(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥焼却炉で燃焼される脱水汚泥ケーキを、補助燃料を必要とせずに自燃する自燃含水率の自燃脱水汚泥ケーキに変換して燃焼させる汚泥焼却炉システムの汚泥焼却炉用乾燥処理装置であって、
乾燥機と循環ブロワと乾燥機用熱交換器とが順次接続された循環路を形成し、前記汚泥焼却炉内の白煙防止空気熱交換器から一部の熱エネルギーを前記乾燥機用熱交換器に取り込み、該乾燥機用熱交換器が前記循環路内を流れる流体の温度を上昇させ、前記汚泥焼却炉に流入する前記脱水汚泥ケーキの一部を取り出して前記乾燥機によって所望の含水率まで乾燥した乾燥汚泥脱水ケーキを生成する乾燥装置を備え、
前記乾燥装置は、前記乾燥機の出口温度をもとに、前記循環路内の熱交換量を制御して前記乾燥機によって乾燥される脱水汚泥ケーキを所望の含水率に制御する制御部を備えたことを特徴とする汚泥焼却炉用乾燥処理装置。
【請求項２】
汚泥焼却炉で燃焼される脱水汚泥ケーキを、補助燃料を必要とせずに自燃する自燃含水率の自燃脱水汚泥ケーキに変換して燃焼させる汚泥焼却炉システムの汚泥焼却炉用乾燥装置であって、
乾燥機と循環ブロワと乾燥機用熱交換器とが順次接続された循環路を形成し、前記汚泥焼却炉内の白煙防止空気熱交換器から一部の熱エネルギーを前記乾燥機用熱交換器に取り込み、該乾燥機用熱交換器が前記循環路内を流れる流体の温度を上昇させるとともに、前記汚泥焼却炉に流入する前記脱水汚泥ケーキの一部を取り出して前記乾燥機によって所望の含水率まで乾燥した乾燥汚泥脱水ケーキを生成する乾燥装置と、
前記乾燥装置によって生成された乾燥汚泥ケーキと前記脱水汚泥ケーキとを混合し、前記自燃含水率をもつ自燃脱水汚泥ケーキを生成して前記汚泥焼却炉に流入する混合投入装置と、
を備え、
前記乾燥装置は、前記乾燥機の出口温度をもとに、前記循環路内の熱交換量を制御して前記乾燥機によって乾燥される脱水汚泥ケーキを所望の含水率に制御する制御部を備えたことを特徴とする汚泥焼却炉用乾燥処理装置。
【請求項３】
前記汚泥焼却炉の白煙防止用排ガス処理装置に、前記乾燥機用熱交換器による熱交換後の残余の熱エネルギーを供給し、該残余の熱エネルギーを前記白煙防止用排ガス処理装置に用いることを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥焼却炉用乾燥処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、汚泥焼却炉で燃焼される脱水汚泥ケーキを、補助燃料を必要とせずに自燃する自燃含水率の自燃脱水汚泥ケーキに変換して燃焼させる汚泥焼却炉システムの汚泥焼却炉用乾燥処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場などから発生する汚泥などを焼却する汚泥焼却炉は、ＣＯ２やＮ２Ｏなどの温室効果ガスの排出源となっていることから、温室効果ガスの低減によって環境負荷を低減することが要望されている。特に、Ｎ２０は、ＣＯ２の３１０倍の温室効果があるとされ、その削減が強く要望されている。一方、汚泥焼却炉の省エネルギー化を図る必要もあり、補助燃料使用量の低減が要望されている。
【０００３】
特許文献１には、流動焼却炉に投入する脱水ケーキと乾燥ケーキの投入量の配分を制御することにより、汚泥のみで自己燃焼状態が維持可能な燃焼制御を行うものが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、廃棄物の焼却炉から発生する燃焼廃ガスを、空気予熱器の熱交換による熱回収を行った後、白煙防止器においてこの燃焼廃ガスを使用して空気を加熱し、得られた加熱空気の一部を燃焼廃ガスの排出口での白煙防止のために混合するとともに、該加熱空気の残部を高温型燃料電池発電設備の燃料電池のアノードから生ずる未利用燃料の燃焼用空気および／またはカソードの熱交換用空気として使用するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３００２３８号公報
