(57)【要約】【課題】汚泥や、畜糞、堆肥、ウッドチップ等の有機物の再利用を図ることが可能な炭化処理システムを提供する。【解決手段】炭化処理システム１００は、汚泥や、畜糞、堆肥、ウッドチップ等の有機物の炭化処理を行う炭化炉１０と、炭化炉１０から排出された排気ガスの冷却を行う排熱回収手段としての熱交換器５３とを備える。炭化炉１０には、有機物を炉内に投入する投入経路２１と、炉内で生成された炭化物を回収する回収経路３１と、燃焼ガスを炉内に供給する供給経路４１と、炉内で発生した排気ガスを炉外へ排出する排出経路５１と、熱交換器５３により加熱された高温空気を炉内に供給する供給経路６１と、熱交換器５３により冷却された排気ガスの一部を炉内に循環させる循環経路５２とが接続され、循環経路５２の排気ガスの温度及び酸素濃度は、供給経路６１の高温空気の温度及び酸素濃度よりも低くなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥、畜糞、堆肥、ウッドチップ等の有機物の炭化処理を行って、前記有機物の炭化物を回収する炭化処理システムであって、
前記有機物の炭化処理を行う炭化炉と、
前記炭化炉から排出された排気ガスの冷却を行う排熱回収手段とを備え、
前記炭化炉には、前記有機物を炉内に投入する有機物投入経路と、前記炉内で生成された前記炭化物を回収する炭化物回収経路と、燃焼ガスを前記炉内に供給する燃焼ガス供給経路と、前記炉内で発生した排気ガスを炉外へ排出する排気ガス排出経路と、前記排熱回収手段により加熱された高温空気を前記炉内に供給する高温空気供給経路と、前記排熱回収手段により冷却された排気ガスの一部を前記炉内に循環させる排気ガス循環経路とが接続されており、
前記排気ガス循環経路の排気ガスの温度及び酸素濃度は、前記高温空気供給経路の高温空気の温度及び酸素濃度よりも低くなっていることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の炭化処理システムであって、
前記排熱回収手段として、熱交換器、乾燥炉、およびボイラーのうち少なくとも１つが設けられていることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の炭化処理システムであって、
前記炭化炉の上下方向の中間位置よりも上側には、空気を前記炉内に供給する空気供給経路が接続されており、当該空気供給経路からの空気供給によって炭化処理により発生した可燃ガスを燃焼させることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の炭化処理システムであって、
前記排熱回収手段から排出された排気ガスの冷却を行う第２熱交換器と、
前記第２熱交換器から排出された排気ガスに含まれる飛灰を回収するフィルタと、
前記フィルタから排出された排気ガスを排気筒から外部へ排出するブロワとを備えることを特徴とする炭化処理システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の炭化処理システムであって、
前記炭化炉の下端部には、前記炭化物を取り出し可能な取出口が、当該取出口の上端開口部の高さ位置を調整可能に設けられていることを特徴とする炭化処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
汚泥や、畜糞、堆肥、ウッドチップ等の有機物を処理する炭化処理システムとして、有機物を焼却する立型焼却炉を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の立型焼却炉では、炉底部にガスを導入して上向きのガス流を生じさせ、有機物を空気流とともに炉内に投入し、炉底部で生じた上向きのガス流によって、炉内に投入された有機物を浮遊、流動させつつ焼却するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３３１１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、最近では、汚泥や、畜糞、堆肥、ウッドチップ等の有機物を再利用する技術が開発されてきている。