(57)【要約】【課題】造粒汚泥の粒径調整を設備費を掛けることなく自動化して、人件費の削減及び安定操業に寄与する造粒汚泥の粒径制御方法を提供する。【解決手段】脱水汚泥とリサイクルペレットとをミキサー１２で混練して造粒した造粒汚泥を乾燥ドラム１３で乾燥させ、乾燥させた造粒汚泥の一部を製品とし、製品以外の造粒汚泥をリサイクルペレットとしてミキサー１２に供給する造粒乾燥システム１０における造粒汚泥の粒径制御方法であって、リサイクルホッパ１５に貯留されているリサイクルペレットをミキサー１２に供給するリサイクルフィーダ１６にインパルス信号を入力して乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度変化を測定し、乾燥させた造粒汚泥の平均粒径と乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度変化との相関関係より、乾燥させた造粒汚泥の平均粒径を推定し、推定された平均粒径に基づいてミキサー１２に供給するリサイクルペレットの量を調節する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水汚泥とリサイクルペレットとをミキサーで混練して造粒した造粒汚泥を乾燥ドラムで乾燥させ、乾燥させた造粒汚泥の一部を製品とし、前記製品以外の造粒汚泥をリサイクルペレットとして前記ミキサーに供給する造粒乾燥システムにおける造粒汚泥の粒径を制御する方法であって、
リサイクルホッパに貯留されているリサイクルペレットを前記ミキサーに供給するリサイクルフィーダにインパルス信号を入力して前記ミキサーに供給されるリサイクルペレットの量を一時的に増加させ、前記乾燥ドラムの出口における乾燥空気の温度変化を測定する工程と、
乾燥させた造粒汚泥の平均粒径と前記乾燥ドラムの出口における乾燥空気の温度変化との相関関係より、乾燥させた造粒汚泥の平均粒径を推定し、推定された前記平均粒径が設定粒径より大きい場合、前記ミキサーに供給するリサイクルペレットの量を増加させ、推定された前記平均粒径が設定粒径より小さい場合、前記ミキサーに供給するリサイクルペレットの量を減少させる工程とを備えることを特徴とする造粒汚泥の粒径制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水汚泥を造粒乾燥させて固形燃料化する設備における造粒汚泥の粒径制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオマスが新しいエネルギー源として注目されている。中でも、下水処理工場や食品加工工場、製紙工場等から排出される有機性汚泥の多くは、焼却又は溶融処理されて、セメントや建設資材の原料にリサイクルされている。このような有機性汚泥は、有機物を含み、その集積性や安定性等に優位性を有しているため特に注目を集めている。特許文献１には、下水汚泥などの脱水汚泥を固形燃料化する造粒乾燥システムが開示されている。このシステムは、汚泥貯留ホッパに貯留されている脱水汚泥とリサイクルホッパから供給されるリサイクルペレットを二軸ミキサーで混練して造粒する造粒プロセスと、造粒した造粒汚泥を乾燥ドラムで乾燥させる乾燥プロセスとを備えている。
【０００３】
乾燥空気とともに乾燥ドラムから排出された造粒汚泥は、乾燥ドラムの後段に設置されているバグフィルタで乾燥空気から分離され、分級機に搬送される。分級機に搬送された造粒汚泥は分級機によって分級され、所定の粒径を有するものは、リサイクルホッパのレベルが高ければ製品となり、低ければリサイクルペレットとしてリサイクルホッパへ装入され、二軸ミキサーに供給される。所定の粒径に満たないものはリサイクルホッパに装入される。
【０００４】
造粒乾燥システムに供給される脱水汚泥の含水率は一定ではなく変動する。脱水汚泥の含水率が大きくなると、二軸ミキサー内の含水率が上昇して造粒汚泥が大きくなり、脱水汚泥の含水率が小さくなると造粒汚泥も小さくなる。造粒汚泥が設定粒径より大きくなると、乾燥ドラム内で乾燥される造粒汚泥全体の表面積が減少し、乾燥ドラム内での乾燥効率が落ちて燃費が悪化する。逆に、造粒汚泥が設定粒径より小さくなると、リサイクルホッパが満杯となり、リサイクルホッパからリサイクルペレットを掻き出さないと再稼働できなくなる。
【０００５】
