JP2020148443A

JP2020148443A - 廃棄物処理設備

Info

Publication number: JP2020148443A
Application number: JP2019048938A
Authority: JP
Inventors: 圭渡邉; Kei Watanabe; 文宏眞野; Fumihiro Mano; 修史山口; Shuji Yamaguchi; 健吾迫田; Kengo Sakota; 俊康尾家; Toshiyasu Oie
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2039-03-15
Also published as: JP7157687B2

Abstract

【課題】過給機の自立運転を容易に維持することが可能な廃棄物処理設備を提供する。【解決手段】廃棄物処理設備は、廃棄物を焼却する焼却炉と、廃棄物の焼却に用いられる燃焼用空気を前記焼却炉に導く経路であって、前記焼却炉に接続された一方の端部と、前記燃焼用空気として外気を経路内に取り込む他方の端部と、を有する空気導入経路と、前記空気導入経路を通じて前記焼却炉に導かれる前記外気を、前記焼却炉から排出される排ガスにより加熱する予熱器と、前記空気導入経路に配置された過給機であって、前記外気を吸入すると共に圧縮した前記外気を前記予熱器側に吐出するコンプレッサと、前記予熱器で加熱された前記外気によって回転することにより前記コンプレッサを駆動させるタービンと、を有する前記過給機と、前記コンプレッサに吸入される前の前記外気を冷却することにより前記外気の密度を冷却前よりも上げる冷却機構と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物処理設備に関する。

従来、特許文献１に記載されているように、下水汚泥等の廃棄物を燃焼処理する廃棄物処理設備が知られている。特許文献１には、廃棄物を燃焼する燃焼炉と、当該燃焼炉の後段に設けられた予熱器と、当該予熱器に連結された過給機と、を有する廃棄物処理設備が記載されている。この設備では、過給機のコンプレッサから吐出された圧縮空気が、予熱器において燃焼炉からの排ガスにより加熱され、その後、過給機のタービンを通過して燃焼炉内に供給される。

特開２００７−１７０７０３号公報

本発明者等は、特許文献１に記載された廃棄物処理設備において、コンプレッサが一定回転数で作動しているにも関わらず、過給機の自立運転が困難になる場合があることに着目し、その原因について詳細な検討を行った。その結果、本発明者等は、夏場等においてコンプレッサに吸入される空気の温度が上昇すると、それに伴って空気の密度が下がり、これが自立運転の維持を阻害することを見出した。すなわち、空気の密度が下がると、一定回転数で作動するコンプレッサが単位時間当たりに圧縮する空気の質量が低下する。その結果、タービンに流入する単位時間当たりの空気の質量も低下し、タービンの回転数が下がってコンプレッサの駆動力も低下するため、過給機の自立運転が困難な状況に陥る場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、過給機の自立運転を容易に維持することが可能な廃棄物処理設備を提供することである。

本発明の一局面に係る廃棄物処理設備は、廃棄物を焼却する焼却炉と、廃棄物の焼却に用いられる燃焼用空気を前記焼却炉に導く経路であって、前記焼却炉に接続された一方の端部と、前記燃焼用空気として外気を経路内に取り込む他方の端部と、を有する空気導入経路と、前記空気導入経路を通じて前記焼却炉に導かれる前記外気を、前記焼却炉から排出される排ガスにより加熱する予熱器と、前記空気導入経路に配置された過給機であって、前記外気を吸入すると共に圧縮した前記外気を前記予熱器側に吐出するコンプレッサと、前記予熱器で加熱された前記外気によって回転することにより前記コンプレッサを駆動させるタービンと、を有する前記過給機と、前記コンプレッサに吸入される前の前記外気を冷却することにより前記外気の密度を冷却前よりも上げる冷却機構と、を有する。

この廃棄物処理設備によれば、夏場等の外気温が高い状況下においても、コンプレッサに吸入される前に外気を冷却することにより、コンプレッサに吸入される外気の温度を適切な温度に下げることができる。これにより、コンプレッサに吸入される外気の密度が冷却前よりも上がるため、一定回転数で作動するコンプレッサが単位時間当たりに圧縮する外気の質量低下を抑制することができる。したがって、タービンに流入する外気の質量流量の低下が抑制され、コンプレッサの駆動力を維持できるため、過給機の自立運転を容易に維持することが可能になる。

上記廃棄物処理設備において、前記冷却機構は、前記コンプレッサに吸入される前の前記外気に水を噴霧する水噴霧部を有していてもよい。

この構成によれば、冷却機構として水噴霧式のものを採用することにより、水滴の蒸発潜熱により外気温を効果的に下げて密度を上げると共に、外気の湿度を上げることができる。これにより、外気の熱容量が増加するため、他の冷却方式を採用した場合に比べて、予熱器において外気が排ガスから回収する熱エネルギーの量を増加させることができる。その結果、タービンに流入する外気のエネルギー量が増加し、コンプレッサを回転させる駆動力を高めることができるため、過給機の自立運転の維持がより容易になる。

上記廃棄物処理設備は、前記コンプレッサに吸入される前の前記外気の温度を測定する外気温測定部と、前記外気温測定部により測定された温度が予め定められた設定値よりも大きい時に、冷却能力を上げるように前記冷却機構を制御する制御部と、をさらに有していてもよい。

この構成によれば、冷却機構による外気の冷却能力を必要限度に抑えて省エネ化を図りつつ、過給機の自立運転を維持することができる。

上記廃棄物処理設備は、前記予熱器から流出した前記外気の温度を測定する出口温度測定部と、前記出口温度測定部により測定された温度が予め定められた設定値よりも小さい時に、冷却能力を上げるように前記冷却機構を制御する制御部と、をさらに有していてもよい。

予熱器から流出した後の外気温が低いことは、外気が排ガスから回収できる熱エネルギーが少ないことを意味し、この場合、タービンの回転が不十分になるため過給機の自立運転が困難になる。これは、外気が排ガスから回収できる熱エネルギー量が、焼却炉で焼却される廃棄物の性状等によって変動するためである。上記構成によれば、予熱器の出口温度に基づいて過給機のコンプレッサの状態を把握し、自立運転を維持できるように冷却機構の冷却能力を適切に制御することができる。

