JP4597261B1

JP4597261B1 - 汚泥炭化物製造設備

Info

Publication number: JP4597261B1
Application number: JP2010083060A
Authority: JP
Inventors: 勝彦太田; 安幸山口; 昌男藤田; 富孝外山
Original assignee: 勝彦太田
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011212583A

Abstract

【課題】更なる省エネルギー化を可能とする汚泥炭化物製造設備を提供する。
【解決手段】乾燥炉１０１と炭化炉１０２とを直列に配設すると共に、炭化炉１０２内を低酸素雰囲気で炭化処理するものとし、当該炭化炉１０２で発生する易燃性の炭化炉排ガスを二次燃焼室１０４に導入して二次燃焼用空気を供給することで高温燃焼させ、その燃焼室排ガスを乾燥炉１０１に導入して汚泥を乾燥し、その乾燥汚泥を炭化炉１０２で炭化し、乾燥炉１０１の乾燥炉排ガスを二次燃焼室１０４に導入することで脱臭することができるので、連続運転時の炭化処理や乾燥のための燃料が不要となる。また、乾燥炉１０１の乾燥炉排ガスを二次燃焼室１０４及び冷却室１０９に分流することにより、冷却室１０９に導入された乾燥炉排ガスも、高温の燃焼室排ガスに晒されるか、または冷却室１０９に設けられた燃焼用バーナ１１７で高温化されて脱臭される。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物を含有する下水汚泥などの汚泥を炭化して汚泥炭化物を製造する汚泥炭化物製造設備に関するものである。

家庭などから排出される有機物を含有する排水は、一般に下水処理設備で活水汚泥法などにより廃水処理される。この廃水処理に伴って、余剰の有機物含有の下水汚泥が発生するが、下水汚泥の発生量も年々増加し、その処理、処分が大きな問題となっている。即ち、下水汚泥には、多量の水が含有されているので、そのままでは処分できず、減量化のために濃縮したり脱水したり、或いは更に焼却したり、溶融したりするなどの様々な処理が行われている。しかしながら、これらの処理には多量のエネルギーが必要であり、処理コストがかさむという問題がある。

そこで、下記特許文献１では、空気を遮断した不活性雰囲気容器内で、水分が６０〜９０％の脱水汚泥を４５０〜７５０℃で加熱し、炭化と賦活処理を行う方法が開示されている。また、下記特許文献２では、予め水分が１０％以下となるまで造粒乾燥させた脱水汚泥を炭化炉で５００℃に加熱して炭化させた上、賦活炉へ移送して８００℃に加熱すると共に水蒸気を供給して賦活する活性炭の製法が開示されている。また、下記特許文献３では、下水汚泥を炭化処理して炭化物とし、その炭化物を原料として成型炭を製造することが開示され、下記特許文献４では、含水率を０〜５０％とした下水汚泥を２５０〜５００℃で炭化処理し、その後に廃油、廃油残渣と混合し、造粒処理して固形燃料とすることが開示されている。また、下記特許文献５では、下水汚泥を炭化した後、酸で無機物を抽出し、次いで賦活処理をすることにより活性炭を製造する方法が開示されている。また、下記特許文献６では、下水汚泥の脱水ケーキを気流乾燥機に導入して乾燥した後、粉状の乾燥汚泥を含む気流を固気分離器に導入して粉状の乾燥汚泥と気流とに分離し、次いで粉状の乾燥汚泥を炭化炉に導入し、伝導加熱により炭化処理して粉末活性汚泥炭を得ると共に、固気分離器からの気流を、熱風炉を兼ねる炭化炉で過熱した後、気流乾燥機に供給して気流乾燥用熱源とすることが開示されている。また、炭化炉は、燃料を燃焼させて高温雰囲気を創成するものであり、粉状の乾燥汚泥を炭化炉の加熱管に導入し、伝導加熱により炭化処理を行うようにしている。また、下記特許文献７及び特許文献８では、熱風発生炉から高温の乾燥用気体をロータリキルン型の乾燥炉に供給して汚泥を乾燥し、その乾燥汚泥を炭化炉に供給して炭化させることが開示されている。この炭化炉も、燃料を燃焼させて高温雰囲気を創成するものである。

特開平６−６４９１２号公報特開平７−２４２４０８号公報特開２００５−２７０６９６号公報特開２００６−１５２０９７号公報特許第２６８３２２５号公報特許第３１０８０３８号公報特許第３７８７６９０号公報特許第３８１１８３４号公報

しかしながら、前記各特許文献では、炭化処理工程或いは乾燥工程で多量の燃料を必要とし、省エネルギー面で大いに改善の余地がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、更なる省エネルギー化を可能とする汚泥炭化物製造設備を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の汚泥炭化物製造設備は、有機物を含有する汚泥を炭化して汚泥炭化物を製造する汚泥炭化物製造設備であって、乾燥炉と炭化炉とを配設し、前記炭化炉内を低酸素雰囲気で炭化処理すると共に、前記炭化炉の炭化炉排ガスルートに二次燃焼室及び冷却室及び集塵機及び吸引ファン及び煙突を接続し、当該炭化炉で発生する易燃性の炭化炉排ガスをそのまま二次燃焼室に導入して二次燃焼用空気を供給することで高温燃焼させ、前記二次燃焼室の燃焼室排ガスを前記冷却室及び乾燥炉に分流し、前記乾燥炉では前記二次燃焼室の燃焼室排ガスで前記汚泥を乾燥した後、当該乾燥された乾燥汚泥の一部を前記炭化炉で燃焼させることにより、その部分燃焼熱で当該乾燥汚泥を炭化し、前記乾燥炉の乾燥炉排ガスを二次燃焼室に導入することを特徴とするものである。

