JP4390524B2

JP4390524B2 - 有機性廃棄物の処理方法と処理システム

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Publication number: JP4390524B2
Application number: JP2003365416A
Authority: JP
Inventors: 正和澤井; 修一郎畠山; 浩史黒田; 正樹神澤
Original assignee: Kawasaki Plant Systems Ltd
Current assignee: Kawasaki Plant Systems Ltd
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2023-10-27
Also published as: JP2005125265A

Description

この発明は、炭素を含有する有機性廃棄物、とくに下水処理場、浄水場などから発生する汚泥をはじめ食品屑などを炭化して処理する方法とその処理システムに関するもので、詳しくはガスタービン発電機の併設して高酸素濃度の排ガスを炭化処理に有効利用することを前提にしたものである。

上記のガスタービン単体では熱効率が悪いために発電効率が低いので、発電効率の向上が要望視されている。

また近年、有機性廃棄物の有効利用についての研究が盛んに行われており、バイオガス化、コンポスト化、炭化など様々な技術が確立されつつある。

この種の先行技術に、例えば、炭化原料から活性炭化物を製造する装置として、スクリューコンベヤを内部に設けた炭化管を燃焼炉内に設置して炭化炉を構成し、炭化原料を供給装置により炭化管内に供給して間接加熱処理し、炭化管の前段で炭化原料を乾燥して水蒸気を発生させ、中段で炭化させて水蒸気と熱分解ガスを発生させ、後段で炭化物を水蒸気と熱分解ガスで賦活・活性化させて活性炭化物を製造する構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

その他に、高水分含有汚泥を乾燥・焼成する汚泥乾燥焼成設備と、この汚泥乾燥焼成設備とその関連設備に電力を供給するガスタービン発電機とで構成され、そのガスタービン発電機から出る高温排ガスの少なくとも一部を汚泥乾燥焼成設備の熱風乾燥機・高温焼成機に供給して汚泥を乾燥・焼成する構造の汚泥資源化方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、有機物からメタン醗酵させて得られる消化ガスを燃料電池発電に使用することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００１−３２２８０９号公報（段落番号０００８、０００９、００１９）特開平８−６１６４６号公報（請求項１、段落番号０００８、００１７）特開２００１−２３６７７号公報（段落番号００２０〜００２２、図１）

上記の汚泥資源化方法では、ガスタービンを汚泥乾燥焼成設備に併設し、ガスタービンの排ガスを熱風乾燥機・高温焼成機に供給して汚泥を乾燥・焼成するのに使用している。この方法では、汚泥は乾燥あるいは焼成して処理されるため、有効に利用されているとは云えない。しかも、ガスタービンの運転状況によって排ガス量が変化するが、汚泥乾燥焼成設備では排ガス量の変化に応じて燃焼量を増減する必要があり、制御が複雑である。また、ガスタービン発電機に供給される空気は酸素濃度が２１％位であるが、ガスタービンでは酸素がほとんど消費されず、酸素濃度１７〜１９％の燃焼排ガスが排出され、また同排ガスは顕熱を保有しているので、有効利用を図るべきである。

本発明はガスタービン発電機を炭化炉と組み合わせることにより、理想的燃焼を両者で達成し、ガスタービンの効率も向上でき、また有機性廃棄物を炭化して活性炭化物を製造して有効利用を図れる有機性廃棄物の処理方法と処理システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、炭化炉（炭化賦活炉）にガスタービン発電機を併設し、少なくとも前記炭化炉に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理方法であって、
前記ガスタービンから排出される燃焼排ガスを前記炭化炉に供給し助燃料とともに燃焼させ、乾燥させた前記脱水ケーキを還元雰囲気中で熱分解して炭化させ、炭化物を回収するとともに、前記炭化炉からの排ガスの保有熱を熱交換手段を介して熱回収することにより水を加熱して水蒸気を発生させ、この水蒸気の一部を前記脱水ケーキの乾燥に、同水蒸気の残りの一部を前記ガスタービンに導入してチェーンサイクルに、同水蒸気の残りを前記ガスタービンへ導入する冷却空気用の空気冷却にそれぞれ用いることを特徴とする。

上記の構成を有する本発明の処理方法によれば、ガスタービンから排出される燃焼排ガスを有機廃棄物の炭化に必要な熱源として有効に利用できるほか、炭化に使用された後の排ガスについても熱交換手段により熱回収し、脱水ケーキの乾燥の熱源として使用することができ無駄がない。こうしてガスタービン発電機に導入する酸素濃度２１％前後の空気中の酸素を段階的に消費し、最終的に酸素濃度９％以下（望ましくは６％前後）の排ガスとして排気することができ、全体としての熱効率を向上できる。また、有機性廃棄物から活性炭化物を製造してダイオキシン吸着剤や脱臭剤などとして使用できる。