上記廃棄物処理設備は、前記空気導入経路における前記コンプレッサの下流側で且つ前記予熱器の上流側の位置から前記空気導入経路の外に前記外気を排出するためのコンプレッサ出口側排気路と、前記コンプレッサ出口側排気路に配置され、前記コンプレッサ出口側排気路を通じた前記外気の排気率を調整するコンプレッサ出口側排気弁と、前記空気導入経路における前記外気の流量が所定の流量に維持されるように前記コンプレッサ出口側排気弁を制御すると共に、前記コンプレッサ出口側排気路による前記外気の排気率が予め定められた設定値よりも小さい時に、又は、前記コンプレッサの出口側における前記外気の非排気率が予め定められた設定値よりも大きい時に、冷却能力を上げるように前記冷却機構を制御する制御部と、をさらに有していてもよい。

コンプレッサ出口側排気弁により空気導入経路における外気の流量を維持する制御を行う場合において、コンプレッサ出口側における外気の排気率が低い（つまり外気の非排気率が高い）ことは、コンプレッサから吐出される外気の流量が少なく、過給機の自立運転の維持が困難であることを意味する。上記構成によれば、コンプレッサ出口側の排気率又は非排気率に基づいてコンプレッサの状態を把握し、自立運転を維持できるように冷却機構の冷却能力を適切に制御することができる。

上記廃棄物処理設備は、前記空気導入経路における前記タービンの下流側の位置から前記空気導入経路の外に前記外気を排出するためのタービン出口側排気路と、前記タービン出口側排気路に配置され、前記タービン出口側排気路を通じた前記外気の排気率を調整するタービン出口側排気弁と、前記空気導入経路における前記外気の流量が所定の流量に維持されるように前記タービン出口側排気弁を制御すると共に、前記タービン出口側排気路による前記外気の排気率が予め定められた設定値よりも小さい時に、又は、前記タービンの出口側における前記外気の非排気率が予め定められた設定値よりも大きい時に、冷却能力を上げるように前記冷却機構を制御する制御部と、をさらに有していてもよい。

タービン出口側排気弁により空気導入経路における外気の流量を維持する制御を行う場合において、タービン出口側における外気の排気率が低い（つまり外気の非排気率が高い）ことは、タービンから流出する外気の流量が少なく、過給機の自立運転の維持が困難であることを意味する。上記構成によれば、タービン出口側の排気率又は非排気率に基づいてコンプレッサの状態を把握し、自立運転を維持できるように冷却機構の冷却能力を適切に制御することができる。

上記廃棄物処理設備は、前記コンプレッサに吸入される前記外気の流量と、前記コンプレッサに吸入される前記外気の圧力に対する前記コンプレッサから吐出された前記外気の圧力の比である圧縮比と、の関係を示すマップであって、前記コンプレッサの動作が安定する安定領域と前記コンプレッサの動作が不安定になる不安定領域との境界ラインと、前記圧縮比が前記境界ラインの値から所定値低い値に設定された予防ラインと、を示す前記マップの情報を格納し、前記マップ上における前記コンプレッサの現在値が前記マップの前記予防ラインを超えている時に、冷却能力を上げるように前記冷却機構を制御する制御部をさらに有していてもよい。

この構成によれば、コンプレッサの現在値が境界ラインを超えて不安定領域に至る前に冷却能力を上げることにより、コンプレッサの駆動力を上げて外気の流量を増加させることができるため、過給機の運転を安定させることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、過給機の自立運転を容易に維持することが可能な廃棄物処理設備を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る廃棄物処理設備の構成を模式的に示す図である。上記廃棄物処理設備の機能的構成を示すブロック図である。上記廃棄物処理設備における冷却機構の制御を説明するためのフローチャートである。本発明の実施形態２に係る廃棄物処理設備における冷却機構の制御を説明するためのフローチャートである。本発明の実施形態３に係る廃棄物処理設備における冷却機構の制御を説明するためのフローチャートである。本発明の実施形態４に係る廃棄物処理設備における冷却機構の制御を説明するためのフローチャートである。本発明の実施形態５に係る廃棄物処理設備における過給機のコンプレッサマップを示すグラフである。本発明の実施形態５に係る廃棄物処理設備における冷却機構の制御を説明するためのフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る廃棄物処理設備を詳細に説明する。

（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る廃棄物処理設備１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。本実施形態に係る廃棄物処理設備１は、下水汚泥等の廃棄物を焼却処理する設備である。図１に示すように、廃棄物処理設備１は、焼却炉１０と、空気導入経路２０と、予熱器３０と、コンプレッサ４１及びタービン４２を含む過給機４０と、冷却機構５０と、を主に有している。

焼却炉１０は、下水汚泥等の廃棄物を焼却するものであり、例えば流動床式焼却炉である。焼却炉１０において廃棄物の焼却時に発生した高温の排ガスＧ１は、排ガス経路１１を通じて予熱器３０に導入される。予熱器３０から流出した排ガスＧ１は、灰分や硫黄酸化物（ＳＯｘ）等が除去された後、煙突（図示しない）から大気中に放出される。

空気導入経路２０は、廃棄物の焼却に用いられる燃焼用空気を焼却炉１０に導く経路（配管）である。この燃焼用空気は、外気Ａ１（屋外空間における常温の大気）である。図１に示すように、空気導入経路２０は、焼却炉１０の下部に接続された一方の端部２０Ａと、燃焼用空気として外気Ａ１を経路内に取り込む他方の端部２０Ｂと、を有している。当該他方の端部２０Ｂ（外気Ａ１の取込口）は、屋外空間に開放されている。

