JP5751733B1 - 廃棄物等の連続又はバッチ式乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物を乾燥（または、炭化）する装置において、熱効率を向上し、乾燥品の品質を向上し、ランニングコストを低下させることが可能な乾燥装置を提供する。【解決手段】円筒状の乾燥槽と乾燥槽から排出される廃蒸気を脱臭する高温酸化脱臭炉とを有する乾燥装置において、乾燥槽が高温酸化脱臭炉に隣接して設置され、乾燥槽と高温酸化脱臭炉の外側に乾燥槽加熱空間を形成するジャケットが設置され、乾燥槽から排出される廃蒸気を高温酸化脱臭炉内に導入する配管が前記乾燥槽の天井部と高温酸化脱臭炉の上部との間に配備され、高温酸化脱臭炉の下部から排出される高温多湿ガスを乾燥槽加熱空間の下方から上方に螺旋状に噴出する噴射ノズルが高温酸化脱臭炉の炉壁の下部に配備されていることによって前記課題を解決する。【選択図】図３

Description

本発明は、汚泥、汚水、浸出水、メッキ廃液、重金属廃液、スラリーなどの廃棄物を乾燥（または、炭化）する装置に関するものであって、さらに詳しくは、より熱効率を高める機能を備えた装置である。

従来、前述の如くの廃棄物等の乾燥装置には種々のものが知られている。
その一つとして、例えば、図１に示すように、内壁面を伝熱面（４）とした円筒状の乾燥槽（５）と、高温酸化脱臭炉（３）と、乾燥槽（５）から廃蒸気（３１）を高温酸化脱臭炉（３）に導く配管（１５）と、伝熱面（４）の加熱の為に乾燥槽（５）の外側に設けられたジャケット（６）と、乾燥槽（５）に収容した被乾燥物（Ｄ）を伝熱面（４）に接触させる為に回転羽根手段としての回転巻上羽根（８）とを有する乾燥装置（１）がある。この乾燥装置（１）では、乾燥槽（５）に被乾燥物（Ｄ）を収容し、この被乾燥物（Ｄ）を回転巻上羽根（８）の回転によって攪拌させることによって伝熱面（４）に接触させて、ジャケット（６）内に高温酸化脱臭炉（３）から配管（１６）を通じて送り込まれた高温多湿ガス（１７）の熱によって伝熱面（４）を間接的に加熱、乾燥（または、炭化）させる構造を有している（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば、図２に示すように、乾燥機（２）の乾燥槽（５）と高温酸化脱臭炉（３）を配管（１５）で接続し、乾燥槽（５）から汚泥等の被乾燥物の廃蒸気（３１）を高温酸化脱臭炉（３）に導き、この高温酸化脱臭炉（３）から配管（１５）で、乾燥槽（５）の外側に設けたジャケット（６）にバーナー（１３）で加熱、脱臭された高温多湿ガスを、配管（１６）を通じて導き、ジャケット（６）と乾燥槽（５）の間の伝熱面（４）を加熱して、乾燥槽（５）の中で回転巻上羽根（８）を回転させることにより被乾燥物である廃棄物を攪拌させることにより、その遠心力で廃棄物を伝熱面（４）に接触させて、間接的に加熱、乾燥（または、炭化）させる構造を有している乾燥装置（１）が知られている。なお、符号１４で示した部材は、炉筒（１２）に設けた乱流生成のためのバッフルである（例えば、特許文献２参照）。

