JP4478441B2 - 畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備 - Google Patents
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Description
しかしながら、発酵処理によって堆肥化する畜糞の処理方法は、広大な処理スペースが必要となり、更には処理に時間がかかるという問題がある。一方、廃熱利用発電によって熱エネルギーを回収しようとする方法では、設備が大型化すると共に、畜糞の燃焼や廃熱回収に高度の技術が必要になって、通常の畜産業者には適用されにくいという問題がある。
そこで、設置スペースが比較的小さく、設備が大型化せず運用が容易で、処理時間が短く、しかも低コストとなる再資源化の方法として、畜糞を乾燥して乾燥物にして有機肥料や土壌還元材として利用すると共に、畜糞を乾燥する際の熱源の燃料に利用する方法(例えば、特許文献3参照)が提案されている。
更に、畜糞の乾燥物に対して、有機肥料や土壌還元材に代わる新たな利用方法を見出すことは困難で、畜糞の乾燥物の販路を拡大することは非常に困難である。このため、畜糞を高付加価値物に、低コストで転換できる新たな方法の開発が求められていた。
前記乾燥物の一部を受け入れ第2の熱風発生炉から供給される熱風で該乾燥物を炭化させ炭化物にして排出するロータリーキルン式の炭化炉を備えた炭化装置を有し、
前記炭化物を製造する際に発生する乾留ガスを前記第2の熱風発生炉に供給してその燃料の一部に使用すると共に、前記乾燥物の残り及び前記炭化物を、それぞれ有機肥料及び炭素製品とする畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備であって、
前記炭化炉は、上流側から下流側に向かって水平又は下方に傾斜し前記第2の熱風発生炉から供給される熱風が通過する円筒状の熱風用通路を形成する内筒体と、該内筒体の軸心と同心上に配置された外筒体とを有し、前記内筒体の外側で前記外筒体の内部を前記乾燥物が移動しながら加熱されて前記炭化物になる炭化用通路を形成し、前記熱風用通路と前記炭化用通路は一体となって前記軸心の回りに回転し、
しかも、前記熱風用通路を形成する前記内筒体の内側に邪魔板を設けて、前記第2の熱風発生炉から供給された熱風を該熱風用通路の側面に沿って通過させ、前記炭化用通路を形成する前記外筒体の内側壁に前記内筒体とは隙間を有して軸方向に傾斜配置された複数の仕切板を設けて、前記炭化用通路に供給された前記乾燥物を前記炭化用通路の回転に伴って上流側から下流側に向けて移動させる。
乾留ガスとは乾燥物が加熱されて炭化する際に発生するガスの総称で、例えば、残存水分が蒸発した水蒸気、糞の熱分解から発生するメタンガス、エタンガス等の炭化水素ガス、炭化の際に発生する一酸化炭素ガス等を含んでいる。
また、畜糞を炭化物(炭素製品)に変えて提供できるので、広範囲の用途に対応可能になって販路を多様化することが可能になると共に、畜糞の高付加価値化が達成できる。なお、炭素製品は、例えば、燃料、土壌改良材、肥料添加物(保湿性向上材)、融雪材として使用できる。
ここで、図1は本発明の第1の実施の形態に係る畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備の説明図、図2は図1のA−A矢視断面図、図3は同畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備における処理の流れを示すブロック図、図4は第2の実施の形態に係る畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備で使用する炭化装置の説明図である。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備10は、畜糞11を加熱乾燥し乾燥物12にして排出する乾燥装置13と、乾燥物12の一部を受け入れ炭化させて炭化物14にして排出する炭化装置15を有している。以下、これらについて詳細に説明する。
乾燥物12の燃焼滓は、一次燃焼室23の底部に溜まり、スクリューコンベアからなる排出コンベア32によって外部に排出されている。この燃焼滓は、無窒素肥料として使用できる。
