JP7061053B2 - 廃棄物処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物処理設備に関し、特には、過給機を備える廃棄物処理設備に関するものである。

従来、脱水汚泥などの廃棄物を焼却処理する廃棄物処理設備においては、廃棄物を焼却した際に生じる排ガスをスクラバーで洗浄し、得られた洗浄排ガスを外部へと排出している。

そして、例えば特許文献１，２では、焼却炉で廃棄物を焼却した際に生じる排ガスから回収した熱を利用して洗浄排ガスを加熱することにより、洗浄排ガスを外部へと排出する際に白煙が発生するのを低コストで防止している。
具体的には、特許文献１，２には、回転軸を介して接続されたコンプレッサーおよ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過給機のコンプレッサーから供給される空気との間で熱交換する熱交換器とを備え、コンプレッサーは、回転軸を介して伝達される動力を利用して吸引した空気を熱交換器に供給可能に構成され、タービンは、熱交換器を通った空気のエネルギーを利用して回転軸を回転させると共にエネルギーを利用した後の空気をスクラバーの煙突部に供給可能に構成された廃棄物処理設備が開示されている。そして、特許文献１，２の廃棄物処理設備では、熱交換器および過給機を利用して加熱された空気をスクラバーの煙突部へと供給することにより、低コストで白煙の発生を防止している。

ここで、特許文献１，２に記載の廃棄物処理設備では、負圧式の焼却炉からスクラバー側へと排ガスを導く誘引装置として、消費電力量および運転コストが大きい誘引ファンを使用している。

そこで、例えば特許文献３では、過給機と、負圧式の焼却炉から排出される排ガスと過給機のコンプレッサーから供給される空気との間で熱交換する熱交換器とを備え、コンプレッサーが、回転軸を介して伝達される動力を利用して吸引した空気を熱交換器に供給可能に構成され、タービンは、熱交換器を通った空気のエネルギーを利用して回転軸を回転させる廃棄物処理設備において、焼却炉からスクラバー側へと排ガスを導く誘引装置として、タービンでエネルギーを利用した後の空気の流れによって排ガスを誘引するエジェクタを用いる技術が提案されている。
そして、この特許文献３に開示の廃棄物処理設備によれば、エジェクタの使用により排ガスの誘引に必要な消費電力量および運転コストを大幅に削減しつつ、エジェクタ内での空気と排ガス（洗浄排ガス）との混合により白煙の発生を防止することができる。

特開２００７－１７０７０３号公報 特開２０１５－１５２２５８号公報 特開２０１５－１９４３０８号公報

しかし、誘引ファンやエジェクタを用いる上記従来の技術には、廃棄物処理設備の構成を簡素化しつつ低コストで白煙の発生を防止し得るようにするという点において改善の余地があった。

そこで、本発明は、構成が簡素で、且つ、白煙の発生を低コストで防止し得る廃棄物処理設備を提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の廃棄物処理設備は、廃棄物を焼却する焼却炉と、前記焼却炉から排出される排ガスを洗浄するスクラバーと、回転軸を介して接続されたコンプレッサーおよびタービンを有する過給機と、前記排ガスと前記コンプレッサーから供給される気体との間で熱交換する熱交換器とを備え、前記コンプレッサーは、前記回転軸を介して伝達される動力を利用して吸引した気体を前記熱交換器に供給可能に構成され、前記タービンは、前記熱交換器を通った前記気体のエネルギーを利用して前記回転軸を回転させると共にエネルギーを利用した後の気体を排煙機構に供給可能に構成された廃棄物処理設備であって、前記気体が前記スクラバーで前記排ガスを洗浄して得られる洗浄排ガスを含むことを特徴とする。このように、洗浄排ガスを過給機のコンプレッサーで吸引すれば、誘引装置として誘引ファンやエジェクタを設けることなく、焼却炉からスクラバーへと排ガスを導くことができる。また、過給機を使用し、タービンでエネルギーを利用した後の気体を排煙機構に供給すれば、低コストで白煙の発生を防止することができる。

