JP5196484B2 - セメント製造用原燃料製造設備及びセメント製造工場並びにセメント原燃料化方法 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみ等の廃棄物をセメント製造用原燃料として有効処理するためのセメント製造用原燃料製造設備、及びこの設備を付設したセメント製造工場、並びに都市ごみ等の廃棄物をセメント原燃料化する方法に関する。

従来、厨芥等の有機廃棄物の処理量が増大しているため、その有効な処理方法及び再利用方法に関して多くの提案、試みがなされている。一つの方法として、回転発酵槽を用いて有機廃棄物を発酵処理（コンポスト化）することが提案されている。また、特許文献１には、有機廃棄物をセメントキルンで発酵処理したり、セメント製造での燃料の一部として用いることも記載されている。

しかし、特許文献１に記載のように、セメントキルンを発酵処理装置として単に流用しても、有機廃棄物を安定してコンポスト化することは困難であった。また、セメント製造用の燃料として発酵処理品を用いることも試みられたが、質の高い発酵処理品を効率良く得ることが困難なことが判明した。

そこで、本出願人は、セメント焼成設備で用いるセメントキルンとは別に、内張り煉瓦を撤去したロータリーキルンを準備し、そのロータリーキルンに都市ごみ等の廃棄物を投入して発酵させる方法を提案した（特許文献２参照）。この方法を実施するためのセメント製造工場は、例えば、図２に示すように、セメント焼成設備３００に、セメント製造用原燃料製造設備４００を付設している。

セメント焼成設備３００は、バーナ３０８及び重油等の液体燃料を供給するための供給ポンプ３１０等を備えてセメント原料を焼成するロータリーキルン（セメントキルン）３０２と、ロータリーキルン３０２から排出されたセメントクリンカを冷却用風車３１２によって冷却するクリンカクーラ３０３と、バーナ３１４等を備え、セメント原料の仮焼を行うための仮焼炉３０４と、セメント原料を予熱するため、サイクロン３０７を多段に重ねたサスペンジョンプレヒータ３０６等で構成される。

一方、セメント製造用原燃料製造設備４００は、廃棄物の発酵処理（コンポスト化）を行うため、大別して、発酵処理装置（内張り煉瓦を撤去したロータリーキルン）４０２と、貯蔵兼発酵処理用タンク４０４、４０６と、発酵処理品に含まれる異物を分離、除去する分離・除去装置４０８〜４１８等を備える。

発酵処理装置４０２の入口部には、都市ごみ、下水汚泥、戻し分の発酵処理品を投入する投入口４２０、４２２、４２４、及び発酵ガス引出口４２６が設けられる。発酵ガス引出口４２６には、排気手段として換気用風車４１９が設けられる。一方、発酵処理装置４０２の出口部には、発酵品の取出口４２８と、空気吹込口４２７とが設けられ、空気吹込口４２７には、給気手段として空気吹き込み風車４２９が設けられる。

貯蔵兼発酵処理用タンク４０４、４０６は、発酵処理装置４０２での発酵をさらに進めるとともに、発酵処理品を一時的に貯蔵するために備えられ、底部に定量引出機を備え、定量引出機からの発酵処理品は、セメント焼成設備３００への供給ライン４３０と、発酵処理装置４０２への戻しライン４３２のいずれにも供給可能である。

発酵処理装置４０２の後段に設けられた機器４０８〜４１８は、発酵処理品から異物を除去するためのものであって、ベルトコンベア４０９に付設された磁選機４０８と、一次破砕機４１０と、トロンメル４１２と、高ガウス選別機４１４と、アルミニウム選別機４１６と、二次破砕機４１８とで構成される。

次に、上記構成を備えたセメント製造工場における発酵処理方法について説明する。

セメント製造用原燃料製造設備４００の発酵処理装置４０２には、都市ごみの投入口４２０から都市ごみを、都市ごみに加えて下水汚泥の投入口４２２から下水汚泥を投入する。さらに、貯蔵兼発酵用処理タンク４０６から発酵処理品の一部をライン４３２を通じて発酵処理装置４０２に戻す。これは、発酵処理装置４０２内の菌体の安定化を図り、発酵処理品の品質を安定させるなどの目的のためである。

