JPWO2010150523A1

JPWO2010150523A1 - 有機汚泥の処理装置

Info

Publication number: JPWO2010150523A1
Application number: JP2011519594A
Authority: JP
Inventors: 泰行清水; 良三若宮
Original assignee: M & W CO., LTD.
Current assignee: M & W CO., LTD.
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2030-06-22
Also published as: JP5603862B2

Abstract

有機汚泥を連続して焼却処理できるコンパクトで経済的な有機汚泥の処理装置を提供する。この発明は、有機汚泥を連続して自己燃焼可能な乾燥汚泥にする乾燥機１０と、これを連続して焼却する燃焼装置２０と、焼却熱で蒸気を得る熱交換器３０とを備え、該蒸気を乾燥機１０の熱源としている。乾燥機１０は蒸気によって加熱された２個の回転する加熱ドラム面に有機汚泥を貼着させて乾燥汚泥とするものであり、燃焼装置２０は、縦型円筒状の外壁２１を有する炉体の上部に同芯の円筒状の中壁２４を設け、その下方に乾燥汚泥を順次直上へ移送させるスクリューコンベア２２を備えている。そして、中壁２４の外周に、螺旋状に旋回する燃焼空気を送り込んで、スクリューコンベア２２の上端部の乾燥汚泥を燃焼させ、その燃焼ガスを直上に設けた熱交換器３０へ導入している。

Description

本発明は、下水汚泥などの有機汚泥を連続して焼却する処理装置に関するものである。

例えば、下水汚泥は、脱水汚泥にして焼却処分されているが、脱水汚泥の含水率が高く（８０〜８５％）、このため、重油などの化石燃料を必要とし焼却費用が嵩むという難点がある。

そこで、脱水汚泥を乾燥機で自己燃焼可能な含水率まで乾燥してから焼却し、この焼却熱を利用してボイラを稼働させ、発生した蒸気を乾燥機へ供給するようにしたシステムが開発されている（例えば、特許文献１）。このシステムでは、焼却炉に階段式のストーカ炉または流動層炉を使用し、脱水汚泥をディスク式ドライヤーで３５〜４０％の含水率に乾燥している。
一方、発明者等は、先に、脱水汚泥を加熱ドラムへ付着させて含水率を４０〜２０％に乾燥する乾燥機と、この乾燥汚泥を炉内に熱交換器を備え酸素不足の状態で無火炎燃焼させる熱分解炉を設け、熱交換器で得た蒸気を乾燥機の熱源としたものを開発した（特許文献２）。

特開２００４−２７８９５０実用新案登録第３１２８７８４号

特許文献１のシステムでは、大量に下水汚泥を焼却処理できるが、建設費が嵩むばかりでなく、大きな設置スペースが必要であり、さらに、補助燃料（化石燃料）を必要とする。
一方、特許文献２のシステムは、有害物質が排出されず設置スペースも小さく、建設費も安価であるが、連続運転ができず、下水汚泥のように処理量が非常に多い場合には、採用できない。

そこで、本発明は、有機汚泥を連続して焼却処理できるコンパクトで経済的な有機汚泥の処理装置を提供することを目的としている。

本発明の有機汚泥の処理装置は、上記の目的を達成するため、次の手段を採った。すなわち、有機汚泥を連続して自己燃焼可能な４０〜１０％の含水率の乾燥汚泥にする乾燥機と、該乾燥汚泥を連続して焼却する燃焼装置と、該焼却熱で蒸気を得る熱交換器とを備え、該蒸気を乾燥機の熱源とする有機汚泥の処理装置であって、該乾燥機は蒸気によって加熱された２個の回転する加熱ドラム面に有機汚泥を貼着させて乾燥汚泥とするものであり、該燃焼装置は、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設け、該中壁の下方に該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、該中壁の外周に、上方から螺旋状に旋回する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。

有機汚泥は、下水汚泥や食品加工工場で排出される廃棄汚泥のほか、鶏糞や家畜糞などが含まれる。有機汚泥は脱水などの処理を行い含水率を７５〜８５％にして乾燥機へ送り込むとよい。
乾燥機は、互いに内側へ回転する２個の加熱ドラムを平行に設け、有機汚泥を加熱ドラムへシート状に付着させて含水率を４０〜１０％に乾燥させて掻き取るようにしたものを使用する。なお、加熱ドラムの熱源は、燃焼装置の上方へ付設した熱交換器で得た蒸気を使用する。

