JP2008298363A - 乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 汚泥の造粒物のように壊れやすいものであっても造粒物として乾燥することができ、熱効率がよく、しかも、伝熱面等へ付着問題がなく、連続的に乾燥できる乾燥装置を提供する。
【解決手段】 上記課題は、被乾燥物を粉、粒状伝熱媒体と混合して外部加熱により乾燥する乾燥装置であって、横置きされ、中心軸を回転軸として回転する円筒と、円筒を中心軸に対して回転させる駆動装置と、乾燥された被乾燥物と伝熱媒体を分離する分離装置よりなり、該円筒は、側面が加熱面とされ、内部には前記伝熱媒体が収容され、被乾燥物と伝熱媒体の入口および出口が設けられ、前記分離装置は円筒の出口側に配設されていることを特徴とする乾燥装置によって解決される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被乾燥物を粉、粒状伝熱媒体と混合して外部加熱により乾燥する乾燥装置に関し、特に活性汚泥処理設備から排出される汚泥の造粒物の乾燥に適する乾燥装置に関するものである。

現在、下水等の排水を活性汚泥処理設備で浄化することは広く行われており、その結果、大量の汚泥が排出されている。この汚泥の処理方法は種々開発されているが、いずれにしても排水から分離された汚泥は、べとべとのケーキ状をしているため、取扱性の観点からまず乾燥が行われる。

この乾燥には、多くは、熱風を被乾燥物に直接接触させて乾燥させる熱風乾燥が行われているが、熱風乾燥は、熱効率が悪い上に臭気を多く含んだ排ガスを多量に排出するという問題がある。
そこで、これを解決するために、乾燥処理容器の外壁面に外部加熱手段を設けるとともに、容器内に蓄熱体を充填し、螺旋状攪拌翼を縦方向に設けて、被乾燥物を上下方向に循環させながら乾燥する乾燥装置が開発されている（特許文献１）。

また、廃棄物を真空タンクに入れて、蒸発した水蒸気を取出して圧縮機で圧縮し、これを真空タンク内に配設したパイプを通してその凝縮熱を熱源に用いた乾燥装置も開発されている（特許文献２、３）。

特開２００１−３２４２６９号公報 特開平９−１２６６５２号公報 特開２００１−１１６４５７号公報

特許文献１の乾燥装置は、縦型容器内に設置された攪拌移動手段によって蓄熱体と被乾燥物を上下方向に攪拌移動させるものである。塊状物などは、上下方向に循環している間に球状セラミック等の蓄熱体や、攪拌移動手段そのものによって破砕されてしまう。従って、特許文献１の乾燥装置の適用先は、乾燥後に粉体となるものに限定され、塊状物を破砕せずに乾燥させる用途には適用できない。汚泥は粉状では、飛散しやすく、取扱性が悪いため、乾燥品は造粒物であることが好ましい。従って、この装置は、汚泥を造粒物として得る乾燥装置としては使用できない。

特許文献２の乾燥装置は、バッチ式で使用されるものであるから、汚泥の大量処理には適さず、また、伝熱面と被乾燥物の接触面積が小さいため乾燥速度が遅く、さらに、攪拌性が悪いため、被乾燥物が互いに付着して大塊化し、また伝熱面やタンク内壁に付着する等の問題がある。

特許文献３の乾燥装置は、特許文献２の乾燥装置の真空タンクを横置きにするとともに、凝縮空間を螺旋状にするなどして伝熱面積を増し、さらにこれを回転させて攪拌も行うようにしたものである。この装置もバッチ式で使用されるものであるから、汚泥の大量処理には適さず、また伝熱面やタンク内壁への付着の問題があり、さらに攪拌によって造粒物を破壊してしまうという、根本的な問題がある。また、伝熱面としての凝縮空間の構造が複雑で、装置がコスト高となってしまう。

本発明の目的は、汚泥の造粒物のように壊れやすいものであっても造粒物として乾燥することができ、熱効率がよく、しかも、伝熱面等へ付着問題がなく、連続的に乾燥できる低コストな乾燥装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討の結果、キルン方式に着目し、さらに加熱を熱風方式でなくキルンの円筒側面を加熱面に用いた外部加熱とし、さらに砂等の粒状伝熱媒体を内在させることによって造粒物の破砕を最小限に抑えて効率よくしかも連続的に乾燥を行うことができることを見出して本発明を完成した。

