JP5482792B2 - 有機性廃棄物処理システム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、有機性廃棄物処理システム及び方法に関する。
本願は、２００９年８月７日に、日本に出願された特願２００９−１８４５６３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
下水汚泥の排出量は年々増加しており、その内の約７０％は焼却処理されている。下水汚泥は、それを燃焼させた際に他の燃料と比べて窒素含有量が非常に高く、焼却処理によって大量のＮ２Ｏ及びＮＯｘが排出されることが懸念されている。
近年、このような下水汚泥の処理システムとして、過給式流動燃焼システムが注目されている。この過給式流動燃焼システムは、下水汚泥を燃焼炉（例えば加圧流動炉）に供給して燃焼させ、燃焼炉から排出される燃焼排ガスによって過給機を回転駆動することで圧縮空気を生成し、この圧縮空気を燃焼炉に供給して下水汚泥の燃焼を促進させるシステムである（例えば、下記特許文献１参照）。
このような過給式流動燃焼システムは、従来の常圧式流動燃焼システムと比べて、下水汚泥の燃焼効率が向上するため、燃焼排ガス中に含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘを低減でき、また、システム構成を簡略化できるため、システムコストの削減及び省電力化を図ることができるというメリットがある。
ところで、下水汚泥に限らず、窒素を多量に含む燃料を燃焼させることで生じるＮ２ＯとＮＯｘの排出量は、炉内温度に対してトレードオフの関係にあるため（即ち、炉内温度が高くなるとＮ２Ｏ排出量は低下する一方、ＮＯｘ排出量は高くなり、炉内温度が低くなるとＮ２Ｏ排出量は高くなる一方、ＮＯｘ排出量は低くなる）、Ｎ２ＯとＮＯｘの排出量がそれぞれ所望の値となるように、両者のバランスを考慮しながら燃焼炉の運転制御を適切に行う必要がある。
例えば、下記特許文献２には、主に石炭を燃料とする加圧流動床ボイラにおいて、燃料中の窒素含有量と、燃焼排ガスの温度と、燃焼排ガス中の酸素分圧とに基づいて燃焼排ガス中の窒素酸化物量（Ｎ２ＯとＮＯｘ）を演算し、その演算結果に基づいて燃焼排ガス温度を制御することにより、Ｎ２ＯとＮＯｘの排出量をバランス良く低減する技術が開示されている。
また、下記特許文献３には、主に石炭を燃料とする循環流動層ボイラにおいて、燃焼室の高さ方向に沿って３段階に燃焼空気を供給して段階的に燃焼を起こすことにより、Ｎ２ＯとＮＯｘの排出量をバランス良く低減する技術が開示されている。
さらに、下記特許文献４には、特に温室効果ガスとして作用するＮ２Ｏの排出量を低減することを目的として、汚泥を循環流動炉に供給して燃焼させ、循環流動炉から排出される燃焼排ガスを後段の後燃焼炉に送り、当該後燃焼炉内において所定空気比の燃焼用空気を供給することにより、局所高温場を形成してＮ２Ｏを分解する局所高温場形成ゾーンと、未燃分を完全燃焼させる完全燃焼ゾーンとを順次形成する技術が開示されている。
特許第３７８３０２４号公報 特開平１１−１３２４１３号公報 特開平５−３４０５０９号公報 特開２００９−１３９０４３号公報
上記特許文献２及び３の技術は、主に石炭を燃料として燃焼させた場合に生じるＮ２ＯとＮＯｘの排出量を低減するものである。しかしながら、過給式流動燃焼システムで燃料として使用される下水汚泥は、水分を約８０％含有しているため燃焼排ガス中の蒸気濃度が約４０％となり、また、高窒素含有燃料であるため窒素放出の形態が石炭と異なる。従って、上記特許文献２及び３の技術を、下水汚泥を燃料とする処理システムに適用することは困難である。
一方、上記特許文献４の技術は、燃料として下水汚泥を用いるものであるが、下水汚泥の燃焼により生じるＮ２Ｏ及びＮＯｘの内、温室効果ガスとして作用するＮ２Ｏの排出量低減に特化した技術であり、Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの両者の排出量をバランス良く低減する技術ではない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、有機性廃棄物を燃焼させた場合に生じるＮ２Ｏ及びＮＯｘの排出量をバランス良く低減することが可能な有機性廃棄物処理システム及び方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る有機性廃棄物処理システムは、有機性廃棄物を燃焼させる加圧流動層燃焼炉と、前記加圧流動層燃焼炉から排出される燃焼排ガスを利用して圧縮空気を生成する過給機とを備え、前記加圧流動層燃焼炉に供給する燃焼空気として前記圧縮空気を用いる有機性廃棄物処理システムであって、前記加圧流動層燃焼炉における流動層より上層部のうち、前記流動層側に偏った位置に、前記加圧流動層燃焼炉内の圧力に応じた位置に生じる前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域が含まれるように設定される炉内温度監視領域と、前記加圧流動層燃焼炉の前記炉内温度監視領域に亘って炉内温度分布を計測可能とする温度センサと、前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるように、前記圧縮空気の一部を冷却用圧縮空気として前記温度センサの計測結果に応じて前記局所的高温域に向けて斜め上向きに吹き付け可能とする複数の給気ポートと、を備えることを特徴とする。前記所定値とは、任意に定めることができる値であり、本発明によれば、燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度を前記任意の値以下となるように調節することができる。かかる所定値は、本発明に係る有機性廃棄物処理システムを設置する地域の環境基準等を参考にして定めることができる。例えば、日本におけるＮＯｘの排出量に関する基準値が２５０ｐｐｍ（出口Ｏ２濃度:１２％）であるため、前記ＮＯｘ濃度の所定値としては、２５０ｐｐｍ（出口Ｏ２濃度:１２％）以下とすることが好ましく、１００ｐｐｍ（出口Ｏ２濃度:１２％）以下とすることがより好ましい。また、前記Ｎ２Ｏ排出係数の所定値は６４５ｇ（脱水汚泥１ｔあたり）以下とすることが好ましい。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムは、前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出する濃度センサと、各々の前記給気ポートへの前記冷却用圧縮空気の供給量を規制する複数のバルブと、前記濃度センサの出力信号を基に前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を監視すると共に、前記温度センサの出力信号を基に前記炉内温度分布を把握して前記局所的高温域の発生位置を監視し、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなった場合に前記複数のバルブのうち所定のバルブの開度を制御することで、前記給気ポートから前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの濃度、及び検出された前記ＮＯｘの濃度と、予め把握しているＮ ２ Ｏ濃度とＮＯｘ濃度との関係と、から求められるＮ ２ Ｏ濃度が所定値以下となった場合に前記所定のバルブを全閉状態に制御することで、前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止する制御装置と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムは、前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度を検出する濃度センサと、各々の前記給気ポートへの前記冷却用圧縮空気の供給量を規制する複数のバルブと、前記濃度センサの出力信号を基に前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度を監視すると共に、前記温度センサの出力信号を基に前記炉内温度分布を把握して前記局所的高温域の発生位置を監視し、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなった場合に前記複数のバルブのうち所定のバルブの開度を制御することで、前記給気ポートから前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となった場合に前記所定のバルブを全閉状態に制御することで、前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止する制御装置と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムは、各々の前記給気ポートへの前記冷却用圧縮空気の供給量を規制する複数のバルブと、前記温度センサの出力信号を基に前記炉内温度分布を把握して前記局所的高温域の発生位置及びその温度を監視し、事前に把握している前記局所的高温域の温度とＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度との関係に基づいて、前記局所的高温域の温度が、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなるような値に到達した場合に前記複数のバルブのうち所定のバルブの開度を制御することで、前記給気ポートから前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記局所的高温域の温度が、前記Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるような値に到達した場合に前記所定のバルブを全閉状態に制御することで、前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止する制御装置と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムにおいて、前記給気ポートは、前記冷却用圧縮空気の吹き付けによって前記加圧流動層燃焼炉内に旋回流が発生するように配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムにおいて、前記冷却用圧縮空気の供給量をバイアス率で調整することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムにおいて、前記過給機にて生成される圧縮空気の内、余剰圧縮空気の一部を前記冷却用圧縮空気として利用することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムにおいて、前記燃焼排ガスを利用してさらに前記燃焼炉に供給する圧縮空気を生成する第２の過給機を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムにおいて、前記燃焼排ガスを利用して発電する発電手段を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムにおいて、前記過給機から排気された前記燃焼排ガスを利用して蒸気を生成するボイラを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムにおいて、前記過給機あるいは／及び前記発電手段から排気された前記燃焼排ガスを利用して蒸気を生成するボイラを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムにおいて、前記ボイラによって生成された蒸気を利用して発電する第２の発電手段を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理システムにおいて、前記燃焼排ガスと前記圧縮空気とを熱交換する熱交換器を備えることを特徴とする。
一方、本発明に係る有機性廃棄物処理方法は、有機性廃棄物を加圧流動層燃焼炉に供給して燃焼させ、前記加圧流動層燃焼炉から排出される燃焼排ガスを利用して過給機を回転駆動することで圧縮空気を生成し、前記圧縮空気を燃焼空気として前記加圧流動層燃焼炉に供給して前記有機性廃棄物の燃焼を促進させる有機性廃棄物処理方法であって、前記加圧流動層燃焼炉における流動層より上層部のうち、前記流動層側に偏った位置に、前記加圧流動層燃焼炉内の圧力に応じた位置に生じる前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域が含まれるように炉内温度監視領域を設定し、前記炉内温度監視領域に亘って炉内温度分布を計測して前記局所的高温域の発生位置を監視し、前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるように、前記圧縮空気の一部を冷却用圧縮空気として、計測した前記炉内温度分布に応じて前記局所的高温域に向けて斜め上向きに吹き付けることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を監視すると共に、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなった場合に前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの濃度、及び検出された前記ＮＯｘの濃度と、予め把握しているＮ ２ Ｏ濃度とＮＯｘ濃度との関係と、から求められるＮ ２ Ｏ濃度が所定値以下となった場合に前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度を監視すると共に、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなった場合に前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となった場合に前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記局所的高温域の温度を監視し、事前に把握している前記局所的高温域の温度とＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度との関係に基づいて、前記局所的高温域の温度が、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなるような値に到達した場合に前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記局所的高温域の温度が、前記Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるような値に到達した場合に前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記冷却用圧縮空気の吹き付けによって前記加圧流動層燃焼炉内に旋回流を発生させることを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記冷却用圧縮空気の供給量をバイアス率で調整することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