JP2009091513A - 汚泥燃料化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】化石燃料の使用量を大幅に削減するだけでなく、少量の助燃料で処理主体である汚泥を安定的に炭化燃料化することのできるとともに、ボイラー効率を下げることを回避し、安定して運転でき、ランニングコストを大幅に低減できることを課題とする。
【解決手段】汚泥を熱分解炭化処理して熱分解ガス及び炭化物を生成させる熱分解炭化炉６と、この熱分解炭化炉６で発生する熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉７を有し、前記燃焼炉７にて発生する燃焼排ガスを前記熱分解炭化炉６の熱源として用いるとともに、前記燃焼炉７の燃焼炉排ガス出口と前記熱分解炭化炉６の間の燃焼排ガスライン１４ａに、排ガス中の粉塵を回収する粉塵回収装置２１を備えたことを特徴とする汚泥燃料化装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下水処理場などから発生する汚泥の燃料化装置に関する

近年、多量に排出されるプラスチックを始めとする廃棄物に対し所定の処理を施して資源として利用する各種の手法の提案がなされている。特に、ＣＯ_２排出量を低減する観点から、化石燃料の代替エネルギーとして、カーボンニュートラルであるバイオマスが注目されている。その一例として、バイオマス（木材、汚泥、家畜糞尿、生ゴミ等）や廃プラスチック等の有機物処理材料を熱分解処理して、熱分解ガスと熱分解残渣とを生成し、熱分解ガスは凝縮することにより熱分解油として回収し、残渣は所定の処理をすることにより炭化物として利用するシステムが考えられている。この中でも、有機物処理材料として廃プラスチックを用いると、高効率で熱分解油を回収できるので、このような廃プラスチックを熱分解油化処理する装置に関しては多くの提案がなされ、実用化している（例えば、特許文献１、２、３参照）。

一方、下水処理場などから大量に発生する汚泥は、バイオマスの一つである。しかし、前記汚泥は、大半が埋め立て処理あるいは焼却処理されており、エネルギーの有効利用がされていないのが実情である。そこで、ＣＯ_２排出量を抑制するため、即ち化石燃料の使用を抑制するために、安定した収集量が見込める下水汚泥を、炭化処理により固体燃料化して、石炭火力発電用の燃料にするシステムが考えられている。

汚泥を焼却処理する場合は、汚泥の発熱量を全て焼却熱に使えるので、助燃料の使用量は少ない。しかし、汚泥を炭化処理する場合は、炭化物に熱量を残すために炭化処理するための助燃料の使用量が多くなる。このようなことから、助燃料として化石燃料の使用を抑制することを目的に木質系バイオマスを使用することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特許文献４に記載されている技術によれば、助燃料として化石燃料の使用を抑制することが可能となる。また、炭化炉での炭化処理で汚泥から発生する熱分解ガスに、木質系バイオマスから発生する熱分解ガスが加わるので、熱分解ガスを燃料として燃焼機関を運転し、汚泥を炭化処理するのに必要なエネルギーを得ることができる。しかし、木質系バイオマスの中には発熱量の低い間伐材や剪定材、枝、葉なども多く含まれており発熱量が安定しない為、炭化炉の一定温度制御が行いにくい。また、炭化炉での熱分解処理運転等を安定させる必要から助燃料として多量の木質系バイオマスを使用しなくてはならなくなる。

この対策として、乾燥機で乾燥後の粉末状の汚泥に加えて、廃木材、間伐材や剪定材、枝、葉などの木質系バイオマスの性状を安定化させる為、これら木質系バイオマスを破砕しただけの形状、サイズが一定でない木質系バイオマスを混ぜて炭化炉に投入することが考えられる。この対策によれば、炭化炉への安定投入が行いにくいばかりか、投入材料中に空気が混入しやすくなる。しかし、熱分解装置内に材料とともに空気も同伴すると、熱分解装置内は高温雰囲気である為、内部で投入材料を燃焼させ、火災・爆発を引き起こすような重大なトラブルを招きかねない。

また、上記の手法では、炭化炉内に汚泥だけでなく廃木材、間伐材や剪定材、枝、葉などの木質系バイオマスも大量に投入されることになり、投入材料中の含水率が変動してしまう。このため、特に木質系バイオマスを大量に投入する場合には、燃焼炉の温度を一定温度に制御することが難しい。同時に、炭化炉内面に材料固着、コーキング等が発生し、炭化炉の熱通過率（熱貫流率）が低下するばかりでなく、短時間で処理不能となってしまう大きな問題も生じる。

このような問題を解決する手段として、木質系バイオマス投入材料を破砕、粉砕し、あるいは造粒化し、嵩密度を上げた状態で、含水率を確認しつつ汚泥に混ぜて投入することも考えられる。しかし、木質系バイオマス系材料の破砕、造粒を行う破砕機、造粒機の動力が大きくなり、消費電力が増え、作業の手間暇が掛かり、ランニングコストが掛かるばかりでなく、処理設備の設置面積が大きくなってしまうというような大きな問題がある。

他方、汚泥の保有エネルギーを高効率で電力として回収する方式も提案されている。この方式は、汚泥を加熱して乾燥する乾燥機により乾燥された汚泥をガス化炉で熱分解して、熱分解ガスを燃焼させ、熱及び電力を発生させるものである（例えば、特許文献５参照）。

しかしながら、特許文献５に記載されている技術では、熱分解ガスを燃焼させ、燃焼排ガスを熱源としてボイラーに導入し蒸気を発生させ、乾燥機の熱源としているものの、ガス化炉を如何に加熱するか、その熱源については触れていない。実際には、ガス化炉のガス温度を約５００℃〜８００℃に加熱するには補助燃料で加熱することが必要になり、ガス化発電設備（装置）全体の熱効率が低下する。

