(57)【要約】【課題】炭化汚泥の品質と処理量を安定させることができる熱分解システム及び炭化汚泥の製造方法を提供することである。【解決手段】実施形態の熱分解システムは、乾燥機と、混練機と、調湿機と、造粒機、制御部と、熱分解炉と、供給機構と、を持つ。乾燥機は、脱水汚泥を乾燥して乾燥汚泥とする。混練機は、少なくとも乾燥汚泥を混練して混練汚泥とする調湿機は、調湿材を混練機に供給可能である。また、調湿材は、乾燥汚泥の含水率を調整する。造粒機は、混練汚泥を造粒して造粒汚泥とする。制御部は、造粒機における混練汚泥の造粒抵抗に基づいて乾燥汚泥の含水率を推算する。また、制御部は、含水率の推算値が含水率の目標値と異なる場合に、調湿機から調湿材を混練機に供給させる。熱分解炉は、造粒汚泥を炭化処理して炭化汚泥とする。供給機構は、調湿材として、脱水汚泥、又は炭化汚泥の一部を調湿機に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水汚泥を乾燥して乾燥汚泥とする乾燥機と、
少なくとも前記乾燥汚泥を混練して混練汚泥とする混練機と、
前記乾燥汚泥の含水率を調整する調湿材を前記混練機に供給可能な調湿機と、
前記混練汚泥を造粒して造粒汚泥とする造粒機と、
前記造粒機における前記混練汚泥の造粒抵抗に基づいて前記乾燥汚泥の含水率を推算し、含水率の推算値が含水率の目標値と異なる場合に、前記調湿機から前記調湿材を前記混練機に供給させる制御部と、
前記造粒汚泥を炭化処理して炭化汚泥とする熱分解炉と、
前記調湿材として、前記脱水汚泥、又は前記炭化汚泥の一部を前記調湿機に供給する供給機構と、を備える熱分解システム。
【請求項２】
前記熱分解炉の出口側に篩を設け、
前記篩によって篩い落とされた微細炭化汚泥を前記調湿材として使用することで前記乾燥汚泥の前記含水率を低める請求項１に記載の熱分解システム。
【請求項３】
前記脱水汚泥を前記調湿材として使用することで前記乾燥汚泥の前記含水率を高める請求項１又は２に記載の熱分解システム。
【請求項４】
水を前記調湿材として使用することで前記乾燥汚泥の前記含水率を高める請求項１又は２に記載の熱分解システム。
【請求項５】
前記熱分解炉による炭化処理の副産物である産廃を前記調湿材として使用することで前記乾燥汚泥の前記含水率を高める請求項１又は２に記載の熱分解システム。
【請求項６】
前記制御部が、
前記造粒汚泥の嵩密度を計測する嵩密度計測機と、
前記嵩密度計測機の計測結果から前記乾燥汚泥の含水率の推算値を求める含水率演算機と、
前記乾燥汚泥の含水率の推算値と、含水率の目標値とを対比する対比計算機と、を有する請求項１〜５の何れか一項に記載の熱分解システム。
【請求項７】
前記制御部が、
前記造粒機における単位時間あたりの造粒処理量を計測する処理量計測機と、
前記処理量計測機の計測結果から前記乾燥汚泥の含水率の推算値を求める含水率演算機と、
前記乾燥汚泥の含水率の推算値と、含水率の目標値とを対比する対比計算機と、を有する請求項１〜５の何れか一項に記載の熱分解システム。
【請求項８】
前記混練機と前記造粒機との間に、前記造粒機への前記混練汚泥の単位時間当たりの供給量を一定にする定量供給機と、前記造粒機の導入部に設けられて前記混練汚泥を受け入れるホッパと、が備えられ、
前記処理量計測機が、前記ホッパに滞留する混練汚泥量を計測する計測機とから構成される請求項７に記載の熱分解システム。
【請求項９】
前記造粒機と前記熱分解炉との間に、前記熱分解炉の導入部に設けられて前記造粒汚泥を受け入れるホッパと、前記熱分解炉への前記造粒汚泥の単位時間当たりの供給量を一定にする定量供給機と、が備えられ、
前記処理量計測機が、前記ホッパに滞留する造粒汚泥量を計測する計測機とから構成される請求項７に記載の熱分解システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記乾燥汚泥の含水率の推算値に基づいて前記乾燥機の出力を調整する請求項１〜９の何れか一項に記載の熱分解システム。
【請求項１１】
脱水汚泥を乾燥して乾燥汚泥とし、
前記乾燥汚泥を混練して混練汚泥とし、
前記混練汚泥を造粒して造粒汚泥とし、
