JP5491550B2 - 加圧流動炉システム及びその制御方法 - Google Patents
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Description
このような加圧流動炉システムにおいては、加圧流動炉に燃焼空気を供給する過給器の下流側に廃熱ボイラを配置して、熱回収を行い、廃熱ボイラから排出される水蒸気を過給器の上流側に還元し、過給器に供給する燃焼排ガスの容量を増加させる加圧焼却炉設備が提案されている(特許文献1)。従来、常圧の流動床燃焼炉では、空気予熱器と並列と成るよう廃熱ボイラが配置されている。炉内に供給される燃焼空気は、供給ファンから供給される燃焼空気の一部を空気予熱器にバイパスさせることで炉内へ供給する温度を制御している。一方、集塵機の入り口温度を所定の範囲となるよう廃熱ボイラに供給する排ガス量を調整するよう制御される(特許文献2)。
特許文献2に記載された発明は、集塵機の入り口温度を所定の範囲となるよう廃熱ボイラに供給する排ガス量を制限しているため、廃熱ボイラの能力を十分発揮することができなかった。また、近年、被処理物の含水率が低下傾向にあり、発熱量の高い処理物が供給された場合、空気予熱器を介さず焼却炉に燃焼空気を供給する配管に設置された空気ダンパを全開にしても炉内温度が低下しないおそれがあった。
第1発明は、被処理物を燃焼させる加圧流動炉と、該加圧流動炉から排出された燃焼排ガスによって回動させられるタービンとタービンの回動に伴って回動させられるコンプレッサーを内装する過給機と、前記加圧流動炉と過給機の間に、前記加圧流動炉から排出された燃焼排ガスと加圧流動炉に供給される燃焼空気の熱交換を行なう空気予熱器と水蒸気を生成する廃熱ボイラを並設した加圧流動炉システムにおいて、
前記加圧流動炉から排出される燃焼排ガスの温度を所定の温度に維持する第1工程と、
前記過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を所定の流量に維持する第2工程と、
前記第1工程において、前記加圧流動炉の炉内温度が所定の温度よりも高温になった場合に、前記過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を増量する第3工程を行なうことを特徴とする。
加圧流動炉から排出される燃焼排ガスの温度を所定の温度に維持する第1工程と、前記過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を所定の流量に維持する第2工程を備えているので、燃焼排ガスによって加圧流動炉システムを安定に運転することができる。また、第一手順において、加圧流動炉の炉内温度が所定の温度よりも高温になった場合に、過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を増量する第3工程を備えているので、炉内温度の異常上昇を抑制し加圧流動炉システムの安全性に優れる。
加圧流動炉への被処理物の供給量を減少させる第4工程を備えるので、炉内温度の異常上昇を素早く抑制でき加圧流動炉システムの安全性により優れる。
第4工程を、第3工程よりも後段に行なうので、燃焼によって消費される被処理物の変動量を抑制でき、計画的に被処理物を燃焼し焼却できる。
第1工程は、空気予熱器に供給される燃焼排ガス量と廃熱ボイラに供給される燃焼排ガス量の比率に変化によって行なうので燃焼排ガスの熱回収に優れ、燃焼排ガスの温度を所定の温度に迅速に調整することができる。
第2工程は、廃熱ボイラに供給するボイラ水量の増減、または過給機の供給口の近傍に設けられた過給機に供給される燃焼排ガスの流量を調整する流量調整器の開閉によって行なうので、過給機に供給される燃焼排ガスの温度を迅速に、且つ広範囲に調整することができる。
廃熱ボイラに供給するボイラ水量の増減、または過給機の供給口の近傍に設けられた過給機に供給される燃焼排ガスの流量を調整する流量調整器の開閉によって行なうので、過給機に供給される燃焼排ガスの温度を迅速に、且つ広範囲に調整することができる。
第4工程は、被処理物を搬送する投入ポンプの回転数の減速、または、被処理物を供給する配管に設置された流量調整弁の開閉によって行なうので、既存の設備を利用でき製作コストの増加を抑制することができる。
前記加圧流動炉から排出される燃焼排ガスの温度を所定の温度に維持する第1工程と、
前記過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を所定の流量に維持する第2工程と、