このことは、特許文献４についても同様のことで、設備（装置）全体の熱効率が低下するだけでなく、設備（装置）を運転するのに大量の化石燃料を使用するという問題がある。
特許３３４０４１２号公報 特許３３９７７６４号公報 特許３４３５３９９号公報 特許３８６１０９３号公報 特開２００６−１１２２９９号公報

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、汚泥を燃料化するための炭化処理において、化石燃料の使用量を大幅に削減するだけでなく、少量の助燃料で処理主体である汚泥を安定的に炭化燃料化することのできる汚泥燃料化装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、熱分解炭化炉で発生する熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉の燃焼排ガス中に混入する煤塵が熱分解炭化炉を間接加熱する際に熱分解炭化炉内に堆積し燃焼排ガスの圧力損失を増大させたり、その下流の排ガスボイラーの伝熱管表面に付着し熱伝達率を下げ、ボイラー効率を下げることを回避し、安定して運転でき、ランニングコストを大幅に低減できる汚泥燃料化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る汚泥燃料化装置は、汚泥を熱分解炭化処理して熱分解ガス及び炭化物を生成させる熱分解炭化炉と、この熱分解炭化炉で発生する熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉を有し、前記燃焼炉にて発生する燃焼排ガスを前記熱分解炭化炉の熱源として用いるとともに、前記燃焼炉の燃焼炉排ガス出口と前記熱分解炭化炉の間の燃焼排ガスラインに、排ガス中の粉塵を回収する粉塵回収装置を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る汚泥燃料化装置は、汚泥を熱分解炭化処理して熱分解ガス及び炭化物を生成させる熱分解炭化炉と、前記熱分解炭化炉で発生する熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉を有し、前記燃焼炉にて発生する燃焼排ガスを前記熱分解炭化炉の熱源として用いるとともに、前記燃焼炉は、縦型で、かつ燃焼によって発生する排ガス中の煤塵を燃焼炉内下部で回収する機能を備えたサイクロン集塵燃焼炉であることを特徴とする。

本発明によれば、汚泥を燃料化するための炭化処理において、化石燃料の使用量を大幅に削減するだけでなく、少量の助燃料で処理主体である汚泥を安定的に炭化燃料化することができる。
また、本発明によれは、熱分解炭化炉で発生する熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉の燃焼排ガス中に混入する煤塵が熱分解炭化炉を間接加熱する際、熱分解炭化炉内に堆積し燃焼排ガスの圧力損失を増大させたり、その下流の排ガスボイラーの伝熱管表面に付着し熱伝達率を下げ、ボイラー効率を下げることを回避し、安定して運転でき、ランニングコストを大幅に低減できる。

以下、本発明の汚泥燃料化装置について更に詳しく説明する。
(1) 本発明の汚泥燃料化装置は、上述したように、熱分解炭化炉と燃焼炉を有し、燃焼炉にて発生する燃焼排ガスを熱分解炭化炉の熱源として用いるとともに、燃焼炉の燃焼炉排ガス出口と前記熱分解炭化炉の間の燃焼排ガスラインに、排ガス中の粉塵を回収する粉塵回収装置を備えたことを特徴とする。こうした構成によれば、化石燃料の使用量を大幅に削減するだけでなく、少量の助燃料で処理主体である汚泥を安定的に炭化燃料化することができる。

(2) 上記（１）の発明において、粉塵回収装置としてはサイクロン若しくはバグフィルタである場合が挙げられる。こうした構成によれば、燃焼排ガス中に含まれる粉塵を安定的に確実に回収することができる。
(3) 上記（１）又は（２）の発明において、前記粉塵回収装置の下部に煤塵回収槽を設置し、この煤塵回収槽の上部にはダブルダンパを設置し、前記粉塵回収装置内の排ガスが外部に漏れない状態で煤塵を回収することが好ましい。こうした構成によれば、燃焼炉の粉塵払出しを安定的に確実に行うことができるコンパクトな汚泥燃料化装置が得られる。

(4) 上記（１）〜（３）の発明において、前記粉塵回収装置及び燃焼炉の下部で回収した粉塵を炭化物に混ぜて燃料として利用することが好ましい。こうした構成によれば、回収した煤塵を更に燃料等として有効活用することができ、生成物の利用効率を高めた汚泥燃料化装置が得られる。
(5) 上記（１）又は（２）の発明において、前記粉塵回収装置及び燃焼炉の上部に洗浄用ガス又は水蒸気を導入し、粉塵回収装置及び燃焼炉内部を洗浄するようにすることが好ましい。こうした構成によれば、粉塵回収装置又は燃焼炉内を常時洗浄でき、燃焼排ガス中に含まれる粉塵を長期に渡って安定的に確実に回収することができる。

(6) 本発明の汚泥燃料化装置は、上述したように、熱分解炭化炉と燃焼炉を有し、燃焼炉にて発生する燃焼排ガスを前記熱分解炭化炉の熱源として用いるとともに、燃焼炉は、縦型で、かつ燃焼によって発生する排ガス中の煤塵を燃焼炉内下部で回収する機能を備えたサイクロン集塵燃焼炉であることを特徴とする。
こうした構成によれば、熱分解炭化炉で発生する熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉の燃焼排ガス中に混入する煤塵が熱分解炭化炉を間接加熱する際、熱分解炭化炉内に堆積し燃焼排ガスの圧力損失を増大させたり、その下流の排ガスボイラーの伝熱管表面に付着し熱伝達率を下げ、ボイラー効率を下げることを回避し、安定して運転でき、ランニングコストを大幅に低減できる。

