JP2013188723A - 汚泥乾燥システム及び汚泥乾燥炭化システム - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥乾燥及び炭化で発生する温排水が保有する熱エネルギーを有効利用でき、温排水を処理場の受入条件を満たすようにすることができる汚泥乾燥システム及び汚泥乾燥炭化システムを提供する。
【解決手段】加熱蒸気を用いて脱水汚泥を加熱して乾燥させる乾燥機2と、乾燥機から出てくる乾燥排ガスを洗浄水と接触させて該乾燥排ガスを洗浄するスクラバ4と、スクラバから排出される温排水と熱媒体とを熱交換させることにより熱媒体を断熱膨張させ、断熱膨張した熱媒体を等温圧縮させ、等温圧縮した熱媒体と乾燥機から排出されるドレイン水とを熱交換させることによりドレイン水から蒸気を生成するヒートポンプ5と、脱水汚泥を加熱するための加熱蒸気を乾燥機に送る蒸気供給ラインL1と、ヒートポンプから蒸気供給ラインまでの間に設けられ、蒸気供給ラインを流れる加熱蒸気にヒートポンプで生成された蒸気を合流させる蒸気添加ラインL3とを有する。
【選択図】 図１

Description

ここに記載する実施の形態は、脱水した下水汚泥やバイオマス汚泥などを蒸気加熱して乾燥させる汚泥乾燥システム、および乾燥汚泥をさらに炭化させる汚泥乾燥炭化システムに関する。

下水、工場排水、し尿、畜産廃棄物、食品廃棄物などからは種々の有機性汚泥が発生するが、これらの汚泥を処理するために例えば特許文献１に記載された汚泥乾燥システムや特許文献２に記載された汚泥乾燥炭化システムが使用されている。

汚泥乾燥システムでは、脱水後の汚泥を乾燥機のなかに装入し、熱源として蒸気を用いて脱水汚泥を加熱して乾燥させ、含水率を低下させた固形状の乾燥汚泥を製造する。乾燥機から排出される乾燥排ガスは、スクラバに送られ、スクラバ内で洗浄水と接触して洗浄冷却される。

汚泥乾燥炭化システムでは、乾燥汚泥を乾燥機から炭化炉へ移送し、さらに乾燥汚泥を炭化炉内で高温加熱し、炭化物と乾留ガスとに熱分解する。熱分解生成した乾留ガスは、炭化炉から燃焼炉に送られ、熱源として燃焼炉内で燃焼される。燃焼炉から出てくる燃焼排ガスは、脱硫装置などの排ガス処理装置に送られ、種々の処理を施された後に大気中に放出される。

特開２０１０−１５８６１６号公報 特開２００７−２７００１８号公報

従来の汚泥乾燥システムおよび汚泥乾燥炭化システムにおいては、スクラバから排出される温排水は、その温度が４０〜８０℃と低いことから熱利用することが難しく、系外に棄てられている。系外排出されるスクラバ温排水の量は多く、これに含まれる熱エネルギ量は少なくない。また、温排水をそのまま放流すると環境負荷を増大させることになるため、温排水が一定の温度以下になるまで温排水の温度を降下させる貯留池などの処理が必要になるか、あるいは下水道に排出する場合であっても、温度や量が所定の受入条件を満たさない温排水は受け入れられないという制約がある。

さらに汚泥乾燥炭化システムにおいては、脱硫装置などの排ガス処理装置から排出される温排水が熱利用されることなく棄てられている。この排ガス処理装置からの温排水においても、上述のスクラバ温排水と同様に熱エネルギ損失の問題および処理場受入条件の制約の問題などの課題がある。

ここに記載する実施の形態は上記の課題を解決するためになされたものであり、汚泥乾燥または炭化で発生する温排水が保有する熱エネルギを有効利用でき、温排水を処理場の受入条件を満たすようにすることができる汚泥乾燥システム及び汚泥乾燥炭化システムを提供することを目的とする。

実施形態に係る汚泥乾燥システムは、加熱蒸気を用いて脱水汚泥を加熱して乾燥させる乾燥機と、前記乾燥機から出てくる乾燥排ガスを洗浄水と接触させて該乾燥排ガスを洗浄するスクラバと、前記スクラバから排出される温排水と熱媒体とを熱交換させることにより前記熱媒体を膨張させ、膨張した熱媒体を断熱圧縮させ、圧縮した熱媒体と水とを熱交換させることにより前記水から蒸気を生成するヒートポンプと、前記脱水汚泥を加熱するための加熱蒸気を前記乾燥機に送る蒸気供給ラインと、前記ヒートポンプから前記蒸気供給ラインまでの間に設けられ、前記蒸気供給ラインを流れる加熱蒸気に前記ヒートポンプで生成された蒸気を合流させる蒸気添加ラインと、を有することを特徴とする。

