炭化処理システム
【課題】熱交換器を利用して乾燥機へ供給する乾燥用ガスの温度を調節する炭化処理システムを提供すること。
【解決手段】水分を含んだ原料を乾燥用ガスにより乾燥させる乾燥機１と、乾燥機１により乾燥させた原料を炭化する炭化炉２と、炭化炉２から排出される排ガスを燃焼処理する二次燃焼炉３と、二次燃焼炉３から排出される高温の燃焼排ガスを冷却する冷却塔４と、乾燥機１との間で循環する乾燥用ガスを冷却塔４による冷却後の燃焼排ガスによって加熱する熱交換器５とを備え、乾燥機１から排出される乾燥用ガスの温度を検出する排出部温度検出手段Ｔ１と、冷却塔４を制御するコントローラ３０を有し、コントローラ３０が、排出部温度検出手段Ｔ１により検出される温度がほぼ一定になるように冷却塔４を制御するようにした炭化処理システム。
【解決手段】水分を含んだ原料を乾燥用ガスにより乾燥させる乾燥機１と、乾燥機１により乾燥させた原料を炭化する炭化炉２と、炭化炉２から排出される排ガスを燃焼処理する二次燃焼炉３と、二次燃焼炉３から排出される高温の燃焼排ガスを冷却する冷却塔４と、乾燥機１との間で循環する乾燥用ガスを冷却塔４による冷却後の燃焼排ガスによって加熱する熱交換器５とを備え、乾燥機１から排出される乾燥用ガスの温度を検出する排出部温度検出手段Ｔ１と、冷却塔４を制御するコントローラ３０を有し、コントローラ３０が、排出部温度検出手段Ｔ１により検出される温度がほぼ一定になるように冷却塔４を制御するようにした炭化処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物である原料を加熱して炭化物を生成する炭化処理システムに関し、炭化炉へ供給する原料を乾燥させるための乾燥用ガス（熱風）の温度制御を行う炭化処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
畜舎から排出される畜糞尿などの有機性廃棄物については、その有効利用を図るため炭化物にすることが考えられ、近年、様々な炭化処理システムが提案されている。図３は、下記特許文献１に記載された炭化処理システムを示すブロック図である。この炭化処理システム１００は、下水処理場での下水処理に伴って発生する下水汚泥（原料）を炭化処理して活性炭化物を製造するための炭化炉１０１が設けられ、その炭化炉１０１には、ガスタービンに発電機が連結されたガスタービン発電機１０２が組み合わせられている。炭化炉１０１では、乾燥機１０３から搬出された原料が、炭化炉１０１での加熱によって炭化される。
【０００３】
その炭化炉１０１へと送られる原料は、遠心分離機等で脱水されて脱水ケーキとなり、それが乾燥機１０３を介して原料として投入される。その乾燥機１０３は、脱水ケーキが加熱空気（乾燥用ガス）で乾燥されるが、この乾燥用ガスは、熱交換器１０５において炭化排ガスの熱で加熱され、供給管１１１を介して乾燥機１０３へと送られる。また、乾燥機１０３に送られた乾燥用ガスは、戻し管１１２によって熱交換器１０５へと戻されて循環するようになっている。そして、供給管１１１には流量調整弁１２１が設けられ、戻し管１１２を流れる乾燥用ガスの温度に応じて流量調整が行われる。また、排気管１１３から分岐した循環用配管１１４が炭化炉１０１に接続され、排気管１１３を流れる排ガスの温度に応じ流量調節弁１２２によって、炭化炉１０１へ戻される排ガスの流量調整が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした従来の炭化処理システムは、熱交換器１０５を設け、乾燥機１０３で使用する乾燥熱源を炭化排ガスから熱交換によって得ているが、熱交換器１０５により熱を回収する乾燥用ガスの温度は使用条件等によって安定しない。一方で、原料の水分量は季節などによって変化するものの、炭化炉１０１に対して乾燥状態を安定させた原料を供給することが望まれる。従来は、乾燥機１０３内のバーナーの火力を調節して乾燥用ガスの温度制御が行われていた。そのため、水分量の多い原料に対しは、バーナーに使用する燃料の消費量が多くなってしまい、コストの面で問題があった。
【０００６】
一方、バーナーの消費燃料を少なくするには、バーナーの火力を一定にし、熱交換器１０５から回収する乾燥用ガスの温度に応じ、乾燥機１０３への原料投入量を調節することが考えられる。原料の水分が少なければ熱交換器１０５で加熱された乾燥用ガスでも十分に乾燥するが、乾燥が速いため乾燥機１０３からの原料排出量が多くなってしまう。こうした場合、炭化炉１０１は処理スピードを一定して運転しているため、乾燥機１０３から排出される原料が増加すると、原料が供給過剰になってしまう。そこで、乾燥後の原料を炭化炉１０１の処理スピードに合わせて供給するため、原料を一時的に蓄えるバッファタンクを設けたり、原料をラインから一旦取り除くなど、設備投資や煩雑な作業を増やすといった問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、熱交換器を利用して乾燥機へ供給する乾燥用ガスの温度を調節する炭化処理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】
【０００８】
本発明の炭化処理システムは、水分を含んだ原料を乾燥用ガスにより乾燥させる乾燥機と、前記乾燥機により乾燥させた原料を炭化する炭化炉と、前記炭化炉から排出される排ガスを燃焼処理する二次燃焼炉と、前記二次燃焼炉から排出される高温の燃焼排ガスを冷却する冷却塔と、前記乾燥機との間で循環する乾燥用ガスを前記冷却塔による冷却後の燃焼排ガスによって加熱する熱交換器とを備えたものであって、前記乾燥機から排出される乾燥用ガスの温度を検出する排出部温度検出手段と、前記冷却塔を制御するコントローラとを有し、前記コントローラは、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように前記冷却塔を制御するようにしたものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の炭化処理システムは、前記熱交換器から前記乾燥機へ供給される乾燥用ガスの温度を検出する供給部温度検出手段を有し、前記コントローラが、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように、当該供給部温度検出手段で検出される温度を所定温度にすべく前記冷却塔を制御するようにしたものであることが好ましい。
本発明の炭化処理システムは、前記熱交換器へ送り込まれる燃焼排ガスの温度を検出する熱交換器前温度検出手段を有し、前記コントローラが、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように、当該熱交換器前温度検出手段で検出される温度を所定温度にすべく前記冷却塔を制御するようにしたものであることが好ましい。
【００１０】
本発明の炭化処理システムは、前記コントローラが、前記熱交換器前温度検出手段により検出される温度が前記熱交換器の保護のために定められた設定温度を超えないように、前記冷却塔を制御するようにしたものであることが好ましい。