また、前記炭化炉の排ガスにより水を加熱して水蒸気を発生させ、この水蒸気の一部を前記脱水ケーキの乾燥に、同水蒸気の残りの一部を前記ガスタービンに導入してチェーンサイクルに、同水蒸気の残りを前記ガスタービンへ導入する冷却空気用の空気冷却にそれぞれ用いることができる。

これによれば、ガスタービンから排出される燃焼排ガスを有機性廃棄物の炭化に使用後、水蒸気に変換して熱回収するので、脱水ケーキの乾燥用熱源に使用できるだけでなく、例えば、ガスタービンに蒸気を吹き込むチェーンサイクルシステムを採用したり、また蒸気を熱源とする冷却器で空気を冷却してガスタービンに吹き込んで吸気温度を下げたりすることができ、発電効率を大幅に向上することができる。

請求項２および５に記載のように、前記熱交換手段を介して熱回収することにより２００℃以上（望ましくは４５０〜６５０℃）の加熱空気あるいは過熱蒸気を前記脱水ケーキの乾燥に使用するとともに、前記炭化炉の温度が９００℃以上（望ましくは９５０℃）に維持されるように助燃料の供給量を制御したうえ、前記熱交換手段を通過した排ガスの酸素濃度を９％以下（望ましくは６％）に維持されるよう前記ガスタービンの発電量を制御することができる。
さらに、請求項３および４に記載のように、前記熱交換手段から排出された排ガスの酸素濃度に応じて前記ガスタービン発電機の燃料噴射量を制御し、前記ガスタービンの発電量を制御することができる。

これらの処理方法によれば、高効率で有機廃棄物から活性炭化物を製造することができ、また処理システム全体の熱効率が向上する。

上記の目的を達成するために請求項６記載の処理システムは、炭化炉にガスタービン発電機を併設し、少なくとも前記炭化炉に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理システムであって、
前記炭化炉から排出される排ガスの熱を回収して過熱蒸気又は加熱空気を発生するための熱交換器と、この熱交換器から供給する過熱蒸気又は加熱空気により前記脱水ケーキを乾燥して前記炭化炉に供給するための乾燥機とを備えたことを特徴とする。

この有機性廃棄物の処理システムによれば、上記の請求項１記載の処理方法を確実に実施できる。

さらに、前記熱交換器から排出される排ガスの排気管に同排ガスの温度センサーおよび酸素濃度センサーをそれぞれ装着し、前記排気管から分岐した分岐循環管一端を前記炭化炉の燃焼排ガス導入口付近に接続するとともに、前記分岐循環管には循環流量調節弁を介設してこの温度センサーにて測定される排ガスの温度に応じて前記循環流量調節弁の開度を自動調整し、前記排ガスの酸素濃度値に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射量調整機構を設けるようにする。

このようにすれば、排ガスの酸素（Ｏ₂₎濃度を９％以下（望ましくは６％）に維持されるよう、ガスタービンの負荷（発電量）を制御することができる。つまり、酸素濃度が高くなれば炭化燃焼用空気であるガスタービン燃焼排ガス量が減少するように発電負荷を低減する制御を行い、逆に排ガスの酸素濃度が低下すれば、ガスタービンからの燃焼排ガスの量を増大するように電力負荷が上がるように制御を行い、処理システム全体の熱効率を向上することができる。また、熱交換器から排出され炭化炉へ循環される排ガスの循環風量を、排ガスの温度に応じて循環流量調節弁の開度を自動調整して制御できるので、熱交換器から排出される排ガスの出口温度を例えば２００℃に維持することができる。

上記の目的を達成するために請求項７記載の処理システムは、炭化炉にガスタービン発電機を併設し、少なくとも前記炭化炉に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理システムであって、
前記炭化炉から排出される排ガスの熱を回収して過熱蒸気を発生するための廃熱ボイラと、この廃熱ボイラに給水するためおよび廃熱ボイラで消費した分を補うための給水装置と、前記廃熱ボイラから供給する過熱蒸気により前記脱水ケーキを乾燥して前記炭化炉に供給するための乾燥機と、前記廃熱ボイラから供給する過熱蒸気にて空気を冷却して前記ガスタービンに導入するための冷却器と、前記廃熱ボイラからの過熱蒸気を前記ガスタービンへ供給するための供給路とを備えたことを特徴とする。

