(57)【要約】【課題】含水有機廃棄物を加圧昇温して燃料化するに際しての安全性を高めることが可能な燃料化システムを提供する。【解決手段】燃料化システム１は、含水汚泥Ｗを圧送するポンプ３と、ポンプ３からの圧送物Ｗ’を加熱して燃料化する焼成炉７と、焼成炉７から排出された燃料化物Ｆを冷却する冷却機８と、冷却機８で冷却された燃料化物Ｆ’を貯蔵する減圧タンク１２とを備える。そして、焼成炉７からの燃料化物Ｆを減圧タンク１２に流送する流路９ａ〜９ｃ上に、焼成炉７側に配置された第３バルブ１０と、減圧タンク１２側に配置された第４バルブ１１とを設け、燃料化物Ｆを流送するにあたり、第４バルブ１１を閉じた状態で第３バルブ１０を開き、その後、第３バルブ１０を閉じるとともに第４バルブ１１を開く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水有機廃棄物を圧送する圧送手段と、
該圧送手段からの圧送物を加熱して燃料化する加熱手段と、
該加熱手段から排出された燃料化物を冷却する冷却手段と、
該冷却手段で冷却された燃料化物を貯蔵する貯蔵手段とを備え、
前記加熱手段からの燃料化物を前記貯蔵手段に流送する流路上に、該加熱手段側に配置された上流バルブと、該貯蔵手段側に配置された下流バルブとを設け、
前記燃料化物を流送するにあたり、前記下流バルブを閉じた状態で前記上流バルブを開き、その後、該上流バルブを閉じるとともに該下流バルブを開くことを特徴とする含水有機廃棄物の燃料化システム。
【請求項２】
前記冷却手段は、前記加熱手段から排出された燃料化物を冷却するとともに、前記上流バルブを冷却することを特徴とする請求項１に記載の含水有機廃棄物の燃料化システム。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記圧送手段によって圧送された圧送物を流送する複数の流路と、該複数の流路の軸線方向に沿って複数配置され、該複数の流路を支持する支持手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の含水有機廃棄物の燃料化システム。
【請求項４】
前記圧送手段と前記加熱手段との間に配置され、該加熱手段の廃熱を利用して前記圧送物を予熱する予熱手段を備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の含水有機廃棄物の燃料化システム。
【請求項５】
前記上流バルブ及び下流バルブの弁体は、直筒部の端部に、該端部より弁座部の方向に突出し、該弁座部に接離する凸状の着座部を有し、該着座部は、前記直筒部の外周面を該直筒部の軸線方向に平行移動させることによって生ずる仮想筒部内に位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の含水有機廃棄物の燃料化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含水率の高い汚泥、一般廃棄物、有機物等の含水有機廃棄物を燃料化する燃料化システムに関し、特に、含水有機廃棄物を加圧昇温して燃料化するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な有機性廃水の処理に伴って発生する汚泥、一般廃棄物、有機物等（以下、「汚泥等」という）の量が増加する傾向にある。このような汚泥等をそのままの状態で廃棄すると、地下水や河川等が著しく汚染される。そこで、環境汚染を防止する観点から、フィルタープレス等の分離手段によって汚泥等を固形状の脱水ケーキとろ過液に分離し、ろ過液については、無害化した上で河川等に放流し、また、脱水ケーキについては、資源としての再利用化を図っている。
【０００３】
