JP6623319B1

JP6623319B1 - 廃棄物処理設備及びその運転方法

Info

Publication number: JP6623319B1
Application number: JP2019162104A
Authority: JP
Inventors: 修史山口; 俊康尾家; 健吾迫田
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2039-09-05
Also published as: JP2021038736A

Abstract

【課題】燃焼用空気の熱からタービンを保護することが可能な過給式の廃棄物処理設備を提供する。【解決手段】廃棄物処理設備は、焼却炉と、空気導入経路と、排ガス経路と、コンプレッサとタービンとを含む過給機と、空気導入経路におけるコンプレッサの下流側で且つタービンの上流側に配置されると共に排ガス経路に配置された第１予熱器と、空気導入経路における第１予熱器の下流側で且つタービンの上流側に配置されると共に、排ガス経路における第１予熱器の上流側に配置された第２予熱器と、空気導入経路におけるタービンの下流側に配置されると共に、排ガス経路における第２予熱器の下流側で且つ第１予熱器の上流側に配置された再加熱器と、第１予熱器を迂回するバイパス経路と、第１予熱器へ流入する燃焼用空気の流量とバイパス経路へ流入する燃焼用空気の流量との比率を調整する調整弁と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物処理設備及びその運転方法に関する。

従来、特許文献１に記載されているように、下水汚泥等の廃棄物を焼却する廃棄物処理設備であって、廃棄物の焼却に必要な空気を過給機により焼却炉へ供給するものが知られている。このような過給式の廃棄物処理設備は、廃棄物を焼却する際に生じる排ガスの熱を利用して過給機を駆動させることにより焼却炉へ空気を供給するものであり、空気供給用のブロワ等を用いる設備に比べて省電力性やコストの面で優れている。

特許文献１に記載された廃棄物処理設備は、廃棄物を焼却する焼却炉と、回転軸を介して接続されたコンプレッサ及びタービンを有する過給機と、焼却炉から排出される排ガスとコンプレッサを介して吸引された空気との間で熱交換する第一熱交換器と、タービンから焼却炉へと流れる空気と焼却炉から第一熱交換器へと流れる排ガスとの間で熱交換が可能な第二熱交換器とを備えている。この廃棄物処理設備によれば、第二熱交換器を設けることにより、タービンを回転させた後の空気を効率的に再加熱し、焼却炉へ供給される補助燃料の使用量を削減可能とされている。

特許第６３０１６７６号公報

特許文献１に記載された廃棄物処理設備では、タービンへ流入する前の空気が第一熱交換器において排ガスとの熱交換により加熱され、タービンから流出した後の空気が第二熱交換器において排ガスとの熱交換により加熱される。そして、排ガスが流通する経路上において、第一熱交換器が第二熱交換器の下流側に配置されている。

したがって、この廃棄物処理設備では、焼却炉から排出された排ガスが第一熱交換器へ直接は流入せず、第二熱交換器を通過した後に第一熱交換器へ流入する。よって、第一熱交換器へ流入する排ガスの温度は、第二熱交換器の運転条件等の影響を受けて変動するため、不安定である。その結果、第一熱交換器において空気が排ガスから受ける熱量も変動し、タービンへ流入する空気の温度が不安定になるため、当該空気温度がタービンの耐用温度を超えるおそれがある。このように、従来における過給式の廃棄物処理設備では、空気の熱に対するタービンの保護に関して十分な配慮がなされていないという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼用空気の熱からタービンを保護することが可能な過給式の廃棄物処理設備及びその運転方法を提供することである。

本発明の一局面に係る廃棄物処理設備は、廃棄物を焼却する焼却炉と、前記焼却炉へ燃焼用空気を導くための空気導入経路と、前記焼却炉から排出された排ガスが流れる排ガス経路と、前記空気導入経路に配置された過給機であって、前記燃焼用空気を圧縮するコンプレッサと、前記燃焼用空気によって回転することにより前記コンプレッサを駆動させるタービンとを含む前記過給機と、前記空気導入経路における前記コンプレッサの下流側で且つ前記タービンの上流側に配置されると共に前記排ガス経路に配置され、前記コンプレッサから吐出された前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する第１予熱器と、前記空気導入経路における前記第１予熱器の下流側で且つ前記タービンの上流側に配置されると共に、前記排ガス経路における前記第１予熱器の上流側に配置され、前記第１予熱器から流出した前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する第２予熱器と、前記空気導入経路における前記タービンの下流側に配置されると共に、前記排ガス経路における前記第２予熱器の下流側で且つ前記第１予熱器の上流側に配置され、前記タービンから流出した前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する再加熱器と、前記第１予熱器を迂回するように前記空気導入経路に接続されたバイパス経路と、前記コンプレッサから吐出された前記燃焼用空気のうち、前記第１予熱器へ流入する前記燃焼用空気の流量と前記バイパス経路へ流入する前記燃焼用空気の流量との比率を調整する調整弁と、を備えている。

