JP2017170351A - 廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の操炉方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高温熱交換器が破損することなく安全且つ高効率に操炉できる廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の操炉方法を提供する。【解決手段】汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉２を備えている廃棄物処理設備１００であって、熱処理炉２の煙道に導かれる排ガスの保有熱により燃焼用空気を予熱する第１熱交換器５と、第１熱交換器５で予熱された燃焼用空気により回転するタービンと、タービンの回転により第１熱交換器５に燃焼用空気を供給するコンプレッサとを含む過給機４０，５０と、第１熱交換器５と直列に配置され、タービンから排気された燃焼用空気をさらに予熱する第２熱交換器４と、第２熱交換器４で予熱された燃焼用空気を熱処理炉２へ供給する給気路と、保護用の冷却空気を第２熱交換器４に供給する冷却空気供給機構６０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の操炉方法に関する。

様々な汚水が微生物を用いた生物処理により浄化された後に河川等に放流され、或いは再利用されている。このような生物処理によって発生する大量の汚泥は脱水処理された後に最終処分場に埋め立てられ、または焼却処理若しくは溶融処理されている。

特許文献１には、過給機を用いた廃棄物処理設備であって、補助燃料の使用量を効率的に削減することを目的とした廃棄物処理設備が開示されている。

当該廃棄物処理設備は、焼却炉と、回転軸を介して接続されたコンプレッサ及びタービンを有する過給機と、焼却炉から排出される排ガスと過給機から供給される酸素含有気体との間で熱交換する第１熱交換器とを備え、コンプレッサは回転軸を介して伝達される動力を利用して吸引した酸素含有気体を第１熱交換器に供給可能に構成され、タービンは第１熱交換器を通った酸素含有気体のエネルギーを利用して回転軸を回転させると共にエネルギーを利用した後の酸素含有気体を焼却炉に供給可能に構成されている。そして、タービンでエネルギーを利用した後の酸素含有気体と排ガスとの間で熱交換が可能な第２熱交換器がさらに設けられている。

特開２０１５−１５２２５８号公報

上述した従来の廃棄物処理設備では、過給機の耐熱温度以上に酸素含有気体を予熱することができるように、コンプレッサで圧縮され第１熱交換器を通過した酸素含有気体がタービンに送られて一部のエネルギーが消費された後にさらに第２熱交換器で予熱するように構成されているため、補助燃料の使用量を削減することができるようになる。

しかし、第１熱交換器を通過した高温の酸素含有気体をさらに第２熱交換器で予熱するため、第２熱交換器が厳しい高温環境に晒されることになり、第２熱交換器の要部が熱応力による大きな反力を受けることがあった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、高温熱交換器が破損することなく安全且つ高効率に操炉できる廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の操炉方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による廃棄物処理設備の第一特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉を備えている廃棄物処理設備であって、前記熱処理炉の炉内燃焼熱及び／または煙道に導かれる排ガスの保有熱により燃焼用空気を予熱する第１熱交換器と、前記第１熱交換器で予熱された燃焼用空気により回転するタービンと、前記タービンの回転により前記第１熱交換器に燃焼用空気を供給するコンプレッサとを含む過給機と、前記第１熱交換器と直列または並列に配置され、前記タービンから排気された燃焼用空気をさらに予熱する第２熱交換器と、前記第２熱交換器で予熱された燃焼用空気を前記熱処理炉へ供給する給気路と、保護用の冷却空気を前記第２熱交換器に供給する冷却空気供給機構と、を備えている点にある。

コンプレッサによって圧縮され第１熱交換器で予熱された燃焼用空気は、第２熱交換器でさらに予熱された後に燃焼用空気として熱処理炉に供給されるので、熱処理炉では化石燃料等の補助燃料の使用を抑制しつつ安定的に汚泥等の廃棄物を焼却処理することができるようになる。そして、第１熱交換器で高温に予熱された燃焼用空気をさらに予熱する第２熱交換器が熱応力による大きな反力を受ける虞がある場合でも、保護用の冷却空気が冷却空気供給機構を介して第２熱交換器に供給されるので反力が抑制され、破損を招くことなく安定的に燃焼用空気が予熱できるようになる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記冷却空気供給機構は前記コンプレッサと前記コンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を前記冷却空気として前記第２熱交換器に分岐供給する分岐路とを備えている点にある。

コンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部が分岐路を介して第２熱交換器に分岐供給されるので、他の送風機や圧縮機を準備しなくても、第２熱交換器が適切に冷却することができるようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述した第二の特徴構成に加えて、前記過給機は直列接続された複数の過給機を備えて構成され、前記冷却空気供給機構は初段または中間段のコンプレッサと当該コンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を前記冷却空気として前記第２熱交換器に分岐供給する分岐路とを備えている点にある。

単一の過給機を用いる場合に、コンプレッサによる圧縮空気の一部を冷却空気として第２熱交換器に供給するとタービンでの膨張仕事量が低下して、過給機の使用効率が低下するのであるが、複数の過給機を直列接続すれば、初段または中間段のコンプレッサで圧縮された燃焼用空気の一部を第２熱交換器の冷却空気として用いても、残余の圧縮空気をさらに後段のコンプレッサで圧縮した後に第１熱交換器によって予熱することで、タービンでの十分な膨張仕事量が確保できるようになる。そのため、設備費用や動力費用の嵩む他の送風機や圧縮機を準備しなくても、第２熱交換器の保護用の冷却空気として良好に用いることができる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述した第三の特徴構成に加えて、前記過給機は直列接続された二段の過給機を備えて構成され、前記冷却空気供給機構は初段のコンプレッサと当該コンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を前記冷却空気として前記第２熱交換器に分岐供給する分岐路とを備えている点にある。

二段の過給機を直列接続すれば、初段のコンプレッサで圧縮された燃焼用空気の一部を第２熱交換器の冷却空気として用いても、残余の圧縮空気をさらに後段のコンプレッサで圧縮した後に第１熱交換器によって予熱することで、タービンでの十分な膨張仕事量が確保できるようになる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記冷却空気により冷却される前記第２熱交換器の温度を測定する温度センサと、該温度センサの計測値により前記分岐路を通風する冷却風量を調整する冷却風量調整機構と、を備えている点にある。

冷却風量調整機構によって、温度センサで測定された第２熱交換器の温度を指標にして分岐路を通風する冷却風量が調整されることにより、第２熱交換器が破損するような厳しい温度条件下での動作が未然に防止されると共に、分岐路を通風する冷却風量を必要最小限に調整できるようになるので、十分に予熱された燃焼用空気を熱処理炉に供給できるようになる。さらに、例えばコンプレッサへ燃焼用空気を予備圧縮して供給する押込み送風機を備える場合には、押し込み送風機の回転数上昇を必要最小限に調整して動力を抑えることができる。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記第１熱交換機をバイパスするバイパス送風路を備え、前記バイパス送風路を通風する燃焼用空気を加熱する熱風炉を備えている点にある。

熱処理炉の始動時には炉の廃熱を利用することができず、また送風路や熱交換器の通風による圧力損失も生じる。しかし、熱処理炉の始動時に第１熱交換機をバイパスすることにより送風経路を短縮することができ、熱風炉によって燃焼用空気を加熱することにより、タービンへの熱供給と熱処理炉の昇温が可能になる。尚、熱処理炉の立上げの後でもバイパス送風路への送風量を調整することにより、予熱空気温度を調整できるようになるため、過給機による増圧量や熱処理炉の温度調整も可能になる。

同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記コンプレッサへ燃焼用空気を予備圧縮して供給する押込み送風機をさらに備えている点にある。

送風路を経由して押込み送風機により予備圧縮された燃焼用空気がコンプレッサに供給されるので、コンプレッサのみならず押込み送風機でも圧縮された空気が第１熱交換器で予熱されるようになる。つまり、コンプレッサによる圧縮仕事に押込み送風機による圧縮仕事が嵩上げされるので、熱処理炉に燃焼用空気を供給する際に生じる通気圧損等の損失分を差し引いても、十分に燃焼用空気を供給することができる。また、そのために要する押込み送風機の動力は、燃焼用空気が過給機と第１熱交換器を経ることによる作用を受けることによって抑えられるため、全体として運転コストを下げることができる。

本発明による廃棄物処理設備の操炉方法の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉を備えている廃棄物処理設備の操炉方法であって、燃焼用空気をコンプレッサで圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程で圧縮された燃焼用空気を、前記熱処理炉及び／または前記熱処理炉の煙道に備えた第１熱交換器に導いて排ガスの保有熱により予熱する第１予熱工程と、前記第１予熱工程で予熱された燃焼用空気でタービンを回転させて動力を前記コンプレッサへ伝える圧縮動力生成工程と、前記圧縮動力生成工程で前記タービンから排気された燃焼用空気を、前記第１熱交換器と直列または並列に配置された第２熱交換器に導いて、排ガスの保有熱によりさらに予熱する第２予熱工程と、前記第２予熱工程で再度予熱された燃焼用空気を前記熱処理炉に供給する燃焼用空気供給工程と、保護用の冷却空気を前記第２熱交換器に供給する冷却空気供給工程と、前記冷却空気により冷却される前記第２熱交換器の温度により前記冷却空気の風量を調整する冷却風量調整工程と、を含む点にある。

