WO2008056459A1 - Chauffe-eau pyrolitique utilisant de la boue organique comme carburant - Google Patents

Description

明 細 書

有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置

技術分野

[0001] 本発明は、下水汚泥や食品加工工場から排出される有機汚泥を燃料とした給湯装 置に関するものである。

背景技術

[0002] 例えば、下水汚泥は、一部は肥料などに再利用されている力 ほとんどは、脱水し て濃縮汚泥にして焼却処分されて 、る。焼却処分は無害な灰になるので後の問題が ない点で優れた処理方法といえる力 濃縮汚泥は含水率が 80〜85%もあり、重油を 用いて焼却するなど焼却費用が嵩むという難点がある。そこで、焼却熱を利用して発 電し、その電力を焼却システムに使用し、エネルギが少なくて処理できるようにしたも のが開発されている（例えば、特許文献 1)。

[0003] この焼却システムは、下水汚泥を機械的に脱水し自己熱燃焼可能な含水率 (65重 量％程度)の脱水ケーキにし、これを流動焼却炉へ投入し、重油等の補助燃料を使 用することなく自己熱燃焼により焼却する。そして、焼却炉力もの排ガスにより蒸気を 発生させる廃熱ボイラが付設されており、発生した蒸気は、高圧蒸気だめを介して蒸 気タービンに送られ、発電を行うようにしている。

[0004] 特許文献 1：特開 2005 - 321131号公報。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 特許文献 1の下水汚泥処理装置は、脱水ケーキを焼却するための補助燃料が不 要で、また、発電装置で得られた電気を汚泥焼却システムの運転電源として使用し、 必要エネルギを少なくすることができる。

し力しながら、このシステムは、焼却炉などの装置が大掛力りで設置スペースが大き ぐまた、建設費が嵩むという問題がある。しかも、有機汚泥を高温で焼却するので、 ダイォキシンなど有害物質を出さな 、ように、再燃焼などの装置を付設するとともに十 分な管理を行って運転しなければならな!/ヽ。 [0006] そこで、本発明は、有機汚泥を燃料とし、有害物質が排出されず設置スペースが小 さぐ建設費も安価であり、エネルギ効率のよい給湯装置を提供することを目的として いる。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明の有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置は、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 40〜20%の含水率の乾燥汚泥にする汚 泥乾燥機と、該乾燥汚泥を酸素不足の状態で無火炎燃焼させる熱分解炉と、該熱 分解炉内に該乾燥汚泥を囲むように配置した熱交換器と、該熱交換器に配管接続さ れ該汚泥乾燥機に蒸気を供給するボイラとからなる熱分解給湯装置であって、該汚 泥乾燥機は、該ボイラからの蒸気によって加熱される加熱ドラムと、該加熱ドラム面に 貼着した乾燥汚泥を搔き取る搔取刃とを備え、該熱分解炉は、炉内に取り入れる外 気の量を調整可能な吸気部材を炉体に備えるとともに、炉内の底部に乾燥汚泥の乾 留液が流下収集するように構成し、これを取出す排出口を設けたことを特徴としてい る。

[0008] この有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置は、含水率が 75〜85%の有機汚泥を 、蒸気で加熱した加熱ドラムを有する汚泥乾燥機によって含水率を 40〜20%の乾 燥汚泥とし、これを熱分解炉によって補助燃料を用いずに酸素不足の状態で無火炎 燃焼させる。そして、熱分解炉内に設置した熱交換器によって得た熱ェネルギで該 加熱ドラムを加熱するようにしたものである。

[0009] 有機汚泥は、下水汚泥や屎尿のほか、食品加工工場からの廃棄物などが含まれる 汚泥乾燥機は、蒸気で加熱される加熱ドラムを備えたものであればよぐ縦形、横 形などの形式やカ卩熱ドラムの数は特に問わない。