ここで、本発明の廃棄物処理設備は、前記熱交換器へと供給される前記気体を、前記スクラバーと前記熱交換器との間で除湿する除湿装置を更に備えることが好ましい。除湿装置を設けて熱交換器に流入する前の気体を除湿すれば、白煙の発生を更に良好に防止することができる。

また、本発明の廃棄物処理設備は、前記除湿装置が、前記スクラバーから流出した前記洗浄排ガスを、前記スクラバーと前記コンプレッサーとの間で冷却して除湿することが好ましい。コンプレッサーに流入する前の洗浄排ガスを冷却すれば、コンプレッサーにおいて洗浄排ガスを圧縮するのに必要なエネルギーを低減しつつ（即ち、タービン側で回転軸を回転させるために必要な気体のエネルギーを低減しつつ）、洗浄排ガスを良好に除湿することができる。

更に、本発明の廃棄物処理設備は、前記除湿装置が、前記洗浄排ガスと空気とを混合することにより前記冷却を行うことが好ましい。空気を混合して洗浄排ガスを冷却すれば、低コストで洗浄排ガスを冷却することができると共に、コンプレッサーおよびタービンを介して排煙機構へと供給される気体の湿度を低下させて白煙の発生を更に良好に防止することができる。

また、本発明の廃棄物処理設備は、前記タービンでエネルギーを利用した後の前記気体の有するエネルギーを利用する気体利用装置を備えることが好ましい。気体利用装置を設ければ、過給機を用いた廃棄物処理設備の消費電力量およびコストを更に低減することができる。

なお、本発明の廃棄物処理設備は、前記気体利用装置が前記焼却炉を含まないことが好ましい。洗浄排ガス中の酸素濃度は低いため、廃棄物の燃焼に酸素が必要な焼却炉は、タービンでエネルギーを利用した後の気体の利用先として適さないからである。

更に、本発明の廃棄物処理設備は、前記焼却炉の排ガス出口と、前記熱交換器の排ガス入口とを直接接続する配管を備えることが好ましい。焼却炉の排ガス出口と、熱交換器の排ガス入口とを直接接続する配管を設ければ、熱交換器においてコンプレッサーから供給された気体を高温の排ガスを用いて加熱することができるので、タービン側で回転軸を回転させるために必要な気体のエネルギーを十分に確保することができる。

そして、本発明の廃棄物処理設備は、前記焼却炉に酸素含有気体を供給する燃焼用気体供給機構と、前記焼却炉から排出される排ガスと前記酸素含有気体との間で熱交換する燃焼用熱交換器と、前記焼却炉の排ガス出口と、前記燃焼用熱交換器の排ガス入口とを直接接続する配管とを備えることが好ましい。このように、燃焼用気体供給機構および燃焼用熱交換器を設けて焼却炉に酸素含有気体を供給するに当たり、焼却炉の排ガス出口と燃焼用熱交換器の排ガス入口とを直接接続する配管を設ければ、焼却炉に高温の酸素含有気体を供給することもできる。

本発明によれば、構成が簡素で、且つ、白煙の発生を低コストで防止し得る廃棄物処理設備を提供することができる。

本発明に従う廃棄物処理設備の一例の構成を説明する図である。 本発明に従う廃棄物処理設備の他の例の構成を説明する図である。 本発明に従う廃棄物処理設備の別の例の構成を説明する図である。 本発明に従う廃棄物処理設備の更に別の例の構成を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の構成要素を示すものとする。

本発明の廃棄物処理設備は、例えば負圧式の焼却炉を用いて、脱水汚泥などの廃棄物を焼却処理する設備である。なお、本発明の廃棄物処理設備で焼却処理する廃棄物は、脱水汚泥に限定されるものではない。