記過給機にて生成される圧縮空気の内、余剰圧縮空気の一部を前記冷却用圧縮空気として利用することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、第２の過給機に前記燃焼排ガスを供給して、さらに前記燃焼炉に供給する圧縮空気を生成することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記燃焼排ガスを利用して発電することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記過給機から排気された前記燃焼排ガスを利用して蒸気を生成することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記過給機あるいは／及び前記発電に利用された前記燃焼排ガスを利用して蒸気を生成することを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記蒸気を利用して発電を行うことを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃棄物処理方法において、前記燃焼排ガスと前記圧縮空気とを熱交換させることを特徴とする。
本発明によれば、燃焼炉から排出される燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるように、圧縮空気の一部を冷却用圧縮空気として燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付けるため、燃焼させた場合に生じるＮ２Ｏ及びＮＯｘの排出量をバランス良く低減することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る有機性廃棄物処理システム１の構成概略図である。 加圧流動層燃焼炉１１における各段の給気ポート１１ｃの設置状態を示す平面図である。 加圧流動層燃焼炉と常圧流動層燃焼炉とのＮＯｘ濃度（相対値）の比較結果を示す図である。 加圧流動層燃焼炉と常圧流動層燃焼炉とのＮ２Ｏ排出係数（相対値）の比較結果を示す図である。 加圧流動層燃焼炉と常圧流動層燃焼炉との高さ方向の炉内温度分布の計測結果である。 フリーボード温度（炉内温度）に対するＮ２ＯとＮＯｘの排出量を示す図である。 各圧力について、炉内温度（フリーボード温度）と高さ方向の位置との関係をシミュレーションにより求めた結果である。 制御装置１７の運転制御動作を示すフローチャートである。 余剰圧縮空気Ｘ３ｂの一部を冷却用圧縮空気Ｘ３ｄとして利用した場合のシステム構成図である。 過給機１４を複数個（２個）備えた有機性廃棄物処理システム１（変形例１における有機性廃棄物処理システム１）の構成図である。 燃焼排ガスＸ４を利用して発電を行う有機性廃棄物処理システム１（変形例２における有機性廃棄物処理システム１）の構成図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、本発明に係る有機性廃棄物処理システムとして、下水汚泥を燃焼炉に供給して燃焼させ、燃焼炉から排出される燃焼排ガスによって過給機を回転駆動することで圧縮空気を生成し、この圧縮空気を燃焼炉に供給して下水汚泥の燃焼を促進させる過給式流動燃焼システムを例示して説明する。
図１は、本実施形態における有機性廃棄物処理システム１の構成概略図である。この図１において、符号１１は加圧流動層燃焼炉、符号１２は空気予熱器、符号１３は高温集塵機、符号１４は過給機、符号１５は白煙防止機、符号１６はガス処理塔、符号１７は制御装置である。なお、この図１において、実線の矢印は下水汚泥または気体の流れを示し、波線の矢印は電気信号の流れを示している。
本実施形態における有機性廃棄物処理システム１は、例えば下水処理場において水分及び窒素を多量に含有する下水汚泥（以下、汚泥と略す）Ｘ１を燃焼させることによって処理するものである。なお、本実施形態における有機性廃棄物処理システム１の加圧流動層燃焼炉１１は、一日当り３０〜５００ｔ程度の汚泥Ｘ１を処理する能力を有しており、本実施形態における有機性廃棄物処理システム１は、このような汚泥Ｘ１の処理能力が３０〜５００ｔ／日程度の加圧流動層燃焼炉１１に対して特にエネルギ効率が高いシステム構成を有している。
加圧流動層燃焼炉１１は、流動媒体として所定の粒径を有する固体粒子（例えば砂）が炉内下部に充填された流動層燃焼炉であり、炉内底部に供給される燃焼用圧縮空気Ｘ３ｃ（過給機１４にて生成される圧縮空気Ｘ３の一部）によって流動層（砂層）の流動状態を維持しつつ、外部から供給される燃焼可能な有機物である汚泥Ｘ１及び必要に応じて供給される補助燃料Ｘ２を燃焼させるものである。これら可燃物の燃焼によって発生する燃焼排ガスＸ４は、加圧流動層燃焼炉１１の上部に設けられた排ガス出口から排出され、後段の空気予熱器１２へ送出される。また、加圧流動層燃焼炉１１に対する燃焼用圧縮空気Ｘ３ｃの供給量は、燃焼用空気電動バルブＶ１の開度によって制御可能となっている。
なお、補助燃料Ｘ２としては重油、灯油あるいは都市ガスや石炭等の可燃物質が挙げられるが、上記燃焼用圧縮空気Ｘ３ｃの圧力及び温度が充分に高い場合や汚泥Ｘ１の保有エネルギが高い場合には、補助燃料Ｘ２を加圧流動層燃焼炉１１に供給しなくとも汚泥Ｘ１を連続的に燃焼させることが可能である。なお、加圧流動層燃焼炉１１は、円筒形状をしていてもよい。
この加圧流動層燃焼炉１１の排ガス出口には、排出される燃焼排ガスＸ４に含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度（或いはＮＯｘの濃度のみ）を検出し、その検出結果を示す電気信号（以下、濃度検出信号と称す）を制御装置１７に出力する濃度センサ１１ａが設置されている。
また、加圧流動層燃焼炉１１のフリーボード内には、高さ方向に対して炉内温度監視領域Ｗが設定されており、その炉内温度監視領域Ｗの内壁面には、例えば熱電対等の温度センサ１１ｂが、高さ方向に沿って所定間隔で複数設けられている。ここで、フリーボードとは、加圧流動層燃焼炉１１の内部において流動層（砂層）の上層部を指す。これら温度センサ１１ｂは、それぞれの設置位置における炉内温度を示す電気信号（以下、温度検出信号と称す）を制御装置１７に出力する。つまり、これら温度センサ１１ｂによって、加圧流動層燃焼炉１１の炉内温度監視領域Ｗにおける高さ方向の炉内温度分布を計測可能である。
さらに、加圧流動層燃焼炉１１の炉内温度監視領域Ｗには、過給機１４にて生成される圧縮空気Ｘ３の一部を冷却用圧縮空気Ｘ３ｄとして炉内に吹き付け可能とする筒形状の給気ポート１１ｃが、高さ方向に沿って所定間隔で複数段設けられている。また、各段の給気ポート１１ｃに対する冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの供給量は、各段に対応して設けられた冷却用圧縮空気電動バルブＶ２の開度によって制御可能となっている。
なお、図１では、給気ポート１１ｃを高さ方向に沿って５段階に分けて設けた場合を図示しているが、高さ方向に対する給気ポート１１ｃの設置段数はこれに限定されない。
図２は、各段の給気ポート１１ｃの設置状態を示す平面図である。この図２に示すように、各段の給気ポート１１ｃは、加圧流動層燃焼炉１１の周方向に沿って複数箇所（図２では４箇所）に設置されている。また、これら給気ポート１１ｃは、炉内への冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの吹き付けによって炉内に旋回流が形成されるように、冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの出口が炉頂に向かって斜め上向きとなるように配置されている。なお、図２では、各段の給気ポート１１ｃを周方向に４箇所設置する場合を図示しているが、周方向に対する給気ポート１１ｃの設置数はこれに限定されない。
