汚泥乾燥システム

国が発行した都市下水処理場の汚泥処理および処分に関する技術ガイドによると、汚泥の処分方法として、土地利用、衛生埋立、建築資材利用、乾式焼却の4つが提案されている。農業、埋立地、海洋などにおける汚泥の制約や悪影響要因がますます顕著になっているため、汚泥乾燥焼却処理および処分方法は各国で広く利用され、広く推進されており、汚泥乾燥焼却は現段階で最も重要かつ理想的な技術的処分方法の1つになることは間違いない。

企業から発生する汚泥は、有害廃棄物の技術的特性を持ち、乾燥後の焼却および廃棄処理が必要であり、蒸気熱源を必要とするため、その安全性、技術的適応性、経済的適応性、適用性、普及性を総合的に考慮し、既に稼働している汚泥乾燥に使用される乾燥プロセス装置の種類と合わせて、流動床型、二段式、薄膜型、パドル型、ディスク型、スプレー型の6種類の汚泥乾燥プロセス装置を比較検討し、選定した。上記6種類の乾燥装置の技術的成熟度、システム安定性、運転安全性、廃棄時の環境保護を総合的に考慮し、最終的に薄膜乾燥プロセス装置の種類を決定した。

1. 薄膜乾燥機の装置構成部品

一般的に、薄膜乾燥機は、加熱層を備えた円筒形のシェル、シェル内の回転ローター、およびローターの駆動装置で構成されています。ローターには、形状や仕様の異なるパドルが多数用意されており、パドルとローターはボルトで固定されています。組み立て方法は柔軟に調整可能で、汚泥の特性や処理能力の変化に対応できます。薄膜乾燥機のシェル全体は複数のセクションに分割されており、処理要件に応じて複数の加熱エリアに分割でき、個別の制御、温度調整、柔軟な切り替えなどの操作要素を実現できます。

スプレッドブレードは、ローターの泥入口側と泥出口側に配置されています。シリンダーの泥入口側の各列には、4枚のスプレッドスクレーパーブレードが列線に対して45°の角度で取り付けられています。このような取り付けの目的は、スラッジがシリンダーに入った後すぐに高温壁の表面に付着し、排出端まで搬送する機能を実現することです。合計72枚。泥側の各列には、2枚のエンドカバースプレッドスクレーパーブレードが取り付けられており、供給側のスプレッドスクレーパーブレードは45°の斜めの角度で取り付けられています。この取り付けの目的は、排出時に製品の慣性力を緩衝し、重力による自由排出機能を実現することです。合計36枚。

伝動ブレードはローターの中央部に配置されており、各柱に40枚のブレードが設置され、合計720枚のブレードとなる。

様々なタイプのブレードは、機能面から見て、高温壁面における汚泥の分配、散布、掻き取り、攪拌、逆混合、自己洗浄、搬送といった重要な機能を総合的に実現します。要約すると、湿った汚泥が水平乾燥機の片側から流入すると、回転するローターによって高温壁面に連続的に分配され、薄い層が形成されます。ローター上のブレードが高温壁面に分配された湿った汚泥の薄層を連続的に転がすと、ローターに取り付けられたガイド角度機能付き搬送ブレードがローターの円回転に合わせて回転します。汚泥薄層の形成と乾燥の過程で生成された半乾燥汚泥粒子は、ローターの軸方向に沿って一定の線速度で水平方向に移動して、薄膜乾燥機のもう一方の端にある汚泥出口へと向かいます。薄膜乾燥機の軸方向長さは、供給端から排出端までの水平線であるだけでなく、水平円筒型薄膜乾燥機全体で汚泥の供給と排出を完了します。このプロセスでは、湿潤汚泥は蒸気加熱壁によって均一に加熱され、水分が蒸発します。薄膜乾燥機内での湿潤汚泥の滞留時間は10～15分であり、迅速な起動、停止、排出が可能で、装置のプロセス操作と調整制御が非常に高速です。

3. 薄膜乾燥機の排ガス収集プロセス

薄膜乾燥機に供給される汚泥の含水率は75%～85%（80%として計算）であり、薄膜乾燥機で生成される汚泥の含水率は約35%です。顆粒状で現れる半乾燥汚泥は、次の段の搬送装置を通して次のユニットに搬送されます。薄膜乾燥機の運転プロセスで発生する水蒸気、排出粉塵、臭気ガスなどの混合キャリアガスは、シリンダー内の汚泥と逆方向に移動し、汚泥供給口上部の排ガスタンクから配管を通して凝縮器に排出されます。凝縮器では、キャリアガス中の水が蒸気から凝縮され、凝縮しないガスは液滴に分離され、排ガス誘引送風機を通して乾燥システムに排出されます。薄膜乾燥機のプロセス排ガスの量は比較的少なく、通常はシステムの蒸発量のわずか5%～10%です。排気誘起送風ファンは、乾燥システム全体を微小な負圧状態にすることで、臭気ガスや粉塵の溢れ出しを防ぎます。

