JP5847726B2 - スラリー様物質、特に汚水処理プラントからのスラッジを乾燥させるための方法及び設備 - Google Patents

Description

本発明は、熱エネルギーの非常に少ない消費で、スラリー様物質、とりわけ汚水処理プラントから得られた特にスラッジを熱乾燥させる方法に関する。本発明は、乾燥すべき、あらゆるスラリー系を乾燥するために使用することができる。本発明は、予備乾燥したスラリー系をスパゲティ状の糸状の形態にすることができる。

都市の排水処理プラントからのスラッジを熱乾燥する技術がよく知られている。最終の乾燥度が８５％以上の最終物を得るために種々の技術が利用可能である。

熱乾燥の主な欠点は、乾燥するのに過剰に高いエネルギー消費、したがって、その結果として高い作業コストがかかることである。

このことが、あるベルト乾燥方法において、スラッジを乾燥するために熱乾燥が低温（５０〜９０℃）で、廃棄熱（dead heat）、したがって、他のプロセス（コジェネレーション、タービン凝縮、ヒートポンプ、太陽熱システム、バイオガスボイラーなど）では使用されないカロリーを回収する理由である。しかしながら、この廃棄熱は一般にスラッジを完全に乾燥するのに十分ではない。このことは、実質的なエネルギー損失となる。

さらに、これらの低温ベルトによる乾燥技術は、上流で十分に脱水されていないスラッジを乾燥するために使用することができない。なぜなら、もつれたスパゲティ状物を乾燥機上に十分に広げることができないからである。

換言するならば、熱乾燥は乾燥工程自体から熱を回収するが、そのループはエネルギーの観点から最適化されない。

現在存在する乾燥機は、スラッジを乾燥するのに約９００〜１１００ｋＷｈ／ＴＥＥ（Tonne of Evaporated Water）のエネルギーを必要としている。これらの乾燥機には、直接タイプ又は間接タイプの乾燥機があり、直接タイプは、一般にはガスである高温の乾燥流体が、乾燥するスラッジと直接に接触し、間接タイプは、高温のガス又は液体の乾燥流体が壁を通じてスラッジにその熱を伝達する。

スラッジの乾燥状態は、乾燥物の量（ＭＳ）のスラッジの全量（ＭＳ＋水）に対する割合、すなわち、ＭＳ／（ＭＳ＋Ｈ_２Ｏ）で規定することができる。

特許文献１は、スラリー様物質、特に排水処理プラントからのスラッジを乾燥する方法を開示している。該方法は以下を含む。
入口の乾燥状態Ｓｅを有するスラッジを受け入れ、中間の乾燥状態Ｓｉを有するスラッジを産出する第１の乾燥段階（間接タイプの乾燥段階）；
前記第１の段階の出口において糸状のスラッジを形成するステップ；及び
最終の乾燥状態Ｓｆを有する生成物を産出する、高温ガスによって糸状のスラッジを直接乾燥させる第２の段階。

このタイプの乾燥方法及びスラッジの前処理の蒸発乾燥を備えた乾燥システムは７００〜８００ｋＷｈ／ＴＥＥのエネルギーを消費しうる。このエネルギー消費は最初に言及した乾燥機と比較されて最適化される。第１の段階で使用されるエネルギーの一部は、再利用として、第２の段階での乾燥のために第２の段階に注入されるからである。しかしながら、特許文献１によれば、前処理の蒸発乾燥によるアウトプットにおける乾燥状態の状況（４０〜６０％）と、乾燥機で使用される温度の状況（１２０℃）に照らせば、エネルギーのループは最適化されていない。

本発明は、低温（５０〜９０℃）の外部エネルギーの非固定的使用に適合させつつ、方法及びエネルギー消費の制御を最適化することによる、スラッジの乾燥に対するエネルギーの解決法を提供する。

ＥＰ０７８１７４１ Ｂ１

本発明方法を実施する設備の図である。 前記設備の相補デバイスの図である。 第１の乾燥段階で使用された熱に対する回収された熱の割合の変化を示す図である。

本発明の目的は、エネルギー消費を最小化した、前述したタイプのスラリー様物質を乾燥する方法を提供することにある。

本発明は、第１の段階から回収される熱が、第２の段階における前記乾燥に必要かつ十分となるように、前処理の蒸発乾燥の出口での乾燥、すなわち中間の乾燥状態を制御することからなる。

本発明は、スラリー様物質、特に汚水処理プラントからのスラッジを乾燥させるための方法であって、２つの乾燥段階、すなわち、
高温流体が供給される、間接タイプの第１の乾燥段階であって、入口の乾燥状態Ｓｅを有するスラッジを受け入れ、中間の乾燥状態Ｓｉ及び水蒸気を有するスラッジを産出し、前記水蒸気は、流体、特に水を加熱するためのループをそこで再加熱するために凝縮器の方に導かれる、第１の乾燥段階と、
前記第１の段階の出口において糸状のスラッジを形成するステップと、
加熱流体ループによってそれ自体が加熱されたガスによって直接加熱された糸状のスラッジを乾燥させる第２の段階であって、最終の乾燥状態Ｓｆを有する生成物を産出する第２の段階とを含む方法において、
前記中間の乾燥状態Ｓｉが、前記乾燥に使用される総エネルギー消費が最小限になるように、測定された入口の乾燥状態Ｓｅ及び所望の出口の乾燥状態Ｓｆに従って制御され、前記第１の乾燥段階に供給する前記高温流体の流量、圧力及び／又は温度が、それに応じて調整されることを特徴とする、方法である。

前記中間の乾燥状態Ｓｉが、前記入口の乾燥状態Ｓｅの測定と、望まれる出口の乾燥状態Ｓｆと、前記凝縮器の特定の係数α、前記第２の乾燥段階の特定の係数β、及び該当する場合、付加される自由熱Ｑ_０を含むパラメータとに基づいて、最小限の総エネルギー消費になるように求められることが好ましい。
前記中間の乾燥状態Ｓｉは、前記凝縮器によって前記第１の段階から回収される熱が、前記第２の段階における前記乾燥に必要かつ十分であるように制御されることができる。