乾燥汚泥の含水率は、投入される有機汚泥の投入量と、加熱ドラムの回転速度と、加熱ドラム間の隙間を変えることによって調整可能である。下水汚泥の場合においては、含水率を１５〜１０％にするのが望ましい。なお、有機汚泥が一定の液状のものでなく、塊状のものが混合しているような場合は、乾燥機へ適量ずつ供給されるようにするため、有機汚泥の塊を壊したり、一定量を供給するような装置を付設するとよい。
また、加熱ドラムの隙間の上部に有機汚泥を貯留するための貯留堰（一時貯留のための仕切り）を設け、有機汚泥へ予熱を与えて流動性を高めて塊状のものが混入しても壊れ易くするとよい。

乾燥機の掻取刃で掻き取られた乾燥汚泥は、ほぼチップ状であり、燃焼装置へ直接ベルトコンベアなどで、送っても良いが、請求項３に記載のように、乾燥汚泥をペレット化装置で０．５〜３立方センチメートルのペレット状としてから燃焼装置へ供給するのが望ましい。
ペレットは、型に押し込んで造るとよい。なお、ペレットの形状については、円柱、角柱など特に問わない。
また、乾燥汚泥の発熱量が、不足である場合には、木質チップなどの固形燃料を混合するとよい。この場合には、ペレット化装置の後に、固形燃料を混合する混合機を設けるとよい。

燃焼装置は、縦型円筒状の外壁を有する炉体の内部中央に該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設け、その上部には該外壁と同芯の円筒状の中壁を設けている。この燃焼装置には、火格子を設けていない。スクリューコンベアに載った乾燥汚泥の上端部を燃焼させる。
燃焼空気は、中壁の外周に、上方から螺旋状に旋回する燃焼空気を送り込む。さらに、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噴射口を設けるなど、燃焼空気をできるだけ多く多方面から供給するのが望ましい。なお、燃焼装置は負圧燃焼方式とする。この手段は燃焼ガスの排出側に圧力調整が可能な吸引ファンを設けるのが簡便である。

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導き、蒸気を造り、乾燥機の熱源として加熱ドラムへ供給する。なお、熱交換器の形式や、水管の配置などについては特に限定しない。

焼却灰は、燃焼ガスとともに中壁の内側へ向かって上昇するが、燃えにくいものや不燃物は加熱されて、順次下から送られてくる乾燥汚泥に押されて、落下する。
なお、未燃のものが落下しないように、燃焼速度を制御するとよい。これは、乾燥汚泥の移送速度と燃焼空気量を適宜調整することにより可能である。

また、焼却したものが落下し易いように、スクリューコンベアの上端部の乾燥汚泥は、請求項２に記載のように、中央部が高い円錐状（山盛り）に形成されるようにするのが望ましい。この手段は、例えば、乾燥汚泥が中心部が速く周辺へ向かうにつれて遅く移送されるように、案内部材を設けるとよい。また、落下するものの中には、未だ完全に燃えていないものも含まれることが生じるので、下方に灰貯留部を設けて、ここにも、燃焼空気を供給して完全燃焼させるとよい。

上記のように、本発明の有機汚泥の処理装置は、乾燥機と燃焼装置と熱交換器とからなり、乾燥機は蒸気によって加熱された２個の回転する加熱ドラム面に有機汚泥を貼着させて乾燥汚泥とするものであり、燃焼装置は、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設け、該中壁の下方に該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、該中壁の外周に、上方から螺旋状に旋回する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、発生した燃焼ガスを該中壁の中央部を上昇させて直上に設けた熱交換器へ導くようにしたので、乾燥汚泥が高温で焼却され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、クリンカが形成されることがなく、不燃物が含まれた乾燥汚泥でも連続運転が阻害されることがない。そして、焼却灰や不燃物を除去するための機械的な手段も必要としないので、装置が簡素で故障の心配もない。しかも、装置がコンパクトで、建設費用も維持費用も安価で経済的なものにできる。

