(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント原料仮焼用のプレヒータの下部からセメント原料焼成用の乾式セメントキルンの窯尻部までの間に、汚泥導入管により含水汚泥を導入する汚泥処理設備の汚泥導入装置であって、
上記汚泥導入管が管途中で複数の分岐管部に分岐する管材であり、
この汚泥導入管は、管途中で上方へ屈曲して窯尻部の上部内へ含水汚泥を導入する分岐管部と、下方へ屈曲して窯尻部の下部内へ含水汚泥を導入する分岐管部とに分岐され、この下側の分岐管部の開口面積の方が、上側の分岐管部の開口面積より若干大きくなっており、
この汚泥導入管の下側の分岐管部に、各分岐管部から流出される含水汚泥の流量比を調整する流量比調整手段を設けた汚泥処理設備の汚泥導入装置。
【請求項２】
上記流量比調整手段がニードル弁である請求項１に記載の汚泥分散導入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は汚泥処理設備の汚泥導入装置、詳しくは乾燥、添加剤添加などの前処理が施されていない下水汚泥などの含水汚泥を、プレヒータの下部からセメント原料焼成用の乾式セメントキルンの窯尻部までの間に導入して燃焼させる汚泥処理設備の汚泥導入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場から排出される下水汚泥は、古来、肥料として利用される場合もあったが、汚泥に重金属類が含有されていること、および、肥料としての利用では処理量が少ないことなどの理由から、最近では、陸上埋立てや海上投棄が主流となっている。
しかしながら、下水処理場からの汚泥排出量は、近年、首都圏を中心に増加傾向にあり、陸上埋立てや海上投棄のための処理場の不足、さらには環境汚染防止上の制約を受けて、汚泥処理は焼却処分に移行しているのが現状である。この汚泥の焼却設備としては、既にいくつかのものが提案されている。
【０００３】
ところが、従来の焼却炉による汚泥焼却装置では、焼却に先立って汚泥を乾燥する必要がある。また、乾燥排ガスの脱臭もしなければならない。これにより、乾燥コスト、脱臭コストおよび焼却コストが嵩み、全体としての処理コストが高くなるという問題点があった。
また、汚泥の乾燥に生石灰を用いる方法も提案されている。これは、生石灰を汚泥中に含まれる水分と反応させて消石灰を生成させ、そのときの反応熱により残留水分を蒸発し、汚泥を空気圧送可能な乾燥物としてセメント原料に利用するものである。しかしながら、この方法でも、汚泥乾燥時に生石灰を添加しなければならないという不具合がある。
【０００４】
そこで、このような問題を解消する従来技術として、本願特許出願人が先に特許出願して公開になった特開平８−２７６１９９号公報の「汚泥処理方法」が知られている。
このものは、汚泥タンク内の含水汚泥を、直接、乾式セメントキルンの窯尻部またはプレヒータに導入して焼却する汚泥処理技術である。この技術によれば、含水汚泥を、乾燥したり添加剤を添加したりする前処理を行うことなく、直接、既存の乾式セメントキルンへ圧送ポンプにより流し込み、セメントクリンカの通常の製造と同時に、効率的に含水汚泥を焼却処理することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この従来技術にあっては、このように圧送ポンプにより、貯留タンク内の含水汚泥が乾式セメントキルンの窯尻部またはプレヒータへ、例えばセメントクリンカの生産量の１０％程度の投入量でもって流し込まれていただけなので、導入された含水汚泥はスラッジ状の塊になることが多かった。
この結果、含水汚泥の焼成効率が悪く、含水汚泥を充分に燃焼させるまでに比較的時間がかかり、また塊状の燃焼灰が生成しやすく、キルン内のセメントクリンカに対して、セメント成分としても有用な燃焼灰を均等に分散することができないという問題点があった。