特に３０℃から９０℃の間である低温の熱ループが、前記第２の段階を加熱するために使用され、特に水である液体を含み、前記液体が、閉回路に従って循環され、凝縮された蒸気の熱をそこから回収するために前記凝縮器を通り抜け、前記第２の乾燥段階のガスを加熱するために液体／ガス熱交換機を通り抜けることが好ましい。

前記低温の熱ループは、前記ループ内の前記液体と前記第１の乾燥段階の熱流体枝管との間に交換機を備えることができる。
前記低温の熱ループは、また、廃棄用の又は安価な低温エネルギーの回収によって前記ループ内の前記液体を加熱するために熱交換機を備えることができる。

また、本発明は、前記記載の方法を実施するための設備であって、
高温の流体が供給される第１の乾燥機であって、入口の乾燥状態Ｓｅを有するスラッジを受け入れ、中間の乾燥状態Ｓｉ及び水蒸気を有するスラッジを産出し、前記水蒸気が、第２の乾燥機のための加熱流体をそこで再加熱するために凝縮器の方に導かれる、第１の乾燥機と、
前記第１の乾燥機の出口において糸状のスラッジを形成するための装置と、
前記加熱流体によって前記凝縮器から取り出された熱によって少なくとも部分的に加熱される、ガス、特に空気によって糸状のスラッジを乾燥するための前記第２の乾燥機であって、最終の乾燥状態Ｓｆを有する生成物を産出する、前記第２の乾燥機とを備える、設備において、
前記中間の乾燥状態Ｓｉを、前記乾燥に使用される総エネルギー消費が最小限になるように、測定された入口の乾燥状態Ｓｅ及び所望の出口の乾燥状態Ｓｆに従って制御する手段を備え、前記第１の乾燥段階に供給する前記高温流体の流量、圧力及び／又は温度が、それに応じて調整されることを特徴とする、設備である。

前記設備は、前記第２の段階を加熱するための、特に３０℃と９０℃の間である低温の熱ループであって、特に水である液体を含み、前記液体が、閉回路に従って循環され、凝縮された蒸気の熱をそこから回収するために前記凝縮器を通り抜け、前記第２の乾燥段階の前記ガスを加熱するために液体／ガス熱交換機を通り抜ける、熱ループを備えることが好ましい。

前記設備は、吸引部が前記第１の乾燥機の蒸気及びガス産出部に連結され、還流部が前記凝縮器に連結された調整可能な速度ファンであって、前記ファンの速度が、（数ミリバールの）弱い低圧を維持するよう命令され、前記第１の乾燥機内で制御される、速度ファンを備えることが好ましい。

前記第１の乾燥機の出口と前記第２の乾燥機の入口にある前記形成装置との間の前記スラッジの輸送は、前記第１の乾燥機の出口における気密性を保証することを可能にする速度調節式コアレススクリューによって保証されることができる。

前記設備の液体の循環のための前記低温ループは、
前記凝縮器の上流側の、３０℃と８０℃の間、好ましくは６０℃と７０℃の間の低温を有する部分と、
前記凝縮器の出口にある、４０℃と９０℃の間、好ましくは７０℃と８０℃の間の中間温度を有する部分と、
前記凝縮器の下流側又は上流側の、前記ループ内の前記液体と自由エネルギー源との間の熱の交換機であって、特にコジェネレーションユニットのモータ、ヒートポンプ、木材又はバイオガスボイラー、太陽熱システム、又は破棄エネルギーの別の供給源、の自由又は低コストの低温エネルギー源によって前記ループ内の前記液体を再加熱するための交換機と、
前記ループ内の前記液体と前記自由エネルギー源の間の熱の前記交換機の出口にあり、４０℃と９０℃の間、好ましくは８０℃と９０℃の間である調節された温度で、前記第２の乾燥機のために、前記ループ内の前記液体の再加熱を仕上げることを可能にする、熱流体枝管を備えた交換機と、
前記ループ内の前記液体が、特に循環ファンによって動作させられる前記第２の乾燥機の前記ガスを加熱することを可能にする、液体とガス、特に水と空気の間の熱のための交換機と、
前記ループ内の前記水の循環のためのポンプとを備えることができる。

前記設備は、前記第１の乾燥機の出口における前記中間の乾燥状態Ｓｉの直接的な調節を保証するための第１の調節ループを備える調節と、算出及び命令の手段、特に作動パラメータに基づいて中間の乾燥状態の設定点Ｓｉｃを確立するオートマトンの手段とを備えることが好ましい。

前記調節は、以下の式：
Ｓｉｃ＝（β＋α＊５５６）／［（β―８９＊α）／Ｓｆ＋６４５＊α／Ｓｅ＋Ｑ_０）］
式中、
Ｓｅは測定された入口の乾燥状態（％）であり
Ｓｆは最終的な所定の乾燥状態（％）であり、
βは、前記第２の乾燥段階（６）の特定の係数（ｋＷｈ／ＴＥＥ）であり、
αは前記凝縮機（８）の特定の係数であり（次元なし）、
Ｑ_０は、加えられ得る自由熱（ｋＷｈ／ＴＭＳ）である
式に従って中間の乾燥状態の設定点Ｓｉｃ（％）を求めるように設計されることができる。

前記オートマトンは、測定された前記中間の乾燥状態に従って前記熱流体の流量、圧力又は温度を制御するように弁を制御することができ、この制御は、蒸気熱流体の場合は前記熱流体の圧力の調節によって、有機流体タイプの熱流体の場合は（前記熱流体の低温の戻りと混合することによって）流量又は温度を調節することによって実施される。

前記設備は、前記熱流体と前記低温ループ内の前記液体との間の前記交換機内に供給される熱量Ｑ３を制御する調節ループからなる調節を備えることができる。

前記熱流体と前記低温ループ（Ｂｌ）内の前記液体との間の前記交換機内に供給される熱量Ｑ３を制御する前記調節ループは、第２の調節ループを構成することができる。前記設備の調節は、前記第１の調節ループをよけることによって（又は迂回することによって）、この第２のループだけに基づいて保証されることが可能である。