実施形態の汚泥乾燥システムを示す構成ブロック図。 ヒートポンプを含む流体回路での熱収支を説明するための模式図。 ヒートポンプの詳細図。 実施形態の汚泥乾燥炭化システムを示す構成ブロック図。 他の実施形態の汚泥乾燥炭化システムを示す構成ブロック図。 他の実施形態の汚泥乾燥炭化システムを示す構成ブロック図。

以下、添付の図面を参照して種々の好ましい実施の形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１を参照して第１の実施形態に係る汚泥乾燥システムについて説明する。

本実施形態の汚泥乾燥システム１は、乾燥機２、ボイラ３、スクラバ４およびヒートポンプ５を有し、周辺付帯設備として給水設備６、洗浄水供給設備７、排ガス処理設備８、排水処理設備９、図示しない脱水機および制御器を備えている。これらの設備や機器類は配管ラインやコンベアラインなどにより相互に接続されている。配管ラインの適所には図示しない各種のポンプ、バルブ、センサがそれぞれ取り付けられている。本実施形態では、図示しない制御器がセンサから検出信号を受け、それに基づいて制御信号をポンプ及びバルブの各々に送り、それによりポンプ及びバルブをそれぞれ動作させることで、汚泥乾燥システム１の全体が統括的にコントロールされるようになっている。

乾燥機２の上流側に図示しない脱水機が設けられ、成形された脱水汚泥が脱水機から乾燥機２内に移送されるようになっている。

乾燥機２は、熱源として主にボイラ蒸気を用いて脱水汚泥を加熱乾燥させ、その含水率を低下させるものである。乾燥機２の外周には加熱ジャケットが設けられている。乾燥機２の加熱ジャケットは蒸気供給ラインＬ１によりボイラ３に接続され、ボイラ３から加熱ジャケットに高温の蒸気が供給されると、乾燥室内の脱水汚泥が加熱され、所望の含水率になるまで脱水汚泥が乾燥されるようになっている。例えば、乾燥前の脱水汚泥の含水率が約８５％である場合に、これを乾燥機２で加熱することにより乾燥後の汚泥の含水率を２０％程度まで低減できるようになっている。

ボイラ３は、例えば、給水設備６からラインＬ６を通って給水を受け、加熱炉などの図示しない熱源から出る廃熱を利用して水を加熱して蒸気を生成する廃熱ボイラである。ボイラ生成蒸気（加熱蒸気）は、ボイラ３から蒸気供給ラインＬ１を通って乾燥機２の加熱ジャケットに供給されるようになっている。

乾燥機２の乾燥室の上部は乾燥排ガスラインＬ２１を介してスクラバ４の上部に接続され、乾燥機２からラインＬ２１を通ってスクラバ４へ乾燥排ガスが送られるようになっている。

スクラバ４は、洗浄水供給設備７からラインＬ７を通って洗浄水の供給を受け、上部から洗浄水を散布（噴霧）して洗浄水を乾燥排ガスと接触させ、乾燥排ガスを洗浄するものである。洗浄された乾燥排ガスは、スクラバ４から排ガスラインＬ２１を通って排ガス処理設備８へ送られるようになっている。排ガス処理設備８は、必要に応じて乾燥排ガスを無害化する処理を施すための装置である。排ガス処理設備８として例えば後述の脱硫装置が適用されてもよい。スクラバ４の底部排水口は排水ラインＬ５１を介してヒートポンプ５に接続され、スクラバ４からヒートポンプ５にスクラバ温排水が供給されるようになっている。

一方、乾燥機２において乾燥室の底部排水口はドレインラインＬ２２を介してヒートポンプ５に接続され、乾燥室内で凝縮したドレイン水がラインＬ２２を通ってヒートポンプ５に供給されるようになっている。

ヒートポンプ５は、ラインＬ５１から流入するスクラバ温排水と熱媒体との間で熱交換させる低温側熱交換部（蒸発器５１）と、ラインＬ２２から流入するドレイン水と熱媒体との間で熱交換させる高温側熱交換部（凝縮器５３）とを備えている。ヒートポンプ５の構造の詳細は後述する。ヒートポンプ５では低温側熱交換部にてスクラバ温排水から奪った熱エネルギを熱媒体により高温側熱交換部のほうへ送り、その熱エネルギをドレイン水に付与し、ドレイン水の少なくとも一部を気化させて蒸気を生成させるようにしている。

図２を参照してヒートポンプによる蒸気の製造を燃焼方式による蒸気の製造と対比して説明する。

燃料等を燃やして蒸気を製造する場合、燃焼燃料の熱エネルギW1を投入して製造できる蒸気の熱量Qは、下式（１）と（２）の関係になる。

Q＜W1 …（１）
COP＝Q/W1＜１ …（２）
ちなみに、ボイラによる蒸気の製造では、燃焼燃料の顕熱（酸化発熱エネルギ）を用いて蒸気を生成するため、COPは必ず１未満になる（COP＜１）。

