JP3128784U

JP3128784U - 有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置

Info

Publication number: JP3128784U
Application number: JP2006009017U
Authority: JP
Inventors: 清水泰行; 善治柳; 近江谷由佳
Original assignee: 美濃加茂衛生株式会社; 熱分解システム研究所株式会社; ワームスウエア株式会社
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2016-11-06
Also published as: WO2008056459A1

Abstract

【課題】有機汚泥を燃料とし、有害物質が排出されず設置スペースが小さく、建設費も安価であり、エネルギ効率のよい給湯装置を提供する。
【解決手段】熱分解給湯装置は、有機汚泥を４０〜２０％の含水率の乾燥汚泥にする汚泥乾燥機２０と、この乾燥汚泥を酸素不足の状態で無火炎燃焼させて処理する熱分解炉３０と、該熱分解炉３０内に該乾燥汚泥を囲むように配置した熱交換器４０とで構成されている。そして、該熱交換器４０は汚泥乾燥機２０に蒸気を供給するボイラ５０に配管接続されている。汚泥乾燥機２０は、ボイラ５０からの蒸気によって加熱される加熱ドラム２２と、その表面に貼着した乾燥汚泥を掻き取る掻取刃とを備えている。また、熱分解炉３０は、炉内に取り入れる外気の量を調整可能な吸気部材３５を側壁に備え、炉内の底部に回収された乾燥汚泥の蒸留液を炉外へ取り出すための液取出口３９を備えている。
【選択図】図１

Description

本考案は、下水汚泥や食品加工工場から排出される有機汚泥を燃料とした給湯装置に関するものである。

例えば、下水汚泥は、一部は肥料などに再利用されているが、ほとんどは、脱水して濃縮汚泥にして焼却処分されている。焼却処分は無害な灰になるので後の問題がない点で優れた処理方法といえるが、濃縮汚泥は含水率が８０〜８５％もあり、重油を用いて焼却するなど焼却費用が嵩むという難点がある。そこで、焼却熱を利用して発電し、その電力を焼却システムに使用し、エネルギが少なくて処理できるようにしたものが開発されている（例えば、特許文献１）。

この焼却システムは、下水汚泥を機械的に脱水し自己熱燃焼可能な含水率（６５重量％程度）の脱水ケーキにし、これを流動焼却炉へ投入し、重油等の補助燃料を使用することなく自己熱燃焼により焼却する。そして、焼却炉からの排ガスにより蒸気を発生させる廃熱ボイラが付設されており、発生した蒸気は、高圧蒸気だめを介して蒸気タービンに送られ、発電を行うようにしている。

特開２００５−３２１１３１

特許文献１の下水汚泥処理装置は、脱水ケーキを焼却するための補助燃料が不要で、また、発電装置で得られた電気を汚泥焼却システムの運転電源として使用し、必要エネルギを少なくすることができる。
しかしながら、このシステムは、焼却炉などの装置が大掛かりで設置スペースが大きく、また、建設費が高価なものとなるという問題がある。さらに、有機汚泥を高温で焼却するので、ダイオキシンなど有害物質を出さないように、再燃焼などの装置を付設するとともに十分な管理を行って運転する必要がある。

そこで、本考案は、有機汚泥を燃料とし、有害物質が排出されず設置スペースが小さく、建設費も安価であり、エネルギ効率のよい給湯装置を提供することを目的としている。

本考案の有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置は、上記の目的を達成するため次の手段を採った。すなわち、有機汚泥を４０〜２０％の含水率の乾燥汚泥にする汚泥乾燥機と、該乾燥汚泥を酸素不足の状態で無火炎燃焼させる熱分解炉と、該熱分解炉内に該乾燥汚泥を囲むように配置した熱交換器と、該熱交換器に配管接続され該汚泥乾燥機に蒸気を供給するボイラとからなる熱分解給湯装置であって、該汚泥乾燥機は、該ボイラからの蒸気によって加熱される加熱ドラムと、該加熱ドラム面に貼着した乾燥汚泥を掻き取る掻取刃とを備え、該熱分解炉は、炉内に取り入れる外気の量を調整可能な吸気部材を側壁に備えるとともに、炉内の底部に乾燥汚泥の蒸留液が流下収集するように構成し、これを取出す液取出口を設けたことを特徴としている。

