JP2013190144A - 加熱処理設備及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】間接加熱乾燥機で発生する乾燥排ガスの熱量を経済的に回収して、乾燥機の熱源として利用する加熱処理形態を提供する。
【解決手段】間接加熱型乾燥機で発生する乾燥排ガスの保有熱を回収して第１の蒸気を発生させる第１蒸気発生手段と、前記加熱処理設備にて発生する可燃性ガスまたは燃焼排ガスの少なくとも一方を熱源とする第２の蒸気を発生させる第２蒸気発生手段と、前記第１の蒸気を機械的に圧縮する蒸気圧縮手段と、前記蒸気圧縮手段による圧縮蒸気及び前記第２蒸気発生手段による第２蒸気を一時的に貯留する蒸気貯留手段と、前記蒸気貯留手段から貯留蒸気を間接加熱型乾燥機で被処理物を乾燥させる加熱源として供給する蒸気供給手段と、前記蒸気貯留手段内の圧力に基づき前記第１蒸気発生手段を制御する第１圧力制御手段とを備えた加熱処理設備である。
【選択図】図３

Description

本発明は、間接加熱乾燥機で発生する乾燥排ガスの熱量を経済的に回収して、前記乾燥機の熱源として利用する加熱処理設備及び方法に関し、水分及び有機物を含む被処理物を乾燥した後に加熱処理して焼却したり、可燃性ガスや炭化物を回収する設備に適用可能なものである。

昨今、バイオマス、石炭、オイルシェール、オイルサンド等を熱分解して可燃性ガスや炭化物を生産するプロセスが各種開発されている。そして、これらの物質を熱分解工程に供給される前に予備乾燥すると、より経済的に加熱処理することができる。

ここで、予備乾燥するための乾燥機としては、蒸気等の熱媒を加熱源とし、被処理物と熱媒を直接接触させることなく被処理物を乾燥させる間接加熱型乾燥機、燃料を燃焼させ、生じた熱風を直接被処理物と接触させる直接加熱型乾燥機、及び間接加熱と直接加熱を併用した乾燥機が知られている。

特開２００５−２７９３３１号公報

従来、これら乾燥機で用いられた乾燥排ガスは、塵埃や有害物質を除去した後に排出され、乾燥排ガスの熱量（主に蒸気の潜熱）は有効に回収されていなかった。尚、乾燥排ガスから熱回収して温水を得て、この温水を加熱源として減圧下において間接加熱で乾燥する方法（特許文献１）は知られているものの、この方法では加熱源の温度が低く経済的な乾燥が困難であった。

そこで本発明者は、特願２０１０−２３８２２８号において、乾燥機で発生する乾燥排ガスの熱量と、乾燥物を加熱処理した際に生じる排ガスの熱量とを経済的に回収して、乾燥機の熱源として有効に利用することができる態様を提案し、その有効性は確認済みである。

しかし、その一方で、乾燥物を加熱処理した際に生じる排ガスを加熱源とするボイラで発生する蒸気量が十分でない場合がある。特に、被処理物の水分が高い場合、乾燥機で使用する昇圧した蒸気量が多く、相対的にボイラでの発生する蒸気量が少なくなるので、乾燥機内の蒸気圧力を十分に安定化させることができない事態を招くことがある。乾燥機内の蒸気圧力が安定しないと、乾燥物の水分変動が大きくなり、後工程の加熱処理設備の安定運転を阻害する要因となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、乾燥機で発生する乾燥排ガスの熱量を経済的に回収して、乾燥機の熱源として利用する加熱処理設備及び方法を提供することにある。

他の課題は、被処理物の供給条件（処理量、水分等）に影響受けることなく、安定したシステムの運転が可能とすることにある。

第１の発明は、水分及び有機物を含む被処理物を乾燥する、蒸気を加熱源とする間接加熱型乾燥機と、乾燥機により乾燥した被処理物を加熱する加熱処理設備とを含む加熱処理設備において、
前記間接加熱型乾燥機で発生する乾燥排ガスの保有熱を回収して第１の蒸気を発生させる第１蒸気発生手段と、
前記加熱処理設備にて発生する可燃性ガスまたは燃焼排ガスの少なくとも一方を熱源とする第２の蒸気を発生させる第２蒸気発生手段と、
前記第１の蒸気を機械的に圧縮する蒸気圧縮手段と、
前記蒸気圧縮手段による圧縮蒸気及び前記第２蒸気発生手段による第２蒸気を一時的に貯留する蒸気貯留手段と、
前記蒸気貯留手段から貯留蒸気を間接加熱型乾燥機で被処理物を乾燥させる加熱源として供給する蒸気供給手段と、
前記蒸気貯留手段内の圧力測定手段と
前記圧力測定手段による圧力測定値に基づき、前記第１蒸気発生手段を制御する圧力制御手段とを備えた、
ことを特徴とする加熱処理設備である。

