JP2010065533A - 揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステム - Google Patents
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Abstract
本発明の目的は、省エネルギー化を図ることができる揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステムを提供するものである。
【解決手段】
揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステムSは、燃料源として少なくとも揮発性有機化合物を含む処理ガスを利用するガスタービンGの原動機で発電機1を駆動して電力を生産すると共に、前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラー2に導いて蒸気を生産するようにした揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステムSであって、濃度センサー17により検出される濃度が所定値より高い場合、第2の送風手段16による送風量を低く、所定値より低い場合、第2の送風手段16による送風量を高くなるように第2の送風手段16を制御する送風制御手段18を備えているものである。
【選択図】図1
Description
これは、燃料源として「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を利用するガスタービンの原動機で発電機を駆動して電力を生産すると共に、前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて蒸気を生産するようにしたものである。
しかしながら、上記の揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステムにあっては、処理ガスの揮発性有機化合物の濃度が変動した場合、例えば、処理ガスの揮発性有機化合物の濃度が低い場合、低い濃度のまま、前記圧縮室内に受け入れているため、ガスタービンの燃焼室内への「揮発性有機化合物を含む処理ガス」以外の「燃料ガス」の量が増加し、省エネルギー化の点で良好でないという問題点があった。
図1に示すSは揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステムで、揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステムSは、燃料源として「揮発性有機化合物を含む処理ガス」と他の燃料とを利用するガスタービンGの原動機で発電機1を駆動して電力を生産すると共に、前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラー2に導いて蒸気を生産するようにしたものである。
なお、上述の「揮発性有機化合物」とは、トルエン、キシレン、酢酸エチル等であり、大気汚染の要因となる浮遊粒子状物質、光化学オキシダントの原因物質の一つであり、
また、上述の「他の燃料」とは、例えば、都市ガス13A、灯油であり、
また、上述の「ガスタービンG」とは、例えば、約300KWと発電出力が小さいマイクロガスタービンであり、具体的には、株式会社トヨタタービンアンドシステム製マイクロガスタービンである。
この揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステムSは、説明を後述するように、工場等で発生する揮発性有機化合物をチャンバー3に集約し、このチャンバー3内に「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を受け入れ、該「揮発性有機化合物を含む処理ガス」の圧力、風量等を第1の送風手段10、11、12、圧力センサー32等によって制御し、「揮発性有機化合物を含む処理ガス」中の揮発性有機化合物の濃度を第2の送風手段16、濃度センサー17等によって制御して高めて、効率良く処理しようとするものである。
「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を受け入れる部位をチャンバー3の一箇所に集約させているのは、1個のチャンバー3内の「揮発性有機化合物を含む処理ガス」の圧力、風量等を制御することにより、一方側Aで発生する「揮発性有機化合物を含む処理ガス」の量の変動(「量の変動」とは、低風量で低濃度、低風量で高濃度、中風量で高濃度、多風量で中濃度、多風量で低濃度、多風量で高濃度の場合がある。)に対応できるようにするためである。