この有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置は、脱水して含水率が７５〜８５％の有機汚泥を、蒸気で加熱した加熱ドラムを有する汚泥乾燥機によって含水率を４０〜２０％の乾燥汚泥とし、これを熱分解炉によって補助燃料を用いずに酸素不足の状態で無火炎燃焼させる。そして、熱分解炉内に設置した熱交換器によって得た熱エネルギで該加熱ドラムを加熱するようにしたものである。

有機汚泥は、下水汚泥のほか、食品加工工場で排出される廃棄汚泥などが含まれる。
汚泥乾燥機は、蒸気で加熱される加熱ドラムを備えたものであればよく、縦形、横形などの形式や加熱ドラムの数は特に問わない。
熱分解炉の形状は直方体、円筒体など特に問わないが、炉内は外気と遮断され、側壁に設けた取入量を調整できる吸気部材によって外気を取り入れる。また、底部は乾燥汚泥の水分が蒸気となり炉内壁や熱交換器に付設したものが流下して収集されるように傾斜を持たせて構成するとよい。

汚泥乾燥機および熱分解炉は、それぞれ別個に作動させることができるが、請求項２に記載のように、熱分解給湯装置に有機汚泥を収容する汚泥タンクを備え、有機汚泥を該汚泥タンクから前記汚泥乾燥機の上部に設けた供給ホッパへ搬送する汚泥搬送手段と、前記汚泥乾燥機から乾燥汚泥を熱分解炉へ供給する乾燥汚泥供給手段を備え、自動的に有機汚泥を搬送するのが望ましい。なお、汚泥乾燥機と熱分解炉の処理量に差ができる可能性がある場合は、汚泥乾燥機と熱分解炉の間に乾燥汚泥タンクを設けるとよい。

熱交換器は、乾燥汚泥を囲むように配置したものであれば、その形式は特に問わないが、請求項３に記載のように、熱媒体を流通させる流路を形成させた略平板状の熱回収材を複数個配置するのがよい。熱回収材は、側壁から離して側壁に沿うように配置する。側壁から離す距離は、伝熱効率の点から、１０ｃｍ以上にするのが望ましい。なお、熱回収材は乾燥汚泥を囲むように配置するが、例えば、三方を囲むなど、周囲すべてを囲わなくてもよい。
熱回収材の構成は、内部に熱媒体を流通させる流路を形成させた略平板状のもので、ステンレスなど耐腐食性の強い材料を使用するとよい。なお、水を流通させる流路は、配管をつづら折に配置するなど適宜なものとすればよい。

本考案の有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置は、有機汚泥を４０〜２０％の含水率の乾燥汚泥にする汚泥乾燥機と、該乾燥汚泥を酸素不足の状態で無火炎燃焼させる熱分解炉と、該熱分解炉内に該乾燥汚泥を囲むように配置した熱交換器と、該熱交換器に配管接続され該汚泥乾燥機に蒸気を供給するボイラとから構成されているので、ダイオキシンなどの有害物質が排出されず、スペースが小さく、建設費も安価で運転費用もかからず経済的でエネルギ効率のよい給湯装置とすることができる。

また、上記の熱分解給湯装置に有機汚泥を収容する汚泥タンクを備え、有機汚泥を該汚泥タンクから前記汚泥乾燥機の上部に設けた供給ホッパへ搬送する汚泥搬送手段と、前記汚泥乾燥機から乾燥汚泥を熱分解炉へ供給する乾燥汚泥供給手段を備えることにより（請求項２）、自動的に有機汚泥を搬送して運転できる。

