JP2010214319A - 含水有機汚泥の乾燥装置及び乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高含水有機汚泥等の含水有機汚泥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】供給された含水有機汚泥を回転体で破砕しながら、供給した過熱蒸気と、接触させ、乾燥する破砕気流乾燥部と、一部未乾燥物を含む状態の前記含水有機汚泥を旋回流として供給する過熱蒸気と更に接触させ、乾燥する気流乾燥部を含むことを特徴とする乾燥機を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、含水有機汚泥を乾燥させる装置及び方法に関する。

従来、含水有機汚泥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被乾燥物を回転する受け皿の中に落下させる工程と、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と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、下水有機汚泥等の含水有機汚泥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、さらに、低減することのできる乾燥装置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、供給された含水有機汚泥を回転体で破砕しながら、供給した過熱蒸気と、接触させ、乾燥する破砕気流乾燥部と、前記気流乾燥部からの一部未乾燥物を含む状態の前記含水有機汚泥と、旋回流として新たに供給する過熱蒸気とを更に接触させ、乾燥する、気流乾燥部を含むことを特徴とする乾燥装置、を提供する。

また、前記気流乾燥部が、前記一部未乾燥物を含む状態の含水有機汚泥を、下方から旋回過熱蒸気を供給するか、又は、側方から旋回過熱蒸気を供給し、接触させ、乾燥することを特徴とする気流乾燥装置、を提供する。

本発明によれば、まず、破砕気流乾燥部で、単位体積当たりの保有熱量の大きい過熱蒸気と含水有機汚泥を破砕接触乾燥させるため、含水有機汚泥と過熱蒸気との接触面積を大幅に増加させながら乾燥をさせる。破砕気流乾燥部で有機汚泥を効率良く乾燥できるが、より短時間の乾燥では、一部の未乾燥物が上部の配管に飛散するので、更に、破砕気流乾燥部で一部未乾燥物を含む状態の含水有機汚泥を、気流乾燥部を設けて、旋回過熱蒸気と接触させて、乾燥させるものである。このため、乾燥装置の小型化を図ることができ、装置及び運転コストを低く抑えることができる。破砕気流乾燥部と気流乾燥部とに過熱蒸気を配分してより高効率の乾燥を実現できる。

前記含水有機汚泥の破砕気流乾燥部において、回転体での破砕方式は、ケージミル式、鎖打撃式、棒打撃式又は旋回式であることが好ましく。特に鎖打撃式、棒打撃式は、一本の回転軸の周りに打撃体の鎖、棒を取り付ける簡単な構造であり、回転軸を垂直にとれば、水平方向に回転させることができ、上方から投入する含水汚泥を効率良く破砕することができ、特に好ましい。

気流乾燥部は、破砕気流乾燥部からの一部未乾燥物を含む状態の含水有機汚泥に対して更に新たな過熱蒸気を旋回流として供給する気流乾燥部の例を図１に示す。過熱蒸気を、下方から図１に例示するように供給する。例えば、過熱蒸気の側方供給口付近に固定式案内翼（以下、ベーン）４ｃを設けて、上昇旋回気流に変換することができる。ベーンは、過熱蒸気を旋回させる円の接線方向に導いて、旋回気流を生じさせることができる。図１の点線矢印は、過熱蒸気の旋回流の方向を示す。ベーン４ｃは、想定する旋回流の円の接線方向の翼と、上向き傾斜の方向性の翼を組み合わせて装着すると上昇旋回に好ましい。また、気流乾燥部の下方部であれば、任意に取り付けうる過熱蒸気供給部の任意の位置に任意の数で装着できる。

上記２枚のベーンに替えて、例えば、想定する旋回流の円の接線方向の垂直翼であるベーンを、該翼を含む平面上の水平線を中心に上昇気流を生ずる方向に回転して設けた一枚のベーンとして、任意の数だけ、装着することも好ましい。さらに、気流乾燥部の上下縦方向の中間側方部に過熱蒸気供給口を設けて、２枚のベーン４ｃ、又は、これに対応するベーン（例えば、想定する旋回流の円の接線方向の垂直翼であるベーンを、該翼を含む平面上の水平線を中心に上昇気流を生ずる方向に１５〜３０度程度回転して設けたベーン）を装着することもできる。