また、スクリューコンベアのケーシング筒の上端近くに、直上移送される乾燥汚泥の上端部を円錐状に形成させるための案内部材を設け、落下する焼却灰を貯留する灰貯留部をスクリューコンベアの周囲下方に設けるとともに、未燃や半焼の該落下した焼却灰を燃焼させるため該灰貯留部に燃焼空気を供給するように（請求項２）構成すれば、燃焼したものが確実に燃焼部から除去され、順次送られてくる乾燥汚泥とスムーズに代わり安定した燃焼ができ、また、未燃や半焼のものができにくい。

また、乾燥機で乾燥された乾燥汚泥を型込めして０．５〜３立方センチメートルのペレット状とするペレット化装置を備えれば、扱いやすい固形燃料となり、燃焼部に燃焼空気がより十分に流入するので、高温で安定した燃焼が得られる。

本発明の有機汚泥の処理装置の実施の形態の全体系統図である。同、乾燥機１０の全体を示す正面図である。同、燃焼装置２０、熱交換器３０および灰回収塔４０を示す説明図である。同、ペレット化装置を示す正面図である。

本発明の有機汚泥の処理装置の実施の形態を、有機汚泥が下水汚泥としたもので図１〜図４に基づいて以下に具体的に説明する。
図１は、本発明の有機汚泥の処理装置の実施の形態の全体系統図である。この装置は、下水処理施設の脱水装置１に連結して設けられ、水分が約８３％の脱水汚泥は、乾燥機１０で含水率１０〜１５％に乾燥され、これをペレット化装置５０で０．５〜３立方センチメートルのペレット状として、上部に熱交換器３０を一体に設けた縦型円筒状の燃焼装置２０で焼却し、熱交換器３０で得られた蒸気を、乾燥機１０の熱源としている。

乾燥機１０は、図２に示すように、密閉状の筐体の上部に脱水装置１からの脱水汚泥を取り入れるシュータ２が連結され、中央部には、互いに内側へ回転駆動される２本の加熱ドラム１１が設けられている。この加熱ドラム１１は、熱交換器３０からの蒸気を内部に取り入れて表面が摂氏１２０〜１４０度に加熱されている。
上部から流入した脱水汚泥は回転する加熱ドラム１１の表面にシート状に付着して乾燥する。図中１２は乾燥汚泥を掻き取るための掻取刃である。また１３は、加熱ドラム１１のほぼ中央部の上方に設けられた貯留堰で、脱水汚泥を貯留できるように四方に立設された枠体で、加熱ドラム１１とは隙間を設けて配置されている。なお、この隙間は、調整可能としている。

掻取刃１２で掻き取られた乾燥汚泥は、下方からペレット化装置５０へ移送される。また、筐体の上部には乾燥時に発生した蒸気を取り出す排気管１４が設けられ、この蒸気は、悪臭を有しているので、脱臭塔１６で生物処理されミストセパレータ１７で水分を除去して、活性炭装置１８を通してから大気へ放出される。

ペレット化装置５０は、図４に示すように、ケース５１内に垂直軸５５で回転するローラ５４とペレットの型５２が収納されている。ケース５１は供給室５１ａ、排出室５１ｂ、動力室５１ｃに分割され、供給室５１ａには連結軸５３で連結された２個のローラ５４が設けられている。なお、ローラ５４は連結軸５３に対して軸受けを介して回転自在に取付けられている。

また、連結軸５３は、垂直軸５５と連結され、垂直軸５５には動力室５１ｃ内で大傘歯車５６が固設されており、モータ５８に連結された小傘歯車５７に噛み合っている。したがって、ローラ５４は垂直軸５５の回転によって転動する。
供給室５１ａと排出室５１ｂの境には型孔５２ａを多数有する型５２が固設され、ローラ５４は型５２上（型孔５２ａ部）を転動するように設けられている。
型孔５２ａは、ローラ５４が転動する周上に多数設けられ、直径１０ｍｍ、深さ２０ｍｍで、上端は直径１２ｍｍ、深さ４ｍｍの一段大きな孔になっている。

このように構成されているので、乾燥機１０の排出口に連結された搬送コンベアによって供給室５１ａへ送られた乾燥汚泥は、まず、型孔５２ａの上端側の径の大きな所へ押し込められ、続いて、その上に載った乾燥汚泥をローラ５４が転動することにより、下の細い型孔５２ａへ送り込まれ、締め固められてペレットの状態で排出室５１ｂへ送出され、排出口５９から放出される。