この有機性廃棄物の処理システムによれば、請求項６記載の処理システムに比べて機器類の点数は増えるが、タービンチェーンサイクルを行うことを可能にし、またタービン導入用の吸気温度を下げることを可能にし、発電効率が大幅に（約２０〜３０％）アップする。いいかえれば、請求項１記載の処理方法を確実に実施できる。

請求項８に記載のように、前記熱交換器から排出される排ガスの排気管に同排ガスの温度センサーおよび酸素濃度センサーをそれぞれ装着し、前記排気管から分岐した分岐循環管一端を前記炭化炉の燃焼排ガス導入口付近に接続するとともに、前記分岐循環管には循環流量調整弁を介設してこの温度センサーにて測定される排ガスの温度に応じて前記循環流量調整弁の開度を自動調整し、また前記酸素濃度センサーと前記炭化炉に設けた炉内温度センサーとを炭化炉への助燃料供給量を調整するための流量調整弁にそれぞれ接続して炭化炉内温度および排ガスの酸素濃度の変化に応じて前記助燃料供給量を制御できるようにすることができる。

このようにすれば、助燃料供給量を制御して炭化炉の温度を９００℃以上、望ましくは９５０℃に維持することができる。つまり、炭化炉への助燃料供給量は炭化温度によって制御されるのを基本とし、前記熱交換器から排出される排ガスの酸素濃度による制御は炭化温度によって規定される制御結果に対し、＋又は−の変化指令を与える。これにより、炭化排ガスの量および廃熱ボイラからの余剰蒸気量が変化し、例えば排ガスの酸素濃度が高いときに助燃料が多くなり、廃熱ボイラからの蒸気量が増え、ガスタービンチェーンサイクルおよびガスタービン入り口空気温度冷却能力が増大する。また、炭化炉へ循環される排ガスの循環風量を循環弁の開度で制御して廃熱ボイラから排出される排ガスの出口温度を例えば２００℃に維持することができる。さらに排ガスの酸素濃度を９％以下（望ましくは６％）に維持されるようにガスタービンの負荷（発電量）を制御することができ、処理システム全体の熱効率を向上させられる。さらにまた、炭化系の上記制御により、廃熱ボイラーからの余剰蒸気が増えると、チェーンサイクルおよび入り口空気が冷却され、タービン発電量が増大する。

本発明に係る有機廃棄物の処理方法あるいは処理システムによれば、ガスタービン発電機を炭化炉と組み合わせたことにより理想的燃焼を両者で達成でき、ガスタービンの効率も向上でき、また有機性廃棄物を炭化して活性炭化物を製造するので、有機性廃棄物の有効利用が図れる。

本発明の請求項１に係る処理方法および請求項４に係る処理システムでは、炭化の規模に応じて、最良に近い熱効率をもたらすガスタービン発電量が得られる。

さらに、請求項１の処理方法および請求項６の処理システムでは、タービン発電や炭化の規模およびそれらのバランスに応じて最良に近い熱効率でもって下水汚泥などの有機性廃棄物処理と発電をなし得る。また、請求項７に記載の処理システムは、機器類の点数が増え、構造がやや複雑になるが、熱回収を蒸気にて行うので、タービンチェーンサイクルを行うことが可能になる。これにより、発電効率が約２０％アップする。また、タービン導入の吸気温度を低下させることにより発電効率が約１０％アップする。

（実施例１）
図１は本発明の処理システムを下水汚泥の処理に適用した実施例を系統的に示すフロー図である。図１に示すように本例の処理システム１は、下水処理場での下水処理に伴って発生する下水汚泥を炭化・賦活処理して活性炭化物Ｃを製造するための炭化（賦活）炉３をガスタービンに発電機が連結されたガスタービン発電機２と組み合わせて設置している。ガスタービン発電機２および炭化（賦活）炉３は公知のもので、炭化（賦活）炉３は例えば特許２９７５０１１号公報に記載された下記の構造のものを使用する。

