JP4440696B2

JP4440696B2 - 下水汚泥の炭化方法

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Publication number: JP4440696B2
Application number: JP2004124494A
Authority: JP
Inventors: 清貴呉; 泰秀前田
Original assignee: Kotobuki Sangyo Co Ltd
Current assignee: Kotobuki Sangyo Co Ltd
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: JP2005306969A

Description

この発明は、廃棄物の炭化方法及び同方法によって製造された炭化物の利用方法に関する。

現代は、自動車や家電品や食料食品容器やその他の各種の無機質品のリサイクル処理化が法的要請となっていると共に、これらの無機質品の処理は省資源や環境保護の立場からも急務の要請となっていることは周知の事実である。

特に、かかるリサイクル処理化は自動車業界のみならず自動車関連業界においては大きな問題となっている。

現在知られている廃棄自動車の有効な処理方法としては、廃棄自動車を解体して各々の解体部品を所定のリサイクルラインに乗せて再生し、或いは他の用途に再利用する方法がとられている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、かかる解体処理時には、材質や形態などの特質から通常のリサイクル処理や焼却処理に廻せない廃棄塵芥、いわゆるシュレッダーダストが必然的に発生するものであり、廃棄自動車においては約２０〜３０%のシュレッダーダストが発生する。

しかし、これらのシュレッダーダスト等の無機性廃棄物に限らず、有機性廃棄物も処理の必要性が急務となっている。例えば、有機性廃棄物としては、下水汚泥やし尿汚泥や都市ごみ、塵芥、食品廃棄物、廃木材等、様々な種類があり、これらは炭素分を含む高分子から構成されており、焼却処理やコンポスト化処理が行われている。
特開平１１−３４８８５５号公報

この無機性廃棄物としてのシュレッダーダストは樹脂系や繊維系の微細屑や金属系の小片を含んでおり、焼却処分するとダイオキシンが発生し公害問題を生起し、しかも、かかるシュレッダーダストは解体作業時に大量に発生するものであるため、このシュレッダーダストをいかに処理し、処理後にいかに有効に利用するかは今後の廃棄自動車のリサイクル処理の大きな課題となっている。

もっとも、シュレッダーダストをリサイクル処理する試みも当然なされており、例えば、シュレッダーダストを分別して一定の処理を行い、各々に適応した用途に用いる方法などが実施されてはいるが、分別後の廃棄材料処理が煩雑であり、また膨大な量の処理済み材料の用途を確保することは更に困難であり、結局はシュレッダーダストのリサイクル処理の目的には程遠いというのが実情であった。

更には、下水汚泥や都市ごみや塵芥や食品廃棄物等の有機性廃棄物は、水分を多く含んで生物学的に不安定な蛋白質や炭水化物や木質などから構成されているため、焼却処理やコンポスト化処理を行っても減容化率が低く、設備建設費が高く、生成物の再利用が難しく、また、ダイオキシン類の対策が必要なため、処理費が高騰する欠点があった。

特に、生成物が大量に発生した場合の処理については、目途がついていないため、処理方法自体の見直しも余儀なくされる状態となっている。

この発明は、下水汚泥を、炭化炉で炭化処理する下水汚泥の炭化方法において、まず、下水汚泥を脱水する前処理工程を経て、その後、前処理した下水汚泥をロータリーキルンよりなる乾燥機中に供給しながら後述する炭化炉で発生した乾留燃焼ガスをロータリーキルンよりなる乾燥機のドラム内部に吹き込んで下水汚泥を含水率３０％前後に乾燥し、乾燥機の排気ガスは、循環ファンで吸引してサイクロンとバグフィルターでダスト分離した後に、循環ガス熱交換機を経て炭化炉上部の再燃焼炉で燃焼させて排煙筒から大気に放出させ、次いで、乾燥した下水汚泥は、乾燥汚泥コンベアにより炭化炉上部に設けた定量供給装置付き汚泥ホッパーに移送し、乾燥した汚泥を炭化炉内に上下複数のスクリューコンベアの貫通により形成した複数段の外熱キルンの最上段のスクリューコンベアに定量供給し、このように、乾燥汚泥を炭化炉内で順次、上段、中段、下段のスクリューコンベアへ移送していき、かかる上段、中段、下段のスクリューコンベアによる乾燥汚泥の移送に際して炭化炉の下部に設けた予熱炉バーナーでスクリューコンベアの外側ケーシングを約７００℃で加熱して、乾燥汚泥を低酸素状態で熱分解して乾留、炭化し、炭化物を最下段のスクリューコンベアに連通した冷却コンベアで搬送しながら冷却し貯留すると共に、各段の外側ケーシングの加熱によりスクリューコンベア内で移送される乾燥汚泥の過熱により発生した貯留ガスは、外側ケーシング上部に設けたノズルから吐出して炭化炉内で燃焼させて乾留燃焼ガスとし、この乾留燃焼ガスは炭化炉上部の再燃焼炉で約８５０℃で完全燃焼させて、排気ガス処理と下水汚泥の乾燥処理を行う乾燥機ドラム内部への吹き込みによる熱源利用を図ることを特徴とする下水汚泥の炭化方法を提供せんとするものである。

