JP2010216748A - 含水廃棄物の乾燥システム及び乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高含水廃棄物等の含水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、該含水廃棄物を撹拌乾燥する外熱式撹拌乾燥機とを備えることを特徴とする含水廃棄物の乾燥システムであって、前記外熱式撹拌乾燥機から排出された蒸気を、該外熱式撹拌乾燥機に戻す循環ルートを備え、前記循環ルートから余剰蒸気を排出する排出部を備え、循環する蒸気は、汚泥処理に伴う消化ガスの焼却炉又は、汚泥の焼却炉、処理炉からの廃熱を導いてスーパーヒータで加熱されることを特徴とする含水廃棄物の乾燥システム。
【選択図】図２

Description

本発明は、含水有機汚泥等の含水廃棄物を乾燥させるシステム及び方法に関する。

従来、含水有機汚泥等の含水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。ここで、含水廃棄物とは、水を含む、産業廃棄物又は一般廃棄物であり、都市ごみ、汚泥を含む。

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、高含水有機汚泥等の含水廃棄物を効率よく乾燥させることができ、さらに、含水廃棄物処理設備の廃熱を利用して、処理施設内で、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、含水廃棄物と、過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水廃棄物を撹拌乾燥する外熱式撹拌乾燥機を備えることを特徴とする含水廃棄物の乾燥システム、を提供する。

さらに、本発明は、含水廃棄物を貯蔵する貯蔵タンクと、飽和蒸気を発生させる飽和蒸気発生装置と、前記飽和蒸気を加熱して過熱蒸気を発生させるスーパーヒータと、前記貯蔵タンクから供給された含水廃棄物と、前記スーパーヒータから供給された過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水廃棄物を撹拌乾燥する外熱式撹拌乾燥機とを備える、乾燥システム、を提供する。

そして、本発明によれば、外熱式撹拌乾燥機によって、含水廃棄物と、単位体積当たりの保有熱量の大きい過熱蒸気とを直接接触させ、含水廃棄物を撹拌しながら乾燥させるため、含水廃棄物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廃棄物を乾燥させることができる。過熱蒸気の乾燥機への送入方向は、被乾燥物の送入方向と同一でも反対方向でもよいが、反対方向とすることが好ましい。高温の被乾燥物と、より高熱の過熱蒸気との接触が可能となるためである。こうして、乾燥機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。

外熱式撹拌乾燥機は、その内部に、回転にともない、被乾燥物である含水廃棄物をかき上げ攪拌する、かき上げ部４１を設けることができる。これは撹拌乾燥機の内壁本体部に設けることができる。また、乾燥機にシャフトを設け、そのシャフト４２に直接攪拌翼４３を設けることも好ましい。図１に、かき上げ部４１を設けた設置例を示し、図２に、シャフト４２に装着した攪拌翼４３で内容物を撹拌する設置例を示す。図１は、回転体に接触して回転するローター式乾燥機であり、図２は、固定式乾燥機で、中心にシャフト４３を有する。

前記含水廃棄物の乾燥システムにおいて、前記外熱式撹拌乾燥機から排出された蒸気を、該外熱式撹拌乾燥機に戻す循環ルートを備えることができる。蒸気循環により、飽和蒸気発生装置からの蒸気量が減少するため、ここでの蒸発に要する熱量が低減される。

前記含水廃棄物の乾燥システムにおいて、前記循環ルートから余剰蒸気を排出する排出部を備えることができ、不要な蒸気を適宜系外に排出することができる。

また、本発明は、外熱式撹拌乾燥機であって、含水廃棄物と過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水廃棄物を撹拌乾燥することを特徴とする。この外熱式撹拌乾燥機を用いることにより、上述のように、含水廃棄物と過熱蒸気との接触面積を大幅に増加させながら効率よく含水廃棄物を乾燥させることが可能となり、小型の乾燥機を用いることで、装置及び運転コストを低く抑えることができる。