より具体的には、空気導入経路２０は、第１〜第４経路２１〜２４を含み、外気Ａ１は、第１〜第４経路２１〜２４を順に通過して焼却炉１０内に導入される。第１経路２１は、上流端に外気Ａ１の取込口が設けられていると共に、下流端がコンプレッサ４１の吸入口に接続されている。第２経路２２は、上流端がコンプレッサ４１の吐出口に接続されていると共に、下流端が予熱器３０の入口に接続されている。第３経路２３は、上流端が予熱器３０の出口に接続されていると共に、下流端がタービン４２の入口に接続されている。第４経路２４は、上流端がタービン４２の出口に接続されていると共に、下流端が焼却炉１０の下部に設けられた空気入口に接続されている。

予熱器３０は、空気導入経路２０を通じて焼却炉１０に導かれる外気Ａ１を、焼却炉１０から排出される排ガスＧ１により加熱するものである。具体的に、予熱器３０は、熱交換器であり、排ガス経路１１から流入する排ガスＧ１と空気導入経路２０（第２経路２２）から流入する外気Ａ１との間で間接的に熱交換することにより、外気Ａ１を加熱する。

過給機４０は、空気導入経路２０に配置されており、燃焼用空気である外気Ａ１を焼却炉１０に向かって送り出す。図１に示すように、過給機４０は、空気導入経路２０において予熱器３０の上流側に配置されたコンプレッサ４１と、空気導入経路２０において予熱器３０の下流側に配置されたタービン４２と、を有している。

コンプレッサ４１は、空気導入経路２０（第１経路２１）から外気Ａ１を吸入すると共に当該外気Ａ１を所定の圧力まで圧縮し、圧縮した外気Ａ１を予熱器３０側（第２経路２２内）に吐出する。コンプレッサ４１は、例えば遠心圧縮機であり、軸周りに回転して外気Ａ１を昇圧する羽根車（図示しない）と、当該羽根車を収容するケーシング（図示しない）と、を含む。

タービン４２は、予熱器３０で加熱された外気Ａ１によって回転することによりコンプレッサ４１を駆動させる。具体的に、タービン４２は、外気Ａ１の流れを受けて軸周りに回転可能な翼車（図示しない）を有し、当該翼車の回転が回転軸４３を介してコンプレッサ４１の羽根車に伝達されることによりコンプレッサ４１が駆動する。

冷却機構５０は、コンプレッサ４１に吸入される前の外気Ａ１を冷却することにより当該外気Ａ１の密度を冷却前よりも上げるものである。具体的に、本実施形態における冷却機構５０は、コンプレッサ４１に吸入される前の外気Ａ１に水Ｗ１を噴霧する水噴霧部５１を有している。水噴霧部５１は、微粒化された水滴状の水Ｗ１を外気Ａ１に噴霧するものであり、ノズル等により構成されている。水Ｗ１の温度は、外気Ａ１の温度よりも低く（例えば、外気Ａ１の温度よりも５〜１０℃低く）、例えば外気Ａ１の温度が３０℃であれば２０℃程度である。また水噴霧部５１は、外気Ａ１の温度が２８℃以上である時に水Ｗ１を噴霧する。

水噴霧部５１により噴霧された水Ｗ１は、外気Ａ１がコンプレッサ４１に吸入される前に第１経路２１内又は屋外空間において蒸発し、その蒸発潜熱により外気Ａ１が冷却される。つまり、水噴霧部５１は、外気Ａ１がコンプレッサ４１に吸入される前に水Ｗ１が全て蒸発する量だけ当該水Ｗ１を噴霧する。これにより、コンプレッサ４１内に水滴が付着して錆等が生じるのを抑制することができる。

しかし、外気Ａ１がコンプレッサ４１に吸入される前に、噴霧された水Ｗ１が全て蒸発する場合に限定されず、コンプレッサ４１内への水の付着が継続しない程度に、水Ｗ１の噴霧量を増加することも可能である。具体的には、コンプレッサ４１内に水滴が多少付着するが、付着した水滴が外気Ａ１の流れによって直ちに吹き飛ばされ、コンプレッサ４１内に水滴が付着した状態が継続しないように、水Ｗ１の噴霧量が調整されてもよい。また、コンプレッサ４１内の吸入口側では液状態の水Ｗ１が残っているが、コンプレッサ４１内の吐出口側において水Ｗ１が気体状態となるように、水Ｗ１の噴霧量が調整されてもよい。なお、水Ｗ１の供給源は特に限定されないが、廃棄物処理設備１内の他の箇所で用いられた後の水（例えば、排ガスＧ１のＳＯｘ除去処理に用いられた後の水等）を利用することができる。

ここで、冷却機構５０が設けられず、外気Ａ１が冷却されずにコンプレッサ４１に直接吸入される場合には、以下の通り、過給機４０の自立運転が困難になる場合がある。すなわち、外気Ａ１の密度は温度上昇に伴って下がるのに対し、コンプレッサ４１が一定回転数において単位時間当たりに圧縮する外気Ａ１の体積は一定であるため、夏場等の外気温が高い状況下では、コンプレッサ４１が単位時間当たりに圧縮する外気Ａ１の質量が低下する。その結果、タービン４２に流入する単位時間当たりの外気Ａ１の質量が低下し、コンプレッサ４１の駆動力が低下するため、過給機４０の自立状態の維持が困難になる場合がある。

これに対し、本実施形態に係る廃棄物処理設備１では、上述の通り、冷却機構５０（水噴霧部５１）をコンプレッサ４１の吸入口側に設けることにより、コンプレッサ４１に吸入される外気Ａ１の密度低下を抑制することができる。このため、夏場等の外気温が高い状況下においても、コンプレッサ４１の駆動力の低下を抑制することができるため、過給機４０の自立状態を容易に維持することができる。