また、熱分解炉内に設置する熱交換器は、請求項３に記載のように、熱媒体を流通させる流路を形成させた略平板状の熱回収材を乾燥汚泥を囲むように複数個配置したものとすれば、安価で経済的なものとすることができる。流路は配管でもよいが、矩形の平板状の容器に形成し、上端に熱対流による高温の熱媒体を取り出す流出口を備えたものとすれば、より、簡便安価なものとすることができる。

本考案の有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置の実施の形態を、図１〜図１０に基づいて以下に具体的に説明する。
図１は、有機汚泥が下水汚泥の場合における本考案の実施例の熱分解給湯装置の全体を示す説明図である。
この熱分解給湯装置は、汚泥タンク１０と、汚泥乾燥機２０と、熱分解炉３０と、熱交換器４０と、ボイラ５０および温水タンク５５とで概略構成されている。

汚泥タンク１０は、脱水して含水率が８０〜８５％の下水汚泥を一時貯蔵するためのもので、汚泥乾燥機２０へ送り込む搬送手段としての送給ポンプ１１と送給管１２が設けられている。
汚泥乾燥機２０は、枠体２１の上部に送給管１２が連結された供給ホッパ２６を備え、ボイラ５０からの蒸気を内部に取り入れて表面を摂氏１００〜１２０度に加熱される２本の加熱ドラム２２と、この表面に貼着した乾燥汚泥を掻き取る掻取刃（図示してない）とを備えている。
図２は、汚泥乾燥機２０の全体を示す斜視図であり、２３は加熱ドラム２２を駆動するためのモータで、減速機を介して加熱ドラム２２へ連結されている。２４は減速軸の軸受け、２５はボイラ５０からの蒸気配管である。

下水汚泥は汚泥乾燥機２０で含水率４０〜２０％の乾燥汚泥とし、乾燥汚泥供給手段２７で次工程の熱分解炉３０の供給ホッパ３２へ運ばれる。なお、乾燥汚泥供給手段２７は、ここでは、フレックスコンベア（横桟の付いたベルトコンベア）を使用している。

熱分解炉３０は、乾燥汚泥を酸素不足の状態で無火炎燃焼させるもので、図３および図４に示すように、炉体３１は１．８ｍ×１．８ｍ×１．８ｍの立方体状である。側壁３１ａは断熱を図るため２重構造としている。
炉内の下部には炉体３１の底面より若干上の位置の左右に、断面が台形状の空調室３７が側壁３１ａ寄りに配置され、中央部の下端部には乾燥汚泥が載せられる底部材３８が設けられている。
空調室３７はそれぞれ側壁３１ａに固設された吸気部材３５と連通しており、外気を自然流入させている。そして、中央へ外気が放出される送出材３７ｂが複数個突設されている。吸気部材３５は、吸入量調整弁３５ａを備えており、取り入れる外気の量を制御できる。なお、本実施例では設けていないが、吸気部材３５の先端に永久磁石を設けて、外気を磁場を通して取り入れるようにすれば、よりダイオキシンなどの有害物質の生成を抑制できる。

また、内側壁や熱交換器に蒸着し流下した蒸留液が、底部材３８の下方の炉体３１底部に溜るように、空調室３７の裏側が若干空いており、また、空調室３７の上端中央寄りには囲い板３７ａが固設されている。そして炉体３１底部には蒸留液を炉外へ排出するための液取出口３９が設けられている。
また、側壁３１ａには、底部材３８より上側の位置にセラミック灰を取出す開口３６が設けられている。

炉体３１の上面には、乾燥汚泥が供給される供給ホッパ３２と、燃焼ガスを導入して処理する処理水槽３３とが設けられている。処理水槽３３には処理水を取出すための排出口３３ａと、処理済みの排気を放出するための煙突３３ｂが設けられている。なお、３３ｃは炉内のガスを処理水槽３３へ導くための煙道である。また、３２ａは乾燥汚泥の供給時に開口されるシャッタである。