放出されたペレット化された乾燥汚泥は、混合機６０へ送られる。混合機６０は、ペレット化された乾燥汚泥に木質チップなど別の固形燃料を混ぜ合わせるための装置で、ペレット化した乾燥汚泥および木質チップそれぞれを軽量して、回転する容器に送り、混合したものを連続して取り出されるようにしたものを使用している。混合したものは、燃焼装置２０の燃料供給ホッパー２７へ、ベルトコンベアで順次移送される。なお、混合機６０は、火力が不足したときなど必要により稼働させるように制御しており、別の固形燃料を混合しない場合（ペレット状の乾燥汚泥のみ）は、混合機６０を経由せずに直接燃焼装置２０へ送られる。

燃焼装置２０は、図３に示すように、縦型円筒状の外壁２１が架台２３上に固設され、その下部中央に駆動手段２６に連結されたスクリューコンベア２２が、垂直に設けられている。そして、スクリューコンベア２２の上方には、外壁１１と同芯の円筒状の中壁２４が設けられている。スクリューコンベア２２の駆動は架台２３の外に設置したモータから、スプロケットおよびチェンを介して連結された駆動手段２６によっている。

スクリューコンベア２２の上部には、移送された固形燃料の上端部を中央部が高い円錐状に形成させるための案内部材２５が設けられている。
この案内部材２５は、スクリューコンベア１２の回転軸の先端に固設した円錐状の中部材２５ａと、その外周に設けたほぼ同芯の円錐筒状の外部材２５ｂとからなり、外部材２５ｂは、ケーシング筒２２ａに複数の支持杆２５ｃによって支持されている。
なお、２７は、燃料供給ホッパー、２８は、燃焼ガスを送出するための燃焼ガス管である。また、図示していないが、乾燥汚泥の上端部に液体燃料を吹き付けて点火させる着火手段が設けられている。

一方、燃焼空気を供給する手段は、中壁２４の外周を旋回して下降するように、接線方向へ向けたエア供給口が中壁２４の上端近傍に設けられている。また、スクリューコンベア２２のケーシング筒２２ａの上端縁の円周にエア供給源に連結された空洞を設けるとともに複数の噴出孔が設けられている。さらに、スクリューコンベア２２の回転軸を中空にするとともに、中部材２５ａを中空として複数の噴出孔を設けて下端から燃焼空気を供給している。また、外部材２５ｂも空洞を備えるとともに多数の噴出孔を有し、下端部に外部から燃焼空気を供給するための鋼管が付設されている。

また、スクリューコンベア２２の下方は、周囲が塞がれた灰貯留部２９が形成されており、図示してないが、灰を取り出すための取出口と、スクリューコンベア２２の上端から落下した未燃や半焼の乾燥汚泥が完全燃焼されるように燃焼空気の供給口が設けられている。

燃焼装置２０の直上には、熱交換器３０が一体に配置されている。この熱交換器３０は外壁２１と同芯の筒体３０ａ内の内壁に水管３２が螺旋状に配置されている。そして、筒体３０ａの下端の中央部には、燃焼ガスが流入するガス流入口３１が設けられている。
この熱交換器３０で得られた蒸気は、乾燥機１０の加熱ドラム１１へ送られている。
そして、乾燥機１０で使用された蒸気は、保温タンク３５に貯留され、減少分が補充されて熱交換器３０へ供給される。

また、熱交換器３０の筒体３０ａの下部側には燃焼ガスを取り出す燃焼ガス管２８が付設されており、灰回収塔４０に連結されている。この灰回収塔４０は、下部に灰受け４２を備えた逆円錐状のサイクロン４１であり、上部には排気筒４３が設けられている。
なお、排気筒４３の後ろには、図示してないが、圧力調整可能な吸引ファンが設けられており、燃焼装置２０の内部は負圧（マイナス１５０〜２００パスカル）になるようにしている。