そのため、稼働中の造粒乾燥システムから１時間ごとに造粒汚泥のサンプルを採取して、粒径の指標となる造粒汚泥の含水率を手分析し、造粒汚泥の粒径が目標値に近づくように、二軸ミキサーに供給するリサイクルペレットの量を調整している。二軸ミキサーに供給するリサイクルペレットの量を多くすると、造粒汚泥の粒径は小さくなり、リサイクルペレットの量を少なくすると、造粒汚泥の粒径は大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２２７４６３号公報
【特許文献２】特開２００６−５５７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来方法の場合、作業員が造粒汚泥の含水率を定期的に分析しなければならないため、人件費が掛かるという問題がある。
一方、特許文献２には、汚泥乾燥炉から排出される乾燥汚泥を貯溜槽に一旦貯溜して容積式コンベアにより切出し搬送するようにし、貯溜槽から切出される乾燥汚泥の量に応じて汚泥乾燥炉の乾燥条件を調節して乾燥汚泥の含水率を制御する方法が開示されている。しかし、この方法の場合、貯溜槽の重量変化を検出する必要があるため、乾燥汚泥の供給を行う貯溜槽と乾燥汚泥の切出しを行う貯溜槽の２つが必要となり、設備費が掛かるという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、造粒汚泥の粒径調整を設備費を掛けることなく自動化して、人件費の削減及び安定操業に寄与する造粒汚泥の粒径制御方法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、脱水汚泥とリサイクルペレットとをミキサーで混練して造粒した造粒汚泥を乾燥ドラムで乾燥させ、乾燥させた造粒汚泥の一部を製品とし、前記製品以外の造粒汚泥をリサイクルペレットとして前記ミキサーに供給する造粒乾燥システムにおける造粒汚泥の粒径を制御する方法であって、以下の工程を備えることを特徴としている。
（１）リサイクルホッパに貯留されているリサイクルペレットを前記ミキサーに供給するリサイクルフィーダにインパルス信号を入力して前記ミキサーに供給されるリサイクルペレットの量を一時的に増加させ、前記乾燥ドラムの出口における乾燥空気の温度変化を測定する工程
（２）乾燥させた造粒汚泥の平均粒径と前記乾燥ドラムの出口における乾燥空気の温度変化との相関関係より、乾燥させた造粒汚泥の平均粒径を推定し、推定された前記平均粒径が設定粒径より大きい場合、前記ミキサーに供給するリサイクルペレットの量を増加させ、推定された前記平均粒径が設定粒径より小さい場合、前記ミキサーに供給するリサイクルペレットの量を減少させる工程
【００１０】
本発明は、インパルス応答法を用いて造粒汚泥の粒径を推定し、その結果をリサイクルペレットの供給量にフィードバックすることにより造粒汚泥の粒径を制御する。
なお、インパルス応答法とは、測定対象への入力を一瞬だけ高める（インパルス＝衝撃）作用に対する出力の変化を計測することで、測定対象の状態を分析する手法のことである。
【００１１】
具体的には、リサイクルペレットをミキサーに供給するリサイクルフィーダにインパルス信号を入力してミキサーに供給されるリサイクルペレットの量を一時的に増加させる。リサイクルペレットの量が増えると、造粒汚泥の総表面積が増加して乾燥速度（単位時間当たりの水分蒸発量）が上昇するため、乾燥ドラム出口における乾燥空気の温度が低下する。造粒汚泥の平均粒径が小さいほど、乾燥ドラム出口における乾燥空気の温度低下は大きくなる。これは、造粒汚泥の粒径が小さいほうが単位体積当たりの表面積が大きくなるため、水分蒸発が進むからである。
【００１２】
本発明では、リサイクルペレットをミキサーに供給するリサイクルフィーダにインパルス信号を入力して乾燥ドラム出口における乾燥空気の温度変化を測定し、乾燥させた造粒汚泥の平均粒径と乾燥ドラム出口における乾燥空気の温度変化との相関関係より、乾燥させた造粒汚泥の平均粒径を推定する。乾燥させた造粒汚泥の平均粒径が推定できると、推定された平均粒径に基づいてミキサーに供給するリサイクルペレットの量を増減させることにより造粒汚泥の粒径を制御することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る造粒汚泥の粒径制御方法では、リサイクルペレットをミキサーに供給するリサイクルフィーダにインパルス信号を入力して乾燥ドラム出口における乾燥空気の温度変化を測定し、乾燥させた造粒汚泥の平均粒径と乾燥ドラム出口における乾燥空気の温度変化との相関関係より、乾燥させた造粒汚泥の平均粒径を推定するので、造粒汚泥の粒径調整を設備費を掛けることなく自動化して、人件費の削減及び安定操業に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る造粒汚泥の粒径制御方法が適用される造粒乾燥システムの概略フロー図である。
