JP7099804B2 - 過給機付き焼却炉とその立上げ方法 - Google Patents

Description

本発明は、過給機を利用して炉内に空気を供給する過給機付き焼却炉とその立上げ方法に関するものである。

流動焼却炉などの焼却炉においては、空気を炉内に供給して砂層部を流動させているが、流動用の空気の生成のために多くの電力を必要としている。そこで過給機付き焼却炉が開発されている。

過給機付き焼却炉は、焼却炉から排出される高温の排ガスとの熱交換により昇温した空気を利用してタービンを回転させ、その回転動力によりコンプレッサを駆動して圧縮空気を生成する過給機を備えている。しかし立ち上げ時においては焼却炉の排ガス温度が低く、排ガスから十分な熱量を回収することができないため、過給機を円滑に始動することができない。

そこで特許文献１に記載されているように、タービンの上流側に送風機と燃焼器とを配備し、送風機で発生させた燃焼用空気を燃焼器のバーナで加熱してタービンに供給することにより、過給機を円滑に始動できるようにした過給機付き焼却炉が提案されている。

しかしこの過給機付き焼却炉では、タービンの出口側は流動焼却炉の砂層部に連結されているため、立ち上げ時にはタービンの出口側の圧力、すなわちタービン背圧が上昇し、送風機の流量が減少してしまい、燃焼器に必要な空気量を供給できなくなるという問題があった。この結果、過給機に必要となるタービン入口温度が高くなり過給機の耐熱温度を超えるおそれがあった。このため、システムの立ち上げ時には砂層部からの砂抜きを行ってタービン背圧の上昇を抑制するなどの労力と時間を要する対策が必要となり、速やかな起動ができなかった。

特開２０１６－１８０５２８号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、立ち上げ時におけるタービン背圧の上昇を防止し、過給機の入口温度を低くして、速やかな起動を可能とした過給機付き焼却炉とその立上げ方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の過給機付き焼却炉は、タービンと、前記タービンにより駆動されるコンプレッサとを備えた過給機と、前記コンプレッサで圧縮された空気を焼却炉の排ガスから熱回収する熱交換器により昇温したうえで前記タービンに供給する圧縮空気供給ラインと、前記タービンから出た空気を焼却炉に吹き込む空気吹き込みラインと、前記圧縮空気供給ライン上に配置された燃焼器と、前記燃焼器に燃焼用空気を供給する送風機と、前記タービンの出口側に、前記タービンの背圧を低下させる圧力低減ラインとを備え、前記焼却炉が砂層を有する流動焼却炉であり、前記圧力低減ラインは、前記砂層が流動していない状態において、前記タービンの背圧を低下させ、前記空気吹き込みラインは前記タービンを出た空気を前記砂層に供給して前記砂層を流動させるものであることを特徴とするものである。なお請求項２のように、前記焼却炉が流動焼却炉であるときには、前記圧力低減ラインは流動焼却炉のフリーボード部に接続することが好ましい。また請求項３のように、前記圧力低減ラインを、前記熱交換器の出口側に接続することもできる。

また本発明の過給機付き焼却炉の立上げ方法は、タービンと、前記タービンにより駆動されるコンプレッサとを備えた過給機が付設された過給機付き焼却炉の立上げ方法であって、前記焼却炉は砂層を有する流動焼却炉であり、前記過給機は、コンプレッサで圧縮された空気を前記焼却炉の排ガスから熱回収する熱交換器により昇温したうえで前記タービンに供給し、前記タービンから出た空気を焼却炉の砂層に吹き込む空気吹き込みラインを備えており、前記焼却炉の立上げ時の前記砂層が流動していない状態においては、前記圧縮空気供給ライン上に配置された燃焼器で発生させた燃焼ガスを前記タービンに供給するとともに、前記タービンの出口側に設けられた圧力低減ラインを動作させ、前記タービンの背圧を低下させることにより前記過給機を始動させ、前記空気吹き込みラインは前記タービンを出た空気を前記砂層に供給して前記砂層を流動させることを特徴とするものである。

本発明の過給機付き焼却炉は、タービンの出口側に立ち上げ時にタービンの背圧を低下させる圧力低減ラインを備えているので、立ち上げ時の砂層が流動していない状態におけるタービン背圧の上昇を防止し、タービンに供給される風量を確保することができる。このため立ち上げ時における過給機の入口温度を低くすることができ、また砂層部からの砂抜きも不要となるから、速やかに起動することができる。