特許第２９５８８６９号公報 特開２００２−１５３９００号公報

ところが、前述したような従来の乾燥装置においては、次のような課題が指摘されていた。

熱効率面での課題：
従来は、乾燥槽（５）の外側に設けられたジャケット（６）と高温酸化脱臭炉（３）は、配管（１５、１６）で接続され、この高温酸化脱臭炉（３）は図示されていないが断熱材で覆われていて、この覆われている炉壁は乾燥槽（５）へ熱を伝える伝熱面として機能していないため、十分な伝熱効率が得られていないという熱効率面での問題点があった。
すなわち、従来は、乾燥槽（５）からの廃蒸気（３１）は高温酸化脱臭炉（３）へ配管（１５）を通して導かれ、ここで高温多湿ガス（１７）となった後、再び、高温酸化脱臭炉（３）から乾燥槽（５）の外側に設けられたジャケット（６）に配管（１６）を通して導かれている。この高温酸化脱臭炉（３）から乾燥槽（５）の外側に設けられたジャケット（６）に高温多湿ガス（１７）を導く配管（１６）と、高温酸化脱臭炉（３）の炉壁の外周面は、断熱材で覆われており、そこからの熱の外部への流失を抑制して熱効率の低下を防止している。ところが、高温酸化脱臭炉（３）から乾燥槽（５）への熱伝導が配管（１６）を通じて乾燥槽（５）の外側に設けられたジャケット（６）内へ導入される高温多湿ガス（１７）だけであるため、十分な伝熱効率が得られていなかった。また、乾燥槽（５）の上部から導出した廃蒸気（３１）を高温酸化脱臭炉（３）で高温多湿ガス（１７）とした後に、ジャケット（６）の下部に直接導入していたので、ジャケット（６）内において上下方向に熱むらが発生し、熱効率を低下させる原因となっていた。
さらに、従来の配管（１６）は、高温酸化脱臭炉（３）の容積に比べ、極端に細いため、高温酸化脱臭炉（３）の熱の全てを乾燥槽（５）に伝えることができず、余剰の熱が断熱材等を介して外部に散逸し、また、高温酸化脱臭炉（３）の構造物を介して放散されることが熱効率低下の原因となっていた。

乾燥品の品質面での課題：
乾燥の結果得られる乾燥品について見ると、被乾燥物が回転巻上羽根（８）によって遠心力を与えられて伝熱面（４）に押しやられる為に、含水率の高いものが優先的に伝熱面（４）に押しやられて加熱、乾燥され、含水率が低下して軽くなると含水率の高いものと入れ替わる現象が繰り返される。
ところが、従来の乾燥槽（５）は、乾燥槽（５）の外側に設けられたジャケット（６）との間に高温酸化脱臭炉（３）から配管（１６）を通して高温多湿ガス（１７）を導入しているため、ジャケット内において上下方向に熱むらが発生し、その結果、乾燥槽（５）の伝熱面にも温度が高いところと低いところが生じている。そのため、得られた乾燥品にも含水率が高い部分と低い部分が混在しており、含水率の均一な乾燥品が得られないという品質面での課題が指摘されていた。

ランニングコストでの課題：
回転巻上羽根（８）を回転させるのに駆動モーター（１１）を回すため電力を消費する。また、バーナー（１３）を使うため油を消費する。これらの消費効率が装置のランニングコストを決定しているため、これを改善してランニングコストを低減したいという課題があった。

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、廃棄物を乾燥（または、炭化）する装置において、熱効率を向上し、乾燥品の品質を向上し、ランニングコストを低下させることが可能な乾燥装置を提供することにある。

そこで、本発明者が、熱力学、構造解析のシミュレーションを繰り返すとともに、鍋を鍋底から加熱するとき、鍋底の表面積、すなわち伝熱面が３．５倍になると、同じ熱量でも、加熱速度が３割早くなるという原理から着想を得て、鋭意、研究を続けたところ、高温酸化脱臭炉の炉壁を乾燥槽に熱を伝える伝熱面として活用するという新規な着想を得た。そして、その着想を具体化する高温酸化脱臭炉と乾燥槽の構造について幾多の実験を重ね検討した結果、高温酸化脱臭炉の炉壁を乾燥槽の伝熱面として利用する構造を見出し、高温酸化脱臭炉の熱を乾燥槽の加熱に利用することによって、熱効率が改善され、乾燥、炭化に要する時間が短縮され、その結果、省エネにも貢献することを見出した。

本発明の連続乾燥装置は、前述のような知見に基づき、完成したものであり、次のような特徴を有している。すなわち、高温酸化脱臭炉を乾燥槽と別体として設けて、高温酸化脱臭炉から放出される廃蒸気を、配管を介して乾燥槽の外側に設けたジャケット内へ導入するという従来の構造に替えて、乾燥槽と高温酸化脱臭炉を密着させて配置し、ジャケットで双方をまいて、高温酸化脱臭炉の炉壁が受ける熱を直接ジャケット内に導き、その熱で乾燥槽の伝熱面を加熱し、汚泥等の被乾燥物を間接加熱して乾燥（炭化）するという新規な構成を有している。

