(57)【要約】      （修正有）【課題】クリンカが生じることがない下水汚泥の燃焼装置を提供する。【解決手段】円筒形ケーシング内の上部に多数の空気孔を有するスクリュー状の火格子を、ケーシングの側面及び火格子を回転させる中空の軸に燃焼空気を送り込む空気孔を多数開けると共に、ケーシングの上部から乾燥した下水汚泥をバイオマス燃料と混合して供給、火格子上でクリンカが生じることが無い低い温度で燃焼させるようにした。又、ケーシングの下部の灰貯留部に臼を設け、臼とスクリュー状の火格子を回転させて、燃焼後の灰が灰貯留部の底より排出されるようにした。【選択図】図４
2020071015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形のケーシング内の上部に一巻き半程度の高低差の大きいスクリュー状の火格子を格納し、該スクリュー状の火格子には多数の空気孔が開けられ、該ケーシングの側面には燃焼空気が送り込まれる空気孔が多数開けられ、該空気孔に沿ってケーシング外周部に燃焼空気を送り込むための中空リング状の輸送管が備え付けられ、該ケーシング下部には灰貯留部が設けられ、該灰貯留部の底には該ケーシング下部に設けられた石臼の上臼の穴へと続く穴が数個開けられ、その穴へと灰を送り込む為のガイドが該ケーシングに備え付けられ、上臼と下臼を支える中空の軸は該スクリュー状の火格子を支える中空の軸と連結されており、該両軸は炉体外部に備え付けられたモーターにより回転する構造で、軸底部から燃焼空気が送り込まれ、該ケーシング内の軸には多数の空気孔が開けられ、該ケーシング内へ燃焼空気が送り込まれる構造となっており、該ケーシングと該下臼は炉体に固定され、該上臼と該スクリュー状の火格子が回転し、燃焼後の灰が該灰貯留部の底より排出されることを特徴とするバイオマス燃焼炉。
【請求項２】
円筒形のケーシング内の上部に一巻き半程度の高低差の大きいスクリュー状の火格子を格納し、該スクリュー状の火格子には多数の空気孔が開けられ、該ケーシングの側面には燃焼空気が送り込まれる空気孔が多数開けられ、該空気孔に沿ってケーシング外周部に燃焼空気を送り込むための中空リング状の輸送管が備え付けられ、該ケーシング下部には灰貯留部が設けられ、該灰貯留部の軸には台錘状のガイドが備えつけられ、該ケーシングの側面に向かい傾斜を持つ構造とし、該ケーシング底部の側面付近には多数の穴が開けられており、該ケーシング下部には特殊な形状に加工されたフランジが連結しており、該フランジは上下段差の付いた円柱形をしており、該フランジを支える中空の軸は該スクリュー状の火格子を支える中空の軸と連結されており、該両軸は炉体外部に備え付けられたモーターにより回転する構造で、軸底部から燃焼空気が送り込まれ、該ケーシング内の軸には多数の空気孔が開けられ、該ケーシング内へ燃焼空気が送り込まれる構造となっており、該スクリュー状の火格子と該フランジが回転することにより炉体に固定された左右の棒により上下稼動するよう、該フランジは、左右同パターンの溝の付けられたリング状のパーツを上部に軸で連結しており、該パーツは上部に該ケーシング底部の側面付近の穴に貫通する棒状の突起物を有し、該フランジが回転運動するごとに、該突起物が該ケーシング底部の穴を上下移動し灰貯留部の灰を掻き出すことを特徴とするバイオマス燃焼炉。
【請求項３】
請求項１記載のバイオマス燃焼炉の円筒形のケーシング部と石臼部分の間に請求項２記載のフランジと上部パーツを挟む構造とし、該フランジに下部石臼の上臼の穴へと続く穴を加工し、請求項１記載による灰の排出機能と請求項２記載の灰の排出機能を併せ持たせたことを特徴とするバイオマス燃焼炉。
【請求項４】
上部か解放されたケーシング内に乾燥後の下水汚泥および木質系バイオマス燃料を詰め、上部から点火し、該ケーシング底部からブロワーにより空気を排出させ燃焼空気の流れを通常の燃焼炉とは逆向きに流し、燃料どうしの接触熱により延焼を促し、炎を用いることなく通常の燃焼炉に比べ低温域で燃やすことで、クリンカを発生せせることなく下水汚泥を燃焼処理し、その燃焼熱を用い石臼を加熱し、脱水後の下水汚泥を通過させることで、該脱水後の下水汚泥を乾燥させるプロセスを特徴とする下水汚泥の処理方法。
【請求項５】