すなわち、本発明は、被乾燥物を粉、粒状伝熱媒体と混合して外部加熱により乾燥する乾燥装置であって、横置きされ、中心軸を回転軸として回転する円筒と、円筒を中心軸に対して回転させる駆動装置と、乾燥された被乾燥物と伝熱媒体を分離する分離装置よりなり、該円筒は、側面が加熱面とされ、内部には前記伝熱媒体が収容され、被乾燥物と伝熱媒体の入口および出口が設けられ、前記分離装置は円筒の出口側に配設されていることを特徴とする乾燥装置を提供するものである。

また、この加熱手段として、被乾燥物から蒸発する水蒸気を圧縮して、その凝縮熱を加熱源として利用することによって、乾燥に用いる熱源を節約できることを見出した。そこで、本発明は、さらに、円筒内で発生した水蒸気を圧縮する圧縮機が設けられ、円筒の側面には凝縮空間が設けられていて、圧縮機からの圧縮水蒸気が該凝縮空間に送られるように構成されている上記の乾燥装置を提供するものである。

本発明では、伝熱媒体が伝熱面（円筒側面）と接触して加熱され、円筒の回転に伴って高温状態となった当該伝熱媒体が攪拌され被乾燥物と接触して被乾燥物を加熱・乾燥させる。その結果、伝熱面―伝熱媒体―被乾燥物、それぞれの間の伝熱面積を大きく保ちつつ、さらに均一に加熱・乾燥することが可能となる。

本発明の乾燥装置では、横置きの乾燥容器が回転することにより、容器内部に収容されている被乾燥物と伝熱媒体の混合物が移動・攪拌されることになる。この際、伝熱媒体が被乾燥物より大きな比重を有することにより、被乾燥物が混合物の上部に存在する確率が高くなる。すなわち、混合物の下端で伝熱媒体が容器内壁面により効率よく加熱され、その加熱された伝熱媒体が乾燥容器の回転に伴って、混合物上部に存在している被加熱物上に落下することになり、伝熱面で加熱された高温状態の伝熱媒体との接触確率を高められる。円筒乾燥容器内壁への被乾燥物付着抑制効果も有る。
また、水蒸気再圧縮乾燥方式とすることにより、被乾燥物から発生した蒸気の凝縮潜熱を乾燥に必要な加熱エネルギーとして回収・利用することが可能となり、乾燥に要する消費エネルギーを低減可能である。
さらに、砂状、粉状の伝熱媒体の粒径を大きくすれば被乾燥物を積極的に破砕する効果が得られ、逆に粒径を小さくすれば破砕は抑制される。

本発明により、汚泥の造粒物のように壊れやすいものであっても造粒物として乾燥することができ、熱効率がよく、しかも、伝熱面等へ付着問題がなく、連続的に乾燥できる低コストな乾燥装置を提供することができる。

本発明の乾燥装置の本体である円筒は、横置きされ、中心軸を回転軸として回転するものである。横置きは、通常はやや傾斜させて置かれ、その角度は、被乾燥物の滞留時間を確保できるように定められる。回転は、中心に軸を設けてこれを駆動回転することもでき、その他、キルンに用いられている手段、例えば、下部をローラで支承させてこれを駆動回転させてもよい。

この円筒の側面、すなわち外周面を加熱面とする。加熱手段は、特に問うところではなく、高温の加熱媒体、例えば熱水などの液体、燃焼排ガスなどの気体、水蒸気などの相変化媒体、あるいは電気ヒータ、誘導加熱などの電気的手段を用いることができる。加熱媒体を用いる場合には、側面を二重にしてジャケットを設けるとか、側面にパイプ等を多列状、螺旋状等に配置するなどして、そこに加熱媒体を流すようにする。

加熱媒体として、被乾燥物から発生する水蒸気を圧縮してその凝縮熱を用いる場合には、運転を効率よく行わせるために、装置を気密状態にして、空気等の不凝縮ガスは系外に抜出すようにする。そのための真空ポンプ等を設けてもよいが、水蒸気を圧縮する圧縮機に気体を吸引する機能があるのでそれを利用することができる。この際、凝縮室から不凝縮ガスを排出するようにする。