また、乾燥炉集塵機を介して乾燥炉吸引ファンで前記乾燥炉の乾燥炉排ガスを吸引して前記二次燃焼室及び冷却室に分流すると共に、冷却室の乾燥炉排ガス導入部に燃焼用バーナを設けたことを特徴とするものである。
また、前記乾燥炉集塵機を乾式集塵機とし、前記乾燥炉吸引ファンと二次燃焼室との間に除湿スクラバを設け、前記乾燥炉吸引ファンの出側に、前記二次燃焼室及び冷却室への乾燥炉排ガスの分流量を制御する制御ダンパを設けたことを特徴とするものである。

また、前記冷却室内の上部に熱交換器を設け、当該熱交換器に前記二次燃焼室への二次燃焼用空気を供給して、当該冷却室内の温度を下降すると共に当該二次燃焼用空気を予熱することを特徴とするものである。
また、前記炭化炉内の温度が、炭化物中の揮発分がなくなる７００℃以上、前記二次燃焼室内の温度が、ダイオキシン発生を抑制する８５０℃以上、前記冷却室入側の温度が、乾燥炉排ガスの脱臭に必要な６５０℃以上となるように、前記有機汚泥の供給量、前記吸引ファンの吸引量、前記二次燃焼室への二次燃焼用空気吹込み量、前記乾燥炉排ガスの二次燃焼室及び冷却室への分流量を制御することを特徴とするものである。

而して、本発明の汚泥炭化物製造設備によれば、乾燥炉と炭化炉とを配設すると共に、炭化炉内を低酸素雰囲気で炭化処理するものとし、当該炭化炉で発生する易燃性の炭化炉排ガスを二次燃焼室に導入して二次燃焼用空気を供給することで高温燃焼させ、その燃焼室排ガスを乾燥炉に導入して汚泥を乾燥し、その乾燥汚泥を炭化炉で炭化し、乾燥炉の乾燥炉排ガスを二次燃焼室に導入することで脱臭することができるので、連続運転時の炭化処理や乾燥のための燃料が不要となり、大幅な省エネルギー化が可能となる。

また、乾燥炉集塵機を介して乾燥炉吸引ファンで乾燥炉の乾燥炉排ガスを吸引して二次燃焼室及び冷却室に分流することとしたため、二次燃焼室に導入された乾燥炉排ガスは高温燃焼して脱臭され、冷却室に導入された乾燥炉排ガスも、高温の燃焼室排ガスに晒されるか、または冷却室に設けられた燃焼用バーナで高温化されて脱臭される。
また、乾燥炉集塵機を乾式集塵機とし、乾燥炉吸引ファンと二次燃焼室との間に除湿スクラバを設け、乾燥炉吸引ファンの出側に、二次燃焼室及び冷却室への乾燥炉排ガスの分流量を制御する制御ダンパを設けたことにより、二次燃焼室に導入される乾燥炉排ガスの乾燥効率が飛躍的に向上すると共に、特に冷却室に導入される乾燥炉排ガスの分流量を適正に制御することができる。

また、冷却室内の上部に熱交換器を設け、当該熱交換器に二次燃焼室への二次燃焼用空気を供給して、当該冷却室内の温度を下降すると共に当該二次燃焼用空気を予熱することとしたため、冷却室内の冷却効率を向上することができると共に、二次燃焼室内の燃焼温度を高めることができる。
また、炭化炉内の温度が、炭化物中の揮発分がなくなる７００℃以上、二次燃焼室内の温度が、ダイオキシン発生を抑制する８５０℃以上、冷却室入側の温度が、乾燥炉排ガスの脱臭に必要な６５０℃以上となるように、有機汚泥の供給量、吸引ファンの吸引量、二次燃焼室への二次燃焼用空気吹込み量、乾燥炉排ガスの二次燃焼室及び冷却室への分流量を制御することとしたため、汚泥炭化物製造設備としての機能を比較的容易に制御することができる。

本発明の汚泥炭化物製造設備の一実施形態を示す概略構成図である。図１の汚泥炭化物製造設備に設けられた乾燥炉の正面図である。図１の汚泥炭化物製造設備に設けられた炭化炉の説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。従来の汚泥炭化物製造設備の一例を示す概略構成図である。

次に、本発明の汚泥炭化物製造設備の一実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、例えば下水汚泥を予備脱水して炭化物原料として用いる。図中の符号１０１は、脱水汚泥が供給される乾燥炉である。乾燥炉１０１の詳細は後段に詳述する。この乾燥炉１０１では、後述する二次燃焼室から高温の燃焼室排ガスが導入され、その燃焼室排ガスの顕熱で脱水汚泥を乾燥する。乾燥炉１０１で乾燥された乾燥汚泥は、当該乾燥炉１０１に直列に配設された炭化炉１０２に導入される。炭化炉１０２の詳細は後段に詳述する。この炭化炉１０２では、雰囲気酸素濃度が３％以下、好ましくは２％以下という低酸素雰囲気で乾燥汚泥から発生する汚泥ガス及び乾燥汚泥の一部を燃焼させることにより炭化処理を行い、必要に応じて高温調整・賦活化処理を行って汚泥炭化物を製造する。

