JP2012519064A - 汚泥を用いた炭化物製造設備 - Google Patents
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Abstract
本発明は汚泥を用いた炭化物製造設備に係り、さらに詳しくは、熱回収率が向上し、排ガス処理システムが改善された汚泥を用いた炭化物製造設備に関する。本発明に係る汚泥を用いた炭化物製造設備は、汚泥を高温蒸気によって加熱させて前記汚泥に含有されている水分を除去し、水分の除去された乾燥汚泥を、コンベヤーを介して炭化炉に供給する間接加熱蒸気乾燥器と、前記乾燥汚泥を高温雰囲気下で炭化させる炭化炉と、前記炭化炉で発生したガスを燃焼させる再燃焼炉と、前記再燃焼炉で発生した熱を高温蒸気として前記間接加熱蒸気乾燥器に供給する廃熱ボイラーと、前記間接加熱蒸気乾燥器から排出される蒸気を冷却して蒸発した蒸気を凝縮して発生される一部の水蒸気を前記再燃焼炉に供給する凝縮機と、を備えてなる。
【選択図】図２
【選択図】図２
Description
本発明は汚泥を用いた炭化物製造設備に係り、さらに詳しくは、熱回収率が向上し、排ガス処理システムが改善された汚泥を用いた炭化物製造設備に関する。
従来には、通常、河川や下水廃棄物を燒却処分していたが、燒却処分中にダイオキシン類が発生するという問題があった。特に、汚泥などには多量の水分が含まれており燒却処分のために多量の燃料を必要とするため、エネルギー消費などの環境問題を引き起こしてしまう。
このような問題を解消するために、近年、汚泥などを乾燥・炭化させて炭化物を製造して資源の再活用および環境問題の改善を図ろうとする傾向にある。
一般に、汚泥を用いた炭化物製造設備は、図1及び図２に示す通りである。
図1及び図２に基づき、通常の汚泥を用いた炭化物製造設備を説明する。
同図に示すように、従来の汚泥を用いた炭化物製造設備は、汚泥１１１を供給されて汚泥１１１に含まれている水分量を高温加熱して減少させる直接加熱熱風乾燥器１１２と、乾燥された汚泥粉を所定の形状のペレットまたはチップ状に成形する成形器１１３と、高温雰囲気下で汚泥ペレットまたは汚泥チップを炭化させる炭化炉１１４と、炭化炉１１４で発生したガスを燃焼させる再燃焼炉１１５と、再燃焼炉１１５で発生した燃焼ガスを高温ガスとして直接的に加熱熱風乾燥器１１２に再供給する供給炉と、再燃焼炉１１５で発生する高圧ガスを冷却して白煙低減空気予熱器１１８に送るガス冷却塔１１６および燃焼空気予熱器１１７と、燃焼空気予熱器１１７から送られてきたガスの白煙低減および集塵を行う白煙低減空気予熱器１１８と、ろ過式集塵器１１９および洗浄式集塵器１２０を備えてなる。
しかしながら、この種の従来の汚泥を用いた炭化物製造設備では、再燃焼炉１１５におけるエネルギー回収効率および排ガス処理工程上の問題が発生する。
従来の汚泥を用いた炭化物製造設備の場合、排ガスの顕熱を用いるため、多量の排ガスが必要となる。さらに、排ガス量が多いため、そのまま再燃焼炉において850℃で燃焼するためには多くの燃料が消耗されるという問題がある。
また、従来の汚泥を用いた炭化物製造設備の場合、後端でガス冷却塔１１６、燃焼空気予熱器１１７、白煙低減空気予熱器１１８、ろ過式集塵器１１９および洗浄式集塵器１２０における５工程からなるため、処理工程が複雑である。しかも、塵埃（dust）が積もった場合の除去が困難であり、多量の排ガス量が発生するという問題がある。
上述した従来の問題点を解消するための本発明の目的は、炭化炉における汚泥の炭化に伴って発生するガスを燃焼させ、燃焼時に発生する潜熱を乾燥器に帰還させて用いることで熱回収率を高めるとともに、排ガス処理効率を高めることのできる炭化物製造設備を提供するところにある。
上述した目的を達成するための本発明に係る汚泥を用いた炭化物製造設備は、汚泥を高温蒸気によって加熱して前記汚泥に含有されている水分を除去し、水分の除去された乾燥汚泥を、コンベヤーを介して炭化炉に供給する間接加熱蒸気乾燥器と、前記乾燥汚泥を高温雰囲気下で炭化させる炭化炉と、前記炭化炉で発生したガスを燃焼させる再燃焼炉と、前記再燃焼炉で発生した熱を高温蒸気として前記間接加熱蒸気乾燥器に供給する廃熱ボイラーと、前記間接加熱蒸気乾燥器から排出される蒸気を冷却して蒸発した蒸気を凝縮して前記再燃焼炉に供給する凝縮器と、を備えてなる。
