JP2010194381A - 含水有機廃棄物の乾燥システム及び乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を効率よく乾燥させ、装置コスト及び運転コストを低減する。
【解決手段】含水有機廃棄物Ｗ１を貯蔵する貯蔵タンク２と、過熱蒸気Ｓ１を発生させる過熱蒸気発生装置３と、貯蔵タンク２から供給された含水有機廃棄物Ｗ１と、過熱蒸気発生装置３から供給された過熱蒸気Ｓ２とを直接接触させながら、含水有機廃棄物Ｗ１を破砕乾燥する破砕気流乾燥機４と、破砕気流乾燥機４から排出され、破砕乾燥された含水有機廃棄物を含む排ガスＥに含まれる未乾燥の含水有機廃棄物を、新たな過熱蒸気Ｓ４と直接接触させて乾燥させる第２の気流乾燥機（サイクロン）７とを備える含水有機廃棄物の乾燥システム１。比較的容量の小さい破砕気流乾燥機によってある程度廃棄物を乾燥させた後、未乾燥の含水有機廃棄物を新たな過熱蒸気と直接接触させて乾燥させるため、全体的にコンパクトな装置構成で効率よく乾燥させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を乾燥させるシステム及び方法に関する。

従来、高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を乾燥させるにあたって、種々の装置及び方法が提案されている。例えば、特許文献１には、外気に対して気密保持された空間で、回転する受け皿の中に被乾燥物を落下させる工程と、受け皿に溜まった被乾燥物を受け皿と一体的に回転させて周囲に飛散させ、受け皿を包囲する障壁に衝突付着させる工程と、飛散する乾燥物及び障壁に付着した乾燥物に過熱蒸気と燃焼排ガスの混合ガスを吹き付け、乾燥物を膨化及び乾燥させる工程と、障壁に付着した乾燥物を受け皿の下に配置したすり鉢型のスクレパーで掻き取り、掻き取った乾燥物をスクレパーの底部に設けた孔から下に落下させる工程とを備える泥状物の乾燥方法が提案されている。

しかし、上記泥状物の乾燥方法では、被乾燥物を乾燥させるにあたって、過熱蒸気と燃焼排ガスの混合ガスを利用しているため、被乾燥物を乾燥した後の処理ガス量が大量となり、処理コストが高騰するとともに、燃焼ガスに含まれる酸素によって乾燥装置等が爆発する懸念もあった。

そこで、特許文献２には、乾燥熱源として過熱蒸気のみを用い、内部に複数の乾燥床面を備え、各々の乾燥床面に回転するレーキを配置し、上部の供給部から供給された汚泥等の被乾燥物が、回転レーキで混合撹拌されながら上段から下段へと移動し、循環する過熱蒸気と直接接触しながら乾燥した後、下部の排出口から排出される過熱蒸気循環型乾燥システムが提案されている。この乾燥システムによれば、過熱蒸気のみを用いるため、乾燥後の処理ガス量が低下し、ガス処理に要するコストを低減することができるとともに、乾燥用熱ガスに酸素が含まれていないため、乾燥装置等の爆発の虞もない。

特開２００５−１１４３２７号公報 特開２００６−３０８１６２号公報

しかし、上記特許文献２に記載の過熱蒸気のみを用いる従来の乾燥システムでは、被乾燥物が、乾燥床面に載置された状態で回転するレーキによって混合撹拌されながら、乾燥床面の上段から下段へと移動して乾燥する。そのため、被乾燥物と過熱蒸気との接触面積が比較的小さく、乾燥効率が必ずしも高いとは言えず、装置が大がかりなものとなり、装置コスト及び運転コストが高騰するという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を効率よく乾燥させることができ、装置コスト及び運転コストを低く抑えることのできる乾燥システム及び乾燥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、本発明は、含水有機廃棄物の乾燥システムであって、含水有機廃棄物を貯蔵する貯蔵タンクと、過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置と、前記貯蔵タンクから供給された含水有機廃棄物と、前記過熱蒸気発生装置から供給された過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水有機廃棄物を破砕乾燥する破砕気流乾燥機と、該破砕気流乾燥機から排出され、前記破砕乾燥された含水有機廃棄物を含む排ガスに含まれる未乾燥の含水有機廃棄物を、新たな過熱蒸気と直接接触させて乾燥させる第２の気流乾燥機とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、比較的容量の小さい破砕気流乾燥機によってある程度含水有機廃棄物を乾燥させた後、第２の気流乾燥機によって、破砕気流乾燥機から排出された未乾燥の含水有機廃棄物を、新たな過熱蒸気と直接接触させて乾燥させるため、全体的にコンパクトな装置構成で効率よく乾燥させることができ、装置コスト及び運転コストを低く抑えることができる。