【０００６】
【発明の目的】
この発明は、含水汚泥の燃焼効率を増大することができ、また含水汚泥の燃焼灰を比較的均等にセメントクリンカへ分散することができる汚泥処理設備の汚泥導入装置を提供することを、その目的としている。また、この発明は、汚泥導入管の汚泥流量調整部分における含水汚泥の詰まりを防止することができる汚泥処理設備の汚泥導入装置を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、セメント原料仮焼用のプレヒータの下部からセメント原料焼成用の乾式セメントキルンの窯尻部までの間に、汚泥導入管により含水汚泥を導入する汚泥処理設備の汚泥導入装置であって、上記汚泥導入管が管途中で複数の分岐管部に分岐する管材であり、この汚泥導入管は、管途中で上方へ屈曲して窯尻部の上部内へ含水汚泥を導入する分岐管部と、下方へ屈曲して窯尻部の下部内へ含水汚泥を導入する分岐管部とに分岐され、この下側の分岐管部の開口面積の方が、上側の分岐管部の開口面積より若干大きくなっており、この汚泥導入管の下側の分岐管部に、各分岐管部から流出される含水汚泥の流量比を調整する流量比調整手段を設けた汚泥処理設備の汚泥導入装置である。
ここでいう含水汚泥としては、下水汚泥、活性汚泥、浚渫汚泥などが挙げられる。
含水汚泥は汚泥処理施設からパイプラインなどで、直接、供給してもよいし、密閉タンクを搭載したトラックで輸送して、一旦、汚泥タンクに投入した後、この汚泥タンクより供給してもよい。
【０００８】
乾式キルンへの含水汚泥の添加量には特に制限がないものの、通常、セメント原料の品質や使用量、焼成温度などの各種処理条件により適宜決定される。ただし、既存の乾式キルンに、その運転条件を特に変更することなく含水汚泥を投入することができる量が好ましい。
例えば、セメントクリンカ生産量が９０〜１００ｔ／ｈの乾式キルンを用いた場合、含水汚泥の添加量は９〜１０．０ｔ／ｈとし、製造されるセメントクリンカの重量に対して１／１０程度以下の含水汚泥を投入するのが好ましい。セメント原料に対する含水汚泥の添加量が１０．０ｔ／ｈを超えると、汚泥からの水分によってキルンでの焼成が不安定になり、セメントクリンカの品質に悪影響を及ぼすおそれが大きくなるからである。
【０００９】
また、ここでいうセメント原料仮焼用のプレヒータの下部からセメント原料焼成用の乾式セメントキルンの窯尻部までの間（以下、キルン窯尻側という場合がある）とは、プレヒータの下部域や、乾式キルンの窯尻部域に限らず、両者の連結部分でもよい。なお、プレヒータの下部域と、乾式キルンの窯尻部域との両方に、含水汚泥を導入してもよい。また、乾式キルンの窯尻部のうちの上部域および下部域にそれぞれ含水汚泥を導入する。この場合、汚泥導入管内の含水汚泥は、その自重により上側の分岐管部へ流れ込みにくいが、下側の分岐管部には含水汚泥が流れ込みやすいので、この下側の分岐幹部にだけ、汚泥流量調整用の流量比調整手段を設けている。
なお、プレヒータの下部域や乾式キルンの窯尻部域において、２箇所から含水汚泥を導入してもよい。この場合、汚泥導入管を流れる含水汚泥の自重圧は、左右の分岐管部へ均等にかかる。これにより、左右の分岐管部に流量比調整手段（例えばニードル弁）を配設するのが好ましい。
【００１０】
なお、キルン窯尻側における含水汚泥の導入部の温度は８００〜１０００℃、好ましくは９００℃前後である。８００℃未満では含水汚泥の燃焼が不十分になりやすい。また、１０００℃を超えると炉の操業に支障をきたすという不具合が生じる。
含水汚泥をキルン窯尻側へ導入する方法としては、例えばスラッジポンプなどの各種のポンプ類を有するパイプ圧送構造体を用いた方法などが挙げられる。その他にも、例えばベルトコンベア、スクリュコンベアなどの各種コンベア類などを用いた方法でもよい。要は、含水汚泥を円滑に移送することができれば、どのような装置による方法でもよい。