本発明における間接加熱型乾燥機とは、乾燥機には、蒸気等の熱媒を加熱源とする間接加熱型乾燥機、化石燃料を燃焼させて生成した熱風を加熱源とする直接加熱型乾燥機、及び間接加熱と直接加熱を併用した乾燥機があるが、化石燃料を燃焼させて生成した熱風を加熱源とする直接加熱型乾燥機を除くものをいう。

本発明における間接加熱型乾燥機としては、ディスク型乾燥機（インクラインドディスクドライヤ）、スチームチューブドライヤ、間接加熱管付き流動乾燥機などがある。

本発明における加熱処理とは、乾燥した被処理物を加熱する処理であればよく、炭化やガス化などの熱分解、焼却など燃焼を含む。

本発明の概要構成を図４に図示し（図４の形態に限定されない）、理解の容易化を図ったので参照されたい。

（作用効果）
蒸気温度（圧力）が高いほど乾燥機はコンパクトにでき経済的である。一方高温（高圧）蒸気を得るにはランニングコストがかかる。従って最適な蒸気温度（圧力）が存在する。本発明によれば、間接加熱型乾燥機で被処理物を乾燥させる加熱源として供給する蒸気として、常に一定した圧力の蒸気を間接加熱乾燥機に与えることができ、被処理物の供給条件一定下では、乾燥物の水分が安定しシステムの安定化が図られる。

第２の発明は、第１の発明に加え、前記間接加熱型乾燥機により乾燥した乾燥物の水分を測定する乾燥物水分測定手段で測定された乾燥物水分測定結果、及び乾燥物の温度を測定する乾燥物温度測定手段で測定された乾燥物温度測定結果の少なくとも一方に基づいて、上記蒸気貯留手段の内部圧力の設定値を決定する蒸気貯留圧力設定手段を備え、
前記圧力制御手段は、前記圧力測定値が前記設定値となるよう第１蒸気発生手段を制御する加熱処理設備である。

水分測定手段は、被処理物の水分を測定できればどのような方法でもよく、マイクロウェーブ式水分計、赤外線式水分計、加熱乾燥式水分計等を用いることができる。

（作用効果）
第１の発明の作用効果に加え、乾燥物の水分測定値及び、または温度測定値に基づき、乾燥物の水分が所定の値となるよう前記間接加熱乾燥機に供給する蒸気圧力の設定値を変更することにより、被処理物の供給条件（供給量、水分等）に係わらず、乾燥物の水分が安定するため、システムの安定化を図ることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明に加え前記間接加熱型乾燥機での蒸気の凝縮液を第１蒸気発生手段及び第２蒸気発生手段の少なくとも一方に蒸気源として返送する加熱処理設備である。

蒸気源として返送するので、蒸気量の増大を図ることができる。

第４の発明は、水分及び有機物を含む被処理物を乾燥する、蒸気を加熱源とする間接加熱型乾燥機と、乾燥機により乾燥した被処理物を加熱する加熱処理設備とを含む加熱処理方法において、
前記間接加熱型乾燥機で発生する乾燥排ガスの保有熱を回収して第１の蒸気を発生させる第１蒸気発生工程と、
前記加熱処理設備にて発生する可燃性ガスまたは燃焼排ガスの少なくとも一方を熱源とする第２の蒸気を発生させる第２蒸気発生工程と、
前記第１の蒸気を機械的に圧縮する蒸気圧縮工程と、
前記蒸気圧縮工程による圧縮蒸気及び前記第２蒸気発生工程による第２蒸気を一時的に貯留する蒸気貯留工程と、
前記蒸気貯留工程から貯留蒸気を間接加熱型乾燥機で被処理物を乾燥させる加熱源として供給する蒸気供給工程と、
前記蒸気貯留工程の貯留手段内の圧力を、所定の設定値となるよう前記第１蒸気発生工程を制御する圧力制御工程とを備えた、
ことを特徴とする加熱処理方法である。

第１の発明と実質的に同一の作用効果を奏する。

第５の発明は、第４の発明の構成に加え、前記蒸気貯留手段内の圧力の設定値を、前記間接加熱型乾燥機により乾燥した乾燥物の水分または温度の少なくとも一方に基づき調整することを特徴とする加熱処理方法である。

第２の発明と実質的に同一の作用効果を奏する。

以上に示したように本発明によれば、乾燥機で発生する乾燥排ガスの熱量を経済的に回収して、乾燥機の熱源として利用する加熱処理設備を提供することができる。

また、本発明によれば、水分及び有機物を含む被処理物を乾燥した後に、加熱設備で被処理物を加熱する際において、乾燥排ガスから経済的に熱回収して有効に乾燥用の熱源とすることができるようになった。

例えば、処理量が下水汚泥１００ｔ／日の場合、従来の燃料の燃焼による熱風乾燥設備付炭化設備と比較して、本発明によれば、下水汚泥の処理単価は１，７００円／ｔ低減され、換算ＣＯ２の排出量は２，６００ｔ／年に削減されるようになる。