前記造粒汚泥を炭化処理して炭化汚泥とするとともに、
前記混練汚泥の造粒抵抗に基づいて前記乾燥汚泥の含水率を推算し、前記含水率の推算値が含水率の目標値と異なる場合に、前記脱水汚泥、又は前記炭化汚泥の一部を調湿材として混練中の前記乾燥汚泥に供給する炭化汚泥の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、熱分解システム及び炭化汚泥の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
農業集落排水処理施設、下水処理場、有機排水処理施設等から排出される汚泥の有効利用の方法が様々研究されている。その１つとして、汚泥を熱分解し化石燃料の代替として使用可能な炭化物と可燃性ガスである熱分解ガスを得る熱分解システムがある。熱分解システムとしては、汚泥を脱水、乾燥し、乾燥汚泥とし、この乾燥汚泥を造粒機によって造粒した後に、熱分解炉により炭化処理し、炭化汚泥を得るものが知られている。
【０００３】
このような熱分解システムにおいて、汚泥を乾燥する乾燥工程では、乾燥機内壁面や攪拌機への汚泥の付着状況、乾燥機内部の流動状態、脱水汚泥の性状（組成や水分量）等により、生成物である乾燥汚泥の含水率が変動する。
乾燥汚泥の含水率が変動すると、造粒機による造粒処理速度や炭化処理された炭化汚泥の品質が変動する。そのため、安定した品質の炭化汚泥を安定して生産できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４６１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、炭化汚泥の品質と処理量を安定させることができる熱分解システム及び炭化汚泥の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の熱分解システムは、乾燥機と、混練機と、調湿機と、造粒機と、制御部と、熱分解炉と、供給機構と、を持つ。乾燥機は、脱水汚泥を乾燥して乾燥汚泥とする。混練機は、少なくとも乾燥汚泥を混練して混練汚泥とする。調湿機は、調湿材を混練機に供給可能である。また、調湿材は、乾燥汚泥の含水率を調整する。造粒機は、混練汚泥を造粒して造粒汚泥とする。制御部は、造粒機における混練汚泥の造粒抵抗に基づいて乾燥汚泥の含水率を推算する。また、制御部は、含水率の推算値が含水率の目標値と異なる場合に、調湿機から調湿材を混練機に供給させる。熱分解炉は、造粒汚泥を炭化処理して炭化汚泥とする。供給機構は、調湿材として、脱水汚泥、又は炭化汚泥の一部を調湿機に供給する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の熱分解システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】第２の実施形態の熱分解システムの全体構成を示す概略図である。
【図３】第３の実施形態の熱分解システムの全体構成を示す概略図である。
【図４】造粒汚泥の含水率と嵩密度との相関性の一例を示すグラフである。
【図５】造粒機による単位時間当たりの造粒処理量と造粒汚泥の含水率との相関性の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の熱分解システム及び炭化汚泥の製造方法を、図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１に第１の実施形態に係る熱分解システム２１を示す。熱分解システム２１は、乾燥機１、混練機２、造粒機３、制御部５Ａ、調湿機６、ホッパ７、熱分解炉８、篩９、調湿材貯留槽１０を有している。また、制御部５Ａは、嵩密度計測機４、含水率演算機１６、対比計算機１７を有している。
【００１０】
乾燥機１は、農業集落排水や下水などから生じる有機性排水汚泥をベルトプレス等の脱水機で脱水後、脱水汚泥Ａとして受け入れ、これを乾燥し、乾燥汚泥Ｂとする。乾燥機１は、含水率が８０％程度の脱水汚泥Ａを、含水率が２０％程度の乾燥汚泥Ｂとする。乾燥機１としては、間接加熱方式や直接過熱方式等を採用した遠心薄膜乾燥機を採用できる。