低酸素雰囲気で炭化処理を行う炭化炉１０２では、易燃性の炭化炉排ガスが生じる。本実施形態では、この易燃性の炭化炉排ガスを炭化炉排ガス導入路１０３から二次燃焼室１０４に導入する。二次燃焼室１０４には、燃焼用空気ファン１０６で吸引した燃焼用空気を燃焼用空気導入路１０５から導入し、この燃焼用空気と主として易燃性の炭化炉排ガスとを高温燃焼させ、その高温の二次燃焼室排ガスの一部を燃焼室排ガス導入路１０７から前記乾燥炉１０１に導入する。従って、乾燥炉１０１では、燃料を用いることなく、脱水汚泥を乾燥して乾燥汚泥を得ることができる。

燃焼室排ガスの残りは、燃焼室排ガス排出路１０８から冷却室１０９に排出され、冷却室１０９内の下部に設けられた冷却装置１１０で冷却され、集塵機１１１、吸引ファン１１２、煙突１１３を経て排出される。冷却装置１１０は、ポンプ１１４で汲み上げた冷却水をシャワー１１５から噴射して雰囲気温度を低下させるものである。冷却室１０９の上部には、熱交換器１１６が設けられており、この熱交換器１１６に前記二次燃焼用空気導入路１０５の二次燃焼用空気を導入し、高温の燃焼室排ガスと熱交換して当該二次燃焼用空気を予熱すると共に、燃焼室排ガス温度を下降させる。このように二次燃焼用空気を予熱することにより、二次燃焼室１０４内の燃焼温度を更に高めることができる。また、冷却室１０９内の冷却効率も向上する。また、燃焼室排ガスが導入される冷却室１０９の最上部には燃焼用バーナ１１７が設けられているが、その作用の詳細については後段に説明する。

一方、乾燥炉１０１の乾燥炉排ガスは、乾燥炉排ガス導入路１１８から二次燃焼室１０４のうち、前記炭化炉排ガス導入路１０３による炭化炉排ガスの導入部近傍に導入される。乾燥炉排ガス導入路１１８には、乾燥炉１０１側から順に、乾燥炉集塵機１１９、乾燥炉吸引ファン１２０、除湿スクラバ１２１が介装されている。除湿スクラバは洗浄集塵機である。また、乾燥炉集塵機１１９は、サイクロン、或いはマルチサイクロンなどの乾式集塵機である。乾式集塵機、除湿スクラバの組合せにより、二次燃焼室１０４に導入される乾燥炉排ガスの集塵、除湿スクラバでは、集塵と除湿を促進し、この除湿により乾燥炉排ガスの体積減少を促進させる。また、乾燥炉排ガス導入路１１８のうち、乾燥炉吸引ファン１２０と除湿スクラバ１２１との間から乾燥炉排ガス排出路１２２が分岐され、乾燥炉排ガスの一部が、前記冷却室１０９のうち、燃焼室排ガス排出路１０８による燃焼室排ガス排出部の近傍に排出される。なお、乾燥炉排ガス排出路１２２には、二次燃焼室１０４及び冷却室１０９への乾燥炉排ガスの分流量を制御する制御ダンパ１２３が介装されている。

乾燥炉１０１では、脱水汚泥の乾燥工程で、臭気が発生する。この乾燥炉排ガスの臭気は、６５０℃に加熱することで脱臭される。即ち、本実施形態では、乾燥炉排ガスを二次燃焼室１０４に導入し、炭化炉排ガスと二次燃焼用空気による高温燃焼に晒すことで６５０℃以上の高温に達し、乾燥炉排ガスが脱臭される。また、冷却室１０９に排出される乾燥炉排ガスも、二次燃焼室１０４からの高温の燃焼室排ガスに晒されることで６５０℃以上の高温に達し、脱臭される。また、操業開始時などのように燃焼室排ガスの温度が低い場合には、燃焼用バーナ１１７で燃料を燃焼して乾燥炉排ガスを６５０℃以上に加熱し、脱臭する。

図２には、前記乾燥炉１０１として好適な３種類を、夫々、図２ａ、図２ｂ、図２ｃとして示す。図２ａに示す乾燥炉１０１は、二重管キルン形式であり、互いに平行な円筒からなる二重管は、脱水汚泥の供給側から乾燥汚泥の排出側に向けて、下側面が次第に低くなるように傾斜されている。二重管構造の内側管５１は、前記二次燃焼室１０４の燃焼室排ガスを導入する管であり、内側管５１の外周面には撹拌翼５２が突設されている。二重管構造の外側管５３は、スクリューフィーダ５５から供給される脱水汚泥を受け、乾燥汚泥の排出側に向けて次第に移動させる管であり、外側管５３の内周面にも撹拌翼５４が突設されている。なお、図中の符号５６は排出側固定チャンバーであり、回転する二重管構造に対しては、ラビリンスシールなどのシール構造が介装されている。また、回転する二重管構造の外側管５３は、支持ローラ５７で回転自在に支持されている。