本発明の炭化処理システムは、前記コントローラが、前記熱交換器前温度検出手段による検出に基づいて前記設定温度を超えたことを確認した場合に、警告手段を動作させるようにしたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、乾燥機から排出される乾燥用ガスの温度がほぼ一定の値となるように、コントローラが冷却塔を制御する。それにより、熱交換器へ送られる燃焼排ガスの温度調整を行い、更に熱交換器において燃焼排ガスとの熱交換によって加熱される乾燥用ガスの温度を、乾燥機に投入される原料の水分量に応じて調整することができる。このようにして、原料の水分変化に対する乾燥用ガスの温度を、バーナーによって調整するのではなく、熱交換器での加熱による調整で行うため、消費燃料を抑えることができる。また、乾燥用ガスの温度調整によって乾燥状態を一定にした一定量の原料を安定して炭化炉へ供給することができ、過剰乾燥を防止し、バッファタンクや原料を一旦排除するなどの煩わしい作業を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の炭化処理システムを示すブロック図である。
【図２】図１の炭化処理システムを構成する乾燥用ガスの温度管理部を示すブロック図である。
【図３】従来の炭化処理システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明に係る炭化処理システムの一実施形態について、図を示しながら以下に説明する。図１は、炭化処理システムを示したブロック図である。
本発明に係る炭化処理システム１０は、図示するように、水分を含んだ原料を乾燥用ガスにより乾燥させる乾燥機１を有し、その乾燥機１により乾燥させた原料を炭化する炭化炉２が設けられている。炭化炉２には、そこから排出される排ガスを燃焼処理する二次燃焼炉３が接続されている。
【００１４】
燃焼処理された高温の燃焼排ガスは、そのままでは熱交換器５へは供給できないため、二次燃焼炉３の下流側に設けられた冷却塔４を介して熱交換器５に接続されている。そして、熱交換器５の下流側には、燃焼排ガスの熱で外気を加熱する外気予熱器６や、外気予熱器６を通った燃焼排ガスを冷却する最終冷却塔７が順に設けられている。
【００１５】
本実施形態の炭化処理システム１０は、炭化物を生成するための原料として畜糞などが用いられるが、畜糞には水分が多く含まれている。そこで、炭化炉２へ投入する前に乾燥機１で乾燥が行われる。乾燥機１では、例えば畜糞に含まれる６５％程度の水分を１０％程度にまで乾燥させるようにしている。乾燥機１の乾燥用ガスは、熱交換器５を通る燃焼排ガスとの熱交換によって加熱されるが、そのため乾燥機１と熱交換器５とは、乾燥処理後の乾燥用ガスが流れる往路側配管１１と、加熱された乾燥処理前の乾燥用ガスが流れる復路側配管１２によって接続され、両者の間を乾燥用ガスが循環するようになっている。
なお、往路側配管１１には、乾燥機１で使用された乾燥用ガスの一部を炭化炉２へと供給するための配管１７が設けられているが、システム上不要であれば、これは省略してもよい。復路側配管１２には、熱交換器５により加熱されて乾燥した乾燥用ガスの一部（原料の乾燥により発生したガスに相当する量）を二次燃焼炉３へ供給するための配管１８が設けられている。
【００１６】
乾燥機１を通って乾燥された原料は、コンベアによって炭化炉２へと送られるようになっている。炭化炉２としては、例えば本出願人が提案した多段スクリュー炭化炉などを挙げることができる。多段スクリュー炭化炉では、炉体内で複数のスクリューコンベアが加熱され、ホッパから投入された原料が、スクリューコンベア内を一定のスピードで搬送される。そして、原料がスクリューコンベア内で加熱・熱分解されることによって炭化物が生成される。
【００１７】
次に、こうした炭化炉２には、排出される排ガスを燃焼処理するための二次燃焼炉３が接続されている。排ガスに含まれるダイオキシンの除去や、乾燥排ガスに含まれる臭気を取り除く必要があるからである。そのため、二次燃焼炉３には排ガスを燃焼させるためのバーナーが設けられ、排ガスを８００℃以上の温度で燃焼するよう構成されている。
そして、この二次燃焼炉３には、燃焼処理した燃焼排ガスを所定温度にまで冷却する冷却塔４が接続されている。なお、冷却する所定温度は、下流側に配置された熱交換器５の耐熱性および飛散灰の付着防止を考慮して７５０℃以下、可能であれば７００℃以下であることが望ましい。
【００１８】
冷却塔４は、燃焼排ガスが流れる配管に冷却水を噴霧する水噴霧冷却装置が設けられている。また、冷却塔４には、その更に下流側に位置する外気予熱器６を通って冷やされた低温燃焼排ガスを、高温の燃焼排ガスへ加える還流用配管１５が接続されている。冷却塔４では、還流用配管１５を通して送られる低温燃焼排ガスの流量を基本的に一定とし、後述する温度センサに基づいた水噴霧冷却装置の制御によって燃焼排ガスの温度調整が行われるようになっている。
【００１９】
ところで、還流用配管１５を通した低温燃焼排ガスの供給は、燃焼排ガスの冷却効果を有し噴霧量の減少に寄与する他、熱交換器５へ送り込まれる燃焼排ガスの流量を増加させている。これは、乾燥機１において乾燥効果を上げるためには所定量の乾燥用ガスが要求されるため、そうした低温の乾燥用ガスと高温の燃焼排ガスとの間で効率良く熱交換を行うには、熱交換器５を流れる両者の流量バランスをとることが有効だからである。従って、冷却塔４へ送られる低温燃焼排ガスの流量は、熱交換器５を流れる乾燥用ガスの流量に応じて設定される。
【００２０】
熱交換器５は、高温の燃焼排ガスと乾燥機１からの乾燥空気との間で熱交換を行い、乾燥処理後の温度の下がった乾燥用ガスを所定の温度に加熱して再び乾燥機１へと送り込むためのものである。そして、この熱交換器５の下流側には、外気予熱器６が接続されている。外気予熱器６は、取り入れた外気と熱交換器５からの燃焼排ガスとの間で熱交換を行うものである。外気予熱器６には、炭化炉２及び二次燃焼炉３へと配管１３が接続され、１２０℃程度に加熱された外気が燃焼用空気として炭化炉２及び二次燃焼炉３へ供給できるようになっている。
【００２１】
また、外気予熱器６には最終冷却塔７が接続され、両者を繋ぐ配管が分岐して還流用配管１５となっている。最終冷却塔７は、燃焼排ガスが噴霧される冷却水によって概ね２００℃以下にまで冷やされるようになっている。そして、最終冷却塔７の下流側にある不図示のバグフィルタを通って燃焼・冷却・集塵されたガスが煙突から排気されるようになっている。
【００２２】
続いて、図２は、図１の炭化処理システムを構成する乾燥用ガスの温度管理部を示すブロック図である。この温度管理部２０は、乾燥機１と熱交換器５との間で循環する乾燥用ガスが、乾燥機１の出口でほぼ温度一定になるようにしたものである。すなわち、熱交換器５と乾燥機１との間で循環する乾燥用ガスは、乾燥機１で原料の乾燥を行い、水蒸気を含んだ状態で再び熱交換器５へと送られており、そうした乾燥機１からの排出される乾燥用ガスの温度がほぼ一定になるようにしたものである。
【００２３】
乾燥機１では、原料の水分を１０％程度にして炭化炉２へ送り込むように乾燥を行っているが、そのため水分量が多い場合には、それに応じて乾燥用ガスの熱量を増加させ、逆に水分量が少ない場合には乾燥用ガスの熱量を減少させる必要がある。そして、熱量調整を適切に行った乾燥用ガスを乾燥機１へ送り込むことにより、乾燥機１から排出される原料の乾燥状態を安定させることができ、その際、乾燥機１から排出される乾燥用ガスは、乾燥対象物である原料と同様に温度がほぼ安定することになるからである。
【００２４】