さらに、本発明によれば、間接加熱型乾燥機で被処理物を乾燥させる加熱源として供給する蒸気として、常に一定した圧力の蒸気を間接加熱乾燥機に与えることができ、被処理物の供給条件一定下では、乾燥物の水分が安定しシステムの安定化が図られる。また、乾燥物の水分測定値及び、または温度測定値に基づき、乾燥物の水分が所定の値となるよう前記間接加熱乾燥機に供給する蒸気圧力の設定値を変更することにより、被処理物の供給条件（供給量、水分等）に係わらず、乾燥物の水分が安定するため、システムの安定化を図ることができる。

本発明の間接加熱型乾燥機の一実施の形態に係るスチームチューブドライヤの一部破断した斜視図である。 第１の本実施の形態に係わる下水汚泥の乾燥・炭化設備を示す概略図である。 第２の本実施の形態に係わる下水汚泥の乾燥・炭化設備を示す概略図である。 本発明の概要説明図である。 乾燥物の温度と乾燥物の水分の関係の一例を示すグラフである。

本発明に係る加熱処理設備の一実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。まず、本実施の形態を説明するに先立って、理解を深めるために本発明の実施の形態に適用される間接加熱型乾燥機であるスチームチューブドライヤ（ＳＴＤ）の例について、図１に基づき予め説明する。

図１に示すこのスチームチューブドライヤ３は、軸心周りに回転自在とされる回転筒３０内において、両端板間に軸心と並行に複数の加熱管３１が配管されていて、回転継手５０に取付けられた熱媒体入口管５１を通して、これらの加熱管３１に熱媒体としての加熱蒸気が供給され、各加熱管３１に流通された後、熱媒体出口管５２を介してこの昇圧蒸気Ｋのドレンが排出されるようになっている。

そして、被処理物を回転筒３０内に装入するためにスクリュー等を有した図示しない装入装置がこのスチームチューブドライヤ３には備えられている。この装入装置の挿入口５３より回転筒３０内にその一端側から投入された被処理物である例えば水分を含有した有機物などを、証圧蒸気Ｋにより加熱した加熱管３１と接触させて乾燥させるようなる。これとともに回転筒３０が下り勾配をもって設置されていることで、排出口５４方向に順次円滑に移動させて、回転筒３０の他端側からこの被処理物を連続的に排出させるようになっている。

図１に示されるように、回転筒３０は基台３６の上に設置され、回転筒３０の軸心と並行に相互に間隔を置いて配された２組の支承ローラ３５によって、タイヤ３４を介して支承されている。回転筒３０の下り勾配および直径に合わせて２組の支承ローラ３５間の幅およびそれらの長手方向傾斜角度が選択される。

一方、回転筒３０を回転させるために、回転筒３０の周囲には、従動ギア４０が設けられており、これに駆動ギア４３が噛合し、原動機４１の回転力が減速機４２を介して伝達され、回転筒３０の軸心回りに回転するようになっている。さらに、回転筒３０の内部には、キャリアガス入口６１からキャリアガスが導入され、これらキャリアガスは被処理物である有機物に含有される水分が蒸発した蒸気を同伴してキャリアガス排出口６２より排出される。

なお、上記スチームチューブドライヤ３の全体構成は一例であり、本発明は上記構成により限定されるものではない。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係わる下水汚泥の乾燥・炭化設備を示す概略図である。

スチームチューブドライヤ３０の装入側には、パドル式や多軸式などの混合機２が配設される。その混合機２において、汚泥供給ポンプ１からの下水汚泥と戻し用コンベヤ８を介して戻る乾燥品と混合され、水分を調整するとともに、混合の過程において混合物が一定の大きさに造粒される。造粒された混合品はスチームチューブドライヤ３０において水分が約１０％程度の乾燥品Ｓとして乾燥される。

スチームチューブドライヤ３０から排出された乾燥排ガスＧが、乾燥排ガス湿式スクラバー９に送り込まれるようになっており、この乾燥排ガス湿式スクラバー９で回収した熱を、ヒートポンプ加熱器１０において熱交換して、ヒートポンプ２５の加熱源としている。

この例では、乾燥排ガス湿式スクラバー９、ヒートポンプ加熱器１０及びヒートポンプ２５が第１蒸気発生手段を構成している。第１蒸気発生手段において第１の蒸気を発生させ、この第１の蒸気を第１昇圧手段としての圧縮機１３に送り込んで圧縮する。この圧縮された蒸気を、蒸気貯留手段としてのスチームヘッダ２９に送るようになっている。

