JP5711794B2 - 加圧流動焼却炉設備、及び加圧流動焼却炉設備の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、加圧流動焼却炉設備、及び加圧流動焼却炉設備の制御方法に関する。

加圧流動焼却炉設備は、加圧流動焼却炉から排出された燃焼排ガスによって回動されるタービンとタービンの回動に伴って回動されるコンプレッサと、を備える過給機を有し、コンプレッサで生成された圧縮空気を加圧流動焼却炉の加圧、流動用及び燃焼空気に利用する。通常運転においては、過給機コンプレッサから排出される圧縮空気によって被処理物の必要燃焼空気全量を供給する自立運転状態となる。

加圧流動焼却炉設備として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１の加圧流動設備において、タービンの起動は、コンプレッサの空気吸入口上流に設けられた起動用送風機からの送風により行っている。

特開２００８−２５９６５号公報

ところで、起動用送風機を駆動するには、その送風機の吐出圧や風量を過給機動作と相関して変化させる仕組みが必要となり、送風機電動機をインバータにて駆動する方法が、制御の可変範囲が広く有用である。インバータとは、直流電源から任意の交流電圧と周波数を生成し電源供給する機能を表すが、インバータ装置としては、商用電源と直流電源間の変換機能も含めて使われている。このインバータとして、電力回生機能付きインバータを用いた場合、送風機の吐出側に過給機等の機器を設け、この機器から吸気することにより、送風機電動機とインバータから回生電力を生じさせて、それを商用電源に変換して他の設備等で有効に活用することができる。ここで、電力回生機能付きインバータは、本発明における電力変換装置の一例である。
しかしながら、従来の加圧流動焼却炉設備では、起動用送風機は、焼却設備の被処理物の投入量が少ないときにおいてのみ駆動され、常用運転において起動用送風機を停止する使い方をしていた。

一方、加圧流動焼却炉から排出された燃焼排ガスから動力を回収する加圧流動焼却炉設備では、タービンを回動させるためのエネルギー以外のエネルギーは、エネルギーとして回収されず、余剰排ガスとして排ガス処理され排出される。この余剰排ガスのエネルギーを電力に有効利用する方法として、従来技術では排熱ボイラを用いた発電があるが、装置が複雑で大型化し、中・小規模の加圧流動焼却設備においては適用困難であった。

なお、余剰排ガスからのエネルギー回収の手法としては、特許文献１にも記載がある。特許文献１に記載の手法は、過給機シャフトに電動機を取り付け、起動用電動機兼発電機として発電させる手法であるが、この手法では、汎用過給機が適用できず特別仕様になり、或いは、新たな装置を設ける必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来から設備構成機器として存在する送風機を、電力回生機能付きインバータにより駆動し、この電力回生機能付きインバータを通常運転時にも動作させて、余剰排ガスのエネルギーをインバータの回生電力に変換し、変換後のエネルギーを有効利用することができる加圧流動焼却炉設備を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の加圧流動焼却炉設備は、加圧流動焼却炉と、当該加圧流動焼却炉から排出される燃焼排ガスにより回動されるタービンと、前記タービンの回動に伴って回動されるコンプレッサと、を有する過給機と、前記コンプレッサの空気入口側に設けられ、前記コンプレッサに空気を供給する送風機と、前記加圧流動焼却炉の起動時に、電力を前記送風機に供給し、前記送風機を起動させる電力変換装置と、前記加圧流動焼却炉への被処理物供給開始後に、前記コンプレッサの空気入口側の圧力を変化させ、前記送風機を介して外部から前記コンプレッサに空気が導入されることで前記電力変換装置から回生電力を得る制御装置と、前記タービンの燃焼排ガス入口側と、燃焼排ガス出口側とを連通する燃焼排ガスバイパス流路に設けられ、前記過給機からの排ガスのバイパス量を調整する調節弁と、前記加圧流動焼却炉に前記コンプレッサから供給される燃焼空気の流量を測定した結果である燃焼空気量測定値と、予め設定された流量設定値との偏差に基づいて、前記調節弁の開閉の程度を示す調節弁開度を算出し、算出した当該調節弁開度に応じて前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記調節弁の開閉を制御する調節弁制御部と、前記コンプレッサの空気入口側に前記送風機と並列に設けられる空気吸入弁と、前記空気吸入弁の吐出側の圧力を測定した結果である過給機入口空気圧力と、前記制御装置が設定する圧力設定値との偏差に基づいて、前記空気吸入弁の開閉の程度を示す吸入弁開度を算出し、算出した当該吸入弁開度に応じて前記過給機入口空気圧力と前記圧力設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記空気吸入弁の開閉を制御する吸入弁制御部と、を備え、前記制御装置は、前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内にある場合、前記吸入弁制御部に前記圧力設定値を設定する、ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するために、本発明の加圧流動焼却炉設備は、加圧流動焼却炉と、当該加圧流動焼却炉から排出される燃焼排ガスにより回動されるタービンと、前記タービンの回動に伴って回動されるコンプレッサと、を有する過給機と、前記コンプレッサの空気入口側に設けられ、前記コンプレッサに臭気含有空気を供給する送風機と、前記送風機に電力を供給し、前記送風機を起動させる電力変換装置と、前記加圧流動焼却炉への被処理物供給開始後に、前記コンプレッサの空気入口側の圧力を変化させ、前記送風機を介して外部から前記コンプレッサに臭気含有空気が導入されることで前記電力変換装置から回生電力を得る制御装置と、前記タービンの燃焼排ガス入口側と、燃焼排ガス出口側とを連通する燃焼排ガスバイパス流路に設けられ、前記過給機からの排ガスのバイパス量を調整する調節弁と、前記加圧流動焼却炉に前記コンプレッサから供給される燃焼空気の流量を測定した結果である燃焼空気量測定値と、予め設定された流量設定値との偏差に基づいて、前記調節弁の開閉の程度を示す調節弁開度を算出し、算出した当該調節弁開度に応じて前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記調節弁の開閉を制御する調節弁制御部と、前記コンプレッサの空気入口側に前記送風機と並列に設けられる空気吸入弁と、前記空気吸入弁の吐出側の圧力を測定した結果である過給機入口空気圧力と、前記制御装置が設定する圧力設定値との偏差に基づいて、前記空気吸入弁の開閉の程度を示す吸入弁開度を算出し、算出した当該吸入弁開度に応じて前記過給機入口空気圧力と前記圧力設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記空気吸入弁の開閉を制御する吸入弁制御部と、を備え、前記制御装置は、前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内にある場合、前記吸入弁制御部に前記圧力設定値を設定する、ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するために、本発明の加圧流動焼却炉設備の制御方法は、加圧流動焼却炉と、当該加圧流動焼却炉から排出される燃焼排ガスにより回動されるタービンと、前記タービンの回動に伴って回動されるコンプレッサと、を有する過給機と、前記コンプレッサの空気入口側に設けられ、前記コンプレッサに空気を供給する送風機と、前記送風機に電力を供給し、前記送風機を起動させる電力変換装置と、を備えた加圧流動焼却炉設備の制御方法であって、制御装置が、前記加圧流動焼却炉への被処理物供給開始後に、前記コンプレッサの空気入口側の圧力を変化させ、前記送風機を介して外部から前記コンプレッサに空気が導入されることで前記電力変換装置から回生電力を得る制御工程と、調節弁制御部が、前記加圧流動焼却炉に前記コンプレッサから供給される燃焼空気の流量を測定した結果である燃焼空気量測定値と、予め設定された流量設定値との偏差に基づいて、前記タービンの燃焼排ガス入口側と、燃焼排ガス出口側とを連通する燃焼排ガスバイパス流路に設けられ、前記過給機からの排ガスのバイパス量を調整する調節弁の開閉の程度を示す調節弁開度を算出し、算出した当該調節弁開度に応じて前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記調節弁の開閉を制御する調節弁制御工程と、吸入弁制御部が、前記コンプレッサの空気入口側に前記送風機と並列に設けられる空気吸入弁の吐出側の圧力を測定した結果である過給機入口空気圧力と、前記制御装置が設定する圧力設定値との偏差に基づいて、前記空気吸入弁の開閉の程度を示す吸入弁開度を算出し、算出した当該吸入弁開度に応じて前記過給機入口空気圧力と前記圧力設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記空気吸入弁の開閉を制御する吸入弁制御工程と、を有し、前記制御工程は、前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内にある場合、前記吸入弁制御部に前記圧力設定値を設定する、ことを特徴とする。