例えば、汚泥やウッドチップの場合、バイオマス燃料等に再利用することが検討されており、畜糞や堆肥の場合、家畜や魚の飼料等に再利用することが検討されている。しかしながら、上記特許文献１に記載の炭化処理システムでは、炉内に導入された有機物は、完全に燃焼され、灰となって炉外へ排出されていた。このため、汚泥や、畜糞、堆肥、ウッドチップ等の再利用の観点からは改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、汚泥や、畜糞、堆肥、ウッドチップ等の有機物の再利用を図ることが可能な炭化処理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】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、汚泥、畜糞、堆肥、ウッドチップ等の有機物の炭化処理を行って、前記有機物の炭化物を回収する炭化処理システムであって、前記有機物の炭化処理を行う炭化炉と、前記炭化炉から排出された排気ガスの冷却を行う排熱回収手段とを備え、前記炭化炉には、前記有機物を炉内に投入する有機物投入経路と、前記炉内で生成された前記炭化物を回収する炭化物回収経路と、燃焼ガスを前記炉内に供給する燃焼ガス供給経路と、前記炉内で発生した排気ガスを炉外へ排出する排気ガス排出経路と、前記排熱回収手段により加熱された高温空気を前記炉内に供給する高温空気供給経路と、前記排熱回収手段により冷却された排気ガスの一部を前記炉内に循環させる排気ガス循環経路とが接続されており、前記排気ガス循環経路の排気ガスの温度及び酸素濃度は、前記高温空気供給経路の高温空気の温度及び酸素濃度よりも低くなっていることを特徴とする。
【０００７】
上記構成の炭化処理システムによれば、炭化炉に供給される排気ガス（循環ガス）及び高温空気によって、炉内では、有機物の炭化処理（熱分解）が行われ、また、炭化処理の際に発生する可燃ガスの燃焼が行われる。循環ガスの温度は、高温空気の温度よりも低く、循環ガスの酸素濃度は、高温空気の酸素濃度よりも低くなっているので、炭化炉に供給される循環ガスの量及び高温空気の量を調整することによって、炭化炉の炉内の燃焼温度及び酸素濃度を調整することが可能になる。これにより、炭化炉の中層部及び下層部では、比較的低温の温度（例えば、６５０℃）で有機物の炭化処理（熱分解）が行われ、有機物が炭化物と可燃ガスとに分解される。炭化炉の上層部では、炭化処理によって発生した可燃ガスが比較的高温の温度（例えば、８５０℃）で完全燃焼される。そして、炭化処理によって生成された炭化物を回収することによって、その炭化物の再利用を図ることができる。
【０００８】
上記構成の炭化処理システムにおいて、前記排熱回収手段として、熱交換器、乾燥炉、およびボイラーのうち少なくとも１つが設けられていることが好ましい。
【０００９】
上記構成の炭化処理システムによれば、例えば、排熱回収手段として乾燥炉を設けた場合、乾燥炉に排気ガスを導入することによって、排気ガスの熱を熱源として利用することで、さまざまなものを乾燥（脱水）することが可能になる。
【００１０】
上記構成の炭化処理システムにおいて、前記炭化炉の上下方向の中間位置よりも上側には、空気を前記炉内に供給する空気供給経路が接続されており、当該空気供給経路からの空気供給によって炭化処理により発生した可燃ガスを燃焼させることが好ましい。
【００１１】
上記構成の炭化処理システムによれば、空気供給経路から供給される空気の酸素濃度は、炭化処理によって発生した可燃ガスの酸素濃度よりも高くなっているので、可燃ガスの燃焼を促進させることができる。
【００１２】
上記構成の炭化処理システムにおいて、前記排熱回収手段から排出された排気ガスの冷却を行う第２熱交換器と、前記第２熱交換器から排出された排気ガスに含まれる飛灰を回収するフィルタと、前記フィルタから排出された排気ガスを排気筒から外部へ排出するブロワとを備えることが好ましい。
【００１３】
上記構成の炭化処理システムによれば、第２熱交換器によって、炭化炉に供給される循環ガスの温度を効率的に低下させることができる。
【００１４】
上記構成の炭化処理システムにおいて、前記炭化炉の下端部には、前記炭化物を取り出し可能な取出口が、当該取出口の上端開口部の高さ位置を調整可能に設けられていることが好ましい。