ここで、図１に、本発明の廃棄物処理設備の一例の概略構成を示す。図１に示す廃棄物処理設備１００は、廃棄物としての脱水汚泥を焼却する焼却炉１０と、脱水汚泥の燃焼に用いられる酸素含有気体としての空気を加熱して焼却炉１０へと供給する燃焼用気体供給装置２０と、焼却炉１０から排出された排ガスをスクラバー５０で洗浄する前に前処理する前処理装置４０と、焼却炉１０から排出された排ガスを湿式洗浄するスクラバー５０とを備えている。また、廃棄物処理設備１００は、回転軸６３を介して接続されたコンプレッサー６１およびタービン６２を有してスクラバー５０で得られる洗浄排ガスを排煙機構としての煙突７０に供給する過給機６０と、焼却炉１０から排出される排ガスと過給機６０のコンプレッサー６１を介して吸引された洗浄排ガスとの間で熱交換を行う熱交換器３０とを備えている。更に、廃棄物処理設備１００は、過給機６０を介して煙突７０へと送られる気体（図１では洗浄排ガス）の一部または全部を利用する気体利用装置２００を備えている。
なお、過給機６０のコンプレッサー６１は、回転軸６３を介して伝達される動力を利用して吸引した気体（図１では洗浄排ガス）を熱交換器３０に供給可能に構成されている。また、過給機６０のタービン６２は、熱交換器３０を通った気体のエネルギーを利用して回転軸６３を回転させると共にエネルギーを利用した後の気体を煙突７０や気体利用装置２００に供給可能に構成されている。

焼却炉１０は、特に限定されることなく、例えば流動床式の焼却炉である。そして、焼却炉１０では、過給機６０のコンプレッサー６１による洗浄排ガスの吸引を利用して炉内を負圧に保ちつつ、燃焼用気体供給装置２０を介して供給された空気を用いて脱水汚泥を焼却する。

燃焼用気体供給装置２０は、焼却炉１０に酸素含有気体を供給する燃焼用気体供給機構としての流動ブロア２１と、焼却炉１０から排出された排ガスと流動ブロア２１を介して焼却炉１０へと送られる空気との間でガス－ガス熱交換を行う燃焼用熱交換器２２とを備えている。なお、焼却炉１０の排ガス出口と、燃焼用熱交換器２２の排ガス入口とは、配管８１を介して接続されている。

熱交換器３０は、排ガスの流れ方向で見て燃焼用熱交換器２２の下流側に設けられており、熱交換器３０の排ガス入口と、燃焼用熱交換器２２の排ガス出口とは、配管８２を介して接続されている。そして、熱交換器３０では、排ガスと、過給機６０のコンプレッサー６１を介して吸引された洗浄排ガスとの間でガス－ガス熱交換が行われる。

前処理装置４０は、排ガスの流れ方向で見て熱交換器３０の下流側に設けられており、前処理装置４０の排ガス入口と、熱交換器３０の排ガス出口とは、配管８３を介して接続されている。
ここで、前処理装置４０としては、特に限定されることなく、例えば、排ガスを冷却する冷却塔、排ガスから焼却灰などの固形分を分離して除去する気固分離装置としての集塵機、および、それらの組み合わせ等の任意の前処理装置を用いることができる。

スクラバー５０は、排ガスの流れ方向で見て前処理装置４０の下流側に設けられており、スクラバー５０の排ガス入口と、前処理装置４０の排ガス出口とは、配管８４を介して接続されている。そして、スクラバー５０では、排ガスと、例えば水や水溶液などの洗浄液とを接触させて、洗浄排ガスを得る。
なお、洗浄排ガスは、通常、飽和水蒸気を含んでいる。

過給機６０のコンプレッサー６１の洗浄排ガス入口は、配管８５を介してスクラバー５０の洗浄排ガス出口と接続されており、コンプレッサー６１の洗浄排ガス出口は、配管８６を介して熱交換器３０に接続されている。

過給機６０のタービン６２の洗浄排ガス入口は、配管８７を介して熱交換器３０の洗浄排ガス出口と接続されており、タービン６２の洗浄排ガス出口は、配管８８を介して煙突７０に接続されている。
なお、配管８８からは配管８８と気体利用装置２００とを接続する配管８９が分岐して延びている。そして、配管８８および／または配管８９には、気体利用装置２００へと送る気体（洗浄排ガス）の流量を調整する弁（図示せず）が設けられている。

