JP5187732B2 - 加圧流動焼却設備及び加圧流動焼却設備の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、加圧流動焼却設備及び加圧流動焼却設備の運転方法に関するものである。より詳しくは、高含水率の被処理物を加圧下で流動燃焼し、この燃焼により発生した排ガスによってタービンを駆動し、このタービンの駆動によってコンプレッサーを駆動し、このコンプレッサーの駆動によって圧縮された空気を加圧流動炉内に供給する構成とされた加圧流動焼却設備及び加圧流動焼却設備の運転方法に関するものである。

現在、石炭を燃料とする加圧流動床複合発電プラントが実用化されており、通常、プラントの立上げ時においては、タービンの過給機を電動機として使用して所定の圧力、温度まで起動している。もっとも、このように過給機を電動機として使用するシステムにおいては、過給機を起動用ブロワとして利用することができないため、大容量の起動用ブロワを別途備える場合が多い。

ところで、タービンの排気を有効利用する方法として、本出願人は、特許文献１を開示した。しかしながら、特許文献１は、タービンの駆動によってコンプレッサーを駆動し、このコンプレッサーの駆動によって圧縮空気を生成し、この圧縮空気を有効利用することについては開示していない。

もっとも、コンプレッサーの駆動によって圧縮された空気の利用に関して、本出願人は、当該圧縮空気を加圧流動炉内に供給する特許文献２を開示した。しかしながら、被処理物が下水汚泥等の高含水率である場合は、加圧流動炉で発生した排ガスに水蒸気が含まれるため、加圧流動炉で必要な空気量以上に圧縮空気が発生することとなる。下水汚泥のような高含水率物（７８〜８５質量％）を燃焼する場合に、可燃分だけを燃焼させるために空気を１００供給したとすると、排ガス中に水分が４０〜５０質量％程度含まれるので、タービンに導入される排ガスは１６０〜１８０となる。過給機効率等を考慮してもコンプレッサーで圧縮される空気は１３０〜１５０となる。したがって、加圧流動炉で必要となる燃焼空気１００を差し引いても３０〜５０の余剰が生じる。以下、この余剰となる加圧空気を、単に「余剰空気」ともいう。

この点、当業者の通常の発想によれば、当該余剰空気は、下水処理設備に通常備わる曝気槽などにおいて利用することになる。しかしながら、曝気槽などは、通常、加圧流動焼却設備から離れた場所に存在するため、余剰空気を送るための流路が長くなり、その分、圧力損失が増える。したがって、エネルギーの有効利用という観点からは、余剰空気を加圧流動焼却設備系内で利用することが望まれる。
特開平９−８９２３２号公報 特開２００７−１７０７０５号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、コンプレッサーの駆動によって圧縮された余剰空気を加圧流動焼却設備系内で有効利用すること、好ましくは同時に設備コストやランニングコストを低減させることにある。

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
高含水率の被処理物を加圧下で流動燃焼させる加圧流動炉と、この燃焼により発生した排ガスによって前記加圧流動炉に供給する空気を予熱する空気予熱器と、前記燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン及びこのタービンによって駆動され前記加圧流動炉内に供給する空気を圧縮するコンプレッサーを有する過給機と、前記タービンで膨張した排ガスから熱回収して大気中に放出する前の排ガスに混入する白煙防止用空気を予熱する白煙防止用予熱器と、この白煙防止用予熱器を通った前記大気中に放出する前の排ガスの清浄化を行う排煙処理塔と、を備えた加圧流動焼却設備であって、
前記コンプレッサーで圧縮された空気を前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路と、前記空気予熱器から前記加圧流動炉内に供給する経路と、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路から分岐して前記白煙防止用予熱器に連なる分岐経路と、を有し、
前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路の前記分岐経路分岐点より上流側に前記空気予熱器に供給する経路内の圧力を測定する圧力計を設け、前記分岐経路内に前記圧力計の測定値に応じて開度を調整する調整弁を設け、
この分岐経路を通して前記圧縮空気が前記白煙防止用空気として前記白煙防止用予熱器に導かれ、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路内の圧力に応じて前記加圧流動炉に導く圧縮空気と前記白煙防止用予熱器に導く白煙防止用空気の割合を調整する構成とした、
ことを特徴とする加圧流動焼却設備。