2. 薄膜乾燥プロセス用主要装置の技術パラメータ

本プロジェクトの要求に基づき、汚泥乾燥システム1セットの汚泥処理能力は2.5t/h（含水率80%の場合）と決定され、汚泥含水率は35%です。薄膜乾燥機1台の1日あたりの汚泥処理能力は60t/d（含水率80%の場合）、薄膜乾燥機1台の定格蒸発能力は1.731t/h、薄膜乾燥機1台の熱交換面積は50m2、汚泥入口の含水率は80%、汚泥出口の含水率は35%です。薄膜乾燥機の熱源は飽和蒸気であり、蒸気供給の品質は輸入パラメータに基づいています。蒸気温度は180℃、蒸気圧力は1.0MPa、薄膜乾燥機1台あたりの蒸気消費量は2.33t/h、薄膜乾燥機の台数は2台で、1台ずつ使用されます。

180℃の飽和蒸気は加圧配管を通して直線型乾燥機に送られ、半乾燥汚泥を間接的に加熱するための熱源として利用されます。半乾燥汚泥中の水分は直線型乾燥機内でさらに蒸発します。汚泥製品の実際の需要（開始と停止）に応じて、最終汚泥は水分含有量10%に達し、製品冷却器へと送られます。

直線乾燥機の処理能力は 0.769 t /h (水分含有量 35%)、定格蒸発量は 0.214 t /h、熱交換面積は 50 m2、直線乾燥機のスラッジ入口の水分含有量は 35%、スラッジ出口の水分含有量は 10%、直線乾燥機の蒸気品質入口パラメータ: 蒸気温度は 180 ℃、蒸気圧力は 1.0 MPa、単一の直線乾燥機の蒸気消費量は 0.253 t/h、数量は 1 セットです。

キャリアガス凝縮器の装置タイプは直接噴射ハイブリッド凝縮器であり、空気流入量は3,500 Nm3/h、入口ガス温度は95～110℃、出口ガス温度は90～180 Nm3/h、出口ガス温度は55℃である。

搬送ガス誘引送風機の機器タイプは高圧遠心送風機で、最大空気吸引量は400 Nm3/h、空気圧は4.8 kPa、搬送ガス媒体の物理的パラメータは温度45℃、湿度80%〜100%湿潤空気臭気ガス混合物で、乾燥システム1セットには1セットが装備されています。

製品冷却器の処理能力は1.8t/h、汚泥入口温度は110℃、汚泥出口温度は45℃以下、熱交換面積は20m2、数量は1台です。

3．薄膜乾燥機の試運転時の経済的なエネルギー消費量の分析

薄膜乾燥プロセスシステムの単独試運転と泥負荷試運転を約半月実施した結果は以下のとおりです。

本プロジェクトにおける単一薄膜乾燥機の設計構成処理能力は60トン/日です。現在、試運転期間中の平均湿潤汚泥処理量は50トン/日（水分含有量79%）であり、これは設計上の湿潤汚泥処理規模の83%、乾燥汚泥処理規模の87.5%に達しています。

薄膜乾燥機で製造された半乾燥汚泥の平均水分含有量は36％であり、直線乾燥機で排出された半乾燥汚泥の水分含有量も36％で、設計製品の目標値（35％）とほぼ一致している。

汚泥乾燥工場の外部飽和蒸気計で測定すると、飽和蒸気消費量は 25 t/d であり、蒸気蒸発潜熱の理論上の 1 日の総熱消費量は 25 t×1 000×2 014.8 kJ/kg÷4.184 kJ =1.203 871 9×107 kcal/d です。乾燥システムの平均 1 日の総蒸発水量は (50 t ×0.79)-[50 t ×(1-0.79)]÷(1-0.36)×1 000=23 875 kg/d であり、したがって、汚泥乾燥システムの単位熱消費量は 1.203 871 9×107÷23 875=504 kcal/kg 蒸発水です。汚泥乾燥システムは、湿潤汚泥の水分含有量の変化、外部蒸気の品質、半乾燥汚泥製品搬送装置の粒度要件などの要因の影響を受けるため、今後の長期試運転において様々な変数の値を最適化し、システムの最適な運転条件と経済的なエネルギー消費指標をまとめる必要がある。

