JP6655467B2

JP6655467B2 - 廃棄物処理設備の操炉方法及び廃棄物処理設備

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Publication number: JP6655467B2
Application number: JP2016096296A
Authority: JP
Inventors: 晃治坂田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2036-05-12
Also published as: JP2017203434A

Description

本発明は、廃棄物処理設備の操炉方法及び廃棄物処理設備に関する。

様々な汚水が微生物を用いた生物処理により浄化された後に河川等に放流され、或いは再利用されている。このような生物処理によって発生する大量の汚泥は脱水処理された後に最終処分場に埋め立てられ、または焼却処理若しくは溶融処理されている。

特許文献１には、廃棄物焼却設備における流動焼却炉の排ガスとガスタービン発生装置におけるガスタービンの高熱の排気を熱源として相互に有効利用する複合設備が開示されている。

当該複合設備は、流動焼却炉と白煙防止用熱交換器と排ガス・排煙処理設備及び圧縮機と燃焼器と再生器を有するガスタービン発電装置を備えており、流動焼却炉の排ガスを再生器に送って、ガスタービン用圧縮空気の熱源として使用した後、白煙防止用熱交換器に送入するように構成するとともに、ガスタービンの排気を流動焼却炉に燃焼用空気として送入するように構成されている。

また、特許文献２には、常圧式の焼却炉及び加圧式の焼却炉に適用でき、燃焼用圧縮空気や白煙防止用圧縮空気を生成して予熱器に供給するブロアを必要としないエネルギー効率に優れた廃棄物処理設備が開示されている。

当該廃棄物処理設備は、流動床式焼却炉と、流動床式焼却炉からの排ガスとの連続的なガス−ガス熱交換により、流動床式焼却炉に供給する燃焼用圧縮空気の予熱を行う第１の予熱器と、第１の予熱器で加熱されて流動床式焼却炉に向かう燃焼用圧縮空気によってタービンが回転させられ、この回転によってコンプレッサで前記第１の予熱器に供給する圧縮空気の生成および送風を行う、第１の過給機と、前記第１の予熱器より上流側に設けられ運転開始時に前記タービンを回転させる第１の始動用空気供給装置とを、備えることを特徴とする。

特開２００３−５６３６３号公報特許第４８３１３０９号公報

過給機にはサージングと呼ばれる異常現象が発生する場合がある。サージングとは、圧縮機への流量を絞ったときに圧縮機が失速して流量や圧力が周期的に大きく変動し、圧縮機と配管からなる系を流れる気体全体が流れの方向に激しく振動する現象である。

サージングが発生すると、圧縮機を含む系全体が振動して不安定状態に陥り圧縮機や配管系が破損する虞があるため、サージングを起こさない領域で運転する必要がある。そのため、上述の特許文献に記載された複合設備や廃棄物処理設備に用いられる過給機は、サージングを起こさない領域で運転可能な特性を備える必要がある。

しかし、任意の特性を有する過給機を設計及び製作することが困難であり、いくつかある既存の機種から流動焼却炉等の熱処理炉を備えた設備に最も適合する特性の機種を選定して組み込む必要があった。そのため、設備を構築した後に温度や流量の設計値とのずれが生じると、サージングを起こさない領域で安定した状態で運転することが困難になる虞があった。

また、汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉を備えている廃棄物処理設備では、熱処理炉で処理される廃棄物の含水率や保有熱量等といった性状、また処理量によって燃焼用空気の供給量を変更する必要があり、そのような場合にサージングを起こさない領域で安定した状態で運転することが困難になる虞もあった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、サージングを起こさない領域で安定した状態で過給機を運転することができる廃棄物処理設備の操炉方法及び廃棄物処理設備を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による廃棄物処理設備の操炉方法の第一特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉を備えている廃棄物処理設備の操炉方法であって、燃焼用空気を過給機のコンプレッサで圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程で圧縮された燃焼用空気を、前記熱処理炉の炉内燃焼熱及び／または煙道に導かれる排ガスの保有熱により予熱する予熱工程と、前記予熱工程で予熱された燃焼用空気で前記過給機のタービンを回転させて動力を前記コンプレッサへ伝える圧縮動力生成工程と、前記圧縮動力生成工程で前記タービンから排気された燃焼用空気を前記熱処理炉に供給する燃焼用空気供給工程と、前記熱処理炉で熱処理される前記廃棄物の性状または処理量に基づいて、前記過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように、前記タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度を目標流量及び／または目標温度に調整する制御工程と、を含む点にある。