また、本発明は、上記加圧流動焼却炉設備の制御方法において、前記制御工程は、前記タービンの回転数と、前記調節弁開度と、現在の前記過給機入口空気圧力とに基づいて、前記吸入弁制御部に前記圧力設定値を設定する、ことを特徴とする。

また、本発明は、上記加圧流動焼却炉設備の制御方法において、前記制御工程は、前記タービンに対して設定された回転数上限値と、前記タービンの現在の回転数との偏差が予め設定された回転数余裕値より大きく、前記調節弁開度が予め設定された弁開度余裕値より大きく、現在の前記過給機入口空気圧力が予め設定された圧力設定下限値より大きい場合、現在の圧力設定値から予め設定された圧力差分設定値だけ減算して新たな圧力設定値を算出し、算出した当該圧力設定値を前記吸入弁制御部に設定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、加圧流動焼却炉への被処理物供給開始後において過給機コンプレッサの空気入口側の圧力を変化させるようにしたので、電力回生機能付きインバータにより駆動され、加圧流動焼却炉の燃焼空気の供給に用いられる送風機の吐出側の圧力を、加圧流動焼却炉設備の通常運転時において大気圧より低い値に設定することができる。この際、電力回生機能付きインバータは、回生電力エネルギーを発生する。
このため、本発明によれば、新たな設備を追加することなく、既存の設備を利用し、加圧流動焼却炉設備の通常運転時において、余剰排ガスのエネルギーをインバータの回生電力に変換し、変換後のエネルギーを有効利用することができる加圧流動焼却炉設備を提供することができる。

第１の実施形態に係る加圧流動焼却炉設備の構成を示す概略ブロック図である。 加圧流動焼却炉設備の動作について説明するフローチャートである。 第２の実施形態に係る加圧流動焼却炉設備の構成を示す概略ブロック図である。

［第１の実施形態］
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る加圧流動焼却炉設備の構成を示す概略ブロック図である。
本実施形態に係る加圧流動焼却炉設備は、図１に示すように、加圧流動焼却炉１、過給機２、空気予熱器４、高温集塵機５、起動用送風機４９、電力回生機能付きインバータ４９ａ（電力変換装置）、流量計２６、流量調節部５２（調節弁制御部）、過給機排ガスバイパス弁ＣＶ２（調節弁）、圧力計５０、圧力調節部５７（吸入弁制御部）、空気吸入弁ＣＶ１、及び制御装置１９を含んで構成される。

加圧流動焼却炉１は、外部からフィーダ等の被処理物を供給する供給流路９によって投入される被処理物を焼却する。汚泥は、被処理物の一例であり、例えば、下水処理場やし尿処理場などから生じた可燃性の廃棄物である。被処理物は、汚泥に限定されることはなく、食品廃棄物や木質系バイオマスなど可燃性物質を含むものであればよい。
加圧流動焼却炉１は、設備起動時に焼却炉内を加熱する始動用バーナー１ａ、および被処理物燃焼中に熱源を付加する図示しない補助燃料装置を備える。