廃棄物は、発酵処理装置４０２内を移動し、所定の期間が経過した後、取出口４２８から発酵処理品を取り出す。発酵中、入口部側では、自然界に生息する発酵菌により、易分解成分の好気的分解作用のような機序によって発酵が進行する。一方、発酵処理中、発酵ガス引出口４２６からは、換気用風車４１９によって発酵処理装置４０２内の発酵ガスを引き出し、仮焼炉３０４等に導入し、発酵工程で発生するアンモニア等を分解し、排ガスの脱臭を行う。また、空気吹込口４２７から空気吹き込み風車４２９によって給気し、発酵処理装置４０２内の好気条件を保ち、好気性菌による発酵を維持する。

以上のようにして得られた発酵処理品は、磁選機４０８、高ガウス選別機４１４、アルミニウム選別機４１６によって、鉄、ステンレス、アルミニウムを各々除去し、これらの再資源化を図る。さらに、一次破砕機４１０と二次破砕機４１８とによって、発酵処理品を適切な粒度に調整する。

発酵処理品は、セメント製造用原燃料としてバケットエレベータ４４２、４４３によって寸胴型の貯蔵兼発酵処理用タンク４０４、４０６に送られ、循環系統によって循環される。すなわち、タンク４０４、４０６の下にはベルトコンベア４４４、４４６が設けられており、これらに一部取り出された発酵処理品は、バケットエレベータ４４８で垂直輸送され、再度貯蔵兼発酵処理用タンク４０４、４０６に戻される。これによって、好気状態が維持される。発酵処理品は、ベルトコンベア４５０を経て、ライン４３０からセメント焼成設備３００にセメント製造用原燃料として供給され、あるいは一部ライン４３２を経て発酵処理装置４０２に戻される。

一方、上記セメント焼成設備３００では、セメント製造用原燃料製造設備４００の運転と併行してセメントを製造する。サスペンジョンプレヒータ３０６における各サイクロン３０７でセメント原料の予熱を行い、仮焼炉３０４で仮焼し、ロータリーキルン３０２で焼成を行う。ロータリーキルン３０２における焼成のための燃料、もしくは仮焼炉３０４における仮焼のための燃料として、セメント製造用原燃料製造設備４００によって得られたセメント製造用原燃料を、貯蔵兼発酵処理用タンク４０６からライン４３０を通して、ロータリーキルン３０２の窯尻又は仮焼炉３０４に供給する。

特開昭５２−９７２７０号公報 特開２００１−１９１０６０号公報

ところで、廃棄物を発酵させてセメント原燃料化するには、発酵処理のための大規模な設備が必要となるため、設備コストが高騰し易くなる。この点、特許文献２に記載の処理方法では、廃棄物を発酵させる設備として、セメント焼成設備で操業停止中のロータリーキルン（遊休キルン）を利用するため、設備費の投入を最小限に抑えることができる。しかし、セメント製造工場において、遊休キルンが存在しない場合には、処理設備を新設しなければならず、結局、多額の投資を迫られることになって、コストの増大を避けることができない。

また、廃棄物を発酵させるためには、特許文献２にも記載のように、数日間（例えば、３日間）に亘り、ロータリーキルンを回転させながら廃棄物を滞留させる必要がある。このため、一度の発酵処理に長時間を要し、廃棄物の処理効率が低いという問題がある。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、廃棄物を処理してセメント原燃料化を図るにあたり、小規模の設備で効率的に廃棄物を処理することが可能なセメント製造用原燃料製造設備等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、廃棄物を処理してセメント原燃料化するセメント製造用原燃料製造設備であって、過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置と、該過熱蒸気発生装置から供給される過熱蒸気を用いて廃棄物を乾燥させる乾燥装置と、該乾燥装置による乾燥処理品を、セメント製造用原燃料としての可燃物と、不燃物とに選別し、さらに前記乾燥処理品又は可燃物を対象としてセメント焼成設備への供給場所に応じた選別処理を行う選別装置とを備えることを特徴とする。

