(57)【要約】【課題】設置面積や動力費を削減することができ、焼却灰の飛散が少なく、しかも下水汚泥を安定して完全燃焼させることができる汚泥燃焼炉及び汚泥燃焼方法を提供する。【解決手段】回転円筒型のキルン１０の後端に再燃焼室１１を接続した汚泥燃焼炉である。キルン１０の長手方向に３か所以上の燃焼空気供給部２１−２３が形成されており、各燃焼空気供給部から供給される燃焼空気の合計空気比を０.８以上１.１以下とし、かつ最終段の燃焼空気供給部２３から供給される燃焼空気の空気比を、最前段の燃焼空気供給部２１から供給される燃焼空気の空気比よりも小さくした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転円筒型のキルンの後端に再燃焼室を接続した汚泥燃焼炉であって、
前記キルンの長手方向に３か所以上の燃焼空気供給部が形成されており、
前記燃焼空気供給部から供給される燃焼空気の合計空気比を０.８以上１.１以下とし、
かつ前記キルンの最終段の燃焼空気供給部から供給される燃焼空気の空気比を、最前段の燃焼空気供給部から供給される燃焼空気の空気比よりも小さくしたことを特徴とする汚泥燃焼炉。
【請求項２】
再燃焼室に供給される燃焼空気の空気比を０.２以上０.５未満とし、前記キルンと再燃焼室に供給される合計空気比を１.３以下としたことを特徴とする請求項１に記載の汚泥燃焼炉。
【請求項３】
燃焼空気供給部は、キルンの炉体の外周に形成されたエアチャンバと、キルンの炉体の周方向に複数形成された空気孔と、キルンの炉体の下方部のみにエアチャンバから空気孔を通じて燃焼空気の空気が供給されるように、エアチャンバの２か所に設けられたシール機構を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の汚泥燃焼炉。
【請求項４】
前記シール機構は、シール部材をヒンジで支持し、ウエイトによりキルンの炉体の外周面に接触させる構造であることを特徴とする請求項３に記載の汚泥燃焼炉。
【請求項５】
回転円筒型のキルンの後端に再燃焼室を接続した汚泥燃焼炉による汚泥燃焼方法であって、
前記キルンの長手方向に形成された３か所以上の燃焼空気供給部から供給される燃焼空気の合計空気比を０.８以上１.１以下とするとともに、燃焼空気の空気比を最前段では高く、最終段では低くすることにより、キルンに投入された汚泥の熱分解及び燃焼を促進し、キルンの燃焼ガスを空気比が０.２以上０.５未満とされた再燃焼室で完全燃焼させることを特徴とする汚泥燃焼方法。
【請求項６】
キルンの燃焼ガスの酸素濃度を再燃焼室で測定し、酸素濃度が１.９％を超えないように前記燃焼空気供給部から供給される燃焼空気量を制御することを特徴とする請求項５に記載の汚泥燃焼方法。
【請求項７】
キルンの炉体の周方向に複数形成された空気孔を通じて、キルンの炉体の下方部から汚泥に燃焼空気を供給することを特徴とする請求項５に記載の汚泥燃焼方法。
【請求項８】
キルンの最終段から移送されてきた焼却灰を、再燃焼室の底部から排出することを特徴とする請求項５に記載の汚泥燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥の焼却に用いられる汚泥燃焼炉及び汚泥燃焼方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、下水汚泥の焼却には、主として流動炉が用いられて来た。流動炉は下水汚泥を高温の流動砂と接触させて燃焼させる炉である。流動砂は汚泥と空気との接触効率、熱伝達効率を高め、汚泥の解砕、熱分解、燃焼を高速で行わせる役割を持つ。しかしこの流動砂を炉内で流動させるため、炉体の下部からの流動用空気の供給に要する圧力が大きく、流動ブロワの動力が多大であって動力費が嵩むという問題があった。また、燃焼空気が高速で炉内を上昇して行くため、ほとんどの焼却灰が後段の排ガス処理系へ飛散して行く。このため、大規模な集塵装置が必要となるという問題があった。
【０００３】
また、下水汚泥を他の産業廃棄物や一般廃棄物に混合して焼却する場合には、ロータリーキルン型の燃焼炉が用いられることがある。しかしロータリーキルン型の焼却炉においては、横型回転円筒内をすべり動く廃棄物に対して片側から空気あるいは熱風を供給する構造であり、廃棄物は拡散されにくい。このため空気あるいは熱風との接触効率も悪く、完全燃焼させるためには長い滞留時間が必要となる。このため、キルン長が大きくなり、設置面積や設備費が嵩むという問題があった。