しかも、外気Ａ１の冷却方式として水噴霧式を採用することにより、コンプレッサ４１に吸入される外気Ａ１の密度低下を抑制するだけでなく、外気Ａ１の湿度を上げることもできる。これにより、外気Ａ１の熱容量が増加し、予熱器３０において外気Ａ１が排ガスＧ１から回収可能な熱エネルギーの量を増加させることができる。その結果、タービン４２に流入する外気Ａ１のエネルギー量が増加するため、コンプレッサ４１の駆動力の低下をより確実に抑制することができる。

図１に示すように、廃棄物処理設備１は、外気温測定部６０と、出口温度測定部６１と、コンプレッサ出口側排気路８０と、コンプレッサ出口側排気弁８１と、タービン出口側排気路８２と、タービン出口側排気弁８３と、をさらに有している。

外気温測定部６０は、コンプレッサ４１に吸入される前の外気Ａ１の温度を測定する温度センサであり、空気導入経路２０（第１経路２１）に設けられている。本実施形態では、外気温測定部６０は、冷却機構５０（水噴霧部５１）よりも下流側に設けられており、水Ｗ１が噴霧された後の外気Ａ１の温度を測定する。

出口温度測定部６１は、予熱器３０から流出した外気Ａ１の温度を測定する温度センサであり、空気導入経路２０（第３経路２３）において予熱器３０の出口近傍に設けられている。この出口温度測定部６１により、予熱器３０で排ガスＧ１の熱によって加熱された後の外気Ａ１の温度が測定される。

コンプレッサ出口側排気路８０は、空気導入経路２０（第２経路２２）におけるコンプレッサ４１の下流側で且つ予熱器３０の上流側の位置Ｐ１から、当該空気導入経路２０の外に外気Ａ１を排出するための経路（配管）である。図１に示すように、コンプレッサ出口側排気路８０は、上流端が第２経路２２の位置Ｐ１に接続されていると共に、下流端が屋外空間に開放されている。

コンプレッサ出口側排気弁８１は、コンプレッサ出口側排気路８０に配置された弁であり、当該コンプレッサ出口側排気路８０を通じた外気Ａ１の排気率を調整する。具体的に、コンプレッサ出口側排気弁８１は、開度調整可能な弁であり、その開度により空気導入経路２０（第２経路２２）からコンプレッサ出口側排気路８０に流入する外気Ａ１の流量、すなわち第２経路２２からコンプレッサ出口側排気路８０を通じて大気中に放出する外気Ａ１の流量を調整する。

コンプレッサ出口側排気弁８１により調整される「外気Ａ１の排気率」は、第２経路２２における位置Ｐ１よりも上流側を流れる外気Ａ１の流量（主流量）に対する、コンプレッサ出口側排気路８０を流れる外気Ａ１の流量（分流流量）の比率である。「主流量」は第２経路２２における位置Ｐ１よりも上流側に設けられた第１流量測定部６２により測定され、「分流流量」はコンプレッサ出口側排気路８０に設けられた第２流量測定部６３により測定される。廃棄物処理設備１は、当該「外気Ａ１の排気率」が０〜１５％程度に調整された状態で運転する。

またコンプレッサ４１の出口側における「外気Ａ１の非排気率」は、第２経路２２における位置Ｐ１よりも上流側を流れる外気Ａ１の流量に対する、第２経路２２における位置Ｐ１よりも下流側を流れる外気Ａ１の流量の比率である。第２経路２２における位置Ｐ１よりも下流側を流れる外気Ａ１（分流後の外気Ａ１）の流量は、第２経路２２における位置Ｐ１よりも下流側に設けられた第３流量測定部６４により測定される。廃棄物処理設備１は、当該「外気Ａ１の非排気率」が８５〜１００％程度に調整された状態で運転する。

タービン出口側排気路８２は、空気導入経路２０（第４経路２４）におけるタービン４２の下流側の位置Ｐ２から、空気導入経路２０の外に外気Ａ１を排出するための経路である。図１に示すように、タービン出口側排気路８２は、上流端が第４経路２４の位置Ｐ２に接続されていると共に、下流端が屋外空間に開放されている。

タービン出口側排気弁８３は、タービン出口側排気路８２に配置された弁であり、タービン出口側排気路８２を通じた外気Ａ１の排気率を調整する。具体的に、タービン出口側排気弁８３は、開度調整可能な弁であり、その開度により空気導入経路２０（第４経路２４）からタービン出口側排気路８２に流入する外気Ａ１の流量、すなわち第４経路２４からタービン出口側排気路８２を通じて大気中に放出する外気Ａ１の流量を調整する。

タービン出口側排気弁８３により調整される「外気Ａ１の排気率」は、第４経路２４における位置Ｐ２よりも上流側を流れる外気Ａ１の流量（主流量）に対する、タービン出口側排気路８２を流れる外気Ａ１の流量（分流流量）の比率である。「主流量」は第４経路２４における位置Ｐ２よりも上流側に設けられた第４流量測定部６５により測定され、「分流流量」はタービン出口側排気路８２に設けられた第５流量測定部６６により測定される。廃棄物処理設備１は、当該「外気Ａ１の排気率」が０〜１５％程度に調整された状態で運転する。

またタービン４２の出口側における「外気Ａ１の非排気率」は、第４経路２４における位置Ｐ２よりも上流側を流れる外気Ａ１の流量に対する、第４経路２４における位置Ｐ２よりも下流側を流れる外気Ａ１の流量の比率である。第４経路２４における位置Ｐ２よりも下流側を流れる外気Ａ１（分流後の外気Ａ１）の流量は、第４経路２４における位置Ｐ２よりも下流側に設けられた第６流量測定部６７により測定される。廃棄物処理設備１は、当該「外気Ａ１の非排気率」が８５〜１００％程度に調整された状態で運転する。

廃棄物処理設備１は、当該廃棄物処理設備１の各種動作を制御するコントローラである制御部７０をさらに有している（図２）。図２に示すように、制御部７０は、受付部７１と、判定部７２と、冷却制御部７３と、弁制御部７５と、記憶部７４と、演算部７６と、を有している。受付部７１、判定部７２、冷却制御部７３、弁制御部７５及び演算部７６は、上記コントローラを構成する中央演算処理装置（ＣＰＵ；ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）により実行される各機能であり、記憶部７４はメモリ等により構成されている。

