JP2006035189A - Method for treating organic sludge utilizing cement production process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、汚泥の処理方法、特に高含水率の有機性汚泥を、セメント製造プロセスを利用して処理する方法に関する。 The present invention relates to a method for treating sludge, and more particularly to a method for treating organic sludge having a high water content using a cement production process.
下水、し尿、家畜ふん尿、食品産業等の排水などから発生する有機性汚泥の処理方法としては、肥料利用、処分場への埋め立て、焼却などがある。しかし、肥料の需要は非常に小さく、一方埋め立て処分は、汚泥中に有害重金属が含有されることや処分場の不足から制約があり、焼却処分が主体となりつつある。
このような中で、セメント製造プロセスを利用した有機性汚泥の処理量は増加してきており、２００３年度は脱水下水汚泥だけでも約４０万トンがセメント製造プロセスで焼却処理された。
Organic sludge generated from sewage, human waste, livestock manure, wastewater from the food industry, etc. includes fertilizer use, landfill disposal, and incineration. However, the demand for fertilizer is very small. On the other hand, landfill disposal is restricted by the inclusion of hazardous heavy metals in sludge and the lack of a disposal site, and incineration is becoming the main component.
Under such circumstances, the treatment amount of organic sludge using the cement production process has been increasing. In FY2003, about 400,000 tons of dewatered sewage sludge alone was incinerated in the cement production process.
セメント製造プロセスを利用した有機性汚泥の処理方法は、すでにいくつかの方法が提案されている。
例えば特許文献１では、下水汚泥等の汚泥ケーキをセメント焼成装置のＳＰ排ガスを熱源として乾燥し、乾燥した汚泥の乾粉をキルンまたは仮焼炉に燃料の一部として吹き込む方法が提案されている。
また特許文献２では、下水汚泥等の含水汚泥を、直接、セメント用キルンの窯尻部分または仮焼炉に導入して焼却する方法が提案されている。
For example, Patent Document 1 proposes a method in which a sludge cake such as sewage sludge is dried using SP exhaust gas from a cement baking apparatus as a heat source, and the dried sludge powder is blown into a kiln or calciner as part of the fuel.
Further, Patent Document 2 proposes a method in which water-containing sludge such as sewage sludge is directly introduced into a kiln bottom part of a cement kiln or a calcining furnace and incinerated.
しかしながら、特許文献１で提案されている方法では、ＳＰ排ガスに伴う微粉のため、乾燥装置およびその周辺の装置の磨耗が大きくなる。またＳＰ排ガスの酸素濃度は比較的低いため、乾燥によって発生する排ガスをキルンまたは仮焼炉の燃焼用ガスなどに利用することは難しく、排ガス処理のために、比較的装置全体の規模が大きくなり、結果的に装置の導入費用や運転費用が比較的高くなる。 However, in the method proposed in Patent Document 1, due to the fine powder accompanying the SP exhaust gas, the wear of the drying apparatus and its peripheral apparatuses increases. Moreover, since the oxygen concentration of SP exhaust gas is relatively low, it is difficult to use the exhaust gas generated by drying as a combustion gas in a kiln or a calciner, and the overall scale of the apparatus becomes relatively large for exhaust gas treatment. As a result, the introduction cost and operation cost of the apparatus are relatively high.
又特許文献２で提案されている方法では、高含水率の汚泥を高温部に直接投入するため、液体から気体への変化（水分の蒸発）に伴い、装置内のガスの急速な体積膨張や温度低下が生じる。少量の汚泥の処理であれば、セメント製造プロセスへの影響は少ないが、汚泥の処理量が増大すると、燃焼が不安定になり、仮焼炉バーナーの燃料使用量が増加する。また、汚泥から発生する臭気成分が十分に分解されずに大気に放出されてしまうこともある。 Further, in the method proposed in Patent Document 2, since the sludge having a high water content is directly charged into the high-temperature part, the rapid volume expansion of the gas in the apparatus and the change from liquid to gas (evaporation of moisture) A temperature drop occurs. If a small amount of sludge is treated, the impact on the cement manufacturing process is small, but if the amount of sludge treated increases, combustion becomes unstable and the amount of fuel used in the calciner burner increases. In addition, odor components generated from sludge may be released to the atmosphere without being sufficiently decomposed.