【００１１】
混練機２は、乾燥機１の後段に設けられ、乾燥機１から供給された乾燥汚泥Ｂと必要に応じて調湿機６によって添加された調湿材Ｗとを混練して混練汚泥Ｃとする。混練機２による混練処理を経ることによって、乾燥汚泥Ｂは均質な混練汚泥Ｃとして後段の造粒機３に供給される。
【００１２】
造粒機３は、混練汚泥Ｃを、例えば、直径約５〜１０ｍｍ、長さ約１０〜２０ｍｍ程度の円柱状に造粒し、造粒汚泥Ｄとして排出する。
混練汚泥Ｃのような粘性を有する対象物の造粒方法としては、圧縮造粒方法や押出し造粒方法が適しているとされ、特に処理効率を加味すると押出し造粒方法が適している。造粒機３としては、押し出し造粒方法を採用したものを用いることが好ましい。以下、特に指定する場合を除き、造粒機３は押し出し造粒法を採用したものとして説明を行う。
【００１３】
押し出し造粒法を採用した造粒機３は、円筒形の孔が多数開いた円盤と、この円盤にスクリューやローラで汚泥を圧縮して押し付ける押し出し機構を有している。造粒機３の内部に供給された混練汚泥Ｃは、内蔵された押し出し機構によって圧縮作用を受け、円盤の孔から円柱状に形成され押し出される。押し出された汚泥は、カッタ−で所定の長さに切断され、造粒汚泥Ｄとなる。
【００１４】
制御部５Ａは、造粒汚泥Ｄの嵩密度を基に乾燥汚泥Ｂの含水率を推算する。さらに、制御部５Ａは、これを基に調湿機６及び乾燥機１を制御し、造粒機３に供給される混練汚泥Ｃの含水率を目標の値にする。
嵩密度計測機４は、制御部５Ａの一部として造粒機３の後段に設けられ、造粒機３から排出された造粒汚泥Ｄの嵩密度を測定する。
【００１５】
ホッパ７は、嵩密度計測機４の後段に設けられ、嵩密度が測定された造粒汚泥Ｄを貯留するものである。また、ホッパ７は、貯留した造粒汚泥Ｄをさらに後段の熱分解炉８に供給する。
【００１６】
熱分解炉８は、ホッパ７から供給された造粒汚泥Ｄを炭化処理して炭化汚泥Ｅとする。
熱分解炉８は、例えば造粒汚泥Ｄが通過する内筒と、この内筒の外側に配置され燃料が燃焼する外筒とからなる二重筒構造を有するものを例示できる。
造粒汚泥Ｄは、ホッパ７から定量供給され、熱分解炉８の内筒の内部であって入口側に導入される。造粒汚泥Ｄは、内筒の入口側から出口側に向かって移動する間に、外筒からの加熱により約３００℃〜７００℃で炭化される。炭化された炭化汚泥Ｅは内筒から排出される。
【００１７】
熱分解炉８による炭化処理において、炭化汚泥Ｅの副産物として、可燃性ガスである熱分解ガスが得られる。この熱分解ガスは、熱分解炉８の図示しない燃焼部に送られ補助燃料としても良く、また、熱分解ガスを別途抽出しても良い。
【００１８】
造粒機３により造粒された造粒汚泥Ｄは圧縮作用を受けて造粒されている。したがって、この造粒汚泥Ｄを炭化処理した炭化汚泥Ｅも適度な機械的強度を持っており、容易に壊れにくく発塵が少ないため取扱いが容易であるという特徴がある。しかしながら、炭化の過程で造粒汚泥Ｄが崩れて、粒形状をなしていない微細炭化汚泥Ｆが発生することがある。微細炭化汚泥Ｆは、発塵しハンドリング性の悪化原因となる。また、微細なほど比表面積が大きくなるため発熱特性が大きくなり保管時の発火等のリスク増大が懸念される。
【００１９】
そこで、熱分解炉８の出口には、篩９が設けられている。篩９は、炭化汚泥Ｅの中から所定の粒径以下の微細炭化汚泥Ｆを除外して、所定の粒度以上の造粒炭化汚泥Ｇを取り出す。造粒炭化汚泥Ｇは化石燃料の代替品として、使用可能である。
【００２０】
調湿機６は、混練機２に供給する調湿材Ｗの種類に基づき、その投入量を決定する。調湿機６は、供給機構２０が接続されている。調湿機６には、この供給機構２０を介し脱水汚泥Ａ及び微細炭化汚泥Ｆが調湿材Ｗとして供給される。また、調湿機６は、調湿材貯留槽１０と接続されている。調湿材貯留槽１０には水や、木くずなどの廃材、熱分解の際に出るタールや廃油等の産廃となるものを充填しておく。含水率が所定より低い場合、又は高い場合は、これらを調湿材Ｗとして調湿機６を介し混練機２に供給する。
【００２１】
制御部５Ａは、上述した嵩密度計測機４に加え、含水率演算機１６、対比計算機１７を有している。
