ配置されたスクリューコンベア２３とによって構成されている。
【００２２】
炉本体２１は、下段の予熱炉２１ａ、中段の炭化炉２１ｂ、及び、上段の再燃炉２１ｃからなり、予熱炉２１ａと再燃炉２１ｃには、バーナー２４ａ，２４ｃがそれぞれ配置されている。また、炭化炉２１ｂには、乾留管２２が配置されている。図２に示されているように、乾留管２２は、炭化炉２１ｂを横切るように、それぞれ水平方向に支持されるとともに、上下方向へ多段式に配列されている。尚、ここでは中段の炭化炉２１ｂの上段に再燃炉２１ｃを設けた一体型の構成としているが、炭化炉２１ｂ（及び予熱炉２１ａ）と再燃炉２１ｃが分離され、これらがダクトにより連通された構成もまた本発明の炭化システム１に包含されるものである。
【００２３】
各乾留管２２は、左右両端部、或いは、いずれか一方の端部において、上方或いは下方に隣接する乾留管２２と連結されており、最上段の乾留管２２ａの導入口２５ａから、最下段の乾留管２２ｄの排出口２５ｂまで連続した一本の通路が形成されるように連通した状態となっている。スクリューコンベア２３は、図示しないモータによってそれぞれ所定方向へ回転し、導入口２５ａから乾留管２２ａ内に導入された乾燥原料を、排出口２５ｂまで連続的に搬送できるように構成されている。
【００２４】
このスクリュー炭化装置２は、炭化炉２１ｂにおいて乾留管２２を加熱し、乾留管２２内を搬送される乾燥原料に対し、酸素を遮断した状態で、炉内の火炎や燃焼ガスに直接さらすことなく（乾留管２２を介して間接的に）加熱することにより、乾留炭化処理を行うようになっている。その際の熱源として、予熱炉２１ａのバーナー２４ａと、各乾留管２２の内部において発生する乾留ガスが利用される。具体的には、乾留炭化処理の際に乾留管２２内で発生する乾留ガスを炭化炉２１ｂ内の空間に向けて放出する乾留ガス噴出孔２６が、各乾留管２２の上部にそれぞれ複数個ずつ形成されており、バーナー２４ａによる燃焼に加え、乾留ガス噴出孔２６から炭化炉２１ｂ内へ放出される乾留ガスの燃焼により、炭化炉２１ｂが加熱されるようになっている。
【００２５】
炭化炉２１ｂ内へ放出された乾留ガスは、殆どが炭化炉２１ｂ内で燃焼されることになるが、炭化炉２１ｂ内において未燃焼のガスが残留した場合であっても、それらの未燃焼ガスは、バーナー２４ｃにより、再燃炉２１ｃにおいて完全に燃焼されることになる。そして、それらの燃焼ガスは、再燃炉２１ｃの上方に形成された排気口２７から装置外へ排出される。
【００２６】
尚、四本の乾留管２２ａ〜２２ｄは、上述の通り上下方向へ多段式に配列されているが、本実施形態においては、図３（図２に示した最上段の乾留管２２ａ及びその下段の乾留管２２ｂの、側方視点からの断面構造を示す図）に示すように、各乾留管２２は、直近の乾留管２２に対して、斜め方向（斜め下方或いは斜め上方）へずれた位置に配置されている。より具体的には、最上段の乾留管２２ａは、炉本体２１の前方側の炉壁（図３において左側の炉壁）に近い位置に配置され、二段目の乾留管２２ｂは、炉本体２１の後方側の炉壁（図３において右側の炉壁）に近い位置に配置されている。また、図３には示されていないが、三段目の乾留管２２ｃは、最上段の乾留管２２ａと同様に、炉本体２１の前方側の炉壁に近い位置に、更に、最下段の乾留管２２ｄは、二段目の乾留管２２ｂと同様に、炉本体２１の後方側の炉壁に近い位置に配置されている。
【００２７】
また、二段目の乾留管２２ｂに形成されている乾留ガス噴出孔２６は、乾留管２２ｂの鉛直上方ではなく、鉛直上方を基準として、その斜め上方に配置されている直近の乾留管２２ａとは反対の方向へ少なくとも５°以上（５〜４５°）（本実施形態においては１０°）傾いた方向へ向かって開口している。三段目の乾留管２２ｃ、最下段の乾留管２２ｄについても、これと同様に、その斜め上方に配置されている直近の乾留管２２とは反対の方向へ少なくとも５°以上（５〜４５°）傾いた方向へ向かって開口している。
【００２８】
また、最上段の乾留管２２ａと、二段目の乾留管２２ｂとの間のスペースには、図３に示すような邪魔板２８が配置されている。二段目の乾留管２２ｂと三段目の乾留管２２ｃとの間、及び、三段目の乾留管２２ｃと最下段の乾留管２２ｄとの間のスペースにも、同様の邪魔板（図示せず）が配置されている。
【００２９】
更に、炉本体２１の炉壁のうち、二段目の乾留管２２ｂに近接した部位には、乾留管２２ｂと邪魔板２８との間の空間に向かって先端が開口するキャリアガス噴出孔２９が形成されている。また、炉壁のうち、三段目の乾留管２２ｃ、及び、最下段の乾留管２２ｄに近接した部位にも、各乾留管２２と邪魔板との間の空間に向かって先端が開口するキャリアガス噴出孔（図示せず）がそれぞれ形成されている。また、キャリアガス噴出孔は、炭化炉２１ｂ内だけでなく、再燃炉２１ｃの炉壁にも形成されている。
【００３０】
図４は、間接加熱乾燥機３の内部構造を示す図である。この間接加熱乾燥機３は、断面形状が楕円形を呈する中空の本体シェル３１と、その内部において回転可能なように支持された伝熱部３２とによって構成されている。
【００３１】
本体シェル３１の上部には、図示されているように、内部へ原料を投入するための原料投入口３３（３３ａ〜３３ｃ）が複数（本実施形態においては三つ）形成されているほか、内部へキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入口３４ａと、外部へキャリアガスを排出するためのキャリアガス排出口３４ｂが形成されている。
【００３２】
伝熱部３２は、所定の間隔を置いて平行に配置された一対のエンドプレート３５ａ，３５ｂと、それらの間に張設された多数の加熱管３６と、伝熱部３２の回転軸を兼ねる熱媒供給管３７ａ、及び、熱媒排出管３７ｂとによって構成されている。エンドプレート３５ａ，３５ｂは、いずれも中空円盤状に形成されており、各外側面の中心位置には、熱媒供給管３７ａ、及び、熱媒排出管３７ｂが、エンドプレート３５ａ，３５ｂの内部空間と連通する状態で同軸的に接続されている。
【００３３】
加熱管３６は、図５（図４に示すｘ−ｘ線による伝熱部３２の断面図）に示すように、伝熱部３２の回転軸線Ｃを中心とする円軌道上において等間隔で配置されており、各管の内部は、エンドプレート３５ａ，３５ｂの内部空間とそれぞれ連通した状態となっている。また、加熱管３６の外周面には、リフタ３８（羽根板）が間欠的に取り付けられている。
【００３４】
この間接加熱乾燥機３は、原料投入口３３から本体シェル３１内に投入した原料を、熱媒に接触させることなく加熱して乾燥させ、溢出口３９から機外へ順次排出するものである。本実施形態においては、熱媒として加熱水蒸気が用いられており、加熱水蒸気は、熱媒供給管３７ａから中空のエンドプレート３５ａ内に流入し、ここから各加熱管３６内に分岐して、加熱管３６を加熱しながら流下し、反対側のエンドプレート３５ｂ内で収束されて、熱媒排出管３７ｂから機外へ排出される。尚、加熱水蒸気は、原料に間接的に熱を与えた後、凝縮してドレンとなる。そして、このドレンは、エンドプレート３５ｂ内に設置されたドレン排出管（図示せず）から熱媒排出管３７ｂを経由して間接加熱乾燥機３の外に排出される。また、熱媒は、加熱水蒸気に限定されるものではなく、他の熱媒（例えば、水蒸気以外の蒸気、或いは、油など）を用いることもできる。
