JP5945156B2

JP5945156B2 - 下水汚泥の処理装置

Info

Publication number: JP5945156B2
Application number: JP2012110017A
Authority: JP
Inventors: 良三若宮; 泰行清水
Original assignee: M & W CO., LTD.
Current assignee: M & W CO., LTD.
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: JP2013224810A

Description

本発明は、下水汚泥を乾燥して焼却する処理装置に関するものである。

下水を処理する上で大量に生成される下水汚泥は、一般に脱水汚泥にしたのち焼却処分されている。脱水汚泥の含水率は８０〜８５％程度であり重油などの化石燃料を多量に必要とし費用が嵩むばかりでなく、地球温暖化防止の観点からも好ましくない。

そういった状況の中、発明者等は、乾燥機を用いて脱水汚泥が自己燃焼可能な含水率になるまで乾燥させたのち補助燃料であるバイオマス燃料とともに焼却し、これらの燃焼熱を利用して蒸気を発生させ、発生した蒸気を乾燥機へ供給して脱水汚泥の乾燥に利用する、コンパクトで経済的な処理装置を開発した（特許文献３）。
この処理装置は、蒸気で加熱した２個の加熱ドラムに汚泥を貼着させて乾燥する乾燥機を使用し、バイオマスボイラについては、燃焼部へ乾燥汚泥を順次直上へ移送させるスクリューコンベアを備えている。該ボイラは縦型円筒状の炉体上部に同芯の円筒状の中壁が設けられ、該炉体と中壁の間の空間へ該炉体上部から螺旋状に旋回する外壁空冷を兼ねた燃焼空気を送り込んで、該スクリューコンベアの上端部の乾燥汚泥を燃焼させ、炉体の直上に設けた熱交換器へ燃焼ガスを導入する構造になっている。

特公昭６１−０６１００９特公昭６１−０５７９６４Ｗ０２０１０／１５０５２３

本件のように、蒸気を脱水汚泥の乾燥に使用する方法で連続運転して処理するには、汚泥を低含水率にまで乾燥させることが必要である。その際、汚泥の自己燃焼熱のみを用いても乾燥に必要なエネルギーを得られない。汚泥の自己燃焼熱に加えて必ず補助燃料を用いて蒸気を得る必要がある。
特許文献１および特許文献２における処理方法は化石燃料を必要とし、大型の油炊きまたはガス炊き焼却炉で直接脱水汚泥を炉内において乾燥、焼却し、焼却灰とする方式と補助燃料は同じで化石燃料である。補助燃料のエネルキーを蒸気発生に用い、蒸気のもつエネルギーで脱水汚泥を乾燥させることは炉内で直接乾燥、焼却する一般的な処理方法より多量の燃料が必要となることから、油炊きまたはガス炊き焼却炉よりも多量の化石燃料を必要としてしまう。

特許文献３のシステムは、バイオマス燃料のみを補助燃料とし下水汚泥を連続して焼却処理できるコンパクトな処理装置と経済的な処理方法であるといえる。
しかしながら特許文献３のシステムでは、乾燥汚泥をスクリューコンベアで燃焼部へ供給するにあたり、燃焼状態を良好に保つ為の連続供給方法として、燃料をペレット化する方式を採用している。その為、ペレタイザーというペレット製造機を設置しなければならない。また、乾燥機で必要とされる蒸気量は、汚泥のみで得られるエネルギーでは不足することから、ペレット化する際に補助燃料としてバイオマス系燃料を乾燥汚泥に混合することが必要となる。そのためこれらを混合するための混合装置も別途必要である。さらに、未燃焼の状態で灰貯留部へ落下するものがかなりあり、また、燃焼ガスにより熱交換器の表面が汚れ易いため、燃焼効率が低下し熱交換器の蒸気発生量が思ったより低下しがちであるという問題もある。

そこで、本発明は、十分な蒸気量が得られるように完全燃焼が行われ、ペレット製造機や補助燃料の混合装置も必要としない、熱効率がよくコンパクトで経済的な下水汚泥の処理装置を提供することを目的としている。