(7) 上記（６）の発明において、前記粉塵回収装置の下部に煤塵回収槽を設置し、この煤塵回収槽の上部にはダブルダンパを設置し、前記粉塵回収装置及び燃焼炉内の排ガスが外部に漏れない状態で煤塵を回収することが好ましい。
(8) 上記（６）の発明において、前記燃焼炉の下部で回収した粉塵を炭化物に混ぜて燃料として利用することが好ましい。こうした構成によれば、回収した煤塵を更に燃料等として有効活用することができ、生成物の利用効率を高めた汚泥燃料化装置が得られる。
(9) 上記（６）の発明において、前記粉塵回収装置及び燃焼炉の上部に洗浄用ガス又は水蒸気を導入し、粉塵回収装置及び燃焼炉内部を洗浄するようにすることが好ましい。こうした構成によれば、粉塵回収装置又は燃焼炉内を常時洗浄でき、燃焼排ガス中に含まれる粉塵を長期に渡って安定的に確実に回収することができる。

次に、本発明の汚泥燃料化装置の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における汚泥燃料化装置の概念フロー図である。
図１に示すように、汚泥の燃料化装置は、下水汚泥１が投入される汚泥投入機（投入フィーダ）２と、この投入フィーダ２から定量的に投入される下水汚泥を蒸気（スチーム）により間接的に加熱して乾燥する乾燥炉３と、乾燥させた脱水汚泥を投入する乾燥汚泥投入ホッパー４、この乾燥汚泥投入ホッパー４に接続する乾燥汚泥投入機５と、乾燥され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熱分解炭化炉６と、この熱分解炭化炉６で生成した熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉７と、この燃焼炉７で発生した燃焼排ガス（熱風）を加熱源とする排熱回収ボイラー８を主な構成としている。

熱分解炭化炉６の出口側には炭化物排出ダクト９が設置されており、該ダクト９から生成炭化物１０が排出される。生成炭化物１０は、炭化物冷却器１１を経て炭化物貯留ホッパー１２に貯留される。冷却され炭化物貯留ホッパー１２内に溜まった生成炭化物は、ホッパー内のレベル或いは重量等を計測、監視し、その状態量により定期的に搬出されるように制御されており、利用先での利用方法に合わせた形で出荷、運搬される。

前記熱分解炭化炉６の内筒側と燃焼炉７とは、熱分解炭化炉６で発生する熱分解ガスの配管であるライン１３により接続されている。熱分解ガスは、ライン１３を経て燃焼炉６内の燃焼バーナ（図示せず）に吸引される。燃焼炉７と熱分解炭化炉６の外側ジャケット部６ａとは、燃焼炉７から熱分解炭化炉６へ燃焼排ガスを送る第１の燃焼排ガスライン（熱風ライン）１４ａにより接続されている。熱分解炭化炉６と排熱回収ボイラー８は、熱分解炭化炉６から排熱回収ボイラー８へ燃焼排ガスを送る第２の燃焼排ガスライン１４ｂにより接続されている。前記第１の燃焼排ガスライン１４ａには、排熱回収ボイラー８からの第３の燃焼排ガスライン１４ｃが合流している。ここで、前記第１〜第３燃焼排ガスライン１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより熱風循環ラインを構成しており、これにより熱分解炭化炉６の加熱用排ガス熱風循環風量を高めることができる。

なお、図１において、符番１５は、乾燥炉３からの乾燥排ガスを集塵装置１６に送るためのラインを示す。乾燥排ガスは集塵装置１６を経て燃焼炉７の燃焼用空気として利用される。また、図１中の符番１７は排熱回収ボイラー８から出た熱風排ガスを吸引する熱風吸引ブロワーを、符番１８は熱風排ガスを洗浄する洗浄装置を、符番１９は排気塔を、符番２０は空気予熱器を、符番２２は燃焼排ガス大気放出ラインを、符番３３は粉塵回収装置２１の洗浄排ガス出口を示す。

次に、上記汚泥燃料化装置の構成について更に詳しく説明する。
図１では乾燥炉３の熱源として排熱回収ボイラー８で発生した蒸気（スチーム）を用い、乾燥炉３内の温度が高温になり処理材料から熱分解ガスが発生しないようにしている。しかし、熱風温度を下げて熱風を直接接触させる方式や、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。

乾燥炉３から排出された脱水汚泥は乾燥汚泥投入ホッパー４まで搬送されるが、このホッパー４までの途中には乾燥した汚泥を搬送できるコンベア、エアー搬送機（夫々図示せず）等が配置されている。処理規模、レイアウト等に応じて適宜最適設計することが好ましい。

図１では、熱分解炭化炉６を外熱式ロータリーキルン型としている。熱分解炭化炉６の内筒内には乾燥汚泥投入機５から酸素の混入しない状態で乾燥汚泥を連続投入し、保持しつつ回転する内部キルンの外側ジャケット部６ａに加熱源の燃焼排ガスを流している。また、内部キルンを外側から加熱する反対側の内筒から生成炭化物１０及び熱分解ガスを排出する構成としている。

燃焼排ガスを外側ジャケット部６ａに流す形式としては、ジャケット部を複数のセクションに分割し、各セクションを流れる燃焼排ガスの流速が一定になるように設計すること、或いは、熱分解炭化炉６の乾燥汚泥投入部の入熱量を高めるべく投入部側のセクションの流速を高めるように設計することが考えられる。また、運転状況に応じて、投入部側のセクションの流速、排出部側のセクションの流速を制御するようにすることもできる。

