JP2014033997A - 汚泥の処理設備および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメントプラント２００を利用して汚泥を処理する場合に、セメントの製造プロセスに極力、悪い影響を及ぼすことなく、十分な量の汚泥を処理可能としながら、コストの上昇は抑制する。
【解決手段】セメントプラント２００の隣に汚泥処理設備１００を建設する。脱水汚泥を乾燥させる乾燥機（例えば気流乾燥機１）と、該乾燥機で乾燥させた乾燥汚泥をセメント原料の仮焼炉３５および焼成炉（例えばロータリキルン４０）の少なくとも一方に搬送する乾燥汚泥搬送装置３と、乾燥機１からの排ガスをセメント原料ミル６５の排気処理装置６６に搬送する乾燥機排ガス搬送装置４と、を備える。乾燥機からの排ガスの集塵処理を排気処理装置６６の集塵機（例えばバグフィルタ６６ａ）によって行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメントの製造設備を利用して汚泥を処理する技術に関する。

近年、途上国においては生活ごみや下水汚泥の発生量が増大し、その衛生的な処理が求められており、特に下水汚泥の処理が問題となりつつある。下水汚泥は脱水した上で埋め立てるのが一般的であるが、埋め立てる場合には地下水の汚染や悪臭の発生が懸念され、焼却処理することが望ましい。従来より既存のごみ焼却炉にて少量の脱水汚泥を混焼することは行われているが、焼却場の建設コストが高く、焼却するために大きなエネルギが必要であることから、下水汚泥の焼却処理は進んでいないのが実情である。

これに対し、セメントの製造設備の廃熱に着目し、これを利用することによって低コストで下水汚泥の焼却処理を実現しようとする動きがある。一例として特許文献１には、脱水汚泥を乾燥させることなく、含水スラリー状のままセメントキルンや仮焼炉に投入して焼却することが記載されている。

また、特許文献２には、脱水汚泥を油温乾燥機により乾燥させた後に、油分を除去することなくロータリーキルンに投入して燃焼させることが記載されている。汚泥を乾燥させる際に発生した排ガスは、ロータリーキルンの窯尻に導入して臭気成分を分解するとともに、排ガス中に含まれる揮発した油分は燃焼する。

さらに、本出願人の出願に係る特許文献３には、脱水汚泥を気流乾燥機により乾燥させた後に、セメントの仮焼炉やロータリーキルンに搬送して燃焼させる処理方法が記載されている。この処理方法において気流乾燥機からの排ガスは、仮焼炉内に設けた排ガス加熱器で加熱し脱臭した後に、その一部を気流乾燥機に循環させ、残部は熱交換器を通した上で系外にブリードする。

特許第３９６９０１８号公報 特許第４２３１７３９号公報 特開２００２−２７３４９２号公報

しかしながら、前記特許文献１のように脱水汚泥を高含水率のままロータリキルンや仮焼炉に投入する場合は、水分の蒸発潜熱によって局所的に温度が低下する懸念があるので、実際には処理できる汚泥の量がかなり少ない。

一方、特許文献２、３のように汚泥を乾燥させてから処理する場合は、その乾燥機からの排ガスの処理が問題になる。すなわち、乾燥機排ガスは多量の水蒸気を含むため、バグフィルタのような乾式集塵機によって集塵処理することには問題があるが、仮に湿式集塵機を用いるとすれば設備コストの増大は免れない。

また、多量の水蒸気を含む乾燥機排ガスを前記特許文献２のようにロータリーキルンの窯尻に導入すると、仮焼炉から予熱器にかけての熱的なバランスを崩すおそれがあり、その結果として燃料消費の増大やセメントの品質低下など、セメント製造設備への悪い影響が懸念される。

この点、特許文献２のように乾燥機排ガスに揮発した油分が含まれている場合は、それが燃焼することによって前記熱的なバランスの問題は緩和されることになるが、油温乾燥機も設備コストが高くつくし、汚泥の処理量に見合うだけの廃油を常時、確保しなくてはならないという難もある。なお、特許文献３には、乾燥機排ガスの増加ガス分を系外にブリードすると記載されているが、このブリードガスの集塵処理については記載されていない。

以上のような問題点を考慮して本発明の目的は、セメントの製造設備を利用して汚泥を処理する場合に、セメントの製造プロセスに極力、悪い影響を及ぼすことなく、また、臭気やダイオキシン類による問題を発生させることなく、十分な量の汚泥を処理可能としながら、コストの上昇を抑制することにある。

本発明は、セメントの製造設備に隣設される汚泥の処理設備が対象であり、脱水汚泥を乾燥させる乾燥機と、該乾燥機で乾燥させた乾燥汚泥を前記セメントの製造設備におけるセメント原料の仮焼炉および焼成炉の少なくとも一方に搬送する乾燥汚泥搬送装置と、前記乾燥機で発生した乾燥機排ガスを前記セメントの製造設備におけるセメント原料ミルの排気処理装置に搬送する乾燥機排ガス搬送装置と、を備えて、該排気処理装置の集塵機により前記乾燥機排ガスの集塵処理を行うようにしたものである。