本発明の下水汚泥の処理装置は、上記の目的を達成するため、次の手段を採った。すなわち、脱水汚泥を乾燥機で乾燥し自己燃焼可能な含水率の乾燥汚泥として、バイオマスボイラで焼却し、得られた蒸気を該乾燥機の熱源とした下水汚泥の処理装置において、該バイオマスボイラは、縦型円筒状の外壁を有する炉体の上部に該外壁と同芯の円筒状の中壁を備え、外壁に燃焼空気の供給口を該中壁の外周を上方から螺旋状に旋回するように設けるとともに、該外壁上部に該乾燥汚泥を炉内へ送り込む供給手段を設け、該中壁の下方にバイオマス燃料を順次直上へ移送させるスクリューコンベアを備え、該スクリューコンベアのケーシングの上端に外側へ向かって漸次下降傾斜するリング状の火格子を該外壁から離して固設するとともに、燃焼空気を燃焼部のバイオマス燃料の内側からも供給するため、該スクリューコンベアの回転軸を中空としてその上端部に中空状の攪拌翼を固設し、該回転軸の上端部および該攪拌翼に多数の噴出孔を設け、該スクリューコンベアの上端部で該バイオマス燃料を燃焼させるとともに、該乾燥汚泥を炉内上部へ送り込んで浮遊状態で燃焼させ、燃焼ガスを炉体の直上に設けた熱交換器へ該中壁の中央部を上昇させて導入するようにしたことを特徴としている。

脱水汚泥は、下水処理施設の脱水機で含水率を８０〜８５％にしたものである。
乾燥機は、互いに内側へ回転する２個の加熱ドラムが平行に設けられ、下水汚泥を加熱ドラムへシート状に付着させて乾燥させ、これをスクレーパーで掻き取るようにしたものを使用する。加熱ドラムの熱源は、バイオマスボイラで得た蒸気を使用する。

バイオマスボイラは、縦型円筒状の外壁を有する炉体の内部中央にバイオマス燃料を順次直上へ移送させるスクリューコンベアが設けられ、スクリューコンベアのケーシングの上端に外側へ向かって漸次下降傾斜する中空リング状の火格子を該外壁から離して固設している。そして、その上部には外壁と同芯の円筒状の中壁が設けられ燃焼空気を上方から中壁の外周を旋回させて吹き込むとともに、スクリューコンベアの回転軸を中空としてその上端部に中空状の攪拌翼を固設し、燃焼空気を供給している。
乾燥汚泥は、旋回する燃焼空気に乗せて供給するか、中壁の内側へブロアを用いて供給する。
そして、スクリューコンベアで移送されたバイオマス燃料を燃焼させ、この火力によって、乾燥汚泥をほぼ浮遊状態で燃焼させる。

バイオマス燃料の燃焼部は、スクリューコンベアのケーシングの上端に、外側へ向かって漸次下降傾斜するリング状の火格子を該外壁から離して固設し、火格子上でほぼ完全燃焼させる。
燃焼空気は、スクリューコンベアの軸を中空として乾燥汚泥の下方から吹き込んだり、スクリューコンベア上端部に燃焼空気が吹出す空気孔を多数設け、燃焼空気をできるだけ多く供給する。また、クリンカを防止するため、スクリューコンベアの回転軸の上端部に燃焼空気を吹き出すようにした中空状の攪拌翼を固設する。

乾燥汚泥とバイオマス燃料の焼却による燃焼ガスは中壁の中央部から直上に設けてある熱交換器へ流入し、乾燥機の熱源となる蒸気を生成する。なお、熱交換器は、縦型円筒状水管を同心円上に２列配置し二つの同芯円で囲まれた柵状の構造のものがよい。

熱交換器を経た燃焼ガスは、排ガス処理装置で処理して外気へ排出されるが、請求項２に記載のように、排ガス処理装置へ送る燃焼ガスの一部を炉内の燃焼部へ戻すのが望ましい。

上記のように、本発明の下水汚泥の処理装置は、脱水汚泥を加熱ドラム面に貼着させる乾燥機で乾燥汚泥とし、縦型円筒状の炉体の上部に円筒状の中壁を備え、中壁の下方にスクリューコンベアを備えバイオマス燃料を順次直上へ移送させて上端の火格子で完全燃焼させ、該乾燥汚泥を燃焼空気とともに供給して浮遊状態で焼却し、燃焼ガスを炉体の直上に設けた熱交換器へ該中壁の中央部を上昇させて導入するようにしたので、燃焼効率がよく、従来のように、ペレット化する装置およびバイオマス燃料と乾燥汚泥を混合する装置を必要とせず、コンパクトな装置で下水汚泥を連続して所定量処理できる。しかも、乾燥汚泥が高温で焼却されるのでダイオキシンなど有害物質の発生が防止でき、かつ、燃焼部に灰殻や不燃物が溜まらず、したがって、クリンカも形成されることがない。さらには、化石燃料を使用しないので、環境に優しいという効果もある。