図２ｂは、図２ａと同様の二重管構造を有するが、外側管５３は、脱水汚泥の供給側が細く、乾燥汚泥の排出側が太い、円錐台形状のテーパ管である。一般に、二重管テーパ管形式と呼ばれる。外側管５３を構成する円錐台形状のテーパ管は、軸を水平に保持しても、脱水汚泥の供給側から乾燥汚泥の排出側に向けて、下側面が次第に低くなっているので、二重管の軸は水平である。なお、外側管５３を回転自在に支持する支持ローラ５７には、図２ａと同等の符号を付した。

これらの乾燥炉１０１では、内側管５１は、スクリューフィーダ５５まで到達していない。この内側管５１には、乾燥汚泥の排出側から二次燃焼室１０４の燃焼室排ガスを導入する。燃焼室排ガスは、内側管５１のスクリューフィーダ５５側端部、つまり脱水汚泥の供給側から外側管５３内に噴出し、外側管５３内を、脱水汚泥の供給側から乾燥汚泥の排出側、つまり排出側固定チャンバー５６側に流れ、当該排出側固定チャンバー５６の上部から乾燥炉排ガスとして排出される。乾燥汚泥は、排出側固定チャンバー５６の下部から排出される。

図２ｃは、内側管のない、円錐台形状のテーパ管からなる外側管５３のみのテーパ管形式である。外側管５３は、前記図２ｂと同じく、脱水汚泥の供給側が細く、乾燥汚泥の排出側が太いので、軸を水平に保持しても、脱水汚泥の供給側から乾燥汚泥の排出側に向けて、下側面が次第に低くなっている。なお、外側管５３を回転自在に支持する支持ローラ５７には、図２ａと同等の符号を付した。また、外側管５３の内周面には、図２ａ、図２ｂと同じく撹拌翼５４が突設されている。

円錐台形状のテーパ管からなる外側管５３の乾燥汚泥排出側には、図２ａ、図２ｂと同様に排出側固定チャンバー５６が液密に取付けられ、脱水汚泥供給側には供給側固定チャンバー５８が液密に取付けられている。燃焼室排ガスは排出側固定チャンバー５６の上部から導入され、外側管５３の内部を乾燥汚泥排出側から脱水汚泥供給側に流れ、供給側固定チャンバー５８の上部から乾燥炉排ガスとして排出される。

何れの乾燥炉１０１でも、スクリューフィーダ５５から外側管５３の内部に脱水汚泥が供給されると、外側管５３の回転に伴って脱水汚泥は次第に乾燥汚泥の排出側に移動される。二次燃焼室１０４の燃焼室排ガスは、後述するように８５０℃にも達する。この燃焼室排ガスが導入される乾燥炉１０１では、二重管構造の場合は、内側管５１からの輻射熱を含めて、燃焼室排ガスの顕熱で脱水汚泥が乾燥される。脱水汚泥は、予め予備脱水された脱水ケーキであり、含水率が７０〜８０％である。各乾燥炉１０１では、脱水汚泥は排出方向に移動されながら、且つ撹拌翼１０２、１０４で混合されながら、燃焼室排ガスの顕熱で乾燥され、含水率４０％以下、好ましくは含水率３０％以下の乾燥汚泥として排出される。なお、乾燥汚泥は砂状であり、コンベヤなどで容易に前記炭化炉１０２へ搬送可能である。また、乾燥炉排ガスは２００℃程度まで冷却される。

図３には、乾燥炉で乾燥された乾燥汚泥を炭化する前記炭化炉１０２に好適な揺動式炭化炉の一例を示す。図３ａは、本実施形態の揺動式炭化炉の正面図、図３ｂは、後述する原料受入乾燥領域における揺動式炭化炉の縦断面図である。炭化炉本体１は、図３ａの左方が小径で、右方が大径のほぼ円錐台状であり、この円錐台状の炭化炉本体１を軸が水平になるように配設することにより、炉壁下部が、小径側から大径側下がりに傾斜しているのが特徴である。この炭化炉本体１の小径側には、後述する原料投入口及び着火口が設けられており、大径側には固定チャンバー２１が液密に取付けられ、この固定チャンバー２１に炭化物排出口が設けられている。従って、円錐台状の炭化炉本体１の小径側の原料投入口に装入した原料が、炭化炉本体１の揺動により、転がりながら、比較的ゆっくりと大径側、即ち炭化物排出口側に移動するのが理想である。

前述した原料を原料受入ホッパ２に供給し、スクリューフィーダなどの供給装置３により炭化炉本体１の小径端側から炉内に供給する。従って、炭化炉本体１の供給装置３との接続部が原料投入口になる。炭化炉本体１の小径端側には電気ヒータ４が設けられており、この電気ヒータ４で原料に着火し、その部分燃焼熱で、炉内を４００℃から４５０℃まで昇温する。従って、炭化炉本体１の電気ヒータ４との接続部が着火口になる。電気ヒータで着火した以降は、乾留用空気吹込口５〜９からの空気供給によって炉内温度を制御する。また、着火操作以降に連続供給される原料については、炭化炉本体１の小径端側に存在する着火済原料を火種として連続着火処理が可能となる。また、電気ヒータ４に代え、火種を炭化炉本体１内の小径端側から炉内に投入してもよい。

