JP3867266B2 - 間接加熱式攪拌乾燥機の運転制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚泥の乾燥等に供する間接加熱式攪拌乾燥機に関するものであり、特に被処理物の性状が変動した場合であっても、水分値及び粒径が略均一な乾燥品を得ることのできる間接加熱式攪拌乾燥機の運転制御方法に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
近時、下水処理場、し尿処理場で発生する汚泥等を乾燥処理した後、醗酵処理を施すことによりコンポスト化して有効利用することが広く行われている。
そして前記乾燥処理に供する装置の一つのタイプとして間接加熱式攪拌乾燥機Ｄ′がある。この装置は図３に示すように、逆円錐状の処理槽１′内に投入された被処理物を回転翼２′によって混合・攪拌するとともに、前記処理層１′と、この処理層１′の外周に具えたジャケット外体３′との間に熱媒体を供給することにより処理層１′内に位置する被処理物を間接的に加熱して乾燥する装置である。
【０００３】
そして前記熱媒体としては加熱蒸気が用いられることが多く、この場合には従来より、蒸気発生装置５′で生成された加熱蒸気を、圧力を一定に保った状態で処理層１′とジャケット外体３′との間に供給する手法が採られていた。このような手法によると、加熱蒸気は処理層１′内に位置する被処理物に対して熱を伝導することによって一部が凝縮して圧力が低下するものであり、この凝縮した分の加熱蒸気が随時、処理層１′とジャケット外体３′との間に追加供給されるというものであった。
【０００４】
しかしながら間接加熱式攪拌乾燥機Ｄ′を用いたこのような従来手法によると、以下に示すような問題点があった。すなわち性状の異なる被処理物（例えば下水汚泥８８％Ｗ．Ｂ．、し尿汚泥８６％Ｗ．Ｂ．、浄化槽汚泥７５％Ｗ．Ｂ．の被処理物）を扱う場合には、処理槽１′内に投入される汚泥等の粘性、水分値が変化すると被処理物の伝熱係数が変化するため、乾燥品の水分値や形状にばらつきが生じてしまう。具体的には乾燥汚泥の目標水分値１５％Ｗ．Ｂ．に対して８％Ｗ．Ｂ．以下となったり、２０％Ｗ．Ｂ．以上となったりしてばらつきが生じ、また乾燥汚泥の目標粒径１〜２ｍｍに対して０．３ｍｍ以下となったり、５〜６ｍｍ以上となったりしてばらつきが生じてしまう。
そしてこのような問題を引き起こしてしまう原理は次のようなものである。すなわち、乾燥途中の汚泥が処理槽１′内に位置する状態でこの乾燥途中の汚泥よりも粘性及び水分値の高い汚泥が投入された場合には、処理層１′内の水分値が上昇するため粒状化していた被処理物の粒径が増大して、被処理物全体の表面積が減少することとなる。この結果伝熱係数が減少して加熱蒸気の凝縮が起きにくくなるため、新たな加熱蒸気の供給が行われにくくなり、乾燥速度が低下して乾燥汚泥の粒径が加速度的に増大してしまうこととなる。
一方、乾燥途中の汚泥が処理槽１′内に位置する状態でこの乾燥途中の汚泥よりも粘性及び水分値の低い汚泥が投入された場合には、処理層１′内の水分値が減少するため粒状化していた被処理物の粒径が更に縮小して、被処理物全体の表面積が増加することとなる。この結果伝熱係数が増加して加熱蒸気の凝縮が起き易くなるため、新たな加熱蒸気が次々に供給され、乾燥速度が上昇して乾燥汚泥の粒径が加速度的に縮小してしまうこととなる。なお排出口１４′の後段にバグフィルタを具えている場合には、過度に微細化し、いわば粉体となってしまった乾燥汚泥がこのバグフィルタを目詰まりさせてしまうこともあった。また再資源化の観点からみると、この種の乾燥汚泥は、肥料メーカー等に納入された後、適宜醗酵処理及び他の成分とのブレンドが行われるものであり、粉体となった状態ではこれらの操作に適さなくなってしまう。
【０００５】
このように間接加熱式攪拌乾燥機Ｄ′の従来の運転方法によると、被処理物の粘性及び水分値の変化に起因する乾燥速度の変動を抑えることができないために、被処理物の粒径及び水分値が加速度的に一方向に変化し、均一な乾燥汚泥を得ることができない。そしてこのようなことから間接加熱式攪拌乾燥機Ｄ′の無人運転は行われていないのが実状である。
