CN110557946A - 有机污泥的处理装置及处理方法 - Google Patents

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和泉一志
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Abstract

一边将设备成本及水泥生产效率、熟料生产量的降低抑制为最小限度一边对有机污泥进行处理。有机污泥的处理装置，其具备：从水泥烧成装置1的不包括最下段旋风器的预热器旋风器4C将预热原料R2分取的分取装置7；将有机污泥S与分取的预热原料混合、使用预热原料的显热使有机污泥干燥的混合装置8；将来自混合装置的混合物M供给到水泥烧成装置的煅烧炉5或从水泥窑炉2的窑尾部到煅烧炉之间的管路的供给装置(混合物槽12、双挡板阻尼器13、闭合阻尼器14)。也可具备：将来自混合装置的包含灰尘、臭气及水蒸汽的排气G2导入到水泥烧成装置的最下段旋风器4A的气体出口部的导入装置。

Description

有机污泥的处理装置及处理方法
技术领域
本发明涉及下水污泥等有机污泥的处理装置及处理方法，涉及将有机污泥作为燃料等来有效利用的装置等。
背景技术
对于从下水处理场排出的下水污泥等有机污泥而言，由于近年来的处理场的枯竭、防止环境污染，因此目前为止进行的陆上的填埋等逐渐变得困难。因此，提出各种将下水污泥等作为燃料来有效利用的方法。例如，在专利文献1等中公开有将下水污泥等有机污泥以含水浆料状直接投入到水泥制造设备的窑炉的窑尾部、煅烧炉而燃料化的技术。
另一方面，在专利文献2中公开有如下技术：将下水污泥和生石灰类混合而进行该下水污泥的脱水、将生成的固体成分投入到水泥窑炉中来与其他的水泥原料一起进行水泥化。另外，在专利文献3、专利文献4中公开有如下技术：利用预热器底部原料的生石灰、旁路灰尘的生石灰将下水污泥干燥。
但是，在上述专利文献1中记载的方法中，由于将有机污泥以含水浆料状投入到水泥窑炉的水泥原料进行脱碳酸反应的部位(从窑尾到最下段旋风器入口)，因此污泥水分的蒸发所需要的热量很大，水分进行蒸发的场所、时间并不一定，存在着排气量变动、或者烧成温度急剧地降低而水泥生产效率降低的问题。
此外，也有如专利文献2那样利用生石灰的反应热来使其干燥的方法，但生石灰价格高，以及为了利用生石灰水合后的发热来使其干燥，需要干燥时间。
如果如专利文献3、专利文献4那样利用水泥原料中的生石灰的水和热来使其干燥，与使用市售的生石灰相比，成为低成本，但在作为水泥原料来利用的情况下需要再次脱水，其热损失需要是脱水反应所需的理论值的1.5倍-2倍，热损失大。
因此，例如，在专利文献5等中，作为用于将有机污泥投入到水泥窑炉的窑尾的前处理，公开有使用气流干燥机使有机污泥干燥的技术。该技术在污泥饼中将被气流干燥的污泥的循环干燥粉进行混合搅拌而调整水分，将混合粉用气流干燥机的破碎机破碎后，在干燥管路内使其干燥，用旋风器集尘而得到干燥粉，将干燥粉的一定量吹入到旋转窑炉中，作为水泥熟料烧成用燃料的一部分来利用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3933194号公报
专利文献2：日本专利第2803855号公报
专利文献3：日本专利第4106449号公报
专利文献4：日本特开2015-66477号公报
专利文献5：日本特开2002-273492号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述专利文献5中记载的技术中，由于需要气流干燥机等装置，因此设备成本增大，且由于进行气流干燥机的排气的臭气处理，因此如果使排气返回水泥烧成装置，则水泥生产效率、熟料生产量降低。