図１に戻って説明を続けると、空気予熱器１２は、加圧流動層燃焼炉１１の後段に設けられており、加圧流動層燃焼炉１１から排出される燃焼排ガスＸ４と、過給機１４から供給される圧縮空気Ｘ３ａとを間接的に熱交換することによって、圧縮空気Ｘ３ａを所定の温度まで予備加熱するものである。ここで、空気予熱器１２に供給される圧縮空気Ｘ３ａは、過給機１４にて生成される圧縮空気Ｘ３から外部に放出される余剰圧縮空気Ｘ３ｂを除いたものであり、空気予熱器１２による熱交換後は、上述した加圧流動層燃焼炉１１に供給すべき燃焼用圧縮空気Ｘ３ｃ及び冷却用圧縮空気Ｘ３ｄとして利用される。また、空気予熱器１２によって熱交換された後の燃焼排ガスＸ４は、後段の高温集塵機１３に送出される。
高温集塵機１３は、空気予熱器１２の後段に設けられており、空気予熱器１２から送出される燃焼排ガスＸ４に含まれるダストを除去し、ダスト除去後の燃焼排ガスＸ４を後段の過給機１４に送出するものである。この高温集塵機１３としては、例えばセラミックフィルタを用いることができる。また、高温集塵機１３によって捕集されたダストは、再び加圧流動層燃焼炉１１に供給して再度燃焼することもできる。
なお、上記空気予熱器１２と高温集塵機１３との配置は逆でも良い。すなわち、まず、高温集塵機１３において燃焼排ガスＸ４に含まれるダストを除去した後に、空気予熱器１２において燃焼排ガスＸ４の熱エネルギによって圧縮空気Ｘ３ａを予備加熱しても良い。
過給機１４は、高温集塵機１３の後段に設けられており、高温集塵機１３から送出される燃焼排ガスＸ４によって回転駆動されるタービン１４ａと、当該タービン１４ａの回転動力を伝達されることによって圧縮空気Ｘ３を生成するコンプレッサ１４ｂとから構成されている。この過給機１４にて生成される圧縮空気Ｘ３の一部は、余剰空気電動バルブＶ３を介して余剰圧縮空気Ｘ３ｂとして外部に放出され、残りは圧縮空気Ｘ３ａとして空気予熱器１２に供給される。また、過給機１４に供給された燃焼排ガスＸ４は、タービン１４ａの回転駆動に利用された後、後段の白煙防止機１５に送出される。余剰圧縮空気Ｘ３ｂの放出量は、余剰空気電動バルブＶ３の開度によって制御可能となっている。
この過給機１４としては、舶用のターボチャージャを用いることもできる。これは、舶用のターボチャージャが既に世の中に広く普及しており豊富な種類が用意されているためであると共に、汚れた燃焼排ガスに対応した設計がなされているためである。そして、例えば、送出圧力が４気圧程度のターボチャージャを用いた場合には、圧縮空気Ｘ３（正確には圧縮空気Ｘ３の一部）が供給される加圧流動層燃焼炉１１を４気圧程度の耐圧構造とすれば良く、容易に加圧流動層燃焼炉１１を製造することが可能となる。
白煙防止機１５は、熱交換器１５ａ及び白煙防止ファン１５ｂから構成されている。熱交換器１５ａは、過給機１４から送出される燃焼排ガスＸ４と、白煙防止ファン１５ｂから供給される白煙防止用空気Ｘ５とを間接的に熱交換することによって、燃焼排ガスＸ４を冷却するものである。この熱交換器１５ａによって熱交換された後の燃焼排ガスＸ４及び白煙防止用空気Ｘ５は、後段のガス処理塔１６に送出される。
なお、本実施形態では、気体（白煙防止用空気Ｘ５）との熱交換によって燃焼排ガスＸ４を冷却するタイプの白煙防止機１５を例示したが、液体（例えば冷却水）との熱交換によって燃焼排ガスＸ４を冷却するタイプの白煙防止機を用いても良い。
ガス処理塔１６は、白煙防止機１５の後段に設けられており、白煙防止機１５から送出される燃焼排ガスＸ４が、大気に排出可能な排ガスＸ６となるように所定のガス処理を行い、当該ガス処理によって生成された排ガスＸ６を塔頂部から大気に排出する。当該排ガスＸ６に含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が、大気に排出可能な濃度であることを確認するために、ガス処理塔１６に濃度センサ１１ａ’を設置してもよい。
制御装置１７は、濃度センサ１１ａから入力される濃度検出信号を基に、加圧流動層燃焼炉１１から排出される燃焼排ガスＸ４に含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度（或いはＮＯｘの濃度のみ）を把握すると共に、各温度センサ１１ｂから入力される温度検出信号を基に、加圧流動層燃焼炉１１の炉内温度監視領域Ｗにおける高さ方向の炉内温度分布を把握し、それらＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度（或いはＮＯｘの濃度のみ）及び炉内温度分布に基づいて、燃焼排ガスＸ４に含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度（或いはＮＯｘの濃度のみ）が所定値以下に収まるように、各々、燃焼用空気電動バルブＶ１、各段の吸気ポート毎の冷却用圧縮空気電動バルブＶ２、余剰空気電動バルブＶ３の開度を制御（つまり、余剰圧縮空気Ｘ３ｂの排気量を調節することにより、圧縮空気Ｘ３ａ、燃焼用圧縮空気Ｘ３ｃ及び所定の段の冷却用圧縮空気Ｘ３ｄ、或いは各段の冷却用圧縮空気Ｘ３ｄ’とその合計冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの供給量を制御）するものである。
以上が本実施形態における有機性廃棄物処理システム１の構成に関する説明であり、以下では、本実施形態においてこのようなシステム構成とした理由（言い換えれば、本願発明の技術思想）について説明する。
本願発明者は、過給式流動燃焼システム（特許文献１：特許第３７８３０２４号公報参照）の実証プラントを用いて、従来型（常圧式）流動燃焼システムとの燃焼特性の比較検証を実施し、過給式流動燃焼システムにおける加圧流動層燃焼炉から排出される燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度は、常圧式流動燃焼システムにおける常圧流動層燃焼炉から排出される燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度の半分以下に低減可能であるとの検証結果を得た。
図３は、加圧流動層燃焼炉と常圧流動層燃焼炉とのＮＯｘ濃度（相対値）の比較結果を示す図であり、図４は、加圧流動層燃焼炉と常圧流動層燃焼炉とのＮ２Ｏ排出係数（相対値）の比較結果を示す図である。ここで、排出係数とは、１トンの下水汚泥から排出されるＮ２Ｏ量で定義される。これら図３及び図４に示すように、加圧流動層燃焼炉のＮＯｘ濃度及びＮ２Ｏ排出係数は、共に常圧流動層燃焼炉と比べて半分以下となっており、加圧の効果により燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が半分以下となることがわかる。
ここで、本願発明者は、加圧流動層燃焼炉から排出される燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ濃度が低減される要因について検証するために、加圧流動層燃焼炉の高さ方向の炉内温度分布を計測した。図５は、加圧流動層燃焼炉と常圧流動層燃焼炉との高さ方向の炉内温度分布の計測結果である。この図５において、横軸は炉内温度（単位はケルビン〔Ｋ〕）を示し、縦軸は加圧流動層燃焼炉及び常圧流動層燃焼炉の下部に設けられた分散板の位置を起点とした高さ（単位はミリ〔ｍｍ〕）を示している。なお、図５において、常圧流動層燃焼炉のデータは、過給式流動燃焼システムの実証プラントと同規模の運転データを使用したものである。また、図５において、分散板（高さ０ｍｍ）から約１０００ｍｍ付近の高さの間に流動層（砂層）が形成されており、それより上層部がフリーボードの領域となる。