このように構成されているので、ペレット化装置５０または混合機６０からの乾燥汚泥は、燃焼装置２０の供給ホッパー２７へ搬入され、駆動手段２６によって駆動されるスクリューコンベア２２によって順次上昇移送される。
スクリューコンベア２２の上端へ移送される乾燥汚泥は、案内部材２５によって、中央部と端部では移送される量が変わり、中央部がより速く送られ、上端部では乾燥汚泥が山盛り（円錐状）に形成される。
なお、中部材２５ａと外部材２５ｂの外径の円錐角は同じにしており、外部材２５ｂ内の乾燥汚泥は水平方向の断面積が高さ方向において変わらず、案内部材２５が乾燥汚泥の移送における抵抗となることを小さくしている。
乾燥汚泥が山盛りの状態になったら、着火手段を作動させて着火する。なお、この作業は、乾燥汚泥を燃焼させる最初に行うだけである。

そして、乾燥汚泥は、中壁２４の外周を旋回して下降して固形燃料の上方から吹きつける燃焼空気と、スクリューコンベア２２の中心部を通して噴出される乾燥汚泥の下側から上方に吹き付ける燃焼空気と、スクリューコンベア２２のケーシング筒２２ａの上端縁から噴出される燃焼空気によって、上端部の表面が８００度以上の高温で完全燃焼する。そして、順次下から移送される乾燥汚泥によって盛り上がり、浮上しない焼却灰は傾斜に沿ってずり落ちて灰貯留部２９へ落下する。乾燥汚泥は、スクリューコンベア２２の回転速度と、燃焼空気量を適宜に調整することによって、ほぼ、完全に焼却される。なお、乾燥汚泥の状態などにより、落下するものの中には未燃のものや燃焼途中のものが含まれる場合があるが、これらは、灰貯留部２９で燃焼し、完全燃焼する。

乾燥汚泥の燃焼による燃焼ガスは、中壁２４の内側へ吹き上がり、上方の流入口３１から熱交換器３０へ流入する。燃焼ガスは、上部ほど高温で焼却灰の含有量が少ない。焼却灰を含む燃焼ガスは、燃焼ガス管２８から炉外の灰回収塔４０へ送られ、サイクロン４１の壁に沿って旋回しながら、下方へ移動し、灰はガスと分離して灰受け４２に回収される。

１脱水装置
２シュータ
１０乾燥機
１１加熱ドラム
１２掻取刃
１３貯留堰
１４排気管
１６脱臭塔
１７ミストセパレータ
１８活性炭脱臭装置
２０燃焼装置
２１外壁
２２スクリューコンベア
２２ａケーシング筒
２３架台
２４中壁
２５案内部材
２５ａ中部材
２５ｂ外部材
２５ｃ支持杆
２６駆動手段
２７燃料供給ホッパ
２８燃焼ガス管
２９灰貯留部
３０熱交換器
３０ａ筒体
３１ガス流入口
３２水管
３３排気筒
３５保温タンク
４０灰回収塔
４１サイクロン
４２灰受け
４３排気筒
５０ペレット化装置
５１ケース
５１ａ供給室
５１ｂ排出室
５１ｃ動力室
５２型
５２ａ型孔
５３連結軸
５４ローラ
５５垂直軸
５６大傘歯車
５７小傘歯車
５８モータ
５９排出口
６０混合機

Claims

有機汚泥を連続して自己燃焼可能な４０〜１０％の含水率の乾燥汚泥にする乾燥機と、該乾燥汚泥を連続して焼却する燃焼装置と、該焼却熱で蒸気を得る熱交換器とを備え、該蒸気を乾燥機の熱源とする有機汚泥の処理装置であって、該乾燥機は蒸気によって加熱された２個の回転する加熱ドラム面に有機汚泥を貼着させて乾燥汚泥とするものであり、該燃焼装置は、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設け、該中壁の下方に該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、該中壁の外周に、上方から螺旋状に旋回する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有機汚泥の処理装置。
前記スクリューコンベアのケーシング筒の上端近くに、直上移送される乾燥汚泥の上端部を円錐状に形成させるための案内部材を設け、落下する焼却灰を貯留する灰貯留部をスクリューコンベアの周囲下方に設けるとともに、未燃や半焼の該落下した焼却灰を燃焼させるため該灰貯留部に燃焼空気を供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の有機汚泥の処理装置。
乾燥汚泥を型込めして０．５〜３立方センチメートルのペレット状の燃料とするペレット化装置を前記乾燥機と前記燃焼装置の間に設けたことを特徴とする請求項１記載の有機汚泥の処理装置。