受付部７１は、外気温測定部６０により測定された温度データ、出口温度測定部６１により測定された温度データ及び第１〜第６流量測定部６２〜６７により測定された流量データを受け付ける。演算部７６は、第１流量測定部６２及び第２流量測定部６３による測定値に基づいてコンプレッサ出口側排気路８０による外気Ａ１の排気率を算出し、また第４流量測定部６５及び第５流量測定部６６による測定値に基づいてタービン出口側排気路８２による外気Ａ１の排気率を算出する。判定部７２は、外気温測定部６０による外気Ａ１の実測温度と記憶部７４に記憶された外気温の設定値とを比較し、また出口温度測定部６１による外気Ａ１の実測温度と記憶部７４に記憶された外気温の設定値とを比較し、コンプレッサ出口側排気路８０による外気Ａ１の排気率と記憶部７４に記憶された当該排気率の設定値とを比較し、タービン出口側排気路８２による外気Ａ１の排気率と記憶部７４に記憶された当該排気率の設定値とを比較する。冷却制御部７３は、判定部７２による比較判定の結果に基づいて、冷却機構５０（水噴霧部５１）の動作を制御する。弁制御部７５は、コンプレッサ出口側排気弁８１及びタービン出口側排気弁８３の開度をそれぞれ制御する。

以下、制御部７０による冷却機構５０の具体的な制御内容について、図３のフローチャートに従って説明する。

まず、廃棄物処理設備１の運転中、すなわち空気導入経路２０を通じて焼却炉１０に外気Ａ１を燃焼用空気として導入しつつ焼却炉１０内で廃棄物の焼却を行っている間に、コンプレッサ４１に吸入される前の外気Ａ１の温度を外気温測定部６０により測定する。この間、コンプレッサ４１に吸入される前の外気Ａ１に対して、水噴霧部５１から一定量の水Ｗ１が噴霧されている。

外気温測定部６０により測定された温度は受付部７１に入力され、当該測定値が予め定められた外気温の設定値よりも大きいか否かを判定部７２において判定する（ステップＳ１０）。この目標値は特に限定されないが、例えば３０℃に設定される。

そして、測定値が設定値よりも大きい時は（ステップＳ１０のＹＥＳ）、冷却機構５０による冷却能力を上げるように、冷却制御部７３が冷却機構５０の動作を制御する（ステップＳ２０）。具体的には、冷却制御部７３が水噴霧部５１の動作を制御し、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を増加させる。

一方、外気温測定部６０により測定された温度が設定値よりも大きくない時は（ステップＳ１０のＮＯ）、当該測定値が設定値未満であるか否かを判定部７２において判定する（ステップＳ３０）。そして、当該測定値が設定値未満である時は（ステップＳ３０のＹＥＳ）、冷却機構５０による冷却能力を下げるように冷却制御部７３が冷却機構５０を制御する（ステップＳ４０）。具体的には、冷却制御部７３が水噴霧部５１を制御し、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を減少させる。一方、当該測定値が設定値である時は（ステップＳ３０のＮＯ）、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を変動させず、一定に保持する。

その後、例えば冷却制御の時間が経過した時等、冷却制御の停止条件が成立した時は（ステップＳ５０のＹＥＳ）、制御部７０による冷却機構５０の制御が終了する。一方、冷却制御の停止条件が未成立の時は（ステップＳ５０のＮＯ）、上述したステップＳ１０〜Ｓ４０による冷却機構５０（水噴霧部５１）の制御を継続する。

上記制御によれば、コンプレッサ４１への吸入前の外気温が設定値を超えないように冷却機構５０の冷却能力を適切に制御することにより、過給機４０の自立運転を容易に維持することができる。しかも、当該吸入前の外気温が設定値を下回らないように冷却機構５０の冷却能力を制御することにより、自立運転の維持のために必要以上の水Ｗ１を噴霧することを抑制し、水噴霧に要する電力量を削減することができる。また、外気温が必要以上に低下して焼却炉１０における燃焼状態が悪化するのを防ぎ、予熱器３０で外気Ａ１が排ガスＧ１から回収する熱エネルギーが増加し過ぎることによって当該予熱器３０から流出した排ガスＧ１から回収できるエネルギー量（例えば、発電のためのエネルギー量）が低下するのを抑制することもできる。

なお、上記実施形態では、外気Ａ１の実測温度に応じて水Ｗ１の噴霧量を増加又は減少させる場合を説明したが、これに限定されない。例えば、外気Ａ１の実測温度が設定値を超える場合にのみ水Ｗ１を噴霧し、それ以外の場合には水Ｗ１の噴霧を停止するように、水噴霧部５１をオン／オフ制御してもよい。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る廃棄物処理設備について、図４のフローチャートを参照して説明する。実施形態２に係る廃棄物処理設備は、基本的に上記実施形態１に係る廃棄物処理設備１と同様の構成を備えるものであるが、予熱器３０の出口側における外気Ａ１の温度に基づいて冷却機構５０の動作を制御する点で上記実施形態１に係る廃棄物処理設備１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

図４は、実施形態２に係る廃棄物処理設備における、制御部７０による冷却機構５０の制御フローを示している。まず、上記実施形態１と同様に水噴霧部５１から一定量の水Ｗ１を外気Ａ１に噴霧しつつ廃棄物処理設備１を運転している間に、予熱器３０から流出した外気Ａ１の温度を出口温度測定部６１により測定する。

出口温度測定部６１により測定された温度は受付部７１に入力され、当該測定値が予め定められた設定値よりも小さいか否かを判定部７２において判定する（ステップＳ１１）。そして、当該測定値が設定値よりも小さい時は（ステップＳ１１のＹＥＳ）、冷却機構５０による冷却能力を上げるように、冷却制御部７３が冷却機構５０の動作を制御する（ステップＳ２１）。具体的には、冷却制御部７３が水噴霧部５１の動作を制御し、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を増加させる。

