JP6701577B2 - 廃棄物焼却システム - Google Patents

Description

本発明は、下水汚泥、し尿汚泥、産業排水汚泥等の廃棄物を焼却して処理するのに利用される廃棄物焼却システムに関する。

近年、下水汚泥などの汚泥を焼却する焼却炉などには、流動床式焼却炉システムが広く使用されている。
近年、廃棄物焼却場に都市等で収集され搬送されてくる廃棄物は、その排出量の増大と共に、高カロリー化してきている。このため、廃棄物の焼却によるエネルギーの回収が注目されてきており、最近では、廃棄物焼却設備に発電設備を併設し、廃棄物の焼却によって得られた燃焼ガスにより蒸気を発生させ発電を行わせる廃棄物発電システムを採用する廃棄物焼却場が多くなってきている。

ところで、年間を通して一定の発電量を得るためには、年間を通して一定の蒸気発生量が得られればよく、年間を通して一定の蒸気発生量を得るためには、廃棄物焼却設備での燃焼を安定化する必要がある。
特許文献１及び特許文献２には廃棄物焼却設備での燃焼を安定化する運転制御装置について記載されている。

特許文献１に記載の装置を図６に基づいて以下説明する。
図６に示されたものは、下水処理設備から供給されてくる汚泥の水分量を調整することによって、年間を通して一定した高い蒸気発生量を得られ高効率な発電が行えるようにした廃棄物発電システムであって、廃棄物を焼却させて蒸気を発生させる廃棄物焼却系統と、該蒸気によりタービン９を駆動し発電する発電系統とを備えてなる廃棄物発電システムである。
汚泥処理系統は、下水処理場から供給された汚泥２２に含まれている水分を除去する脱水装置２４と、該脱水装置２４を介して得られた汚泥２２と廃棄物４とを混合させる混合装置２５と、脱水装置２４における汚泥２２の脱水率を制御する脱水制御装置２７とを備えている。また、廃棄物焼却系統は、混合装置２５で得られた混合物２６を押し込みファン１４からの燃焼用空気５と共に焼却させる廃棄物焼却炉１と、この焼却で得られた燃焼ガス３により蒸気発生装置２の蒸発器６で過熱蒸気８を発生させると共に、前記焼却温度の変化を検出し、該検出に基づいて前記脱水装置における汚泥の脱水率を制御する脱水制御装置２７を備えている。

特許文献２に記載の装置を図７に基づいて以下説明する。
図７には、処理物性状の変動に対して、安定した燃焼を維持することができるようにした廃棄物焼却システムを示している。
流動床焼却炉１の排ガス系統に並列に配置した廃熱ボイラ２および空気予熱器３と、この空気予熱器３および流動床焼却炉１へ流動ブロワ７からの燃焼用空気を分岐して供給する管８、９と、流動床焼却炉１内の温度を検出して空気予熱器３と流動床焼却炉１へ供給する空気量の比率を変化させ、前記空気予熱器３で予熱された流動空気温度を所定温度範囲に調整する流量制御弁１３を設けると共に、廃熱ボイラを流出した排ガスのラインに空気予熱器３へ流入する排ガス量を調整する排ガスダンパ１７を設けた廃棄物焼却システムが開示されている。

特開平９−７９５５６号公報 特開昭６３−４６３１３号公報

特許文献１に記載のシステムは廃棄物の含水率の変動に対してある程度は対応が可能であるが、安定的に運転するにはなお課題がある。
また、特許文献２に記載の廃棄物焼却システムでは、燃焼用空気のラインを空気予熱器に送るラインと焼却炉に送るラインとの二つのラインを設け、一方のラインに空気ダンパを設けると共に廃熱ボイラの排ガス流出側に空気ダンパを設けることによって焼却炉の温度を調整している。この廃棄物焼却システムは、空気予熱器に流入する排ガス量を調整することによって、被加熱媒体である空気が過熱して、過熱による配管等の設備が損傷することを防ぐことができる。しかしながら、この廃棄物焼却システムは、排ガスのラインに対して廃熱ボイラと空気予熱器とが並列に配置されており、空気予熱器を流出した排ガスは廃熱ボイラにおいて熱を回収されないため、十分な熱回収ができないという問題がある。