煙突７０は、洗浄排ガスを廃棄物処理設備１００の外部（例えば、大気中）へと排出するためのものである。そして、煙突７０からは、タービン６２でエネルギーを利用した後の気体（洗浄排ガス）が、任意にスクラバー５０中からコンプレッサー６１に吸引されなかった洗浄排ガスと混合されて、排出される。
なお、スクラバーで発生した洗浄排ガスは、通常、全量をコンプレッサー６１が吸引する。そして、煙突７０からは、タービン６２でエネルギーを利用した後の洗浄排ガスのみが排出される。

気体利用装置２００は、タービン６２でエネルギーを利用した後の気体（洗浄排ガス）が有するエネルギーを利用するものであり、図１に示す例では、タービン６２から流出した気体の一部または全部を気体利用装置２００へと送ることにより、気体が有するエネルギーを気体利用装置２００で利用している。なお、気体利用装置２００でエネルギーを利用した後の気体（洗浄排ガス）が十分に高い温度を有している場合には、当該気体は煙突７０へと供給してもよい。
ここで、気体利用装置２００としては、特に限定されることなく、例えば、バイナリー発電設備および蒸気タービン発電設備等の発電設備、並びに、焼却炉１０で焼却される廃棄物を乾燥して焼却炉の燃費を低減する乾燥設備等の乾燥設備などが挙げられる。なお、洗浄排ガスは酸素濃度が低い気体であるので、気体利用装置２００は、酸素を必要とする装置（例えば、焼却炉１０など）でないことが好ましい。

そして、上述した廃棄物処理設備１００では、過給機６０のコンプレッサー６１で洗浄排ガスの吸引することにより、排ガスを誘引し、焼却炉１０の炉内を負圧に保ったまま脱水汚泥を焼却することができる。また、洗浄排ガスを吸引するに当たり、熱交換器３０において排ガスの廃熱を利用して加熱した洗浄排ガスをタービン６２に供給することにより回転させた回転軸６３を介して伝達される動力を利用してコンプレッサー６１を駆動しているので、消費電力量およびコストを削減することができる。
なお、廃棄物処理設備１００の起動時には、過給機６０は、バーナーや起動ブロア等の既知の起動装置（図示せず）を用いてタービン６２を回転させることにより駆動させることができる。

また、熱交換器３０において加熱された洗浄排ガスは、タービン６２でエネルギーを利用された後も十分に高い温度を有しているところ、エネルギーを利用した後の洗浄排ガスを煙突７０へと供給すれば、白煙の発生を低コストで効率的に防止することができる。

更に、廃棄物処理設備１００では、コンプレッサー６１でスクラバー５０から洗浄排ガスを直接吸引しているので、過給機に加えて誘引ファンやエジェクタを利用している従来の廃棄物処理設備と比較し、構成を簡素化しつつ白煙の発生を防止することができる。

また、廃棄物処理設備１００は、気体利用装置２００を有しているので、煙突７０における白煙の発生防止に必要な量を超える分の余剰な洗浄排ガスの熱量を気体利用装置２００で利用し、廃棄物処理設備全体での消費電力量およびコストを更に低減することができる。

以上、一例を用いて本発明の廃棄物処理設備について説明したが、本発明の廃棄物処理設備は上述した廃棄物処理設備１００に限定されるものではない。

例えば、廃棄物処理設備１００では、熱交換器３０を燃焼用熱交換器２２の下流側に設けたが、燃焼用熱交換器２２と熱交換器３０とは図２に示すように焼却炉１０に並列接続されていてもよい。ここで、図２に示す廃棄物処理設備１００Ａは、焼却炉１０の排ガス出口と燃焼用熱交換器２２の排ガス入口とが配管８１，８１Ａを介して直接接続されており、且つ、焼却炉１０の排ガス出口と熱交換器３０の排ガス入口とが配管８１，８１Ｂを介して直接接続されている点以外は図１に示す廃棄物処理設備１００と同様の構成を有している。

