JP4771885B2 - セメント焼成装置及び含水有機廃棄物の乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明は、高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を、安全かつ効率的に乾燥させることのできるセメント焼成装置、及び同装置を利用した含水有機廃棄物の乾燥方法に関する。

従来、都市ごみ等の廃棄物をセメント焼成装置で処理するにあたって、種々の装置及び方法が提案されている。例えば、特許文献１には、都市ごみ等の廃棄物を乾燥させるための乾燥装置にクリンカクーラの高温空気の一部を導入し、乾燥装置からの排気を再びクリンカクーラに戻し、乾燥装置の排気が混入したクリンカクーラの高温空気をセメントキルン又は仮焼炉の燃焼用空気として使用する技術が開示されている。

また、特許文献２には、セメント焼成装置で可燃性廃棄物を焼却するにあたって、可燃性廃棄物をクリンカクーラの高温空気の一部を用いて焼却し、廃棄物の焼却工程中に生成した排ガスを、セメント原料を加熱するためのプレヒータに通気し、かつ廃棄物の焼却工程中に発生したスラグを引き出す技術が記載されている。

しかし、上記特許文献に記載のように、クリンカクーラから抽気される高温空気を都市ごみ等の廃棄物や、可燃性廃棄物の乾燥等に利用する場合には問題はないが、高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を乾燥させるにあたって上記高温空気を利用すると、該高温空気は酸素濃度が高いため、爆発のおそれがあった。

また、セメント焼成装置のプレヒータ出口以降の燃焼排ガスを利用しようとしても、この領域の燃焼排ガスの温度は４５０℃程度以下と低温であるため、高含水汚泥の乾燥には適さない。

さらに、セメントキルンの窯尻からの抽気ガスは、酸素濃度が低く、約１０００℃と高温であるため、含水有機廃棄物の乾燥には適しているが、窯尻から燃焼ガスを抽気すると、セメントキルンの熱効率が悪化するという問題があった。

上記に加え、有機汚泥等を乾燥させた後に発生する乾燥排ガスは、相当量の臭気成分を含有しているため、脱臭処理後に排気する必要がある。脱臭処理を行うためには、臭気成分を含むガスを８００℃以上にすることが好ましく、仮焼炉等の燃焼領域にガスを導いて脱臭処理する方法が一般的である。しかし、有機汚泥等の乾燥にセメントキルン排ガスを用いると、乾燥排ガスは低酸素濃度であるため、上述のように乾燥排ガスを燃焼領域で処理すると、燃焼状態が悪化し、セメントキルンの熱効率が低下するため適さないという問題があった。

そこで、本出願人は、特願２００６−１７７６１８において、高含水有機汚泥等を乾燥させるにあたって、爆発のおそれがなく、セメントキルンの熱効率が悪化することもないセメント焼成装置として、セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より抽気した燃焼ガスが供給され、４０質量％以上の水分を含む高含水有機廃棄物を乾燥させる乾燥装置を備えるセメント焼成装置等を提案した。

このセメント焼成装置によれば、セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より抽気した燃焼ガスは、２〜８％と酸素濃度が低いため、乾燥装置が爆発するおそれがなく、燃焼ガスの温度は４５０〜９００℃であるため、高含水有機廃棄物を十分に乾燥させることができるとともに、セメントキルンの窯尻等から燃焼ガスを抽気しないため、セメントキルンの熱効率が悪化することもない。

特開昭６３−１５１６５０号公報 特表２００３−５０６２９９号公報

上記乾燥装置を備えたセメント焼成装置において高含水有機汚泥等を乾燥する際には、汚泥等の処理量や含水率等の運転条件、乾燥装置の運転状況により乾燥に要する熱量が変化する。従って、安定した乾燥装置の運転を継続するためには、乾燥装置の入口ガス温度、出口ガス温度等を調整する必要がある。ここで、乾燥装置の入口のガス温度を調整する手段として、高温のセメントキルンの排ガスを冷却空気と混合する方法が一般的であるが、以下の問題がある。