請求項１の発明によれば、下水汚泥を、炭化炉で炭化処理する下水汚泥の炭化方法において、まず、下水汚泥を脱水する前処理工程を経て、その後、前処理した下水汚泥をロータリーキルンよりなる乾燥機中に供給しながら後述する炭化炉で発生した乾留燃焼ガスをロータリーキルンよりなる乾燥機のドラム内部に吹き込んで下水汚泥を含水率３０％前後に乾燥し、乾燥機の排気ガスは、循環ファンで吸引してサイクロンとバグフィルターでダスト分離した後に、循環ガス熱交換機を経て炭化炉上部の再燃焼炉で燃焼させて排煙筒から大気に放出させ、次いで、乾燥した下水汚泥は、乾燥汚泥コンベアにより炭化炉上部に設けた定量供給装置付き汚泥ホッパーに移送し、乾燥した汚泥を炭化炉内に上下複数のスクリューコンベアの貫通により形成した複数段の外熱キルンの最上段のスクリューコンベアに定量供給し、このように、乾燥汚泥を炭化炉内で順次、上段、中段、下段のスクリューコンベアへ移送していき、かかる上段、中段、下段のスクリューコンベアによる乾燥汚泥の移送に際して炭化炉の下部に設けた予熱炉バーナーでスクリューコンベアの外側ケーシングを約７００℃で加熱して、乾燥汚泥を低酸素状態で熱分解して乾留、炭化し、炭化物を最下段のスクリューコンベアに連通した冷却コンベアで搬送しながら冷却し貯留すると共に、各段の外側ケーシングの加熱によりスクリューコンベア内で移送される乾燥汚泥の過熱により発生した貯留ガスは、外側ケーシング上部に設けたノズルから吐出して炭化炉内で燃焼させて乾留燃焼ガスとし、この乾留燃焼ガスは炭化炉上部の再燃焼炉で約８５０℃で完全燃焼させて、排気ガス処理と下水汚泥の乾燥処理を行う乾燥機ドラム内部への吹き込みによる熱源利用を図ることができる。

この発明では、まず、無機性廃棄物の一例としてのシュレッダーダストに関して述べると、自動車の廃車処理時、すなわちスクラップ処理時に発生するシュレッダーダストから可燃材料を分別し、あるいは分別しないでシュレッダーダストを燃料として再利用できるような形態に炭化処理し、その処理した炭化物を燃料として再利用可能とすることにより廃棄車の処理に関する社会的なニーズと法的要請に対応可能としたものである。

更には、かかる炭化処理の対象は自動車の廃車処理時のシュレッダーダストのみならず、家電品その他の無機質製品のシュレッダーダストにも及ぶものであり、あらゆる廃棄物のシュレッダーダストを炭化物としてこれを燃料として再利用できるようにしたものである。

具体的には、シュレッダーダストを、前後に暴爆防止のための予備室を連設した炭化処理室において約３５０〜４５０℃で加熱処理し、次いで同炭化処理室において低温で乾留処理することにより得た炭化物を微粉化して燃料補助材あるいは燃料とすることによりシュレッダーダストから燃料を製造するようにしたものである。しかも、微粉化された炭化物は、貯留ホッパーに貯留された後同ホッパーに連設した微粉炭噴霧装置により水蒸気発生用熱源としてのボイラー、たとえば火力発電所におけるボイラー中に燃料として噴射されるものであり、噴出に際しては、微粉炭噴霧装置により噴出されるものであり、まず炭化物はバグフィルターから貯留ホッパーに貯留された後、粉砕装置により微粒子化され、中間タンクに一旦貯留されて、その後送炭管を通り、その先端の先端ノズルから燃焼炉としてのボイラー中に噴霧され燃焼されるものである。

かかる技術によりシュレッダーダストを有効にリサイクルでき現在のリサイクル業界の難問を画期的に解決できるものである。

その他、例えばゴム、カーボン、硫黄、オイル・樹脂、ゴム用有機薬品、有機繊維、酸化亜鉛、鉄などを構成成分とするトラック、バス、乗用車などの廃タイヤを炭化処理し、その処理した炭化物を燃料として再利用可能とするなど、様々な無機性廃棄物を炭化処理し、再利用することができるものである。