さらに詳述すると、乾燥槽と高温酸化脱臭炉を密着させ、その外側を乾燥槽加熱のためのジャケットで覆うことにより高温酸化脱臭炉の炉壁を介して放出される熱でジャケット内の高温多湿ガス（循環ガス）が間接加熱される。さらに、従来のように高温酸化脱臭炉から出た高温多湿ガスを、ジャケットの下部に直接導入するのではなく、ジャケットへの導入部に設けた噴射ノズルで噴射方向を制御することにより、ジャケット内に高温多湿ガスを下部から上部に向かう螺旋状の風流を発生させることにより、ジャケット内の高温多湿ガスが撹拌されるため、ジャケット内に熱の滞留や熱のむらを抑制し、乾燥槽の伝熱面を均一に加熱することが出来る。

従来は、乾燥槽から高温酸化脱臭炉の中へのガスの移動は、外部の配管によって行っていた。そして、高温酸化脱臭炉から、乾燥槽の外側に設けられたジャケットに、配管で高温多湿ガス（循環ガス）を送っていたが、本発明の乾燥装置は、この配管をなくすべく、乾燥槽と高温酸化脱臭炉を密着させて、その外側に高温多湿ガスを導くジャケットを設ける。一見、単に、乾燥槽と高温酸化脱臭炉を密着させて配管を無くしたかのように見えるが、本発明においては、乾燥槽と高温酸化脱臭炉を密着させることと、乾燥槽と高温酸化脱臭炉との両方を覆うジャケットという新たな構成要素を用いたことに、本発明の第１の特徴がある。さらにジャケット内に導入する高温多湿ガスを噴射ノズルによりジャケットの下部から上部に向けて螺旋状に風流を発生させることにより、ジャケット内の熱の滞留や熱のむらをなくし、伝熱面の加熱の均一化を図る点に第２の特徴がある。

要するに、ジャケットは、
（１）乾燥槽の伝熱面を効率よく均一に加熱するという高温多湿ガス（循環ガス）による乾燥槽の加熱の効率化という面、および、
（２）高温酸化脱臭炉から放出される高温多湿ガス（循環ガス）の熱の漏洩を防ぐという高温多湿ガスの熱の利用率の向上という面、の２つの作用効果を有し、これらが相俟ってすぐれた熱効率を実現している。

さらに、この高温多湿ガスは、乾燥槽の加熱に使った後でも、４００℃以上の温度を有しているため、一般的に４００℃で５００Ｗの発電が行えるスターリング発電機をジャケットの排気口に併設して、余熱を利用して発電を行うことによって一層の効率化を図ることができる。

つまり、本発明は、
「 円筒状の乾燥槽と該乾燥槽から排出される廃蒸気を脱臭する高温酸化脱臭炉とを有する乾燥装置において、前記乾燥槽が高温酸化脱臭炉に隣接して設置され、前記乾燥槽と高温酸化脱臭炉の外側に乾燥槽加熱空間を形成するジャケットが設置され、前記乾燥槽から排出される廃蒸気を高温酸化脱臭炉内に導入する配管が前記乾燥槽の天井部と高温酸化脱臭炉の上部との間に配備され、前記高温酸化脱臭炉の下部から排出される高温多湿ガスを前記乾燥槽の加熱空間の下部から導入することを特徴とする乾燥装置。」
を特徴とするものである。
さらに、高温多湿ガスを乾燥槽の加熱空間の下方から上方に螺旋状に噴出する噴射ノズルが高温酸化脱臭炉の炉壁の下部に配備していることをさらなる特徴とするものである。
さらに、本発明は、乾燥槽の側壁の外周面が凹凸形状を有していることをさらなる特徴とするものである。
また、本発明は、乾燥槽の排出口にスターリング発電機を設置していることをさらなる特徴とするものである。

本発明の乾燥装置によれば、熱効率の面では、高温酸化脱臭炉の炉壁を伝熱面として用いることで、炉壁から放出される熱を使い、乾燥槽と高温酸化脱臭炉を覆ったジャケット内を加熱して、熱効率を向上させ、乾燥、炭化速度を早めることが出来るため省エネになる。従来は、高温酸化脱臭炉の炉壁を断熱材で覆い、高温酸化脱臭炉からジャケット内に導かれる高温多湿ガス（循環ガス）は、細い配管を通じて導かれていたため、炉壁が受ける熱が無駄になっていたが、本発明においては、この点が大幅に改善された。
また、ランニングコストの面では、高温酸化脱臭炉の温度が６５０℃程度になり、この熱を乾燥槽で利用したとしても、なお、４００℃以上の余熱がジャケット外側に発生する。そのため、この温度でスターリング発電することにより、５００Ｗ以上の電力を回収可能となる。この電力を、乾燥槽の回転羽根を回転させるモーターに通電することにより、エネルギー効率が向上し、省エネになる。