かかる構成の汚泥処理設備では、まず、含水率の高い脱水汚泥を乾燥機で乾燥させてから、セメントの製造設備の仮焼炉や焼成炉で燃焼させることができる。乾燥汚泥は十分な発熱量を有するので、仮焼炉や焼成炉での燃焼に悪い影響を及ぼさないばかりか、その燃焼の維持に寄与することも可能である。乾燥汚泥は粉粒状なので、焼成炉からの排気が流通する仮焼炉においても燃焼時間を確保し易く、ダイオキシンの生成も抑制可能であり、乾燥汚泥に含まれるアンモニアによって、セメント製造により発生する窒素酸化物の低減も可能である。

一方、乾燥機において発生した乾燥機排ガスは、セメント原料ミルの排気処理装置に搬送され、該排気処理装置の集塵機によって集塵処理される。乾燥機排ガスには多量の水蒸気が含まれているが、セメント原料ミルの排気処理装置には通常、セメント原料の予熱器等から多量の排気が導入されており、この排気との混合により水蒸気濃度が低くなるので、乾式集塵機によって集塵処理することができる。

つまり、多量の脱水汚泥を乾燥させて、セメントの製造プロセスに悪い影響を及ぼすことなく仮焼炉や焼成炉（キルン）で混焼することができるとともに、多量の水蒸気を含む乾燥機排ガスもセメント製造設備を利用して集塵処理することができ、コストの上昇を抑制できる。

ところで汚泥を乾燥させた排ガスは異臭を放つので、前記乾燥機排ガスの搬送経路には脱臭装置を設けてもよい。脱臭装置は触媒等による吸着、化学的脱臭など種々のものが考えられるが、乾燥機排ガスを所定の温度以上に加熱して脱臭処理するものであってもよい。例えば前記特許文献３のもののように、セメント原料の仮焼炉や焼成炉等の高温部を利用して乾燥機排ガスを加熱する脱臭装置であってもよい。

セメントの製造プロセスへの影響を極小化するという観点からは、前記脱臭装置として、炉内で燃料を燃焼させて前記乾燥機排ガスを加熱する熱風発生炉を設けてもよい。この場合には、熱風発生炉で例えば６５０〜７００℃以上まで加熱した乾燥機排ガスを乾燥機の熱源として利用してもよい。こうすれば、集塵処理する前に乾燥機排ガスの温度を好適な温度まで低下させることができ、集塵機の耐久性を確保する上で有利になる。

そのためには、例えば前記高温の乾燥機排ガスを乾燥機に供給して直接、脱水汚泥を乾燥させるようにしてもよいし、間接的に乾燥汚泥の乾燥に利用してもよい。また、例えば乾燥機排ガスの搬送経路に、乾燥機排ガスの一部を熱風発生炉の手前で分流させて乾燥機に循環させる循環路と、その乾燥機排ガスの残部を熱風発生炉で加熱した後に、前記循環路を流通する乾燥機排ガスと熱交換させる熱交換器と、を設けてもよい。

こうすると、基本的には乾燥機排ガスを乾燥機に循環させて脱水汚泥の乾燥に利用するとともに、その乾燥に伴い増加したガス分を熱風発生炉で加熱脱臭した上で、セメント原料ミルの排気処理装置において集塵処理することができる。言い換えると、環境に放出する増加ガス分だけを加熱脱臭することになるので、熱風発生炉における燃料の消費を抑制できる。しかも、加熱脱臭後の高温の乾燥機排ガスを、乾燥機に循環させる乾燥機排ガスの昇温に役立てつつ、集塵処理する乾燥機排ガスの温度は下げることができる。

さらに、乾燥機で乾燥させた乾燥汚泥の一部を熱風発生炉に供給して、燃焼させる汚泥供給装置を備えていてもよいし、セメントの製造設備の廃熱を利用して、高温のクーラ排気を前記熱風発生炉に燃焼用の空気として供給する排気ダクト、または、高温のクーラ排気を利用して熱交換器により燃焼用の空気を加熱するよう構成した排気ダクトを備えていてもよい。いずれの場合も熱風発生炉における燃料の消費を抑制することができる。

見方を変えれば本発明は汚泥の処理方法に係り、汚泥を乾燥させる乾燥機をセメントの製造設備に隣設して、当該乾燥機で乾燥させた乾燥汚泥を、前記セメントの製造設備におけるセメント原料の仮焼炉および焼成炉の少なくとも一方に搬送する一方、前記乾燥機で発生した乾燥機排ガスは、前記セメントの製造設備におけるセメント原料ミルの排気処理装置に搬送し、該排気処理装置の集塵機によって前記乾燥機排ガスの集塵処理を行うものである。