含水率演算機１６は、嵩密度計測機４の計測結果を基に乾燥汚泥Ｂの含水率を推算する。また、対比計算機１７は、乾燥汚泥Ｂの含水率の推算値を目標値と対比する。
【００２２】
制御部５Ａは、調湿機６に接続されている。制御部５Ａは、対比計算機１７における乾燥汚泥Ｂの含水率の推算値と目標値とを対比結果から調湿機６における調湿材Ｗの調合を制御している。
また、制御部５Ａは、乾燥機１にも接続されている。制御部５Ａは、含水率演算機１６による乾燥汚泥Ｂの含水率の推算値を基に、乾燥機１の出力を制御し乾燥汚泥Ｂの乾燥状態を調整する。
【００２３】
第１の実施形態の熱分解システム２１による造粒炭化汚泥Ｇの生成手順について説明する。
農業集落排水処理施設、下水処理場、有機排水処理施設等から排出される汚泥は遠心脱水機あるいはベルトプレス、フィルタープレス等の図示しない脱水機により含水率が約８０％に脱水される。脱水された脱水汚泥Ａは、乾燥機１に供給され乾燥されて乾燥汚泥Ｂとして排出される。
【００２４】
乾燥汚泥Ｂは、混練機２に供給され調湿材Ｗとともに混練され混練汚泥Ｃとされる。その後、混練汚泥Ｃは造粒機３に供給されて造粒され、造粒汚泥Ｄとなる。
【００２５】
造粒機３に供給される混練汚泥Ｃの含水率が比較的低い場合には、造粒機３の孔から押出される際の抵抗（造粒抵抗）が大きくなる。造粒抵抗が大きくなると、混練汚泥Ｃの圧縮が進み、形成される造粒汚泥Ｄは圧密された状態となる。このような場合には、個々の造粒物が高密度、高強度となり、造粒汚泥Ｄの嵩密度は高くなる。その一方で、造粒抵抗が大きいため、造粒機３による造粒処理速度は遅くなる。
【００２６】
これに対して、造粒機３に供給される混練汚泥Ｃの含水率が比較的高い場合には、造粒抵抗が低くなるため、比較的や柔らかい状態（低強度）の造粒汚泥Ｄが排出されるが、その一方で造粒機３の造粒処理速度は速くなる。また、圧密度合いが低いので個々の造粒物の密度は低くなり、その結果、造粒汚泥Ｄの嵩密度は低くなる。
【００２７】
次に、造粒汚泥Ｄは嵩密度計測機４に供給され、その嵩密度が計測される。本実施形態では、嵩密度を計測することで、造粒抵抗を把握する。さらに、造粒汚泥Ｄは、ホッパ７を経て、熱分解炉８に供給される。熱分解炉８では、造粒汚泥Ｄが入口側から出口側に向かって移動する間に約３００℃〜７００℃で炭化され、炭化汚泥Ｅとなり出口側から排出される。炭化汚泥Ｅは、熱分解炉８の出口側に配置された篩９によって、所定の粒度以上のものが造粒炭化汚泥Ｇとして取り出される。篩９によって篩い落とされた粒度の小さい炭化汚泥Ｅは、微細炭化汚泥Ｆとして分類される。
【００２８】
ここで、混練汚泥Ｃの含水率を安定させるための制御方法を説明する。
熱分解システム２１において、混練汚泥Ｃの含水率は、造粒機３の造粒処理速度に影響を与える。即ち、混練汚泥Ｃの含水率が変動する場合には、造粒汚泥Ｄを安定した速度で生成することができない。
また、混練汚泥Ｃの含水率は、この混練汚泥Ｃを造粒機３により造粒した造粒汚泥Ｄの強度にも影響を与える。造粒汚泥Ｄの強度が低下した場合は、熱分解炉８による熱分解工程で造粒汚泥Ｄが破砕しやすくなる。この破砕に伴い発生する微粉が熱分解ガス中に移行するため、これを燃料として燃焼させた場合その燃焼排ガス中にダストが増大し、後段機器にダストが堆積するなどしてメンテナンスの負荷が増大する。また造粒汚泥Ｄを熱分解してできた炭化汚泥Ｅにおいて、粒形状を保っていない微細炭化汚泥（微粉炭化汚泥）Ｆの割合が多くなり、発塵が増大しハンドリング性の低下や発熱特性の不安定化が懸念される。
【００２９】
制御部５Ａは、混練汚泥Ｃの含水率を所定の値（目標値）に近づくように制御する。この含水率の目標値は、造粒機３の単位時間当たりの造粒処理量と、炭化処理後の炭化汚泥Ｅの強度とのバランスを鑑みて設定された最適含水率である。
【００３０】
まず、制御部５Ａは、嵩密度計測機４により、造粒機３により生成された造粒汚泥Ｄの嵩密度を計測する。
次に、制御部５Ａは、含水率演算機１６により、混練汚泥Ｃの造粒汚泥Ｄの嵩密度に基づいて乾燥汚泥Ｂの含水率を推算する。