【０００４】
なお特許文献１には、回転する本体筒とその端部に接続された燃焼筒とからなり、本体筒に供給される空気量を燃焼筒に向かって順次増加させたロータリーキルン型の燃焼炉が記載されている。この燃焼炉は汚泥ではなくゴミを燃焼させる炉であり、入口部の空気比を抑えながら次第に温度を高めて行く構造である。
【０００５】
しかしこの構造では、可燃分の大半が最終段の燃焼ゾーンで燃えることとなるため、キルン後段で局所的な高温場が形成され、炉体の耐熱上の問題が発生するおそれがある。また下水汚泥のような水分の多い対象物を燃焼させる場合には、空気比が抑えられた本体筒の入口部分では十分な乾燥・熱分解が行われず、中段以降で一気に燃焼状態となるため、燃焼時間不足により燃焼不十分となるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−１４６０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は上記した従来の課題を解決して、設置面積や動力費を削減することができ、焼却灰の飛散が少なく、しかも下水汚泥を安定して完全燃焼させることができる汚泥燃焼炉及び汚泥燃焼方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するためになされた本発明の汚泥燃焼炉は、回転円筒型のキルンの後端に再燃焼室を接続した汚泥燃焼炉であって、前記キルンの長手方向に３か所以上の燃焼空気供給部が形成されており、前記燃焼空気供給部から供給される燃焼空気の合計空気比を０.８以上１.１以下とし、かつ前記キルンの最終段の燃焼空気供給部から供給される燃焼空気の空気比を、最前段の燃焼空気供給部から供給される燃焼空気の空気比よりも小さくしたことを特徴とするものである。
【０００９】
なお、再燃焼室に供給される燃焼空気の空気比を０.２以上０.５未満とし、前記キルンと再燃焼室に供給される合計空気比を１.３以下とすることが好ましい。
【００１０】
また、燃焼空気供給部は、キルンの炉体の外周に形成されたエアチャンバと、キルンの炉体の周方向に複数形成された空気孔と、キルンの炉体の下方部のみにエアチャンバから空気孔を通じて燃焼空気の空気が供給されるように、エアチャンバの２か所に設けられたシール機構を備えたものであることが好ましい。
【００１１】
また、前記シール機構は、シール部材をヒンジで支持し、ウエイトによりキルンの炉体の外周面に接触させる構造であることが好ましい。
【００１２】
また上記の課題を解決するためになされた本発明の汚泥燃焼方法は、回転円筒型のキルンの後端に再燃焼室を接続した汚泥燃焼炉による汚泥燃焼方法であって、前記キルンの長手方向に形成された３か所以上の燃焼空気供給部から供給される燃焼空気の合計空気比を０.８以上１.１以下とするとともに、燃焼空気の空気比を最前段では高く、最終段では低くすることにより、キルンに投入された汚泥の熱分解及び燃焼を促進し、キルンの燃焼ガスを空気比が０.２以上０.５未満とされた再燃焼室で完全燃焼させることを特徴とするものである。
【００１３】
なお、キルンの燃焼ガスの酸素濃度を再燃焼室で測定し、酸素濃度が１.９％を超えないように前記燃焼空気供給部から供給される燃焼空気量を制御することが好ましい。
【００１４】
また、キルンの炉体の周方向に複数形成された空気孔を通じて、キルンの炉体の下方部から汚泥に燃焼空気を供給することが好ましい。
【００１５】
また、キルンの最終段から移送されてきた焼却灰を、再燃焼室の底部から排出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の汚泥燃焼炉及び汚泥燃焼方法によれば、汚泥が投入される回転円筒型のキルンの前段に供給される燃焼空気の空気比を高めたので、水分を含有する汚泥を速やかに乾燥・熱分解することができ、キルンの最終段に達するまでに燃焼を完了させることができる。また燃焼ガス中の未燃分は再燃焼室において完全燃焼される。このため従来のロータリーキルンよりも設備の小型化が可能となる。また本発明によれば流動用空気が不要となるので、動力費を削減することができるうえ、焼却灰が後段に飛散することもないので、排ガス処理設備を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の汚泥燃焼炉を示す概念的な断面図である。