以上、述べたように本発明に係る汚泥の処理設備によると、汚泥を乾燥させてセメント製造設備の仮焼炉等で混焼させるとともに、乾燥機の排ガスはセメント原料ミルの排気処理装置によって処理することができ、多量の汚泥を処理してもセメントの製造プロセスに悪い影響を及ぼすことがなく、コストの上昇も抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係る汚泥処理設備およびセメントの製造設備の系統図である。 熱風発生炉に乾燥汚泥を供給し、かつクーラ排気を流入させるようにした第２の実施形態に係る図１相当図である。 本発明に係る汚泥処理設備を他の形態のセメントプラントに適用した場合の図（変形例１）である。 本発明に係る汚泥処理設備を他の形態のセメントプラントに適用した場合の図（変形例２）である。 本発明に係る汚泥処理設備を他の形態のセメントプラントに適用した場合の図（変形例３）である。 本発明に係る汚泥処理設備を他の形態のセメントプラントに適用した場合の図（変形例４）である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係る汚泥処理設備１００と、これが隣設されるセメントプラント２００（セメントの製造設備）との全体的な系統図である。図１の左側に示す汚泥処理設備１００は、含水率の高い脱水汚泥を気流乾燥機１によって乾燥させ、含水率の低い乾燥汚泥としてセメントプラント２００で混焼させるものである。汚泥処理設備１００は、既設のセメントプラント２００に大きな改修を加えることなく、その隣に建設することができる。

−汚泥処理設備−
汚泥処理設備１００は、前記の気流乾燥機１で乾燥させる脱水汚泥を貯留しておくための汚泥タンク２と、気流乾燥機１で乾燥させた乾燥汚泥を、セメントプラント２００における後述の仮焼炉３５に搬送するための乾燥汚泥搬送装置３と、気流乾燥機１で発生した乾燥機排ガスを、セメントプラント２００における後述のセメント原料ミル６５の排気処理装置６６に搬送するための乾燥機排ガス搬送装置４と、を備えている。

前記の汚泥タンク２には、一例として下水汚泥、産廃汚泥等の汚泥の脱水ケーキ（以下、汚泥ケーキという）が陸送等によって運搬されてきて貯留されている。汚泥タンク２には汚泥ケーキを吸い込んで吐出する汚泥ポンプ５が接続されており、汚泥圧送ダクト６によって汚泥ケーキを気流乾燥機１に圧送する。汚泥ポンプ５は動作速度を変更可能であり、気流乾燥機１への脱水汚泥の時間当たりの投入量を調整することができる。

汚泥圧送ダクト６により気流乾燥機１に圧送されてくる汚泥ケーキは、混合フィーダ１４において汚泥の循環乾粉と混合される。すなわち、本実施形態の気流乾燥機１は、以下に述べるように気流乾燥させた汚泥の粉末（乾粉）の一部を汚泥ケーキと混合し、含水率を調整した上で解砕機１０により気流乾燥に適した大きさに解砕する。汚泥ケーキの含水率は８０％くらいであり、ハンドリングの容易化のために混合物の含水率が２５〜３０％になるように循環乾粉量を調節する。

前記解砕機１０は、一例としてケージの回転により前記汚泥ケーキと乾粉との混合物を解砕して、後述のように循環ダクト２７を流れる高温の循環ガス（乾燥機排ガス）に随伴させる構造である。解砕機１０には、前記のように解砕した汚泥粉を気流乾燥させるための乾燥ダクト１１が上方に延びるように接続されており、この乾燥ダクト１１を吹き上がる循環ガスの流れに載って運ばれながら汚泥粉が乾燥される。

その乾燥ダクト１１の上端は、乾燥した汚泥粉（乾粉）を遠心分離するためのサイクロン１２に接続されている。サイクロン１２は一例としてリンデン型の高効率サイクロンであり、その下部には分離された汚泥の乾粉が落下する乾粉受入タンク１３が接続されている。そして、この乾粉受入タンク１３内の下部に、乾粉の一部を搬出して前記のように汚泥ケーキと混合させるための混合フィーダ１４が設けられ、この混合フィーダ１４に前記汚泥圧送ダクト６から汚泥ケーキが投入される。

また、前記乾粉受入タンク１３の上下方向の中間部位には、前記混合フィーダ１４と同様に乾粉の一部を搬出する搬出フィーダ１５が設けられ、これにより搬出された乾粉は、一例としてコンベアなどの乾粉搬送機１６によって搬送されて乾燥汚泥ホッパ１７に投入される。乾燥汚泥ホッパ１７は、前記のように乾燥処理された汚泥の乾粉を一時貯留し、セメントプラント２００側の要求に応じて供給するためのバッファとして機能する。

乾燥汚泥ホッパ１７に貯留されている汚泥の乾粉の含水率は１０〜１５％くらいであり、気流により浮遊させて搬送することができる。乾燥汚泥ホッパ１７の下部には、図示しないがロータリバルブ等の計量供給装置が設けられ、その動作によって計量された乾粉が気流搬送装置１８によって乾粉搬送ダクト１９を搬送される。この乾粉搬送ダクト１９は、汚泥処理設備１００からセメントプラント２００に向かって延びていて、その下流端は後述する仮焼炉３５の乾粉供給口に接続されている。

一方、前記サイクロン１２の上部には第１排ガスダクト２０が接続されていて、前記のように乾粉が分離された乾燥機排ガスを排出するようになっている。この第１排ガスダクト２０には乾燥機排ガスを送るための第１排ガスファン２１が配設され、第１排ガスダクト２０の下端は熱風発生炉２２に接続されている。熱風発生炉２２は、炉内で石炭等の燃料を燃焼させて乾燥機排ガスを所定の温度以上に加熱し、脱臭処理する脱臭装置として機能する。