【特許文献２】特開２００７−２６５７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように、汚泥焼却炉では、温室効果ガスの低減と補助燃料使用量の低減との双方を両立する必要がある。特に、近年、排ガス中のＮ２Ｏのさらなる削減のため、汚泥焼却炉の焼却温度を８００℃から８５０℃に高温化する傾向があり、この焼却温度の高温化のために補助燃料使用量をさらに増加しなくてはならず、汚泥焼却炉全体のエネルギー効率が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
一方、汚泥焼却炉で燃焼される汚泥ケーキは、特許文献１に記載されるように、汚泥焼却炉で補助燃料を使用せずに自燃できる含水率に乾燥させる前処理が施される。したがって、汚泥焼却炉で自燃含水率の汚泥ケーキを燃焼させれば基本的に補助燃料が不要となり、汚泥焼却炉のエネルギー効率が向上するが、この前処理は、乾燥機によって行われるため、この乾燥機を運転させるためのエネルギーが必要となり、必ずしも、乾燥機を含めた汚泥焼却炉システム全体のエネルギー効率が向上するとは言えない。
【０００８】
ここで、乾燥機を含めた汚泥燃焼炉システム全体のエネルギー効率を向上させるため、特許文献２に記載されるように、加熱空気の一部を利用し、特許文献１に記載された乾燥機を運転させることが考えられる。しかし、加熱空気を利用した乾燥機は、この加熱空気の熱エネルギーの変動に対応して、安定した所望の含水率を有した乾燥汚泥ケーキを得ることは難しい。安定した所望の含水率を有した乾燥汚泥ケーキが生成されないと、精度の高い自燃含水率の汚泥ケーキを得ることができず、結果として補助燃料使用量が増加してしまい、汚泥焼却炉全体のエネルギー効率が低下する。
【０００９】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、汚泥焼却炉システムの加熱空気を利用する場合でも、所望の含水率を安定して得ることができる汚泥焼却炉用乾燥処理装置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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる汚泥焼却炉用乾燥処理装置は、汚泥焼却炉で燃焼される脱水汚泥ケーキを、補助燃料を必要とせずに自燃する自燃含水率の自燃脱水汚泥ケーキに変換して燃焼させる汚泥焼却炉システムの汚泥焼却炉用乾燥処理装置であって、乾燥機と循環ブロワと乾燥機用熱交換器とが順次接続された循環路を形成し、前記汚泥焼却炉内の白煙防止空気熱交換器から一部の熱エネルギーを前記乾燥機用熱交換器に取り込み、該乾燥機用熱交換器が前記循環路内を流れる流体の温度を上昇させ、前記汚泥焼却炉に流入する前記脱水汚泥ケーキの一部を取り出して前記乾燥機によって所望の含水率まで乾燥した乾燥汚泥脱水ケーキを生成する乾燥装置を備え、前記乾燥装置は、前記乾燥機の出口温度をもとに、前記循環路内の熱交換量を制御して前記乾燥機によって乾燥される脱水汚泥ケーキを所望の含水率に制御する制御部を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明にかかる汚泥焼却炉用乾燥処理装置は、汚泥焼却炉で燃焼される脱水汚泥ケーキを、補助燃料を必要とせずに自燃する自燃含水率の自燃脱水汚泥ケーキに変換して燃焼させる汚泥焼却炉システムの汚泥焼却炉用乾燥処理装置であって、乾燥機と循環ブロワと乾燥機用熱交換器とが順次接続された循環路を形成し、前記汚泥焼却炉内の白煙防止空気熱交換器から一部の熱エネルギーを前記乾燥機用熱交換器に取り込み、該乾燥機用熱交換器が前記循環路内を流れる流体の温度を上昇させるとともに、前記汚泥焼却炉に流入する前記脱水汚泥ケーキの一部を取り出して前記乾燥機によって所望の含水率まで乾燥した乾燥汚泥脱水ケーキを生成する乾燥装置と、前記乾燥装置によって生成された乾燥汚泥ケーキと前記脱水汚泥ケーキとを混合し、前記自燃含水率をもつ自燃脱水汚泥ケーキを生成して前