JP5675715B2

JP5675715B2 - 間接加熱式乾燥装置

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Publication number: JP5675715B2
Application number: JP2012144136A
Authority: JP
Inventors: 江草　知通; 知通江草; 松寺　直樹; 直樹松寺; 裕彦貝田; 弘毅遠藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: CN103512337A; CN103512337B; JP2014006038A

Description

本発明は、廃棄物などの被処理物を所定の搬送方向に搬送しつつ加熱し乾燥させる間接加熱式乾燥装置に関する。

各種バイオマスや廃棄物（汚泥）等の被処理物は、多量の水分を含有しているため、乾燥装置を用いて加熱による乾燥処理が実施される場合がある。従来の乾燥装置としては、例えば、断面Ｕ字状のケーシングと、このケーシングの内部で互いに逆方向に回転する２本の中空軸と、この中空軸の外周に配列された中空の攪拌翼を備えている、間接加熱式の乾燥装置が知られている。

この間接加熱式乾燥装置において、汚泥は、ケーシングの搬送方向上流端に設けられた汚泥供給口よりケーシングと中空軸との間に設けられた被処理物収容空間に供給された後、回転する攪拌翼（ディスク）により攪拌されながら、ケーシングの傾斜による重力作用と攪拌翼の回転による攪拌によって下流側に徐々に搬送されつつ乾燥される。

その間、被処理物は、中空軸、中空攪拌翼、及びケーシングの内部に導入された、蒸気、熱媒油、温水等の熱の交換媒体により加熱・乾燥され、ケーシング後端にある汚泥排出口より機外へ排出される。

ところで、従来の間接加熱式乾燥装置は、ケーシングの傾斜角度が一定（固定）であり、被処理物の性状（種類、含水率、粘度、付着性など）によっては、汚泥の乾燥処理が適切でなくなるという問題があった。例えば、汚泥の流動性が高く、間接加熱式乾燥装置内の汚泥の充填率が低い場合、乾燥装置内の空焚きディスク（汚泥と接触せずに露出したディスクの伝熱面積）および空焚きケーシング（汚泥と接触せずに露出したケーシングの伝熱面積）が多く存在し、ケーシング内の無駄空間、伝熱面の熱放散（空焚き）が生じ、熱損失が大きく、乾燥効率低下の原因となる。

一方、汚泥の流動性が低い場合、汚泥が過剰に加熱されたり、滞留時間が長くなることによって処理効率が低下したり、機内に汚泥が閉塞したりする。即ち、汚泥の性状は様々であり、これらにより搬送速度（滞留時間）は異なるが、支持台あるいは基礎の高さは固定されていることから、乾燥装置本体据付後は、乾燥装置本体傾斜角は一定となり、被乾燥物質の性状に応じた適切な送泥速度（滞留時間）を調整することができなかった。

この問題に対し、特許文献１には、乾燥装置本体の傾斜角を任意に調整できる構造が記載されている。この構造は、乾燥装置本体を支持する支持台に設けられたネジ穴と、このネジ穴と螺合するとともに、支持台が設置される基面に当接するネジとから構成されている。
また、特許文献２には、複数のプレートにより乾燥装置本体の傾斜角を調整する構造が記載されている。

特開昭６２−０１９３２６号公報特許第４３２２８９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された乾燥装置は、乾燥装置本体の傾斜角を任意に調整できるものの、傾斜角度調整器が設置面（水平面）に対して垂直であるため、傾斜角度の調整に限界があるという問題があった。
また、特許文献２に記載された乾燥装置は、楔形状の隙間にプレートを挿入する構成であるため、プレートの形状が特殊であり、角度の調整が容易でないという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡略な構造で、かつ、容易な傾斜角の調整を可能とする間接加熱式乾燥装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る間接加熱式乾燥装置は、被処理物を所定の搬送方向に搬送しつつ加熱し乾燥させる間接加熱式乾燥装置であって、前記被処理物が供給され乾燥処理を行う本体部と、前記本体部の前記搬送方向の両側に設けられた支持機構とを備え、前記支持機構は、上部で前記搬送方向に直交する方向に沿う軸まわりに前記本体部を回転可能に支持する支持部と、前記支持部と基面との間に設けられ、前記支持部の高さを調整する高さ調整手段とを有し、前記被処理物の前記本体部内での量と前記本体部の回転軸にかかるトルクとを検出する検出手段と、前記検出手段で検出された結果に基づいて前記高さ調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする。