前記第一手順において、前記加圧流動炉の炉内温度が所定の温度よりも高温になった場合に、前記過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を増量する第3工程を行なう制御方法を備えたことを特徴とする。
加圧流動炉から排出される燃焼排ガスの温度を所定の温度に維持する第1工程と、前記過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を所定の流量に維持する第2工程を備えているので、高い燃焼排ガスの熱回収率を有する加圧流動炉システムとすることができる。また、第一手順において、加圧流動炉の炉内温度が所定の温度よりも高温になった場合に、過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を増量する第3工程を備えているので、炉内温度の異常上昇を抑制した安全性に優れる加圧流動炉システムとすることができる。
第1実施形態の加圧流動炉システム1を図1に示す。本システムは、下水汚泥や、都市ゴミ等の有機物が含有された被処理物を貯留する貯留装置10と、被処理物を焼却する加圧流動炉20と、燃焼排ガスと燃焼空気の熱交換を行なう空気予熱器40と、燃焼排ガス中の燃焼灰や粉塵等を捕集する集塵機50と、燃焼排ガスによって回動されるタービン61とタービン61の回動に伴って回動し加圧流動炉20に燃焼空気を供給するコンプレッサー62を内装する過給機60と、燃焼排ガスを外部に排出する排煙処理塔80を備えている。
また、加圧流動炉20と集塵機50の間には、蒸気を生成する第一廃熱ボイラ100が気予熱器40と並列して設けられており、過給機60と排煙処理塔80の間には、蒸気を生成する第二廃熱ボイラ110が設けられている。
貯留装置10には、含水率を65〜85質量%程度に脱水処理された下水汚泥などの被処理物が貯留される。
投入ポンプ12と加圧流動炉20とを連通する配管には、被処理物を加温する被処理物加熱装置13Cを設けても良い。被処理物加熱装置13Cには、第一廃熱ボイラ、第二廃熱ボイラ、もしくは発電装置120から排出される水蒸気のうち少なくとも一つが供給され、被処理物を加熱する。被処理物加熱装置13Cは、2重管式の熱交換器や、プレート式熱交換器などが適用できる。
加圧流動炉20の下部には、流動媒体となる所定の粒径を有する砂等の固体粒子が充填されている。加圧流動炉20は、供給される燃焼空気によって固体粒子からなる流動層(砂層)の流動状態を維持しつつ、外部から供給される被処理物、必要に応じて供給される都市ガス、重油等の補助燃料を燃焼させるものである。
冷却水を炉内に噴霧するタイミングは、後述する第五ステップの前後、または第五ステップと同時に行うことが好ましい。
また、加圧流動炉20の側壁には、加圧流動炉20の内部の温度を測定するために、温度センサ(第一温度センサ)20Aが設置されている。なお、本明細書においては、排ガス、水蒸気を総称して燃焼排ガスというものとする。
加圧流動炉20からは排出された燃焼排ガスは、加圧流動炉20の後段に設置された空気予熱器40に配管90を介して供給される。空気予熱器40では、加圧流動炉20に供給される燃焼空気の温度を上昇させるために、燃焼排ガスと燃焼空気を間接的に熱交換が行われる。なお、空気予熱器40としては、シェルアンドチューブ式熱交換器を使用するのが望ましい。
第一廃熱ボイラ100は、加圧流動炉20の後段に空気予熱器40と並列に配置され、加圧流動炉20から排出される燃焼排ガスを有効に活用するために、加圧流動炉20から供給された燃焼排ガスによって第一廃熱ボイラ100に供給された水の温度を上昇させて水蒸気にする機器である。なお、第一廃熱ボイラ100の設置位置は、空気予熱器40と並列に限定されることはなく、加圧流動炉20と過給機60の間であれば、空気予熱器40と直列に設置しても良い。なお、第一廃熱ボイラ100には公知の廃熱ボイラを使用することができるが、特に水管ボイラを採用することが好ましい。
第一廃熱ボイラ100は、図1、図3に示すように、上部には、加圧流動炉20から排出された圧力約100〜200kPa、温度約850℃の燃焼排ガスを機内に供給する供給口90Cが形成され、側壁の上部には、水蒸気を機外に排出する複数の排出口101Aが形成されている。また、燃焼排ガスの供給口90Cは、配管90を介して加圧流動炉20の排出口90Aに接続されており、配管90は、中間部で第一廃熱ボイラ100の供給口90Cに延伸する分岐管を有している。
蒸気ドラム102の下部には、水蒸気を機内に供給する複数の供給口101Bが形成され、上部には、貯留された水蒸気を機外に排出する排出口103Aが形成されている。また、水蒸気の供給口101Bは、配管101を介して第一廃熱ボイラ100の排出口101Aに接続されている。