上記含水有機廃棄物の乾燥システムにおいて、前記第２の気流乾燥機を、前記破砕気流乾燥機の排ガスを固気分離しながら、分離された固体側に存在する未乾燥の含水有機廃棄物を、新たな過熱蒸気と直接接触させて乾燥させる固気分離機とすることができる。固気分離機内で、未乾燥の含水有機廃棄物と新たな過熱蒸気とが直接接触するため、効率よく未乾燥の含水有機廃棄物を乾燥させることができ、すべての含水有機廃棄物を効率よく乾燥させることができる。

また、上記含水有機廃棄物の乾燥システムにおいて、前記新たな過熱蒸気を、前記過熱蒸気発生装置から供給することができ、前記過熱蒸気発生装置を、セメント焼成装置に付設され、該セメント焼成装置の廃熱及び／又は該セメント焼成装置に付設された塩素バイパスの排ガスの顕熱を利用して過熱蒸気を発生させる廃熱ボイラーとすることができる。

さらに、上記含水有機廃棄物の乾燥システムにおいて、前記新たな過熱蒸気を、セメント焼成装置のセメントキルン、プレヒータ、クリンカクーラ及び塩素バイパスのうち少なくとも一箇所からの排ガスによって加熱する加熱装置を備え、該加熱装置によって加熱された新たな過熱蒸気を、前記第２の気流乾燥機に供給することができる。これにより、新たな過熱蒸気の温度をさらに高温とすることができ、より効率よく含水有機廃棄物を乾燥させることができる。この際、新たな過熱蒸気は、破砕気流乾燥機の排ガスのように含水有機廃棄物から発生した水蒸気を含まないため、セメントキルン等の排ガスを用いて容易に昇温させることができ、セメント焼成装置側の熱効率の低下も小さい。

また、本発明は、含水有機廃棄物の乾燥方法であって、破砕気流乾燥機に、過熱蒸気を含水有機廃棄物と直接接触するように供給して該含水有機廃棄物を破砕乾燥し、該破砕気流乾燥機の排ガスに含まれる未乾燥の含水有機廃棄物を、新たな過熱蒸気と直接接触させて乾燥させることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、全体的にコンパクトな装置構成で効率よく乾燥させることができ、装置コスト及び運転コストを低く抑えることができる。

上記含水有機廃棄物の乾燥方法において、前記過熱蒸気及び／又は前記新たな過熱蒸気を発生させるための熱源として、セメント焼成装置の廃熱及び／又は該セメント焼成装置に付設された塩素バイパスの排ガスの顕熱を利用することができる。

以上のように、本発明によれば、高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を効率よく乾燥させることができ、装置コスト及び運転コストを低減することができる。

本発明にかかる含水有機廃棄物の乾燥システムの一実施の形態を示すフローチャートである。 図１の含水有機廃棄物の乾燥システムに用いられるサイクロンを示す概略図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる含水有機廃棄物の乾燥システム（以下、「乾燥システム」と略称する）をセメント焼成設備を備えたプラントに適用した場合を例にとって説明する。

