JP6026075B2 - 有機汚泥の燃料化装置 - Google Patents

Description

本発明は、廃熱を利用して下水汚泥等の有機汚泥から燃料を製造する装置に関する。

下水汚泥は、有機分を多く含むため、将来の燃料として有望視されているが、その反面、水分を多く含むため、燃料として用いるためには水分を除去する必要がある。近年、下水汚泥等の有機汚泥を乾燥・炭化するなどして水分を除去し、燃料化することが行われ始めたが、この乾燥・炭化を化石燃料を使用して行ったのでは、高品位燃料で低品位燃料を製造していることとなり、有意義ではない。そこで、上記有機汚泥の乾燥・炭化に廃熱を利用する方法が提案されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。

一般に、４００℃以下の廃熱は、工業的に有効利用することが困難である。セメント製造工場等において４００℃以下の廃熱を発電に利用している場合でも、エネルギー変換効率が２０％以下と低いため、有効利用されているとは言い難い面もある。尚、４００℃以下の廃熱には、セメント製造工程におけるプレヒータの排ガスやクリンカクーラーの排ガス、ごみ焼却炉及び焼却炉ボイラの燃焼排ガス等に伴う廃熱が該当する。

特開２００３−２４７７０７号公報 特開２００４−１４９４０８号公報 特開２００６−０３５１８９号公報 特開２００８−１１４１７３号公報

廃熱を利用して有機汚泥を乾燥（又は炭化）させるにあたり、例えば、セメント製造工程におけるプレヒータの排ガス等を直接被加熱物に接触させる方法では、排ガスに含まれるダストが乾燥物（又は炭化物）に含まれることとなるため、燃料としての価値が激減する。また、プレヒータの排ガス等を乾燥等に用いた場合には、乾燥装置等での排ガスの通過時間が短くなり、乾燥装置等に導入するガス量が多くなる。そのため、持去り熱が多くなるとともに、下水汚泥等から生じた臭気が大量のガスに拡散し、脱臭対象となるガスの量も多くなり、装置が大型化して設備コストが高騰するという問題があった。

一方、セメント製造工程には、上述のように、廃熱発電設備を設けることも多いため、廃熱発電設備から過熱蒸気を一部分取して有機汚泥の乾燥等に利用することができ、これにより、得られた乾燥物等の燃料としての価値を保つことができる。しかし、被加熱物と接触した後の蒸気は、ダストや揮発成分によって汚染されるため、脱臭対象となる蒸気の量が多くなって装置が大型化するとともに、有機汚泥に含まれるラード等の油脂類が乾燥等に利用した後の蒸気に含まれることもあるため、その処理に苦慮することとなる。

また、過熱蒸気を用いて乾燥等を行う際には、蒸気の凝縮潜熱を利用しないため、持去り熱が多くなる。この場合、蒸気の有するエネルギーに対して２０％程度のエネルギーしか回収できず、廃熱発電を行っている場合と大差がないため、低品位の燃料を製造するよりもそのまま発電に用いる方が得策である。

過熱蒸気を利用する方法として、特許文献４には、乾燥後の蒸気を排ガスで再加熱して循環利用する方法が提案されているが、上述のように、被加熱物と接触した後の蒸気は、ダストや揮発成分、さらにラード等の油脂類を含むため、熱交換器の電熱面の汚れや、その他の設備の維持管理を考慮すると、実施困難と考えられる。

そこで、排ガスに含まれるダスト等による汚染・脱臭対象を不要とするため、下水汚泥を間接加熱することも考えられるが、熱媒体としてガスを用いるのは熱容量が小さいため不適であり、熱媒体として過熱蒸気を用いるのは、乾燥装置等をすべて高圧に耐える構造とする必要があり、設備コストが高騰するという問題がある。

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、設備コスト及び運転コストを低く抑えながら、有機汚泥から燃料を効率よく製造することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、有機汚泥の燃料化装置であって、プレヒータから排出されるセメント焼成炉の排ガスを利用して過熱蒸気を発生させる廃熱ボイラ−と、該廃熱ボイラーで発生させた過熱蒸気の一部を液体状の熱媒油と熱交換させる熱交換器と、該熱交換器によって前記液体状の熱媒油が加熱されて生じた気体状の熱媒油を用いて有機汚泥を乾燥又は炭化して燃料を製造する間接加熱式汚泥燃料化装置とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、セメント焼成炉の排ガスを用いるため、高品位燃料等を用いることなく燃料を製造することができる。また、燃料化装置を過熱蒸気を用いて有機汚泥を直接加熱させる場合のような高耐圧構造とする必要もないため、設備コストを低減することができる。さらに、有機汚泥を間接加熱によって乾燥又は炭化させるため、異物が燃料に混入することがなく、燃料の品位の低下を回避することができる。熱媒油の熱交換に用いた過熱蒸気以外の過熱蒸気を、セメント製造設備に付設される廃熱発電装置において利用することができる。

