JP3194861B2 - 有機汚泥の炭化処理方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市下水などの有
機廃水の処理に伴って発生する有機汚泥の炭化処理方法
及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機汚泥の有効利用法について、コンポ
スト化処理や炭化処理などが検討されているが、まだ普
及するに至っておらず、有機汚泥の大部分は、埋立処分
や焼却処分など費用をかけて廃棄処分をしているのが現
状である。

【０００３】有機汚泥は、有機廃水の生物学的処理に伴
って増殖した微生物の集合体であるため炭化処理に適し
た原料である。有機汚泥を原料として得られる炭化製品
は、土壌改良材や保水材として利用することができ、植
物の根の発育に役立つバクテリアが繁殖、肥料の保持
性、農薬の吸着効果などの優れた性質を備えている。そ
の他、調湿材、脱臭剤などの広い用途に適用可能であ
る。

【０００４】有機汚泥の炭化処理するためには、有機汚
泥をペレット化したものを原料として炭化炉内に充填
し、これを加熱して炭化処理を行う。炭化の方法及び装
置には、古くからある炭焼きの原理を利用することがで
きる。まず炭化炉内に充填した原料ペレットにＬＰＧな
どの補助燃料を用いて着火した後、緩やかな自然吸排気
によって原料ペレットを自己燃焼させ、着火領域が原料
充填層の全体に進行した段階で炭化炉の吸排気口を閉鎖
し、炭化炉を密閉状態でそのまま放置して自然冷却し、
炭化ペレットが十分に冷却された時点で出炭し、炭化製
品となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の炭化処理では、
炭化炉を密閉した後の自然冷却に長い時間がかかる。自
然冷却に要する時間は炭化炉の容量によって変わるが、
原料ペレットの充填容量が３〜５ｍ³の炭化炉では自然
冷却に３〜４日かかる。炉内に窒素ガスなどの不活性ガ
スを吹き込むことにより冷却時間を短縮できるが費用が
かかる。

【０００６】本発明は、密閉後の炭化炉の冷却時間を短
縮すると共に良質の炭化製品が得られるようにした、有
機質汚泥の炭化処理方法及びその装置を提供することを
課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、特許請求
の範囲の各請求項に記載した事項によって達成すること
ができる。即ち、本発明の有機汚泥の炭化処理方法は、
請求項１に記載のとおり、着火領域が原料ペレット充填
層全体に進行した段階で炭化炉を閉鎖した後、炉内ガス
を充填層に強制循環させることを特徴としている。高温
の炉内ガスが残存酸素を消費しながら充填層内を循環す
ることにより原料ペレットの炭化が均一化する。

【０００８】上記の炉内ガスの強制循環過程において、
循環経路での放熱によっても充填層の冷却が促進される
が、請求項２に記載のとおり、前記の酸素欠乏状態とな
った炉内ガスを冷却しながら強制循環することにより、
炭化処理終了後の炭化炉の冷却をさらに急速に進めるこ
とができる。

【０００９】前記の炭化方法は、具体的には、請求項３
に記載のとおり、下向き燃焼型の縦型炭化炉に原料ペレ
ットを充填してバーナーにより原料充填層の上部に着火
した後、バーナーを停止して自然吸排気により原料ペレ
ットを自己燃焼させて着火領域を充填層の上部から下部
へと進行させ、着火領域が充填層の下端部にまで進行し
た段階で吸排気を停止した後、酸素欠乏状態となった炉
内ガスを炉外で冷却しながら充填層に強制循環するもの
である。

【００１０】上記の炭化処理方法で用いる原料ペレット
は、請求項４に記載のとおり、有機廃水の生物学的処理
によって発生する有機質汚泥を、含水率１０〜２０％ま
で乾燥した後、ペレット状に圧縮成形したものである。
従来のペレットに比べてペレットの密度を高くできるた
め、硬い良質の炭化製品が得られる。

【００１１】本発明の有機汚泥の炭化処理装置は、請求
項５に記載のとおり、原料充填層の上方に着火用バーナ
ーと吸気口を有し、原料充填層の下方に煙突に接続する
排気口を有する下向き燃焼型の炭化炉において、前記排
気口と吸気口との間に、炉内ガスを原料充填層に下向き
に強制循環させるための炉内ガス循環経路を設けたこと
を特徴としている。この循環経路を設けたことにより上
記の炭化処理方法の実施が可能となる。そして、請求項
６に記載のとおり、前記循環経路内に冷却器を設けるこ
とにより炭化処理後の充填層の冷却を急速に進めること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１〜図３に本発明の有機汚泥の
炭化処理方法の及び装置の実施形態を示す。まず、図
２、図３により従来の炭化処理方法を説明する。炭化処
理を行う炭化炉１は下向き燃焼形の縦型炉である。炉本
体２は外周が断熱材３で覆われた円筒形で、炉本体２の
上部側面には燃焼用空気を取り入れる吸気口４、下部側
面には燃焼ガスの排気孔５が設けられ、炉本体２内部に
は炉床６の上部に原料ペレット７を充填した充填層８を
形成し、炉本体２の頂部には充填層８の上部に着火する
ためのバーナー９が設けられている。