一方、出口温度測定部６１により測定された温度が設定値よりも小さくない時は（ステップＳ１１のＮＯ）、当該測定値が設定値を超えるか否かを判定部７２において判定する（ステップＳ３１）。そして、当該測定値が設定値を超える時は（ステップＳ３１のＹＥＳ）、冷却機構５０による冷却能力を下げるように冷却制御部７３が冷却機構５０を制御する（ステップＳ４１）。具体的には、冷却制御部７３が水噴霧部５１を制御し、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を減少させる。一方、当該測定値が設定値である時は（ステップＳ３１のＮＯ）、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を変動させず、一定に保持する。

その後、上記実施形態１と同様に、冷却制御の停止条件が成立した時は（ステップＳ５１のＹＥＳ）、制御部７０による冷却機構５０の制御が終了する。一方、冷却制御の停止条件が未成立の時は（ステップＳ５１のＮＯ）、上述したステップＳ１１〜Ｓ４１による冷却機構５０（水噴霧部５１）の制御を継続する。本実施形態では、予熱器３０の出口温度を過給機４０の自立状態を示す指標とし、上述の通り、冷却機構５０の動作を適切なタイミングで制御することができる。

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る廃棄物処理設備について、図５のフローチャートを参照して説明する。実施形態３に係る廃棄物処理設備は、基本的に上記実施形態１に係る廃棄物処理設備１と同様の構成を備えるものであるが、コンプレッサ４１の出口側における外気Ａ１の排気率に基づいて冷却機構５０の動作を制御する点で上記実施形態１に係る廃棄物処理設備１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

図５は、実施形態３に係る廃棄物処理設備における、制御部７０による冷却機構５０の制御フローを示している。まず、上記実施形態１と同様に水噴霧部５１から一定量の水Ｗ１を外気Ａ１に噴霧しつつ廃棄物処理設備１を運転している間に、空気導入経路２０における外気Ａ１の流量が所定の流量に維持されるように（第３流量測定部６４による測定流量が所定の流量に維持されるように）、弁制御部７５がコンプレッサ出口側排気弁８１の開度を制御する。そして、この時のコンプレッサ出口側排気路８０による外気Ａ１の排気率が、第１流量測定部６２の測定流量（主流量）に対する第２流量測定部６３の測定流量（分流流量）の比率として、演算部７６において算出される（分流流量／主流量×１００％）。そして、算出された排気率が、予め定められた設定値よりも小さいか否かを判定部７２において判定する（ステップＳ１２）。

算出された排気率が設定値よりも小さい時は（ステップＳ１２のＹＥＳ）、冷却機構５０による冷却能力を上げるように、冷却制御部７３が冷却機構５０の動作を制御する（ステップＳ２２）。具体的には、冷却制御部７３が水噴霧部５１の動作を制御し、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を増加させる。

一方、算出された排気率が設定値よりも小さくない時は（ステップＳ１２のＮＯ）、当該排気率が設定値を超えるか否かを判定部７２において判定する（ステップＳ３２）。そして、当該排気率が設定値を超える時は（ステップＳ３２のＹＥＳ）、冷却機構５０による冷却能力を下げるように冷却制御部７３が冷却機構５０を制御する（ステップＳ４２）。具体的には、冷却制御部７３が水噴霧部５１を制御し、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を減少させる。一方、当該排気率が設定値である時は（ステップＳ３２のＮＯ）、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を変動させず、一定に保持する。

その後、上記実施形態１と同様に、冷却制御の停止条件が成立した時は（ステップＳ５２のＹＥＳ）、制御部７０による冷却機構５０の制御が終了する。一方、冷却制御の停止条件が未成立の時は（ステップＳ５２のＮＯ）、上述したステップＳ１２〜Ｓ４２による冷却機構５０（水噴霧部５１）の制御を継続する。本実施形態では、コンプレッサ４１の出口側における外気Ａ１の排気率を過給機４０の自立状態を示す指標とし、過給機４０の自立運転が維持されるように冷却機構５０の動作を適切に制御することができる。

またコンプレッサ４１の出口側における外気Ａ１の排気率に基づいて冷却制御を行う場合に限定されず、コンプレッサ４１の出口側における外気Ａ１の非排気率に基づいて冷却制御が行われてもよい。すなわち、コンプレッサ４１の出口側における外気Ａ１の非排気率が予め定められた設定値よりも大きいか否かを判定部７２において判定し、当該非排気率が設定値よりも大きい時に、冷却機構５０による冷却能力を上げるように、冷却制御部７３が冷却機構５０の動作を制御してもよい。

（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係る廃棄物処理設備について、図６のフローチャートを参照して説明する。実施形態４に係る廃棄物処理設備は、基本的に上記実施形態１に係る廃棄物処理設備１と同様の構成を備えるものであるが、タービン４２の出口側における外気Ａ１の排気率に基づいて冷却機構５０の動作を制御する点で上記実施形態１に係る廃棄物処理設備１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

図６は、実施形態４に係る廃棄物処理設備における、制御部７０による冷却機構５０の制御フローを示している。まず、上記実施形態１と同様に水噴霧部５１から一定量の水Ｗ１を外気Ａ１に噴霧しつつ廃棄物処理設備１を運転している間に、空気導入経路２０における外気Ａ１の流量が所定の流量に維持されるように（第６流量測定部６７による測定流量が所定の流量に維持されるように）、弁制御部７５がタービン出口側排気弁８３の開度を制御する。そして、この時のタービン出口側排気路８２による外気Ａ１の排気率が、第４流量測定部６５の測定流量（主流量）に対する第５流量測定部６６の測定流量（分流流量）の比率として、演算部７６により算出される（分流流量／主流量×１００％）。そして、算出された排気率が、予め定められた設定値よりも小さいか否かを判定部７２において判定する（ステップＳ１３）。

