JP3851813B2

JP3851813B2 - 焼却装置

Info

Publication number: JP3851813B2
Application number: JP2001396776A
Authority: JP
Inventors: 正彦渡辺; 晋二郎清水
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003194483A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却炉の廃熱で加熱される廃熱ボイラと、廃熱ボイラからの加熱蒸気を貯留する蒸気溜めと、蒸気溜めからの蒸気のエネルギーを利用するエネルギー利用機構と、このエネルギー利用機構から排出された蒸気の復水を行う復水器とを備えている焼却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のように構成された焼却炉として、特開平８‐７４５２０号公報や、特開平９‐１９６３５８号公報に示されるものが存在し、これらの従来例ではエネルギー利用機構として発電機を駆動する蒸気タービンを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術のように蒸気を、発電機を駆動する蒸気タービンに供給するものでは、蒸気タービンに対して比較的安定した量の蒸気を供給して発電を継続し得るものであるが、例えば、蒸気タービンを備えず、蒸気の熱エネルギーを温水プールの加温に利用することや、温室の環境温度の加温に利用するものでは、一日における蒸気の使用量の変動が大きく、蒸気の使用量が大きく低減した場合には、復水器に送られる蒸気の量が大きく低下するものとなる。又、復水器はエネルギー利用機構において使用される蒸気量が最大値に達した際にも無理がないように設計されていることから、送られる蒸気の量が低下した場合にはファンによる冷却風の風量を低減して過冷却を抑制する処理も従来から行われていた。具体的には復水器に送られる蒸気の温度や圧力を計測するセンサ類を備え、このセンサ類の計測結果に基づいてファンを駆動するモータの回転速度を制御することにより復水器での最適な放熱を可能にしているのである。
【０００４】
しかしながら、外気温が低下する冬期のように復水器での放熱が急速に行われる場合には、蒸気を殆ど利用しない状況においてファンを停止させても過冷却となることもあり、このように過冷却状態に陥ると復水器内部で負圧を発生させてハンマ現象を発生させることや、負圧を発生させる現象が長期に亘って発生することにより腐食を進行させることもあった。そこで、過冷却を抑制するため復水器を覆う部位に対して、例えば、空気が流通流路の幅を調節可能なルーバやダンパ類を配置し、流通流路での空気の流通量の調節によって復水器に流通する空気の量を制御する手段を採用することも考えられるが、この手段は構造が複雑であるため装置全体の部品点数が増大するばかりかコスト上昇に繋がるものであり、しかも、この手段を復水器の上方に配置して復水器から上方に流れ出る空気の流れを抑制した場合でも、自然対流により復水器に流れる空気を完全に阻止することができず、過冷却を抑制する観点からは改善の余地があった。
【０００５】
本発明の目的は、エネルギー利用機器で使用される蒸気の利用量が大きく低下した場合でも、復水器で過冷却に伴うハンマ現象や腐食を発生しない焼却炉を合理的に構成する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る焼却装置の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
焼却炉の廃熱で加熱される廃熱ボイラと、廃熱ボイラからの加熱蒸気を貯留する蒸気溜めと、蒸気溜めからの蒸気のエネルギーを利用するエネルギー利用機構と、このエネルギー利用機構から排出された蒸気の復水を行う復水器とを備えている焼却装置において、前記復水器が放熱流路と、この復水器の放熱流路に対して下方から上方に冷却風を流通させるファンとを備えて構成され、前記エネルギー利用機構から蒸気が排出される流路における蒸気のエネルギーの値を計測する計測手段を備え、この計測手段で計測されるエネルギーの値に対応してファンを制御して冷却風の風量を調節する制御手段を備えると共に、前記計測手段で計測されるエネルギーの値が予め設定された設定値より低下した場合にファンを逆転させて前記復水器の放熱流路に自然に流通する空気の流れを抑制するよう前記制御手段の制御形態を設定してある点にある。