燃焼炉７内では、８５０℃以上、滞留時間２秒以上で熱分解ガスを完全燃焼させ無害化した後、発生する熱風は第１の燃焼排ガスライン１４ａを経由して熱分解炭化炉６の外側ジャケット部６ａへと送風する。第１の燃焼排ガスガスライン１４ａの途中、即ち、燃焼炉６の排ガス出口と熱分解炭化炉６の間の排ガス配管には、排ガス中の粉塵を回収する粉塵回収装置２１が配置されている。

なお、この粉塵回収装置２１にて排ガス中の粉塵を回収することにより、熱分解炭化炉６の外側ジャケット部６ａへと流入する排ガス中に粉塵が混入することを食い止めることができる。従って、熱分解炭化炉６の外側ジャケット部６ａ内部、更にその下流の配管、排熱回収ボイラー８内部等に粉塵が付着、堆積するのを防止することができる。

これにより、熱分解炭化炉６内部の乾燥汚泥は、外側ジャケット部６ａを流れる熱風により安定的に加熱される。なお、燃焼炉７内温度を８５０℃よりも上げたり、熱分解炭化炉６内筒内の温度を熱分解炭化に最適な温度に制御すべく、設計上、例えば第１の燃焼排ガスライン１４ａの途中に希釈空気を入れることにより外側ジャケット部６ａの温度が最適な温度になるように制御することも適宜行う。この際、燃焼状態により、燃焼炉７内から排出される粉塵の量が変動しても、下流に設置した粉塵回収装置２１にて排ガス中の粉塵を回収することができる。

粉塵回収装置２１にて粉塵を回収された排ガスは、第２の燃焼排ガスライン１４ｂにより排熱回収ボイラー８に送られる。排熱回収ボイラー８では、熱分解炭化炉６で加熱後の熱風を利用して蒸気（スチーム）を発生させ、この蒸気を熱源として乾燥炉２を加熱する。

第３の燃焼排ガスライン１４ｃの一部熱風排ガスは、熱風循環ブロア１７に吸引され、第３の燃焼排ガスライン１４ｃを循環し、その一部は燃焼排ガス大気放出ライン２２を経由して熱風吸引ブロア２３に吸引され、洗浄装置１８にて排ガス中のダスト分を除去した後、排気塔１９から排気される。

図１では、熱風吸引ブロア１７で吸引した熱風排ガスを洗浄装置１８にて洗浄し、その排ガスの白煙防止用に熱風吸引ブロア１７を出た排ガスを加熱源とする洗浄装置１８を設置し、空気を加熱して排気塔１９から排気されるガスと混合させている。しかし、熱風排ガス中にダスト分が殆ど含まれない場合には、そのまま洗浄装置１８、白煙防止用装置等を設置せずそのまま排気してもよい。

燃焼炉７には、上述した熱分解炭化炉６で生成した熱分解ガスをライン１３を経て加えるとともに、乾燥炉３からの乾燥排ガスをライン１４、集塵装置１５を経て燃焼用空気として導入する。そして、前記のように約８５０℃の温度で燃焼を行う。この燃焼により発生した燃焼排ガスは、第１の燃焼排ガスライン１４ａを介して熱分解炭化炉６の外側ジャケット部６ａに導入し、熱分解炭化処理の熱源として使用する。これにより、熱分解炭化処理に必要なエネルギーを十分に得ることができるので、化石燃料の使用量を大幅に削減することができる。但し、初期起動時の運転においては、助燃料として若干量の化石燃料（灯油、ＬＰＧガス等）を燃焼炉７に供給することはやむをえない。

次に、上述した汚泥の燃料化装置の実際の熱分解炭化物生成運転状態について説明する。
まず、水分が約８０％になるまで脱水された下水汚泥１は、定量的に汚泥投入機２により乾燥炉３に送られる。但し、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、活性汚泥などにも適用できる。

乾燥炉３では、汚泥の水分が約４０％位になるまで汚泥を乾燥する。乾燥させた汚泥は、脱水汚泥貯留ホッパー４から定量的に乾燥汚泥投入機５に落され、該乾燥汚泥投入機５を経て熱分解炭化炉６に導入する。

熱分解炭化炉６では、汚泥を無酸素状態で約３００〜６００℃に加熱して熱分解炭化処理を行い、熱分解ガスと固体燃料である生成炭化物１０とを生成する。生成する炭化物の利用用途等により要求される炭化物の性状も変わる為、その状況に合わせて加熱源の燃焼排ガス温度を調整する。熱分解ガスは、ライン１３を介して燃焼炉７に導入する。生成炭化物１０は、炭化物冷却器１１を経て炭化物貯留ホッパー１２に貯留される。

また、排熱回収ボイラー８の加熱源の燃焼排ガス温度を調整することで、廃熱回収ボイラー８で発生する蒸気量、蒸気温度を適宜制御することにより、下水汚泥を加熱し過ぎることなく安全に一定温度条件で乾燥させることができる。

上述したように、熱分解炭化炉６で生成した熱分解ガスは燃焼させる燃焼炉７にて完全燃焼された後、そのまま大気放出するのではなく、熱分解炭化炉６の加熱源として利用できるよう燃焼炉７から熱分解炭化炉６へ燃焼排ガスを送る第１の燃焼排ガスライン１４ａを有し、そのライン１４ａの途中に粉塵回収装置２１を有している。また、熱分解炭化炉６の加熱源として利用後の熱分解炭化炉６の外側ジャケット部６ａから排出された燃焼排ガスを前記排熱回収ボイラー８の加熱源として利用できるようにした、熱分解炭化炉６から排熱回収ボイラー８へ燃焼排ガスを送る第２の燃焼排ガスライ１４ｂを有している。更に、前記廃熱回収ボイラー８の加熱源として利用後の燃焼排ガスを前記燃焼炉７にて発生する第１の燃焼排ガスライン１４ａと合流させる第３の燃焼排ガスライン１４ｃを有している。このように、第１〜第３の燃焼排ガスライン１４ａ〜１４ｃとで構成する熱風循環ラインを設置することにより、熱分解炭化炉６の加熱用排ガス熱風の循環風量を高めることができる。また、第１の燃焼排ガスライン１４ａとその途中に粉塵回収装置２１を有しており、熱風循環ライン中の機器内部、配管内等に粉塵が付着、堆積するのを防止することができる。