本発明は、以上のような背景に基づいてなされたもので、セメント製造プロセスでの有機性汚泥処理への社会的要求に対応すべく、比較的簡単な装置により、セメント製造プロセスの安定操業と有機性汚泥の大量処理を可能にする処理方法を提供するものである。 The present invention has been made on the basis of the above background, and in order to meet the social demand for organic sludge treatment in the cement manufacturing process, a relatively simple apparatus enables stable operation of the cement manufacturing process. The present invention provides a treatment method that enables mass treatment of organic sludge.
上記課題解決のため、本発明においては、セメント製造プロセスにおけるクリンカクーラーからの抽気ガスを熱源として有機性汚泥を乾燥し、乾燥した有機性汚泥をセメント製造プロセスで燃焼処理することを特徴とする（請求項１）。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that the organic sludge is dried using the extraction gas from the clinker cooler in the cement manufacturing process as a heat source, and the dried organic sludge is combusted in the cement manufacturing process ( Claim 1).
また、乾燥後の有機性汚泥は、キルンバーナーまたは仮焼炉バーナーからセメント製造プロセスに供給して燃焼処理してもよい（請求項２）。 The dried organic sludge may be supplied to a cement production process from a kiln burner or a calciner burner and burned (Claim 2).
また、本発明は、有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスをセメント製造プロセスのキルン窯前、窯尻、仮焼炉またはクリンカクーラーのいずれかにおける７００℃以上の部位に導入することで脱臭することを特徴とする（請求項３）。 Further, the present invention deodorizes the exhaust gas generated by drying organic sludge by introducing it into a site at 700 ° C. or higher before the kiln kiln, kiln bottom, calciner or clinker cooler in the cement manufacturing process. (Claim 3).
また、本発明は、有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスを、セメント製造プロセスのキルンバーナーまたは仮焼炉バーナーの燃料輸送、および／または乾燥汚泥の輸送に利用し、しかる後に該排ガスをセメント製造プロセスの７００℃以上の部位に導入することで脱臭することを特徴とする（請求項４）。 Further, the present invention uses exhaust gas generated by drying organic sludge for fuel transportation of a kiln burner or calciner burner in a cement production process and / or transportation of dried sludge, and then the exhaust gas is produced into cement. It is characterized by deodorizing by introducing it at a site of 700 ° C. or higher in the process (claim 4).
さらに、本発明は、有機性汚泥の乾燥により発生したが排ガスを、脱臭するに先立って除湿してもよい（請求項５）。 Furthermore, although the present invention is generated by drying organic sludge, the exhaust gas may be dehumidified prior to deodorization (Claim 5).
本発明においては、含水状態の有機性汚泥を、セメント製造プロセスに投入する前に乾燥するので、仮焼炉などの温度低下を防ぐことができ、さらに乾燥した有機性汚泥をセメント製造プロセスにおいて燃焼処理するため、必要とされる主燃料の量が著しく増加するのを抑えることができる。しかも、クリンカクーラーの抽気ガスを利用して乾燥するため、乾燥後の有機性汚泥を乾燥時に発生する排ガスとともにセメント製造プロセスに直接供給して燃焼させることができるので、大掛かりな装置を導入することなく、しかも大量の有機性汚泥を代替燃料として役立てることができる。 In the present invention, since the organic sludge in a water-containing state is dried before being put into the cement manufacturing process, it is possible to prevent a temperature decrease in a calcining furnace and the like, and the dried organic sludge is burned in the cement manufacturing process. In order to process, it can suppress that the quantity of the main fuel required increases significantly. Moreover, since the clinker cooler bleed gas is used for drying, the organic sludge after drying can be directly supplied to the cement manufacturing process and burned together with the exhaust gas generated during drying, so a large-scale device must be introduced. In addition, a large amount of organic sludge can be used as an alternative fuel.