図２に示すように、炭化（賦活）炉３は、炉本体３１内にスクリューコンベヤ３４が内装された金属製の円筒状炭化管３３が配設され、ガスタービン発電機２のガスタービンから排出されるタービン排ガスＧが導入口３２から炉本体３１内に供給される。炉本体３１内では導入口３２から供給されたタービン排ガスＧが後述する助燃料Ｊとともにバーナー（図示せず）で燃焼され、この燃焼ガスＧ’が炭化管３３の長手方向に沿って下方から上方の排気口３５へ流れて排出される。一方、乾燥機４から搬出された乾燥汚泥Ｔは、炭化管３３の一端に設けられた入り口３３ａから炭化管３３内に供給され、炉本体３１内を流通入する炭化排ガスＨにて間接的に加熱される。そして、炭化管３３内の還元雰囲気中をスクリューコンベヤ３４にて下流側へ順に搬送される間に炭化される。また、炭化管３３内では乾燥汚泥Ｔに含有されている水分が水蒸気となって発生し、下流側の炭化管３３内で乾燥汚泥Ｔの炭化処理時に発生する熱分解ガスとともに賦活処理に用いられる。炭化管３３内部に充満している水蒸気および熱分解ガスは、炭化管３３の下流端付近の排気口３３ｂから炉本体３１内に排出され、タービン排ガスＧと混合されて燃焼する。また、末端部は冷却管３６で構成され、その周囲に水冷機構３７が装着されており、炭化管３３とはロータリーバルブ３８を介して接続されている。そして、炭化管３３内で生成された活性炭化物Ｃが冷却管３６内をスクリューコンベヤ３４で搬送される間に冷却され、末端の下向きに開口した取出口３６ａから取り出される。

このようにして、炭化（賦活）炉３の炭化管３３内に供給される乾燥汚泥Ｔは、炭化管３３内で炭化処理されたのち、賦活処理されて活性炭化物Ｃとして取り出される。

その他、下水汚泥を遠心分離機等で脱水した脱水ケーキＳを乾燥し、乾燥汚泥Ｔにするための乾燥機４ならびに炭化（賦活）炉３からの炭化排ガスＨの熱を回収するための熱交換器５を備えている。炭化（賦活）炉３の本体３１内にはタービン排ガスＧとともに助燃料Ｊ、本例では重油が給油管６により導入口３２付近へ供給される。この給油管６には助燃料噴射ポンプ２４および助燃料噴射量調整弁７が介設され、炉本体３１に装着された炉内温度センサー１８により測定される炉内温度に応じて助燃料噴射量調整弁７の開度が自動調整され、重油の供給量が自動的に調節される。

脱水ケーキＳは、貯留場（図示せず）から送給ポンプ９を介設した送給管８によって乾燥機４へ送給される。乾燥機４では、脱水ケーキＳが加熱空気（あるいは過熱蒸気）で乾燥されるが、この加熱空気は熱交換器５にて炭化排ガスＨの熱で加熱され、供給管１０で乾燥機４へ送られる。加熱空気は２００℃以上、できれば４５０〜６５０℃が望ましい。また、乾燥機４に送られた加熱空気は戻し管１２により熱交換器５へ戻され、循環される。供給管１０の途中には流量調整弁１１が介設され、戻し管１２に装着された空気温度センサー２２により測定される温度に応じて流量調整弁１１の開度が自動調整される。

熱交換器５から排出される排ガスＩは排気管１３から煙突（図示せず）等を通して大気中へ放散されるが、排気管１３には排ガスＩの温度センサー１４および酸素濃度センサー１５がそれぞれ装着されている。また、排気管１３は分岐され、分岐循環管１６の一端が炭化（賦活）炉３のタービン排ガスＧの導入口３２付近に接続されている。分岐循環管１６には循環流量調節弁１７が介設され、温度センサー１４にて測定される排ガスＩの温度に応じて循環流量調節弁１７の開度が自動調整される。さらに、酸素濃度センサー１５はガスタービン発電機２の燃料噴射ポンプ２３に接続され、排ガスＩの酸素濃度値に応じて燃料噴射量が制御される。さらにまた、酸素濃度センサー１５とポンプ９とが接続され、排ガスＩの酸素濃度値に応じてポンプ９の回転数が自動制御され、乾燥機４へ送給される脱水ケーキＳの供給量が自動的に調節される。

上記のようにして本実施例に係る処理システム１が構成されるが、以下に本例の処理システム１の制御を処理方法とともに詳しく説明する。

図１の処理システム１において、
a) 乾燥系：下水汚泥の脱水ケーキＳは乾燥機４に投入される。このとき、熱交換器５から２００℃以上、望ましくは４５０〜６５０℃の加熱空気が同時に導入される。

一方、乾燥機４では排気温度が９０〜１２０℃を維持するように、脱水ケーキＳの投入量と加熱空気の導入量が調整される。

b) 炭化系：炭化（賦活）炉３の炉本体３１内の温度が９００℃以上、望ましくは９５０℃に維持されるように助燃料Ｊである重油の供給量が調整される。

一方、熱交換器５から排出される排ガスＩの出口温度は２００℃を維持するように、炭化（賦活）炉３へ循環される排ガスＩの循環風量が循環流量調節弁１７の開度で制御される。つまり、脱水ケーキＳの乾燥用熱源が増加すると排ガスＩの出口温度が低下するので、循環流量調節弁１７の開度が増大し循環される排ガス量が増える。この結果、熱交換器５を通過する炭化（賦活）炉３からの炭化排ガスＨの量が増加する。

