JP5439239B2

JP5439239B2 - 有機廃棄物の炭化装置

Info

Publication number: JP5439239B2
Application number: JP2010057851A
Authority: JP
Inventors: 裕宣安部; 幸司林; 芳夫中山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: JP2011190350A

Description

本発明は、畜糞や下水汚泥等の有機廃棄物から発電所等のボイラー燃料として利用可能な炭化物を生成する低温炭化炉を備えた有機廃棄物の炭化装置に関する。

従来、豚糞、牛糞、鶏糞等の畜糞や下水汚泥等の有機廃棄物から発電所等のボイラー燃料として利用可能な炭化物を生成する低温炭化炉が知られている。低温炭化炉では、有機廃棄物を低温で炭化処理することで、炭化物の中に燃焼カロリー成分を残して高カロリーの炭化物を得ることができる。

低温炭化炉としては、一端に原料の投入口を、他端に排出口を有し、また、中途にガス排出口が設けられた回転炉（ロータリーキルン）がある。また、回転炉には、炉中にバーナーで熱風を吹き込む直接加熱、または炉外側からヒーター等で加熱する間接加熱があり、いずれかの加熱方法によって原料を炭化させている。また、炭化する際に発生するガスを放出するために、炭化炉における炭化物の排出口側に煙突に通じるガスの抜出口を設けている。

かかる炭化装置において、臭気の原因となるタール等の揮発分を完全に取り除くためには、８００°Ｃ程度の高温で炭化を行うことが望ましい。反面、高温炭化では炭化物に揮発成分が残らないので、その炭化物の保有カロリーは低く、燃料としての付加価値は低いものとなる。

そこで、揮発成分を残し炭化物の保有カロリーを高めるために、例えば４００〜５００°Ｃの低温での炭化を行うようにしている。

特開２００２−３６４８１６号公報特開２００１−１９２６６７号公報特開平７−２６８３４６号公報

しかし、このような低温炭化では、原料炭化の際に発生した乾留ガスに同伴して揮発したタール分が乾留ガス排出口から排出されるが、この排出口部分は外気に近いため温度が低下しており、揮発したタールが析出して排出口内面に堆積し、次第に排出口付近を閉塞させてしまうという問題があった。

従来、タールが析出し排出口を閉塞させる問題の対策として、排出口を加温しタールの析出を防止する方法（特許文献１参照）や、外気と接する部分を保温材で覆う方法（特許文献２参照）がある。しかし、タールはわずかな温度低下で容易に析出するので、一部分の加温だけでは完全に析出を防止することはできない。

また、排出口の外部から空気等の冷却ガスを流しタールを排出口から出さないで排出口以降の機器にタールが析出することを防ぐ方法（特許文献３参照）もある。しかし、単に冷却ガスで乾留ガスを冷却しても排出口内壁の温度分布を一定にすることは不可能であり、タールはわずかな温度低下で容易に析出し固化するので必ず内壁のどこかにタールが析出し、やがては排出口内部が閉塞してしまうという問題がある。

本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、炭化物中に炭化物の燃焼カロリーを残すための例えば４００°Ｃ程度の低温での炭化において揮発成分を残留させることとした場合においても、蒸発したタールを炭化物に回収し、高カロリーな炭化物を得ることができると同時にタールによる析出による乾留ガス排出ダクトの閉塞防止が可能な有機廃棄物の炭化装置を提供することを目的としている。

本発明者らの実験結果では、タールには様々な種類のタール成分があるものの、概ね２００〜５００℃で析出固化することが分かっている。従って、排出口部分の加温や保温を行っても必ずタール析出による閉塞の問題が発生することが確認されている。

また、６００℃以上に温度を上げるとタールの析出は防止できるものの、通常排出口の出口で乾留ガスを二次燃焼装置で燃焼させているので、排出されたタールは灰となり、二次燃焼装置以降の機器内部に灰が堆積することも確認されている。灰の堆積のために維持管理上の労力を要している。

以上の知見に基づき、本発明は、上記の目的を達成するために、投入された有機廃棄物を加熱しつつ水平方向に搬送して燃料となる乾燥汚泥を生成する外熱式の炭化炉と、前記炭化炉の出口側において、前記有機廃棄物の搬送方向と交差する方向に設けられ、炭化処理で発生する乾留ガスを排出する排出経路を構成する排気塔と、前記排気塔の内壁面に設けられ、前記乾留ガス中に含まれるタール分を析出付着させる伝熱板とを具備することを特徴としている。