さらに、本発明は、含水廃棄物の乾燥方法であって、外熱式撹拌乾燥機に、過熱蒸気を含水廃棄物と直接接触するように供給し、該含水廃棄物を撹拌乾燥することを特徴とする。この方法により、上述のように、含水廃棄物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。

前記含水廃棄物の乾燥方法において、前記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を利用することができ、セメント焼成装置を備えたプラントに特に効果的な含水廃棄物の乾燥方法を提供することができる。

更に、本発明は、含水廃棄物を貯蔵する貯蔵タンク２と、飽和蒸気を発生させる飽和蒸気発生装置３と、前記飽和蒸気を加熱するスーパーヒータ３２とを有し、前記貯蔵タンク２から供給された含水廃棄物と、前記スーパーヒータ３２から供給された過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水廃棄物を撹拌乾燥する外熱式撹拌乾燥機４とを備えることを特徴とする含水廃棄物の乾燥システムであって、前記外熱式撹拌乾燥機４から排出された蒸気を、該外熱式撹拌乾燥機に戻す循環ルート１１を備え、前記循環ルート１１から余剰蒸気を排出する排出部１２を備え、循環する蒸気は、含水廃棄物処理に伴う消化ガスの焼却炉３１又は、含水廃棄物の焼却炉３１、処理炉３１からの廃熱を導いてスーパーヒータ３２で加熱されることを特徴とする含水廃棄物の乾燥システム、を提供する。

更に、前記排出部１２に、余剰蒸気の凝縮部１４が備えられ、凝縮水を下水放流又は、水処理設備１５で処理する請求項１記載の含水廃棄物の乾燥システム、を提供する。

含水廃棄物と過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水廃棄物を撹拌乾燥する撹拌乾燥方法であり、前記外熱式撹拌乾燥機に、下水処理場の下水処理に伴う消化ガスの焼却炉又は、未乾燥の汚泥又は乾燥処理された汚泥の焼却炉、処理炉の廃熱で熱交換されて加熱された過熱蒸気を含水廃棄物と直接接触するように供給し、該含水廃棄物を撹拌乾燥することを特徴とする含水廃棄物の乾燥方法、を提供する。

以上のように、本発明によれば、含水廃棄物等の含水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可能となる。又、前記汚泥を他の処理場に移設することなく、前記処理施設内で、処理可能となる。

本発明にかかる含水廃棄物の乾燥装置を示す模式図である。 本発明にかかる別の含水廃棄物の乾燥装置を示す模式図である。 本発明にかかる含水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。

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廃棄物の乾燥システム（以下、「乾燥システム」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３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廃棄物（以下、適宜「汚泥」という）Ｗを貯蔵する汚泥貯蔵タンク２と、飽和蒸気Ｓを発生させる飽和蒸気発生装置３と、前記飽和蒸気を加熱し、過熱蒸気Sを発生するスーパーヒータ３２と、汚泥Ｗと過熱蒸気Ｓとを直接接触させながら、汚泥Ｗを撹拌乾燥する外熱式撹拌乾燥機４と、汚泥Ｗを外熱式撹拌乾燥機４に供給する供給装置５と、過熱蒸気Ｓを外熱式撹拌乾燥機４に供給するブロワ６と、外熱式撹拌乾燥機４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、或いは、外熱式ロータリー乾燥機から直接排出した乾燥有機汚泥Ｗ’を貯蔵する乾燥汚泥貯蔵タンク９と、循環ブロワ１０と、飽和蒸気発生装置３からの飽和蒸気、又は、排出部１２で排出されずに戻ってくる循環蒸気を更に加熱するスーパーヒータ３２と、飽和蒸気発生装置３又は外熱撹拌乾燥装置４の外筒部に廃熱を供給する、下水処理に伴う消化ガスの焼却炉等３１（汚泥の焼却炉、汚泥の処理炉でも良い。）と、で構成される。廃熱供給の媒体は、液体でも気体でも良い。

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を外熱式撹拌乾燥機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。