記汚泥焼却炉に流入する混合投入装置と、を備え、前記乾燥装置は、前記乾燥機の出口温度をもとに、前記循環路内の熱交換量を制御して前記乾燥機によって乾燥される脱水汚泥ケーキを所望の含水率に制御する制御部を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、この発明にかかる汚泥焼却炉用乾燥処理装置は、上記の発明において、前記汚泥焼却炉の白煙防止用排ガス処理装置に、前記乾燥機用熱交換器による熱交換後の残余の熱エネルギーを供給し、該残余の熱エネルギーを前記白煙防止用排ガス処理装置に用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、乾燥機の出口温度変化に対する含水率の変動が大きいことに着目し、乾燥装置が、乾燥機の出口温度をもとに、循環路内の熱交換量を制御して前記乾燥機によって乾燥される脱水汚泥ケーキが所望の含水率となるように制御しているので、汚泥焼却炉システムの加熱空気を利用する場合でも、所望の含水率を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、この発明の実施の形態にかかる汚泥焼却炉用乾燥処理装置を含む汚泥焼却炉システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、汚泥焼却炉システムに流入する脱水汚泥ケーキから自燃脱水汚泥ケーキを生成する概要工程を示すフロー図である。
【図３】図３は、図１で示した乾燥機の詳細構成を示す断面図である。
【図４】図４は、乾燥機によって乾燥される乾燥汚泥ケーキの含水率の乾燥機出口温度依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態にかかる汚泥焼却炉用乾燥処理装置を含む汚泥焼却炉システムの構成を示すブロック図である。この汚泥焼却炉システムは、汚泥焼却装置１と、乾燥装置２と、混合投入装置３とを有する。乾燥装置２と混合投入装置３とは、補助燃料を使用せずに汚泥焼却炉で自燃する自燃含水率の汚泥ケーキを生成する乾燥処理装置として機能する。
【００１７】
汚泥焼却装置１では、流入した自燃含水率の汚泥ケーキを、補助燃料を用いずに、焼却炉１１で焼却する。この焼却炉１１は、流動焼却炉や循環焼却炉などの各種の焼却炉で実現される。焼却炉１１からの排ガスは、温室効果ガスを低減するため、約８５０℃の高温ガスとして流動空気熱交換器１２に入力される。流動空気熱交換器１２は、この高温ガスを焼却炉１１に戻して燃焼用の空気として用いる。
【００１８】
流動空気熱交換器１２を経由した排ガスは、５２０〜５５０℃に下がり、白煙防止空気熱交換器１３に流入する。白煙防止空気熱交換器１３は、白煙防止空気ファン１４によって供給される外部の常温空気と熱交換して、この常温空気を約３５０℃の低温ガスとして乾燥装置２側に出力するとともに、熱交換されて約３００℃に降下した排ガスを、白煙防止を行う排ガス処理部１５に出力する。
【００１９】
排ガス処理部１５は、白煙防止空気熱交換器１３から流入した排ガスに対して、乾燥装置２側から流入した１８０〜２２０℃の低温ガスを用いて白煙防止処理を行い、この白煙防止処理が施された排ガスを外部に出力する。
【００２０】
一方、乾燥装置２は、白煙防止空気熱交換器１３から得られた低温ガスを用いて、脱水汚泥ケーキを所望の含水率まで乾燥させる装置である。この乾燥装置２は、乾燥機用熱交換器２１、乾燥機２２、循環ブロア２３が順次接続された循環路を形成する。
【００２１】
乾燥機用熱交換器２１は、白煙防止空気熱交換機１３から流入した低温ガスと上述した循環路との間で熱交換を行う。循環路内の循環ガスは、循環ブロア２３によって循環される。乾燥機用熱交換器２１は、白煙防止空気熱交換器１３から流入した低温ガスから熱エネルギーをもらい、循環ブロア２３から供給される１８０〜２２０℃の循環ガスＡ２を約３００〜３５０℃の循環ガスＡ１に昇温させる。また、循環ガスＡ１に熱エネルギーを与えた排ガスは、１８０〜２２０℃に降温されて排ガス処理部１５に出力される。
【００２２】