本実施形態では、炭化炉本体１内を、小径端側から、原料受入乾燥領域、表面乾留領域、内部乾留領域、高温調整・賦活化領域に４分割されており、夫々、炭化炉本体１の下部に、原料受入乾燥領域乾留用空気吹込口５、表面乾留領域乾留用空気吹込口６、内部乾留領域乾留用空気吹込口７、高温調整・賦活化領域乾留用空気吹込口８が設けられており、夫々、炭化炉本体１の上部に設けられている原料受入乾燥領域乾留用空気供給ファン（送風機）１０、表面乾留領域乾留用空気供給ファン１１、内部乾留領域乾留用空気供給ファン１２、高温調整・賦活化領域乾留用空気供給ファン１３から個別に空気が供給される。また、高温調整賦活化領域には、更に高温調整・賦活化領域乾留用空気及び蒸気吹込口９が設けられている。この高温調整・賦活化領域乾留用空気及び蒸気吹込口９には、前記高温調整・賦活化領域乾留用空気供給ファン１３からの空気と、個別の蒸気（水蒸気）が供給される。即ち、全ての領域の供給空気量は、該当する領域に設けられた乾留用空気供給ファン１０〜１３によって個別に制御可能である。

なお、蒸気は、例えば炭化炉本体後端側に接続された乾留工程で発生する乾留ガスの燃焼装置の排熱回収装置から供給される。また、図中の符号５ａは、原料受入乾燥領域乾留用空気供給ファン１０と原料受入乾燥領域乾留用空気吹込口５とを結ぶ原料受入乾燥領域乾留用空気供給ライン、図中の符号６ａは、表面乾留領域乾留用空気供給ファン１１と表面乾留領域乾留用空気吹込口６とを結ぶ表面乾留領域乾留用空気供給ライン、図中の符号７ａは、内部乾留領域乾留用空気供給ファン１２と内部乾留領域乾留用空気吹込口７とを結ぶ内部乾留領域乾留用空気供給ライン、図中の符号８ａは、高温調整・賦活化領域乾留用空気供給ファン１３と高温調整・賦活化領域乾留用空気吹込口８とを結ぶ高温調整・賦活化領域乾留用空気供給ラインを示す。

各乾留用空気吹込口５〜８は、例えば図３ｂの原料受入乾燥領域乾留用空気吹込口５に代表されるように、炭化炉本体１の下部のうち、炭化炉本体１の同一周線上の離間した２カ所に設けられている。これらの乾留用空気吹込口５〜８は、炭化炉本体１の炉壁に多数の細孔を設けて形成されており、それらの細孔から原料に空気を供給する。本実施形態のように、炭化炉本体１の下部のうち、炭化炉本体１の同一周線上の離間した２カ所に乾留用空気吹込口５〜８を設けることにより、後述するように炭化炉本体１の下側で揺動する原料に効率よく空気を供給することができる。

原料投入口から炭化炉本体１内に原料が投入された直後の原料受入乾燥領域では、前述のように原料着火後、原料受入乾燥領域乾留空気吹込口５に供給する空気量を制御して、炉内温度を４００〜４５０℃とすることにより、原料の乾燥が行われ、炭化炉本体１の揺動に伴って次の表面乾燥領域に移動して、ここから乾留が行われる。表面乾留領域では、表面乾留領域乾留用空気吹込口６に供給する空気量を制御して、炉内温度を４５０〜６００℃とし、内部乾留領域では、内部乾留領域乾留用空気吹込口７に供給する空気量を制御して、炉内温度を６００〜７００℃とする。装入原料を燃料に変換する程度の乾留であれば、この段階で乾留を終了することができる。

続く高温調整・賦活化領域では、賦活化処理の前に、特に高温調整・賦活化領域乾留用空気吹込口８に供給する空気量を制御して、炉内温度を７００〜８５０℃の高温に設定し、然る後、高温調整・賦活化領域乾留用空気及び蒸気吹込口９から空気及び蒸気を同時に供給して原料を賦活化する。高温の原料は蒸気に接触することで炭化物が賦活化して多孔体となる。例えば土壌改良材や活性炭に近い性能を持つ炭化物などの、所謂高級炭化物を製造する場合には、炭化物原料を７００℃以上の高温に保持し、その温度状態で蒸気と接触することによって賦活化、即ち多孔体化が行われる。なお、賦活化処理は、吸熱反応であるから、水蒸気と空気を同時に供給することにより、発熱反応を同時に行って熱補償を行う。