ヒートポンプ２５は、蒸発器２６、ヒートポンプ圧縮機２７及び凝縮器２８を有している。ヒートポンプ圧縮機は、可変電圧可変周波数制御（ＶＶＶＦ制御）を行う制御装置を備えており、後述するスチームヘッダ２９内の圧力に応じてヒートポンプ２５で発生させる蒸気量を制御する。

スチームヘッダ２９からは、蒸気をスチームチューブドライヤ３０に径路２２を介して送り込み、スチームチューブドライヤ３０の加熱蒸気として用いられる。一部はトレースとして別用途又は破棄される。スチームチューブドライヤ３０で加熱後のドレンは、径路２３を介してヒートポンプ２５及びボイラ１９の少なくとも一方に送り込まれる。

このヒートポンプ２５を使用する例のほかは、乾燥排ガス湿式スクラバー９と蒸発缶加熱器と蒸発缶とで第１蒸気発生手段を構成することもできる。

一方、スチームチューブドライヤ３０での乾燥品Ｓは、その排出側の下部の乾燥品移送コンベヤ４に乗せて排出された後、篩５で篩分けされ、小粒子の乾燥品Ｓ１は戻し用ホッパー７ａに集められる。大粒子の乾燥品Ｓ２は乾燥品ホッパー９に送られるほか、一部は破砕機６において粉砕された後に戻し用ホッパー７aに集められる。

なお、篩５を、開口径の異なる複数の篩部材を多段状に配置した装置とすれば、所定の粒径のみ乾燥品ホッパー９に送り、所定粒径より小さい乾燥品を戻し用ホッパー７aに、一方、所定粒径より大きい乾燥品を破砕機６に送ることが可能となる。

戻し用ホッパー７ａから、小粒子の乾燥品Ｓ１が切り出され、戻し用コンベヤ８によって混合機２に送られ、下水汚泥と混合された後に、スチームチューブドライヤ３０に戻るようになっている。

他方、乾燥品ホッパー９の下部からは、大粒子の乾燥品Ｓ２が乾品移送コンベヤ１５に乗せて、加熱設備である炭化炉１６に投入できるようになっており、炭化炉１６において（加熱）炭化処理されるようになる。

炭化炉１６には、炭化炉用熱風発生炉１７において燃料を燃焼させることで生じる熱風が送り込まれる。炭化炉１６からは可燃性ガスＮが排出され、燃料要素としてアフターバーナー１８に送り込まれ、空気と燃料とともにこの可燃性ガスＮが燃焼される。アフターバーナー１８から排出された燃焼排ガスは、ボイラ１９に供給され、加熱源として利用される。

ボイラ１９で発生した蒸気は、管路３２を介して、スチームヘッダ２９に送るようになっている。管路３２には、エゼクター４０が設けられている、エゼクター４０は、ボイラ１９から発生した蒸気を駆動源として、ヒートポンプ２５から排出される蒸気を吸引し、蒸気量を増やすことに使用される。エゼクター４０から排出される蒸気はスチームヘッダ２９に供給される。

スチームヘッダ２９では、蒸気圧縮手段としての圧縮機１３により昇圧させた蒸気、並びにエゼクターか４０からの蒸気を受けて、スチームチューブドライヤ３０に送入するように構成している。

ここで、スチームヘッダ（蒸気貯留手段）２９内の圧力測定手段Ｐ２が備えており、測定した圧力をヒートポンプ圧縮機２７の制御装置に送ることで前記第１蒸気発生手段（ヒートポンプ２５）の負荷を調節する。

他方、蒸気ボイラ１９の排ガスは熱交換器２０を介して排ガス処理器２１で処理されて、外部に排出される。熱交換器２０では、乾燥排ガス湿式スクラバー９からの排ガスを加熱して、スチームチューブドライヤ３０に送入するように構成している。

次に、加熱処理設備における具体的な工程を説明する。

汚泥供給ポンプ１にたとえば水分７５％〜８５％の下水汚泥が供給され、この下水汚泥は混合機２に送られて乾燥品Ｓ１と混合され、水分約３０％程度の被処理物Ｓ０とされる。この水分及び有機物を含む被処理物Ｓ０は、間接加熱型乾燥機であるスチームチューブドライヤ３０に供給され、この混合品Ｓ０の水分がたとえば約１０％にまで乾燥され、乾燥品Ｓとされる。乾燥前に被処理物に乾燥品Ｓ１を混合することで被処理物のみかけの水分が低下し、汚泥特有の付着性に起因する閉塞トラブル等を回避することができる。

この際、このスチームチューブドライヤ３０から、露点が望ましくは８０℃〜１００℃（約８５℃程度が最適）の乾燥排ガスＧが排出されるが、この乾燥排ガスＧは、たとえば複数段から構成される乾燥排ガス湿式スクラバー９に送られ冷却・除湿される。そして、乾燥排ガス湿式スクラバー９の最下段の出口のガス温度が高いほど、ヒートポンプ２５にて高圧蒸気が経済的に回収できるものの、ガス温度が高い場合には、乾燥排ガス湿式スクラバー９で回収する熱量は低下する。この際、乾燥排ガス湿式スクラバー９の最下段の出口でのガス温度が６０℃〜８０℃になるように運転するのが好適である。