同第二の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記圧縮工程は直列接続された複数段のコンプレッサで圧縮されるように構成されるとともに、前記圧縮動力生成工程は直列接続された複数段のタービンを回転させて動力を各コンプレッサへ伝えるように構成され、前記冷却空気供給工程は初段または中間段のコンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を前記冷却空気として前記第２熱交換器に分岐供給するように構成されている点にある。

同第三の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記圧縮工程に導かれる燃焼用空気を押込み送風機により予備圧縮する予備圧縮工程をさらに備えている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、高温熱交換器が破損することなく安全且つ高効率に操炉できる廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の操炉方法を提供することができるようになった。

本発明による廃棄物処理設備の説明図 （ａ）は第２熱交換器の説明図、（ｂ）は第２熱交換器の要部の拡大説明図 別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図 別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図 別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図 別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図 別実施形態を示す第２熱交換器の説明図 別実施形態を示す第２熱交換器の説明図 別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図

以下、本発明による廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の操炉方法の実施形態を説明する。

図１には、汚泥等の廃棄物を焼却処理する廃棄物処理設備１００が示されている。廃棄物処理設備１００は、被焼却物である汚泥が貯留された汚泥貯留槽１と、汚泥投入機構１１と、廃棄物処理炉の一例である流動床式焼却炉２と、排ガス処理設備等を備えている。

流動床式焼却炉２は、空気供給機構３から供給される高温空気によって形成される流動床に汚泥投入機構１１から供給される汚泥を投入して加熱し、ガス化された汚泥をフリーボード部２０で燃焼させる処理炉である。フリーボード部２０の下方には立上げ時に炉内を加熱する昇温バーナ２１が配置され、炉が昇温した後に汚泥の燃焼に必要な熱量を補う補助バーナ２２が設けられている。

流動床式焼却炉２の煙道１０に沿って順に、排ガスの保有熱により燃焼用空気を予熱する第２熱交換器４、第１熱交換器５、煤塵を捕集する集塵装置６、アルカリ剤を噴霧して排ガス中の酸性ガス成分を中和する排煙処理塔７等が配置されている。

排煙処理塔７の下流側には煙道１０の排ガスを誘引して炉内を負圧に維持する誘引送風機８が設けられ、誘引送風機８によって誘引された排ガスが各排ガス処理設備で浄化された後に煙突９から排気される。

上述した空気供給機構３は、押込み送風機３０と、直列に接続された２段の過給機４０，５０と、第１熱交換器５及び第２熱交換器４の２段の熱交換器を備えて構成されている。

燃焼用空気の流れに沿って上流側に位置する初段の過給機４０は駆動軸４０ａで一体に回転可能に連結されたコンプレッサ４０ｃ及びタービン４０ｔを備え、下流側の過給機５０は駆動軸５０ａで一体に回転可能に連結されたコンプレッサ５０ｃ及びタービン５０ｔを備えている。

本実施形態では、押込み送風機３０により約５ｋＰａに予備圧縮された燃焼用空気が過給機４０を構成するコンプレッサ４０ｃの給気口に供給されて約７０ｋＰａに圧縮され、圧縮後の燃焼用空気はさらに後段の過給機５０を構成するコンプレッサ５０ｃの給気口に供給されて約３００〜４００ｋＰａに圧縮された後に第１熱交換器５に供給される。

第１熱交換器５で７００〜９００℃の排ガスと熱交換されて５００〜７５０℃に予熱された燃焼用空気が後段のタービン５０ｔに供給されて、タービン５０ｔが回転駆動され、さらに駆動軸５０ａと連結されたコンプレッサ５０ｃが回転駆動されるようになる。

タービン５０ｔから排出された４００〜６５０℃、約７０ｋＰａの燃焼用空気がさらにタービン４０ｔに供給されて、タービン４０ｔが回転駆動され、同様に駆動軸４０ａと連結されたコンプレッサ４０ｃが回転駆動されるようになる。

