JP2010167369A - 含水有機廃棄物の乾燥システム及び乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメント製造に悪影響を及ぼすことなく、効率的に含水有機廃棄物を乾燥させる。
【解決手段】塩素を除去する目的でセメントキルン４の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気するプローブ５と、プローブ５により抽気された抽気ガスを３００℃以上７００℃以下の温度で固気分離し、塩素を含むダストＤ２を回収する高温バグフィルタ８と、高温バグフィルタ８の排ガスＧ３を用いて蒸気を加熱し、過熱蒸気Ｓを発生させる過熱蒸気発生装置１３と、過熱蒸気発生装置１３から供給される過熱蒸気Ｓを含水有機廃棄物Ｗと直接接触させながら、含水有機廃棄物Ｗを破砕乾燥する破砕気流乾燥機１４とを備える含水有機廃棄物の乾燥システム１。
【選択図】図１

Description

本発明は、高含水有機汚泥等の含水有機廃棄物を乾燥させるシステム及び方法に関する。

下水道の普及や高度排水処理の実施等に伴い、下水処理施設から発生する汚泥量は、年々増加し、その処理方法が問題となっている。汚泥の大部分は埋め立て処分によって処理されるが、埋立処分場は逼迫しており、新たな処分地の確保も極めて困難な状況にある。

こうした問題の解決を図るべく、近年、下水汚泥等の含水汚泥をセメント製造工場に持ち込んで処理する方法が採用されている。この方法では、埋め立て場所の確保が不要となるだけでなく、多量の汚泥を処理することもできるため、大いに注目を集めている。

上記方法の１つとして、例えば、特許文献１には、セメント製造工場に持ち込んだ含水汚泥を乾燥させてセメント焼成用の燃料に利用する処理方法が記載されている。この処理方法では、図２に示すように、熱交換器３１にてプレヒータ３２の第２サイクロン３２ｂから分取した排ガスと過熱蒸気との熱交換を行い、熱交換後の高温の過熱蒸気を乾燥機３３に導入し、含水汚泥を乾燥して乾燥汚泥とするとともに、この乾燥後の過熱蒸気を再度熱交換器３２にて熱交換して汚泥の乾燥に循環利用する工程と、得られた乾燥汚泥を仮焼炉３４に燃料として供給し、燃焼させる工程とを有する。

特開２００８−１１４１７３号公報

特許文献１に記載の処理方法においては、高温の過熱蒸気により含水汚泥を乾燥させることで、含水汚泥の効率的な乾燥を可能にしているが、過熱蒸気を生成するにあたり、プレヒータ３２から抽気した排ガスを用いて蒸気を加熱するため、原料予熱工程での熱効率が低下し、セメント原料の予熱不足を招く虞がある。

また、セメント製造設備においては、プレヒータ３２の排ガスを利用して発電する廃熱発電設備を設ける場合があるが、上記処理方法のように、蒸気の加熱のためにプレヒータ３２から排ガスを分取すると、発電設備側での発電量の低下を招く虞も生じる。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、セメント製造に悪影響を及ぼすことなく、効率よく含水有機廃棄物を乾燥させることが可能な乾燥システム等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、含水有機廃棄物の乾燥システムであって、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、該抽気装置により抽気された抽気ガスを３００℃以上７００℃以下の温度で固気分離し、塩素を含むダストを回収する高温型固気分離装置と、該高温型固気分離装置の排ガスを用いて蒸気を加熱し、過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置と、該過熱蒸気発生装置から供給される過熱蒸気によって含水有機廃棄物を乾燥させる乾燥機とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、塩素バイパス排気を利用して含水有機廃棄物を乾燥させるため、セメント製造に悪影響を与えることなく、含水有機廃棄物を乾燥させることが可能になる。また、含水有機廃棄物の乾燥にあたっては、過熱蒸気を用いるため、効率よく乾燥させることができる。さらに、高温型固気分離装置を設置して高温の排ガスを取得可能とし、その排ガスを過熱蒸気発生装置での蒸気の加熱に利用するため、効率的に過熱蒸気を生成することもできる。それに加え、高温型固気分離装置を用いて抽気ガスを固気分離することで、ダイオキシン類の発生を抑制することも可能になる。

前記含水有機廃棄物の乾燥システムにおいて、前記乾燥機を、前記過熱蒸気発生装置から供給される過熱蒸気を前記含水有機廃棄物と直接接触させながら、該含水有機廃棄物を破砕乾燥する破砕気流乾燥機とすることができる。これによれば、含水有機廃棄物と過熱蒸気との接触面積を大幅に増加させながら効率よく含水有機廃棄物を乾燥させることができる。そのため、乾燥機の小型化を図ることができ、装置及び運転コストを低く抑えることが可能になる。