図１は、本発明にかかる乾燥システムの一実施の形態を示し、この乾燥システム１は、含水有機汚泥等の含水有機廃棄物（以下、適宜「廃棄物」という）Ｗ１を貯蔵する廃棄物貯蔵タンク２と、過熱蒸気Ｓ１を発生させる過熱蒸気発生装置３と、廃棄物Ｗ１と過熱蒸気Ｓ２とを直接接触させながら、廃棄物Ｗ１を破砕乾燥する破砕気流乾燥機４と、廃棄物Ｗ１を破砕気流乾燥機４に供給する供給装置５と、過熱蒸気Ｓ２、Ｓ３を破砕気流乾燥機４及び加熱装置１１に供給するブロワ６と、サイクロン（第２の気流乾燥機）７への過熱蒸気Ｓ３を昇温させる加熱装置１１と、破砕気流乾燥機４の排気Ｅを固気分離するとともに、過熱蒸気Ｓ４を用いて未乾燥の廃棄物Ｗ１を乾燥させるサイクロン７と、サイクロン７から排出される過熱蒸気Ｓ５に含まれるダストＤを回収するバグフィルタ８と、サイクロン７及びバグフィルタ８から回収された乾燥有機廃棄物Ｗ２及びダストＤを貯蔵する乾燥廃棄物貯蔵タンク９と、循環ブロワ１０等で構成される。

廃棄物貯蔵タンク２は、受け入れた廃棄物Ｗ１を貯蔵するために設けられる。廃棄物Ｗ１は、４０質量％以上の水分を含む高含水有機汚泥であってもよく、製紙汚泥、下水汚泥、ビルピット汚泥、食品汚泥等でもよい。廃棄物貯蔵タンク２には、下部に廃棄物Ｗ１を破砕気流乾燥機４に供給するためのスクリューフィーダ等の供給装置５が付設される。

過熱蒸気発生装置３は、過熱蒸気Ｓ１を発生させるため、セメント焼成装置（不図示）に付設され、セメント焼成装置からの廃熱を利用して過熱蒸気を発生させる廃熱ボイラーを利用することができる。尚、過熱蒸気Ｓ１を発生させるにあたって、セメント焼成装置に付設された塩素バイパスの排ガスの顕熱を利用することもできる。ブロワ６は、過熱蒸気発生装置３の蒸気排出側に設けられ、過熱蒸気Ｓ１を破砕気流乾燥機４及び加熱装置１１に各々過熱蒸気Ｓ２、Ｓ３として供給する。ブロワ６の下流の過熱蒸気供給ダクト１５、１６には、過熱蒸気Ｓ２、Ｓ３の分配率を調整するためのダンパ１７、１８が設けられる。

加熱装置１１は、過熱蒸気Ｓ３を、セメント焼成装置のセメントキルンからの排ガスによって加熱するために備えられ、加熱装置１１によって加熱された新たな過熱蒸気Ｓ４をサイクロン７に供給することができる。尚、セメントキルンからの排ガスに代えて、プレヒータ、クリンカクーラ及び塩素バイパス等の排ガスを利用することもできる。

破砕気流乾燥機４は、廃棄物Ｗ１を破砕しながら、過熱蒸気発生装置３からブロワ６を介して供給される過熱蒸気Ｓ２によって乾燥させるために備えられる。この破砕気流乾燥機４は、鎖打撃式の乾燥機であって、上部に廃棄物Ｗ１の供給口と、下部に過熱蒸気発生装置３からの過熱蒸気Ｓ２の供給口とを備え、廃棄物Ｗ１と過熱蒸気Ｓ２を向流で接触させる。また、内部には、回転軸４ａと、この回転軸４ａに固定され、回転軸４ａの回転とともに遠心力によって水平方向に延伸して回転し、廃棄物Ｗ１を破砕する打撃チェーン４ｂを備える。尚、上記鎖打撃式の破砕気流乾燥機４に代えて、鎖の代わりに丸棒等を水平に取り付けた棒打撃式、ケージミル式又は旋回式の乾燥機を用いることもできる。ケージミル式破砕気流乾燥機とは、互いに反転する破砕ケージを備えた乾燥機であり、旋回式破砕気流乾燥機は、旋回気流を用いた破砕気流乾燥機である。