【図２】燃焼空気供給部の断面図である。
【図３】シール機構の断面図である。
【図４】撹拌翼と空気孔を示す斜視図である。
【図５】実施例１の説明図である。
【図６】実施例２の説明図である。
【図７】比較例１の説明図である。
【図８】比較例２の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態を示す概念的な断面図であり、１０は回転円筒型のキルン、１１はその後端に接続された再燃焼室である。キルン１０は炉体１２の両端部外周に設けられたタイヤ１３をローラ１４で支持され、一定方向に低速で回転される。
【００１９】
キルン１０の両端部には回転しないフランジ部１５、１６が設けられている。入口側のフランジ部１５には汚泥投入機１７と、バーナ１８とが取り付けられている。この実施形態では汚泥投入機１７の上方に汚泥乾燥機１９と汚泥混合機２０とが配置されており、汚泥乾燥機１９で乾燥させた乾燥汚泥を汚泥混合機２０で脱水汚泥と混合し、汚泥投入機１７に送られる汚泥の含水率を一定となるように調整している。しかし汚泥乾燥機１９や汚泥混合機２０は本発明の必須要件ではなく、省略することも可能である。汚泥は汚泥投入機１７からキルン１０の内部に投入され、バーナ１８により加熱される。
【００２０】
キルン１０の長手方向には、３か所以上の燃焼空気供給部が形成されている。この実施形態では３か所であり、最前段の燃焼空気供給部２１、中段の燃焼空気供給部２２、最終段の燃焼空気供給部２３と呼ぶこととする。各燃焼空気供給部には燃焼空気配管２４を通じて燃焼空気が送られている。また各燃焼空気供給部に供給される空気量は、制御弁２５によって個別に調整されている。
【００２１】
図２に燃焼空気供給部の断面構造を示す。図示されるように、キルン１０の回転する炉体１２の外周には全周にわたりエアチャンバ２６が形成されている。また炉体１２には、周方向に複数のノズル状の空気孔２７が形成されている。図３、図４に示すように、炉体１２の内周面には一定間隔で撹拌翼２８が突設されているが、空気孔２７は撹拌翼２８の奥側の隠れる位置に開口しており、炉体１２内を転動している汚泥や焼却灰が空気孔２７を塞がない構造となっている。
【００２２】
さらに図２に示すように、エアチャンバ２６の下方の２か所に、シール機構３０、３１が設けられている。炉体１２の回転により汚泥や焼却灰は図２のように傾斜状態で移送されるが、シール機構３０はその下端部付近に配置され、シール機構３１はその上端部付近に配置されている。
【００２３】
図３に示すように、下側のシール機構３０は、ヒンジ３２で支持されたアーム３３の一端に炉体１２の外周面と接するシール材３４を取り付け、アーム３３の他端にウエイト３５を取り付けた構造である。また上側のシール機構３１は、図２に示されるようにシール材３４とウエイト３５がアーム３３の同一側に取り付けられている、いずれのシール機構もウエイト３５によって、シール材３４を常に一定の面圧で炉体１２の外周面に接触させており、摩耗や製作誤差によって炉体１２の外周面やシール材３４が変形した場合にも、シール性を維持することができる。
【００２４】
このような構造としたことによって、燃焼空気配管２４からエアチャンバ２６の下方に供給された燃焼空気はこれらのシール機構３０、３１によって遮られ、キルンの炉体の下方部のみにエアチャンバから空気孔を通じて燃焼空気の空気が供給され、エアチャンバ２６の上方部分にはほとんど供給されなくなる。その結果、燃焼空気は下部の空気孔２７を通じて汚泥や焼却灰の下側から供給されることとなり、従来のロータリーキルンに比べて汚泥と燃焼空気との接触効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００２５】
次に本発明における燃焼空気の配分について説明する。
図１に示すように、燃焼空気は燃焼空気配管２４からキルン１０に供給されるほか、燃焼空気配管４０から再燃焼室１１の下部と上部にも供給される。本発明では、複数の燃焼空気供給部からキルン１０に供給される燃焼空気の合計空気比を、０.８以上１.１以下とする。合計空気比を、０.８以上としたのは、これより低いと汚泥を十分に燃焼させることができないからである。また１.１以下としたのは、キルン１０の温度上昇を抑制するためである。