汚泥導入管における分岐管部の本数は、２本以上のうちの所定本数でよい。また、汚泥導入管の各分岐管部が連結されるキルン窯尻側の箇所は限定されない。そして、含水汚泥の流量調整に用いられる装置は、どのような装置でもよい。
【００１１】
ここでいう流量比調整手段としては、各分岐管部に分割される含水汚泥の流量比を調整することができる構造体であれば限定されない。例えば、請求項３のニードル弁の他、ロータリ弁、仕切り弁、ちょう形弁および複葉弁などの弁構造体が挙げられる。ただし、下水汚泥などの含水汚泥中には、弁体に絡み付く繊維や髪の毛などが比較的多量に含まれているので、この繊維や髪の毛などが絡みにくいニードル弁またはこれに類する弁が好ましい。なお、流量比調整手段は、作業者による手動式のものでも、電動モータなどの駆動部を有する自動式のものでもよい。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、上記流量比調整手段がニードル弁である請求項１に記載の汚泥分散導入装置である。
ニードル弁は、複数の分岐管部のそれぞれに設けてもよいし、例えば２本の分岐管部の場合には、一方の分岐管部だけに配備してもよい。
【００１３】
【作用】
請求項１〜請求項２に記載の発明によれば、プレヒータの下部から乾式セメントキルンの窯尻部までの間の複数箇所に、汚泥導入管のそれぞれ対応する分岐管部から含水汚泥を分割して流入する。この結果、セメント原料を焼成している乾式セメントキルン内への含水汚泥の分散性が向上する。これにより、含水汚泥の燃焼効率が増大して、含水汚泥が燃焼するまでの時間が短縮化される。また、燃焼後に塊状の燃焼灰ができにくい。この結果、キルン内のセメントクリンカへ、この燃焼灰を比較的均等に分散することができる。
【００１４】
特に、請求項１に記載の発明によれば、含水汚泥のキルン窯尻側への導入時、汚泥導入管の各分岐管部から流出される含水汚泥の割合を、流量比調整手段により調整するので、炉内温度の分布に合わせて、キルン窯尻側のそれぞれの汚泥導入部分に、適宜、焼却可能な分量の含水汚泥を配分することができる。これにより、乾式セメントキルンへの含水汚泥の燃焼効率がさらに増大する。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明によれば、流量比調整手段がニードル弁であるので、含水汚泥中に繊維、髪の毛などが多量に含まれていても、これが弁体に絡み付くなどして、含水汚泥の流量調整に不都合が生じるおそれが減少する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施例に係る汚泥処理設備の汚泥導入装置が適用されたセメント焼成設備の模式断面図である。図２は、同汚泥導入管の分岐管部周辺を示す拡大断面図である。
図１において、１０は汚泥処理設備の汚泥導入装置（以下、単に汚泥導入装置という）であり、この汚泥導入装置１０は、セメント製造工場のセメント焼成設備に設けられることにより、セメント原料の焼成時の熱を利用して焼却される含水汚泥（ここでは下水汚泥）ａを、この焼成設備へ供給する。
セメント焼成設備は、プレヒータ１１内で仮焼されたセメント原料を、乾式セメントキルン１２内で焼成してセメントクリンカを中間製造する設備である。なお、ここで用いられる乾式セメントキルン１２は、９０〜１００ｔ／ｈでセメントクリンカを生産するものとする。
【００１７】
プレヒータ１１は、図外の原料ミルにより粉砕されたセメント原料を、下流の乾式セメントキルン１２により焼成し易いように、所定温度まで予熱するものである。プレヒータ１１は、多数のサイクロンを、数階建ての鉄骨架台に搭載して設けられている。また、通常、最上段のサイクロンには、ファンを有して仮焼時の生じたガスを図外のガス処理設備へ導くガス排出系が接続されている。
【００１８】