すなわち、熱風発生炉２２は一例として略円筒状のハウジングの一端（図の右端）に燃焼バーナ２２ａを備えており、燃料供給装置２３から供給される微粉炭（天然ガスや重油等でもよい）を燃焼させて、高温の燃焼ガス（熱風）を他端側（図の左端）に向かって噴出させている。この燃焼ガスに包まれた乾燥機排ガスは一例として６５０〜７００℃以上になって、有機物が分解され脱臭される。なお、符号２４は、燃焼バーナ２２ａに燃焼用の空気を送るファンを示す。

熱風発生炉２２の他端には第２排ガスダクト２５が接続されており、前記高温の燃焼ガスおよび乾燥機排ガスを熱風発生炉２２から熱交換器２６に導いている。一方で前記第１排ガスダクト２０には、第１排ガスファン２１と熱風発生炉２２との間から分岐するように循環ダクト２７（分岐路）が接続されており、この循環ダクト２７が前記熱交換器２６を介して解砕機１０に接続されている。

このため、第１排ガスダクト２０を流通する乾燥機排ガスの一部が、熱風発生炉２２の手前で分流して循環ダクト２７に流れ、熱交換器２６において熱風発生炉２２からの熱風、即ち前記高温の燃焼ガスおよび乾燥機排ガスと熱交換する。そして、十分に温度の高い循環ガスとして解砕機１０に、即ち気流乾燥機１に循環される。つまり、熱風発生炉２２で乾燥機排ガスを加熱脱臭するために加えられた熱量の大半が熱交換器２６において循環ガスに与えられ、気流乾燥機１において汚泥の乾燥に利用される。

一方、そのように気流乾燥機１に循環される分を除いた乾燥機排ガスの残部、即ち汚泥の乾燥に伴い増加した分の乾燥機排ガスは、前記のように熱風発生炉２２において加熱され脱臭され、熱交換器２６において循環ガスと熱交換して温度が低下した後に、当該熱交換器２６に接続された第３排ガスダクト２８に流出する。この第３排ガスダクト２８は、セメントプラント２００に向かって延びており、第２排ガスファン２９によって送られる乾燥機排ガスを以下に述べるセメント原料ミル６５の排気処理装置６６に搬送する。また、この場合、第２排ガスファン２９は必ずしも必要ではなく、セメントプラント２００の誘引ファン６２のドラフトで送気してもよい。

以上、説明した汚泥処理装置１００において、乾粉搬送機１６、乾燥汚泥ホッパ１７、気流搬送装置１８および乾粉搬送ダクト１９が、乾燥汚泥をセメントプラント２００の仮焼炉３５に搬送する乾燥汚泥搬送装置３を構成している。また、第１、第２および第３の排ガスダクト２０，２５，２８並びに第１および第２の排ガスファン２１，２９が、乾燥機排ガスをセメント原料ミル６５の排気処理装置６６に搬送する乾燥機排ガス搬送装置４を構成している。なお、図１の例では第３排ガスダクト２８から分岐するように、乾燥機排ガスの一部を熱風発生炉２２に戻す戻しダクト２８ａが接続されており、熱風発生炉２２の燃料を節減させている。

−セメント製造設備−
セメントプラント２００は、図１の例では一般的なＮＳＰキルンを備えたものである。セメント原料は、予熱器であるサスペンションプレヒータ３０において予熱された後に、仮焼炉３５において９００℃くらいまで加熱され（仮焼）、焼成炉であるロータリキルン４０において１４５０℃くらいの高温で焼成される。ロータリキルン４０を通過した焼成物はエアクエンチングクーラ５０（ＡＱＣ）において急冷されて、粒状のセメントクリンカとなり、図外の仕上げ工程に送られる。

前記サスペンションプレヒータ３０は、上下方向に並んで設けられた複数段のサイクロン３１を直列に接続したもので、それぞれのサイクロン３１でセメント原料は、下段から吹き込まれる高温の排気によって昇温される。この排気の流れは、後述するようにロータリキルン４０から吹き出す高温の排気（以下、キルン排気という）であり、このキルン排気が仮焼炉３５から最下段のサイクロン３１に流通し、一段ずつサイクロン３１を上昇して最上段のサイクロン３１に至り、排気ライン６０に流出する。

排気ライン６０には、前記のようにサスペンションプレヒータ３０の最上段のサイクロン３１から流出した排気（以下、ＳＰ排気という）を誘引して、煙突６１に送り出す誘引ファン６２が設けられている。この誘引ファン６２は、サスペンションプレヒータ３０および仮焼炉３５を仲介してロータリキルン４０からキルン排気を誘引するために、セメントプラント２００の規模に応じた大容量のものとされている。

前記の誘引ファン６２とサスペンションプレヒータ３０との間には、ＳＰ排気の流れに沿ってボイラ６３、ＳＰ排気ファン６４、セメント原料ミル６５および排気処理装置６６が順に介設されている。ボイラ６３は、概ね３００℃以上のＳＰ排気から廃熱を回収し、図示は省略するが、高温の水蒸気を蒸気タービンに供給して発電させるものである。セメント原料ミル６５は一例として公知の竪型ローラミルであり、ＳＰ排気の供給下でセメント原料を乾燥させながら複数のローラと回転テーブルとの回転により摺りつぶす。