過給機２は、タービン２ａと、タービン２ａの回動にともなって回転するコンプレッサ２ｂからなる。加圧流動焼却炉１から排出される燃焼排ガスがタービン２ａに供給され、タービン２ａの駆動に用いられる。タービン２ａの回動に伴ってコンプレッサ２ｂが回転を始め、圧縮空気が生成される。
空気予熱器４は、過給機２からの圧縮空気と加圧流動焼却炉１から排出される燃焼排ガスとを熱交換し、加圧流動焼却炉１内に供給される圧縮空気を予熱する。
高温集塵機５は、空気予熱器４から排出される燃焼排ガス中の粉塵などを集塵処理する。
高温集塵機５として、具体的にはセラミックフィルタなどが使用される。

過給機２には、コンプレッサ２ｂから空気予熱器４を介して圧縮空気を加圧流動焼却炉１に供給する第一空気供給流路１０が配置されていると共に、第一空気供給流路１０のコンプレッサ２ｂと空気予熱器４との間から分岐して空気を加圧流動焼却炉１の始動用バーナー１ａに供給する第二空気供給流路１１が配置されている。

過給機２で生成された圧縮空気の一部は、第一空気供給流路１０を通過して空気予熱器４で加熱されたのち加圧流動焼却炉１へ被処理物の燃焼空気として供給される。過給機２で生成された圧縮空気の他の一部は第二空気供給流路１１を通過して加圧流動焼却炉１に設けられた始動用バーナー１ａの燃焼空気や、加圧流動焼却炉１に設けられた各種ノズルや圧力計などの計装機器用パージ空気などとして加圧流動焼却炉１へ供給される。

また、過給機２には、加圧流動焼却炉１から排出される燃焼排ガスが空気予熱器４と高温集塵機５とを通過した後、タービン２ａに供給されるための排出流路１２が配置されている。燃焼排ガスの一部は、タービン２ａの駆動に用いられる。また、タービン２ａを通過した排ガスは、排出流路１２から後段に設けられる白煙防止熱交換機や排煙処理塔（図１において不図示）を通過することで所定の処理が行われ、煙突などから外部に排出される。

また、過給機２のコンプレッサ２ｂ側には、起動用送風機４９から空気を供給する空気供給流路１３が配置されており、空気供給流路１３には、過給機２のコンプレッサ２ｂの駆動に伴って外気から空気を吸引する外気側空気供給流路１４が空気吸入弁ＣＶ１を介して接続されている。

過給機排ガスバイパス弁ＣＶ２は、タービン２ａの燃焼排ガス供給側（燃焼排ガス入口側）に接続される排出流路１２と、タービン２ａの燃焼排ガス排出側（燃焼排ガス出口側）に接続される排出流路１２とを連通し、タービン２ａをバイパスする燃焼排ガスバイパス流路である。
過給機排ガスバイパス弁ＣＶ２は、過給機２をバイパスする排ガス流量（バイパス量）を調整する。過給機排ガスバイパス弁ＣＶ２は、流量調節部５２からの制御量（調節弁開度；以下、過給機排ガスバイパス弁開度ともいう）に応じて開度を変化させることができ、これによりバイパス量を制御量に応じて変化させることができる。

流量計２６は、第二空気供給流路１１との分岐点より過給機２側の第一空気供給流路１０に設けられ、過給機２から加圧流動焼却炉１に供給される圧縮空気の全流量を燃焼空気の流量として測定する。ところで、過給機２から加圧流動焼却炉１に供給される圧縮空気の８０％以上（多くの場合９０％以上）が空気予熱器４を介して供給される。そのため、流量計２６は、第二空気供給流路１１の分岐点より空気予熱器側の第一空気供給流路に設置し、空気予熱器４を介して供給される圧縮空気のみを燃焼空気として測定対象としても、設備の運転に影響はない。したがって、本発明において流量計２６が測定する燃焼空気は、少なくとも空気予熱器４を介して供給される圧縮空気が含まれていれば良い。

流量調節部５２は、加圧流動焼却炉１に供給される燃焼空気の流量が流量計２６によって測定された結果であり、信号ライン５１を介して入力される燃焼空気流量ＰＶ（燃焼空気量測定値）と、予め自身に設けられた記憶領域に記憶された燃焼空気流量設定値ＳＶ（流量設定値）との偏差が予め設定された範囲（幅０に対してマージンを持たせた範囲）に入るように、過給機排ガスバイパス弁ＣＶ２を開閉する制御量、すなわち過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶを算出する。
過給機排ガスバイパス弁ＣＶ２には、この過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶが信号ライン５３を介して入力され、タービン２ａに流れる燃焼排ガスの流量を過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶに応じて変化させる。

従って、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶは、燃焼空気流量ＰＶが燃焼空気流量設定値ＳＶと等しく制御されている状態においては、加圧流動焼却炉１からの燃焼排ガス量に対する、タービン２ａの回動には用いられない余剰な燃焼排ガス量の割合（余裕値）をも示している。後述するコンプレッサ２ｂの空気入口側における圧力（過給機入口空気圧力Ｐ１）を下げる制御には、この余剰な燃焼排ガスが有するエネルギーがタービン２ａを回動させるために用いられる。そのため、制御装置１９には、信号ライン５３を介して過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶが入力されている。

なお、過給機入口空気圧力Ｐ１が負圧側へ低下した場合には、燃焼空気流量ＰＶが燃焼空気流量設定値ＳＶと等しくなるようにするため、過給機２の回転数を高くする必要がある。しかしながら、流量調節部５２は、燃焼空気流量ＰＶと、燃焼空気流量設定値ＳＶとの偏差が予め設定された範囲に入るように、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶを算出するので、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶの値を小さくする。ここで、過給機排ガスバイパス弁ＣＶ２の開度ＭＶは、値が小さいほど弁が全閉に近い位置にあることを示す。これにより、過給機排ガスバイパス弁ＣＶ２は、タービン２ａに流れる燃焼排ガスの流量を増加させ、過給機２の回転数を高くすることができる。

