JP2843762B2 - スクラバー排水の排熱利用方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水処理場等において
用いられるスクラバー排水の排熱利用方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場においては、下水汚泥を脱水
した脱水ケーキを乾燥したうえ焼却する処理が行われて
おり、これらの乾燥炉や焼却炉からの排ガスはスクラバ
ーにより処理されている。このスクラバー排水は高温の
排ガスとの接触により温水となっているが、通常は40〜
50℃程度の低温水であるために従来はほとんど熱源とし
ては利用されてこなかった。しかしスクラバー排水は下
水汚泥焼却処理システムの最終的な排熱量の半分以上を
占めるため、その有効利用が求められている。

【０００３】そこで本発明者は、スクラバーへの供給水
量を減少させる等の方法によってスクラバー排水温度を
60〜80℃と高め、これによってスクラバー排水の排熱利
用を可能とする技術を開発し、すでに特許出願済みであ
る。この出願においては、スクラバー排水から回収され
た排熱により脱水ケーキを予熱することが示唆されてい
る。しかしその後の研究により、単にスクラバー排水を
熱交換器に通して脱水ケーキとの間で熱交換を行わせて
も、脱水ケーキは50℃程度に予熱されるのみであり、十
分な効果が得られないことが判明した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、スクラバー排水の排熱をより効果的
に脱水ケーキの予熱に利用することができるスクラバー
排水の排熱利用方法を提供するためになされたものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明は、脱水ケーキを乾燥または焼却す
る炉の高温の排ガスと接触することにより温水となった
スクラバー排水を、ヒートポンプの低温側熱交換器、水
−水式熱交換器の排水用熱交換器の順に通すとともに、
この炉に送られる脱水ケーキを上記とは逆に水−水式熱
交換器の脱水ケーキ用熱交換器、ヒートポンプの高温側
熱交換器順に通し、ヒートポンプの低温側熱交換器から
高温側熱交換器に熱を移動させ、また水−水式熱交換器
の排水用熱交換器から脱水ケーキ用熱交換器に熱を移動
させて脱水ケーキを予熱することを特徴とするものであ
る。なおスクラバー排水温度をＴとしたとき、熱交換器
の出口における脱水ケーキ温度ｔ₂ を（Ｔ−25）〜（Ｔ
−11) ℃とし、ヒートポンプの出口における脱水ケーキ
温度ｔ₃ を（Ｔ＋10）〜（Ｔ＋30) ℃とすることが好ま
しい。

【０００６】

【作用】本発明によれば、スクラバー排水からの排熱回
収手段としてヒートポンプと熱交換器を組み合わせて使
用したので、後記する実施例に示されるように、それぞ
れの排熱回収手段の特性を利用して、脱水ケーキを経済
的に高温まで予熱することが可能となる。

【０００７】

【実施例】以下に本発明を図示の実施例により更に詳細
に説明する。図１は本発明を実施するための装置の一例
を示す系統図であり、１は脱水ケーキを150t/ 日の割合
で燃焼させる焼却炉、２はその排ガスにより焼却炉１の
燃焼用空気を予熱する第１の空気予熱器、３は白煙防止
用空気を加熱する第２の空気予熱器である。また４は排
ガス中のダストを分離するサイクロン、５は乾式電気集
塵機、６はスクラバーである。焼却炉１の排ガスは実施
例では800 ℃であり、これらの各機器を図中に示した温
度で通過して270 ℃でスクラバー６に入り、約40℃で湿
式電気集塵機７を通過して煙突８から大気中に放出され
る。

【０００８】本発明では、スクラバー６から排出される
スクラバー排水の温度Ｔは通常よりも高温の60〜80℃と
される。このためには、例えばスクラバー６への供給水
の流量を減少させたり、供給水を予熱する等の適宜の手
段を取ることが必要である。スクラバー排水の温度Ｔを
80℃よりも高温とすることは種々の手段を用いても難し
く、また60℃よりも低くすると従来と同様に、十分な熱
回収が行えなくなる。実施例ではスクラバー排水の温度
Ｔは70℃、その流量は70m³/hである。