【００１３】運転当初は、図２に太線で示すように、吸
気弁１０を開いた状態でブロワー１１を起動し給気配管
１２を通じて送られる燃焼用空気と、ＬＰＧタンク１３
から供給されるプロパンガスなどの補助燃料を混合器１
４で混合しながらバーナー９に送って燃焼させる。

【００１４】バーナー９の火炎によって着火した充填層
８の表層部の着火領域１５では、原料ペレット７の炭化
が表面から中心に向かって進行し、着火領域１５を通過
した高温ガスは下部の原料ペレット７を加熱しながら充
填層８内を下向きに通過して排気口５を出て煙突１６か
ら大気中に放出される。このとき流量計１７、１８を監
視しながら給気弁１９及び補助燃料供給弁２０の開度を
調節して、補助燃料と空気の空気比が低くなるようし、
過剰空気による原料ペレット７の灰化を少なくする。

【００１５】充填層８の上層部で着火領域１５がある程
度進行すると、弁２０を閉じて補助燃料の供給を停止す
ると共にブロワー１１を停止して、吸気弁１０及び給気
弁１９を閉じバーナー９の燃焼を停止する。

【００１６】次に、図３に太線で示すように、吸気弁２
１を開いて吸気口４から炉本体２の内部に吸引される空
気により原料ペレット７の自己燃焼を開始する。煙突１
６の出口を炭化炉の炉本体２より十分高くしておくこと
により、煙突１６内を上昇する高温排ガスのドラフト効
果によって吸気口４から炉本体２の内部に空気が吸引さ
れ、自然対流による原料ペレット７の自己燃焼を継続す
ることができる。

【００１７】原料ペレット７の自己燃焼により充填層８
内の着火領域１５が下に向かって進行し、着火領域１５
では原料ペレット７の炭化が表面から中心部に向かって
進行する。このとき流量計２２を監視しながら吸気弁２
１の開度を調節して、吸引空気量を原料ペレット７の自
己燃焼に必要な最小限度以下の空気量に調節して緩やか
に炭化を進め、過剰空気による原料ペレット７の灰化を
最小限度に抑える。

【００１８】炉本体２の側壁部に一定高さごとに設けた
複数の温度計２３で充填層８の各高さの温度を検知する
ことにより、充填層８内の着火領域１５の進行状況を把
握することができる。着火領域１５が充填層８の下端部
にまで進行した段階、即ち、充填層８下部の温度がほぼ
一定温度（例えば７００℃）に達したとき、吸気弁２１
及び排気弁２４を閉じて炭化炉１を密閉する。従来はこ
の状態で自然冷却し炭化した原料ペレット７を炉外に取
り出す。充填層８の容量が３〜５ｍ³程度の炭化炉で
は、上記の約２４時間かけて上記の炭化処理を行い、自
然冷却に３〜４日を要している。また、炭化炉を密閉し
た後、炉内ガスが殆ど動かないため充填層８の下部では
原料ペレット７の中心まで十分に炭化が進行せず炭化が
不均一となることがある。

【００１９】本発明の炭化処理装置は、図１に太線で示
すように、炭化炉１の排気口５と吸気口４との間に炉内
ガスの循環経路２５を設けて、ブロワー１１により炉内
ガスを充填層８内を下向きに強制循環できるようになっ
ており、循環経路２５には冷却器２６が接続されてい
る。

【００２０】充填層８の着火領域１５が下端部に達し、
吸気弁２１と排気弁２４を閉じて１〜２時間放置する
と、充填層８内のガスは酸素欠乏状態（酸素濃度２〜３
％）となるが、循環経路２５上の弁２７及び２８を開
き、ブロワー１１を稼働して炉内ガスを排気口５から吸
気口４に強制循環して充填層８内を下向きに通過させる
ことにより、充填層８の余熱と残存酸素の消費により、
充填層８下部の原料ペレット７の炭化をさらに促進させ
ることができる。

【００２１】この強制循環により循環系内のガスが酸素
欠乏状態となった段階で、循環経路上の弁２９を閉じ、
冷却器２６の入口弁３０を開いて、炉内ガスを冷却器２
６に通して循環させることにより充填層８の温度が急激
に低下し、従来の自然冷却に比べて短期間で出炭できる
状態となる。冷却器２６は空気又は水による間接冷却で
ある。このとき、冷却器２６の冷却能力及び弁２８の開
度調節により循環速度を調整して、炭化した原料ペレッ
ト７が熱衝撃で割れないようにする。このように炉内ガ
スを冷却しながら充填層８内に強制循環することによ
り、充填層８の容量が３〜５ｍ³の炭化炉では、約２４
時間で出炭可能な温度まで冷却することができる。