また処理システム１全体の熱効率を向上するために、排ガスＩの酸素濃度を９％以下（望ましくは６％）に維持されるよう、ガスタービンの負荷（発電量）を制御する。つまり、酸素濃度が高くなれば、炭化燃焼用空気であるタービン排ガス量Ｇが減少するように発電負荷を低減する制御を行う。

c) ガスタービン発電系：ガスタービン自体は電力負荷の変動に応じて燃料制御が行われる。そして、排ガスＩの酸素濃度が低下すれば、ガスタービンからの燃焼排ガスＨの量を増大するように電力負荷が上げられる。

このようにして、下水汚泥の炭化規模に応じて最良に近い熱効率をもたらす発電量が得られる。例えば、以下のようなケース１・２が考えられる。

◎ケース１：脱水ケーキＳの含水率が大の場合
脱水ケーキＳの乾燥用熱量を増大させる必要があり、これに伴って炭化（賦活）炉３への排ガスＩの循環量が増えて炭化（賦活）炉３の温度が低下する。したがって、助燃料Ｊの供給量が増え、排ガスＩの酸素濃度が低下し、ガスタービン発電量が増える。いいかえれば、電力需要が高いときには、脱水ケーキＳの含水率を決定する凝集剤添加量を減らし、脱水に必要な経費を減らして対処する。

◎ケース２：電力需要が低い場合
脱水ケーキＳの含水率を上げる（凝集剤添加量を増加する）とともに、助燃料の供給量を増やす。

なお、下記の表１は発電量と脱水ケーキの含水率との関係を示す（ただし、脱水ケーキ１００ton／dayの炭化（賦活）炉を備えた処理システムの場合）

（実施例２）
図３は本発明の処理システムを下水汚泥の処理に適用した別の実施例を系統的に示すフロー図である。図３に示すように本例の処理システム１’が上記の実施例１と相違するのは、下記の構成である。すなわち、熱回収用熱交換器５に代えて廃熱ボイラ１９を使用し、過熱蒸気発生用の給水装置２０を設けている。給水装置２０からは純水を廃熱ボイラ１９に給水管２０ａで供給するようにしている。また、排ガスＩの酸素濃度センサー１５と炭化（賦活）炉３の炉内温度センサー１８とを助燃料の供給量を調節するための助燃料噴射量調整弁７にそれぞれ接続し、排ガスＩの酸素濃度の変化に対応しても助燃料噴射量調整弁７の開度が制御され、助燃料の供給量が調整できるようにしている。

さらに、廃熱ボイラ１９で発生する過熱蒸気を蒸気噴射量調整弁２７を介設した供給管２６で乾燥機４へ供給するだけでなく、ガスタービンへ蒸気噴射量調整弁２９を介設した供給管２８で供給して噴射するようにして出力を増大させる、いわゆるチェーンサイクル用に利用できるようにしている。また同過熱蒸気は、ガスタービン発電機２の効率アップのための冷却空気を作るための冷却器２１の冷媒再生用の熱源としても使用している。つまり、空気を冷却して冷却空気を作るための冷却器２１に過熱蒸気の一部を供給管２８ａで供給している。また、給水装置２０からの純水も冷却器２１に供給している。その他の構成については、実施例１の処理システム１と共通するので、共通する構成部材は同一の符号を付して図示し、説明を省略する。

上記のようにして実施例２に係る処理システム１’が構成されるが、以下に本例の処理システム１’の制御を処理方法とともに詳しく説明する。

図３の処理システム１’において、
a) 乾燥系：下水汚泥の脱水ケーキＳは乾燥機４に投入される。このとき、廃熱ボイラ１９から２００℃以上、望ましくは４５０〜６５０℃の過熱蒸気が乾燥機４に同時に導入される。一方、乾燥機４では排気温度が９０〜１２０℃を維持するように、過熱蒸気の導入量が調整される。

