JP3905684B2 - 地盤改良材の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥、産廃汚泥等の脱水ケーキに生石灰、消石灰等の石灰類を混合して脱水乾燥後造粒し、流動層炉で乾燥、有機物の焼却、消石灰の分解などの熱処理した後、ロータリキルンで焼成して地盤改良材を製造する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水汚泥、産廃汚泥等は、脱水乾燥された後、流動層炉又はロータリキルン等で汚泥中の有機物を焼却して埋立処分されていたが、近年、焼成、乾留等の処理を行う種々のリサイクル方法が開発されつつある。
従来、汚泥の脱水乾燥焼却方法及び装置として、例えば特開平６−１５２９７号公報には、汚泥と生石灰とを混合して汚泥の脱水・乾燥を行う脱水乾燥工程と、生成した固形分を流動層炉又は気流炉で加熱して汚泥中の有機物を焼却するとともに有機物の燃焼熱により消石灰を焼成して生石灰に再生する焼却再生工程からなる汚泥の脱水乾燥焼却システムが開示されている。
【０００３】
また、特開平１０−２３７８５２号公報には、下水汚泥等の有機汚泥と生石灰、消石灰等の石灰類とを混合し、その混合物を１〜１０mmに造粒した原料をロータリキルンで８００〜１０００℃の温度で乾燥・脱水・有機物焼却・消石灰焼成して地盤改良材を製造する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平６−１５２９７号公報記載の汚泥の脱水乾燥焼却システムにおいては、流動層炉又は気流炉での滞留時間が短いため十分焼成できず、地盤改良材としての性能を満足させることができない。また、生石灰の微粉が再炭酸化及び再水酸化して装置内部に付着し、長期連続運転を行うことができないという問題がある。
また、特開平１０−２３７８５２号公報記載の地盤改良材の製造方法においては、ロータリキルンは伝熱性能が悪いため、ロータリキルンのみの乾焼・脱水・焼却・焼成では装置が大型化し、また、キルン排ガス中のダストが熱交換器に付着して連続運転を阻害し、付着物の除去に多大の労力を要する問題がある。
【０００５】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、高伝熱性能の流動層炉で造粒物（原料）の乾燥、乾燥・予熱又は乾燥・有機物焼却・消石灰焼成（分解）を行わせることにより、ロータリキルンを小型化することができ、性能の良い地盤改良材を製造することができる方法及び装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、造粒物（原料）の製造工場で発生する臭気を熱交換器でサイクロン排ガスと熱交換させることにより加熱した後、ロータリキルンの燃焼用空気としてロータリキルンに、並びに流動層炉の風箱及び／又はフリーボード部に吹き込むことにより、臭気処理をも確実に行うことができる地盤改良材の製造方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の地盤改良材の製造方法は、汚泥脱水ケーキに石灰を混合撹拌し造粒した造粒物を、下流のロータリキルンの排ガスを流動化ガスとする流動層炉に投入し造粒物を流動媒体として乾燥、乾燥・予熱又は乾燥・有機物焼却・消石灰焼成（分解）を行った後、流動層炉からの粒状物をロータリキルンに導入して焼成し、焼成粒状物（焼却灰とＣａＯの混合物）を流動層クーラに導入して冷却し、流動層炉からの排ガスをサイクロンで除塵した後、サイクロンからの排ガスを熱交換器に導入して造粒物の製造過程で発生する臭気と熱交換し熱回収するように構成されている（図１参照）。
【０００７】