前記設備は、前記熱流体と前記低温ループ内の前記液体との間の熱の前記交換機が、前記交換機の出口における前記ループ内の前記液体の温度を制御設定点として有することができ、この温度は、前記熱流体と前記第２の乾燥機のガスとの間の前記交換機の効率的な作動を可能にし、前記第２の乾燥機のエネルギー要件のバランスが確実にとられることを可能にする。

前記設備は、前記交換機の入口及び出口における温度及び流量の測定手段を用いて、前記交換機に供給される前記熱Ｑ３が、それに従って測定される調節ループを備えることができ、前記熱Ｑ３が、常にある調節範囲を有する目的でゼロに近いがゼロではない特定の設定点より大きい場合、前記調節が、前記第１の乾燥機に供給される熱が適合されるように前記第１の調節ループの出口信号を変更する。

前記交換機及び前記凝縮器に対して最適な状態にするために、前記調節は、前記交換機の出口における前記水ループの温度を設定点として使用する第３の調節ループを備えることができる。
前記第３の調節ループは、好ましくは、スラッジ供給ポンプで測定されたスラッジの流量によって決まる設定点に対して規定される温度を設定点として使用するように設計され、前記低温ループ内の前記液体と前記第２の乾燥機の前記ガスとの間の前記交換機の出口における温度が上昇するとき、前記ループの循環ポンプの流量が、構成要素に受け入れられる範囲まで減少する。

本発明では、第２の段階の加熱に対して、低温の熱ループを使用する。このループにより、第２の乾燥機の加熱のための、廃棄用の又は安価な低温エネルギーを回収することが可能になる。この廃棄用の又は安価な低温エネルギーから回収されるエネルギーに従って、第１の段階の出口における乾燥状態を適合させる。

また、乾燥機に関する技術には、乾燥機内でスラッジが可塑性フェーズ（４５〜６５％乾燥状態）になることを回避し、あるいは、乾燥技術でスラッジを処理できるように、上流でスラッジを調製するために、しばしばスラッジの再循環が含まれる。

本発明は、スラッジの再循環を使用しない。そのため、システムの利用可能性を高めることができる。

したがって、本発明の方法は、現存する技術と比較して以下のような有利性がある。
・全ての現存する技術よりも少ないエネルギー消費。１０００又は７００〜８００ｋＷｈ／ＴＥＥの替わりに、４００〜６００ｋＷｈ／ＴＥＥのエネルギー消費。
・自由で廃棄用の又は安価な低温又は中間の利用可能な温度エネルギーに基づいて、エネルギーループの最適化により、この消費をさらに低減させる可能性。
・所定のスラッジにスパゲティ状物の形成技術の適用、すなわち、糸状に形成させる技術を適用させることにより、あらゆるタイプのスラッジを使用することができる。
・スラッジの再循環の方法の不使用。

本発明は、上記以外についても、図面を参照しつつ後述するが、限定されるものではない。

図１は、本発明方法を実施する設備の図である。

図２は、上記設備に対する相補デバイスの図である。

図３は、第１の乾燥段階で使用された熱に対する回収された熱の割合の変化を示す図であり、Ｘ軸は第１の乾燥段階の出口での非凝縮物（non-condensables）の温度℃、Ｙ軸はそれに対応した前記割合％を示す。

図１を参照すると、本発明の設備は、ポンプ１により確実に行われる乾燥状態１６〜３３％のスラリー様スラッジの供給を含んでいることがわかる。間接タイプの第１の乾燥機２に、スラッジは密閉された状態で投入される。この乾燥機はたとえばディスク又はブレードを備えた薄層タイプのものとすることができる。しかしながら、ディスクを備えた乾燥機が好ましい。

この間接タイプの乾燥機２は熱流体回路３によって加熱され、その入口と出口の温度、流量、及び圧力は制御される。この工程において、乾燥機２に供給されるエネルギーＱ１の量は制御される。熱流体３はたとえば蒸気、有機流体、特には油とすることができ、その温度は１８０〜２１０℃の範囲とすることができるが限定されない。

また、間接タイプの乾燥機２には、一般に流通している圧力を測定する手段（図示せず）と乾燥機の重量を測定する手段（図示せず）が備えられる。この乾燥機の気密性は空気の流入が最小となるように設ける。さらに、熱に関する付加的な最適化として、この乾燥機は適切に断熱処置を施すことができる。

間接タイプの乾燥機２の出口において、スラッジは、円筒管に収容されたスクリュー４により輸送され、これにより、この乾燥機の出口における乾燥機内への空気流入を低減させることが可能になる。
スクリュー４は、特にはコアレススクリューで構成する。該スクリューの温度は水加熱ネットワーク（water heating network）で維持することができる。

前記スクリューの出口において、スラッジは、スパゲティ状物の生成機としても知られている、糸状に形成する装置５内を通過する。該装置は該スラッジをブリード穴に押し込むことにより、ベルト乾燥機６のベルト６ａ、６ｂ上に、もつれたスパゲティ状物、すなわち糸状物を形成することが可能である。

ベルト乾燥機６は、この乾燥機の特定の消費を最適化するために、１又はそれ以上の段階を有することができる。

ファン７は、制御された弱い低圧を維持するために、乾燥機２の圧力を制御することができる。このポイントは必須である。その理由は、第１に乾燥機２は臭いが漏れることを避けるために過剰の圧力は加えられないことであり、付加的には、ファン取出し回路７内に空気の流入を避けるために、乾燥機２を過度に低い圧力にすることができないからである。該流入は、本設備の熱的バランスをかなり変動させる。

このように、乾燥機２の気密性は、該乾燥機の入口だけでなく検査フラップによっても、完全な気密性により制御される。該乾燥機の出口の気密性は、同時に以下により保証される。
・乾燥機の、スラッジで満たされた低い部分２ａのスラッジの出口。
・この低い部分での速度制御コアレススクリューの存在。このスクリュー４により、乾燥機のスラッジの量が気密性を保証にするのに常に十分であることを確実にすることが可能になる。このスクリューは乾燥機２の重量により制御される。
・専用ファン１５の手段による、スパゲティ状物の生成機において、スクリュー４の出口におけるこのスクリュー４の低圧化。