1.薄膜乾燥機

薄膜乾燥機の装置構造は、加熱層を備えた円筒形のシェル、シェル内の回転ローター、およびローターの駆動装置（モーター＋減速機）から構成される。

ローターには、コーティング、混合、推進用のブレードが装備されています。ブレードと内殻との距離は5～10mmです。加熱面はセルフクリーニングが可能で、ブレードは個別に調整および取り外しが可能です。

駆動装置：（モーター＋減速機）周波数変換モーターまたは定速モーターを選択でき、ベルト減速機またはギアボックスを選択でき、直接接続またはカップリング接続を使用でき、ローター速度は100 r/minに制御でき、ローター外縁線速度は10 m/Sに制御でき、スラッジ滞留時間は10〜15分です。

2. 直線型乾燥機本体

直線型乾燥機はU字型スクリューコンベアを採用しており、伝動ブレードは汚泥粒子の押し出しや切断を防ぐように特別に設計・加工されています。直線型乾燥機のシェルと回転軸は加熱部であり、シェルは分解可能です。加熱部を除き、汚泥と接触する部分はステンレス鋼316Lまたは同等の材質で、その他の部分は炭素鋼でできており、つまり直線型乾燥装置はSS304+CS製です。

3. コンデンサー

搬送ガス凝縮器の機能は、スラッジ乾燥機からの排ガスを洗浄し、ガス中の凝縮性ガスを凝縮させることです。本装置の構造は直接噴霧式凝縮器であり、加工材料はSS304です。

4.製品クーラー

製品冷却器の機能は、110℃の半乾燥スラッジを約45℃まで冷却することであり、伝熱面積は21m2、出力は4kWです。主な加工・製造材料はSS304+CSです。

薄膜式汚泥乾燥法は、その技術的特性から近年普及しており、効率的かつ効果的な汚泥処理方法となっている。このプロセスでは、薄膜乾燥機を用いて汚泥から水分を迅速かつ効率的に除去し、取り扱いや輸送が容易な乾燥した顆粒状の製品を得る。汚泥乾燥・焼却分野における様々な技術を用いたプロセスシステム機器の運用経験を踏まえ、汚泥薄膜乾燥法の技術的特性を以下のようにまとめた。

1. 薄膜式汚泥乾燥機の主な技術的特徴は、その簡便な統合性です。この方式は補助設備が最小限で済み、操作と制御が容易です。乾燥工程では逆混合が不要で、汚泥は「可塑性段階」（汚泥粘度ゾーン）を直接通過するため、工程がより効率的かつ合理化されます。さらに、発生する排ガス量が比較的少なく、排ガス処理工程も簡便であるため、経済的、効率的、かつ環境に優しい汚泥乾燥方法と言えます。

2. 薄膜式汚泥乾燥機のもう一つの重要な側面は、運転経済性です。この装置は、比較的低いエネルギー消費量と一貫して高い蒸発効率で知られています。加熱媒体の回収と再利用も可能で、エネルギーコストをさらに削減できます。さらに、装置は堅牢で、メンテナンスコストが低く、監視も最小限で済むため、汚泥乾燥のための費用対効果の高いソリューションとなっています。

3.薄膜式汚泥乾燥機は、操作の柔軟性も特筆すべき特徴です。様々な種類のペースト状汚泥の乾燥に適しており、あらゆる水分含有量の均一な汚泥粒子を生成できます。このプロセスは固形物負荷が低く、起動・停止が容易で、排出時間も短いため、操作の柔軟性がさらに向上します。

4. 薄膜汚泥乾燥プロセスは、安全性と環境保護に優れていることで知られています。窒素、蒸気、自己消火検知器など、多面的な不活性設計を採用しています。このプロセスは、低酸素、無臭、粉塵漏れのない負圧密閉システムで稼働するため、粉塵爆発の可能性を低減し、汚泥乾燥プロセスの安全性と環境保護を確保します。

要約すると、薄膜式汚泥乾燥プロセスの技術的特性は、効率的、経済的、かつ環境に優しい汚泥処理方法であることを示しています。このプロセスは、総合的な簡便性、運転コストの低さ、操作の柔軟性、安全性、環境保護などの特徴を備えており、汚泥乾燥装置にとって非常に価値のあるソリューションです。