尚、本明細書中において、「廃棄物」には、以下の処理対象物が含まれる。
（１）有機汚泥：下水汚泥、し尿汚泥（浄化槽汚泥、農業集落排水汚泥）、食品産業排水汚泥、アオコ・底泥等がこの範疇に含まれる。
（２）食品廃棄物：食品加工残さ、期限切れ食品、ビールかす、焼酎かす、おから（豆腐かす）、製糖残さ、果汁残さ、コーヒーかす、茶かす、畜産残さ等がこの範疇に含まれる。
（３）林産残さ、植物残さ：パルプ廃液、バーク、おがくず、チップダスト、剪定枝葉、バガス、籾殻、わら類等がこの範疇に含まれる。
（４）生活ごみ：厨茶類（生ごみ）、衣類、プラスチック廃材、都市収集可燃ごみ、紙類等がこの範疇に含まれる。
（５）畜産廃棄物：家畜ふん尿、鳥糞等がこの範疇に含まれる。
（６）水産廃棄物：魚腸骨、へい死魚等がこの範疇に含まれる。
（７）事業系廃棄物：紙類、プラスチック廃材、事業系生ごみ等がこの範疇に含まれる。
（８）建築廃材：廃木材、廃畳、プラスチック廃材、紙類、繊維類等がこの範疇に含まれる。
（９）上記列記したものを二以上の混合した物も廃棄物の概念に含まれる。

そして、本発明によれば、発酵処理設備に代えて、廃棄物に過熱蒸気を接触させて乾燥させる乾燥装置を備えるため、廃棄物の処理設備を小規模なものとすることができる。また、過熱蒸気による乾燥処理を用いることで、廃棄物の処理時間を大幅に短縮することができ、処理効率を格段に向上させることが可能になる。さらに、乾燥処理品を可燃物と不燃物に選別する選別装置を備えるため、乾燥処理した処理品を適切に分別してセメント製造用原燃料とすることが可能になる。また、乾燥処理品又は可燃物の中に、燃料利用に適したものと原料利用に適したものとが混在していても、それらを分別して原燃料化することができ、より効率的に廃棄物を資源化することが可能になる。

上記セメント製造用原燃料製造設備において、前記乾燥装置が、前記過熱蒸気によって１８０℃以上３５０℃の雰囲気を形成して前記廃棄物を乾燥させることができ、これによれば、乾燥装置に投入した廃棄物を効率良く乾燥させることが可能になる。

上記セメント製造用原燃料製造設備において、前記乾燥装置が、前記廃棄物が投入されるドラムと、該ドラムを回転させる回転機構とを備え、前記廃棄物を投入した状態で前記ドラムを回転させながら、該ドラム内の廃棄物を乾燥させることができる。これによれば、廃棄物の全体を満遍なく乾燥させることができると同時に、乾燥処理品を細かく破砕した状態に仕上げることができる。

上記セメント製造用原燃料製造設備において、前記乾燥装置が、前記過熱蒸気を前記廃棄物と向流で接触させ、該廃棄物を乾燥させることができ、これによれば、乾燥装置に投入した廃棄物を予熱してから乾燥させることができるため、廃棄物の乾燥効率を向上させることが可能になる。

上記セメント製造用原燃料製造設備において、前記選別装置が、前記乾燥処理品から金属類を除去する第１の選別部と、前記乾燥処理品からプラスチック廃材を回収する第２の選別部とを備えることができる。

また、本発明は、セメント製造工場であって、上記いずれかのセメント製造用原燃料製造設備を付設することを特徴する。本発明によれば、前記発明と同様に、廃棄物を処理してセメント原燃料化を図るにあたり、小規模の設備で効率的に廃棄物を処理することが可能になる。

さらに、本発明は、廃棄物を処理してセメント原燃料化する廃棄物のセメント原燃料化方法であって、廃棄物に過熱蒸気を接触させて乾燥させ、乾燥処理品を可燃物と不燃物に選別し、さらに前記可燃物を対象としてセメント焼成設備への供給場所に応じた選別処理を行い、選別した可燃物を供給場所に応じてセメント焼成設備に搬入してセメント製造用原燃料として使用することを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、廃棄物を処理してセメント原燃料化を図るにあたり、小規模の設備で効率的に廃棄物を処理することが可能になる。