因此，本发明鉴于上述现有技术中的问题而完成，目的在于一边将设备成本以及水泥生产效率(节能)、熟料生产量的降低抑制为最小限度、一边对有机污泥进行处理。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明为有机污泥的处理装置，其特征在于，具备：从水泥烧成装置的不包括最下段旋风器的预热器旋风器将预热原料进行分取的分取装置；将有机污泥与用上述分取装置所分取的预热原料进行混合、使用该预热原料的显热来使上述有机污泥干燥的混合装置；将从该混合装置所排出的混合物供给到上述水泥烧成装置的煅烧炉或从水泥窑炉的窑尾部到上述煅烧炉之间的管路的供给装置。
其中，不包括最下段旋风器是因为：在最下段旋风器中水泥原料中所含的石灰石的95％以上被分解而形成CaO，如果使其与水反应，虽然成为干燥热源，但热损失大，花费成本，作为能量成本，与将下水污泥直接投入的情形不予以说明差异。
根据本发明，通过与从预热器旋风器所分取的预热原料进行混合，使用预热原料的显热来使有机污泥干燥，通过将干燥污泥与预热原料一起供给到煅烧炉或者从水泥窑炉的窑尾部到煅烧炉之间的管路，能够将干燥污泥作为替代燃料来有效利用，该热源在煅烧炉等中能够作为水泥原料的脱碳酸用热量而有效率地作贡献，因此能够一边将设备成本以及水泥生产效率、熟料生产量的降低抑制为最小限度一边对有机污泥进行处理。另外，由于没有用排气来进行预热，因此装置构成简单、小型化，能够实现空间节省。
就上述有机污泥的处理装置而言，能够具备将来自上述混合装置的包含灰尘、臭气及水蒸汽的排气导入到上述水泥烧成装置的最下段旋风器的气体出口部的导入装置，能够一边将通过污泥的干燥而产生的臭气气体作为水泥窑炉排气的脱硝用气体来有效利用一边进行处理。另外，如果使排气返回到煅烧炉、水泥窑炉，则成为煅烧的热损失，但在本发明中，由于返回到最下段旋风器的气体出口部(煅烧完成后的排气)，因此热损失成为最小限度。
就上述有机污泥的处理装置而言，能够具备：将来自上述混合装置的包含灰尘、臭气及水蒸汽的排气导入、将粗粉(被捕集的灰尘)回收而返回到上述混合装置、且将包含微粉(未被捕集的灰尘)、臭气及水蒸汽的排气排出的旋风集尘器，可将粗粉回收而在干燥中进行再利用、且一边在将上述臭气气体作为水泥窑炉排气的脱硝用气体来有效利用一边进行处理。
就上述有机污泥的处理装置而言，能够具备将不是水溶液的粒子状的脲供给到上述混合装置的脲供给装置，用将供给的脲分取了的预热原料来进行分解、与下水污泥中所含的臭气、水蒸汽一起添加至最下段旋风器的气体出口，由此氨成分向气体中的扩散变得容易，也不需要特殊的喷雾用喷嘴，能够提高脱硝功能。另外，由于添加不是水溶液的粒子状的脲，因此与现有的添加脲水的方法相比，能够减少水泥烧成装置中所带入的水分量，能够抑制水泥生产量的降低。
在上述有机污泥的处理装置中，能够使上述混合装置的出口的混合物的温度为120℃以上，由此，能够防止输送时的水分的冷凝所引起的问题。
另外，本发明为有机污泥的处理方法，其特征在于，将有机污泥与从水泥烧成装置的不包括最下段旋风器的预热器旋风器所分取的预热原料混合、使用该预热原料的显热来使上述有机污泥干燥、将混合物导入到该水泥烧成装置的煅烧炉或者从水泥窑炉的窑尾部到上述煅烧炉之间的管路。
根据本发明，通过使用从不包括最下段旋风器的预热器旋风器所分取的预热原料的显热来使有机污泥干燥、将干燥污泥与预热原料一起供给到煅烧炉等，能够将干燥污泥作为替代燃料来有效利用，由于该热源在煅烧炉等中能够作为水泥原料的脱碳酸用热量而有效率地做贡献，因此能够一边将设备成本以及水泥生产效率、熟料生产量的降低抑制为最小限度一边对有机污泥进行处理。
在上述有机污泥的处理方法中，能够将上述有机污泥与分取的预热原料的混合时所产生的臭气气体导入到上述水泥烧成装置的最下段旋风器的气体出口部，能够一边将通过污泥的干燥而产生的臭气气体中所含的氨成分作为水泥窑炉排气的脱硝用成分来有效利用、一边进行处理。
另外，能够使从上述预热器旋风器所分取的预热原料的温度为400℃以上且820℃以下。
进而，能够使上述有机污泥与上述分取的预热原料的混合比例为有机污泥(不包括水分的固体成分)：分取的预热原料＝1：3～1：40，由此，能够稳定地且短时间地使水分蒸发。另外，通过用作为不燃物的分取的预热原料将有机污泥的可燃分进行稀释，不再有粉尘爆炸的担心。进而另外，利用上述混合比，使粘性高的有机污泥的处理性飞跃地改善。
