JP2005125265A - Treating method and treating system of organic waste - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、炭素を含有する有機性廃棄物、とくに下水処理場、浄水場などから発生する汚泥をはじめ食品屑などを炭化して処理する方法とその処理システムに関するもので、詳しくはガスタービン発電機の併設して高酸素濃度の排ガスを炭化処理に有効利用することを前提にしたものである。 The present invention relates to a method and a treatment system for carbonizing organic waste containing carbon, particularly sludge generated from sewage treatment plants, water purification plants, and other food waste, and more specifically, a gas turbine power generation system. This is based on the premise that a high oxygen concentration exhaust gas is effectively used for carbonization with the addition of a machine.
上記のガスタービン単体では熱効率が悪いために発電効率が低いので、発電効率の向上が要望視されている。 Since the above gas turbine alone has poor heat efficiency and low power generation efficiency, improvement in power generation efficiency is regarded as a demand.
また近年、有機性廃棄物の有効利用についての研究が盛んに行われており、バイオガス化、コンポスト化、炭化など様々な技術が確立されつつある。 In recent years, research on effective use of organic waste has been actively conducted, and various technologies such as biogasification, composting, and carbonization are being established.
この種の先行技術に、例えば、炭化原料から活性炭化物を製造する装置として、スクリューコンベヤを内部に設けた炭化管を燃焼炉内に設置して炭化炉を構成し、炭化原料を供給装置により炭化管内に供給して間接加熱処理し、炭化管の前段で炭化原料を乾燥して水蒸気を発生させ、中段で炭化させて水蒸気と熱分解ガスを発生させ、後段で炭化物を水蒸気と熱分解ガスで賦活・活性化させて活性炭化物を製造する構造のものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In this type of prior art, for example, as an apparatus for producing activated carbide from a carbonized raw material, a carbonization tube having a screw conveyor provided therein is installed in the combustion furnace to constitute a carbonization furnace, and the carbonized raw material is carbonized by a supply device. It is supplied into the pipe and subjected to indirect heat treatment, the carbonized raw material is dried at the front stage of the carbonization pipe to generate water vapor, carbonized at the middle stage to generate water vapor and pyrolysis gas, and the carbide at the rear stage by steam and pyrolysis gas. The thing of the structure which activates and activates and manufactures activated carbide is proposed (for example, refer to patent documents 1).
その他に、高水分含有汚泥を乾燥・焼成する汚泥乾燥焼成設備と、この汚泥乾燥焼成設備とその関連設備に電力を供給するガスタービン発電機とで構成され、そのガスタービン発電機から出る高温排ガスの少なくとも一部を汚泥乾燥焼成設備の熱風乾燥機・高温焼成機に供給して汚泥を乾燥・焼成する構造の汚泥資源化方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, it consists of a sludge drying and firing facility that dries and calcines sludge containing high moisture, and a gas turbine generator that supplies power to this sludge drying and firing facility and related equipment, and high-temperature exhaust gas from the gas turbine generator. A sludge resource recycling method has been proposed in which at least a part of the sludge is supplied to a hot air dryer / high temperature calciner of a sludge drying and firing facility to dry and burn the sludge (see, for example, Patent Document 2).
また、有機物からメタン醗酵させて得られる消化ガスを燃料電池発電に使用することが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
上記の汚泥資源化方法では、ガスタービンを汚泥乾燥焼成設備に併設し、ガスタービンの排ガスを熱風乾燥機・高温焼成機に供給して汚泥を乾燥・焼成するのに使用している。この方法では、汚泥は乾燥あるいは焼成して処理されるため、有効に利用されているとは云えない。しかも、ガスタービンの運転状況によって排ガス量が変化するが、汚泥乾燥焼成設備では排ガス量の変化に応じて燃焼量を増減する必要があり、制御が複雑である。また、ガスタービン発電機に供給される空気は酸素濃度が21%位であるが、ガスタービンでは酸素がほとんど消費されず、酸素濃度17〜19%の燃焼排ガスが排出され、また同排ガスは顕熱を保有しているので、有効利用を図るべきである。 In the sludge resource recycling method described above, a gas turbine is provided in the sludge drying and firing facility, and the exhaust gas from the gas turbine is supplied to a hot air dryer and a high-temperature calciner to be used for drying and firing the sludge. In this method, the sludge is dried or baked, and thus cannot be effectively used. In addition, although the amount of exhaust gas varies depending on the operating condition of the gas turbine, in the sludge drying and firing facility, it is necessary to increase or decrease the combustion amount in accordance with the change in the amount of exhaust gas, and the control is complicated. The air supplied to the gas turbine generator has an oxygen concentration of about 21%. However, the gas turbine hardly consumes oxygen, and exhaust gas with an oxygen concentration of 17 to 19% is discharged. Since it has heat, it should be used effectively.
本発明はガスタービン発電機を炭化炉と組み合わせることにより、理想的燃焼を両者で達成し、ガスタービンの効率も向上でき、また有機性廃棄物を炭化して活性炭化物を製造して有効利用を図れる有機性廃棄物の処理方法と処理システムを提供することを目的としている。 In the present invention, by combining a gas turbine generator with a carbonization furnace, ideal combustion can be achieved by both, the efficiency of the gas turbine can be improved, and organic waste is carbonized to produce activated carbide for effective use. It aims at providing the processing method and processing system of organic waste which can be planned.