次に、有機性廃棄物に関して述べると、例えば、下水汚泥に関しては、炭化設備として、前処理装置、炭化装置としての炭化炉本体、脱臭炉を含むガス燃焼装置、集塵装置、熱供給装置等の適宜の組み合わせで構成された設備が用いられる。

そして、炭化のフローとしては、空気を遮断した還元雰囲気条件下で高温の３００〜８００℃で１５分〜１２時間の加熱がなされ、次いで、低い１００〜３００℃で５分〜６０分還元雰囲気下で加熱され、低温乾留処理がなされて、炭化物が生成物として得られる。

これらの炭化物は、微紛化されて火力発電所のボイラーに燃料として噴射するものである。噴出に際しては、バグフィルター、貯留ホッパー、粉砕装置で微粒子化された炭化物が微粉炭噴霧装置を用いて燃焼炉中に噴霧、燃焼されるものである。

無機性廃棄物も有機性廃棄物もいずれも上記した処理過程により炭化物と化した微紛の生成物となり、これらの微紛の炭化物は、大量の用途が見込まれる火力発電所の燃焼ボイラー中に噴霧されて燃料補助剤となると共に、炭化物特有の着火高効率、燃焼残滓物の極小と相俟って用途に困惑することなく廃棄物処理生成物を有効に、かつ二次用途の困難性もなく処理することができる。

この発明の実施例を図面に基づき詳説する。

この発明の実施例の要旨は、無機性廃棄物や有機性廃棄物を炭化処理して生成した大量の炭化物を、火力発電所のボイラーの燃料として使用することにより、生成炭化物の膨大なる量を有効なる燃料資源として利用し、今後世界中で発生する膨大な廃棄物の処理と生成炭化物の有効なる消費を可能とするものである。

以下、無機性廃棄物の炭化処理の実施例と有機性廃棄物の炭化処理の実施例とを順に説明し、その後に、これらの炭化処理にて生成した炭化物の利用技術の実施例に言及する。

（ｉ）無機性廃棄物の炭化処理の実施例
無機性廃棄物の一例として、自動車の廃車処理時、すなわちスクラップ処理時に発生するシュレッダーダストの炭化処理について述べると、まず、炭化処理室において約３５０〜４５０℃で加熱処理し、次いで同炭化処理室において低温乾留処理することにより得た炭化物を所定形状にし、後述するように燃料補助材あるいは燃料とすることにより再利用可能とすることにより廃棄車の処理に関する社会的なニーズと法的要請に対応可能としたものである。

上記したように、廃棄自動車の解体処理時には、材質や形態などの特質から通常のリサイクル処理や焼却処理に廻せない廃棄塵芥、いわゆるシュレッダーダストが必然的に発生するため、廃棄自動車においては約２０〜３０%のシュレッダーダストが発生する。

なお、シュレッダーダストとは、廃車処理時に行われる解体作業において発生する樹脂系や繊維系の微細屑や金属系の小片などを言う。

もともと廃棄自動車は解体される際に、各々の解体部品は所定のリサイクルラインに乗せて再生され、或いは他の用途に再利用されるが、かかる解体処理時には必然的に大量の微細屑や金属小片からなるいわゆるシュレッダーダストが発生する。

シュレッダーダストの成分は重量比でみると樹脂、発泡ウレタン、樹脂、ゴム、木、紙、などの無機性廃棄物を多く含む可燃物関係がほぼ全体の四分の三を占めており、その他は非鉄金属、ハーネス、ガラス、鉄などの不燃物である。従ってこれらのシュレッダーダストから金属などの不燃物材料を取り除きその残りの主体的に無機性廃棄物たる可燃物材料を本発明の処理対象たる材料としてのシュレッダーダストとする。

取り除かれる金属などの不燃物材料は有用な材料として有償で所定のリサイクルラインに乗せることができるため上記のようにシュレッダーダストからあらかじめ除去しておく。本発明の炭化処理室における処理においては必ずしもかかる金属などの不燃物材料は取り除いておく必要はなく、全体のシュレッダーダストをそのまま炭化処理しその後に分別して金属などの不燃物材料を除去する方法もある。

このように、予め分別した無機性廃棄物を主体とした可燃物材料だけからなるシュレッダーダストあるいは金属などの不燃物材料を含むシュレッダーダストは次のようにして処理される。