【００２６】
しかも本発明では、キルン１０に供給される空気比の配分を、最前段では高く、最終段では低くしている。この実施形態の場合には、キルン１０の内部は長手方向に最前段の燃焼空気供給部２１が設けられた乾燥・熱分解ゾーン４１、中段の燃焼空気供給部２２が設けられた熱分解ゾーン４２、最終段の燃焼空気供給部２３が設けられた燃焼ゾーン４３に大別されている。そしてそれぞれの空気比をｍ１、ｍ２、ｍ３とすると、ｍ１＞ｍ３、ｍ２＞ｍ３の関係とする。ｍ１とｍ２の大小関係は特に規定しないが、この実施形態ではｍ１＝ｍ２であり、例えばｍ１＝０.３５、ｍ２＝０.３５、ｍ３＝０.１５に設定されている。
【００２７】
上記のように空気比の配分を、最前段では高く、最終段では低くした結果、本発明では汚泥はキルン１０の入口の乾燥・熱分解ゾーン４１において十分に加熱される。また最終段の燃焼ゾーン４３における温度が過度に上昇することもない。このようにして、キルン１０の全長を従来のロータリーキルンより短縮しても、汚泥を完全に燃焼させることができる。
【００２８】
キルン１０の後端には再燃焼室１１が接続されており、キルン１０で生成された燃焼ガスと焼却灰は再燃焼室１１に流入する。図１に示すように、再燃焼室１１の中段には酸素濃度センサ４５が設置されており、キルン１０の燃焼ガスの酸素濃度を測定している。そしてこの酸素濃度が１.９％を超えないように前記燃焼空気供給部からキルン１０に供給される燃焼空気量を制御している。１.９％の酸素濃度は空気比１.１に相当するので、この制御によってキルン１０に供給される燃焼空気の合計空気比を１.１以下に維持することができる。
【００２９】
再燃焼室１１の下部にも燃焼空気供給口４６が設けられ、再燃焼室１１の酸素濃度センサ４５より上方位置にも燃焼空気供給口４７が設けられている。さらに再燃焼室１１の上端の排ガス排出部にも酸素濃度センサ４８が設けられている。燃焼空気供給口４６から供給される燃焼空気は、焼却灰中の未燃分を燃焼させる役割を持つ。焼却灰は再燃焼室１１の下部の排出口５０から排出される。
【００３０】
これらの燃焼空気供給口４６と燃焼空気供給口４７から供給される燃焼空気の空気比をそれぞれｍ４、ｍ５とすると、ｍ４＋ｍ５は０.２以上０.５未満に制御される。すなわち、再燃焼室に供給される燃焼空気の空気比を０.２以上０.５未満とする。この空気比は、キルン１０の燃焼ガスを完全燃焼させるために設定されたものである。そしてキルン１０と再燃焼室１１に供給される合計空気比であるｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋ｍ４＋ｍ５を、１.３以下とすることが好ましい。この合計空気比は、酸素濃度センサ４８により測定される酸素濃度が空気比１．３に相当する４.８％を越えないように、各燃焼空気量を調整することによって制御することができる。
【００３１】
このようにして、キルン１０の燃焼ガスは再燃焼室１１で完全燃焼され、焼却灰は再燃焼室１１の下部から排出される。本発明によれば従来の流動炉とは異なり流動用空気が不要となるので動力費が削減され、また焼却灰が飛散しないので後段の排ガス処理系を簡素化することができる。
【実施例】
【００３２】
次に本発明の実施例を示す。図５に示す実施例１は、含水率が７８％の下水脱水汚泥を１００ｔ/ｄ（トン/日）の処理速度で焼却する例である。
【００３３】
図５に示す通り、含水率が７８％の下水脱水汚泥を４３ｔ/ｄの速度で汚泥乾燥機に送り、含水率２０％の乾燥汚泥とした。この乾燥汚泥と含水率が７８％の下水脱水汚泥を、１１.９ｔ/ｄと５７ｔ/ｄの比率で汚泥混合機２０において混合し、含水率が６８％の汚泥とした。この汚泥を６８.９ｔ/ｄの速度でキルンに供給した。
【００３４】
キルンは３か所に燃焼空気供給部を備えた構造であり、２５０℃の燃焼空気が供給される。その配分は、図５に示される通り０.３５、０.３５、０.１５であり、合計空気比は０.８５である。また、乾燥・熱分解ゾーンの温度は３５０℃、熱分解ゾーンの温度は５００℃、最終段の燃焼ゾーンの温度は８００℃である。
【００３５】