乾式セメントキルン１２は、若干下流側へ下方傾斜した横向き円筒状のキルンシェルを有している。キルンシェルの内周面には、耐火物が張られている。
このキルンシェルを周方向へ回転させながら、重油や微粉石炭を燃料にしてバーナーで加熱することで、プレヒータ１１からのセメント原料を焼成し、セメントクリンカを中間製造する。その後、セメントクリンカは、乾式セメントキルン１２の下流部に連結されたクリンカクーラにより冷却され、仕上げ工程へ送られる。
【００１９】
次に、図１、図２を参照して、上記汚泥導入装置１０を詳細に説明する。
図１に示すように、汚泥導入装置１０は、下水処理場の沈降汚泥などの含水汚泥をスラリー状態のまま、プレヒータ１１の下部から乾式セメントキルン１２の窯尻部１２ａまでの間（キルン窯尻側）に、直接、分散状態で導入して焼却するものである。具体的に説明すると、外設された汚泥受入設備からの含水汚泥は、一旦、圧送ポンプ１３によって汚泥タンク１４に貯留され、次いで汚泥タンク１４から、随時、圧送ポンプ１５により汚泥導入管１６を通して乾式セメントキルン１２の窯尻部１２ａへ導入される。
【００２０】
この汚泥導入管１６は、管途中で上方へ屈曲する分岐管部１６ａと、下方へ屈曲する分岐管部１６ｂとに分岐されている。すなわち、汚泥導入管１６内を流れる含水汚泥は、この管途中で２分割され、一方が上方の分岐管部１６ａへ流れて窯尻部１２ａの上部内へ流れ込み、他方が下方の分岐管部１６ｂへ流れて窯尻部１２ａの下部内へ流れ込む。なお、下側の分岐管部１６ｂの開口面積の方が、上側の分岐管部１６ａの開口面積より若干大きくなっている。
開口面積が大きな下側の分岐管部１６ｂの元部には、各分岐管部１６ａ，１６ｂから流れ出る含水汚泥ａの流量比を調整する流量比調整手段の一例であるニードル弁１７が設けられている。サーボモータ１８の回転軸に連結された弁軸１９を回転することで、先細り状の弁体２０を進退させて、含水汚泥ａの流量を調整する。このように下側の分岐管部１６ｂだけにニードル弁１７を設けるのは、汚泥導入管１６内の含水汚泥ａは、その自重により上側の分岐管部１６ａへ流れ込みにくいが、下側の分岐管部１６ｂには含水汚泥ａが流れ込みやすいからである。
【００２１】
次に、この一実施例の汚泥導入装置１０を利用した汚泥処理設備の汚泥導入方法を説明する。
図１に示すように、セメント焼成設備において、セメント原料は、プレヒータ１１の各サイクロンを流下中に仮焼される。その後、セメント原料は、乾式セメントキルン１２の窯尻部１２ａへ流れ込み、バーナーの熱により焼成されて、セメントクリンカとなる。
この際、乾式セメントキルン１２の窯尻部１２ａ内には、汚泥タンク１４内の含水汚泥ａが、汚泥導入装置１０により、汚泥導入管１６を介して４ｔ／ｈの導入量で、このキルン１２内に分散されながら流し込まれる。
具体的な含水汚泥ａの窯尻部１２ａ内への導入経路を説明する。含水汚泥ａは、図外の汚泥受入設備から圧送ポンプ１３を用いて、一旦、汚泥タンク１４に貯留される。その後、随時、汚泥タンク１４の下部に連結された圧送ポンプ１５により、汚泥導入管１６から乾式セメントキルン１２の窯尻部１２ａへと流れ出る。
【００２２】
このとき、汚泥導入管１６の管途中には、上下側の分岐管部１６ａ，１６ｂが分岐されているので、キルン窯尻側内に含水汚泥ａを２方向から分割して流入することができる。これにより、セメント原料を焼成中の乾式セメントキルン１２への含水汚泥ａの分散性が、分岐されていない汚泥導入管を用いた場合よりも向上する。すなわち、この分岐管部の本数が増えるほど、この含水汚泥ａの分散性は向上する。この結果、含水汚泥ａの燃焼効率が増大して、含水汚泥ａが燃焼するまでの時間が短縮化される。また、燃焼後に塊状の燃焼灰ができにくい。よって、乾式セメントキルン１２内のセメントクリンカへ、この燃焼灰を比較的均等に分散させることができる。