本発明は、空気予熱器内における空気の過熱による機器の破損や排ガスが過度に低温化して排ガス中の酸成分が水溶液化して酸露点腐食が生じたりすることを防止し、かつ排ガスの熱を有効に回収し、安定した運転が可能な廃棄物焼却システムを提供することを目的とする。

本発明に係る廃棄物焼却システムの構成は以下の通りである。
（１）廃棄物を焼却する焼却炉と、
前記焼却炉に供給される燃焼用空気を加熱する空気予熱器と、
前記焼却炉からの排ガスにより蒸気を発生させる廃熱ボイラと、
を備えた廃棄物焼却システムであって、
前記焼却炉に供給される燃焼用空気のための配管Ａと、前記焼却炉から排出される排ガスのための配管Ｂとが設けられており、
前記配管Ａは、空気を前記空気予熱器の被加熱側のガス入口に導く配管Ａ１と、空気を直接前記焼却炉に導く配管Ａ２とに分岐しており、
前記空気予熱器の被加熱側のガス出口には前記空気予熱器から空気を排出する配管Ａ３が設けられており、
前記配管Ｂは、排ガスを空気予熱器の加熱側のガス入口に導く配管Ｂ１と、排ガスを直接前記廃熱ボイラに導く配管Ｂ２とに分岐しており、
前記空気予熱器の加熱側のガス出口には空気予熱器から排ガスを排出する配管Ｂ３が設けられており、
前記配管Ａ２と前記配管Ａ３とは前記配管Ａ２内の空気と前記配管Ａ３内の空気とを混合して前記焼却炉に導く配管Ａ４に接続されており、
前記配管Ｂ２と前記配管Ｂ３とは前記配管Ｂ２内の排ガスと前記配管Ｂ３内の排ガスとを混合して廃熱ボイラに導く配管Ｂ４に接続されており、
前記配管Ａ１〜Ａ３の少なくとも一つに空気予熱器内を流れる空気の流量を制御する流量制御手段が設けられ、
前記配管Ｂ１〜Ｂ３の少なくとも一つに空気予熱器内を流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が設けられた、
廃棄物焼却システム。
（２）前記配管Ａ１、前記配管Ａ２、前記配管Ｂ１、及び前記配管Ｂ２にガス流量を制御する手段を設けた、上記（１）に記載の廃棄物焼却システム。
（３）前記配管Ａ１又は前記配管Ａ２、及び、前記配管Ｂ１又は前記配管Ｂ２にガス流量を制御する手段を設けた、上記（１）に記載の廃棄物焼却システム。
（４）前記焼却炉が流動床式焼却炉である、上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の廃棄物焼却システム。
（５）前記廃棄物が下水汚泥、し尿汚泥又は産業排水汚泥である、上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の廃棄物焼却システム。

本発明の廃棄物焼却システムを用いることにより、空気予熱器内における空気の過熱によって機器が破損したり、排ガスが過度に低温化して排ガス中の酸成分が水溶液化して酸露点腐食が生じたりすることを防止することができ、かつ排ガスの熱を有効に回収し、安定した運転が可能となる。

本発明の廃棄物焼却システムの第１の実施形態を示す図である。 第１の実施形態における焼却炉の炉内温度を制御する方法の一例を示す図である。 第１の実施形態における焼却炉の炉内温度を制御する方法の一例を示す図である。 本発明の廃棄物焼却システムの第２の実施形態を示す図である。 本発明の廃棄物焼却システムの第３の実施形態を示す図である。 従来の廃棄物焼却システムを示す図である。 従来の廃棄物焼却システムを示す図である。

本発明の廃棄物焼却システムの実施形態の一つを図１に基づいて以下詳細に説明する。
なお、以下では、廃棄物として汚泥を処理する場合を例に挙げて説明する。
（第１の実施形態）
廃棄物焼却システムは焼却炉１と、空気予熱器２と、廃熱ボイラ３と、空気送風機４、及びこれらの機器に接続された空気又は排ガス用の配管とを備えている。
焼却炉１には配管Ｃから汚泥が供給されて焼却処理され、焼却により発生した排ガスは配管Ｂによって焼却炉１から流出する。