これにより、熱分解炭化炉６、廃熱回収ボイラー８の加熱源である燃焼排ガスの温度を高めたまま、その風量を高めることができ、熱分解炭化炉６、廃熱回収ボイラー８の夫々の熱効率を大幅に高めることができる。
なお、排熱回収ボイラー８の負荷が低い場合は燃焼排ガスの残部を排気塔１９から系外に排出させたり、他の加熱源がある場合には、それらに排ガスを供給することも可能である。

ところで、通常運転時、熱分解炭化炉６内の乾燥汚泥入口温度は５０℃程度、加熱され熱分解ガスが熱分解炭化炉６から排出される熱分解ガスと炭化物の温度は５００℃程度である。また、通常運転時、熱分解炭化炉６から出る熱分解ガスは、燃焼炉７で約８５０℃の温度で燃焼した後、第１の燃焼排ガスライン１４ａを流れる燃焼排ガス温度は７５０℃程度、熱分解炭化炉６出口の燃焼排ガス温度は５５０℃程度、排熱回収ボイラー８出口の燃焼排ガス温度は３００℃程度である。

また、廃熱回収ボイラー８で発生する蒸気を、前記乾燥炉７の加熱源として利用するようにしている。このように、下水汚泥を熱分解ガスの燃焼排ガスの排熱を利用して効率的に加熱することができ、乾燥炉７の加熱源の蒸気温度を１６０〜１８０℃程度に制御することにより、下水汚泥を加熱し過ぎることなく安全に一定温度条件で乾燥させることができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態における汚泥燃料化装置の一構成であるサイクロン方式の粉塵回収装置の概念図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番３０は、遠心分離の原理により、粉塵を含有する排ガスから粉塵３１のみを回収するサイクロン本体を示す。このサイクロン本体３０は、ろ布等は必要とせずに粉塵を分離、除去する方式で、５〜１０μｍ以上の粗い粒子において高除去率が得られる。排ガスがサイクロン表面に接触するため、サイクロン材質には耐熱仕様のSUS材質、炭素繊維等の耐熱性を有するものを使用する。

サイクロン本体３０の上部には、燃焼排ガス入口３２、集塵後の清浄排ガス出口３３が設けられている。サイクロン本体３０の下部には粉塵排出口３４が設けられ、この粉塵排出口３４近くのサイクロン本体３０内にはロータリーバルブ３５が設けられている。なお、図中の符番３６は、下部に落ちた粉塵を安定的に払い出し、サイクロン本体３０の下部で回収する粉塵回収容器を示す。また、符番３７は、粉塵回収容器３６に回収された回収粉塵を示す。粉塵回収後の清浄排ガスは清浄排ガス出口３３から排出され、粉塵はサイクロン本体３０の下部の粉塵排出口３４に定常的に払い落とされ回収される。また、粉塵回収容器３６に粉塵が溜まった場合は、サイクロン本体内の排ガスが外部にリークしないようにロータリーバルブ３５を閉の状態にし、別の粉塵回収容器に交換する。
第２の実施形態によれば、粉塵回収装置２１をサイクロン方式のサイクロン本体３０にとするとともに、このサイクロン本体３０の上部に燃焼排ガス入口３２，清浄排ガス出口３３を夫々設け、サイクロン本体３０の下部にロータリーバルブ３５を内蔵した粉塵排出口３４を設けることにより、燃焼排ガス中に含まれる粉塵３１を安定的に効率良く回収することができる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態における汚泥燃料化装置の一構成であるバグフィルタ方式の粉塵回収装置の概念図である。但し、図１，図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番４１は、ケーシング４２で保護されたバグフィルタ本体を示す。バグフィルタ本体４１内には、複数のろ布４３で囲まれたろ過領域４４が形成されている。バグフィルタ本体４１は、粉塵を含有する排ガスをろ布４３の表面でろ過することにより粉塵を分離、除去する方式で、高除去率が得られる。ろ布４３の材質としては、排ガスの温度が高温の為、耐熱ガラス繊維等の耐熱性を有するものを使用する。ろ布４３に付着した粉塵は間欠的に払い落とされる。その方式には、例えば振動式、逆洗式、パルスジェット式がある。逆洗式の場合に注入する高圧気体としては、安全の為、窒素ガス等の不活性ガスを用いる。バグフィルタ本体４１の下部にはロータリーバルブ３４等を設置し、下部に落ちた粉塵を安定的に払い出し、下部に粉塵回収容器等を設置して回収するようにする。

第３の実施形態によれば、バグフィルタ方式の粉塵回収装置を採用することにより、燃焼排ガス中に含まれる粉塵を安定的に確実に回収することができる。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る汚泥燃料化装置の概念フロー図である。図５は、図４の汚泥燃料化装置の一構成であるバグフィルタ方式の粉塵回収装置の概念図である。但し、図１，図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図４中の符番５１は、サイクロン集塵燃焼炉を示し、その詳細は図５に示すとおりである。サイクロン集塵燃焼炉５１は縦型で、その下部には粉塵回収容器３６が配置されている。