【図２】造粒汚泥の粒径が２．４ｍｍ条件下におけるインパルス入力に対する乾燥ドラム出口における乾燥空気の温度変化を示したグラフである。
【図３】リサイクルフィーダに入力するインパルス入力波形の一例を示すグラフである。
【図４】造粒汚泥の粒径が４．４ｍｍ、インパルスの入力高さが平時の１．２倍の条件下におけるインパルスの入力幅と乾燥ドラム出口における乾燥空気の温度変化との関係を示したグラフである。
【図５】造粒汚泥の粒径が４．４ｍｍ、インパルスの入力幅が１００秒の条件下におけるインパルスの入力高さと乾燥ドラム出口における乾燥空気の温度変化との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
【００１６】
本発明の一実施の形態に係る造粒汚泥の粒径制御方法が適用される造粒乾燥システム１０の概略フローを図１に示す。
造粒乾燥システム１０は、有機性汚泥などの脱水汚泥を球形状の造粒乾燥物（乾燥ペレット）として固形燃料化する設備である。
【００１７】
造粒乾燥システム１０では、汚泥貯留ホッパ１１に貯留されている脱水汚泥と、リサイクルホッパ１５に貯留されているリサイクルペレットとが二軸ミキサー１２（ミキサーの一例）で混練、造粒される。リサイクルペレットは、リサイクルホッパ１５の下部に設置されているリサイクルフィーダ１６により二軸ミキサー１２に装入される。リサイクルフィーダ１６にはスクリューコンベアが使用されている。
【００１８】
脱水汚泥の含水率は約７５質量％、リサイクルペレットの粒度は微粉〜７ｍｍ程度である。脱水汚泥とリサイクルペレットを二軸ミキサー１２で混練、造粒処理すると、リサイクルペレットを核としてその表面に脱水汚泥がコーティングされる。
【００１９】
二軸ミキサー１２で混練、造粒処理された造粒汚泥は乾燥ドラム１３で乾燥処理され、乾燥ガスとともにバグフィルタ１４に搬送される。
乾燥ドラム１３の入口における乾燥空気の温度は約４４０℃、乾燥ドラム１３の出口における乾燥空気の温度は約１１９℃に設定されている。制御部２５が、乾燥ドラム１３の出口に設置された温度センサー２４の出力に基づいて熱交換器２３における熱交換量を制御することにより、乾燥空気の温度を所定温度に維持している。
【００２０】
乾燥空気とともに乾燥ドラム１３から排出された造粒汚泥は、乾燥ドラム１３の後段に設置されているバグフィルタ１４で乾燥空気から分離され、造粒汚泥供給コンベア１８により分級機２０に搬送される。搬送された造粒汚泥は分級機２０によって分級され、所定の粒径を有するものは、リサイクルホッパ１５のレベルが高ければ製品として製品供給ホッパ１７に搬送されて固形燃料となり、低ければリサイクルペレットとなる。その分配は分配弁２２により行う。一方、所定の粒径より大きい造粒汚泥は破砕機２１により破砕された後、所定の粒径より小さい造粒汚泥はそのまま、リサイクルペレットコンベア１９によりリサイクルホッパ１５に搬送される。
バグフィルタ１４から排出された乾燥空気は、熱交換器２３により加熱された後、再び乾燥ドラム１３に供給される。
【００２１】
次に、本発明の一実施の形態に係る造粒汚泥の粒径制御方法について説明する。
先ず、造粒乾燥システム１０の試運転時に、リサイクルフィーダ１６にインパルス信号を入力してリサイクルフィーダ１６の回転数を一時的に上げ、二軸ミキサー１２に供給されるリサイクルペレットの量を一時的に増加させ、乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度変化を温度センサー２４により測定する。また、その際、乾燥ドラム１３から排出される造粒汚泥のサンプルを採取して造粒汚泥の平均粒径を計測する。
そして、前記結果に基づいて、乾燥させた造粒汚泥の平均粒径と乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度変化との相関関係をデータ化し、制御部２５が利用できるようにする。
【００２２】
造粒汚泥の粒径を２．４ｍｍとして、リサイクルフィーダ１６にインパルス信号を入力したときの乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度変化をシミュレーションした結果を図２に、その際のインパルス入力波形を図３に示す。また、造粒汚泥の粒径と乾燥空気の温度低下量及びピークまでの時間との関係を表１に示す。なお、インパルスの入力高さは平時に対する倍率を示している。