空気送風機４は燃焼用空気を焼却炉に供給するためのものである。空気送風機４は配管Ａに接続されており、この配管Ａは配管Ａ１及び配管Ａ２に分岐している。
配管Ａ１は流量制御弁１２を介して空気予熱器２の被加熱側のガス入口に接続されており、空気予熱器２で排ガスと熱交換して加熱されて空気予熱器２から配管Ａ３を通って流出する。
一方、配管Ａ２は流量制御弁１１を介して配管Ａ３に接続されており、配管Ａ２内の空気は空気予熱器２から排出された配管Ａ３内の加熱空気と混合されて配管Ａ４を通って焼却炉１に供給される。

焼却炉１で発生した高温の排ガスは、配管Ｂを通って焼却炉１から流出する。
この配管Ｂは配管Ｂ１及び配管Ｂ２に分岐している。
配管Ｂ１は流量制御弁１４を介して空気予熱器２の加熱側のガス入口に接続されており、空気予熱器２で空気と熱交換して熱を回収され、空気予熱器２から配管Ｂ３を通って流出する。
一方、配管Ｂ２は流量制御弁１３を介して配管Ｂ３に接続されており、配管Ｂ２内の排ガスは、空気予熱器２から排出された配管Ｂ３内の排ガスと混合されて配管Ｂ４を通って廃熱ボイラ３に供給される。

流量制御弁１１、１２の作用について説明する。
焼却炉１内には、炉内温度を検出するための温度検出器が設けられており、検出された温度情報は温度指示制御器へ送られ、この温度指示制御器によって流量制御弁１１、１２の開閉度を調整して、配管Ａ１によって空気予熱器２に供給される空気と、配管Ａ２によって焼却炉１に送られる空気との供給比率を制御する。

例えば、焼却炉１の炉内温度を約８００℃に一定に保持しようとするとき、炉内温度が高くなると流量制御弁１１を開く方向に制御すると共に、流量制御弁１２を閉じる方向に制御することにより、空気予熱器２に供給される空気量を減少させて焼却炉１に供給される空気の温度を低下させる。
また、炉内温度が低くなると、流量制御弁１１を閉じる方向に制御すると共に、流量制御弁１２を開く方向に制御して、空気予熱器２への空気量を増加させて、焼却炉１に供給される空気の温度を上昇させる。

ところで、炉内温度に応じて流量制御弁１１、１２を開閉するという操作を行うと次のような問題がある。
すなわち、燃焼空気の温度を下げるために配管Ａ１内の空気の流量を減少させると共に、配管Ａ２内の空気の流量を増加させると、空気予熱器２内を通過する空気量が減少する。このため、空気予熱器２内において空気が高温の排ガスとの過剰な熱交換によって過度に加熱され、空気予熱器２の出口空気温度が過度に上昇して空気予熱器２及び配管の加熱破損が生じる可能性がある。
そこで、本実施形態においては、空気予熱器２における過剰な熱交換を防ぐために、空気予熱器２を通過する排ガス量を制御する手段を設ける。

以下、空気予熱器２を通過する排ガス量を制御するための手段について説明する。
焼却炉１で発生した排ガスを流出させる配管Ｂは配管Ｂ１と配管Ｂ２とに分岐している。
配管Ｂ１は流量制御弁１４を介して空気予熱器２の加熱側のガス入口に接続されており、空気予熱器２で空気と熱交換して空気を加熱し、温度が低下した排ガスとなって空気予熱器２から配管Ｂ３を通って流出する。
一方、配管Ｂ２は流量制御弁１３を介して配管Ｂ３に接続されており、流量制御弁１３を通過した配管Ｂ２内の排ガスは空気予熱器２から排出された配管Ｂ３内の排ガスと混合されて配管Ｂ４を通って廃熱ボイラ３に供給されて熱を回収される。