【００１５】
上記構成の炭化処理システムによれば、有機物の種類や水分量、炭化炉の運転条件等に応じて、炭化炉の下層部で生成される炭化物の量が変動したとしても、取出口の上端開口部の高さ位置を調整することで、炭化物の回収効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、汚泥や、畜糞、堆肥、ウッドチップ等の有機物の再利用を図ることが可能な炭化処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る炭化処理システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１の炭化処理システムの炭化炉を示す断面図である。
【図３】図２のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図４】図２のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【図５】図２のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る炭化処理システムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る炭化処理システム１００の概略構成を示す図である。図２は、炭化処理システム１００の炭化炉１０を示す断面図である。図３は、図２のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【００２０】
図１に示すように、炭化処理システム１００は、原料である有機物の炭化処理を行って炭化物を生成する炭化炉１０、炭化炉１０に原料である有機物を投入する有機物投入部２０、炭化炉１０で生成された炭化物を回収する炭化物回収部３０、炭化炉１０に燃焼ガス（燃料及び空気）を供給する燃焼ガス供給部４０、炭化炉１０で発生した排気ガス及び灰（飛灰）を外部へ排出する排気ガス排出部５０、炭化炉１０に比較的高温の空気を供給する高温空気供給部６０、各部に冷却用の冷却水を供給する冷却水供給部７０、炭化炉１０に常温の空気を供給する空気供給部８０等を備えた構成になっている。本実施形態では、原料である有機物は、汚泥、畜糞（例えば鶏糞）、堆肥、ウッドチップ等とされる。有機物は、乾燥させた状態で炭化炉１０に投入してもよいし、あるいは、未乾燥の状態（水分を含んだ状態）で炭化炉１０に投入してもよい。
【００２１】
炭化処理システム１００の各部の構成について説明する。図１では、燃料の流れを実線で示し、排気ガスの流れを破線で示し、空気の流れを１点鎖線で示し、冷却水の流れを２点鎖線で示す。
【００２２】
炭化炉１０は、本実施形態では、無砂式かつ噴流式の炭化炉として構成されている。無砂式の炭化炉とは、例えば流動床式炭化炉に用いられる流動砂等のような砂が用いられていないものを言う。噴流式の炭化炉とは、例えば特開平６−３３１１１６号公報に記載された立型焼却炉のように、炉内に供給されたガスによって上向きのガス流を炉内に発生させ、この上向きのガス流によって炉内に投入された有機物の処理を行うものを言う。本実施形態では、炭化炉１０において、有機物を炭化物と可燃ガスとに分解する炭化処理（熱分解）に加えて、炭化処理の際に発生した可燃ガスの燃焼が行われる。
【００２３】
図１〜図３に示すように、炭化炉１０は、略円筒状に形成されており、有機物の燃焼及び炭化を行う炉内の空間が、耐火レンガ等の外壁によって囲われた構成になっている。炭化炉１０には、原料である有機物を炉内に供給する有機物供給口１１、炉内で生成された炭化物を炉外へ排出する炭化物排出口（炭化物取出口）１２、燃焼ガスを炉内に供給する燃焼ガス供給口（燃料供給口）１３、炉内で発生した排気ガス及び灰（飛灰）を炉外へ排出する排気ガス排出口１４、冷却及び徐塵された排気ガスを炉内に供給する循環ガス供給口１５、排熱回収手段である熱交換器５３により加熱された高温の空気を供給する高温空気供給口１６、常温の空気（加熱されていない空気）を供給する空気供給口１７等が設けられている。なお、各供給口及び排出口には、図示しないシールが設けられており、炉内の空間の気密性が保たれている。