乾燥機１の乾燥用ガスは、熱交換器５によって燃焼排ガスとの間で熱交換を行い、所定の熱量を受け取って乾燥機１へと送り込まれている。温度管理部２０では、この乾燥機１から排出される乾燥用ガスの温度（以下、「乾燥機排出温度」という）（Ｔ１℃）が一定になるようにするため、乾燥機１へ供給される乾燥用ガスの温度（以下、「乾燥機供給温度」という）（Ｔ２℃）を調整するようにしている。そのため熱交換器５に流入する燃焼排ガスの温度を制御することにより、熱交換を行った乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を適温にするよう構成されている。
【００２５】
温度管理部２０は、温度センサＴ１などの温度検出に基づいて水噴霧冷却装置４１を制御するコントローラ３０が設けられている。このコントローラ３０は、図１に示す炭化処理システム１０全体を制御するものであるが、温度管理部２０の専用コントローラとして設けてもよい。温度管理部２０には、乾燥機１の往路側配管１１と復路側配管１２に、乾燥用ガスの乾燥機排出温度（Ｔ１℃）や乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を検出する温度センサＴ１，Ｔ２が設けられている。更に、二次燃焼炉３を通過した後の燃焼排ガスの温度を検出するための温度センサＴ３，Ｔ４，Ｔ５が設けられ、温度センサＴ３は冷却塔４へ送り込まれる温度、温度センサＴ４は熱交換器５へ供給される温度、Ｔ５は外気予熱器６を通過した温度を検出するものである。
【００２６】
熱交換器５で乾燥用ガスと熱交換する燃焼排ガスの温度（以下、「放熱温度」という）（Ｔ４℃）は、熱交換器５の上流で燃焼排ガスを冷却する冷却塔４の制御によって調整が行われる。その冷却塔４には水噴霧冷却装置４１が設置されており、その噴霧量Ｑによって燃焼排ガスの温度調整が行われるようになっている。なお、前述したように、還流用配管１５を通して加えられる低温燃焼排ガスによっても燃焼排ガスは冷やされるが、低温燃焼排ガスは流量一定になっているため、放熱温度（Ｔ４℃）の制御は水噴霧冷却装置４１によって行われることとなる。
【００２７】
本実施形態では、温度センサＴ１によって検出される乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が例えば２００℃で安定するように、乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を調整するよう設定されている。その乾燥機供給温度（Ｔ２℃）は、６５％程度の水分を含む所定量の原料を乾燥機１に投入した場合に、それが１０％程度にまで乾燥させることができる温度であり、例えば４２０℃に設定されている。従って、Ｔ１で検出する乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が２００℃より低くなれば、乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を上昇させ、逆に２００℃を超えてしまうような場合には乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を下げるようにコントロールするようになっている。
【００２８】
更にこうした温度制御は、熱交換器５入口側の温度センサＴ４で検出される燃焼排ガスの放熱温度（Ｔ４℃）を調整することによって行われ、その放熱温度（Ｔ４℃）は冷却塔４によってコントロールされるようになっている。すなわち、冷却塔４の水噴霧冷却装置４１がコントローラ３０によって制御され、Ｔ１で検出する乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が２００℃より低くなれば、水噴霧冷却装置４１の噴霧量Ｑを減少して乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を上昇させ、逆に２００℃を超えてしまうような場合には噴霧量Ｑを増加させて乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を下げるようになっている。
【００２９】
なお、本実施形態の温度管理部２０は、乾燥機排出温度（Ｔ１℃）がほぼ一定になるように乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を所定温度に制御するものであるが、コントローラ３０によって行う水噴霧冷却装置４１の制御は、温度センサＴ２によって検出される乾燥機供給温度（Ｔ２℃）のように、温度制御を行う当該位置の直接的な情報に基づいて水噴霧冷却装置４１を制御する他、乾燥機供給温度（Ｔ２℃）が所定温度になるように、温度センサＴ４によって検出される間接的な情報である放熱温度（Ｔ４℃）に基づいて制御することも考えられる。更には、温度センサＴ３やＴ５の検出温度に基づいて水噴霧冷却装置４１を制御することも可能である。
【００３０】
ところで、熱交換器５へは放熱温度（Ｔ４℃）が７５０℃以下になるように燃焼排ガスを送り込まなければならない（可能であれば７００℃以下）。コントローラ３０は、乾燥機排出温度（Ｔ１℃）がほぼ一定になるようにしつつも、放熱温度（Ｔ４℃）が７５０℃を超えないように水噴霧冷却装置４１を制御するようにしている。なお、温度センサＴ２〜Ｔ５で検出される温度は、乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）が４２０℃で設定される場合の例であれば、温度センサＴ３の場所で８２５℃程度、温度センサＴ４で検出する放熱温度（Ｔ４℃）が７２５℃、そして温度センサＴ５の場所では３５０℃程度である。
【００３１】
温度管理部２０では、放熱温度（Ｔ４℃）が７５０℃を超えるような場合、或いは７５０℃手前の所定の閾値を超えた場合には、熱交換器５の故障などを防止するため、コントローラ３０が不図示の警報ランプや警報ブザーを動作させたり、炭化処理システム１０の稼働を停止させるようになっている。
【００３２】
続いて、こうした構成の炭化処理システム１０によれば、次のような炭化処理が行われる。
運転開始時は、熱交換器５によって乾燥用ガスを加熱できないため、乾燥機１のバーナーを使用したり、水分が多いまま供給した原料を炭化炉２内で時間をかけて炭化させるなどする。その後、燃焼排ガスが熱交換器５を流れて運転が安定することにより、乾燥機１との間で循環する乾燥用ガスが熱交換器５で加熱される。乾燥用ガスは、乾燥機１で熱が奪われて２００℃程度で熱交換器５へと送られ、その熱交換器５では燃焼排ガスから熱を受け取り、４２０℃程度にまで加熱された乾燥用ガスが乾燥機１へと戻され、循環が繰り返される。
【００３３】
乾燥機１に投入された畜糞などの原料は、熱交換器５で加熱された乾燥用ガスによって乾燥処理が行われる。原料は、季節などによって水分量に変化はあるが、例えば６５％程から１０％程度にまで水分を除去した乾燥状態で炭化炉２へと送り込まれる。炭化炉２内では、原料が加熱および熱分解されることで炭化物となり、不図示の冷却装置を通って炭化製品として回収される。
【００３４】
一方、炭化炉２内で発生した排ガスは二次燃焼炉３へと送り込まれ、バーナーによって８００℃以上の高温で燃焼され、ダイオキシン等の有害物質の無害化や臭気の除去が行われる。そうした燃焼処理の後、高温の燃焼排ガスは冷却塔４へと送られ、そこでは燃焼排ガスに対し、還流用配管１５を通して送られる一定量の低温燃焼排ガスが加わえられて温度を下げる他、冷却水を噴霧した冷却が行われる。この冷却塔４における冷却によって、燃焼排ガスは熱交換器５へ供給可能な温度、すなわち７５０℃好ましくは７００℃を上限としつつ、乾燥機１に送り込む乾燥用ガスを適切な温度に加熱する温度に調整される。