火炎路27は周囲を耐火物で囲まれて形成され、一次燃焼室23で発生した可燃性ガスを下流側の二次燃焼室30に誘導する通路である。二次燃焼室30は周囲を耐火物で囲まれて形成され、流入した可燃性ガスをブロア29で吹き込まれる燃焼用空気の下で燃焼させて熱風を発生させる。
熱風の温度の制御はブロア29からの送風量及び乾燥物送り出し機構31の送り込み速度等を調整することによって制御可能である。乾燥物12の状態が、例えば、畜糞11の発酵が進んでいる等の事情によって、カロリー(発熱量)が不足する場合には、補助燃料として乾燥物12に粉炭又は炭化物14を混入して燃料としてのカロリーを上げる。
熱風室33aは周囲を耐火物で形成されており、二次燃焼室30で発生した熱風を受け入れて、乾燥炉35内に吹き込む機能を有している。
また、一時貯留槽34の底部には搬送手段の一例であるスクリューコンベア36が設けられ、溜まった畜糞11を徐々に乾燥炉35内に投入している。投入された畜糞11は、約700〜950℃の熱風と接触しながら上流側から下流側に向けて徐々に移動していくので、移動に伴って徐々に乾燥し下流側に到達した時点で含水率が35〜40質量%の乾燥物12になっている。乾燥物12は、乾燥炉35の下流側排出部37の底から落下して、外部に排出している。
従って、この畜糞11を原料とする乾燥物(有機肥料)の乾燥装置13においては、運転当初は乾燥物12を得るのに補助燃料を必要とするが、ある程度運転した後は、乾燥物12を主燃料とする。なお、補助燃料は重油や灯油等である。
これによって、乾燥炉17から排出された高温の排気ガスは約50〜80℃に冷却される。そして、冷却塔42の上部から排出される冷却処理された排気ガスは、図示しない排風機を介して脱臭機20に送気される。
従って、脱臭機20に給水された水の一部は水蒸気となって排気ガスと共に、外部に排出されるが、残りは集水部51によって回収され、ポンプ52によって、畜糞貯留場21の畜糞11に、汚水槽44からポンプ53によって汲み出される汚水と共に、複数の散水ノズル54を通じて供給されている。
なお、汚水槽44の水が不足すると、冷却塔42が作動しないので、汚水槽44内に液面計55を設け、汚水レベルが所定値より下がった場合には、水タンク50から図示しないポンプを介して清水を供給している。また、水タンク50には、ボールタップ56が設けられ、所定の水量を水道水から確保できるようにしている。
ここで、第2の熱風発生炉57は、燃焼室59と、燃焼室59内にその先部が配置され粉砕機60で微粉末状(例えば、粒径が1mm以下)にされた炭化物14を吹き込む吹込みノズル61と、燃焼用空気を供給するブロア62を有している。更に、第2の熱風発生炉57は、乾燥物12を炭化する際に発生する乾留ガスをブロア63を介して吹き込む乾留ガスノズル64と、燃焼室59内にその先部が配置されている補助バーナ65を有している。
そして、補助バーナ65に供給された灯油又は重油等の燃料を燃焼用空気により燃焼させ、この燃焼熱によって吹き込まれた炭化物14及び乾留ガスを燃焼させている。なお、補助バーナ65は微粉末状の炭化物14が定常的に燃焼するようになった段階では使用する必要はなく、燃料の供給を停止してよい場合もある。
なお、熱風の温度の制御はブロア62からの送風量及び吹込みノズル61からの炭化物14の吹込み速度、ブロア63からの乾留ガスの送り込み量等を調整することによって制御可能である。また、乾燥物12の炭化に際して、炭化物14及び乾留ガスの燃焼だけではカロリー(発熱量)が不足する場合は、補助バーナ65を使用して不足するカロリーを供給する。
なお、邪魔板74は、内筒体71を横断面視した際に、例えば、内筒体71の内周を4分割して形成される各円弧に対して凹状の隙間が形成されるように構成するのがよい。
また、外筒体78には、外筒体78を下流側に0〜3度の範囲で傾けて回転可能に支持する対となるタイヤを備えた支持機構84と、外筒体78を、例えば、1〜30rpmの速度で回転駆動する駆動ギヤを備えた駆動機構85が設けられている。
なお、外筒体78の上流側では、仕切板86の幅を短くして、外筒体78が回転する際に乾燥物搬送シュート83と接触しないようにしている。