これに対してヒートポンプでは、熱エネルギを移動させるために外部動力を使用するので成績係数(COP)が１を超えさせる（COP＞１）ことも可能である。この場合、温排水の温度が高いほうが有利である。スクラバから排出される温排水の温度は４０℃以上（通常40〜80℃）あるので、ヒートポンプによる蒸気の生成に適している。

温排水等からヒートポンプにより熱を回収する場合、温排水の熱量を蒸気に輸送することになるため、図２に示すように、移動に要したヒートポンプの動力W2が、輸送した蒸気の熱量Qよりも小さければ（Q＞W2）、COP = Q/W2 ＞１となり、通常のボイラなどによる蒸気製造よりも省エネルギで製造することができる。

図３を参照してヒートポンプの内部構造を説明する。

ヒートポンプ５は、蒸発器５１、圧縮機５２、凝縮器５３、膨張弁Ｖ３、切替弁Ｖ１、逆止弁Ｖ２およびフラッシュタンク５４を備えた高効率蒸気供給システムである。

図３に示すように、ヒートポンプ５は、(i)熱媒体が循環して流れる熱媒体循環回路L11-L12-L13-L14と、(ii)スクラバ４から排出される温排水と前記熱媒体循環回路L11-L12-L13-L14を流れる熱媒体とを熱交換させる第１の熱交換器としての蒸発器５１と、(iii)乾燥機２から排出されるドレイン水と前記熱媒体循環回路L11-L12-L13-L14を流れる熱媒体とを熱交換させる第２の熱交換器としての凝縮器５３と、(iv)前記熱媒体循環回路L11-L12-L13-L14を流れる熱媒体を断熱圧縮させる二段スクリュウ圧縮機５２と、(v)前記熱媒体循環回路L11-L12-L13-L14を流れる熱媒体を断熱膨張させる膨張弁Ｖ３と、(vi)前記凝縮器５３にて加熱生成された蒸気が流れる蒸気ラインＬ２４および蒸気添加ラインＬ３にそれぞれ接続されたフラッシュタンク５４と、(vii)乾燥機２のドレインラインＬ２２に接続され、ドレイン水が流れる流路を前記凝縮器２３またはフラッシュタンク５４のいずれか一方に切り替える三方切替弁Ｖ１と、(viii)前記切替弁Ｖ１から凝縮器５３までの間に設けられ、凝縮器側ラインＬ２３から乾燥機側ラインＬ２２のほうへドレイン水が逆流するのを防止する逆止弁Ｖ２と、を備えている。

圧縮機５２には耐熱性を有する高圧縮比の二段スクリュウ圧縮機を採用している。二段スクリュウ圧縮機５２と凝縮器５３と膨張弁Ｖ３と蒸発器５１とをループ状の熱媒体循環回路L11-L12-L13-L14で接続している。この熱媒体循環回路L11-L12-L13-L14内を流れる熱媒体を断熱膨張（蒸発）→加熱→断熱圧縮（凝縮）→冷却のサイクルを繰り返させることにより、スクラバ温排水から奪った熱エネルギを低温側熱交換部（蒸発器51）から高温側熱交換部(凝縮器53)のほうへ送り、その熱エネルギをドレイン水に付与し、ドレイン水の少なくとも一部を気化させて蒸気が発生するようにしている。

本実施形態の作用を説明する。

下水処理場において発生する下水汚泥を脱水機で脱水し、固形化した脱水汚泥とする。この脱水汚泥を乾燥機２の乾燥室のなかに装入し、ボイラ３から温度１２０〜１８０℃の加熱蒸気を乾燥機２の加熱ジャケットに供給し、脱水汚泥を加熱して乾燥させ、所望の含水率の乾燥汚泥を得る。

乾燥処理において、乾燥排ガスおよびドレイン水が乾燥機２からそれぞれ排出される。乾燥機２の上部から排出される乾燥排ガスは、ラインＬ２１を通ってスクラバ４に送られ、スクラバ４内で洗浄水と接触させて洗浄冷却された後に、排ガス処理設備８に送られる。スクラバ４の下部から排出されるスクラバ温排水は、ラインＬ５１を通ってヒートポンプ５に送られ、ヒートポンプ５内の熱媒体と熱交換され、熱媒体に熱エネルギを奪われる。スクラバ温排水の温度は、ヒートポンプ入口側で40〜80℃、ヒートポンプ出口側で20〜60℃である。このヒートポンプ出口側でのスクラバ温排水の温度は、法令や条令等で定められた放流可能な温度であるか、または下水処理場で受入可能な温度である。

一方、乾燥機２の下部から排出されるドレイン水（約120〜180℃）は、ラインＬ２２を通ってヒートポンプ５に送られ、ヒートポンプ５内の熱媒体と熱交換され、熱媒体から熱エネルギを与えられる。その結果としてドレイン水の一部が気化して蒸気が生成される。生成された蒸気（約120℃）は、ヒートポンプ５から蒸気添加ラインＬ３を通って蒸気供給ラインＬ１に流れ込み、ボイラ３からの加熱蒸気と合流して乾燥機２の加熱ジャケットに送られ、乾燥室内の脱水汚泥を加熱・乾燥させる。