被乾燥物と伝熱媒体の入口は、円筒の上流例、すなわち傾斜している円筒の高い方の位置に設ける。ただキルン方式には、内部に螺旋状の堰板を配置した上昇型のものもあり、このような場合は、円筒の低い方の位置に設けることになる。

被乾燥物の入口と伝熱媒体の入口は別個に設けてもよく、同一の入口を共用させてもよい。出口は、円筒の下流側に設ける。この出口は被乾燥物と伝熱媒体の混合状態で排出される場合には同一になり、円筒内で分離される場合には別個になる。

伝熱媒体は、砂状や粉状で、水や被乾燥物と反応しない、被乾燥物より比重が大きい、被乾燥物と分離し易いものが望ましい。また、ある程度熱伝導性のあるものがよく、熱伝導性は良好であることが好ましい。比重は、被乾燥物とあまり違いすぎると混合しにくくなるので、被乾燥物より１．２〜３程度、好ましくは１．５〜２程度大きいものがよい。好ましい材質は、鉄、ステンレススチール、銅、黄銅、アルミ、チタン等の金属、セラミック、シリカ、ガラス、砂、活性炭、ゼオライト等のその他の無機物を挙げることができる。粒径は、被乾燥物を破砕しないことを目的とする場合には小さいほうがよく、平均粒径で０．５〜５ｍｍ程度好ましくは１〜３ｍｍ程度がよい。

被乾燥物と伝熱媒体を分離する分離装置は、分離方法により各所のものを採用しうる。例えば、粒径で分離する場合には、篩分装置等、比重で分離する場合には遠心力を利用したり、投射して着地位置の差で分けたりする装置、磁性の差で分離する場合には磁石を用いる等することができる。例えば、伝熱媒体が鉄などの強磁性体の場合には電磁石に通電してこれを吸着させて取出し、通電を停止して脱着させることができる。

また、比重差によって円筒の出口側で乾燥の終わった被乾燥物と伝熱媒体が分層されている場合には、円筒の出口をそれぞれに対応する位置に別個に設けることによって別々に取出すことができる。この場合には、円筒の後半部分が分離装置になる。

分離装置で分離された伝熱媒体は円筒の入口に戻して循環使用される。一方、乾燥の終了した被乾燥物は次の工程に送られる。
被乾燥物としては、本発明では特に制限されていないが、典型的な例として、汚泥の形成物、特に造粒物を挙げることができる。この造粒物は、含水量が５０〜９５重量％程度、特に６０〜８０重量％程度であり、平均粒径が２〜５０ｍｍ程度、特に５〜２０ｍｍ程度のものである。この被乾燥物は、それぞれの用途に供されるが、汚泥の場合には、肥料や燃料に用いることができる。

本発明の一実施例である乾燥装置を図１に模式的に示す。
この装置は、装置本体である円筒と、被乾燥物と伝熱媒体を分離する伝熱媒体分離装置よりなっている。

円筒は、側面が二重筒になっていて、ジャケットが形成されており、その内側の方が加熱面になり、円筒間の空間が凝縮空間になっている。円筒の両端はシールプレートで閉鎖され、気密になっている。また、中心には、中空回転軸が設けられ、円筒は、図示しない駆動手段により駆動回転する。円筒の内部には、伝熱媒体と被乾燥物が収容されている。中空回転軸には、複数箇所に蒸気吸入口が設けられ、中空回転軸の一端からは、本装置に付設された圧縮機に接続されている。圧縮機の出口側は、中空回転軸の他端に接続されている。この中空回転軸の他端側は、蒸気吸入口の手前で閉止され、一方、中空アームが設けられていて、それにより、ジャケットの凝縮空間の一端と連通している。円筒容器の中心軸が傾斜している場合、このジャケットの連通している側は高い方の側である。

凝縮空間の他端側には、凝縮ドレンの抜出管と不凝縮ガス排出管が接続されている。不凝縮ガス排出管は不凝縮ガス排出装置に接続されていて、不凝縮ガスはそこから系外に排出される。この不凝縮ガス排出装置は、真空ポンプやエジェクタなどの一般的な排気装置と開閉弁よりなっている。凝縮圧力が大気圧より高い場合には、単に開閉弁のみを設置して、定期的に当該弁を開放して不凝縮ガスを排出するようにしても良い。