ここで、一般にコンプレッサー６１から吐出される気体（図２では洗浄排ガス）の温度は圧縮によりコンプレッサー６１の入口よりも温度が上昇しているところ、焼却炉１０の排ガス出口と熱交換器３０の排ガス入口とを直接接続すれば、熱交換器３０を燃焼用熱交換器２２の下流側に設ける場合と比較し、排ガスと洗浄排ガスとの間の温度差を十分に確保することができる。また、スクラバー５０から排出される洗浄排ガスの温度が高い場合にはコンプレッサー６１において洗浄排ガスを圧縮するのに必要なエネルギーが大きくなり、タービン６２側で回転軸６３を回転させるために必要な気体のエネルギーも大きくなるところ、焼却炉１０の排ガス出口と熱交換器３０の排ガス入口とを直接接続すれば、コンプレッサー６１から供給された洗浄排ガスを高温の排ガスを用いて加熱することができるので、タービン６２側で回転軸６３を回転させるために必要な気体のエネルギーを十分に確保することができる。

また、熱交換器３０に高温の排ガスを供給し得るようにするに当たり、燃焼用熱交換器２２を熱交換器３０の下流側に設けるのではなく、焼却炉１０の排ガス出口と燃焼用熱交換器２２の排ガス入口も直接接続すれば、焼却炉１０に高温の空気を供給することができる。

また、スクラバー５０から流出する洗浄排ガスは飽和水蒸気を含んでいるところ、煙突７０に流入する気体中の水分量を低減して白煙の発生を更に良好に防止する観点からは、本発明の廃棄物処理設備では、スクラバーと熱交換器との間に除湿装置を設けて気体を除湿してもよい。

更に、コンプレッサー６１において洗浄排ガスを圧縮するのに必要なエネルギーを低減しつつ洗浄排ガスを良好に除湿する観点からは、本発明の廃棄物処理設備では、スクラバーとコンプレッサーとの間に除湿装置を設け、洗浄排ガスを冷却して除湿することが好ましく、図３に示すようにスクラバーとコンプレッサーとの間で洗浄排ガスと空気とを混合することにより洗浄排ガスを冷却して除湿することがより好ましい。このように、コンプレッサーに流入する前の洗浄排ガスを冷却すれば、コンプレッサーにおいて洗浄排ガスを圧縮するのに必要なエネルギーを低減しつつ（即ち、タービン側で回転軸を回転させるために必要な気体のエネルギーを低減しつつ）、洗浄排ガスを良好に除湿することができる。

特に、図３に示す廃棄物処理設備１００Ｂのようにスクラバー５０とコンプレッサー６１との間に除湿装置９０を設け、洗浄排ガスと空気とを混合すれば、洗浄排ガスよりも低温・低湿の空気を用いて低コストで洗浄排ガスを冷却することができると共に、コンプレッサー６１およびタービン６２を介して煙突７０へと供給される気体（洗浄排ガスと空気との混合物）の湿度を低下させて白煙の発生を更に良好に防止することができる。
なお、図３に示す廃棄物処理設備１００Ｂは、スクラバー５０とコンプレッサー６１との間に除湿装置９０を有している以外は、図１に示す廃棄物処理設備１００と同様の構成を有している。なお、廃棄物処理設備１００Ｂではスクラバー５０とコンプレッサー６１との間に除湿装置９０を設けたが、コンプレッサー６１において洗浄排ガスを圧縮するのに必要なエネルギーを低減するのみであれば、スクラバー５０とコンプレッサー６１との間に冷却装置のみを設け、洗浄排ガスに含まれている水蒸気が凝縮しない温度まで洗浄排ガスを冷却してもよい。

また、廃棄物処理設備１００では、排ガスの流れ方向で見て燃焼用熱交換器２２の下流側に熱交換器３０を設けたが、例えば図４に示すように、熱交換器３０は燃焼用熱交換器２２の上流側に設けてもよい。ここで、図４に示す廃棄物処理設備１００Ｃは、焼却炉１０の排ガス出口と熱交換器３０の排ガス入口とが配管８１を介して接続されており、熱交換器３０の排ガス出口と燃焼用熱交換器２２の排ガス入口とが配管８２を介して接続されており、且つ、燃焼用熱交換器２２の排ガス出口と前処理装置４０の排ガス入口とが配管８３を介して接続されている点以外は図１に示す廃棄物処理設備１００と同様の構成を有している。例えば廃棄物の低水分化などにより焼却炉での燃焼に必要とされる空気の温度が低下した場合などには、図４に示すような構成とすることで、熱交換器３０に高温の排ガスを効果的に供給し、コンプレッサー６１から供給された洗浄排ガスを高温の排ガスを用いて加熱することができる。