そして、焼却炉１の炉内温度が高くなると、流量制御弁１２を閉じる方向に、また、流量制御弁１１を開く方向にそれぞれ制御して空気予熱器２に流入する空気量を減少させると共に、配管Ｂ１の流量制御弁１４を閉じる方向に、また、配管Ｂ２の流量制御弁１３を開く方向にそれぞれ制御して空気予熱器２に流入する排ガス量を減少させる。

一方、炉内温度が低くなると、流量制御弁１２を開く方向に、また、流量制御弁１１を閉じる方向にそれぞれ制御して空気予熱器２に流入する空気量を増加させると共に、配管Ｂ１の流量制御弁１４を開く方向に、また配管Ｂ２の流量制御弁１３を閉じる方向にそれぞれ制御して空気予熱器２に流入する排ガス量を増大させる。

次に、空気予熱器２に供給される空気及び排ガスのそれぞれのガス流量を制御する方法の一例を図２に基づいて説明する。
焼却炉１の炉内温度は温度検出器１７によって検出され、検出された温度情報は温度指示制御器１８へ送られる。温度指示制御器１８は温度検出器１７からの測定値と炉内温度の温度設定値との偏差に基づいて、配管Ａ１、配管Ａ２、配管Ｂ１、及び配管Ｂ２に設けられた流量制御弁１１、１２、１３、１４に弁の開度を制御する信号を出力して、弁を開閉する。

具体的には、温度検出器１７が示す炉内温度が設定値よりも高くなれば、空気予熱器２に供給される空気量を減少させるために、温度指示制御器１８から、流量制御弁１１を開く方向に、かつ、流量制御弁１２を閉じる方向に制御信号を出す。一方、空気予熱器２に供給される排ガス量を減少させるために、流量制御弁１４を閉じる方向に、かつ、流量制御弁１３を開く方向に制御信号を出す。

また、温度検出器１７が示す炉内温度が設定値よりも低くなれば、空気予熱器２に供給される空気量を増加させるために、温度指示制御器１８は、流量制御弁１２を開く方向に、また、流量制御弁１１を閉じる方向に制御信号を出す。
一方、空気予熱器２に供給される排ガス量を増加させるために、流量制御弁１４を開く方向に、また、流量制御弁１３を閉じる方向に制御信号を出す。

前記した方法においては、温度検出器１７と温度指示制御器１８とで空気予熱器２に流入する排ガスの流量を制御した。
図３に示したものは、温度指示制御器１８で空気予熱器２に供給される空気量を制御する点は図２に示したものと同じであるが、空気予熱器２に供給される排ガスの流量を制御する方法が図２に示したものと異なる。
図３に示したものでは、焼却炉１に供給される配管Ａ４内の空気の温度を温度検出器１９で検出し、検出された温度情報を温度指示制御器２０に送る。温度が設定値よりも高ければ、温度指示制御器２０は空気予熱器２に流入する排ガス量を減少させるために流量制御弁１４を閉じる方向に、また、流量制御弁１３を開く方向に制御信号を出す。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図４に示す。
本実施形態は第１の実施形態において、流量制御弁を空気予熱器２の被加熱側のガス入口に導く配管Ａ１及び排ガスを空気予熱器２の加熱側のガス入口に導く配管Ｂ１に設けないで、流量制御弁１１を空気を直接焼却炉１に導く配管Ａ２に設け、流量制御弁１３を排ガスを直接廃熱ボイラ３に導く配管Ｂ２にそれぞれ設けたものである。
この実施形態は第１の実施形態に比べると温度変化に対する応答性は若干劣るが実用上は何ら問題がない。
また、流量制御弁を空気予熱器２の被加熱側のガス入口に導く配管Ａ１及び排ガスを空気予熱器２の加熱側のガス入口に導く配管Ｂ１に設けて、空気を直接焼却炉に導くための配管Ａ２及び排ガスを直接廃熱ボイラに導くための配管Ｂ２に流量制御弁を設けないようにしてもよい。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図５に示す。
本実施形態は第１の実施形態において、流量調整弁１１、１２、１３、１４を、それぞれ配管Ａ２、配管Ａ１、配管Ｂ２、配管Ｂ１に設けることに代えて、流量調整弁１５を配管Ａ３に、流量調整弁１６を配管Ｂ３にそれぞれ設けたものである。