本発明における送風機の一例である起動用送風機４９は、過給機２のコンプレッサ２ｂ側の空気入口側である空気供給流路１３に設けられ、加圧流動焼却炉１の起動時には燃焼空気を供給する。このとき、起動用送風機４９によって必要な燃焼空気の全量を供給することが好ましい。

電力回生機能付きインバータ４９ａは、起動用送風機４９の羽根の回転数を広範囲で可変とする電力変換装置である。電力回生機能付きインバータ４９ａは、交流電力（商用電源）を直流電力に変換し、変換後の直流電力を交流電力に変換して、起動用送風機４９の羽根の回転軸を回転駆動する電動機に交流電力を供給する。起動用送風機４９の羽根が、過給機のコンプレッサ２ｂによる吸気作用により回転させられているとき、電力回生機能付きインバータ４９ａは、回転中の電動機が生じる起電力（直流電力）を交流変換して商用電源側へ戻す、すなわち発電することができる。
そこで、本実施形態においては、加圧流動焼却炉１への被処理物供給開始後、すなわち過給機２の通常運転中において、制御装置１９が過給機入口空気圧力Ｐ１を負方向へ制御することにより、過給機２の回転数を高めて過給機のコンプレッサ２ｂの吸気能力を高め、起動用送風機４９を介して過給機のコンプレッサ２ｂに空気が導入されることで電力回生機能付きインバータ４９ａから回生電力を得る、すなわち発電を行う（詳細後述）。
なお、電力回生機能付きインバータ４９ａを、高調波ノイズを抑制するために有効であるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータと、汎用のインバータ（例えばＤＣ−ＡＣインバータ）とを組み合わせる構成とすることもできる。本実施形態において、これらの電力回生を行うことができるインバータ装置を電力回生機能付きインバータと称する。

空気吸入弁ＣＶ１は、外気側空気供給流路１４と、起動用送風機４９から燃焼空気を供給する空気供給流路１３との間に、起動用送風機４９と並列に設けられている。空気吸入弁ＣＶ１は、空気の吸引量を調整し得る吸込弁である。空気吸入弁ＣＶ１は、信号ライン５８により圧力調節部（ＰＣ）５７と接続され、圧力調節部５７から入力される吸入弁開度ＭＶにより、その開度が調整される。

圧力計５０は、空気供給流路１３において、起動用送風機４９からの流路と空気吸入弁ＣＶ１からの流路との共通接続点と、コンプレッサ２ｂの入口との間に設けられている。圧力計５０は、コンプレッサ２ｂの入口側の圧力を計測する。

圧力調節部５７は、コンプレッサ２ｂの入口側の圧力が圧力計５０によって計測された結果であり、信号ライン５６を介して入力される過給機入口空気圧力ＰＶ（＝過給機入口空気圧力Ｐ１）と、制御装置１９によって信号ライン５５を介して設定される過給機入口空気圧力設定値ＳＶとの偏差が予め設定された範囲（幅０に対してマージンを持たせた範囲）に入るように、空気吸入弁ＣＶ１を開閉する制御量、すなわち吸入弁開度ＭＶを算出する。
空気吸入弁ＣＶ１には、この吸入弁開度ＭＶが信号ライン５８を介して入力され、過給機入口空気圧力Ｐ１を吸入弁開度ＭＶに応じて変化させる。

制御装置１９は、流量調節部５２から、加圧流動焼却炉１からの燃焼排ガス量に対する、タービン２ａの回動には用いられない余剰な燃焼排ガス量の余裕値を示す、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶが入力される。制御装置１９には、この入力される過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶとの大小の比較を行う際に基準値となる弁開度余裕値が予め設定される。
また、制御装置１９は、過給機２からタービン２ａの回転数である過給機回転数が信号ライン６１を介して入力される。制御装置１９には、この入力される過給機回転数との大小の比較を行う際に基準値となる回転数余裕値、及び過給機回転数上限値が予め設定される。
また、制御装置１９は、圧力調節部５７から過給機入口空気圧力Ｐ１が入力される。制御装置１９には、この入力される過給機入口空気圧力Ｐ１との大小の比較を行う際に基準値となる設定下限値（圧力設定下限値）、及び設定上限値（圧力設定上限値）が予め設定される。

制御装置１９は、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶ、過給機回転数、及び過給機入口空気圧力Ｐ１に基づいて、上記各基準値との比較を行うことにより、上述した過給機入口空気圧力設定値ＳＶを圧力調節部５７に設定する。圧力調節部５７は、過給機入口空気圧力設定値ＳＶに応じて、空気吸入弁ＣＶ１を、空気吸入弁ＣＶ１の弁が閉じる方向の状態、或いは開く方向の状態、または現状を維持する状態のいずれかの状態へ遷移させる。なお、本実施形態において、制御装置１９の起動タイミングと、起動用送風機４９を駆動する電力回生機能付きインバータ４９ａの起動タイミングと、流量調節部５２の起動タイミングとは、図１において不図示の加圧流動焼却炉設備の全体を制御する制御部により制御されているものとする。