冷却空気を導入した分だけ乾燥装置からの排ガス量が増加し、乾燥装置の排ガスをセメントキルン系で処理すると、セメントキルン系にリークエアが導入されたときと同様の状態となり、セメントキルン排ガス量の増加に伴って熱損失が発生する。

また、上記本出願人による発明において、乾燥装置のための乾燥熱源ガスとしてセメントキルンの排ガスを使用する理由の一つは、爆発防止を目的とした低酸素濃度ガスとしてセメントキルンの排ガスが適していることであったが、セメントキルン排ガスに冷却空気を混合することにより、乾燥装置に導入される乾燥熱源ガスの酸素濃度の上昇を招き、好ましくない。

例えば、温度６５０℃、酸素濃度５％のセメントキルン排ガスと、温度２０℃、酸素濃度２１％の冷却空気とを、０．８：０．２の割合で混合すると、５５０℃の乾燥熱源ガスを得ることができるが、この際、ガス量が２０％増加するとともに、乾燥装置に導入される乾燥熱源ガスの酸素濃度が８．２％に上昇する。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、セメントキルン排ガス量の増加に伴う熱損失の発生を回避することができ、乾燥熱源ガスの酸素濃度の上昇を招くこともなく、安全かつ効率的に高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を乾燥させることのできるセメント焼成装置等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、セメント焼成装置であって、セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より抽気した燃焼ガスが供給され、含水有機廃棄物を乾燥させる乾燥装置と、該乾燥装置からの排ガスの一部を該乾燥装置に循環させる循環経路と、前記乾燥装置からの排ガスの残りを、前記セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路へ戻すための第２の排ガス流路とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、循環経路を介して乾燥装置からの排ガスの一部を循環させることにより乾燥装置の入口の乾燥熱源ガスの温度、流量等を調整することができるため、冷却空気の導入を回避することができる。これにより、セメントキルン排ガス量の増加に伴う熱損失の発生、及び乾燥熱源ガスの酸素濃度の上昇を防止し、安全かつ効率的に含水有機廃棄物を乾燥させることが可能となる。さらに、前記乾燥装置からの排ガスの残りを、前記セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路へ戻すための第２の排ガス流路を備えることによって、セメントキルンの熱効率の悪化を引き起こすことなく、臭気成分を有する乾燥排ガスを処理することができる。

前記セメント焼成装置において、前記循環経路を流れる前記乾燥装置からの排ガスの流量を調節するための流量調節手段を備えることができる。これによって、乾燥装置に戻される乾燥装置の排ガスの量を調整することができるため、乾燥熱源ガスの温度、流量等をより容易かつ精度よく調整することができる。

前記セメント焼成装置において、前記含水有機廃棄物は、含水有機汚泥であってもよく、製紙汚泥、下水汚泥、ビルピット汚泥、食品汚泥等を乾燥させることができる。

さらに、本発明は、セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気した燃焼ガスの一部を用いて含水有機廃棄物を乾燥させる含水有機廃棄物の乾燥方法において、前記含水有機廃棄物を乾燥させた後の排ガスの一部を再び該含水有機廃棄物の乾燥に用い、前記含水有機廃棄物を乾燥させた後の排ガスの残りを、前記セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路に戻すことを特徴とする。これによって、上述のように、冷却空気の導入を回避し、セメントキルン排ガス量の増加に伴う熱損失の発生、及び乾燥熱源ガスの酸素濃度の上昇を防止し、安全かつ効率的に含水有機廃棄物を乾燥させることができる。さらに、セメントキルンの熱効率を悪化させることなく、臭気成分を有する乾燥排ガスを処理することができる。

前記含水有機廃棄物の乾燥方法において、前記含水有機廃棄物を乾燥した後の排ガスの一部のガス量を調節しながら、該排ガスを再び該含水有機廃棄物の乾燥に用いることができる。これによって、乾燥熱源ガスの温度、流量等をより容易かつ精度よく調整することができる。