スチームヘッダ104の上面の一側には、蒸気ドラム102で貯留された水蒸気を機内に供給する供給口103Bと、後述する第二廃熱ボイラ110から排出された水蒸気を機内に供給する供給口103Cが形成され、他側には、水分が除去された蒸気を機外に排出する排出口105Aが形成されている。また、水蒸気の供給口103Bは、配管103を介して蒸気ドラム102の排出口103Aに接続されており、供給口103Cは、配管112を介して第二廃熱ボイラ110の排出口110Aに接続されている。
発電装置120の上面の一側には、蒸気を供給する供給口105Bが形成され、他側には、第一廃熱ボイラ100内を循環した蒸気を排出する排出口105Cが形成されている。また、蒸気を供給する供給口105Bは、配管105を介してスチームヘッダ104の排出口105Aに接続されており、発電装置120の排出口105Cから排出された蒸気は、白煙防止用熱交換器70に供給される。
空気予熱器40および第一廃熱ボイラ100から排出された燃焼排ガスは、合流後、集塵機50に供給される。集塵機50では、燃焼排ガス中の焼却灰やダスト、流動砂等の不純物が除去される。なお、集塵機50としては、セラミックバグフィルタ、サイクロンなど公知の集塵機を用いることができるが、特にセラミックバグフィルタが好適である。
過給機60は、集塵機50の後段に配置されており、集塵機50から排出される燃焼排ガスによって回動されるタービン61と、タービン61の回動をコンプレッサー62に伝動する軸63と、軸63を介して伝動されたタービン61の回動に伴って回動して燃焼空気を生成するコンプレッサー62とを備える機器である。
空気の供給口67Eは、配管67、66を介して起動用ブロワ65に接続され、燃焼空気の排出口94Eは、配管94、96、95を介して空気予熱器40の供給口95Bと、配管94、96を介して加圧流動炉20の始動用バーナ22の後部にそれぞれ接続されて制御されている。
起動用ブロワ65は、加圧流動炉システム1の始動時に、始動用バーナ22に燃焼空気を供給する機器である。また、起動用ブロワ65は、貯留装置10からの被処理物の供給の中断等によって、過給機60のタービン61に供給される燃焼排ガスが減少し、コンプレッサー62から排出される燃焼空気が減少した場合に、強制的にコンプレッサー62に外気を供給する機能を併せ持っている。
第二廃熱ボイラ110は、過給機60の後段に配置され、過給機60から排出される燃焼排ガスを有効に活用するために、過給機60から供給された燃焼排ガスによって第二廃熱ボイラ110に供給された水の温度を上昇させて水蒸気にする機器である。
白煙防止用熱交換器70は、発電装置120から供給された水蒸気と白煙防止ファン65Aから供給された白煙防止用空気を間接的に熱交換する機器である。白煙防止用熱交換器70としてシェルアンドチューブ式熱交換器やプレート式熱交換器を使用することができる。
また、他側の側壁には、熱交換によって温度約70〜95℃に上昇した白煙防止用空気を機外に排出する排出口70Cが形成され、上部には、水蒸気を機外に排出する排出口70Dが形成されている。
排煙処理塔80は、燃焼排ガスに含まれる不純物等の外部への排出を防止する機器であり、排煙処理塔80の上部には煙突87が配置されている。なお、煙突87は、排煙処理塔80の上部に設置されているが、これに限定されることなく、排煙処理塔とは別に独立して設置しても良い。
加圧流動炉システム1の定常運転を維持するためには、加圧流動炉20から排出された燃焼排ガスを過給機60のタービン61に所定量供給し、タービン61の回動に伴って回動するコンプレッサー62から排出された燃焼空気を加圧流動炉20に所定量供給する必要がある。
一方、第一温度センサ20Aの測定値が所定の温度(650〜900℃)よりも高い場合には、第一流量調整器92Gを閉方向に駆動して、空気予熱器40に供給される燃焼排ガスの供給量を減少させて、空気予熱器への供給熱量を減少させ、燃焼空気の温度を下降させる。これにより、温度が下降した燃焼空気が加圧流動炉20に供給されるために加圧流動炉20の温度が下降し、加圧流動炉20から排出される燃焼排ガスの温度が下降させることができる。
なお、第一ステップにあっては、空気予熱器40の第一流量調整器92Gを駆動して空気予熱器40に供給される燃焼排ガスの供給量を調整しているが、第一廃熱ボイラ100の排出口92Cの近傍に配置された流量調整器92Hを駆動して空気予熱器40に供給される燃焼排ガスの供給量を調整することもできる。