最後に、ファン７の手段により、乾燥機２の圧力についての制御された管理により気密性が保証される。乾燥機２の高い末端部分にダクトにより接続したファン７は、空気、水蒸気及び非凝集物を吸引し、それらをダクトの手段により凝縮器８に輸送する。ファン７での空気の流量は、乾燥機内で制御できない形で真空状態（乾燥機２から産出し凝縮器８に輸送される水蒸気の凝縮から生じる）からの吸引が生じないように制御される。

ファン７で吸引される蒸気は、水蒸気及びスラッジの質と気密性に依存した非凝集物を含んでいるが、非凝集物は十分に制御された気密性では通常１０重量％未満である。この非凝集物はスラッジの構成要素の一部の蒸発乾燥及び非常に低い空気流入から得られる。

その後、これらの蒸気は、水凝縮器８を通過する。水凝縮器８内では、低温の熱ループＢ１の水が循環し、これはエネルギーの回収の基礎を形成する。

低温のループＢ１は以下の部分から構成される。
・凝縮器８の上流において、３０〜８０℃、好ましくは６０〜７０℃の間の低温を有する部分Ｂ１．１
・凝縮器８の出口において、４０〜９０℃、好ましくは７０〜８０℃の間の中間温度を有する部分Ｂ１．２
・該凝縮器の出口において、水はさらに “自由”な低温エネルギー源によって交換機９で再加熱することができる。それらはたとえばコジェネレーションユニットのモータ、ヒートポンプ、木材又はバイオガスボイラー、太陽熱システム、又は他の破棄又は低コストのエネルギー源である。この自由な熱源に関係する温度領域に応じて、前記凝縮器８の下流側又は上流側にこの熱源を配置することができる。
・交換機９の出口において、流体３の供給枝管によって輸送される熱流体３のための交換機１０は、４０℃と９０℃の間、好ましくは８０℃と９０℃の間で調節された温度に、ベルト乾燥機６のためにループの再加熱を仕上げることを可能にする。
・その後、この加熱された水は、水―空気乾燥機１１の手段により、循環ファン１２の手段によって動作させられる低温の乾燥機６の空気を加熱することを可能にする。
・特に乾燥機１１の出口において、前記ループＢ１内の前記水の循環のためのポンプＰ２。

ファン１２の吸引部は、ダクトの手段により、乾燥機６の内部に接続されており、還流部はダクトにより、加熱するガスのための交換機１１の入口に接続している。再加熱したガスのための交換機１１の出口は、乾燥機６の内部に接続されている。

循環ファン１３は、その吸引部はダクトによりベルト乾燥機６の内部に接続されており、その還流部はダクトにより水凝縮器１４の入口に接続しており、この凝縮器１４の手段により、乾燥機６に含まれる湿気を除去することを可能にする。 凝縮器１４から産出された空気はダクトによりベルト乾燥機６に戻る。

Ｑ０に吸収できる別の“自由”な熱源は、循環ファン回路１３の一部の熱ポンプＣ１によって構成することができる（図２参照）。熱ポンプＣ１は、特定の流体のための回路を含むことができる。該流体は、エバポレーター１６で液体の状態になったとき、熱を吸収して気化し、次いで、コンプレッサー１８で圧縮され、熱を放出してコンデンサー１７で液体の状態に戻り、次いで、エバポレーター１６に戻る前に、減圧バルブ１９で膨張される。乾燥機６から出た高温、高湿度の空気は、エバポレーター１６によって構成されている熱交換機を通過する。高温の空気からの水蒸気はエバポレーター１６によって凝縮され、これで凝縮エネルギーを回収する。凝縮された水は、ダクト１６ａを通じて排出される。凝縮された水蒸気から放出された、エバポレーター１６から産出された冷たい空気は、その後、コンデンサー１７の熱交換機で再加熱され、乾燥機に再び注入される。コンデンサー１７に再び注入されたエネルギーは、Ｑ_０に吸収できる。それゆえ、本設備の運転のための全体システムにおいて、該エネルギーを考慮する必要がある。

自由エネルギーがない場合
これは、交換機９に供給される自由エネルギー、すなわち、廃棄エネルギー（dead heat）がない場合である。したがって、Ｑ_０は、ゼロである。

ポンプ１で吸い上げるスラッジは以下の特性を有している。
乾燥状態２０％、
ＭＶの程度（ＭＶ＝揮発性物質）：６０％、
温度１２℃、
流量６２４５ｋｇ／ｈ（ｋｇ／時）

このスラッジを第１の乾燥機２で乾燥状態３６．５％に乾燥するには、熱流体３から２４９５ｋＷの熱量エネルギーを必要とし、ファン７を通る蒸気の流量は３１９５ｋｇ／ｈであり、非凝縮物を２９０ｋｇ／ｈ含む。この蒸気の温度は１００℃である。

凝縮器８の出口において、非凝縮物及び蒸気は８０℃の温度を有している。残りの水蒸気の量は１６４ｋｇ／ｈであり、交換された熱量は１５７５ｋＷである。

水ループサイドＢ１で、凝縮器８の上流の水ループの入口Ｂ．１．１において、温度は７２℃であり、凝縮器８の出口において、水ループの温度は８６℃、流量は９６．８トン／ｈである。

交換機９によって供給される熱はないと考えられる。ループ内の水は、その後、
交換機１０で８８．７４℃に加熱される。エネルギーの消費は３１８ｋＷである。

ファン１２の空気回路に供給される熱は、ループの水の温度を７２℃に低下させることを可能にする一方、該空気回路に１８２６ｋＷの熱量を付与する。この発熱量は、ベルト乾燥機６の水を蒸発させ、８７２ｋＷｈ／ＴＥＥの割合で、９０％の乾燥状態にすることを可能にする。

本システムによって消費される全熱量は、蒸発した水の量４９９７ｋｇ／ｈに対しては２４９５＋３１８＝２８１３ｋＷである。したがって、特定の消費は５６３ｋＷｈ／ＴＥＥである。