上記の目的を達成するために本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、炭化炉(炭化賦活炉)にガスタービン発電機を併設し、前記炭化炉その他に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理方法であって、
前記ガスタービンから排出される燃焼排ガスを前記炭化炉に供給し助燃料とともに燃焼させ、乾燥させた前記脱水ケーキを還元雰囲気中で熱分解して炭化させ、炭化物を回収するとともに、前記炭化炉からの排ガスの保有熱を熱交換手段を介して熱回収し、前記脱水ケーキの乾燥に用いることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the organic waste processing method according to the present invention includes a gas turbine generator in a carbonization furnace (carbonization activation furnace), and supplies organic power while supplying power to the carbonization furnace and others. An organic waste treatment method for drying a dehydrated cake of waste and supplying it to the carbonization furnace for carbonization,
Combustion exhaust gas discharged from the gas turbine is supplied to the carbonization furnace and combusted with auxiliary fuel, and the dried dehydrated cake is pyrolyzed and carbonized in a reducing atmosphere to collect carbides, and from the carbonization furnace. The retained heat of the exhaust gas is recovered through a heat exchange means and used for drying the dehydrated cake.
上記の構成を有する本発明の処理方法によれば、ガスタービンから排出される燃焼排ガスを有機廃棄物の炭化に必要な熱源として有効に利用できるほか、炭化に使用された後の排ガスについても熱交換手段により熱回収し、脱水ケーキの乾燥の熱源として使用することができ無駄がない。こうしてガスタービン発電機に導入する酸素濃度21%前後の空気中の酸素を段階的に消費し、最終的に酸素濃度9%以下(望ましくは6%前後)の排ガスとして排気することができ、全体としての熱効率を向上できる。また、有機性廃棄物から活性炭化物を製造してダイオキシン吸着剤や脱臭剤などとして使用できる。 According to the treatment method of the present invention having the above configuration, the combustion exhaust gas discharged from the gas turbine can be effectively used as a heat source necessary for carbonization of organic waste, and the exhaust gas after being used for carbonization is also heated. Heat can be recovered by the exchange means and used as a heat source for drying the dehydrated cake. In this way, oxygen in the air with an oxygen concentration of about 21% introduced into the gas turbine generator is consumed in stages, and finally exhausted as an exhaust gas with an oxygen concentration of 9% or less (preferably around 6%). The thermal efficiency can be improved. In addition, activated carbon can be produced from organic waste and used as a dioxin adsorbent or deodorant.
請求項2に記載のように、前記炭化炉の排ガスにより水を加熱して水蒸気を発生させ、この水蒸気の一部を前記脱水ケーキの乾燥に、同水蒸気の残りの一部を前記ガスタービンに導入してチェーンサイクルに、同水蒸気の残りを前記ガスタービンへ導入する冷却空気用の空気冷却にそれぞれ用いることができる。
As described in
請求項2記載の処理方法によれば、ガスタービンから排出される燃焼排ガスを有機性廃棄物の炭化に使用後、水蒸気に変換して熱回収するので、脱水ケーキの乾燥用熱源に使用できるだけでなく、例えば、ガスタービンに蒸気を吹き込むチェーンサイクルシステムを採用したり、また蒸気を熱源とする冷却器で空気を冷却してガスタービンに吹き込んで吸気温度を下げたりすることができ、発電効率を大幅に向上することができる。
According to the processing method of
請求項3に記載のように、前記熱交換手段を介して熱回収することにより200℃以上(望ましくは450〜650℃)の加熱空気あるいは過熱蒸気を前記脱水ケーキの乾燥に使用するとともに、前記炭化炉の温度が900℃以上(望ましくは950℃)に維持されるように助燃料の供給量を制御したうえ、前記熱交換手段を通過した排ガスの酸素濃度を9%以下(望ましくは6%)に維持されるよう前記ガスタービンの発電量を制御することができる。
As described in
請求項3記載の処理方法によれば、高効率で有機廃棄物から活性炭化物を製造することができ、また処理システム全体の熱効率が向上する。 According to the processing method of the third aspect, the activated carbide can be produced from the organic waste with high efficiency, and the thermal efficiency of the entire processing system is improved.
上記の目的を達成するために請求項4記載の処理システムは、炭化炉にガスタービン発電機を併設し、前記炭化炉その他に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理システムであって、
前記炭化炉から排出される排ガスの熱を回収して過熱蒸気又は加熱空気を発生するための熱交換器と、この熱交換器から供給する過熱蒸気又は加熱空気により前記脱水ケーキを乾燥して前記炭化炉に供給するための乾燥機とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a processing system according to
A heat exchanger for recovering the heat of the exhaust gas discharged from the carbonization furnace to generate superheated steam or heated air, and drying the dehydrated cake with the superheated steam or heated air supplied from the heat exchanger, And a drier for supplying to the carbonization furnace.
この有機性廃棄物の処理システムによれば、上記の請求項1記載の処理方法を確実に実施できる。 According to the organic waste processing system, the processing method according to the first aspect can be reliably implemented.
請求項5に記載のように、前記熱交換器から排出される排ガスの排気管に同排ガスの温度センサーおよび酸素濃度センサーをそれぞれ装着し、前記排気管から分岐した分岐循環管一端を前記炭化炉の燃焼排ガス導入口付近に接続するとともに、前記分岐循環管には循環流量調節弁を介設してこの温度センサーにて測定される排ガスの温度に応じて前記循環流量調節弁の開度を自動調整し、前記排ガスの酸素濃度値に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射量調整機構を設けるようにしてもよい。 6. The exhaust gas exhaust pipe exhausted from the heat exchanger is equipped with an exhaust gas temperature sensor and an oxygen concentration sensor, respectively, and one end of the branch circulation pipe branched from the exhaust pipe is connected to the carbonization furnace. The circulation flow control valve is automatically opened according to the temperature of the exhaust gas measured by the temperature sensor by providing a circulation flow control valve in the branch circulation pipe. A fuel injection amount adjustment mechanism that adjusts and controls the fuel injection amount in accordance with the oxygen concentration value of the exhaust gas may be provided.