この図５において、加圧流動層燃焼炉の炉内温度分布からわかるように、分散板から３０００ｍｍ付近の高さ位置で局所的な高温域が形成されている。これは、加圧により燃焼速度が促進されたことで、砂層内で熱分解したガスが、この付近で燃焼しているものと考えられる。一方、常圧流動層燃焼炉では、加圧流動層燃焼炉よりもフリーボード内の温度上昇が緩慢であることから、熱分解ガスはフリーボード全体で燃焼していると考えられる。従って、加圧流動層燃焼炉では局所的高温域でＮ２Ｏが分解され易くなるため、Ｎ２Ｏ排出量を低減できると考えられる。
ところで、高窒素含有燃料である下水汚泥を燃焼させることで生じるＮ２ＯとＮＯｘの排出量は、炉内温度に対してトレードオフの関係にあるため、Ｎ２ＯとＮＯｘの排出量がそれぞれ所望の値となるように、両者のバランスを考慮しながら燃焼炉の運転制御を適切に行う必要があることは既に述べた。図６は、フリーボード温度（炉内温度）に対するＮ２ＯとＮＯｘの排出量を示す図である。この図６に示すように、フリーボード温度が高くなるとＮ２Ｏ排出量は低下する一方、ＮＯｘ排出量は高くなり、フリーボード温度が低くなるとＮ２Ｏ排出量は高くなる一方、ＮＯｘ排出量は低くなることがわかる。
つまり、上記のように、加圧流動層燃焼炉（過給式流動燃焼システム）では、炉内温度分布において局所的高温域が形成されるため、Ｎ２Ｏ排出量を低減できる一方、この局所的高温域の温度が高くなり過ぎると、ＮＯｘ排出量が増大して所望の値に収めることが困難になる虞がある。
そこで、本願発明者は、Ｎ２ＯとＮＯｘの排出量がそれぞれ所望の値となるように、両者のバランスを考慮しながら燃焼炉の運転制御を適切に行うために、加圧流動層燃焼炉における高さ方向の炉内温度分布を把握することで、局所的高温域の発生位置を監視し、燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの両方の濃度が所定値以下に収まるように、局所的高温域に圧縮空気を吹き付け、その局所的高温域の温度を下げるという本願発明を提案するに至った。
従って、本実施形態における加圧流動層燃焼炉１１の炉内温度監視領域Ｗは、少なくとも上述した局所的高温域が含まれるような範囲に設定する必要がある。例えば、図５からは、局所的高温域は３０００ｍｍの高さ位置に発生することがわかるため、２０００ｍｍの高さ位置から４０００ｍｍの高さ位置までの範囲を炉内温度監視領域Ｗと設定し、この炉内温度監視領域Ｗ内の高さ方向に沿って、各温度センサ１１ｂ及び各段の給気ポート１１ｃを設置することになる。
なお、本願発明者が実験及びシミュレーションした結果、局所的高温域の発生位置は下水汚泥の性状（水分含有量や窒素含有量）や酸素濃度にはほとんど影響せず、圧力によって大きく変化することがわかった。図７は、０．１ＭＰａ、０．３ＭＰａの各圧力について、炉内温度（フリーボード温度）と高さ方向の位置との関係をシミュレーションにより求めた結果である。この図７に示すように、圧力が高くなるほど、低い位置で局所的高温域が発生することがわかる。
よって、加圧流動層燃焼炉１１の運転条件（圧力条件）が一定であり、実験的に加圧流動層燃焼炉１１の局所的高温域の発生位置を予め求めることが可能であれば、上記のように炉内温度監視領域Ｗを設定して高さ方向に複数の温度センサ１１ｂ及び複数段の給気ポート１１ｃを設置する必要はなく、ピンポイントで局所的高温域の発生位置に相当する高さ位置に、１つの温度センサ１１ｂ及び１段の給気ポート１１ｃを設置することも考えられる。しかしながら、加圧流動層燃焼炉１１の運転中に外乱等により運転条件が変動することも考えられるため、局所的高温域の発生位置も変化する可能性がある。そこで、本実施形態では、上記のように加圧流動層燃焼炉１１に炉内温度監視領域Ｗを設定し、高さ方向に複数の温度センサ１１ｂ及び複数段の給気ポート１１ｃを設置することにより、炉内温度分布の計測を行って局所的高温域の発生位置を監視し、複数段のいずれかの段の給気ポート１１ｃを用いて局所的高温域を狙って圧縮空気を吹き付け、その局所的高温域の温度を下げることが可能な構成を採用している。
次に、上記のような本願発明の技術思想を前提として、本実施形態における有機性廃棄物処理システム１を用いた有機性廃棄物処理方法について説明する。
過給機１４のコンプレッサ１４ｂには、流量８１２６ｋｇ／ｈ、圧力０．１ＭＰａ（ＡＢＳ）、温度２０°Ｃ、熱量３６４ＭＪ／ｈの空気が供給される。この空気は、コンプレッサ１４ｂで圧縮されることによって、流量８１２６ｋｇ／ｈ、圧力０．３ＭＰａ（ＡＢＳ）、温度１５５°Ｃ、熱量１４８８ＭＪ／ｈの圧縮空気Ｘ３としてコンプレッサ１４ｂから排気される。
そして、コンプレッサ１４ｂから排気された圧縮空気Ｘ３は、制御装置１７によって開度調整された余剰空気電動バルブＶ３によって、自らの内、流量７９６１ｋｇ／ｈ、熱量１４５７ＭＪ／ｈ分（圧縮空気Ｘ３ａ）が空気予熱器１２に流入され、残りの余剰圧縮空気Ｘ３ｂが余剰空気電動バルブＶ３を介して外部に排気される。
空気予熱器１２に流入した圧縮空気Ｘ３ａは、燃焼排ガスＸ４と間接的に熱交換することによって、温度６５０°Ｃ、熱量５７１６ＭＪ／ｈとなって加圧流動層燃焼炉１１に供給される。ここで、制御装置１７によって、各冷却用圧縮空気電動バルブＶ２が全閉状態に制御されているものとし、燃焼用空気電動バルブＶ１が全開状態に制御されているものとすると、加圧流動層燃焼炉１１の底部には、温度６５０°Ｃ、熱量５７１６ＭＪ／ｈの燃焼用圧縮空気Ｘ３ｃが供給される。
そして、加圧流動層燃焼炉１１には、汚泥Ｘ１が流量４１６７ｋｇ／ｈで投入され、この汚泥Ｘ１を燃料とし燃焼用圧縮空気Ｘ３ｃと混合させることによって、加圧流動層燃焼炉１１において連続的に燃焼が行われる。なお、本実施形態における有機性廃棄物処理方法では、加圧流動層燃焼炉１１に補助燃料Ｘ２を供給せずに燃焼を行う。
この加圧流動層燃焼炉１１内の燃焼によって生成された燃焼排ガスＸ４は、流量１２１２８ｋｇ／ｈ、温度８５８°Ｃ、熱量２３９０２ＭＪ／ｈとなって空気予熱器１２に流入する。そして、空気予熱器１２において、上述の圧縮空気Ｘ３ａと間接的に熱交換することによって温度が６１５°Ｃ、熱量が１９４３１ＭＪ／ｈとなって高温集塵機１３に流入する。
そして、高温集塵機１３に流入した燃焼排ガスＸ４は、高温集塵機１３において自らが含有するダストを捕集・除去されることによって、流量１１９１９ｋｇ／ｈ、温度６１５°Ｃ、熱量１９２７０ＭＪ／ｈとなって高温集塵機１３から排気される。
この高温集塵機１３から排気された燃焼排ガスＸ４は、配管熱損失によって温度が５９５°Ｃ、熱量が１８９１８ＭＪ／ｈとなった後に、過給機１４のタービン１４ａに流入される。そして、過給機１４のタービン１４ａに流入された燃焼排ガスＸ４は、タービン１４ａを回転駆動させることによってコンプレッサ１４ｂを間接的に駆動した後、温度５０４°Ｃ、圧力０．１１ＭＰａ、熱量１２６４８ＭＪ／ｈとなって白煙防止機１５に流入される。そして、燃焼排ガスＸ４は、白煙防止機１５及びガス処理塔１６を介して大気に放出可能な排ガスＸ６に処理された後、外部（大気）に排気される。
ここで、制御装置１７は、図８に示すフローチャートに従って、加圧流動層燃焼炉１１の運転制御を行っている。すなわち、図８に示すように、制御装置１７は、濃度センサ１１ａから入力される濃度検出信号を基に、加圧流動層燃焼炉１１から排出される燃焼排ガスＸ４に含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度を監視すると共に、各温度センサ１１ｂから入力される温度検出信号を基に、加圧流動層燃焼炉１１の炉内温度監視領域Ｗにおける高さ方向の炉内温度分布を把握し、局所的高温域の発生位置を監視する（ステップＳ１）。