【００３５】
原料の乾燥処理が行われる際、伝熱部３２は、図示しないモーターによって所定の方向へ回転しており、原料投入口３３から投入された原料は、本体シェル３１内において、伝熱部３２の回転によって軌道上を周回する加熱管３６及びリフタ３８によって掻き上げられながら加熱管３６の外周面（伝熱面）と接触し、加熱管３６を介した熱媒からの伝熱によって次第に乾燥していくことになる。
【００３６】
乾燥処理の進行に従い、水分（水蒸気）、臭気成分、その他の揮発成分、粉塵などが、原料から分離されて、本体シェル３１内に充満していくことになるが、これらは、本体シェル３１内に導入されるキャリアガス（外気）によって、機外へ排出されるようになっている。尚、キャリアガスは、キャリアガス導入口３４ａから本体シェル３１内に定量的に流入し、原料から分離された水蒸気等とともに、キャリアガス排出口３４ｂから連続的に排出される。
【００３７】
次に、本発明に係る炭化システム１における、原料、スクリュー炭化装置の排気、間接加熱乾燥機の熱媒、間接加熱乾燥機のキャリアガスの流れについてそれぞれ説明する。
【００３８】
（原料の流れ）
図１に示すように、原料は、原料ホッパー（図示せず）から間接加熱乾燥機３内に導入され、ここで予備乾燥が行われる。予備乾燥が行われた原料（乾燥原料）は、スクリュー炭化装置２に搬送され、図２に示す導入口２５ａから乾留管２２内に導入され、乾留管２２内を搬送される間に加熱されて、乾留炭化処理が行われる。そして、炭化物、燃料、或いは、有機肥料（製品又は中間処理物）として排出口２５ｂから装置外へ排出される。
【００３９】
（スクリュー炭化装置の排気の流れ）
スクリュー炭化装置２において、乾燥原料に対して乾留炭化処理が行われる際、高温の排気（排熱）が大量に生じることになる。本実施形態においては、この高温の排気は、間接加熱乾燥機３等の熱源として再利用される。具体的には、スクリュー炭化装置２の排気は、図２に示す排気口２７から排出された後、一次熱交換器４、及び、二次熱交換器５（図１参照）に順次送られる。
【００４０】
一次熱交換器４では、スクリュー炭化装置２から排出される高温の排気から熱が回収され、この回収された排熱を利用して加熱水蒸気（熱媒）が生成される。この加熱水蒸気は一次熱交換器４から間接加熱乾燥機３に送られ、原料の予備乾燥の熱源として利用される。
【００４１】
二次熱交換器５では、一次熱交換器４を通過した排気に残存している熱量によって、外気から取り込まれた空気が加熱される。この加熱された空気は、スクリュー炭化装置２の予熱炉２１ａ及び／又は再燃炉２１ｃ（図２参照）に供給され、バーナー２４ａ，２４ｃの燃焼空気として使用される。
【００４２】
スクリュー炭化装置２においては、被処理物が、炉内の火炎や燃焼ガスに直接さらされることなく、乾留管２２を介して間接的に加熱されるため、また、乾留管２２から炭化炉２１ｂ内に放出される乾留ガスは、再燃炉２１ｃを通過する際に完全に燃焼するため、スクリュー炭化装置２の排気には、被処理物に由来する臭気は殆ど含まれていない。このため本実施形態においては、スクリュー炭化装置２の排気は、二次熱交換器５を流下した後、最終的に大気中に放出される。
【００４３】
（間接加熱乾燥機の熱媒の流れ）
一次熱交換器４（排熱ボイラ）から供給される加熱水蒸気は、図４に示す熱媒供給管３７ａから、間接加熱乾燥機３の伝熱部３２内に流入し、本体シェル３１内に投入された原料を間接的に加熱し、乾燥させる。そして、伝熱部３２内を流下する水蒸気は、熱を失って凝縮水（ドレン）となり、ドレン排出管から熱媒排出管３７ｂを経由して機外へ排出され、一次熱交換器４に戻されて循環し、再び加熱水蒸気が生成される。
【００４４】
尚、炭化システム１の始動直後においては、スクリュー炭化装置２の排気が十分な熱量を有していないため、一次熱交換器４によっては、水蒸気（熱媒）を、間接加熱乾燥機３の熱源として利用できるほど十分に加熱することができない。このため、本実施形態においては補助ボイラ６（図１参照）が付設されており、炭化システム１の始動後、スクリュー炭化装置２の排気が十分な温度に達するまでの間は、補助ボイラ６から間接加熱乾燥機３に加熱水蒸気が供給されるようになっている。一次熱交換器４による加熱水蒸気の供給が開始された後においては、必ずしも補助ボイラ６の運転を停止する必要はなく、一次熱交換器４による水蒸気の供給不足分を補うような形で、或いは、その他の態様で必要に応じて適宜運転される。
【００４５】
（間接加熱乾燥機のキャリアガスの流れ）
間接加熱乾燥機３においては、乾燥処理の際に原料中から分離された水蒸気や臭気成分等は、本体シェル３１内に導入されるキャリアガスによって機外へ排出されることになる。本実施形態においては、外気から取り込まれた空気、又は、排熱により加熱された空気が、キャリアガスとして本体シェル３１内に流入するように構成されている。
【００４６】
本体シェル３１から排出されるキャリアガス（間接加熱乾燥機３の排気）には、臭気成分が含まれているため、そのまま大気中に放出することは好ましくない。従来の炭化システムにおいては、原料の予備乾燥に使用されている熱風乾燥機からの排気は、燃焼脱臭炉に送られ、有機分を燃焼させて脱臭した後に大気中へ放出するように構成されているが、燃焼脱臭炉を付帯させる場合、そこで使用される分だけ、燃料消費量が増加するという問題がある。
【００４７】
本実施形態の炭化システム１においては、臭気成分を含むキャリアガスは、図１に示すように、スクリュー炭化装置２に供給されるように構成されており、炉本体２１内において有機分が燃焼され、脱臭されるようになっている。つまり、本実施形態においては、スクリュー炭化装置２が、キャリアガスを脱臭する脱臭炉としても機能することになり、熱風乾燥機を用いた従来の炭化システムと比べると、独立した燃焼脱臭炉を使用しない分だけ、炭化システム全体の燃料消費量を低減できる、ということになる。また、設備を簡略化することができる。
【００４８】
このように、臭気成分が含まれる乾燥機の排気を炭化装置に供給して、炭化装置内で有機分を燃焼させて脱臭するというシステムは、本実施形態の炭化システム１のように、原料の予備乾燥を行うための乾燥機として、間接加熱乾燥機３を採用することによって、初めて実現可能となる。従来の炭化システムにおいて使用されている熱風乾燥機は、排気流量が多すぎて、そのすべてを炭化装置に供給すると、炭化装置の適正な運転ができなくなってしまうが、間接加熱乾燥機の排気流量は、熱風乾燥機の排気流量の１５〜３０％程度であり、全流量を炭化装置に供給するように構成しても、問題なく稼働させることができる。
【００４９】
また、熱風乾燥機を使用する場合、スクリュー炭化装置の排気を熱源として利用する場合であっても、排気を更に加熱するための熱風炉の設置が必要となるが、乾燥機として間接加熱乾燥機３を用いる場合、熱風炉を設置する必要はなく、このため、燃焼脱臭炉の分と合わせて考えると、従来の炭化システムと比べて燃料消費量を大幅に削減できることになる。試算によると、本実施形態の炭化システムでは、熱風乾燥機を使用する従来の炭化システムに対し、燃料消費量を約４６％削減することができ、二酸化炭素の排出量については約３８％削減できることになる。
【００５０】