【０００９】スクラバー排水はまずヒートポンプ９を通
り、次に熱交換器10を通って熱回収される。また脱水ケ
ーキはこれとは逆に、熱交換器10、ヒートポンプ９の順
に通過し、この間にスクラバー排水からの回収熱により
予熱される。ヒートポンプ９は冷凍機の原理を逆に利用
して低温の物体から高温の物体へ熱を移動させる装置で
あり、ここでは電動式の圧縮式ヒートポンプが用いられ
ている。ヒートポンプ９は低温側熱交換器11と、高温側
熱交換器12とを備えており、スクラバー排水はこの低温
側熱交換器11を通過する間に熱回収される。そして低温
側熱交換器11で回収された熱は高温側熱交換器12にヒー
トポンプ９により移動され、高温側熱交換器12を通過す
る脱水ケーキが予熱される。

【００１０】前記したように、本発明ではヒートポンプ
９の出口における脱水ケーキ温度ｔ₃ を（Ｔ＋10）〜
（Ｔ＋30) ℃の範囲内とすることが好ましい。その理由
は次の通りである。すなわち一般にヒートポンプは、Ｃ
ＯＰ＝ヒートポンプ出力／ヒートポンプ動力として定義
されるＣＯＰ（成績係数）の値が３以上でなければ経済
性がないと言われる。これは一般的な発電効率が約30〜
40％(1/3) であるから、ＣＯＰが３以下では燃焼による
直接的な加熱の方が熱効率がよいこととなるためであ
る。通常の場合には、ヒートポンプはＣＯＰが５〜６の
範囲で使用される。

【００１１】ところで、ヒートポンプのＣＯＰはヒート
ポンプの昇温幅が大きくなるほど低下し、ＣＯＰを５〜
６とするためにはヒートポンプ９の昇温幅は30〜40℃の
範囲となる。しかしこの値はヒートポンプ９の本体部分
における昇温幅であり、実際には低温側熱交換器11と高
温側熱交換器12とにおける温度低下が合わせて10〜20℃
必要とされるので、ヒートポンプ９の出口における脱水
ケーキ温度ｔ₃ はスクラバー排水の温度Ｔよりも10〜30
℃高い温度、すなわち（Ｔ＋10）〜（Ｔ＋30) ℃の範囲
内の温度とすることが好ましい。実施例ではＴ＝70℃で
あり、脱水ケーキ温度ｔ₃ ＝85℃である。なお、この間
にスクラバー排水の温度は１〜５℃程度低下し、Ｔ₁ ＝
（Ｔ−１）〜（Ｔ−５）℃となる。

【００１２】ヒートポンプ９を出たスクラバー排水が次
に通過する熱交換器10としては、図示のように排水用熱
交換器13と脱水ケーキ用熱交換器14とを組み合わせた水
−水式熱交換器を使用することが好ましい。これはスク
ラバ排水中にはダストや各種イオンが大量に含まれるた
め、温水を媒体とする間接加熱が適当であるためであ
る。ここでは排水用熱交換器13として、プレート式熱交
換器が使用されている。

【００１３】ここで用いた水−水式熱交換器における取
り出し温度は、熱源温度Ｔ₁ 〔即ち（Ｔ−１）〜（Ｔ−
５）℃〕よりも５〜10℃低温であるのが普通である。取
り出し温度が高くなるほど回収熱量が増え、ヒートポン
プ９での加熱の割合が少なくて済むため経済性がよい。
しかし取り出し温度を高くするためには伝熱面積を大き
くする必要があり、熱交換器10を大型化する必要があ
る。従って、２台の排水用熱交換器13と脱水ケーキ用熱
交換器14とを組み合わせた場合には、熱源温度Ｔ₁ より
も（５〜10℃）×２＝10〜20℃だけ低い取り出し温度と
するのが適当であり、その結果として熱交換器10の出口
における脱水ケーキ温度ｔ₂ は（Ｔ−１）〜（Ｔ−５）
℃よりも10〜20℃だけ低い（Ｔ−25）〜（Ｔ−11) ℃と
するのが適当である。実施例では、Ｔ₁ ＝68℃であり、
脱水ケーキ温度ｔ₂ ＝50℃となっている。