汚泥はキルンの内部を移送される間に、乾燥、熱分解、燃焼の過程を経て燃焼され、燃焼ガスト焼却灰は再燃焼室に送られた。再燃焼室にも２５０℃の燃焼空気が供給され、中段に配置された酸素濃度センサにより測定された酸素濃度が空気比１．１に相当する１.９％を越えず、排ガス排出部に設置された酸素濃度センサにより測定された酸素濃度が空気比１．３に相当する４.８％を越えないように制御が行われた。排ガス温度は８８０℃である。このようにして汚泥を完全燃焼させることができ、また焼却灰を後段に飛散させることなく、再燃焼室の下部から取り出すことができた。
【００３６】
図６に示す実施例２では、キルンの内部に２５０℃の燃焼空気を、空気比が０.４、０.４、０.３となるように供給した。合計空気比は１.１である。また、乾燥・熱分解ゾーンの温度は４００℃、熱分解ゾーンの温度は６００℃、最終段の燃焼ゾーンの温度は９００℃である。再燃焼室にも２５０℃の燃焼空気が空気比０.２で供給され、中段に配置された酸素濃度センサにより測定された酸素濃度が空気比１．２に相当する３.５％を越えず、排ガス排出部に設置された酸素濃度センサにより測定された酸素濃度が空気比１．３に相当する４.８％を越えないように制御が行われた。排ガス温度は８８０℃である。この実施例でも、汚泥を完全燃焼させることができ、また焼却灰を後段に飛散させることなく、再燃焼室の下部から取り出すことができた。
【００３７】
図７に示す比較例１では、キルンに供給される燃焼空気の空気比を、０.３５、０.３５、０.６とした。合計空気比は１.３である。乾燥・熱分解ゾーンの温度は３５０℃、熱分解ゾーンの温度は５００℃、最終段の燃焼ゾーンの温度は８８０℃である。再燃焼室にも２５０℃の燃焼空気が空気比０.２で供給され、中段に配置された酸素濃度センサにより測定された酸素濃度は空気比１．４に相当する６％であり、排ガス排出部に設置された酸素濃度センサにより測定された酸素濃度は空気比１．５に相当する７％であった。
【００３８】
この比較例１では、キルンに供給される空気比の総和が１.３であり、最終段の燃焼ゾーンの温度が低下する傾向となった。またキルンと再燃焼室とを含む全体の空気比が１.５と多くなっているにも拘わらず、灰が完全燃焼していない。このため再燃焼室での灰燃焼空気が必要となった。
【００３９】
図８に示す比較例２では、キルンに供給される燃焼空気の空気比を、０.２５、０.２５、０.３５とした。合計空気比は０.８５である。乾燥・熱分解ゾーンの温度は１５０℃、熱分解ゾーンの温度は３００℃、最終段の燃焼ゾーンの温度は７５０℃である。再燃焼室にも２５０℃の燃焼空気が空気比０.４５で供給され、中段に配置された酸素濃度センサにより測定された酸素濃度は空気比１．１に相当する１.９％であり、排ガス排出部に設置された酸素濃度センサにより測定された酸素濃度は空気比１．３に相当する４.８％であった。
【００４０】
この比較例２では、キルンの１段目と２段目に供給される空気比が小さく、３段目の空気比が大きい。このためキルン内での燃焼が不十分となり、最終段の燃焼ゾーンの温度が低下した。また灰の未燃分が増加し、再燃焼室での灰を完全燃焼させることが難しくなった。このように、本発明の範囲を外れた比較例では、燃焼ゾーンの温度が低下し、また灰の完全燃焼が困難となった。
【符号の説明】
【００４１】
１０  キルン
１１  再燃焼室
１２  炉体
１３  タイヤ
１４  ローラ
１５  フランジ部
１６  フランジ部
１７  汚泥投入機
１８  バーナ
１９  汚泥乾燥機
２０  汚泥混合機
２１  最前段の燃焼空気供給部
２２  中段の燃焼空気供給部
２３  最終段の燃焼空気供給部
２４  燃焼空気配管
２５  制御弁
２６  エアチャンバ
２７  空気孔
２８  撹拌翼
３０  シール機構
３１  シール機構
３２  ヒンジ
３３  アーム
３４  シール材
３５  ウエイト
４１  乾燥・熱分解ゾーン
４２  熱分解ゾーン
４３  燃焼ゾーン
４４  酸素濃度センサ
４６  燃焼空気供給口
４７  燃焼空気供給口
４８  酸素濃度センサ
５０  排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020201004.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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