熱処理炉で熱処理される廃棄物の性状または処理量に従って適切に熱処理するために、制御工程では熱処理炉で熱処理される廃棄物の性状または処理量に基づいて、タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度が目標流量及び／または目標温度に調整される。例えば、含水率が低く燃えやすい廃棄物を熱処理する低負荷運転や、定格処理量よりも少ない量の廃棄物を熱処理する部分負荷運転を行なう場合に燃焼用空気の流量を減少させ、或いは含水率が高く燃えにくい廃棄物を熱処理する高負荷運転を行なう場合に燃焼用空気の温度を上昇させる必要がある場合等には、当該制御工程で過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように、タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度が調整される。その結果、サージングを起こさない領域で安定した状態で過給機を運転することができるようになる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、前記制御工程は、前記圧縮工程で圧縮された燃焼用空気の一部を、前記予熱工程を経ずに前記圧縮動力生成工程へ供給するバイパス送風工程と、前記予熱工程への燃焼用空気の供給量を調整する流量調整工程と、を含む点にある。

上述した第一の特徴構成となる制御工程にバイパス送風工程と流量調整工程が含まれる。圧縮工程で圧縮された燃焼用空気の一部が予熱工程を経ずに圧縮動力生成工程へ供給されるバイパス送風工程が実行されると、タービンに入力されるエネルギーが低下してコンプレッサによる燃焼用空気の圧力比が低下する。その結果、過給機の運転ポイントがサージ領域に入ることなく燃焼用空気量を絞ることができる。このときコンプレッサから出力された燃焼用空気のうち流量調整工程によって調整された供給量の燃焼用空気が予熱工程へ供給され、その余の燃焼用空気がバイパス送風工程によって圧縮動力生成工程にバイパスされる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述した第二の特徴構成に加えて、前記制御工程は、前記コンプレッサの入口側の圧力に対する出口側の圧力の比である圧力比と燃焼用空気の流量を指標にして、前記過給機の運転ポイントが前記過給機のコンプレッサマップに示されるサージ領域に入らないように、前記流量調整工程を実行する点にある。

コンプレッサマップは、横軸に空気流量、縦軸に圧力比を示す二次元座標上に、タービンの効率と作動可能領域が示され、過給機の運転ポイントがそれ以上左側に移動するとサージングが発生するサージ領域の境界線がサージラインとして作動可能領域の左側縁に示された性能曲線である。制御工程では、圧力比と燃焼用空気の流量で定まる過給機の運転ポイントが、対応する過給機のコンプレッサマップに示されたサージラインより左側に移行しないように運転ポイントが設定され、その運転ポイントに対応するように流量調整工程が実行される。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述した第二または第三の特徴構成に加えて、前記流量調整工程は、前記タービンの入口ポートと前記コンプレッサの出口ポートとの間に接続され、前記予熱工程をバイパスするバイパス送風路において、前記予熱工程を経ずに圧縮動力生成工程へ供給するバイパス風量を調整するバイパス風量調整工程及び／または、前記コンプレッサから前記予熱工程への送風路でバイパス送風路の入口より下流側において、前記予熱工程への燃焼用空気の供給量を調整する予熱空気量調整工程を含む点にある。

上述した第二の特徴構成となる流量調整工程に、バイパス風量調整工程及び／または予熱空気量調整工程が含まれる。過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように、バイパス風量調整工程によって予熱工程を経ずに圧縮動力生成工程へ供給するバイパス風量が調整され、予熱空気量調整工程によって予熱工程への燃焼用空気の供給量が調整され、何れか一方または双方が調整される。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第二から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記タービンから排気された燃焼用空気をさらに予熱して前記熱処理炉に供給する再予熱工程を含み、前記制御工程は、前記流量調整工程による燃焼用空気の温度変動を、前記再予熱工程での熱交換量を調整することにより補償する点にある。

流量調整工程によって過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように調整された結果、タービンから出力される燃焼用空気の温度が目標温度よりも低下した場合でも、再予熱工程での熱交換量を調整することによって、目標温度の燃焼用空気を熱処理炉に供給することができるようになる。

本発明による廃棄物処理設備の第一の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉を備えている廃棄物処理設備であって、前記熱処理炉の炉内燃焼熱及び／または煙道に導かれる排ガスの保有熱により燃焼用空気を予熱する第１熱交換器と、前記第１熱交換器で予熱された燃焼用空気により回転するタービンと、前記タービンの回転により前記第１熱交換器に燃焼用空気を供給するコンプレッサとを含む過給機と、前記熱処理炉で熱処理される前記廃棄物の性状または処理量に基づいて、前記過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように、前記タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度を目標流量及び／または目標温度に調整する制御機構と、を備えている点にある。