上部が解放された円筒形ケーシングを有し、該円筒形ケーシングはその下に空気を排出する排気口を備えたフィルター部と接続され、該フィルター部にはフィルター素材が敷き詰められ、上部に空気孔が多数開けられた仕切り板がはめ込まれ、該仕切り板の中央部は円錐形に加工され、該円筒形ケーシング内の燃料が燃焼後、該円筒形ケーシングの側面へと流れやすい構造をしており、該円筒形ケーシングの底部に設けられた中空リング状のバキューム通路から該円筒形ケーシング側面に設けられた下向きの吸い込み口により、燃焼後該円筒形ケーシングの底部に堆積した灰を吸い上げられるようになっている。そして炉外へと続くバキューム管には密閉弁が有り、バキューム時以外は該円筒形ケーシング内の燃焼空気の流れを阻害しない作りになっており、これらの部分からなる燃焼炉の上には、燃焼熱を上部に送り込み、上部に設置された石臼を支える杯状のパーツが接続され、該杯状のパーツは、木質系バイオマス燃料を投入するための受け皿として、また乾燥され・粉体化された脱水後の下水汚泥の受け皿としての働きを持ち、底部円筒形の支柱部分には該円筒形ケーシング内に貯まった燃料に点火するためのバーナーを具備している。該杯状のパーツ中央上部には円机状の土台の上に石臼が設置されており、該石臼の上部には、上臼の上部から脱水後の下水汚泥を注入するためのケーシングが備えつけられている。該ケーシングは上下二つの部分からなり、下部の底部には上臼から下臼へと作られた穴に合わせた穴が開けられ、中心部にはモーターへと続く軸を通すための穴も存在し、上臼と固定され上臼の回転とともに回転するようになっており上部は開放されている。該ケーシングの上部パーツは円筒形二つを重ねた構造であり、上部の面によって二つの円筒形は接続され、内側の円筒形は上面も底面も開放され、全体として底面は開放された作りをしており、側面には脱水後の下水汚泥を圧送機により圧送するための管が接続されているが、該下部のパーツとは接続されず、該下部パーツ内へすっぽりはめ込むだけの仕組みであり上臼や該下部パーツが回転しても回転しない。該上下二つからなるケーシングは半密閉となり、脱水後の下水汚泥を圧送することで下の石臼へ確実に搬送することができる構造となっている。炉外には上臼を回転させるモーターが備えつけられ、軸を介して上臼の中心部へと接続されていることを特徴とする、下水汚泥の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は回転する二個の平行に向き合うドラムを上部に一組又は複数組備え、下部にバイオマス燃焼炉を備えて一体化した下水汚泥の処理装置に用いる下部バイオマス燃焼炉と、クリンカを発生させることなく下水汚泥を乾燥・粉砕・燃焼処理する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  既存の下水汚泥処理において下水汚泥を脱水するまでの技術工程は確立されており、その後の処理に大量の重油を必要とすることから、バイオマス燃料のみで下水汚泥の処理を完結できる装置が必要とされるものの、下水汚泥を燃焼処理する炉は非常に高温となるため、燃焼処理する過程でクリンカを発生させてしまう。燃焼させることのみが目的であればクリンカの発生を許容しながら燃焼処理を継続すればよいものの、下水汚泥の燃焼処理においては、運転中燃焼部から除去しなければ高温でガラス質化し、粘性を持ち始め、ダマとなり、その後の処理物を取り込んで雪だるま式に増えてしまい、良好な燃焼処理を継続できないことや、処理後は塊として固形化し灰とはいえない残留物となり、望ましい物性でないことから問題とされている。また、下水汚泥を乾燥させずそのままバイオマス燃焼炉で燃焼処理することは難しいことから、連続性を持った下水汚泥の乾燥技術も重要な課題であり、さらに乾燥後の下水汚泥を、粉砕機等で粉砕し、粉体にする工程を加えると燃焼処理しやすくなることから、実際の処理工程において必要な要素となる。以上を踏まえ、今一度下水汚泥の処理に必要な処理工程についてまとめると、脱水工程以降、乾燥、粉砕、燃焼という工程であり、一つ一つの工程をばらばらの装置を用いて個別に装置を稼働させる処理システムを構築すること自体は容易であるが、そのような処理システムは規模も大きくなるうえ燃料がかさむ。バイオマスによる下水汚泥の処理において、乾燥工程と粉砕工程、燃焼工程は不可分な関係性を持った技術となっている点は非常に重要であり、これを一つの装置内において効率よく処理を完結できる処理装置が存在しないことから、本発明の意義が見出される。