自由エネルギーをもつケース
これは、自由エネルギー、すなわち、廃棄用エネルギーが交換機９に供給されるケースである。したがって、Ｑ_０は正である。

たとえばコジェネレーションのモータから自由エネルギーを得る場合を考える。該モータにより、交換機９で熱ループ内の水を８０℃に加熱することにより、１０００ｋＷの熱を供給することが可能になる。

ポンプ１で吸い上げるスラッジは以下の特性を有している。
乾燥状態２０％、
ＭＶの程度：６０％、
温度１２℃、
流量６２４５ｋｇ／ｈ、
第１の段階で、すなわち、第１の乾燥機２で乾燥状態３３％に乾燥するのに必要な熱量エネルギーは、２１８４ｋＷである。

ファン７によって吸引される蒸気は、２６５０ｋｇ／ｈであり、そのうちの２４１ｋｇ／ｈは非凝縮物である。

凝縮器８の出口において、蒸気は７８℃の温度をもち、水回路Ｂ１に供給される熱量は１３５３ｋＷであり、これは１４５．４トン／ｈを７０℃から７８℃への温度上昇を表す。

コジェネレーションのモータの交換機９は、水を７８℃から８３．９℃に加熱することを可能にする。流体３のための熱交換機１０は、４４ｋＷの消費で、水を８３．９℃から８４．１℃に再加熱することを可能にする。

空気に供給される熱量は２３２９ｋＷであり、特定の消費９００ｋＷｈ／ＴＥＥで、スラッジを９０％の乾燥状態に乾燥することを可能にする。

自由エネルギーを除いた消費は、蒸発した水４９９７ｋｇ／ｈに対して、２１８４＋４４＝２２２８ｋＷ、すなわち、特定の消費は４４５ｋＷｈ／ＴＥＥである。

他の適用
この低温乾燥方法及びそれに対応する設備は、いかなるタイプのスラリー様物にも適用することができる。その調製は、スパゲティ状物の生成を妨害するおそれがある小石や過剰に多量の繊維及び麻屑を除去することを可能にするであろう。

適用可能なバイオマスパルプ製品は、材木、食品加工製品、動物加工製品でありうる。

制御
非常に低い熱エネルギー消費を可能にするために、特に廃水処理プラントから得られたスラッジのための本方法及び熱乾燥設備の制御に対して検討する。

乾燥させるスラリーであって、かつ、前処理で乾燥させたときの形態として、スパゲティ状物の形態にすることができるスラリーのための、あらゆるシステムの乾燥設備及びあらゆる方法に対して制御を用いることができる。

最初に、理論上の観点から、本設備の各種要素間の関係に規定する。

図３を参照して、水ループＢ１の温度の変動に対する凝縮器８の反応、すなわち、その冷却能を検討する。

ファン７によって１０００ｋｇ／ｈの蒸気が産出され、及びこの蒸気は１００℃で供給され、１０％の非凝縮物からなることを考慮して、凝縮器８で回収されるエネルギーの量は、乾燥機２で使用される熱の％で表され、ｘ軸に示される非凝縮物の産出温度に応じて、図３に示している。

本発明の原理の１つである、ファン７から得られた蒸気内の非凝縮物のレベルを制御すると、８３℃：８３℃での産出＝７０％；７０℃での産出＝７４％；３０℃での産出＝７８％を超えない限り、エネルギーの量は非凝縮物の産出温度のレベルにはほとんど依存しない。

さらに、蒸気／水凝縮器が関与しているため、交換の係数は非常に良好である。また、蒸気の温度は、とりわけ低温ループＢ１の水回路の吸気温度に依存している。

把握された温度範囲において、係数αで表される産出は７２％（α＝７２％＝０．７２）であり、非凝縮物の産出温度の変動が小さいときでさえ、きわめて一定であると考えられる。

本発明における制御の数学的基礎を以下に述べる。
次のことが適用される。
Ｓｅ：１におけるスラッジの入口での乾燥状態
Ｓｉ：乾燥機２の出口及びスクリュー４の入口における中間の乾燥状態
Ｓｆ：ベルト乾燥機６の出口における最終の乾燥状態

ポンプ１の入口において、１トン（１０００ｋｇ）の乾燥物質を考える。第１の段階２で蒸発する水の量は（１／Ｓｅ−１／Ｓｉ）。

この蒸発乾燥に要する熱Ｑ１の量は以下のとおりである。
・スラッジの組成にわずかに依存する［ＭＳ（乾燥物質）、ＭＶ（揮発性物質）］
・入口のスラッジの乾燥状態Ｓｅと温度に中程度に依存している。
・蒸発する水の量、すなわち、因子：（１／Ｓｅ−１／Ｓｉ）に大いに依存している。

実際、蒸発乾燥に加えて、スラッジの加熱をする必要がある。

この熱量Ｑ１は理論的公式の手段により、相対精度で表される。
Ｑ１（Ｓｅ、Ｓｉ）＝ｋ（１／Ｓｅ−１／Ｓｉ）（１＋０．１６［Ｓｉ（１−Ｓｅ）／（Ｓｉ−Ｓｅ）］
Ｑ１はｋＷｈ
Ｓｅ及びＳｉは％
ｋは５５６に等しい定数である。

上記理論的公式において、スラッジの組成に対する依存性は無視されている。その理由は、これは二次の範囲内にだけカバーするからであり、したがって、この公式は約５％以内の精度で有効である。

第２の乾燥６に必要とする熱はおよそ以下のとおりである。
Ｑ２（Ｓｆ、Ｓｉ）＝β＊（１／Ｓｉ−１／Ｓｆ）
Ｑ２はｋＷｈ
Ｓｉ及びＳｆは％
βはｋＷｈ／ＴＥＥ

パラメータβは、第２の乾燥機６における特有の水の蒸発熱ｋＷｈ／ＴＥＥに該当し、選択したベルト乾燥技術に依存する。加熱ループの熱損失は該パラメータに統合される。ベルト乾燥機６の段階にスラッジが入るとき、スラッジは熱いので、βは［６００〜９００］ｋＷｈ／ＴＥＥの規模をもつ。