熱処理炉で熱処理される廃棄物の性状または処理量に従って適切に熱処理するために制御機構が設けられる。当該制御機構では、熱処理炉で熱処理される廃棄物の性状または処理量に基づいて、タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度が目標流量及び／または目標温度に調整される。その結果、サージングを起こさない領域で安定した状態で過給機が運転されるようになる。

同第二の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記制御機構は、前記タービンの入口ポートと前記コンプレッサの出口ポートとの間に接続され、前記第１熱交換器をバイパスするバイパス送風路と、前記第１熱交換器に供給する空気量及び／または前記バイパス送風路に供給する空気量を調整する流量調整機構と、前記流量調整機構を制御する制御部と、を含む点にある。

制御機構はバイパス送風路と流量調整機構と制御部を備えている。制御部によって、過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように流量調整機構が調整されながら、タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度が目標流量及び／または目標温度に調整される。

同第三の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記制御部は、前記過給機のコンプレッサマップを記憶する記憶部を備え、前記コンプレッサの入口側の圧力に対する出口側の圧力の比である圧力比と燃焼用空気の流量を指標にして、前記過給機の運転ポイントが前記コンプレッサマップに示されるサージ領域に入らないように、前記流量調整機構を制御する点にある。

制御部によって、圧力比と流量で特定される過給機の運転ポイントが、記憶部に記憶されたコンプレッサマップのどの位置にあるかが捕捉され、その結果に基づいて運転ポイントがコンプレッサマップのサージラインより左側に移動しないように流量調整機構が制御され、タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度が目標流量及び／または目標温度になる運転ポイントに遷移される。

同第四の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記流量調整機構は、前記バイパス送風路に備えた第１ダンパ機構及び／または前記コンプレッサの出口ポートと前記第１熱交換器との送風路で前記バイパス送風路の入口より下流側に備えた第２ダンパ機構とで構成されている点にある。

第１ダンパ機構の開度調整により燃焼用空気のバイパス流量が調整され、第２ダンパ機構の開度が調整されることにより第１熱交換器への燃焼用空気の供給量が調整される。

同第五の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記流量調整機構は、前記バイパス送風路に備えた第１ダンパ機構と、燃焼用空気を予備圧縮して前記コンプレッサに供給する押込み送風機とで構成されている点にある。

第１ダンパ機構の開度調整により燃焼用空気のバイパス流量が調整され、押込み送風機による送風量により第１熱交換器への燃焼用空気の供給量が調整される。

同第六の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第二から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記タービンから排気された燃焼用空気をさらに予熱して前記熱処理炉に供給する第２熱交換器を備え、前記制御部は、前記流量調整機構による燃焼用空気の温度変動を、前記第２熱交換器での熱交換量を調整することにより補償する点にある。

流量調整機構によって過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように調整された結果、タービンから出力される燃焼用空気の温度が目標温度よりも低下した場合でも、第２熱交換器での熱交換量を調整することによって、目標温度の燃焼用空気を熱処理炉に供給することができるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、サージングを起こさない領域で安定した状態で過給機を運転することができる廃棄物処理設備の操炉方法及び廃棄物処理設備を提供することができるようになった。

本発明による廃棄物処理設備の操炉方法及び廃棄物処理設備の説明図コンプレッサマップの説明図コンプレッサマップに基づいた廃棄物処理設備の操炉方法の説明図別実施形態を示す廃棄物処理設備の操炉方法及び廃棄物処理設備の説明図別実施形態を示す廃棄物処理設備の操炉方法及び廃棄物処理設備の説明図

以下、本発明による廃棄物処理設備の操炉方法及び廃棄物処理設備の操炉方法の実施形態を説明する。

図１には、汚泥等の廃棄物を焼却処理する廃棄物処理設備１００が示されている。廃棄物処理設備１００は、被焼却物である汚泥が貯留された汚泥貯留槽１と、汚泥投入機構１１と、熱処理炉の一例である流動床式焼却炉２と、排ガス処理設備等を備えている。

流動床式焼却炉２は、空気供給機構３から供給される高温空気によって形成される流動床に汚泥投入機構１１から供給される汚泥を投入して加熱し、ガス化された汚泥を流動床の上方空間に形成されるフリーボード部２０で燃焼させる熱処理炉である。フリーボード部２０の下方には立上げ時に炉内を加熱する昇温バーナ２１が配置され、炉が昇温した後に汚泥の燃焼に必要な熱量を補う補助バーナ２２が設けられている。