ここで、前記汚泥を用いた炭化物製造設備で発生する排ガスの処理は、白煙低減空気予熱器、ろ過式集塵器および洗浄式集塵器における３工程によって行われる。
本発明の構成によれば、炭化炉における汚泥の炭化に伴って発生するガスを燃焼させ、燃焼時に発生する潜熱を乾燥器に帰還させて用いることで熱回収率を高めるとともに、排ガス処理効率を高めることができる炭化物製造設備を提供することが可能となる。
以下、添付図面に基づき、本発明に係る汚泥を用いた炭化物製造設備を説明する。
図３及び図４は、本発明に係る汚泥を用いた炭化物製造設備のブロック図である。
同図に示すように、本発明に係る汚泥を用いた炭化物製造設備は、間接加熱蒸気乾燥器２１２と、成形器２１３と、炭化炉２１４と、再燃焼炉２１５と、廃熱ボイラー２１６と、凝縮器２１７と、白煙低減空気予熱器２１８と、ろ過式集塵器２１９および洗浄式集塵器２２０を備えてなる。
間接加熱蒸気乾燥器２１２は、汚泥２１１を供給されて汚泥２１１に含まれている水分を高温加熱して水分量を減少させて排出し、廃熱ボイラー２１６から熱回収された潜熱を帰還されて汚泥２１１を乾燥する熱量として使用する。
成形器２１３は、間接加熱蒸気乾燥器２１２で乾燥された汚泥粉を所定の形状のペレットまたはチップ状に成形して炭化炉２１４に供給する。
炭化炉２１４は、高温雰囲気下で、成形器２１３から供給された汚泥ペレットまたは汚泥チップを炭化させる。炭化炉２１４の形式には、その構造によって、直接加熱回転炉床形、間接加熱回転炉床形および間接加熱スクリュー式などがある。
再燃焼炉２１５は、炭化炉２１４で発生したガスを燃焼させ、このときに発生する熱を廃熱ボイラー２１６に送る。
廃熱ボイラー２１６は、再燃焼炉２１５で発生した熱を高温蒸気として熱回収して間接加熱蒸気乾燥器２１２に帰還・供給して間接加熱蒸気乾燥器２１２に汚泥２１１を乾燥する熱源として使用せしめる。
凝縮器２１７は、間接加熱蒸気乾燥器２１２から排出される蒸気を冷却して蒸発した蒸気を凝縮して再燃焼炉２１５に供給する。
廃熱ボイラー２１６で発生した蒸気のほとんどは汚泥２１１を乾燥する間接加熱蒸気乾燥器２１２に供給され、残部は付着した塵埃の除去のために白煙低減空気予熱器２１８に送られて洗浄式集塵器２２０を経て排ガスに含まれて大気中に放出される。
また、廃熱ボイラー２１６で発生した排ガスは、ろ過式集塵器２１９および洗浄式集塵器２２０を経て大気中に放出される。
このような構造の炭化炉製造設備は、従来の炭化物製造設備に比べて、エネルギー回収率に優れており、排ガスの処理工程が単純であり、しかも、排ガス量も少量である。このため、エネルギー回収率に優れているとともに環境にやさしい設備を提供することが可能になる。より具体的に、エネルギー回収率および排ガス量を従来のものと比較して以下で説明する。
以下の内容は、下水汚泥100トン/日の炭化時における直接加熱熱風乾燥（従来）と間接加熱蒸気乾燥（本発明）のプロセスバランスを示し、基本的な比較のために、機器の放熱率や漏れ（leak）、空気量、炭化熱分解の比率は、できる限り同じ条件とする。
[汚泥乾燥に使用する熱源の比較]
まず、図1および図2に示す汚泥を乾燥して成形器１１３、２１３および炭化炉１１４、２１４で行う工程までは同様であり、汚泥の乾燥に必要な熱量や炭化炉１１４、２１４から排気される排ガスの量も同様である。
まず、図1および図2に示す汚泥を乾燥して成形器１１３、２１３および炭化炉１１４、２１４で行う工程までは同様であり、汚泥の乾燥に必要な熱量や炭化炉１１４、２１４から排気される排ガスの量も同様である。
すなわち、汚泥に含有されている水分を蒸発するために、3,056Kg/h（蒸発させる水分）×600kcal/kg（蒸発潜熱）=1,833,333kcal/hが所要熱量となる。
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、排ガスの顕熱を用いるため、多量の排ガスが必要であり、逆に、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合、蒸気の潜熱で加熱するため、少量の蒸気で乾燥することができる。