凝縮器８から回収することができる熱は以下のように規定される。
αＱ１、α＝前述したように約０．７２

交換機９に供給される自由熱はＱ０に等しい。

ベルト乾燥機６に熱流体３により供給される熱は、Ｑ３＝Ｍａｘ（Ｑ２−αＱ１−Ｑ０；０）に等しい。

Ｑ３は、交換機１０を通じて熱流体３により供給される熱である。

供給される全体の熱は、Ｑ２−αＱ１−Ｑ０＞０であれば、Ｑg＝Ｑ１＋Ｑ３＝Ｑ１＋Ｑ２−αＱ１−Ｑ０に等しく、Ｑ２−αＱ１−Ｑ０≦０のときはＱ１に等しい。

これから以下のことが導かれる。
Ｑ２−αＱ１−Ｑ０＞０であれば、Ｑg（Ｓｉ）＝５５６（１−α）＊（１／Ｓｅ−１／Ｓｉ）（１＋０．１６［Ｓｉ（１−Ｓｅ）／（Ｓｉ−Ｓｅ）］＊１．０３＋８５０（（１／Ｓｉ−１／Ｓｆ））−Ｑ０］であり、後の方は、Ｑg（Ｓｉ）＝５５６（１／Ｓｅ−１／Ｓｉ）（１＋０．１６［Ｓｉ（１−Ｓｅ）／（Ｓｉ−Ｓｅ）］である。

目的は、このＳｉの関数を最小にすることである。この関数は、Ｑ２−αＱ１−Ｑ０＞０であれば、Ｓｉの減少する関数であり、後の方は、Ｓｉの増加する関数である。

この関数の最小化は、第１の乾燥段階２の全ての熱が第２の段階６を加熱するのに必要十分であるとき、したがってＱ２＝αＱ１＋Ｑ０であるときに得られる。

この関数は、以下の方程式［Ａ］で解決される。
［Ａ］Ｓｉ＝（β＋α＊５５６）／［（β−８９＊α）／Ｓｆ＋６４５＊α／Ｓｅ＋Ｑ０）
βはベルト乾燥機６に使用される技術に依存する。
αは非凝縮物の出口温度に従い、非常に安定である。
Ｓｆは固定されている。
Ｑ０は固定されており、１トンのＭＳ（乾燥物質）に対して供給しうるエネルギー量に減少される。
Ｓｅの関数として、最適の乾燥状態Ｓｉを決定することは可能である。

適用した数値：
β＝８５０
α＝０．７２
Ｓｆ＝９０％
Ｑ０＝０
Ｓｅ＝２０％
Ｓｉ＝３９．１％

制御に関する記載
本発明においては、２つの段階の乾燥の状況で消費される熱の最小化は、低温の熱ループＢ１（４０〜９０℃）を加熱するために、蒸気を凝縮することにより、第１の段階２から高温エネルギーを回収することによって得られる。熱ループＢ１は、それ自体で第２の乾燥段階６を加熱することが可能である。本発明は、付加的に、別の設備からの廃棄用熱（Ｑ０）を回収するために、交換機９の設置についての制御を考慮することを可能にする。

本発明においては、中間の乾燥状態Ｓｉは測定される入口の乾燥状態Ｓｅ及び所望する出口の乾燥状態Ｓｆに応じて管理される。

本設備及び本方法の制御の原理は、乾燥状態Ｓｅの測定と制御パラメータＳｆ、β、α、及びＱ０を基礎として、出口の乾燥状態の設定点Ｓｉを設定することである。中間の乾燥状態Ｓｉの測定は、乾燥機２の出口の乾燥センサー２０により確実となる。

他の制御は、第１の調節ループで保証される第１の制御を完全、確実にする。

本設備は、複数の調節ループを含む。

第１の調節ループの目的は、乾燥機２の出口において中間の乾燥状態Ｓｉを直接的に制御することである。特に以前に提供された公式［Ａ］、及び各種測定センサーによって供給されるパラメータと量の値に基づいて、中間の乾燥状態の設定値Ｓｉｃを設定するために、計算及び管理手段、特にオートマトンＭを装備する。

オートマトンＭは、センサー２０で測定された前記中間の乾燥状態Ｓｉに従って前記熱流体の流量、圧力又は温度のためのコントロール弁２１を制御する。この制御は、蒸気熱流体の場合は前記熱流体の圧力の調節によって、有機流体タイプの熱流体の場合は（前記熱流体の低温の戻りと混合することによって）流量又は温度を調節することによって実施することができる。

本設備の反応時間は長いため、制御はこの反応時間に従って行われる。

第２の調節ループは、熱流体３により交換機１０で低温ループＢ１の水に供給される熱Ｑ３の量を制御する。実際、最適のエネルギーは、この熱Ｑ３の量が負ではなくゼロであるときに得られる。

この交換機１０の目的は、交換機１０の出口で水ループの温度を制御することであり、センサー２２は該温度を測定してオートマトンＭにデータを送る。この温度は交換機１１の有効な作業性を可能とし、低温の乾燥機６のエネルギー要件の良好なバランスが確実にとられることを可能にする。

交換機１０の出口の温度が達していない場合は、交換機１１から持ち去られた熱が凝縮器８から供給された熱より多いからである。したがって、最適のエネルギーは得られない。

したがって、交換機１０に供給される熱Ｑ３は、１セットのセンサー２３ｅにより交換機１０の入口における温度と流量の測定手段を用いて測定され、また、１セットのセンサー２３ｓにより交換機１０の出口における温度と流量の測定手段を用いて測定される。該センサーは測定された値を送信するためにオートマトンＭに接続している。

熱Ｑ３が、常にある調整範囲を有する目的で、ゼロに近いがゼロではない特定の設定点よりも大きい場合、第２の調節ループは前述した第１の調節ループからの信号を変更して、第１の乾燥機２に供給される熱を適合させる。

また、第１の調節ループをよけることによって（又は迂回することによって）、第２の調節ループの手段だけにより、本設備及びシステムを制御することも可能である。

最後に、交換機１１及び凝縮器８に対して最適の状態にするため、第３の調節ループは、交換機１１の出口における水ループの温度を設定点として使用する。該温度はオートマトンに接続したセンサー２４で測定され、該温度の値は送信される。この温度はポンプ１で測定されたスラッジの流量によって決まる設定点に対して規定される。