流動床式焼却炉２の煙道１０に沿って順に、排ガスの保有熱により燃焼用空気を予熱する第１熱交換器５、煤塵を捕集する集塵装置６、アルカリ剤を噴霧して排ガス中の酸性ガス成分を中和する排煙処理塔７等が配置されている。

排煙処理塔７の下流側には煙道１０の排ガスを誘引して炉内を負圧に維持する誘引送風機８が設けられ、誘引送風機８によって誘引された排ガスが各排ガス処理設備で浄化された後に煙突９から排気される。

空気供給機構３は、押込み送風機３０と、過給機４０と、第１熱交換器５とを備えて構成されている。押込み送風機３０により１〜１９ｋＰａに予備圧縮された燃焼用空気が送風路３１を介して過給機４０を構成するコンプレッサ４０ｃの給気口に供給され、コンプレッサ４０ｃで０．１〜０．３ＭＰａに圧縮された空気が第１熱交換器５で予熱された後にタービン４０ｔに供給され、タービン４０ｔから排気された圧縮空気が流動床式焼却炉２の底部に形成された給気機構２３に供給される。

コンプレッサ４０ｃで圧縮された空気は、第１熱交換器５で８００〜１０００℃の排ガスと熱交換されて５００〜７５０℃に予熱された後にタービン４０ｔに供給される。

第１熱交換器５で予熱された圧縮空気がタービン４０ｔに供給されることによってタービン４０ｔが回転駆動され、さらに駆動軸４０ｓでタービン４０ｔと連結されたコンプレッサ４０ｃが駆動されるようになる。タービン４０ｔから排出された４００〜６５０℃，０．０２〜０．０４ＭＰａの圧縮空気は流動用空気つまり燃焼用空気として流動床式焼却炉２に供給されて流動床が形成される。尚、本明細書で説明する圧力はゲージ圧である。

押込み送風機３０により予備圧縮された燃焼用空気が過給機４０のコンプレッサ４０ｃに供給されるので、コンプレッサ４０ｃのみならず押込み送風機３０によっても圧縮された空気が、第１熱交換器５で予熱されるようになる。これにより、タービン４０ｔの膨張仕事量が、コンプレッサ４０ｃの圧縮仕事量以上になり、流動床式焼却炉２に流動床を形成する際の通気圧損より高い圧力で燃焼用空気を供給することができるようになる。

流動床式焼却炉２の立上げ時には専ら押込み送風機３０のみで流動床を形成する必要があるが、過給機４０の通風抵抗は小さく、立ち上げにより昇温されるに伴い過給機４０の稼働による動力コストの低減効果が得られ、押込み送風機３０に要する消費電力を大幅に低減させることができる。

タービン４０ｔの入口ポートとコンプレッサ４０ｃの出口ポートとの間に第１熱交換器５をバイパスするバイパス送風路５１が設けられ、バイパス送風路５１に第１ダンパ機構５１Ｄが設けられている。また、コンプレッサ４０ｃの出口ポートと第１熱交換器５とを接続する送風路５２のうち、バイパス送風路５１の入口より下流側に第２ダンパ機構５２Ｄを備えている。

送風路３１には燃焼用空気流量を計測する流量計Ｑｓが設置され、コンプレッサ４０ｃの入口ポートには入口圧力を計測する圧力計Ｐｉｓが設置され、コンプレッサ４０ｃの出口ポートには出口圧力を計測する圧力計Ｐｏｓが設置されている。

また、フリーボード部２０の出口部に排ガスに含まれる酸素ガス濃度を計測する酸素ガスセンサＳｇが設置され、タービン４０ｔの入口空気温度、給気機構２３の入口空気温度、フリーボード部２０の温度、炉出口温度等を計測する複数の温度センサが配置されている。

上述した廃棄物処理設備を制御するための制御部５３が設けられている。制御部５３は、各種のセンサ信号等を入力する入力部と、入力部から入力された信号に基づいて所定の制御演算を実行する演算部と、演算結果に基づいて各種のアクチュエータに制御信号を出力する出力部と、制御データ等を記憶する記憶部等を備えたコンピュータで構成されている。