【０００６】
【開発を試みた技術的課題】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、被処理物の水分値や粘性が変動した場合であっても、水分値が一定であり、且つ粒径が均一な乾燥汚泥を得ることのできる新規な間接加熱式攪拌乾燥機の運転制御方法の開発を技術課題としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の間接加熱式攪拌乾燥機の運転制御方法は、処理槽内に投入された被処理物を回転翼によって混合・攪拌するとともに、前記処理層と、この処理層の外周に具えたジャケット外体との間に熱媒体を供給することにより被処理体を間接的に加熱して乾燥する間接加熱式攪拌乾燥機において、前記処理槽内での被処理物の乾燥状態に応じて、間接加熱式攪拌乾燥機に供給する単位時間当たりの熱量を調節することにより、被処理物の乾燥速度を調整するものであり、前記被処理物の乾燥状態を、処理槽内温度及び排気温度により判断するものであって、前記処理槽内温度及び排気温度の基準値を予め設定しておき、これら処理槽内温度及び排気温度の基準値から作成したマトリックスに従って、処理槽内温度が基準値よりも高く、且つ排気温度が基準値よりも高い場合には被処理物が過乾燥傾向にあるものと判断し、逆に処理槽内温度が基準値よりも低く、且つ排気温度が基準値よりも低い場合には被処理物が未乾燥傾向にあるものと判断して、処理層に供給する単位時間当たりの熱量を調節するようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、処理層内の被処理物に対して伝導する熱量を常に最適な状態として乾燥中の被処理物の粒径が大きく変動しないようにすることができ、水分値及び粒径を所望なものとした乾燥汚泥を得ることができる。
また既存の間接加熱式攪拌乾燥機に温度センサを追加した簡素な構成を採ることにより、水分値及び粒径を所望なものとした乾燥汚泥を得ることができる。
更にまた複雑なデータ処理を行うことなく、処理層に供給する単位時間当たりの熱量を段階的に設定することができる。
【０００８】
また請求項２記載の間接加熱式攪拌乾燥機の運転制御方法は、前記要件に加え、前記処理層に供給する単位時間当たりの熱量の調節は、加熱蒸気の流量を調節することにより行うことを特徴として成るものである。
この発明によれば、処理槽内に位置する被処理物へ伝導する熱量を迅速に調節することができる。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の間接加熱式攪拌乾燥機の運転制御方法について基本となる実施の形態に基づいて説明するものであり、まず間接加熱式攪拌乾燥機Ｄの構成について説明した後、この装置の作動態様と併せて運転制御方法について説明する。
図中符号Ｄで示すものが間接加熱式攪拌乾燥機Ｄであり、この装置は、逆円錐状の処理槽１内に投入された被処理物を回転翼２によって混合・攪拌するとともに、前記処理層１と、この処理層１の外周に具えたジャケット外体３との間に熱媒体を供給することにより処理層１内に位置する被処理体を間接的に加熱して乾燥品を得る装置である。またこの実施の形態では、前記熱媒体として加熱蒸気を用いるものであり、このための蒸気発生装置５を間接加熱式攪拌乾燥機Ｄの周辺機器として具えるものである。
【００１０】
以下間接加熱式攪拌乾燥機Ｄの構成要素について詳しく説明する。
まず前記処理槽１は金属板を適宜逆円錐形に加工して成るものであり、この処理層１の外側ほぼ全域に対して適宜の間隔をあけて同様の逆円錐形のジャケット外体３を配し、これら処理槽１及びジャケット外体３の上部開口部を天板１１によって塞ぐことにより、処理槽１の内部空間を密閉空間とするものである。
【００１１】