前記含水有機廃棄物の乾燥システムにおいて、前記乾燥機から排出された蒸気を前記過熱蒸気発生装置に戻す循環ルートを備えることができる。これによって、乾燥機で温度が低下した蒸気を、過熱蒸気発生装置に導入して再加熱することができる。

前記含水有機廃棄物の乾燥システムにおいて、前記循環ルートから余剰蒸気を排出する排出部を備えることができ、不要な蒸気を系外に排出することができる。

前記含水有機廃棄物の乾燥システムにおいて、前記高温型固気分離装置を、セラミックフィルタを備えた固気分離装置とすることができる。これによれば、抽気装置により抽気された抽気ガスをそのまま流入させても、固気分離装置の故障を招くことがなく、適切に高温の排ガスを得ることができる。

前記含水有機廃棄物の乾燥システムにおいて、前記抽気装置により抽気された抽気ガスから粗粉を分離する分級機を備え、該分級機から排出される微粉を含む抽気ガスを前記高温型固気分離装置に供給することができる。

また、本発明は、含水有機廃棄物の乾燥方法であって、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気した抽気ガスを３００℃以上７００℃以下の温度で固気分離して塩素を含むダストを回収し、前記ダストを回収した後の排ガスを用いて蒸気を加熱し、過熱蒸気を発生させ、該発生させた過熱蒸気によって含水有機廃棄物を乾燥させることを特徴とする。

本発明によれば、前記発明と同様に、セメント製造に悪影響を与えることなく、含水有機廃棄物を乾燥させることができるのに加え、効率よく含水有機廃棄物を乾燥させることができる。さらに、効率的に過熱蒸気を生成することができると同時に、ダイオキシン類の発生を抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、セメント製造に悪影響を及ぼすことなく、効率よく含水有機廃棄物を乾燥させることが可能になる。

本発明にかかる乾燥システムの一実施の形態を示す構成図である。 従来の含水有機汚泥の処理設備を示す構成図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかる含水有機廃棄物の乾燥システムの一実施の形態を示し、この乾燥システム１は、大別して、セメントキルン４の窯尻からプレヒータの最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパス設備２と、含水有機汚泥等の含水有機廃棄物（以下、適宜「廃棄物」という）を乾燥させる乾燥設備３とから構成される。

塩素バイパス設備２は、上記キルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気プローブ５と、プローブ５に冷風を供給する冷却ファン６と、プローブ５で抽気した抽気ガスＧ１に含まれる粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン７と、サイクロン７から排出された微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を固気分離する高温バグフィルタ８と、高温バグフィルタ８で集塵された微粉（塩素バイパスダスト）を回収するダストタンク９と、高温バグフィルタ８の排ガスＧ３を誘引する排気ファン１０等から構成される。

上記構成のうち、高温バグフィルタ８は、例えば、セラミックフィルタを備えたバグフィルタであり、９００℃程度までの耐熱性を有する高耐熱型の固気分離装置である。こうしたバグフィルタとしては、ハニカムセル化した棒状のセラミック管（セラミックフィルタ）を複数配列したものや、シート状のセラミックフィルタを用いたものなど、様々なタイプのものが開発されているが、排ガスＧ２中から０．１μｍ以上の微細粒子を集塵し得るものであれば、フィルタのタイプは特に限定されるものではない。

尚、通常、プローブ５から抽気した直後の抽気ガスＧ１の温度は、３００〜７００℃であるため、高温バグフィルタ８において、必ずしも９００℃までの耐熱性を有する必要はなく、抽気ガスＧ１の温度に耐え得る耐熱性があれば十分である。

一方、乾燥設備３は、含水有機汚泥等の含水有機廃棄物（以下、適宜「廃棄物」という）Ｗを貯蔵する廃棄物貯蔵タンク１２と、過熱蒸気Ｓを発生させる過熱蒸気発生装置１３と、廃棄物Ｗと過熱蒸気Ｓとを直接接触させながら、廃棄物Ｗを破砕乾燥する破砕気流乾燥機１４と、廃棄物Ｗを破砕気流乾燥機１４に供給する供給装置１５と、過熱蒸気Ｓを破砕気流乾燥機１４に供給するブロワ１６と、破砕気流乾燥機１４の排気を固気分離するサイクロン１７と、サイクロン１７から排出される蒸気に含まれるダストを回収するバグフィルタ１８と、サイクロン１７及びバグフィルタ１８から回収された乾燥有機廃棄物Ｗ’を貯蔵する乾燥廃棄物貯蔵タンク１９と、破砕気流乾燥機１４から排出された過熱蒸気Ｓ’を循環ダクト２０を介して過熱蒸気発生装置１３に戻す循環ブロワ２１と、余剰蒸気Ｓ”を排出する余剰蒸気排出部２２等から構成される。