図１に例示するように、一部未乾燥物を含む状態の含水有機汚泥は、ぱさぱさの状態で粉砕気流乾燥装置から排出され、気流乾燥装置にブロアで吸引されて、供給される。気流乾燥装置の下部には、過熱蒸気供給口からの加熱蒸気がベーンで旋回流となりながら上昇気流を形成する。一部未乾燥物を含む汚泥は、ほぐされながら、旋回過熱蒸気中で乾燥される。乾燥が不十分で比較的重く、遠心力が大きくなり、旋回で遠く飛散された汚泥は、水平方向の線速度が大きい下からの旋回流と接触するので、この旋回流の過熱蒸気との接触が密となる。

旋回流には、気流乾燥部の周辺部分にもフレッシュな高熱蒸気が流れるので、含水汚泥との熱交換がより効率良くおこなわれる。乾燥して軽量となった汚泥は、過熱蒸気を媒体として、気流乾燥部の上部の取り出し口から排出し、サイクロン等の固気体分離機へと搬送する。このとき、円筒状の気流乾燥部の上部にドーナツ状の絞り板を設けることも好ましい。乾燥完了の軽い汚泥は、ドーナツの中心部に近い部分から搬送し、乾燥の進行しない比較的重い汚泥は、遠心力で外周部分に偏在し、外周部分であるリング状部分で、搬送を妨げることができる。即ち、乾燥室の中心部は、上昇気流に乗りやすい微細に乾燥した汚泥部分を通過させ、乾燥室の外周部分では、乾燥未了汚泥を、ドーナツのリング状部で、落下させて搬送を中断し、再乾燥させる機能を有する。乾燥汚泥の一部は、気流乾燥部の下部より取り出すこともできる。

本発明は、このように、供給された含水有機汚泥を回転体で破砕しながら、供給した過熱蒸気と、接触させ、乾燥する破砕気流乾燥部と、一部未乾燥物を含む状態の前記含水有機汚泥を旋回流として供給する過熱蒸気と更に接触させ、乾燥する気流乾燥部を含むので、含水有機汚泥と過熱蒸気とを効率よく、直接接触させながら、該含水有機汚泥を回転破砕気流乾燥し、更に、旋回過熱蒸気流で一部未乾燥物を含む状態の含水汚泥をもみほぐしながら乾燥し、過熱蒸気との接触をさらに大幅に増加させながら効率よく乾燥させることができる。

また、前記気流乾燥部が、上方から供給された前記一部未乾燥物を含む状態の含水有機汚泥を、下方から旋回過熱蒸気を供給するか、又は、側方から旋回過熱蒸気を供給し、接触させ、乾燥するので、一部未乾燥物を含む含水汚泥が、旋回過熱蒸気で、十分に乾燥され、軽くなり、下方からの過熱蒸気流に乗って上方に取り出されるまでの滞留時間を確保することができる。このように、含水有機汚泥と過熱蒸気との接触を大幅に増加させながら効率よく含水有機汚泥を乾燥させることが可能となり、小型の乾燥装置を用いることで、装置及び運転コストを低く抑えることができる。

本発明は、含水有機汚泥の乾燥方法であって、過熱蒸気を含水有機汚泥と直接接触するように供給し、該含水有機汚泥を破砕気流乾燥し、更に一部未乾燥物を含む状態の前記含水有機汚泥を旋回流として供給する過熱蒸気と更に接触させ、乾燥するので、上述のように、含水有機汚泥を効率よく乾燥させることができ、運転コストを低く抑えることができる。

以上のように、本発明によれば、含水有機汚泥等の含水有機汚泥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可能となる。

本発明にかかる含水有機汚泥の気流乾燥装置の一実施の形態を示す図である。 本発明にかかる含水有機汚泥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。

次に、本発明の実施の形態について説明する。

本発明にかかる含水有機汚泥の乾燥装置（以下、「乾燥装置」と略称する）、本発明にかかる含水有機汚泥の乾燥方法（以下、「乾燥方法」と略称する）を、下水処理場における含水有機汚泥の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４は、本発明にかかる乾燥装置及び乾燥方法の一実施の形態を示す。この乾燥システム１は、含水有機汚泥等の含水有機汚泥（以下、適宜「汚泥」という）Ｗを貯蔵する汚泥貯蔵タンク２と、過熱蒸気Ｓを発生させる過熱蒸気発生装置３と、汚泥Ｗと過熱蒸気Ｓとを直接接触させながら、汚泥Ｗを破砕気流乾燥する破砕気流乾燥部４０と、更に一部未乾燥物を含む汚泥を旋回過熱蒸気で乾燥する気流乾燥部４と、汚泥Ｗを破砕気流乾燥部４０に供給する供給装置５と、過熱蒸気Ｓを破砕気流乾燥部４に供給するブロワ６と、気流乾燥部４０の排気を固気分離するサイクロン７と、サイクロン７から排出される蒸気に含まれるダスト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汚泥Ｗ’を貯蔵する乾燥汚泥貯蔵タンク９と、循環ブロワ１０を含んで構成される。