更に、本実施形態においては、キャリアガス（間接加熱乾燥機３の排気）をスクリュー炭化装置２に供給することによって、スクリュー炭化装置２の加熱温度を中低温域に設定した場合であっても、炉内温度を適切にコントロールすることができる、という効果を期待することができる。上述したように、乾留管から炭化炉内へ放出され、燃焼する乾留ガスを熱源として利用するタイプのスクリュー炭化装置においては、炭化炉の加熱温度を中低温域に設定した場合、炉内温度を適正範囲内にコントロールすることが難しいという問題があるが、本実施形態の炭化システム１においては、この問題を好適に解決することができる。
【００５１】
具体的に説明すると、本実施形態においては、スクリュー炭化装置２の炭化炉２１ｂの炉壁に、図３に示すように、乾留管２２ｂと邪魔板２８との間のスペースに向かって先端が開口するキャリアガス噴出孔２９が形成されているほか、三段目の乾留管２２ｃ、及び、最下段の乾留管２２ｄに近接した位置にも、また、再燃炉２１ｃの炉壁にも、同様のキャリアガス噴出孔（図示せず）がそれぞれ形成されている。
【００５２】
これらのキャリアガス噴出孔２９は、図４に示す間接加熱乾燥機３のキャリアガス排出口３４ｂとそれぞれ接続されており、各キャリアガス噴出孔２９から予熱炉２１ａ、炭化炉２１ｂ、及び、再燃炉２１ｃ内へキャリアガスを供給できるようになっている。また、各キャリアガス噴出孔２９と間接加熱乾燥機３の間の各ダクト上に配置されている風量調整ダンパの開度をそれぞれ調整することにより、各キャリアガス噴出孔２９への分配割合（各ダクト毎の風量）を自在に変更できるように構成されている。
【００５３】
間接加熱乾燥機３からキャリアガス噴出孔２９に送られるキャリアガスには、水分が多量に含まれている。この水分を含むキャリアガスは、小風量でも、温度制御の大きな因子となり、キャリアガス噴出孔２９から炉内へキャリアガスを流入させることにより、温度制御のために（炉内温度を中低温域に抑えるために）炉内に流入させる冷却用空気の風量を減じることができる。その結果、再燃炉２１ｃにおける燃料消費量の増加を防止することができ、また、再燃炉２１ｃの後段に配置される排気設備の小型化を図ることができる。
【００５４】
本実施形態においては、炭化炉２１ｂ内の各乾留管２２の近傍にそれぞれ熱電対が備えられており、制御装置によって、炭化炉２１ｂ内の温度が各部位毎に監視されるようになっている。そして、それらの熱電対による温度の測定値に基づいて、各キャリアガス噴出孔２９と間接加熱乾燥機３の間の各ダクト上に配置されている風量調整ダンパの開度がコントロールされるようになっている。
【００５５】
このように、本実施形態の炭化システム１においては、スクリュー炭化装置２の加熱温度を中低温域に設定した場合でも、水分を含むキャリアガスを炉内に供給することにより、炉内温度を好適にコントロールすることができる。尚、炭化システム１の設備全体のエネルギー消費量によっては、キャリアガスを、スクラバ又はコンデンサによって減湿冷却してから、炭化炉２１ｂ内へ流入させるように構成してもよい。
【００５６】
尚、スクリュー炭化装置における中低温域での炉内温度の制御を難しくする要因の一つとして、乾留管から放出される乾留ガスの火炎によって、その上段の乾留管が直接炙られるという現象が考えられる。本実施形態においては、図３に示すように、各乾留管２２が、直近の乾留管２２に対して、斜め方向（斜め下方或いは斜め上方）へずれた位置に配置されているほか、二段目以下の乾留管２２については、乾留ガス噴出孔２６が、その斜め上方に配置されている直近の乾留管２２とは反対の方向へ少なくとも５°（５〜４５°）以上傾いた方向へ向かって開口しており、更に、各乾留管２２の間には、邪魔板２８が配置されているため、上段の乾留管２２に対する乾留ガス燃焼炎の直接的な影響を抑制することができ、乾留管２２が、下段の乾留ガス燃焼炎によって直接炙られてしまうという現象の発生を、可及的に回避できるようになっている。その結果、炭化炉２１ｂの炉内温度を的確にコントロールすることができ、中低温域に保持することが容易になり、また、乾留管２２の熱劣化の抑制による延命化という効果も期待することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１：炭化システム、
２：スクリュー炭化装置、
２１：炉本体、
２１ａ：予熱炉、
２１ｂ：炭化炉、
２１ｃ：再燃炉、
２２，２２ａ〜２２ｄ：乾留管、
２３：スクリューコンベア、
２４ａ，２４ｃ：バーナー、
２５ａ：導入口、
２５ｂ：排出口、
２６：乾留ガス噴出孔、
２７：排気口、
２８：邪魔板、
２９：キャリアガス噴出孔、
３：間接加熱乾燥機、
３１：本体シェル、
３２：伝熱部、
３３（３３ａ〜３３ｃ）：原料投入口、
３４ａ：キャリアガス導入口、
３４ｂ：キャリアガス排出口、
３５ａ，３５ｂ：エンドプレート、
３６：加熱管、
３７ａ：熱媒供給管、
３７ｂ：熱媒排出管、
３８：リフタ、
３９：溢出口、
４：一次熱交換器、
５：二次熱交換器、
６：補助ボイラ、
Ｃ：回転軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥などを乾留して炭化し、燃料や肥料を製造することができる炭化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、下水汚泥の処理方法として、乾留、炭化して、減量、脱臭し、或いは、燃料や肥料に加工するという方法が実施されている。また、そのために利用できる装置として、「スクリュー炭化装置」と呼ばれる装置が知られている（特開２００１−１９２６６９号公報、特開２００５−３３６２９３号公報、特開２００６−６３１７９号公報、特開２００６−１０４２８４号公報等）。
【０００３】
スクリュー炭化装置は、基本的には、炉本体の中段の位置に、複数本の乾留管を多段式に配置し、乾留管内に導入した被処理物（下水汚泥等）をスクリューコンベアによって搬送しながら間接的に（炉内の火炎や燃焼ガスに直接さらすことなく）加熱して、乾留、炭化した後に装置外へ排出するようになっている。尚、各乾留管には、管内において発生する乾留ガスを炉内の空間に向けて放出する乾留ガス噴出孔が形成されており、主熱源（予熱炉）のほかに、乾留ガス噴出孔から炉内へ放出される乾留ガスの燃焼によって、炉内が加熱されるようになっている。
【０００４】
このスクリュー炭化装置は、他のタイプの炭化装置（例えば、直火キルン型炭化装置等）と比べて、様々な利点を有している。例えば、スクリューコンベアの回転数を制御することにより、乾留管内における被処理物の滞留時間の調整が可能であり、これにより、目的に見合った品質の炭化物（発熱量の高い燃料、有機分が十分に残留した低臭気の肥料等）を製造することができ、また、処理工程の進行に合わせて水蒸気や乾留ガスが排出されるため、高速処理が可能で、更に、操作性が良好で、装置の始動／停止が容易である。
【０００５】
このスクリュー炭化装置を用いて、下水汚泥に対して乾留炭化処理を行う場合、下水汚泥を炭化装置内へ導入する前に、炭化装置の前段に乾燥機を配置して、予備乾燥を行うことが有効であり、その熱源として、炭化装置からの排気（排熱）が利用されている。炭化装置の前段に配置される予備乾燥用の乾燥機としては、主として熱風方式の乾燥機が用いられており、内側に攪拌羽根を配置した回転ドラムの中に、炭化装置から排出される高温の排気（熱風）を供給するとともに、下水汚泥を導入し、回転ドラム内において下水汚泥を熱風にさらして乾燥させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３２３３４５号公報