上記構成によれば、高さ調整手段を調整して本体部の傾斜角を変更することによって、被処理物の本体部内の搬送速度を制御することができる。即ち、被処理物の本体部内の滞留時間を制御することができる。
また、支持機構の支持部が搬送方向に直交する方向に沿う軸まわりに本体部を回転可能とされていることによって、高さ調整手段を用いた高さ調整、即ち傾斜角の調整が容易となり、また、高さ調整手段の構造を簡略化することができる。
また、被処理物の性状に応じて、本体部の傾斜角を自動的に調整することができる。

また、本発明に係る間接加熱式乾燥装置において、前記高さ調整手段は、空気バネを有することが好ましい。
上記構成によれば、高さ調整手段による本体部の傾斜角の調整をより容易に実施することができる。

また、本発明に係る間接加熱式乾燥装置において、前記高さ調整手段は、取り外し可能な積層された間隔保持片を有する構成としてもよい。
上記構成によれば、高さ調整手段の構造をより簡略化することができる。

本発明によれば、高さ調整手段を調整して本体部の傾斜角を変更することによって、被処理物の本体部内の搬送速度を制御することができる。即ち、被処理物の本体部内の滞留時間を制御することができる。
また、支持機構の支持部が搬送方向に直交する方向に沿う軸まわりに本体部を回転可能とされていることによって、高さ調整手段を用いた高さ調整、即ち傾斜角の調整が容易となり、また、高さ調整手段の構造を簡略化することができる。

本発明の第一実施形態に係る乾燥システムの概略構成図である。図１のＡ−Ａ断面図である。本発明の第一実施形態に係る間接加熱式乾燥装置の支持機構の概略構成図である。本発明の第一実施形態の作用を説明する概略図である。本発明の第一実施形態の作用を説明する概略図である。本発明の第一実施形態の作用を説明する概略図である。本発明の第二実施形態に係る間接加熱式乾燥装置の概略構成図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態の乾燥システム２は、被処理物Ｓが収容されたホッパ３を有する供給器４と、被処理物Ｓを加熱、乾燥するための間接加熱式乾燥装置１（以下、単に乾燥装置ともいう）と、乾燥装置１に蒸気を供給するためのボイラ５と、乾燥装置１の長手方向に沿う搬送方向の両側に設けられた支持機構６と、支持機構６の高さを制御する制御装置７（制御手段）と、を主な構成要素として備えている。

また、間接加熱式乾燥装置１は、支持機構６を介して基面に相当する支持台１４に支持されている。
本実施形態の乾燥システム２は、支持機構６の高さを調節することによって、間接加熱式乾燥装置１の傾斜を変更することができるシステムである。

乾燥装置１は、ケーシング８（本体部）と、ケーシング８の底部側の外面を覆うように設けられ、蒸気、熱媒油、温水などの加熱媒体を流通させてケーシング８（ひいては被乾燥物）を加熱するジャケット１６（図２参照）と、ケーシング８の内部に収容された搬送手段９と、供給器４が接続される供給口１０と、被処理物Ｓを回収する回収器（図示せず）と接続される排出口１１とを備えている。即ち、被処理物Ｓは、供給口１０から投入され、排出口１１から排出される。

供給口１０は、ケーシング８の上面であって、搬送方向上流側の端部に設けられており、ケーシング８の内部と連通している。また、排出口１１は、ケーシング８の下面であって、下流側の端部に設けられており、ケーシング８の内部と連通している。

以下、被処理物Ｓが供給口１０から排出口１１に向かう方向を搬送方向Ｔと呼ぶ。ケーシング８は、搬送方向Ｔに沿って延在する円筒部８ａと、円筒部８ａの搬送方向Ｔ両端部に設けられたフランジ部８ｂとを有している。