また、図１～４に示す廃棄物処理設備１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃでは、燃焼用熱交換器２１および流動ブロア２２を用いて高温の空気を焼却炉１０へと供給したが、燃焼用気体供給装置は過給機を用いたものであってもよい（例えば、特許文献１～３参照）。

更に、本発明の廃棄物処理設備は、前処理装置４０を有していなくてもよい。
また、本発明の廃棄物処理設備は、図１～４に示すような気体利用装置２００に替えて、或いは、加えて、タービンでエネルギーを利用した後の気体と他の気体との間で熱交換を行う熱交換器を気体利用装置としてタービンと排煙機構（図示例では煙突）との間に備えていてもよい。
更に、本発明の廃棄物処理設備は、スクラバーに、スクラバーで排ガスと接触させる洗浄液を冷却する冷却装置を設けてもよい。冷却装置を設けて洗浄液を冷却すれば、洗浄排ガスの温度を低下させ、コンプレッサーにおいて洗浄排ガスを圧縮するのに必要なエネルギーを低減することができる。

本発明によれば、構成が簡素で、且つ、白煙の発生を低コストで防止し得る廃棄物処理設備を提供することができる。

１０ 焼却炉
２０ 燃焼用気体供給装置
２１ 流動ブロア
２２ 燃焼用熱交換器
３０ 熱交換器
４０ 前処理装置
５０ スクラバー
６０ 過給機
６１ コンプレッサー
６２ タービン
６３ 回転軸
７０ 煙突
８１～８９ 配管
９０ 除湿装置
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 廃棄物処理設備
２００ 気体利用装置

Claims (8)

1. 廃棄物を焼却する焼却炉と、前記焼却炉から排出される排ガスを洗浄するスクラバーと、回転軸を介して接続されたコンプレッサーおよびタービンを有する過給機と、前記排ガスと前記コンプレッサーから供給される気体との間で熱交換する熱交換器とを備え、前記コンプレッサーは、前記回転軸を介して伝達される動力を利用して吸引した気体を前記熱交換器に供給可能に構成され、前記タービンは、前記熱交換器を通った前記気体のエネルギーを利用して前記回転軸を回転させると共にエネルギーを利用した後の気体を排煙機構に供給可能に構成された廃棄物処理設備であって、
   前記気体が前記スクラバーで前記排ガスを洗浄して得られる洗浄排ガスを含むことを特徴とする、廃棄物処理設備。
2. 前記熱交換器へと供給される前記気体を、前記スクラバーと前記熱交換器との間で除湿する除湿装置を更に備える、請求項１に記載の廃棄物処理設備。
3. 前記除湿装置が、前記スクラバーから流出した前記洗浄排ガスを、前記スクラバーと前記コンプレッサーとの間で冷却して除湿する、請求項２に記載の廃棄物処理設備。
4. 前記除湿装置が、前記洗浄排ガスと空気とを混合することにより前記冷却を行う、請求項３に記載の廃棄物処理設備。
5. 前記タービンでエネルギーを利用した後の前記気体の有するエネルギーを利用する気体利用装置を備える、請求項１～４の何れかに記載の廃棄物処理設備。
6. 前記気体利用装置が前記焼却炉を含まない、請求項５に記載の廃棄物処理設備。
7. 前記焼却炉の排ガス出口と、前記熱交換器の排ガス入口とを直接接続する配管を備える、請求項１～６の何れかに記載の廃棄物処理設備。
8. 前記焼却炉に酸素含有気体を供給する燃焼用気体供給機構と、
   前記焼却炉から排出される排ガスと前記酸素含有気体との間で熱交換する燃焼用熱交換器と、
   前記焼却炉の排ガス出口と、前記燃焼用熱交換器の排ガス入口とを直接接続する配管と、
   を備える、請求項７に記載の廃棄物処理設備。

Images