そして、制御装置１７は、燃焼排ガスＸ４に含まれるＮＯｘの濃度が所定値より大きくなったか否か（つまり、局所的高温域が発生し、ＮＯｘの濃度が上昇したか）を判定する（ステップＳ２）。このステップＳ２において、「Ｙｅｓ」の場合、制御装置１７は、局所的高温域の発生位置に最も近い段の給気ポート１１ｃに対応する冷却用圧縮空気電動バルブＶ２の開度を制御し（ステップＳ３）、所定流量の冷却用圧縮空気Ｘ３ｄを加圧流動層燃焼炉１１内部に吹き付ける（ステップＳ４）。さらには、制御装置１７は、局所的高温域の発生位置に最も近い段の給気ポート１１ｃに対応する冷却用圧縮空気電動バルブＶ２の開度を優先的に制御し、その前後段の給気ポート１１ｃを段階的に閉じ方向に各冷却用圧縮空気電動バルブＶ２開度を制御し、（ステップＳ３’）、それらの合計流量の冷却用圧縮空気Ｘ３ｄを加圧流動層燃焼炉１１内部に吹き付けるとしても良い（ステップＳ４）。
ここで、空気予熱器１２から供給される圧縮空気Ｘ３ａの流量は、余剰空気電動バルブＶ３によって一定流量に制御されているため、冷却用圧縮空気電動バルブＶ２の開度を制御することにより、冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの吹き付け量をバイアス率（＝冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの吹き付け量／圧縮空気Ｘ３ａの流量）で調整する。また、図２に示したように、各段の給気ポート１１ｃは、炉内に旋回流が発生するように配置されているため、冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの吹き付けによって炉内のガス流を乱すことなく、効果的に局所的高温域の温度を下げることが可能となる。
そして、制御装置１７は、燃焼排ガスＸ４に含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下になったか否か（つまり、局所的高温域の温度が低下して、Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの排出量をバランス良く低減することが可能な温度になったか）を判定する（ステップＳ５）。このステップＳ５において、「Ｙｅｓ」の場合、制御装置１７は、冷却用圧縮空気電動バルブＶ２を全閉状態に制御することで、炉内への冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの吹き付けを停止する（ステップＳ６）。
一方、このステップＳ５において「Ｎｏ」の場合、制御装置１７は、再度所定流量の冷却用圧縮空気Ｘ３ｄを加圧流動層燃焼炉１１内部に吹き付ける（ステップＳ４）。
制御装置１７は、上述したステップＳ１〜Ｓ６の動作を繰り返すことにより、加圧流動層燃焼炉１１から排出される燃焼排ガスＸ４に含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が常に所定値以下となるように運転制御を行う。
以上のように、本実施形態に係る有機性廃棄物処理システム１によれば、下水汚泥Ｘ１を燃料として燃焼させた場合に生じるＮ２Ｏ及びＮＯｘの排出量をバランス良く低減することが可能となる。また、汚泥Ｘ１を燃焼させることによって生成された燃焼排ガスＸ４を利用して圧縮空気Ｘ３を送風するので、有機性廃棄物処理システム及び方法におけるエネルギの効率化をより図ることができると共に、加圧流動層燃焼炉１１に圧縮空気Ｘ３を供給するための送風機や燃焼排ガスＸ４を外部に排気するための誘引ブロワを備える必要がないので省エネルギ化を図ることができ、さらに二酸化炭素の排出量を削減することが可能となる。
なお、本有機性廃棄物処理システム及び方法は、過給機１４を備えない常圧式の汚泥処理システム及び方法に対して二酸化炭素の排出量を約４６％削減することができた。
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、各段の給気ポート１１ｃを、冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの吹き付けによって炉内に旋回流が発生するように配置した場合を例示したが、これに限らず、単純に冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの出口が炉内に向くように配置しても良い。また、給気ポート１１ｃの設置段数及び各段の設置数は、加圧流動層燃焼炉１１の仕様や運転条件などに応じて適宜変更しても良い。
また、上記実施形態では、加圧流動層燃焼炉１１の高さ方向に複数段の給気ポート１１ｃを設置した場合を例示したが、例えば、１段の給気ポート１１ｃを加圧流動層燃焼炉１１の高さ方向に対して昇降可能に設置し、局所的高温域に向かって冷却用圧縮空気Ｘ３ｄが吹き付けられるように、給気ポート１１ｃの位置を制御するような構成としても良い。
（２）上記実施形態では、濃度センサ１１ａによって燃焼排ガスＸ４に含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの両方の濃度を監視する場合を例示した。しかしながら、図６に示すような、Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの濃度との関係を事前に把握していれば、ＮＯｘの濃度検出結果からＮ２Ｏ濃度を推定することができる。
そこで、濃度センサ１１ａによってＮＯｘ濃度のみを検出し、濃度センサ１１ａの出力信号を基に燃焼排ガスＸ４に含まれるＮＯｘの濃度を監視すると共に、温度センサ１１ｂの出力信号を基に炉内温度分布を把握して局所的高温域の発生位置を監視し、ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなった場合に冷却用圧縮空気電動バルブＶ２の開度を制御することで、給気ポート１１ｃから冷却用圧縮空気Ｘ３ｄを燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、燃焼排ガスＸ４に含まれるＮＯｘの濃度が所定値以下となった場合に、冷却用圧縮空気電動バルブＶ２を全閉状態に制御することで、冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの吹き付けを停止するという機能を制御装置１７に持たせても良い。
（３）上記実施形態では、制御装置１７によって、燃焼排ガスＸ４に含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度を監視すると共に、局所的高温域の発生位置を監視する場合を例示したが、局所的高温域の温度とＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度との関係を事前に把握していれば、運転中は局所的高温域の発生位置及びその温度を監視し、局所的高温域の温度が、ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなるような値に到達した場合に、局所的高温域の発生位置に最も近い段の給気ポート１１ｃから冷却用圧縮空気Ｘ３ｄを吹き付け、局所的高温域の温度が、Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるような値に到達した場合に、冷却用圧縮空気Ｘ３ｄの吹き付けを停止するような制御を行っても良い。