【００２４】
有機物供給口１１は、炭化炉１０の側壁部に設けられている。有機物供給口１１の一端は、炉内の下部の空間（下層部）Ａ３に連通されている。有機物供給口１１の他端は、有機物投入部２０の投入経路２１に接続されており、原料である有機物が投入経路２１から有機物供給口１１を介して炉内に投入されるようになっている。
【００２５】
炭化物排出口１２は、炭化炉１０の下端部に設けられている。炭化物排出口１２の一端は、炉内の下部の空間（下層部）Ａ３に連通されている。炭化物排出口１２の他端は、ロータリーバルブ３４を介して炭化物回収部３０の回収経路３１に接続されており、炭化物排出口１２から排出された炭化物が、回収経路３１に設けられた回収箱３３に収容されるようになっている。炭化物排出口１２には、円筒状のパイプ部材１２ａが装着されており、パイプ部材１２ａの上端開口部１２ｂから炉内の下層部Ａ３に溜まった炭化物が排出される。つまり、下層部Ａ３に溜まった炭化物がパイプ部材１２ａの上端開口部１２ｂの高さ位置を超えた場合に、上端開口部１２ｂから炭化物が排出されるようになっている。パイプ部材１２ａの上端開口部１２ｂは、水平方向に対し斜めに傾斜した角度に形成されている。この場合、パイプ部材１２ａの上端開口部１２ｂの高さ位置が調整可能になっている。例えば、上端開口部１２ｂの高さ位置の異なる複数のパイプ部材１２ａを用意しておき、炭化物排出口１２に取り付けるパイプ部材１２ａを変更することによって、上端開口部１２ｂの高さ位置を調整することが可能である。
【００２６】
燃焼ガス供給口１３は、炭化炉１０の側壁部に設けられている。燃焼ガス供給口１３の一端は、炉内の下部の空間（下層部）Ａ３に連通されている。燃焼ガス供給口１３の他端は、燃焼ガス供給部４０の供給経路４１に接続されており、燃焼ガスが供給経路４１から燃焼ガス供給口１３を介して炉内に供給されるようになっている。
【００２７】
排気ガス排出口１４は、炭化炉１０の上端部に設けられている。排気ガス排出口１４の一端は、炉内の上部の空間（上層部）Ａ１に連通されている。排気ガス排出口１４の他端は、排気ガス排出部５０の排出経路５１に接続されており、排気ガス及び飛灰が炉内から排気ガス排出口１４を介して排出経路５１に排出されるようになっている。
【００２８】
循環ガス供給口１５は、炭化炉１０の側壁部に設けられている。循環ガス供給口１５の一端は、炉内の下部の空間（下層部）Ａ３に連通されている。循環ガス供給口１５の他端は、排気ガス排出部５０の循環経路５２に接続されており、冷却及び徐塵後の比較的低温（略１８０℃）で比較的酸素濃度の低い排気ガスが循環経路５２から循環ガス供給口１５を介して炉内に供給されるようになっている。
【００２９】
高温空気供給口１６は、炭化炉１０の側壁部に設けられている。高温空気供給口１６の一端は、炉内の下部の空間（下層部）Ａ３に連通されている。高温空気供給口１６の他端は、高温空気供給部６０の供給経路６１に接続されており、高温空気供給部６０で加熱された比較的高温（略４００℃）の空気が供給経路６１から高温空気供給口１６を介して炉内に供給されるようになっている。
【００３０】
空気供給口１７は、炭化炉１０の側壁部に設けられている。空気供給口１７は、複数設けられている。本実施形態では、空気供給口１７として、図２、図３に示すように、４つの空気供給口１７ａと、４つの空気供給口１７ｂとが設けられている。空気供給口１７の一端は、炉内の中間部の空間（中層部）Ａ２に連通されている。空気供給口１７の他端は、空気供給部８０の供給経路８１に接続されており、常温の空気が供給経路８１から空気供給口１７を介して炉内に供給されるようになっている。
【００３１】
このように、炭化炉１０には、燃焼ガス供給口１３から供給される燃焼ガスに加えて、循環ガス及び高温空気が供給されるようになっている。さらには、常温の空気も炭化炉１０に供給されるようになっている。炭化炉１０の始動時、燃焼ガス供給口１３から供給された燃焼ガスによって、炉内が加熱昇温される。その後、炭化炉１０に循環ガス及び高温空気が下層部Ａ３に供給されると、炉内に投入された有機物の炭化処理が開始される。具体的には、炭化炉１０の下層部Ａ３の温度は略６５０℃となっており、循環ガスの導入により酸素濃度が低下するため、炭化炉１０の下層部Ａ３では、有機物が熱分解され、炭化物及び可燃ガスが生成される。つまり、有機物が完全燃焼されるのではなく、炭化物の状態に変化して、生成された炭化物は、下層部Ａ３に浮遊、流動状態で堆積していく。下層部Ａ３に浮遊、流動状態で溜まった炭化物は、炭化物排出口１２から排出され、炭化物回収部３０の回収箱３３に収容される。