交換機１１の出口における温度が上昇すると、前記ループの循環ポンプＰ２の流量は、構成要素が許容できる範囲にまで減少する。

このトリプルのループは自動安定（auto-stable）である。実際、ベルト乾燥機６で熱に対する必要性が低下すると、交換機１１の出口での温度は増大し、前記循環ポンプの流量は交換機１１、８で減少する。凝縮器８において、ループＢ１の水に対する凝縮器８の出口と入口の温度差ΔＴは増大し、交換機１０の入口の温度は増大し、該温度は熱流体３により交換機１０に供給する必要がある熱量を設定点以下に減少させる。

この場合、オートマトンＭは乾燥機２の弁２１に、乾燥機２の熱流体３の流量を減少させるよう指令を送る。これは、中間の乾燥状態Ｓｉを減少させ、また、ベルトコンベア上の蒸発乾燥に対する必要性を増大させ、交換機１１の出口における温度のバランスが再びとられる。

さらには、交換機１１の出口の温度の設定点は、センサー２５によりオートマトンＭに供給されるポンプ１の流量に対して規定される。

実際、第１の調節ループにより制御される中間の乾燥状態Ｓｉに伴って、ポンプ１の流量が減少すると、第２の乾燥機６の熱の絶対量は減少する。それゆえ、交換機１１での交換も減少し、入口の温度が固定していると、出口の温度は上昇する。それゆえ、冷却が増大するように、流量の設定点を低下させることが必要である。

本発明は実施態様に記載されたものに限定されず、本発明の特許請求の範囲内に含まれる全ての態様を包含する。

Claims (23)