以下、本発明を詳細に説明する。
セメントの中間製品であるセメントクリンカは、石灰、年度などの原料を１４５０℃以上の高温で反応させて製造される。そのため、高含水率の有機性汚泥を乾燥するのに必要な高温ガスを採取することが可能である。乾燥用ガスの温度は、装置の使用や乾燥に要する時間、有機性汚泥の含水率などの性状により異なるため一概には言えないが、一般的に１００℃以下では乾燥に時間を要し、また６００℃以上では過度の乾燥が生じ、乾燥物が燃焼する危険がある。そのため、２００〜５００℃の範囲のガスを用いる方法が好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Cement clinker, which is an intermediate product of cement, is produced by reacting raw materials such as lime and fiscal year at a high temperature of 1450 ° C. or higher. Therefore, it is possible to collect high temperature gas necessary for drying organic sludge having a high water content. The temperature of the drying gas varies depending on properties such as the time required for use and drying of the apparatus and the moisture content of the organic sludge, but generally it cannot be said, but generally it takes time to dry at 100 ° C. or below. If the temperature is 600 ° C. or higher, excessive drying occurs and there is a risk of burning the dried product. Therefore, a method using a gas in the range of 200 to 500 ° C. is preferable.
本発明においては、特にクリンカクーラーからの抽気ガスを有機性汚泥の乾燥に利用する。クリンカクーラーでは高温で焼成されたセメントクリンカを急冷するために空気が吹き込まれ、この排気の多くはキルンバーナーおよび仮焼炉バーナーの２次空気として利用され、残りは集塵機を経て放出されることが一般的である。ここで、「クリンカクーラーからの抽気ガス」とは、キルンバーナーまたは仮焼炉バーナーの２次空気として利用される系統のガスおよび集塵機を経て放出される系統のガスを総称したものである（以下、「クリンカクーラーからの抽気ガス」を単にクーラー抽気ガスと称する）。クーラー抽気ガスは一般的には２００〜９００℃の温度範囲にあり、有機性汚泥の乾燥に用いることができる。ただし、キルンバーナーまたは仮焼炉バーナーの２次空気として用いられる系統のガスは温度が高すぎる場合があり、適宜大気と混合するなどして、乾燥に用いる前に適切な温度範囲まで冷却するのが好ましい。 In the present invention, the extracted gas from the clinker cooler is particularly used for drying organic sludge. In the clinker cooler, air is blown in order to quench the cement clinker fired at high temperature, and most of this exhaust is used as secondary air for kiln burners and calciner burners, and the rest can be discharged through a dust collector. It is common. Here, the “bleed gas from the clinker cooler” is a collective term for the gas of the system used as the secondary air of the kiln burner or the calciner burner and the gas of the system discharged through the dust collector (hereinafter referred to as “the extracted gas from the clinker cooler”). The “bleed gas from the clinker cooler” is simply referred to as cooler bleed gas). The cooler bleed gas is generally in the temperature range of 200 to 900 ° C. and can be used for drying organic sludge. However, the gas of the system used as the secondary air of the kiln burner or the calciner burner may be too high in temperature, and is appropriately mixed with the atmosphere to cool it to an appropriate temperature range before using for drying. Is preferred.
また、クーラー抽気ガスの酸素濃度は大気と同じであり、これを用いて有機性汚泥を乾燥した場合、その排ガス中の酸素は燃焼空気として使用できる。具体的には、クーラー抽気ガスを有機性汚泥の乾燥に用いた後、乾燥された有機性汚泥は粉末状になり、ガスに伴って運ばれるため、乾燥後の排ガスを粉末状の乾燥有機性汚泥とともにそのままキルンバーナーまたは仮焼炉バーナーに導入することができる。そのため乾燥後の有機性汚泥をバーナーに導く前の複雑な工程を省くことができる。 Further, the oxygen concentration of the cooler bleed gas is the same as that of the atmosphere, and when organic sludge is dried using this, oxygen in the exhaust gas can be used as combustion air. Specifically, after the cooler bleed gas is used for drying organic sludge, the dried organic sludge becomes powder and is transported along with the gas. It can be directly introduced into the kiln burner or calciner burner together with the sludge. Therefore, the complicated process before leading the organic sludge after drying to the burner can be omitted.