例えば、処理したい「揮発性有機化合物を含む処理ガス」がチャンバー3に流入する際、チャンバー3内の圧力が高いと、処理したい「揮発性有機化合物を含む処理ガス」の量が減少するし、
逆に、チャンバー3内の圧力が低いと、処理したい「揮発性有機化合物を含む処理ガス」の量以上のものが流入する不具合を生じる場合がある。
かかる場合、説明を後述するように、チャンバー3内の圧力Pを所定圧(例えば、0<P<50Pa)に保つようにして前述した不具合を防止するようにしている。
この複数の室4とチャンバー3とは、それぞれ「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を案内する複数の案内通路5(例えば、ダクト)が設けられている。「複数の案内通路5」は、本実施例では、例えば、4個である。
6は、チャンバー3に受け入れられる「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を冷却する第2の冷却手段である。第2の冷却手段6により、「揮発性有機化合物を含む処理ガス」の温度は、約55℃以下、望ましくは、25℃(夏以外の他季)〜40℃(夏)になるように制御される。
このように第2の冷却手段6によりチャンバー3に受け入れられる「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を冷却することにより、後述する濃縮装置7の吸着剤が加熱されるのを防いで、揮発性有機化合物の吸着剤への吸着効率を良好にすると共に、後述するガスタービンGの圧縮室20に受け入れられる「揮発性有機化合物を含む処理ガス」のプレ冷却機能の役割をも有する。
なお、第1の冷却手段28は、後述するガスタービンGの圧縮室20へと導かれる「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を冷却するものである。
なお、特に、揮発性有機化合物を含む処理ガスが発生する塗工機が設置された複数の室4、4、4、4と、この複数の室4、4、4、4とチャンバー3とは、それぞれ「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を案内する複数の案内通路5、5、5、5で接続され、圧力センサー32により検出されるチャンバー3内の圧力Pが所定圧(0<P<50Pa)に保つよう、第1の送風手段10、11、12の送風量を制御する。
その結果、チャンバー3内の圧力が所定圧に保たれる結果、塗工機が設置された複数の室4、4、4、4内の圧力変動が少なく、塗工機の塗工作業に悪影響を及ぼさない。
即ち、チャンバー3内の圧力を制御しないと、例えば、チャンバー3内の圧力が低下した場合、案内通路5を介して塗工機側から必要以上の「揮発性有機化合物を含む処理ガス」が流れ込み、塗工機側の室4内の圧力が急下降し、
逆に、チャンバー3内の圧力が上昇した場合、案内通路5を介して塗工機側から「揮発性有機化合物を含む処理ガス」の量が低下し、塗工機側の室4内の圧力が急上昇する。 その結果、塗工機側の室4内の圧力変動によって塗工機の塗工作業に悪影響を及ぼすこととなる。これを未然に防止するために、チャンバー3内の圧力Pを所定圧(0<P<50Pa)に保つよう、第1の送風手段10、11、12の送風量を制御する。
なお、チャンバー3内の圧力を高めたい時には、第1の送風手段10、11、12の送風量を減少させ、逆に、チャンバー3内の圧力を低くしたい時には、第1の送風手段10、11、12の送風量を増大させるようにする。
また、チャンバー3には、案内通路5の他に、大気吸引通路33、オーバー排気通路34、緊急開放通路35及び案内通路8が接続されている。
大気吸引通路33、オーバー排気通路34、緊急開放通路35には、それぞれの通路を開閉調節するダンパ33’、34’、35’が設けられている。上記案内通路(第1の案内通路)8は、チャンバー3に受け入れられる「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を後述する濃縮装置7へ案内する通路(例えば、ダクト)である。
また、濃縮装置7は、図3に示すように、ケーシング71と仕切壁72、73、74により、「処理ゾーン75」、「再生ゾーン76」、「冷却ゾーン77」と区画され、モーター78、ベルト79を介して、回転するようになっている。
即ち、「揮発性有機化合物を含む処理ガス」が処理ゾーン75を通過すると、処理ガス中の揮発性有機化合物は、吸着剤に吸着除去されて浄化空気として案内通路(第2の案内通路)(例えば、ダクト)9を介して排出される。