図４に、造粒汚泥Ｄの含水率と嵩密度との相関性の一例を示す。なお、図４は、含水率２０％の嵩密度の測定値を１００として、嵩密度を相対的に示すグラフである。図４に示すように、造粒汚泥Ｄの含水率と嵩密度には高い相関性がある。造粒汚泥Ｄは、含水率が低下するに従い嵩密度が高くなる。これは含水率が比較的低い場合には造粒機３による造粒処理において造粒抵抗を高めて圧密され、造粒物である造粒汚泥Ｄが高密度となることによる。したがって、造粒汚泥Ｄの嵩密度を測定することは、混練汚泥Ｃの造粒抵抗を測定することと同じ意味を持つ。
【００３１】
図４に示す造粒汚泥Ｄの含水率と嵩密度の相関性は、一例であり、造粒機３の特性などに依存して変動する。したがって、事前に実験を行い導出した造粒汚泥Ｄの含水率と嵩密度の関係から関係式を導出し制御部５Ａの含水率演算機１６に入力しておく。含水率演算機１６は、この関係を基に造粒汚泥Ｄの含水率を推算する。
また、このような造粒汚泥Ｄの含水率と嵩密度の相関性は、押し出し造粒法を採用した造粒機３に限るものではない。例えば、圧縮造粒法による造粒機であっても、造粒汚泥Ｄの含水率と嵩密度は、類型の相関性をもつ。
【００３２】
造粒機３による造粒処理において、混練汚泥Ｃは発熱し混練汚泥Ｃに含まれる水分の一部が蒸発するが、蒸発する水分は全体の含水量に比較してごく一部である。したがって、造粒処理前後での含水率の変化は無視することができ、事前の実験結果に基づき推算した造粒汚泥Ｄの含水率は混練汚泥Ｃの含水率と見なすことができる。
【００３３】
このように推算した混練汚泥Ｃの含水率は、混練機２において調湿材Ｗを混練した後の含水率である。制御部５Ａは、混練機２に供給した調湿材Ｗの配合を記憶している。含水率演算機１６は、混練汚泥Ｃの含水率の推算値と、調湿材Ｗの配合から、混練する前の乾燥汚泥Ｂの含水率を推算する。
【００３４】
次に、制御部５Ａは、対比計算機１７において、あらかじめ設定された混練汚泥Ｃの含水率の目標値と、乾燥汚泥Ｂの含水率の推算値とを対比する。
さらに、制御部５Ａは、乾燥汚泥Ｂの含水率の推算値と、目標値が異なる場合には、調湿材Ｗの種類とその投入量を決定して調湿機６を制御して、この調湿材Ｗを混練機２に投入させる。
【００３５】
制御部５Ａは、調湿機６に指令を発し、混練機２に供給する調湿材Ｗの種類、及びその投入量を調整させる。これにより、造粒機３に供給される混練汚泥Ｃの含水率を、所定の値（目標値）に近づけることができる。
【００３６】
調湿機６には、脱水汚泥Ａ、微細炭化汚泥Ｆ、及び調湿材貯留槽１０に貯留された水、廃材、産廃等が供給されている。調湿機６は、制御部５Ａからの指令に従い、調湿材Ｗを混練機２に投入する。
【００３７】
調湿機６は、推算された乾燥汚泥Ｂの含水率が目標値に対して高い場合は、調湿材Ｗとして、炭化汚泥Ｅ、又は木くずなどの廃材を調湿材Ｗとして混練機２に供給する。
特に炭化汚泥Ｅを、調湿材Ｗとする場合には、篩９にかけて篩い落とした粒形状を維持していない微細炭化汚泥Ｆを使用することが好ましい。
また、推算された乾燥汚泥Ｂの含水率が目標値に対して低い場合には、脱水汚泥Ａ、水、又は炭化処理の副産物である産廃となるタールや廃油を調湿材Ｗとして混練機２に供給する。
【００３８】
また、制御部５Ａは、調湿材Ｗを供給するのみでは含水率の調整に不十分であると判断した場合に、乾燥機１の出力を調整する。
制御部５Ａは、含水率演算機１６による乾燥汚泥Ｂの含水率の推算値を基に調湿機６を制御し、調湿材Ｗを生成し混練機２に供給する。しかしながら、推算した乾燥汚泥Ｂの含水率と目標値に大きな開きがある場合には、制御部５Ａは乾燥機１の出力を調整する。より具体的には、乾燥機１による乾燥温度を調整することで、乾燥汚泥Ｂの含水率を目標値に近づける。
制御部５Ａによる乾燥機１の出力調整は、含水率の目標値に対して２５％逸脱した時に行うことが望ましい。一例として、含水率の目標値を２０％に設定した場合における「２５％逸脱」とは、目標値２０％に対する２５％、即ち５％逸脱した場合である。したがって、含水率の推算値が１５％以下、又は２５％以上となった際に乾燥機１の出力を調整する。これにより、効率よく造粒処理を行うことができる。
【００３９】