飽和蒸気発生装置３は、廃熱ボイラーを利用することができる。スーパーヒータ３２は、飽和蒸気を加熱して、過熱蒸気を発生させる。飽和蒸気発生装置３にスーパーヒータ３２を内蔵すれば、過熱蒸気発生装置として一体化が可能である。ブロワ６はスーパーヒータ３２の蒸気排出側に設けられ、過熱蒸気Ｓを外熱式撹拌乾燥機４に供給する。循環蒸気等（当初の飽和蒸気発生装置３からの蒸気を含む）の加熱に用いるスーパーヒータ３２は、消化ガスの焼却炉、又は、汚泥の焼却炉、処理炉からの排ガスを供給され、この排ガスの熱を利用できる。例えば、水管又は多段プレートで燃焼排ガス等と熱交換してこの熱を活用する。

外熱式撹拌乾燥機４は、汚泥Ｗを撹拌しながら、飽和蒸気発生装置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。この外熱式撹拌乾燥機４は、回転式又は固定式の乾燥機であって、汚泥Ｗの供給口と、飽和蒸気発生装置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を向流又は平行流で接触させる。

固定式乾燥機は、内部に撹拌翼を有して、処理物である汚泥Ｗを撹拌した。図１に固定式乾燥機の模式図を例示する。回転式乾燥機は、シャフトまたは他の回転体と接触して回転させ、乾燥室内壁にかき上げ部を設けて回転にともない処理物を撹拌する。図２に、尚、上記外熱式撹拌乾燥機４に代えて、旋回式の乾燥機を用いることもできる。旋回式外熱式撹拌乾燥機は、旋回気流を用いた外熱式撹拌乾燥機である。

外熱式撹拌乾燥機４は、外筒部をもち、外筒部に供給する熱源は、消化ガスの焼却炉、又は、汚泥の焼却炉、処理炉からの排ガスの熱を利用することができる。前記焼却炉等３１からの廃熱をスーパーヒータ３２に導いても良い。水管又は多段プレートで燃焼排ガスと熱交換してこの熱を活用する。

サイクロン７は、外熱式撹拌乾燥機４における撹拌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、外熱式撹拌乾燥機４からの乾燥有機汚泥Ｗ’、サイクロン７及びバグフィルタ８を介し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、外熱式撹拌乾燥機４からの排出物Ｗ´、排出された過熱蒸気Ｓ’を循環ダクト１１を介して外熱式撹拌乾燥機４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。凝縮部は、例えば、口径の大きなダクトで構成される。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、図３を参照しながら説明する。

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、処理炉からの廃熱を利用してスーパーヒータ３２で過熱された過熱蒸気Ｓを外熱式撹拌乾燥機に導く。

外熱式撹拌乾燥機４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、飽和蒸気発生装置３で発生し、スーパーヒータ３２で過熱された過熱蒸気Ｓを、ブロワ６に吸引して導入する。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、図１に例示するように、円筒型の乾燥機を外部回転装置によるロータリー回転方式とした。このとき、回転中心付近に汚泥供給口を設けた。乾燥室内部にかき上げ部４１を設け、乾燥室の回転にともなって、汚泥を上部に持ち上げ落下点で落とす操作を繰り返すことで撹拌混合を促進した。かき上げ部は、任意形状でよいが、矩形形状がかき上げ効果が良い。また、かき上げ部を螺旋形状として、回転とともに汚泥を排出口に搬送する形態も好ましい。螺旋形の、かき上げ部には、適宜穿孔や切りかけを設けて、過熱蒸気の移動を過度に妨げないようにすることも好ましい。過熱蒸気の供給口は、汚泥供給口の反対側の回転中心付近に設けた。汚泥の乾燥室からの排出は、過熱蒸気供給口の外周部からとし、排出汚泥をフッドで受けて、下から取り出した。

