JP3204993U - 下水汚泥の処理装置用熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】下水汚泥を乾燥して焼却する燃焼炉に付設される熱交換器に係り、掃除が簡便にでき、清掃状態が確認できる熱交換器を提供する。【解決手段】脱水汚泥を乾燥機で自己燃焼可能な含水率に乾燥して、バイオマス燃焼炉で焼却し、焼却熱を該乾燥機の熱源とした下水汚泥の処理装置が開発されているが、これに使用される熱交換器は、燃焼ガス中の不燃物が多く、汚れやすい。本考案の熱交換器は、バイオマス燃焼炉の直上に設けた円筒状のケース内に、縦型円筒状水管を同心円上に２列配置し、水管の上部は外周に並んだ水管群３１と内周に並んだ水管群３２とでそれぞれ別々に管寄せ３３，３４を備え、下部は外周の水管群３１と内周の水管群３２が連通する構造とした。外周と内周の水管群の間に掃除具が挿通できる。【選択図】図３

Description

本考案は、下水汚泥を乾燥して焼却し、その焼却熱を該乾燥機の熱源とする下水汚泥の処理装置に付設される熱交換器に関するものである。

下水を処理する上で大量に生成される下水汚泥は、一般に脱水汚泥にして焼却処分されている。脱水汚泥の含水率は８０〜８５％であり、重油などの化石燃料を必要とし焼却費用が嵩むという難点がある。

そこで、考案者等は脱水汚泥を乾燥機で自己燃焼可能な含水率まで乾燥してから焼却し、この焼却熱を利用してボイラを稼働させ、発生した蒸気を乾燥機へ供給するようにしたコンパクトで経済的なシステムを開発した（特許文献１）。
このシステムでは、蒸気で加熱した２個の加熱ドラムに汚泥を貼着させて乾燥する乾燥機を使用し、焼却装置は、縦型円筒状の炉体の上部に円筒状の中壁を設け、その下方に乾燥汚泥を順次直上へ移送させるスクリューコンベアを備えている。
そして、上方から螺旋状に旋回する燃焼空気を送り込んで、該スクリューコンベアの上端部の乾燥汚泥を燃焼させ、燃焼ガスは炉体の直上に設けた熱交換器へ導入するようにしている。

熱交換器は、水管を横巻き円筒状にしたタイプ（特許文献１）や縦型円筒状にしたタイプ（特許文献２）が使用されているが、燃焼炉の径が大きくなると水管を縦型円筒状として複数配置するタイプが使用されている。特許文献２の熱交換器では、縦型円筒状水管を同心円状に２列配置され、その上部と下部には外周の水管群と内周の水管群が連通する管寄せが設けられている。燃焼ガスは、炉体上部の中壁の中を上昇して内周の水管群の内側へ流入し、水管の隙間から内周の水管群と外周の水管群の間に流入し、さらに、外周の水管群の外に入り込み、熱交換器のケースに設けた排出口からサイクロンへ流出するようにしている。

ＷＯ２０１０/１５０５２３ ＰＣＴ/ＪＰ２０１１/７０１５

特許文献１のシステムは、下水汚泥を連続して焼却処理できるコンパクトで経済的な処理装置であるといえる。
しかしながら、このシステムに設置される熱交換器は、不燃物を含む下水汚泥の焼却灰を取り込むので、水管の汚れが速く、このため熱効率が悪いという問題がある。特に縦型円筒状水管を同心円状に２列配置（特許文献２）したものでは、内周の水管群と外周の水管群の間の汚れを除去するのが難しく、また、掃除をしても汚れが綺麗に除去されているか外からは見えないという欠点がある。

そこで、本考案は、下水汚泥の焼却を行う燃焼炉に付設される熱交換器の改良に係り、掃除が簡便にでき、清掃されたことが確認できる熱交換器を提供することを目的としている。

本考案の下水汚泥の処理装置用熱交換器は、上記の目的を達成するため、次の手段を採った。すなわち、脱水汚泥を乾燥機で自己燃焼可能な含水率に乾燥して、バイオマス燃焼炉で焼却し、焼却熱を該乾燥機の熱源とした下水汚泥の処理装置における熱交換器において、該乾燥機は脱水汚泥を加熱ドラム面に貼着させて乾燥するものであり、該バイオマス燃焼炉は、縦型円筒状の外壁を有する炉体の上部に該外壁と同芯の円筒状の中壁を備え、該中壁の下方にバイオマス燃料を順次直上へ移送させるスクリューコンベアを備え、該スクリューコンベアのケーシングの上端に外側へ向かって漸次下降傾斜するリング状の火格子を該外壁から離して固設され、該熱交換器は、該炉体の直上に該外壁と同径の円筒状のケース内に、縦型円筒状水管を同心円上に２列配置し二つの同芯円で囲まれた柵状の構造とし、水管の上部は外周に並んだ水管群と内周に並んだ水管群とでそれぞれ別々に管寄せを備え、下部管寄せについては外周の水管群と内周の水管群が連通する構造とし、外周と内周の水管群の間に掃除具が挿通できるようにしたことを特徴としている。