スチームチューブドライヤ３０で用いられたキャリアガスが、乾燥排ガスＧとしてこのスチームチューブドライヤ３０から排出されるが、乾燥排ガスＧを乾燥排ガス湿式スクラバー９で処理して、スクラバー循環水に乾燥排ガスＧの熱を移行させることで、熱回収する。そして、この乾燥排ガス湿式スクラバー９の最終段の出口温度は、特に制限は無いが３０〜４０℃程度が好適である。湿式スクラバー９から排出されたキャリアガスは循環ブロワなどの送風手段を経て、その一部がアフターバ−ナ−１８に供給され、その他は加熱されたのち、循環利用される。

乾燥排ガス湿式スクラバー９の最下段で熱回収したスクラバー循環水は、ヒートポンプ加熱器１０、及び蒸発器２６を介してヒートポンプ２５内を循環する熱媒体と熱交換される。熱を受け取った熱媒体は、ヒートポンプ圧縮機に圧縮された後、２７凝縮器２８にて飽和水と熱交換する。飽和水は加熱されて圧縮水となり、フラッシュタンク１２でフラッシュし、フラッシュタンク内の圧力における飽和水と飽和蒸気となる。ヒートポンプ２５で発生させる蒸気圧力（フラッシュタンク１２の内部圧力）は０．１〜０．２５ＭＰａ程度である。ただし、ヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）を考慮すると蒸気圧力が０．２ＭＰａ程度までが経済的である。フラッシュタンク１２から発生した蒸気は、一部が圧縮機１３にて、残部がエゼクター４０にて昇圧され、スチームヘッダ２９に送り込まれる。圧縮機１３では、ヒートポンプ２５で発生させる蒸気圧力（フラッシュタンク１２の内部圧力）が所定の圧力となるよう負荷調整される。なお、圧縮機１３およびエゼクター４０の両方を用いる必要はなく、いずれか一方でもよい。

他方、スチームチューブドライヤ３０から排出された乾燥品Ｓは、移送コンベヤ４で篩５に送られて、大粒子と小粒子とに篩分けられる。篩分けされた大粒子の一部は、破砕機６で破砕された後、戻し用ホッパー７aに送られる。また、篩分けされた小粒子は、戻し用ホッパー７aに直接送られる。戻し用ホッパー７aで切り出された乾燥品Ｓ１は、戻し用コンベヤ８で混合機２に送られた後、下水汚泥（被処理物）と混合される。

これらと別に篩分けの大粒子の残りは、乾品ホッパー７ｂに送られ、切り出された後、乾品移送コンベヤ１５により、たとえば外熱キルン型の炭化炉１６に送られ、この炭化炉１６において２５０℃〜６００℃で熱分解されて炭化物と可燃性ガスＮになる。この際、熱分解は吸熱反応なので、炭化炉用熱風発生炉１７において燃料を燃焼させて生じた熱風で間接加熱される。そして、炭化炉１６から排出された炭化物は図示しない冷却機で冷却された後、搬出される一方、可燃性ガスＮはアフターバーナー１８で燃焼される。

次に、アフターバーナー１８で可燃性ガスＮが燃焼されて生じた排ガスは、ダクトなどの供給経路を通じてボイラ１９へ供給される。排ガスの保有する熱により、ボイラ１９で０．８ＭＰａ以上、望むらくは１．６ＭＰａ以上の蒸気を発生させる。ただし、エゼクター４０を用いない場合は、０．５ＭＰａ以上、望むらくは０．７ＭＰａ以上の蒸気を発生させる。

ボイラ１９で発生した蒸気は、スチームヘッダ２９と連通する経路状に設けられたエゼクター４０に駆動源として供給される。供給された蒸気は、エゼクター４０にてヒートポンプ２５で発生した蒸気を吸引し、昇圧した後、スチームヘッダ２９に供給される。

一方、ボイラ１９から排出される排ガスは、乾燥排ガス湿式スクラバー９の排出ガスを径路２４を介して搬送し、熱交換器２０で加熱して、この乾燥排ガス湿式スクラバー９の排出ガスをスチームチューブドライヤ３０でキャリアガスとして用いるようにする。この後、ボイラ１９からの排ガスは排ガス処理器２１で処理された後、大気に放出される。

他方、圧縮機１３からで昇圧された蒸気も、スチームヘッダ２９に供給される。スチームヘッダ２９に貯留された蒸気は、予め設定された設定圧力（好ましくは０．２Ｍｐａ〜０．４ＭＰａ）となるよう維持され、スチームチューブドライヤに供給される。なお、スチームヘッダ２９に貯留される蒸気圧力は、圧力センサＰ２によって測定され、ヒートポンプ２５の制御に用いられる。

