JP2005200522A - 高含水有機物の炭化処理方法及び装置並びに白煙防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 炭化温度が乾留ガスの量又はその発熱量に左右されることがないように、炭化処理に必要な任意の温度及び量の燃焼排ガスを生成することができるようにした高含水有機物の炭化処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 炭化処理の過程で発生する乾留ガスの全部又は一部を高含水有機物の乾燥処理のための熱源として用い、炭化処理のための熱源としては、主として助燃料を用い、又は一部について乾留ガス、残部について助燃料を用い、炭化処理に必要な任意の温度及び量の燃焼排ガスを生成することができるようにすることとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下水処理場などで発生する汚泥などの高含水有機物を処理するための炭化処理方法及び装置並びに白煙防止方法に関する。

下水汚泥に代表される高い水分を含有する有機物を炭化するためには、原料である水分を含有した有機物を乾燥処理した後、炭化処理するのが一般的である。
ここで、炭化処理の熱源としては、炭化処理の過程で発生する乾留ガスを燃焼させた燃焼排ガスを用いることが一般的である（例えば、特開平１１−３７６４５号公報）。しかし、このように乾留ガスを用いる場合、炭化温度が乾留ガスの量又はその発熱量に左右される。その結果、炭化の度合いが成り行きとなり、製品である炭化物の品質を不安定にしてしまうといった問題があった。
一方、乾燥・炭化のプロセスで発生する排ガスを大気中に放出する際、白煙を防止する目的で冷却除湿後（時として除湿なしで）、排ガスにより予熱した高温空気と混合していた。乾燥・炭化に要する熱源は、可能な限り回収し、有効利用を図ることが燃費向上の観点からは必要である。ここで、白煙防止を行う場合、気象条件によって白煙条件が変動するにもかかわらず、ほぼ一定量の熱量を白煙防止用に使用せざるを得ず、結果的に必要以上の熱量を白煙防止に用いることとなりがちであった。
特開平１１−３７６４５号公報

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、炭化温度が乾留ガスの量又はその発熱量に左右されることがないように、炭化処理に必要な任意の温度及び量の燃焼排ガスを生成することができるようにした高含水有機物の炭化処理方法及び装置を提供することを目的とする。また、本発明は、白煙防止のために過度の熱量を消費しなくても済むようにした白煙防止方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る高含水有機物の炭化処理方法は、高含水有機物を乾燥処理し、乾燥処理を経た後の高含水有機物を炭化処理するための高含水有機物の炭化処理方法において、炭化処理の過程で発生する乾留ガスの全部又は一部を高含水有機物の乾燥処理のための熱源として用い、炭化処理のための熱源としては、主として助燃料を用い、又は一部について乾留ガス、残部について助燃料を用い、炭化処理に必要な任意の温度及び量の燃焼排ガスを生成することができるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る高含水有機物の炭化処理方法は、その一実施の形態で、煙突から排出される排ガスの白煙防止のために予熱した空気のうち、白煙防止に必要とされる一部を白煙防止に用い、残部を炭化処理及び／又は乾燥処理に用いることを特徴とする。

さらに、本発明は、別の側面で、高含水有機物の炭化処理装置であり、高含水有機物を乾燥処理するための乾燥装置と、乾燥処理を経た後の高含水有機物を炭化処理するための炭化装置とを有する高含水有機物の炭化処理装置において、上記乾燥装置では、炭化処理の過程で発生する乾留ガスの全部又は一部を高含水有機物の乾燥処理のための熱源として用い、上記炭化装置では、炭化処理のための熱源として、主として助燃料を用い、又は一部について乾留ガス、残部について助燃料を用い、炭化処理に必要な任意の温度及び量の燃焼排ガスを生成することができるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る高含水有機物の炭化処理装置は、その一実施の形態で、煙突から排出される排ガスの白煙防止のために予熱した空気のうち、白煙防止に必要とされる一部を白煙防止に用い、残部を炭化処理及び／又は乾燥処理に用いることを特徴とする。

またさらに、本発明は、さらにべつの側面で、白煙防止方法であり、煙突から排出される排ガスの白煙防止のために予熱した空気のうち、白煙防止に必要とされる一部を白煙防止に用い、残部を他の機器の熱源に用いることを特徴とする。

本発明によれば、炭化温度が乾留ガスの量又はその発熱量に左右されることがないように、炭化処理に必要な任意の温度及び量の燃焼排ガスを生成することができるようにした高含水有機物の炭化処理方法及び装置が提供される。また、本発明によれば、白煙防止のために過度の熱量を消費しなくても済むようにした白煙防止方法が提供される。

以下に、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る高含水有機物の炭化処理方法を実施する装置の一実施の形態を示す模式図である。本実施の形態では、高含水有機物として下水汚泥をその処理対象としている。図１に示すように、本実施の形態に係る炭化処理装置は、下水汚泥１を脱水する脱水機１０と、下水汚泥に熱風を直接接触させて乾燥する乾燥炉２０と、乾燥させた下水汚泥を炭化処理する外熱式ロータリーキルン型の炭化炉３０と、炭化炉３０で生成した乾留ガスを主に燃焼する燃焼炉４０と、炭化炉３０に加熱ガスを送る燃焼炉５０とから主に構成されている。