上記の方法において、造粒物の粒径を流動層操作に適した範囲の１〜２０mm、望ましくは２〜１０mmとする。また、流動層炉からの排ガスをサイクロンで除塵した後、サイクロンからの排ガスを熱交換器に導入して熱回収することが好ましい（図１参照）。また、造粒物の製造過程、すなわち、原料製造工場で発生する臭気を熱交換器に導入して昇温し、加熱臭気をロータリキルンの燃焼用空気として回収するとともに、余剰の加熱臭気を流動層炉の風箱及び／又はフリーボード部に吹き込んで脱臭することが好ましい（図１参照）。加熱臭気を流動層炉の風箱に吹き込むために、ロータリキルンの窯尻へ吹き込むか、又は流動層炉の風箱へ直接吹き込むようにする。
さらに、加熱臭気のロータリキルンへの吹込量、並びに加熱臭気の流動層炉の風箱への吹込量及び／又は加熱臭気の流動層炉のフリーボード部への吹込量を夫々調整することができるように構成することが好ましい。
【０００８】
本発明の地盤改良材の製造装置は、汚泥脱水ケーキと石灰とを混練し造粒した造粒物を投入し造粒物を流動媒体として乾燥、乾燥・予熱又は乾燥・有機物焼却・消石灰焼成を行うための流動層炉と、流動層炉からの粒状物を導入して焼成するためのロータリキルンと、ロータリキルンからの焼成粒状物を冷却するための流動層クーラとを備え、ロータリキルンの窯尻と流動層炉の風箱とが、ロータリキルン排ガス導管を介して接続されており、流動層炉からの排ガスを導入してダストを分離するためのサイクロンと、このサイクロンからの排ガスを導入して造粒物の製造過程で発生する臭気ガスと熱交換し熱回収するための熱交換器を設けたことを特徴としている（図１参照）。
【０００９】
上記の装置に、さらに、汚泥脱水ケーキと石灰とを混練するための混練機と、混練機からの混練物を造粒するための造粒機を備えるように構成することが好ましい（図１参照）。
また、流動層炉からの排ガスを導入してダストを分離するためのサイクロンと、このサイクロンからの排ガスを導入して熱回収するための熱交換器が設けられる（図１参照）。
また、熱交換器を排ガス流に対して直列２段に設け、高温側の熱交換器に造粒物の製造過程、すなわち、原料製造工場で発生する臭気を吹き込み、低温側の熱交換器に冷却用空気（大気）を吹き込むように構成することが好ましい（図１参照）。
【００１０】
サイクロンとしては、上側部に接線方向に排ガスを導入する排ガス導入口を有するとともに、上面中央部に排ガス排出管を有する円筒胴体の下部に、略逆円錐胴体を連設し、この略逆円錐胴体の下部に拡大壁部を連設し、さらに、この拡大壁部に略逆円錐胴部を連設し、略逆円錐胴体の下端部内径Ｄ１と排ガス排出管の内径ｄがＤ１≧ｄの関係を有し、円筒胴体の内径Ｄと拡大壁部の下端部内径Ｄ２との間にＤ２＝（０．８〜１．０）×Ｄの関係を有するようにした高効率サイクロンを用いることが好ましい（図２参照）。
【００１１】
また、熱交換器としては、臭気を通過させて加熱するための伝熱管が鉛直に配置された構造のものを用いることが好ましい（図３参照）。
さらに、流動層炉のガス分散板として、板体に貫通固定された多数の筒体の天壁部に、直径が流動媒体径の３倍以下、望ましくは２倍以下の複数の小孔が設けられた構造のものを用いることが好ましい（図４、図５参照）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。
図１は本発明の実施の第１形態による地盤改良材の製造装置を示している。１０は原料（造粒物）製造工場で、混練機１２、造粒機１４等を備えている。汚泥脱水ケーキと石灰類、例えば、生石灰を混練機１２に投入して混練する。生石灰は水分を吸収して消石灰となり、さらに、発熱反応により汚泥脱水ケーキの水分を蒸発させる。生石灰の割合は、混練物の水分が造粒に適した範囲で、造粒物が流動層で破壊しない強度を有するよう選ばれる。汚泥脱水ケーキの性状によるが、例えば混練物の水分は２０〜３０％である。
混練物は造粒機１４に導入されて粒径１〜２０mm、望ましくは２〜１０mmに造粒される。なお、造粒機能を備えた混練機を用いることにより、混練と造粒とを１台の装置で同時に行うように構成することも可能である。
【００１３】