スチームヘッダ２９の設定圧力は、乾燥機後段に配置された水分計にて乾燥物の水分を測定し、該水分が所定の数値となるよう設定値を調整する。乾燥機へ供給される蒸気の圧力が高いほど乾燥効率が上昇するため、乾燥物の水分を下げたい場合は蒸気の設定圧力を低くし、水分を上げたい場合は蒸気の設定圧力を高くするよう調整する。

また、乾燥物の温度と乾燥物の水分には相関が認められることから、乾燥物の温度に応じて乾燥機へ供給する蒸気の設定圧力を設定することもできる。乾燥物の温度と乾燥物の水分の関係の一例を図５に示す。スチームチューブドライヤに測定された温度計による内部温度の測定、スチームチューブドライヤから排出された乾燥物の温度を直接測定すればよい。

スチームヘッダ２９の圧力設定は、乾燥物の水分と乾燥物の温度のいずれかを用いてもよいし、重み付けする等して、両者を用いてもよい。

ヒートポンプ２５の制御によってもスチームヘッダ２９の圧力が所定の圧力に達しない場合には、アフターバーナー９に供給する燃料を増量し、ボイラ１９で発生する蒸気量を増量する第２の圧力制御を加える。

第２の実施形態は、図３に示すように、スチームチューブドライヤ３に代えて、ディスク型乾燥機であるインクラインドディスクドライヤ７０を使用した例である。

なお、以下、記載の無い装置およびプロセスは、第１の実施形態と同様である。

インクラインドディスクドライヤ７０の装入側に汚泥供給ポンプ１から、たとえば水分７５〜８５％の下水汚泥を供給し、水分が約１０〜４０％の乾燥品Ｓを得る。

インクラインドディスクドライヤ７０から排出された乾燥排ガスＧは、乾燥排ガス湿式スクラバー９に供給され、この乾燥排ガス湿式スクラバー９で回収した熱を、ヒートポンプ加熱器１０において熱交換して、ヒートポンプ２５の加熱源としている。

この例では、乾燥排ガス湿式スクラバー９、ヒートポンプ加熱器１０及びヒートポンプ２５が第１蒸気発生手段を構成している。第１蒸気発生手段において第１の蒸気を発生させ、この第１の蒸気を第１昇圧手段としての圧縮機１３に送り込んで圧縮する。この圧縮された蒸気を、蒸気貯留手段としてのスチームヘッダ２９に送るようになっている。ヒートポンプ２５の構成は、第１の実施形態と同様であり、蒸発器２６、ヒートポンプ圧縮機２７及び凝縮器２８を有している。ヒートポンプ圧縮機は、可変電圧可変周波数制御（ＶＶＶＦ制御）を行う制御装置を備えており、スチームヘッダ２９内の圧力に応じてヒートポンプ２５で発生させる蒸気量を制御する。

スチームヘッダ２９からは、蒸気をインクラインドディスクドライヤ７０に径路２２を介して送り込み、加熱用の蒸気として用いられる。一部はトレースとして別用途又は破棄される。

一方、インクラインドディスクドライヤ７０での乾燥品Ｓは、その排出側の下部の乾燥品移送コンベヤ４に乗せて排出された後、乾燥品ホッパー７ｂに送られる。

乾燥品Ｓは、乾品ホッパー７ｂの下部から排出され、造粒機５０にてφ５〜６ｍｍ程度のペレット状に成形された後、乾品移送コンベヤ１５にて、加熱設備である炭化炉１６に投入され、炭化炉１６において（加熱）炭化処理されるようになる。

スチームヘッダ２９では、蒸気圧縮手段としての圧縮機１３により昇圧させた蒸気、並びに蒸気ボイラ１９での発生蒸気を受けて、インクラインドディスクドライヤ７０に送入するように構成している。

ここで、スチームヘッダ２９内の圧力Ｐ２を、前記第１蒸気発生手段（ヒートポンプ２５）の負荷に基づき調節する圧力調節手段を備えている。

次に、加熱処理設備における具体的な工程を説明する。

汚泥供給ポンプ１から下水汚泥が間接加熱型乾燥機であるインクラインドディスクドライヤ７０に供給され、水分がたとえば約１０〜４０％にまで乾燥され、乾燥品Ｓとされる。

この際、このインクラインドディスクドライヤ７０から、露点が望ましくは８０℃〜１００℃（約８５℃程度が最適）の乾燥排ガスＧが排出されるが、この乾燥排ガスＧは、たとえば複数段から構成される乾燥排ガス湿式スクラバー９に送られ冷却・除湿される。そして、乾燥排ガス湿式スクラバー９の最下段の出口のガス温度が高いほど、ヒートポンプ２５にて蒸気が経済的に回収できるものの、ガス温度が高い場合には、乾燥排ガス湿式スクラバー９で回収する熱量は低下する。この際、乾燥排ガス湿式スクラバー９の最下段の出口でのガス温度が６０℃〜８０℃になるように運転するのが好適である。