汚泥貯蔵タンク２は、受け入れた汚泥Ｗを貯蔵するために設けられる。汚泥Ｗ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。汚泥貯蔵タンク２には、下部に汚泥Ｗを破砕気流乾燥部４０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Ｓを発生させるため、汚泥処理に伴う消化ガスの焼却炉又は、汚泥の焼却炉に付設され、前記焼却炉３１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。前記焼却炉３１からの燃焼排ガスを過熱蒸気発生装置３に導いて、例えば、水管又は多段プレートと燃焼排ガスを接触させて熱交換してこの熱を利用する。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Ｓを破砕気流乾燥部４０に供給する。

破砕気流乾燥部４０は、汚泥Ｗ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Ｓによって乾燥させるために備えられる。この破砕気流乾燥部４０は、鎖打撃式の乾燥部である。上部に汚泥Ｗの供給口と、下部に過熱蒸気発生装置３からの過熱蒸気Ｓの供給口とを備え、汚泥Ｗと過熱蒸気Ｓを向流で接触させる。気流乾燥部４は、過熱気流乾燥部４０から排出される一部未乾燥物を含む汚泥を旋回過熱蒸気で乾燥する。

サイクロン７は、気流乾燥部４における旋回気流乾燥によって得られた乾燥有機汚泥Ｗ’を回収するために備えられ、バグフィルタ８は、サイクロン７の排出ガス中のダストを回収するために備えられる。尚、サイクロン７は、図示のような１段に限定されず、多段とすることも可能であり、その場合には、後段でより細かなダストを捕集するため、後段のサイクロン程サイクロン径を小さくするのが普通である。但し、そのように構成した場合には、風量を十分に確保することができない虞もあるので、マルチサイクロンを採用することもできる。また、サイクロン７出口の微粉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Ｓ”を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。

乾燥汚泥貯蔵タンク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汚泥Ｗ’を貯蔵するために設けられる。また、循環ブロワ１０は、破砕気流乾燥部４０から排出された過熱蒸気Ｓ’を循環ダクト１１を介して破砕気流乾燥部４０に戻すために設けられる

余剰蒸気排出部１２は、乾燥システム１から余剰蒸気Ｓ”を排出するために備えられ、余剰蒸気排出部１２の後段には、余剰蒸気の凝縮部が備えられ、凝縮水を下水放流又は、又は、さらに水処理設備で処理する。又、余剰蒸気の凝縮余剰蒸気排出部１２から排出された余剰蒸気Ｓ”を燃焼炉で直接的に高熱分解しても良い。

次に、上記構成を有する乾燥システム１の動作について、さらに、説明する。

受け入れた汚泥Ｗを汚泥貯蔵タンク２に一時的に貯蔵するとともに、汚泥処理に伴う消化ガスの焼却炉又は、汚泥の焼却炉に付設され、焼却炉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Ｓを発生させる。

破砕気流乾燥部４０の上部に、汚泥貯蔵タンク２からの汚泥Ｗを供給装置５を介して供給するとともに、破砕気流乾燥部４０の下部から、過熱蒸気発生装置３からの過熱蒸気Ｓをブロワ６を介して導入する。この過熱蒸気Ｓ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、汚泥Ｗを乾燥させるのに十分な熱量を有する。また、破砕気流乾燥部４０では、汚泥Ｗと過熱蒸気Ｓとが向流で直接接触するとともに、破砕気流乾燥部４０の内部に設けられた打撃チェーン４０ｂによって汚泥Ｗを破砕しながら乾燥させるため、汚泥Ｗ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、汚泥Ｗの表面乾燥によって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、破砕気流乾燥部４０等の爆発の虞もない。

一部未乾燥物を含む汚泥はさらに気流乾燥部に、気流とともに供給される。この気流を旋回流とするために気流乾燥部の入り口付近にベーンを設けても良い。更に気流乾燥部では、新たな過熱蒸気Ｓを旋回流とするために、図１の通り、過熱蒸気供給口にベーンを用いた。

図１の底面図には、過熱蒸気Ｓの供給部分４１をリング状として、リング円周の六ヶ所にベーンを設け、図示する通り、紙面の上からみて、反時計方向への旋回流を生じさせた。気流乾燥部の下部で生じた旋回流は順次供給される過熱蒸気によって、旋回を保って上部に押し上げられる。