また、乾燥汚泥は含水率が１０〜３０％の範囲になるように維持される。

b) 炭化系：炭化（賦活）炉３の炉本体内温度が９００℃以上、望ましくは９５０℃に維持されるように助燃料である重油の供給量が調整される。一方、廃熱ボイラ１９から排出される排ガスＩの出口温度は２００℃を維持するように、炭化（賦活）炉３へ循環される排ガスＩの循環風量が循環流量調節弁１７の開度で制御される。つまり、脱水ケーキＳの乾燥用熱源が増加すると排ガスＩの出口温度が低下するので、循環流量調節弁１７の開度が増大し、循環される排ガス量が増えるので、廃熱ボイラ１９を通過する炭化（賦活）炉３からの炭化排ガスＨの量が増加する。また、処理システム１’全体の熱効率を向上するために、排ガスＩの酸素濃度を９％以下（望ましくは６％）に維持されるよう、ガスタービンの負荷（発電量）を制御する。

炭化（賦活）炉３用の助燃料は上記のように炭化温度によって制御されるのを基本とし、排ガスＩの酸素濃度による制御は炭化温度によって規定された制御結果に対し、＋又は−の変化指令を与える。これにより、炭化排ガスＨの量および廃熱ボイラ１９からの余剰蒸気量が変化する。つまり、排ガスＩの酸素濃度が高いときに助燃料が多くなり、廃熱ボイラ１９からの蒸気量が増え、ガスタービンチェーンサイクルおよびガスタービン入り口空気温度冷却能力が増大する。

c) ガスタービン発電系：ガスタービンは発電量が一定になるよう燃料制御が行われている。ガスタービンに蒸気を吹き込むチェーンサイクルシステムを採用したことにより、発電効率が向上する。また、冷却空気を吹き込んでガスタービンの吸気温度を下げることにより、発電効率を向上することができる。さらに、炭化系の制御により、廃熱ボイラー１９からの余剰蒸気が増えると、チェーンサイクルおよび入り口空気が冷却され、タービン発電量が増大することになる。

このようにして、ガスタービン発電機２や炭化（賦活）炉３の規模およびそれらのバランスに応じて最良に近い熱効率をもって下水汚泥処理と発電がなされるに至る。

ここで、下水汚泥処理における助燃料消費量に大きな影響を与える脱水ケーキＳの含水率の変動に対する制御ループについて説明する。例えば、以下のようなケース１・２が考えられる。

◎ケース１：脱水ケーキＳの含水率が大きくなった場合
乾燥すべき脱水ケーキＳの水分が増え、乾燥機４からの排ガス温度が低下する。排ガス温度を制御することにより、廃熱ボイラ１９からの蒸気量が増大する。その結果、廃熱ボイラ１９からの排ガスＩの出口温度が低下し、炭化（賦活）炉３への排ガスＩの循環量が増えるが、循環量が増えると、炭化（賦活）炉３の温度が低下し、助燃料の供給量が増え、排ガスＩの酸素濃度が低下する。一方、乾燥機４へ送る蒸気量が増えるため、ガスタービンへのチェーンサイクルおよび冷却器２１への蒸気供給量が不足し、ガスタービンの発電効率が低下するので、発電量を一定に維持しようとすると、ガスタービンへの燃料供給量が増大し、タービン排ガス量も増大する。この結果、炭化（賦活）炉３の炭化排ガスＨの酸素濃度が上昇し、復旧する。

処理システム１’を全体として見れば、発電効率を下げ、排ガスＨの熱回収率を上げることによって、下水汚泥の脱水ケーキＳの乾燥用熱源を大きくという制御を行うことに他ならない。

◎ケース２：脱水ケーキＳの含水率が低くなった場合
乾燥用熱源としての蒸気量が減少し、ガスタービンチェーンサイクルと冷却空気の冷却器２１に使用される蒸気量が増大するため、ガスタービン発電効率が上昇し、ガスタービン導入燃料が減少して燃焼排ガス量が低減され、炭化（賦活）炉３の酸素濃度が上昇し、炭化（賦活）炉３の助燃料が減少することになる。

処理システム１’を全体として見れば、汚泥の乾燥に用いられる熱量が減少した分の蒸気を発電効率の向上に用いて、ガスタービン発電機２側での燃料消費量を減らすことに他ならない。

本実施例２に係る処理システム１’は、ガスタービン発電機２を一定出力に維持して炭化排ガスＨの熱で蒸気を発生させて（蒸気にして）回収するシステムで、上記の実施例１の処理システム１の下水汚泥処理量の変動をタービン発電機２の負荷（発電量）で制御するシステムに比べて機器類の点数は増えるが、つぎのようなメリットがある。