含水汚泥ａのキルン窯尻側への導入時には、汚泥導入管１６の各分岐管部１６ａ，１６ｂから流出される含水汚泥ａの割合を、例えば１：１または１：１．５のように、ニードル弁１７を操作することで調整する。これにより、炉内温度の分布に合わせて、キルン窯尻側の各汚泥導入部分に、適宜、焼却可能な量の含水汚泥ａを配分することができる。この結果、乾式セメントキルン１２への含水汚泥ａの燃焼効率がさらに増大する。
【００２３】
こうして流入された含水汚泥ａは、予め含水汚泥ａに高いコストがかかる脱臭、乾燥、添加物添加といった前処理を施さなくても、セメント原料焼成時のバーナー熱により、経済的に焼却することができる。
さらに、この各分岐管部１６ａ，１６ｂの分割状態での流入によって、含水汚泥ａが窯尻部１２ａ内、ひいては乾式セメントキルン１２内に、ほぼ均等に分散される。したがって、含水汚泥ａと乾式セメントキルン１２内で発生した排ガスとの接触面積が大きくなって、含水汚泥ａの燃焼効率が増大する。これにより、含水汚泥ａが燃焼するまでの時間が短縮化され、また燃焼後に塊状の燃焼灰ができにくく、乾式セメントキルン１２内で中間製造されたセメントクリンカへ、この含水汚泥ａの燃焼灰を比較的均等に分散することができて、組成成分が安定した良質のセメントクリンカが得られる。
また、この実施例では、流量比調整手段としてニードル弁１７を採用したので、含水汚泥ａ中に、例えば髪の毛などが多量に含まれていても、これが弁体２０に絡み付いて、含水汚泥ａの流量調整に不都合が生じるおそれが減少する。
【００２４】
次に、図３，図４に基づいて、この発明の他の実施例に係る汚泥処理設備の汚泥導入方法およびその装置を説明する。
図３は、この発明の他の実施例に係る汚泥処理設備の汚泥導入装置における流量比調整手段を示す拡大縦断面図である。図４は同じく流量比調整手段を示す拡大横断面図である。
図３，図４に示すように、この他の実施例に係る汚泥導入装置３０は、汚泥導入管１６を管途中で上下２本の分岐管部１６ａ，１６ｃに分岐し、このうち下側の分岐管部１６ｃに、流量比調整手段の他の例である抜き差し式の円筒弁構造体３１を配備し、しかもこの下側の分岐管部１６ｃの汚泥導出側の管端部に、含水汚泥ａの分散装置３２を設けた例である。
【００２５】
円筒弁構造体３１は、窯尻部１２ａと下側の分岐管部１６ｃとに連結されたシリンダ管３３を有している。シリンダ管３３内には、作業者の手作業による抜き差しにより、この下側の分岐管部１６ｃの含水汚泥ａの流量を調整する両端が封止された円筒状の抜き差し弁３４が出し入れ可能に挿入されている。
シリンダ管３３の外側の端には、一対のフランジ３３ａが突設されている。各フランジ３３ａの外部には、シリンダ管３３の軸線に平行な一対のスライドガイドロッド３５が片持ち状態で固着されている。また、抜き差し弁３４の外側の端面にも、一対のフランジ３４ｂが突設されている。各フランジ３４ｂの両端部には、対応するスライドガイドロッド３５に遊挿された一対のスライドリング３７が配設されている。
作業者が抜き差し弁３４の把手３４ａを握り、これを押し引きすることで、抜き差し弁３４が、一対のスライドガイドロッド３５に沿って、シリンダ管３３の軸線方向へスライドする。なお、各フランジ３３ａには、配備されたボルトの頭部突出量を調整することにより、シリンダ管３３内に挿入された抜き差し弁３４による下側の分岐管部１６ｃの流路の完全封止位置を調整する一対の流路封止位置調整具３８が配設されている。
【００２６】
次に、同じく図３，図４を参照して、含水汚泥ａの分散装置３２を詳細に説明する。
図３，図４に示すように、分散装置３２は、外側の端部が外方へ突出した状態でシリンダ管３３の下部内に出し入れ可能に配置された細長い内管３９を有している。内管３９の窯尻部１２ａ側の端は、シリンダ管３３の窯尻部１２ａ側の管端付近に配置されている。
一方、内管３９の外側の端部には、各スライドガイドロッド３５に遊挿される一対のスライドリング４０を有するガイド板４１の中央部が取り付けられている。また、内管３９の外側の管端には、外設された圧縮空気供給装置４２が連結されている。