上記実施形態の汚泥乾燥システムは、下水処理場等から発生した汚泥等の減容化、再資源化に有用である。

上記の汚泥乾燥システムによれば、ヒートポンプで生成した蒸気を蒸気供給ラインの加熱蒸気に添加することにより、蒸気供給源（例えば廃熱ボイラ）において汚泥乾燥用の加熱蒸気を生成するための消費エネルギが低減される。

また、上記の汚泥乾燥システムによれば、ヒートポンプによりスクラバ温排水から熱を奪う（熱回収する）ことで、温排水の温度を下げることができ、スクラバ温排水を放流あるいは下水処理場で受入可能な温度とすることができる。

また、上記の汚泥乾燥方法によれば、ヒートポンプで生成した蒸気を蒸気供給ラインの加熱蒸気に添加することにより、蒸気供給源であるボイラ（例えば廃熱ボイラ）において汚泥乾燥用の加熱蒸気を生成するための消費エネルギが低減される。

また、ヒートポンプによりスクラバ温排水から熱を奪う（熱回収する）ことで、スクラバ温排水の温度を放流可能な温度まで下げるか又は下水処理場で受入可能な温度まで下げることができる。

なお、上記実施形態ではヒートポンプで蒸気を製造する際に原料として乾燥機からのドレイン水を使用しているが、ドレイン水の代わりに工業用水や水道水などの通常の水を用いてもよい。通常の水を用いる場合、ドレイン水よりも温度が低いため、蒸気製造量が低下する。

（第２の実施形態）
次に、図４を参照して第２の実施形態に係る汚泥乾燥炭化システムについて説明する。

本実施形態の汚泥乾燥炭化システム１Ａは、乾燥機２、ボイラ３、スクラバ４、炭化物タンク１０、炭化炉１１、燃焼炉１２、脱硫装置１３およびヒートポンプ５を有し、周辺付帯設備として給水設備６、洗浄水供給設備７、排ガス処理設備８、排水処理設備９、図示しない脱水機および制御器を備えている。これらの設備や機器類は配管ラインやコンベアラインなどにより相互に接続されている。配管ラインの適所には図示しない各種のポンプ、バルブ、センサがそれぞれ取り付けられている。本実施形態では、図示しない制御器がセンサから検出信号を受け、それに基づいて制御信号をポンプ及びバルブの各々に送り、それによりポンプ及びバルブをそれぞれ動作させることで、汚泥乾燥システム１の全体が統括的にコントロールされるようになっている。

乾燥機２の上流側に図示しない脱水機が設けられ、成形された脱水汚泥が脱水機から乾燥機２内に移送されるようになっている。

乾燥機２は、熱源として主にボイラ蒸気を用いて脱水汚泥を加熱乾燥させ、その含水率を低下させるものである。乾燥機２の外周には加熱ジャケットが設けられている。乾燥機２の加熱ジャケットは蒸気供給ラインＬ１によりボイラ３に接続され、ボイラ３から加熱ジャケットに高温の蒸気が供給されると、乾燥室内の脱水汚泥が加熱され、所望の含水率になるまで脱水汚泥が乾燥されるようになっている。例えば、乾燥前の脱水汚泥の含水率が約８５％である場合に、これを乾燥機２で加熱することにより乾燥後の汚泥の含水率を２０％程度まで低減できるようになっている。

ボイラ３は、例えば、給水設備６からラインＬ６を通って給水を受け、加熱炉などの図示しない熱源から出る廃熱を利用して水を加熱して蒸気を生成する廃熱ボイラである。ボイラ生成蒸気（加熱蒸気）は、ボイラ３から蒸気供給ラインＬ１を通って乾燥機２の加熱ジャケットに供給されるようになっている。

乾燥機２の乾燥室の上部は乾燥排ガスラインＬ２１を介してスクラバ４の上部に接続され、乾燥機２からラインＬ２１を通ってスクラバ４へ乾燥排ガスが送られるようになっている。

スクラバ４は、洗浄水供給設備７からラインＬ７を通って洗浄水の供給を受け、上部から洗浄水を散布（噴霧）して洗浄水を乾燥排ガスと接触させ、乾燥排ガスを洗浄するものである。洗浄された乾燥排ガスは、スクラバ４から排ガスラインＬ２１を通って排ガス処理設備８へ送られるようになっている。排ガス処理設備８は、必要に応じて乾燥排ガスを無害化する処理を施すための装置である。排ガス処理設備８の１つとして後述する湿式脱硫装置１３が用いられる。スクラバ４の底部排水口は排水ラインＬ２４を介して排水処理設備９に接続され、スクラバ温排水が必要に応じて排水処理されるようになっている。なお、スクラバ排水ラインＬ２４を温排水供給ラインＬ５１に接続し、スクラバ温排水をヒートポンプ５へ送るようにして、上記実施形態と同様にスクラバ温排水からヒートポンプ５により熱回収するようにしてもよい。