造粒機１４からの造粒物（原料）はホッパ１６に一旦貯留された後、供給機、例えばベルトフィーダ１８により流動層炉２０に供給される。流動層炉２０は、下部に風箱２２を備え、風箱上部のガス分散板２４の上側に造粒物が流動媒体となる流動層２６が形成されるように構成されている。この風箱２２には、後述のロータリキルン２８からの排ガスがロータリキルン排ガス導管３０を介して導入され、流動化ガスとして用いられる。
【００１４】
流動層炉２０に投入された造粒物（原料）は、ロータリキルン２８からの排ガスで流動化して、乾燥、又は乾燥・予熱、又は乾燥・汚泥中の有機物焼却・消石灰焼成（分解）が行われる。流動層炉２０からの粒状物（処理物）は気密排出機構、例えばＬバルブ３２を介してロータリキルン２８の窯尻３４に投入されてロータリキルン２８内で８００〜１０００℃、望ましくは８５０〜９００℃の温度で焼成される。３６はキルンバーナである。
ロータリキルン２８で焼成された焼成粒状物（焼却灰とＣａＯの混合物）は流動層クーラ３８に投入されて冷却用空気により冷却され、排出機、例えばロータリフィーダ４０により排出され、輸送機４２により製品として搬出される。流動層クーラ３８からの排ガスはバグフィルタ４４に導入されてダスト（微細焼成物）が分離された後、大気に放出される。捕集されたダストは輸送機４２により製品の一部として搬出される。４６は押込ブロワである。
【００１５】
流動層炉２０からの排ガスはサイクロン４８に導入されてダストが捕集され、サイクロン４８からの排ガスは熱交換器に導入される。熱交換器としては、排ガス流に対して直列に２段に設けることが好ましい。以下、熱交換器を２段に設けた場合について説明する。高温側の熱交換器５０には原料製造工場１０で発生した臭気が臭気ファン５４により導入され、低温側の熱交換器５２には冷却用空気（大気）が押込ブロワ５６により導入される。
低温側の熱交換器５２からの排ガスは排ガス誘引ファン５８によりバグフィルタ６０に導入され、ここでダストが分離された後、煙突６２から排出される。
高温側の熱交換器５０で加熱された臭気の一部は、ロータリキルン２８の燃焼用空気としてロータリキルンのバーナ３６の近傍又は直接バーナ３６に吹き込まれ、ロータリキルン内で臭気成分が燃焼又は分解して脱臭される。
高温側の熱交換器５０で加熱された臭気の残部は、ロータリキルンの窯尻３４もしくは流動層炉の風箱２２に吹き込まれるか、又は流動層炉のフリーボード部６４に吹き込まれて脱臭される。
【００１６】
高温側の熱交換器５０からの加熱臭気の分岐管６６、６８、７０には、それぞれバルブ７２、７４、７６が設けられており、加熱臭気のロータリキルン２８のバーナ３６近傍もしくはバーナへの吹込量、並びに加熱臭気のロータリキルンの窯尻３４もしくは流動層炉の風箱２２への吹込量及び／又は加熱臭気の流動層炉のフリーボード部６４への吹込量を、それぞれ調整することができるように構成されている。
このように、臭気の吹込配分を調整することができるので、各部の温度をダスト付着のない温度、すなわち、例えば、流動層炉風箱７５０〜８００℃以上、熱交換器入口５５０〜６００℃以下に設定することができる。
【００１７】
上記の装置において、熱交換器５０内のダストの付着を減少させて熱効率を維持する必要がある。このため、サイクロン４８としては、例えば、実公平７−４６３５７号公報に示されているような高効率サイクロン（コマ型サイクロン）を用いることが好ましい。この高効率サイクロンは、図２に示すように、上側部に接線方向に排ガスを導入する排ガス導入口８２を有するとともに、上面中央部に排ガス排出管８４を有する円筒胴体８６の下部に、略逆円錐胴体８８を連設し、この略逆円錐胴体８８の下部に拡大壁部９０を連設し、さらに、この拡大壁部９０に略逆円錐胴部９２を連設し、略逆円錐胴体８８の下端部内径Ｄ１と排ガス排出管８４の内径ｄがＤ１≧ｄの関係を有し、円筒胴体８６の内径Ｄと拡大壁部９０の下端部内径Ｄ２との間にＤ２＝（０．８〜１．０）×Ｄの関係を有するように構成されたものである。このような構造のサイクロンを使用することにより、流動層炉２０からの排ガス中のダストを効率よく捕集することができる。