廃棄物貯蔵タンク１２は、受け入れた廃棄物Ｗを貯蔵するために設けられる。廃棄物Ｗは、４０質量％以上の水分を含む高含水有機汚泥であってもよく、製紙汚泥、下水汚泥、ビルピット汚泥、食品汚泥等でもよい。廃棄物貯蔵タンク１２には、下部に廃棄物Ｗを破砕気流乾燥機１４に供給するためのスクリューフィーダ等の供給装置１５が付設される。

過熱蒸気発生装置１３は、過熱蒸気Ｓを生成するために設けられ、塩素バイパス設備２からの排ガスＧ３と、過熱蒸気発生装置１３内を流れる蒸気とを熱交換させて過熱蒸気Ｓを生成する。この過熱蒸気発生装置１３では、蒸気を流通させるための配管と、塩素バイパス設備２からの排ガスＧ３を流通させるための配管とが別個に設けられ、蒸気と排ガスＧ３が直接的に接触しない状態で蒸気を加熱（間接加熱）する。尚、過熱蒸気発生装置１３としては、例えば、廃熱ボイラーや、気体間での熱交換が可能な各種の熱交換器等を用いることができる。

破砕気流乾燥機１４は、廃棄物Ｗを破砕しながら、過熱蒸気発生装置１３からブロワ１６を介して供給される過熱蒸気Ｓによって乾燥させるために備えられる。この破砕気流乾燥機１４は、鎖打撃式の乾燥機であって、上部に廃棄物Ｗの供給口と、下部に過熱蒸気発生装置１３からの過熱蒸気Ｓの供給口とを備え、廃棄物Ｗと過熱蒸気Ｓを向流で接触させる。また、内部には、回転軸１４ａと、この回転軸１４ａに固定され、回転軸１４ａの回転とともに遠心力によって水平方向に延伸して回転し、廃棄物Ｗを破砕する打撃チェーン１４ｂを備える。

尚、上記鎖打撃式の破砕気流乾燥機１４に代えて、鎖の代わりに丸棒等を水平に取り付けた棒打撃式、ケージミル式又は旋回式の乾燥機を用いることもできる。ケージミル式破砕気流乾燥機とは、互いに反転する破砕ケージを備えた乾燥機であり、旋回式破砕気流乾燥機は、旋回気流を用いた破砕気流乾燥機である。

サイクロン１７は、破砕気流乾燥機１４における破砕乾燥によって得られた乾燥有機廃棄物Ｗ’を回収するために備えられ、バグフィルタ１８は、サイクロン１７の排出ガス中のダストを回収するために備えられる。

余剰蒸気排出部２２は、余剰蒸気Ｓ”を乾燥設備３から排出するために備えられ、余剰蒸気排出部２２の後段には、余剰蒸気排出部２２から排出された余剰蒸気Ｓ”を脱臭処理するための燃焼炉等（不図示）が配置される。

次に、上記構成を有する乾燥システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。

先ず、塩素バイパス設備２において、セメントキルン４の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部をプローブ５によって抽気すると同時に、冷却ファン６からの冷風によって、塩素化合物の融点である７００℃以下に急冷する。次いで、サイクロン７において、プローブ５から排気される抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。

その一方で、高温バグフィルタ８において、排ガスＧ２中の微粉Ｄ２を集塵してダストタンク９に回収するとともに、排気ファン１０によって、高温バグフィルタ８の排ガスＧ３を誘引し、乾燥設備３の過熱蒸気発生装置１３に導入する。尚、高温バグフィルタ８は、９００℃までの耐熱性を有するため、サイクロン７から供給された排ガスＧ２を冷却することなく、そのままの温度で固気分離することができ、これにより、高温の排ガスＧ３を得ることが可能になる。

また、キルン排ガス流路からの抽気ガスＧ１には、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）等の残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）が含まれる場合があるが、高温バグフィルタ８を用いることで、ダイオキシン類の発生を抑制することもできる。