また、ボイラ５から供給される蒸気は、搬送手段９を構成する一対の中空の回転軸１２、及び中空のケーシング８の内部に導入された後、再びボイラ５に循環するように構成されている。さらに、回転軸１２には、複数の攪拌翼１３（攪拌板）が設けられている。

また、図示しないが、ケーシング８の上部には、被処理物Ｓの乾燥により発生した乾燥排ガスを排出するガス放出口が設けられている。
なお、本発明において「被処理物Ｓ」とは、所定量の水分を含んだ各種バイオマスや廃棄物のことをいい、廃棄物としては下水汚泥、工場排水汚泥、食品廃棄物、生ゴミ、し尿汚泥、家畜糞尿、植物搾汁粕等が挙げられる。

図２に示すように、乾燥装置１の搬送手段９は、２本の回転軸１２ａ，１２ｂを有している。回転軸１２ａ，１２ｂは、モータなどの回転駆動装置２７（図１参照）によって互いに逆方向に回転するように構成されている。回転軸１２ａ，１２ｂは、下部が回転軸１２に沿うＵ字状の断面形状を有するケーシング８の内部に、横方向に相互に間隔をおいて、互いに平行に隣接して配置されている。

攪拌翼１３は、回転軸１２に内周端を接続し、回転軸１２の軸線Ｏ中心の径方向に突出するとともに中心角θ１が１００〜１４０°程度となるように周方向に延びて略扇形（半月状）に形成されている。
また、回転軸１２ａ，１２ｂとケーシング８との間の空間は、被処理物Ｓが導入される被処理物収容空間１５とされている。

図１に示すように、支持機構６は、ケーシング８の搬送方向Ｔの上流側端部及び、搬送方向Ｔの下流側端部に、ケーシング８を下方から支持するように設けられている。図３に示すように、支持機構６は、ケーシング８のフランジ部８ｂに取り付けられた支持部１７と、支持部１７と支持台１４との間に設けられ、支持部１７の高さを調整する高さ調整手段１８とを有している。

高さ調整手段１８は、その上面１８ａ及び下面１８ｂとの距離を変更可能とされている。高さ調整手段１８は、例えばベローズ形空気バネ１９によって構成されており、その高さは、自動高さ制御弁（図示せず）によって調整可能となっている。
高さ調整手段１８としては、ベローズ形空気バネに限ることはなく、例えば、ダイヤフラム形空気バネ、電動ジャッキ、油圧ジャッキ、電動シリンダ、油圧シリンダなどを採用可能である。

支持部１７は、高さ調整手段１８の上面１８ａ上に配置されたブラケット２０と、ブラケット２０の上部に搬送方向Ｔ（ケーシング８の長手方向）に直交する方向に沿うピン２１と、ピン２１の両端に取り付けられた回転部材２２と、回転部材２２とケーシング８のフランジ部８ｂとを接続する取付部材２３とを有している。
即ち、支持部１７は、その上部でケーシング８を搬送方向Ｔに直交する方向に沿う軸まわりに回転可能に支持している。

ブラケット２０は、側面視が略三角形状をなし、底面が高さ調整手段１８の上面１８ａに一致するように、高さ調整手段１８上に載置されている。
ピン２１は、ブラケット２０の上部に回転可能に取り付けられている。
取付部材２３は、ケーシング８のフランジ部８ｂの下部より水平方向に延在する板状の部材であり、回転部材２２は、取付部材２３の下面に設けられている。

支持機構６は、初期状態において、ケーシング８が搬送方向Ｔに向かうに従って高さが低くなるような所定の傾斜角とされている。ケーシング８の傾斜角は、被処理物Ｓの性状などに応じて、制御装置７によって制御される。

ケーシング８の内部であってケーシング８の長手方向両端には、ケーシング８内の被処理物Ｓの量を計測するためのレベル計２４（検出手段）が設けられている。具体的には、レベル計２４は、ケーシング８の内周面上方から、下方に延在する接触式のセンサであり、ケーシング８の両端部における被処理物Ｓの高さを測定可能とされている。
図１に示すように、レベル計２４は制御装置７と接続されており、制御装置７はレベル計２４によって計測された被処理物Ｓのケーシング８両端部における高さに基づいて、被処理物Ｓの量を推定する。