図５に示すように、サイクロン集塵燃焼炉５１の上部には補助バーナ５２が配置されている。また、前記燃焼炉５１の燃焼室は縦にし、火炎は下向きに、排ガスは下部から排出するようになっている。燃焼炉５１の上部には、熱分解ガスが導入されるガス導入口５３、乾燥排ガスが導入される乾燥排ガス入口５４及び希釈空気が導入される希釈空気導入口５５が設けられている。

上述したように、サイクロン集塵燃焼炉５１は、汚泥を熱分解炭化処理して熱分解ガス及び炭化物を生成させる熱分解炭化炉６と、この熱分解炭化炉６で発生する熱分解ガスを燃焼させるサイクロン集塵燃焼炉５１と、この燃焼炉５１にて発生する燃焼排ガスを前記熱分解炭化炉６の熱源として用いるとともに、燃焼炉５１を縦型とし、燃焼によって発生する煤塵を燃焼炉内下部で回収する機能を備えるようにしたものである。

こうした構成の燃焼炉５１は、燃焼火炎は垂直下方よりも多少角度を付けて斜め向きにガスが流れるようにし、燃焼室内の縦向き下方になるほどその径をすぼめて、燃焼排ガスが燃焼室内を通過する間、燃焼室内にサイクロンによる遠心分離の効果を持たせて、粉塵を含有する排ガスから粉塵のみを下部に回収する構造としている。燃焼室内壁の材質としては、耐熱仕様のキャスター、炭素繊維等の耐熱性を有するものを使用する。耐熱仕様のキャスター内部に冷却水配管を配置し燃焼室下部の炉内面温度を下げる等の設計上の工夫を施す。粉塵はサイクロン集塵燃焼炉５１の下部に定常的に払い落とされる。

サイクロン集塵燃焼炉５１の下部にはロータリーバルブ３５等を設置し、下部に落ちた粉塵を安定的に払い出し、下部に粉塵排出口３４より排出し粉塵回収容器３６等を設置して回収するようにする。また、この粉塵回収容器３６に粉塵が溜まった場合は、サイクロン内の排ガスが外部にリークしないようにバルブを閉の状態にし、別の粉塵回収容器に交換する。

第４の実施形態によれば、熱分解炭化炉６で生成した熱分解ガスは燃焼させるサイクロン集塵燃焼炉５１にて完全燃焼させると同時に粉塵回収機能も兼ね備えており、浄化された燃焼排ガスを熱分解炭化炉６、排熱回収ボイラー８の加熱源として利用することができる。しかも、サイクロン集塵燃焼炉５１は、燃焼炉の機能と煤塵を回収するサイクロンの機能の両方を兼ね備えた一体化構造であるので、化石燃料の使用量を大幅に削減するだけでなく、少量の助燃料で処理主体である汚泥を安定的に炭化燃料化することのできるコンパクトな汚泥の燃料化装置が得られる。

また、熱分解炭化炉６で発生する熱分解ガスを燃焼させるサイクロン集塵燃焼炉５１の燃焼排ガス中に混入する煤塵が熱分解炭化炉６を間接加熱する際に、熱分解炭化炉６内に堆積する。その結果、燃焼排ガスの圧力損失を増大させたり、その下流の排熱回収ボイラー８の伝熱管表面に付着し熱伝達率を下げ、ボイラー効率を下げることを回避できる。従って、安定して運転でき、ランニングコストを大幅に低減できる。

（第５の実施形態）
図６は、本発明の第５の実施形態における汚泥燃料化装置の一構成であるサイクロン集積燃焼炉の概略図である。但し、図１，図２，図４，図５と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番６１，６２はサイクロン集塵燃焼炉５１の下部の粉塵排出口３４の近くに夫々設けられた上部第１ダンパ、下部第２ダンパを示す。ここで、両ダンパ６１，６２を総称してダブルダンパと呼ぶ。これらのダンパ６１，６２を設けたのは、サイクロン集塵燃焼炉内のガスが外部に漏れない状態で粉塵を回収するためである。即ち、サイクロン集塵燃焼炉５１下部にはロータリーバルブ等を設置することで下部に落ちた粉塵を安定的に払い出すことは可能であるが、外部とのシール性能を高める為に、下部にダンパ６１，６２を設置し、その下部に粉塵回収容器３６等を設置して回収するようにしている。なお、図６では、ロータリーバルブの設置を省略しているが、ダンパ６１，６２の上側、或いは下側にロータリーバルブを設置することが可能である。

上記ダンパ６１，６２の動作は、次のとおりである。
まず、上部第１ダンパ６１、下部第２ダンパ６２を全閉とした後、上部第１ダンパ６１を開にし、上部第１ダンパ６１と下部第２ダンパ６２の間に粉塵を溜める。その後、上部第１ダンパ６１を全閉、下部第２ダンパ６２を開にすることにより、サイクロン集塵燃焼炉５１内部と粉塵回収容器３６とを仕切った状態で粉塵を回収する。また、粉塵回収容器３６内の空気がサイクロン集塵燃焼炉５１内に混入しないよう、上部第１ダンパ６１と下部第２ダンパ６２の間に不活性ガスを間欠的に注入するようなことも設計・運用上逐次行い、安定的な粉塵払出しが行えるようにする。

第５の実施形態によれば、サイクロン集塵燃焼炉５１の下部に上部第１ダンパ６１、下部第２ダンパ６２を設けることにより、燃焼炉の機能と煤塵を回収するサイクロンの機能の両方を兼ね備えた一体化構造のサイクロン集塵燃焼炉５１の粉塵払出しを安定的に確実に行うことができるコンパクトな汚泥の燃料化装置を得ることができる。