第１の実施形態の熱分解システム２１によれば、特別な含水率計測手段を用いることなく、事前に求めた造粒汚泥Ｄの含水率と嵩密度の関係から、乾燥汚泥Ｂの含水率をリアルタイムで推算できる。また、この推算した含水率を基に、好ましい含水率になるように乾燥汚泥Ｂの含水率を調整することができる。
【００４０】
乾燥汚泥Ｂの含水率を目標値に近づけて一定に保つことで、造粒機３での造粒処理を安定的に行うことができる。また、造粒された造粒汚泥Ｄの含水率も安定しているため、この造粒汚泥Ｄを炭化処理した炭化汚泥Ｅは安定した品質を保つことができる。即ち、造粒汚泥Ｄの含水率が適当な値となっていることで、十分な強度の炭化汚泥Ｅを生産することが可能となり、粒形状を保たない微細炭化汚泥Ｆの発生量を抑えることができる。
さらに、熱分解システム２１は、発生した微細炭化汚泥Ｆは、篩９により分別回収し、調湿材Ｗとして有効活用する。したがって、造粒炭化汚泥Ｇにはほとんど微粉が含まれず、発塵が抑制され発熱特性が安定するため価値は向上する。
【００４１】
また、熱分解システム２１の制御部５Ａは、乾燥機１の制御を行うため、含水率の調整が調湿材Ｗの投入のみでは不十分な場合であっても、乾燥機１の出力を調整することにより適切に行うことができる。したがって、確実に適正な含水率とした混練汚泥Ｃを後工程に供給することができる。
【００４２】
さらに、熱分解システム２１は、調湿材Ｗとして、木くずなどの廃材、熱分解の際に出るタールや廃油等の産廃を用いることができるため、調湿材Ｗを特別に用意する必要がなく、安価に造粒炭化汚泥Ｇを生産するシステムを構成できる。
【００４３】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る熱分解システム２２を示す。この熱分解システム２２は、上述の第１の実施形態の熱分解システム２１と比較して、主に制御部５Ｂの構成が異なる。
なお、上述の第１の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付しその説明を省略する。
【００４４】
熱分解システム２２において、混練機２の後段には定量供給機１１が設けられている。また、この定量供給機１１の後段には、造粒機３に供給する混練汚泥Ｃを貯留するホッパ１２が設けられている。
定量供給機１１は、混練機２から排出された混練汚泥Ｃを、ホッパ１２に常に一定の速度で供給する役割を果たす。また、ホッパ１２は、造粒機３の導入部に設けられて上方から混練汚泥Ｃを受け入れ下方から造粒機３に供給する。
【００４５】
ホッパ１２には、制御部５Ｂの一部である、レベル計１３（処理量計測機、計測機）が設けられている。レベル計１３は、ホッパ１２に滞留する混練汚泥Ｃの高さを計測する。したがって、レベル計１３に示す値から、ホッパ１２内に貯留された混練汚泥Ｃの量（体積）を算出することができ、レベル計１３は、ホッパ１２に滞留する混練汚泥Ｃの量を計測する計測機として機能する。また、レベル計１３は、その計測値の変化から、造粒機３による単位時間当たりの造粒処理量を計測する処理量計測機として機能する。本実施形態では、単位時間当たりの造粒処理量を計測することで造粒抵抗を把握する。
【００４６】
制御部５Ｂは、上述したレベル計１３に加え、含水率演算機１８、対比計算機１７を有している。
含水率演算機１８は、レベル計１３の計測結果を基に造粒機３による単位時間当たりの造粒処理量を求め、さらにこの造粒処理量から乾燥汚泥Ｂの含水率を推算する。対比計算機１７は、乾燥汚泥Ｂの推算含水率を目標値と対比する。
【００４７】
制御部５Ｂは、調湿機６に接続されている。制御部５Ｂは、対比計算機１７における乾燥汚泥Ｂの推算含水率と目標値とを対比結果から調湿機６における調湿材Ｗの調合を制御している。また、制御部５Ｂは、乾燥機１にも接続されている。制御部５Ｂは、含水率演算機１８による乾燥汚泥Ｂの含水率の推算値を基に、乾燥機１の出力を制御し乾燥汚泥Ｂの乾燥状態を調整する。
【００４８】
第２の実施形態の熱分解システム２２において、混練汚泥Ｃの含水率を安定させるための制御方法を以下に説明する。