なお、レベル計２４は、ケーシング８の両端に設ける必要はなく、ケーシング８の傾斜角度と、ケーシング８の一端の被処理物Ｓの高さより、被処理物Ｓの量を推定する構成としてもよい。また、レベル計２４としては、接触式のセンサのみならず、赤外線や超音波を利用した非接触式のセンサを用いてもよい。
また、被処理物Ｓの量を計測する手段としては、上記したレベル計２４に限らず、高さ調整手段１８に重量計を組み込み、被処理物Ｓの重量を推定することによって計測してもよい。

また、回転軸１２には、トルク検知器２６が設けられており、回転軸１２にかかるトルクを測定可能とされている。トルク検知器２６は制御装置７に接続されており、回転軸１２にかかる負荷、即ち被処理物Ｓの流動状態が測定可能とされている。

次に、本実施形態に係る乾燥システム２を用いた被処理物Ｓの乾燥処理の動作、及びその作用効果について説明する。
まず、搬送手段９及びケーシング８の加熱が行われる。具体的には、ボイラ５から発生した蒸気（熱媒油、温水など）が、搬送手段９やケーシング８の内部に送り込まれ、この蒸気が回転軸１２やケーシング８の内部空洞を循環することによって、加熱が行われる。そして、搬送手段９及びケーシング８が十分に加熱されると、次に乾燥装置１の内部に被処理物Ｓが供給される。具体的には、供給器４が作動され、供給器４から送出される含水率６０〜１００質量％程度の被処理物Ｓが、供給口１０を介して乾燥装置１の内部に送り込まれる。

また、この被処理物Ｓの供給開始に伴って、搬送手段９による被処理物Ｓの搬送が開始される。具体的には、回転軸１２が回転駆動装置２７によって回転駆動され、攪拌翼１３が被処理物Ｓを搬送方向Ｔに沿って上流側から下流側へ向かって搬送する。また、被処理物Ｓは、ケーシング８の傾斜による重力によっても搬送方向Ｔに向かって搬送される。

そして、搬送手段９による被処理物Ｓの搬送が開始されると、前述のように加熱された搬送手段９やケーシング８に対して被処理物Ｓが接触することにより、被処理物Ｓが加熱される。これにより、被処理物Ｓに含まれる水分が蒸発し、被処理物Ｓは搬送方向Ｔに沿って下流側に搬送されるに従ってその含水率が低下していく。そして、被処理物Ｓは、乾燥装置１の最下流端に到達した時には、ボイラ５によって与えられる時間当たりの熱量、或いは搬送手段９による乾燥装置１内での搬送時間等に応じて、その含水率が０〜６０質量％程度へと変化している。

制御装置７は、レベル計２４によって計測された被処理物Ｓの量、及びトルク検知器２６によって検知された回転軸１２のトルクに基づいて高さ調整手段１８を制御することによって、ケーシング８の傾斜角を自動調整する。

具体的には、ケーシング８内の被処理物収容空間に収容される被処理物Ｓの量が所定の量となるように、ケーシング８の傾斜角を調整する。ケーシング８の傾斜角は、２つの高さ調整手段１８の高さを調整することにより制御することができる。
例えば、被処理物Ｓの量が間接加熱式乾燥装置１の諸元によって決定される所定の量よりも多い場合には、図４に示すように、ケーシング８の傾斜角を大きくし、被処理物Ｓの移動速度を速くすることによって、被処理物Ｓの量を所定の量に近づける制御を行う。即ち、被処理物Ｓのケーシング８内の滞留時間を短くするように、傾斜角を大きくする。

一方、被処理物Ｓの量が所定の量よりも少ない場合には、図５に示すように、ケーシング８の傾斜角を小さくし（水平に近くし）、被処理物Ｓの移動速度を遅くすることによって、被処理物Ｓの量を所定の量に近づける制御を行う。

また、制御装置７は、トルク検知器２６によって検知される回転軸１２のトルクに基づいてケーシング８の傾斜角の自動調整を行う。回転軸１２のトルクは、被処理物Ｓの種類、含水率、粘度、付着性などによって変動する。