クーラー抽気ガスを有機性汚泥の乾燥に用いる装置は特に限定されるものでなく、クーラー抽気ガスの熱を乾燥に利用することができる装置であれば本発明に用いることができる。例えば、気流乾燥器または内熱式ロータリードライヤーなどの熱風乾燥法による装置、若しくは外熱式ロータリーキルンなどの伝導乾燥法による装置が利用できる。また、有機性汚泥から除去された水蒸気をクーラー抽気ガスにより加熱して熱媒体として用いる、過熱蒸気乾燥法を利用してもよい。 The apparatus using the cooler bleed gas for drying organic sludge is not particularly limited, and any apparatus that can use the heat of the cooler bleed gas for drying can be used in the present invention. For example, an apparatus using a hot air drying method such as an air flow dryer or an internal heating rotary dryer, or an apparatus using a conductive drying method such as an external heating rotary kiln can be used. Moreover, you may utilize the superheated steam drying method which uses the water vapor | steam removed from the organic sludge as a heat medium by heating with a cooler bleed gas.
なお、クーラー抽気ガスは乾燥に用いる前に、クーラー抽気ガスに含まれるダストに起因する装置の磨耗を防ぐため、必要に応じて除塵してもよい。また、加熱または冷風の取入れなどの温度調整をすることも可能である。 In addition, before using for air_conditioning | cooling extraction gas, in order to prevent abrasion of the apparatus resulting from the dust contained in air_conditioning | cooling extraction gas, you may remove dust as needed. It is also possible to adjust the temperature such as heating or taking in cold air.
乾燥された有機性汚泥は、セメント製造プロセスに導入され、燃焼処理される。乾燥した有機性汚泥には、臭気成分が含まれるため、セメント製造プロセスの高温部分で臭気を分解する必要がある。具体的には、セメント製造プロセスのうちのキルン窯尻、仮焼炉、キルンバーナーまたは仮焼炉バーナーに導入すればよい。なお、乾燥した有機性汚泥は適当な粒度に粉砕することにより、バーナーに空気とともに吹き込んで燃焼させることが可能である。有機性汚泥をバーナーで燃焼させるほうが、セメント製造プロセスの安定化が図れ、熱利用効率がキルン窯尻や仮焼炉に投入した場合に比べて２倍程度になるので好ましい。 The dried organic sludge is introduced into the cement manufacturing process and burned. Since dried organic sludge contains odor components, it is necessary to decompose the odor at the high temperature part of the cement manufacturing process. Specifically, it may be introduced into a kiln kiln bottom, calciner, kiln burner or calciner burner in the cement manufacturing process. The dried organic sludge can be combusted by being blown into a burner together with air by pulverizing to an appropriate particle size. Combustion of organic sludge with a burner is preferable because the cement production process can be stabilized and the heat utilization efficiency is about twice that of the kiln kiln or calciner.
乾燥され、粉砕された有機性汚泥は、微粉炭などのバーナー燃料と混合して利用することが可能である。また、既存のバーナーまたはバーナー近傍から圧縮空気などによりキルンまたは仮焼炉に供給してもよい。このような方法により、有機性汚泥を化石燃料の代替物として利用することができ、燃料費の削減を図ることができる。 The dried and crushed organic sludge can be used by mixing with a burner fuel such as pulverized coal. Moreover, you may supply to a kiln or a calcining furnace with compressed air etc. from the existing burner or the burner vicinity. By such a method, organic sludge can be used as a substitute for fossil fuel, and the fuel cost can be reduced.