インクラインドディスクドライヤ７０で用いられたキャリアガスが、乾燥排ガスＧとしてこのインクラインドディスクドライヤ７０から排出されるが、乾燥排ガスＧを乾燥排ガス湿式スクラバー９で処理して、スクラバー循環水に乾燥排ガスＧの熱を移行させることで、熱回収する。そして、この乾燥排ガス湿式スクラバー９の最終段の出口温度は、特に制限は無いが３０〜４０℃程度が好適である。

乾燥排ガス湿式スクラバー９の最下段で回収した熱は、ヒートポンプ加熱器１０を介してヒートポンプ２５に受け渡され、蒸気を発生させる熱源となる。ヒートポンプ２５で発生させる蒸気圧力は０．１〜０．２５ＭＰａ程度である。ただし、ヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）を考慮すると蒸気圧力が０．２ＭＰａ程度までが経済的である。ヒートポンプ２５にて発生した蒸気は、圧縮機１３で圧縮して昇圧し、スチームヘッダ２９に送り込まれる。

他方、このインクラインドディスクドライヤ７０で乾燥処理された乾燥品Ｓは、移送コンベヤ４で乾品ホッパー７ｂに送られて、造粒機６にてφ５〜６ｍｍ程度のペレット状に成形される。

乾燥品の成形品Ｓ２は、乾品移送コンベヤ１５により、炭化炉１６に送られ、２５０℃〜６００℃で熱分解されて炭化物と可燃性ガスＮになる。

次に、アフターバーナー１８で燃焼材料である可燃性ガスＮが燃焼されて生じた排ガスは、ダクトなどの供給経路を通じてボイラ１９へ供給される。排ガスの保有する熱により、ボイラ１９で０．５Ｍｐａ以上望むらくは、０．７ＭＰａ以上の蒸気を発生させる。この際にボイラ１９から排出される排ガスにより、乾燥排ガス湿式スクラバー９の排出ガスを径路２４を介して搬送し、熱交換器２０で加熱して、この乾燥排ガス湿式スクラバー９の排出ガスをインクラインドディスクドライヤ７０でキャリアガスとして用いるようにする。この後、ボイラ１９からの排ガスは排ガス処理器２１で処理された後、大気に放出される。

一方、圧縮機１３では昇圧する。最終的に、好適には０．２ＭＰａ〜０．８ＭＰａの昇圧蒸気をインクラインドディスクドライヤ７０に供給して、このインクラインドディスクドライヤ７０で混合品Ｓ０を乾燥品Ｓとするべく乾燥する。

上記実施１および２の形態おいては、乾燥排ガスＧから熱回収して蒸気を得るが、この際の乾燥排ガスＧから熱回収する方法として、本実施の形態では乾燥排ガスＧを乾燥排ガス湿式スクラバー９等で処理してスクラバー循環水に乾燥排ガスＧの熱を移行させて循環水として熱回収する方法を用いたが、乾燥排ガスＧから熱交換器等により直接熱回収する方法を用いても良い。

さらに、乾燥排ガスＧの回収熱から蒸気を得る方法として、回収熱を蒸気発生型ヒートポンプに供給して０．１〜０．２５ＭＰａ程度の蒸気を発生させる方法を本実施の形態において用いたが、回収熱を熱源とする水の蒸発缶で０．０１５〜０．０５ＭＰａ程度の蒸気を得る方法を用いても良い。

乾燥排ガスから熱回収した熱源水の温度の上限値は乾燥排ガスＧの露点とほぼ等しくなる。一方、ヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）は、ヒートポンプに供給する熱源水の温度が高いほど高くなるため、乾燥排ガスの露点を高くした方が有利である。但し、乾燥排ガスＧの露点を高くした場合、間接加熱型乾燥機において恒率乾燥で品温が乾燥排ガスＧの露点とほぼ等しくなるので、加熱源との温度差が小さくなり、間接加熱型乾燥機の乾燥能力が低下する。従って、最適な乾燥排ガスＧの露点が存在することになる。ここで、乾燥排ガスＧの露点は、間接加熱型乾燥機で蒸発する水分量にもよるが、８０℃〜１００℃が好適である。

第１の蒸気を圧縮機１３で圧縮し昇圧する。この際、圧縮機１３の種類は特に制限は無いが、ミスト対策の必要がないスクリュー式圧縮機が好適である。この場合における圧縮機１３での圧縮比（吐出圧力と吸込み圧力の比）は、２〜１０の範囲が経済的である。ルーツブロワや多段ブロワなども使用できる。