このようにすれば、排ガスの酸素(O2)濃度を9%以下(望ましくは6%)に維持されるよう、ガスタービンの負荷(発電量)を制御することができる。つまり、酸素濃度が高くなれば炭化燃焼用空気であるガスタービン燃焼排ガス量が減少するように発電負荷を低減する制御を行い、逆に排ガスの酸素濃度が低下すれば、ガスタービンからの燃焼排ガスの量を増大するように電力負荷が上がるように制御を行い、処理システム全体の熱効率を向上することができる。また、熱交換器から排出され炭化炉へ循環される排ガスの循環風量を、排ガスの温度に応じて循環流量調節弁の開度を自動調整して制御できるので、熱交換器から排出される排ガスの出口温度を例えば200℃に維持することができる。 In this way, the load (power generation amount) of the gas turbine can be controlled so that the oxygen (O 2) concentration of the exhaust gas is maintained at 9% or less (preferably 6%). That is, if the oxygen concentration increases, control is performed to reduce the power generation load so that the amount of gas turbine combustion exhaust gas, which is carbonization combustion air, decreases. Conversely, if the oxygen concentration of the exhaust gas decreases, the combustion exhaust gas from the gas turbine Control is performed so as to increase the power load so as to increase the amount of the heat, and the thermal efficiency of the entire processing system can be improved. In addition, since the circulation air volume of the exhaust gas discharged from the heat exchanger and circulated to the carbonization furnace can be controlled by automatically adjusting the opening of the circulation flow rate control valve according to the temperature of the exhaust gas, the exhaust gas discharged from the heat exchanger The outlet temperature can be maintained at 200 ° C., for example.
上記の目的を達成するために請求項6記載の処理システムは、炭化炉にガスタービン発電機を併設し、前記炭化炉その他に電力を供給しながら、有機性廃棄物の脱水ケーキを乾燥し前記炭化炉に供給して炭化処理する有機性廃棄物の処理システムであって、
前記炭化炉から排出される排ガスの熱を回収して過熱蒸気を発生するための廃熱ボイラと、この廃熱ボイラに給水するためおよび廃熱ボイラで消費した分を補うための給水装置と、前記廃熱ボイラから供給する過熱蒸気により前記脱水ケーキを乾燥して前記炭化炉に供給するための乾燥機と、前記廃熱ボイラから供給する過熱蒸気にて空気を冷却して前記ガスタービンに導入するための冷却器と、前記廃熱ボイラからの過熱蒸気を前記ガスタービンへ供給するための供給路とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a processing system according to
A waste heat boiler for recovering the heat of exhaust gas discharged from the carbonization furnace to generate superheated steam, a water supply device for supplying water to the waste heat boiler and for supplementing the amount consumed by the waste heat boiler, A dryer for drying the dehydrated cake with the superheated steam supplied from the waste heat boiler and supplying it to the carbonization furnace, and cooling the air with the superheated steam supplied from the waste heat boiler and introducing it into the gas turbine And a supply passage for supplying superheated steam from the waste heat boiler to the gas turbine.
この有機性廃棄物の処理システムによれば、請求項4記載の処理システムに比べて機器類の点数は増えるが、タービンチェーンサイクルを行うことを可能にし、またタービン導入用の吸気温度を下げることを可能にし、発電効率が大幅に(約20〜30%)アップする。いいかえれば、請求項2記載の処理方法を確実に実施できる。
According to this organic waste processing system, although the number of equipment is increased as compared with the processing system according to
請求項7に記載のように、前記熱交換器から排出される排ガスの排気管に同排ガスの温度センサーおよび酸素濃度センサーをそれぞれ装着し、前記排気管から分岐した分岐循環管一端を前記炭化炉の燃焼排ガス導入口付近に接続するとともに、前記分岐循環管には循環流量調整弁を介設してこの温度センサーにて測定される排ガスの温度に応じて前記循環流量調整弁の開度を自動調整し、また前記酸素濃度センサーと前記炭化炉に設けた炉内温度センサーとを炭化炉への助燃料供給量を調整するための流量調整弁にそれぞれ接続して炭化炉内温度および排ガスの酸素濃度の変化に応じて前記助燃料供給量を制御できるようにすることができる。 The temperature sensor and oxygen concentration sensor of the exhaust gas are respectively attached to the exhaust pipe of the exhaust gas discharged from the heat exchanger, and one end of the branch circulation pipe branched from the exhaust pipe is connected to the carbonization furnace. Connected to the vicinity of the combustion exhaust gas inlet, and a circulation flow rate adjustment valve is provided in the branch circulation pipe to automatically open the circulation flow rate adjustment valve according to the temperature of the exhaust gas measured by this temperature sensor. The oxygen concentration sensor and the in-furnace temperature sensor provided in the carbonization furnace are connected to a flow rate adjusting valve for adjusting the amount of auxiliary fuel supplied to the carbonization furnace, respectively, and the carbonization furnace temperature and exhaust gas oxygen are connected. The auxiliary fuel supply amount can be controlled in accordance with a change in concentration.