また、上記有機汚泥の燃料化装置において、前記熱交換器を耐圧の高いシェルアンドプレート型熱交換器とすることができる。

以上のように、本発明によれば、設備コスト及び運転コストを低く抑えながら、有機汚泥から燃料を効率よく製造することができる。

本発明にかかる有機汚泥の燃料化装置の一実施の形態を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、下水汚泥から燃料を製造する場合を例にとって説明する。

図１は、本発明にかかる有機汚泥の燃料化装置の一実施の形態を示し、この燃料化装置１は、セメント焼成炉２と、セメント焼成炉２の排ガスＧ１を用いて発電用・汚泥乾燥用過熱蒸気（以下、「過熱蒸気」という）ＳＴ１を発生させる廃熱ボイラー６と、廃熱ボイラー６で生じた過熱蒸気ＳＴ１を利用して発電する発電用タービン７と、過熱蒸気ＳＴ１より分取した過熱蒸気ＳＴ２と熱媒油Ｍとの間で熱交換を行う熱交換器８と、熱交換器８によって加熱された熱媒油Ｍを用いて下水汚泥Ｓを乾燥させる間接加熱式乾燥装置１１と、廃熱ボイラー６の排ガスＧ２を処理する排ガス処理設備３と、間接加熱式乾燥装置１１の排ガスＧ３を処理する排ガス処理装置１３等で構成される。

セメント焼成炉（セメントキルン）２は、プレヒータ２２によって予熱され、仮焼炉２３で仮焼されたセメント原料Ｒを焼成してセメントクリンカを製造するために備えられ、後段にセメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラ２４を備える。

発電用タービン７は、廃熱ボイラー６で生じた過熱蒸気ＳＴ１を利用して発電するために備えられ、発電用タービン７から排出された過熱蒸気は、熱交換器８からの過熱蒸気ＳＴ３とともに廃熱ボイラー６に戻される。

熱交換器８は、過熱蒸気ＳＴ１より分取した過熱蒸気ＳＴ２を用い、循環ポンプ１０によって供給された熱媒油Ｍを加熱するために備えられ、シェルアンドプレート型熱交換器を用いるのが好ましい。このシェルアンドプレート型熱交換器は、複数のプレート状の熱交換エレメントを積層した熱交換モジュールをシェルに収納して構成され、高耐圧特性を有するため、過熱蒸気を用いた熱交換器として好適に用いられる。

間接加熱式乾燥装置１１は、熱交換器８において過熱蒸気ＳＴ２と熱交換することによって加熱されて気体となった熱媒油Ｍを用い、この熱媒油Ｍとの間接加熱により水分７０％程度の下水汚泥Ｓを乾燥させるために備えられ、下水汚泥Ｓを乾燥させた後の凝縮した熱媒油Ｍを循環ポンプ１０によって熱交換器８に供給して循環使用する。熱媒油Ｍとしては、綜研テクニックス株式会社が販売するＮｅｏＳｋ−ＯＩＬや、昭和シェル石油株式会社が販売するＳｈｅｌｌ Ｔｈｅｒｍｉａ Ｏｉｌ等の間接加熱設備用の高引火型熱媒油を用いることができる。

排ガス処理設備３は、セメント焼成炉２に一般的に用いられるバグフィルタ等であって排ガス処理設備３の後段には、排気ファン４と、煙突５とが配置される。

排ガス処理装置１３は、間接加熱式乾燥装置１１の排ガスＧ３に含まれるダスト、臭気を除去して大気放出可能にするために備えられ、バグフィルタ、触媒塔等が用いられる。排ガス処理装置１３の後段には、排ガス処理装置１３の排ガスＧ４を煙突５に導くための排気ファン１４が設けられる。また、セメント焼成炉２の熱量原単位を若干悪化させることになるが、排ガス処理装置１３等の設備コストを削減することを目的に、排ガスＧ３をプレヒータ２２へ吹き込み燃料処理することもできる。

次に、上記構成を有する燃料化装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

セメント原料Ｒをプレヒータ２２で予熱し、仮焼炉２３で仮焼した後、セメント焼成炉２で焼成する。セメント原料Ｒの燃焼によって生じた４００℃程度のセメント焼成炉２の排ガス（プレヒータ２２の排ガス）Ｇ１を廃熱ボイラー６に供給し、過熱蒸気ＳＴ１を発生させる。廃熱ボイラー６の排ガスＧ２は、排ガス処理設備３に導入し、除塵等を行った後、排気ファン４を経て煙突５より大気に放出する。