【００２２】炭化処理の対象となる有機汚泥の原料ペレ
ットは、脱水した有機質汚泥を含水率１０〜２０％まで
乾燥したものを、例えば直径５〜１０mm、長さ１０〜２
０mmのペレット状に圧縮成形したものである。含水率５
０％以上で成形した後に乾燥を行う従来のペレットでは
乾燥過程でペレットが収縮し、水分の抜けあとに空隙が
生じて密度が小さいため、圧密強度が低く炭化時に割れ
が生じやすくなるのに対し、上記のように乾燥後に成型
することによりペレットの密度が高くなるため、炭化時
の割れが少く、硬い良質の炭化製品が得られる。なお、
原料ペレットは、有機汚泥にオガクズや廃油などの他の
有機物原料を添加してペレット化したものであってもよ
い。

【００２３】

【発明の効果】以上に述べたとおり、本発明の有機汚泥
の炭化処理方法及びその装置によると、炭化炉を密閉し
て酸素欠乏状態となった炉内ガスを冷却しながら充填層
に循環することにより炭化炉の冷却時間が著しく短縮さ
れ、効率の良い炭化処理ができる。例えば原料充填部の
容量が３〜５ｍ³の従来の炭化炉では炭化完了後の自然
冷却に３〜４日を要するため、毎日出炭を行うのに５基
の炭化炉が必要であるが、本発明の炭化炉では、冷却時
間を１日程度に短縮できるため、毎日出炭するための炭
化炉が３基ですむ。

【００２４】このように、本発明の方法及び装置では、
炭化炉の閉鎖によって酸素欠乏状態となった炉内ガスの
強制循環して炭化終了後の充填層を冷却するため、外部
から窒素ガスなどの不活性ガスを炉内に吹き込んで冷却
するものに比べて付加費用が僅かですむ。

【００２５】また、含水率１０〜２０％にまで乾燥した
有機汚泥を圧縮成形した原料ペレットは密度を高くでき
るため、硬い良質の炭化製品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の炭化処理方法及び装置における炉内
ガス強制循環の状況を示すフローシートである。

【図２】 同フローシートにおいて運転開始時の状況を
示す。

【図３】 同フローシートにおいて原料ペレットの自己
燃焼による炭化進行過程を示す。

【符号の説明】

１・・・炭化炉 ２・・・炉本体 ４・・・吸気口 ５・・・排気口 ６・・・炉床 ７・・・原料ペレット ８・・・充填層 ９・・・バーナー １０・・・吸気弁 １１・・・ブロワー １５・・・着火領域 ２１・・・吸気弁 ２４・・・排気弁 ２５・・・循環経路 ２６・・・冷却器

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機汚泥を成形した原料ペレットを炭化炉
   内に充填して着火した後、原料ペレットの自己燃焼によ
   り炭化処理する方法であって、着火領域が原料充填層の
   全体に進行した段階で炭化炉を閉鎖した後、炉内ガスを
   充填層内に強制循環することを特徴とする有機汚泥の炭
   化処理方法。
2. 【請求項２】炭化炉の閉鎖後、酸素欠乏状態となった炉
   内ガスを冷却しながら充填層に強制循環することを特徴
   とする請求項１記載の炭化処理方法。
3. 【請求項３】前記炭化炉が下向き燃焼型の縦型炉であ
   り、炉内に原料ペレットを充填し、バーナーにより充填
   層上層部の原料ペレットに着火した後、バーナーの燃焼
   を停止して自然吸排気により原料ペレットを自己燃焼さ
   せて充填層の上部から下部へと着火領域を進行させ、着
   火領域が充填層の下端部にまで進行した段階で吸排気を
   停止して炭化炉を密閉した後、酸素欠乏状態となった炉
   内ガスを冷却しながら充填層内に下向きに強制循環させ
   ることを特徴とする請求項１及び２に記載の炭化処理方
   法。
4. 【請求項４】前記原料ペレットが、有機廃水の生物学的
   処理によって発生した有機質汚泥を、含水率１０〜２０
   ％まで乾燥した後、ペレット状に圧縮成形したものであ
   る請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化処理方法。
5. 【請求項５】原料ペレット充填層の上方に着火用バーナ
   ーと吸気口を有し、原料ペレット充填層の下方に煙突に
   接続する排気口を有する下向き燃焼型の炭化炉におい
   て、排気口と吸気口との間に、炉内ガスを充填層内に下
   向きに強制循環させるための循環経路を設けたことを特
   徴とする有機汚泥の炭化処理装置。
6. 【請求項６】前記循環経路内に冷却器を設けたことを特
   徴とする請求項５記載の炭化処理置。