乾燥機２２は、乾燥機用熱交換器２１側から流入する循環ガスＡ１を用いて、含水率７８〜８２％の脱水汚泥ケーキＣ２を乾燥させ、含水率３０％以下の乾燥汚泥ケーキＣ３を生成する。この乾燥機２２に流入した循環ガスＡ１は、乾燥のために熱エネルギーが奪われ、降温した１８０〜２２０℃の循環ガスＡ２として循環ブロア２３側に出力される。
【００２３】
ここで、混合投入装置３は、含水率７８〜８２％の脱水汚泥ケーキＣ１と乾燥機２２によって乾燥された含水率３０％以下の乾燥汚泥ケーキＣ３とを混合して、自燃含水率７７％の混合汚泥ケーキＣ４を生成して、焼却炉１１に流出する。
【００２４】
図２に示すように、汚泥焼却炉システムに流入する脱水汚泥ケーキＣ０は、含水率７８〜８２％であり、その約８割は、脱水汚泥ケーキＣ１として混合投入装置３に流入する。また、その約２割の脱水汚泥ケーキＣ２は、乾燥装置２に送られて、含水率３０％以下の乾燥汚泥ケーキＣ３として乾燥され、この乾燥汚泥ケーキＣ３は、混合投入装置３に流入する。そして、混合投入装置３は、含水率７８〜８２％の脱水汚泥ケーキＣ１と含水率３０％以下の乾燥汚泥ケーキＣ３とを混合して、自燃含水率７７％の混合汚泥ケーキＣ４を生成して、焼却炉１１に流出する。この結果、焼却炉１１は、補助燃料を必要とせずに、混合汚泥ケーキＣ４を燃焼させることができる。すなわち、補助燃料を必要としない分、エネルギー効率を向上させることができる。
【００２５】
図３は、乾燥機２２の構成を示す断面図である。図３に示すように、乾燥機２２は、熱風式攪拌装置付き乾燥機であり、低速で回転する外筒３３と、外筒３３内を、軸３２を中心に外筒３３と同方向に高速回転する攪拌翼３１とを有する。たとえば、外筒３３の回転数は、数ｒｐｍであり、攪拌翼３１の回転数は、数百ｒｐｍである。
【００２６】
乾燥機２２の一端からは、脱水汚泥ケーキＣ２と循環ガスＡ１とが流入する。また、他端からは、乾燥された乾燥汚泥ケーキＣ３と熱回収された排ガスである循環ガスＡ２が流出する。乾燥機２２に流入した脱水汚泥ケーキＣ２は、攪拌翼３１によって攪拌されつつ、循環ガスＡ２である３００〜３５０℃の低温熱風にさらされて所望の含水率、たとえば含水率３０％以下まで乾燥される。
【００２７】
なお、この乾燥機２２は、脱水汚泥ケーキＣ２と循環ガスＡ１との流入方向が同一方向である。これによって、乾燥機２２内で乾燥され始める含水率の大きい汚泥は、汚泥が燃焼してしまうことを抑止することができる。
【００２８】
また、乾燥機２２内は、循環ブロア２３によって循環ガスが吸引され、負圧状態となっており、これによって、臭いなどが外部に漏れないようにしている。これに伴って、乾燥機２２内には、外部から常温の未飽和空気Ｅ１が流入し、飽和状態に近い循環ガスＡ２の一部は、循環ブロア２３の下流側でスクラバー２４によって除湿後、その一部が焼却炉１１に流入する。このような不飽和空気Ｅ１が流入することによって循環ガスの飽和状態が緩和されて脱水汚泥ケーキＣ２が乾燥されることになる。
【００２９】
ここで、上述した乾燥機２２によって脱水汚泥ケーキＣ２を含水率３０％以下の所望の含水率に乾燥させる制御は、乾燥機用熱交換器２１に流入する白煙防止空気熱交換機１３からの低温ガスの熱エネルギーが変動するため、高い精度と安定性が要求される。一方、図４に示すように、乾燥汚泥ケーキＣ３の含水率変化は、乾燥機２２に流入する循環ガスの熱風温度の温度変化（Ｌ２）に比して、乾燥機２２の出口温度の温度変化（Ｌ１）の方が急峻である。この結果、たとえば、含水率３０％に制御する場合、乾燥機２２の出口温度を検出してフィードバック制御すると、迅速かつ安定して３０％の含水率に調整することができる。そこで、この実施の形態では、乾燥装置２の制御部Ｃが、乾燥機２２の出口に配置された温度センサー２７が検出した出口温度をもとに、乾燥汚泥ケーキＣ３が含水率３０％以下の所望の含水率となるように循環路内の熱交換量を制御する。
【００３０】