一方、炉内の空調室３７の上側で側壁３１ａ寄りに熱交換器４０が配設されている。そして、側壁３１ａに熱媒体を供給するための水供給口４７と、取出すための熱水取出口４８が付設されている。
熱交換器４０は、図５に示すように、４個の熱回収材４０Ａをそれぞれ側壁から１０〜１５ｃｍ離して四方を囲むように配置し、上端をステー３４で側壁３１ａに支持している（図４参照）。
熱回収材４０Ａは、樋付板４０ａと覆い板４０ｃとからなり、重ね合わせて周囲を溶着している。なお、図５では覆い板４０ｃを外した状態で示している。また、４０ｆは炉壁に固定するための取付用孔である。

樋付板４０ａは、矩形の板に横に長い樋材４０ｂが一定の間隔で固設されたものであり、両端部は、交互に切欠かれている。そして、最上段の右端には吸入管４０ｄが付設されており、最下段の左端には流出管４０ｅが付設されている。
このように構成されているので、覆い板４０ｃが溶着された状態では、熱回収材４０Ａの吸入管４０ｄ（＝水供給口４７）から供給された水は最上段の樋材４０ｂに仕切られた樋を左方へ流れ、左端で次の下の段に移動して右方へ流れ、右端では次の段へ移動し最下段で流出管４０ｅから排出される。そして、流出管４０ｅは隣接する熱回収材４０Ａの吸入管４０ｄにホース４０ｇで連結されているので、熱媒体である水は隣りの熱回収材４０Ａへ流れ、同様にして次の熱回収材４０Ａへと流れ、流出管４０ｅ（＝熱水取出口４８）からボイラ５０および温水タンク５５へ送り出される。
なお、熱回収材４０Ａはそれぞれ、側壁３１ａに支持されており、互いに連結されてはいない。

ボイラ５０は、図示してない高圧蒸気溜を備え、熱交換器４０で乾燥汚泥の処理により加熱された温水（摂氏９０〜９５度）を取り入れ、これを加熱して発生した蒸気を汚泥乾燥機２０の加熱ドラム２２へ送り込んでいる。温水タンク５５は、熱交換器４０からの温水を貯留するもので、風呂や洗面所などとも配管で連結されている。

このように、構成された熱分解給湯装置の作用について次に説明する。なお、熱分解給湯装置は、ここでは、下水処理場に設置されたものとして説明する。
随時脱水された下水汚泥は、汚泥タンク１０へ送られ貯留される。貯留された下水汚泥は、送給ポンプ１１によって汚泥乾燥機２０の供給ホッパ２６へ送り込んでいる。
なお、供給ホッパ２６はある程度下水汚泥を貯留できるので、これが所定量以下になったとき、送給ポンプ１１が作動するようにしている。

下水汚泥は、回転している２個の約摂氏１００〜１２０度の加熱ドラム２２へ上方から供給され、一定の厚さで加熱ドラム２２に吸着して乾燥する。そして図示してない掻取刃で掻き取られ、含水率が４０〜２０％の乾燥汚泥となる。
この乾燥汚泥は、乾燥汚泥供給手段２７によって熱分解炉３０へ所定量連続して送られる。

熱分解炉３０の底部材３８上に供給された乾燥汚泥は、炉内で酸素不足の状態で無火炎燃焼させる。できるだけ、良好な燃焼が行われるように、炉内温度を見ながら、乾燥汚泥の供給量や、吸気部材３５の吸入量調整弁５ａを調整して吸入外気を制御する。
なお、最初に乾燥汚泥に点火するときは、開口３６を開けて種火（例えば、新聞紙を丸め着火したもの）を直接乾燥汚泥に投入する。

乾燥汚泥は、この無火炎燃焼してセラミックス灰になる。投入された乾燥汚泥は処理が進むにつれ、体積が極端に減少（約１／３００）し下降するので、セラミック灰は頻繁に取出さなくてもよい。
炉内温度は無火炎燃焼によって摂氏３００〜３５０度となり、上方に積み重なっている乾燥汚泥は加熱されて水分が蒸発するとともに乾留ガスが発生する。