熱分解炉の形状は直方体、円筒体など特に問わないが、炉内は外気と遮断され、 炉体に設けた取入量を調整できる吸気部材によって外気を取り入れる。また、有機 汚泥を無火炎燃焼させるので、多量の水分が含まれた乾留ガスが発生し、天井や熱 交換器に水滴 (乾留液)となって付着する。この乾留液は、炉内壁や熱交換器を伝つ て流下し速やかに排出口から炉外へ取り出すとよ 、。 [0010] 汚泥乾燥機および熱分解炉は、それぞれ別個に作動させることができるが、請求の 範囲 2に記載のように、熱分解給湯装置に有機汚泥を収容する汚泥タンクを備え、有 機汚泥を該汚泥タンクから前記汚泥乾燥機の上部に設けた供給ホツバへ搬送する 汚泥搬送手段と、前記汚泥乾燥機から乾燥汚泥を熱分解炉へ供給する乾燥汚泥供 給手段を備え、自動的に有機汚泥を搬送するのが望ましい。なお、汚泥乾燥機と熱 分解炉の処理量に差ができる可能性がある場合は、汚泥乾燥機と熱分解炉の間に 乾燥汚泥タンクを設けるとよい。また、有機汚泥の含水率が 90%以上であるような場 合は、汚泥タンクに収納する前に、簡易型の脱水装置 (例えば遠心式など)を付設し て含水率を 75〜85%にするとよい。また、有機汚泥が塊状のものが混じっている場 合には、破砕装置を付設し、これを通して力も汚泥タンクに収納するとよい。

[0011] 熱交換器は、乾燥汚泥を囲むように配置したものであれば、その形式は特に問わ ないが、請求の範囲 3に記載のように、熱媒体を流通させる流路を形成させた略平板 状の熱回収材を複数個配置するのがよい。熱回収材は、側壁力 離して側壁に沿う ように配置する。側壁から離す距離は、伝熱効率の点から、 10cm以上にするのが望 ましい。なお、熱回収材は乾燥汚泥を囲むように配置する力 例えば、三方を囲むな ど、周囲すベてを囲わなくてもよい。

熱回収材の構成は、内部に熱媒体を流通させる流路を形成させた略平板状のもの で、ステンレスなど耐腐食性の強い材料を使用するとよい。なお、水を流通させる流 路は、配管をつづら折に配置するなど適宜なものとすればよい。

発明の効果

[0012] 本発明の有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置は、有機汚泥を 40〜20%の含水 率の乾燥汚泥にする汚泥乾燥機と、該乾燥汚泥を酸素不足の状態で無火炎燃焼さ せる熱分解炉と、該熱分解炉内に該乾燥汚泥を囲むように配置した熱交換器と、該 熱交換器に配管接続され該汚泥乾燥機に蒸気を供給するボイラとから構成されてい るので、ダイォキシンなどの有害物質が排出されず、スペースが小さぐ建設費も安 価で運転費用も力からず経済的でエネルギ効率のよい給湯装置とすることができる。

[0013] また、上記の熱分解給湯装置に有機汚泥を収容する汚泥タンクを備え、有機汚泥 を該汚泥タンクから前記汚泥乾燥機の上部に設けた供給ホツバへ搬送する汚泥搬 送手段と、前記汚泥乾燥機から乾燥汚泥を熱分解炉へ供給する乾燥汚泥供給手段 を備えることにより（請求の範囲 2)、自動的に有機汚泥を搬送して運転できる。

[0014] また、熱分解炉内に設置する熱交換器は、請求の範囲 3に記載のように、熱媒体を 流通させる流路を形成させた略平板状の熱回収材を乾燥汚泥を囲むように複数個 配置したものとすれば、安価で経済的なものとすることができる。流路は配管でもよい 力 矩形の平板状の容器に形成し、上端に熱対流による高温の熱媒体を取り出す流 出口を備えたものとすれば、より、簡便安価なものとすることができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]本発明の熱分解給湯装置の実施の形態を示す全体説明図である。