【特許文献２】特開２００１−１７２６３９号公報
【特許文献３】特開２００１−１８７４００号公報
【特許文献４】特開２００１−１９２６６４号公報
【特許文献７】特開２００１−１９２６６９号公報
【特許文献８】国際公開ＷＯ２００４／０９２３０３
【特許文献９】特開２００５−２０７６１３号公報
【特許文献１０】特開２００５−３３１２１０号公報
【特許文献１１】特開２００５−３３６２９３号公報
【特許文献１２】特開２００６−０１７３３３号公報
【特許文献１３】特開２００６−０１７３３５号公報
【特許文献１４】特開２００６−０１７３３７号公報
【特許文献１５】特開２００６−０６３１７９号公報
【特許文献１６】特開２００６−１０４２８４号公報
【特許文献１５】特開２０１１−０３３２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱風乾燥機を用いて下水汚泥の予備乾燥を行う場合、回転ドラム内において熱風（熱媒）が下水汚泥と直接接触するため、乾燥処理によって下水汚泥から分離された臭気成分が、熱風とともに乾燥機から排出されることになる。このため、この乾燥機からの排気をそのまま大気中に放出することは好ましくない。従って、熱風乾燥機を付帯した炭化システムにおいては、乾燥機の排気経路の下流側に燃焼脱臭炉を配置して、乾燥機の排気中の有機分を燃焼させて脱臭することが必要となる。
【０００８】
また、熱風乾燥機の熱源として、炭化装置の排気を利用する場合、十分な熱量を確保できないことがあり、このため従来の炭化システムでは、炭化装置と熱風乾燥機との間に熱風炉を介在させ、炭化装置の排気を熱風炉において十分に加熱した後で熱風乾燥機へ供給するように構成していることが多い。
【０００９】
このように、熱風乾燥機を用いて予備乾燥を行うように構成した炭化システムにおいては、炭化装置の加熱のために必要となる燃料のほかに、燃焼脱臭炉や熱風炉において使用される燃料が必要となり、エネルギー効率の面で問題があるほか、燃料として化石燃料（重油等）を使用する場合には、二酸化炭素排出量の増加につながるという問題がある。
【００１０】
また、従来の炭化システムに用いられているスクリュー炭化装置においては、次のような問題がある。
炭化装置を用いて被処理物に対する炭化処理を行う場合、その目的に応じて、加熱温度（炉内温度）を適切な値（範囲）に設定する必要がある。例えば、被処理物の炭化の目的が、減量のみである場合には、炭化装置を高温域（例えば８００〜１０００℃程度）に設定する。加熱温度が高いほど、被処理物の炭化が進行することになり、それだけ減量の割合も大きくなる。一方、発熱量の高い燃料の製造、或いは、肥料の製造を目的として炭化処理を行う場合には、十分な量の有機分を残存させる必要があるため、炭化装置を中低温域（例えば６５０℃以下）に設定することになる。
【００１１】
上述のようなスクリュー炭化装置において、加熱温度を高温域に設定する場合には、炉内温度を適正範囲内に維持することは、それほど難しいことではないが、中低温域に設定する場合には、炉内温度を上限値以下にコントロールすることが難しい場合がある。炉内温度のコントロールは、炉内へ導入される冷却用空気の風量の制御によって行われることになり、上限値以上に上昇した炉内温度を低下させる必要がある場合には、冷却用空気の風量を増加させることになるところ、上述のようなスクリュー炭化装置においては、乾留管から炉内へ放出されて燃焼する乾留ガスも熱源となっているため、乾留ガスの放出量が多い場合には、冷却用（兼燃焼用）空気の風量を多少増加させただけでは、炉内温度を速やかに下げることができない場合がある。
【００１２】
また、冷却用空気及び脱臭用空気の風量を大幅に増加させると、再燃炉２１ｃにおける燃料消費量が増加してしまうという問題があり、また、風量を大幅に増加させるためには、その後段に配置される排気設備として、風量に見合った大型の設備が必要となる。
【００１３】
本発明は、上記のような従来技術を解決すべくなされたものであって、従来の炭化システムと比較して、燃料消費量及び二酸化炭素の排出量を飛躍的に低減することができ、また、炭化装置の加熱温度を高温域に設定した場合だけでなく、中低温域に設定した場合であっても、炉内温度を適切にコントロールすることができ、目的に見合った品質の製品を安定して製造することができる炭化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る炭化システムは、被処理物に対して乾留炭化処理を行うスクリュー炭化装置と、被処理物に対して予備乾燥処理を行う間接加熱乾燥機と、スクリュー炭化装置の排熱を回収して加熱した熱媒を間接加熱乾燥機に供給する熱交換器とを有し、スクリュー炭化装置が、予熱炉、炭化炉、及び、再燃炉からなる炉本体と、炭化炉内に配置された複数本の円筒状の乾留管と、各乾留管内にそれぞれ配置され、導入された原料を連続的に搬送するスクリューコンベアとを有し、乾留管が、炭化炉を横切るように支持されるとともに、上下方向へ多段式に配列され、乾留炭化処理の際に内部で発生する乾留ガスを炭化炉内の空間に向けて放出する乾留ガス噴出孔を有し、間接加熱乾燥機が、中空の本体シェルと、供給された熱媒が内部を流下するように構成された伝熱部とを有し、本体シェル内に投入された原料を、熱媒に接触させることなく、熱媒からの伝熱によって間接的に加熱し、乾燥させるように構成されるとともに、本体シェル内において原料から分離された気体を、キャリアガスによって機外へ排出するように構成され、間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスが、スクリュー炭化装置の炭化炉に流入するように構成され、その風量を調節することにより、炭化炉の炉内温度を制御できるように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
尚、この炭化システムにおいては、炭化炉の炉壁のうち、各乾留管に近接した部位に、間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスを炭化炉内に流入させるキャリアガス噴出孔をそれぞれ形成することが好ましく、また、間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスを、必要に応じて減湿冷却した後に、炭化炉内へ流入させることができるように構成することが好ましい。
【００１６】
また、各乾留管は、直近の乾留管に対して、斜め下方或いは斜め上方へずれた位置に配置することが好ましく、更に、二段目以下の乾留管に形成される乾留ガス噴出孔は、鉛直上方を基準として、その斜め上方に配置されている直近の乾留管とは反対の方向へ少なくとも５°以上（５〜４５°）傾いた方向へ向かって開口するように構成することが好ましい。
【００１７】