算出された排気率が設定値よりも小さい時は（ステップＳ１３のＹＥＳ）、冷却機構５０による冷却能力を上げるように、冷却制御部７３が冷却機構５０の動作を制御する（ステップＳ２３）。具体的には、冷却制御部７３が水噴霧部５１の動作を制御し、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を増加させる。

一方、算出された排気率が設定値よりも小さくない時は（ステップＳ１３のＮＯ）、当該排気率が設定値を超えるか否かを判定部７２において判定する（ステップＳ３３）。そして、当該排気率が設定値を超える時は（ステップＳ３３のＹＥＳ）、冷却機構５０による冷却能力を下げるように冷却制御部７３が冷却機構５０を制御する（ステップＳ４３）。具体的には、冷却制御部７３が水噴霧部５１を制御し、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を減少させる。一方、当該排気率が設定値である時は（ステップＳ３３のＮＯ）、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を変動させず、一定に保持する。

その後、上記実施形態１と同様に、冷却制御の停止条件が成立した時は（ステップＳ５３のＹＥＳ）、制御部７０による冷却機構５０の制御が終了する。一方、冷却制御の停止条件が未成立の時は（ステップＳ５３のＮＯ）、上述したステップＳ１３〜Ｓ４３による冷却機構５０（水噴霧部５１）の制御を継続する。本実施形態では、タービン４２の出口側における外気Ａ１の排気率を過給機４０の自立状態を示す指標とし、過給機４０の自立運転が維持されるように冷却機構５０の動作を適切に制御することができる。

またタービン４２の出口側における外気Ａ１の排気率に基づいて冷却制御を行う場合に限定されず、タービン４２の出口側における外気Ａ１の非排気率に基づいて冷却制御が行われてもよい。すなわち、タービン４２の出口側における外気Ａ１の非排気率が予め定められた設定値よりも大きいか否かを判定部７２において判定し、当該非排気率が設定値よりも大きい時に、冷却機構５０による冷却能力を上げるように、冷却制御部７３が冷却機構５０の動作を制御してもよい。

（実施形態５）
次に、本発明の実施形態５に係る廃棄物処理設備について、図７のグラフ及び図８のフローチャートを参照して説明する。実施形態５に係る廃棄物処理設備は、基本的に上記実施形態１に係る廃棄物処理設備１と同様の構成を備えるものであるが、図７に示す過給機４０のコンプレッサマップに基づいて冷却機構５０の動作を制御する点で上記実施形態１に係る廃棄物処理設備１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

本実施形態に係る廃棄物処理設備において、記憶部７４（図２）には、過給機４０のコンプレッサマップの情報が格納されている。図７に示すように、当該コンプレッサマップは、コンプレッサ４１に吸入される外気Ａ１の流量（横軸）と、コンプレッサ４１に吸入される外気Ａ１の圧力に対するコンプレッサ４１から吐出された外気Ａ１の圧力の比である圧縮比（縦軸）と、の関係を示すと共に、コンプレッサ４１の動作が安定する安定領域Ｒ１とコンプレッサ４１の動作が不安定になる不安定領域Ｒ２との境界ラインＢ１と、上記圧縮比が境界ラインＢ１の値から所定値低い値に設定された予防ラインＢ２と、を示している。

図８は、実施形態５に係る廃棄物処理設備における、制御部７０による冷却機構５０の制御フローを示している。まず、上記実施形態１と同様に水噴霧部５１から一定量の水Ｗ１を外気Ａ１に噴霧しつつ廃棄物処理設備１を運転している間に、コンプレッサ４１の現在値（コンプレッサ４１に吸入される外気Ａ１の流量とコンプレッサ４１による外気Ａ１の圧縮比とにより定まる）が、コンプレッサマップの予防ラインＢ２を超えているか否かを、判定部７２において判定する（ステップＳ１４）。そして、現在値が予防ラインＢ２を超えている時は（ステップＳ１４のＹＥＳ）、冷却機構５０による冷却能力を上げるように、冷却制御部７３が冷却機構５０の動作を制御する（ステップＳ２４）。具体的には、冷却制御部７３が水噴霧部５１の動作を制御し、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を増加させる。

一方、現在値が予防ラインＢ２を超えていない時は（ステップＳ１４のＮＯ）、現在値が予防ラインＢ２よりも安定領域Ｒ１側にあるか否かを判定部７２において判定する（ステップＳ３４）。そして、現在値が予防ラインＢ２よりも安定領域Ｒ１側にある時は（ステップＳ３４のＹＥＳ）、冷却機構５０による冷却能力を下げるように冷却制御部７３が冷却機構５０を制御する（ステップＳ４４）。具体的には、冷却制御部７３が水噴霧部５１を制御し、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を減少させる。一方、現在値が予防ラインＢ２上にある時は（ステップＳ３４のＮＯ）、外気Ａ１への水Ｗ１の噴霧量を変動させず、一定に保持する。

その後、上記実施形態１と同様に、冷却制御の停止条件が成立した時は（ステップＳ５４のＹＥＳ）、制御部７０による冷却機構５０の制御が終了する。一方、冷却制御の停止条件が未成立の時は（ステップＳ５４のＮＯ）、上述したステップＳ１４〜Ｓ４４による冷却機構５０（水噴霧部５１）の制御を継続する。本実施形態では、コンプレッサマップ上の現在値を過給機４０の自立状態を示す指標とし、過給機４０の自立運転が維持されるように冷却機構５０の動作を適切に制御することができる。

（その他実施形態）
ここで、本発明のその他実施形態について説明する。

上記実施形態１〜５では、冷却機構の一例として水噴霧部５１を有する場合を説明したが、これに限定されない。冷却機構としては、例えば、外気Ａ１に冷風を直接当てるスポットクーラ、冷却水との熱交換により外気Ａ１を冷却する冷却塔、チラー又は化学的な吸熱反応を利用して外気Ａ１を冷却するもの等、様々なものを採用することができる。これらの冷却手段が単独で用いられてもよいし、組み合わせて用いられてもよい。