汚泥等を分離手段に圧送する従来のシステムとして、例えば、特許文献１には、図４に示すように、汚泥等を圧送装置５１に供給する第１バルブ５２と、圧送装置５１に供給された汚泥等の脱気を行うため、圧送装置５１に直列に接続された第２バルブ５３、空気圧送室５４及び第３バルブ５５とを備える圧送システム５０が提案されている。
【０００４】
また、図４に示す圧送システム５０で用いる第１バルブ５２は、一般に、図５に示すように、流入口５２ａ、弁座５２ｂ及び吐出口５２ｃを備える汚泥流路５２ｄと、筒部５２ｆ、着座部５２ｇ及び凹部５２ｈを備える弁体５２ｅと、汚泥中のガスを排気するガス流路５２ｉとで構成される。また、第２バルブ５３及び第３バルブ５５のいずれも、上記第１バルブ５２と同様に構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２１６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のシステムは、汚泥等から分離した脱水ケーキを資源化するためのものであるが、近年、汚泥等を高温高圧の環境下に晒すことで燃料化に適した性状に変化する点に着目し、汚泥等を２０〜２５ＭＰａ程度の高圧で圧送しながら、３５０〜４００℃程度に昇温して燃料化する試みがなされている。
【０００７】
しかし、上記の燃料化システムにおいては、高温高圧状態の汚泥等を取り扱うことになるため、十分な安全対策を採ることが必要であり、特に、高温高圧状態の汚泥等を流送したり、燃料化が完了した汚泥等を貯蔵するにあたっての安全対策は、重要な課題となっている。
【０００８】
そこで、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、含水有機廃棄物を加圧昇温して燃料化するに際しての安全性を高めることが可能な燃料化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、含水有機廃棄物の燃料化システムであって、含水有機廃棄物を圧送する圧送手段と、該圧送手段からの圧送物を加熱して燃料化する加熱手段と、該加熱手段から排出された燃料化物を冷却する冷却手段と、該冷却手段で冷却された燃料化物を貯蔵する貯蔵手段とを備え、前記加熱手段からの燃料化物を前記貯蔵手段に流送する流路上に、該加熱手段側に配置された上流バルブと、該貯蔵手段側に配置された下流バルブとを設け、前記燃料化物を流送するにあたり、前記下流バルブを閉じた状態で前記上流バルブを開き、その後、該上流バルブを閉じるとともに該下流バルブを開くことを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明によれば、加熱手段からの燃料化物を貯蔵手段に流送するにあたり、下流バルブを閉じた状態で上流バルブを開き、その後、上流バルブを閉じるとともに下流バルブを開くように操作するため、流入量を制限しながら燃料化物を貯蔵手段に流送することができる。これにより、多量の燃料化物が一気に貯蔵手段へ流れ込んだり、貯蔵手段に過大な圧力が加わるのを回避することができ、上記の開閉操作を繰り返すことで、安全かつ連続的に燃料化物を流送することが可能になる。
【００１１】
前記含水有機廃棄物の燃料化システムにおいて、前記冷却手段が、前記加熱手段から排出された燃料化物を冷却するとともに、前記上流バルブを冷却することができる。これによれば、加熱手段で加熱された燃料化物が上流バルブに流入しても、上流バルブ内の熱劣化し易い部材や可燃性部材を保護することができ、上流バルブの長寿命化や事故防止を図ることが可能になる。
【００１２】
前記含水有機廃棄物の燃料化システムにおいて、前記加熱手段が、前記圧送手段によって圧送された圧送物を流送する複数の流路と、該複数の流路の軸線方向に沿って複数配置され、該複数の流路を支持する支持手段とを備えることができる。これによれば、複数の流路を流れる圧送物を同時に加熱することができるため、効率的に圧送物を加熱することが可能になる。また、支持手段によって複数の流路を支持するため、運転中の流路のがたつきなども抑えることが可能になる。