＜請求項２記載の発明＞
別途、前記白煙防止用予熱器の白煙防止用空気送気用ブロワを備えていない、請求項１記載の加圧流動焼却設備。

＜請求項３記載の発明＞
前記コンプレッサーにその吸込み側に設けた起動用ブロワを介して空気を供給する経路と、前記コンプレッサーと起動用ブロワの間から分岐して前記コンプレッサーの吸引力により前記コンプレッサーに対して外部空気を供給する経路とを有し、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路から分岐して、前記加圧流動炉の始動用バーナーに連なる分岐経路とを有し、
前記加圧流動炉の立上げの際に、前記起動用ブロワから供給された空気を、前記コンプレッサーを通して前記加圧流動炉内に加圧空気を供給し、かつ、前記分岐経路を通して前記加圧空気を前記始動用バーナーの燃焼用空気として供給し、
安定運転時には、起動用ブロワを停止したのち、前記コンプレッサーと前記起動用ブロワの間の経路から分岐した経路を介して前記コンプレッサーの吸引力により供給された外部空気を、前記コンプレッサーを通して前記加圧流動炉内に加圧空気を供給し、かつ、前記分岐経路を通して前記加圧空気を前記始動用バーナーの燃焼用空気として供給するように構成した、請求項１又は請求項２記載の加圧流動焼却設備。

＜請求項４記載の発明＞
高含水率の被処理物を加圧下で流動燃焼させる加圧流動炉と、この燃焼により発生した排ガスによって前記加圧流動炉に供給する空気を予熱する空気予熱器と、前記燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン及びこのタービンによって駆動され前記加圧流動炉内に供給する空気を圧縮するコンプレッサーを有する過給機と、前記タービンで膨張した排ガスから熱回収して大気中に放出する前の排ガスに混入する白煙防止用空気を予熱する白煙防止用予熱器と、この白煙防止用予熱器を通った前記大気中に放出する前の排ガスの清浄化を行う排煙処理塔と、を備えた加圧流動焼却設備の運転方法であって、
前記コンプレッサーで圧縮された空気を、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路と、前記空気予熱器から前記加圧流動炉内に供給する経路とを介して前記加圧流動炉内に供給するとともに、
前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路から分岐する分岐経路を介して、前記白煙防止用予熱器に前記白煙防止用空気として導き、
前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路の前記分岐経路分岐点より上流側に前記空気予熱器に供給する経路内の圧力を測定する圧力計の測定値に応じて前記分岐経路に設けた調整弁の開度を調整し、
この分岐経路を通して前記圧縮空気が前記白煙防止用空気として前記白煙防止用予熱器に導かれ、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路内の圧力に応じて前記加圧流動炉に導く圧縮空気と前記白煙防止用予熱器に導く白煙防止用空気の割合を調整する
ことを特徴とする加圧流動焼却設備の運転方法。

＜請求項５記載の発明＞
前記コンプレッサーにその吸込み側に設けた起動用ブロワを介して空気を供給する経路と、前記コンプレッサーと起動用ブロワの間から分岐して前記コンプレッサーの吸引力により前記コンプレッサーに対して外部空気を供給する経路とを有し、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路から分岐して、前記加圧流動炉の始動用バーナーに連なる分岐経路とを有し、
前記加圧流動炉の立上げの際に、前記起動用ブロワから供給された空気を、前記コンプレッサーを通して前記加圧流動炉内に加圧空気を供給し、かつ、前記分岐経路を通して前記加圧空気を前記始動用バーナーの燃焼用空気として供給し、
安定運転時には、起動用ブロワを停止したのち、前記コンプレッサーと前記起動用ブロワの間の経路から分岐した経路を介して前記コンプレッサーの吸引力により供給された外部空気を、前記コンプレッサーを通して前記加圧流動炉内に加圧空気を供給し、かつ、前記分岐経路を通して前記加圧空気を前記始動用バーナーの燃焼用空気として供給するように構成した、請求項４記載の加圧流動焼却設備の運転方法。