また、各乾留管の間のスペースには、上段の乾留管に対する乾留ガス燃焼炎の直接的な影響を抑制する邪魔板を配置することが好ましく、更に、始動後、スクリュー炭化装置の排気が十分な温度に達するまでの間、間接加熱乾燥機に熱媒を供給する補助ボイラを付設することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る炭化システムは、従来の炭化システムと比較して、燃料消費量及び二酸化炭素の排出量を飛躍的に低減することができ、また、炭化装置の加熱温度を高温域に設定した場合だけでなく、中低温域に設定した場合であっても、炉内温度を適切にコントロールすることができ、目的に見合った品質の製品を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る炭化システム１の主要部の構成である。
【図２】図２は、スクリュー炭化装置２の内部構造を示す図である。
【図３】図３は、図２に示した最上段の乾留管２２ａ及びその下段の乾留管２２ｂの、側方視点からの断面構造を示す図である。
【図４】図４は、間接加熱乾燥機３の内部構造を示す図である。
【図５】図５は、図４に示すｘ−ｘ線による伝熱部３２の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る炭化システム１の主要部の構成図である。この炭化システム１は、原料（下水汚泥等）を乾留し、炭化することによって、炭化物、燃料、或いは、有機肥料を製造することができる装置であって、図示されているように、スクリュー炭化装置２、間接加熱乾燥機３、一次熱交換器４（排熱回収ボイラ）、二次熱交換器５、補助ボイラ６、制御装置（図示せず）、及び、その他の要素によって構成されている。
【００２１】
これらのうち、スクリュー炭化装置２は、図２（スクリュー炭化装置２の内部構造を示す図）に示すように、角筒状の炉本体２１（炉体）と、複数本（本実施形態においては四本）の円筒状の乾留管２２（２２ａ〜２２ｄ）と、各乾留管２２内にそれぞれ一つずつ配置されたスクリューコンベア２３とによって構成されている。
【００２２】
炉本体２１は、下段の予熱炉２１ａ、中段の炭化炉２１ｂ、及び、上段の再燃炉２１ｃからなり、予熱炉２１ａと再燃炉２１ｃには、バーナー２４ａ，２４ｃがそれぞれ配置されている。また、炭化炉２１ｂには、乾留管２２が配置されている。図２に示されているように、乾留管２２は、炭化炉２１ｂを横切るように、それぞれ水平方向に支持されるとともに、上下方向へ多段式に配列されている。尚、ここでは中段の炭化炉２１ｂの上段に再燃炉２１ｃを設けた一体型の構成としているが、炭化炉２１ｂ（及び予熱炉２１ａ）と再燃炉２１ｃが分離され、これらがダクトにより連通された構成もまた本発明の炭化システム１に包含されるものである。
【００２３】
各乾留管２２は、左右両端部、或いは、いずれか一方の端部において、上方或いは下方に隣接する乾留管２２と連結されており、最上段の乾留管２２ａの導入口２５ａから、最下段の乾留管２２ｄの排出口２５ｂまで連続した一本の通路が形成されるように連通した状態となっている。スクリューコンベア２３は、図示しないモータによってそれぞれ所定方向へ回転し、導入口２５ａから乾留管２２ａ内に導入された乾燥原料を、排出口２５ｂまで連続的に搬送できるように構成されている。
【００２４】
このスクリュー炭化装置２は、炭化炉２１ｂにおいて乾留管２２を加熱し、乾留管２２内を搬送される乾燥原料に対し、酸素を遮断した状態で、炉内の火炎や燃焼ガスに直接さらすことなく（乾留管２２を介して間接的に）加熱することにより、乾留炭化処理を行うようになっている。その際の熱源として、予熱炉２１ａのバーナー２４ａと、各乾留管２２の内部において発生する乾留ガスが利用される。具体的には、乾留炭化処理の際に乾留管２２内で発生する乾留ガスを炭化炉２１ｂ内の空間に向けて放出する乾留ガス噴出孔２６が、各乾留管２２の上部にそれぞれ複数個ずつ形成されており、バーナー２４ａによる燃焼に加え、乾留ガス噴出孔２６から炭化炉２１ｂ内へ放出される乾留ガスの燃焼により、炭化炉２１ｂが加熱されるようになっている。
【００２５】
炭化炉２１ｂ内へ放出された乾留ガスは、殆どが炭化炉２１ｂ内で燃焼されることになるが、炭化炉２１ｂ内において未燃焼のガスが残留した場合であっても、それらの未燃焼ガスは、バーナー２４ｃにより、再燃炉２１ｃにおいて完全に燃焼されることになる。そして、それらの燃焼ガスは、再燃炉２１ｃの上方に形成された排気口２７から装置外へ排出される。
【００２６】
尚、四本の乾留管２２ａ〜２２ｄは、上述の通り上下方向へ多段式に配列されているが、本実施形態においては、図３（図２に示した最上段の乾留管２２ａ及びその下段の乾留管２２ｂの、側方視点からの断面構造を示す図）に示すように、各乾留管２２は、直近の乾留管２２に対して、斜め方向（斜め下方或いは斜め上方）へずれた位置に配置されている。より具体的には、最上段の乾留管２２ａは、炉本体２１の前方側の炉壁（図３において左側の炉壁）に近い位置に配置され、二段目の乾留管２２ｂは、炉本体２１の後方側の炉壁（図３において右側の炉壁）に近い位置に配置されている。また、図３には示されていないが、三段目の乾留管２２ｃは、最上段の乾留管２２ａと同様に、炉本体２１の前方側の炉壁に近い位置に、更に、最下段の乾留管２２ｄは、二段目の乾留管２２ｂと同様に、炉本体２１の後方側の炉壁に近い位置に配置されている。
【００２７】
また、二段目の乾留管２２ｂに形成されている乾留ガス噴出孔２６は、乾留管２２ｂの鉛直上方ではなく、鉛直上方を基準として、その斜め上方に配置されている直近の乾留管２２ａとは反対の方向へ少なくとも５°以上（５〜４５°）（本実施形態においては１０°）傾いた方向へ向かって開口している。三段目の乾留管２２ｃ、最下段の乾留管２２ｄについても、これと同様に、その斜め上方に配置されている直近の乾留管２２とは反対の方向へ少なくとも５°以上（５〜４５°）傾いた方向へ向かって開口している。
【００２８】
また、最上段の乾留管２２ａと、二段目の乾留管２２ｂとの間のスペースには、図３に示すような邪魔板２８が配置されている。二段目の乾留管２２ｂと三段目の乾留管２２ｃとの間、及び、三段目の乾留管２２ｃと最下段の乾留管２２ｄとの間のスペースにも、同様の邪魔板（図示せず）が配置されている。
【００２９】
更に、炉本体２１の炉壁のうち、二段目の乾留管２２ｂに近接した部位には、乾留管２２ｂと邪魔板２８との間の空間に向かって先端が開口するキャリアガス噴出孔２９が形成されている。また、炉壁のうち、三段目の乾留管２２ｃ、及び、最下段の乾留管２２ｄに近接した部位にも、各乾留管２２と邪魔板との間の空間に向かって先端が開口するキャリアガス噴出孔（図示せず）がそれぞれ形成されている。また、キャリアガス噴出孔は、炭化炉２１ｂ内だけでなく、再燃炉２１ｃの炉壁にも形成されている。
【００３０】
図４は、間接加熱乾燥機３の内部構造を示す図である。この間接加熱乾燥機３は、断面形状が楕円形を呈する中空の本体シェル３１と、その内部において回転可能なように支持された伝熱部３２とによって構成されている。
【００３１】
本体シェル３１の上部には、図示されているように、内部へ原料を投入するための原料投入口３３（３３ａ〜３３ｃ）が複数（本実施形態においては三つ）形成されているほか、内部へキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入口３４ａと、外部へキャリアガスを排出するためのキャリアガス排出口３４ｂが形成されている。