サイクロン７は、破砕気流乾燥機４における破砕乾燥によって得られた乾燥有機廃棄物Ｗ２を回収するとともに、排気Ｅに含まれる未乾燥の含水有機廃棄物を、過熱蒸気Ｓ４と直接接触させて乾燥させるために備えられる。より詳細には、図２に示すように、サイクロン７は、大別して、円筒部７ａとコーン部７ｂとで構成され、円筒部７ａの上部には、ガス入口部７ｃが設けられ、円筒部７ａのコーン部７ｂ側の側面に蒸気入口部７ｄが設けられる。円筒部７ａの天井部にはガス出口部７ｅが設けられ、コーン部７ｂの最下部は廃棄物出口部７ｆとなっている。ガス入口部７ｃに破砕気流乾燥機４から排気Ｅが供給され、蒸気入口部７ｄに加熱装置１１から過熱蒸気Ｓ４が供給される。

バグフィルタ８は、サイクロン７から排出された過熱蒸気Ｓ５中のダストを回収するために備えられる。尚、過熱蒸気Ｓ５中のダストが乾燥システム１に悪影響を及ぼすことがない程度に低濃度であれば、バグフィルタ８は省略可能であるが、その場合にも、余剰蒸気Ｓ７を系外に排出するのであれば、後述する余剰蒸気排出部１２の下流側にバグフィルタが必要となる。

乾燥廃棄物貯蔵タンク９は、サイクロン７及びバグフィルタ８によって回収された乾燥有機廃棄物Ｗ２及びダストＤを貯蔵するために設けられる。循環ブロワ１０は、バグフィルタ８から排出された過熱蒸気Ｓ６を、循環ダクト１３を介して加熱装置１４で加熱した後、過熱蒸気供給ダクト１５を介して破砕気流乾燥機４に戻すために設けられる。あるいは、加熱装置１４を設けずに、過熱蒸気Ｓ６を過熱蒸気発生装置３に戻してもよい。

余剰蒸気排出部１２は、乾燥システム１から余剰蒸気Ｓ７を系外に排出するために備えられ、余剰蒸気排出部１２の後段には、余剰蒸気排出部１２から排出された余剰蒸気Ｓ７を脱臭処理するための燃焼炉等（不図示）が配置される。

次に、上記構成を有する乾燥システム１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。

受け入れた廃棄物Ｗ１を廃棄物貯蔵タンク２に一時的に貯蔵するとともに、セメント焼成設備とともに運転される過熱蒸気発生装置３によって過熱蒸気Ｓ１を発生させる。

破砕気流乾燥機４の上部に、廃棄物貯蔵タンク２からの廃棄物Ｗ１を供給装置５を介して供給するとともに、破砕気流乾燥機４の下部から、過熱蒸気発生装置３からの過熱蒸気Ｓ２をブロワ６を介して導入する。この過熱蒸気Ｓ２の温度は、２００℃〜５００℃程度であるため、単位体積当たりの保有熱量が大きく、廃棄物Ｗ１を効率よく乾燥させることができる。また、破砕気流乾燥機４では、廃棄物Ｗ１と過熱蒸気Ｓ２とが向流で直接接触するとともに、破砕気流乾燥機４の内部に設けられた打撃チェーン４ｂによって廃棄物Ｗ１を破砕しながら乾燥させるため、廃棄物Ｗ１は、その比表面積を増加させながら表面から乾燥することとなる。そのため、比表面積の増加による乾燥効率の向上に加え、廃棄物Ｗ１の表面乾燥によって破砕効率も合わせて向上することとなり、従来に比較して全体的な乾燥効率が飛躍的に向上する。また、酸素を含まない過熱蒸気Ｓを用いるため、破砕気流乾燥機４等の爆発の虞もない。