【００３２】
一方、炭化炉１０の下層部Ａ３で発生した可燃ガスは、上層部Ａ１へ向けて上昇する（吹き上がる）ガス流となる。炭化炉１０の上層部Ａ１の温度は略８５０℃となっており、炭化炉１０の上層部Ａ１では、可燃ガスが完全燃焼して、その結果、排気ガス及び灰（飛灰）が発生する。上層部Ａ１で発生した排気ガス及び灰は、排気ガス排出口１４から排気ガス排出部５０の排出経路５１に排出される。なお、炭化炉１０の上層部Ａ１と下層部Ａ３との間の中層部Ａ２は、炭化炉１０の下層部Ａ３で発生した可燃ガスが、上層部Ａ１へ向けて上昇する箇所になっている。また、中層部Ａ２は、上向きの可燃ガスのガス流と、炉内に供給される空気とが混合される箇所になっている。
【００３３】
有機物投入部２０は、原料である有機物を炭化炉１０に投入する投入経路２１を備えており、投入経路２１には、有機物を搬送するスクリューコンベア（投入コンベア）２２が設けられている。スクリューコンベア２２のスクリュー２２ａが回転駆動することによって、図示しない原料ホッパから供給された有機物が、炭化炉１０に連続的に投入されるようになっている。スクリューコンベア２２のスクリュー２２ａの回転駆動を図示しない制御装置によって制御することによって、炭化炉１０に供給される有機物の量が調整可能になっている。
【００３４】
炭化物回収部３０は、炭化炉１０の炭化物排出口１２のロータリーバルブ３４から排出された炭化物を回収する回収経路３１を備えており、回収経路３１には、炭化物を搬送するスクリューコンベア３２と、スクリューコンベア３２によって搬送された炭化物を収容（収集）する回収箱３３とが設けられている。スクリューコンベア３２のスクリュー３２ａが回転駆動することによって、炭化物排出口１２から排出された炭化物が、回収箱３３に搬送されるようになっている。また、スクリューコンベア３２には、冷却水貯溜部３２ｂが設けられており、冷却水ポンプ７３によって供給される冷却水によって、スクリューコンベア３２を搬送中の炭化物が冷却されるようになっている。
【００３５】
燃焼ガス供給部４０は、燃焼用の燃焼ガス（燃料及び空気）を炭化炉１０に供給する供給経路４１を備えている。供給経路４１は、燃料（例えば灯油）を供給する燃料供給経路４１ａと、燃料供給経路４１ａの燃料に混合される空気を供給する空気供給経路４１ｂとを有している。燃料としては、灯油以外のものを用いてもよく、例えば他の石油燃料（例えば重油等）を用いてもよい。燃料供給経路４１ａには、燃料タンク４２と、燃料ポンプ４３とが設けられており、燃料タンク４２に貯溜された燃料が燃料ポンプ４３によって供給される。燃料供給経路４１ａの燃料と、空気供給経路４１ｂの空気とは所定の比率で混合された後、バーナ４４によって着火され、着火された燃焼ガスが炭化炉１０の燃焼ガス供給口１３から炉内へ噴出（噴射）されるようになっている。燃料ポンプ４３のポンプ動作や、バーナ４４の着火動作を図示しない制御装置によって制御することによって、炉内に噴出される燃焼ガスの供給量が調整可能になっている。なお、本実施形態では、燃焼ガス供給部４０による燃焼ガスの供給（バーナ４４による着火）は、炭化炉１０の運転始動時のみに使用され、炭化炉１０での炭化処理が開始された始動後は、燃焼ガスを炭化炉１０に供給しなくても（バーナ４４による着火を行わなくても）、炭化炉１０での炭化処理が継続されるようになっている。
【００３６】
排気ガス排出部５０は、炭化炉１０の排気ガス排出口１４から排出された排気ガス及び灰（飛灰）を冷却及び徐塵（徐灰）する排出経路５１と、排出経路５１において冷却及び徐塵された排気ガスの一部を炭化炉１０に循環させる循環経路５２とを備えている。排出経路５１には、熱交換器（第１熱交換器）５３と、冷却筒（第２熱交換器）５４と、バグフィルタ５５と、排風機（ブロワ）５６と、排気筒（煙突）５７とが設けられている。排出経路５１の排風機５６と排気筒５７との間の位置で、循環経路５２が分岐されている。循環経路５２には、送風機（ブロワ）５８が設けられている。