[図 2]同、汚泥乾燥機を示す斜視図である。

[図 3]同、熱分解炉を示す斜視図である。

[図 4]同、熱分解炉の断面図である。

[図 5]同、熱交換器の斜視図である。

[図 6]同、熱交換器の別の例を示す斜視図である。

[図 7]同、熱交^^の別の例を示す斜視図である。

[図 8]同、熱交換器の別の例を示す斜視図である。

[図 9]同、熱回収管の別の例を示す斜視図である。

[図 10]同、熱回収管の別の例を示す斜視図である。

符号の説明

[0016] 10 汚泥タンク

11 送給ポンプ

12 送給管

20 汚泥乾燥機

21 枠体

22 加熱ドラム

23 モータ

24 軸受け

25 蒸気配管 供給ホッパ 乾燥汚泥供給手段 熱分解炉 炉体

a 上炉体b 中炉体c 下炉体d 脚

e 取付部材f 案内板

A 点検蓋

B 点検蓋

D 焚口

E 灰取出口R 排出口

供給ホッパa シャツタ

処理水槽a 供給口b 煙道

c 煙突

ステー

吸気部材 保護板

空調室

a 送出材b 排水受け 底部材 a シャツタb 桟

灰取出ボックス 熱交換器A 熱回収材a 樋付板b 樋材c 覆い板d 吸入管e 流出管f 取付用孔g ホース 熱交換器A 熱回収材a 樋付板b 桶部c 覆い板d 吸入管e 流出管f 取付用孔g ホース 熱交換器A 熱回収材a 容器材b 補強材c 基材d 吸入管e 流出管 42f 取付用孔

43 熱交換器

43a 熱回収管

43b 支柱

44 熱交換器

44a 熱回収管

45 熱交換器

45a 熱回収管

50 ボイラ

55 温水タンク 発明を実施するための最良の形態

[0017] 本発明の有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置の実施の形態を、図 1〜図 10〖こ 基づいて以下に具体的に説明する。

図 1は、有機汚泥が下水汚泥の場合における本発明の実施例の熱分解給湯装置 の全体を示す説明図である。

この熱分解給湯装置は、汚泥タンク 10と、汚泥乾燥機 20と、熱分解炉 30と、熱交 翻 40と、ボイラ 50および温水タンク 55とで概略構成されて 、る。

[0018] 汚泥タンク 10は、含水率が 80〜85%の下水汚泥を一時貯蔵するためのもので、 汚泥乾燥機 20へ送り込む搬送手段としての送給ポンプ 11と送給管 12が設けられて いる。なお、含水率が 90%以上ある場合は、別途付設した簡易脱水機によって水分 調整を行う。

汚泥乾燥機 20は、枠体 21の上部に送給管 12が連結された供給ホッパ 26を備え、 ボイラ 50からの蒸気を内部に取り入れて表面を摂氏 100〜 120度に加熱される 2本 の加熱ドラム 22と、この表面に貼着した乾燥汚泥を搔き取る搔取刃（図示してない）と を備えている。

図 2は、汚泥乾燥機 20の全体を示す斜視図であり、 23は加熱ドラム 22を駆動する ためのモータで、減速機を介して加熱ドラム 22へ連結されている。 24は減速軸の軸 受け、 25はボイラ 50からの蒸気配管である。なお、加熱ドラム 22に供給された蒸気 は冷えて温水となりボイラ 50へ戻され、再加熱して使用している。

[0019] 下水汚泥は汚泥乾燥機 20で含水率 40〜20%の乾燥汚泥とし、乾燥汚泥供給手 段 27で次工程の熱分解炉 30の供給ホッパ 32へ運ばれる。なお、乾燥汚泥供給手 段 27は、ここでは、フレックスコンベア（横桟の付いたベルトコンベア）を使用している

[0020] 熱分解炉 30は、乾燥汚泥を酸素不足の状態で無火炎燃焼させるもので、図 3およ び図 4に示すように、炉体は 1. 8m X l . 8m X l . 8mの立方体状であり、上炉体 31a 、中炉体 31b、下炉体 31cおよび脚 3 Idをボルトとナットで締結して一体に構成して いる。即ち、上炉体 31aの下端と中炉体 31bの上端には、 L字状の取付部材 31eが 対向して固設されており、中炉体 31bの下端と下炉体 31cの上端には同様に取付部 材 31eが対向して固設されており、断熱材を挟んでボルトとナットで締結されている。 さらに、下炉体 31dの下端には同様に取付部材 31eが固設され、脚 31dの上端付近 に固設された取付部材 3 leと連結されて 、る。