【００３２】
伝熱部３２は、所定の間隔を置いて平行に配置された一対のエンドプレート３５ａ，３５ｂと、それらの間に張設された多数の加熱管３６と、伝熱部３２の回転軸を兼ねる熱媒供給管３７ａ、及び、熱媒排出管３７ｂとによって構成されている。エンドプレート３５ａ，３５ｂは、いずれも中空円盤状に形成されており、各外側面の中心位置には、熱媒供給管３７ａ、及び、熱媒排出管３７ｂが、エンドプレート３５ａ，３５ｂの内部空間と連通する状態で同軸的に接続されている。
【００３３】
加熱管３６は、図５（図４に示すｘ−ｘ線による伝熱部３２の断面図）に示すように、伝熱部３２の回転軸線Ｃを中心とする円軌道上において等間隔で配置されており、各管の内部は、エンドプレート３５ａ，３５ｂの内部空間とそれぞれ連通した状態となっている。また、加熱管３６の外周面には、リフタ３８（羽根板）が間欠的に取り付けられている。
【００３４】
この間接加熱乾燥機３は、原料投入口３３から本体シェル３１内に投入した原料を、熱媒に接触させることなく加熱して乾燥させ、溢出口３９から機外へ順次排出するものである。本実施形態においては、熱媒として加熱水蒸気が用いられており、加熱水蒸気は、熱媒供給管３７ａから中空のエンドプレート３５ａ内に流入し、ここから各加熱管３６内に分岐して、加熱管３６を加熱しながら流下し、反対側のエンドプレート３５ｂ内で収束されて、熱媒排出管３７ｂから機外へ排出される。尚、加熱水蒸気は、原料に間接的に熱を与えた後、凝縮してドレンとなる。そして、このドレンは、エンドプレート３５ｂ内に設置されたドレン排出管（図示せず）から熱媒排出管３７ｂを経由して間接加熱乾燥機３の外に排出される。また、熱媒は、加熱水蒸気に限定されるものではなく、他の熱媒（例えば、水蒸気以外の蒸気、或いは、油など）を用いることもできる。
【００３５】
原料の乾燥処理が行われる際、伝熱部３２は、図示しないモーターによって所定の方向へ回転しており、原料投入口３３から投入された原料は、本体シェル３１内において、伝熱部３２の回転によって軌道上を周回する加熱管３６及びリフタ３８によって掻き上げられながら加熱管３６の外周面（伝熱面）と接触し、加熱管３６を介した熱媒からの伝熱によって次第に乾燥していくことになる。
【００３６】
乾燥処理の進行に従い、水分（水蒸気）、臭気成分、その他の揮発成分、粉塵などが、原料から分離されて、本体シェル３１内に充満していくことになるが、これらは、本体シェル３１内に導入されるキャリアガス（外気）によって、機外へ排出されるようになっている。尚、キャリアガスは、キャリアガス導入口３４ａから本体シェル３１内に定量的に流入し、原料から分離された水蒸気等とともに、キャリアガス排出口３４ｂから連続的に排出される。
【００３７】
次に、本発明に係る炭化システム１における、原料、スクリュー炭化装置の排気、間接加熱乾燥機の熱媒、間接加熱乾燥機のキャリアガスの流れについてそれぞれ説明する。
【００３８】
（原料の流れ）
図１に示すように、原料は、原料ホッパー（図示せず）から間接加熱乾燥機３内に導入され、ここで予備乾燥が行われる。予備乾燥が行われた原料（乾燥原料）は、スクリュー炭化装置２に搬送され、図２に示す導入口２５ａから乾留管２２内に導入され、乾留管２２内を搬送される間に加熱されて、乾留炭化処理が行われる。そして、炭化物、燃料、或いは、有機肥料（製品又は中間処理物）として排出口２５ｂから装置外へ排出される。
【００３９】
（スクリュー炭化装置の排気の流れ）
スクリュー炭化装置２において、乾燥原料に対して乾留炭化処理が行われる際、高温の排気（排熱）が大量に生じることになる。本実施形態においては、この高温の排気は、間接加熱乾燥機３等の熱源として再利用される。具体的には、スクリュー炭化装置２の排気は、図２に示す排気口２７から排出された後、一次熱交換器４、及び、二次熱交換器５（図１参照）に順次送られる。
【００４０】
一次熱交換器４では、スクリュー炭化装置２から排出される高温の排気から熱が回収され、この回収された排熱を利用して加熱水蒸気（熱媒）が生成される。この加熱水蒸気は一次熱交換器４から間接加熱乾燥機３に送られ、原料の予備乾燥の熱源として利用される。
【００４１】
二次熱交換器５では、一次熱交換器４を通過した排気に残存している熱量によって、外気から取り込まれた空気が加熱される。この加熱された空気は、スクリュー炭化装置２の予熱炉２１ａ及び／又は再燃炉２１ｃ（図２参照）に供給され、バーナー２４ａ，２４ｃの燃焼空気として使用される。
【００４２】
スクリュー炭化装置２においては、被処理物が、炉内の火炎や燃焼ガスに直接さらされることなく、乾留管２２を介して間接的に加熱されるため、また、乾留管２２から炭化炉２１ｂ内に放出される乾留ガスは、再燃炉２１ｃを通過する際に完全に燃焼するため、スクリュー炭化装置２の排気には、被処理物に由来する臭気は殆ど含まれていない。このため本実施形態においては、スクリュー炭化装置２の排気は、二次熱交換器５を流下した後、最終的に大気中に放出される。
【００４３】
（間接加熱乾燥機の熱媒の流れ）
一次熱交換器４（排熱ボイラ）から供給される加熱水蒸気は、図４に示す熱媒供給管３７ａから、間接加熱乾燥機３の伝熱部３２内に流入し、本体シェル３１内に投入された原料を間接的に加熱し、乾燥させる。そして、伝熱部３２内を流下する水蒸気は、熱を失って凝縮水（ドレン）となり、ドレン排出管から熱媒排出管３７ｂを経由して機外へ排出され、一次熱交換器４に戻されて循環し、再び加熱水蒸気が生成される。
【００４４】
尚、炭化システム１の始動直後においては、スクリュー炭化装置２の排気が十分な熱量を有していないため、一次熱交換器４によっては、水蒸気（熱媒）を、間接加熱乾燥機３の熱源として利用できるほど十分に加熱することができない。このため、本実施形態においては補助ボイラ６（図１参照）が付設されており、炭化システム１の始動後、スクリュー炭化装置２の排気が十分な温度に達するまでの間は、補助ボイラ６から間接加熱乾燥機３に加熱水蒸気が供給されるようになっている。一次熱交換器４による加熱水蒸気の供給が開始された後においては、必ずしも補助ボイラ６の運転を停止する必要はなく、一次熱交換器４による水蒸気の供給不足分を補うような形で、或いは、その他の態様で必要に応じて適宜運転される。
【００４５】
（間接加熱乾燥機のキャリアガスの流れ）
間接加熱乾燥機３においては、乾燥処理の際に原料中から分離された水蒸気や臭気成分等は、本体シェル３１内に導入されるキャリアガスによって機外へ排出されることになる。本実施形態においては、外気から取り込まれた空気、又は、排熱により加熱された空気が、キャリアガスとして本体シェル３１内に流入するように構成されている。
【００４６】
本体シェル３１から排出されるキャリアガス（間接加熱乾燥機３の排気）には、臭気成分が含まれているため、そのまま大気中に放出することは好ましくない。従来の炭化システムにおいては、原料の予備乾燥に使用されている熱風乾燥機からの排気は、燃焼脱臭炉に送られ、有機分を燃焼させて脱臭した後に大気中へ放出するように構成されているが、燃焼脱臭炉を付帯させる場合、そこで使用される分だけ、燃料消費量が増加するという問題がある。
【００４７】