例えば、被処理物Ｓの流動性が低い場合はトルクが所定のトルクよりも大きくなるため、図４に示すように、ケーシング８の傾斜角を大きくして被処理物Ｓの流動性を高くする。即ち、被処理物Ｓの進行を進めるように制御する。
一方、被処理物Ｓが液体であったりして流動性が高い場合、トルクが小さくなるため、図５に示すように、ケーシング８の傾斜角を小さくすることにより、被処理物Ｓの進行を遅らせ、被処理物Ｓを滞留させる。

その後、この乾燥された被処理物Ｓは乾燥装置１の下流側の排出口１１から順次排出される。
このように、本実施形態の乾燥システム２によれば、乾燥装置１に被処理物Ｓを連続的に供給し、且つ乾燥装置１から乾燥された被処理物Ｓを連続的に排出しながら、含水率が十分に低くなるまで被処理物Ｓを乾燥させることができる。

また、被処理物Ｓが液体（例えば廃油、廃液など）の場合、制御装置７は、ケーシング８の下流側が高くなるような逆勾配の傾斜角となるように、傾斜角を制御することができる。即ち、滞留時間が多く必要な被処理物Ｓを乾燥させる場合には、図６に示すように、搬送方向Ｔに向かうに従ってケーシング８の高さが高くなるように、高さ調整手段１８を調整する。

上記実施形態によれば、高さ調整手段１８を調整して内部に被処理物収容空間１５が形成されているケーシング８の傾斜角を変更することによって、被処理物Ｓのケーシング８内の搬送速度を制御することができる。即ち、被処理物Ｓのケーシング８内の滞留時間を制御することができ、出口における被処理物Ｓの含水率を調整することができる。

また、支持機構６の支持部１７が搬送方向Ｔに直交する方向に沿う軸まわりにケーシング８を回転可能とされていることによって、高さ調整、即ち傾斜角調整が容易となる。
また、高さ調整手段１８として空気バネ１９を採用することにより、高さ調整手段１８によるケーシング８の傾斜角の調整をより容易に実施することができる。

また、制御装置７が、被処理物Ｓの量、及び回転軸１２のトルクのうち少なくとも一方に基づいて、ケーシング８の傾斜角を調整することによって、被処理物の性状に応じた傾斜角の自動調整が可能となる。即ち、被処理物Ｓの量、及び回転軸１２のトルクを一定に維持することができる。

また、ケーシング８の傾斜角の調整により、被処理物Ｓの流動性を維持させ、乾燥装置１内の充填率を高く保持できれば、空焚きディスク（汚泥と接触せずに露出したディスクの伝熱面積）および空焚きケーシング（汚泥と接触せずに露出したケーシングの伝熱面積）が少なくなるため、ケーシング８内の無駄空間、伝熱面の熱放散（空焚き）が減少し、熱損失が小さく（熱効率の向上）と乾燥効率の向上効果が得られる。

また、汚泥充填率の向上により乾燥効率と熱効率が向上し、無駄な伝熱面積が不要となるため、装置の小型化が可能となる。即ち、ケーシング８内単位容積あたりの有効伝熱面積が拡大できるとともに、有効伝熱面積あたりの汚泥接触効率についても向上できる。また、装置の小型化により、材料費・機器費（イニシャルコスト）の低減を図ることができる。さらに、装置の小型化により熱放散面積が小さくなることから熱損失が低減され、熱効率が向上すると共に、消費エネルギー（ランニングコスト）と維持管理費の削減が可能となることで、ライフサイクルコストの削減が可能となる。

また、被処理物Ｓが液体であるなど、より乾燥時間を要する場合には、ケーシング８を逆勾配の傾斜角とすることによって、より長時間の乾燥にも対応することができる。即ち、被処理物Ｓがショートパス（乾燥していない状態で排出）することを防止し、効率よく被処理物Ｓを乾燥させることができる。