・タービンチェーンサイクルを行うことによって、発電効率が約２０％アップする。

・タービン導入の吸気温度が低下することによって、発電効率が約１０％アップする。

また、汚泥の炭化設備（主に炭化（賦活）炉３）と発電設備（主にガスタービン発電機２）とを組み合わせる際の規模のバランスについては、汚泥の脱水ケーキ量を１００ｔ／ｄの場合：
本実施例２に係る処理システム１’ではガスタービン発電量４００〜１０００ｋＷが適正範囲であり、一方、上記の実施例１の処理システム１ではガスタービン発電量２００〜５００ｋＷが適正範囲である。この理由は、処理システム１は回収した熱の利用が汚泥の乾燥に限定されるのに対し、処理システム１’は発電効率の向上にも利用できるからである。

（実施例３）
図４は本発明のさらに別の実施例に係る処理システムを示すフロー図である。図４に示すように、本例の処理システム１”は、下水処理場で発生する初沈汚泥および収集される食品廃棄物からメタンガスを発生させてガスタービン発電機２の燃料に使用し、下水処理場の余剰汚泥を炭化して活性炭化物を製造するシステムである。上記の２つの処理システム１・１’と相違するのは、消化槽２５を備えており、この消化槽２５によって初沈汚泥Ｖと食品廃棄物Ｙを微生物で消化し、メタンを含む消化ガスＭを発生させ、ガスタービン発電機２の燃料として用いることである。一方、このときに消化汚泥Ｗが生じるので、これは埋め立て地などに埋設する。メタンガスＭはガスタービン発電機２の燃料として使用し、発電する。一方、ガスタービン発電機２から排出されるタービン排ガスＧを炭化（賦活）炉３に供給して余剰汚泥Ｚの炭化に利用するとともに、熱交換器５を介して回収した熱を利用して消化槽２５を加温したり、余剰汚泥Ｚの前処理（乾燥）に利用したりする。

本例の処理システム１”は、基本的には実施例１の処理システム１を利用している。なお、図４に示していないが、余剰汚泥Ｚの脱水ケーキを乾燥するための乾燥機（図１参照）を備え、熱交換器５を通して炭化（賦活）炉３からの排ガスＨの熱を回収して発生させた加熱空気を乾燥機４で使用する。また、炭化（賦活）炉３で製造される活性炭化物Ｃは、上記の実施例１・２とも共通するが、システム系外ではダイオキシン吸着剤や脱臭剤として使用し、システム系内では余剰汚泥Ｚの脱水助剤として使用する。とくに、本例では消化槽２５内において微生物を吸着保持する生物担体としても使用することができる。

そのほか、上記の各実施例の処理システム１〜１”において、乾燥させた下水汚泥などの有機性廃棄物を炭化に必要な助燃料Ｊとして用いることができ、これにより従来の重油などの化石燃料を削減したり不要にしたりすることもできる。また、下水汚泥や食品屑のほか、炭素を含有するものであれば、各種の有機性廃棄物を炭化物にして有効に利用できる。

本発明の処理システムを下水汚泥の処理に適用した実施例を系統的に示すフロー図である。本発明の処理システムに用いる炭化（賦活）炉の一例を示す概要断面図である。本発明の処理システムを下水汚泥の処理に適用した別の実施例を系統的に示すフロー図である。本発明のさらに別の実施例に係る処理システムを示すフロー図である。

符号の説明

１・１’・１”処理システム
２ガスタービン発電機
３炭化（賦活）炉
４乾燥機
５熱交換器
６給油管
７助燃料噴射量調整弁
８送給管
９送給ポンプ
１０供給管
１１流量調整弁
１２戻し管
１３排気管
１４温度センサー
１５酸素濃度センサー
１６分岐循環管
１７循環流量調節弁
１８炉内温度センサー
１９廃熱ボイラ
２０給水装置
２１冷却器
２２空気温度センサー
２３燃料噴射ポンプ
２４助燃料噴射ポンプ
２５消化槽
２７・２９蒸気噴射量調整弁
３１炉本体
３２導入口
３３炭化管
３４スクリューコンベヤ
３６冷却管
３７水冷機構
３８ロータリーバルブ
Ｓ脱水ケーキ
Ｔ乾燥汚泥
Ｇタービン排ガス
Ｈ炭化排ガス
Ｉ排ガス