【００２７】
内管３９の端部を作業者が握って押し引きすることにより、内管３９は、スライドガイドロッド３５に沿ってシリンダ管３３の軸線方向へスライドし、これにより内管３９の窯尻部１２ａの管端位置が、シリンダ管３３内でその軸線方向へ移動する。
この結果、内管３９の窯尻部１２ａ側の管端を、最も効果的に含水汚泥ａを分散することができる位置、すなわち含水率の違いでシリンダ管３３の端部付近のタレの度合いが変化する含水汚泥ａの先端から数ｃｍの位置に配置する。その後、圧縮空気供給装置４２からの圧縮空気を内管３９の管端から外方へ吹き出すと、この空圧により、シリンダ管３３の一端部内まで達していた含水汚泥ａが、窯尻部１２ａの内部へ細かく分散されながら噴出する。
【００２８】
このように、内管３９の管端を、最も効果的な含水汚泥ａの分散位置へ移動させるようにしたので、含水率の違いによりタレの度合いが変化する含水汚泥ａの硬度に応じて、良好に含水汚泥ａを分散することができる。また、このように、シリンダ管３３内の含水汚泥ａに対して、放射内方からこの含水汚泥ａを外部へ吹き飛ばすように圧縮空気が吹き込まれるので、含水汚泥ａを比較的広範囲に分散させることができる。
なお、その他の構成、作用および効果は、上記実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００２９】
【発明の効果】
この発明によれば、キルン窯尻側の複数箇所に、含水汚泥を分割して流入させるので、乾式セメントキルン内での含水汚泥の分散性が向上する。これにより、含水汚泥の燃焼効率が増大して、この含水汚泥が燃焼するまでの時間が短縮化される。しかも、燃焼後に塊状の燃焼灰ができにくくなる。この結果、キルン内のセメントクリンカへ、この燃焼灰を比較的均等に分散させることができる。
【００３０】
特に、請求項１に記載の発明によれば、汚泥導入管の各分岐管部から流出する含水汚泥の流量比を、流量比調整手段により調整するようにしたので、炉内温度の分布に合わせて、キルン窯尻側のそれぞれの汚泥導入部分に、良好に焼却可能な分量の含水汚泥を配分することができる。この結果、乾式セメントキルンへの含水汚泥の燃焼効率がさらに増大する。
【００３１】
また、請求項２に記載の発明によれば、流量比調整手段としてニードル弁を採用したので、仮に含水汚泥中に髪の毛などが多量に含まれていても、これが弁体に絡み付いて、含水汚泥の流量調整に不都合が生じるおそれが減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例に係る汚泥処理設備の汚泥導入装置が適用されたセメント焼成設備を模式的に示す断面図である。
【図２】  この発明の一実施例に係る汚泥導入管の分岐管部周辺を示す拡大断面図である。
【図３】  この発明の他の実施例に係る汚泥処理設備の汚泥導入装置における流量比調整手段を示す拡大縦断面図である。
【図４】  この発明の他の実施例に係る流量比調整手段を示す拡大横断面図である。
【符号の説明】
１０    汚泥処理設備の汚泥導入装置、
１１    プレヒータ、
１２    乾式セメントキルン、
１２ａ  窯尻部、
１６    汚泥導入管、
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  分岐管部、
１７    ニードル弁（流量比調整手段）、
３０    汚泥導入装置、
３１    円筒弁構造体、
３３    シリンダ管、
３４    抜き差し弁、
３９    内管、
４２    圧縮空気供給装置、
ａ      含水汚泥。
【図１】
0003674811.tif 000002
【図２】
0003674811.tif 000003
【図３】
0003674811.tif 000004
【図４】
0003674811.tif 000005