また前記処理層１とジャケット外体３との間には適宜ジャマ板１２を設けることにより両部材の連結を図るとともに、熱媒体の通過経路を形成する。そしてジャケット外体３の上部には流入管３１を取り付けるとともに、この流入管３１に蒸気発生装置５を接続する。またこれら流入管３１と蒸気発生装置５との間にはコントロールバルブＶ及び流量計６を具える。
一方、ジャケット外体３の下部には流出管３２を取り付けるとともに、この流出管３２に、外部へ通じる管路を接続する。
更にまた前記天板１１には投入口１３及び排気口１４を形成するとともに、処理層１の最下部に排出口１５を形成する。
【００１２】
また前記天板１１上にはモータＭ及び減速機２１を具えるとともに、この減速機２１の出力軸を処理槽１内に配した回転軸２２に連結する。そしてこの回転軸２２に、幅細のリボン翼２３二本を位相を１８０°ずらした状態で取り付けることにより回転翼２を構成するものである。因みに前記リボン翼２３については、一本のみを回転翼２に具えるような構成とすることもできる。
更に前記処理層１内には渦流ブレーカ２４を具えるものであり、この渦流ブレーカ２４は、リボン翼２３の作用により処理層１の内壁に沿って上昇してきた被処理物を中央部に移動させ落下させるための部材である。
なお処理層１内を減圧させて乾燥を行う場合には、前記排気口１４の後段側にコンデンサ、真空ポンプ等の補機類を設けるものとする。
【００１３】
そして前記処理層１に対して適宜の個所に温度センサ７を具えるものであり、この温度センサ７の検出部を処理層１の内部空間に位置させる。
また前記排気口１４に接続される管路Ｔにも温度センサ８を具えるものであり、この温度センサ８の検出部を管路Ｔの内部空間に位置させる。
そしてこれら温度センサ７、８及び前記流量計６はシーケンサ９に接続されるものであり、更にシーケンサ９によって前記コントロールバルブＶの開度が調節されるものである。
【００１４】
本発明の適用対象である間接加熱式攪拌乾燥機Ｄは、一例として上述したように構成されるものであり、以下本発明の間接加熱式攪拌乾燥機の運転制御方法について説明する。なおこの説明においては、一例として被処理物たる汚泥Ｐ（下水汚泥８８％Ｗ．Ｂ．、し尿汚泥８６％Ｗ．Ｂ．、浄化槽汚泥７５％Ｗ．Ｂ．）に乾燥処理を施して、水分値１５％Ｗ．Ｂ、粒径１〜２ｍｍの乾燥汚泥を得ることを目的として間接加熱式攪拌乾燥機Ｄを運転するものとした。
（１）初期操作
まず蒸気発生装置５において生成される加熱蒸気の圧力（温度）を設定するものであり、この実施の形態では一例として５ｋｇ／ｃｍ² （１５０℃）に設定するものとする。そして蒸気発生装置５で生成された加熱蒸気を流入管３１を通じて処理槽１とジャケット外体３との間に供給するものであり、このとき流量計６によって加熱蒸気の流量を監視する。そして、この実施の形態では加熱蒸気の流量が一例として４２０ｋｇ／ｈとなるようにコントロールバルブＶの開度を調節する。
前記加熱蒸気はジャマ板１２によって形成された流路を通過しながら処理層１に熱を伝達し、やがて一部が凝縮して水になった状態で順次流出口３２から排出される。
【００１５】
（２）被処理物の投入
前述のような初期操作が成された後、温度センサ７による処理層１内の温度検出値が、所定の値となった時点で被処理物の一例である汚泥Ｐを投入口１３から処理層１内に供給する。処理層１内に投入された汚泥Ｐは、回転翼２の作用によって処理層１の内壁に沿って上昇し、最上部に至ると渦流ブレーカ２４によって中央部に移動させられてここから落下するといった循環動作を継続する。この際、汚泥Ｐに対しては処理層１を通じて加熱蒸気の熱が伝導されるため水分が蒸発し、汚泥Ｐは水分値が低下して徐々に細粒化してゆく。
なお汚泥Ｐから蒸発した水分を含んだ処理層１内の雰囲気は排出口１４から管路Ｔを通じて外部に排出される。
【００１６】
（３）被処理物の性状判断と熱量調節
そしてこのような汚泥Ｐの乾燥処理の際に、温度センサ７によって検出される処理槽１の内部温度及び温度センサ８によって検出される排気の温度から、汚泥Ｐの乾燥状態をシーケンサ９が判断するものである。