乾燥炉２０は、熱風を直接接触させる方式に限定されず、脱水汚泥を燃焼させずに乾燥できるものであれば特に限定されない。炭化炉３０は、外熱式ロータリーキルン型のものが好適であるが、本発明の目的に適う限り、他の形態の炭化炉とすることもできる。

脱水機１０と乾燥炉２０とはライン１１で接続されている。このライン１１は、圧送ポンプ（図示省略）によって汚泥を圧送できる配管などが好ましい。
乾燥炉２０と炭化炉３０とはライン２１で接続されており、このライン２１は乾燥した汚泥を搬送できるコンベアなどが好ましい。
乾燥炉２０と燃焼炉４０とは、循環ガス予熱器２２を介して空気流路的にライン２３で接続されている。

炭化炉３０の内部と燃焼炉４０とは、炭化炉３０内で生成した乾留ガスの配管であるライン３１で接続されている。このライン３１には乾留ガス中から炭化物を分離除去するサイクロン３２が設けられている。サイクロン３２の底部と炭化炉３０の炭化物出口には、炭化物を排出するライン３３とライン３４とがそれぞれ設けられている。

燃焼炉４０と乾燥炉２０とは、燃焼炉４０からの燃焼排ガスを乾燥用ガスとして供給するためのライン４３で接続されている。ライン４３は、ライン４４、ライン４５に分岐し、循環ガス予熱器２２の内部を経たライン４５からのガス流路は、ライン３７に合流し、以後このライン３７は、順に空気予熱器３８、ガス冷却塔３９、バグフィルタ４６、及び煙突４７を結ぶ配管として構成されている。燃焼炉４０には、ファン４８が設置され、燃焼用空気を内部に送り込むことができるように構成されている。
燃焼炉５０には、もっぱらＬＮＧ（天然ガス）又は重油等の化石燃料といった助燃料のみが供給され、乾留ガスは、全く供給されないか、必要な熱源の一部として供給される。また、燃焼用空気としては、ライン５３により循環されるガス及びライン６１からの予熱された空気が供給される。このライン６１からの空気はもともと、ライン６２を通して、煙突４７に白煙防止用にのみ供給されていた空気である。

次に、上記実施の形態に係る高含水有機物の炭化処理装置を用いて、汚泥を炭化処理する方法の一実施の形態を説明する。
先ず、脱水機１０に下水汚泥１を導入し、下水汚泥１の水分が約８０％になるぐらいまで脱水する。なお、本発明で対象となる汚泥は、炭化処理により固体燃料化できる有機性の汚泥であれば下水汚泥に限定されるものではなく、例えば、食品汚泥、製紙汚泥、ビルピット汚泥、消化汚泥、活性汚泥なども適用でき、他の高含水有機物に適用することができる。

次いで、脱水した下水汚泥を乾燥炉２０に送る。乾燥炉２０では、汚泥の水分が約３０％位になるまで乾燥する。乾燥炉２０での乾燥は、ライン４４から導入される燃焼排ガスを、汚泥に直接接触させることにより行う。なお、乾燥に必要な量以上の燃焼排ガスは、ライン４５の系統に送られる。乾燥させた汚泥は、ライン２１を介して炭化炉３０に導入する。

炭化炉３０では、汚泥を酸素が欠乏した雰囲気下で約３００〜６００℃に加熱して炭化処理を行い、乾留ガスと固体燃料である炭化物６とを生成する。乾留ガスは、ライン３１を介して燃焼炉４０、ライン３１´を介して燃焼炉５０に導入する。

この炭化炉３０の加熱は、燃焼炉５０で助燃料をライン６１及び循環ライン５３からの燃焼用空気で燃焼し、得られる加熱ガスを炭化炉３０の外筒に供給することにより行う。加熱ガスは、汚泥に直接には接触しない。なお、ライン６１からの空気は、空気予熱器３８での排ガスとの熱交換により加熱されている。燃焼炉５０には、乾留ガスを一部加えても良いが、あくまで、主体となるのは助燃料である。炭化温度が乾留ガスの量又はその発熱量に左右されることがないように、炭化処理に必要な任意の温度及び量の燃焼排ガスを生成することができるようにするためである。

一方、これに対して、燃焼炉４０には、乾燥炉２０から排気され循環ガス予熱器２２で加熱した排ガスと、ファン４８で供給される燃焼用空気、ＬＮＧ又は重油等の化石燃料といった助燃料、及び炭化炉３０からの乾留ガスが供給される。燃焼炉４０には、このように助燃料も供給されるが、これは、温度を８５０℃以上に保つために最低必要な量を加える。これによってダイオキシンの発生を防ぐためである。