[0021] 炉体 31の上面には、乾燥汚泥供給手段 27が連結された供給ホッパ 32と、燃焼ガ スを導入して処理する処理水槽 33とが設けられている。ホッパ 32の下部には乾燥汚 泥の供給時に開口されるシャツタ 32aを備えている。

処理水槽 33には処理水が貯留されており、処理水を供給するための供給口 33aと 、取り出すための排出口（図示してない）と、処理済みの排気を放出するための煙突 33cが設けられている。なお、 33bは炉内のガスを処理水槽 33へ導くための煙道で ある。

[0022] 中炉体 31bの下部周囲には、掃除用の点検窓が設けられ、点検蓋 31Aが付設さ れている。また、下炉体 31cには、火種を供給するための焚口 31Dと、灰を取り出す ために使用する灰取出口 31Eが設けられ、側面には掃除用の点検窓が設けられ、 点検蓋 31Bが付設されている。また、下炉体 31cの底部には廃棄物の蒸留液を排出 するための排出口 31Rが設けられている。

[0023] 炉内には熱交 が側壁力 若干離して設けられ、下部には底部材 38が設け られている。そして、底部材 38の下部には灰取出ボックス 39が固設され、底部材 38 は、中央部が切り欠かれ、シャッター 38aを設けて開閉可能としている。なお、 38bは 、灰が塊として灰取出ボックス 39へ落下することを防止するための桟である。

[0024] 底部材 38の上部左右には断面が台形状の空調室 37が設けられており、側壁に固 設した吸気部材 35と連通しており、外気を自然流入させている。空調室 37は中央部 へそれぞれ外気を放出するための送出材 37aを複数個備えている。

[0025] 吸気部材 35は、取り入れる外気の量を制御するための吸入量調整弁を備えている 。なお、本実施例では設けていないが、吸気部材 35の先端に永久磁石を設けて、外 気を磁場を通して取り入れるようにすれば、よりダイォキシンなどの有害物質の生成 を抑制できる。

熱交換器 40の内側には若干間隔を設けて保護板 36が立設され、また、空調室 37 の上端部には排水受け 37bが設けられている。さらに、炉内天井部には、炉内壁へ 向かって下降傾斜する案内板 31fが付設されている。

[0026] 熱交^^ 40は、図 5に示すように、 4個の熱回収材 40Aをそれぞれ側壁から 10〜 15cm離して四方を囲むように配置し、上端をステー 34で炉体 31に支持して 、る（図 4参照)。

熱回収材 40Aは、樋付板 40aと覆い板 40cと力らなり、重ね合わせて周囲を溶着し ている。なお、図 5では覆い板 40cを外した状態で示している。また、 40fは炉壁に固 定するための取付用孔である。

[0027] 樋付板 40aは、矩形の板に横に長 、樋材 40bが一定の間隔で固設されたものであ り、両端部は、交互に切欠かれている。そして、最上段の右端には吸入管 40dが付 設されており、最下段の左端には流出管 40eが付設されている。

このように構成されているので、覆い板 40cが溶着された状態では、熱回収材 40A の吸入管 40dから供給された水は最上段の樋材 40bに仕切られた樋を左方へ流れ、 左端で次の下の段に移動して右方へ流れ、右端では次の段へ移動し最下段で流出 管 40eから排出される。そして、流出管 40eは隣接する熱回収材 40Aの吸入管 40d にホース 40gで連結されて!、るので、熱媒体である水は隣りの熱回収材 40Aへ流れ 、同様にして次の熱回収材 40Aへと流れ、流出管 40eからボイラ 50および温水タン ク 55へ送り出される。 なお、熱回収材 40Aはそれぞれ、炉体 31に支持されており、互いに連結されては いない。

[0028] ボイラ 50は、図示してな 、高圧蒸気溜を備え、熱交換器 40で乾燥汚泥の処理によ り加熱された温水 (摂氏 90〜95度）を取り入れ、これを加熱して発生した蒸気を汚泥 乾燥機 20の加熱ドラム 22へ送り込んでいる。温水タンク 55は、熱交換器 40からの温 水を貯留するもので、風呂や洗面所などとも配管で連結されている。