（１）素炭製造装置にシュレッダーダストを投入することによって炭化処理をしてシュレッダーダスト中の可燃物材料を炭素とする。

（２）素炭製造装置により処理された材料は同装置から取り出し破砕される。
一方、金属などの不燃物材料を含むシュレッダーダストは素炭製造装置により炭化処理されて同装置から取り出された後、金属などの不燃物材料は破砕磁選機にかけられて磁選分別され、処理材料のうち生成された炭素はそのまま取り出される。

（３）処理され破砕された炭素は各種燃料あるいは燃料補助剤として使用されるものであり、一旦貯留ホッパーに貯留されて微粉炭噴霧装置により燃焼炉中に噴射される。

まず、上記（１）の処理工程において、素炭製造装置Ａにシュレッダーダストを投入して炭素処理してシュレッダーダストに含まれる可燃物材料を炭素化する技術について説明する。

シュレッダーダストは専用の密閉状のコンテナ１に収容されて素炭製造装置Ａ内に搬入される。

専用コンテナ１は熱伝導の良好な金属製で構成している。

素炭製造装置Ａは、専用コンテナ１の搬入用予備室a1と複数の炭化処理室a2と専用コンテナ１の搬出用予備室a3の順次連続した三区分室よりなる。

前後の各予備室a1,a3は専用コンテナ１を炭化処理室a2内に搬入したり同室から搬出したりする際に炭化処理室a2に空気が侵入しないように窒素を充満した室より構成されており、炭化処理室a2内に空気が侵入して同室が暴爆するのを防止する。

同予備室a1,a3は内面を耐熱性レンガとし、外面を耐熱性金属板でそれぞれ形成し室内の保温効果を奏するように構成している。

また、天井の中心部には排気ガスパイプ２が連通され、側壁面下部には窒素ガスを注入するためのガスパイプ３が連通されており、窒素ガスはヒータにより約２００℃に加熱されて予備室a1,a3内に送気され内部の窒素ガスの量の調整をしながら余分のガスは天井中心部の排気ガスパイプ２から排ガス処理部４を介して外部に排出されるように構成されている。

また、予備室a1,a3内にはレール５が敷設され、レール５に沿って移動チエーン６が設けられており、チエーンに突設された爪７はコンテナ１底部に突設したフック８と係合してコンテナ１の搬送が行われる。

搬入用予備室a1の入口には入口扉９が、搬出用予備室a3の出口には出口扉10が各々設けられており、また、搬入用予備室a1と炭化処理室a2の入口との仕切り部分および搬出用予備室a3と炭化処理室a2の出口との仕切り部分にはそれぞれ開閉自在の仕切り扉11が介設されている。

このように搬入用予備室a1と搬出用予備室a3との間には炭化処理室a2が介設されており、炭化処理室a2は小室を複数個連通して構成しており、内壁面は耐熱性レンガで、外壁面は金属で構成し、天井中心部には排気ガス導管12が連通されており、また正面外壁面下部には三本の燃焼ガス配管13が挿貫され、内部に挿通されて垂直に立ち上がり天井部を這って、炭化処理室a2外部に抜け、一本の燃焼ガス管14に連通されており、また背面外壁面下部には三本の加熱用配管15が挿貫され、内部に挿通されて垂直に立ち上がり天井部を這って、炭化処理室a2外部に抜け、一本の排気ガス管16に連通されている。

排気ガス導管12は反応室17に導通されており、反応室17には空気との混合ガスが一定時間反応室17内に停滞するように構成されている。

反応室17は外部は耐熱性金属レンガとしており、室内は約９００℃の温度を保持するように構成され内部での混合ガスは完全燃焼されて無色無臭となって加熱用配管15を介して炭化処理室a2内へ還元されて炭化処理室a2内の温度を上昇することができるように構成している。

燃焼ガス管14、排気ガス管16の最終出口近傍には、排気ガスの調整や空気の逆流防止のためのダンパ19,20が設けられている。

また、炭化処理室a2の下部には、図３に示すように、石英ガラス板21が水平に張設されており、その下方にはメッシュ状の赤熱筒22が水平に２本配設され、同赤熱筒22の始端開口部には加熱用バーナー23の各噴射口24が対峙して設けられている。

赤熱筒22の下方で炭化処理室a2の底部にはステンレス製の反射鏡板25が張設されている。炭化処理室a2の終端に連設した搬出用予備室a3には破砕磁選機Ｂが連結されている。

以上のように構成された素炭製造装置Ａは次のようにしてシュレッダーダストを燃料化する。

まず、密閉された素炭製造装置Ａにおいては、空室の炭化処理室a2内を過熱すべく加熱用バーナー23により赤熱筒22を加熱し、反射鏡板25からの反射熱とともに石英ガラス板21を通して赤熱を炭化処理室a2内に輻射し、炭化処理室a2内を加熱開始する。