本実施形態の炭化システム１においては、臭気成分を含むキャリアガスは、図１に示すように、スクリュー炭化装置２に供給されるように構成されており、炉本体２１内において有機分が燃焼され、脱臭されるようになっている。つまり、本実施形態においては、スクリュー炭化装置２が、キャリアガスを脱臭する脱臭炉としても機能することになり、熱風乾燥機を用いた従来の炭化システムと比べると、独立した燃焼脱臭炉を使用しない分だけ、炭化システム全体の燃料消費量を低減できる、ということになる。また、設備を簡略化することができる。
【００４８】
このように、臭気成分が含まれる乾燥機の排気を炭化装置に供給して、炭化装置内で有機分を燃焼させて脱臭するというシステムは、本実施形態の炭化システム１のように、原料の予備乾燥を行うための乾燥機として、間接加熱乾燥機３を採用することによって、初めて実現可能となる。従来の炭化システムにおいて使用されている熱風乾燥機は、排気流量が多すぎて、そのすべてを炭化装置に供給すると、炭化装置の適正な運転ができなくなってしまうが、間接加熱乾燥機の排気流量は、熱風乾燥機の排気流量の１５〜３０％程度であり、全流量を炭化装置に供給するように構成しても、問題なく稼働させることができる。
【００４９】
また、熱風乾燥機を使用する場合、スクリュー炭化装置の排気を熱源として利用する場合であっても、排気を更に加熱するための熱風炉の設置が必要となるが、乾燥機として間接加熱乾燥機３を用いる場合、熱風炉を設置する必要はなく、このため、燃焼脱臭炉の分と合わせて考えると、従来の炭化システムと比べて燃料消費量を大幅に削減できることになる。試算によると、本実施形態の炭化システムでは、熱風乾燥機を使用する従来の炭化システムに対し、燃料消費量を約４６％削減することができ、二酸化炭素の排出量については約３８％削減できることになる。
【００５０】
更に、本実施形態においては、キャリアガス（間接加熱乾燥機３の排気）をスクリュー炭化装置２に供給することによって、スクリュー炭化装置２の加熱温度を中低温域に設定した場合であっても、炉内温度を適切にコントロールすることができる、という効果を期待することができる。上述したように、乾留管から炭化炉内へ放出され、燃焼する乾留ガスを熱源として利用するタイプのスクリュー炭化装置においては、炭化炉の加熱温度を中低温域に設定した場合、炉内温度を適正範囲内にコントロールすることが難しいという問題があるが、本実施形態の炭化システム１においては、この問題を好適に解決することができる。
【００５１】
具体的に説明すると、本実施形態においては、スクリュー炭化装置２の炭化炉２１ｂの炉壁に、図３に示すように、乾留管２２ｂと邪魔板２８との間のスペースに向かって先端が開口するキャリアガス噴出孔２９が形成されているほか、三段目の乾留管２２ｃ、及び、最下段の乾留管２２ｄに近接した位置にも、また、再燃炉２１ｃの炉壁にも、同様のキャリアガス噴出孔（図示せず）がそれぞれ形成されている。
【００５２】
これらのキャリアガス噴出孔２９は、図４に示す間接加熱乾燥機３のキャリアガス排出口３４ｂとそれぞれ接続されており、各キャリアガス噴出孔２９から予熱炉２１ａ、炭化炉２１ｂ、及び、再燃炉２１ｃ内へキャリアガスを供給できるようになっている。また、各キャリアガス噴出孔２９と間接加熱乾燥機３の間の各ダクト上に配置されている風量調整ダンパの開度をそれぞれ調整することにより、各キャリアガス噴出孔２９への分配割合（各ダクト毎の風量）を自在に変更できるように構成されている。
【００５３】
間接加熱乾燥機３からキャリアガス噴出孔２９に送られるキャリアガスには、水分が多量に含まれている。この水分を含むキャリアガスは、小風量でも、温度制御の大きな因子となり、キャリアガス噴出孔２９から炉内へキャリアガスを流入させることにより、温度制御のために（炉内温度を中低温域に抑えるために）炉内に流入させる冷却用空気の風量を減じることができる。その結果、再燃炉２１ｃにおける燃料消費量の増加を防止することができ、また、再燃炉２１ｃの後段に配置される排気設備の小型化を図ることができる。
【００５４】
本実施形態においては、炭化炉２１ｂ内の各乾留管２２の近傍にそれぞれ熱電対が備えられており、制御装置によって、炭化炉２１ｂ内の温度が各部位毎に監視されるようになっている。そして、それらの熱電対による温度の測定値に基づいて、各キャリアガス噴出孔２９と間接加熱乾燥機３の間の各ダクト上に配置されている風量調整ダンパの開度がコントロールされるようになっている。
【００５５】
このように、本実施形態の炭化システム１においては、スクリュー炭化装置２の加熱温度を中低温域に設定した場合でも、水分を含むキャリアガスを炉内に供給することにより、炉内温度を好適にコントロールすることができる。尚、炭化システム１の設備全体のエネルギー消費量によっては、キャリアガスを、スクラバ又はコンデンサによって減湿冷却してから、炭化炉２１ｂ内へ流入させるように構成してもよい。
【００５６】
尚、スクリュー炭化装置における中低温域での炉内温度の制御を難しくする要因の一つとして、乾留管から放出される乾留ガスの火炎によって、その上段の乾留管が直接炙られるという現象が考えられる。本実施形態においては、図３に示すように、各乾留管２２が、直近の乾留管２２に対して、斜め方向（斜め下方或いは斜め上方）へずれた位置に配置されているほか、二段目以下の乾留管２２については、乾留ガス噴出孔２６が、その斜め上方に配置されている直近の乾留管２２とは反対の方向へ少なくとも５°（５〜４５°）以上傾いた方向へ向かって開口しており、更に、各乾留管２２の間には、邪魔板２８が配置されているため、上段の乾留管２２に対する乾留ガス燃焼炎の直接的な影響を抑制することができ、乾留管２２が、下段の乾留ガス燃焼炎によって直接炙られてしまうという現象の発生を、可及的に回避できるようになっている。その結果、炭化炉２１ｂの炉内温度を的確にコントロールすることができ、中低温域に保持することが容易になり、また、乾留管２２の熱劣化の抑制による延命化という効果も期待することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１：炭化システム、
２：スクリュー炭化装置、
２１：炉本体、
２１ａ：予熱炉、
２１ｂ：炭化炉、
２１ｃ：再燃炉、
２２，２２ａ〜２２ｄ：乾留管、
２３：スクリューコンベア、
２４ａ，２４ｃ：バーナー、
２５ａ：導入口、
２５ｂ：排出口、
２６：乾留ガス噴出孔、
２７：排気口、
２８：邪魔板、
２９：キャリアガス噴出孔、
３：間接加熱乾燥機、
３１：本体シェル、
３２：伝熱部、
３３（３３ａ〜３３ｃ）：原料投入口、
３４ａ：キャリアガス導入口、
３４ｂ：キャリアガス排出口、
３５ａ，３５ｂ：エンドプレート、
３６：加熱管、
３７ａ：熱媒供給管、
３７ｂ：熱媒排出管、
３８：リフタ、
３９：溢出口、
４：一次熱交換器、
５：二次熱交換器、
６：補助ボイラ、
Ｃ：回転軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物に対して乾留炭化処理を行うスクリュー炭化装置と、被処理物に対して予備乾燥処理を行う間接加熱乾燥機と、スクリュー炭化装置の排熱を回収して加熱した熱媒を間接加熱乾燥機に供給する熱交換器とを有する炭化システムであって、
スクリュー炭化装置は、予熱炉、炭化炉、及び、再燃炉からなる炉本体と、炭化炉内に配置された複数本の円筒状の乾留管と、各乾留管内にそれぞれ配置され、導入された原料を連続的に搬送するスクリューコンベアとを有し、