一方、乾燥機２において乾燥室の底部排水口はドレインラインＬ２２を介してヒートポンプ５に接続され、乾燥室内で凝縮したドレイン水がラインＬ２２を通ってヒートポンプ５に供給されるようになっている。

ヒートポンプ５は、上記第１の実施形態と同様の構成であり、ラインＬ５１から流入する温排水と熱媒体との間で熱交換させる低温側熱交換部（蒸発器５１）と、ラインＬ２２から流入するドレイン水と熱媒体との間で熱交換させる高温側熱交換部（凝縮器５３）とを備えている。本実施形態では、ラインＬ５１からヒートポンプ５へ流入する温排水として、湿式脱硫装置１３から排出される温排水を用いるようにしている。

炭化炉１１は、乾燥汚泥を低酸素状態で加熱して熱分解させ、炭化物および乾留ガスを生成するものである。炭化炉１１では燃料を燃焼させて得られる燃焼熱エネルギを利用して乾燥汚泥を低酸素状態で高温に加熱するようになっている。炭化炉１１の入口は移送ラインＬ２３を介して乾燥機２の出口に接続され、乾燥機２からラインＬ２３を通って移送される乾燥汚泥が炭化炉１１内に装入されるようになっている。炭化炉１１の本体は、入口と出口の扉を閉じると内部が外気から遮断されて気密な状態となる構造をなしている。炭化炉１１の上部はラインＬ８２を介して燃焼炉１２に接続され、熱分解反応により生成された乾留ガスが炭化炉１１から燃焼炉１２に送られ、燃焼炉１２内で燃料として燃焼されるようになっている。炭化炉１１の出口は移送ラインＬ８１を介して炭化物タンク１０に接続され、熱分解反応により得られた炭化物が炭化物タンク１０に送られるようになっている。炭化物タンク１０は、熱分解炭化物を室温まで放冷するために一時的に貯蔵しておく一時貯蔵設備である。

燃焼炉１２は、炭化炉１１からラインＬ８２を通って送られてくる乾留ガスを燃焼させるためのバーナーを備えている。燃焼炉１２の上部は排ガスラインＬ８３を介して湿式脱硫装置１３に接続され、燃焼排ガスが燃焼炉１２から脱硫装置１３へ送られ、無害化処理されるようになっている。

脱硫装置１３は、燃焼炉１２から送られてくる燃焼排ガスから硫黄酸化物(SOx)を除去する湿式方式の脱硫装置である。脱硫装置１３の適所には水供給ラインＬ５３が接続され、燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物(SOx)を吸収するための水が脱硫装置１３に供給されるようになっている。

また、脱硫装置１３の上部は排ガスラインＬ８４を介して排ガス処理装置８が接続され、脱硫処理された燃焼排ガスが排ガス処理装置８へ送られ、必要に応じて排ガス処理装置８においてさらに他の無害化処理が燃焼排ガスに施されるようになっている。

脱硫装置１３の底部排水口は排水ラインＬ５１を介してヒートポンプ５に接続され、脱硫装置１３からヒートポンプ５に温排水(40〜80℃)が供給されるようになっている。ヒートポンプ５では低温側熱交換部にて排ガス処理温排水（脱硫処理排ガス）から奪った熱エネルギを熱媒体により高温側熱交換部のほうへ送り、その熱エネルギをドレイン水に付与し、ドレイン水の少なくとも一部を気化させて蒸気を生成させるようにしている。

本実施形態の作用を説明する。

下水汚泥及び／又はバイオマス汚泥を脱水機で脱水し、固形化した脱水汚泥とする。この脱水汚泥を乾燥機２の乾燥室のなかに装入し、ボイラ３から加熱蒸気を乾燥機２の加熱ジャケットに供給し、脱水汚泥を加熱して乾燥させ、所望の含水率の乾燥汚泥を得る。

乾燥処理において、乾燥排ガスおよびドレイン水が乾燥機２からそれぞれ排出される。乾燥機２の下部から排出されるドレイン水は、ラインＬ２２を通ってヒートポンプ５に送られ、ヒートポンプ５内の熱媒体と熱交換され、熱媒体から熱エネルギを与えられる。その結果としてドレイン水の一部が気化して蒸気が生成される。生成された蒸気は、ヒートポンプ５から蒸気添加ラインＬ３を通って蒸気供給ラインＬ１に流れ込み、ボイラ３からの加熱蒸気と合流して乾燥機２の加熱ジャケットに送られ、乾燥室内の脱水汚泥を加熱・乾燥させる。

一方、脱硫装置１３の下部から排出される排ガス処理温排水は、ラインＬ５１を通ってヒートポンプ５に送られ、ヒートポンプ５内の熱媒体と熱交換され、熱媒体に熱エネルギを奪われる。排ガス処理温排水の温度は、ヒートポンプ入口側で40〜80℃、ヒートポンプ出口側で20〜60℃である。このヒートポンプ出口側での排ガス処理温排水の温度は、法令や条令等で定められた放流可能な温度であるか、または下水処理場で受入可能な温度である。