すなわち、ダイオキシン類は、８００℃以上の高温下で完全燃焼させて熱分解しても、３００℃程度の温度領域にさらすと再合成するという性質を有し、また、ガス中の微粉Ｄ２や塩素は、再合成反応の触媒として機能するため、サイクロン７の排ガスＧ２を冷却してから固気分離した場合には、セメントキルン４で熱分解したダイオキシン類の再合成を促進する虞がある。これに対し、高温バグフィルタ８を用いた場合には、サイクロン７から排出された際の温度を維持したまま、排ガスＧ２を固気分離することができるため、高温バグフィルタ８で微粉Ｄ２が除去されるまでの間、ダイオキシン類の再合成温度を上回る温度条件を維持することができる。このため、ダイオキシン類の再合成を抑制することができ、有機汚染物質の発生を抑制することが可能になる。

そして、高温バグフィルタ８からの排ガスＧ３が乾燥設備３の過熱蒸気発生装置１３に供給されると、過熱蒸気発生装置１３において、高温バグフィルタ８の排ガスＧ３を用いて蒸気を間接的に加熱し、２３０〜５００℃程度、好ましくは２５０〜４００℃程度の過熱蒸気Ｓを発生させる。このとき、蒸気と熱交換した後の排ガスＧ３’が発生するが、この排ガスＧ３’は、蒸気と接触しない状態で生成されたものであるため、蒸気中に有害物質が混入したとしても、排ガスＧ３’が汚染されることはない。このため、排ガスＧ３’は、そのままセメントキルン系に戻したり、他のセメント製造工程で利用することができる。

次いで、破砕気流乾燥機１４の上部に、廃棄物貯蔵タンク１２からの廃棄物Ｗを供給装置１５を介して供給するとともに、破砕気流乾燥機１４の下部から、過熱蒸気発生装置１３からの過熱蒸気Ｓをブロワ１６を介して導入する。この過熱蒸気Ｓの温度は、２３０〜５００℃程度であるため、単位体積当たりの保有熱量が大きく、廃棄物Ｗを乾燥させるのに十分な熱量を有する。

また、破砕気流乾燥機１４では、廃棄物Ｗと過熱蒸気Ｓとが向流で直接接触するとともに、破砕気流乾燥機１４の内部に設けられた打撃チェーン１４ｂによって廃棄物Ｗを破砕しながら乾燥させる。これにより、廃棄物Ｗの比表面積を増加させながら表面から乾燥することができる。その結果、比表面積の増加による乾燥効率の向上に加え、廃棄物Ｗの表面乾燥によって破砕効率も合わせて向上することとなり、従来に比較して全体的な乾燥効率を飛躍的に向上させることが可能になる。また、酸素を含まない過熱蒸気Ｓを用いるため、破砕気流乾燥機１４等の爆発の虞もない。

ここで、破砕気流乾燥機１４への廃棄物Ｗの供給量が一時的に低下したような場合等、破砕気流乾燥機１４の出口ガス温度が高すぎる場合には、破砕気流乾燥機１４の前段で冷却空気Ｃを導入することができる。

次に、サイクロン１７及びバグフィルタ１８によって、破砕気流乾燥機１４で破砕乾燥させた乾燥有機廃棄物Ｗ’を回収し、回収した乾燥有機廃棄物Ｗ’を乾燥廃棄物貯蔵タンク１９に貯蔵し、セメント焼成設備の燃料として利用することができる。また、回収した乾燥有機廃棄物Ｗ’を、ブロワ（不図示）を介してセメント焼成装置とは別の装置等に搬送して処理することもできる。さらに、回収した乾燥有機廃棄物Ｗ’と生汚泥とを混練機に導入して粒状物とした後、燃料として用いることもできる。

一方、破砕気流乾燥機１４から排出される乾燥過熱蒸気Ｓ’を、循環ブロワ２１によって、循環ダクト２０を介して過熱蒸気発生装置１３に戻す。これによって、破砕気流乾燥機１４で温度が低下した蒸気を、過熱蒸気発生装置１３に導入して再加熱する。

乾燥設備３に滞留する余剰蒸気Ｓ”は、余剰蒸気排出部２２を介して適宜外部に排出し、燃焼炉等（不図示）で加熱して脱臭処理を行うことができる。尚、余剰蒸気Ｓ”は、燃焼炉等で加熱せずに、凝縮後下水に放流することもできる。

以上のように、本実施の形態によれば、塩素バイパス排気を利用して廃棄物Ｗを乾燥させるため、セメント製造に悪影響を与えることなく、廃棄物Ｗを乾燥させることが可能になる。すなわち、塩素バイパス設備２は、塩素を除去する目的で従前から設置されている設備であり、本実施の形態では、その排ガスＧ３を利用して廃棄物Ｗを乾燥させるため、セメント焼成設備から新たに燃焼ガス等を抜き取ることがない。このため、セメントキルン４やプレヒータでの熱効率の悪化を伴うことがなく、また、廃熱発電設備（不図示）を併設した場合でも、発電量の低下を招くことがない。