タービン４０ｔから排出された３００〜５５０℃、約４０ｋＰａの圧縮空気は、さらに第２熱交換器４に供給されて８００〜１０００℃の排ガスと熱交換されて５００〜７５０℃に再度予熱された後に、流動用及び燃焼用空気として流動床式焼却炉２に供給されて流動床が形成される。尚、本明細書で説明する圧力はゲージ圧である。

上流側のコンプレッサ４０ｃと下流側のコンプレッサ５０ｃとを接続する管路に、コンプレッサ４０ｃで圧縮された圧縮空気の一部を保護用の冷却空気として第２熱交換器４に供給する送風管４１として機能する分岐路が設けられている。送風管４１を介して供給される圧縮空気の圧力は約７０ｋＰａとなり、タービン４０ｔから第２熱交換器４に供給される燃焼用空気の圧力は約４０ｋＰａとなる。つまり、冷却空気の圧力は燃焼用空気の圧力より高くなるように設定されている。尚、上述した各部の温度や圧力等の運転条件は本発明を実施する際の一例であり、運転条件はこれらの値に限るものではない。

図２に示すように、第２熱交換器４は筒状のケーシング４ａに複数本の伝熱管４ｅが立姿勢で配置され、上下の管板４ｃ，４ｄで各伝熱管４ｅが溶接支持された向流式の多管式熱交換器である。

流動床式焼却炉２から流出した排ガスは煙道１０を通って流下し、ケーシング４ａの上部に設けられた排ガス流入ヘッダ４ｆに流入し、各伝熱管４ｅを通ってケーシング４ａの下部に設けられた排ガス流出ヘッダ４ｇに流出し、燃焼用空気はケーシング４ａの下方に設けられた空気流入部４ｈからケーシング４ａ内に流入し、ケーシング４ａの上方に設けられた空気流出部４ｉから流出するように構成されている。さらに、ケーシング４ａ内には空気と伝熱管４ｅとの間で効率的に熱交換できるように複数枚のバッフルプレート４ｊが配設されている。

上部管板４ｃは内部に冷却空間Ｓが形成されるように二重に構成され、下方の管板４ｃの中央部には冷却用空気の流出管４ｍが設けられている。上述した送風管４１からの冷却空気がケーシング４ａの上部に配置された冷却空気流入部４ｎから供給され、冷却空間Ｓに流入した冷却空気が管板４ｃに設けられた流出管４ｍを経て燃焼用空気と合流し、空気流出部４ｉから燃焼用空気とともに流出するように構成されている。

つまり、コンプレッサ４０ｃと送風管４１によって第２熱交換器４に供給される燃焼用空気より高圧の保護用の冷却空気を第２熱交換器４に供給する冷却空気供給機構６０が構成されている。

図１に戻り、押込み送風機３０により予備圧縮された燃焼用空気は、過給機４０のコンプレッサ４０ｃ及び後段の過給機５０のコンプレッサ５０ｃによって高圧に圧縮された後に第１熱交換器５に導かれて予熱される。

コンプレッサ４０ｃで得られる圧縮空気の一部が第２熱交換器４の冷却空気として分岐供給されても、押込み送風機３０及びコンプレッサ５０ｃを備えているため、タービン５０ｔ及びタービン４０ｔの膨張仕事量が十分に確保でき、過給機４０，５０を安定稼働させながらも流動床式焼却炉２に流動床を形成する際の通気圧損より高い圧力で燃焼用空気を供給することができるようになる。

廃棄物処理設備１００には制御部７０が備えられている。制御部７０は、フリーボード部２０の出口部に備えた酸素ガスセンサＳｇにより検出される排ガスの酸素濃度に基づいて押込み送風機３０の回転数を制御することにより、流動床式焼却炉２が適切な燃焼状態に維持されるように、流動床式焼却炉２への燃焼用空気の供給量を調整するように構成されている。

制御部７０は、酸素ガスセンサＳｇにより検出される排ガスの酸素濃度と目標酸素濃度との偏差に基づいて所定の制御演算を行なうことにより、炉内に供給されるべき目標空気量を算出する。予め想定される理論空気量に基づいて完全燃焼に要する空気量を設定し、そのときに排ガスに残存する基準酸素濃度が算出されている。酸素ガスセンサＳｇにより検出される排ガスの酸素濃度が基準酸素濃度より高い場合に目標空気量を減少し、排ガスの酸素濃度が基準酸素濃度より低い場合に目標空気量を増加するようにフィードバック演算が行なわれる。