廃熱ボイラー６で生じた過熱蒸気ＳＴ１の一部ＳＴ２を分取し、熱交換器８に導入する。一方、熱交換器８に、循環ポンプ１０によって熱媒油Ｍを供給し、過熱蒸気ＳＴ２との間で熱交換させる。熱交換した後の過熱蒸気ＳＴ３は、発電用タービン７からの過熱蒸気とともに過熱蒸気ＳＴ４として廃熱ボイラー６に戻して循環利用する。

間接加熱式乾燥装置１１に下水汚泥Ｓを投入し、上記熱交換器８で加熱された熱媒油Ｍによって間接的に乾燥させる。この乾燥によって、７０％程度の含水率であった下水汚泥Ｓの含水率を１０％程度にまで低下させ、間接加熱式乾燥装置１１から排出して燃料Ｆとして利用する。一方、下水汚泥Ｓを乾燥させた後の凝縮した熱媒油Ｍを循環ポンプ１０によって熱交換器８に供給して循環使用する。

間接加熱式乾燥装置１１の排ガスＧ３は、排ガス処理装置１３において、ダスト、臭気等が除去され、無害な排ガスＧ４として、排気ファン１４を経て煙突５より大気に放出する。

以上のように、本実施の形態においては、セメント焼成炉２の排ガスＧ１（廃熱）を利用するとともに、熱媒油Ｍを用いた間接加熱式乾燥装置１１によって下水汚泥Ｓを乾燥させて燃料Ｆを製造するため、高品位燃料等を用いることなく燃料Ｆを製造することができるとともに、間接加熱式乾燥装置１１を高耐圧構造とする必要もないため、設備コストを低減することができる。さらに、間接加熱式乾燥装置１１によって下水汚泥Ｓを間接加熱するため、異物が燃料Ｆに混入することがなく、燃料Ｆの品位を高く維持することができる。

上記の要領で、間接加熱式乾燥装置１１によって５０ｔ／ｄの割合で下水汚泥Ｓを処理して燃料Ｆを製造する場合、上記過熱蒸気ＳＴ１からの過熱蒸気ＳＴ２の分取率は、例えば、６０００ｔ／ｄの生産能力を有するセメント焼成炉であれば８％程度となる。そのため、熱交換器８及び間接加熱式乾燥装置１１を大規模なものにする必要がなく、下水汚泥Ｓから低コストで効率よく燃料Ｆを製造することができる。

尚、上記実施の形態においては、下水汚泥から燃料を製造する場合を例示したが、下水汚泥以外にも、製紙汚泥、ビルピット汚泥、食品汚泥等の有機汚泥から燃料を製造することができる。

また、上記実施の形態では有機汚泥を乾燥させて燃料を製造したが、過熱蒸気との熱交換によって加熱された熱媒油を用いて有機汚泥を炭化して燃料を製造することもできる。

さらに、過熱蒸気と熱媒油との間で熱交換を行う熱交換器であれば、シェルアンドプレート型熱交換器以外の熱交換器を用いることもでき、熱交換器において加熱された熱媒油を用いた間接加熱式汚泥燃料化装置であれば、その形式を問わずに用いることができる。

１ 有機汚泥の燃料化装置
２ セメント焼成炉
３ 排ガス処理設備
４ 排気ファン
５ 煙突
６ 廃熱ボイラー
７ 発電用タービン
８ 熱交換器
１０ 循環ポンプ
１１ 間接加熱式乾燥装置
１３ 排ガス処理装置
１４ 排気ファン
２２ プレヒータ
２３ 仮焼炉
２４ クリンカクーラ
Ｆ 燃料
Ｇ１〜Ｇ４ 排ガス
Ｓ 下水汚泥
ＳＴ１〜ＳＴ４ 過熱蒸気
Ｍ 熱媒油
Ｒ セメント原料

Claims (2)

1. プレヒータから排出されるセメント焼成炉の排ガスを利用して過熱蒸気を発生させる廃熱ボイラ−と、
   該廃熱ボイラーで発生させた過熱蒸気の一部を液体状の熱媒油と熱交換させる熱交換器と、
   該熱交換器によって前記液体状の熱媒油が加熱されて生じた気体状の熱媒油を用いて有機汚泥を乾燥又は炭化して燃料を製造する間接加熱式汚泥燃料化装置とを備えることを特徴とする有機汚泥の燃料化装置。
2. 前記熱交換器は、シェルアンドプレート型熱交換器であることを特徴とする請求項１に
   記載の有機汚泥の燃料化装置。

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