脱水汚泥は、下水処理施設の脱水機で含水率を８０〜８５％にしたものである。
乾燥機は、互いに内側へ回転する２個の加熱ドラムが平行に設けられ、下水汚泥を加熱ドラムへシート状に付着させて乾燥させ、これをスクレーパーで掻き取るようにしたものを使用する。

バイオマス燃焼炉は、縦型円筒状の外壁を有する炉体の内部中央にバイオマス燃料を順次直上へ移送させるスクリューコンベアが設けられ、スクリューコンベアのケーシングの上端に外側へ向かって漸次下降傾斜する中空リング状の火格子を該外壁から離して固設している。そして、その上部には外壁と同芯の円筒状の中壁が設けられ燃焼空気を上方から中壁の外周を旋回させて吹き込むとともに、スクリューコンベアの回転軸を中空としてその上端部に中空状の攪拌翼を固設し、燃焼空気を供給している。
乾燥汚泥は、ペレットにして該スクリューコンベアへ供給するか、旋回する燃焼空気に乗せて供給する。前者の場合は、木チップを混合して火力を上げるのが望ましい。後者の場合は、スクリューコンベアへはバイオマス燃料（木チップ）を供給し、乾燥汚泥は燃焼空気に乗せて噴霧状にして燃焼部へ送り込み、バイオマス燃料を燃焼させた火力によって、乾燥汚泥をほぼ浮遊状態で燃焼させる。

乾燥汚泥とバイオマス燃料の焼却による燃焼ガスは中壁の中央部から直上に設けてある熱交換器へ流入し、乾燥機の熱源となる蒸気を生成する。そして、熱交換器を経た燃焼ガスは、排ガス処理装置で処理して外気へ排出される。

熱交換器は、縦型円筒状水管を同心円上に２列配置し二つの同芯円で囲まれた柵状の構造とし、上部については外周に並んだ水管群と内周に並んだ水管群とでそれぞれ別々に管寄せを備え、下部管寄せについては外周の水管群と内周の水管群が連通する構造にして、外周と内周の水管群の間に上から掃除具が挿通できるようにする。なお、内周の水管群と外周の水管群とは、上端まで離れているので、安定性を保つために上端部の３〜４箇所をステーで連結するとよい。
さらに、水管を液体洗浄できるように、洗浄後の液体が排出口へ流動するように液底を下降傾斜して形成し、排出口は下部の管寄せを貫通させたドレンパイプを設けるのが望ましい（請求項２）。

上記のように、本考案の下水汚泥の処理装置用熱交換器は、縦型円筒状の外壁を有する炉体の上部に該外壁と同芯の円筒状の中壁を備え、該中壁の下方にバイオマス燃料を順次直上へ移送させるスクリューコンベアを備え、該スクリューコンベアのケーシングの上端に外側へ向かって漸次下降傾斜するリング状の火格子を該外壁から離して固設された燃焼炉の直上に、該外壁と同径の円筒状のケース内に、縦型円筒状水管を同心円上に２列配置し、水管の上部は外周に並んだ水管群と内周に並んだ水管群とでそれぞれ別々に管寄せを備え、下部管寄せについては外周の水管群と内周の水管群が連通する構造としたので、外周と内周の水管群の間に掃除具を上から挿通することができ、綺麗に清掃できる。しかも、上から清掃部を視ることができるので清掃状態を簡便に確認することができる。

また、請求項２に記載のように、洗浄後の液体が排出口へ流動するように液底を下降傾斜して形成し、排出口には下部管寄せを貫通させたドレンパイプを設けると、内周の水管群と外周の水管群を洗浄液に浸漬させて洗浄できるので、綺麗に清掃ができ、定期的に行うことにより、熱交換器の熱効率を維持することができる。

本考案の熱交換器が付設される下水汚泥の処理装置の実施の形態を示す全体構成図である。 バイオマス燃焼炉の実施の形態を示す断面図である。 同、熱交換器の実施の形態を示す断面図である。 同、図３の平面図である。 同、図３のＡーＡ視断面図である。

本考案の下水汚泥の処理装置用熱交換器の実施の形態を、図１〜図５に基づいて説明する。
図１は、本考案の熱交換器が付設された下水汚泥の処理装置の実施の形態を示す全体系統図である。この装置は、下水処理施設の脱水装置に連結して設けられ、脱水汚泥を乾燥する乾燥機１０と、乾燥汚泥をバイオマス系燃料（木チップ）と混合してペレット製造機でペレット状にして供給して焼却するバイオマス燃焼炉２０と、その燃焼ガスによって蒸気を生成する熱交換器３０とを備えている。

乾燥機１０は、脱水汚泥を上部から回転する２個の加熱ドラム１１の中央部へ供給し、加熱ドラム１１の表面へ薄いシート状に付着させて乾燥し、これをスクレパーで掻き取るものである。そして、上部に脱水汚泥を供給するための配管と、乾燥時に発生した臭気のある蒸気を脱臭装置へ取り出すための配管が設けられている。また、加熱ドラム１１は、バイオマス燃焼炉２０の熱交換器３０から蒸気を取り入れるように配管されている。