一方、粉砕気流乾燥機の上部から供給された一部未乾燥物を含む汚泥Ｗは、下方からの新たな過熱気流で揉み解されながら上昇し、旋回過熱蒸気と接触する。こうして汚泥Ｗは、旋回加熱蒸気で乾燥されながらも更に微粒となり、所定の軽さとなるまで滞留したのち、上昇する過熱蒸気流とともに上昇して、気流乾燥部４からサイクロン７へと導かれる。

このとき、一部未乾燥物を含む汚泥Ｗと、旋回過熱蒸気Ｓは、旋回流の旋回上昇速度を上記リング状絞り板で制御することで、より密な接触と乾燥が実現する。

ここで、破砕気流乾燥部４０への汚泥Ｗの供給量が一時的に低下したような場合等、破砕気流乾燥部４０の出口ガス温度が高すぎる場合には、破砕気流乾燥部４０の前段で冷却空気Ｃを導入することができる。

次に、サイクロン７及びバグフィルタ８によって、本乾燥機で気流乾燥させた乾燥有機汚泥Ｗ’を回収し、回収した乾燥有機汚泥Ｗ’を乾燥汚泥貯蔵タンク９に貯蔵し、汚泥処理に伴う消化ガスの焼却炉又は、汚泥の焼却炉の燃料として利用することができる。また、回収した乾燥有機汚泥Ｗ’を、ブロワ（不図示）を介して前記焼成炉とは、別の装置等に搬送して処理することもできる。さらに、回収した乾燥有機汚泥Ｗ’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。

一方、本気流乾燥機から排出される乾燥過熱蒸気Ｓ’を、循環ブロワ１０によって、循環ダクト１１を介してブロワ６の前段の過熱蒸気流路１３に戻す。これによって、蒸気を循環させ、破砕気流乾燥部４０内を流れる蒸発熱の損失を防ぐことができる。

乾燥システム１に滞留する余剰蒸気Ｓ”は、余剰蒸気排出部１２を介して適宜外部に凝縮水Ｈとして排出する。排出部１２には、余剰蒸気の凝縮部１４が備えられ、さらに凝縮水Ｈの水処理設備１５で処理する。又、余剰蒸気の凝縮余剰蒸気排出部１２から排出された余剰蒸気Ｓ”を燃焼炉で直接的に高熱分解しても良い。燃焼炉で加熱して脱臭処理を行うこともできる。尚、余剰蒸気Ｓ”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。

尚、上記実施の形態においては、本発明にかかる含水有機汚泥の乾燥システムを下水処理場の焼却炉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、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 汚泥貯蔵タンク
３ 過熱蒸気発生装置
３１ 汚泥からの消化ガスの焼却炉、汚泥の焼却炉、処理炉
４００ 乾燥機
４ 気流乾燥部
４ａ 過熱蒸気供給部
４ｃ ベーン
４０ 破砕気流乾燥部
４０ａ 破砕体回転軸
４０ｂ 打撃回転体
４１ 過熱蒸気供給部
５ 汚泥供給装置
６ ブロワ
７ 乾燥物回収サイクロン
８ バグフィルタ
９ 乾燥汚泥貯蔵タンク
１０ 循環ブロワ
１１ 循環ダクト
１２ 余剰蒸気排出部
１３ 過熱蒸気流路
１４ 凝縮部
１５ 水処理設備
２１ 排ガス

Claims (4)

1. 供給された含水有機汚泥を回転体で破砕しながら、供給した過熱蒸気と、接触させ、乾燥する破砕気流乾燥部と、一部未乾燥物を含む状態の前記含水有機汚泥を旋回流として供給する過熱蒸気と更に接触させ、乾燥する気流乾燥部を含むことを特徴とする乾燥装置。
2. 前記気流乾燥部が、粉砕気流乾燥部から供給された前記一部未乾燥物を含む状態の含水有機汚泥を、下方から旋回過熱蒸気を供給するか、又は、側方から旋回過熱蒸気を供給し、接触させ、乾燥することを特徴とする請求項１記載の乾燥装置。
3. 供給された含水有機汚泥を回転体で破砕しながら、供給した過熱蒸気と、接触させ、乾燥する破砕気流乾燥した後、一部未乾燥物を含む状態の前記含水有機汚泥を旋回流として供給する過熱蒸気と更に接触させ、気流乾燥することを特徴とする乾燥方法。
4. 前記気流乾燥部が、粉砕気流乾燥部から供給された前記一部未乾燥物を含む状態の含水有機汚泥を、下方から旋回過熱蒸気を供給するか、又は、側方から旋回過熱蒸気を供給し、接触させ、乾燥することを特徴する請求項３記載の乾燥方法。

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