上記実施形態１において、外気Ａ１の流量を調整する流量調整弁が、空気導入経路２０（例えば、予熱器３０の出口側）に配置されてもよい。そして、当該流量調整弁により空気導入経路２０における外気Ａ１の流量が所定の流量に維持されつつ、当該流量調整弁の開度が予め定められた設定開度を超えた時に冷却機構５０の冷却能力を上げる制御を行ってもよい。

上記実施形態１では、第１経路２１内に取り込まれる前の大気（外気Ａ１）に水Ｗ１を予め噴霧しているが、これに限定されない。第１経路２１内に取り込まれた後の外気Ａ１に対して水Ｗ１が噴霧されてもよい。

上記実施形態１では、水Ｗ１を噴霧した後の外気Ａ１の温度を外気温測定部６０により測定する場合を説明したが、水Ｗ１を噴霧する前の外気Ａ１の温度を外気温測定部６０により測定してもよい。

上記実施形態１〜５では、図３〜６及び図８のフローチャートを参照して冷却機構５０を制御部７０により自動制御する場合を説明したが、当該冷却機構５０を手動制御してもよい。

上記実施形態では、下水汚泥を廃棄物の一例として説明したがこれに限定されず、例えば都市ゴミ等の他の廃棄物の焼却処理に本発明の廃棄物処理設備が適用されてもよい。

上記実施形態では、流動床式焼却炉を一例として説明したがこれに限定されず、固定床式の焼却炉が用いられてもよい。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１廃棄物処理設備
１０焼却炉
２０空気導入経路
３０予熱器
４０過給機
４１コンプレッサ
４２タービン
５０冷却機構
５１水噴霧部
６０外気温測定部
６１出口温度測定部
８０コンプレッサ出口側排気路
８１コンプレッサ出口側排気弁
８２タービン出口側排気路
８３タービン出口側排気弁
Ａ１外気
Ｂ１境界ライン
Ｇ１排ガス
Ｒ１安定領域
Ｒ２不安定領域
Ｗ１水

Claims

廃棄物を焼却する焼却炉と、
廃棄物の焼却に用いられる燃焼用空気を前記焼却炉に導く経路であって、前記焼却炉に接続された一方の端部と、前記燃焼用空気として外気を経路内に取り込む他方の端部と、を有する空気導入経路と、
前記空気導入経路を通じて前記焼却炉に導かれる前記外気を、前記焼却炉から排出される排ガスにより加熱する予熱器と、
前記空気導入経路に配置された過給機であって、前記外気を吸入すると共に圧縮した前記外気を前記予熱器側に吐出するコンプレッサと、前記予熱器で加熱された前記外気によって回転することにより前記コンプレッサを駆動させるタービンと、を有する前記過給機と、
前記コンプレッサに吸入される前の前記外気を冷却することにより前記外気の密度を冷却前よりも上げる冷却機構と、を有する、廃棄物処理設備。
前記冷却機構は、前記コンプレッサに吸入される前の前記外気に水を噴霧する水噴霧部を有する、請求項１に記載の廃棄物処理設備。
前記コンプレッサに吸入される前の前記外気の温度を測定する外気温測定部と、
前記外気温測定部により測定された温度が予め定められた設定値よりも大きい時に、冷却能力を上げるように前記冷却機構を制御する制御部と、をさらに有する、請求項１又は２に記載の廃棄物処理設備。
前記予熱器から流出した前記外気の温度を測定する出口温度測定部と、
前記出口温度測定部により測定された温度が予め定められた設定値よりも小さい時に、冷却能力を上げるように前記冷却機構を制御する制御部と、をさらに有する、請求項１又は２に記載の廃棄物処理設備。
前記空気導入経路における前記コンプレッサの下流側で且つ前記予熱器の上流側の位置から前記空気導入経路の外に前記外気を排出するためのコンプレッサ出口側排気路と、
前記コンプレッサ出口側排気路に配置され、前記コンプレッサ出口側排気路を通じた前記外気の排気率を調整するコンプレッサ出口側排気弁と、
前記空気導入経路における前記外気の流量が所定の流量に維持されるように前記コンプレッサ出口側排気弁を制御すると共に、前記コンプレッサ出口側排気路による前記外気の排気率が予め定められた設定値よりも小さい時に、又は、前記コンプレッサの出口側における前記外気の非排気率が予め定められた設定値よりも大きい時に、冷却能力を上げるように前記冷却機構を制御する制御部と、をさらに有する、請求項１又は２に記載の廃棄物処理設備。
前記空気導入経路における前記タービンの下流側の位置から前記空気導入経路の外に前記外気を排出するためのタービン出口側排気路と、
前記タービン出口側排気路に配置され、前記タービン出口側排気路を通じた前記外気の排気率を調整するタービン出口側排気弁と、
前記空気導入経路における前記外気の流量が所定の流量に維持されるように前記タービン出口側排気弁を制御すると共に、前記タービン出口側排気路による前記外気の排気率が予め定められた設定値よりも小さい時に、又は、前記タービンの出口側における前記外気の非排気率が予め定められた設定値よりも大きい時に、冷却能力を上げるように前記冷却機構を制御する制御部と、をさらに有する、請求項１又は２に記載の廃棄物処理設備。
前記コンプレッサに吸入される前記外気の流量と、前記コンプレッサに吸入される前記外気の圧力に対する前記コンプレッサから吐出された前記外気の圧力の比である圧縮比と、の関係を示すマップであって、前記コンプレッサの動作が安定する安定領域と前記コンプレッサの動作が不安定になる不安定領域との境界ラインと、前記圧縮比が前記境界ラインの値から所定値低い値に設定された予防ラインと、を示す前記マップの情報を格納し、前記マップ上における前記コンプレッサの現在値が前記マップの前記予防ラインを超えている時に、冷却能力を上げるように前記冷却機構を制御する制御部をさらに有する、請求項１又は２に記載の廃棄物処理設備。