熱分解システム２２において、制御部５Ｂは、造粒機３による単位時間当たりの造粒処理量をレベル計１３による計測値から求め、この造粒処理量を基に含水率演算機１８により乾燥汚泥Ｂの含水率を推算する。さらに、制御部５Ｂは、対比計算機１７により乾燥汚泥Ｂの含水率を目標値と対比してこれを基に調湿機６及び乾燥機１を制御する。
【００４９】
制御部５Ｂにおける、レベル計１３による測定値を基に造粒機３の単位時間当たりの造粒処理量について説明する。
定量供給機１１によって、ホッパ１２に供給する混練汚泥Ｃの単位時間当たりの供給量は一定でありＱ１とする。ホッパ１２の底面積（水平断面積）Ｓ１とする。また、レベル計１３により測定するホッパ１２内に滞留する混練汚泥Ｃの体積高さのΔＴ１時間あたりの変動をΔＬ１とする。
この時、造粒機３による単位時間当たりの造粒処理量Ｑは、以下の（１）式で表すことができる。
【００５０】
【数１】
2015171690.tif 000003
【００５１】
制御部５Ｂにおいて、含水率演算機１８は、この（１）式を基に、造粒機３の単位時間当たりの造粒処理量Ｑを算出する。
【００５２】
次に、制御部５Ｂにおける、単位時間当たりの造粒処理量の計測値を基にした乾燥汚泥Ｂの含水率を推算と、調湿機６の制御について説明する。
図５に、造粒機３による単位時間当たりの造粒処理量と、造粒された造粒汚泥Ｄの含水率の相関性の一例を示す。なお、図５は、含水率２０％の単位時間当たりの造粒処理量の測定値を１００として、単位時間当たりの造粒処理量を相対的に示すグラフである。図５に示すように、造粒処理量と造粒汚泥Ｄの含水率には高い相関性がある。造粒汚泥Ｄは、含水率が高くなるに従い造粒処理量が増加する。これは含水率が比較的高い場合には、造粒機３による造粒処理において造粒抵抗が低くなるために高速で処理が可能となることによる。
【００５３】
図５に示す単位時間当たりの造粒処理量と造粒汚泥Ｄの含水率の相関性は、一例であり、造粒機３の特性などに依存して変動する。したがって、事前に実験を行い導出した単位時間当たりの造粒処理量と含水率の関係から関係式を導出し制御部５Ｂの含水率演算機１８に入力しておく。含水率演算機１８は、この関係を基に造粒汚泥Ｄの含水率を推算する。
【００５４】
造粒処理における含水率の変化は無視することができるので、造粒汚泥Ｄの含水率は、混練汚泥Ｃの含水率と見なすことができる。制御部５Ｂは、混練機２に供給した調湿材Ｗの調合を記憶しており、含水率演算機１８は、混練機２に供給された調湿材Ｗと混練する前の乾燥汚泥Ｂの含水率を推算する。
【００５５】
次いで、制御部５Ｂは、対比計算機１７において、あらかじめ設定された混練汚泥Ｃの含水率の目標値と、乾燥汚泥Ｂの含水率の推算値とを対比する。
さらに、制御部５Ｂは、乾燥汚泥Ｂの含水率の推算値と、目標値が異なる場合には、調湿材Ｗの種類とその投入量を決定して調湿機６を制御して、この調湿材Ｗを混練機２に投入させる。
さらに、制御部５Ｂは、対比計算機１７において算出された調湿材Ｗの種類、及びその投入量を調整させる。これにより、造粒機３に供給される混練汚泥Ｃの含水率を、所定の値（目標値）に近づけることができる。
【００５６】
第２の実施形態の熱分解システム２２によれば、第１の実施形態の熱分解システム２１と同様の種々の効果を得ることができる。
即ち、特別な含水率計測手段を用いることなく、事前に求めた単位時間当たりの造粒処理量と含水率の関係から、乾燥汚泥Ｂの含水率をリアルタイムで推算できる。また、この推算した含水率を基に、好ましい含水率になるように乾燥汚泥Ｂの含水率を調整することができる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る熱分解システム２３を示す。この熱分解システム２３は、上述の第２の実施形態の熱分解システム２２と比較して、主に制御部５Ｃの構成が異なり、特にレベル計１４が設けられる位置が異なる。
なお、上述の第１の実施形態及び第２の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付しその説明を省略する。
【００５８】
熱分解システム２３において、造粒機３の後段のホッパ７には、制御部５Ｃの一部であるレベル計１４（処理量計測機、計測機）が設けられている。また、ホッパ７の後段であって熱分解炉８の導入部には、定量供給機１５が設けられている。