また、伝熱板を外部から加熱する外部加熱手段を備え、当該外部加熱手段によって、伝熱板表面に付着したタールが液状になって落下する温度に前記伝熱板が加温されることを特徴としている。

さらに、前記伝熱板表面の温度計測と前記排出経路の空間部分の温度計測を行う温度計測手段を備え、両者の計測温度の差が所定温度（例えば、５０℃）以下となったときに前記伝熱板の加熱温度を上げることを特徴としている。

本発明によれば、畜糞、下水汚泥等の乾燥物を原料としてそれを炭化処理する外熱式炭化炉において、高カロリー炭化物を製造するため、炭化中に発生する乾留ガス内のタールを液化し炭化物にタールを戻すようにしている。従って、畜糞や下水汚泥等の有機汚泥を低温で炭化させることができるので、高カロリーの炭化物を得ることができる。また、低温炭化で発生するタール分は伝熱板に付着させて取り除くことができるので、炭化炉の排出口付近にタールが析出して排出口を閉塞させることを未然に防止することが可能となる。

本発明に係る有機廃棄物の炭化装置の実施形態を示す構成図。本発明に係る伝熱板の平面構成の一例を示す構成図。本発明に係る伝熱板の他の例を示す構成図。図３に示す伝熱板のＢ−Ｂ線断面を示す構成図。本発明に係る有機廃棄物の炭化装置の他の実施形態を示す構成図。

図１は、本発明に係る有機廃棄物の炭化装置の一実施形態を示す構成説明図である。

同図に示すように、本実施形態の炭化装置１は、有機汚泥を炭化処理して燃料となる炭化物を生成するもので、多段式の低温炭化炉を主要部として構成され、内洞３と外洞５とを備えて横置円筒状に形成されたロータリーキルン型の炭化炉本体７と、炭化炉本体７の汚泥取り入れ口９側に取り付けられた汚泥供給装置１１と、炭化炉本体７の汚泥排出口１３側に設けられ、炭化された汚泥を冷却しつつ搬送する炭化汚泥冷却コンベア１５と、同じく炭化炉本体の汚泥排出口１３側に設けられ、炭化処理によって発生する乾留ガス１６を排出する乾留ガス排出流路１７となる排気塔１９とを備えている。

汚泥供給装置１１は、投入汚泥２１を一次貯留する汚泥投入ホッパー２３と、汚泥投入ホッパー２３内の貯留汚泥を炭化炉本体７内に送り込む汚泥スクリューコンベア２５と、汚泥スクリューコンベア２５を駆動する電動機２７とを備えている。

炭化炉本体７は、円筒形の回転ドラム式であって、駆動電動機２９の駆動力を得て回転することにより前方へ汚泥を搬送する。なお、この送りを促進するために、勾配を設けたり、内周面にスクリュー羽根を設けたりすることもできる。また、炭化炉本体７の内洞３と外洞５との間には加熱ヒーター３１が設けられており、加熱ヒーター３１による熱によって、投入された汚泥が乾燥されつつ汚泥排出口１３側まで搬送され、乾燥汚泥３３として排出されるようになっている。

また、炭化炉本体７の汚泥排出口１３側に設けられた排気塔１９は、円筒状に形成され、炭化処理の過程で乾燥汚泥とともに生成されるタール分を含んだ乾留ガス１６を乾留ガス排出流路１７を通って系外に排出する。また、乾留ガス１６を系外に排出するためには、煙突効果を利用したり、吸引等の何らかの方法により、炭化炉内に発生した乾留ガス１６を引き込んで出すようにしている。

炭化汚泥冷却コンベア１５は、水冷ジャケットを被着した円筒形であって、内部にスクリュー３５が内装されて、モータ３７でそれが駆動されることにより炭化物が前方へ送られる。そして、前端に垂下する排出口の下端に炭化物３９が排出される。

＜伝熱板＞
本実施形態の炭化装置１では、排気塔１９の乾留ガス排出流路１７に沿ってその内面側に銅やステンレス、アルミニウムなどの金属板から成る伝熱板４１が配設されている。

図２は図１のＡ−Ａ線断面図を示している。図２に示すように、伝熱板４１は、円筒中心径方向にむけて複数枚（本実施形態では６枚）が円筒の長手方向に沿って取り付けられている。また、これら伝熱板４１には、外部から熱を供給するヒーター４３が設けられており、このヒーター４３の加熱によって、伝熱板４１に付着したタールが液化されて取り除かれるようになっている。