另外，通过使上述预热原料中的氧化钙(CaO)含有率为20质量％以下，则能够避免：控制变得困难以及热损失变大。
发明的效果
如上，根据本发明，能够一边将设备成本以及水泥生产效率、熟料生产量的降低抑制为最小限度一边安全地对有机污泥进行处理。
附图说明
图1为表示本发明涉及的水泥烧成装置的一个实施方式的概略图。
具体实施方式
接着，参照附图对用于实施本发明的方式详细地说明。
图1表示具备本发明涉及的有机污泥的处理装置的水泥烧成装置，就该水泥烧成装置1而言，除了水泥窑炉2、熟料冷却器3、预热器4和煅烧炉5等一般的水泥烧成装置的构成要素以外，具备：从预热器4的三段旋风器4C的原料槽(原料シュート)4a所排出的水泥原料R1中将其一部分分取的分取装置7；一边将分取的预热原料R2在从有机污泥供给装置6所供给的有机污泥S中进行混合一边使有机污泥S干燥的混合装置8等。应予说明，预热器4具有四段或五段的旋风器，但在图1中，省略了在三段旋风器4C的上方存在的装置的图示。所谓有机污泥S，是指下水污泥、造纸污泥、建筑基坑污泥、食品污泥等。
就分取装置7而言，例如，能够用贯通三段旋风器4C的原料槽4a的螺旋输送机来构成。以将螺旋输送机的贯通原料槽4a的部分的外壳的上半部分除去、将水泥原料R1从上方导入到螺旋输送机的方式来构成。在从分取装置7到混合装置8的原料槽9中，设置挡板阻尼器(フラップダンパー)10及双挡板阻尼器11，将一边保持气密性一边分取的预热原料R2导入到混合装置8。
就混合装置8而言，是在水平轴8a安装许多叶片8b、通过使水平轴8a旋转从而叶片8b也旋转的捏土磨机等，同时进行有机污泥S与分取的预热原料R2的混合干燥和搬运。在混合装置8中，为了防止由于急剧的水蒸汽的产生而使飞散灰尘增大，设置风斗(フード)8c。
在混合装置8的上方，设置从混合装置8的排气G1进行除尘的旋风集尘器16，在旋风集尘器16的上方的气体管路15，设置调节旋风集尘器16的排气G2的流量的流量调节阀17。在旋风集尘器16的槽，设置挡板阻尼器18，一边保持气密性一边使集尘的粗粉C返回到混合装置8。
在混合装置8的下方，设置双挡板阻尼器13和闭合阻尼器14，一边保持气密性一边将预热原料R2和有机污泥S的混合物M经由混合物槽12而导入到煅烧炉5的下部。
接着，一边参照图1一边对使用有具有上述构成的水泥烧成装置1的本发明涉及的有机污泥的处理方法进行说明。
在水泥烧成装置1的运转时，经由有机污泥供给装置6将有机污泥S供给到混合装置8，且用分取装置7来分取从预热器4的三段旋风器4C所排出的水泥原料R1的一部分，将分取的预热原料R2导入到混合装置8。就预热原料R2的分取量而言，通过改善分取装置7的螺旋输送机的转数，能够即刻地调整。由此，由于对于有机污泥S的性状的波动(粘性、季节变动、水分量变化)所引起的供给量的变化，也能够立即调整预热原料R2的分取量来应对，稳定的处理成为可能。
另外，也能够根据下水污泥中特征性的磷(P2O5)的含量来调整上述预热原料R2的分取量。就P2O5而言，在水泥原料R1中含有0.04％左右，在下水污泥中含有3～8％左右。因此，用在线的荧光X射线装置来计量混合物(干燥污泥)M中的P2O5的量，根据其量来调整预热原料R2或有机污泥S的量(例如，使混合量变化以使得形成由规定混合比所算出的P2O5的含量。具体地，如果P2O5的测定值低，则减少预热原料R2的分取量或增加有机污泥S的量等)，能够以最佳的比率进行干燥。由此，能够使供给到水泥窑炉2的混合物M的成分为一定，因此对水泥窑炉2的影响小。