本実施形態では、炭化炉本体１を揺動可能に支持するために、炭化炉本体１の軸方向に離間した複数箇所の夫々に、当該炭化炉本体の外周面の下側面に沿う半円周又は半円周より短い補強体１４、１６を固定した。円錐台状の炭化炉本体１に対し、小径端側補強体１４及び大径端側補強体１６の２カ所に補強体を固定し、その夫々を、夫々、２個の小径端側支持ローラ（支持体）１７及び大径端側支持ローラ（支持体）２０で支持する。補強体１４、１６は、半円弧のレール状、つまり半円周であり、この半円周レール状の補強体１４、１６の夫々を、夫々、両フランジ付きの２個の支持ローラ１７、２０で支持する。各支持ローラ１７、２０は回転自在とした。なお、補強体及び支持ローラ（支持体）からなる支持装置の配設数は前記に限定されるものではないが、揺動式炭化炉の軸方向長さから鑑みて、凡そ２〜４カ所が適切である。そして、小径端側補強体１４と大径端側補強体１６の中央の炭化炉本体１の外周面にラック状の大径ギヤ１５を溶接固定し、この大径ギヤ１５に噛合する小径ギヤ１８を揺動用モータ１９で正逆方向に回転駆動することで、炭化炉本体１を揺動する。

装置的に揺動する本実施形態の炭化炉本体１の場合、炭化炉本体１の全周３６０°のうち、支持ローラ１７、２０に接触する部分だけ、つまり本実施形態では炭化炉本体１の下側半円周分だけ、補強体１４、１６を配設すればよいので、特に補強体を含む炭化炉本体１の上部の重みを軽減することができ、炭化炉本体１の外周面全周を覆うリング体からなる補強体を用いる場合に比して、補強体１４、１６を含む炭化炉本体１の重量を大幅に低減することができ、炭化炉本体１の揺動方向切換え時の慣性力を減少することが可能となる。しかも、本実施形態の場合、炭化炉本体１を揺動するための揺動装置を補強体１４、１６と個別としたため、リング体からなる補強体と揺動装置との間に滑りが生じることがないから、前述の炭化炉本体１のよう同方向切換え時の慣性力の低減と合わせて、装置の耐久性を向上することが可能となる。
なお、図３に好適例として示した揺動式炭化炉のほか、特開平７−３２６６号公報、特開２００３−４１２６０号公報、特許第４００５５１５号公報に記載される揺動式炭化炉も使用可能である。

乾燥汚泥の乾留・炭化は、乾燥汚泥に完全燃焼が生じないように空気量を制御することが必要である。即ち、有機汚泥を炭化する際、有機汚泥から発生する汚泥ガス及び／または有機汚泥の一部を酸素雰囲気濃度３％以下、好ましくは酸素雰囲気濃度２％以下の低酸素雰囲気で燃焼させて、完全燃焼が生じないように空気量を制御して炭化物を製造する。このとき、炭化炉１０２から得られる炭化炉排ガスは、７００℃以上の有機汚泥の乾留ガスであり、極めて高温・易燃性である。この炭化炉排ガスを二次燃焼室１０４に導入し、前述したように熱交換器１１６で予熱された二次燃焼用空気を導入し、燃焼すると、二次燃焼室１０４内はダイオキシン発生を抑制する８５０℃以上に２秒間以上維持される。この二次燃焼による高温に晒された乾燥炉排ガスは８５０℃以上、すなわち脱臭に必要な６５０℃以上に加熱されるため完全脱臭される。

また、高温の炭化炉排ガスは、通常の吸引ファンで直接吸引することが困難であるため、吸引ファン１１２の吸引量、二次燃焼室１０４への二次燃焼用空気の吹込み量、乾燥炉排ガスの二次燃焼室１０４及び冷却室１０９への分流量、並びに有機汚泥の供給量を制御することで、炭化炉排ガスを二次燃焼室に誘引する。また、これらを適切に制御しなければ、炭化炉１０２内の温度を、炭化物中の揮発分がなくなる７００℃以上、二次燃焼室１０４内の温度を、ダイオキシン発生を抑制する８５０℃以上、冷却室１０９入側の温度を、乾燥炉排ガスの脱臭に必要な６５０℃以上とすることができない。

ちなみに、乾燥炉１０１の乾燥炉排ガスの水分を除湿スクラバ１２１などで制御する理由は、以下の通りである。前述のように、７０〜８０％の含水率の脱水汚泥を含水率４０％以下、好ましくは含水率３０％以下の乾燥汚泥に乾燥処理する段階で、多量の蒸気が発生することになり、乾燥炉１０１から排出される乾燥炉排ガスは相当に湿度が高い。この湿度の高い乾燥炉排ガスをそのまま二次燃焼室１０４に導入すると燃焼室排ガスの温度が低くなるばかりでなく、燃焼室排ガスも水分過飽和の状態となり、乾燥炉１０１に導入しても効率のよい乾燥処理を行うことができない。また、除湿スクラバ１２１を通さない湿度の高い燃焼室排ガスを煙突１１３から排出すると白煙発生の恐れがある。そのため、除湿スクラバ１２１で乾燥炉排ガスを散水により一旦冷却することにより、除塵と除湿、さらに乾燥炉排ガス体積を減少させる処理を行うのである。
なお、本実施形態の汚泥炭化物製造設備の運転の開始、運転の再開は、前記乾燥汚泥を保管しておけば、その乾燥汚泥を炭化炉１０２に供給し、炭化処理することで、二次燃焼室１０４に高温の燃焼室排ガスが発生して運転が開始される。