また、炭化物回収部82aで回収された炭化物は排出管89を介して外部に排出され、その一部は搬送配管90を介して粉砕機60に搬送されると共に、残部は貯留されるように構成されている。
更に、廃熱ガス回収部76で回収された廃熱ガスは廃熱ガス配管91aを介して、火炎路27内に供給できるようになっている。これによって、第1の熱風発生炉16の一次燃焼室23から供給される可燃性ガスの温度を上げて二次燃焼室30内に供給することができ、可燃性ガスの燃焼を促進させることができる。
牛、鶏、豚等の畜産業者で飼育されている動物から排泄される畜糞11は畜糞貯留場21に貯留され、散水ノズル54を介して汚水槽44からの水によって加湿される。加湿された畜糞11の含水率は70〜80質量%である。含水率がこれを超えると流動性が増し乾燥炉35での乾燥処理ができなくなる。シャベルローダ等で畜糞貯留場21から所定量の畜糞11を取り出して一時貯留槽34に入れる。一時貯留槽34の底部にはスクリューコンベア36が設けられているので、徐々に乾燥炉35内に畜糞11が供給される。
一方、この乾燥炉35には第1の熱風発生炉16によって発生した700〜950℃の熱風が供給されている。この第1の熱風発生炉16の主たる燃料として、この乾燥炉35によって乾燥処理された乾燥物12を使用する。なお、運転初期においては、重油又は灯油を燃料とするバーナ24によって一次燃焼室23を加熱し、乾燥物12に着火する。
乾燥炉35の排気ガスには、水蒸気の他、多量の臭気分が含まれており、かつ高温度(約200℃)であるので、そのまま排出できず、シャワーリング機構19及び脱臭機20を介して外部に排出される。すなわち、乾燥炉35から排出される排気ガスは耐熱構造の排風機41を介してサイクロン18に供給され、粗いダストが除去される。次に、シャワーリング機構19を構成する冷却塔42に供給され、シャワーによって脱塵すると共に冷却される。この冷却塔42で使用する水は汚水槽44からの水が循環使用される。
脱臭機20で使用する水の一部は集水部51で回収され、ポンプ52を介して畜糞貯留場21での畜糞11の散水に使用される。なお、脱臭機20で発生する水(汚水)は量が少ないので、その不足分は、汚水槽44からホンプ53を介して供給される。通常は、脱臭機20から発散する水蒸気の量が多いので、設備全体で使用する水の量は不足することになり、これは水タンク50から供給される。
一方、熱風用通路69内には第2の熱風発生炉57によって発生した800〜950℃の熱風が上流側から下流側に向けて通過しているため、熱風用通路69の側部は高温になっている。従って、仕切板86により熱風用通路69の外周部と接触しながら上流側から下流側に向けて移動させられる際に徐々に加熱されていく。
このため、乾燥物12は炭化用通路70内を下流側に向けて移動しながら徐々に炭化され、下流側に到達した時点では完全に炭化された状態になっており、得られた炭化物14は炭化物回収部82aから外部に取り出される。
第1の熱風発生炉16において、乾燥物12の燃焼だけではカロリー不足となる場合は、この乾燥物12に輸送配管91又は人力によって輸送した微粉末状の炭化物14を混入させてカロリーを上げるようにする。
また、廃熱ガス回収部76で回収された廃熱ガスは、廃熱ガス配管91aを介して、火炎路27内に供給し、一次燃焼室23から供給される可燃性ガスの温度を上げることに使用する。
なお、畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備94の乾燥装置は、畜糞を乾燥させて、例えば、含水率が35〜40質量%の乾燥物12にする能力を備えておればよく、第1の実施の形態の畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備10で使用した乾燥装置13を使用することができる。このため、炭化装置95に関してのみ詳細に説明する。
乾燥物貯留槽101は、乾燥物12を一時貯留する貯留槽本体102と、貯留層本体102の底部に接続し貯留している乾燥物12を炭化炉96内に搬送する搬送手段の一例であるスクリューフィーダ103を有している。そして、スクリューフィーダ103の先端部は炭化炉96の上流側に挿入されている。このような構成とすることにより、貯留槽本体102内の乾燥物12を徐々に炭化炉96内に投入することができる。