円筒はやや傾斜させて配置され、その高い方の端面に被乾燥物の入口が設けられている。この入口には、被乾燥物の投入開閉装置が接続され、被乾燥物がそこから投入される。この投入開閉装置は円筒内の気密が保たれるような機構、例えば２重ロータリーバルブなどよりなっている。投入開閉装置と入口の間の配管には、伝熱媒体循環配管が接続され、直送される伝熱媒体も同じ入口から円筒内に戻される。

円筒の他端には、乾燥の終了した被乾燥物と伝熱媒体の混合物の出口が設けられ、そこに伝熱媒体分離装置が接続されている。この伝熱媒体分離装置は、上述したような分離手法、例えば、粒径で分離する場合には、篩分装置等、比重で分離する場合には遠心力を利用したり、投射して着地位置の差で分けたりする装置、磁性の差で分離する場合には磁石を用いる等によるものである。

伝熱媒体分離装置の伝熱媒体出口には伝熱媒体循環装置が接続され、そこから、伝熱媒体循環配管で被乾燥物入口の配管に接続されている。この伝熱媒体循環装置は例えば、スクリューフィーダやベルトコンベヤなどの一般的な粉体・粒体搬送手段が用いられる。

また、被乾燥物出口には排出開閉装置が接続され、そこから乾燥の終了した被乾燥物を取出すようになっている。この排出開閉装置も投入開閉装置同様、円筒内の気密が保たれるような機構、例えば２重ロータリーバルブなどが用いられる。

この乾燥装置において、被乾燥物は、投入開閉装置を通って、直送される伝熱媒体とともに、入口から円筒内に投入される。そして円筒の回転によって図１の右下に示すように、攪拌混合されながら、円筒内を徐々に下降する。その間、伝熱媒体が円筒の加熱面から熱を受けて被乾燥物を加熱する。

加熱によって被乾燥物から蒸発した水蒸気は圧縮機の吸引により、蒸気吸入口から中空回転軸を通って圧縮機に入り、そこで圧縮される。この水蒸気の圧縮物は、配管を通って中空回転軸に入り、中空アームを経由して凝縮空間に入る。そこでは加熱面を通じて伝熱媒体に熱を奪われているため、圧縮水蒸気が凝縮して凝縮熱を出す。この凝縮熱が被乾燥物を乾燥する熱源として使われる。凝縮により生じたドレンは、凝縮空間の下端から抜出される。

また、系内の空気等の不凝縮ガスは不凝縮ガス排出装置を通じて系外に排出され、系内を水蒸気等の凝縮ガスのみに保たれるようにされている。
一方、乾燥の終了した被乾燥物は円筒の出口から伝熱媒体とともに取出され、伝熱媒体分離装置で分離され、伝熱媒体は伝熱媒体循環装置によって円筒内へ返送される。乾燥の終了した被乾燥物は排出開閉装置を介して系外に取出される。

本発明の乾燥装置は、壊れやすい造粒被乾燥物を造粒性を保持したまま、乾燥でき、しかも熱効率がよい仕組みで、汚泥造粒物をはじめとして各種のものの乾燥に用いることができる。

本発明の乾燥装置の構造を模式的に示した図である。

Claims (4)

1. 被乾燥物を粉、粒状伝熱媒体と混合して外部加熱により乾燥する乾燥装置であって、横置きされ、中心軸を回転軸として回転する円筒と、円筒を中心軸に対して回転させる駆動装置と、乾燥された被乾燥物と伝熱媒体を分離する分離装置よりなり、該円筒は、側面が加熱面とされ、内部には前記伝熱媒体が収容され、被乾燥物と伝熱媒体の入口および出口が設けられ、前記分離装置は円筒の出口側に配設されていることを特徴とする乾燥装置
2. 伝熱媒体の比重が被乾燥物より大きいことを特徴とする請求項１記載の乾燥装置
3. 円筒内で発生した水蒸気を圧縮する圧縮機が設けられ、円筒の側面には凝縮空間が設けられていて、圧縮機からの圧縮水蒸気が該凝縮空間に送られるように構成されている、請求項１又は２に記載の乾燥装置
4. 被乾燥物が汚泥造粒物である請求項１、２または３に記載の乾燥装置

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