以上のように、本発明によれば、廃棄物を処理してセメント原燃料化を図るにあたり、小規模の設備で効率的に廃棄物を処理することが可能になる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかるセメント製造用原燃料製造設備２００を付設したセメント製造工場を示し、この製造工場のセメント焼成設備１００は、大別して、バーナ１０８及び燃料を供給する供給ポンプ１１０等を備えてセメント原料を焼成するロータリーキルン１０２と、セメントクリンカを冷却用風車１１２によって冷却するクリンカクーラ１０３と、バーナ１１４等を備え、セメント原料を仮焼する仮焼炉１０４と、セメント原料を予熱するため、サイクロン１０７を多段に重ねたサスペンジョンプレヒータ１０６等で構成される。

一方、セメント製造用原燃料製造設備２００は、必要に応じて廃棄物を破砕する破砕機２０１と、廃棄物を乾燥処理する乾燥装置２０２と、乾燥処理品に含まれる異物を分離、除去する分離・除去装置２０４〜２１６と、異物を取り除いた処理品を一時的に貯蔵する貯蔵タンク２１７、２１８等を備える。

乾燥装置２０２は、従来の発酵処理装置４０２（図２参照）に代えて配置されるものであり、過熱蒸気を用いて廃棄物を乾燥させるために備えられる。この乾燥装置２０２は、処理対象となる廃棄物が投入される回転式のドラム２０２ａと、ドラム２０２ａを回転させる回転機構（不図示）と、過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置２０２ｂ等を備える。

乾燥装置２０２の入口部には、都市ごみ等を投入する投入口２０２ｃが設けられ、また、乾燥装置２０２の出口部には、過熱蒸気発生装置２０２ｂで発生した過熱蒸気をドラム２０２ａ内に吹き込む蒸気吹込口２０２ｄと、ドラム２０２ａ内から乾燥処理品を取り出す取出口２０２ｅとが設けられる。尚、蒸気吹込口２０２ｄをドラム２０２ａの出口側に設けるのは、廃棄物の流れに対して向流で過熱蒸気を接触させることで、廃棄物の乾燥効率を向上させるためである。この過熱蒸気の発生装置の熱源として、ロータリーキルン１０２の排ガスや、クリンカクーラ１０３の排ガスを利用することができる。

すなわち、過熱蒸気を用いて乾燥させる場合、乾燥対象物（廃棄物）の温度が低い状態で過熱蒸気を接触させても乾燥不足になる虞があり、十分な乾燥効率を得るには、廃棄物を１００℃程度まで予熱した後に、過熱蒸気を吹き付けることが好ましい。そこで、蒸気吹込口２０２ｄを投入口２０２ｃの反対側に設けることで、ドラム２０２ａの上流側（投入口２０２ｃ側）で、ドラム２０２ａ内を流れて投入口２０２ｃまで到達した蒸気（温度が下がった蒸気）を廃棄物と接触させる一方、ドラム２０２ａの下流側（取出口２０２ｅ側）では、ドラム２０２ａ内に流入した新鮮な蒸気を用いて、１８０℃〜３５０℃の乾燥雰囲気を形成する。これにより、ドラム２０２ａの上流側で廃棄物を予熱し、下流側で乾燥させるサイクルを形成することができ、廃棄物を効率良く乾燥させることが可能になる。

但し、ドラム２０２ａに投入したときの廃棄物の温度や含有水分量によっては、十分な予熱を行うのが困難な場合もあるため、ドラム２０２ａ自体を外側から加熱して内容物（廃棄物）を予熱するための予熱装置２０２ｆを付設してもよい。この際、クリンカクーラ１０３の排ガスを予熱の熱源に利用することで、セメント焼成設備１００の排熱を有効活用することができる。