上記構成において、炭化処理の過程で生成された乾留ガス１６にはタール成分が含まれており、外気により冷却された伝熱板４１表面に乾留ガス内に含まれるタール成分が冷却析出して付着する。このとき、伝熱板４１に取り付けられたヒーター４３には、伝熱板４１に付着したタールが液状になり落下する温度になるように電流を流す。これにより付着したタールが重力で下方向に流れ、下部の炭化物排出口付近で炭化物に混入する。

従って、本実施形態によれば、畜糞や下水汚泥等の有機汚泥を低温で炭化させることができるので、高カロリーの炭化物を得ることができる。また、低温炭化で発生するタール分は伝熱板４１に付着させて取り除くことができるので、炭化炉の排出口１３や乾留ガス排出流路１７付近にタールが析出して排出口１３や乾留ガス排出流路１７を閉塞させることを未然に防止することが可能となる。

図３は本発明に係る伝熱板の他の例を示し、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図４中では、ハッチングは省略されている。

図３、図４に示す伝熱板４１は、方形状の排気路４７を有する排気塔１９内の互いに向き合う壁面４７ａ，４７ｂのそれぞれに複数枚が櫛状に配置され、かつ向き合う壁面４７ａ，４７ｂの伝熱板４１同士は接触することなく所定の間隔を有して交互に配置されている。

上記構成において、汚泥投入ホッパー２３に乾物の有機汚泥２１が投入されると、この有機汚泥２１が汚泥スクリューコンベア２５により炭化炉本体７内に供給される。炭化炉本体７は、モータ２９の駆動力を得て回転し、前方へ有機汚泥を搬送する。有機汚泥は炭化炉本体７を移動する間に徐々に炭化され、発生した乾留ガス１６は排気塔１９から排出される。

脱水ケーキは炭化炉本体７内で概ね４００〜５００℃で炭化され揮発性物質が乾留ガスとして排出される、乾留ガス１６内にはタール成分が含まれており乾留ガス１６が高温の炭化炉本体７から外部に出ると、外気により乾留ガス温度が低下してタールが析出する。このとき、外気により冷却された伝熱板４１表面に乾留ガス内に含まれるタール成分が冷却析出して付着する。伝熱板４１に取り付けられたヒーター４３には、伝熱板４１に付着したタールが液状になり落下する温度になるように電流が供給されており、これにより付着したタールが重力で下方向に流れ、下部の炭化物排出口付近で炭化物に混入する。

従って、この構成においても、前記実施形態と同様、畜糞や下水汚泥等の有機汚泥を低温で炭化させることができるので、高カロリーの炭化物を得ることができる。また、低温炭化で発生するタール分は伝熱板４１に付着させて取り除くことができるので、炭化炉の排出口付近にタールが析出して排出口を閉塞させることを未然に防止することが可能となる。

＜伝熱板の温度管理＞
図４に示すように、伝熱板４１の表面温度を計測する温度計４５ａと乾留ガスの排出口付近のガス温度を計測する温度計４５ｂとを備え、伝熱板４１の表面温度はガス温度よりも若干低い温度になるよう加熱手段であるヒーター４３に流す電流を設定する。

通常は、温度計４５ｂで計測されるガス温度よりも温度計４５ａで計測される伝熱板４１の表面温度の方が低いため、乾留ガス中に含まれるタールは伝熱板４１に析出する。しかし、ガス温度と伝熱板の温度差が少ない場合はタールは流動性を持ち、伝熱板４１を伝わって下部の炭化物排出口から炭化物に同伴されて排出される。

伝熱板４１の温度は炭化物に含まれるタール成分の量を見て設定することが望ましい。ヒーター４３に流す電流は一定に管理されるため、万一、伝熱板４１に析出したタールの流動性が無くなると、タールが液化し落下する際に伝熱板４１から熱を奪うことが無くなり伝熱板４１の温度は上昇し、再度タールが液化し落下する。したがって、伝熱板４１を加熱するヒーター４３は温度一定制御でなく電流一定制御とする。

このような制御により、伝熱板４１に付着したタールの量、質に応じて温度も変化することで安定してタールの析出が行われ液化落下され炭化物にタールを回収することができる。