其中，就有机污泥S与分取的预热原料R2的混合比例而言，优选调节到有机污泥S(不包括水分的固体成分)：分取的预热原料R2＝1：3～1：40，更优选调节到有机污泥S(不包括水分的固体成分)：分取的预热原料R2＝1：7～1：30，特别优选调节到有机污泥S(不包括水分的固体成分)：分取的预热原料R2＝1：15～1：25，或者，优选调节到有机污泥S(含水率80％分)：分取的预热原料R2＝1：0.6～1：8，更优选调节到有机污泥S(含水率80％分)：分取的预热原料R2＝1：1～1：6，特别优选调节到有机污泥S(含水率80％分)：分取的预热原料R2＝1：3～1：5。通过使分取的预热原料R2相对于有机污泥S(固体成分)为3倍以上，传热变得良好，不仅能够稳定地且用短时间使水分蒸发，而且通过将有机污泥S的可燃分用作为不燃物的分取的预热原料R2稀释，不再担心粉尘爆炸。通过将分取的预热原料R2相对于有机污泥S(固体成分)抑制在40倍以下，能够有效率地进行有机污泥S的处理。另外，通过形成为上述范围的混合比，粘性高的有机污泥S的处理性飞跃地得到改善。
在混合装置8中，一边将它们优选混合搅拌1～20分钟、更优选混合搅拌1～10分钟左右一边搬运，通过分取的预热原料R2的显热将有机污泥S加热而使其干燥。予以说明，就没有被分取的水泥原料R1而言，如通常那样用两段旋风器4B进一步预热，用煅烧炉5、最下段旋风器4A进行脱碳酸后，在水泥窑炉2烧成，生成水泥熟料。
就干燥的有机污泥S和分取的预热原料R2的混合物M而言，在120℃以上的温度下从混合装置8排出，经由混合物槽12而导入到煅烧炉5的下部。通过使混合装置8的出口的混合物M的温度为120℃以上的温度，能够防止输送时的水分的冷凝所产生的问题。另外，也将从混合装置8排出的排气G1的温度控制在120℃以上。在混合物M中，将干燥的有机污泥S在煅烧炉5中作为替代燃料来利用，将分取的预热原料R2在煅烧炉5、最下段旋风器4A中进行脱碳酸后，在水泥窑炉2烧成，生成水泥熟料。
另一方面，将混合装置8的排气G1导入到旋风集尘器16，使粗粉(被捕集的灰尘)C返回到混合装置8。就来自旋风集尘器16的包含微粉(未被捕集的灰尘)F、臭气及水蒸汽的排气G2而言，通过流量调节阀17适当地进行了流量调节后，导入到最下段旋风器4A的排气出口，由此将排气G2中所含的臭气除去，且排气G2中所含的来自有机污泥S的氨对水泥窑炉排气G3进行脱硝。另外，如果使排气G2返回到煅烧炉5、水泥窑炉2，则成为煅烧的热损失，本发明中由于返回到最下段旋风器4A的气体出口部，因此热损失成为最小限度。予以说明，在由于风斗8C的效果，排气G1中所含的灰尘量少的情况下，能够省略旋风集尘器16和挡板阻尼器18。
如上所述，根据本实施方式，由于使用构成比气流干燥机简单、小型的混合装置8，因此能够将设备成本控制得低，实现空间节省。另外，将混合装置8的包含微粉F、臭气及水蒸汽的排气G2导入到最下段旋风器4A的排气出口，因此也不会对煅烧炉5中的水泥原料R1的脱碳酸等产生不良影响。
应予说明，如果将脲导入到混合装置8，则能够使混合装置8的排气G1(旋风集尘器16的排气G2)中所含的氨浓度上升、进一步提高水泥窑炉排气G3的脱硝功能。就脲而言，通常作为水溶液而添加到煅烧炉5、窑尾部，可以以粒状直接向混合装置8的内部添加，能够无热损失地期待脱硝效果。
在上述实施方式中，从预热器4的三段旋风器4C的原料槽4a分取预热原料R2，但就分取的水泥原料的温度而言，从与有机污泥S的有效率的热交换的观点考虑，优选为400～820℃，更优选为500～800℃，进一步优选为600～700℃左右。
本发明中，分取的预热原料R2中的氧化钙(CaO)含有率优选20质量％以下，更优选15质量％以下，进一步优选10质量％以下，进一步优选5质量％以下，特别优选3质量％以下。如果分取的预热原料R2中的氧化钙(CaO)多，则在高温的预热原料R2在混合装置8内与有机污泥S的水分接触时，如果发生CaO+2H2O→Ca(OH)2的放热反应，则控制变得困难，且如上所述热损失变大。
另外，混合装置8的构成并不限定于上述的构成，即使是能够利用将有机污泥S分取了的预热原料R2的显热来使其干燥的其他种类的装置，也可采用。
接着，对上述水泥烧成装置1的运转例进行说明。