また、下水処理側の脱水機故障などにより脱水汚泥が多量の含水量（例えば８０％超）となっても、炭化炉１０２に供給する、乾燥汚泥の他、ＲＤＦ、廃木材などのようなカロリーの高い原料を併用することで運転を継続することができる。
図４には、本実施形態の汚泥炭化物製造設備の比較例として、従来の汚泥炭化物製造設備の一例を示す。この汚泥炭化物製造設備でも、乾燥炉２０１と炭化炉２０２を直列に配設し、乾燥炉２０１で脱水汚泥を乾燥して乾燥汚泥とし、その乾燥汚泥を炭化炉２０２で炭化して汚泥炭化物を得る。乾燥炉２０１はロータリキルン型の乾燥炉であり、熱風発生炉２０３で発生した７００℃以上の乾燥用気体を熱風導入路２０４から導入して脱水汚泥を乾燥する。熱風発生炉２０３には、加熱バーナ２０５が設けられており、この加熱バーナ２０５に燃料と燃焼用空気を導入して乾燥用気体の加熱を行う。

炭化炉２０２は、内部に円筒状の回転筒２０６を有し、その回転筒２０６の内部に乾燥汚泥を供給し、回転筒２０６と炭化炉２０２の本体との間の燃焼室２０７で発生した熱量で回転筒２０６内部の乾燥汚泥を、所謂蒸し焼き状態で炭化する間接加熱方式である。回転筒２０６には、回転筒２０６の内部と燃焼室２０７とを連通する図示しない複数の乾留ガス排出管が配設されている。また、燃焼室２０７には、複数の助燃バーナ２０８が配設されている。この炭化炉２０２では、まず助燃バーナ２０８によって燃焼室２０８内に高温の加熱用気体を供給して回転筒２０６内部の乾燥汚泥を蒸し焼き状態で炭化する。乾燥汚泥の炭化工程では、前述の炭化炉排ガスと同様に易燃性の乾留ガスが発生するので、この乾留ガスを回転筒２０６内部から乾留ガス排出間を通じて燃焼室２０８に排出し、その乾留ガスを燃焼室２０８内で燃焼させて、同じく回転筒２０６内部の乾燥汚泥を蒸し焼き状態で炭化する。

高温の炭化炉排ガスは、炭化炉排ガス導入路２０９を介してブロア２１０で抽気され、熱風発生炉２０３に導入される。炭化炉排ガス中の未燃ガスは熱風発生炉２０３で完全燃焼される。熱風導入路２０４には、熱風排出路２１１が分岐され、排気用ブロア２１２、流量調整弁２１３、吸引ファン２１４を介して煙突２１５から排出される。また、熱風排出路２１１には熱交換器２１６が介装され、乾燥炉排ガス導入路２１７から、集塵機２１８、流量調整弁２１９、乾燥炉排ガス用ブロア２２０を介して乾燥炉排ガスが導入される。乾燥炉排ガスは、熱交換器２１６で高温の乾燥用気体と熱交換して加熱され、脱臭された後、熱風発生炉２０３に導入される。乾燥用気体は熱交換器２１６で冷却される。

この汚泥炭化物製造設備でも、脱水汚泥の乾燥・炭化、乾燥炉排ガスの脱臭を行うことができるが、熱風発生炉２０３でも、炭化炉２０２でも多量の燃料を必要とする。
これに対し、本実施形態の汚泥炭化物製造設備では、冷却室１０９の燃焼用バーナ１１７で、僅かな燃料を必要とする以外、乾燥・炭化工程で燃料を必要としないことから熱風発生炉自体を省略でき、省エネルギーに優れる。

このように本実施形態の汚泥炭化物製造設備では、乾燥炉１０１と炭化炉１０２とを配設すると共に、炭化炉１０２内を低酸素雰囲気で炭化処理するものとし、当該炭化炉１０２で発生する易燃性の炭化炉排ガスを二次燃焼室１０４に導入して二次燃焼用空気を供給することで高温燃焼させ、その燃焼室排ガスを乾燥炉１０１に導入して汚泥を乾燥し、その乾燥汚泥を炭化炉１０２で炭化し、乾燥炉１０１の乾燥炉排ガスを二次燃焼室１０４に導入することで脱臭することができるので、連続運転時の炭化処理や乾燥のための燃料が不要となり、大幅な省エネルギー化が可能となる。

また、乾燥炉集塵機１１９を介して乾燥炉吸引ファン１２０で乾燥炉１０１の乾燥炉排ガスを吸引して二次燃焼室１０４及び冷却室１０９に分流することとしたため、二次燃焼室１０４に導入された乾燥炉排ガスは高温燃焼して脱臭され、冷却室１０９に導入された乾燥炉排ガスも、高温の燃焼室排ガスに晒されるか、または冷却室１０９に設けられた燃焼用バーナ１１７で高温化されて脱臭される。

また、乾燥炉集塵機１１９を乾式集塵機とし、乾燥炉吸引ファン１２０と二次燃焼室１０４との間に除湿スクラバ１２１を設け、乾燥炉吸引ファン１２０の出側に、二次燃焼室１０４及び冷却室１０９への乾燥炉排ガスの分流量を制御する制御ダンパ１２３を設けたことにより、二次燃焼室１０４に導入される乾燥炉排ガスの乾燥効率が飛躍的に向上すると共に、特に冷却室１０９に導入される乾燥炉排ガスの分流量を適正に制御することができる。