また、支持台１４や、支持台１４が載置される基礎の高さが不均一であった場合でも、支持部１７の高さ調整によってその不均一を吸収することができる。
また、供給器４から供給される被処理物Ｓの量が時間によって変動することによって被処理物収容空間１５内の被処理物Ｓの量が変動する場合にも、ケーシング８の傾斜角を調整することによって、対応が可能である。

また、支持機構６が取付部材２３を有しており、取付部材２３はケーシング８のフランジ部８ｂに取り付けられているため、ケーシング８の熱が空気バネ１９に伝達されにくくなり、空気バネ１９の信頼性を向上させることができる。

なお、上記実施形態においては、被処理物Ｓの量、及び回転軸１２のトルク、即ち、検出手段で検出された結果に基づいてケーシング８の傾斜角を調整する構成としたが、被処理物Ｓの量、又は回転軸１２のトルクの何れか一方に基づいて調整する構成としても良い。

また、制御装置７により高さ調整手段１８の高さ、即ちケーシング８の傾斜角を自動調整したが、制御装置７による自動制御は必須ではない。例えば、被処理物Ｓの性状に合わせて事前にケーシング８の傾斜角を手動で調整したり、運転中に傾斜角を手動で調整する構成としてもよい。
また、ケーシング８の傾斜角のみならず、供給器４によって供給される被処理物Ｓの供給量を同時に調整する構成としてもよい。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の高さ調整手段１８Ｂは、第一実施形態の空気バネ１９に代わって、積層された複数の間隔保持片であるプレート２５によって構成されている。また、本実施形態の乾燥システム２Ｂには、第一実施形態に係る乾燥システム２が有する制御装置７、レベル計２４、及びトルク検知器２６は設けられていない。

プレート２５は、所定の厚さを有する例えば正方形の板状部材であり、上下方向の間隔を保持するための部材である。複数のプレート２５は、例えば油圧ジャッキを用いて、支持部１７のブラケット２０を持ち上げることによって、取り外しが可能とされている。即ち、プレート２５の数を調節することによって、支持部１７の高さが調節可能とされている。
また、板状のプレート２５ではなく、直方体形状のブロックによって高さを調整してもよい。

本実施形態によれば、高さ調整手段１８Ｂが複数のプレート２５によって構成されていることによって、高さ調整手段１８を空気バネ１９によって構成した第一実施形態と比較して、高さ調整手段１８Ｂの構成をより簡素化することができる。
また、支持部１７が、ピン２１まわりにケーシング８を回転可能に支持していることによって、ブラケット２０の底面は常に水平とすることができるため、プレート２５を簡素な平板によって形成することができる。

なお、この発明は前述した実施形態に限られるものではない。
例えば、前述した実施形態では、２本の回転軸１２を組み合わせる構成としたが、これに限ることはなく、３本以上の回転軸を組み合わせたものをケーシング８内に配置する構成としてもよい。

１間接加熱式乾燥装置
６支持機構
７制御装置（制御手段）
８ケーシング（本体部）
１３攪拌翼
１４支持台（基面）
１７支持部
１８高さ調整手段
１９空気バネ
２１ピン（軸）
２４レベル計（検出手段）
２５プレート（間隔保持片）
２６トルク検知器（検出手段）
Ｓ被処理物
Ｔ搬送方向

Claims

被処理物を所定の搬送方向に搬送しつつ加熱し乾燥させる間接加熱式乾燥装置であって、
前記被処理物が供給され乾燥処理を行う本体部と、
前記本体部の前記搬送方向の両側に設けられた支持機構とを備え、
前記支持機構は、上部で前記搬送方向に直交する方向に沿う軸まわりに前記本体部を回転可能に支持する支持部と、前記支持部と基面との間に設けられ、前記支持部の高さを調整する高さ調整手段とを有し、
前記被処理物の前記本体部内での量と前記本体部の回転軸にかかるトルクとを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された結果に基づいて前記高さ調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする間接加熱式乾燥装置。
前記高さ調整手段は、空気バネを有することを特徴とする請求項１に記載の間接加熱式乾燥装置。
前記高さ調整手段は、取り外し可能な積層された間隔保持片を有することを特徴とする請求項１に記載の間接加熱式乾燥装置。