さらに、制御部７０は、押込み送風機３０とコンプレッサ４０Ｃとの間に設置された流量計Ｍで検知された空気量と目標空気量との偏差に基づいて押込み送風機３０の目標回転数を算出し、押込み送風機３０が当該目標回転数となるようにインバータ７５を制御する。

排ガスに含まれる酸素濃度を指標に用いることにより、流動床式焼却炉２で燃焼する汚泥の有機成分に対して適正な量の燃焼用空気量が把握でき、その指標に基づいて目標量が設定されるので、必要量に対して大きく過不足することなく燃焼用空気を供給することができるようになる。

制御部７０は、冷却空気により冷却される第２熱交換器４の温度を測定する温度センサＴと、該温度センサＴの計測値により分岐路を通風する冷却風量を調整する冷却風量調整機構としてのバルブＶ２を備え、温度センサＴで測定された第２熱交換器４の温度を指標にして分岐路を通風する冷却風量を調整することにより、第２熱交換器４が破損するような厳しい温度条件下での動作を未然に防止するように構成されている。

この様な構成を採用することにより、分岐路を通風する冷却風量を必要最小限に調整して、十分に予熱された燃焼用空気を流動床式燃焼炉２に供給でき、また押し込み送風機３０の回転数上昇を必要最小限として動力を抑えることができるようになる。尚、図１では、温度センサＴとバルブＶ２とが信号線を示す破線で接続された簡略化された態様で示されているが、実際には温度センサＴの出力信号が制御部７０に入力され、制御部７０によってバルブＶ２の開度が制御される。

温度センサＴは第２熱交換器４のうちで熱負荷が最大となる部位に設置されることが好ましく、図２に示した例では、上部管板４ｃに設置されることが好ましい。上部管板４ｃの温度が例えば約６００℃に維持されるように、制御部７０によってバルブＶ２の開度が調整される。

気体は温度と圧力が変化することにより体積が変化するため、流量を計測する場合は温度と圧力に応じて補正をかける必要がある。そのため温度や圧力が想定域から外れた場合は誤差が大きくなるので、できれば温度や圧力の変化が少ないところに流量計Ｍを設置することが望ましい。尚、押込み送風機への空気の流入側は温度及び圧力の変化が最も小さいが、流量計Ｍを設置するための新たな配管が必要になる。また、コンプレッサの出口側、熱交換器の出口側、タービンの出口側の何れであっても温度及び／または圧力が上昇するため、押込み送風機からコンプレッサへの送風路に流量計Ｍを備えるのが好ましい。

また、押込み送風機３０による燃焼用空気の供給量の調整方法は、動力コストが嵩む要因となるダンパ機構等の抵抗を受けて調整する方法ではなく、押込み送風機３０の回転数を制御する方法による。この方法により、動力コストや装置コストの抑制を図れることに加えて、より簡便な制御方法を提供できることになる。

即ち、上述の廃棄物処理設備で、燃焼用空気をコンプレッサで圧縮する圧縮工程と、圧縮工程で圧縮された燃焼用空気を、熱処理炉の煙道に備えた第１熱交換器に導いて排ガスの保有熱により予熱する第１予熱工程と、第１予熱工程で予熱された燃焼用空気でタービンを回転させて動力をコンプレッサへ伝える圧縮動力生成工程と、圧縮動力生成工程でタービンから排気された燃焼用空気を、第１熱交換器と直列に配置された第２熱交換器に導いて、排ガスの保有熱によりさらに予熱する第２予熱工程と、第２予熱工程で再度予熱された燃焼用空気を熱処理炉に供給する燃焼用空気供給工程と、第２熱交換器に供給される燃焼用空気より高圧の保護用の冷却空気を第２熱交換器に供給する冷却空気供給工程と、冷却空気により冷却される第２熱交換器の温度により冷却空気の風量を調整する冷却風量調整工程と、を含む廃棄物処理設備の操炉方法が実現される。

そして、圧縮工程は直列接続された複数段のコンプレッサで圧縮されるように構成されるとともに、圧縮動力生成工程は直列接続された複数段のタービンを回転させて動力を各コンプレッサへ伝えるように構成され、冷却空気供給工程は初段または中間段のコンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を前記冷却空気として第２熱交換器に分岐供給するように構成されている。

以下、本発明の別実施形態を説明する。
図３に示すように、炉内に供給する圧縮空気の温度を調整すべく、第２熱交換器４に配した伝熱管を流れる排ガスの流れ方向に沿って最下流側と最下流側よりも上流側の２か所に燃焼用空気を供給する空気流入部４ｈ，４ｈ´を設けて、空気流入部４ｈ及び空気流入部４ｈ´から流入する空気量を空気流入部４ｈ，４ｈ´間に設けたバルブＶ１で調整可能に構成してもよい。