【００３７】
熱交換器５３は、炭化炉１０の排気ガス排出口１４から排出された排気ガスを空気との熱交換により冷却（空冷）するために設けられている。熱交換器５３への空冷用の空気の供給は、送風機（ブロワ）６２によって行われる。炭化炉１０から排出された排気ガスの温度は略８５０℃となっているが、熱交換器５３によって略４００℃まで低下される。
【００３８】
冷却筒５４は、熱交換器５３から排出された排気ガスを冷却水との熱交換により冷却（水冷）するために設けられている。冷却筒５４への空冷用の冷却水の供給は、冷却水供給部７０によって行われる。熱交換器５３から排出された排気ガスの温度は略４００℃となっているが、冷却筒５４によって排気ガスの温度は略１８０℃まで冷却される。
【００３９】
バグフィルタ５５は、炭化炉１０の排気ガス排出口１４から排出された排気ガスに含まれる飛灰を回収するために設けられている。バグフィルタ５５によって飛灰が除去された排気ガスは、排風機５６によって排気筒５７から外部へ排出される。つまり、バグフィルタ５５によって排気ガス中の飛灰が分離され、外部へ排出される排気ガスに飛灰が混入されないようになっている。
【００４０】
一方、バグフィルタ５５から排出された排気ガスの一部は、排風機５６によって循環経路５２に送られ、送風機５８によって炭化炉１０に導入されるようになっている。循環経路５２は、バグフィルタ５５によって飛灰が分離された排気ガスの一部を炭化炉１０に循環（環流）させるために設けられている。循環経路５２から炭化炉１０に供給される排気ガスの温度は、略１８０℃になっている。循環経路５２には、図示しない流量調整弁が設けられており、流量調整弁を図示しない制御装置によって制御することによって、炭化炉１０に供給される排気ガス（循環ガス）の量が調整可能になっている。
【００４１】
高温空気供給部６０は、比較的高温の空気を炭化炉１０に供給する供給経路６１を備えている。供給経路６１には、送風機（ブロワ）６２と、上述した熱交換器５３とが設けられている。熱交換器５３は、炭化炉１０に供給する空気を加熱するために設けられており、熱交換器５３を通過した空気は略４００℃まで加熱される。供給経路６１から炭化炉１０に供給される空気の温度は、略４００℃になっている。供給経路６１には、図示しない流量調整弁が設けられており、流量調整弁を図示しない制御装置によって制御することによって、炭化炉１０に供給される空気（高温空気）の量が調整可能になっている。
【００４２】
冷却水供給部７０は、炭化処理システム１００の各部に冷却水を供給するために設けられており、冷却水タンク７１、冷却水ポンプ７２，７３等を備えた構成になっている。冷却水ポンプ７２によって、排気ガス排出部５０の冷却筒５４への冷却水の供給が行われる。冷却水ポンプ７２のポンプ流量を図示しない制御装置によって制御して、冷却筒５４への冷却水の供給量を制御することによって、炭化炉１０に供給される排気ガス（循環ガス）の温度が調整可能になっている。また、冷却水ポンプ７３によって、炭化物回収部３０の冷却水貯溜部３２ｂへの冷却水の供給が行われる。
【００４３】
空気供給部８０は、常温の空気を炭化炉１０に供給する供給経路８１を備えている。供給経路８１は、上述した高温空気供給部６０の供給経路６１から分岐されている。つまり、供給経路８１の上流側が、供給経路６１の熱交換器５３よりも上流側の位置で、供給経路６１に接続されている。供給経路８１の下流側は、複数の経路に分岐されている。本実施形態では、供給経路８１の下流側は、８つの経路に分岐されており、そのうち４つの経路が空気供給口１７ａに接続されており、残りの４つの経路が空気供給口１７ｂに接続されている。供給経路８１には、図示しない流量調整弁が設けられており、流量調整弁を図示しない制御装置によって制御することによって、炭化炉１０に供給される空気の量が調整可能になっている。
【００４４】