上記実施形態の汚泥乾燥炭化システムによれば、ヒートポンプにより温度が低下した排水を循環利用することにより、排ガス処理装置から出てくる排ガスの温度をさらに下げることができ、排ガス処理装置の排ガスラインにおいて白煙が発生しなくなる白煙防止効果がある。

上記実施形態の汚泥乾燥炭化システムによれば、ヒートポンプにより排ガス処理温排水から回収した熱エネルギを利用して蒸気を生成し、このヒートポンプ生成蒸気を蒸気供給ラインの加熱蒸気に添加することにより、蒸気発生源であるボイラにおいて汚泥乾燥用の加熱蒸気を生成するための消費エネルギが低減される。

また、上記実施形態によれば、ヒートポンプにより排ガス処理温排水から熱を回収することで、温排水の温度を下げることができ、排ガス処理温排水を放流あるいは下水処理場で受入可能な温度とすることができる。

なお、上記実施形態ではヒートポンプで蒸気を製造する場合の原料として乾燥機からのドレイン水を使用しているが、ドレイン水の代わりに工業用水や水道水などの通常の水を用いてもよい。通常の水を用いる場合、ドレイン水よりも温度が低いため、蒸気製造量が低下する。

（第３の実施形態）
次に、図５を参照して第３の実施形態に係る汚泥乾燥炭化システムについて説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の汚泥乾燥炭化システム１Ｂでは、追加の蒸気添加ラインＬ３２，Ｌ３３をさらに増設して、ヒートポンプ５で生成した蒸気の一部を炭化炉１１および炭化物タンク１０にそれぞれ導入し、乾燥汚泥および炭化物からの臭気をそれぞれ低減するようにしている。

すなわち、汚泥乾燥炭化システム１Ｂは、蒸気添加ラインＬ３から分岐して炭化炉１１に連通する第１の追加の蒸気添加ラインＬ３２と、蒸気添加ラインＬ３から分岐して炭化物タンク１０に連通する第２の追加の蒸気添加ラインＬ３３と、をさらに備えている。

本実施形態の作用を説明する。

乾燥処理において、乾燥排ガスおよびドレイン水が乾燥機２からそれぞれ排出される。乾燥機２の下部から排出されるドレイン水は、ラインＬ２２を通ってヒートポンプ５に送られ、ヒートポンプ５内の熱媒体と熱交換され、熱媒体から熱エネルギを与えられる。その結果としてドレイン水の一部が気化して蒸気が生成される。ヒートポンプ５で生成された蒸気の一部は、ヒートポンプ５から蒸気添加ラインＬ３，Ｌ３１を通って蒸気供給ラインＬ１に流れ込み、ボイラ３からの加熱蒸気と合流して乾燥機２の加熱ジャケットに送られ、乾燥室内の脱水汚泥を加熱・乾燥させる。

また、ヒートポンプ生成蒸気の他の一部は、ヒートポンプ５から蒸気添加ラインＬ３および第１の追加の蒸気添加ラインＬ３２を順次通って炭化炉１１内に導入され、乾燥汚泥に吹き付けられ、乾燥汚泥の臭気成分を分解し、乾燥汚泥から発散される臭気を低減する。

さらに、ヒートポンプ生成蒸気の他の一部は、ヒートポンプ５から蒸気添加ラインＬ３および第２の追加の蒸気添加ラインＬ３３を順次通って炭化物タンク１０内に導入され、炭化物に吹き付けられ、炭化物の臭気成分を分解し、炭化物から発散される臭気を低減する。

なお、本実施形態では、炭化炉内の乾燥汚泥および炭化物タンク内の炭化物を共に脱臭するようにしているが、いずれか一方のみを脱臭するようにすることもできる。

上記実施形態の汚泥乾燥炭化システムによれば、ヒートポンプで生成した蒸気を炭化炉内に吹き込むことにより、乾燥汚泥の臭気成分の分解反応が促進され、炭化炉の脱臭効果が向上する。炭化炉内の乾燥汚泥は、脱水乾燥後であってもかなりの臭気成分を有する。炭化炉では乾燥汚泥から発散される悪臭が周辺の環境に及ぼす影響を可能な限り抑えることが要望されている。このため、炭化炉内への蒸気吹き込みによる脱臭効果は大きい。このように上記実施形態のシステムによれば、炭化炉においては乾燥汚泥の臭気を低減し、また炭化物タンクにおいては炭化物の臭気を低減しているため、システム全体としての脱臭効果が飛躍的に向上する。