なお、伝熱板４１の最適温度は、炭化炉本体７の炭化温度や汚泥成分で異なってくるので運転状況を見て加熱ヒーターの電流を調整し電流一定制御を行う。

また、運転中に何らかの原因で伝熱板表面に付着したタールが固化した場合は伝熱板４１からタールが液状になり剥離しないため、熱の放出が無く、伝熱板４１の温度が上昇する。このように、伝熱板４１の温度が上昇して乾留ガスの温度に近づきその差が所定温度以下になった場合、例えば、その差が５０℃程度になった場合には、一度、伝熱板４１の温度を上昇させタールを液化した後、再度温度を下げることで乾留ガスからタール成分を除去することが可能となる。

以上の温度制御は手動で行うことも可能であるし、プログラマブルコントローラにて自動で行うこともできる。

＜他の実施形態＞
図１に示す実施形態では、伝熱板４１は、排気塔１９の全面に渡って設けられている例を示したが、本発明にこれに限られず、図５に示すように、例えば、排気塔１９の排気口付近のみに伝熱板を設けるようにしても良い。

なお、上記実施形態では、伝熱板４１は、排気塔１９の壁面に沿って固定的に設けられているが、排気塔１９に着脱可能に設けるようにしても良い。この場合には、排気塔１９に切欠きを設けて伝熱板４１を１枚１枚差し込むように取り付ける方法や、あるいは、予め伝熱板４１を組み込んだハウジングを図２や図３のような形状に構成して排気塔１９の内面に着脱自在に嵌め込むようにしても良い。この場合は、図５に示すような排気塔１９の排気口付近のみに着脱自在に伝熱板４１を設けるのが好適である。このように、伝熱板４１を着脱可能にすることにより、メンテナンスが容易となり、また、経年劣化した際の取り替えや伝熱板４１の枚数の増減が容易となる。

また、炭化炉の外熱方式として、上記各実施形態では、加熱ヒーター３１を使用しているが、熱風により加熱する熱風方式等であっても良い。

また、上記実施形態において、乾留ガス１６を系外に排出するためには、煙突効果を利用したり、吸引等の何らかの方法により、炭化炉内に発生した乾留ガス１６を引き込んで出すようにしたが、吸引の一例としては、吸引ブロワー（図示せず）で吸引しても良く、排気塔（煙突）の中に、プロパン等の燃焼ガスの噴出口を設け、その燃焼熱で乾留ガス１６を燃焼させるときに発生する上昇気流ないし勢いにより吸引作用を得るようにしても良い。

１…炭化装置
３…内洞
５…外洞
７…炭化炉本体
９…汚泥取り入れ口
１１…汚泥供給装置
１３…汚泥排出口
１５…炭化汚泥冷却コンベア
１７…乾留ガス排出流路
１９…排気塔
２１…有機汚泥（投入汚泥）
２３…汚泥投入ホッパー
２５…汚泥スクリューコンベア
２７…電動機
２９…駆動電動機
３１…加熱ヒーター
３３…乾燥汚泥
３５…スクリュー
３７…モータ
３９…炭化物
４１…伝熱板
４３…ヒーター
４３…伝熱板
４５…温度計
４５ａ、４５ｂ…温度計
４７…排気路
４７ａ，４７ｂ…壁面

Claims

投入された有機廃棄物を加熱しつつ水平方向に搬送して燃料となる乾燥汚泥を生成する外熱式の炭化炉と、
前記炭化炉の出口側において、前記有機廃棄物の搬送方向と交差する方向に設けられ、炭化処理で発生する乾留ガスを排出する排出経路を構成する排気塔と、
前記排気塔の内壁面に設けられ、前記乾留ガス中に含まれるタール分を析出付着させる伝熱板と、
前記伝熱板表面に付着したタールが液状になって落下する温度に前記伝熱板を外部から加熱する外部加熱手段と、
前記伝熱板表面の温度計測と前記排出経路の空間部分の温度計測を行う温度計測手段とを備え、両者の計測温度の差が所定温度以下となったときに前記伝熱板の加熱温度を上げることを特徴とする有機廃棄物の炭化装置。
請求項１に記載の有機廃棄物の炭化装置において、
前記温度計測手段による温度計測の結果、伝熱板の表面温度が上昇して乾留ガスの温度に近づいた場合は、一度、伝熱板の温度を上昇させタールを液化した後、再度温度を下げることを特徴とする有機廃棄物の炭化装置。
請求項１または２に記載の有機廃棄物の炭化装置において、
前記伝熱板は、前記排出経路に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする有機廃棄物の炭化装置。