このようにすれば、助燃料供給量を制御して炭化炉の温度を900℃以上、望ましくは950℃に維持することができる。つまり、炭化炉への助燃料供給量は炭化温度によって制御されるのを基本とし、前記熱交換器から排出される排ガスの酸素濃度による制御は炭化温度によって規定される制御結果に対し、+又は−の変化指令を与える。これにより、炭化排ガスの量および廃熱ボイラからの余剰蒸気量が変化し、例えば排ガスの酸素濃度が高いときに助燃料が多くなり、廃熱ボイラからの蒸気量が増え、ガスタービンチェーンサイクルおよびガスタービン入り口空気温度冷却能力が増大する。また、炭化炉へ循環される排ガスの循環風量を循環弁の開度で制御して廃熱ボイラから排出される排ガスの出口温度を例えば200℃に維持することができる。さらに排ガスの酸素濃度を9%以下(望ましくは6%)に維持されるようにガスタービンの負荷(発電量)を制御することができ、処理システム全体の熱効率を向上させられる。さらにまた、炭化系の上記制御により、廃熱ボイラーからの余剰蒸気が増えると、チェーンサイクルおよび入り口空気が冷却され、タービン発電量が増大する。 In this way, the temperature of the carbonization furnace can be maintained at 900 ° C. or higher, preferably 950 ° C. by controlling the auxiliary fuel supply amount. That is, the amount of auxiliary fuel supplied to the carbonization furnace is basically controlled by the carbonization temperature, and the control based on the oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the heat exchanger is + or -Change command is given. This changes the amount of carbonized exhaust gas and the amount of surplus steam from the waste heat boiler.For example, when the oxygen concentration of the exhaust gas is high, the amount of auxiliary fuel increases, the amount of steam from the waste heat boiler increases, and the gas turbine chain cycle and Gas turbine inlet air temperature cooling capacity is increased. Further, the outlet temperature of the exhaust gas discharged from the waste heat boiler can be maintained at 200 ° C., for example, by controlling the circulation air volume of the exhaust gas circulated to the carbonization furnace by the opening degree of the circulation valve. Furthermore, the load (power generation amount) of the gas turbine can be controlled so that the oxygen concentration of the exhaust gas is maintained at 9% or less (preferably 6%), and the thermal efficiency of the entire processing system can be improved. Furthermore, when the surplus steam from the waste heat boiler is increased by the above control of the carbonization system, the chain cycle and the inlet air are cooled, and the amount of turbine power generation is increased.
本発明に係る有機廃棄物の処理方法あるいは処理システムによれば、ガスタービン発電機を炭化炉と組み合わせたことにより理想的燃焼を両者で達成でき、ガスタービンの効率も向上でき、また有機性廃棄物を炭化して活性炭化物を製造するので、有機性廃棄物の有効利用が図れる。 According to the organic waste processing method or processing system of the present invention, ideal combustion can be achieved by combining a gas turbine generator with a carbonization furnace, the efficiency of the gas turbine can be improved, and organic waste can be improved. Since the activated carbon is produced by carbonizing the product, the organic waste can be effectively used.
本発明の請求項1に係る処理方法および請求項4に係る処理システムでは、炭化の規模に応じて、最良に近い熱効率をもたらすガスタービン発電量が得られる。 In the processing method according to the first aspect of the present invention and the processing system according to the fourth aspect of the present invention, the amount of gas turbine power generation that brings about the best thermal efficiency can be obtained according to the scale of carbonization.
請求項2の処理方法および請求項5の処理システムでは、タービン発電や炭化の規模およびそれらのバランスに応じて最良に近い熱効率でもって下水汚泥などの有機性廃棄物処理と発電をなし得る。また、請求項5に記載の処理システムは、機器類の点数が増え、構造がやや複雑になるが、熱回収を蒸気にて行うので、タービンチェーンサイクルを行うことが可能になる。これにより、発電効率が約20%アップする。また、タービン導入の吸気温度を低下させることにより発電効率が約10%アップする。
In the processing method of
(実施例1)
図1は本発明の処理システムを下水汚泥の処理に適用した実施例を系統的に示すフロー図である。図1に示すように本例の処理システム1は、下水処理場での下水処理に伴って発生する下水汚泥を炭化・賦活処理して活性炭化物Cを製造するための炭化(賦活)炉3をガスタービンに発電機が連結されたガスタービン発電機2と組み合わせて設置している。ガスタービン発電機2および炭化(賦活)炉3は公知のもので、炭化(賦活)炉3は例えば特許2975011号公報に記載された下記の構造のものを使用する。
(Example 1)