次いで、同室内が３００℃を越えた時点で炭化処理室a2の前後に位置する予備室a1,a3内には窒素ガスが注入開始され、この時点で搬入用予備室a1の入口扉９が開き、搬入用予備室a1内にシュレッダーダストを収納したコンテナ１が搬入され入口扉９が閉まる。

搬入用予備室a1内に注入される高温窒素ガス量が定量に達すると搬入用予備室a1内部の空気は外に強制的に排出される。

この状態になると炭化処理室a2と搬入用予備室a1との仕切り扉11が開扉し、シュレッダーダストを収納した専用コンテナ１が搬入用予備室a1から炭化処理室a2内に搬入され、仕切り扉11が閉まり、炭化処理室a2は密閉状態となり加熱開始される。

ここで炭化処理室a2では、シュレッダーダストを３５０℃〜４５０℃に加熱処理する。

炭化処理室a2内は密閉された加熱室となっているため、シュレッダーダストは酸素との接触がなく、したがって、シュレッダーダストあるいはそれに含まれているスチールワイヤなどは酸化することがない。

炭化処理室a2内の専用コンテナ１は、予め設定された温度と時間、好ましくは温度３５０℃で１０〜１５分間という条件で第１の炭化処理室a2および第２の炭化処理室a2において順次加熱処理されるものであるが、第２の炭化処理室a2から第３の炭化処理室a2へ移送されると、最後の炭化処理室a2内においては製造素炭の燃焼温度（２００℃）以下になるまで専用コンテナ１は放置され自然冷却（放熱）される。すなわち、この状態で炭化処理室a2内では低温乾留処理がなされることになる。

第１の炭化処理室a2および第２の炭化処理室a2における加熱処理は全体で６０〜９０分で終了する。

なお、炭化処理室a2内の加熱に際して、加熱にともなう排気ガスは排気ガス導管12を介して外部に一旦取り出され、排ガス処理部４の反応室17において完全燃焼され、無臭無色化された後に加熱用配管15を介して再度加熱源として炭化処理室a2内に還流されるものであり、このように炭化処理室a2内の排気ガスは再利用されるように構成されている。

第３の炭化処理室a2において２００℃位まで降温した専用コンテナ１は最後の搬出用予備室a3に搬送されて気圧調整による暴爆防止がなされた後に１００℃位まで降温されて、その後、搬出用予備室a3から取り出され素炭、すなわち炭化物が生成される。

次に、上記（１）の工程によって生成された炭化物を上記（２）工程によって破砕および磁選分別を行う技術について説明する。

すなわち、破砕および磁選分別を行う装置としては、ホッパー26からの素炭を破砕する一対の破砕ローラ27を回転自在に軸支し、同ローラの下方にはスチールワイヤ等の混合物28と炭化物29を移送するベルトコンベヤ30を回転自在に懸架し、同コンベヤ30の終端近傍上方には磁石付きベルトコンベヤ31を回転自在に一定間隔を保持して懸架し、スチールワイヤ等の混合物28は磁石付きベルトコンベヤ31の磁石により吸着分離されて移送され、同コンベヤ31の終端に配設した回収部32内に落下収納され、一方、炭化物29はベルトコンベヤ30より更に移送されて排出口より最終製品として排出される。

このように、素炭の炭化物は破砕磁選機Ｂによって圧潰され微粉炭となりスチールワイヤなどの混合物28は磁選分離され最終製品としての微粉炭化物29aを得る。

以上説明したのは、無機性廃棄物の一例としてのシュレッダーダストの炭化処理に関する技術であるが、次に、有機性廃棄物の一例として、下水汚泥、都市ごみ、し尿汚泥、廃木材、食品廃棄物、家畜糞尿等について炭化処理する技術について説明する。

（ii）有機性廃棄物の炭化処理の実施例
一般的に、有機性廃棄物を炭素化処理するための炭化設備としては、前処理装置として脱水機、破砕機、造粒装置、乾燥機等が用いられる。

汚泥の場合は脱水工程、都市ごみの場合は破砕工程等が必要であるため、これらの工程に合致する機器、装置が用いられるものであり、これらの機器、装置に加えて乾燥機が用いられる場合もある。