【０００７】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、エネルギー利用機構から蒸気が排出される流路における蒸気のエネルギーの値が設定値より低下したことを計測手段で計測した場合には、制御手段がファンを逆転させることにより復水器の放熱流路に対して自然に流通する空気の流れを抑制、あるいは、相殺する。その結果、復水器での過冷却を抑制してハンマ現象や腐食等の不都合を解消するものとなった。
【０００８】
本発明の請求項２に係る焼却装置の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項１記載の焼却装置において、前記計測手段が復水器に蒸気を送込む流路と、復水器から蒸気を送出す流路との少なくとも一方に配置したセンサで構成され、前記ファンを駆動するモータが正転及び逆転方向に無段階に回転速度を調節自在する駆動手段を備えて構成され、前記センサが、前記流路の圧力を計測する圧力センサと、前記流路の温度を計測する温度センサと、前記流路の流量を計測する流量センサとの何れかを用いて構成され、前記制御手段は、前記センサが圧力センサの場合には計測される圧力が高く、前記センサが温度センサの場合には計測される温度が高く、前記センサが流量センサの場合には計測される流量が多いほどファンを正転方向に高速回転させると共に、前記センサが圧力センサの場合に計測される圧力が設定値より低下し、前記センサが温度センサの場合に計測される温度が設定値より低下し、前記センサが流量センサの場合に計測される流量が設定値より低下した際に、ファンを逆転方向に設定速度で回転させるよう制御形態が設定されている点にある。
【０００９】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、圧力センサで計測される圧力値と、温度センサで計測される温度値と、流量センサで計測される流量値との何れかに基づいてファンを制御するので、エネルギー利用機構から排出される蒸気の状態を正確に判断してファンを適切に制御できるばかりで無く、この圧力センサと温度センサと流量センサとの何れかからの計測値に基づいてファンを逆転させる制御も適切に行えるものとなる。その結果、ファンの制御を適正、かつ、精度高く行えるものとなった。
【００１０】
本発明の請求項３に係る焼却装置の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項１又は２記載の焼却装置において、前記蒸気溜めからの蒸気を復水器に対して導く副流路、あるいは、前記エネルギー利用機構に対する蒸気供給側からの蒸気を復水器に導くバイパス流路を形成すると共に、この副流路、あるいは、バイパス流路に対して蒸気の流れを制御する弁機構を備え、前記制御手段は前記ファンを逆転方向へ回転させる制御を行うと同時に弁機構を開放操作して復水器に蒸気を供給して該復水器の過冷却を抑制するよう制御形態が設定されている点にある。
【００１１】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、例えば、エネルギー利用機構に対して蒸気が全く供給されない状況でも、弁機構を開放操作することで副流路やバイパス流路を介して蒸気を供給して復水器の過冷却を抑制することが可能となる。その結果、冬期のように外気温が低く過冷却が生じやすい時期でも過冷却を確実に阻止できるものとなった。特に、請求項１のようにファンを制御することにより、復水器の過冷却が抑制されているので、このように副流路やバイパス流路を介して送る蒸気の量を低減化するものとなっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ホッパー１に投入されたゴミをストーカ式の焼却炉２で焼却し、この焼却炉２から送られる焼却灰を灰ピット（図示せず）に回収し、焼却炉２で発生した燃焼ガスに含まれる熱を廃熱ボイラ３で回収して利用する熱利用システムを備え、又、燃焼ガスに含まれる塵埃をバグフィルタ４を有した排ガス処理部で除去した後、煙突５から排出するようゴミ焼却装置が構成されている。
【００１３】
前記熱利用システムは、ゴミの焼却時に発生する熱を温水プールの水の加温や温室において環境温度の加温に利用できるよう構成されている。つまり、この熱利用システムは、前記廃熱ボイラ３と、この廃熱ボイラ３からの蒸気を加熱するよう煙道８に配置された蒸気加熱器９と、蒸気加熱器９からの蒸気を貯留する蒸気溜め１０と、蒸気溜め１０からの蒸気が供給される熱交換器１１と、熱交換器１１から排出された蒸気の復水を行う復水器１２と、復水器１２からの復水を貯留する大気開放型の復水タンク１３を備えると共に、この復水タンク１３からの水がポンプ１４によって送られる脱気器１５と、この脱気器１５からの水がポンプ１６で送られる節炭器１７とを備え、この節炭器１７からの加熱水を前記廃熱ボイラ３に送るよう蒸気サイクルが構成されている。