処理対象である汚泥の性状、目標処理量（ｔ／日）、煙道１０に流出する排ガスに含まれる酸素濃度、押込み送風機３０から供給される燃焼用空気の流量Ｑ、コンプレッサ４０ｃの入口ポート圧力Ｐｉ、出口ポート圧力Ｐｏ等の複数の信号が入力部に入力され、それらの入力信号に基づいて演算部で制御演算が行なわれ、演算結果に基づいて出力部から押込み送風機３０による送風量、流量調整機構５１Ｄ，５２Ｄの開度、汚泥投入機構１１を介した汚泥投入量等を制御する制御信号が出力される。当該記憶部は、演算部による制御演算用のワーキングエリアとして利用されるとともに、制御部５３で実行される制御プログラムや、後述のコンプレッサマップ等の記憶領域としても利用される。

目標処理量は入力部に備えた操作パネルから手動入力するように構成され、汚泥の性状は操作パネルからの手動入力や、制御部５３による制御演算等により把握される。例えば汚泥の保有熱量は、制御部５３によって炉内への汚泥の投入量と燃焼用空気量と炉内温度に基づいて演算され、汚泥の含水率は操作パネルから手動入力によって得られる。

制御部５３は、酸素ガスセンサＳｇにより検出される排ガスの酸素濃度や炉内温度に基づいて、汚泥の投入量や押込み送風機３０の回転数をフィードバック制御することにより、流動床式焼却炉２を適切な燃焼状態に維持するように構成されている。

例えば、制御部５３は、酸素ガスセンサＳｇにより検出される排ガスの酸素濃度と目標酸素濃度との偏差に基づいて例えばＰＩＤ演算を行なうことにより、炉内に供給されるべき目標空気量を算出する。入力部から入力された汚泥の目標処理量に応じて予め想定される理論空気量に基づいて完全燃焼に要する燃焼用空気量を算出し、流量計Ｑｓの値が算出した燃焼用空気量となるように押込み送風機３０の駆動回路であるインバータ３０ａを制御する。

図２には、過給機４０の動作特性を示すコンプレッサマップの一例が示されている。コンプレッサマップは、横軸を流量Ｑ、縦軸を圧力比Ｐｏ／Ｐｉとする二次元座標系に、過給機４０の運転ポイント及びその運転ポイントに対する過給機４０の効率を表した特性図であり、中央部ほど効率が高くなり放射状に分布する等効率曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・（図中、破線で表される）が描かれ、等効率曲線の左側端部に斜めに延びる一点鎖線の境界線Ｍよりも左側の領域が、サージングが発生するサージ領域となる。

対象となる流動床式焼却炉２に供給される標準的な燃焼用空気の流量及び標準的な予熱量に対応した効率の良い動作点で運転できるように過給機４０が選定され、選定された過給機４０のコンプレッサマップデータが制御部５３に備えたメモリに記憶されている。

流動床式焼却炉２で定格の目標処理量（ｔ／日）を標準の燃焼用空気量及び予熱温度で運転する場合の動作点Ｐが設定され、流量Ｑの変動に伴って実線で示す過給機動作線Ａ上を動作点Ｐが移動するように設計される。

しかし、第１熱交換器５の伝熱係数が設計値よりも高い場合には、過給機動作線が上方にシフトして過給機動作線Ａ１上を動作点Ｐ１が移動し、第１熱交換器５の伝熱係数が設計値よりも低い場合には、過給機動作線が下方にシフトして過給機動作線Ａ２上を動作点Ｐ２が移動するようになる。

過給機動作線Ａ上を動作点Ｐが移動する場合に、焼却対象である汚泥の性状（含水率や熱量）が変動し、或いは目標処理量（ｔ／日）が変動すると、それに伴って燃焼用空気量の必要量がＱ１からＱ２に変動し、動作点Ｐは過給機動作線Ａ上を移動する。

例えば、目標処理量（ｔ／日）が定格の８０％に低下する部分負荷運転になると、燃焼用空気量の必要量が低下して、過給機動作線Ａ上を左方に移動する。このとき、動作点Ｐ’が境界線Ｍよりも左側に移動するとサージングが発生する。

図３に示すように、そのような場合に、第１熱交換器５の熱交換量を低下させると、過給機動作線Ａが過給機動作線Ａ’’にシフトして、同一流量に対応する動作点がＰ’からＰ’’にシフトするのでサージングの発生を回避することができる。図３の太い矢線で示すように、第１熱交換器５の熱交換量を次第に低下させることにより、サージングの発生を回避しながら流量を絞ることができるようになる。

同様に、図２で過給機動作線ＡがＡ１に移動している場合に、動作点Ｐ１から流量Ｑを低下させると、サージ領域に突入する可能性が高く、流量Ｑが一定であっても第１熱交換器５での熱交換量を増加させると動作点Ｐ１が上方に移動してサージ領域に突入する可能性が高くなる。