技術分野としては別のものとなるが、下水汚泥を改質化しガスや水素を得る下水汚泥の有効利用は実用化されているものの、改質後残留した汚泥についても燃焼処理は必要であり、バイオマス燃料のみで処理できる装置は重要である。【０００３】  本発明はすでに実用新案登録されているダブルドラム・燃焼炉一体型下水汚泥処理装置の下部バイオマス燃焼炉の形態を限定し、クリンカの発生を最小限に抑えつつ継続して燃焼処理できるバイオマス燃焼炉の開発と、バイオマス燃料のみを用い、クリンカを発生させることなく下水汚泥を乾燥・粉砕・燃焼処理する方法とそれに用いる装置に関するものである。
【先行技術文献】
【実用新案文献】
【０００４】
【実用新案文献１】
実願２０１７−００１８６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  既存の下水汚泥処理において下水汚泥を脱水するまでの工程は確立されており、その後乾燥、粉砕、燃焼させる工程において、重油等の液体燃料を用いず、効率よく処理する方法や装置が必要とされる。また、処理の過程でどうしても発生してしまうクリンカの問題は未だ解決されていない。この問題に対処しうる処理方法や処理装置の開発が課題となる。【０００６】  そこで本発明では、すでに実用新案登録されているダブルドラム・燃焼炉一体型下水汚泥処理装置の下部バイオマス燃焼炉の形態を限定し、クリンカの発生を最小限に抑えつつ継続して燃焼処理できるバイオマス燃焼炉と、重油等の液体燃料を用いず、クリンカを発生させることなく下水汚泥を乾燥・粉砕・燃焼処理する方法とそれに用いる装置について示していく。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明の下水汚泥の処理装置と処理方法は、上記の目的を達成するため、次の手段を採った。すなわち、円筒形のケーシング内の上部に一巻き半程度の高低差の大きいスクリュー状の火格子を格納し、該スクリュー状の火格子には多数の空気孔が開けられ、該ケーシングの側面には燃焼空気が送り込まれる空気孔が多数開けられ、該空気孔に沿ってケーシング外周部に燃焼空気を送り込むための中空リング状の輸送管が備え付けられ、該ケーシング下部には灰貯留部が設けられ、該灰貯留部の底には該ケーシング下部に設けられた石臼の上臼の穴へと続く穴が数個開けられ、その穴へと灰を送り込む為のガイドが該ケーシングに備え付けられ、上臼と下臼を支える中空の軸は該スクリュー状の火格子を支える中空の軸と連結されており、該両軸は炉体外部に備え付けられたモーターにより回転する構造で、軸底部から燃焼空気が送り込まれ、該ケーシング内の軸には多数の空気孔が開けられ、該ケーシング内へ燃焼空気が送り込まれる構造となっており、該ケーシングと該下臼は炉体に固定され、該上臼と該スクリュー状の火格子が回転し、燃焼後の灰が該灰貯留部の底より排出されることを特徴とするバイオマス燃焼炉を設計。【０００８】  円筒形のケーシング内の上部に一巻き半程度の高低差の大きいスクリュー状の火格子を格納し、該スクリュー状の火格子には多数の空気孔が開けられ、該ケーシングの側面には燃焼空気が送り込まれる空気孔が多数開けられ、該空気孔に沿ってケーシング外周部に燃焼空気を送り込むための中空リング状の輸送管が備え付けられ、該ケーシング下部には灰貯留部が設けられ、該灰貯留部の軸には台錘状のガイドが備えつけられ、該ケーシングの側面に向かい傾斜を持つ構造とし、該ケーシング底部の側面付近には多数の穴が開けられており、該ケーシング下部には特殊な形状に加工されたフランジが連結しており、該フランジは上下段差の付いた円柱形をしており、該フランジを支える中空の軸は該スクリュー状の火格子を支える中空の軸と連結されており、該両軸は炉体外部に備え付けられたモーターにより回転する構造で、軸底部から燃焼空気が送り込まれ、該ケーシング内の軸には多数の空気孔が開けられ、該ケーシング内へ燃焼空気が送り込まれる構造となっており、該スクリュー状の火格子と該フランジが回転することにより炉体に固定された左右の棒により上下稼動するよう、該フランジは、左右同パターンの溝の付けられたリング状のパーツを上部に軸で連結しており、該パーツは上部に該ケーシング底部の側面付近の穴に貫通する棒状の突起物を有し、該フランジが回転運動するごとに、該突起物が該ケーシング底部の穴を上下移動し灰貯留部の灰を掻き出すことを特徴とするバイオマス燃焼炉を設計。