この蒸気は、側壁内面や熱交換器４０の側面に蒸留液として付着し、流下して底部材３８下部へ導かれ、液取出口３９から炉外へ排出される。また、炉内に発生した乾溜ガスは、煙道３３ｃをとおり、処理水槽３３へ導かれ、この中を循環して未燃性ガスが除去され、煙突３３ｂから排出される。なお、処理水槽３３内に貯水された水は、木酢と同様なものである。この水は、排出口３３ａから取出される。なお、この水は、凝集剤で固めて再度熱分解炉３０に投入して燃やすこともできる。

熱交換器４０に供給された水（ここでは井戸水を使用）は、循環しながら周囲から熱を吸収して昇温し熱水取出口４８から取り出される。この温水はボイラ５０および温水タンク５５へ送られる。なお、取出される温水は、摂氏９０〜９５度になるように、熱水取出口４８の取り出す量を制御している。

ボイラ５０では、この温水を加熱して蒸気にする。そして、これを汚泥乾燥機２０の加熱ドラム２２へ送り込み、その表面を加熱している。また、温水タンク５５に送られた温水は、暖房に使用するほか、風呂や洗面に使用するなど自由である。
なお、炉内温度は通常、３５０度Ｃより高くはならないので、熱交換器４０の耐熱に対する対策は特に必要とはしない。

次に、熱交換器の別の実施例を、図６〜図１０に基づいて説明する。
図６の熱交換器４１は、上記と同様、樋付板４１ａに覆い板４１ｃを重ね合わせて溶着した熱回収材４１Ａを４枚で構成している。
樋付板４１ａは、矩形の板にプレスによって横に長い半円状の樋部４１ｂを一定の間隔で形成するとともに、両端部は、継ぎ部が形成されている。そして、覆い板４１ｃが固設された状態では、桶部４１ｂの谷の部分が覆い板４１ｃに連続して溶着している。なお、４１ｆは熱回収材４１Ａを炉壁に固定するための取付用孔である。

このように構成されているので、上記の実施例と同様に熱媒体が熱回収材４１Ａを順次移動して加温されて取出される。なお、上記の実施の形態では、覆い板４１ｃは平板状のものとしたが、これも樋付板４１ａと同じものとして、流路を略円形としてもよい。

図７に示す熱交換器４２は、平板状の基材４２ｃに四方の端部が折り曲げられた皿状の容器材４２ａが溶着され、薄い直方体の容器を形成し、内部に補強材４２ｂが水平に２個固設された熱回収材４２Ａを上記と同様、４枚から構成されている。
そして、上端部の一方に吸入管４２ｄが、他方には流出管４２ｅが固設されている。吸入管４２ｄは、先端部は容器材４２ａの底部まで延設されている。なお、４２ｆは熱回収材４２Ａを炉壁に固定するための取付用孔である。

このように構成されているので、最上段の右端に固設された吸入管４２ｄ（＝水供給口４７）から供給された水は熱回収材４２Ａの底部へ供給され、炉内の温度によって暖められ温度の高いものが熱対流によって上昇する。補強板４２ｂはその端部側が交互に切欠かれ、吸入管４２ｄの供給水が流出管４２ｅへ短絡しないように邪魔板としても機能する。熱回収材４２Ａの流出管４２ｅは、隣りの熱回収材４２Ａの吸入管４２ｄに連結されているので、熱媒体である水は隣の熱回収材４２Ａ順次流れ、熱水取出口４８から系外へ取り出される。

図８に示す熱交換器４３は、熱回収管４３ａを略正方形状に巻回し螺旋状に上方へ重ねて配置している。なお、４３ｂは支柱であり、熱回収管を正方形状に巻回し易くするためのガイドとなり、また、形状を保持するように補強するものである。
図９に示す熱交換器４４は、図８の別の実施例を示すもので、熱回収管４４ａは横方向へ二重になるように順次折り返しながら配置している。なお、図９では一辺しか記載してないが、四方とも設けられている。
図１０に示す熱交換器４５は、熱回収管４５ａを縦方向へ順次折り返しながら炉内の側壁に沿わせて、配置されている。