こうして摺りつぶされた粉末状のセメント原料が、図示しないセメント原料搬送装置によってサスペンションプレヒータ３０の最上段のサイクロン３１に供給される。一方、セメント原料ミル６５を通過したＳＰ排気にはセメント原料の微粉が浮遊しており、このＳＰ排気が排気処理装置６６のバグフィルタ６６ａ（集塵機）によって集塵処理される。集められたセメントの微粉はセメント原料に混入される。

一例として排気処理装置６６は、互いに並列に設けられた２つのバグフィルタ６６ａと、それらの一方に選択的にガスを流通させる切換えバルブ（図示せず）とを備えている。このため、一方のバグフィルタ６６ａをろ布交換などのメンテナンスのために停止するときでも、他方のバグフィルタ６６ａを使用することができる。なお、集塵機としてはバグフィルタ６６ａに限らず、例えば電気集塵機を用いてもよい。

本実施形態では、排気ライン６０の前記セメント原料ミル６５および排気処理装置６６の間に、前記の汚泥処理設備１００から乾燥機排ガスを搬送する第３排ガスダクト２８の下流端が接続されている。この第３排ガスダクト２８により搬送されてくる乾燥機排ガスが、ＳＰ排気と共に排気処理装置６６のバグフィルタ６６ａで集塵処理される。よって、乾燥機排ガスに含まれる乾燥汚泥の粉塵もセメント原料として利用される。

ところで、前記のようにセメント原料搬送装置によってサスペンションプレヒータ３０の最上段のサイクロン３１に供給されたセメント原料は、一段ずつ順にサイクロン３１を通過しながら高温のキルン排気によって十分に予熱されて、仮焼炉３５へと供給される。仮焼炉３５は、ロータリキルン４０の窯尻に上下方向に延びるように設けられており、そのロータリキルン４０から高温のキルン排気が流入して、噴流となって上方へと吹き上がっている。

また、図示しないが仮焼炉３５には、燃料である微粉炭の供給口と、上述した乾粉搬送ダクト１９の下流端が接続される乾粉供給口と、これらを燃焼させるための空気の供給口とがそれぞれ設けられている。燃焼用の空気としてはエアクエンチングクーラ５０からの高温のクーラ排気が利用され、これが仮焼炉３５内の負圧によって吸引されている。前記したように仮焼炉３５内にはキルン排気の上昇流が形成されているが、固形状の微粉炭および汚泥の乾粉はいずれも仮焼炉３５内で良好に燃焼される。

そして、その仮焼炉３５内に投入されるセメント原料粉も、前記のようなキルン排気の噴流に乗って吹き上げられる間に十分に加熱されて、仮焼炉３５の最上部からサスペンションプレヒータ３０の最下段のサイクロン３１に搬送される。ここにおいてキルン排気はセメント原料と分離されて一つ上段のサイクロン３１へと向かい、一方、セメント原料はサイクロン３１の下端から落下してロータリキルン４０の入り口へと至る。

ロータリキルン４０は横長円筒状の回転窯からなり、この回転窯を入り口から出口に向かって僅かに下向きに傾斜させて配置してある。回転窯がその軸心の周りに緩やかに回転することによって、セメント原料が出口側に搬送される。この出口側にはバーナ４１が配設されていて、微粉炭や天然ガス、重油等の燃焼による高温の燃焼ガスを入り口側に向かって噴出している。燃焼ガスに包まれたセメント原料は化学反応（セメント焼成反応）を起こし、その一部が半溶融状態になるまで焼成される。

このセメント焼成物がエアクエンチングクーラ５０において冷風を受けて急冷され、粒状のセメントクリンカとなる。そして、図示および説明を省略するが、セメントクリンカはクリンカサイロに貯蔵された後に、石膏等を加えて成分調整された上でミルにより微粉砕される（仕上げ工程）。一方、焼成物から熱を奪って７５０℃以上に昇温されたクーラ排気の大半が、前記したように燃焼用の空気として仮焼炉３５に供給される。これにより仮焼炉３５での燃焼効率の向上が図られている。

なお、クーラ排気の一部は、図示はしないが、ボイラによって廃熱を回収された後にバグフィルタ等の集塵機を通過し、煙突から排気される。ボイラは、前記ＳＰ排気の廃熱を回収するボイラ６３と同じく、高温の水蒸気を蒸気タービンに供給して発電させる。

−汚泥処理設備の運転動作−
上述した汚泥処理設備１００は、基本的にセメントプラント２００の運転条件に拘束されず、脱水汚泥の毎日の処理計画に基づいて運転される。すなわち、予定されている１日の処理量に応じて、脱水汚泥の気流乾燥機１への時間当たりの投入量が決定され、これにより汚泥ポンプ５の動作速度が制御される。汚泥ポンプ５により汚泥圧送ダクト６を圧送される汚泥ケーキは、気流乾燥機１の混合フィーダ１４において汚泥の乾粉と混合され、解砕機１０で解砕された後に循環ガスにより乾燥ダクト１１を吹き上げられる。