つまり、濃縮装置7の吸着剤への処理ガス中の揮発性有機化合物の吸着は、チャンバー3から導かれた処理ガスを吸着剤へ導く第1の送風手段による送風により行われるもので、第1の送風手段は、チャンバー3内の「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を吸引して案内通路(第1の案内通路)8を介して処理ゾーン75へ導くと共に、処理ゾーン75を通過した浄化空気を案内通路(第2の案内通路)9を介して大気へ導くものである。第1の送風手段は、例えば、複数の送風機10、11、12である。
なお、本実施例では、第1の送風手段を複数の送風機10、11、12としたが、本願発明にあっては、これに限らず、回転数を可変に制御される1個の送風機で対応するようにしても良い。
また、上述の案内通路(第1の案内通路)8の一端はチャンバー3に、案内通路8の他端は途中分岐し、該分岐の一方は「処理ゾーン75」の入口側に、分岐の他方は「冷却ゾーン77」の入口側に、それぞれ臨むように設けられ、つまり、連通している。また、上述の案内通路(第2の案内通路)9の一端は濃縮装置7の処理ゾーン75の出口側に、案内通路9の他端は大気に、それぞれ臨むように設けられ、つまり、連通している。
従って、圧力センサー32により検出されるチャンバー3内の圧力Pが0<P<50Paの範囲内を保つよう、例えば、チャンバー3内の圧力Pが50Paを超えようとすれば、複数の送風機10、11、12による送風量が増大するように制御し、チャンバー3内の圧力Pが0Paに満たないときには、第1の送風手段10、11、12の送風量を低下させるように制御するか、又は、ダンパ33’を開とし大気吸引通路33を介して、大気をチャンバー3内に取り入れるようにしている(図6参照)。
なお、複数の送風機10、11、12による送風量が増大したにも関わらず、チャンバー3内の圧力が下がらない場合、図8に示すように、ダンパ34’を開又はダンパ35’を開(又は、ダンパ34’、35’を共に、開とする。)としてオーバー排気通路34又は緊急開放通路35(又はオーバー排気通路34及び緊急開放通路35)よりチャンバー3内の処理ガスを、チャンバー3の外へと放出し、チャンバー3内の圧力を下げるようにする。
前記高温の空気は、例えば、排熱ボイラー2の排熱を利用したもので、案内通路14を介して再生ゾーン76へ導かれる。この案内通路(第3の案内通路)14は、再生ゾーン76の入口側へ案内するもので、案内通路(第3の案内通路)14の一端は排熱ボイラー2の排熱ガス通路(図示せず)に、案内通路(第3の案内通路)14の他端は濃縮装置7の再生ゾーン76に、それぞれ臨むように配置されている。
そして、吸着剤より離脱した揮発性有機化合物は、案内通路(第4の案内通路)15を介してガスタービンGへと案内される。案内通路(第4の案内通路)15は、濃縮装置7の処理ゾーン75の出口側とガスタービンGとに連通し、濃縮装置7で濃縮された「揮発性有機化合物を含む処理ガス」をガスタービンGへ案内するものである。
なお、上述した吸着剤に吸着した揮発性有機化合物の離脱は、加熱された空気を前記揮発性有機化合物を吸着した前記吸着剤へ導く第2の送風手段による送風により行われるもので、第2の送風手段は、例えば、送風機16で、案内通路(第3の案内通路)14内の高温の空気を再生ゾーン76に導くと共に、再生ゾーン76を通過した「揮発性有機化合物を含む処理ガス」を案内通路(第4の案内通路)15を介してガスタービンGに導くものである。案内通路(第4の案内通路)15の空気流れにおいて、送風機16の下流側には、揮発性有機化合物の濃度を検出する濃度センサー17が設けられている。
また、揮発性有機化合物を離脱した吸着剤は、冷却ゾーン77へ回転移動し、冷却空気(例えば、55℃以下の空気)により冷却される。冷却ゾーン77を通過した空気は、通路8’を介してミキシングチャンバー13’に導かれ、ミキシングチャンバー13’において、案内通路(第3の案内通路)14中の流体により加熱され、再生ゾーン76へと導かれるようになっている。上述の通路8’の一端は濃縮装置7の冷却ゾーン77の出口側に、通路8’の他端はミキシングチャンバー13’に、それぞれ臨むように設けられている。
送風制御手段18は、濃度センサー17により検出される濃度が設定値より高い場合、濃度を薄くなるよう、第2の送風手段16による送風量を増大させ、
逆に、設定値より低い場合、濃度を濃くするよう、第2の送風手段16による送風量を減少させるように第2の送風手段16を制御するものである。
なお、上述の濃度の設定値は、例えば、20,000ppmCであり、この20,000ppmCは、ガスタービンGにとって効率が良い値である。