また、図２に例示するように、外熱式撹拌乾燥機４を固定式としたとき、乾燥機の長さ方向の中心線に沿って、シャフト４２を設け撹拌翼４３をつけて、汚泥Ｗを撹拌しながら乾燥させた。汚泥Ｗと過熱蒸気Ｓとは、向流で直接接触させた。乾燥機は、汚泥Ｗを撹拌しながら乾燥させるため、汚泥Ｗは、過熱蒸気との接触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、過熱蒸気の接触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撹拌混合も促進され、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、外熱式撹拌乾燥機４等の爆発の虞もない。

ここで、外熱式撹拌乾燥機４への汚泥Ｗの供給量が一時的に低下したような場合等、外熱式撹拌乾燥機４の出口ガス温度が高すぎる場合には、外熱式撹拌乾燥機４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、外熱式撹拌乾燥機４で撹拌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、汚泥の焼却炉等の燃料としても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等とは、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、外熱式撹拌乾燥機４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、蒸発熱を減少させ、加熱蒸気による攪拌乾燥の熱を有効利用する。

含水汚泥由来の水の蒸発により蒸気量は増加することとなるが、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、循環ガスと凝縮ガスを分岐して、凝縮ガスのみを凝縮部１４に送る方式でもよい。さらに凝縮水Ｈの水処理設備１５で処理する。凝縮部１４は、管型凝縮器、多管型凝縮器等で、水冷、空冷による凝縮が可能である。又、水処理設備１５は、水素イオン濃度を調整する機能が付与されることもある。又、余剰蒸気の排出部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。燃焼炉で加熱すると同時に脱臭処理を行うこともできる。尚、余剰蒸気Ｓ”は、条件に応じて排出基準を満たせば、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廃棄物の乾燥システムを、含水有機汚泥について、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 飽和蒸気発生装置
４ 外熱式撹拌乾燥機
４１ かき上げ部
４２ シャフト
４３ シャフトに装着した攪拌翼
５ 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
３１ 汚泥からの消化ガスの焼却炉、汚泥の焼却炉、処理炉
３２ スーパーヒータ

Claims (6)

1. 含水廃棄物と、過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水廃棄物を撹拌乾燥する外熱式撹拌乾燥機を備えることを特徴とする含水廃棄物の乾燥システム。
2. 含水廃棄物を貯蔵する貯蔵タンクと、飽和蒸気を発生させる飽和蒸気発生装置と、前記飽和蒸気を加熱して過熱蒸気を発生させるスーパーヒータと、前記貯蔵タンクから供給された含水廃棄物と、前記スーパーヒータから供給された過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水廃棄物を撹拌乾燥する外熱式撹拌乾燥機とを備える、乾燥システム。
3. 含水廃棄物を貯蔵する貯蔵タンクと、
   飽和蒸気を発生させる飽和蒸気発生装置と、
   前記飽和蒸気を加熱するスーパーヒータとを有し、
   前記貯蔵タンクから供給された含水廃棄物と、前記スーパーヒータから供給された過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水廃棄物を撹拌乾燥する外熱式撹拌乾燥機とを備える含水廃棄物の乾燥システムであって、前記外熱式撹拌乾燥機から排出された蒸気を、該外熱式撹拌乾燥機に戻す循環ルートを備え、前記循環ルートから余剰蒸気を排出する排出部を備え、循環する蒸気をスーパーヒータで加熱することを特徴とする含水廃棄物の乾燥システム。
4. 更に、前記排出部に、余剰蒸気の凝縮部が備えられ、凝縮水を下水放流又は、水処理設備で処理する請求項３記載の含水汚泥の乾燥システム。
5. 含水廃棄物と過熱蒸気とを直接接触させながら、該含水廃棄物を撹拌乾燥する撹拌気流乾燥方法。
6. 更に、前記外熱式撹拌乾燥機から排出された蒸気を、該外熱式撹拌乾燥機に戻す循環ルートを備え、前記循環ルートから余剰蒸気を排出する排出部を備え、循環する蒸気をスーパーヒータで加熱することを特徴とする請求項５記載の含水廃棄物の乾燥方法。

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