バルブＶ１の開度を調整することにより、流動床式焼却炉２に供給される燃焼用空気の温度を目標温度に調整することができる。

上述した実施形態では押込み送風機３０が目標回転数となるようにインバータ７５を制御する例を説明したが、インバータ７５を用いずに構成することも可能である。

図４に示すように、例えば押込み送風機３０とコンプレッサ４０ｃとの間の通風経路にバルブＶ３を設けるとともに、通風経路を大気開放可能なバルブＶ４を設けて、制御部７０によってバルブＶ３，Ｖ４の開度を制御することにより送風量を調整してもよい。

また、炉の立上げ時にはバルブＶ３を開いて押込み送風機３０から送風し、炉が立ち上がった後にはバルブＶ４を開放して外気の吸引を許容することで押込み送風機３０により送風しなくても必要な燃焼用空気の供給量が確保できるように構成してもよい。

さらに、流動床式焼却炉２で発熱量が高い被処理物を焼却する場合には、燃焼温度を抑えるために、炉内温度を低下させる冷却機構や抽熱機構を備えればよい。

例えば、流動床部に２流体ノズルを備えた冷却装置を設置したり、フリーボード部に水噴霧機構を備えた冷却装置を配置したりすればよい。制御部７０によって２流体ノズルからの水噴霧量や水噴霧機構からの水噴霧量を調整し、蒸発潜熱を利用して温度を調整することができる。

図５に示すように、煙道１０に配置される第２熱交換器４と第１熱交換器５とが排ガスの流れ方向に沿って並列配置されるように配置されていてもよい。

図６には、図１に示した廃棄物処理設備を円滑に立ち上げるための好ましい構成が示されている。第１熱交換機５をバイパスするバイパス送風路１３を備え、バイパス送風路１３を通風する燃焼用空気を加熱する熱風炉１５を備えている。さらに、第１熱交換機５の上流側近傍にバルブＶ５、バイパス送風路１３の熱風炉１５上流側にバルブＶ６を備えている。

立上げ時にバルブＶ５を閉じるとともにバルブＶ６を開放して、押込み送風機３０からの燃焼用空気を熱風炉１５で加熱してタービン５０ｔ，４０ｔに供給する。炉内の昇温の程度に応じてバルブＶ５の開度を次第に大きく、バルブＶ６の開度を次第に小さく調整することにより、第１熱交換機５への空気分配量を増し、定常運転時には熱風炉１５を停止して燃料消費量を抑制する。

バイパス送風路１３への通気量を調整することによって、予熱空気温度を調整することができるので、過給機４０，５０による増圧量や流動床式焼却炉の燃焼温度の制御も可能になる。尚、立ち上げ時に炉の昇温バーナ２１を同時に用いることも可能であり、何れか一方のみ用いてもよい。何れか一方のみ用いる場合には炉内の均一な加熱という観点で熱風炉１５を用いる方が好ましい。

熱処理炉の立上げ時には炉の廃熱を利用することができず、また送風路や熱交換器の通風による圧力損失も生じる。しかし、熱処理炉の立上げ時に第１熱交換機をバイパスすることにより送風経路を短縮することができ、熱風炉によって燃焼用空気を加熱することにより、タービンへの熱供給と熱処理炉の昇温が可能になる。尚、熱処理炉の立上げの後でもバイパス送風路への送風量を調整することにより、予熱空気温度を調整できるようになるため、過給機による増圧量や熱処理炉の温度調整も可能になる。

上述した実施形態では、何れも第１熱交換器５及び第２熱交換器４が煙道１０に導かれる排ガスの保有熱により圧縮空気を予熱するように構成された例を説明したが、第１熱交換器５及び第２熱交換器４の双方または何れか一方を流動床式焼却炉２のフリーボード部に設置して炉内燃焼熱により圧縮空気を予熱するように構成してもよい。

上述した実施形態では、直列接続された二段の過給機を備え、冷却空気供給機構が初段のコンプレッサと当該コンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を冷却空気として第２熱交換器に分岐供給する分岐路とで構成された例を説明したが、過給機の段数は２段に制限されるものではない。

つまり、直列接続された複数の過給機を備え、冷却空気供給機構が初段または中間段のコンプレッサと当該コンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を冷却空気として第２熱交換器に分岐供給する分岐路とで構成されていてもよい。