本発明によれば、コンプレッサーの駆動によって圧縮された余剰空気を加圧流動焼却設備系内で有効利用すること、同時に設備コストやランニングコストを低減させることができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態の加圧流動焼却設備は、図１に示すように、高含水率の被処理物Ｓを燃焼させる加圧流動炉１０と、この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン４１及びこのタービン４１によって駆動され、加圧流動炉１０内に供給する空気を圧縮するコンプレッサー４２を有する過給機４０と、を備えている。

加圧流動炉１０には、バイオマスや都市ゴミ、下水汚泥の脱水ケーキ等の高含水率の、例えば、含水率７８〜８５質量％の被処理物Ｓが供給口から供給されるとともに、始動時において下部の始動用バーナー１２から燃焼のための燃料及び燃焼用空気が供給されるようになっている。加圧流動炉１０の下部からは、後述するように、圧縮空気が吹き込まれ、その流動化エネルギーによって被処理物Ｓが流動されながら、燃焼焼却されるようになっている。

この燃焼焼却により発生した排ガスは、流路７１を通して空気予熱器２０に送られ、その後に流路７２を通してバグフィルタやセラミックフィルタなどの集塵機３０を通った後に、流路７３を通して過給機４０のタービン４１に導かれる。
この過給機４０では、排ガスによってタービン４１が駆動され、これに連結されたコンプレッサー４２も駆動される。タービン４１で膨張した排ガスは、流路７４を通して白煙防止用予熱器５０に導かれた後、流路７５を通して排煙処理塔６０に導かれ、この排煙処理塔６０で清浄化された後に煙突６２から大気中に放出される。

ただし、タービン４１で膨張した排ガスは、白煙防止用予熱器５０に導くに先立って、図２に示すように、流路７４Ａを通して蒸気ボイラ６５に導くのが好ましい。この蒸気ボイラ６５に導かれる排ガスは、例えば、４００〜４５０℃、０．０２〜０．０５ＭＰａの高温・高圧であり、したがって、熱回収して蒸気を生成することができる。この蒸気ボイラ６５で生成された蒸気は、流路７４Ｂを通して、タービン４１上流の排ガス処理系に、図示例では加圧流動炉１０からの排ガスを集塵機３０からタービン４１に導く流路７３に導き、もって当該蒸気を流路７３内の排ガスに混入する。これにより、タービン４１に導かれる排ガスの量が増えるため、コンプレッサー４２で圧縮される空気の量も増え、本加圧流動焼却設備全体の熱効率向上となる。
タービン４１上流の排ガス処理系としては、図示例のように排ガスを集塵機３０からタービン４１に導く流路７３のほか、例えば、排ガスを加圧流動炉１０から空気予熱器２０に導く流路７１、排ガスを空気予熱器２０から集塵機３０に導く流路７２、加圧流動炉１０、空気予熱器２０、集塵機３０などを例示することができる。なお、空気予熱器２０は、排ガスのもっている熱により、加圧流動炉１０内に供給する圧縮空気を予熱するためのものである。