[0029] このように、構成された熱分解給湯装置の作用について次に説明する。なお、熱分 解給湯装置は、ここでは、下水処理場に設置されたものとして説明する。

下水汚泥は含水率を 75〜85%に脱水処理されてから、汚泥タンク 10へ送られ貯 留される。貯留された下水汚泥は、送給ポンプ 11によって汚泥乾燥機 20の供給ホッ パ 26へ送り込んでいる。なお、供給ホッパ 26はある程度下水汚泥を貯留できるので 、これが所定量以下になったとき、送給ポンプ 11が作動するようにしている。

[0030] 下水汚泥は、回転している 2個の約摂氏 100〜120度の加熱ドラム 22へ上方から 供給され、一定の厚さで加熱ドラム 22に吸着して乾燥する。そして図示してない搔取 刃で搔き取られ、含水率力 0〜20%の乾燥汚泥となる。

この乾燥汚泥は、乾燥汚泥供給手段 27によって熱分解炉 30へ所定量連続して送 られる。

[0031] 熱分解炉 30の底部材 38上に供給された乾燥汚泥は、炉内で酸素不足の状態で 無火炎燃焼させる。できるだけ、良好な燃焼が行われるように、炉内温度を見ながら 、乾燥汚泥の供給量や、吸気部材 35の吸入量調整弁を調整して吸入外気を制御す る。

なお、最初に乾燥汚泥に点火するときは、焚口 31Dを開けて種火 (例えば、新聞紙 を丸め着火したもの)を直接乾燥汚泥に投入する。

[0032] 乾燥汚泥は、この無火炎燃焼してセラミックス灰になる。投入された乾燥汚泥は処 理が進むにつれ、体積が極端に減少 (約 1Z300)し下降するので、セラミック灰は頻 繁に取出さなくてもよい。

炉内温度は無火炎燃焼によって摂氏 300〜350度となり、上方に積み重なつてい る乾燥汚泥は加熱されて水分が蒸発するとともに乾留ガスが発生する。 [0033] この蒸気を含んだ乾留ガスは、炉内を上昇し保護板 36の裏側に回って、冷やされ て乾留液となり熱交換器 40ゃ炉内壁を伝って流下し、空調室 37の裏側を通って、排 出口 31Rから炉外へ取り出される。

ガスは炉の上部の処理水槽 33内へ導かれ、冷却することによってタール成分を除 去し、煙突 33cから別途有害成分や臭いを除去する装置へ送られる。なお、処理水 槽 33内に貯水された水は、木酢と同様なもので、凝集剤で固めて再度処理炉に投 人してセラミック灰とすることちでさる。

乾留液には種々の成分が含まれており、タールとなって排水受け 37a背部あたりに 貯まるので、時々点検蓋 31 Aを開放して掃除を行う。

[0034] 熱交 に供給された水 (ここでは井戸水を使用）は、順次循環しながら熱を吸 収して昇温し、炉体外へ取り出され、ボイラ 50および温水タンク 55へ送られる。なお 、取出される温水は、摂氏 90〜95度になるように、流出量を制御している。

[0035] ボイラ 50では、この温水を加熱して蒸気にする。そして、これを汚泥乾燥機 20の加 熱ドラム 22へ送り込み、その表面を加熱している。また、温水タンク 55に送られた温 水は、暖房に使用するほか、風呂や洗面に使用するなど自由である。

なお、炉内温度は通常、 350度 Cより高くはならないので、熱交換器 40の耐熱に対 する対策は特に必要とはしない。

[0036] 次に、熱交翻の別の実施例を、図 6〜図 10に基づいて説明する。

図 6の熱交換器 41は、上記と同様、樋付板 41aに覆い板 41cを重ね合わせて溶着 した熱回収材 41Aを 4枚で構成して 、る。

樋付板 41aは、矩形の板にプレスによって横に長い半円状の樋部 41bを一定の間 隔で形成するとともに、両端部は、継ぎ部が形成されている。そして、覆い板 41cが 固設された状態では、桶部 41bの谷の部分が覆い板 41cに連続して溶着している。 なお、 4 Ifは熱回収材 41 Aを炉壁に固定するための取付用孔である。