【０００９】  請求項１記載のバイオマス燃焼炉の円筒形のケーシング部と石臼部分の間に請求項２記載のフランジと上部パーツを挟む構造とし、該フランジに下部石臼の上臼の穴へと続く穴を加工し、請求項１記載による灰の排出機能と請求項２記載の灰の排出機能を併せ持たせたことを特徴とするバイオマス燃焼炉を設計。【００１０】  上部か解放されたケーシング内に乾燥後の下水汚泥および木質系バイオマス燃料を詰め、上部から点火し、該ケー���ング底部からブロワーにより空気を排出させ燃焼空気の流れを通常の燃焼炉とは逆向きに流し、燃料どうしの接触熱により延焼を促し、炎を用いることなく通常の燃焼炉に比べ低温域で燃やすことで、クリンカを発生せせることなく下水汚泥を燃焼処理し、その燃焼熱を用い石臼を加熱し、脱水後の下水汚泥を通過させることで、該脱水後の下水汚泥を乾燥させるサイクルを作り出す。【００１１】  上部が解放された円筒形ケーシングを有し、該円筒形ケーシングはその下に空気を排出する排気口を備えたフィルター部と接続され、該フィルター部にはフィルター素材が敷き詰められ、上部に空気孔が多数開けられた仕切り板がはめ込まれ、該仕切り板の中央部は円錐形に加工され、該円筒形ケーシング内の燃料が燃焼後、該円筒形ケーシングの側面へと流れやすい構造をしており、該円筒形ケーシングの底部に設けられた中空リング状のバキューム通路から該円筒形ケーシング側面に設けられた下向きの吸い込み口により、燃焼後該円筒形ケーシングの底部に堆積した灰を吸い上げられるようになっている。そして炉外へと続くバキューム管には密閉弁が有り、バキューム時以外は該円筒形ケーシング内の燃焼空気の流れを阻害しない作りになっており、これらの部分からなる燃焼炉の上には、燃焼熱を上部に送り込み、上部に設置された石臼を支える杯状のパーツが接続され、該杯状のパーツは、木質系バイオマス燃料を投入するための受け皿として、また乾燥され・粉体化された脱水後の下水汚泥の受け皿としての働きを持ち、底部円筒形の支柱部分には該円筒形ケーシング内に貯まった燃料に点火するためのバーナーを具備している。該杯状のパーツ中央上部には円机状の土台の上に石臼が設置されており、該石臼の上部には、上臼の上部から脱水後の下水汚泥を注入するためのケーシングが備えつけられている。該ケーシングは上下二つの部分からなり、下部の底部には上臼から下臼へと作られた穴に合わせた穴が開けられ、中心部にはモーターへと続く軸を通すための穴も存在し、上臼と固定され上臼の回転とともに回転するようになっており上部は開放されている。該ケーシングの上部パーツは円筒形二つを重ねた構造であり、上部の面によって二つの円筒形は接続され、内側の円筒形は上面も底面も開放され、全体として底面は開放された作りをしており、側面には脱水後の下水汚泥を圧送機により圧送するための管が接続されているが、該下部のパーツとは接続されず、該下部パーツ内へすっぽりはめ込むだけの仕組みであり上臼や該下部パーツが回転しても回転しない。該上下二つからなるケーシングは半密閉となり、脱水後の下水汚泥を圧送することで下の石臼へ確実に搬送することができる構造となっている。炉外には上臼を回転させるモーターが備えつけられ、軸を介して上臼の中心部へと接続されていることを特徴とする、下水汚泥の処理装置を設計。
【発明の効果】
【００１２】  スクリュー状の火格子に高低差を大きめにつけることで燃焼物は火格子の回転と燃焼空気の風圧で下部灰貯留部へと移動し、高温になる火格子の上へ滞留しにくくなる。結果として高温による汚泥のガラス質化を防ぎ良好な処理を継続することができる。本発明においてスクリューはあくまで動く火格子としての役割であり下部に灰貯留部を設け、スクリューが下まで続いていない構造で、搬送が目的ではないため回転方向は時計まわりでも、反時計回りでも構わない（石臼の溝の模様については限定しないが、回転方向の定まった溝の模様を使用するのであれば、回転方向はそれに合わせることになる）。【００１３】  燃料が長時間にわたり高温の火格子に滞留しにくい構造であり、燃焼部分への長時間の滞留により粘性を持ち火格子にへばりつき始めることが起きにくくなる為、運転中火格子上からクリンカを手作業で除去する作業が不要となる。