そのような場合であっても、第１熱交換器５の熱交換量を低下させると、過給機動作線Ａ１が過給機動作線Ａにシフトして、同一流量に対応する動作点がＰ１からＰにシフトするのでサージングの発生を回避することができる。

第１熱交換器５の熱交換量を調整するために、第１ダンパ機構５１Ｄ及び／または第２ダンパ機構５２Ｄの開度が調整される。

つまり、熱処理炉で熱処理される廃棄物の性状または処理量に基づいて、過給機４０の運転ポイントがサージ領域に入らないように、タービン４０ｔに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度を目標流量及び／または目標温度に調整する制御機構５０が設けられている。

即ち、制御機構５０は、バイパス送風路５１と、第１熱交換器５に供給する空気量及び／またはバイパス送風路５１に供給する空気量を調整する流量調整機構と、流量調整機構を制御する制御部５３で構成されている。

そして、流量調整機構は、第１ダンパ機構５１Ｄ及び／または第２ダンパ機構５２Ｄと、燃焼用空気を予備圧縮してコンプレッサ４０ｃに供給する押込み送風機３０とで構成されている。

制御部５３は、過給機４０のコンプレッサマップを記憶する記憶部を備え、コンプレッサ４０ｃの入口側の圧力Ｐｉに対する出口側の圧力Ｐｏの比である圧力比Ｐｏ／Ｐｉと燃焼用空気の流量Ｑを指標にして、過給機４０の運転ポイントがコンプレッサマップに示されるサージ領域に入らないように、流量調整機構を制御するように構成された制御プログラムを実行するように構成されている。

以上説明したように、上述の制御部５３によって制御される廃棄物処理設備で、本発明の操炉方法が実行される。

即ち、燃焼用空気を過給機４０のコンプレッサ４０ｃで圧縮する圧縮工程と、圧縮工程で圧縮された燃焼用空気を、熱処理炉２の炉内燃焼熱及び／または煙道に導かれる排ガスの保有熱により予熱する予熱工程と、予熱工程で予熱された燃焼用空気で過給機４０のタービン４０ｔを回転させて動力をコンプレッサ４０ｃへ伝える圧縮動力生成工程と、圧縮動力生成工程でタービン４０ｔから排気された燃焼用空気を熱処理炉２に供給する燃焼用空気供給工程と、熱処理炉２で熱処理される廃棄物の性状または処理量に基づいて、過給機４０の運転ポイントがサージ領域に入らないように、タービン４０ｔに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度を目標流量及び／または目標温度に調整する制御工程と、を含む廃棄物処理設備の操炉方法が実行される。

制御工程では熱処理炉２で熱処理される廃棄物の性状または処理量に基づいて、タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度が目標流量及び／または目標温度に調整される。例えば、含水率が低く燃えやすい廃棄物を熱処理する低負荷運転や、定格処理量よりも少ない量の廃棄物を熱処理する部分負荷運転を行なう場合に燃焼用空気の流量を減少させ、或いは含水率が高く燃えにくい廃棄物を熱処理する高負荷運転を行なう場合に燃焼用空気の温度を上昇させる必要がある場合等には、当該制御工程で過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように、タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度が調整される。その結果、サージングを起こさない領域で安定した状態で過給機を運転することができるようになる。

そして、制御工程では、圧縮工程で圧縮された燃焼用空気の一部を、予熱工程を経ずに圧縮動力生成工程へ供給するバイパス送風工程と、予熱工程への燃焼用空気の供給量を調整する流量調整工程とが実行される。

圧縮工程で圧縮された燃焼用空気の一部が予熱工程を経ずに圧縮動力生成工程へ供給されるバイパス送風工程が実行されると、タービン４０ｔに入力されるエネルギーが低下してコンプレッサ４０ｃによる燃焼用空気の圧力比が低下する。その結果、過給機４０の運転ポイントがサージ領域に入ることなく燃焼用空気量を絞ることができる。このときコンプレッサ４０ｃから出力された燃焼用空気のうち流量調整工程によって調整された供給量の燃焼用空気が予熱工程へ供給され、その余の燃焼用空気がバイパス送風工程によって圧縮動力生成工程にバイパスされる。

さらに、制御工程では、コンプレッサ４０ｃの入口側の圧力Ｐｉに対する出口側の圧力Ｐｏの比である圧力比Ｐｏ／Ｐｉと燃焼用空気の流量Ｑを指標にして、過給機４０の運転ポイントが過給機４０のコンプレッサマップに示されるサージ領域に入らないように、流量調整工程が実行される。