本発明は、（高温酸化脱臭炉→乾燥槽）→スターリング発電機→（回転巻上羽根）とエネルギーを無駄なく伝搬させてエネルギー効率を向上させるものであり、その効果は絶大である。
また、これまで廃棄されていた余熱でスターリング発電機を回し電力を起こすため、さらなるエネルギー効率の向上ができるばかりか、非常時の発電機としても使える。

従来の乾燥装置の概略図であり、（ａ）が水平断面図であり、（ｂ）が垂直断面図である。 別の従来の乾燥装置の概略斜視図である。 本発明の乾燥装置の概略図であり、（ａ）が水平断面図であり、（ｂ）が垂直断面図である。

本発明の乾燥装置について、実施例に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施例は、本発明の乾燥装置の一実施態様を示すものであって、本発明の乾燥装置の構成は、これに限られるものではないことは、言うまでもない。

図３は、本発明の乾燥装置の一実施態様を示す概略図であり、（ａ）が水平断面図であり、（ｂ）が垂直断面図である。

本発明の乾燥装置（１００）は、円筒状の乾燥槽（１０５）と該乾燥槽（１０５）から排出される廃蒸気（１３１）を脱臭する高温酸化脱臭炉（１０３）とを有しており、乾燥槽（１０５）が高温酸化脱臭炉（１０３）に隣接して設置され、駆動モーター（１１１）によって、回転軸（１０７）を中心に回転する回転巻上羽根（１０８）を有する乾燥槽（１０５）と高温酸化脱臭炉（１０３）の外側に乾燥槽の加熱空間を形成するジャケット（１０６）が設置されている。さらに、乾燥槽（１０５）から排出される廃蒸気（１３１）を高温酸化脱臭炉（１０３）内に導入する配管（１１５）が乾燥槽（１０５）の天井部と高温酸化脱臭炉（１０３）の上部との間に配備され、高温酸化脱臭炉（１０３）の下部から排出される高温多湿ガスを乾燥槽（１０５）の加熱空間に導入する。
さらに、高温多湿ガスを乾燥槽（１０５）の加熱空間の下方から上方に螺旋状に噴出する噴射ノズル（１２０）が高温酸化脱臭炉（１０３）の炉壁の下部に配備することにより、加熱むらを改善することができることを確認した。

前述のような本発明に特徴的な構成にしたため、約３０％の熱効率の改善が認められた。

さらに、乾燥槽（１０５）の側壁の外周面を凹凸形状にすることによって、伝熱面の表面積を増加させることが可能になり、さらに、約１０％の熱効率の改善が認められた。

また、前述の構成に加えて、乾燥槽（１０５）の排出口にスターリング発電機（１４０）を設置することにより、余熱から５００Ｗ以上の電力を取出すことができる。

１、１００ ・・・ 乾燥装置
２ ・・・ 乾燥機
３、１０３ ・・・ 高温酸化脱臭炉
４ ・・・ 伝熱面
５、１０５ ・・・ 乾燥槽
６、１０６ ・・・ ジャケット
７、１０７ ・・・ 回転軸
８、１０８ ・・・ 回転巻上羽根
１１、１１１ ・・・ 駆動モーター
１２ ・・・ 炉筒
１３ ・・・ バーナー
１４ ・・・ バッフル
１５、１６、１１５ ・・・ 配管
１７ ・・・ 高温多湿ガス
３１、１３１ ・・・ 廃蒸気
１２０ ・・・ 噴射ノズル

Claims (1)

1. 円筒状の乾燥槽と該乾燥槽から排出される廃蒸気を脱臭する高温酸化脱臭炉戸を有する乾燥装置において、
   前記乾燥槽が前記高温酸化脱臭炉に隣接して配置され、
   前記乾燥槽と前記高温酸化脱臭炉の外側に、前記乾燥槽と前記高温酸化脱臭炉の両方を覆う加熱空間を形成するジャケットが設置され、
   前記乾燥槽から排出される廃蒸気を前記高温酸化脱臭炉内に導入する配管が前記乾燥槽の天井部と前記高温酸化脱臭炉の上部との間に配置され、
   前記高温酸化脱臭炉の下部から排出される高温多湿ガスを前記ジャケット内に導入することを特徴とする乾燥装置。