また、図1に示す24は排気ダクト、25は燃焼装置、26は案内通路15の中途より分岐し、処理ガスを燃焼装置25へ導く燃焼装置案内通路、27はガスタービンで処理する前記処理ガスを超えると開となる開閉弁、28は圧縮室20に受け入れられる揮発性有機化合物を含む処理ガスを冷却する第1の冷却手段である。
ガスタービンGで処理する前記処理ガスの量を超えると開となる開閉弁27は、例えば、案内通路15に設けた圧力センサー(図示せず)が設定圧力を超えると、開となるものである。
そのため、濃縮された「揮発性有機化合物を含む処理ガス」は、最優先にガスタービンGへ供給され、濃縮された「揮発性有機化合物を含む処理ガス」に余剰が生じると、案内通路(第4の案内通路)15の圧力が高くなり、これを案内通路(第4の案内通路)15内に設けた圧力センサー(図示せず)が検出して、開閉弁27を開となり、余剰の「揮発性有機化合物を含む処理ガス」は、燃焼装置案内通路26を介して燃焼装置25へと導かれ、燃焼されて処理されることとなる。
チャンバー3内の圧力が低下した状態で、案内通路5を介して塗工機側から「揮発性有機化合物を含む処理ガス」をチャンバー3内に受け入れると、多量の「揮発性有機化合物を含む処理ガス」がチャンバー3内に流れ込み、塗工機側の室4内の圧力が急下降し、塗工機側の室4内の圧力変動によって塗工機の塗工作業に悪影響を及ぼすこととなる。
そのため、図5に示すように、開閉調節するダンパ33’を開とし、大気吸引通路33より大気をチャンバー3内へ導くようにして、チャンバー3内の圧力が低下するのを防止するようにしている。
また、揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステムSの起動時、濃縮装置7で濃縮された揮発性有機化合物を含む処理ガスが圧縮室20に流入しないため、燃焼室21へは、供給通路23を介して燃料ガス(例えば、都市ガス13A)が導かれる。
その後、一方側Aにおいて、室4内の塗工機(図示せず)が稼働して揮発性有機化合物が発生すると、ダンパ33’を閉とし、大気吸引通路33よりの大気の導入を停止する。
その後は、チャンバー3内へ揮発性有機化合物を含む処理ガスを受け入れ、圧力センサー32により検出されるチャンバー3内の圧力Pが0<P<50Paの範囲内を保つよう、送風制御手段13により第1の送風手段10、11、12の送風量を制御する。
なお、第1の送風手段10、11、12の送風量の制御は、第1の送風手段10、11、12の適宜の運転台数の他に、第1の送風手段10、11、12の個々の回転数の組み合わせで行うものである。
即ち、揮発性有機化合物を含む処理ガスが処理ゾーン75を通過する際、処理ガス中の揮発性有機化合物は、吸着剤に吸着除去されて浄化空気となって、案内通路9を介して大気に排出され、
他方、冷却ゾーン77を通過した空気は、吸着剤を冷却し、案内通路8’を介してミキシングチャンバー13’へと導かれる。
ミキシングチャンバー13’は、排熱ボイラー2の排熱と熱交換した高温の空気(例えば、550℃)と冷却ゾーン77を通過した空気(例えば、160℃)とが混合され、比較的高温の空気(例えば、180℃)となる。
この比較的高温の空気(例えば、180℃)は、案内通路(第3の案内通路)14を介して再生ゾーン76へと導かれる。
再生ゾーン76においては、比較的高温の空気(例えば、180℃)により吸着剤を加熱するため、吸着剤に吸着した揮発性有機化合物が離脱し、離脱した揮発性有機化合物を含む処理ガス(例えば、50℃〜70℃)は、案内通路(第4の案内通路)15へと導かれる。
燃焼室21においては、圧縮室20で圧縮された「揮発性有機化合物を含む処理ガス」と、供給通路23を介して供給された燃料ガス(例えば、都市ガス13A)とが混合された状態で燃焼される。
燃焼室21で燃焼された燃焼ガスは、タービン22を回転させ、発電機1で発電させると共に、ダクト30を介して排熱ボイラー2へと導かれる。排熱ボイラー2の排熱の一部を利用して高温となった空気(例えば、550℃)は、案内通路(第3の案内通路)14を介して上述のミキシングチャンバー13’へと導かれる。
また、ガスタービンGで処理する処理ガスを超えると、案内通路(第4の案内通路)15に設けた圧力センサー(図示せず)が設定圧力を超え、これを検知し、開閉弁27を開とし、燃焼装置案内通路26を介して、余剰の処理ガスを燃焼装置25へ導き、余剰の処理ガスを燃焼させて処理することとなる。
これは、揮発性有機化合物利用のコージェネレーションシステムSの運転中、チャンバー3内に、「揮発性有機化合物を含む処理ガス」が充分受け入れられていないため、そのままでは、チャンバー3内の圧力が低下する不具合を避けるためである。