このように、この実施の形態からも了解されるように、本発明では、乾燥炉２０に熱源（燃焼排ガス）を供給する燃焼炉４０でもっぱら乾留ガスを燃焼させ、炭化炉３０の熱源を供給する燃焼炉５０でもっぱら助燃料を燃焼させるようにしている。すなわち、燃焼炉を少なくとも２系統設け、炭化物の品質を安定に保っている。

炭化度は、炭化温度、炭化に要する時間等の複合要因で決定される。すなわち、炭化度を制御するためには、炭化炉３０の外筒に供給する熱風の温度・量、原料の供給量、炭化炉３０の内部での原料の攪拌強度・移動速度等の一つ又は幾つかの組み合わせを制御すればよい。特に、炭化物を燃料として用いる場合には、その燃料としての価値を左右する、発熱量・燃料比・灰分割合等を適正（な範囲）に制御する必要があり、そのためには、温度の制御ができることが不可欠である。本実施の形態から明らかなように、本発明では、乾留ガス化ガスの性状・量及び炭化炉に供給する原料の性状（水分量、発熱量、有機物の割合等）に左右されず、炭化物の品質を安定にコントロールできる。

本実施の形態では、固体燃料である炭化物６は、炭化炉３０出口からライン３３を介して得られるとともに、サイクロン３２において乾留ガス中から分離除去されライン３４を介して回収することができる。このようして得られた炭化物６は、石炭焚きボイラ（図示省略）に供給し、石炭とともに混焼して火力発電に用いることができる。

ライン２３からの燃焼排ガス、及びライン３６からの燃焼排ガスは、ガス冷却塔３９で冷却され、バグフィルタ４６によって除塵された後、排煙処理塔（湿式スクラバー）５５にて洗煙・減湿された後、煙突４７から排出される。なお、誘引ファン５６で、燃焼排ガスを誘引する。ここで、従来、白煙防止のため、空気予熱器３８での燃焼排ガスとの熱交換により加熱された空気が、煙突４７に供給されていた。本発明では、ライン６２に全ての空気を導入するのではなく、ライン６１のように分岐して燃焼炉５０に送り込んでいる。勿論この空気は、燃焼炉４０等の他の機器に供給することもできる。

白煙防止用熱源としては、予め設定した気象条件で、白煙を生じないだけの熱量を回収することが必要である。しかし、気象条件によっては、必要以上の熱量を白煙防止用熱源として回収し捨てることとなってしまっていた。例えば、東京都区部・横浜市の場合は、０℃相対湿度１００％が白煙防止条件であれば、年間のほとんどの期間に亘って必要以上の熱を外部に捨ててしまうことになっていた。本発明によれば、白煙防止に必要な熱量（熱風量）を上回る熱（熱風）を乾燥処理及び／又は炭化処理の熱源の全部又は一部に用いることができ、燃費の向上を図ることができる。

本発明に係る高含水有機物の炭化処理装置の一実施の形態を示す模式図である。

符号の説明

１ 下水汚泥
６ 炭化物
１０ 脱水機
２０ 乾燥炉
２２ 循環ガス予熱器
３０ 炭化炉
３２ サイクロン
３８ 空気予熱器
３９ ガス冷却塔
４０ 燃焼炉
４７ 煙突
５０ 燃焼炉

Claims (5)

1. 高含水有機物を乾燥処理し、乾燥処理を経た後の高含水有機物を炭化処理するための高含水有機物の炭化処理方法において、炭化処理の過程で発生する乾留ガスの全部又は一部を高含水有機物の乾燥処理のための熱源として用い、炭化処理のための熱源としては、主として助燃料を用い、又は一部について乾留ガス、残部について助燃料を用い、炭化処理に必要な任意の温度及び量の燃焼排ガスを生成することができるようにしたことを特徴とする高含水有機物の炭化処理方法。
2. 煙突から排出される排ガスの白煙防止のために予熱した空気のうち、白煙防止に必要とされる一部を白煙防止に用い、残部を炭化処理及び／又は乾燥処理に用いることを特徴とする請求項１の高含水有機物の炭化処理方法。
3. 高含水有機物を乾燥処理するための乾燥装置と、乾燥処理を経た後の高含水有機物を炭化処理するための炭化装置とを有する高含水有機物の炭化処理装置において、上記乾燥装置では、炭化処理の過程で発生する乾留ガスの全部又は一部を高含水有機物の乾燥処理のための熱源として用い、上記炭化装置では、炭化処理のための熱源として、主として助燃料を用い、又は一部について乾留ガス、残部について助燃料を用い、炭化処理に必要な任意の温度及び量の燃焼排ガスを生成することができるようにしたことを特徴とする高含水有機物の炭化処理装置。
4. 煙突から排出される排ガスの白煙防止のために予熱した空気のうち、白煙防止に必要とされる一部を白煙防止に用い、残部を炭化処理及び／又は乾燥処理に用いることを特徴とする請求項３の高含水有機物の炭化処理装置。
5. 煙突から排出される排ガスの白煙防止のために予熱した空気のうち、白煙防止に必要とされる一部を白煙防止に用い、残部を他の機器の熱源に用いることを特徴とする白煙防止方法。

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