【００１３】
前記含水有機廃棄物の燃料化システムにおいて、前記圧送手段と前記加熱手段との間に配置され、該加熱手段の廃熱を利用して前記圧送物を予熱する予熱手段を備えることができ、これにより、運転中に発生した熱エネルギーをシステム内で有効に再利用することが可能になる。
【００１４】
前記含水有機廃棄物の燃料化システムにおいて、前記上流バルブ及び下流バルブの弁体を、直筒部の端部に、該端部より弁座部の方向に突出し、該弁座部に接離する凸状の着座部を有するように構成し、該着座部を、前記直筒部の外周面を該直筒部の軸線方向に平行移動させることによって生ずる仮想筒部内に位置させることができる。これによれば、弁体の側面部に段差や凹凸が形成されるのを回避できるため、含水有機廃棄物がバルブを通過する際に、弁体に付着したり、付着物が堆積するのを抑制することができる。また、廃棄物中の紐等の線状物が弁体に絡むのを防止することもでき、長期間にわたり安定したバルブの開閉動作を維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、含水有機廃棄物を加圧昇温して燃料化するに際しての安全性を高めることが可能な燃料化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかる含水有機廃棄物の燃料化システムの一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の第１バルブの構成を示す断面図である。
【図３】圧力及び温度を変化させたときの水の状態遷移を示す図である。
【図４】従来の圧送システムの一例を示す構成図である。
【図５】従来の圧送システムに用いられるバルブの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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説明する。尚、以下においては、含水有機廃棄物として含水汚泥を用い、含水汚泥を燃料化する場合を例にとって説明する。
【００１８】
図１は、本発明にかかる含水有機廃棄物の燃料化システムの一実施の形態を示し、このシステム１は、ポンプ３の上流側に配置された第１バルブ２と、含水汚泥Ｗを圧送するポンプ３と、ポンプ３の下流側に配置された第２バルブ４と、ポンプ３から圧送された含水汚泥Ｗ’を耐火性の流路６ａ〜６ｃに分配する分配室５と、流路６ａ〜６ｃ内の含水汚泥Ｗ’を加熱して燃料化する焼成炉７と、焼成炉７から排出される燃料化物Ｆを冷却する冷却機８と、冷却された燃料化物Ｆ’を貯蔵する減圧タンク１２と、焼成炉７と減圧タンク１２を繋ぐ流路９ａ〜９ｃ上に配置された第３及び第４バルブ１０、１１等から構成される。
【００１９】
第１バルブ２は、図２に示すように、流入口２ａ、弁座部２ｂ及び吐出口２ｃからなる汚泥流路２ｄと、軸線方向に移動して汚泥流路２ｄを開閉する弁体２ｅと、含水汚泥Ｗ中のガスを排気するガス流路２ｈとを備える。尚、第１バルブ２の開閉（弁体２ｅの昇降）は、別途に配置される油圧駆動装置（不図示）によって操作することができる。
【００２０】
ここで、弁体２ｅは、直筒状の直筒部２ｆと、直筒部２ｆの端部に連結された円弧状の着座部２ｇとから構成され、直筒部２ｆの外周面を直筒部２ｆの軸線方向に平行移動させることによって生ずる仮想筒部内に着座部２ｇが位置するように形成される。これにより、弁体２ｅの側面部に段差や凹凸が形成されるのを回避し、汚泥の付着や付着物の堆積を抑制したり、汚泥中の紐等が弁体２ｅに絡むのを防止する。尚、第２バルブ４においても、第１バルブ２と同様の構成を有する。