FIG. 1 is a flow diagram schematically showing an embodiment in which the treatment system of the present invention is applied to the treatment of sewage sludge. As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、炭化(賦活)炉3は、炉本体31内にスクリューコンベヤ34が内装された金属製の円筒状炭化管33が配設され、ガスタービン発電機2のガスタービンから排出されるタービン排ガスGが導入口32から炉本体31内に供給される。炉本体31内では導入口32から供給されたタービン排ガスGが後述する助燃料Jとともにバーナー(図示せず)で燃焼され、この燃焼ガスG’が炭化管33の長手方向に沿って下方から上方の排気口35へ流れて排出される。一方、乾燥機4から搬出された乾燥汚泥Tは、炭化管33の一端に設けられた入り口33aから炭化管33内に供給され、炉本体31内を流通入する炭化排ガスHにて間接的に加熱される。そして、炭化管33内の還元雰囲気中をスクリューコンベヤ34にて下流側へ順に搬送される間に炭化される。また、炭化管33内では乾燥汚泥Tに含有されている水分が水蒸気となって発生し、下流側の炭化管33内で乾燥汚泥Tの炭化処理時に発生する熱分解ガスとともに賦活処理に用いられる。炭化管33内部に充満している水蒸気および熱分解ガスは、炭化管33の下流端付近の排気口33bから炉本体31内に排出され、タービン排ガスGと混合されて燃焼する。また、末端部は冷却管36で構成され、その周囲に水冷機構37が装着されており、炭化管33とはロータリーバルブ38を介して接続されている。そして、炭化管33内で生成された活性炭化物Cが冷却管36内をスクリューコンベヤ34で搬送される間に冷却され、末端の下向きに開口した取出口36aから取り出される。
As shown in FIG. 2, the carbonization (activation)
このようにして、炭化(賦活)炉3の炭化管33内に供給される乾燥汚泥Tは、炭化管33内で炭化処理されたのち、賦活処理されて活性炭化物Cとして取り出される。
In this way, the dried sludge T supplied into the carbonization pipe 33 of the carbonization (activation)
その他、下水汚泥を遠心分離機等で脱水した脱水ケーキSを乾燥し、乾燥汚泥Tにするための乾燥機4ならびに炭化(賦活)炉3からの炭化排ガスHの熱を回収するための熱交換器5を備えている。炭化(賦活)炉3の本体31内にはタービン排ガスGとともに助燃料J、本例では重油が給油管6により導入口32付近へ供給される。この給油管6には助燃料噴射ポンプ24および助燃料噴射量調整弁7が介設され、炉本体31に装着された炉内温度センサー18により測定される炉内温度に応じて助燃料噴射量調整弁7の開度が自動調整され、重油の供給量が自動的に調節される。
In addition, heat exchange for recovering the heat of the carbonized exhaust gas H from the
脱水ケーキSは、貯留場(図示せず)から送給ポンプ9を介設した送給管8によって乾燥機4へ送給される。乾燥機4では、脱水ケーキSが加熱空気(あるいは過熱蒸気)で乾燥されるが、この加熱空気は熱交換器5にて炭化排ガスHの熱で加熱され、供給管10で乾燥機4へ送られる。加熱空気は200℃以上、できれば450〜650℃が望ましい。また、乾燥機4に送られた加熱空気は戻し管12により熱交換器5へ戻され、循環される。供給管10の途中には流量調整弁11が介設され、戻し管12に装着された空気温度センサー22により測定される温度に応じて流量調整弁11の開度が自動調整される。
The dewatered cake S is fed to the
熱交換器5から排出される排ガスIは排気管13から煙突(図示せず)等を通して大気中へ放散されるが、排気管13には排ガスIの温度センサー14および酸素濃度センサー15がそれぞれ装着されている。また、排気管13は分岐され、分岐循環管16の一端が炭化(賦活)炉3のタービン排ガスGの導入口32付近に接続されている。分岐循環管16には循環流量調節弁17が介設され、温度センサー14にて測定される排ガスIの温度に応じて循環流量調節弁17の開度が自動調整される。さらに、酸素濃度センサー15はガスタービン発電機2の燃料噴射ポンプ23に接続され、排ガスIの酸素濃度値に応じて燃料噴射量が制御される。さらにまた、酸素濃度センサー15とポンプ9とが接続され、排ガスIの酸素濃度値に応じてポンプ9の回転数が自動制御され、乾燥機4へ送給される脱水ケーキSの供給量が自動的に調節される。
Exhaust gas I exhausted from the
上記のようにして本実施例に係る処理システム1が構成されるが、以下に本例の処理システム1の制御を処理方法とともに詳しく説明する。
The
図1の処理システム1において、
a) 乾燥系:下水汚泥の脱水ケーキSは乾燥機4に投入される。このとき、熱交換器5から200℃以上、望ましくは450〜650℃の加熱空気が同時に導入される。
In the
a) Drying system: The dewatered cake S of sewage sludge is put into the
一方、乾燥機4では排気温度が90〜120℃を維持するように、脱水ケーキSの投入量と加熱空気の導入量が調整される。
On the other hand, in the
b) 炭化系:炭化(賦活)炉3の炉本体31内の温度が900℃以上、望ましくは950℃に維持されるように助燃料Jである重油の供給量が調整される。
b) Carbonization system: The supply amount of heavy oil as auxiliary fuel J is adjusted so that the temperature in the furnace body 31 of the carbonization (activation)
一方、熱交換器5から排出される排ガスIの出口温度は200℃を維持するように、炭化(賦活)炉3へ循環される排ガスIの循環風量が循環流量調節弁17の開度で制御される。つまり、脱水ケーキSの乾燥用熱源が増加すると排ガスIの出口温度が低下するので、循環流量調節弁17の開度が増大し循環される排ガス量が増える。この結果、熱交換器5を通過する炭化(賦活)炉3からの炭化排ガスHの量が増加する。
On the other hand, the circulation air volume of the exhaust gas I circulated to the carbonization (activation)
また処理システム1全体の熱効率を向上するために、排ガスIの酸素濃度を9%以下(望ましくは6%)に維持されるよう、ガスタービンの負荷(発電量)を制御する。つまり、酸素濃度が高くなれば、炭化燃焼用空気であるタービン排ガス量Gが減少するように発電負荷を低減する制御を行う。
In order to improve the thermal efficiency of the
c) ガスタービン発電系:ガスタービン自体は電力負荷の変動に応じて燃料制御が行われる。そして、排ガスIの酸素濃度が低下すれば、ガスタービンからの燃焼排ガスHの量を増大するように電力負荷が上げられる。 c) Gas turbine power generation system: The gas turbine itself performs fuel control according to fluctuations in the power load. And if the oxygen concentration of exhaust gas I falls, an electric power load will be raised so that the quantity of the combustion exhaust gas H from a gas turbine may be increased.