この廃棄物処理設備では、第２予熱器、再加熱器及び第１予熱器が、排ガス経路において上流側からこの順に配置されている。このため、第２予熱器では、運転温度が高く且つ燃焼用空気が排ガスとの熱交換により取得可能な熱量が安定している一方、第１予熱器では、運転温度が比較的低く且つ燃焼用空気が排ガスとの熱交換により取得可能な熱量が不安定になる。

この廃棄物処理設備は、排ガスから取得可能な熱量が安定しているが運転温度が高いためにバイパス経路及び調整弁を用いた温度調節が難しい第２予熱器と、排ガスから取得可能な熱量は不安定であるが運転温度が比較的低いためにバイパス経路及び調整弁を用いた温度調節が可能である第１予熱器とを備えている。このため、第１予熱器へ流入する燃焼用空気の流量を比較的低い運転温度にてバイパス経路及び調整弁により調整した上で、排ガスからの取得熱量が安定している第２予熱器によってタービン流入前の燃焼用空気の温度を確実に目標温度まで昇温させることができる。したがって、タービン流入前の燃焼用空気の過昇温を抑制し、タービンの耐用温度を超える燃焼用空気がタービンへ流入するのが抑制されるため、タービンを保護することが可能になる。

上記廃棄物処理設備は、前記空気導入経路における前記第２予熱器の下流側で且つ前記タービンの上流側に配置され、前記燃焼用空気の温度を検知する第１温度検知部と、前記第１温度検知部による検知温度が前記タービンの耐用温度以下の温度である第１目標温度になるように、前記調整弁を制御する制御部と、をさらに備えていてもよい。

この構成によれば、調整弁を自動制御して第１予熱器へ流入する燃焼用空気の流量を調整することにより、タービン流入前の燃焼用空気の過昇温を容易に抑制することが可能である。

本発明の他の局面に係る廃棄物処理設備の運転方法は、廃棄物を焼却する焼却炉と、前記焼却炉へ燃焼用空気を導くための空気導入経路と、前記焼却炉から排出された排ガスが流れる排ガス経路と、前記空気導入経路に配置された過給機であって、前記燃焼用空気を圧縮するコンプレッサと、前記燃焼用空気によって回転することにより前記コンプレッサを駆動させるタービンとを含む前記過給機と、前記空気導入経路における前記コンプレッサの下流側で且つ前記タービンの上流側に配置されると共に前記排ガス経路に配置され、前記コンプレッサから吐出された前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する第１予熱器と、前記空気導入経路における前記第１予熱器の下流側で且つ前記タービンの上流側に配置されると共に、前記排ガス経路における前記第１予熱器の上流側に配置され、前記第１予熱器から流出した前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する第２予熱器と、前記空気導入経路における前記タービンの下流側に配置されると共に、前記排ガス経路における前記第２予熱器の下流側で且つ前記第１予熱器の上流側に配置され、前記タービンから流出した前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する再加熱器と、を備えた廃棄物処理設備の運転方法である。この運転方法は、前記コンプレッサから吐出された前記燃焼用空気を前記第１予熱器及び前記第２予熱器に順に通過させ、前記第１予熱器及び前記第２予熱器の各々において前記排ガスとの熱交換により加熱した後、前記タービンへ流入させることと、前記タービンへ流入する前の前記燃焼用空気の温度に基づいて、前記コンプレッサから吐出された前記燃焼用空気のうち、前記第１予熱器へ流入する前記燃焼用空気の流量と前記第１予熱器を迂回する前記燃焼用空気の流量との比率を調整することと、を含む。

この運転方法では、第１予熱器へ流入する燃焼用空気の流量を比較的低い運転温度にて調整した上で、排ガスからの取得熱量が安定している第２予熱器によってタービン流入前の燃焼用空気の温度を確実に目標温度まで昇温させることができる。したがって、タービン流入前の燃焼用空気の過昇温を抑制し、タービンの耐用温度を超える燃焼用空気がタービンへ流入するのが抑制されるため、タービンを保護することが可能になる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、燃焼用空気の熱からタービンを保護することが可能な過給式の廃棄物処理設備及びその運転方法を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る廃棄物処理設備の構成を模式的に示す図である。本発明の実施形態１に係る廃棄物処理設備の運転方法を説明するためのフローチャートである。本発明の実施形態２に係る廃棄物処理設備の構成を模式的に示す図である。本発明の実施形態２に係る廃棄物処理設備の運転方法を説明するためのフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る廃棄物処理設備及びその運転方法を詳細に説明する。

（実施形態１）
＜廃棄物処理設備＞
まず、本発明の実施形態１に係る廃棄物処理設備１の構成を、図１に基づいて説明する。本実施形態に係る廃棄物処理設備１は、例えば下水汚泥等の廃棄物を焼却する設備である。図１に示すように、廃棄物処理設備１は、焼却炉１０と、空気導入経路２０と、排ガス経路３０と、コンプレッサ４１及びタービン４２を含む過給機４０と、第１予熱器５０と、第２予熱器５１と、再加熱器５２と、バイパス経路６０と、調整弁６１と、第１温度検知部７０と、制御部８０とを主に備えている。以下、これらの構成要素についてそれぞれ説明する。