有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスは、臭気成分が含まれるため、これを分解する必要がある。本発明においては、クーラー抽気ガスを利用して有機性汚泥を乾燥した後の排ガスを、セメント製造プロセスのキルン窯前、窯尻、仮焼炉またはクリンカクーラーのいずれかにおける７００℃以上の部位、好ましくは８００℃以上の部位に導入して臭気成分を分解し、脱臭を図る。 Since exhaust gas generated by drying organic sludge contains odor components, it must be decomposed. In the present invention, the exhaust gas after drying the organic sludge using cooler bleed gas, before the kiln kiln of the cement manufacturing process, at the kiln bottom, calciner or clinker cooler at 700 ° C or higher part, Preferably, the odor component is introduced at a temperature of 800 ° C. or higher to deodorize.
有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスをセメント製造プロセスの７００℃以上の部位に導入するに当たっては、該排ガスをキルンバーナーまたは仮焼炉バーナーの燃料輸送、および／または乾燥汚泥の輸送に利用することができる。キルンバーナーおよび仮焼炉バーナーでは、燃料が空気圧送されて炎を形成していることが一般的である。そこで、この圧送用空気の一部に臭気成分を含む排ガスを用いることで、臭気成分は炎中に導入され、７００℃以上の高温で分解される。さらに、有機性汚泥の乾燥に用いた空気を、該有機性汚泥をキルンバーナーまたは仮焼炉バーナーへ投入するための輸送用空気として利用してもよい。この場合、該空気に含まれる臭気成分の分解と乾燥汚泥の燃焼が同じバーナーで行われることになる。 When introducing exhaust gas generated by drying organic sludge into a part of the cement manufacturing process at 700 ° C or higher, use the exhaust gas for fuel transportation of kiln burner or calciner burner and / or transportation of dry sludge. Can do. In kiln burners and calcining furnace burners, it is common for fuel to be sent pneumatically to form a flame. Therefore, by using an exhaust gas containing an odor component in a part of the air for pumping, the odor component is introduced into the flame and decomposed at a high temperature of 700 ° C. or higher. Further, the air used for drying the organic sludge may be used as transportation air for introducing the organic sludge into a kiln burner or a calciner burner. In this case, decomposition of odor components contained in the air and combustion of dry sludge are performed by the same burner.
有機性汚泥は一般に含水率が非常に高く、有機性汚泥の処理量を増大すると、水蒸気による体積の増大のため、排気総量が増大する。一般に、セメント製造プロセスでは、工程最後の風車（サスペンションプレヒーター上流に設置された風車）により吸引排気しており、プロセス上可能な総排気量はこの風車により限定される。有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスに多量の水蒸気が含まれる場合、前記風車の能力を超えないように運転を継続するため、該排ガスをセメント製造プロセスに導入するに先立ち、該排ガスを除湿することが好適である。除湿の方法は限定されず、公知の技術を適用することができるが、例えば該排ガスを冷却することにより、水蒸気は水分として除去される。 Organic sludge generally has a very high moisture content. When the treatment amount of organic sludge is increased, the total amount of exhaust gas increases due to an increase in volume due to water vapor. In general, in the cement manufacturing process, suction and exhaust are performed by a windmill at the end of the process (a windmill installed upstream of the suspension preheater), and the total exhaust amount possible in the process is limited by this windmill. When a large amount of water vapor is contained in the exhaust gas generated by drying organic sludge, the exhaust gas is dehumidified before being introduced into the cement manufacturing process in order to continue operation so as not to exceed the capacity of the wind turbine. Is preferred. A method of dehumidification is not limited, and a known technique can be applied. For example, by cooling the exhaust gas, water vapor is removed as moisture.