【００１８】
また、熱交換器５０、５２としては、図３に示すように、臭気を通過させて加熱するための伝熱管９４が鉛直に配置された構造のものを用いることが好ましい。このように構成すれば、ダストの付着、堆積が少なく清掃も容易となる。なお、低温側の熱交換器５２も同様の構造とすることが好ましい。
さらに、流動層炉２０のガス分散板２４として、例えば、実公平７−３７１１３号公報に示されているような特殊構造の分散板とすることが好ましい。この特殊構造の分散板は、図４及び図５に示すように、板体９６に貫通固定された多数の筒体９８の天壁部１００に、直径が流動媒体径の３倍以下、望ましくは２倍以下の複数の小孔１０２が設けられたものである。このような構造の分散板を用いることにより、流動媒体を高温のまま保持するホットバンキングが可能となる。また、ガス分散板２４の上側近傍に補助バーナ（図示略）を設けることがあり、この場合は、立ち上げ時の臭気の脱臭が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１） 高伝熱性能の流動層炉で原料（造粒物）の乾燥、又は乾燥・予熱、又は乾燥・有機物の焼却・消石灰の焼成（分解）を行うので、下流のロータリキルンを小型化することができる。
（２） 原料が造粒物であるので、造粒物自体が流動媒体となり、他の流動媒体は不要である。また、クーラとして小型、高効率の流動層クーラを使用することができる。
（３） 流動層炉からの処理物をロータリキルンで十分時間をかけて焼成することができるので、高品質の地盤改良材を得ることができる。
（４） 流動層炉の排ガスで臭気を加熱し熱回収することにより、熱消費を低減することができる。
（５） 臭気の吹込配分を調整する場合は、各部の温度をダスト付着のない温度に設定することができる。また、各部の温度を脱臭可能な温度に設定することができるので、臭気処理を確実に行うことができる。
（６） 熱交換器を２段にする場合は、熱回収量は減少するが、装置を小型化（伝熱面積が１／３〜１／４となる）でき、また冷却用空気量を調整することにより、排ガス温度を一定にすることができる。このため、後流のバグフィルタを保護することができ、安定運転を継続することができる。
（７） 流動層炉の排ガスを高集塵効率のサイクロンで除塵する場合は、熱交換器内のダスト付着が大幅に減少し、熱効率を維持することができるとともに、長期連続運転が可能となる。
（８） 伝熱管が鉛直に配列された熱交換器を用いる場合は、ダストの付着、堆積が少なく清掃も容易となる。
（９） 特殊構造の分散板を用いる場合は、ホットバンキングを行うことが可能となる。従って、起動・停止が極めて短時間で行なえ、異常時の操作も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による地盤改良材の製造装置を示す系統的概略構成図である。
【図２】図１におけるサイクロンの一例を示す立面説明図である。
【図３】図１における熱交換器の一例を示す立面説明図である。
【図４】図１における流動層炉のガス分散板の一例を示す断面説明図である。
【図５】図４におけるガス分散板の要部の平面図である。
【符号の説明】
１０ 原料製造工場
１２ 混練機
１４ 造粒機
１６ ホッパ
１８ ベルトフィーダ
２０ 流動層炉
２２ 風箱
２４ ガス分散板
２６ 流動層
２８ ロータリキルン
３０ ロータリキルン排ガス導管
３２ Ｌバルブ
３４ 窯尻
３６ キルンバーナ
３８ 流動層クーラ
４０ ロータリフィーダ
４２ 輸送機
４４、６０ バグフィルタ
４６、５６ 押込ブロワ
４８ サイクロン
５０、５２ 熱交換器
５４ 臭気ファン
５８ 排ガス誘引ファン
６２ 煙突
６４ フリーボード部
６６、６８、７０ 加熱臭気の分岐管
７２、７４、７６ バルブ
８２ 排ガス導入口
８４ 排ガス排出管
８６ 円筒胴体
８８ 略逆円錐胴体
９０ 拡大壁部
９２ 略逆円錐胴部
９４ 伝熱管
９６ 板体
９８ 筒体
１００ 天壁部
１０２ 小孔