焼却炉１０は、下水汚泥等の廃棄物を焼却する設備であり、例えば流動床式の焼却炉である。焼却炉１０の下部には、燃焼用空気Ａ１を炉内へ導入するための空気入口１０Ａが設けられており、焼却炉１０の上部には、廃棄物を焼却する際に生じる排ガスを炉外へ排出するための排ガス出口１０Ｂが設けられている。

空気導入経路２０は、焼却炉１０へ燃焼用空気Ａ１を導くための経路である。空気導入経路２０は、第１〜第５経路２１〜２５を有しており、燃焼用空気Ａ１は第１〜第５経路２１〜２５を順に通過して焼却炉１０内へ導入される。

第１経路２１は、上流端がコンプレッサ４１の吐出口に接続されていると共に、下流端が第１予熱器５０の空気入口に接続されている。第２経路２２は、上流端が第１予熱器５０の空気出口に接続されていると共に、下流端が第２予熱器５１の空気入口に接続されている。第３経路２３は、上流端が第２予熱器５１の空気出口に接続されていると共に、下流端がタービン４２の流入口に接続されている。第４経路２４は、上流端がタービン４２の流出口に接続されていると共に、下流端が再加熱器５２の空気入口に接続されている。第５経路２５は、上流端が再加熱器５２の空気出口に接続されていると共に、下流端が焼却炉１０の空気入口１０Ａに接続されている。

排ガス経路３０は、焼却炉１０から排出された排ガスＧ１が流れる経路であり、第１〜第４経路３１〜３４を有している。第１経路３１は、上流端が焼却炉１０の排ガス出口１０Ｂに接続されていると共に、下流端が第２予熱器５１の排ガス入口に接続されている。第２経路３２は、上流端が第２予熱器５１の排ガス出口に接続されていると共に、下流端が再加熱器５２の排ガス入口に接続されている。第３経路３３は、上流端が再加熱器５２の排ガス出口に接続されていると共に、下流端が第１予熱器５０の排ガス入口に接続されている。第４経路３４は、上流端が第１予熱器５０の排ガス出口に接続されている。

図１に示すように、排ガス出口１０Ｂから焼却炉１０の外へ排出された排ガスＧ１は、第１経路３１、第２予熱器５１、第２経路３２、再加熱器５２、第３経路３３、第１予熱器５０及び第４経路３４をこの順に流れる。その後、排ガスＧ１は、図略のボイラ、減温塔、バグフィルタ及び触媒反応塔等の各設備を順に通過した後、煙突から排出される。

ここで、第１経路３１を流れる排ガスＧ１の温度は、焼却炉１０への燃料の供給量等により制御されており、例えば８５０℃である。一方で、第２経路３２、第３経路３３及び第４経路３４を流れる排ガスＧ１の温度は、制御されておらず、各経路よりも上流側の熱交換器における排ガス流量と空気流量のバランス等の影響を受けて変動する。一例として、第２経路３２を流れる排ガスＧ１の温度が７５０℃であり、第３経路３３を流れる排ガスＧ１の温度が６５０℃であり、第４経路３４を流れる排ガスＧ１の温度が５００℃である。また排ガスＧ１の温度の安定性は、第２予熱器５１、再加熱器５２、第１予熱器５０の順に低下する。

過給機４０は、空気導入経路２０に配置されており、コンプレッサ４１とタービン４２とが回転軸４３により互いに接続された構成を有している。図１に示すように、コンプレッサ４１は、空気導入経路２０における第１予熱器５０の上流側に配置されている。タービン４２は、空気導入経路２０における第２予熱器５１の下流側で且つ再加熱器５２の上流側に配置されている。

なお、以下の説明において、空気導入経路２０における「上流側及び下流側」は、燃焼用空気Ａ１の流れ方向を基準とする。また排ガス経路３０における「上流側及び下流側」は、排ガスＧ１の流れ方向を基準とする。

コンプレッサ４１は、タービン４２から回転軸４３を介して伝達される回転力により駆動し、外部から吸入した燃焼用空気Ａ１（外気）を所定の圧力まで圧縮する（昇圧させる）。コンプレッサ４１は、圧縮後の燃焼用空気Ａ１を吐出し、吐出された燃焼用空気Ａ１は第１経路２１を通過して第１予熱器５０へ流入する。コンプレッサ４１は、例えば遠心圧縮機であり、軸回りに回転して燃焼用空気Ａ１を昇圧する羽根車と、当該羽根車を収容するケーシングとを含む。