また、熱交換器を経た燃焼ガスの一部を燃焼部へ環流すれ（請求項２）ば、窒素酸化物の排出量を減少させることができるとともに、熱効率を上げることができる。

本発明の下水汚泥の処理装置の実施の形態を示す全体構成図である。バイオマスボイラの燃焼部の実施例を示す断面図および断面斜視図である。同、別の実施例を示す断面図およびＡ−Ａ視図である。同、バイオマス燃料の供給装置の実施例を示す断面図である。同、バイオマス燃料の供給装置の別の実施例を示す断面図である。乾燥汚泥を燃焼空気とともに供給するようにしたバイオマスボイラの燃焼部を示す断面図である。同、別の実施例を示す燃焼部の断面図である。バイオマスボイラの熱交換器の実施例を示す断面図および平面図である。

本発明の下水汚泥の処理装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の下水汚泥の処理装置の実施の形態を示す全体系統図である。この装置は、下水処理施設の脱水装置に連結して設けられ、脱水汚泥を乾燥して、ほぼ粉状の乾燥汚泥にする乾燥機と、バイオマス系燃料の焼却熱で乾燥汚泥を焼却し、その燃焼ガスによって蒸気を生成する熱交換器を備えたバイオマスボイラを中核として構成されている。

乾燥機は、図１に示すように、脱水汚泥を上部から回転する２個の加熱ドラムの中央部へ供給し、加熱ドラムの表面へ薄いシート状に付着させて乾燥し、これをスクレパーで掻き取るものである。そして、上部に脱水汚泥を供給するための配管と、乾燥時に発生した臭気のある蒸気を脱臭装置へ取り出すための配管が設けられている。
この加熱ドラムは、バイオマスボイラの熱交換器から蒸気を取り入れるための配管が設けられている。
乾燥機で乾燥された乾燥汚泥は、乾燥機の下方から移送され計量器を経由してバイオマスボイラへ送られる。

バイオマスボイラは、図７に示すように、架台上に縦型円筒状の外壁が固設され、その下部中央にスクリューコンベアが、垂直に設けられ、その上方には、外壁と同芯の円筒状の中壁が設けられている。
スクリューコンベアは、図２に拡大して示すように、ケーシングにスクリュー羽根を螺旋状に固設した回転軸が内装されており、回転軸は、架台の外に設置した駆動手段に連結されている。そして、回転軸の上端部寄りには、攪拌翼が水平状に３本固設されている。この攪拌翼は中空状であり、上面に多数の空気孔が設けられている。

スクリューコンベアは、直上移送されるバイオマス燃料の燃焼部分における形状を円錐形に形成させるため、図３に示すように、スクリュ−コンベア上端側のスクリュ−羽根を小径なものとして、その外周部に断面八字状の中空周状案内部材を設け、スクリュ−コンベアを格納する円筒状のケ−シング外壁に設けられた燃焼空気を供給する中空リング状の中空部材と連結することで、該案内部材の中空内部にも燃焼空気を供給できる構造としている。

そして、スクリューコンベアのケーシング筒の上端円周には中空リング状の火格子が固設されている。この火格子は、上面を外側へ下降傾斜しており、内部に燃焼空気を供給でき、空気孔が多数設けられている。
また、スクリューコンベアのケーシングの側面下部には、木質系バイオマス燃料（木チップ）を供給するため、外壁を貫通した傾斜した燃料供給ホッパーが固設されており、バイオマス燃料の搬送用のコンベアと連結されている。

燃料供給装置はここでは、図５に示すように、バッチ式の定量ホッパと燃料を搬送する下降傾斜するシュ−タ（燃料搬送部）の間にスライドして開閉する二枚の仕切板を設け、定量された燃料を一旦この二枚の仕切板の間の空間に溜めてから該シュ−タへ落とす仕組みとしている。これにより、燃焼部から燃料貯留部までの空間が必ず該仕切板のいずれかに仕切られた状態で燃料を供給するので、逆火を完全に防止することができる。また、該シュ−タに１個のセンサ−を設置して該センサ−設置部分の高さより燃料面が下がり燃料が一定量搬送されたことを知らせる信号の間隔を計測することで、燃焼部に実際に供給された燃料の時間当たりの量を把握することができる。また、シュ−タにブリッジが形成されていることを検知することもできる。

なお、バイオマス燃料の供給装置は、図４に示すように、横方向に移送するスクリュ−コンベアを付設してもよい。これにより燃焼部への定量供給の不安定さを緩和することができる。

一方、外壁の上部には、乾燥汚泥の供給口が設けられおり、その近傍には乾燥機から移送された乾燥汚泥を貯留するホッパーが設けられ、ブロワーで乾燥汚泥が炉内（内壁の内側）へ送り込まれるように構成されている（図７参照）。