バイオマス燃焼炉２０は、図２に示すように、架台上に縦型円筒状の外壁２１が固設され、その下部中央にスクリューコンベア２３が、垂直に設けられ、その上方には、外壁２１と同芯の円筒状の中壁２２が設けられている。
スクリューコンベア２３は、スクリュー羽根を螺旋状に固設した回転軸がケーシングに内装されており、回転軸は、架台の外に設置した駆動手段に連結されている。

スクリューコンベア２３は、直上移送されるバイオマス燃料の燃焼部分における形状を円錐形に形成されるように、スクリュ−コンベア上端側のスクリュ−羽根を小径なものとし、ハ字状の案内部材が設けられている。また、スクリュ−コンベアを格納する円筒状のケ−シング外壁には、燃焼空気を供給する中空リング状の中空部材が連結されており、該案内部材の中空内部にも燃焼空気を供給している。

そして、スクリューコンベアのケーシング筒の上端円周には中空リング状の火格子２４が固設されている。この火格子２４は、上面が外側へ下降傾斜しており、内部に燃焼空気を供給でき、空気孔が多数設けられている。また、スクリューコンベアのケーシングの側面下部には、バイオマス燃料（木チップと乾燥汚泥）を供給するため、外壁を貫通した傾斜した燃料供給ホッパーが固設されており、バイオマス燃料の搬送用のコンベアと連結されている。

このこのバイオマス燃焼炉２０の直上には、熱交換器が配置されている。
この熱交換器は、図３に示すように、縦型円筒状水管を同心円上に２列配置し二つの同芯円で囲まれた柵状の構造としている。そして、上部については外周に並んだ水管群３１と内周に並んだ水管群３２のそれぞれに管寄せ３３，３４を備え、それぞれの管寄せ３３，３４が別々に気水分離の機能を果たす構造としている。そして、下部管寄せ３５については外周の水管群３１と内周の水管群３２を連通する構造としている。なお、管寄せ３３と管寄せ３４は、安定性を保つため４箇所をステーで連結している。
燃焼ガスは該外周と該内周の間の空間内に流れ込み、熱交換を行って排出されるように入口を内周側にもち、出口を外周側に設けている。
さらに、水管群３１，３２を洗浄液に浸漬させて洗浄したときに、洗浄した廃液を下部から簡便に抜き取るため、液底３６を該排出口３７に向かい下降傾斜する形状で形成し、該排出口３７にドレンパイプ３８を下部の管寄せ３５を貫通して設けている。

熱交換器へ流入した燃焼ガスには、焼却灰がかなり混入しており、これが水管の表面に付着して熱効率を低下させる。このため、時々清掃する必要があるが、この実施の形態では、水管の上端は、外周の管寄せ３３と内周の管寄せ３４が分離されており、この間に掃除具を挿通できるので、清掃が容易にできる。また、定期的に、確実な洗浄を行う場合は外周の水管群３１および内側の水管群３２を洗浄液へ浸漬させて清掃するのがよい。この場合は、燃焼ガスの出入口に液漏れ防止金具を装着し、該空間内に液体を溜め掃除具を挿通して行うが、洗浄した廃液を抜き取るときは、排出口３７を開口してドレンパイプ３８から流出させればよいので作業が簡便である。

１０ 乾燥機
１１ 加熱ドラム
２０ バイオマス燃焼炉
２１ 外壁
２２ 中壁
２３ スクリューコンベア
２４ 火格子
３０ 熱交換器
３１ 水管群
３２ 水管群
３３ 管寄せ
３４ 管寄せ
３５ 管寄せ
３６ 液底
３７ 排出口
３８ ドレンパイプ

Claims (2)

1. 脱水汚泥を乾燥機で自己燃焼可能な含水率に乾燥して、バイオマス燃焼炉で焼却し、焼却熱を該乾燥機の熱源とする下水汚泥の処理装置における熱交換器において、該乾燥機は脱水汚泥を加熱ドラム面に貼着させて乾燥するものであり、該バイオマス燃焼炉は、縦型円筒状の外壁を有する炉体の上部に該外壁と同芯の円筒状の中壁を備え、該中壁の下方にバイオマス燃料を順次直上へ移送させるスクリューコンベアを備え、該スクリューコンベアのケーシングの上端に外側へ向かって漸次下降傾斜するリング状の火格子を該外壁から離して固設され、該熱交換器は、該炉体の直上に該外壁と同径の円筒状のケース内に、縦型円筒状水管を同心円上に２列配置し二つの同芯円で囲まれた柵状の構造とし、水管の上部は外周に並んだ水管群と内周に並んだ水管群とでそれぞれ別々に管寄せを備え、下部管寄せについては外周の水管群と内周の水管群が連通する構造とし、外周と内周の水管群の間に掃除具が挿通できるようにしたことを特徴とする下水汚泥の処理装置用熱交換器。
2. 前記熱交換器は、内周の水管群と外周の水管群を洗浄液に浸漬させて洗浄できるようにするため、洗浄後の液体が排出口へ流動するように液底を下降傾斜して形成し、排出口には下部管寄せを貫通したドレンパイプを設けたことを特徴とする請求項１記載の下水汚泥の処理装置用熱交換器。

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