また、乾燥設備３においては、過熱蒸気Ｓを用いて廃棄物Ｗを乾燥させるため、効率よく廃棄物Ｗを乾燥させることができる。さらに、塩素バイパス設備２において、高温バグフィルタ８を設置して高温の排ガスＧ３を取得可能とし、その排ガスＧ３を過熱蒸気発生装置１３での蒸気の加熱に利用するため、効率的に過熱蒸気Ｓを生成することができる。特に、塩素バイパス設備２での燃焼ガスの抽気量は、セメントキルン４の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路を流れる燃焼ガスの３〜１０％程度と比較的に少ないが、高温バグフィルタ８の排ガスＧ３の温度が高いため、少量の排ガスＧ３でも適切に蒸気を加熱することができる。

尚、上記実施の形態においては、サイクロン７で粗粉Ｄ１を分級した後に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を高温バグフィルタ８に導入するが、サイクロン７を設けることなく、プローブ５で抽気した抽気ガスＧ１を高温バグフィルタ８に直接導入してもよい。

また、乾燥設備３側のサイクロン１７は、図示のような１段に限定されず、多段とすることも可能であり、その場合には、後段でより細かなダストを捕集するため、後段のサイクロン程、サイクロン径を小さくするのが普通である。但し、そのように構成した場合には、風量を十分に確保することができない虞もあるので、マルチサイクロンを採用することもできる。さらに、サイクロン１７の出口部における微粉ダストのダスト濃度が乾燥システム１に悪影響を及ぼすことがない程度に低濃度であれば、バグフィルタ１８を省略することが可能であるが、その場合にも、余剰蒸気Ｓ”を排出するのであれば、余剰蒸気排出部２２の下流側にバグフィルタが必要となる。

１ 含水有機廃棄物の乾燥システム
２ 塩素バイパス設備
３ 乾燥設備
４ セメントキルン
５ プローブ
６ 冷却ファン
７ サイクロン
８ 高温バグフィルタ
９ ダストタンク
１０ 排気ファン
１２ 廃棄物貯蔵タンク
１３ 過熱蒸気発生装置
１４ 破砕気流乾燥機
１４ａ 回転軸
１４ｂ 打撃チェーン
１５ 供給装置
１６ ブロワ
１７ サイクロン
１８ バグフィルタ
１９ 乾燥廃棄物貯蔵タンク
２０ 循環ダクト
２１ 循環ブロワ
２２ 余剰蒸気排出部

Claims (7)

1. セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、
   該抽気装置により抽気された抽気ガスを３００℃以上７００℃以下の温度で固気分離し、塩素を含むダストを回収する高温型固気分離装置と、
   該高温型固気分離装置の排ガスを用いて蒸気を加熱し、過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置と、
   該過熱蒸気発生装置から供給される過熱蒸気によって含水有機廃棄物を乾燥させる乾燥機とを備えることを特徴とする含水有機廃棄物の乾燥システム。
2. 前記乾燥機は、前記過熱蒸気発生装置から供給される過熱蒸気を前記含水有機廃棄物と直接接触させながら、該含水有機廃棄物を破砕乾燥する破砕気流乾燥機であることを特徴とする請求項１に記載の含水有機廃棄物の乾燥システム。
3. 前記乾燥機から排出された蒸気を前記過熱蒸気発生装置に戻す循環ルートを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の含水有機廃棄物の乾燥システム。
4. 前記循環ルートから余剰蒸気を排出する排出部を備えることを特徴とする請求項３に記載の含水有機廃棄物の乾燥システム。
5. 前記高温型固気分離装置は、セラミックフィルタを備えた固気分離装置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の含水有機廃棄物の乾燥システム。
6. 前記抽気装置により抽気された抽気ガスから粗粉を分離する分級機を備え、
   該分級機から排出される微粉を含む抽気ガスを前記高温型固気分離装置に供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の含水有機廃棄物の乾燥システム。
7. セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、
   該抽気した抽気ガスを３００℃以上７００℃以下の温度で固気分離して塩素を含むダストを回収し、
   前記ダストを回収した後の排ガスを用いて蒸気を加熱し、過熱蒸気を発生させ、
   該発生させた過熱蒸気によって含水有機廃棄物を乾燥させることを特徴とする含水有機廃棄物の乾燥方法。

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