Claims (10)

1. 汚泥脱水ケーキに石灰を混合撹拌し造粒した造粒物を、下流のロータリキルンの排ガスを流動化ガスとする流動層炉に投入し造粒物を流動媒体として乾燥、乾燥・予熱又は乾燥・有機物焼却・消石灰焼成を行った後、流動層炉からの粒状物をロータリキルンに導入して焼成し、焼成粒状物を流動層クーラに導入して冷却し、流動層炉からの排ガスをサイクロンで除塵した後、サイクロンからの排ガスを熱交換器に導入して造粒物の製造過程で発生する臭気と熱交換し熱回収して、熱交換後の臭気の一部をロータリキルンの燃焼用空気としてロータリキルンのバーナの近傍又は直接バーナに吹き込んで臭気成分を燃焼又は分解により脱臭し、熱交換後の臭気の残部をロータリキルンの窯尻もしくは流動層炉の風箱に吹き込むか、又は流動層炉のフリーボード部に吹き込んで脱臭することを特徴とする地盤改良材の製造方法。
2. 造粒物の粒径が１〜２０mmである請求項１記載の地盤改良材の製造方法。
3. 造粒物の製造過程で発生する臭気を熱交換器に導入して昇温し、加熱臭気をロータリキルンの燃焼用空気として回収するとともに、余剰の加熱臭気を流動層炉の風箱及び／又はフリーボード部に吹き込んで脱臭する請求項１又は２記載の地盤改良材の製造方法。
4. 加熱臭気のロータリキルンへの吹込量、並びに加熱臭気の流動層炉の風箱への吹込量及び／又は加熱臭気の流動層炉のフリーボード部への吹込量を夫々調整する請求項３記載の地盤改良材の製造方法。
5. 汚泥脱水ケーキと石灰とを混練し造粒した造粒物を投入し造粒物を流動媒体として乾燥、乾燥・予熱又は乾燥・有機物焼却・消石灰焼成を行うための流動層炉と、
   流動層炉からの粒状物を導入して焼成するためのロータリキルンと、
   ロータリキルンからの焼成粒状物を冷却するための流動層クーラとを備え、
   ロータリキルンの窯尻と流動層炉の風箱とが、ロータリキルン排ガス導管を介して接続されており、
   流動層炉からの排ガスを導入してダストを分離するためのサイクロンと、このサイクロンからの排ガスを導入して造粒物の製造過程で発生する臭気ガスと熱交換し熱回収するための熱交換器を設け、
   熱交換器で加熱された臭気の一部はロータリキルンの燃焼用空気としてロータリキルンのバーナの近傍又は直接バーナに吹き込まれてロータリキルン内で臭気成分が燃焼又は分解して脱臭され、熱交換器で加熱された臭気の残部はロータリキルンの窯尻もしくは流動層炉の風箱に吹き込まれるか、又は流動層炉のフリーボード部に吹き込まれて脱臭されるようにしたことを特徴とする地盤改良材の製造装置。
6. 汚泥脱水ケーキと石灰とを混練するための混練機と、混練機からの混練物を造粒するための造粒機を備えた請求項５記載の地盤改良材の製造装置。
7. 熱交換器を排ガス流に対して直列２段に設け、高温側の熱交換器に造粒物の製造過程で発生する臭気を吹き込み、低温側の熱交換器に冷却用空気を吹き込むようにした請求項５又は６記載の地盤改良材の製造装置。
8. サイクロンが、上側部に接線方向に排ガスを導入する排ガス導入口を有するとともに、上面中央部に排ガス排出管を有する円筒胴体の下部に、略逆円錐胴体を連設し、この略逆円錐胴体の下部に拡大壁部を連設し、さらに、この拡大壁部に略逆円錐胴部を連設し、略逆円錐胴体の下端部内径Ｄ１と排ガス排出管の内径ｄがＤ１≧ｄの関係を有し、円筒胴体の内径Ｄと拡大壁部の下端部内径Ｄ２との間にＤ２＝（０．８〜１．０）×Ｄの関係を有するようにした高効率サイクロンである請求項５、６又は７記載の地盤改良材の製造装置。
9. 熱交換器が、臭気を通過させて加熱するための伝熱管が鉛直に配置された構造である請求項５〜８のいずれかに記載の地盤改良材の製造装置。
10. 流動層炉のガス分散板が、板体に貫通固定された多数の筒体の天壁部に、直径が流動媒体径の３倍以下の複数の小孔が設けられた構造である請求項５〜９のいずれかに記載の地盤改良材の製造装置。

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