前処理工程を経た後に用いられる炭化装置としては、代表的な炭化炉として、図８に示すようなスクリュー機構59を有した内燃式ロータリーキルンＤが用いられる。

また、炭化装置に連設して二次焼却炉や脱臭炉からなるガス燃焼装置が用いられる。

さらに、炭化処理に際して発生する排ガスを大気に放出するにあたり、サイクロン、バグフィルター、電気集塵装置などを設ける。

そして、炭化装置には、炭化に必要な熱を供給するための設備として熱供給装置が付設される。

熱供給装置としては、重油、灯油、都市ガス等の燃料が用いられる。

これらの基本的な炭化処理設備に関して、主たる原料別の炭化処理を具体的に説明する。

（１）都市ごみ
水分が５０％以上含まれるため、前処理としてごみを一端１５０ｍｍ程度に破砕し、乾燥機で水分調整し、炭化温度を４５０℃以上とすることにより、ごみ中の水分および可燃物中の揮発分は熱分解ガスとして分離し、固定炭素分および不燃物を選別除去して炭化物を回収する。

（２）下水汚泥
下水汚泥の炭化工程は、図９に示すように、次の通りである。

含水率８０％前後の脱水汚泥を乾燥機60に定量供給する。乾燥機60は内熱式ロータリーキルンＤで、脱水汚泥を回転、攪拌、造粒、移送しながら、炭化炉64で発生した８５０℃の乾留燃焼ガスを乾燥機60のドラム内部に吹き込んで含水率３０％前後に乾燥する。乾燥後の汚泥は乾燥汚泥コンベヤ62により炭化炉64上部の定量供給装置付き乾燥汚泥ホッパー63に移送する。

炭化炉64は炉内を上下に複数（例えば４〜６段）のスクリューコンベヤ61,61‥‥を貫通させた一種の外熱キルンで最上段のスクリューコンベヤ61に定量供給した乾燥汚泥を順次上段、中段、下段のスクリューコンベヤ61へと移送する。炭化炉64下部の予熱炉バーナー70でスクリューコンベヤ61の外側ケーシング80を約７００℃で加熱すると、乾燥汚泥は低酸素状態で熱分解、すなわち乾留、炭化される。これを冷却コンベヤ65で４０℃程度に冷却した後、貯留する。

各段のスクリューコンベヤ61で発生した貯留ガスは、スクリューコンベヤ61のケーシング80上部に設けたノズル81から吐出燃焼させて、乾留の熱源とする。また、炭化炉64内に放出される乾留ガスは、ケーシング80上部のノズル81で燃焼するが、炭化炉64真上の再燃炉71でこれを約８５０℃で完全燃焼させ、排気ガス処理と乾燥機の熱源利用を図っている。

乾燥機60の排気ガスは、循環ファン68で吸引して、サイクロン66とバグフィルター67でダスト分離した後、循環ガス熱交換機69を経て再燃炉71で燃焼させ、悪臭を分解・除去する。再燃炉71で熱分解した排気ガスは、循環ガス熱交換器69、排気ガス熱交換器72を経て排煙筒75から大気に放出する。

（３）廃木材
製材くずや端材、家屋などの解体で発生する建設廃材、造林の際の伐採により発生する間伐材、強風で倒れた倒木材等は、年間を通して多量に発生するものであり、これらの木質廃棄物を炭化処理する際には、連続式炭化装置が適用される。

炭化処理する木材は、炭化装置に投入が可能なサイズまで破砕、粉砕機で前処理が行われる。

図１０に示すものは、連続式炭化装置のフローを示すものである。

本連続式炭化装置は、図示するように、間伐材等の含水率が５０％を超える木材にも適用可能とするため、乾燥機83を具備した構成としており、粉砕機80で粉砕された木材は、受入ホッパ81を経て、原料投入スクリュー82から乾燥機83に投入され、必要に応じて乾燥機83で乾燥され、その後、搬送コンベヤ84を経て、乾燥原料投入スクリュー85から連続的に炭化炉86へ投入され、炭化処理されるものである。

炭化炉86は、木材の自己燃焼熱を利用する自燃式の炭化装置であり、炭化処理された高温の炭化物は、水冷ジャケット式の冷却コンベヤ87で冷却され、バケットコンベヤ88を経て炭貯留槽89に排出される。

ここで、炭化炉86内の下部には、炭化原料としての木材を攪拌しながら移動させるパドル式の攪拌装置90を配設している。

炭化炉86内に投入された木材は、燃焼が維持できる程度の少量の空気を炭化炉86下部の一次空気ファン91から供給して、着火バーナ92で着火させる。

従って、木材は、攪拌装置90によって均一に熱分解反応を起こしながら、炭化物取出口86aのほうに移動する。

一方、熱分解で発生した可燃性ガスは、炭化炉86に配置した二次空気ファン93からの過剰空気により完全燃焼される。この際、炭化炉86内の雰囲気温度は９００℃程度に達し、その輻射熱によって、炭化炉86の下部での木材の乾燥や炭化反応を促進させる。このようにして、発生ガスを瞬間的に燃焼させることで、タールや有機酸などによる悪影響を防止している。