【００３５】
乾燥機１へは、前述したように、例えば乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を４２０℃程度に加熱された乾燥用ガスが供給され、内部の原料を乾燥し、そこで発生した水蒸気等を含んだ乾燥用ガスが往路側配管１１へと排出されて熱交換器５へと流れる。このとき乾燥用ガスの乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が温度センサＴ１によって検出され、その検出信号に基づいてコントローラ３０による温度制御が行われる。
【００３６】
乾燥機１に投入された原料の水分量が多い場合には、乾燥用ガスの乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が低下するため、乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を上昇させるべく、水噴霧冷却装置４１の噴霧量Ｑを減少させて燃焼排ガスの放熱温度（Ｔ４℃）が上がるようにする。よって、熱交換器５では、温度上昇した燃焼排ガスとの熱交換によって乾燥用ガスが加熱され、水分量の上昇に対応した熱量の乾燥用ガスが乾燥機１へと送られることとなる。なお、このとき放熱温度（Ｔ４℃）が７５０℃を超えてしまう場合、或いは所定の閾値を超えてしまう場合には、コントローラ３０によって警報ランプなどを動作させた警告が行われる。
【００３７】
一方、乾燥機１に投入された原料の水分量が少ない場合には、乾燥用ガスの乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が上昇するため、乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を下降させるべく、水噴霧冷却装置４１の噴霧量Ｑを増加させて燃焼排ガスの放熱温度（Ｔ４℃）が下がるようにする。よって、熱交換器５では、温度の下がった燃焼排ガスとの熱交換によって乾燥用ガスが加熱され、水分量の上昇に対応した熱量の乾燥用ガスが乾燥機１へと送られる。
【００３８】
以上に説明したように、炭化処理システム１０によれば、乾燥用ガスの乾燥機排出温度（Ｔ１℃）がほぼ一定になるように乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を調整するようにしたので、乾燥機１へ投入する原料の水分量が変化したとしても安定した乾燥状態の原料を炭化炉２へ供給することができるようになった。そして、このような乾燥用ガスの温度調整を冷却塔４の水噴霧冷却装置４１を制御することで実現しているため、原料の水分変化に対してバーナーの火力調整を行うことがなく、燃料消費量を抑えることが可能になった。また、乾燥用ガスの温度調整によって乾燥状態を一定にした一定量の原料を安定して炭化炉２へ供給することができ、バッファタンクによる設備の追加や、原料を一旦排除する作業を必要としないものとすることができた。
【００３９】
そして、こうした炭化処理システム１０では、原料の水分量が少ない場合には乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を抑えるので、原料の過剰乾燥を防止することができる。また、その場合には、熱交換器５へ送られる燃焼排ガスの放熱温度（Ｔ４℃）を低くするため、高温熱負荷が減った熱交換器５の寿命を長くすることができる。一方で、原料の水分が多い場合には燃焼排ガスの放熱温度（Ｔ４℃）が高くなるが、温度センサＴ４による検出温度に基づいてコントローラ３０が警報し、或いはシステムの稼働停止させることで熱交換器５の故障や動作不良を防止することができる。
【００４０】
また、冷却塔４へは還流用配管１５から低温燃焼排ガスが送られ、熱交換器５を流れる燃焼排ガスの流量が増加している。そのため、熱交換を行う乾燥用ガスとの流量バランスが取られ、熱交換器５を大型化しなくとも、放熱側の燃焼排ガスと受熱側の乾燥用ガスとの熱交換効率が向上する。そして、冷却塔４では低温燃焼排ガスで燃焼排ガスの温度を下げているため、噴霧水の使用量を大幅に減らすことができる。噴霧水の冷却では消費される蒸発潜熱分の熱量が利用されることなく熱量ロスとなってしまうが、低温排ガスによって燃焼排ガスを予備冷却する方法をとることで熱量ロスを抑えることができる。
【００４１】
なお、本発明の炭化処理システムについての実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 乾燥機
２ 炭化炉
３ 二次燃焼炉
４ 冷却塔
５ 熱交換器
６ 外気予熱器
７ 最終冷却塔
１０ 炭化処理システム
２０ 温度管理部
１１ 往路側配管
１２ 復路側配管
１５ 還流用配管
３０ コントローラ
４１ 水噴霧冷却装置
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５ 温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物である原料を加熱して炭化物を生成する炭化処理システムに関し、炭化炉へ供給する原料を乾燥させるための乾燥用ガス（熱風）の温度制御を行う炭化処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
畜舎から排出される畜糞尿などの有機性廃棄物については、その有効利用を図るため炭化物にすることが考えられ、近年、様々な炭化処理システムが提案されている。図３は、下記特許文献１に記載された炭化処理システムを示すブロック図である。この炭化処理システム１００は、下水処理場での下水処理に伴って発生する下水汚泥（原料）を炭化処理して活性炭化物を製造するための炭化炉１０１が設けられ、その炭化炉１０１には、ガスタービンに発電機が連結されたガスタービン発電機１０２が組み合わせられている。炭化炉１０１では、乾燥機１０３から搬出された原料が、炭化炉１０１での加熱によって炭化される。
【０００３】
その炭化炉１０１へと送られる原料は、遠心分離機等で脱水されて脱水ケーキとなり、それが乾燥機１０３を介して原料として投入される。その乾燥機１０３は、脱水ケーキが加熱空気（乾燥用ガス）で乾燥されるが、この乾燥用ガスは、熱交換器１０５において炭化排ガスの熱で加熱され、供給管１１１を介して乾燥機１０３へと送られる。また、乾燥機１０３に送られた乾燥用ガスは、戻し管１１２によって熱交換器１０５へと戻されて循環するようになっている。そして、供給管１１１には流量調整弁１２１が設けられ、戻し管１１２を流れる乾燥用ガスの温度に応じて流量調整が行われる。また、排気管１１３から分岐した循環用配管１１４が炭化炉１０１に接続され、排気管１１３を流れる排ガスの温度に応じ流量調節弁１２２によって、炭化炉１０１へ戻される排ガスの流量調整が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした従来の炭化処理システムは、熱交換器１０５を設け、乾燥機１０３で使用する乾燥熱源を炭化排ガスから熱交換によって得ているが、熱交換器１０５により熱を回収する乾燥用ガスの温度は使用条件等によって安定しない。一方で、原料の水分量は季節などによって変化するものの、炭化炉１０１に対して乾燥状態を安定させた原料を供給することが望まれる。従来は、乾燥機１０３内のバーナーの火力を調節して乾燥用ガスの温度制御が行われていた。そのため、水分量の多い原料に対しは、バーナーに使用する燃料の消費量が多くなってしまい、コストの面で問題があった。