（第６の実施形態）
図７は、本発明の第６の実施形態における汚泥燃料化装置の概念フロー図である。但し、図１，図４と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番７１は、粉塵回収容器３６と炭化物貯留ホッパー１２を接続する回収粉塵移送ラインを示す。

熱分解炭化炉６にて生成した炭化物は、炭化物冷却器１１を経て炭化物貯留ホッパー１２に貯留される。ここで回収される炭化物とサイクロン集塵燃焼炉５１の下部で回収した煤塵とは、炭素主成分のほぼ同じ性状である。サイクロン集塵燃焼炉５１の下部で回収した煤塵を炭化物貯留ホッパー１２内に貯留されている炭化物に回収煤塵移送ライン７１を経由して移送し、回収煤塵を炭化物貯留ホッパー１２内に混ぜて、これを燃料とする次の利用先に出荷する。これにより、汚泥の燃料化装置から生成、出荷される炭化物の量を最大に活用することが可能となる。

なお、サイクロン集塵燃焼炉５１の下部で回収した煤塵を混ぜた炭化物は、そのまま出荷しても良いし、利用先での用途、汎用性等を考え、或る一定の大きさの粒に造粒処理してから出荷するようなことも設計・運用上逐次行う。
これにより、回収した煤塵を更に燃料等として有効活用することができ、生成物の利用効率を高めた汚泥燃料化装置を提供できる。

なお、第６の実施形態では、サイクロン集塵燃焼炉５１の下部で回収した煤塵を炭化物に混ぜて燃料として利用する場合について述べたが、これに限らず、第１の実施形態に係る粉塵回収装置、第２の実施形態に係るサイクロン粉塵回収装置、第３の実施形態に係るバグフィルタ方式の粉塵回収装置の下部で回収した煤塵を炭化物に混ぜて燃料として利用することもできる。

（第７の実施形態）
図８は、本発明の第７の実施形態における汚泥燃料化装置の一構成であるサイクロン集積燃焼炉の概略図である。但し、図１，図６と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番７２，７３はサイクロン集塵燃焼炉５１の上部，下部に夫々設けられた第１の洗浄用ガス注入ノズル、第２の洗浄用ガス注入ノズルを示す。これらのノズル７２，７３より空気、不活性ガス等の洗浄用ガスを注入し、サイクロン集塵燃焼炉５１の内部を洗浄する。

即ち、長時間の連続運転において、サイクロン集塵燃焼炉内の内面、特に流速の遅い滞留部には、次第に粉塵が付着しやすい。内面に粉塵が付着、堆積すると、集塵効率が落ちるばかりか、排ガス系統内の圧力損失が増大し、熱風循環流量が減少し、汚泥の燃料化装置全体の性能が低下する。

このような粉塵の付着、堆積を回避する為に、サイクロン集塵燃焼炉５１に洗浄用ガスを洗浄用ガス注入ノズル７２，７３から注入し、内部を洗浄できるようにしたものである。第７の実施形態によれば、サイクロン集塵燃焼炉内面を常時洗浄でき、燃焼排ガス中に含まれる粉塵を長期に渡って安定的に確実に回収することができる。

なお、第７の実施形態ではサイクロン集塵燃焼炉に洗浄用ガス注入ノズルを設ける場合について述べたが、これに限らず、第１の実施形態に係る粉塵回収装置、第２の実施形態に係るサイクロン粉塵回収装置、第３の実施形態に係るバグフィルタ方式の粉塵回収装置に洗浄用ガス注入ノズルを設けてもよい。

また、第７の実施形態では、洗浄用ガス注入ノズルを燃焼炉の上部，下部の２箇所に設ける場合について述べたが、これに限らず、その位置、数は洗浄の効果を高める為に設計検討して適宜取り付けることができる。また、空気、不活性ガス等の洗浄用ガスの注入はその注入流速を高めて間欠的に、これら機器内面のガスの滞留しやすい箇所を目掛けて行うのが良い。また、バグフィルタ方式の粉塵回収装置に適用する場合においては、振動式、逆洗式、パルスジェット式などがあり、逆洗式の場合に注入する高圧気体としては、安全の為、窒素ガス等の不活性ガスを用いる。

（第８の実施形態）
図９は、本発明の第８の実施形態における汚泥燃料化装置の一構成であるサイクロン集積燃焼炉の概略図である。但し、図１，図６と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番７４，７５はサイクロン集塵燃焼炉５１の上部，下部に夫々設けられた第１の洗浄用水蒸気注入ノズル、第２の洗浄用水蒸気注入ノズルを示す。これらのノズル７４，７５より水蒸気をサイクロン集塵燃焼炉５１内に注入し、サイクロン集塵燃焼炉５１の内部を洗浄する。

即ち、長時間の連続運転において、サイクロン集塵燃焼炉内の内面、特に流速の遅い滞留部には、次第に粉塵が付着しやすい。内面に粉塵が付着、堆積すると、集塵効率が落ちるばかりか、排ガス系統内の圧力損失が増大し、熱風循環流量が減少し、汚泥の燃料化装置全体の性能が低下する。

このような粉塵の付着、堆積を回避する為に、サイクロン集塵燃焼炉５１に水蒸気を洗浄用水蒸気注入ノズル７４，７５から注入し、内部を洗浄できるようにしたものである。第８の実施形態によれば、サイクロン集塵燃焼炉内面を常時洗浄でき、燃焼排ガス中に含まれる粉塵を長期に渡って安定的に確実に回収することができる。