なお、上記の実施態様では、一つの熱回収材から流出したものを、隣の熱回収材へ順次供給するようにしたもので説明したが、各熱回収材毎に熱媒体を供給して回収するようにしてもよい。

請求項１の考案の熱分解給湯装置の実施の形態を示す全体説明図である。同、汚泥乾燥機を示す斜視図である。同、熱分解炉を示す斜視図である。同、熱分解炉の断面図である。同、熱交換器の斜視図である。同、熱交換器の別の例を示す斜視図である。同、熱交換器の別の例を示す斜視図である。同、熱交換器の別の例を示す斜視図である。同、熱回収管の別の例を示す斜視図である。同、熱回収管の別の例を示す斜視図である。

符号の説明

１０汚泥タンク
１１送給ポンプ
１２送給管
２０汚泥乾燥機
２１枠体
２２加熱ドラム
２３モータ
２４軸受け
２５蒸気配管
２６供給ホッパ
２７乾燥汚泥供給手段
３０熱分解炉
３１炉体
３１ａ側壁
３２供給ホッパ
３２ａシャッタ
３３処理水槽
３３ａ排出口
３３ｂ煙突
３３ｃ煙道
３４ステー
３５吸気部材
３５ａ吸入量調整弁
３６開口
３７空調室
３７ａ囲い板
３７ｂ送出材
３８底部材
３９液取出口
４０熱交換器
４０Ａ熱回収材
４０ａ樋付板
４０ｂ樋材
４０ｃ覆い板
４０ｄ吸入管
４０ｅ流出管
４０ｆ取付用孔
４０ｇホース
４１熱交換器
４１Ａ熱回収材
４１ａ樋付板
４１ｂ桶部
４１ｃ覆い板
４１ｄ吸入管
４１ｅ流出管
４１ｆ取付用孔
４１ｇホース
４２熱交換器
４２Ａ熱回収材
４２ａ容器材
４２ｂ補強材
４２ｃ基材
４２ｄ吸入管
４２ｅ流出管
４２ｆ取付用孔
４３熱交換器
４３ａ熱回収管
４３ｂ支柱
４４熱交換器
４４ａ熱回収管
４５熱交換器
４５ａ熱回収管
４７水供給口
４８熱水取出口
５０ボイラ
５５温水タンク

Claims

有機汚泥を４０〜２０％の含水率の乾燥汚泥にする汚泥乾燥機と、該乾燥汚泥を酸素不足の状態で無火炎燃焼させる熱分解炉と、該熱分解炉内に該乾燥汚泥を囲むように配置した熱交換器と、該熱交換器に配管接続され該汚泥乾燥機に蒸気を供給するボイラとからなる熱分解給湯装置であって、該汚泥乾燥機は、該ボイラからの蒸気によって加熱される加熱ドラムと、該加熱ドラム面に貼着した乾燥汚泥を掻き取る掻取刃とを備え、該熱分解炉は、炉内に取り入れる外気の量を調整可能な吸気部材を側壁に備えるとともに、炉内の底部に乾燥汚泥の蒸留液が流下収集するように構成し、これを取出す液取出口を設けたことを特徴とする有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置。
前記熱分解給湯装置に有機汚泥を収容する汚泥タンクを備え、有機汚泥を該汚泥タンクから前記汚泥乾燥機の上部に設けた供給ホッパへ搬送する汚泥搬送手段と、前記汚泥乾燥機から乾燥汚泥を熱分解炉へ供給する乾燥汚泥供給手段を備え、自動的に有機汚泥を搬送することを特徴とする請求項１記載の有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置。
前記熱交換器は、熱媒体を流通させる流路を形成させた略平板状の熱回収材を炉内に側壁から離して乾燥汚泥を囲むように複数個配置したことを特徴とする請求項１記載の有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置。