【０００６】
一方、バーナーの消費燃料を少なくするには、バーナーの火力を一定にし、熱交換器１０５から回収する乾燥用ガスの温度に応じ、乾燥機１０３への原料投入量を調節することが考えられる。原料の水分が少なければ熱交換器１０５で加熱された乾燥用ガスでも十分に乾燥するが、乾燥が速いため乾燥機１０３からの原料排出量が多くなってしまう。こうした場合、炭化炉１０１は処理スピードを一定して運転しているため、乾燥機１０３から排出される原料が増加すると、原料が供給過剰になってしまう。そこで、乾燥後の原料を炭化炉１０１の処理スピードに合わせて供給するため、原料を一時的に蓄えるバッファタンクを設けたり、原料をラインから一旦取り除くなど、設備投資や煩雑な作業を増やすといった問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、熱交換器を利用して乾燥機へ供給する乾燥用ガスの温度を調節する炭化処理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】
【０００８】
本発明の炭化処理システムは、水分を含んだ原料を乾燥用ガスにより乾燥させる乾燥機と、前記乾燥機により乾燥させた原料を炭化する炭化炉と、前記炭化炉から排出される排ガスを燃焼処理する二次燃焼炉と、前記二次燃焼炉から排出される高温の燃焼排ガスを冷却する冷却塔と、前記乾燥機との間で循環する乾燥用ガスを前記冷却塔による冷却後の燃焼排ガスによって加熱する熱交換器とを備えたものであって、前記乾燥機から排出される乾燥用ガスの温度を検出する排出部温度検出手段と、前記冷却塔を制御するコントローラとを有し、前記コントローラは、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように前記冷却塔を制御するようにしたものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の炭化処理システムは、前記熱交換器から前記乾燥機へ供給される乾燥用ガスの温度を検出する供給部温度検出手段を有し、前記コントローラが、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように、当該供給部温度検出手段で検出される温度を所定温度にすべく前記冷却塔を制御するようにしたものであることが好ましい。
本発明の炭化処理システムは、前記熱交換器へ送り込まれる燃焼排ガスの温度を検出する熱交換器前温度検出手段を有し、前記コントローラが、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように、当該熱交換器前温度検出手段で検出される温度を所定温度にすべく前記冷却塔を制御するようにしたものであることが好ましい。
【００１０】
本発明の炭化処理システムは、前記コントローラが、前記熱交換器前温度検出手段により検出される温度が前記熱交換器の保護のために定められた設定温度を超えないように、前記冷却塔を制御するようにしたものであることが好ましい。
本発明の炭化処理システムは、前記コントローラが、前記熱交換器前温度検出手段による検出に基づいて前記設定温度を超えたことを確認した場合に、警告手段を動作させるようにしたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、乾燥機から排出される乾燥用ガスの温度がほぼ一定の値となるように、コントローラが冷却塔を制御する。それにより、熱交換器へ送られる燃焼排ガスの温度調整を行い、更に熱交換器において燃焼排ガスとの熱交換によって加熱される乾燥用ガスの温度を、乾燥機に投入される原料の水分量に応じて調整することができる。このようにして、原料の水分変化に対する乾燥用ガスの温度を、バーナーによって調整するのではなく、熱交換器での加熱による調整で行うため、消費燃料を抑えることができる。また、乾燥用ガスの温度調整によって乾燥状態を一定にした一定量の原料を安定して炭化炉へ供給することができ、過剰乾燥を防止し、バッファタンクや原料を一旦排除するなどの煩わしい作業を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の炭化処理システムを示すブロック図である。
【図２】図１の炭化処理システムを構成する乾燥用ガスの温度管理部を示すブロック図である。
【図３】従来の炭化処理システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明に係る炭化処理システムの一実施形態について、図を示しながら以下に説明する。図１は、炭化処理システムを示したブロック図である。
本発明に係る炭化処理システム１０は、図示するように、水分を含んだ原料を乾燥用ガスにより乾燥させる乾燥機１を有し、その乾燥機１により乾燥させた原料を炭化する炭化炉２が設けられている。炭化炉２には、そこから排出される排ガスを燃焼処理する二次燃焼炉３が接続されている。
【００１４】
燃焼処理された高温の燃焼排ガスは、そのままでは熱交換器５へは供給できないため、二次燃焼炉３の下流側に設けられた冷却塔４を介して熱交換器５に接続されている。そして、熱交換器５の下流側には、燃焼排ガスの熱で外気を加熱する外気予熱器６や、外気予熱器６を通った燃焼排ガスを冷却する最終冷却塔７が順に設けられている。
【００１５】
本実施形態の炭化処理システム１０は、炭化物を生成するための原料として畜糞などが用いられるが、畜糞には水分が多く含まれている。そこで、炭化炉２へ投入する前に乾燥機１で乾燥が行われる。乾燥機１では、例えば畜糞に含まれる６５％程度の水分を１０％程度にまで乾燥させるようにしている。乾燥機１の乾燥用ガスは、熱交換器５を通る燃焼排ガスとの熱交換によって加熱されるが、そのため乾燥機１と熱交換器５とは、乾燥処理後の乾燥用ガスが流れる往路側配管１１と、加熱された乾燥処理前の乾燥用ガスが流れる復路側配管１２によって接続され、両者の間を乾燥用ガスが循環するようになっている。
なお、往路側配管１１には、乾燥機１で使用された乾燥用ガスの一部を炭化炉２へと供給するための配管１７が設けられているが、システム上不要であれば、これは省略してもよい。復路側配管１２には、熱交換器５により加熱されて乾燥した乾燥用ガスの一部（原料の乾燥により発生したガスに相当する量）を二次燃焼炉３へ供給するための配管１８が設けられている。
【００１６】
乾燥機１を通って乾燥された原料は、コンベアによって炭化炉２へと送られるようになっている。炭化炉２としては、例えば本出願人が提案した多段スクリュー炭化炉などを挙げることができる。多段スクリュー炭化炉では、炉体内で複数のスクリューコンベアが加熱され、ホッパから投入された原料が、スクリューコンベア内を一定のスピードで搬送される。そして、原料がスクリューコンベア内で加熱・熱分解されることによって炭化物が生成される。
【００１７】
次に、こうした炭化炉２には、排出される排ガスを燃焼処理するための二次燃焼炉３が接続されている。排ガスに含まれるダイオキシンの除去や、乾燥排ガスに含まれる臭気を取り除く必要があるからである。そのため、二次燃焼炉３には排ガスを燃焼させるためのバーナーが設けられ、排ガスを８００℃以上の温度で燃焼するよう構成されている。