乾留管は、炭化炉を横切るように支持されるとともに、上下方向へ多段式に配列され、乾留炭化処理の際に内部で発生する乾留ガスを炭化炉内の空間に向けて放出する乾留ガス噴出孔を有し、
間接加熱乾燥機は、中空の本体シェルと、供給された熱媒が内部を流下するように構成された伝熱部とを有し、本体シェル内に投入された原料を、熱媒に接触させることなく、熱媒からの伝熱によって間接的に加熱し、乾燥させるように構成されるとともに、本体シェル内において原料から分離された気体を、キャリアガスによって機外へ排出するように構成され、
間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスが、スクリュー炭化装置の炭化炉に流入するように構成され、その風量を調節することにより、炭化炉の炉内温度を制御できるように構成されていることを特徴とする炭化システム。
【請求項２】
炭化炉の炉壁のうち、各乾留管に近接した部位に、間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスを炭化炉内に流入させるキャリアガス噴出孔がそれぞれ形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の炭化システム。
【請求項３】
間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスを、必要に応じて減湿冷却した後に、炭化炉内へ流入させ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１又は請求項２に記載の炭化システム。
【請求項４】
各乾留管が、直近の乾留管に対して、斜め下方或いは斜め上方へずれた位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の炭化システム。
【請求項５】
二段目以下の乾留管に形成される乾留ガス噴出孔が、鉛直上方を基準として、その斜め上方に配置されている直近の乾留管とは反対の方向へ少なくとも５°以上傾いた方向へ向かって開口するように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の炭化システム。
【請求項６】
各乾留管の間のスペースに、上段の乾留管に対する乾留ガス燃焼炎の直接的な影響を抑制する邪魔板が配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の炭化システム。
【請求項７】
始動後、スクリュー炭化装置の排気が十分な温度に達するまでの間、間接加熱乾燥機に熱媒を供給する補助ボイラが付設されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の炭化システム。
【請求項１】
被処理物に対して乾留炭化処理を行うスクリュー炭化装置と、被処理物に対して予備乾燥処理を行う間接加熱乾燥機と、スクリュー炭化装置の排熱を回収して加熱した熱媒を間接加熱乾燥機に供給する熱交換器とを有する炭化システムであって、
スクリュー炭化装置は、予熱炉、炭化炉、及び、再燃炉からなる炉本体と、炭化炉内に配置された複数本の円筒状の乾留管と、各乾留管内にそれぞれ配置され、導入された原料を連続的に搬送するスクリューコンベアとを有し、
乾留管は、炭化炉を横切るように支持されるとともに、上下方向へ多段式に配列され、乾留炭化処理の際に内部で発生する乾留ガスを炭化炉内の空間に向けて放出する乾留ガス噴出孔を有し、
間接加熱乾燥機は、中空の本体シェルと、供給された熱媒が内部を流下するように構成された伝熱部とを有し、本体シェル内に投入された原料を、熱媒に接触させることなく、熱媒からの伝熱によって間接的に加熱し、乾燥させるように構成されるとともに、本体シェル内において原料から分離された気体を、キャリアガスによって機外へ排出するように構成され、
間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスが、スクリュー炭化装置の炭化炉に流入するように構成され、その風量を調節することにより、炭化炉の炉内温度を制御できるように構成されていることを特徴とする炭化システム。
【請求項２】
炭化炉の炉壁のうち、各乾留管に近接した部位に、間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスを炭化炉内に流入させるキャリアガス噴出孔がそれぞれ形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の炭化システム。
【請求項３】
間接加熱乾燥機から排出されるキャリアガスを、必要に応じて減湿冷却した後に、炭化炉内へ流入させ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１又は請求項２に記載の炭化システム。
【請求項４】
各乾留管が、直近の乾留管に対して、斜め下方或いは斜め上方へずれた位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の炭化システム。
【請求項５】
二段目以下の乾留管に形成される乾留ガス噴出孔が、鉛直上方を基準として、その斜め上方に配置されている直近の乾留管とは反対の方向へ少なくとも５°以上傾いた方向へ向かって開口するように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の炭化システム。
【請求項６】
各乾留管の間のスペースに、上段の乾留管に対する乾留ガス燃焼炎の直接的な影響を抑制する邪魔板が配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の炭化システム。
【請求項７】
始動後、スクリュー炭化装置の排気が十分な温度に達するまでの間、間接加熱乾燥機に熱媒を供給する補助ボイラが付設されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の炭化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２４１１４８（Ｐ２０１２−２４１１４８Ａ）
【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２０１１−１１４６２２（Ｐ２０１１−１１４６２２）
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００１４９３１０）株式会社大川原製作所 (64)
【出願人】（５９１１６２０２２）巴工業株式会社 (32)
【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２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００１４９３１０）株式会社大川原製作所 (64)
【出願人】（５９１１６２０２２）巴工業株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
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