以4～7t/h将水分含有率80％左右的有机污泥S从有机污泥供给装置6供给到带有风斗的混合装置8(长6250mm、宽1534mm、高3000mm),且从水泥烧成装置1的预热器4的三段旋风器4C通过分取装置7以15～22t/h分取650℃左右的预热原料R2(CaO含有率为3质量％以下)，经由挡板阻尼器10和双挡板阻尼器11，供给到混合装置8。通过混合装置8将有机污泥S与分取的预热原料R2进行混合(有机污泥S(含水率80％分)与分取的预热原料R2的混合比例为S：R2＝1：3～1：5)，利用分取的预热原料R2的显热来使有机污泥S干燥。予以说明，分取的预热原料R2与有机污泥S的混合时间为1～3分钟。
通过采用上述混合装置8的混合干燥，从带有风斗的混合装置8以4000～7000Nm3/h将300℃左右的排气G1(干燥水蒸汽)排出，经过旋风集尘器16和流量调节阀17而投入到最下段旋风器4A的出口气体管路。另一方面，从混合装置8将水分含有率1％以下、120℃～200℃的混合物(干燥污泥)M以16～24t/h排出，经过双挡板阻尼器13和闭合阻尼器14而投入到水泥窑炉2。被均匀混合的混合物M为粉体状，也没有未干燥的有机污泥S的块，处理性良好，因此不会在输送系中阻塞。而且，不会对水泥制造工序产生影响，也能够维持熟料生产量。
1 水泥烧成装置
2 水泥窑炉
3 熟料冷却器
4 预热器
4A 最下段旋风器
4B 两段旋风器
4C 三段旋风器
4a 原料槽
5 煅烧炉
6 有机污泥供给装置
7 分取装置
8 混合装置
8a 水平轴
8b 叶片
8c 风斗
9 原料槽
10 挡板阻尼器
11 双挡板阻尼器
12 混合物槽
13 双挡板阻尼器
14 闭合阻尼器
15 气体管路
16 旋风集尘器
17 流量调节阀
18 挡板阻尼器
C 粗粉
F 微粉
G1-G3 排气
M 混合物
R1 水泥原料
R2 预热原料
S 有机污泥

Claims (10)

1.一种有机污泥的处理装置，其特征在于，具备：
从水泥烧成装置的不包括最下段旋风器的预热器旋风器将预热原料进行分取的分取装置；
将有机污泥与用所述分取装置所分取的预热原料进行混合、使用该预热原料的显热来使所述有机污泥干燥的混合装置；和
将从该混合装置所排出的混合物供给到所述水泥烧成装置的煅烧炉或从水泥窑炉的窑尾部到所述煅烧炉之间的管路的供给装置。
2.根据权利要求1所述的有机污泥的处理装置，其特征在于，具备：将来自所述混合装置的包含灰尘、臭气及水蒸汽的排气导入到所述水泥烧成装置的最下段旋风器的气体出口部的导入装置。
3.根据权利要求2所述的有机污泥的处理装置，其特征在于，具备：将来自所述混合装置的包含灰尘、臭气及水蒸汽的排气导入、将粗粉回收而返回到所述混合装置、且将包含微粉、臭气及水蒸汽的排气向所述导入装置排出的旋风集尘器。
4.根据权利要求1、2或3所述的有机污泥的处理装置，其特征在于，在所述混合装置中具备供给粒子状的脲的脲供给装置。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的有机污泥的处理装置，其特征在于，使所述混合装置的出口的混合物的温度为120℃以上。
6.一种有机污泥的处理方法，其特征在于，将有机污泥与从水泥烧成装置的不包括最下段旋风器的预热器旋风器所分取的预热原料混合、使用该预热原料的显热使所述有机污泥干燥、将混合物导入到该水泥烧成装置的煅烧炉或者从水泥窑炉的窑尾部到上述煅烧炉之间的管路。
7.根据权利要求6所述的有机污泥的处理方法，其特征在于，将所述有机污泥与所述预热原料的混合时所产生的臭气气体导入到所述水泥烧成装置的最下段旋风器的气体出口部。
8.根据权利要求6或7所述的有机污泥的处理方法，其特征在于，从所述预热器旋风器所分取的预热原料的温度为400℃以上且820℃以下。
9.根据权利要求6、7或8所述的有机污泥的处理方法，其特征在于，使所述有机污泥与所述分取的预热原料的混合比例为有机污泥(不包括水分的固体成分)：分取的预热原料＝1：3至1：40。
10.根据权利要求6、7、8或9所述的有机污泥的处理方法，其特征在于，所述预热原料中的氧化钙(CaO)含有率为20质量％以下。
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