また、流量調整弁は、空気予熱器２に供給される空気の流量及び排ガスの流量をそれぞれ制御することができるのであれば、前記配管Ａ１〜Ａ３のいずれに設けてもよく、また、前記配管Ｂ１〜Ｂ３のいずれに設けてもよい。

上記のように、本発明の廃棄物焼却システムは、空気を焼却炉１に供給する配管を２系統に分岐し、一方の配管を空気予熱器２に接続し、他方の配管を焼却炉１に接続するという構成に加えて、焼却炉１から排ガスを排出する配管を２系統に分岐し、一方の配管を空気予熱器２に接続し、他方の配管を廃熱ボイラ３に接続するという構成を採用することにより、空気予熱器２に流入する空気の量に応じて、空気予熱器２に流入する排ガスの量を制御している。
これにより、空気予熱器２において被加熱媒体である空気が過熱して、この過熱によって配管等の設備が損傷することがなく、また、空気予熱器２において熱源媒体である排ガスが過度に低温化して排ガス中の酸成分が水溶液化して酸露点腐食が生じたりすることがない。

また、焼却炉１に投入される廃棄物は種々の性状のものが対象となり、特に含水率や可燃分率が大きく異なる場合があるが、本発明の廃棄物焼却システムは、この変動に対して焼却炉の温度調整を迅速に行うことができるので、幅広い性状の廃棄物を処理することができる。
本発明の廃棄物焼却システムを用いると、例えば、排ガス温度が８５０℃である場合、焼却炉１に供給する空気の温度を１５０℃〜６５０℃の範囲とすることができるので、幅広い含水率を有する汚泥を安定して処理することができる。

（図１〜図５について）
１ 焼却炉
２ 空気予熱器
３ 廃熱ボイラ
４ 空気送風機
１１、１２、１３、１４、１５、１６ 流量制御弁
１７、１９ 温度検出器
１８、２０ 温度指示制御器
Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３ 配管（空気用）
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ 配管（排ガス用）
Ｃ 配管（汚泥用）

（図６について）
１ 廃棄物焼却炉
２ 蒸気発生装置
３ 燃焼ガス
４ 廃棄物
５ 燃焼用空気
６ 蒸発器
８ 過熱蒸気
１４ 押し込みファン
２２ 汚泥
２４ 脱水装置
２５ 混合装置
２６ 混合物
２７ 脱水制御装置

（図７について）
１ 流動床焼却炉
２ 廃熱ボイラ
３ 空気予熱器
７ 流動ブロワ
８、９ 管
１３ 流量制御弁
１７ 排ガスダンパ

Claims (5)