ここで、図１に示す加圧流動焼却炉設備の運転動作について説明する。
起動用送風機４９を、電力回生機能付きインバータ４９ａにより起動させて低圧圧縮空気を生成する。生成された低圧圧縮空気は、加圧流動焼却炉１に流動空気として供給される。一方、加圧流動焼却炉１に設けられた始動用バーナー１ａを起動させ、炉内を加熱する。
始動用バーナー１ａによる加熱により炉内温度が上昇すると、加圧流動焼却炉１から排出される燃焼排ガスの温度が上昇する。加圧流動焼却炉１の内部温度が予め設定した値となった後、被処理物の供給を開始する。
この後、所定の温度に達した燃焼排ガスが、排出流路１２を介して過給機２のタービン２ａに供給される。燃焼排ガスはタービン２ａを回動させる。一方、過給機２のコンプレッサ２ｂは、タービン２ａの回動に伴って回動を開始する。被処理物が供給され、燃焼排ガスが増加し、過給機２の回転数が増えると、コンプレッサ２ｂが吸引できる空気量が増える。そこで、起動用送風機４９から供給する燃焼空気量を設定量に保ちつつ、電力回生機能付きインバータ４９ａを用いて起動用送風機４９の回転数を減少させることにより、過給機入口空気圧力Ｐ１を低下させる。その後、過給機入口空気圧力Ｐ１が大気圧、もしくは大気圧付近の圧力より低くなると、起動用送風機４９の電動機から起電力が生じ、電力回生機能付きインバータ４９ａにより回生電力を得ることができる。以降、加圧流動焼却炉設備は、燃焼排ガスによってタービン２ａが駆動し、コンプレッサ２ｂが吸入・排出する圧縮空気により、被処理物が必要とする燃焼空気量の全量を、起動用送風機への電力供給を行わずに供給できる自立運転状態となる。過給機入口空気圧力Ｐ１を低くするほど、回生電力付きインバータから得られる発電量は大きくなるが、過給機入口空気圧力Ｐ１には運用上の制約により下限がある。

続いて、図２を参照して、制御装置１９により過給機入口空気圧力Ｐ１を変化させる処理について詳述する。図２は、加圧流動焼却炉設備の動作について説明するフローチャートである。なお、図２に示すフローチャートは加圧流動焼却炉１の稼働後において定期的に実行される処理である。制御開始時において、過給機入口空気圧力Ｐ１の値（現在値）、及び制御装置１９が圧力調節部５７に設定している過給機入口空気圧力設定値ＳＶ（現在設定値）は、いずれも０ｋＰａであるとする。

最初に、制御装置１９は、上述した過給機入口空気圧力設定値ＳＶを圧力調節部５７に設定するため、圧力設定値の条件分け処理を実行する（ステップＳＴ１）。
具体的には、制御装置１９は、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶ、過給機回転数、及び過給機入口空気圧力Ｐ１について、次の判定１〜判定３を行う。

（判定１）制御装置１９は、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶの値と弁開度余裕値との比較、さらに、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶの値と弁開度余裕値×Ａ％（Ａは１００より小さく、予め設定される）との比較、をそれぞれ実行する。
この判定により、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶは、判定結果１＿１〜判定結果１＿３の３つの判定結果となる。
判定結果１＿１は、弁開度余裕値＜過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶであり、判定結果１＿２は、弁開度余裕値×Ａ％≦過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶ≦弁開度余裕値であり、判定結果１＿３は、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶ＜弁開度余裕値×Ａ％である。

（判定２）制御装置１９は、過給機回転数の値と、回転数余裕値、及び過給機回転数上限値からなる（過給機回転数上限値−回転数余裕値）との比較を実行する。
この判定により、過給機回転数の値は、判定結果２＿１、及び判定結果２＿２の２つの判定結果となる。
判定結果２＿１は、現在回転数＜（過給機回転数上限値−回転数余裕値）であり、判定結果２＿２は、現在回転数≧（過給機回転数上限値−回転数余裕値）である。

（判定３）制御装置１９は、過給機入口空気圧力Ｐ１の値と、設定下限値、及び設定上限値との比較を実行する。なお、設定上限値は、例えば−０．５ｋＰａに設定される。
この判定により、過給機入口空気圧力Ｐ１の値は、判定結果３＿１、判定結果３＿２、及び判定結果３＿３の３つの判定結果となる。
判定結果３＿１は、過給機入口空気圧力Ｐ１≦設定下限値であり、判定結果３＿２は、設定下限値＜過給機入口空気圧力Ｐ１の値＜設定上限値であり、判定結果３＿３は、設定上限値＜過給機入口空気圧力Ｐ１である。

上記判定結果の組み合わせは、全部で３×２×３＝１８通りの組み合わせとなるが、この判定結果の組み合わせを、制御装置１９は、圧力設定値の条件である下記ケース１〜ケース３に分類する。
（ケース１）判定１に対して判定結果１＿１が得られ、かつ、判定２に対して判定結果２＿１が得られ、判定３に対して判定結果３＿２または判定結果３＿３が得られた（つまり、判定３＿１が得られない）場合をケース１とする。すなわち、ケース１では、弁開度余裕値＜過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶであり（判定結果１＿１）、現在回転数＜（過給機回転数上限値−回転数余裕値）であり（判定結果２＿１）、設定下限値＜過給機入口空気圧力Ｐ１の値である（判定結果３＿２または判定結果３＿３）。
このケース１では、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶが弁開度余裕値に対して余裕があり、過給機回転数も余裕があることから、燃焼排ガスを過給機２のタービン２ａに流す流量を増やし、コンプレッサ２ｂの回転を高回転にしても、過給機入口空気圧力Ｐ１を下げることで、燃焼空気の量を一定に保つことができる。すなわち、過給機入口空気圧力Ｐ１を現在値から負圧側へ変化させるために、圧力調節部５７が空気吸入弁ＣＶ１を閉じる方向にＭＶを出力しても、過給機２は、より高速で回転するため、加圧流動焼却炉１へ供給する燃焼空気を流量調節部５２が制御する一定の量に維持しつつ、過給機入口空気圧力Ｐ１を負圧側へ変化させることが可能である。その結果、電力回生機能付インバータ４９aからの回生電力量を増やすことができる。