前記含水有機廃棄物の乾燥方法において、前記含水有機廃棄物は、含水有機汚泥であってもよく、製紙汚泥、下水汚泥、ビルピット汚泥、食品汚泥等を乾燥させることができる。

以上のように、本発明によれば、セメントキルン排ガス量の増加に伴う熱損失の発生を回避するとともに、乾燥熱源ガスの酸素濃度の上昇を招くこともなく、安全かつ効率的に高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を乾燥させることが可能となる。

図１は、本発明にかかるセメント焼成装置の一実施の形態を示し、このセメント焼成装置１は、セメントキルン２と、プレヒータ３と、仮焼炉４と、乾燥装置６と、ファン７と、戻りダクト８と、循環ダクト（循環経路）９等で構成され、循環ダクト９を備えることが本発明の特徴である。

セメントキルン２、プレヒータ３及び仮焼炉４は、従来のセメント焼成装置と同様の機能を有し、プレヒータ３に供給されたセメント原料Ｒは、プレヒータ３で予熱され、仮焼炉４で仮焼された後、セメントキルン２にて焼成される。

乾燥装置６には、４０質量％以上の水分を含む高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物（以下、「廃棄物」という）Ｗが供給されるとともに、最下段サイクロン３Ａから第２サイクロン３Ｂへの排ガス流路より抽気した燃焼ガスが供給され、廃棄物Ｗの乾燥が行なわれる。この燃焼ガスは、２〜８％程度と酸素濃度が低いため、乾燥装置６が爆発するおそれはない。また、この燃焼ガスの温度は、８００〜９００℃程度であるため、高含水有機廃棄物を十分に乾燥させることができる。乾燥された廃棄物Ｗは、セメント焼成装置１において処理してもよく、セメント焼成装置１の系外で処理してもよい。

ファン７は、プレヒータ３から燃焼ガスを乾燥装置６に導入するために備えられ、ファン７の排気は、戻りダクト８を介して最下段サイクロン３Ａから第２サイクロン３Ｂへの排ガス流路に戻されるとともに、ファン７の排気の一部は、循環ダクト９を介して乾燥装置６に戻される。

循環ダクト９は、乾燥装置６から排出された燃焼ガスの一部を乾燥装置６へ戻して循環させるために備えられる。循環ダクト９には、ファン７から乾燥装置６へ戻す排ガス量を調整するためのダンパ９ａが備えられ、ダンパ９ａの開度調整により、最下段サイクロン３Ａからの燃焼ガスと合流する乾燥装置６の排ガス量が調整され、乾燥装置６の入口の乾燥熱源ガスの温度及び流量を調整することができる。

尚、上記実施の形態においては、乾燥装置６に、最下段サイクロン３Ａから第２サイクロン３Ｂへの排ガス流路より抽気した燃焼ガスを供給したが、プレヒータ３のさらに上流の、第２サイクロン３Ｂから第３サイクロン３Ｃへの排ガス流路（燃焼ガス温度は、７００〜８００℃程度）、又は第３サイクロン３Ｃから第４サイクロン３Ｄへの排ガス流路（燃焼ガス温度は、５５０℃〜６５０程度）から燃焼ガスを抽気して乾燥装置６に供給することもできる。また、乾燥装置６からの乾燥排ガスについても、最下段サイクロン３Ａから第２サイクロン３Ｂへの排ガス流路に戻す場合に限定されず、上記燃焼ガスを抽気する場合と同様の領域に戻すことができる。さらに、乾燥装置６からの乾燥排ガスをセメント焼成装置１の系外で処理してもよい。