具体的に、制御部Ｃは、出口温度をもとに、循環ブロア２３のインバータ２３ａを制御して循環路内の風量調節を行って乾燥機用熱交換器２１の熱交換量を調整して乾燥汚泥ケーキＣ３が所望の含水率となるように制御する。あるいは、制御部Ｃは、出口温度をもとに、乾燥機用熱交換機２１の前段に設けられた風量調整機能付きダンパー２５とスクラバー２４の後段に設けられた風量調整機能付きダンパー２６とに対する各風量調整機能を調整することによって循環路内への風量調節を行って乾燥機用熱交換器２１の熱交換量を調整して乾燥汚泥ケーキＣ３が所望の含水率となるように制御する。なお、風量調整機能付きダンパー２５あるいは風量調整機能付きダンパー２６のいずれか一方のみを調整して循環路内への風量調節を行ってもよい。また、制御部Ｃは、インバータ２３ａ、風量調整機能付きダンパー２５、風量調整機能付きダンパー２６のうちの１以上の制御対象要素に対して制御を実施すればよい。
【００３１】
なお、乾燥汚泥ケーキＣ３の含水率は、乾燥機２２の外筒３３の回転数および攪拌翼３１の回転数によっても影響される。特に、攪拌翼３１の回転数を増大することによって、乾燥汚泥の粒径が小さくなり、含水率が向上する。すなわち、攪拌翼３１などの回転数を制御すると、乾燥汚泥への熱エネルギーの吸収によって循環路内の熱交換量が変化する。したがって、制御部Ｃは、出口温度をもとに、乾燥機２２の外筒３３および／または攪拌翼３１の回転数を制御することによって、実質的に循環路内の熱交換量を制御する。例えば、制御部Ｃは、所望の含水率に対する出口温度が高くなった場合には、攪拌翼３１の回転数を上げて乾燥汚泥による熱吸収を増大させて出口温度を下げる制御を行う。なお、制御部Ｃは、出口温度をもとに、インバータ２３ａ、風量調整機能付きダンパー２５、風量調整機能付きダンパー２６、乾燥機２２の外筒３３の回転数、攪拌翼３１の回転数のうちの１以上の制御対象要素に対して制御を実施すればよい。
【００３２】
この実施の形態では、制御部Ｃが、乾燥機２２の出口に配置された温度センサー２７が検出した出口温度をもとに、乾燥汚泥ケーキＣ３が含水率３０％以下の所望の含水率となるように循環路内の熱交換量を制御するようにしているので、乾燥機用熱交換器２１に流入する白煙防止空気熱交換機１３から低温ガスの熱エネルギーが変動しても、所望の含水率をもつ乾燥汚泥ケーキＣ３を安定かつ高い精度で得ることができる。
【００３３】
また、白煙防止空気熱交換器１３から得られた熱エネルギーをそのまま白煙防止を行う排ガス処理部１５に供給せずに、排ガス処理部１５において白煙防止に必要なエネルギーは少量で済むことに着目し、汚泥焼却装置１に隣接配置される乾燥装置２が使用する熱風生成のエネルギーに利用し、残余のエネルギーを排ガス処理部１５が使用するエネルギーとして供給するようにしているので、汚泥焼却炉システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【００３４】
さらに、焼却炉１１に供給される汚泥ケーキは、安定かつ精度の高い自燃含水率の汚泥ケーキであるため、焼却炉１１には補助燃料１１が不要となり、汚泥焼却炉システム全体のエネルギー効率を高めることができるとともに、焼却炉１１は、８５０℃という高温焼却を行っているため、温室効果ガスの低減も達成できる。
【００３５】
なお、上述した汚泥ケーキの自燃含水率を７７％としたが、これは焼却炉１１の設定状態によって変化するものであり、一例を示したものに過ぎない。
【符号の説明】
【００３６】
１  汚泥焼却装置
２  乾燥装置
３  混合投入装置
１１  焼却炉
１２  流動空気熱交換器
１３  白煙防止空気熱交換器
１４  白煙防止空気ファン
１５  排ガス処理部
２１  乾燥機用熱交換器
２２  乾燥機
２３  循環ブロア
２３ａ  インバータ
２４  スクラバー
２５，２６  風量調整機能付きダンパー
２７  温度センサー
３１  攪拌翼
３２  軸
３３  外筒
【図１】
0005806149.tif 000002
【図２】
0005806149.tif 000003
【図３】
0005806149.tif 000004
【図４】
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