このようにして、下水汚泥の炭化規模に応じて最良に近い熱効率をもたらす発電量が得られる。例えば、以下のようなケース1・2が考えられる。
In this way, the amount of power generation that brings about the best thermal efficiency according to the carbonization scale of the sewage sludge can be obtained. For example, the following
◎ケース1:脱水ケーキSの含水率が大の場合
脱水ケーキSの乾燥用熱量を増大させる必要があり、これに伴って炭化(賦活)炉3への排ガスIの循環量が増えて炭化(賦活)炉3の温度が低下する。したがって、助燃料Jの供給量が増え、排ガスIの酸素濃度が低下し、ガスタービン発電量が増える。いいかえれば、電力需要が高いときには、脱水ケーキSの含水率を決定する凝集剤添加量を減らし、脱水に必要な経費を減らして対処する。
◎ Case 1: When the moisture content of the dehydrated cake S is large It is necessary to increase the amount of heat for drying the dehydrated cake S, and the circulation amount of the exhaust gas I to the carbonization (activation)
◎ケース2:電力需要が低い場合
脱水ケーキSの含水率を上げる(凝集剤添加量を増加する)とともに、助燃料の供給量を増やす。
◎ Case 2: When power demand is low Increase the moisture content of the dehydrated cake S (increase the amount of flocculant added) and increase the amount of auxiliary fuel supplied.
なお、下記の表1は発電量と脱水ケーキの含水率との関係を示す(ただし、脱水ケーキ100ton/dayの炭化(賦活)炉を備えた処理システムの場合) Table 1 below shows the relationship between the amount of power generation and the moisture content of the dehydrated cake (however, in the case of a treatment system equipped with a carbonization (activation) furnace for 100 ton / day of dehydrated cake).
(実施例2)
図3は本発明の処理システムを下水汚泥の処理に適用した別の実施例を系統的に示すフロー図である。図3に示すように本例の処理システム1’が上記の実施例1と相違するのは、下記の構成である。すなわち、熱回収用熱交換器5に代えて廃熱ボイラ19を使用し、過熱蒸気発生用の給水装置20を設けている。給水装置20からは純水を廃熱ボイラ19に給水管20aで供給するようにしている。また、排ガスIの酸素濃度センサー15と炭化(賦活)炉3の炉内温度センサー18とを助燃料の供給量を調節するための助燃料噴射量調整弁7にそれぞれ接続し、排ガスIの酸素濃度の変化に対応しても助燃料噴射量調整弁7の開度が制御され、助燃料の供給量が調整できるようにしている。
(Example 2)
FIG. 3 is a flow diagram schematically showing another embodiment in which the treatment system of the present invention is applied to the treatment of sewage sludge. As shown in FIG. 3, the
さらに、廃熱ボイラ19で発生する過熱蒸気を蒸気噴射量調整弁27を介設した供給管26で乾燥機4へ供給するだけでなく、ガスタービンへ蒸気噴射量調整弁29を介設した供給管28で供給して噴射するようにして出力を増大させる、いわゆるチェーンサイクル用に利用できるようにしている。また同過熱蒸気は、ガスタービン発電機2の効率アップのための冷却空気を作るための冷却器21の冷媒再生用の熱源としても使用している。つまり、空気を冷却して冷却空気を作るための冷却器21に過熱蒸気の一部を供給管28aで供給している。また、給水装置20からの純水も冷却器21に供給している。その他の構成については、実施例1の処理システム1と共通するので、共通する構成部材は同一の符号を付して図示し、説明を省略する。
Further, not only the superheated steam generated in the
上記のようにして実施例2に係る処理システム1’が構成されるが、以下に本例の処理システム1’の制御を処理方法とともに詳しく説明する。
The
図3の処理システム1’において、
a) 乾燥系:下水汚泥の脱水ケーキSは乾燥機4に投入される。このとき、廃熱ボイラ19から200℃以上、望ましくは450〜650℃の過熱蒸気が乾燥機4に同時に導入される。一方、乾燥機4では排気温度が90〜120℃を維持するように、過熱蒸気の導入量が調整される。
In the
a) Drying system: The dewatered cake S of sewage sludge is put into the
また、乾燥汚泥は含水率が10〜30%の範囲になるように維持される。 Moreover, dry sludge is maintained so that a moisture content may be in the range of 10 to 30%.
b) 炭化系:炭化(賦活)炉3の炉本体内温度が900℃以上、望ましくは950℃に維持されるように助燃料である重油の供給量が調整される。一方、廃熱ボイラ19から排出される排ガスIの出口温度は200℃を維持するように、炭化(賦活)炉3へ循環される排ガスIの循環風量が循環流量調節弁17の開度で制御される。つまり、脱水ケーキSの乾燥用熱源が増加すると排ガスIの出口温度が低下するので、循環流量調節弁17の開度が増大し、循環される排ガス量が増えるので、廃熱ボイラ19を通過する炭化(賦活)炉3からの炭化排ガスHの量が増加する。また、処理システム1’全体の熱効率を向上するために、排ガスIの酸素濃度を9%以下(望ましくは6%)に維持されるよう、ガスタービンの負荷(発電量)を制御する。
b) Carbonization system: The supply amount of heavy oil as auxiliary fuel is adjusted so that the temperature in the furnace body of the carbonization (activation)
炭化(賦活)炉3用の助燃料は上記のように炭化温度によって制御されるのを基本とし、排ガスIの酸素濃度による制御は炭化温度によって規定された制御結果に対し、+又は−の変化指令を与える。これにより、炭化排ガスHの量および廃熱ボイラ19からの余剰蒸気量が変化する。つまり、排ガスIの酸素濃度が高いときに助燃料が多くなり、廃熱ボイラ19からの蒸気量が増え、ガスタービンチェーンサイクルおよびガスタービン入り口空気温度冷却能力が増大する。