【００２１】
図１に戻り、ポンプ３は、供給される含水汚泥Ｗを２０〜２５ＭＰａ程度の高圧で圧送するために備えられる。このポンプ３は、第１圧力室３ａと、第２圧力室３ｂと、第１圧力室３ａ及び第２圧力室３ｂ内に内設されたピストン３ｃと、２つの円筒状部材３ｄ、３ｅと、円筒状部材３ｄと第２圧力室３ｂとで狭持された弾性膜３ｆと、円筒状部材３ｅに形成された流入口３ｈ及び吐出口３ｉと、弾性膜３ｆ及び円筒状部材３ｄ、３ｅによって形成される圧送室３ｊから構成される。尚、圧送室３ｊの容量は、７０Ｌ（リットル）程度とすることが好ましい。
【００２２】
分配室５は、ポンプ３から圧送された含水汚泥Ｗ’の均圧化を図りつつ、３本の流路６ａ〜６ｃに向けて含水汚泥Ｗ’を供給するために備えられる。また、分配室５は、焼成炉７で発生する廃熱を利用し、含水汚泥Ｗ’を予熱する役割も果たす。
【００２３】
焼成炉７は、高圧状態で供給された含水汚泥Ｗ’を３５０〜４００℃程度に加熱し、燃料化するために備えられる。この焼成炉７には、含水汚泥Ｗ’を加熱するためのバーナ７ａと、流路６ａ〜６ｃを支持するための耐火性の支持部材７ｂと、発生した廃熱を分配室５に導くための排気路７ｃとが設けられる。尚、支持部材７ｂは、流路６ａ〜６ｃに沿って複数配置され、円板状本体７ｄに複数の貫通孔７ｅが穿設された構成を有する。
【００２４】
冷却機８は、冷却水を用い、焼成炉７で生成された燃料化物Ｆや、流路９ａ〜９ｃ上に配置された第３バルブ１０を冷却するために備えられる。尚、燃料化物Ｆや第３バルブ１０の冷却には、冷却水の他、冷風等を用いることもできる。また、第３バルブ１０を冷却するのは、第３バルブ１０に内設されるＯリング（不図示）等の熱劣化し易い部材や可燃性部材を保護するためである。
【００２５】
第３バルブ１０は、焼成炉７と減圧タンク１２を繋ぐ流路９ａ〜９ｃの上流側を開閉するために備えられ、また、第４バルブ１１は、流路９ａ〜９ｃの下流側を開閉するために備えられる。これら第３及び第４バルブ１０、１１は、焼成炉７で生成された燃料化物Ｆを安全に減圧タンク１２へ流送させるためのものであり、一対の状態で流路９ａ〜９ｃの各々に設置される。尚、第３及び第４バルブ１０、１１の具体的な構成は、第１バルブ２と同様である。
【００２６】
減圧タンク１２は、流路９ａ〜９ｃを通じて流送された燃料化物Ｆ’を減圧しながら貯蔵するために備えられる。減圧タンク１２の天井部には、減圧後の燃料化物Ｆ’から発生するガスを排出するための脱気口１２ａが設けられ、また、下床部には、燃料化物Ｆ’を抜き出すための抜出口１２ｂが設けられる。
【００２７】
次に、上記構成を有する燃料化システム１の動作について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２８】
含水汚泥を燃料化するにあたっては、先ず、汚泥を切断、粉砕するとともに、必要に応じて水分調整としての廃油等を添加し、超臨界状態に転化しやすい状態に調整する。
【００２９】
次いで、第１バルブ２を開けるとともに、ポンプ３のピストン３ｃを左方向に摺動させ、駆動流体（ピストン３ｃと弾性膜３ｆとの間に存在する流体）を第１圧力室３ａに移動させる。これと同時に、弾性膜３ｆをピストン３ｃ側に変形させ、前述の状態とした汚泥Ｗを圧送室３ｊに供給する。
【００３０】
次に、第１バルブ２を閉じるとともに、ピストン３ｃを右方向に摺動させ、第１圧力室３ａ内の駆動流体を第２圧力室３ｂに移動させる。これと同時に、弾性膜３ｆを圧送室３ｊ側に変形させ、圧送室３ｊに供給された汚泥を加圧する。その後、上記動作を繰り返し、圧送室３ｊ内の含水汚泥Ｗを最終的に２０〜２５ＭＰａ程度まで加圧する。
【００３１】