ところで、本形態においては、図１に示すように、コンプレッサー４２に対して起動用ブロワ４３が設けられている。この起動用ブロワ４３からの空気は、切替え弁４４を有する流路７６を通してコンプレッサー４２に送り、このコンプレッサー４２で圧縮して、圧縮空気とする。この圧縮空気は、流路７７及び流路７８を通して空気予熱器２０に導き、更に流路７９を通して加圧流動炉１０内に供給する。また、流路７７からは、加圧流動炉１０の始動用バーナー１２に連なる分岐経路８０が分岐している。当該圧縮空気は、加圧流動炉１０のほか、この分岐経路８０を通して始動用バーナー１２に燃焼用空気として供給される。ここで、分岐経路８０を設ける利点について、説明する。
すなわち、１年当たり１〜２回程度（多くとも数回）の立上げ運転だけのために、始動用バーナー１２に燃焼用空気を送るための専用ブロワを設けることは、不経済であり、設備の高騰を招くだけである。特に、加圧流動炉１０が所定の加圧状態の安定運転に達するまで容量的に大きい加圧流動炉に対して燃焼用空気を送り込むためには、専用ブロワを大型化するほかない。加圧流動炉１０の圧力は、立上げ当初は低圧であるが、時間の経過とともに高圧にする必要がある。したがって、専用ブロワは、立上げ当初の低吐出圧力・低送風量から時間経過後の高吐出圧力・高送風量まで対応可能な容量を備えている必要があり、専用ブロワが大型化するのである。しかるに、本形態の加圧流動焼却設備は、コンプレッサー４２に対して設けられた起動用ブロワ４３からの空気を、コンプレッサー４３を通して圧縮して加圧流動炉１０に供給する経路（流路７７〜７９）のほか、この経路から分岐して加圧流動炉１０の始動用バーナー１２に連なる分岐経路（流路８０）を有し、加圧流動炉１０の立上げの際に、圧縮空気を、（加圧流動炉１０のほか）分岐経路を通して始動用バーナー１２に燃焼用空気として供給するものである。その結果、時間の経過に伴う燃焼の進行によって昇温し、加圧流動炉１０内の圧力が上昇すると、コンプレッサー４２の圧縮比が高くなり、コンプレッサー４２で圧縮された空気の圧力は加圧流動炉１０内の圧力よりも常に高くなる（加圧流動炉１０内の流動部での圧力損失分を超える圧力分だけ高くなる）。そして、加圧流動炉１０内の圧力上昇に伴って、コンプレッサー４２出口側の風量も増加する。その結果、容量の小さい起動用ブロワ４３であっても、時間経過後において高吐出圧力・高送風量を確保することができる。したがって、図１に符号４３Ａとして仮定的に図示した始動用バーナー１２についての燃焼用空気を送るために専用ブロワを使用しないか、きわめて小型のもので足りるものとなり、設備コストやランニングコストを低減させることができる。また、加圧流動炉１０内の圧力と、加圧流動炉１０内へ燃焼用空気として吹き込む圧縮空気の圧力が連動しているので、始動用バーナー１２における燃焼用空気量制御が容易になる利点もある。

一方、白煙防止用予熱器５０は、従来の形態においては、符号５２Ａとして仮定的に図示した白煙防止ファンから送り込まれ大気中に放出する前の排ガスに混入する白煙防止用空気を、タービン４１で膨張した排ガスから熱回収して予熱するものである。この予熱された白煙防止用空気によって、排煙処理塔６０からの清浄空気が煙突６２において加熱され、白煙が発生しないようになる。排煙処理塔６０は、白煙防止用予熱器５０を通った大気中に放出する前の排ガスの最終的な清浄化を図るものであり、湿式集塵方式などが採用される。