一方、過熱蒸気発生装置３からブロワ６を介して供給ダクト１６に搬送された過熱蒸気Ｓ３を加熱装置１１で加熱する。加熱装置１１において、過熱蒸気Ｓ３を、セメント焼成装置のセメントキルンの排ガス等で加熱し、過熱蒸気Ｓ３よりも高温の過熱蒸気Ｓ４を得ることができる。

尚、破砕気流乾燥機４への廃棄物Ｗ１の供給量が一時的に低下したような場合等、破砕気流乾燥機４の出口ガス温度が高すぎる場合には、破砕気流乾燥機４の前段で冷却空気Ｃを導入することができる。また、ブロワ６の下流側の過熱蒸気供給ダクト１５、１６に設置したダンパ１７、１８によって、過熱蒸気Ｓ２、Ｓ３の分配率を調整し、乾燥システム１全体で最適なガスバランスを得ることができる。

次に、サイクロン７に破砕気流乾燥機４から排気Ｅを供給し、破砕気流乾燥機４で破砕乾燥した廃棄物を分離回収するとともに、排気Ｅに含まれる未乾燥の含水有機廃棄物を、サイクロン７の内部で過熱蒸気Ｓ４を用いて乾燥させて乾燥有機廃棄物Ｗ２として回収する。すなわち、図２に示すように、破砕気流乾燥機４からの排気Ｅは、サイクロン７のガス入口部７ｃから円筒部７ａの上部に流入し、円筒部７ａ内で固気分離され、廃棄物は遠心力によってガスと分離した後、円筒部７ａ内を下降する。その際、未乾燥の廃棄物は、蒸気入口部７ｄから供給された過熱蒸気Ｓ４に直接接触して乾燥する。この過熱蒸気Ｓ４は、加熱装置１１において昇温されているため、未乾燥の廃棄物を効率よく乾燥させることができる。乾燥した乾燥有機廃棄物Ｗ２は、廃棄物出口部７ｆから排出された後、乾燥廃棄物貯蔵タンク９へ搬送される。一方、排気Ｅに含まれる過熱蒸気Ｓ５は、ガス出口部７ｅからバグフィルタ８に搬送される。尚、蒸気入口部７ｄは、サイクロン７の側面ではなく天頂面に設け、サイクロン７内に下向きに高速の過熱蒸気Ｓ４を吹き込むなどの形態を用いることもできる。

図１に戻り、バグフィルタ８によって、サイクロン７から排出された過熱蒸気Ｓ５に含まれるダストＤを回収し、回収したダストＤをサイクロン７で回収した乾燥有機廃棄物Ｗ２とともに乾燥廃棄物貯蔵タンク９に貯蔵し、セメント焼成設備の燃料として利用することができる。回収した乾燥有機廃棄物Ｗ３を、ブロワ（不図示）を介してセメント焼成装置とは別の装置等に搬送して処理することもできる。さらに、回収した乾燥有機廃棄物Ｗ３と、生汚泥とを混練機に導入して粒状物とした後燃料として用いることもできる。

尚、上記実施の形態においては、サイクロン７を用いて破砕気流乾燥機４からの排気Ｅに含まれる未乾燥の含水有機廃棄物を乾燥させたが、その他、排気Ｅと過熱蒸気Ｓ４とが効率的に混合・熱交換可能な気流混合機能と、排気Ｅから乾燥有機廃棄物Ｗ２を回収可能な固気分離機能とを備えた装置を設け、過熱蒸気Ｓ４によって未乾燥の含水有機廃棄物を乾燥させることもできる。

また、過熱蒸気Ｓ３の温度が充分に高く加熱装置１１によって昇温する必要がない場合には、加熱装置１１を設置する必要はなく、過熱蒸気Ｓ３をそのままサイクロン７に導入することもできる。

さらに、バグフィルタ８から排出される過熱蒸気Ｓ６を、循環ブロワ１０によって、循環ダクト１３を介して加熱装置１４で加熱した後、過熱蒸気供給ダクト１５に戻すこともできる。あるいは、加熱装置１４を設けずに、過熱蒸気Ｓ６を過熱蒸気発生装置３に戻してもよい。これによって、蒸気を循環させ、破砕気流乾燥機４内を流れる蒸気の体積を増加させ、気流乾燥に要する風量を確保することができる。