従って、攪拌装置90の回転数、原料の送り速度、燃焼空気量などを調整することによって、容易に木材の炭化条件を設定できることから、原料の水分、形状、成分などの多様な変化にも対応でき、用途に対応させた炭化状態に調整することができる。

また、熱風発生炉97は、灯油を灯油タンク94に給油し、この灯油をポンプ95から追炊きバーナ96に送ることによって熱風を発生させて、前記乾燥機83に熱風を送る。

更には、本連続式炭化装置では、前記炭化炉86で木材を炭化させる際に発生する廃熱を、熱風発生炉97を介して乾燥機83に送って乾燥の熱源として有効利用するようにしている。

なお、乾燥機83からの排気は、誘引ファン100で吸引して、サイクロン98とバグフィルター99でダスト分離された後、換気される。

（iii）燃焼炉における微粉炭の噴霧について
次に、無機性および有機性廃棄物の一定処理により生成された素炭たる炭化物は微粉炭噴霧装置Ｃにより燃焼炉中に噴射される。すなわち、かかる微粉炭化物は、微粉炭噴霧装置Ｃにより水蒸気発生用熱源としてのボイラー、たとえば火力発電所におけるボイラー中に燃料として噴霧され、無機性および有機性廃棄物は最終的には燃料として有効にリサイクルされるものである。

ここで微粉炭噴霧装置Ｃについて説明する。

微粉炭噴霧装置Ｃは、バグフィルター33に連設した貯留ホッパー34の下方排出口に連設されている。すなわち、前工程における炭化処理室a2により炭化物に形成され、その後微粉化された微粉炭化物は、バグフィルター33により微粉炭化物中の微小異物あるいは微粉化されていない炭化物を選別し燃料として使用できる微粉炭化物として、これをその下方に設置した貯留ホッパー34に投入し、ここで一定量の微粉炭化物は貯留され適宜使用される状態になる。

貯留された微粉炭化物は次のようにして微粉炭噴霧装置Ｃによりボイラーや高炉等の燃焼炉に供給される。

微粉炭噴霧装置Ｃは貯留ホッパー34に一旦貯留された微粉炭化物を貯留ホッパー34下手の送炭管35から微粉炭供給路47を介して先端ノズル36より燃焼炉50中へ吹込み供給するように構成されている。

かかる送炭管35の中途には、粉砕装置37とバグフィルター33’と中間タンク38とを介設している。

ここで粉砕装置37は微粉炭化物を微粒子化するための機能を有している。すなわち、圧搾ローラ39,39間に微粉炭化物を供給して74μ以下の粒径にすると共に粉砕された微粉炭化物は燃焼炉50から還流した熱風により乾燥して送炭効率を向上する。図中51は燃焼路50からの熱風路を示す。

粉砕装置37の下手には気体と微粉炭化物とを分離するためのバグフィルター33’を設けており、気体から分離された微粉炭化物は中間タンク38に貯留されて微粉炭供給路47を介して先端ノズル36から燃焼炉50に噴射される。

先端ノズル36は、図６に示すように、内管36aと外管36bと最外周管36cとを同心円的に重ねており、内管36a中は炭拡散用空気を送風するための拡散送風路45を形成し、拡散送風路45は先端に向かって漸次拡開状のテーパ面を形成しており、内管36a外周と外管36b内周との間には微粉炭化物を送炭するための炭供給風路46を形成しており、外管36bと最外周管36cとの間には微粉炭化物を供給する微粉炭供給路47を形成しており、外管36bの周面には多数の送炭孔40を穿設しており、従って外管36bと最外周管36cとの間の微粉炭供給路47から微粉炭化物を送ると、外管36b周面に形成した送炭孔40から炭供給風路46に微粉炭化物が送られ、炭供給風路46に供給される送風によって微粉炭化物は同風路46の先端から噴出されると共に、内管36aから送風された空気は先端開口部から外周方向に拡散して、炭供給風路46から供給されたまわりの微粉炭を大きく拡散しながら散布状態で噴霧することになる。

なお、微粉炭化物を先端ノズル36に供給する微粉炭供給路47はブロワー52に連通したＴ型加速管53に連通されており、従ってＴ型加速管53のＴ字部分より微粉炭化物を供給すると、ブロワー52からの送風によるインジェクション効果によって微粉炭はＴ型加速管53の先端方向に位置する微粉炭供給路47を介して先端ノズル36に送られることになる。