そして、この二次燃焼炉３には、燃焼処理した燃焼排ガスを所定温度にまで冷却する冷却塔４が接続されている。なお、冷却する所定温度は、下流側に配置された熱交換器５の耐熱性および飛散灰の付着防止を考慮して７５０℃以下、可能であれば７００℃以下であることが望ましい。
【００１８】
冷却塔４は、燃焼排ガスが流れる配管に冷却水を噴霧する水噴霧冷却装置が設けられている。また、冷却塔４には、その更に下流側に位置する外気予熱器６を通って冷やされた低温燃焼排ガスを、高温の燃焼排ガスへ加える還流用配管１５が接続されている。冷却塔４では、還流用配管１５を通して送られる低温燃焼排ガスの流量を基本的に一定とし、後述する温度センサに基づいた水噴霧冷却装置の制御によって燃焼排ガスの温度調整が行われるようになっている。
【００１９】
ところで、還流用配管１５を通した低温燃焼排ガスの供給は、燃焼排ガスの冷却効果を有し噴霧量の減少に寄与する他、熱交換器５へ送り込まれる燃焼排ガスの流量を増加させている。これは、乾燥機１において乾燥効果を上げるためには所定量の乾燥用ガスが要求されるため、そうした低温の乾燥用ガスと高温の燃焼排ガスとの間で効率良く熱交換を行うには、熱交換器５を流れる両者の流量バランスをとることが有効だからである。従って、冷却塔４へ送られる低温燃焼排ガスの流量は、熱交換器５を流れる乾燥用ガスの流量に応じて設定される。
【００２０】
熱交換器５は、高温の燃焼排ガスと乾燥機１からの乾燥空気との間で熱交換を行い、乾燥処理後の温度の下がった乾燥用ガスを所定の温度に加熱して再び乾燥機１へと送り込むためのものである。そして、この熱交換器５の下流側には、外気予熱器６が接続されている。外気予熱器６は、取り入れた外気と熱交換器５からの燃焼排ガスとの間で熱交換を行うものである。外気予熱器６には、炭化炉２及び二次燃焼炉３へと配管１３が接続され、１２０℃程度に加熱された外気が燃焼用空気として炭化炉２及び二次燃焼炉３へ供給できるようになっている。
【００２１】
また、外気予熱器６には最終冷却塔７が接続され、両者を繋ぐ配管が分岐して還流用配管１５となっている。最終冷却塔７は、燃焼排ガスが噴霧される冷却水によって概ね２００℃以下にまで冷やされるようになっている。そして、最終冷却塔７の下流側にある不図示のバグフィルタを通って燃焼・冷却・集塵されたガスが煙突から排気されるようになっている。
【００２２】
続いて、図２は、図１の炭化処理システムを構成する乾燥用ガスの温度管理部を示すブロック図である。この温度管理部２０は、乾燥機１と熱交換器５との間で循環する乾燥用ガスが、乾燥機１の出口でほぼ温度一定になるようにしたものである。すなわち、熱交換器５と乾燥機１との間で循環する乾燥用ガスは、乾燥機１で原料の乾燥を行い、水蒸気を含んだ状態で再び熱交換器５へと送られており、そうした乾燥機１からの排出される乾燥用ガスの温度がほぼ一定になるようにしたものである。
【００２３】
乾燥機１では、原料の水分を１０％程度にして炭化炉２へ送り込むように乾燥を行っているが、そのため水分量が多い場合には、それに応じて乾燥用ガスの熱量を増加させ、逆に水分量が少ない場合には乾燥用ガスの熱量を減少させる必要がある。そして、熱量調整を適切に行った乾燥用ガスを乾燥機１へ送り込むことにより、乾燥機１から排出される原料の乾燥状態を安定させることができ、その際、乾燥機１から排出される乾燥用ガスは、乾燥対象物である原料と同様に温度がほぼ安定することになるからである。
【００２４】
乾燥機１の乾燥用ガスは、熱交換器５によって燃焼排ガスとの間で熱交換を行い、所定の熱量を受け取って乾燥機１へと送り込まれている。温度管理部２０では、この乾燥機１から排出される乾燥用ガスの温度（以下、「乾燥機排出温度」という）（Ｔ１℃）が一定になるようにするため、乾燥機１へ供給される乾燥用ガスの温度（以下、「乾燥機供給温度」という）（Ｔ２℃）を調整するようにしている。そのため熱交換器５に流入する燃焼排ガスの温度を制御することにより、熱交換を行った乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を適温にするよう構成されている。
【００２５】
温度管理部２０は、温度センサＴ１などの温度検出に基づいて水噴霧冷却装置４１を制御するコントローラ３０が設けられている。このコントローラ３０は、図１に示す炭化処理システム１０全体を制御するものであるが、温度管理部２０の専用コントローラとして設けてもよい。温度管理部２０には、乾燥機１の往路側配管１１と復路側配管１２に、乾燥用ガスの乾燥機排出温度（Ｔ１℃）や乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を検出する温度センサＴ１，Ｔ２が設けられている。更に、二次燃焼炉３を通過した後の燃焼排ガスの温度を検出するための温度センサＴ３，Ｔ４，Ｔ５が設けられ、温度センサＴ３は冷却塔４へ送り込まれる温度、温度センサＴ４は熱交換器５へ供給される温度、Ｔ５は外気予熱器６を通過した温度を検出するものである。
【００２６】
熱交換器５で乾燥用ガスと熱交換する燃焼排ガスの温度（以下、「放熱温度」という）（Ｔ４℃）は、熱交換器５の上流で燃焼排ガスを冷却する冷却塔４の制御によって調整が行われる。その冷却塔４には水噴霧冷却装置４１が設置されており、その噴霧量Ｑによって燃焼排ガスの温度調整が行われるようになっている。なお、前述したように、還流用配管１５を通して加えられる低温燃焼排ガスによっても燃焼排ガスは冷やされるが、低温燃焼排ガスは流量一定になっているため、放熱温度（Ｔ４℃）の制御は水噴霧冷却装置４１によって行われることとなる。
【００２７】
本実施形態では、温度センサＴ１によって検出される乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が例えば２００℃で安定するように、乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を調整するよう設定されている。その乾燥機供給温度（Ｔ２℃）は、６５％程度の水分を含む所定量の原料を乾燥機１に投入した場合に、それが１０％程度にまで乾燥させることができる温度であり、例えば４２０℃に設定されている。従って、Ｔ１で検出する乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が２００℃より低くなれば、乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を上昇させ、逆に２００℃を超えてしまうような場合には乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を下げるようにコントロールするようになっている。
【００２８】
更にこうした温度制御は、熱交換器５入口側の温度センサＴ４で検出される燃焼排ガスの放熱温度（Ｔ４℃）を調整することによって行われ、その放熱温度（Ｔ４℃）は冷却塔４によってコントロールされるようになっている。すなわち、冷却塔４の水噴霧冷却装置４１がコントローラ３０によって制御され、Ｔ１で検出する乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が２００℃より低くなれば、水噴霧冷却装置４１の噴霧量Ｑを減少して乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を上昇させ、逆に２００℃を超えてしまうような場合には噴霧量Ｑを増加させて乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を下げるようになっている。