そして、サイクロン１２において遠心分離された汚泥の乾粉が乾粉受入タンク１３から搬出されて、乾燥汚泥ホッパ１７に投入される。この乾燥汚泥ホッパ１７内の汚泥の乾粉は、セメントプラント２００側の要求に応じて計量され、乾粉搬送ダクト１９を気流搬送されて、セメントの仮焼炉３５に吹き込まれる。この仮焼炉３５内にはキルン排気の上昇流が形成されているが、固形状の微粉炭および汚泥の乾粉はいずれも４秒程度、仮焼炉３５内に留まって良好に燃焼する。このことで、乾粉に含まれる有機物の発熱量を有効利用でき、仮焼炉３５への微粉炭の供給量を削減できる。また、ダイオキシンの生成も抑制できる。

一方、前記のようにサイクロン１２で分離された乾燥機排ガスは、その一部が熱風発生炉２２の手前で分流されて気流乾燥機１へ循環する一方、脱水汚泥の水蒸気を含んで体積の増大した乾燥機排ガスの残部は、熱風発生炉２２において高温に加熱され脱臭される。通常、６５０〜７００℃以上に加熱すれば完全に脱臭できるので、熱風発生炉２２においては放出される熱風の温度を計測し、これが例えば６５０℃以上になるように燃焼バーナ２２ａへの微粉炭の供給量を制御している。

熱風発生炉２２からの熱風、即ち高温の燃焼ガスおよび乾燥機排ガスは、熱交換器２６において循環ガスと熱交換し２００℃くらいまで温度が低下した状態で、第３排ガスダクト２８を流通し、セメント原料ミル６５の排気処理装置６６に導入される。この乾燥機排ガスは多量の水蒸気を含んでいるが、多量のＳＰ排気と混じり合って水蒸気濃度が低くなることから、排気処理装置６６のバグフィルタ６６ａで問題なく集塵処理できる。

つまり、本実施形態の汚泥処理設備１００によれば、気流乾燥機１で発生した乾燥機排ガスのうち、環境に放出する増加ガス分だけを熱風発生炉２２で加熱して脱臭しているので、熱風発生炉２２における燃料の消費を抑制できる。また、加熱脱臭した高温の乾燥機排ガスは、熱交換器２６で温度を低下させた後に、セメントプラント２００の排気処理装置６６を利用して集塵処理することができ、高温の乾燥機排ガスの熱量は、気流乾燥機１に循環する乾燥機排ガス（循環ガス）の昇温に役立てることができる。よって、多量の汚泥を処理してもセメントの製造プロセスに悪い影響を及ぼすことがなく、コストの上昇も抑制できる。

−第２の実施形態−
次に、本発明の第２の実施形態に係る汚泥処理設備について図２を参照して説明する。この第２の実施形態の汚泥処理設備では、乾燥汚泥ホッパ１７に一次貯留している汚泥の乾粉の一部を燃料として熱風発生炉２２に供給するとともに、この熱風発生炉２２に燃焼用空気としてクーラ排気を流入させるようにしているが、それ以外の構成については第１実施形態と同じなので、同じ符号１００を付する。また、それ以外の同じ構成の装置等にも同じ符号を付して、その説明は省略する。

より具体的に、この第２の実施形態の汚泥処理設備１００においては、汚泥の乾粉を気流搬送する乾粉搬送ダクト１９の途中に乾粉の分配装置７を設けて、取り出した乾粉を熱風発生炉２２への燃料供給装置２３に供給し、微粉炭と共に燃焼バーナ２２ａで燃焼させるようにしている。汚泥の乾粉を燃焼させることで、熱風発生炉２２への微粉炭の供給量を削減できる。なお、燃料供給装置２３とは別に、熱風発生炉２２内に乾粉を吹き込む乾粉専用の供給装置を設けてもよい。

また、前記の燃焼バーナ２２ａに燃焼用の空気を送るファン２４には、セメントプラント２００のエアクエンチングクーラ５０から高温のクーラ排気を搬送するクーラ排気ダクト８（排気ダクト）が接続されている。前記したようにクーラ排気は３００℃以上に昇温されているので、その一部を燃焼用の空気として燃焼バーナ２２ａに供給すれば、熱風発生炉２２への微粉炭の供給量を削減できる。

前記のように乾粉搬送ダクト１９から乾粉の一部を取り出して、燃料供給装置２３に供給する乾粉分配装置７が、乾粉を熱風発生炉２２に供給して燃焼させる乾燥汚泥供給装置を構成する。

−他の実施形態−
なお、上述した第１および第２の実施形態の説明は例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。例えば、前記各実施形態の汚泥処理設備１００では、脱水汚泥を気流乾燥機１によって乾燥させるようにしているが、気流乾燥機以外の乾燥機を用いてもよい。

また、前記各実施形態では汚泥の乾粉をセメントプラント２００の仮焼炉３５で燃焼させるようにしているが、乾粉をロータリキルン４０で燃焼させるようにしてもよいし、仮焼炉３５およびロータリキルン４０の双方で燃焼させるようにしてもよい。また、乾粉を仮焼炉３５、ロータリキルン４０の何れか一方で燃焼させる場合でも、乾粉の一部は他方で燃焼させてもよいし、乾粉の一部をサスペンションプレヒータ３０に投入してもよい。