【００１４】
同図に示すように蒸気溜め１０からの蒸気を燃焼空気予熱器１８に送り、この燃焼空気予熱器１８で加熱された燃焼用空気を前記焼却炉２の焼却処理帯の下方に導く空気供給流路が形成され、又、この蒸気溜め１０からの蒸気を前記廃熱ボイラ３の熱交換部を清掃するために供給する煤吹き装置１９を備えている。
【００１５】
図１及び図２に示すように、前記熱交換器１１と、この熱交換器１１で熱せられた温水が温水ポンプ２１で供給される放熱器２２とでエネルギー利用機構が構成され、熱交換器１１に対して蒸気溜め１０からの蒸気を供給する供給流路２３に開閉弁２４を備え、この開閉弁２４の流路上手側から分岐して復水器１２の流路上手位置に蒸気を供給するバイパス流路２５に対して弁機構としての電磁式の開閉弁２６と可変絞り弁２７とを介装している。そして、この熱利用システムでは放熱器２２からの熱を利用して温水プールの水の加温や、温室の環境の加温が行われる。
【００１６】
前記復水器１２は、放熱を行うよう多数のフィンを備えた放熱流路１２Ａと、この放熱流路１２Ａの下側に配置され、上方に冷却風を送るファン３０と、誘導型のモータ３１とを備えると共に、モータ３１を制御する制御手段としてマイクロプロセッサを備えた制御装置３２を備えている。前記モータ３１の回転速度と回転方向を制御するようインバータ電源３３を備えており、復水器１２に対して熱交換器１１から蒸気が排出される流路３４に蒸気圧を計測する圧力センサ３５を備え、この復水器１２から復水が送り出される流路３６に復水の温度を計測する温度センサ３７を備え、これら圧力センサ３５と、温度センサ３７とからの信号を制御装置３２に入力する信号系を形成すると共に、この制御装置３２からインバータ電源３３、及び、前記電磁式の開閉弁２６に制御信号を出力する信号系を形成している。
【００１７】
図２には流路３４に対してセンサの一例として圧力センサ３５を備え、流路３６に対してセンサの一例として温度センサ３７を備え、これらによって蒸気のエネルギーの値を計測する計測手段が構成されているが、図３に一覧化して示すようにセンサを使用することが考えられる。つまり、復水器１２に対して蒸気を送る流路３４を「上手側」、復水器１２から復水が送り出される流路３６を「下手側」と称すると、同欄の１に示すように下手側にだけ温度センサ備えた場合には、その特徴として構造が簡単・安価で流量安定時に効果的と云う有効な面が現れ、同欄の２に示すように下手側にだけ圧力センサ備えた場合には、その特徴として構造が簡単で、圧力変動を瞬時に捉えて制御に反映でき、流量安定時に効果的と云う有効な面が現れる。又、同欄の３に示すように上手側に流量センサを備え、下手側に温度センサを備えた場合には、蒸気の流量の変動を先行して捉えて温度センサの計測値を補正することや、流量に基づいて制御形態を変更する等、流量と温度とに基づき精度の高い制御を可能にすると云う有効な面が現れ、同欄の４に示すように上手側に流量センサを備え、下手側に圧力センサを備えた場合には、蒸気の流量の変動を先行して捉えて圧力センサの計測値を補正することや、流量に基づいて制御形態を変更する等、流量と圧力とに基づき精度の高い制御を可能にし、加えて、圧力の変動を瞬時に捉えて制御に反映させできると云う有効な面が現れる。
【００１８】
そして、この熱利用システムでは、熱を利用する場合には、開閉弁２４を開放操作して、熱交換器１１に対して蒸気溜めからの蒸気を導き、温水ポンプ２１を駆動することで放熱器２２から熱を取り出せるものとなっており、このように熱を利用した場合には熱交換器１１から排出される蒸気を復水器１２に送って復水し、復水タンク１３に送る処理が行われる。このように復水が行われる際には圧力センサ３５で計測される圧力値と温度センサ３７で計測される温度値とに基づいてファン３０の回転速度を調節して最適な冷却を行うものとなる。又、このように熱交換器１１から排出された蒸気が送られる際には圧力センサ３５の計測値に予め設定された係数を乗ずる等の演算処理により重み付けを行い、温度センサ３７の計測値に対して予め設定された係数を乗ずる等の演算処理により重み付けを行い、このように重み付けを行った値の和を求め、例えば、テーブル化されたデータに基づいてファン３１の回転速度を求める等の処理形態が設定される。
【００１９】
又、熱利用システムで熱を利用する状態から、熱を利用しない状態に切り換えた場合には、圧力センサ３５で計測される圧力が大きく低下し、温度センサ３７で計測される温度値が大きく低下するので、少なくとも一方の状態を検出すると電磁式の開閉弁２６を開放操作してバイパス流路２５対して比較的少量の蒸気を送り、この蒸気を復水器１２に送ることで過冷却を抑制すると同時に、ファン３１を低速で逆転させるようインバータ電源３３を制御することにより、自然対流により復水器１２の放熱流路１２Ａでの過冷却を抑制するものとなっている。