更に、炭化炉96は、炭化炉本体104の下流側に炭化炉本体104の軸心と同心状に一体となって設けられる、例えば、耐熱鋼製の内筒体108と、炭化炉本体104の下流側に接続された炭化物排出部109を有している。そして、内筒体108の下流端には中央部に流入口110が形成された蓋板111が設けられ、流入口110にはダンパー112が接続されている。これによって、内筒体108内に流入する空気量を調整することができる。
ここで、熱風発生筒部113は、外側を耐熱鋼板で、内側を耐火材(耐火煉瓦、キャスタブル)で構築するのが好ましいが、水冷された鋼板等の金属部材によって構成してもよい。
炭化炉本体104の炉壁97には、供給された乾燥物12を炭化炉本体104の回転に伴って上流側から下流側に向けて移動させる複数の掻き揚げ羽根120が半径方向内側に向かって、隙間(例えば、200〜400mm)を開けて設けられている。そして、各掻き揚げ羽根120は、例えば、5〜30度だけ軸方向に傾斜して設けられている。掻き揚げ羽根120を傾斜させることにより、炭化炉本体104の回転に伴って乾燥物12を確実に上流側から下流側に向けて移動させることができる。
その結果、炭化炉本体104内に、乾燥物12を加熱して可燃性ガスを発生させる可燃ガス発生ゾーン98、可燃ガス発生ゾーン98から発生する可燃性ガスに可燃性ガスを燃焼させるに必要な空気を供給して可燃性ガスを燃焼させて、発生した排ガスを炭化炉96の一方側から排出する燃焼ゾーン99を形成することができる。そして、可燃性ガスが燃焼することにより、炭化炉本体104内の酸素濃度は低下し、この酸素濃度の低い状態で乾燥物12が加熱されるので、乾燥物12は可燃ガス発生ゾーン98を通過している間に炭化される。
そして、炭化が継続的に進行する状態になると、炭化の際に乾燥物12から可燃性ガスが発生するため、ダンパー112及び空気供給管115から炭化炉本体104内に供給する空気量を再調整して可燃性ガスのみを燃焼させるようにすると、燃焼用バーナ114で燃料を燃焼させて炭化炉本体104の外側から乾燥物12を加熱しなくても、乾燥物12から発生する可燃性ガスを燃焼させて乾燥物12を炭化させることができる。
このため、第1の蓋部106の上部に排出口121を設け、排出口121と乾燥装置13の第1の熱風発生炉16の火炎路27を配管122を介して接続すると、炭化炉本体104内で可燃性ガスの燃焼により発生した高温の排ガスを、配管122を介して火炎路27内に送り出すことができる。
これによって、第1の熱風発生炉16の一次燃焼室23から供給される可燃性ガスの温度を上げて二次燃焼室30内に供給することができ、可燃性ガスの燃焼を促進させることができる。
炭化装置95に供給された乾燥物12は、スクリューフィーダ103を介して回転している炭化炉本体104内に装入される。炭化炉本体104の内部には掻き揚げ羽根120が設けられているので、供給された乾燥物12は炭化炉本体104内の下部を回転に伴って炭化炉本体104の炉壁97と接触しながら上流側から下流側に向けて移動する。
このため、乾燥物12を炭化炉本体104に供給することにより、可燃ガス発生ゾーン98が形成される。なお、乾燥物12から発生した可燃性ガスは、炭化炉本体104内の上部に向かって移動する。
このように、可燃ガス発生ゾーン98内の乾燥物12は、炉壁97、掻き揚げ羽根120、及び高温の燃焼排ガスによって加熱されるため、可燃ガス発生ゾーン98を通過している間に徐々に炭化されて炭化物14になる。
その結果、可燃ガス発生ゾーン98内を通過した炭化物14は、掻き揚げ羽根120により炭化炉本体104内を更に下流側に向けて移動している間に徐々に冷却されて、炭化物排出部109に設けられた炭化物回収口123から外部に排出される。そして、炭化物回収口123の下方に設けた、例えば、ベルトコンベア124により貯留場に搬送することができる。
例えば、第1の実施の形態で、炭化物の一部を粉砕して乾留ガスと共に第2の熱風発生炉の燃料として利用したが、乾留ガスのみを第2の熱風発生炉の燃料として利用してもよい。また、第2の熱風発生炉の構造は、第1の熱風発生炉と同一の構造であってもよい。