なお、チャンバー3内の圧力が低下すると、案内通路5を介して塗工機側から必要以上の「揮発性有機化合物を含む処理ガス」が流れ込むと共に、塗工機側の室4内の圧力が急下降し、塗工機側の室4内の圧力変動によって塗工機の塗工作業に悪影響を及ぼす不具合を生じる。
これは、揮発性有機化合物利用のコージェネレーションシステムSの運転中、ガスタービンGが緊急(異常)停止すると、案内通路5、チャンバー3、案内通路8、15等に高濃度の揮発性有機化合物が滞留し、処理しない状態で放置されると、揮発性有機化合物による爆発等の危険が生じるため、これを未然に防ぐためである。
G ガスタービン
1 発電機
2 排熱ボイラー
16 第2の送風手段
17 濃度センサー
18 送風制御手段
Claims (5)
- 燃料源として少なくとも揮発性有機化合物を含む処理ガスを利用するガスタービンの原動機で発電機を駆動して電力を生産すると共に、前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて蒸気を生産するようにした揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステムであって、
前記揮発性有機化合物を含む処理ガスを受け入れるチャンバーと、
前記チャンバーから導かれた前記処理ガス中の前記揮発性有機化合物を吸着剤で吸着し、該吸着剤に吸着した前記揮発性有機化合物を離脱させて前記揮発性有機化合物を濃縮する濃縮装置と、
この濃縮装置の前記吸着剤への吸着は、前記チャンバーから導かれた前記処理ガスを前記吸着剤へ導く第1の送風手段による送風により行われるものであり、
前記吸着剤に吸着した前記揮発性有機化合物の離脱は、加熱された空気を前記揮発性有機化合物を吸着した前記吸着剤へ導く第2の送風手段による送風により行われるものであり、
前記濃縮装置で濃縮された前記揮発性有機化合物を含む処理ガスの前記揮発性有機化合物の濃度を検出する濃度センサーと、
前記濃度センサーにより検出される濃度が設定値より高い場合、前記第2の送風手段による送風量を増大させ、前記設定値より低い場合、前記第2の送風手段による送風量を減少させるように前記第2の送風手段を制御する送風制御手段と、
を備えていることを特徴とする揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステム。 - 濃縮装置とガスタービンとを接続し、前記濃縮装置で濃縮された前記揮発性有機化合物を含む処理ガスを前記ガスタービンへ案内する案内通路と、
燃焼装置と、
前記案内通路の中途と前記燃焼装置とを接続する燃焼装置案内通路と、
この燃焼装置案内通路に設けられ、前記燃焼装置案内通路を開閉する開閉弁と、
この開閉弁は、前記ガスタービンで処理する前記処理ガスを超えると、開動作するものである
ことを特徴とする請求項1記載の揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステム。 - ガスタービンに供給される前記揮発性有機化合物を含む処理ガスを冷却する第1の冷却手段とを備えている
ことを特徴とする請求項1又は2記載の揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステム。 - チャンバーに受け入れられる揮発性有機化合物を含む処理ガスを冷却する第2の冷却手段とを備えている
ことを特徴とする請求項1〜3の内のいずれか一記載の揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステム。 - 濃縮装置は、処理ゾーン、再生ゾーン、冷却ゾーンに区画され、
チャンバーと前記処理ゾーンの入口側とに連通する第1の案内通路と、
前記処理ゾーンの出口側と大気に連通する第2の案内通路と、
高温の空気を前記再生ゾーンの入口側へ案内する第3の案内通路と、
前記再生ゾーンの出口側とガスタービンとに連通する第4の案内通路とを備え、
第1の送風手段は、前記チャンバー内の揮発性有機化合物を含む処理ガスを吸引して前記第1の案内通路を介して前記処理ゾーンへ導くと共に、前記処理ゾーンを通過した浄化空気を前記第2の案内通路を介して大気へ導くものであり、
第2の送風手段は、高温の空気を前記第3の案内通路を介して前記再生ゾーンへ導くと共に、前記再生ゾーンを通過した揮発性有機化合物を含む処理ガスを前記第4の案内通路を介して前記ガスタービンに導くものである
ことを特徴とする請求項1〜4の内のいずれか一記載の揮発性有機化合物処理用コージェネレーションシステム。
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