（４）上記実施形態において、コンプレッサ１４ｂから排気された余剰圧縮空気Ｘ３ｂを別流路によって外部に取出し、他の用途、例えば処理場内に設置された曝気槽などに有効利用しても良い。また、図９に示すように、空気予熱器１２から供給される圧縮空気Ｘ３ａではなく、余剰圧縮空気Ｘ３ｂの一部を冷却用圧縮空気Ｘ３ｄとして利用しても良い。あるいは、空気予熱器１２から供給される圧縮空気Ｘ３ａと、余剰圧縮空気Ｘ３ｂの一部とを併用して冷却用圧縮空気Ｘ３ｄとして利用しても良い。
（５）上記実施形態では、１台の過給機１４を用いた場合を例示したが、この過給機１４は複数台設けても良い。以下、過給機１４を複数個（２個）備えた有機性廃棄物処理システム１（以下、変形例１における有機性廃棄物処理システム１と称す）の構成について図１０を参照して説明する。なお、図１０において、図１と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
図１０に示すように、変形例１における有機性廃棄物処理システム１は、高温集塵機１３の後段において、過給機１４と並列に接続された過給機１４’をさらに備えている。つまり、この過給機１４’は、高温集塵機１３から送出される燃焼排ガスＸ４によって回転駆動されるタービン１４ａ’と、当該タービン１４ａ’の回転動力を伝達されることによって圧縮空気を生成するコンプレッサ１４ｂ’とから構成されている。この過給機１４’にて生成される圧縮空気と過給機１４にて生成される圧縮空気とが合流して圧縮空気Ｘ３が形成され、この圧縮空気Ｘ３の一部は、余剰空気電動バルブＶ３を介して余剰圧縮空気Ｘ３ｂとして外部に放出され、残りは圧縮空気Ｘ３ａとして空気予熱器１２に供給されることになる。
また、過給機１４’から排出される燃焼排ガスＸ４は、過給機１４’から排出される燃焼排ガスＸ４と合流して後段の白煙防止機１５に送出される。
このような変形例１における有機性廃棄物処理システム１によれば、上記実施形態における有機性廃棄物処理システム及び方法の効果を奏すると共に、２台の過給機１４及び１４’を備えることによって、燃焼排ガスＸ４が有する熱量をより有効的に利用することができるので、よりエネルギの効率化を図ることが可能となる。
また、過給機１４と１４’のいずれか一方が故障等により運転を停止した場合であっても他方の過給機を使用することによって有機性廃棄物処理システム１の運転を停止することなく連続的に汚泥Ｘ１を処理することが可能となる。
（６）上記実施形態では、加圧流動層燃焼炉１１から排出される燃焼排ガスＸ４を過給機１４の駆動に利用する場合を例示したが、この燃焼排ガスＸ４を利用して発電を行うような構成としても良い。以下、燃焼排ガスＸ４を利用して発電を行う有機性廃棄物処理システム１（以下、変形例２における有機性廃棄物処理システム１と称す）の構成について図１１を参照して説明する。なお、図１１において、図１と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
図１１に示すように、変形例２における有機性廃棄物処理システム１は、高温集塵機１３と過給機１４との後段に発電装置Ｈが配置されている。そして、この発電装置Ｈは、パワータービンＨ１、排熱ボイラＨ２（ボイラ）、蒸気タービンＨ３及び発電機Ｈ４から構成されている。なお、本発明に係る発電手段は上記パワータービンＨ１及び上記発電機Ｈ４から構成されており、また本発明に係る第２の発電手段は上記蒸気タービンＨ３及び発電機Ｈ４から構成されている。
パワータービンＨ１は、高温集塵機１３から排気された燃焼排ガスＸ４を利用することによって得た回転動力をギアボックスを介して発電機Ｈ４に伝達するものである。そして、このパワータービンＨ１の上段には、制御装置１７によって開度が制御される電動バルブＶ４が設けられており、この電動バルブＶ４が制御装置１７によって制御されることによって、高温集塵機１３から排気された燃焼排ガスＸ４が過給機１４とパワータービンＨ１に分配される。
排熱ボイラＨ２は、過給機１４及びパワータービンＨ１から排気された燃焼排ガスＸ４の熱量を利用して外部から供給された水を蒸気化するものである。そして、この排熱ボイラＨ２の後段には蒸気タービンＨ３が配置されている。
この蒸気タービンＨ３は排熱ボイラＨ２から排気された蒸気Ｘ７を利用することによって得た回転動力をギアボックスを介して発電機Ｈ４に伝達するものである。
そして、発電機Ｈ４は、パワータービンＨ１及び蒸気タービンＨ３から伝達された回転動力を利用することによって得た電力を外部に出力する。
このような変形例２における有機性廃棄物処理システム１によれば、上記実施形態における有機性廃棄物処理システム及び方法の効果を奏すると共に、燃焼排ガスＸ４の熱量を利用して発電を行うので、さらにエネルギの効率化を図ることが可能となる。
なお、変形例２における有機性廃棄物処理システム１では、２つのタービンＨ１，Ｈ３及び発電機Ｈ４によって発電を行った。しかしながら、どちらか一方のタービンのみによって発電を行っても良い。
（７）上記実施形態では、処理対象の有機性廃棄物として下水汚泥を例示して説明したが、処理対象の有機性廃棄物は下水汚泥に限らず、都市ゴミ、木材、酒粕、食品廃棄物など、窒素含有量及び水分含有量が高く、焼却処理によってＮ２Ｏ及びＮＯｘが生成されるような有機性廃棄物であれば、本発明の有機性廃棄物処理システム及び方法を適用することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
本発明によれば、燃焼炉から排出される燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるように、圧縮空気の一部を冷却用圧縮空気として燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付けるため、燃焼させた場合に生じるＮ２Ｏ及びＮＯｘの排出量をバランス良く低減することが可能となる。
１…有機性廃棄物処理システム、１１…加圧流動層燃焼炉、１１ａ…濃度センサ、１１ｂ…温度センサ、１１ｃ…給気ポート、１２…空気予熱器、１３…高温集塵機、１４…過給機、１５…白煙防止機、１６…ガス処理塔、１７…制御装置、Ｗ…炉内温度監視領域、Ｘ１…汚泥、Ｘ２…補助燃料、Ｘ３…圧縮空気、Ｘ４…燃焼排ガス

Claims (14)

  1. 有機性廃棄物を燃焼させる加圧流動層燃焼炉と、前記加圧流動層燃焼炉から排出される燃焼排ガスを利用して圧縮空気を生成する過給機とを備え、前記加圧流動層燃焼炉に供給する燃焼空気として前記圧縮空気を用いる有機性廃棄物処理システムであって、
    前記加圧流動層燃焼炉における流動層より上層部のうち、前記流動層側に偏った位置に、前記加圧流動層燃焼炉内の圧力に応じた位置に生じる前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域が含まれるように設定される炉内温度監視領域と、
    前記加圧流動層燃焼炉の前記炉内温度監視領域に亘って炉内温度分布を計測可能とする温度センサと、
    前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるように、前記圧縮空気の一部を冷却用圧縮空気として前記温度センサの計測結果に応じて前記局所的高温域に向けて斜め上向きに吹き付け可能とする複数の給気ポートと、
    を備える有機性廃棄物処理システム。
  2. 前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出する濃度センサと、
    各々の前記給気ポートへの前記冷却用圧縮空気の供給量を規制する複数のバルブと、