【００２３】
シミュレーションにはＭａｔｈＷｏｒｋｓ社製ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋを使用した。シミュレーション時の基本条件を以下に示しておく。
・脱水汚泥の供給量：１．２５ｔｏｎ／ｈ、脱水汚泥の含水率：７５質量％
・リサイクルペレットの供給量：４．０ｔｏｎ／ｈ
・乾燥ドラム１３入口における乾燥空気の温度：４４０℃、乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度：１１９℃
【００２４】
【表１】
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【００２５】
リサイクルフィーダ１６にインパルス信号を入力して二軸ミキサー１２に供給されるリサイクルペレットの量を一時的に増加させると、乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度が一時的に低下することが図２よりわかる。また、造粒汚泥の粒径が小さくなるにつれて、乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度低下量が大きくなると共に、ピーク（最低温度）に至るまでの時間が長くなることが表１よりわかる。このように、造粒汚泥の（平均）粒径と乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度変化との間には相関関係が存在する。
【００２６】
図４はインパルスの入力幅と乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度変化との関係を、図５はインパルスの入力高さと乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度変化との関係をシミュレーションにより求めたものである。なお、造粒汚泥の粒径は４．４ｍｍとした。
これらの図より、インパルスの入力幅もしくは入力高さが大きくなるにつれて、リサイクルペレットの供給量が増加するため、乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度低下量が大きくなることがわかる。
【００２７】
次に、造粒乾燥システム１０操業時に制御部２５によって実行される造粒汚泥の粒径制御について説明する。
（１）リサイクルフィーダ１６にインパルス信号を入力してリサイクルフィーダ１６の回転数を一時的に上げ、二軸ミキサー１２に供給されるリサイクルペレットの量を一時的に増加させる。
（２）乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度変化を温度センサー２４で測定する。そして、予めデータ化されている乾燥させた造粒汚泥の平均粒径と乾燥ドラム１３出口における乾燥空気の温度変化との相関関係より、乾燥させた造粒汚泥の平均粒径を推定する。
（３）推定された平均粒径が設定粒径より大きい場合、リサイクルフィーダ１６の回転数を上げて二軸ミキサー１２に供給するリサイクルペレットの量を増加させる。逆に、推定された平均粒径が設定粒径より小さい場合は、リサイクルフィーダ１６の回転数を下げて二軸ミキサー１２に供給するリサイクルペレットの量を減少させる。
【００２８】
リサイクルペレットの供給量を増加させると、核となるリサイクルペレットをコーティングしている脱水汚泥の膜厚が薄くなるため造粒汚泥の粒径は小さくなる。逆に、リサイクルペレットの供給量を減少させると、リサイクルペレットをコーティングしている脱水汚泥の膜厚が厚くなるため造粒汚泥の粒径は大きくなる。
【００２９】
以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
【符号の説明】
【００３０】
１０：造粒乾燥システム、１１：汚泥貯留ホッパ、１２：二軸ミキサー（ミキサー）、１３：乾燥ドラム、１４：バグフィルタ、１５：リサイクルホッパ、１６：リサイクルフィーダ、１７：製品供給ホッパ、１８：造粒汚泥供給コンベア、１９：リサイクルペレットコンベア、２０：分級機、２１：破砕機、２２：分配弁、２３：熱交換器、２４：温度センサー、２５：制御部
【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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