The auxiliary fuel for the carbonization (activation)
c) ガスタービン発電系:ガスタービンは発電量が一定になるよう燃料制御が行われている。ガスタービンに蒸気を吹き込むチェーンサイクルシステムを採用したことにより、発電効率が向上する。また、冷却空気を吹き込んでガスタービンの吸気温度を下げることにより、発電効率を向上することができる。さらに、炭化系の制御により、廃熱ボイラー19からの余剰蒸気が増えると、チェーンサイクルおよび入り口空気が冷却され、タービン発電量が増大することになる。
c) Gas turbine power generation system: Gas turbines are fuel-controlled so that the amount of power generation is constant. The adoption of a chain cycle system that blows steam into the gas turbine improves power generation efficiency. Moreover, power generation efficiency can be improved by blowing cooling air and lowering the intake temperature of the gas turbine. Furthermore, if the surplus steam from the
このようにして、ガスタービン発電機2や炭化(賦活)炉3の規模およびそれらのバランスに応じて最良に近い熱効率をもって下水汚泥処理と発電がなされるに至る。
In this manner, sewage sludge treatment and power generation are performed with thermal efficiency close to the best according to the scale of the
ここで、下水汚泥処理における助燃料消費量に大きな影響を与える脱水ケーキSの含水率の変動に対する制御ループについて説明する。例えば、以下のようなケース1・2が考えられる。
Here, the control loop with respect to the fluctuation | variation of the moisture content of the dewatering cake S which has a big influence on the amount of auxiliary fuel consumption in a sewage sludge process is demonstrated. For example, the following
◎ケース1:脱水ケーキSの含水率が大きくなった場合
乾燥すべき脱水ケーキSの水分が増え、乾燥機4からの排ガス温度が低下する。排ガス温度を制御することにより、廃熱ボイラ19からの蒸気量が増大する。その結果、廃熱ボイラ19からの排ガスIの出口温度が低下し、炭化(賦活)炉3への排ガスIの循環量が増えるが、循環量が増えると、炭化(賦活)炉3の温度が低下し、助燃料の供給量が増え、排ガスIの酸素濃度が低下する。一方、乾燥機4へ送る蒸気量が増えるため、ガスタービンへのチェーンサイクルおよび冷却器21への蒸気供給量が不足し、ガスタービンの発電効率が低下するので、発電量を一定に維持しようとすると、ガスタービンへの燃料供給量が増大し、タービン排ガス量も増大する。この結果、炭化(賦活)炉3の炭化排ガスHの酸素濃度が上昇し、復旧する。
◎ Case 1: When the moisture content of the dehydrated cake S is increased The moisture of the dehydrated cake S to be dried increases, and the exhaust gas temperature from the
処理システム1’を全体として見れば、発電効率を下げ、排ガスHの熱回収率を上げることによって、下水汚泥の脱水ケーキSの乾燥用熱源を大きくという制御を行うことに他ならない。
When the
◎ケース2:脱水ケーキSの含水率が低くなった場合
乾燥用熱源としての蒸気量が減少し、ガスタービンチェーンサイクルと冷却空気の冷却器21に使用される蒸気量が増大するため、ガスタービン発電効率が上昇し、ガスタービン導入燃料が減少して燃焼排ガス量が低減され、炭化(賦活)炉3の酸素濃度が上昇し、炭化(賦活)炉3の助燃料が減少することになる。
Case 2: When the moisture content of the dewatered cake S is low The amount of steam used as a heat source for drying is reduced, and the amount of steam used in the gas turbine chain cycle and the cooler 21 for cooling air is increased. The power generation efficiency increases, the gas turbine introduction fuel decreases, the amount of combustion exhaust gas decreases, the oxygen concentration in the carbonization (activation)
処理システム1’を全体として見れば、汚泥の乾燥に用いられる熱量が減少した分の蒸気を発電効率の向上に用いて、ガスタービン発電機2側での燃料消費量を減らすことに他ならない。
If processing system 1 'is seen as a whole, it will be nothing but reducing the fuel consumption by the side of
本実施例2に係る処理システム1’は、ガスタービン発電機2を一定出力に維持して炭化排ガスHの熱で蒸気を発生させて(蒸気にして)回収するシステムで、上記の実施例1の処理システム1の下水汚泥処理量の変動をタービン発電機2の負荷(発電量)で制御するシステムに比べて機器類の点数は増えるが、つぎのようなメリットがある。
The
・タービンチェーンサイクルを行うことによって、発電効率が約20%アップする。 ・ By performing the turbine chain cycle, power generation efficiency is increased by about 20%.
・タービン導入の吸気温度が低下することによって、発電効率が約10%アップする。 -Power generation efficiency increases by about 10% due to a decrease in the intake air temperature when the turbine is introduced.