一般に、潜熱（latent heat）は状態の変化を伴う熱量であり、例えば、水分が液体の水から水蒸気に変化する場合、その温度は変化せず、約600kcal/kgの熱量の変化しかない。これに対して、顕熱（sensible heat）は温度変化を伴うため、状態の変化がなく、比熱（kcal/Nm3℃）×温度変化（℃）分の熱量変化しかなくなる。
顕熱は温度変化が分かるものの、潜熱は温度変化が分からないためこのような単語で区別され、当然のことながら、潜熱の場合には温度が変化しなくても状態の変化（液体→気体、気体→液体）によって熱量変化が分かる。
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、所要排ガス量=蒸発に必要な熱量÷排ガス平均比熱÷（排ガス入口温度-排ガス出口温度）となる。
排ガスの比熱は、概ね0.35kcal/Nm3℃であり、出入口間の温度差は約500℃であるため、単純計算すれば、1,833,333÷0.35÷500=10,500Nm3/hの排ガスが必要であり、漏れ（leak）空気による冷却を考慮したとき、余裕分を加えた12,346Nm3/hの排ガスが必要である。
間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合、間接的に蒸気が汚泥を乾燥し、蒸気がドレインとなる潜熱を用いるため、少量の水蒸気で乾燥することができる。すなわち、所要蒸気量=蒸発に必要な熱量÷蒸気の潜熱となる。
9kgf/cm2の蒸気を凝縮して2kgf/cm2の熱水で回収する場合、662（9kgf/cm2におけるエンタルピー）-133（2kgf/cm2におけるエンタルピー）=529kcal/kgの水蒸気であるため、単純計算によって所要蒸気量を求めると、1,833,333÷529=3,465kg-水蒸気/hとなり、8kgf/cm2の蒸気を凝縮して2kgf/cm2の熱水で回収する場合には3,972kg/hの水蒸気量が必要となる。
[乾燥器における排ガス量]
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、直接的に汚泥に接触して水分を蒸発するために、乾燥器１１２における排ガスは、入口の排ガス＋汚泥の蒸発水分となって18,148Nm3/hであり、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合には、熱交換された蒸気はドレインとなって回収されるため、乾燥器２１２の排ガスは汚泥からの蒸発水分＋漏れ空気量のみとなって5,802Nm3/hとなる。
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、直接的に汚泥に接触して水分を蒸発するために、乾燥器１１２における排ガスは、入口の排ガス＋汚泥の蒸発水分となって18,148Nm3/hであり、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合には、熱交換された蒸気はドレインとなって回収されるため、乾燥器２１２の排ガスは汚泥からの蒸発水分＋漏れ空気量のみとなって5,802Nm3/hとなる。
[再燃焼炉への排ガス]
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合には、排ガス量（14,838Nm3/h、624℃）が多いため、そのまま再燃焼炉１１５において850℃で燃焼するためには多くの燃料が必要となる。このため、再燃焼炉１１５の出口の排ガスの一部と燃焼空気予熱器１１７で熱交換させて排ガスの温度を上げて燃料消耗量を減らす必要がある。
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合には、排ガス量（14,838Nm3/h、624℃）が多いため、そのまま再燃焼炉１１５において850℃で燃焼するためには多くの燃料が必要となる。このため、再燃焼炉１１５の出口の排ガスの一部と燃焼空気予熱器１１７で熱交換させて排ガスの温度を上げて燃料消耗量を減らす必要がある。