タービン４２は、第１予熱器５０及び第２予熱器５１で加熱された燃焼用空気Ａ１によって回転することにより、コンプレッサ４１を駆動させる。具体的には、タービン４２は、燃焼用空気Ａ１の流れを受けて軸回りに回転可能な翼車を有し、当該翼車の回転が回転軸４３を介してコンプレッサ４１へ伝達される。

第１予熱器５０は、コンプレッサ４１から吐出された燃焼用空気Ａ１を排ガスＧ１との熱交換により加熱する熱交換器である。第１予熱器５０は、空気導入経路２０におけるコンプレッサ４１の下流側で且つタービン４２の上流側に配置されている。また第１予熱器５０は、排ガス経路３０における第２予熱器５１及び再加熱器５２の下流側に配置されている。第１予熱器５０は、例えばシェル＆チューブ式熱交換器でもよいが、特に限定されない。

第１予熱器５０内には、燃焼用空気Ａ１が流通する空気流路５０Ａと、排ガスＧ１が流通する排ガス流路５０Ｂとが各々設けられており、当該空気流路５０Ａと排ガス流路５０Ｂとの間で熱交換可能に構成されている。図１に示すように、空気流路５０Ａの入口５０Ａ１には第１経路２１の下流端が接続されており、空気流路５０Ａの出口５０Ａ２には第２経路２２の上流端が接続されている。また排ガス流路５０Ｂの入口５０Ｂ１には第３経路３３の下流端が接続されており、排ガス流路５０Ｂの出口５０Ｂ２には第４経路３４の上流端が接続されている。第１予熱器５０においては、コンプレッサ４１から吐出された後直接流入する燃焼用空気Ａ１が、焼却炉１０から排出された後第２予熱器５１及び再加熱器５２を順に通過した排ガスＧ１との熱交換により加熱される。

第２予熱器５１は、第１予熱器５０から流出した燃焼用空気Ａ１を排ガスＧ１との熱交換により加熱する熱交換器である。第２予熱器５１は、空気導入経路２０における第１予熱器５０の下流側で且つタービン４２の上流側に配置されている。また第２予熱器５１は、排ガス経路３０における第１予熱器５０及び再加熱器５２の上流側に配置されている。

第２予熱器５１は、第１予熱器５０と同様に、例えばシェル＆チューブ式熱交換器でもよいが、特に限定されない。また第１予熱器５０と第２予熱器５１とは、熱交換量が互いに異なっていてもよく、すなわち第１予熱器５０での熱交換量が第２予熱器５１での熱交換量よりも大きくてもよいし、第１予熱器５０での熱交換量が第２予熱器５１での熱交換量よりも小さくてもよい。しかしこれに限定されず、第１予熱器５０の熱交換量と第２予熱器５１の熱交換量が同じでもよい。

第２予熱器５１内には、燃焼用空気Ａ１が流通する空気流路５１Ａと、排ガスＧ１が流通する排ガス流路５１Ｂとが各々設けられており、当該空気流路５１Ａと排ガス流路５１Ｂとの間で熱交換可能に構成されている。図１に示すように、空気流路５１Ａの入口５１Ａ１には第２経路２２の下流端が接続されており、空気流路５１Ａの出口５１Ａ２には第３経路２３の上流端が接続されている。また排ガス流路５１Ｂの入口５１Ｂ１には第１経路３１の下流端が接続されており、排ガス流路５１Ｂの出口５１Ｂ２には第２経路３２の上流端が接続されている。第２予熱器５１においては、コンプレッサ４１から吐出された後第１予熱器５０で加熱された燃焼用空気Ａ１が、焼却炉１０から排出された後熱交換器を通過せずに直接導入される排ガスＧ１との熱交換により加熱される。

再加熱器５２は、タービン４２から流出した燃焼用空気Ａ１を排ガスＧ１との熱交換により加熱する熱交換器である。すなわち、再加熱器５２は、タービン４２を通過することにより温度が下がった燃焼用空気Ａ１を、焼却炉１０へ導入される前に排ガスＧ１により再加熱する熱交換器である。

再加熱器５２は、空気導入経路２０におけるタービン４２の下流側に配置されている。また再加熱器５２は、排ガス経路３０における第２予熱器５１の下流側で且つ第１予熱器５０の上流側に配置されている。再加熱器５２は、第１予熱器５０及び第２予熱器５１と同様に、例えばシェル＆チューブ式熱交換器でもよいが、特に限定されない。

再加熱器５２内には、燃焼用空気Ａ１が流通する空気流路５２Ａと、排ガスＧ１が流通する排ガス流路５２Ｂとが各々設けられており、当該空気流路５２Ａと排ガス流路５２Ｂとの間で熱交換可能に構成されている。図１に示すように、空気流路５２Ａの入口５２Ａ１には第４経路２４の下流端が接続されており、空気流路５２Ａの出口５２Ａ２には第５経路２５の上流端が接続されている。また排ガス流路５２Ｂの入口５２Ｂ１には第２経路３２の下流端が接続されており、排ガス流路５２Ｂの出口５２Ｂ２には第３経路３３の上流端が接続されている。再加熱器５２においては、タービン４２から流出した後焼却炉１０内へ導入される前の燃焼用空気Ａ１が、焼却炉１０から排出された後第２予熱器５１を通過した排ガスＧ１との熱交換により加熱される。