乾燥装置には第1の熱風発生炉を設け、炭化装置には第2の熱風発生炉を設けるようにしたが、共通の熱風発生炉を設けて発生させた熱風を乾燥装置及び炭化装置にそれぞれ供給するようにしてもよい。
また、炭化炉から排出される廃熱ガスを第1の熱風発生炉の火炎路27に供給するようにしたが、廃熱ボイラに供給し発生した水蒸気を小型発電装置に供給してこの製造設備で使用する電力の一部を賄うようにしてもよい。
Claims (7)
- 畜糞を受け入れ第1の熱風発生炉から供給される熱風で加熱乾燥し乾燥物にして排出するロータリーキルン式の乾燥炉を備えた乾燥装置と、
前記乾燥物の一部を受け入れ第2の熱風発生炉から供給される熱風で該乾燥物を炭化させ炭化物にして排出するロータリーキルン式の炭化炉を備えた炭化装置を有し、
前記炭化物を製造する際に発生する乾留ガスを前記第2の熱風発生炉に供給してその燃料の一部に使用すると共に、前記乾燥物の残り及び前記炭化物を、それぞれ有機肥料及び炭素製品とする畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備であって、
前記炭化炉は、上流側から下流側に向かって水平又は下方に傾斜し前記第2の熱風発生炉から供給される熱風が通過する円筒状の熱風用通路を形成する内筒体と、該内筒体の軸心と同心上に配置された外筒体とを有し、前記内筒体の外側で前記外筒体の内部を前記乾燥物が移動しながら加熱されて前記炭化物になる炭化用通路を形成し、前記熱風用通路と前記炭化用通路は一体となって前記軸心の回りに回転し、
しかも、前記熱風用通路を形成する前記内筒体の内側に邪魔板を設けて、前記第2の熱風発生炉から供給された熱風を該熱風用通路の側面に沿って通過させ、前記炭化用通路を形成する前記外筒体の内側壁に前記内筒体とは隙間を有して軸方向に傾斜配置された複数の仕切板を設けて、前記炭化用通路に供給された前記乾燥物を前記炭化用通路の回転に伴って上流側から下流側に向けて移動させることを特徴とする畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備。 - 請求項1記載の畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備において、前記炭化物の一部を前記第2の熱風発生炉に供給して、該第2の熱風発生炉の燃料の一部に使用することを特徴とする畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備。
- 請求項1又は2記載の畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備において、前記炭化炉からの廃熱ガスの一部を前記乾燥炉に供給し、前記畜糞の加熱乾燥に使用することを特徴とする畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備。
- 請求項3記載の畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備において、前記炭化炉からの廃熱ガスの他の一部を更に廃熱ボイラに供給し水蒸気を発生させることを特徴とする畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備において、前記第2の熱風発生炉には補助バーナが設けられ、前記炭化炉に供給される熱風の温度を調整することを特徴とする畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備において、前記炭化物の他の一部を更に前記第1の熱風発生炉に供給してその燃料の一部に使用することを特徴とする畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備において、前記乾留ガスの一部を更に前記第1の熱風発生炉に供給して前記乾燥炉に供給される熱風の温度を調整することを特徴とする畜糞の乾燥物及び炭化物の製造設備。
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