一方、流量計95Gの測定値が所定の設定値よりも高い場合、ポンプ81Cの回転数を増加、および/または流量制御弁81Eの開度を開方向に調整して、第一廃熱ボイラ100に供給される水の供給量を増加させて、第一廃熱ボイラ100から排出される燃焼空気の温度を低下させる。これにより、温度が低下した燃焼空気が過給機60のタービン61に供給されるためタービン61の回転数が低下し、タービン61の回動に伴って回動する過給機60のコンプレッサー62から排出される燃焼空気の排出量が減少する。
一方、流量計95Gの測定値が所定の設定値よりも低い場合、第二流量調整器114Dを駆動して、配管114を流れて第二廃熱ボイラ110に供給される燃焼排ガスの供給量を増加させる。これにより、少量の燃焼排ガスが過給機60のタービン61に供給されるためにタービン61の回転数が低下し、タービン61の回動に伴って回動する過給機60のコンプレッサー62から排出される燃焼空気の排出量が減少する。
なお、第一ステップ乃至第四ステップは、制御順序を特定する必要はなく、それぞれを同時に行うことが好ましい。
一方、第二温度センサ93Fの測定値が所定の設定値(250〜650℃)よりも高い場合、ポンプ81Cの回転数を増加、または流量制御弁81Eの開度を開方向に調整して、第一廃熱ボイラ100に供給される水の供給量を増加させて、第一廃熱ボイラ100から排出される燃焼空気の温度を低下させる。これにより、温度が低下した燃焼排ガスが過給機60のタービン61に供給されるためタービン61の回転数が低下し、タービン61の回動に伴って回動する過給機60のコンプレッサー62から排出される燃焼空気の排出量が減少する。
なお、燃焼排ガスから燃焼空気を排出する加圧流動炉システムにおいては、追加の動力を要することなく燃焼空気量を増やすことが可能となるので、流動ブロワにより燃焼空気量を制御する常圧の焼却炉と比較して、第五ステップが有効に作用する。
第2実施形態の加圧流動炉システム1を図5に示す。第1実施形態に対し、過給機を2機、並列に設置した点で異なる。これらの過給機をそれぞれ第1過給機60A、および第2過給機60Bという。更に第2過給機60Bで生成される圧縮空気を白煙防止用空気として利用できるよう、エゼクタ71を設けている。
また、加圧流動炉20と集塵機50の間には、蒸気を生成する第一廃熱ボイラ100が気予熱器40と並列して設けられており、過給機60と排煙処理塔80の間には、蒸気を生成する第二廃熱ボイラ110が設けられている。
第一過給機60Aは、集塵機50の後段に配置されており、集塵機50から排出される燃焼排ガスによって回動されるタービン61Aと、タービン61Aの回動をコンプレッサー62Aに伝動する軸63Aと、軸63Aを介して伝動されたタービン61Aの回動に伴って回動して燃焼空気を生成するコンプレッサー62Aとを備える機器である。
空気の供給口67Bは、配管67、66を介して起動用ブロワ65に接続され、燃焼空気の排出口94Aは、配管94、96、95を介して空気予熱器40の供給口95Bと、配管94、96を介して加圧流動炉20の始動用バーナ22の後部にそれぞれ接続されて制御されている。
第二過給機60Bは、集塵機50の後段に第一過給機60Aと並列して配置されており、集塵機50から排出される燃焼排ガスによって回動されるタービン61Bと、タービン61Bの回動をコンプレッサー62Bに伝動する軸63Bと、軸63Bを介して伝動されたタービン61Bの回動に伴って回動して白煙防止用空気を生成するコンプレッサー62Bとを備える機器である。
燃焼排ガスの供給口93Cは、配管93を介して集塵機50の排出口93Aに接続されており、配管93は、中間部で第二過給機60Bの供給口93Cに延伸する分岐管を有している。また、配管93の分岐管と配管97の分岐管は配管111で接続され、配管111には、第二過給機60Bに供給される燃焼排ガスの流量を調整する流量調整器111Dが設置されている。流量調整器111Dによって、集塵機50から排出された10〜50%の燃焼排ガスが第二過給機60Bに供給される。流量調整器111Dとしては、流量調整ダンパ、流量調整バルブなどを用いることができる。この流量調整器111Dは、第二過給機60Bから供給される圧縮空気の流量、圧力を測定する測定手段(図示せず)で検出した測定値に基づいて制御される。具体的には測定値が所定の値となるよう第二過給機60Bに供給する燃焼排ガスを制御するものである。
配管72を介して空気の供給口67Cには空気が供給され、白煙防止用空気の排出口94Cは、配管74、エゼクタ71、配管73を介して白煙防止用熱交換器70の供給口70Aに接続されている。白煙防止用熱交換器70は、一方の側壁に白煙防止用空気を機内に供給する供給口70Aが形成され、下部には、発電装置120から排出された水蒸気を機内に供給する供給口70Bが形成されている。また、他側の側壁には、熱交換によって温度70〜95℃に上昇した白煙防止用空気を機外に排出する排出口70Cが形成され、上部には、水蒸気を機外に排出する排出口70Dが形成されている。