バイパス経路６０は、第１予熱器５０を迂回するように空気導入経路２０に接続されている。具体的には、図１に示すように、第１経路２１のうち任意の部位Ｐ１にバイパス経路６０の上流端が接続されており、第２経路２２のうち任意の部位Ｐ２にバイパス経路６０の下流端が接続されている。

調整弁６１は、開度調整が可能な弁であり、バイパス経路６０に配置されている。調整弁６１は、その開度によって、コンプレッサ４１から吐出された燃焼用空気Ａ１のうち、第１経路２１から第１予熱器５０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量と、第１経路２１から部位Ｐ１を経由してバイパス経路６０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量との比率を調整する。

具体的には、調整弁６１の開度を増加させることにより、バイパス経路６０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量を増加させると共に、第１予熱器５０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量を減少させることができる。一方、調整弁６１の開度を減少させることにより、バイパス経路６０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量を減少させると共に、第１予熱器５０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量を増加させることができる。本実施形態における調整弁６１は、制御部８０により開度制御される自動制御弁であるがこれに限定されず、手動弁でもよい。

第１温度検知部７０は、燃焼用空気Ａ１の温度を検知する温度センサであり、空気導入経路２０における第２予熱器５１の下流側で且つタービン４２の上流側、すなわち第３経路２３に配置されている。第１温度検知部７０は、燃焼用空気Ａ１の検知温度に応じた信号を制御部８０へ出力する。

制御部８０は、廃棄物処理設備１の各種動作を制御するコンピュータであり、受付部８１と、判定部８２と、記憶部８３と、弁制御部８４とを含む。受付部８１、判定部８２及び弁制御部８４は、上記コンピュータを構成する中央演算処理装置（ＣＰＵ；ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）により実行される各機能である。記憶部８３は、メモリ等の記憶装置により構成されている。

受付部８１は、第１温度検知部７０から出力される検知信号を受信する。記憶部８３には、第１温度検知部７０の目標温度である第１目標温度の情報が格納されている。第１目標温度は、過給機４０の自立運転を維持可能（コンプレッサ４１を駆動可能）な温度であり、且つタービン４２の耐用温度以下の温度である。「タービン４２の耐用温度」とは、タービン４２の熱破損が生じない限界温度であり、例えば６００℃であるが、特に限定されない。

判定部８２は、受付部８１により受信された検知温度の情報及び記憶部８３に格納された目標温度の情報を参照し、これらの比較判定を行う。すなわち、判定部８２は、第１温度検知部７０による検知温度と第１目標温度とを比較し、その大小関係を判定する。

弁制御部８４は、判定部８２による判定処理の結果に基づき、第１温度検知部７０による検知温度が第１目標温度になるように、調整弁６１の開度を制御する。具体的には、第１温度検知部７０による検知温度が第１目標温度よりも低い場合には、弁制御部８４が調整弁６１の開度を減少させる。一方で、第１温度検知部７０による検知温度が第１目標温度よりも高い場合には、弁制御部８４が調整弁６１の開度を増加させる。

＜廃棄物処理設備の運転方法＞
次に、上記廃棄物処理設備１の運転方法について、図２のフローチャートに従って説明する。

まず、廃棄物処理設備１の立上げ運転を行う（ステップＳ１０）。廃棄物処理設備１の運転開始直後では、焼却炉１０から排出される排ガスＧ１の温度が低いため、当該排ガスＧ１の熱により燃焼用空気Ａ１を十分に加熱することが困難である。よって、タービン４２へ流入する燃焼用空気Ａ１の温度がコンプレッサ４１を駆動可能な温度に達しておらず、過給機４０の自立運転を維持できない。このため、ステップＳ１０では、排ガスＧ１の温度が十分に上昇するまでの間、焼却炉１０へ廃棄物を投入しつつ、図略の補助ブロワ及びバーナを用いて焼却炉１０へ燃焼用空気を供給することにより、廃棄物の焼却処理を行う。

そして、過給機４０の自立条件が成立すると（ステップＳ２０のＹＥＳ）、すなわち第１予熱器５０及び第２予熱器５１において排ガスＧ１により加熱された燃焼用空気Ａ１の温度が過給機４０の自立運転が可能な温度に達すると、上記立上げ運転から定常運転へ移行する（ステップＳ３０）。定常運転では、上記補助ブロワ及びバーナを停止し、過給機４０により燃焼用空気Ａ１を焼却炉１０へ継続的に供給する。