（ケース２）判定１に対して判定結果１＿２が得られるか、または、判定２に対して判定結果２＿２が得られる場合であって、さらに、判定３に対して判定結果３＿１または判定結果３＿２が得られた場合をケース２とする。
すなわち、ケース２では、弁開度余裕値×Ａ％≦過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶ≦弁開度余裕値である（判定結果１＿２）か、または、現在回転数≧（過給機回転数上限値−回転数余裕値）である（判定結果２＿２）かのいずれか一方、または両方であり、かつ、過給機入口空気圧力Ｐ１の値＜設定上限値の値である（判定結果３＿１または判定結果３＿２）。
このケース２では、過給機入口空気圧力Ｐ１が負圧側に下がりすぎることにより、過給機排ガスバイパス弁開度ＭＶが弁開度余裕値に対して余裕がないか、過給機回転数に余裕がないかのいずれか一方又は両方の条件が成立したことから、過給機入口空気圧力Ｐ１を現在値から正圧側へ変化させる。これにより、過給機入口空気圧力Ｐ１が下がりすぎないようにし、タービン２ａの回転が高回転になりすぎないようにする。

（ケース３）判定結果の組み合わせ１８通りに対して、ケース１は２（＝１×１×２）通り、ケース２は６（１×３×２）通りあり、残りの１０通りの場合の判定結果の組み合わせが得られた場合をケース３とする。
このケース３では、過給機入口空気圧力Ｐ１の現在値が排ガスバイパス開度余裕値に対して十分負圧側にあり、また、過給機２の現在回転数も回転数上限値に対して余裕があるので、過給機入口空気圧力Ｐ１を現在値に維持する。

制御装置１９は、ステップＳＴ１での判定結果の組み合わせが上記ケース１に該当する場合ステップＳＴ２に進む。
制御装置１９は、圧力調節部５７に設定する過給機入口空気圧力設定値ＳＶを、現在設定値から圧力差分設定値（例えば０．５ｋＰａ）減算して、現在の設定値より低い値に設定する（ステップＳＴ２）。
圧力調節部５７は、上記設定により過給機入口空気圧力Ｐ１は過給機入口空気圧力設定値ＳＶより高くなるため、空気吸入弁ＣＶ１の開閉の程度を示す吸入弁開度ＭＶを算出する。圧力調節部５７は、吸入弁開度ＭＶに応じて過給機入口空気圧力Ｐ１と過給機入口空気圧力設定値ＳＶとが略等しくなるように空気吸入弁ＣＶ１を閉じる方向へ制御する。過給機２では、過給機入口側圧力Ｐ１を下げても、燃焼空気の量を一定に保つ制御が行われているので、過給機排ガスバイパス弁ＣＶ２が流量調節部５２により閉じる方向へ制御され、過給機２の回転数が上昇し、過給機入口空気圧力Ｐ１を負側へ変化させる。

これにより、起動用送風機４９の吐出側の圧力（吐出圧）が低下する（ステップＳＴ３）。起動用送風機４９の吐出側の圧力が低下することにより、羽根を回転させる力が強くなり、起動用送風機４９を駆動する電力回生機能付きインバータ４９ａから得られる回生電力量が大きくなる。
過給機入口空気圧力Ｐ１が過給機入口空気圧力設定値ＳＶに到達するまでの所定時間（予め実験等により導き出されている時間）に相当する時間を計測するため、タイマ（図示せず）がカウントを開始する（ステップＳＴ４）。タイマで計測する所定時間経過の後、過給機入口空気圧力Ｐ１が過給機入口空気圧力設定値ＳＶに略等しくなり、ステップＳＴ１へ移行し、ステップＳＴ１の処理を再び実行する。

制御装置１９は、ステップＳＴ１での判定結果の組み合わせが上記ケース２に該当する場合ステップＳＴ５に進む。
制御装置１９は、圧力調節部５７に設定する過給機入口空気圧力設定値ＳＶを、現在設定値から圧力差分設定値（例えば０．５ｋＰＡ）加算して、現在の設定値より高い値に設定する（ステップＳＴ５）。
圧力調節部５７は、上記設定により過給機入口空気圧力Ｐ１は過給機入口空気圧力設定値ＳＶより低くなるため、空気吸入弁ＣＶ１の開閉の程度を示す吸入弁開度ＭＶを算出する。圧力調節部５７は、吸入弁開度ＭＶに応じて過給機入口空気圧力Ｐ１と過給機入口空気圧力設定値ＳＶとが略等しくなるように空気吸入弁ＣＶ１を開く方向へ制御する。過給機２では、過給機入口空気圧力Ｐ１を上げても、燃焼空気の量を一定に保つ制御が行われているので、過給機排ガスバイパス弁ＣＶ２が流量調節部５２により開く方向へ制御され、過給機２の回転数が減少し、過給機入口空気圧力Ｐ１を正側へ変化させる。

これにより、起動用送風機４９の吐出側の圧力（吐出圧）が上昇する（ステップＳＴ６）。起動用送風機４９の吐出側の圧力が上昇することにより、起動用送風機４９を駆動する電力回生機能付きインバータ４９ａは発生する回生電力を減少させていく。
過給機入口空気圧力Ｐ１が過給機入口空気圧力設定値ＳＶに到達するまでの所定時間に相当する時間を計測するため、タイマがカウントを開始する（ステップＳＴ７）。タイマで計測する所定時間経過の後、過給機入口空気圧力Ｐ１が過給機入口空気圧力設定値ＳＶに略等しくなり、ステップＳＴ１へ移行し、ステップＳＴ１の処理を再び実行する。

なお、制御装置１９は、ステップＳＴ１での判定結果の組み合わせが上記ケース３に該当する場合ステップＳＴ８に進む。
制御装置１９は、圧力調節部５７に設定する過給機入口空気圧力設定値ＳＶを、現在設定値のまま保持する（ステップＳＴ８）。この場合、タイマによる過給機入口空気圧力Ｐ１を安定化させるための時間の計測は不要であり、ステップＳＴ１へ移行し、ステップＳＴ１の処理を再び実行する。