白煙防止用熱交換器に供給する水蒸気は、発電装置120から排出される水蒸気に限定されるものではなく、第一廃熱ボイラや第二廃熱ボイラから排出されるものでも良いし、スチームヘッダ110を介して供給されても良い。
第二廃熱ボイラ110は、第一過給機60A、第二過給機、60Bの後段に配置される。第一過給機60A、第二過給機60Bから排出された燃焼排ガスは、配管97を介して第二廃熱ボイラ110に供給される。
加圧流動炉システム1の定常運転を維持するためには、加圧流動炉20から排出された燃焼排ガスを第一過給機60Aのタービン61Aに所定量供給し、タービン61Aの回動に伴って回動するコンプレッサー62Aから排出された燃焼空気を加圧流動炉20に所定量供給する必要がある。
10 貯留装置
12 投入ポンプ
13E 流量調整器
20 加圧流動炉
40 空気予熱器
50 集塵機
60 過給機
61 タービン
62 コンプレッサー
70 白煙防止用熱交換器
80 排煙処理塔
81C ポンプ
81E 流量調整弁
87 煙突
92G 流量調整器
92H 流量調整器
100 第一廃熱ボイラ(廃熱ボイラ)
110 第二廃熱ボイラ
114D 流量調整器
120 発電装置
Claims (8)
- 被処理物を燃焼させる加圧流動炉と、該加圧流動炉から排出された燃焼排ガスによって回動させられるタービンとタービンの回動に伴って回動させられるコンプレッサーを内装する過給機と、前記加圧流動炉と過給機の間に、前記加圧流動炉から排出された燃焼排ガスと加圧流動炉に供給される燃焼空気の熱交換を行なう空気予熱器と水蒸気を生成する廃熱ボイラを並設した加圧流動炉システムにおいて、
前記加圧流動炉から排出される燃焼排ガスの温度を所定の温度に維持する第1工程と、
前記過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を所定の流量に維持する第2工程と、
前記第1工程において、前記加圧流動炉の炉内温度が所定の温度よりも高温になった場合に、前記過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を増量する第3工程を行なうことを特徴とする加圧流動炉システムの制御方法。 - 前記第1工程において、前記加圧流動炉の炉内温度が所定の温度よりも高温になった場合に、加圧流動炉への被処理物の供給量を減少させる第4工程を備える請求項1記載の加圧流動炉システムの制御方法。
- 前記第4工程を、第3工程よりも後段に行なう請求項2記載の加圧流動炉システムの制御方法。
- 前記第1工程は、空気予熱器に供給される燃焼排ガス量と廃熱ボイラに供給される燃焼排ガス量の比率の変化によって行なう請求項1〜3のいずれか1項に記載の加圧流動炉システムの制御方法。
- 前記第2工程は、廃熱ボイラに供給するボイラ水量の増減、または過給機の供給口の近傍に設けられた過給機に供給される燃焼排ガスの流量を調整する流量調整器の開閉によって行なう請求項1〜3のいずれか1項に記載の加圧流動炉システムの制御方法。
- 前記第3工程は、廃熱ボイラに供給するボイラ水量の増減、または過給機の供給口の近傍に設けられた過給機に供給される燃焼排ガスの流量を調整する流量調整器の開閉によって行なう請求項1〜3のいずれか1項に記載の加圧流動炉システムの制御方法。
- 前記第4工程は、被処理物を搬送する投入ポンプの回転数の減速、または、被処理物を供給する配管に設置された流量調整弁の開閉によって行なう請求項2又は3記載の加圧流動炉システムの制御方法。
- 被処理物を燃焼させる加圧流動炉と、該加圧流動炉から排出された燃焼排ガスによって回動させられるタービンとタービンの回動に伴って回動させられるコンプレッサーを内装する過給機と、前記加圧流動炉と過給機の間に、前記加圧流動炉から排出された燃焼排ガスと加圧流動炉に供給される燃焼空気の熱交換を行なう空気予熱器と水蒸気を生成する廃熱ボイラを並設した加圧流動炉システムにおいて、
前記加圧流動炉から排出される燃焼排ガスの温度を所定の温度に維持する第1工程と、
前記過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を所定の流量に維持する第2工程と、
前記第1工程において、前記加圧流動炉の炉内温度が所定の温度よりも高温になった場合に、前記過給機のコンプレッサーから排出される燃焼空気の排出量を増量する第3工程を行なう制御方法を備えた加圧流動炉システム。
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