一方、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合には、排ガスが凝縮器２１７で冷却して蒸発した蒸気を凝縮させ、再燃焼炉２１５に伝わる排ガス量（2,275Nm3/h、50℃）を極端的に減らすことができる。
すなわち、排ガス量が少量であるため、燃焼空気予熱器で熱交換する必要がなくなり、燃焼空気予熱器が不要な設備が製造可能である。
[再燃焼炉の燃料消耗量]
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、再燃焼炉１１５における排ガス量（14,838Nm3/h、624℃）は極めて多量であり、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合、排ガス量（2,275Nm3/h、50℃）は温度が低いにも拘わらず少量であるため、再燃焼炉における所要燃料消耗量は大きく異なる。
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、再燃焼炉１１５における排ガス量（14,838Nm3/h、624℃）は極めて多量であり、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合、排ガス量（2,275Nm3/h、50℃）は温度が低いにも拘わらず少量であるため、再燃焼炉における所要燃料消耗量は大きく異なる。
すなわち、直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、再燃焼炉１１５における燃料消耗量は159kg/h（重油）であり、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合、再燃焼炉２１５における燃料消耗量は40kg/h（重油）に過ぎないため、燃料消耗量の面で約４倍のエネルギーが節減可能である。
[再燃焼炉からの排ガス量]
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、再燃焼炉１１５からの排ガス量（23,641Nm3/h、850℃）は多量であり、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合、再燃焼炉２１５からの排ガス量（9,446Nm3/h、850℃）は極めて少量である。
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、再燃焼炉１１５からの排ガス量（23,641Nm3/h、850℃）は多量であり、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合、再燃焼炉２１５からの排ガス量（9,446Nm3/h、850℃）は極めて少量である。
[排ガスの配分必要関係]
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合には、一部の再燃焼炉１１５からの排ガスは850℃で汚泥乾燥に用いられ、残部はガス冷却塔１１６で温度を落として燃焼空気予熱器１１７に送られる。これは、ろ過式集塵器１１９の入口のガス温度を170〜180℃まで下げる必要があるためであるが、このプロセス温度の調節のためのガス冷却塔１１６における水噴霧が、排ガスの乾燥の場合に排ガス量を一層増やすこととなる。これに対し、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合には、ガス冷却塔が不要な設備構造によって、排ガス量を少なく抑えることができる。
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合には、一部の再燃焼炉１１５からの排ガスは850℃で汚泥乾燥に用いられ、残部はガス冷却塔１１６で温度を落として燃焼空気予熱器１１７に送られる。これは、ろ過式集塵器１１９の入口のガス温度を170〜180℃まで下げる必要があるためであるが、このプロセス温度の調節のためのガス冷却塔１１６における水噴霧が、排ガスの乾燥の場合に排ガス量を一層増やすこととなる。これに対し、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合には、ガス冷却塔が不要な設備構造によって、排ガス量を少なく抑えることができる。