また、上記実施の形態においては、セメント焼成装置１の循環ダクト９と最下段サイクロン３Ａの出口ダクトとを合流させ、乾燥装置６の排ガスと最下段サイクロン３Ａからの燃焼ガスとを合流させた後、乾燥装置６に導入したが、循環ダクト９を最下段サイクロン３Ａの出口ダクトに合流させることなく、乾燥装置６に直接接続する構成とすることもできる。

次に、上記構成を有するセメント焼成装置１の循環ダクト９を利用し、乾燥装置６の入口の乾燥熱源ガスの温度、流量等を調節した場合の実施例について説明する。尚、以下の実施例においては、第３サイクロン３Ｃから第４サイクロン３Ｄへの排ガス流路より抽気した燃焼ガスを乾燥装置６に導入する場合を例にとって説明する。

第３サイクロン３Ｃから第４サイクロン３Ｄへの排ガス流路より抽出した温度６５０℃、酸素濃度５％のセメントキルン排ガスを用い、乾燥装置６の出口ガスを２００℃とした場合、セメントキルン排ガスと循環排ガスを０．７５：０．２５の割合で混合すると、５５０℃の乾燥熱源ガス（乾燥装置６の入口ガス）が得られる。この場合、冷却空気を導入していないため、循環ダクト９を利用する前後において、セメントキルン系の排ガス（例えば、第４サイクロン３Ｄの入口ガス）のガス量の増加は０％であり、５％の酸素濃度も変化しない。

すなわち、冷却空気を用いて乾燥装置６の入口の乾燥熱源ガスの温度を調節すると、セメントキルン系のガス量が増加し、さらに酸素濃度が増加するが、循環ダクト９を介して乾燥装置６の排ガスを循環させた場合には、セメントキルン系のガス量に変化はなく、酸素濃度も変化しない。これにより、セメントキルン排ガス量の増加に伴う熱損失の発生を回避することができ、乾燥熱源ガスの酸素濃度の上昇を招くこともなく、安全かつ効率的に高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を乾燥させることが可能となる。

本発明にかかるセメント焼成装置の一実施の形態の全体構成を示す概略図である。

符号の説明

１ セメント焼成装置
２ セメントキルン
３ プレヒータ
３Ａ 最下段サイクロン
３Ｂ 第２サイクロン
３Ｃ 第３サイクロン
３Ｄ 第４サイクロン
４ 仮焼炉
６ 乾燥装置
７ ファン
８ 戻りダクト
９ 循環ダクト
９ａ ダンパ
Ｒ セメント原料
Ｗ 含水有機廃棄物（高含水有機汚泥）

Claims (6)

1. セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より抽気した燃焼ガスが供給され、含水有機廃棄物を乾燥させる乾燥装置と、
   該乾燥装置からの排ガスの一部を該乾燥装置に循環させる循環経路と、
   前記乾燥装置からの排ガスの残りを、前記セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路へ戻すための第２の排ガス流路とを備えることを特徴とするセメント焼成装置。
2. 前記循環経路を流れる前記乾燥装置からの排ガスの流量を調節するための流量調節手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のセメント焼成装置。
3. 前記含水有機廃棄物は、含水有機汚泥であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント焼成装置。
4. セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気し、
   該抽気した燃焼ガスの一部を用いて含水有機廃棄物を乾燥させる含水有機廃棄物の乾燥方法において、
   前記含水有機廃棄物を乾燥させた後の排ガスの一部を再び該含水有機廃棄物の乾燥に用い、
   前記含水有機廃棄物を乾燥させた後の排ガスの残りを、前記セメントキルンの仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路に戻すことを特徴とする含水有機廃棄物の乾燥方法。
5. 前記含水有機廃棄物を乾燥させた後の排ガスの一部のガス量を調節しながら、該排ガスを再び該含水有機廃棄物の乾燥に用いることを特徴とする請求項４に記載の含水有機廃棄物の乾燥方法。
6. 前記含水有機廃棄物は、含水有機汚泥であることを特徴とする請求項４又は５に記載の含水有機廃棄物の乾燥方法。

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