乾燥システム１に滞留する余剰蒸気Ｓ７は、余剰蒸気排出部１２を介して適宜外部に排出し、燃焼炉等（不図示）で加熱して脱臭処理を行うことができる。尚、余剰蒸気Ｓ７は、燃焼炉等で加熱せずに、凝縮後下水に放流することもできる。

また、上記実施の形態においては、本発明にかかる含水有機廃棄物の乾燥システムをセメント焼成設備を備えたプラントに適用した場合を例にとって説明したが、過熱蒸気を発生させる設備を有するか、過熱蒸気を利用することが可能なプラントであれば、セメント焼成設備を備えないプラントに本発明を適用することも勿論可能である。

１ 乾燥システム
２ 廃棄物貯蔵タンク
３ 過熱蒸気発生装置
４ 破砕気流乾燥機
５ 供給装置
６ ブロワ
７ サイクロン
７ａ 円筒部
７ｂ コーン部
７ｃ ガス入口部
７ｄ 蒸気入口部
７ｅ ガス出口部
７ｆ 廃棄物出口部
８ バグフィルタ
９ 乾燥廃棄物貯蔵タンク
１０ 循環ブロワ
１１ 加熱装置
１２ 余剰蒸気排出部
１３ 循環ダクト
１４ 加熱装置
１５、１６ 過熱蒸気供給ダクト
１７、１８ ダンパ

Claims (7)

1. 含水有機廃棄物を貯蔵する貯蔵タンクと、
   過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置と、
   前記貯蔵タンクから供給された含水有機廃棄物と、前記過熱蒸気発生装置から供給された過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水有機廃棄物を破砕乾燥する破砕気流乾燥機と、
   該破砕気流乾燥機から排出され、前記破砕乾燥された含水有機廃棄物を含む排ガスに含まれる未乾燥の含水有機廃棄物を、新たな過熱蒸気と直接接触させて乾燥させる第２の気流乾燥機とを備えることを特徴とする含水有機廃棄物の乾燥システム。
2. 前記第２の気流乾燥機は、前記破砕気流乾燥機の排ガスを固気分離しながら、分離された固体側に存在する未乾燥の含水有機廃棄物を、新たな過熱蒸気と直接接触させて乾燥させる固気分離機であることを特徴とする請求項１に記載の含水有機廃棄物の乾燥システム。
3. 前記新たな過熱蒸気は、前記過熱蒸気発生装置から供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の含水有機廃棄物の乾燥システム。
4. 前記過熱蒸気発生装置は、セメント焼成装置に付設され、該セメント焼成装置の廃熱及び／又は該セメント焼成装置に付設された塩素バイパスの排ガスの顕熱を利用して前記過熱蒸気を発生させる廃熱ボイラーであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の含水有機廃棄物の乾燥システム。
5. 前記新たな過熱蒸気を、セメント焼成装置のセメントキルン、プレヒータ、クリンカクーラ及び塩素バイパスのうち少なくとも一箇所からの排ガスによって加熱する加熱装置を備え、該加熱装置によって加熱された新たな過熱蒸気を、前記第２の気流乾燥機に供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の含水有機廃棄物の乾燥システム。
6. 破砕気流乾燥機に、過熱蒸気を含水有機廃棄物と直接接触するように供給して該含水有機廃棄物を破砕乾燥し、
   該破砕気流乾燥機の排ガスに含まれる未乾燥の含水有機廃棄物を、新たな過熱蒸気と直接接触させて乾燥させることを特徴とする含水有機廃棄物の乾燥方法。
7. 前記過熱蒸気及び／又は前記新たな過熱蒸気を発生させるための熱源として、セメント焼成装置の廃熱及び／又は該セメント焼成装置に付設された塩素バイパスの排ガスの顕熱を利用することを特徴とする請求項６に記載の含水有機廃棄物の乾燥方法。

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