燃焼空気を供給する手段は、図５に示すように、火格子への供給口、および、スクリューコンベアのケーシングの中程の高さ位置に設けた中空リング状の供給口がそれぞれ設けられている。
また、スクリューコンベアの回転軸は中空状であり、その上端には多数の空気孔が設けられた攪拌翼が固設され、これらに燃焼空気を送るため架台の下部に供給口が設けられている。
また、スクリューコンベアの下方は、周囲が塞がれた灰貯留部が形成され、灰を取り出すための取出口が設けられている。

この燃焼部の直上には、熱交換器が配置されている。
この熱交換器は、図８に示すように、縦型円筒状水管を同心円上に２列配置し二つの同芯円で囲まれた柵状の構造としている。そして、上部については外周に並んだ水管群と内周に並んだ水管群とでそれぞれ別々に管寄せを備え、それぞれの管寄せが別々に気水分離の機能を果たす構造としている。下部管寄せについては外周の水管群と内周の水管群を連通する構造の一般的な管寄せの構造とし、該外周に並んだ水管群と該内周に並んだ水管群それぞれは水管と水管の間を埋める形であり、燃焼ガスは該外周と該内周の間の空間内に流れ込み、熱交換を行って排出されるように入口を内周側にもち出口を外周側に設けられている。

上記のように構成されたバイオマスボイラの作用を次に説明する。
まず、スクリューコンベアを駆動するとともに、送風機を作動させて、乾燥汚泥の供給口および燃焼空気の供給口へ燃焼空気を供給する。

燃料供給ホッパーに貯留されているバイオマス燃料が、スクリューコンベアで順次直上へ移送され、その上端において、上部からの燃焼空気とバイオマス燃料の内部からの燃焼空気で燃焼し、ほとんどは、燃焼ガスとなり中壁の内側を上昇して、ガス流入口から熱交換器へ流入する。
まだ燃焼中のものは、順次下から移送されるバイオマス燃料と攪拌翼によって、火格子の傾斜に沿って外側へ移動する間に完全燃焼して燃焼ガスとなり中壁の内側へ上昇する。

バイオマス燃料の燃焼により燃焼部の温度が所定の温度（例えば８００度Ｃ）以上に上がったら、供給ホッパーに貯留された乾燥汚泥を、炉内へ送り込む。乾燥汚泥は粉状ないし薄皮状であり、殆ど浮遊状態で燃焼する。
なお、乾燥汚泥には不燃物が２割以上含有されており、燃焼ガスとして上昇せずに落下するものがあるが、火格子上で焼却され、傾斜に沿って外縁へ移動し、灰貯留部へ落下する。

中壁２４の内側を上昇した燃焼ガスは、上部のガス流入口から熱交換器へ流入し、水管の周囲を流動して排気口からサイクロンを介して排ガス処理装置へ送られるが、その一部は炉内へ戻される。これにより、燃焼部で生ずる排ガスの窒素酸化物を減少させることができる。

熱交換器で生成された蒸気は乾燥機の加熱ドラムへ送られる。そして、乾燥機で使用された蒸気は、貯水タンクに送られて貯留され、減少分が補充されて熱交換器へ供給される。

Claims

脱水汚泥を乾燥機で乾燥し自己燃焼可能な含水率の乾燥汚泥として、バイオマスボイラで焼却し、得られた蒸気を該乾燥機の熱源とした下水汚泥の処理装置において、該バイオマスボイラは、縦型円筒状の外壁を有する炉体の上部に該外壁と同芯の円筒状の中壁を備え、外壁に燃焼空気の供給口を該中壁の外周を上方から螺旋状に旋回するように設けるとともに、該外壁上部に該乾燥汚泥を炉内へ送り込む供給手段を設け、該中壁の下方に木質系バイオマス燃料を順次直上へ移送させるスクリューコンベアを備え、該スクリューコンベアのケーシングの上端に外側へ向かって漸次下降傾斜するリング状の火格子を該外壁から離して固設するとともに、燃焼空気を燃焼部のバイオマス燃料の内側からも供給するため、該スクリューコンベアの回転軸を中空としてその上端部に中空状の攪拌翼を固設し、該回転軸の上端部および該攪拌翼に多数の噴出孔を設け、該スクリューコンベアの上端部で該バイオマス燃料を燃焼させるとともに、該乾燥汚泥を炉内上部へ送り込んで浮遊状態で燃焼させ、燃焼ガスを炉体の直上に設けた熱交換器へ該中壁の中央部を上昇させて導入するようにしたことを特徴とする下水汚泥の処理装置。
前記燃焼装置は、前記中壁の中央部を上昇させて前記熱交換器を経て排ガス処理装置へ送る燃焼ガスの一部を炉内の燃焼部へ環流させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の下水汚泥の処理装置。