なお、第８の実施形態ではサイクロン集塵燃焼炉に洗浄用水蒸気注入ノズルを設ける場合について述べたが、これに限らず、第１の実施形態に係る粉塵回収装置、第２の実施形態に係るサイクロン粉塵回収装置、第３の実施形態に係るバグフィルタ方式の粉塵回収装置に洗浄用水蒸気注入ノズルを設けてもよい。

また、第８の実施形態では、洗浄用水蒸気注入ノズルを燃焼炉の上部，下部の２箇所に設ける場合について述べたが、これに限らず、その位置、数は洗浄の効果を高める為に設計検討して適宜取り付けることができる。注入する水蒸気は蒸気の凝縮を避ける為、過熱蒸気或いは飽和蒸気が好ましい。水蒸気の注入はその注入流速を高めて間欠的に、これら機器内面のガスの滞留しやすい箇所を目掛けて行うのが良い。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、本発明の第１の実施形態における汚泥燃料化装置の概念フロー図である。 図２は、本発明の第２の実施形態における汚泥燃料化装置の一構成であるサイクロン方式の粉塵回収装置の概念図である。 図３は、本発明の第３の実施形態における汚泥燃料化装置の一構成であるバグフィルタ方式の粉塵回収装置の概念図である。 図４は、本発明の第４の実施形態に係る汚泥燃料化装置の概念フロー図である。 図５は、図４の汚泥燃料化装置の一構成であるバグフィルタ方式の粉塵回収装置の概念図である。 図６は、本発明の第５の実施形態における汚泥燃料化装置の一構成であるサイクロン集積燃焼炉の概略図である。 図７は、本発明の第６の実施形態における汚泥燃料化装置の概念フロー図である。 図８は、本発明の第７の実施形態における汚泥燃料化装置の一構成であるサイクロン集積燃焼炉の概略図である。 図９は、本発明の第８の実施形態における汚泥燃料化装置の一構成であるサイクロン集積燃焼炉の概略図である。

符号の説明

１…下水汚泥、２…汚泥投入機（投入フィーダー）、３…乾燥炉（乾燥機）、４…乾燥汚泥投入ホッパー、５…乾燥汚泥投入機、６…熱分解炭化炉、７…燃焼炉、８…排熱回収ボイラー、９…炭化物排出ダクト、１１…炭化物冷却器、１２…炭化物貯留ホッパー、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…燃焼排ガスライン、１７…熱風吸引ブロア、１８…洗浄装置、１９…排気塔、２１…粉塵回収装置、２２…燃焼排ガス大気放出ライン、３０…サイクロン本体、３１…粉塵、３２…燃焼排ガス入口、３３…清浄排ガス出口、３４…粉塵排出口、３５…ロータリーバルブ、３６…粉塵回収容器、４１…バグフィルタ本体、５１…サイクロン集塵燃焼炉、５２…補助バーナ、６１…上部第１ダンパ、６２…下部第２ダンパ、７１…回収粉塵移送ライン、７２，７３…洗浄用ガス注入ノズル、７４，７５…洗浄用水蒸気ノズル。

Claims (10)

1. 汚泥を熱分解炭化処理して熱分解ガス及び炭化物を生成させる熱分解炭化炉と、この熱分解炭化炉で発生する熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉を有し、
   前記燃焼炉にて発生する燃焼排ガスを前記熱分解炭化炉の熱源として用いるとともに、前記燃焼炉の燃焼炉排ガス出口と前記熱分解炭化炉の間の燃焼排ガスラインに、排ガス中の粉塵を回収する粉塵回収装置を備えたことを特徴とする汚泥燃料化装置。
2. 前記粉塵回収装置はサイクロンであることを特徴とする請求項１記載の汚泥燃料化装置。
3. 前記粉塵回収装置はバグフィルタであることを特徴とする請求項１記載の汚泥燃料化装置。
4. 前記粉塵回収装置の下部に煤塵回収槽を設置し、この煤塵回収槽の上部にはダブルダンパを設置し、前記粉塵回収装置内の排ガスが外部に漏れない状態で煤塵を回収することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の汚泥燃料化装置。
5. 前記粉塵回収装置及び燃焼炉の下部で回収した粉塵を炭化物に混ぜて燃料として利用することを特徴とする請求項１乃至４いずれ記記載の汚泥燃料化装置。
6. 前記粉塵回収装置及び燃焼炉の上部に洗浄用ガス又は水蒸気を導入し、粉塵回収装置及び燃焼炉内部を洗浄するようにすることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の汚泥燃料化装置。
7. 汚泥を熱分解炭化処理して熱分解ガス及び炭化物を生成させる熱分解炭化炉と、前記熱分解炭化炉で発生する熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉を有し、
   前記燃焼炉にて発生する燃焼排ガスを前記熱分解炭化炉の熱源として用いるとともに、前記燃焼炉は、縦型で、かつ燃焼によって発生する排ガス中の煤塵を燃焼炉内下部で回収する機能を備えたサイクロン集塵燃焼炉であることを特徴とする汚泥燃料化装置。
8. 前記サイクロン集塵燃焼炉の下部に煤塵回収槽を設置し、この煤塵回収槽の上部にはダブルダンパを設置し、前記燃焼炉内の排ガスが外部に漏れない状態で煤塵を回収することを特徴とする請求項７記載の汚泥燃料化装置。
9. 前記燃焼炉の下部で回収した粉塵を炭化物に混ぜて燃料として利用することを特徴とする請求項７記載の汚泥燃料化装置。
10. 前記粉塵回収装置及び燃焼炉の上部に洗浄用ガス又は水蒸気を導入し、粉塵回収装置及び燃焼炉内部を洗浄するようにしたことを特徴とする請求項７記載の汚泥燃料化装置。

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