1. スラリー様物質を乾燥させるための方法であって、２つの乾燥段階、すなわち、
   高温流体が供給される、間接タイプの第１の乾燥段階（２）であって、入口の乾燥状態Ｓｅを有するスラッジを受け入れ、中間の乾燥状態Ｓｉ及び水蒸気を有するスラッジを産出し、前記水蒸気は、流体を加熱するためのループをそこで再加熱するために凝縮器（８）の方に導かれる、第１の乾燥段階と、
   前記第１の乾燥段階の出口において糸状のスラッジを形成するステップ（５）と、
   加熱流体ループによってそれ自体が加熱されたガスによって直接加熱された糸状のスラッジを乾燥させる第２の乾燥段階（６）であって、最終の乾燥状態Ｓｆを有する生成物を産出する第２の乾燥段階とを含む方法において、
   前記中間の乾燥状態Ｓｉが、前記乾燥に使用される総エネルギー消費が最小限になるように、測定された入口の乾燥状態Ｓｅ及び所望の出口の乾燥状態Ｓｆに従って制御され、前記第１の乾燥段階（２）に供給する前記高温流体（３）の流量、圧力及び／又は温度が、それに応じて調整され、
   前記中間の乾燥状態Ｓｉが、前記入口の乾燥状態Ｓｅの測定と、望まれる出口の乾燥状態Ｓｆと、前記凝縮器（８）の特定の係数α、前記第２の乾燥段階（６）の特定の係数β、及び該当する場合、付加される自由熱Ｑ_０を含むパラメータとに基づいて、最小限の総エネルギー消費になるように求められることを特徴とする、方法。
2. 前記スラリー様物質には、汚水処理プラントからのスラッジが含まれる、請求項１に記載の方法。
3. 前記中間の乾燥状態Ｓｉが、前記凝縮器（８）によって前記第１の乾燥段階から回収される熱が、前記第２の乾燥段階（６）における前記乾燥に必要かつ十分であるように制御されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 低温の熱ループ（Ｂ１）が、前記第２の乾燥段階（６）を加熱するために使用され、液体を含み、前記液体が、閉回路に従って循環され、凝縮された蒸気の熱をそこから回収するために前記凝縮器（８）を通り抜け、かつ、前記第２の乾燥段階（６）のガスを加熱するために液体／ガス熱交換機（１１）を通り抜けることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記低温の熱ループ（Ｂ１）が、前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体と前記第１の乾燥段階（２）の熱流体枝管（３）との間に交換機（１０）を備えることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記低温の熱ループ（Ｂ１）が、廃棄用の又は安価な低温エネルギーの回収によって前記ループ内の前記液体を加熱するために熱交換機（９）を備えることを特徴とする、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記低温が、３０℃から９０℃の間である、請求項４〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を実施するための設備であって、
   高温流体が供給される第１の乾燥機（２）であって、入口の乾燥状態Ｓｅを有するスラッジを受け入れ、中間の乾燥状態Ｓｉ及び水蒸気を有するスラッジを産出し、前記水蒸気が、第２の乾燥機（６）のための加熱流体をそこで再加熱するために凝縮器（８）の方に導かれる、第１の乾燥機と、
   前記第１の乾燥機（２）の出口において糸状のスラッジを形成するための形成装置（５）と、
   前記加熱流体によって前記凝縮器（８）から取り出された熱によって少なくとも部分的に加熱される、ガスによって糸状のスラッジを乾燥するための前記第２の乾燥機（６）であって、最終の乾燥状態Ｓｆを有する生成物を産出する、前記第２の乾燥機とを備える、設備において、
   前記中間の乾燥状態Ｓｉを、前記乾燥に使用される総エネルギー消費が最小限になるように、測定された入口の乾燥状態Ｓｅ及び所望の出口の乾燥状態Ｓｆに従って制御する手段（Ｍ、２１）を備え、前記第１の乾燥機（２）に供給する前記高温流体（３）の流量、圧力及び／又は温度が、それに応じて調整されることを特徴とする、設備。
9. 前記第２の乾燥機（６）を加熱するための、低温の熱ループ（Ｂ１）であって、液体を含み、前記液体が、閉回路に従って循環され、凝縮された蒸気の熱をそこから回収するために前記凝縮器（８）を通り抜け、かつ、前記第２の乾燥機（６）の前記ガスを加熱するために液体／ガス熱交換機（１１）を通り抜ける、低温の熱ループ（Ｂ１）を備えることを特徴とする、請求項８に記載の設備。
10. 前記低温が、３０℃と９０℃の間である、請求項９に記載の設備。
11. 吸引部が前記第１の乾燥機（２）の蒸気及びガス産出部に連結され、還流部が前記凝縮器（８）に連結された調整可能な速度ファン（７）であって、前記ファンの速度が、（数ミリバールの）弱い低圧を維持するよう命令され、前記第１の乾燥機（２）内で制御される、速度ファンを備えることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の設備。
12. 前記第１の乾燥機（２）の出口と前記第２の乾燥機（６）の入口にある前記形成装置（５）との間の前記スラッジの輸送が、前記第１の乾燥機（２）の出口における気密性を保証することを可能にする速度調節式コアレススクリュー（４）によって保証されることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の設備。
13. 液体の循環のための前記低温の熱ループ（Ｂ１）が、
    前記凝縮器（８）の上流側の、３０℃と８０℃の間、好ましくは６０℃と７０℃の間の低温を有する部分（Ｂ１．１）と、
    前記凝縮器（８）の出口にある、４０℃と９０℃の間、好ましくは７０℃と８０℃の間の中間温度を有する部分（Ｂ１．２）と、
    前記凝縮器（８）の下流側又は上流側の、前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体と自由エネルギー源との間の熱の交換機（９）であって、自由又は低コストの低温エネルギー源によって前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体を再加熱するための交換機（９）と、
    前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体と前記自由エネルギー源の間の熱の前記交換機（９）の出口にあり、４０℃と９０℃の間、好ましくは８０℃と９０℃の間である調節された温度で、前記第２の乾燥機（６）のために、前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体の再加熱を仕上げることを可能にする、熱流体枝管（３）を備えた交換機（１０）と、
    前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体が、前記第２の乾燥機（６）の前記ガスを加熱することを可能にする、液体とガスの間の熱のための交換機（１１）と、
    前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体の循環のためのポンプ（Ｐ２）とを備えることを特徴とする、請求項９に記載の設備。
14. 前記第１の乾燥機（２）の出口における前記中間の乾燥状態Ｓｉの直接的な調節を保証するための第１の調節ループを備える調節と、算出及び命令の手段とを備えることを特徴とする、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の設備。
15. 前記算出及び命令の手段が、作動パラメータに基づいて中間の乾燥状態の設定点Ｓｉｃを確立するオートマトン（Ｍ）である、請求項１４に記載の設備。
16. 前記調節が、以下の式：
    Ｓｉｃ＝（β＋α＊５５６）／［（β―８９＊α）／Ｓｆ＋６４５＊α／Ｓｅ＋Ｑ_０）］
    式中、
    Ｓｅは測定された入口の乾燥状態（％）であり
    Ｓｆは最終的な所定の乾燥状態（％）であり、
    βは、前記第２の乾燥段階（６）の特定の係数（ｋＷｈ／ＴＥＥ）であり、
    αは前記凝縮機（８）の特定の係数であり、
    Ｑ_０は、加えられ得る自由熱（ｋＷｈ／ＴＭＳ）である
    式に従って中間の乾燥状態の設定点Ｓｉｃ（％）を求めるように設計されることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の設備。
17. 前記オートマトン（Ｍ）が、測定された前記中間の乾燥状態に従って前記高温流体（３）の流量、圧力又は温度を制御するように弁（２１）を制御し、この制御は、蒸気高温流体の場合は前記高温流体の圧力の調節によって、有機流体タイプの高温流体の場合は前記高温流体の低温の戻りと混合することによって流量又は温度を調節することによって実施されることを特徴とする、請求項１５に記載の設備。
18. 前記高温流体と前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体との間の前記交換機（１０）内に供給される熱量（Ｑ３）を制御する調節ループからなる調節を備えることを特徴とする、請求項１３に記載の設備。
19. 前記高温流体と前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体との間の前記交換機（１０）内に供給される熱量を制御する前記調節ループが、第２の調節ループを構成し、前記設備の調節が、前記第１の乾燥機（２）の出口における前記中間の乾燥状態Ｓｉの直接的な調節を保証するための第１の調節ループをよけることによって又は迂回することによって、この第２の調節ループだけに基づいて保証されることが可能であることを特徴とする、請求項１８に記載の設備。
20. 前記高温流体と前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体との間の熱の前記交換機（１０）が、前記交換機（１０）の出口における前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体の温度を制御設定点として有し、この温度が、前記高温流体と前記第２の乾燥機（６）のガスとの間の前記交換機（１１）の効率的な作動を可能にし、前記第２の乾燥機（６）のエネルギー要件のバランスが確実にとられることを可能にすることを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の設備。
21. 前記交換機（１０）の入口及び出口における温度及び流量の測定手段を用いて、前記交換機（１０）に供給される前記熱量（Ｑ３）が、それに従って測定される調節ループを備え、前記熱量（Ｑ３）が、常にある調節範囲を有する目的でゼロに近いがゼロではない特定の設定点より大きい場合、前記調節が、前記第１の乾燥機（２）に供給される熱が適合されるように前記第１の調節ループの出口信号を変更することを特徴とする、請求項１９に記載の設備。
22. 前記交換機（１１）及び前記凝縮器（８）に対して最適な状態にするために、前記調節が、前記交換機（１１）の出口における前記低温の熱ループの温度を設定点として使用する第３の調節ループを備えることを特徴とする、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の設備。
23. 前記第３の調節ループが、スラッジ供給ポンプ（１）で測定されたスラッジの流量によって決まる設定点に対して規定される温度を設定点として使用するように設計され、前記低温の熱ループ（Ｂ１）内の前記液体と前記第２の乾燥機（６）の前記ガスとの間の前記交換機（１１）の出口における温度が上昇するとき、前記低温の熱ループ（Ｂ１）の液体の循環のためのポンプ（Ｐ２）の流量が、構成要素に受け入れられる範囲まで減少することを特徴とする、請求項２２に記載の設備。

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