[0037] このように構成されているので、上記の実施例と同様に熱媒体が熱回収材 41Aを 順次移動して加温されて取出される。なお、上記の実施の形態では、覆い板 41cは 平板状のものとした力 これも樋付板 41aと同じものとして、流路を略円形としてもよい [0038] 図 7に示す熱交換器 42は、平板状の基材 42cに四方の端部が折り曲げられた皿状 の容器材 42aが溶着され、薄い直方体の容器を形成し、内部に補強材 42bが水平に 2個固設された熱回収材 42Aを上記と同様、 4枚力 構成されている。

そして、上端部の一方に吸入管 42dが、他方には流出管 42eが固設されている。吸 入管 42dは、先端部は容器材 42aの底部まで延設されている。なお、 42fは熱回収 材 42Aを炉壁に固定するための取付用孔である。

[0039] このように構成されて 、るので、最上段の右端に固設された吸入管 42dから供給さ れた水は熱回収材 42Aの底部へ供給され、炉内の温度によって暖められ温度の高 いものが熱対流によって上昇する。補強板 42bはその端部側が交互に切欠かれ、吸 入管 42dの供給水が流出管 42eへ短絡しないように邪魔板としても機能する。熱回 収材 42Aの流出管 42eは、隣りの熱回収材 42Aの吸入管 42dに連結されて 、るの で、熱媒体である水は隣の熱回収材 42A順次流れ、炉体 31外へ取り出される。

[0040] 図 8に示す熱交換器 43は、熱回収管 43aを略正方形状に卷回し螺旋状に上方へ 重ねて配置している。なお、 43bは支柱であり、熱回収管を正方形状に卷回し易くす るためのガイドとなり、また、形状を保持するように補強するものである。

[0041] 図 9に示す熱交換器 44は、図 8の別の実施例を示すもので、熱回収管 44aは横方 向へ二重になるように順次折り返しながら配置している。なお、図 9では一辺しか記載 してないが、四方とも設けられている。

[0042] 図 10に示す熱交換器 45は、熱回収管 45aを縦方向へ順次折り返しながら炉内の 側壁に沿わせて、配置されている。

[0043] なお、上記の実施態様では、一つの熱回収材から流出したものを、隣の熱回収材 へ順次供給するようにしたもので説明したが、各熱回収材毎に熱媒体を供給して回 収するようにしてちょい。

Claims

請求の範囲

[1] 有機汚泥を 40〜20%の含水率の乾燥汚泥にする汚泥乾燥機と、該乾燥汚泥を酸 素不足の状態で無火炎燃焼させる熱分解炉と、該熱分解炉内に該乾燥汚泥を囲む ように配置した熱交換器と、該熱交換器に配管接続され該汚泥乾燥機に蒸気を供給 するボイラとからなる熱分解給湯装置であって、該汚泥乾燥機は、該ボイラ力もの蒸 気によって加熱される加熱ドラムと、該加熱ドラム面に貼着した乾燥汚泥を搔き取る 搔取刃とを備え、該熱分解炉は、炉内に取り入れる外気の量を調整可能な吸気部材 を炉体に備えるとともに、炉内の底部に乾燥汚泥の蒸留液が流下収集するように構 成し、これを取出す排出口を設けたことを特徴とする有機汚泥を燃料とする熱分解給 湯装置。

[2] 前記熱分解給湯装置に有機汚泥を収容する汚泥タンクを備え、有機汚泥を該汚泥 タンクから前記汚泥乾燥機の上部に設けた供給ホツバへ搬送する汚泥搬送手段と、 前記汚泥乾燥機から乾燥汚泥を熱分解炉へ供給する乾燥汚泥供給手段を備え、自 動的に有機汚泥を搬送することを特徴とする請求の範囲 1記載の有機汚泥を燃料と する熱分解給湯装置。

[3] 前記熱交換器は、熱媒体を流通させる流路を形成させた略平板状の熱回収材を 炉内に側壁力 離して乾燥汚泥を囲むように複数個配置したことを特徴とする請求 の範囲 1記載の有機汚泥を燃料とする熱分解給湯装置。