また、流量調整工程では、タービン４０ｔの入口ポートとコンプレッサ４０ｃの出口ポートとの間に接続され、予熱工程をバイパスするバイパス送風路５１において、予熱工程を経ずに圧縮動力生成工程へ供給するバイパス風量を調整するバイパス風量調整工程及び／または、コンプレッサ４０ｃから予熱工程への送風路５２でバイパス送風路の入口より下流側において、予熱工程への燃焼用空気の供給量を調整する予熱空気量調整工程が実行される。

上述の流量調整工程に、バイパス風量調整工程及び／または予熱空気量調整工程が含まれる。過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように、バイパス風量調整工程によって予熱工程を経ずに圧縮動力生成工程へ供給するバイパス風量が調整され、予熱空気量調整工程によって予熱工程への燃焼用空気の供給量が調整され、何れか一方または双方が調整される。

さらに別の実施形態を説明する。
図４には、タービン４０ｔから排気された燃焼用空気をさらに予熱して流動床式焼却炉２に供給する第２熱交換器４を備え、制御部５３は、流量調整機構による燃焼用空気の温度変動を、第２熱交換器４での熱交換量を調整することにより補償するように構成されていることが好ましい。

即ち、タービン４０ｔから排気された燃焼用空気をさらに予熱して熱処理炉２に供給する再予熱工程を含み、制御工程は、流量調整工程による燃焼用空気の温度変動を、再予熱工程での熱交換量を調整することにより補償する。

流量調整機構によって過給機４０の運転ポイントがサージ領域に入らないように調整された結果、タービン４０ｔから出力される燃焼用空気の温度が目標温度よりも低下した場合でも、第２熱交換器４での熱交換量を調整することによって、目標温度の燃焼用空気を熱処理炉に供給することができるようになる。

図５に示すように、バイパス送風路５１に熱風炉５４を設けると、熱風炉５４により流動床式焼却炉２の立上げを速やかに行なうことが可能となる。

先ず、第２ダンパ機構５２Ｄを閉じるとともに第１ダンパ機構５１Ｄを開放して、押込み送風機３０からの燃焼用空気を熱風炉で加熱してタービン４０ｔに供給する。

炉内の昇温の程度に応じて第２ダンパ機構５２Ｄの開度を次第に大きく、第１ダンパ機構５１Ｄの開度を次第に小さく調整することにより、第１熱交換器５への空気分配量を増し、定常運転時には熱風炉５４を停止して燃料消費量を抑制するのである。

流動床式焼却炉２の立上げ時には炉の廃熱を利用することができず、また送風路や熱交換器の通風による圧力損失も生じる。しかし、流動床式焼却炉２の立上げ時に第２ダンパ機構５２Ｄを閉じるとともに第１ダンパ機構５１Ｄを開放して、第１熱交換器５をバイパスすれば送風経路を短縮することができる。さらに、熱風炉５４を設けて燃焼用空気を加熱することにより、タービン４０ｔへの熱供給と流動床式焼却炉２の昇温が可能になる。

バイパス送風路５１に熱風炉５４を設けることなく、流動床式焼却炉２の立上げ時に第２ダンパ機構５２Ｄを閉じるとともに第１ダンパ機構５１Ｄを開放して、第１熱交換器５をバイパスするだけでもよい。

上述した実施形態では、第１熱交換器５が煙道１０の上流側に設けられた構成を説明したが、熱処理炉の炉内燃焼熱により燃焼用空気を予熱するように、第１熱交換器５をフリーボード部２０に設置してもよい。

上述した実施形態は、熱処理炉として流動床式焼却炉２を採用した場合について説明したが、本発明が適用される焼却炉は流動床式焼却炉２に限らず、流動床式焼却炉２と同様に通気圧損が大きいシャフト炉等の他の形式の工業炉にも適用可能である。例えば、底部にコークスベッドが形成され、当該コークスベッドに燃焼用空気を供給する羽口が形成されたシャフト炉の上方から汚泥を投入して溶融するような熱処理炉やスクラップを投入して溶解するキュポラ等であっても、本発明が適用可能である。

上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、当該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１：汚泥貯留槽
２：流動床式焼却炉
５：第１熱交換器
３０：押込み送風機
４０：過給機
４０ｔ：タービン
４０ｃ：コンプレッサ
５１：バイパス送風路
５１Ｄ：第１ダンパ機構
５２：送風路
５２Ｄ：第２ダンパ機構
５３：制御部
１００：廃棄物処理設備