【００２９】
なお、本実施形態の温度管理部２０は、乾燥機排出温度（Ｔ１℃）がほぼ一定になるように乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を所定温度に制御するものであるが、コントローラ３０によって行う水噴霧冷却装置４１の制御は、温度センサＴ２によって検出される乾燥機供給温度（Ｔ２℃）のように、温度制御を行う当該位置の直接的な情報に基づいて水噴霧冷却装置４１を制御する他、乾燥機供給温度（Ｔ２℃）が所定温度になるように、温度センサＴ４によって検出される間接的な情報である放熱温度（Ｔ４℃）に基づいて制御することも考えられる。更には、温度センサＴ３やＴ５の検出温度に基づいて水噴霧冷却装置４１を制御することも可能である。
【００３０】
ところで、熱交換器５へは放熱温度（Ｔ４℃）が７５０℃以下になるように燃焼排ガスを送り込まなければならない（可能であれば７００℃以下）。コントローラ３０は、乾燥機排出温度（Ｔ１℃）がほぼ一定になるようにしつつも、放熱温度（Ｔ４℃）が７５０℃を超えないように水噴霧冷却装置４１を制御するようにしている。なお、温度センサＴ２〜Ｔ５で検出される温度は、乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）が４２０℃で設定される場合の例であれば、温度センサＴ３の場所で８２５℃程度、温度センサＴ４で検出する放熱温度（Ｔ４℃）が７２５℃、そして温度センサＴ５の場所では３５０℃程度である。
【００３１】
温度管理部２０では、放熱温度（Ｔ４℃）が７５０℃を超えるような場合、或いは７５０℃手前の所定の閾値を超えた場合には、熱交換器５の故障などを防止するため、コントローラ３０が不図示の警報ランプや警報ブザーを動作させたり、炭化処理システム１０の稼働を停止させるようになっている。
【００３２】
続いて、こうした構成の炭化処理システム１０によれば、次のような炭化処理が行われる。
運転開始時は、熱交換器５によって乾燥用ガスを加熱できないため、乾燥機１のバーナーを使用したり、水分が多いまま供給した原料を炭化炉２内で時間をかけて炭化させるなどする。その後、燃焼排ガスが熱交換器５を流れて運転が安定することにより、乾燥機１との間で循環する乾燥用ガスが熱交換器５で加熱される。乾燥用ガスは、乾燥機１で熱が奪われて２００℃程度で熱交換器５へと送られ、その熱交換器５では燃焼排ガスから熱を受け取り、４２０℃程度にまで加熱された乾燥用ガスが乾燥機１へと戻され、循環が繰り返される。
【００３３】
乾燥機１に投入された畜糞などの原料は、熱交換器５で加熱された乾燥用ガスによって乾燥処理が行われる。原料は、季節などによって水分量に変化はあるが、例えば６５％程から１０％程度にまで水分を除去した乾燥状態で炭化炉２へと送り込まれる。炭化炉２内では、原料が加熱および熱分解されることで炭化物となり、不図示の冷却装置を通って炭化製品として回収される。
【００３４】
一方、炭化炉２内で発生した排ガスは二次燃焼炉３へと送り込まれ、バーナーによって８００℃以上の高温で燃焼され、ダイオキシン等の有害物質の無害化や臭気の除去が行われる。そうした燃焼処理の後、高温の燃焼排ガスは冷却塔４へと送られ、そこでは燃焼排ガスに対し、還流用配管１５を通して送られる一定量の低温燃焼排ガスが加わえられて温度を下げる他、冷却水を噴霧した冷却が行われる。この冷却塔４における冷却によって、燃焼排ガスは熱交換器５へ供給可能な温度、すなわち７５０℃好ましくは７００℃を上限としつつ、乾燥機１に送り込む乾燥用ガスを適切な温度に加熱する温度に調整される。
【００３５】
乾燥機１へは、前述したように、例えば乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を４２０℃程度に加熱された乾燥用ガスが供給され、内部の原料を乾燥し、そこで発生した水蒸気等を含んだ乾燥用ガスが往路側配管１１へと排出されて熱交換器５へと流れる。このとき乾燥用ガスの乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が温度センサＴ１によって検出され、その検出信号に基づいてコントローラ３０による温度制御が行われる。
【００３６】
乾燥機１に投入された原料の水分量が多い場合には、乾燥用ガスの乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が低下するため、乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を上昇させるべく、水噴霧冷却装置４１の噴霧量Ｑを減少させて燃焼排ガスの放熱温度（Ｔ４℃）が上がるようにする。よって、熱交換器５では、温度上昇した燃焼排ガスとの熱交換によって乾燥用ガスが加熱され、水分量の上昇に対応した熱量の乾燥用ガスが乾燥機１へと送られることとなる。なお、このとき放熱温度（Ｔ４℃）が７５０℃を超えてしまう場合、或いは所定の閾値を超えてしまう場合には、コントローラ３０によって警報ランプなどを動作させた警告が行われる。
【００３７】
一方、乾燥機１に投入された原料の水分量が少ない場合には、乾燥用ガスの乾燥機排出温度（Ｔ１℃）が上昇するため、乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を下降させるべく、水噴霧冷却装置４１の噴霧量Ｑを増加させて燃焼排ガスの放熱温度（Ｔ４℃）が下がるようにする。よって、熱交換器５では、温度の下がった燃焼排ガスとの熱交換によって乾燥用ガスが加熱され、水分量の上昇に対応した熱量の乾燥用ガスが乾燥機１へと送られる。
【００３８】
以上に説明したように、炭化処理システム１０によれば、乾燥用ガスの乾燥機排出温度（Ｔ１℃）がほぼ一定になるように乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を調整するようにしたので、乾燥機１へ投入する原料の水分量が変化したとしても安定した乾燥状態の原料を炭化炉２へ供給することができるようになった。そして、このような乾燥用ガスの温度調整を冷却塔４の水噴霧冷却装置４１を制御することで実現しているため、原料の水分変化に対してバーナーの火力調整を行うことがなく、燃料消費量を抑えることが可能になった。また、乾燥用ガスの温度調整によって乾燥状態を一定にした一定量の原料を安定して炭化炉２へ供給することができ、バッファタンクによる設備の追加や、原料を一旦排除する作業を必要としないものとすることができた。
【００３９】
そして、こうした炭化処理システム１０では、原料の水分量が少ない場合には乾燥用ガスの乾燥機供給温度（Ｔ２℃）を抑えるので、原料の過剰乾燥を防止することができる。また、その場合には、熱交換器５へ送られる燃焼排ガスの放熱温度（Ｔ４℃）を低くするため、高温熱負荷が減った熱交換器５の寿命を長くすることができる。一方で、原料の水分が多い場合には燃焼排ガスの放熱温度（Ｔ４℃）が高くなるが、温度センサＴ４による検出温度に基づいてコントローラ３０が警報し、或いはシステムの稼働停止させることで熱交換器５の故障や動作不良を防止することができる。