また、冷却室１０９内の上部に熱交換器１１６を設け、当該熱交換器１１６に二次燃焼室１０４への二次燃焼用空気を供給して、当該冷却室１０９内の温度を下降すると共に当該二次燃焼用空気を予熱することとしたため、冷却室１０９内の冷却効率を向上することができると共に、二次燃焼室１０４内の燃焼温度を高めることができる。
また、炭化炉１０２内の温度が、炭化物中の揮発分がなくなる７００℃以上、二次燃焼室１０４内の温度が、ダイオキシン発生を抑制する８５０℃以上、冷却室１０９入側の温度が、乾燥炉排ガスの脱臭に必要な６５０℃以上となるように、有機汚泥の供給量、吸引ファン１１２の吸引量、二次燃焼室１０４への二次燃焼用空気吹込み量、乾燥炉排ガスの二次燃焼室１０４及び冷却室１０９への分流量を制御することとしたため、汚泥炭化物製造設備としての機能を比較的容易に制御することができる。

１は炭化炉本体、２は原料受入ホッパ、３は供給装置、４は電気ヒータ、５は原料受入乾燥領域乾留用空気吹込口、６は表面乾留領域乾留用空気吹込口、７は内部乾留領域乾留用空気吹込口、８は高温調整・賦活化領域乾留用空気吹込口、９は高温調整・賦活化領域乾留用空気及び蒸気吹込口、１０は原料受入乾燥領域乾留用空気供給ファン、１１は表面乾留領域乾留用空気供給ファン、１２は内部乾留領域乾留用空気供給ファン、１３は高温調整・賦活化領域乾留用空気供給ファン、１４は小径端側補強体、１５は大径ギヤ、１６は大径端側補強体、１７は小径端側支持ローラ、１８は小径ギヤ、１９は揺動用モータ、２０は大径端側支持ローラ、５１は内側管、５２は撹拌翼、５３は外側管、５４は撹拌翼、５５はスクリューフィーダ、５６は排出側固定チャンバー、５７は支持ローラ、５８は供給側固定チャンバー、１０１は乾燥炉、１０２は炭化炉、１０３は炭化炉排ガス導入路、１０４は二次燃焼室、１０５は燃焼用空気導入路、１０６は燃焼用空気ファン、１０７は燃焼室排ガス導入路、１０８は燃焼室排ガス排出路、１０９は冷却室、１１０は冷却装置、１１１は集塵機、１１２は吸引ファン、１１３は煙突、１１４はポンプ、１１５はシャワー、１１６は熱交換器、１１７は燃焼用バーナ、１１８は乾燥炉排ガス導入路、１１９は乾燥炉集塵機、１２０は乾燥炉吸引ファン、１２１は除湿スクラバ、１２２は乾燥炉排ガス排出路、１２３は制御ダンパ

Claims

有機物を含有する汚泥を炭化して汚泥炭化物を製造する汚泥炭化物製造設備であって、乾燥炉と炭化炉とを配設し、前記炭化炉内を低酸素雰囲気で炭化処理すると共に、前記炭化炉の炭化炉排ガスルートに二次燃焼室及び冷却室及び集塵機及び吸引ファン及び煙突を接続し、当該炭化炉で発生する易燃性の炭化炉排ガスをそのまま二次燃焼室に導入して二次燃焼用空気を供給することで高温燃焼させ、前記二次燃焼室の燃焼室排ガスを前記冷却室及び乾燥炉に分流し、前記乾燥炉では前記二次燃焼室の燃焼室排ガスで前記汚泥を乾燥した後、当該乾燥された乾燥汚泥の一部を前記炭化炉で燃焼させることにより、その部分燃焼熱で当該乾燥汚泥を炭化し、前記乾燥炉の乾燥炉排ガスを前記二次燃焼室に導入することを特徴とする汚泥炭化物製造設備。
乾燥炉集塵機を介して乾燥炉吸引ファンで前記乾燥炉の乾燥炉排ガスを吸引して前記二次燃焼室及び冷却室に分流すると共に、冷却室の乾燥炉排ガス導入部に燃焼用バーナを設けたことを特徴とする請求項１に記載の汚泥炭化物製造設備。
前記乾燥炉集塵機を乾式集塵機とし、前記乾燥炉吸引ファンと二次燃焼室との間に除湿スクラバを設け、前記乾燥炉吸引ファンの出側に、前記二次燃焼室及び冷却室への乾燥炉排ガスの分流量を制御する制御ダンパを設けたことを特徴とする請求項２に記載の汚泥炭化物製造設備。
前記冷却室内の上部に熱交換器を設け、当該熱交換器に前記二次燃焼室への二次燃焼用空気を供給して、当該冷却室内の温度を下降すると共に当該二次燃焼用空気を予熱することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の汚泥炭化物製造設備。
前記炭化炉内の温度が、炭化物中の揮発分がなくなる７００℃以上、前記二次燃焼室内の温度が、ダイオキシン発生を抑制する８５０℃以上、前記冷却室入側の温度が、乾燥炉排ガスの脱臭に必要な６５０℃以上となるように、前記有機汚泥の供給量、前記吸引ファンの吸引量、前記二次燃焼室への二次燃焼用空気吹込み量、前記乾燥炉排ガスの二次燃焼室及び冷却室への分流量を制御することを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の汚泥炭化物製造設備。