また、上記の汚泥乾燥炭化システムによれば、ヒートポンプで生成した蒸気を炭化物タンク内に吹き込むことにより、炭化物の臭気成分の分解反応が促進され、炭化物タンクの脱臭効果が向上する。炭化物タンク内の炭化物は、熱分解後であってもある程度の臭気が残留する。このため、炭化物タンク内への蒸気吹き込みによる脱臭効果は小さくない。

また、上記実施形態の汚泥乾燥炭化方法によれば、ヒートポンプにより排ガス処理設備から排出される温排水から熱を奪う（熱回収する）ことにより、スクラバ温排水の温度を放流可能な温度まで下げるか又は下水処理場で受入可能な温度まで下げることができる。

（第４の実施形態）
次に、図６を参照して第４の実施形態に係る汚泥乾燥炭化システムまたは汚泥乾燥システムについて説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態のシステム１Ｃでは、蒸気圧縮機１４を蒸気添加ラインＬ３に取り付け、ヒートポンプ５で生成した蒸気を圧縮するようにしている。蒸気圧縮機１４としてエジェクタを用いることができる。

本実施形態の作用を説明する。

蒸気圧縮機１４によりヒートポンプ生成蒸気を圧縮して昇圧させ、この昇圧蒸気を蒸気添加ラインＬ３から蒸気供給ラインＬ１の加熱蒸気に添加して、乾燥機２に向けて供給される蒸気（加熱蒸気＋HP生成蒸気）の保有エネルギを増加させる。

上記の汚泥乾燥システムによれば、蒸気圧縮機によりヒートポンプ生成蒸気を圧縮して昇圧させ、この昇圧蒸気を蒸気添加ラインから蒸気供給ラインの加熱蒸気に添加して、乾燥機に向けて供給される蒸気（加熱蒸気＋HP生成蒸気）の保有エネルギを増加させ、汚泥の乾燥処理効率を向上させることができる。蒸気圧縮機として例えばエジェクタを用いることができる。

上記実施形態の汚泥乾燥炭化システムまたは汚泥乾燥システムによれば、温排水から回収した熱エネルギを利用してヒートポンプで蒸気を生成し、ヒートポンプで生成した蒸気を蒸気供給ラインの加熱蒸気に添加することにより、蒸気供給源（例えば廃熱ボイラ）において汚泥乾燥用の加熱蒸気を生成するための消費エネルギが低減される。このため、脱水汚泥の乾燥処理効率を向上させることができ、乾燥処理時間をさらに短縮することができる。

１，１Ｃ…乾燥システム、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…乾燥炭化システム、
２…乾燥機、３…ボイラ、４…スクラバ、
５…ヒートポンプ、５１…蒸発器（第１の熱交換器）、５２…圧縮機、５３…凝縮器（第２の熱交換器）、５３…フラッシュタンク、Ｖ１…切替弁、Ｖ２…逆止弁、Ｖ３…膨張弁、Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４…熱媒体循環ライン、
６…給水設備、７…洗浄水供給設備、８…排ガス処理設備、９…排水処理設備、
１０…炭化物タンク、１１…炭化炉、
１２…燃焼炉、１３…脱硫装置（排ガス処理設備）、
１４…蒸気圧縮機（エジェクタ）、１５…温排水供給源、
Ｌ１…加熱蒸気供給ライン、Ｌ２１…乾燥機排ガスライン、Ｌ２２…乾燥機ドレインライン、Ｌ２３…乾燥汚泥移送ライン、Ｌ２４…スクラバ排水ライン、
Ｌ３，Ｌ３１…蒸気添加ライン、Ｌ３２，Ｌ３３…追加の蒸気添加ライン、
Ｌ５１…温排水導入ライン、Ｌ５２…温排水排出ライン、
Ｌ６…給水ライン、Ｌ７…洗浄水ライン、
Ｌ８１…炭化物移送ライン、Ｌ８２…乾留ガスライン、
Ｌ８３…燃焼排ガスライン、Ｌ８４…脱硫処理ガスライン。

Claims (8)