【００４０】
また、冷却塔４へは還流用配管１５から低温燃焼排ガスが送られ、熱交換器５を流れる燃焼排ガスの流量が増加している。そのため、熱交換を行う乾燥用ガスとの流量バランスが取られ、熱交換器５を大型化しなくとも、放熱側の燃焼排ガスと受熱側の乾燥用ガスとの熱交換効率が向上する。そして、冷却塔４では低温燃焼排ガスで燃焼排ガスの温度を下げているため、噴霧水の使用量を大幅に減らすことができる。噴霧水の冷却では消費される蒸発潜熱分の熱量が利用されることなく熱量ロスとなってしまうが、低温排ガスによって燃焼排ガスを予備冷却する方法をとることで熱量ロスを抑えることができる。
【００４１】
なお、本発明の炭化処理システムについての実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 乾燥機
２ 炭化炉
３ 二次燃焼炉
４ 冷却塔
５ 熱交換器
６ 外気予熱器
７ 最終冷却塔
１０ 炭化処理システム
２０ 温度管理部
１１ 往路側配管
１２ 復路側配管
１５ 還流用配管
３０ コントローラ
４１ 水噴霧冷却装置
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５ 温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を含んだ原料を乾燥用ガスにより乾燥させる乾燥機と、前記乾燥機により乾燥させた原料を炭化する炭化炉と、前記炭化炉から排出される排ガスを燃焼処理する二次燃焼炉と、前記二次燃焼炉から排出される高温の燃焼排ガスを冷却する冷却塔と、前記乾燥機との間で循環する乾燥用ガスを前記冷却塔による冷却後の燃焼排ガスによって加熱する熱交換器とを備えた炭化処理システムにおいて、
前記乾燥機から排出される乾燥用ガスの温度を検出する排出部温度検出手段と、前記冷却塔を制御するコントローラとを有し、前記コントローラは、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように前記冷却塔を制御するようにしたものであることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載する炭化処理システムにおいて、
前記熱交換器から前記乾燥機へ供給される乾燥用ガスの温度を検出する供給部温度検出手段を有し、前記コントローラは、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように、当該供給部温度検出手段で検出される温度を所定温度にすべく前記冷却塔を制御するようにしたものであることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項３】
請求項１に記載する炭化処理システムにおいて、
前記熱交換器へ送り込まれる燃焼排ガスの温度を検出する熱交換器前温度検出手段を有し、前記コントローラは、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように、当該熱交換器前温度検出手段で検出される温度を所定温度にすべく前記冷却塔を制御するようにしたものであることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項４】
請求項３に記載する炭化処理システムにおいて、
前記コントローラは、前記熱交換器前温度検出手段により検出される温度が、前記熱交換器の保護のために定められた設定温度を超えないように、前記冷却塔を制御するようにしたものであることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項５】
請求項４に記載する炭化処理システムにおいて、
前記コントローラは、前記熱交換器前温度検出手段による検出に基づいて前記設定温度を超えたことを確認した場合に、警告手段を動作させるようにしたものであることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項１】
水分を含んだ原料を乾燥用ガスにより乾燥させる乾燥機と、前記乾燥機により乾燥させた原料を炭化する炭化炉と、前記炭化炉から排出される排ガスを燃焼処理する二次燃焼炉と、前記二次燃焼炉から排出される高温の燃焼排ガスを冷却する冷却塔と、前記乾燥機との間で循環する乾燥用ガスを前記冷却塔による冷却後の燃焼排ガスによって加熱する熱交換器とを備えた炭化処理システムにおいて、
前記乾燥機から排出される乾燥用ガスの温度を検出する排出部温度検出手段と、前記冷却塔を制御するコントローラとを有し、前記コントローラは、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように前記冷却塔を制御するようにしたものであることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載する炭化処理システムにおいて、
前記熱交換器から前記乾燥機へ供給される乾燥用ガスの温度を検出する供給部温度検出手段を有し、前記コントローラは、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように、当該供給部温度検出手段で検出される温度を所定温度にすべく前記冷却塔を制御するようにしたものであることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項３】
請求項１に記載する炭化処理システムにおいて、
前記熱交換器へ送り込まれる燃焼排ガスの温度を検出する熱交換器前温度検出手段を有し、前記コントローラは、前記排出部温度検出手段により検出される温度がほぼ一定になるように、当該熱交換器前温度検出手段で検出される温度を所定温度にすべく前記冷却塔を制御するようにしたものであることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項４】
請求項３に記載する炭化処理システムにおいて、
前記コントローラは、前記熱交換器前温度検出手段により検出される温度が、前記熱交換器の保護のために定められた設定温度を超えないように、前記冷却塔を制御するようにしたものであることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項５】
請求項４に記載する炭化処理システムにおいて、
前記コントローラは、前記熱交換器前温度検出手段による検出に基づいて前記設定温度を超えたことを確認した場合に、警告手段を動作させるようにしたものであることを特徴とする炭化処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１１１４８０（Ｐ２０１１−１１１４８０Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６７０５７（Ｐ２００９−２６７０５７）
【出願日】平成２１年１１月２５日（２００９．１１．２５）
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２５日（２００９．１１．２５）
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
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