Claims

汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉を備えている廃棄物処理設備の操炉方法であって、
燃焼用空気を過給機のコンプレッサで圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程で圧縮された燃焼用空気を、前記熱処理炉の炉内燃焼熱及び／または煙道に導かれる排ガスの保有熱により予熱する予熱工程と、
前記予熱工程で予熱された燃焼用空気で前記過給機のタービンを回転させて動力を前記コンプレッサへ伝える圧縮動力生成工程と、
前記圧縮動力生成工程で前記タービンから排気された燃焼用空気を前記熱処理炉に供給する燃焼用空気供給工程と、
前記熱処理炉で熱処理される前記廃棄物の性状または処理量に基づいて、前記過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように、前記タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度を目標流量及び／または目標温度に調整する制御工程と、
を含む廃棄物処理設備の操炉方法。
前記制御工程は、
前記圧縮工程で圧縮された燃焼用空気の一部を、前記予熱工程を経ずに前記圧縮動力生成工程へ供給するバイパス送風工程と、
前記予熱工程への燃焼用空気の供給量を調整する流量調整工程と、
を含む請求項１記載の廃棄物処理設備の操炉方法。
前記制御工程は、
前記コンプレッサの入口側の圧力に対する出口側の圧力の比である圧力比と燃焼用空気の流量を指標にして、前記過給機の運転ポイントが前記過給機のコンプレッサマップに示されるサージ領域に入らないように、前記流量調整工程を実行する請求項２記載の廃棄物処理設備の操炉方法。
前記流量調整工程は、
前記タービンの入口ポートと前記コンプレッサの出口ポートとの間に接続され、前記予熱工程をバイパスするバイパス送風路において、前記予熱工程を経ずに圧縮動力生成工程へ供給するバイパス風量を調整するバイパス風量調整工程及び／または、
前記コンプレッサから前記予熱工程への送風路でバイパス送風路の入口より下流側において、前記予熱工程への燃焼用空気の供給量を調整する予熱空気量調整工程を含む請求項２または３記載の廃棄物処理設備の操炉方法。
前記タービンから排気された燃焼用空気をさらに予熱して前記熱処理炉に供給する再予熱工程を含み、
前記制御工程は、前記流量調整工程による燃焼用空気の温度変動を、前記再予熱工程での熱交換量を調整することにより補償する請求項２から４の何れかに記載の廃棄物処理設備の操炉方法。
汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉を備えている廃棄物処理設備であって、
前記熱処理炉の炉内燃焼熱及び／または煙道に導かれる排ガスの保有熱により燃焼用空気を予熱する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器で予熱された燃焼用空気により回転するタービンと、前記タービンの回転により前記第１熱交換器に燃焼用空気を供給するコンプレッサとを含む過給機と、
前記熱処理炉で熱処理される前記廃棄物の性状または処理量に基づいて、前記過給機の運転ポイントがサージ領域に入らないように、前記タービンに流入する燃焼用空気の流量及び／または温度を目標流量及び／または目標温度に調整する制御機構と、
を備えている廃棄物処理設備。
前記制御機構は、
前記タービンの入口ポートと前記コンプレッサの出口ポートとの間に接続され、前記第１熱交換器をバイパスするバイパス送風路と、
前記第１熱交換器に供給する空気量及び／または前記バイパス送風路に供給する空気量を調整する流量調整機構と、
前記流量調整機構を制御する制御部と、
を含む請求項６記載の廃棄物処理設備。
前記制御部は、前記過給機のコンプレッサマップを記憶する記憶部を備え、前記コンプレッサの入口側の圧力に対する出口側の圧力の比である圧力比と燃焼用空気の流量を指標にして、前記過給機の運転ポイントが前記コンプレッサマップに示されるサージ領域に入らないように、前記流量調整機構を制御する請求項７記載の廃棄物処理設備。
前記流量調整機構は、前記バイパス送風路に備えた第１ダンパ機構及び／または前記コンプレッサの出口ポートと前記第１熱交換器との送風路で前記バイパス送風路の入口より下流側に備えた第２ダンパ機構とで構成されている請求項７または８記載の廃棄物処理設備。
前記流量調整機構は、前記バイパス送風路に備えた第１ダンパ機構と、燃焼用空気を予備圧縮して前記コンプレッサに供給する押込み送風機とで構成されている請求項７から９の何れかに記載の廃棄物処理設備。
前記タービンから排気された燃焼用空気をさらに予熱して前記熱処理炉に供給する第２熱交換器を備え、
前記制御部は、前記流量調整機構による燃焼用空気の温度変動を、前記第２熱交換器での熱交換量を調整することにより補償する請求項７から１０の何れかに記載の廃棄物処理設備。