1. 加熱蒸気を用いて脱水汚泥を加熱して乾燥させる乾燥機と、
   前記乾燥機から出てくる乾燥排ガスを洗浄水と接触させて該乾燥排ガスを洗浄するスクラバと、
   前記スクラバから排出される温排水と熱媒体とを熱交換させることにより前記熱媒体を膨張させ、膨張した熱媒体を断熱圧縮させ、圧縮した熱媒体と水とを熱交換させることにより前記水から蒸気を生成するヒートポンプと、
   前記脱水汚泥を加熱するための加熱蒸気を前記乾燥機に送る蒸気供給ラインと、
   前記ヒートポンプから前記蒸気供給ラインまでの間に設けられ、前記蒸気供給ラインを流れる加熱蒸気に前記ヒートポンプで生成された蒸気を合流させる蒸気添加ラインと、
   を有することを特徴とする汚泥乾燥システム。
2. 前記蒸気添加ラインに設けられ、前記ヒートポンプで生成した蒸気を圧縮する蒸気圧縮機をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の汚泥乾燥システム。
3. 加熱蒸気を用いて脱水汚泥を加熱して乾燥させる乾燥機と、
   前記乾燥機から出てくる乾燥排ガスを洗浄水と接触させて該乾燥排ガスを洗浄するスクラバと、
   前記乾燥機から出てくる乾燥汚泥を低酸素状態で加熱し、炭化物と乾留ガスとに熱分解する炭化炉と、
   前記炭化炉から出てくる乾留ガスを燃焼させる燃焼炉と、
   前記燃焼炉から出てくる燃焼排ガスを処理する排ガス処理設備と、
   前記排ガス処理設備及び／又は前記スクラバから排出される温排水と熱媒体とを熱交換させることにより前記熱媒体を断熱膨張させ、断熱膨張した熱媒体を等温圧縮させ、等温圧縮した熱媒体と前記乾燥機から排出されるドレイン水とを熱交換させることにより前記ドレイン水から蒸気を生成するヒートポンプと、
   前記脱水汚泥を加熱するための加熱蒸気を前記乾燥機に送る蒸気供給ラインと、
   前記ヒートポンプから前記蒸気供給ラインまでの間に設けられ、前記蒸気供給ラインを流れる加熱蒸気に前記ヒートポンプで生成された蒸気を合流させる蒸気添加ラインと、
   を有することを特徴とする汚泥乾燥炭化システム。
4. 前記蒸気添加ラインに設けられ、前記ヒートポンプで生成した蒸気を圧縮する蒸気圧縮機をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の汚泥乾燥炭化システム。
5. 前記ヒートポンプで生成した蒸気を前記炭化炉に送る追加の蒸気添加ラインをさらに有することを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載の汚泥乾燥炭化システム。
6. 前記炭化炉から排出される炭化物を収容する炭化物タンクと、
   前記ヒートポンプで生成した蒸気を前記炭化物タンクに送る追加の蒸気添加ラインと、
   をさらに有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の汚泥乾燥システム。
7. （ａ）乾燥機のなかに脱水汚泥を装入し、前記乾燥機に加熱蒸気を供給し、加熱蒸気により脱水汚泥を加熱して乾燥させ、
   （ｂ）前記乾燥機から出てくる乾燥排ガスをスクラバに送り、洗浄水により前記乾燥排ガスをスクラバ内で洗浄冷却し、
   （ｃ）前記スクラバから排出される温排水をヒートポンプに送り、前記スクラバ温排水と前記ヒートポンプ内の熱媒体とを熱交換させることにより前記スクラバ温排水の温度を低下させるとともに前記熱媒体を断熱膨張させ、断熱膨張した熱媒体を等温圧縮させ、等温圧縮した熱媒体と前記乾燥機から排出されるドレイン水とを熱交換させることにより前記ドレイン水を加熱して蒸気を生成し、
   （ｄ）前記ヒートポンプで生成したヒートポンプ生成蒸気を前記（ａ）工程の加熱蒸気に添加して、前記ヒートポンプ生成蒸気を前記加熱蒸気とともに前記乾燥機へ供給し、前記脱水汚泥を加熱乾燥させる、
   ことを特徴とする汚泥乾燥方法。
8. （Ａ）乾燥機のなかに脱水汚泥を装入し、前記乾燥機に加熱蒸気を供給し、加熱蒸気により脱水汚泥を加熱して乾燥させ、
   （Ｂ）前記乾燥機から出てくる乾燥排ガスをスクラバに送り、洗浄水により前記乾燥排ガスをスクラバ内で洗浄冷却し、
   （Ｃ）乾燥汚泥を前記乾燥機から炭化炉へ移送し、前記炭化炉内で乾燥汚泥を低酸素状態で加熱して熱分解させることにより炭化物と乾留ガスを生成し、
   （Ｄ）前記生成した乾留ガスを前記炭化炉から燃焼炉に送り、前記燃焼炉により前記乾留ガスを燃焼させ、
   （Ｅ）前記燃焼炉から出てくる燃焼排ガスを排ガス処理設備に送り、前記排ガス処理設備により前記燃焼排ガスを処理し、
   （Ｆ） 前記排ガス処理設備及び／又はスクラバから排出される温排水をヒートポンプに送り、前記スクラバ温排水と前記ヒートポンプ内の熱媒体とを熱交換させることにより前記スクラバ温排水の温度を低下させるとともに前記熱媒体を断熱膨張させ、断熱膨張した熱媒体を等温圧縮させ、等温圧縮した熱媒体と前記乾燥機から排出されるドレイン水とを熱交換させることにより前記ドレイン水を加熱して蒸気を生成し、
   （Ｇ）前記ヒートポンプで生成したヒートポンプ生成蒸気を前記（Ａ）工程の加熱蒸気に添加して、前記ヒートポンプ生成蒸気を前記加熱蒸気とともに前記乾燥機へ供給し、前記脱水汚泥を加熱乾燥させる、
   ことを特徴とする汚泥乾燥炭化方法。

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