また、前記各実施形態では、汚泥処理設備１００から乾燥機排ガスを搬送する第３排ガスダクト２８の下流端が、セメントプラント２００の排気ライン６０においてセメント原料ミル６５と排気処理装置６６との間に接続されているが、これに限らず、例えばボイラ６３とセメント原料ミル６５との間に接続してもよいし、サスペンションプレヒータ３０からの出口に接続してもよい。

さらに、前記各実施形態においては乾燥機排ガスを熱風発生炉２２において高温に加熱して脱臭するようにしているが、例えばセメントプラント２００の仮焼炉３５やロータリキルン４０、エアクエンチングクーラ５０などの高温ガスを利用して加熱し脱臭するようにしてもよい。或いは乾燥機排ガスをセラミック触媒で脱臭したり化学吸着剤によって脱臭するようにしてもよい。

また、前記各実施形態では、熱風発生炉２２からの熱風（高温の燃焼ガスおよび乾燥機排ガス）を熱交換器２６において、気流乾燥機１に循環する乾燥機排ガスと熱交換させるようにしているが、これに限らず、例えば熱風を循環ガスと混合するなどして直接、脱水汚泥の気流乾燥に利用してもよい。この場合には集塵処理する乾燥機排ガスの温度を下げなくてはならないので、例えばボイラで熱回収するようにしてもよい。

また、前記第２の実施形態では、汚泥の乾粉を燃料として熱風発生炉２２の燃焼バーナ２２ａに供給するとともに、燃焼用空気としてクーラ排気を供給するようにしているが、乾粉の供給およびクーラ排気の供給のいずれか一方のみとしてもよい。

−セメントプラントの他の形態−
さらにまた、セメントプラント２００の構成についても前記の各実施形態に限定されることはなく、本発明にかかる汚泥処理設備は、例えば図３〜６（変形例１〜４）に示すような種々のセメントプラントにも適用できる。なお、以下に例示するセメントプラントは、それぞれ前記各実施形態のものと異なる点はあるものの、全体的な構成は同じなので、同じ符号２００を付する。また、セメントプラント２００を構成する装置や部材についても同一の場合は同一の符号を付して、その説明は省略する。

具体的に図３に示すセメントプラント２００（変形例１）には、サスペンションプレヒータ３０や仮焼炉３５を循環する間にガス中の塩素分やアルカリ分が濃縮されることを防ぐために、バイパスライン６７が設けられている。このバイパスライン６７は、下端部が仮焼炉３５の下部等に接続されてガスの一部を抽出し、冷却器６７ａで冷却した後にサイクロン６７ｂに送ってダストを分級する。冷却器６７ａにはファン６７ｃにより冷風が送られていて、抽気ガスを塩素化合物等の融点以下まで急冷することにより、抽気ガス中の塩素分あるいはアルカリ分を固体（ダスト）として分離する。

そして、サイクロン６７ｂにおいて抽気ガス中のダストが粗粉と微粉とに分級され、塩素分やアルカリ分が殆ど含まれていない粗粉は、サイクロン６７ｂの下端から落下し、一部を省略して示す戻しライン６７ｄによって仮焼炉３５へと戻される。一方、塩素分やアルカリ分の濃度が高い微粉は、サイクロン６７ｂから吸い出される抽気ガスに乗って排気ダクト６７ｅから集塵機６７ｆに流入し、集塵機６７ｆにて捕集される。集塵機６７ｆを通過した抽気ガスは、送風機６７ｇを経て仮焼炉へ戻されるか、別の排ガス処理設備へ送られる。

次に、図４に示すセメントプラント２００（変形例２）では、サスペンションプレヒータ３０が２系統に分かれていて、各系統毎に一例として５段のサイクロン３１を備えている。図の左側の系統には下段からキルン排気が吹き込まれるようになっており、仮焼炉３５が設けられていないことを除けば、前記した第１、第２実施形態のサスペンションプレヒータ３０と同じ構成である。

一方、図の右側の系統には仮焼炉３５が設けられているが、ここにはキルン排気ではなく、エアクエンチングクーラ５０からの高温のクーラ排気が流入している。クーラ排気は、前記の第１、第２実施形態におけるキルン排気と同様に仮焼炉３５の下端に流入して、上方へと吹き上がっている（図には一点鎖線で示す）。このクーラ排気は仮焼炉３５内に導入される汚泥の乾粉と混ざり合い、これを燃焼させながらセメント原料を吹き上げて、最下段のサイクロン３１に至る。そして、一段ずつサイクロン３１を上昇して最上段のサイクロン３１から排気ライン６０に流出する。

また、図５に示すセメントプラント２００（変形例３）においては仮焼炉の構造が第１、第２実施形態と異なっている。すなわち、仮焼炉７０は、ロータリキルン４０の窯尻に設けられた混合室７１と、その下部に連通する旋回仮焼室７２とを有し、この旋回仮焼室７２には燃焼装置７３が配設されていて、石炭、天然ガス、重油等の燃焼による高温の燃焼ガスを噴出している。図示のように旋回仮焼室７２には、エアクエンチングクーラ５０からの高温のクーラ排気（空気）が旋回流として導入されるとともに、最下段の一つ上のサイクロン３１からは予熱されたセメント原料が供給される。