ここで、本実施の形態においては、白煙防止ファン５２Ａが備えられておらず、コンプレッサー４２で圧縮された空気を加圧流動炉１０内に供給する流路７７から分岐して白煙防止用予熱器５０に連なる分岐経路たる流路５２が備えられている。そして、この流路５２を通して圧縮空気が白煙防止用空気として白煙防止用予熱器５０に導かれる。前述したように被処理物Ｓが高含水率である場合は、高圧流動炉１０からの排ガスに水蒸気が含まれるため、コンプレッサー４２の駆動によって圧縮される空気の量も増え、この圧縮空気を加圧流動炉１０内に供給するのみでは余剰が生じる。なお、始動用バーナー１２の燃焼用空気としての使用は、立上げ運転時におけるものである。しかしながら、本形態においては、当該余剰空気が白煙防止用空気として有効利用される。この白煙防止用空気としての利用は、加圧流動焼却設備系内での利用であり、また、白煙防止ファン５２Ａを使用しないか、きわめて小型のものとすることができるため、設備コストやランニングコストを低減させることができる。この余剰空気の利用に関しては、圧縮空気が通る流路７７に圧力計７７Ａを設け、この圧力計７７Ａで測定された圧力によって流路５２に備わる調節弁４７の開度を調節し、もって加圧流動炉１０に導く圧縮空気と白煙防止用予熱器５０に導く圧縮空気との割合を調節することができる。

一方、本形態においては、本設備周りの外部空気Ａをコンプレッサー４２に導く切替え弁４５を有する供給流路８１が設けられている。立上げ運転時においては、起動用ブロワ４３からコンプレッサー４２に空気を送り込み、所定の温度・圧力、例えば、タービン４１の入口温度が３５０℃以上、圧力が０．１１〜０．１５ＭＰａの条件を指標とした安定運転になった時点で、切替え弁４４を閉じ、その代わりに切替え弁４５を開として供給流路８１を通して外部空気Ａをコンプレッサー４２に送り込む。以後、この条件が続行される。

従来、焼却に用いられている加圧を行わない気泡流動炉では、常時流動用ブロワを運転し続け、また、煙突６２から強制的に排気するための誘引ファンの設置が必要であるのに対し、本形態に係る加圧流動焼却設備では、起動時に起動用ブロワ４３を使用するのみで足りるのでランニングコストが低減し、誘引ファンの設置が不要となる利点がある。
加圧流動炉１０の運転条件に限定はないが、０．１〜０．３ＭＰａ程度に加圧し、ダイオキシン発生防止の観点から８００〜８５０℃程度の温度条件にすることが望ましい。

加圧流動焼却設備の構成例の説明図である。 加圧流動焼却設備の変形構成例の説明図である。

１０…加圧流動炉、１２…始動用バーナー、２０…空気予熱器、３０…集塵機、４０…過給機、４１…タービン、４２…コンプレッサー、４３…起動用ブロワ、５０…白煙防止用予熱器、６０…排煙処理塔、６５…蒸気ボイラ、Ｓ…被処理物。

Claims (5)