上記構成の炭化処理システム１００では、炭化炉１０に供給される排気ガス（循環ガス）及び高温空気によって、炉内では、有機物の炭化処理（熱分解）が行われ、また、炭化処理の際に発生する可燃ガスの燃焼が行われる。循環経路５２から供給される循環ガスの温度は、供給経路６１から供給される高温空気の温度よりも低く、循環経路５２から供給される循環ガスの酸素濃度は、供給経路６１から供給される高温空気の酸素濃度よりも低くなっているので、炭化炉１０に供給される循環ガスの量及び高温空気の量を調整することによって、炭化炉１０の炉内の燃焼温度及び酸素濃度を調整することが可能になる。これにより、炭化炉１０の下層部Ａ３では、比較的低温の温度（例えば、６５０℃）で有機物の炭化処理（熱分解）が行われ、有機物が炭化物と可燃ガスとに分解される。炭化炉１０の上層部Ａ１では、炭化処理によって発生した可燃ガスが比較的高温の温度（例えば、８５０℃）で完全燃焼される。そして、炭化処理によって生成された炭化物を回収することによって、その炭化物の再利用を図ることができる。例えば、汚泥やウッドチップの場合、バイオマス燃料等に再利用することが可能であり、畜糞の場合、家畜や魚の飼料等に再利用することが可能であり、堆肥の場合、土壌改良剤等に再利用することが可能である。なお、炭化炉１０への循環ガスの供給量と、高温空気の供給量との比率は、有機物の種類や水分量、炭化炉１０の運転条件等に応じて適宜設定されるが、高温空気の供給量の比率が高くなるほど、生成される炭化物の量が減少し、完全燃焼して灰になる有機物の量が増加する可能性がある。一方、循環ガスの供給量の比率が高くなるほど、熱分解の反応速度が遅くなり、炭化物の生成効率が低下する可能性がある。
【００４５】
また、炭化炉１０の上下方向の中間位置よりも上側の位置に空気供給部８０の供給経路８１が接続されており、炭化炉１０の中層部Ａ２に空気が供給されるようになっている。供給経路８１から炉内に供給された空気は、上層部Ａ１へ向けて上昇する（吹き上がる）可燃ガスのガス流と混合される。供給経路８１から供給される空気の酸素濃度は、上層部Ａ１へ向けて上昇する可燃ガスの酸素濃度よりも高くなっているので、上層部Ａ１において、炭化処理により発生した可燃ガスの燃焼を促進させることができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、炭化炉１０の中層部Ａ２に常温の空気が供給されるが、常温の空気の代わりに、高温空気供給部６０からの高温空気を炭化炉１０の中層部Ａ２に供給する構成としてもよい。あるいは、炭化炉１０の中層部Ａ２に、常温の空気および高温空気の両方を供給する構成としてもよい。高温空気供給部６０からの高温空気を供給する場合、熱交換器５３による熱交換後の空気を炭化炉１０の中層部Ａ２に導入すればよい。
【００４７】
ここで、供給経路８１から炭化炉１０に供給される空気の導入形態を、例えば、図４、図５に示すような導入形態とすることが可能である。図４では、炭化炉１０の中層部Ａ２に連通する４つの空気供給口１７ａが、９０度おきに配置されている。空気供給口１７ａは、炭化炉１０の外壁に対し、垂直な方向に設けられている。言い換えれば、循環ガス供給口１５及び高温空気供給口１６は、炭化炉１０の平面視での中心（炉心）から放射状に延びる方向に沿って設けられている。このような空気供給口１７ａを設けた場合、供給経路８１から炭化炉１０に供給される空気の流れが、炉心に向かう流れとなる。
【００４８】
一方、図５では、炭化炉１０の中層部Ａ２に連通する４つの空気供給口１７ｂが、９０度おきに配置されている。空気供給口１７ｂは、炭化炉１０の外壁に対し、炭化炉１０の外壁に対し、垂直な方向ではなく、角度αだけ傾斜した方向に設けられている。このような空気供給口１７ｂを設けた場合、供給経路８１から炭化炉１０に供給される空気の流れが、炭化炉１０の内壁に沿って流れる旋回流となる。なお、図４の空気供給口１７ａ、図５の空気供給口１７ｂのうち、いずれか一方のみを用いて、炭化炉１０の中層部Ａ２に空気を供給してもよい。この場合、使用しない空気供給口は密閉し、炉内の空間の気密性を確保するようにしておく。
【００４９】
また、排出経路５１には、排気ガスの空冷を行う熱交換器５３に加えて、排気ガスの水冷を行う冷却筒５４が設けられているので、炭化炉１０に供給される循環ガスの温度を効率的に低下させることができる。
【００５０】