【００１４】このように、本発明においてはスクラバー
排水温度Ｔが60〜80℃の場合、常温（t₁＝20℃) の脱水
ケーキを熱交換器10においてｔ₂ ＝35〜69℃まで加熱
し、さらにヒートポンプ９で80〜100 ℃まで加熱するこ
とが好ましい。

【００１５】以上に説明した本発明の効果を確認するた
め、次の３つのケースについてエネルギーコストを比較
した。まずのケースは、スクラバー排水からの排熱回
収を行わず、20℃の脱水ケーキを直接焼却炉に投入した
場合である。のケースは熱交換器10のみを用いてスク
ラバー排水からの排熱回収を行い、脱水ケーキを50℃ま
で予熱したうえ焼却炉に投入した場合である。のケー
スは、図１の実施例と同様にヒートポンプ９と熱交換器
10とを併用し、脱水ケーキを85℃まで予熱したうえ焼却
炉に投入した場合である。

【００１６】なお、焼却炉１としては流動炉を使用し、
その処理量は150t/ 日である。脱水ケーキは高分子薬注
汚泥であり、水分は77％、高位発熱量は4000kcal/kg-DS
である。またスクラバー排水温度Ｔ＝70℃、焼却炉１で
使用される重油料金は１リットル当り60円、ヒートポン
プ９の運転のための電気料金は１kW当り20円とした。各
ケースのエネルギーコストを表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のスクラ
バー排水の排熱利用方法によれば、ヒートポンプと熱交
換器の特性を利用して、スクラバー排水の排熱により脱
水ケーキを経済的に高温まで予熱することが可能とな
る。この結果、ヒートポンプの動力費を差し引いてもな
お焼却炉等における燃料費を大幅に節約することがで
き、下水処理場等におけるエネルギーコストの削減に大
きく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を説明する系統図である。

【符号の説明】

１ 焼却炉、２ 燃焼空気予熱器、３ 白煙防止空気予
熱器、４ サイクロン、５ 乾式電気集塵機、６ スク
ラバー、７ 湿式電気集塵機、８ 煙突、９ヒートポン
プ、10 熱交換器、11 低温側熱交換器、12 高温側熱
交換器、13排水用熱交換器、14 脱水ケーキ用熱交換器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脱水ケーキを乾燥または焼却する炉の高
   温の排ガスと接触することにより温水となったスクラバ
   ー排水を、ヒートポンプの低温側熱交換器、水−水式熱
   交換器の排水用熱交換器の順に通すとともに、この炉に
   送られる脱水ケーキを上記とは逆に水−水式熱交換器の
   脱水ケーキ用熱交換器、ヒートポンプの高温側熱交換器
   順に通し、ヒートポンプの低温側熱交換器から高温側熱
   交換器に熱を移動させ、また水−水式熱交換器の排水用
   熱交換器から脱水ケーキ用熱交換器に熱を移動させて脱
   水ケーキを予熱することを特徴とするスクラバー排水の
   排熱利用方法。
2. 【請求項２】 スクラバー排水温度をＴとしたとき、熱
   交換器の出口における脱水ケーキ温度ｔ₂ を（Ｔ−25）
   〜（Ｔ−11) ℃とし、ヒートポンプの出口における脱水
   ケーキ温度ｔ₃ を（Ｔ＋10）〜（Ｔ＋30) ℃とした請求
   項１に記載のスクラバー排水の排熱利用方法。
3. 【請求項３】 スクラバー排水温度Ｔを60〜80℃とした
   請求項１または２に記載のスクラバー排水の排熱利用方
   法。