上述のように、本実施形態の加圧流動焼却炉設備によれば、過給機入口空気圧力Ｐ１をより負圧側に制御することにより、電力回生機能付きインバータ４９ａを用いて発電できるという効果がある。すなわち、排ガスの余剰エネルギー、つまり過給機２のタービン２ａ側の排ガス量が増えて、過給機２の回転数が上昇する。これにより、過給機２のコンプレッサ２ｂ側の吸引力が上昇し、起動用送風機４９の羽根が過給機２による吸気により回動され、インバータ４９ａは起動用送風機４９の電動機を減速させる方向で動作し回生電力を得ることができる。

また、本実施形態の加圧流動焼却炉設備によれば、起動用送風機４９は加圧流動焼却炉設備の起動時に加圧流動焼却炉１に燃焼空気を送るための機器であり、発電を行わなかったとしても設備動作には必要な機器であるので、排ガスの余剰エネルギーをもとに上述のように発電する際、新たに特別な機器を追加せずに発電を実現できるという効果がある。

［第２の実施形態］
続いて、第２の実施形態として、上述した起動用送風機４９以外の送風機から電力回収する形態について図面を参照して説明する。図３は、第２の実施形態に係る加圧流動焼却炉設備の構成を示す概略ブロック図である。図３において、図１と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図３に示す加圧流動焼却炉設備では、図１に示す加圧流動焼却炉設備における、起動用送風機４９と過給機２のコンプレッサ２ｂとを連通する配管（空気供給流路１３）の一部を分岐し、分岐した配管に、別の送風機の吐出側を繋いだものである。起動用送風機４９は、第１の実施形態において説明した起動用送風機である。また、新たに設けた送風機の一例として、臭気含有空気を供給する臭気導入送風機５９である。臭気導入送風機５９は、汚泥処理設備の使用機器や建物で発生する、硫化水素、メチルメルカプタンなどの臭気成分を吸引し、燃焼空気の一部として加圧流動焼却炉１に供給するものである。吸引する臭気は、空気とともに配管等を介して臭気導入送風機５９で吸引され、コンプレッサ２ｂに供給される。加圧流動焼却炉１に供給された臭気含有空気の成分である臭気は燃焼し脱臭される。

なお、起動用送風機４９と臭気導入送風機５９とでは、風量と吐出圧の特性が異なり、一例として、同一風量の場合に、起動用送風機４９は設備起動に用いるため吐出圧が高く設計され、臭気導入送風機５９は送気配管の圧力損失分の吐出圧を賄える程度の低い吐出圧に設計されている。
本実施形態では、起動用送風機４９および臭気導入送風機５９に、それぞれ電力回生機能付きインバータ４９ａ、電力回生機能付きインバータ５９ａを付加した。これらの送風機に付加した電力回生機能付きインバータは、第１の実施例で説明した電力回生機能付きインバータ４９ａと同様の機能を果たす。なお、本実施例においては、起動用送風機４９および臭気導入送風機５９の少なくとも一方に電力回生機能付インバータを備えればよい。起動用送風機４９のみに電力回生機能付きインバータを備えた場合は、第１の実施形態と同じ構成となる。
制御装置１９、流量制御部５２、圧力制御部５７の制御において、加圧流動焼却炉１への被処理物供給開始の制御内容は、起動用送風機４９を用いた場合と臭気導入送風機５９を用いた場合において同一である。そのため、臭気導入送風機５９と、その送風機に付加した電力回生機能付きインバータ５９ａを用いた制御の内容は、第１の実施形態の、起動用送風機４９、及び４９ａに相当する。

ところで、被処理物を加圧流動焼却炉１内で燃焼中に回生電力を生じさせる場合、臭気導入送風機５９を用いると、吐出圧を低く抑えたまま大風量を流すことができる、すなわち多くの臭気を吸引できる利点がある。このときの運転方法は、加圧流動焼却炉１への被処理物供給開始後に、起動用送風機４９の吐出側にある切換弁４９ｂを閉じ、臭気導入送風機５９の吐出側にある切換弁５９ｂを開にして、使用する送風機を起動用送風機４９から臭気導入送風機５９へ切替える。切換弁４９ｂから切換弁５９ｂへの切替は同時に行ってもよいし、順番に切り替えてもよい。

また、図１および図３における制御装置１９の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより調節弁の制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１ 加圧流動焼却炉
２ 過給機
４ 空気予熱器
５ 高温集塵機
１９ 制御装置
２６ 流量計
４９ 起動用送風機
４９ａ 電力回生機能付きインバータ
５０ 圧力計
５２ 流量調節部
５７ 圧力調節部
５９ 臭気導入送風機
ＣＶ１ 空気吸入弁
ＣＶ２ 過給機排ガスバイパス弁

Claims (5)