この実施の形態では、処理槽１の内部温度及び排気の温度の基準値を予め設定しておき、これら処理槽１の内部温度及び排気の温度の基準値から作成した図２に示すようなマトリックスに従って、処理層１に供給する単位時間当たりの熱量を調節するようにした。すなわち処理槽１の内部温度が基準値よりも高く、且つ排気の温度が基準値よりも高い場合には汚泥Ｐが過乾燥傾向にあるものと判断し、逆に処理槽１の内部温度が基準値よりも低く、且つ排気の温度が基準値よりも低い場合には汚泥Ｐが未乾燥傾向にあるものと判断するものである。
【００１７】
具体的には処理層１に供給する単位時間当たりの熱量を一例として三段階（流量多、流量中、流量少）に設定するものであり、処理槽１の内部温度が６８℃未満であり、且つ排気温度が７５℃未満の場合には、コントロールバルブＶの開度を調節して加熱蒸気の単位時間当たりの流量を４５０ｋｇ／ｈ（流量多）とする。また処理槽１の内部温度が６８℃未満であり、且つ排気温度が７５℃以上の場合には、加熱蒸気の単位時間当たりの流量を４２０ｋｇ／ｈ（流量中）とする。更にまた処理槽１の内部温度が６８℃以上であり、且つ排気温度が７５℃未満の場合にも、加熱蒸気の単位時間当たりの流量を４２０ｋｇ／ｈ（流量中）とする。更にまた処理槽１の内部温度が６８℃以上であり、且つ排気温度が７５℃以上の場合には、加熱蒸気の単位時間当たりの流量を３００ｋｇ／ｈ（流量少）とする。なおここでは処理層１に供給する単位時間当たりの熱量を三段階（流量多、流量中、流量少）に設定するようにマトリックスを作成したが、処理槽１の内部温度及び排気の温度の基準値を更に細かく設定することにより、処理層１に供給する単位時間当たりの熱量を更に多段階に設定するようにしてもよい。
【００１８】
このように処理層１に供給する単位時間当たりの熱量を調節することにより、処理槽１内に位置する被処理物の乾燥速度が調節されるものであって、処理層１に供給する単位時間当たりの熱量が多く、加熱蒸気と被処理物との温度差が大きい場合には乾燥速度は速くなり、逆に処理層１に供給する単位時間当たりの熱量が少なく、加熱蒸気と被処理物との温度差が小さい場合には乾燥速度は遅くなるものである。
【００１９】
（４）被処理物の性状が変わった時の動作
次に乾燥途中の汚泥Ｐが処理槽１内に位置する状態で性状の異なる汚泥Ｐが追加投入された場合の、本発明の運転制御方法による間接式攪拌乾燥機Ｄの動作について説明する。
【００２０】
（ｉ）粘性及び水分値の高い汚泥が投入された場合
まず乾燥途中の汚泥Ｐが処理槽１内に位置する状態でこの乾燥途中の汚泥Ｐよりも粘性及び水分値の高い汚泥が投入された場合、具体的には浄化槽汚泥（７５％Ｗ．Ｂ．）の乾燥途中に下水汚泥（８８％Ｗ．Ｂ．）が投入されたような場合について説明する。
この場合には、処理層１内の水分値が上昇するため粒状化していた汚泥Ｐの粒径が増大して、汚泥Ｐ全体の表面積が減少することとなる。この結果伝熱係数が減少して処理槽１の内部温度が下降し、更に排気温度も下降する。そしてこのときの温度センサ７、８の検出値を前記図２に示したマトリックスにあてはめて乾燥速度が調整されるものであり、シーケンサ９によりコントロールバルブＶの開度を調節して処理槽１に供給する単位時間当たりの熱量を調節する。ここでは処理槽１に供給する単位時間当たりの熱量を増加することにより乾燥速度を増すものであり、処理槽１内に位置する汚泥Ｐの水分値を速やかに低下させることになるため、汚泥Ｐの粒径が加速度的に増大してしまうのを防ぐことができる。
【００２１】
（ii）粘性及び水分値の低い汚泥が投入された場合
次に乾燥途中の汚泥Ｐが処理槽１内に位置する状態でこの乾燥途中の汚泥Ｐよりも粘性及び水分値の低い汚泥が投入された場合、具体的には下水汚泥（８８％Ｗ．Ｂ．）の乾燥途中に浄化槽汚泥（７５％Ｗ．Ｂ．）が投入されたような場合について説明する。