また、炭化炉１０の下端部に設けられたパイプ部材１２ａの上端開口部１２ｂの高さ位置が調整可能になっているので、有機物の種類や水分量、炭化炉１０の運転条件等に応じて、炭化炉１０の下層部Ａ３で生成される炭化物の量が変動したとしても、上端開口部１２ｂの高さ位置を調整することで、炭化物の回収効率を向上させることができる。
【００５１】
上記実施形態において、循環経路５２から炭化炉１０の下層部Ａ３に供給される循環ガスの温度の上限値を、略１８０℃とすることが好ましい。循環ガスの温度が１８０℃よりも高くなると、バグフィルタ５５の損傷が懸念されるためである。循環ガスの温度は、上述したように、冷却水ポンプ７２のポンプ流量を制御し、冷却筒５４への冷却水の供給量を制御することによって、調整することが可能になっている。なお、循環ガスの温度の下限値は特に限定されないが、循環ガスの温度が低くなるほど、熱分解の反応速度が遅くなり、炭化物の生成効率が低下する可能性がある。
【００５２】
上記実施形態において、供給経路６１から炭化炉１０の下層部Ａ３に供給される高温空気の温度の下限値を、略４００℃とすることが好ましい。高温空気の温度が４００℃よりも低くなると、熱分解の反応速度が遅くなり、炭化物の生成効率が低下することが懸念されるためである。高温空気の温度は、熱交換器５３に供給される空気の流量を制御することによって調整することが可能である。例えば、送風機（ブロワ）６２の送風量を調整することによって、熱交換器５３に供給される空気の流量を制御して、高温空気の温度を調整することが可能である。なお、高温空気の温度の上限値は特に限定されないが、高温空気の温度が高くなるほど、生成される炭化物の量が減少し、完全燃焼して灰になる有機物の量が増加する可能性がある。
【００５３】
上記実施形態では、炭化炉１０が、有機物の炭化処理を行う下層部Ａ３と、可燃ガスの完全燃焼を行う上層部Ａ１とが一体的に設けられた場合について説明した。つまり、炭化炉１０の上層部Ａ１が、中層部Ａ２及び下層部Ａ３の上側に設けられた場合について説明した。しかし、これに限らず、可燃ガスの完全燃焼を行う上層部Ａ１を、中層部Ａ２の側方（横側）に設置する構成としてもよい。この場合、上層部Ａ１と中層部Ａ２とを、配管（ガス管）を介して接続すればよい。この構成では、炭化炉１０の設置高さを低くすることが可能になる。また、上層部Ａ１の下部に排気ガス排出口１４を設けてもよく、こうすることによって、炭化炉１０の設置高さを一層低くすることが可能になる。
【００５４】
上記実施形態では、炭化炉１０から排出された排気ガスの熱（排熱）を回収する排熱回収手段として、空冷式の熱交換器５３を設けた場合について説明したが、熱交換器５３にの代わりに、乾燥炉や、ボイラー等を設ける構成としてもよい。あるいは、熱交換機５３に加えて、乾燥炉や、ボイラー等を設ける構成としてもよい。例えば、上述した冷却筒５４の代わりに、乾燥炉を設ける構成の場合、乾燥炉に熱交換器５３から排出された排気ガスを導入することによって、排気ガスの熱を熱源として利用することで、さまざまなものを乾燥（脱水）することが可能になる。乾燥炉によって、例えば、炭化炉１０に投入する有機物の乾燥を行うことができ、乾燥炉によって汚泥を乾燥した場合、水分量を少量（例えば、８％程度）にまで低減した脱水汚泥を容易に得ることができる。
【００５５】
今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、汚泥や、畜糞、堆肥、ウッドチップ等の有機物の炭化処理を行う炭化処理システムに利用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１００    炭化処理システム
１０    炭化炉
２０    有機物投入部
２１    投入経路
３０    炭化物回収部
３１    回収経路
４０    燃焼ガス供給部
４１    供給経路
５０    排気ガス排出部
５１    排出経路
５２    循環経路
５３    熱交換器
６０    高温空気供給部
６１    供給経路
【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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