1. 廃棄物を焼却する焼却炉と、
   前記焼却炉に供給される燃焼用空気を加熱する空気予熱器と、
   前記焼却炉からの排ガスにより蒸気を発生させる廃熱ボイラと、
   を備えた廃棄物焼却システムであって、
   前記焼却炉に供給される燃焼用空気のための配管Ａと、前記焼却炉から排出される排ガスのための配管Ｂとが設けられており、
   前記配管Ａは、空気を前記空気予熱器の被加熱側のガス入口に導く配管Ａ１と、空気を直接前記焼却炉に導く配管Ａ２とに分岐しており、
   前記空気予熱器の被加熱側のガス出口には前記空気予熱器から空気を排出する配管Ａ３が設けられており、
   前記配管Ｂは、排ガスを空気予熱器の加熱側のガス入口に導く配管Ｂ１と、排ガスを直接前記廃熱ボイラに導く配管Ｂ２とに分岐しており、
   前記空気予熱器の加熱側のガス出口には空気予熱器から排ガスを排出する配管Ｂ３が設けられており、
   前記配管Ａ２と前記配管Ａ３とは前記配管Ａ２内の空気と前記配管Ａ３内の空気とを混合して前記焼却炉に導く配管Ａ４に接続されており、
   前記配管Ｂ２と前記配管Ｂ３とは前記配管Ｂ２内の排ガスと前記配管Ｂ３内の排ガスとを混合して廃熱ボイラに導く配管Ｂ４に接続されており、
   前記配管Ａ１〜Ａ３の少なくとも一つに空気予熱器内を流れる空気の流量を制御する流量制御手段が設けられ、
   前記配管Ｂ１〜Ｂ３の少なくとも一つに空気予熱器内を流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が設けられ、
   前記焼却炉の炉内温度を検出する温度検出器１７と、前記温度検出器１７からの信号を受ける温度指示制御器１８とが設けられ、
   前記配管Ａ１〜Ａ３の少なくとも一つに設けられた空気予熱器内を流れる空気量を制御する流量制御手段と、前記配管Ｂ１〜Ｂ３の少なくとも一つに設けられた空気予熱器内を流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段とが、前記焼却炉に設置された温度検出器１７からの信号を受けた温度指示制御器１８により制御される、
   廃棄物焼却システム。
2. 前記空気予熱器内を流れる空気の流量を制御する流量制御手段が前記配管Ａ１及び前記配管Ａ２に設けられ、
   前記空気予熱器内を流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が、前記配管Ｂ１及び前記配管Ｂ２に設けられている、
   請求項１に記載の廃棄物焼却システム。
3. 廃棄物を焼却する焼却炉と、
   前記焼却炉に供給される燃焼用空気を加熱する空気予熱器と、
   前記焼却炉からの排ガスにより蒸気を発生させる廃熱ボイラと、
   を備えた廃棄物焼却システムであって、
   前記焼却炉に供給される燃焼用空気のための配管Ａと、前記焼却炉から排出される排ガスのための配管Ｂとが設けられており、
   前記配管Ａは、空気を前記空気予熱器の被加熱側のガス入口に導く配管Ａ１と、空気を直接前記焼却炉に導く配管Ａ２とに分岐しており、
   前記空気予熱器の被加熱側のガス出口には前記空気予熱器から空気を排出する配管Ａ３が設けられており、
   前記配管Ｂは、排ガスを空気予熱器の加熱側のガス入口に導く配管Ｂ１と、排ガスを直接前記廃熱ボイラに導く配管Ｂ２とに分岐しており、
   前記空気予熱器の加熱側のガス出口には空気予熱器から排ガスを排出する配管Ｂ３が設けられており、
   前記配管Ａ２と前記配管Ａ３とは前記配管Ａ２内の空気と前記配管Ａ３内の空気とを混合して前記焼却炉に導く配管Ａ４に接続されており、
   前記配管Ｂ２と前記配管Ｂ３とは前記配管Ｂ２内の排ガスと前記配管Ｂ３内の排ガスとを混合して廃熱ボイラに導く配管Ｂ４に接続されており、
   前記配管Ａ１〜Ａ３の少なくとも一つに空気予熱器内を流れる空気の流量を制御する流量制御手段が設けられ、
   前記配管Ｂ１〜Ｂ３の少なくとも一つに空気予熱器内を流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が設けられ、
   前記焼却炉の炉内温度を検出する温度検出器１７と、前記温度検出器１７からの信号を受ける温度指示制御器１８とが設けられ、
   前記配管Ａ４には温度検出器１９が設けられ、前記温度検出器１９からの信号を受ける温度指示制御器２０が設けられ、
   前記配管Ａ１〜Ａ３の少なくとも一つに設けられた空気予熱器内を流れる空気量を制御する流量制御手段が、前記温度検出器１７からの信号を受けた温度指示制御器１８により制御され、
   前記配管Ｂ１〜Ｂ３の少なくとも一つに設けられた空気予熱器内を流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が、前記配管Ａ４に設置された温度検出器１９からの信号を受けた温度指示制御器２０により制御される、
   廃棄物焼却システム。
4. 前記空気予熱器内を流れる空気の流量を制御する流量制御手段が前記配管Ａ１及び前記配管Ａ２に設けられ、前記空気予熱器内を流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が、前記配管Ｂ１及び前記配管Ｂ２に設けられている、
   請求項３に記載の廃棄物焼却システム。
5. 前記焼却炉が流動床式焼却炉である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の廃棄物焼却システム。

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