なお、請求項１、請求項２及び請求項３記載の燃焼炉の運転開始時には、あらかじめ灰貯留部に灰を貯めた状態から運転を開始する運転となる。回転運動とともに燃料が下へずり落ちていく運転になり、火格子から時間の経過とともに少しずつ処理後の灰を遠ざける運転となる。【００１４】  請求項４、請求項５記載の発明にあっては、クリンカが発生しないことが最大の効果であり、重油等の液体燃料は一切不要なことも下水汚泥の処理にとり大きな効果である。通常の燃焼炉では火格子上で炎を燃え上がらせる運転が良好な状態であるため、火格子上の温度、いわゆる燃焼部分の温度は９００度位まで上昇してしまう。運転上の安定性のために重油等の液体燃料を投入すればなおさらである。これでは、どんなに火格子に動きをつけても、なかなかクリンカの発生を避けることは出来ないが、本発明の燃焼処理方法において燃焼部分は、下水汚泥が燃焼後にガラス質化してしまうまでの温度には達しない。【００１５】  下水汚泥の処理技術について、粉体化することで燃焼処理しやすくなるが、請求項５記載の下水汚泥の処理装置についての乾燥法は、下水汚泥が乾燥時に粉体化するため、装置内において粉体化の工程を達成する乾燥法であり、燃焼炉に投入する前に乾燥後の下水汚泥を別途粉砕機等で粉砕する必要がない。【００１６】  下水汚泥の処理装置を考えるにあたり、乾燥と燃焼は不可分な関係性にあることは非常に重要な点であるが、ダブルドラムと燃焼炉を一体化した装置でも、請求項５記載の処理装置においても、下水汚泥を燃焼処理することで得られる熱を、乾燥処理に必要とされるエネルギーに用いることで処理工程全体において大量に消費される燃料の負担を軽減できることは大きな効果である。異なる技術分野の話になるが、下水汚泥を改質して得られたガスを本発明のバーナーの燃料にすれば、下水汚泥の処理サイクル内での効率性は非常に大きなものとなる。【００１７】請求項５記載の装置における燃焼炉の部分において、バーナーの稼働タイミングは、運転上の重要な要素となる。バーナーに使用される燃料の経済性を考えれば、燃料が円筒形ケーシングの上部まで貯まったタイミングごとにバーナーを稼働させ、燃料に点火する運転が必要となり、センサー類を用いた工夫が必要となるものの、高温の炉に繊細なセンサ��機器を付加する工夫は非常に難しく、燃焼炉のみで装置を用いる運用は実用化しにくい点が大きい。本発明においては装置内上部が乾燥スペースとなっており、バーナーの熱を上部へ送り込む構造をしていることから、一定間隔ごとにバーナーを稼働させることで装置内上部の温度低下を防ぎ、安定した乾燥工程に繋がる利点があり、実際に必要な運転上の機能となっている。下部燃焼炉のみを単独で稼働させて下水汚泥の処理を行えば、このような運転方法は、ただの燃料の空焚きとなるものの、本発明の装置においては、高温装置内においてセンサー機器を必要としない実用的な運転方法をとることができる点で、装置の実用化において大きな効果である。【００１８】  請求項５記載の装置においては、上部に灰や煤を巻き上げる運転ではないことから、装置の清掃に関しての負担も軽くなる。装置として運転中に処理後の堆積物を燃焼部から除去できる仕組みにすることよって、下水汚泥の処理にとり非常に重要視される処理の連続性を確保できるとともに、灰貯留部から運転後に灰を除去する作業の負担も軽くなる。円筒形ケーシング底部に堆積した灰のバキュームのタイミングについても上記バーナーのタイミングと同様に、一定間隔ごとに作動させれば足りる。円筒形ケーシングから燃料があふれ出ないようにし、長時間にわたる連続運転を確保する目的が一義的なものであり、堆積した灰を底部から除去することで燃焼空気の流れを良くする効果は副次的な効果ある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】請求項１記載の下水汚泥のバイオマス燃焼炉と処理装置としての完成図である。
【図２】請求項２記載の下水汚泥のバイオマス燃焼炉である。
【図３】請求項３記載の下水汚泥のバイオマス燃焼炉である。
【図４】請求項５記載の下水汚泥の処理装置としての完成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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