そして、第２バルブ４内の圧力が圧送室３ｊ内の圧力と同程度になった段階で、第２バルブ４を開き、加圧した含水汚泥Ｗ’を分配室５に圧送する。次いで、分配室５において、圧送された含水汚泥Ｗ’を一時的に貯溜し、３本の流路６ａ〜６ｃに均等に流送させる。このとき、焼成炉７で発生する廃熱によって含水汚泥Ｗ’を予熱し、熱エネルギーの有効利用を図る。
【００３２】
次に、焼成炉７において、流路６ａ〜６ｃを流れる含水汚泥Ｗ’を加熱し、含水汚泥Ｗ’の温度を３５０〜４００℃程度に昇温する。この際、汚泥に含まれる水分が高圧流体に転化するとともに、高圧状態の汚泥が燃焼し、結果として、石油等の燃料（燃料化物Ｆ）が得られる。尚、高圧流体とは、主に超臨界水や亜臨界水であって、これらは、図３に示すように、圧力が２２ＭＰａ以上であり、温度が３７４℃以上の高温、高圧環境下において、水が転化することによって生成される。
【００３３】
次いで、第４バルブ１１を閉じた状態で、第３バルブ１０を開き、焼成炉７で生成した燃料化物Ｆを第４バルブ１１の直前まで導く。これにより、焼成炉７の前段の圧力（焼成炉７への含水汚泥Ｗ’の押し出し圧）が急激に低下するのを防止しながら、燃料化物Ｆを冷却機８に導くことができる。
【００３４】
そして、冷却機８において、燃料化物Ｆを１００〜２００℃程度まで冷却し、安全な温度まで低下させると同時に、流路９ａ〜９ｃ内の燃料化物Ｆを減圧する。次に、第４バルブ１１の圧力が２０〜２５ＭＰａまで上昇した段階で、第３バルブ１０を閉じ、その後、第４バルブ１１を開いて、冷却後の燃料化物Ｆ’を減圧タンク１２内に流入させる。
【００３５】
上記の際、減圧タンク１２への燃料化物Ｆ’の流入量は、第３バルブ１０から第４バルブ１１までの間の流路容量に制限されるため、多量の燃料化物Ｆ’が一気に減圧タンク１２内へ流れ込んだり、減圧タンク１２に過大な圧力が加わるのを回避することができる。以後、上述の第３及び第４バルブ１０、１１の開閉操作を繰り返し、逐次、流入量を制限しながら燃料化物Ｆ’を減圧タンク１２に流送する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態によれば、焼成炉７からの燃料化物Ｆを減圧タンク１２に流送するにあたり、第４バルブ１１を閉じた状態で第３バルブ１０を開き、その後、第３バルブ１０を閉じるとともに第４バルブ１１を開くように操作するため、流入量を制限しながら燃料化物Ｆ’を減圧タンク１２に流送することができる。そして、かかる開閉操作を繰り返すことで、安全かつ連続的に燃料化物Ｆ’を流送することができ、含水廃棄物を燃料化するにあたっての安全性を高めることが可能になる。
【００３７】
尚、上記実施の形態においては、含水汚泥を燃料化する場合を例示したが、含水汚泥の他、浚渫泥や工場廃水等を用いることもでき、本発明は、含水率の高い一般廃棄物や有機物等を燃料化する場合に広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  含水有機廃棄物の燃料化システム
２  第１バルブ
２ａ  流入口
２ｂ  弁座部
２ｃ  吐出口
２ｄ  汚泥流路
２ｅ  弁体
２ｆ  直筒部
２ｇ  着座部
２ｈ  ガス流路
３  ポンプ
３ａ  第１圧力室
３ｂ  第２圧力室
３ｃ  ピストン
３ｄ  円筒状部材
３ｅ  円筒状部材
３ｆ  弾性膜
３ｈ  流入口
３ｉ  吐出口
３ｊ  圧送室
４  第２バルブ
５  分配室
６（６ａ〜６ｃ）  流路
７  焼成炉
７ａ  バーナ
７ｂ  支持部材
７ｃ  排気路
７ｄ  円板状本体
７ｅ  貫通孔
８  冷却機
９（９ａ〜９ｃ）  流路
１０  第３バルブ
１１  第４バルブ
１２  減圧タンク
１２ａ  脱気口
１２ｂ  抜出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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