【００２０】
具体的には、モータは６０ヘルツの商用電源で使用可能なものが使用され、インバータ電源は正転側へ０〜６０ヘルツの領域、及び、逆転側に０〜３０ヘルツの領域で周波数を無段階に調節できるよう構成され、制御装置３２は、圧力センサ３５の計測値と、温度センサ３７の計測値とに基づいて高温高圧の蒸気が復水器１２に送られことを判別した場合には場合には、前述の処理によってファン３０の回転速度を設定し、この回転速度に対応する周波数の電力を供給するようインバータ電源３３を制御する。これとは逆に、圧力センサ３５の計測値と、温度センサ３７の計測値とに基づいて復水器１２に対して熱交換器１１からの蒸気の供給が停止したことを判別した場合には、予め設定された速度でファン３０を逆転させるために所定の周波数の電力を供給するよう制御装置３２の処理形態が設定されている。
【００２１】
又、図２に示すように、ファン３０を逆転させる際に外気温に基づいてファン３０の回転速度を設定するよう外気温センサ４０からの信号を制御装置３２に入力するよう構成することも可能である。
【００２２】
つまり、本発明の熱利用システムでは、熱交換器１１から殆ど蒸気が排出されない場合には、ファン３０を低速で逆転させることで自然対流に空気の流動を抑制して復水器１２における過冷却を抑制することにより、外気温が低い冬期であってもハンマ現象を発生させず、復水器１２の放熱流路の内面の腐食も抑制できるものにしている。そして、ファン３０の逆転により過冷却を抑制しているので、バイパス流路２５に送る蒸気の量を低減できるものにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼却装置の蒸気サイクルを示す図
【図２】ファンの制御系を示すブロック図
【図３】センサの種類と特徴との関係を一覧化した図
【符号の説明】
２焼却炉
３廃熱ボイラ
１０蒸気溜め
１２復水器
１２Ａ放熱流路
３０ファン
３２制御手段
３５圧力センサ
３７温度センサ
２５バイパス流路
２６弁機構

Claims

焼却炉の廃熱で加熱される廃熱ボイラと、廃熱ボイラからの加熱蒸気を貯留する蒸気溜めと、蒸気溜めからの蒸気のエネルギーを利用するエネルギー利用機構と、このエネルギー利用機構から排出された蒸気の復水を行う復水器とを備えている焼却装置であって、
前記復水器が放熱流路と、この復水器の放熱流路に対して下方から上方に冷却風を流通させるファンとを備えて構成され、前記エネルギー利用機構から蒸気が排出される流路における蒸気のエネルギーの値を計測する計測手段を備え、この計測手段で計測されるエネルギーの値に対応してファンを制御して冷却風の風量を調節する制御手段を備えると共に、
前記計測手段で計測されるエネルギーの値が予め設定された設定値より低下した場合にファンを逆転させて前記復水器の放熱流路に自然に流通する空気の流れを抑制するよう前記制御手段の制御形態を設定してある焼却装置。
前記計測手段が復水器に蒸気を送込む流路と、復水器から蒸気を送出す流路との少なくとも一方に配置したセンサで構成され、前記ファンを駆動するモータが正転及び逆転方向に無段階に回転速度を調節自在する駆動手段を備えて構成され、
前記センサが、前記流路の圧力を計測する圧力センサと、前記流路の温度を計測する温度センサと、前記流路の流量を計測する流量センサとの何れかを用いて構成され、
前記制御手段は、前記センサが圧力センサの場合には計測される圧力が高く、前記センサが温度センサの場合には計測される温度が高く、前記センサが流量センサの場合には計測される流量が多いほどファンを正転方向に高速回転させると共に、前記センサが圧力センサの場合に計測される圧力が設定値より低下し、前記センサが温度センサの場合に計測される温度が設定値より低下し、前記センサが流量センサの場合に計測される流量が設定値より低下した際に、ファンを逆転方向に設定速度で回転させるよう制御形態が設定されている請求項１記載の焼却装置。
前記蒸気溜めからの蒸気を復水器に対して導く副流路、あるいは、前記エネルギー利用機構に対する蒸気供給側からの蒸気を復水器に導くバイパス流路を形成すると共に、この副流路、あるいは、バイパス流路に対して蒸気の流れを制御する弁機構を備え、前記制御手段は前記ファンを逆転方向へ回転させる制御を行うと同時に弁機構を開放操作して復水器に蒸気を供給して該復水器の過冷却を抑制するよう制御形態が設定されている請求項１又は２記載の焼却装置。