そのセメント原料が燃焼装置７３からの燃焼ガスを受けて仮焼されながら混合室７１へと移動し、ここでは下方からのキルン排気の噴流によって上方に吹き上げられる。すなわち、混合室７１ではキルン排気の流れにセメント原料を含んだ燃焼ガスの流れが合流し、両者が混じり合いながら上昇するようになる。この上昇流に乗って吹き上げられる間にセメント原料は十分に仮焼され、混合室７１の最上部の出口からダクトを介して最下段のサイクロン３１へと搬送される。なお、汚泥処理設備１００から搬送されてくる乾粉は、例えばロータリキルン４０の入り口から混合室７１の出口までの間、或いは旋回仮焼炉７２と混合室７１との間に導入すればよい。

さらに、図６に示すセメントプラント２００（変形例４）においては仮焼炉が設けられておらず、ロータリキルン４０の入り口に接続された立ち上がり管７５が上方に向かって延びていて、その上端部がサスペンションプレヒータ３０の最下段のサイクロン３１に接続されている。この立ち上がり管７５にセメント原料と汚泥の乾粉とがそれぞれ供給されて、キルン排気の噴流により吹き上げられる。乾粉は、キルン排気に含まれている酸素と反応して、立ち上がり管７５及びサスペンションプレヒータ３０の中で燃焼する。

その他、前記図３〜６に示すものも含めて実施形態のセメントプラント２００において、セメントの焼成炉はロータリキルン４０に限定されず、例えば流動層キルンであってもよい。

本発明によると、セメントの製造プロセスに極力、悪い影響を及ぼすことなく、既存のセメント製造設備に隣設した汚泥処理設備において多量の脱水汚泥を処理することができるから、産業上の利用性は高い。

１００ 汚泥処理設備
１ 気流乾燥機（乾燥機）
３ 乾燥汚泥搬送装置
４ 乾燥機排ガス搬送装置
７ 乾粉分配装置（乾燥汚泥供給装置）
８ クーラ排気ダクト
２０ 第１排ガスダクト（乾燥機排ガスの搬送経路）
２２ 熱風発生炉（脱臭装置）
２３ 燃料供給装置
２５ 第２排ガスダクト（乾燥機排ガスの搬送経路）
２６ 熱交換器
２７ 循環ダクト（循環路）

２００ セメントプラント（セメントの製造設備）
３０ サスペンションプレヒータ（予熱器）
３５ 仮焼炉
４０ ロータリキルン（焼成炉）
５０ エアクエンチングクーラ（ＡＱＣ）
６５ セメント原料ミル
６６ セメント原料ミルの排気処理設備
６６ａ バグフィルタ（集塵機）

Claims (8)

1. セメントの製造設備に隣設される汚泥処理設備であって、
   脱水汚泥を乾燥させる乾燥機と、
   前記乾燥機で乾燥させた乾燥汚泥を、前記セメントの製造設備におけるセメント原料の仮焼炉および焼成炉の少なくとも一方に搬送する乾燥汚泥搬送装置と、
   前記乾燥機で発生した乾燥機排ガスを、前記セメントの製造設備におけるセメント原料ミルの排気処理装置に搬送する乾燥機排ガス搬送装置と、を備え、該排気処理装置の集塵機によって前記乾燥機排ガスの集塵処理を行うことを特徴とする汚泥処理設備。
2. 前記乾燥機排ガスを搬送経路の途中で所定の温度以上に加熱して脱臭処理する脱臭装置が設けられている、請求項１に記載の汚泥処理設備。
3. 前記脱臭装置が、炉内で燃料を燃焼させて乾燥機排ガスを加熱する熱風発生炉である、請求項２に記載の汚泥処理設備。
4. 前記熱風発生炉で加熱された前記乾燥機排ガスが、前記乾燥機の熱源として利用されるように構成されている、請求項３に記載の汚泥処理設備。
5. 前記乾燥機排ガスの搬送経路には、乾燥機排ガスの一部を前記熱風発生炉の手前で分流させて前記乾燥機に循環させる循環路と、前記乾燥機排ガスの残部を前記熱風発生炉で加熱した後に、前記循環路を流通する乾燥機排ガスと熱交換させる熱交換器と、が設けられている、請求項４に記載の汚泥処理設備。
6. 前記乾燥機で乾燥させた乾燥汚泥の一部を、前記熱風発生炉に供給して燃焼させる乾燥汚泥供給装置を備える、請求項４または５のいずれかに記載の汚泥処理設備。
7. 前記セメントの製造設備の廃熱を利用して、高温のクーラ排気を前記熱風発生炉に燃焼用の空気として供給する排気ダクト、若しくは、高温のクーラ排気との熱交換により燃焼用の空気を加温するように構成された排気ダクト、のいずれかを備える、請求項４〜６のいずれか１つに記載の汚泥処理設備。
8. 汚泥の処理方法であって、
   前記汚泥を乾燥させる乾燥機をセメントの製造設備に隣設し、
   前記乾燥機で乾燥させた乾燥汚泥を、前記セメントの製造設備におけるセメント原料の仮焼炉および焼成炉の少なくとも一方に搬送する一方、
   前記乾燥機で発生した乾燥機排ガスは、前記セメントの製造設備におけるセメント原料ミルの排気処理装置に搬送して、該排気処理装置の集塵機により集塵処理することを特徴とする汚泥の処理方法。

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