    前記濃度センサの出力信号を基に前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を監視すると共に、前記温度センサの出力信号を基に前記炉内温度分布を把握して前記局所的高温域の発生位置を監視し、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなった場合に前記複数のバルブのうち所定のバルブの開度を制御することで、前記給気ポートから前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの濃度、及び検出された前記ＮＯｘの濃度と、予め把握しているＮ ２ Ｏ濃度とＮＯｘ濃度との関係と、から求められるＮ ２ Ｏ濃度が所定値以下となった場合に前記所定のバルブを全閉状態に制御することで、前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止する制御装置と、
    を備える請求項１に記載の有機性廃棄物処理システム。
  3. 前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度を検出する濃度センサと、
    各々の前記給気ポートへの前記冷却用圧縮空気の供給量を規制する複数のバルブと、
    前記濃度センサの出力信号を基に前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度を監視すると共に、前記温度センサの出力信号を基に前記炉内温度分布を把握して前記局所的高温域の発生位置を監視し、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなった場合に前記複数のバルブのうち所定のバルブの開度を制御することで、前記給気ポートから前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となった場合に前記所定のバルブを全閉状態に制御することで、前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止する制御装置と、
    を備える請求項１に記載の有機性廃棄物処理システム。
  4. 各々の前記給気ポートへの前記冷却用圧縮空気の供給量を規制する複数のバルブと、
    前記温度センサの出力信号を基に前記炉内温度分布を把握して前記局所的高温域の発生位置及びその温度を監視し、事前に把握している前記局所的高温域の温度とＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度との関係に基づいて、前記局所的高温域の温度が、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなるような値に到達した場合に前記複数のバルブのうち所定のバルブの開度を制御することで、前記給気ポートから前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記局所的高温域の温度が、前記Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるような値に到達した場合に前記所定のバルブを全閉状態に制御することで、前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止する制御装置と、
    を備える請求項１に記載の有機性廃棄物処理システム。
  5. 前記給気ポートは、前記冷却用圧縮空気の吹き付けによって前記加圧流動層燃焼炉内に旋回流が発生するように配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機性廃棄物処理システム。
  6. 前記冷却用圧縮空気の供給量をバイアス率で調整する請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機性廃棄物処理システム。
  7. 前記過給機にて生成される圧縮空気の内、余剰圧縮空気の一部を前記冷却用圧縮空気として利用する請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機性廃棄物処理システム。
  8. 有機性廃棄物を加圧流動層燃焼炉に供給して燃焼させ、前記加圧流動層燃焼炉から排出される燃焼排ガスを利用して過給機を回転駆動することで圧縮空気を生成し、前記圧縮空気を燃焼空気として前記加圧流動層燃焼炉に供給して前記有機性廃棄物の燃焼を促進させる有機性廃棄物処理方法であって、
    前記加圧流動層燃焼炉における流動層より上層部のうち、前記流動層側に偏った位置に、前記加圧流動層燃焼炉内の圧力に応じた位置に生じる前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域が含まれるように炉内温度監視領域を設定し、
    前記炉内温度監視領域に亘って炉内温度分布を計測して前記局所的高温域の発生位置を監視し、
    前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるように、前記圧縮空気の一部を冷却用圧縮空気として、計測した前記炉内温度分布に応じて前記局所的高温域に向けて斜め上向きに吹き付ける有機性廃棄物処理方法。
  9. 前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を監視すると共に、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなった場合に前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの濃度、及び検出された前記ＮＯｘの濃度と、予め把握しているＮ ２ Ｏ濃度とＮＯｘ濃度との関係と、から求められるＮ ２ Ｏ濃度が所定値以下となった場合に前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止する請求項８に記載の有機性廃棄物処理方法。
  10. 前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度を監視すると共に、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなった場合に前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記燃焼排ガスに含まれるＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となった場合に前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止する請求項８に記載の有機性廃棄物処理方法。
  11. 前記局所的高温域の温度を監視し、事前に把握している前記局所的高温域の温度とＮ２Ｏ及びＮＯｘの濃度との関係に基づいて、前記局所的高温域の温度が、前記ＮＯｘの濃度が所定値より大きくなるような値に到達した場合に前記冷却用圧縮空気を前記加圧流動層燃焼炉内における局所的高温域に向けて吹き付け、前記局所的高温域の温度が、前記Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの濃度が所定値以下となるような値に到達した場合に前記冷却用圧縮空気の吹き付けを停止する請求項８に記載の有機性廃棄物処理方法。
  12. 前記冷却用圧縮空気の吹き付けによって前記加圧流動層燃焼炉内に旋回流を発生させる請求項８〜１１のいずれか一項に記載の有機性廃棄物処理方法。
  13. 前記冷却用圧縮空気の供給量をバイアス率で調整する請求項８〜１２のいずれか一項に記載の有機性廃棄物処理方法。
  14. 前記過給機にて生成される圧縮空気の内、余剰圧縮空気の一部を前記冷却用圧縮空気として利用する請求項８〜１３のいずれか一項に記載の有機性廃棄物処理方法。
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