このように構成された微粉炭噴霧装置Ｃを用いて火力発電所におけるボイラー中に燃料として微紛炭化物を噴射し、火力発電の水蒸気発生用熱源として完全燃焼されるものである。

実際の火力発電所における熱源として使用する場合には、石炭との混焼とするものであり、石炭に対して炭化物を約１〜２％混合して燃料とする。

ボイラーへ噴霧する際の炭化物の性状は、石炭の性状に対応するように調整する。

以上のようにして大量に発生する廃棄物から微粉炭を生成することは製造技術については何ら困難を伴わないが、問題は大量に発生する微粉炭の処理方法である。既に先行技術として微粉炭を水浄化技術に用いたり、消臭技術に使用する方法や他の材料に混入して増量剤として使用する方法や一部他の燃料に混合して燃料補助財として消費する方法などがある。しかし、これらの用途は技術的に千差万別であるため用途別に使用される技術が確立されなければならず大量の微粉炭を一律にほぼ同じ技術で消費できるものではなかったため廃棄物の処理から生成物としての微粉炭の消費にいたる一連の技術の確立がなされていなかった。この発明の実施例はまさにこの微粉炭生成技術から微粉炭の消費技術にいたる一連の微粉炭処理技術を提供するものであり、従来の微粉炭の生成技術に新たな改良を加えて無機性廃棄物や有機性廃棄物から大量の微粉炭を生成しこれを火力発電所のボイラーの補助燃料として使用することにより大量の微粉炭であっても有効に消費して廃棄物のリサイクルに貢献できるものである。かかる一連の微粉炭生成から消費にいたる技術に合致した実施例として上記の技術が提供される。すなわち、廃棄物からは火力発電所のボイラーに最適の性状の微粉炭を生成する技術として上記した技術が提供されるものである。

本発明のシュレッダーダストの燃料化方法に使用する素炭製造装置の全体平面図。素炭製造装置の全体右側面説明図。図１のII−II線における断面図。素炭製造装置に連続した破砕磁選機の説明図。本発明の燃料の燃焼方法に使用する微粉炭噴霧装置の概略説明図。同微粉炭噴霧装置の先端ノズル部分の断面図。図６のＩ−Ｉ線における断面図。内燃式ロータリーキルンの一部切欠側面図。下水汚泥の炭化工程を示す説明図。連続式炭化装置のフローを示す説明図。

符号の説明

Ｃ微粉炭噴霧装置
a1 搬入用予備室
a2 炭化処理室
a3 搬出用予備室
29 炭化物
29a 微粉炭化物
34 貯留ホッパー
50 燃焼炉

Claims

下水汚泥を、炭化炉で炭化処理する下水汚泥の炭化方法において、
まず、下水汚泥を脱水する前処理工程を経て、その後、前処理した下水汚泥をロータリーキルンよりなる乾燥機中に供給しながら後述する炭化炉で発生した乾留燃焼ガスをロータリーキルンよりなる乾燥機のドラム内部に吹き込んで下水汚泥を含水率３０％前後に乾燥し、
乾燥機の排気ガスは、循環ファンで吸引してサイクロンとバグフィルターでダスト分離した後に、循環ガス熱交換機を経て炭化炉上部の再燃焼炉で燃焼させて排煙筒から大気に放出させ、
次いで、乾燥した下水汚泥は、乾燥汚泥コンベアにより炭化炉上部に設けた定量供給装置付き汚泥ホッパーに移送し、乾燥した汚泥を炭化炉内に上下複数のスクリューコンベアの貫通により形成した複数段の外熱キルンの最上段のスクリューコンベアに定量供給し、
このように、乾燥汚泥を炭化炉内で順次、上段、中段、下段のスクリューコンベアへ移送していき、かかる上段、中段、下段のスクリューコンベアによる乾燥汚泥の移送に際して炭化炉の下部に設けた予熱炉バーナーでスクリューコンベアの外側ケーシングを約７００℃で加熱して、乾燥汚泥を低酸素状態で熱分解して乾留、炭化し、
炭化物を最下段のスクリューコンベアに連通した冷却コンベアで搬送しながら冷却し貯留すると共に、
各段の外側ケーシングの加熱によりスクリューコンベア内で移送される乾燥汚泥の過熱により発生した貯留ガスは、外側ケーシング上部に設けたノズルから吐出して炭化炉内で燃焼させて乾留燃焼ガスとし、この乾留燃焼ガスは炭化炉上部の再燃焼炉で約８５０℃で完全燃焼させて、排気ガス処理と下水汚泥の乾燥処理を行う乾燥機ドラム内部への吹き込みによる熱源利用を図ることを特徴とする下水汚泥の炭化方法。