さらに、第２熱交換器に燃焼用空気より高圧の保護用の冷却空気を供給する専用のコンプレッサやブロワファンを冷却空気供給機構として構成してもよい。つまり、熱処理炉の炉内燃焼熱及び／または煙道に導かれる排ガスの保有熱により燃焼用空気を予熱する第１熱交換器と、第１熱交換器で予熱された燃焼用空気により回転するタービンと、タービンの回転により第１熱交換器に燃焼用空気を供給するコンプレッサとを含む過給機と、第１熱交換器と並列または直列に配置され、タービンから排気された燃焼用空気をさらに予熱する第２熱交換器と、第２熱交換器で予熱された燃焼用空気を前記熱処理炉へ供給する給気路と、第２熱交換器に供給される燃焼用空気より高圧の保護用の冷却空気を前記第２熱交換器に供給する冷却空気供給機構と、を備えていればよい。

上述した実施形態では、何れも直列接続された複数の過給機を備え、冷却空気供給機構が、初段または中間段のコンプレッサと当該コンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を冷却空気として第２熱交換器に分岐供給する分岐路とで構成された例を説明したが、冷却空気供給機構としては、図９に示すように、単一の過給機４０を備え、当該過給機４０を構成するコンプレッサ４０ｃとコンプレッサ４０ｃで圧縮された圧縮空気の一部を冷却空気として第２熱交換器４に分岐供給する分岐路としての送風管４１（６０）とで構成してもよい。

図７には、第２熱交換器４の別実施形態が示されている。以下、図２に示した構成との相違点を主に説明する。上部管板４ｃは内部に冷却空間Ｓが形成されるように二重に構成され、下方の管板４ｃの中央部には冷却用空気の流入管４ｒが設けられている。上述した送風管４１からの冷却空気がケーシング４ａの上部に配置された冷却空気流入部４ｎから供給され、一部の冷却空気が管板４ｃに設けられた流入管４ｒを経て冷却空間Ｓに流入し、冷却空気流出部４ｐから外部に流出するように構成されている。冷却空気流入部４ｎから供給された冷却空気の残りは燃焼用空気に合流して空気流出部４ｉから流出する。尚、本構成を採用する場合には、冷却空気流入部４ｎから供給された冷却空気のうち燃焼用空気に戻す分を含めた量を送風管４１からの分岐空気量に設定する必要がある。

図８には、第２熱交換器４のさらに別の実施形態が示されている。以下、図２に示した構成との相違点を主に説明する。管板４ｃには各伝熱管４ｅを外嵌または内嵌するスリーブ管４ｋが溶接され、軸方向に熱膨張する伝熱管４ｅがスリーブ管４ｋに対して摺動移動することで管板４ｃ，４ｄの歪みを抑制するように構成されている。

さらに、排ガス流入ヘッダ４ｆ側の管板４ｃと対向して仕切り管板４ｑが配置され、両管板４ｃ，４ｑで挟まれた空隙に冷却空気が投入される冷却空間Ｓが形成され、熱応力に対する反力で発生する管板４ｃの歪みが抑制されるように構成されている。そして、仕切り管板４ｑは各伝熱管４ｅまたはケーシング４ａの何れか一方にのみ溶接されている。

上述したように、第２熱交換器４の内部では冷却空気の圧力より燃焼用空気の圧力が低くなるため、冷却空間Ｓに供給された冷却空気は各伝熱管４ｅまたはケーシング４ａのうちの非溶接部位の隙間から燃焼用空気に混入し、或いはスリーブ管４ｋと伝熱管４ｅとの隙間から排ガス側に混入するようになる。尚、排ガスの圧力は誘引送風機８によって負圧に維持されている。

上述した実施形態は、熱処理炉として流動床式焼却炉２を採用した場合について説明したが、本発明が適用される焼却炉は流動床式焼却炉２に限らず、流動床式焼却炉２と同様に通気圧損が大きいシャフト炉等の他の形式の工業炉にも適用可能である。例えば、底部にコークスベッドが形成され、当該コークスベッドに燃焼用空気を供給する羽口が形成されたシャフト炉の上方から汚泥を投入して溶融するような熱処理炉やスクラップを投入して溶解するキュポラ等であっても、本発明が適用可能である。

上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、当該記載により本発明が限定されるものではなく、夫々の特徴構成を適宜向き合わせてもよく、また各部の具体的構成を本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計してもよいことはいうまでもない。