具体的には、まず、以下のようにして、コンプレッサ４１から吐出された燃焼用空気Ａ１を第１予熱器５０及び第２予熱器５１に順に通過させ、第１予熱器５０及び第２予熱器５１の各々において排ガスＧ１との熱交換により加熱した後、タービン４２へ流入させる。はじめに、コンプレッサ４１が外気を燃焼用空気Ａ１として吸入し、所定の圧力まで圧縮する。この時、燃焼用空気Ａ１は、圧縮に伴って常温から所定の温度（例えば１５０℃）まで昇温する。そして、圧縮後の燃焼用空気Ａ１が、第１経路２１を通じて第１予熱器５０へ流入する。

燃焼用空気Ａ１は、第１予熱器５０において排ガスＧ１との熱交換によりさらに加熱され（例えば５００℃まで加熱され）、その後、第２経路２２を通じて第２予熱器５１へ流入する。そして、燃焼用空気Ａ１は、第２予熱器５１において排ガスＧ１との熱交換によりさらに加熱された後（例えば６００℃まで加熱された後）、第３経路２３を通じてタービン４２へ流入する。

タービン４２は、燃焼用空気Ａ１の熱エネルギーを受けて回転し、当該回転が回転軸４３を介してコンプレッサ４１へ伝達され、コンプレッサ４１が駆動する。一方、燃焼用空気Ａ１は、タービン４２において熱エネルギーを消費することにより温度が低下し、第４経路２４を通じて再加熱器５２へ流入する。

燃焼用空気Ａ１は、タービン４２の通過時に温度が低下した後、再加熱器５２において排ガスＧ１により再加熱される。そして、再加熱後の燃焼用空気Ａ１が、第５経路２５を通じて焼却炉１０へ導入され、廃棄物の焼却処理に用いられる。

以上が、定常運転時における過給機４０による焼却炉１０への燃焼用空気Ａ１の供給態様である。一方、定常運転中に焼却炉１０から排出された排ガスＧ１は、第２予熱器５１、再加熱器５２及び第１予熱器５０を順に通過する。

ここで、定常運転中は、タービン４２へ流入する前の燃焼用空気Ａ１の温度に基づいて、コンプレッサ４１から吐出された燃焼用空気Ａ１のうち、第１予熱器５０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量と第１予熱器５０を迂回する燃焼用空気Ａ１の流量との比率を調整する。具体的には以下の通りである。

まず、空気導入経路２０の第３経路２３を流れる燃焼用空気Ａ１の温度を、第１温度検知部７０により常時又は一定の時間間隔で継続的に検知する（ステップＳ４０）。以下、第１温度検知部７０による検知温度を「第１タービン入口温度」と称する。第１タービン入口温度の情報は受付部８１へ入力され、当該第１タービン入口温度が第１目標温度よりも高いか否かが判定部８２により判定される（ステップＳ５０）。

そして、第１タービン入口温度が第１目標温度よりも高い場合には（ステップＳ５０のＹＥＳ）、弁制御部８４が調整弁６１の開度を増加させる（ステップＳ６０）。これにより、コンプレッサ４１から吐出された燃焼用空気Ａ１のうち、バイパス経路６０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量が増加すると共に、第１予熱器５０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量が減少する。その結果、上記開度変更前よりも第１タービン入口温度が低下する。一方、第１タービン入口温度が第１目標温度以下である場合には（ステップＳ５０のＮＯ）、調整弁６１の開度を増加させずにステップＳ７０へ進む。

ステップＳ７０では、第１タービン入口温度が第１目標温度よりも低いか否かが判定部８２により判定される。そして、第１タービン入口温度が第１目標温度よりも低い場合には（ステップＳ７０のＹＥＳ）、弁制御部８４が調整弁６１の開度を減少させる（ステップＳ８０）。これにより、コンプレッサ４１から吐出された燃焼用空気Ａ１のうち、バイパス経路６０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量が減少すると共に、第１予熱器５０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量が増加する。その結果、上記開度変更前よりも第１タービン入口温度が上昇する。一方、第１タービン入口温度が第１目標温度と同じである場合には（ステップＳ７０のＮＯ）、調整弁６１の開度を減少させずにステップＳ９０へ進む。

そして、定常運転の終了条件が成立するまでの間、例えば定期的なメンテナンス等を行うために廃棄物処理設備１の運転を停止するまでの間、上記ステップＳ４０〜Ｓ８０による第１タービン入口温度に基づく調整弁６１の開度制御を継続する。そして、定常運転の終了条件が成立した時に（ステップＳ９０のＹＥＳ）、本運転方法が終了する。

以上の通り、本実施形態に係る廃棄物処理設備１では、第２予熱器５１、再加熱器５２及び第１予熱器５０が、排ガス経路３０において上流側からこの順に配置されている。このため、第２予熱器５１では、運転温度が高く且つ燃焼用空気Ａ１が排ガスＧ１との熱交換により取得可能な熱量が安定している。一方、第１予熱器５０では、運転温度が比較的低く且つ燃焼用空気Ａ１が排ガスＧ１との熱交換により取得可能な熱量が不安定である。