乾燥品Ｓの加熱処理は、炭化処理に限定されるものではなく、たとえばガス化処理や、焼却処理などを採用することが可能である。

ボイラ１９は、公知の廃熱ボイラであり、アフターバーナーから生じた燃焼排ガスＮで高圧蒸気を発生させる。アフターバーナーの燃焼材料とされる燃料は特に制限は無いが、熱分解生成物の可燃性ガスＮ、炭化物、その他の燃料のうち何れでも良い。なお、ボイラ１９へ供給される可燃性ガスＮは、該燃料を燃焼させた排ガスを直接用いても良いし、ガスタービン、ガスエンジン等で燃焼させた排ガスを用いても良い。

ところで、被乾燥品が焼却処理されるなど高温の排ガスが排出される処理が行われる場合には、排出された高温の排ガスを直接廃熱ボイラへ供給することができる。

本発明は、樹脂、食品、有機物などの乾燥をはじめとして、木質バイオマスや有機廃棄物などの乾燥などに適用できる。

５ 篩
６ 破砕機
７a 戻し用ホッパー
７ｂ 乾品ホッパー
８ 戻し用コンベヤ
９ 乾燥排ガス湿式スクラバー
１０ ヒートポンプ加熱器
１２ フラッシュタンク
１３ 圧縮機
１６ 炭化炉（加熱処理設備）
１８ アフターバーナー
１９ ボイラ
２５ ヒートポンプ
２６ 蒸発器
２７ ヒートポンプ圧縮機
２８ 凝縮器
２９ スチームヘッダ
３０ スチームチューブドライヤ（間接加熱型乾燥機）
４０ エゼクター
５０ 造粒機
７０ インクラインドディスクドライヤ

Claims (5)

1. 水分及び有機物を含む被処理物を乾燥する、蒸気を加熱源とする間接加熱型乾燥機と、乾燥機により乾燥した被処理物を加熱する加熱処理設備とを含む加熱処理設備において、
   前記間接加熱型乾燥機で発生する乾燥排ガスの保有熱を回収して第１の蒸気を発生させる第１蒸気発生手段と、
   前記加熱処理設備にて発生する可燃性ガスまたは燃焼排ガスの少なくとも一方を熱源とする第２の蒸気を発生させる第２蒸気発生手段と、
   前記第１の蒸気を機械的に圧縮する蒸気圧縮手段と、
   前記蒸気圧縮手段による圧縮蒸気及び前記第２蒸気発生手段による第２蒸気を一時的に貯留する蒸気貯留手段と、
   前記蒸気貯留手段から貯留蒸気を間接加熱型乾燥機で被処理物を乾燥させる加熱源として供給する蒸気供給手段と、
   前記蒸気貯留手段内の圧力測定手段と、
   前記圧力測定手段の圧力測定値に基づき前記第１蒸気発生手段を制御する圧力制御手段とを備えた、
   ことを特徴とする加熱処理設備。
2. 前記間接加熱型乾燥機により乾燥した乾燥物の水分を測定する乾燥物水分測定手段で測定された乾燥物水分測定結果、及び乾燥物の温度を測定する乾燥物温度測定手段で測定された乾燥物温度測定結果の少なくとも一方に基づいて、上記蒸気貯留手段の内部圧力の設定値を決定する蒸気貯留圧力設定手段を備え、
   前記圧力制御手段は、前記圧力測定値が前記設定値となるよう第１蒸気発生手段を制御する請求項１記載の加熱処理設備。
3. 前記間接加熱型乾燥機での蒸気の凝縮液を第１蒸気発生手段及び第２蒸気発生手段の少なくとも一方に蒸気源として返送する請求項１または請求項２に記載の加熱処理設備。
4. 水分及び有機物を含む被処理物を乾燥する、蒸気を加熱源とする間接加熱型乾燥機と、乾燥機により乾燥した被処理物を加熱する加熱処理設備とを含む加熱処理方法において、
   前記間接加熱型乾燥機で発生する乾燥排ガスの保有熱を回収して第１の蒸気を発生させる第１蒸気発生工程と、
   前記加熱処理設備にて発生する可燃性ガスまたは燃焼排ガスの少なくとも一方を熱源とする第２の蒸気を発生させる第２蒸気発生工程と、
   前記第１の蒸気を機械的に圧縮する蒸気圧縮工程と、
   前記蒸気圧縮工程による圧縮蒸気及び前記第２蒸気発生工程による第２蒸気を一時的に貯留する蒸気貯留工程と、
   前記蒸気貯留工程から貯留蒸気を間接加熱型乾燥機で被処理物を乾燥させる加熱源として供給する蒸気供給工程と、
   前記蒸気貯留工程の貯留手段内の圧力を、所定の設定値となるよう前記第１蒸気発生工程を制御する圧力制御工程とを備えた、
   ことを特徴とする加熱処理方法。
5. 前記蒸気貯留手段内の圧力の設定値を、前記間接加熱型乾燥機により乾燥した乾燥物の水分または温度の少なくとも一方に基づき調整する、
   ことを特徴とする加熱処理方法。

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