Claims

炭化炉にガスタービン発電機を併設し、少なくとも前記炭化炉に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理方法であって、
前記ガスタービンから排出される燃焼排ガスを前記炭化炉に供給し助燃料とともに燃焼させ、乾燥させた前記脱水ケーキを還元雰囲気中で熱分解して炭化させ、炭化物を回収するとともに、
前記炭化炉からの排ガスの保有熱を熱交換手段を介して熱回収することにより水を加熱して水蒸気を発生させ、この水蒸気の一部を前記脱水ケーキの乾燥に、同水蒸気の残りの一部を前記ガスタービンに導入してチェーンサイクルに、同水蒸気の残りを前記ガスタービンへ導入する冷却空気用の空気冷却にそれぞれ用いることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
前記熱交換手段を介して熱回収することにより２００℃以上の過熱蒸気を前記脱水ケーキの乾燥に使用するとともに、前記炭化炉の温度が９００℃以上に維持されるように助燃料の供給量を制御したうえ、前記熱交換手段から排出された排ガスの酸素濃度を９％以下に維持されるよう前記ガスタービンの発電量を制御する請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
前記熱交換手段から排出された排ガスの酸素濃度に応じて前記ガスタービン発電機の燃料噴射量を制御し、前記ガスタービンの発電量を制御することを特徴とする請求項１または２記載の有機性廃棄物の処理方法。
炭化炉にガスタービン発電機を併設し、少なくとも前記炭化炉に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理方法であって、
前記ガスタービンから排出される燃焼排ガスを前記炭化炉に供給し助燃料とともに燃焼させ、乾燥させた前記脱水ケーキを還元雰囲気中で熱分解して炭化させ、炭化物を回収するとともに、前記炭化炉からの排ガスの保有熱を熱交換手段を介して熱回収し、前記脱水ケーキの乾燥に用い、前記熱交換手段から排出された排ガスの酸素濃度に応じて前記ガスタービン発電機の燃料噴射量を制御し、前記ガスタービンの発電量を制御することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
炭化炉にガスタービン発電機を併設し、少なくとも前記炭化炉に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理方法であって、
前記ガスタービンから排出される燃焼排ガスを前記炭化炉に供給し助燃料とともに燃焼させ、乾燥させた前記脱水ケーキを還元雰囲気中で熱分解して炭化させ、炭化物を回収するとともに、
前記炭化炉からの排ガスの保有熱を熱交換手段を介して熱回収することにより２００℃以上の加熱空気あるいは過熱蒸気を前記脱水ケーキの乾燥に使用するとともに、前記炭化炉の温度が９００℃以上に維持されるように助燃料の供給量を制御したうえ、前記熱交換手段を通過した排ガスの酸素濃度を９％以下に維持されるよう前記ガスタービンの発電量を制御することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
炭化炉にガスタービン発電機を併設し、少なくとも前記炭化炉に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理システムであって、
前記炭化炉から排出される排ガスの熱を回収して過熱蒸気又は加熱空気を発生するための熱交換器と、この熱交換器から供給する過熱蒸気又は加熱空気により前記脱水ケーキを乾燥して前記炭化炉に供給するための乾燥機とを備え、前記熱交換器から排出される排ガスの排気管に同排ガスの温度センサーおよび酸素濃度センサーをそれぞれ装着し、前記排気管から分岐した分岐循環管一端を前記炭化炉の燃焼排ガス導入口付近に接続するとともに、前記分岐循環管には循環流量調節弁を介設してこの温度センサーにて測定される排ガスの温度に応じて前記循環流量調節弁の開度を自動調整し、前記排ガスの酸素濃度値に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射量調整機構を設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
炭化炉にガスタービン発電機を併設し、少なくとも前記炭化炉に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理システムであって、
前記炭化炉から排出される排ガスの熱を回収して過熱蒸気を発生するための廃熱ボイラと、この廃熱ボイラおよび下記の冷却器に給水するための給水装置と、前記廃熱ボイラから供給する過熱蒸気により前記脱水ケーキを乾燥して前記炭化炉に供給するための乾燥機と、前記廃熱ボイラから供給する過熱蒸気にて空気を冷却して前記ガスタービンに導入するための冷却器と、前記廃熱ボイラからの過熱蒸気を前記ガスタービンへ供給するための供給路とを備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。
前記廃熱ボイラから排出される排ガスの排気管に同排ガスの温度センサーおよび酸素濃度センサーをそれぞれ装着し、前記排気管から分岐した分岐循環管一端を前記炭化炉の燃焼排ガス導入口付近に接続するとともに、前記分岐循環管には循環流量調整弁を介設してこの温度センサーにて測定される排ガスの温度に応じて前記循環流量調整弁の開度を自動調整し、また前記酸素濃度センサーと前記炭化炉に設けた炉内温度センサーとを炭化炉への助燃料供給量を調整するための流量調整弁にそれぞれ接続して炭化炉内温度および排ガスの酸素濃度の変化に応じて前記助燃料供給量を制御できるようにした請求項７記載の有機性廃棄物の処理システム。