乾燥装置２０２の後段に設けられた機器２０４〜２１６は、乾燥処理品を対象として、可燃物と不燃物との選別処理、及びセメント焼成設備１００への投入場所に応じた選別処理を行うためのものであって、ベルトコンベア２０９に付設された磁選機２０４と、一次破砕機２０６と、トロンメル２０８と、高ガウス選別機２１０と、アルミニウム選別機２１２と、プラスチック選別装置（プラスチック廃材を選別するための装置）２１４と、二次破砕機２１６とで構成される。

プラスチック選別装置２１４は、鉄、ステンレス、アルミニウム等の金属類（不燃物）を除去した後の乾燥処理品を比重選別や光学選別し、乾燥処理品からプラスチック廃材を選別するために備えられる。尚、プラスチック選別装置２１４以外の構成については、図２の分別・除去装置４０８〜４１８と同様である。

次に、上記構成を備えたセメント製造工場における廃棄物のセメント原燃料化方法について説明する。

セメント製造用原燃料製造設備２００では、乾燥装置２０２において、都市ごみ等の廃棄物を投入口２０２ｃからドラム２０２ａ内に投入する。この際、毛布、シーツ及び袋や容器に封入されたごみ等の嵩張り易い廃棄物については、事前に破砕機２０１で破砕し、細かくしてからドラム２０２ａに投入する。そして、ドラム２０２ａを回転させるとともに、蒸気吹込口２０２ｄから過熱蒸気をドラム２０２ａ内に吹き込む。

廃棄物は、ドラム２０２ａ内を投入口２０２ｃから取出口２０２ｅに向かって移動し、その間、過熱蒸気に晒されることで乾燥処理される。その際、廃棄物は、ドラム２０２ａ内で撹拌されることで全体が満遍なく乾燥され、また、ある程度乾燥された後は、ドラム２０２ａの内壁に衝突したり、廃棄物同士で衝突することで細かく破砕される。乾燥に供された過熱蒸気は、蒸気排出口２０２ｇから排出され、過熱蒸気発生装置２０２ｂに戻る。このとき、新たに蒸発した水蒸気の分だけ余剰水蒸気が発生する。尚、余剰分の水蒸気については、凝縮させて下水等に放流するか、又は、臭気対策（熱処理）を行って大気に放出する。

そして、所定の滞留時間が経過した後、ドラム２０２ａから乾燥処理品を排出し、一次破砕機２０６で一次破砕する。次いで、磁選機２０４、高ガウス選別機２１０、アルミニウム選別機２１２によって、鉄、ステンレス、アルミニウム等の不燃物を除去して、可燃物（セメント製造用原燃料）のみの状態にする。また、プラスチック選別装置２１４によって、可燃物の中からプラスチック廃材を選別して回収し、さらに、二次破砕機２１６によって、可燃物を二次破砕して適切な粒度に調整する。得られたセメント製造用原燃料のうち、プラスチック廃材については、貯蔵タンク２１７に供給して貯蔵し、それ以外の処理品については、貯蔵タンク２１８に供給して貯蔵する。

一方、上記セメント製造設備１００では、セメント製造用原燃料製造設備２００の運転と併行してセメントを製造する。サスペンジョンプレヒータ１０６における各サイクロン１０７でセメント原料の予熱、仮焼炉１０４で仮焼、ロータリーキルン１０２で焼成を行う。

上記の際、貯蔵タンク２１７、２１８に貯蔵したセメント製造用原燃料をロータリーキルン１０２又は仮焼炉１０４に供給し、ロータリーキルン１０２における焼成のための燃料もしくは仮焼炉１０４における仮焼のための燃料として使用する。このとき、貯蔵タンク２１７内のプラスチック廃材は、粉砕した後にバーナ１０８に供給してロータリーキルン１０２の窯前部から吹き込み、貯蔵タンク２１８内の処理品は、ロータリーキルン１０２の窯尻部又は仮焼炉１０４に投入して使用する。