この場合には、処理層１内の水分値が下降するため粒状化していた汚泥Ｐの粒径が縮小して、汚泥Ｐ全体の表面積が増加することとなる。この結果伝熱係数が増加して処理槽１の内部温度が上昇し、更に排気温度も上昇する。そしてこのときの温度センサ７、８の検出値を前記図２に示したマトリックスにあてはめて乾燥速度が調整されるものであり、シーケンサ９によりコントロールバルブＶの開度を調節して処理槽１に供給する単位時間当たりの熱量を調節する。ここでは処理槽１に供給する単位時間当たりの熱量を減少することにより乾燥速度を低下させるものであり、処理槽１内に位置する汚泥Ｐの水分値を速やかに上昇させることとなるため、汚泥Ｐの粒径が加速度的に縮小してしまうのを防ぐことができる。
【００２２】
そして本発明の間接加熱式攪拌乾燥機の運転制御方法によると、乾燥汚泥の目標上限水分値１５％Ｗ．Ｂ．、目標粒径１〜２ｍｍに対して、平均水分１０〜１３％Ｗ．Ｂ．、平均粒径０．８〜１．２ｍｍと、非常にばらつきの少ない乾燥汚泥を得ることができた。
【００２３】
【他の実施の形態】
本発明は上述した実施の形態を基本となる実施の形態とするものであるが、本発明の技術的思想に基づいて以下に示すような実施の形態を採ることもできる。
まず上述した基本となる実施の形態では、処理層１に供給する単位時間当たりの熱量の調節を、加熱蒸気の流量を調節することにより行ったが、加熱蒸気の温度を変化させることにより行うようにしてもよく、更に加熱蒸気の流量と圧力（温度）との双方を調節することにより行うようにしてもよい。
また上述した基本となる実施の形態では、熱媒体として加熱蒸気を用いたが、温水を使用するようにしてもよい。
【００２４】
更にまた上述した基本となる実施の形態では、被処理物の乾燥状態を、処理槽１の内部温度及び排気温度により判断するようにしたが、回転翼２におけるモータＭの負荷変動を検出することによって判断するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、被処理物の性状が変動した場合であっても、水分値が一定であり且つ粒径が均一な乾燥品を得ることができ、この結果間接加熱式攪拌乾燥機Ｄの無人運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の適用対象である間接加熱式攪拌乾燥機を示す骨格図である。
【図２】 処理槽に供給する加熱蒸気の単位時間当たりの流量を決定するためのマトリックスである。
【図３】 従来の間接加熱式攪拌乾燥機を示す骨格図である。
【符号の説明】
Ｄ 間接加熱式攪拌乾燥機
１ 処理槽
１１ 天板
１２ ジャマ板
１３ 投入口
１４ 排気口
１５ 排出口
２ 回転翼
２１ 減速機
２２ 回転軸
２３ リボン翼
２４ 渦流ブレーカ
３ ジャケット外体
３１ 流入管
３２ 流出管
５ 蒸気発生装置
６ 流量計
７ 温度センサ
８ 温度センサ
９ シーケンサ
Ｍ モータ
Ｐ 汚泥
Ｔ 管路
Ｖ コントロールバルブ

Claims (2)

1. 処理槽内に投入された被処理物を回転翼によって混合・攪拌するとともに、前記処理層と、この処理層の外周に具えたジャケット外体との間に熱媒体を供給することにより被処理体を間接的に加熱して乾燥する間接加熱式攪拌乾燥機において、前記処理槽内での被処理物の乾燥状態に応じて、間接加熱式攪拌乾燥機に供給する単位時間当たりの熱量を調節することにより、被処理物の乾燥速度を調整するものであり、前記被処理物の乾燥状態を、処理槽内温度及び排気温度により判断するものであって、前記処理槽内温度及び排気温度の基準値を予め設定しておき、これら処理槽内温度及び排気温度の基準値から作成したマトリックスに従って、処理槽内温度が基準値よりも高く、且つ排気温度が基準値よりも高い場合には被処理物が過乾燥傾向にあるものと判断し、逆に処理槽内温度が基準値よりも低く、且つ排気温度が基準値よりも低い場合には被処理物が未乾燥傾向にあるものと判断して、処理層に供給する単位時間当たりの熱量を調節するようにしたことを特徴とする間接加熱式攪拌乾燥機の運転制御方法。
2. 前記処理層に供給する単位時間当たりの熱量の調節は、加熱蒸気の流量を調節することにより行うことを特徴とする請求項１記載の間接加熱式攪拌乾燥機の運転制御方法。

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