すなわち、廃棄物処理設備１は、排ガスＧ１から取得可能な熱量が安定しているが運転温度が高いためにバイパス経路６０及び調整弁６１を用いた温度調節が難しい第２予熱器５１と、排ガスＧ１から取得可能な熱量は不安定であるが運転温度が比較的低いためにバイパス経路６０及び調整弁６１を用いた温度調節が可能である第１予熱器５０とを備えるものである。このため、第１予熱器５０へ流入する燃焼用空気Ａ１の流量を比較的低い運転温度にてバイパス経路６０及び調整弁６１により調整した上で、排ガスＧ１からの取得熱量が安定している第２予熱器５１によってタービン流入前の燃焼用空気Ａ１の温度を確実に目標温度まで昇温させることができる。したがって、タービン流入前の燃焼用空気Ａ１の過昇温を抑制し、タービン４２の耐用温度を超える燃焼用空気Ａ１がタービン４２へ流入するのが抑制されるため、タービン４２を保護することが可能になる。

また上記廃棄物処理設備１では、タービン流入前の燃焼用空気Ａ１が排ガスＧ１から取得する熱量が、第１予熱器５０と第２予熱器５１とで分配される。タービン流入前の燃焼用空気Ａ１の加熱において第２予熱器５１を用いずに第１予熱器５０のみが用いられる場合には、排ガス温度が不安定な予熱器のみにより燃焼用空気が加熱されるため、バイパス経路６０及び調整弁６１を用いても、タービン流入前の燃焼用空気Ａ１の温度がタービン耐用温度を超えるのを確実に抑止するのは困難である。これに対し、第１予熱器５０と第２予熱器５１とを併用することにより、排ガス温度が不安定な第１予熱器５０において燃焼用空気Ａ１が排ガスＧ１から取得する熱量を少なくすることができるため、タービン流入前の燃焼用空気Ａ１の温度をより安定させることができる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る廃棄物処理設備１Ａ及びその運転方法について、図３及び図４に基づいて説明する。実施形態２は基本的には上記実施形態１と同様であるが、第２温度検知部７１がさらに設けられている点で上記実施形態１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

図３に示すように、実施形態２に係る廃棄物処理設備１Ａは、第１温度検知部７０に加えて、燃焼用空気Ａ１の温度を検知する温度センサである第２温度検知部７１をさらに備えている。第２温度検知部７１は、空気導入経路２０における第１予熱器５０の下流側で且つ第２予熱器５１の上流側、具体的には第２経路２２における部位Ｐ２よりも下流側に配置されている。第２温度検知部７１は、燃焼用空気Ａ１の検知温度に応じた信号を制御部８０へ出力する。

受付部８１は、第２温度検知部７１から出力される検知信号を受信する。記憶部８３には、第２温度検知部７１の目標温度である第２目標温度の情報が格納されている。第２目標温度は、第１目標温度よりも低い温度であり、例えば、第２予熱器５１における燃焼用空気Ａ１の昇温幅を第１目標温度から引いた温度である。

判定部８２は、第２温度検知部７１による検知温度（以下、「第２タービン入口温度」とも称する）と第２目標温度とを比較し、その大小関係を判定する。弁制御部８４は、第２温度検知部７１による検知温度が第２目標温度になるように、調整弁６１を制御する。具体的には、弁制御部８４は、第２温度検知部７１による検知温度が第２目標温度よりも低い場合には、調整弁６１の開度を減少させる。一方で、弁制御部８４は、第２温度検知部７１による検知温度が第２目標温度よりも高い場合には、調整弁６１の開度を増加させる。

図４は、実施形態２に係る廃棄物処理設備１Ａの運転方法の手順を示すフローチャートである。当該フローチャートは、「第１タービン入口温度」が「第２タービン入口温度」に変更され、「第１目標温度」が「第２目標温度」に変更されている点を除いて、上記実施形態１（図２）と同様である。

実施形態２に係る廃棄物処理設備１Ａの運転方法では、第２タービン入口温度に基づく調整弁６１の開度制御（図４）が行われる。この時、第１温度検知部７０による検知温度と第２温度検知部７１による検知温度との差に基づいて、第２目標温度が自動又は手動で調整されてもよい。

一方、第２タービン入口温度に基づく調整弁６１の開度制御が行われつつ、第１温度検知部７０による温度検知も継続される。そして、第１温度検知部７０による検知温度が第１目標温度を超えると、第２タービン入口温度に基づく制御（図４）を一旦停止し、第１タービン入口温度に基づく制御が優先され、弁制御部８４が調整弁６１の開度を増加させる。そして、第１温度検知部７０による検知温度が第１目標温度よりも所定温度（例えば１０℃）低い温度まで下がった後、第１タービン入口温度に基づく制御を停止し、第２タービン入口温度に基づく制御を再開する。