１００：廃棄物処理設備
２：流動床式焼却炉
３：空気供給機構
４：第２熱交換器
５：第１熱交換器
１０：煙道
３０：押込み送風機
４０：過給機
４０ｃ：コンプレッサ
４０ｔ：タービン
５０：過給機
５０ｃ：コンプレッサ
５０ｔ：タービン
６０：冷却空気供給機構
７０：制御部

Claims (10)

1. 汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉を備えている廃棄物処理設備であって、
   前記熱処理炉の炉内燃焼熱及び／または煙道に導かれる排ガスの保有熱により燃焼用空気を予熱する第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器で予熱された燃焼用空気により回転するタービンと、前記タービンの回転により前記第１熱交換器に燃焼用空気を供給するコンプレッサとを含む過給機と、
   前記第１熱交換器と直列または並列に配置され、前記タービンから排気された燃焼用空気をさらに予熱する第２熱交換器と、
   前記第２熱交換器で予熱された燃焼用空気を前記熱処理炉へ供給する給気路と、
   保護用の冷却空気を前記第２熱交換器に供給する冷却空気供給機構と、
   を備えている廃棄物処理設備。
2. 前記冷却空気供給機構は前記コンプレッサと前記コンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を前記冷却空気として前記第２熱交換器に分岐供給する分岐路とを備えている請求項１記載の廃棄物処理設備。
3. 前記過給機は直列接続された複数の過給機を備えて構成され、
   前記冷却空気供給機構は初段または中間段のコンプレッサと当該コンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を前記冷却空気として前記第２熱交換器に分岐供給する分岐路とを備えている請求項２記載の廃棄物処理設備。
4. 前記過給機は直列接続された二段の過給機を備えて構成され、
   前記冷却空気供給機構は初段のコンプレッサと当該コンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を前記冷却空気として前記第２熱交換器に分岐供給する分岐路とを備えている請求項３記載の廃棄物処理設備。
5. 前記冷却空気により冷却される前記第２熱交換器の温度を測定する温度センサと、
   該温度センサの計測値により前記分岐路を通風する冷却風量を調整する冷却風量調整機構と、
   を備えている請求項１から４の何れかに記載の廃棄物処理設備。
6. 前記第１熱交換機をバイパスするバイパス送風路を備え、前記バイパス送風路を通風する燃焼用空気を加熱する熱風炉を備えている請求項１から５の何れかに記載の廃棄物処理設備。
7. 前記コンプレッサへ燃焼用空気を予備圧縮して供給する押込み送風機をさらに備えている請求項１から６の何れかに記載の廃棄物処理設備。
8. 汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉を備えている廃棄物処理設備の操炉方法であって、
   燃焼用空気をコンプレッサで圧縮する圧縮工程と、
   前記圧縮工程で圧縮された燃焼用空気を、前記熱処理炉及び／または前記熱処理炉の煙道に備えた第１熱交換器に導いて排ガスの保有熱により予熱する第１予熱工程と、
   前記第１予熱工程で予熱された燃焼用空気でタービンを回転させて動力を前記コンプレッサへ伝える圧縮動力生成工程と、
   前記圧縮動力生成工程で前記タービンから排気された燃焼用空気を、前記第１熱交換器と直列または並列に配置された第２熱交換器に導いて、排ガスの保有熱によりさらに予熱する第２予熱工程と、
   前記第２予熱工程で再度予熱された燃焼用空気を前記熱処理炉に供給する燃焼用空気供給工程と、
   前記第２熱交換器４に供給される保護用の冷却空気を前記第２熱交換器に供給する冷却空気供給工程と、
   前記冷却空気により冷却される前記第２熱交換器の温度により前記冷却空気の風量を調整する冷却風量調整工程と、
   を含む廃棄物処理設備の操炉方法。
9. 前記圧縮工程は直列接続された複数段のコンプレッサで圧縮されるように構成されるとともに、
   前記圧縮動力生成工程は直列接続された複数段のタービンを回転させて動力を各コンプレッサへ伝えるように構成され、
   前記冷却空気供給工程は初段または中間段のコンプレッサで圧縮された圧縮空気の一部を前記冷却空気として前記第２熱交換器に分岐供給するように構成されている請求項８記載の廃棄物処理設備の操炉方法。
10. 前記圧縮工程に導かれる燃焼用空気を押込み送風機により予備圧縮する予備圧縮工程をさらに備えている請求項８または９記載の廃棄物処理設備の操炉方法。

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