なお、有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスを冷却して除湿すると、該排ガスに含まれる臭気成分の一部は水分に溶解して除去される。特に、臭気成分として大きな割合を占めるアンモニアはアンモニア水として分離される。分離された水分は、適当な廃水処理を施され、系外に排出されるか、またはセメント製造プロセスにおいて再利用することが可能である。有機性汚泥の乾燥により発生した排ガスを除湿することにより、さらに多量な有機性汚泥をセメント製造プロセスで処理することが可能となる。 In addition, when the exhaust gas generated by drying organic sludge is cooled and dehumidified, a part of the odor component contained in the exhaust gas is dissolved and removed in moisture. In particular, ammonia occupying a large proportion as an odor component is separated as ammonia water. The separated water can be subjected to appropriate wastewater treatment and discharged out of the system or reused in the cement manufacturing process. By dehumidifying the exhaust gas generated by drying organic sludge, a larger amount of organic sludge can be treated in the cement manufacturing process.
含水率７５〜８０％の下水汚泥を、１時間当たり１８０トンのクリンカを製造するセメント製造プロセスで処理を行った。
実施例１では、クリンカクーラーから抽気した約７００℃の高温ガスに冷風を加えて温度を約４５０℃に調整した抽気ガスを用い、気流乾燥器にて下水汚泥と直接接触させて下水汚泥を乾燥した。得られた乾燥物は、含水率が１０〜１５％、熱量が約３，０００kcal/kgの顆粒状の粉体であった。これを乾燥排ガスでもって仮焼炉バーナーに圧送して、微粉炭に混入して燃焼させた。
Sewage sludge with a moisture content of 75-80% was treated in a cement manufacturing process that produces 180 tons of clinker per hour.
In Example 1, the sewage sludge is dried by directly contacting the sewage sludge with an air flow dryer using a bleed gas whose temperature is adjusted to about 450 ° C. by adding cold air to the high temperature gas of about 700 ° C. extracted from the clinker cooler. did. The obtained dried product was a granular powder having a moisture content of 10 to 15% and a calorific value of about 3,000 kcal / kg. This was pumped with dry exhaust gas to a calciner burner, mixed with pulverized coal and burned.
実施例２では、実施例１で用いたものと同じ下水汚泥を、実施例１と同様な方法により乾燥し、乾燥排ガスを湿式スクラバーで除湿してから、乾燥した下水汚泥を仮焼炉バーナーに圧送する圧送空気として利用した。乾燥した下水汚泥は実施例１と同様に仮焼炉バーナーで微粉炭に混入して燃焼した。 In Example 2, the same sewage sludge as used in Example 1 was dried by the same method as in Example 1, the dried exhaust gas was dehumidified with a wet scrubber, and the dried sewage sludge was then applied to a calciner burner. It was used as pressure-feeding air. The dried sewage sludge was mixed with pulverized coal and burned with a calciner burner as in Example 1.
実施例１、実施例２のそれぞれについて、下水汚泥を処理したときの仮焼炉バーナーにおける燃料使用量を記録し、また、臭気の有無を人間の感覚により判断した。その結果を処理条件とともに表１に示す。なお、比較として、下水汚泥を処理しない場合、および含水状態の下水汚泥を圧送ポンプでキルン窯尻に直接投入して処理した場合もあわせて表１に示した。 For each of Example 1 and Example 2, the amount of fuel used in the calciner burner when sewage sludge was treated was recorded, and the presence or absence of odor was judged by human senses. The results are shown in Table 1 together with the processing conditions. In addition, as a comparison, Table 1 also shows the case where sewage sludge is not treated and the case where water-containing sewage sludge is directly fed into the bottom of the kiln kiln by a pressure pump.
下水汚泥をキルンに直接投入すると、燃料使用量が増大し、かつ臭気も発生した。一方、本発明に基づく実施例では、下水汚泥処理量を大幅に増加しても、燃料使用量の増大は起きず、むしろ燃料使用量は削減された。また、臭気も全く感知されなかった。
When sewage sludge was put directly into the kiln, the amount of fuel used increased and odor was generated. On the other hand, in the examples based on the present invention, even if the sewage sludge treatment amount was significantly increased, the fuel usage amount did not increase, but rather the fuel usage amount was reduced. Also, no odor was detected.
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