（その他実施形態）
ここで、本発明のその他実施形態について説明する。

上記実施形態１，２では、第１予熱器５０を迂回するバイパス経路６０が設けられる場合を説明したが、第２予熱器５１を迂回するように空気導入経路２０に接続された他のバイパス経路がさらに設けられ、当該バイパス経路に調整弁が設けられてもよい。これにより、タービン流入前の燃焼用空気Ａ１の温度をより精密に制御可能になる。しかし、この場合、当該バイパス経路が設けられない場合に比べて空気流路５１Ａを流れる燃焼用空気Ａ１の温度が高くなるため、第２予熱器５１における伝熱面の破損等が生じるおそれがある。このため、第２予熱器５１をバイパスする燃焼用空気Ａ１の流量は、第２予熱器５１の熱破損が生じない程度に調整される必要がある。

上記実施形態１では、廃棄物の一例として下水汚泥を焼却する場合を説明したが、例えば都市ごみ等の他の廃棄物を同様に焼却してもよい。また流動床式焼却炉を一例として説明したがこれに限定されず、例えばストーカ式焼却炉が用いられてもよい。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ廃棄物処理設備
１０焼却炉
２０空気導入経路
３０排ガス経路
４０過給機
４１コンプレッサ
４２タービン
５０第１予熱器
５１第２予熱器
５２再加熱器
６０バイパス経路
６１調整弁
７０第１温度検知部
７１第２温度検知部
８０制御部
Ａ１燃焼用空気
Ｇ１排ガス

Claims

廃棄物を焼却する焼却炉と、
前記焼却炉へ燃焼用空気を導くための空気導入経路と、
前記焼却炉から排出された排ガスが流れる排ガス経路と、
前記空気導入経路に配置された過給機であって、前記燃焼用空気を圧縮するコンプレッサと、前記燃焼用空気によって回転することにより前記コンプレッサを駆動させるタービンとを含む前記過給機と、
前記空気導入経路における前記コンプレッサの下流側で且つ前記タービンの上流側に配置されると共に前記排ガス経路に配置され、前記コンプレッサから吐出された前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する第１予熱器と、
前記空気導入経路における前記第１予熱器の下流側で且つ前記タービンの上流側に配置されると共に、前記排ガス経路における前記第１予熱器の上流側に配置され、前記第１予熱器から流出した前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する第２予熱器と、
前記空気導入経路における前記タービンの下流側に配置されると共に、前記排ガス経路における前記第２予熱器の下流側で且つ前記第１予熱器の上流側に配置され、前記タービンから流出した前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する再加熱器と、
前記第１予熱器を迂回するように前記空気導入経路に接続されたバイパス経路と、
前記コンプレッサから吐出された前記燃焼用空気のうち、前記第１予熱器へ流入する前記燃焼用空気の流量と前記バイパス経路へ流入する前記燃焼用空気の流量との比率を調整する調整弁と、を備えた、廃棄物処理設備。
前記空気導入経路における前記第２予熱器の下流側で且つ前記タービンの上流側に配置され、前記燃焼用空気の温度を検知する第１温度検知部と、
前記第１温度検知部による検知温度が前記タービンの耐用温度以下の温度である第１目標温度になるように、前記調整弁を制御する制御部と、をさらに備えた、請求項１に記載の廃棄物処理設備。
廃棄物を焼却する焼却炉と、前記焼却炉へ燃焼用空気を導くための空気導入経路と、前記焼却炉から排出された排ガスが流れる排ガス経路と、前記空気導入経路に配置された過給機であって、前記燃焼用空気を圧縮するコンプレッサと、前記燃焼用空気によって回転することにより前記コンプレッサを駆動させるタービンとを含む前記過給機と、前記空気導入経路における前記コンプレッサの下流側で且つ前記タービンの上流側に配置されると共に前記排ガス経路に配置され、前記コンプレッサから吐出された前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する第１予熱器と、前記空気導入経路における前記第１予熱器の下流側で且つ前記タービンの上流側に配置されると共に、前記排ガス経路における前記第１予熱器の上流側に配置され、前記第１予熱器から流出した前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する第２予熱器と、前記空気導入経路における前記タービンの下流側に配置されると共に、前記排ガス経路における前記第２予熱器の下流側で且つ前記第１予熱器の上流側に配置され、前記タービンから流出した前記燃焼用空気を前記排ガスとの熱交換により加熱する再加熱器と、を備えた廃棄物処理設備の運転方法であって、
前記コンプレッサから吐出された前記燃焼用空気を前記第１予熱器及び前記第２予熱器に順に通過させ、前記第１予熱器及び前記第２予熱器の各々において前記排ガスとの熱交換により加熱した後、前記タービンへ流入させることと、
前記タービンへ流入する前の前記燃焼用空気の温度に基づいて、前記コンプレッサから吐出された前記燃焼用空気のうち、前記第１予熱器へ流入する前記燃焼用空気の流量と前記第１予熱器を迂回する前記燃焼用空気の流量との比率を調整することと、を含む、廃棄物処理設備の運転方法。