また、汚泥の炭化設備(主に炭化(賦活)炉3)と発電設備(主にガスタービン発電機2)とを組み合わせる際の規模のバランスについては、汚泥の脱水ケーキ量を100t/dの場合:
本実施例2に係る処理システム1’ではガスタービン発電量400〜1000kWが適正範囲であり、一方、上記の実施例1の処理システム1ではガスタービン発電量200〜500kWが適正範囲である。この理由は、処理システム1は回収した熱の利用が汚泥の乾燥に限定されるのに対し、処理システム1’は発電効率の向上にも利用できるからである。
Regarding the balance of scale when combining sludge carbonization equipment (mainly carbonization (activation) furnace 3) and power generation equipment (mainly gas turbine generator 2), the amount of dewatered cake of sludge is 100 t / d. :
In the
(実施例3)
図4は本発明のさらに別の実施例に係る処理システムを示すフロー図である。図4に示すように、本例の処理システム1”は、下水処理場で発生する初沈汚泥および収集される食品廃棄物からメタンガスを発生させてガスタービン発電機2の燃料に使用し、下水処理場の余剰汚泥を炭化して活性炭化物を製造するシステムである。上記の2つの処理システム1・1’と相違するのは、消化槽25を備えており、この消化槽25によって初沈汚泥Vと食品廃棄物Yを微生物で消化し、メタンを含む消化ガスMを発生させ、ガスタービン発電機2の燃料として用いることである。一方、このときに消化汚泥Wが生じるので、これは埋め立て地などに埋設する。メタンガスMはガスタービン発電機2の燃料として使用し、発電する。一方、ガスタービン発電機2から排出されるタービン排ガスGを炭化(賦活)炉3に供給して余剰汚泥Zの炭化に利用するとともに、熱交換器5を介して回収した熱を利用して消化槽25を加温したり、余剰汚泥Zの前処理(乾燥)に利用したりする。
(Example 3)
FIG. 4 is a flowchart showing a processing system according to still another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the
本例の処理システム1”は、基本的には実施例1の処理システム1を利用している。なお、図4に示していないが、余剰汚泥Zの脱水ケーキを乾燥するための乾燥機(図1参照)を備え、熱交換器5を通して炭化(賦活)炉3からの排ガスHの熱を回収して発生させた加熱空気を乾燥機4で使用する。また、炭化(賦活)炉3で製造される活性炭化物Cは、上記の実施例1・2とも共通するが、システム系外ではダイオキシン吸着剤や脱臭剤として使用し、システム系内では余剰汚泥Zの脱水助剤として使用する。とくに、本例では消化槽25内において微生物を吸着保持する生物担体としても使用することができる。
The
そのほか、上記の各実施例の処理システム1〜1”において、乾燥させた下水汚泥などの有機性廃棄物を炭化に必要な助燃料Jとして用いることができ、これにより従来の重油などの化石燃料を削減したり不要にしたりすることもできる。また、下水汚泥や食品屑のほか、炭素を含有するものであれば、各種の有機性廃棄物を炭化物にして有効に利用できる。
In addition, in the
1・1’・1”処理システム
2 ガスタービン発電機
3 炭化(賦活)炉
4 乾燥機
5 熱交換器
6 給油管
7 助燃料噴射量調整弁
8 送給管
9 送給ポンプ
10 供給管
11 流量調整弁
12 戻し管
13 排気管
14 温度センサー
15 酸素濃度センサー
16 分岐循環管
17 循環流量調節弁
18 炉内温度センサー
19 廃熱ボイラ
20 給水装置
21 冷却器
22 空気温度センサー
23 燃料噴射ポンプ
24 助燃料噴射ポンプ
25 消化槽
27・29 蒸気噴射量調整弁
31 炉本体
32 導入口
33 炭化管
34 スクリューコンベヤ
36 冷却管
37 水冷機構
38 ロータリーバルブ
S 脱水ケーキ
T 乾燥汚泥
G タービン排ガス
H 炭化排ガス
I 排ガス
1, 1 ', 1 "
Claims (7)
前記ガスタービンから排出される燃焼排ガスを前記炭化炉に供給し助燃料とともに燃焼させ、乾燥させた前記脱水ケーキを還元雰囲気中で熱分解して炭化させ、炭化物を回収するとともに、
前記炭化炉からの排ガスの保有熱を熱交換手段を介して熱回収し、前記脱水ケーキの乾燥に用いることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。 An organic waste treatment method in which a gas turbine generator is installed in a carbonization furnace, and power is supplied to the carbonization furnace and others, and a dehydrated cake of organic waste is dried and supplied to the carbonization furnace and carbonized. There,
The combustion exhaust gas discharged from the gas turbine is supplied to the carbonization furnace and burned with auxiliary fuel, and the dried dehydrated cake is pyrolyzed and carbonized in a reducing atmosphere to recover the carbide,
A method for treating organic waste, wherein the retained heat of the exhaust gas from the carbonization furnace is recovered through heat exchange means and used for drying the dehydrated cake.
前記炭化炉から排出される排ガスの熱を回収して過熱蒸気又は加熱空気を発生するための熱交換器と、この熱交換器から供給する過熱蒸気又は加熱空気により前記脱水ケーキを乾燥して前記炭化炉に供給するための乾燥機とを備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。 A system for treating organic waste in which a gas turbine generator is installed in a carbonization furnace, and the dehydration cake of organic waste is dried and supplied to the carbonization furnace and carbonized while supplying power to the carbonization furnace and others. There,
A heat exchanger for recovering the heat of the exhaust gas discharged from the carbonization furnace to generate superheated steam or heated air, and drying the dehydrated cake with the superheated steam or heated air supplied from the heat exchanger, An organic waste treatment system comprising a dryer for supplying to a carbonization furnace.
前記炭化炉から排出される排ガスの熱を回収して過熱蒸気を発生するための廃熱ボイラと、この廃熱ボイラおよび下記の冷却器に給水するための給水装置と、前記廃熱ボイラから供給する過熱蒸気により前記脱水ケーキを乾燥して前記炭化炉に供給するための乾燥機と、前記廃熱ボイラから供給する過熱蒸気にて空気を冷却して前記ガスタービンに導入するための冷却器と、前記廃熱ボイラからの過熱蒸気を前記ガスタービンへ供給するための供給路とを備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理システム。 A system for treating organic waste in which a gas turbine generator is installed in a carbonization furnace, and the dehydration cake of organic waste is dried and supplied to the carbonization furnace and carbonized while supplying power to the carbonization furnace and others. There,
A waste heat boiler for recovering heat of exhaust gas discharged from the carbonization furnace to generate superheated steam, a water supply device for supplying water to the waste heat boiler and the following cooler, and supply from the waste heat boiler A dryer for drying the dehydrated cake with superheated steam and supplying it to the carbonization furnace; and a cooler for cooling the air with superheated steam supplied from the waste heat boiler and introducing it into the gas turbine; And a supply path for supplying superheated steam from the waste heat boiler to the gas turbine.
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