【００５９】
レベル計１４は、ホッパ７に滞留する造粒汚泥Ｄの高さを計測する。したがって、レベル計１４に示す値から、ホッパ７内に貯留された造粒汚泥Ｄの量（体積）を算出することができ、レベル計１４は、ホッパ７に滞留する造粒汚泥Ｄの量を計測する計測機として機能する。また、レベル計１４は、その計測値の変化から、造粒機３による単位時間当たりの造粒処理量を計測する処理量計測機として機能する。本実施形態では、単位時間当たりの造粒処理量を計測することで造粒抵抗を把握する。
【００６０】
定量供給機１５は、ホッパ７に滞留する造粒汚泥Ｄを熱分解炉８に常に一定の速度で供給する役割を果たす。定量供給機１５による造粒汚泥Ｄの供給速度は、熱分解炉８の定格処理量とすることが好ましい。
【００６１】
制御部５Ｃは、上述したレベル計１４に加え、含水率演算機１９、対比計算機１７を有している。含水率演算機１９は、レベル計１４の計測結果を基に造粒機３による単位時間当たりの造粒処理量を求め、さらにこの造粒処理量から乾燥汚泥Ｂの含水率を推算する。対比計算機１７は、乾燥汚泥Ｂの推算含水率を目標値と対比する。
【００６２】
制御部５Ｃにおける、レベル計１４による測定値を基に造粒機３の単位時間当たりの造粒処理量について説明する。
定量供給機１５によって、ホッパ７から熱分解炉８に供給される混練汚泥Ｃの単位時間当たりの供給量は一定でありＱ２とする。ホッパ７の底面積（水平断面積）Ｓ２とする。また、レベル計１４により測定するホッパ７内に滞留する混練汚泥Ｃの体積高さのΔＴ２時間あたりの変動をΔＬ２とする。
この時、造粒機３による単位時間当たりの造粒処理量Ｑは、以下の（２）式で表すことができる。
【００６３】
【数２】
2015171690.tif 000004
【００６４】
制御部５Ｃにおいて、含水率演算機１９は、この（２）式を基に、造粒機３の単位時間当たりの造粒処理量Ｑを算出する。さらに、含水率演算機１９は、このように算出した単位時間当たりの造粒処理量を基に、第２の実施形態の熱分解システム２２と同様に、乾燥汚泥Ｂの含水率を推算する。さらに、対比計算機１７により乾燥汚泥Ｂの含水率を目標値と対比してこれを基に調湿機６及び乾燥機１を制御する。
【００６５】
第３の実施形態の熱分解システム２３によれば、第１及び第２の実施形態の熱分解システム２１、２２と同様の種々の効果を得ることができる。
即ち、特別な含水率計測手段を用いることなく、事前に求めた単位時間当たりの造粒処理量と含水率の関係から、乾燥汚泥Ｂの含水率をリアルタイムで推算できる。また、この推算した含水率を基に、好ましい含水率になるように乾燥汚泥Ｂの含水率を調整することができる。
【００６６】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、嵩密度を計測するか単位時間当たりの造粒処理量を計測することによって混練汚泥の造粒抵抗を把握し、この造粒抵抗に基づき乾燥汚泥の含水率を推算し乾燥汚泥に調湿材を混練させ含水率を調整する制御部を持つことにより、炭化汚泥の品質と処理量を安定させて炭化汚泥を生産することができる。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１…乾燥機、２…混練機、３…造粒機、４…嵩密度計測器、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ…制御部、６…調湿機、７、１２…ホッパ、８…熱分解炉、９…篩、１０…調湿材貯留槽、１１、１５…定量供給機、１３、１４…レベル計（処理量計測機、計測機）、１６、１８、１９…含水率演算機、１７…対比計算機、２０…供給機構、２１、２２、２３…熱分解システム、Ａ…脱水汚泥、Ｂ…乾燥汚泥、Ｃ…混練汚泥、Ｄ…造粒汚泥、Ｅ…炭化汚泥、Ｆ…微細炭化汚泥、Ｇ…造粒炭化汚泥、Ｗ…調湿材
【図１】
2015171690.tif 000005
【図２】
2015171690.tif 000006
【図３】
2015171690.tif 000007
【図４】
2015171690.tif 000008
【図５】
2015171690.tif 000009