1. 高含水率の被処理物を加圧下で流動燃焼させる加圧流動炉と、この燃焼により発生した排ガスによって前記加圧流動炉に供給する空気を予熱する空気予熱器と、前記燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン及びこのタービンによって駆動され前記加圧流動炉内に供給する空気を圧縮するコンプレッサーを有する過給機と、前記タービンで膨張した排ガスから熱回収して大気中に放出する前の排ガスに混入する白煙防止用空気を予熱する白煙防止用予熱器と、この白煙防止用予熱器を通った前記大気中に放出する前の排ガスの清浄化を行う排煙処理塔と、を備えた加圧流動焼却設備であって、
   前記コンプレッサーで圧縮された空気を前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路と、前記空気予熱器から前記加圧流動炉内に供給する経路と、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路から分岐して前記白煙防止用予熱器に連なる分岐経路と、を有し、
   前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路の前記分岐経路分岐点より上流側に前記空気予熱器に供給する経路内の圧力を測定する圧力計を設け、前記分岐経路内に前記圧力計の測定値に応じて開度を調整する調整弁を設け、
   この分岐経路を通して前記圧縮空気が前記白煙防止用空気として前記白煙防止用予熱器に導かれ、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路内の圧力に応じて前記加圧流動炉に導く圧縮空気と前記白煙防止用予熱器に導く白煙防止用空気の割合を調整する構成とした、
   ことを特徴とする加圧流動焼却設備。
2. 別途、前記白煙防止用予熱器の白煙防止用空気送気用ブロワを備えていない、請求項１記載の加圧流動焼却設備。
3. 前記コンプレッサーにその吸込み側に設けた起動用ブロワを介して空気を供給する経路と、前記コンプレッサーと起動用ブロワの間から分岐して前記コンプレッサーの吸引力により前記コンプレッサーに対して外部空気を供給する経路とを有し、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路から分岐して、前記加圧流動炉の始動用バーナーに連なる分岐経路とを有し、
   前記加圧流動炉の立上げの際に、前記起動用ブロワから供給された空気を、前記コンプレッサーを通して前記加圧流動炉内に加圧空気を供給し、かつ、前記分岐経路を通して前記加圧空気を前記始動用バーナーの燃焼用空気として供給し、
   安定運転時には、起動用ブロワを停止したのち、前記コンプレッサーと前記起動用ブロワの間の経路から分岐した経路を介して前記コンプレッサーの吸引力により供給された外部空気を、前記コンプレッサーを通して前記加圧流動炉内に加圧空気を供給し、かつ、前記分岐経路を通して前記加圧空気を前記始動用バーナーの燃焼用空気として供給するように構成した、請求項１又は請求項２記載の加圧流動焼却設備。
4. 高含水率の被処理物を加圧下で流動燃焼させる加圧流動炉と、この燃焼により発生した排ガスによって前記加圧流動炉に供給する空気を予熱する空気予熱器と、前記燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン及びこのタービンによって駆動され前記加圧流動炉内に供給する空気を圧縮するコンプレッサーを有する過給機と、前記タービンで膨張した排ガスから熱回収して大気中に放出する前の排ガスに混入する白煙防止用空気を予熱する白煙防止用予熱器と、この白煙防止用予熱器を通った前記大気中に放出する前の排ガスの清浄化を行う排煙処理塔と、を備えた加圧流動焼却設備の運転方法であって、
   前記コンプレッサーで圧縮された空気を、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路と、前記空気予熱器から前記加圧流動炉内に供給する経路とを介して前記加圧流動炉内に供給するとともに、
   前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路から分岐する分岐経路を介して、前記白煙防止用予熱器に前記白煙防止用空気として導き、
   前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路の前記分岐経路分岐点より上流側に前記空気予熱器に供給する経路内の圧力を測定する圧力計の測定値に応じて前記分岐経路に設けた調整弁の開度を調整し、
   この分岐経路を通して前記圧縮空気が前記白煙防止用空気として前記白煙防止用予熱器に導かれ、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路内の圧力に応じて前記加圧流動炉に導く圧縮空気と前記白煙防止用予熱器に導く白煙防止用空気の割合を調整する
   ことを特徴とする加圧流動焼却設備の運転方法。
5. 前記コンプレッサーにその吸込み側に設けた起動用ブロワを介して空気を供給する経路と、前記コンプレッサーと起動用ブロワの間から分岐して前記コンプレッサーの吸引力により前記コンプレッサーに対して外部空気を供給する経路とを有し、前記コンプレッサーから前記空気予熱器に供給する経路から分岐して、前記加圧流動炉の始動用バーナーに連なる分岐経路とを有し、
   前記加圧流動炉の立上げの際に、前記起動用ブロワから供給された空気を、前記コンプレッサーを通して前記加圧流動炉内に加圧空気を供給し、かつ、前記分岐経路を通して前記加圧空気を前記始動用バーナーの燃焼用空気として供給し、
   安定運転時には、起動用ブロワを停止したのち、前記コンプレッサーと前記起動用ブロワの間の経路から分岐した経路を介して前記コンプレッサーの吸引力により供給された外部空気を、前記コンプレッサーを通して前記加圧流動炉内に加圧空気を供給し、かつ、前記分岐経路を通して前記加圧空気を前記始動用バーナーの燃焼用空気として供給するように構成した、請求項４記載の加圧流動焼却設備の運転方法。

Images