1. 加圧流動焼却炉と、
   当該加圧流動焼却炉から排出される燃焼排ガスにより回動されるタービンと、前記タービンの回動に伴って回動されるコンプレッサと、を有する過給機と、
   前記コンプレッサの空気入口側に設けられ、前記コンプレッサに空気を供給する送風機と、
   前記加圧流動焼却炉の起動時に、電力を前記送風機に供給し、前記送風機を起動させる電力変換装置と、
   前記加圧流動焼却炉への被処理物供給開始後に、前記コンプレッサの空気入口側の圧力を変化させ、前記送風機を介して外部から前記コンプレッサに空気が導入されることで前記電力変換装置から回生電力を得る制御装置と、
   前記タービンの燃焼排ガス入口側と、燃焼排ガス出口側とを連通する燃焼排ガスバイパス流路に設けられ、前記過給機からの排ガスのバイパス量を調整する調節弁と、
   前記加圧流動焼却炉に前記コンプレッサから供給される燃焼空気の流量を測定した結果である燃焼空気量測定値と、予め設定された流量設定値との偏差に基づいて、前記調節弁の開閉の程度を示す調節弁開度を算出し、算出した当該調節弁開度に応じて前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記調節弁の開閉を制御する調節弁制御部と、
   前記コンプレッサの空気入口側に前記送風機と並列に設けられる空気吸入弁と、
   前記空気吸入弁の吐出側の圧力を測定した結果である過給機入口空気圧力と、前記制御装置が設定する圧力設定値との偏差に基づいて、前記空気吸入弁の開閉の程度を示す吸入弁開度を算出し、算出した当該吸入弁開度に応じて前記過給機入口空気圧力と前記圧力設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記空気吸入弁の開閉を制御する吸入弁制御部と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内にある場合、前記吸入弁制御部に前記圧力設定値を設定する、
   ことを特徴とする加圧流動焼却炉設備。
2. 加圧流動焼却炉と、
   当該加圧流動焼却炉から排出される燃焼排ガスにより回動されるタービンと、前記タービンの回動に伴って回動されるコンプレッサと、を有する過給機と、
   前記コンプレッサの空気入口側に設けられ、前記コンプレッサに臭気含有空気を供給する送風機と、
   前記送風機に電力を供給し、前記送風機を起動させる電力変換装置と、
   前記加圧流動焼却炉への被処理物供給開始後に、前記コンプレッサの空気入口側の圧力を変化させ、前記送風機を介して外部から前記コンプレッサに臭気含有空気が導入されることで前記電力変換装置から回生電力を得る制御装置と、
   前記タービンの燃焼排ガス入口側と、燃焼排ガス出口側とを連通する燃焼排ガスバイパス流路に設けられ、前記過給機からの排ガスのバイパス量を調整する調節弁と、
   前記加圧流動焼却炉に前記コンプレッサから供給される燃焼空気の流量を測定した結果である燃焼空気量測定値と、予め設定された流量設定値との偏差に基づいて、前記調節弁の開閉の程度を示す調節弁開度を算出し、算出した当該調節弁開度に応じて前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記調節弁の開閉を制御する調節弁制御部と、
   前記コンプレッサの空気入口側に前記送風機と並列に設けられる空気吸入弁と、
   前記空気吸入弁の吐出側の圧力を測定した結果である過給機入口空気圧力と、前記制御装置が設定する圧力設定値との偏差に基づいて、前記空気吸入弁の開閉の程度を示す吸入弁開度を算出し、算出した当該吸入弁開度に応じて前記過給機入口空気圧力と前記圧力設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記空気吸入弁の開閉を制御する吸入弁制御部と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内にある場合、前記吸入弁制御部に前記圧力設定値を設定する、
   ことを特徴とする加圧流動焼却炉設備。
3. 加圧流動焼却炉と、当該加圧流動焼却炉から排出される燃焼排ガスにより回動されるタービンと、前記タービンの回動に伴って回動されるコンプレッサと、を有する過給機と、前記コンプレッサの空気入口側に設けられ、前記コンプレッサに空気を供給する送風機と、前記送風機に電力を供給し、前記送風機を起動させる電力変換装置と、を備えた加圧流動焼却炉設備の制御方法であって、
   制御装置が、前記加圧流動焼却炉への被処理物供給開始後に、前記コンプレッサの空気入口側の圧力を変化させ、前記送風機を介して外部から前記コンプレッサに空気が導入されることで前記電力変換装置から回生電力を得る制御工程と、
   調節弁制御部が、前記加圧流動焼却炉に前記コンプレッサから供給される燃焼空気の流量を測定した結果である燃焼空気量測定値と、予め設定された流量設定値との偏差に基づいて、前記タービンの燃焼排ガス入口側と、燃焼排ガス出口側とを連通する燃焼排ガスバイパス流路に設けられ、前記過給機からの排ガスのバイパス量を調整する調節弁の開閉の程度を示す調節弁開度を算出し、算出した当該調節弁開度に応じて前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記調節弁の開閉を制御する調節弁制御工程と、
   吸入弁制御部が、前記コンプレッサの空気入口側に前記送風機と並列に設けられる空気吸入弁の吐出側の圧力を測定した結果である過給機入口空気圧力と、前記制御装置が設定する圧力設定値との偏差に基づいて、前記空気吸入弁の開閉の程度を示す吸入弁開度を算出し、算出した当該吸入弁開度に応じて前記過給機入口空気圧力と前記圧力設定値との偏差が予め設定された範囲内に入るように前記空気吸入弁の開閉を制御する吸入弁制御工程と、
   を有し、
   前記制御工程は、前記燃焼空気量測定値と前記流量設定値との偏差が予め設定された範囲内にある場合、前記吸入弁制御部に前記圧力設定値を設定する、
   ことを特徴とする加圧流動焼却炉設備の制御方法。
4. 前記制御工程は、前記タービンの回転数と、前記調節弁開度と、現在の前記過給機入口空気圧力とに基づいて、前記吸入弁制御部に前記圧力設定値を設定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の加圧流動焼却炉設備の制御方法。
5. 前記制御工程は、
   前記タービンに対して設定された回転数上限値と、前記タービンの現在の回転数との偏差が予め設定された回転数余裕値より大きく、
   前記調節弁開度が予め設定された弁開度余裕値より大きく、
   現在の前記過給機入口空気圧力が予め設定された圧力設定下限値より大きい場合、
   現在の圧力設定値から予め設定された圧力差分設定値だけ減算して新たな圧力設定値を算出し、算出した当該圧力設定値を前記吸入弁制御部に設定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の加圧流動焼却炉設備の制御方法。

Images