以上のように、本実施の形態によれば、発酵処理設備に代えて乾燥装置２０２を配置し、過熱蒸気を用いた乾燥処理によって廃棄物を処理するため、廃棄物の処理設備を小規模なものとすることができる。また、過熱蒸気を用いた乾燥処理は、熱風を用いた一般的な乾燥処理に比して乾燥効率が高く、短時間で廃棄物を乾燥させることができる。特に、廃棄物を発酵させる場合と対比すると、処理時間を大幅に短縮することができ、廃棄物の処理効率を格段に向上させることが可能になる。さらに、乾燥処理品を対象として、可燃物と不燃物との選別処理、及びセメント焼成設備１００への投入場所に応じた選別処理を行う分離・除去装置２０４〜２１６を備えるため、乾燥処理した処理品を適切に分別してセメント製造用原燃料とすることが可能になる。

尚、上記実施の形態においては、乾燥処理品を可燃物と不燃物の二種に選別した後に、可燃物からプラスチック廃材を回収するが、乾燥処理品を対象として、プラスチック廃材、プラスチック廃材以外の可燃物及び不燃物の三種に選別してもよい。

本発明にかかるセメント製造用原燃料製造設備が付設されたセメント製造工場を示すフローチャートである。 従来のセメント製造用原燃料製造設備が付設されたセメント製造工場を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ セメント焼成設備
１０２ ロータリーキルン
１０３ クリンカクーラ
１０４ 仮焼炉
１０６ サスペンジョンプレヒータ
１０７ サイクロン
１０８ バーナ
１１０ 供給ポンプ
１１２ 冷却用風車
１１４ バーナ
２００ セメント製造用原燃料製造設備
２０１ 破砕機
２０２ 乾燥装置
２０２ａ ドラム
２０２ｂ 過熱蒸気発生装置
２０２ｃ 投入口
２０２ｄ 蒸気吹込口
２０２ｅ 取出口
２０２ｆ 予熱装置
２０４ 磁選機
２０６ 一次破砕機
２０８ トロンメル
２０９ ベルトコンベア
２１０ 高ガウス選別機
２１２ アルミニウム選別機
２１４ プラスチック選別装置
２１６ 二次破砕機
２１７、２１８ 貯蔵タンク

Claims (7)

1. 廃棄物を処理してセメント原燃料化するセメント製造用原燃料製造設備であって、
   過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置と、
   該過熱蒸気発生装置から供給される過熱蒸気を用いて廃棄物を乾燥させる乾燥装置と、
   該乾燥装置による乾燥処理品を、セメント製造用原燃料としての可燃物と、不燃物とに選別し、さらに前記乾燥処理品又は可燃物を対象としてセメント焼成設備への供給場所に応じた選別処理を行う選別装置とを備えることを特徴とするセメント製造用原燃料製造設備。
2. 前記乾燥装置は、前記過熱蒸気によって１８０℃以上３５０℃の雰囲気を形成して前記廃棄物を乾燥させることを特徴とする請求項１に記載のセメント製造用原燃料製造設備。
3. 前記乾燥装置は、前記廃棄物が投入されるドラムと、該ドラムを回転させる回転機構とを備え、前記廃棄物を投入した状態で前記ドラムを回転させながら、該ドラム内の廃棄物を乾燥させることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント製造用原燃料製造設備。
4. 前記乾燥装置は、前記過熱蒸気を前記廃棄物と向流で接触させ、該廃棄物を乾燥させることを特徴とする請求項１、２又は３のいずれかに記載のセメント製造用原燃料製造設備。
5. 前記選別装置は、前記乾燥処理品から金属類を除去する第１の選別部と、前記乾燥処理品からプラスチック廃材を回収する第２の選別部とを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセメント製造用原燃料製造設備。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のセメント製造用原燃料製造設備が付設されることを特徴とするセメント製造工場。
7. 廃棄物を処理してセメント原燃料化する廃棄物のセメント原燃料化方法であって、
   廃棄物に過熱蒸気を接触させて乾燥させ、
   乾燥処理品を可燃物と不燃物に選別し、
   さらに前記可燃物を対象としてセメント焼成設備への供給場所に応じた選別処理を行い、
   選別した可燃物を供給場所に応じてセメント焼成設備に搬入してセメント製造用原燃料として使用することを特徴とする廃棄物のセメント原燃料化方法。

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