ガス冷却塔噴霧水量（直接加熱熱風乾燥）は851kg/hであり、ガス冷却塔噴霧水量（間接加熱蒸気乾燥）の場合にガス冷却塔が不要であり、ろ過式集塵器の入口の排ガス（直接加熱熱風乾燥）の場合に15,749Nm3/h（180℃）が排出され、ろ過式集塵器の入口の排ガス（間接加熱蒸気乾燥）の場合に9,446Nm3/h（175℃）が排出される。
[白煙低減を含む最終排ガス量]
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、煙突からの排ガスは23,118Nm3/h（198℃）であり、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合、煙突からの排ガスは10,093Nm3/h（167℃）である。
直接加熱熱風乾燥（従来）の場合、煙突からの排ガスは23,118Nm3/h（198℃）であり、間接加熱蒸気乾燥（本発明）の場合、煙突からの排ガスは10,093Nm3/h（167℃）である。
[排ガスの組成と白煙防止範囲]
[表1]により、直接加熱熱風乾燥の場合には排ガス量も多く、水分の割合も高い排ガスとなり、間接加熱蒸気乾燥の場合には、ボイラーで排ガスを冷却することから、水分の割合が低い排ガスとなる。このため、後述するように、間接加熱蒸気乾燥の排ガスの方が、確然に白煙防止の適用範囲を広くすることができる。
[表1]により、直接加熱熱風乾燥の場合には排ガス量も多く、水分の割合も高い排ガスとなり、間接加熱蒸気乾燥の場合には、ボイラーで排ガスを冷却することから、水分の割合が低い排ガスとなる。このため、後述するように、間接加熱蒸気乾燥の排ガスの方が、確然に白煙防止の適用範囲を広くすることができる。
以上、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した本発明の技術的構成は本発明が属する技術分野における通常の知識を持った者が本発明の技術的思想や必須的特徴を変更することなく他の具体的な実施形態で実施可能であるということが理解できるであろう。よって、上述した実施形態はあらゆる面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解されるべきであり、本発明の範囲は上記の詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって開示され、特許請求の範囲の意味および範囲、並びにその等価概念から導き出されるあらゆる変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
２１２：間接加熱蒸気乾燥器
２１３：成形器
２１４：炭化炉
２１５：再燃焼炉
２１６：廃熱ボイラー
２１７：凝縮器
２１８：白煙低減空気予熱器
２１９：ろ過式集塵器
２２０：洗浄式集塵器
２１３：成形器
２１４：炭化炉
２１５：再燃焼炉
２１６：廃熱ボイラー
２１７：凝縮器
２１８：白煙低減空気予熱器
２１９：ろ過式集塵器
２２０：洗浄式集塵器
Claims (2)
- 汚泥を廃熱ボイラーから帰還されて供給された高温蒸気によって加熱させて前記汚泥に含有されている水分を除去し、水分の除去された乾燥汚泥を、コンベヤーを介して炭化炉に供給する間接加熱蒸気乾燥器と、
前記乾燥汚泥を高温雰囲気下で炭化させる炭化炉と、
前記炭化炉で発生したガスを燃焼させる再燃焼炉と、
前記再燃焼炉で発生した熱を高温蒸気として前記間接加熱蒸気乾燥器に供給し、排ガスは排出する廃熱ボイラーと、
前記間接加熱蒸気乾燥器から排出される蒸気を凝縮して凝縮水は排出し、水蒸気は前記再燃焼炉に供給する凝縮器と、
を備える汚泥を用いた炭化物製造設備。 - 前記汚泥を用いた炭化物製造設備で発生する排ガスの処理は、白煙低減空気予熱器、ろ過式集塵器および洗浄式集塵器における３工程によって行われる請求項１に記載の汚泥を用いた炭化物製造設備。
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