請求項２のように、前記圧力低減ラインを流動焼却炉のフリーボード部に接続すれば、排ガスを大気に放出することなく、タービン背圧を低減することができる利点がある。また請求項３のように、前記圧力低減ラインを熱交換器の出口側に接続すれば、熱交換器の空焚きを防止しながらタービン背圧を低減することができる利点がある。

本発明の第１の実施形態を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態を示す説明図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示すもので、１は焼却炉である。ここでは焼却炉１は砂層部２を持ち、下水汚泥や都市ごみなどの廃棄物を焼却する流動焼却炉である。しかし焼却炉１の用途はこれに限定されるものではない。焼却炉１から排出される８５０℃程度の高温の排ガスは、熱交換器７を通過したうえ、集塵機に送られて処理され、最終的に煙突から放出される。

３は焼却炉１に流動用空気などを供給するための過給機であり、タービン４とその回転動力により直接駆動されるコンプレッサ５とを備えている。コンプレッサ５は空気を吸引して圧縮し、圧縮された空気は熱交換器７に送られる。この熱交換器７は焼却炉１から排出される高温の排ガスとの熱交換によりコンプレッサ５で圧縮した空気を昇温する機能を有する熱交換器である。このようにコンプレッサ５で圧縮した空気は熱交換器７で加熱されて保有エネルギが増加するため、圧縮空気供給ライン６を通じてタービン４に供給すれば、コンプレッサ５が空気を圧縮するに要するエネルギ以上の回転動力を得ることができ、過給機３の自立運転が可能となる。タービン４の出口側は空気吹き込みライン８を介して焼却炉１の砂層部２に接続されており、焼却炉１による焼却のために使用される。

上記のように過給機付き焼却炉においては、タービン４によってコンプレッサ５の駆動に必要な動力を確保できるため、焼却炉１の運転状態においてはコンプレッサ５の駆動に必要な電力はゼロになる。しかし立ち上げ時には焼却炉１からの回収エネルギが小さいため過給機３を駆動できない。そこで図１に示されるように、圧縮空気供給ライン６上に、燃焼器１０と、この燃焼器１０に燃焼用空気を供給する送風機９とが設けられている。

立ち上げ時には送風機９によって燃焼器１０に燃焼用空気が供給され、燃焼器１０ではオイルまたはガスが燃焼され、発生した燃焼ガスをタービン４に供給して過給機３を駆動する。しかし前記したように、タービン４の出口側は空気吹き込みライン８によって焼却炉１の砂層部２に連結されており、しかもシステムの立ち上げ時には砂層部２も流動していないため、このままではタービン背圧が上昇することが避けられない。タービン背圧の上昇は送風機９の流量を低下させ、タービン４の駆動に必要なエネルギが不足となる。その結果、エネルギ不足を補うためにタービン４の入口温度をタービン４の耐熱温度以上にする必要が生じるおそれがある。

そこで本発明では図１に示すように、タービン４の出口側に立ち上げ時にタービン４の背圧を低下させる圧力低減ライン１１を形成した。この第１の実施形態の圧力低減ライン１１はタービン４の出口側から空気を大気中に放出するバルブ１２を備えており、システムの立ち上げ時のみにバルブ１２を開く。これによってタービン４の背圧を低下させ、燃焼器１０に必要な空気量を供給することができるようになり、過給機３を円滑に始動させることが可能となる。

その後は徐々にバルブ１２を閉じ、焼却炉１の砂層部２を流動させて運転を開始する。このため従来のような砂抜き作業も不要となり、速やかな立ち上げが可能となる。上記のようなバルブ１２の開閉動作は、図示しない制御器によって自動的に行うことができる。

図２は本発明の第２の実施形態を示すものである。この実施形態では、圧力低減ライン１１はバルブ１３を介して焼却炉１のフリーボード部１４に接続されている。立ち上げ時において砂層部２は流動していないので、タービン４の出口側の空気吹き込みライン８の先端は砂で塞がったような状態となり、タービン４の背圧を上昇させている。しかし焼却炉１のフリーボード部１４の圧力は低いので、第２の実施形態のように圧力低減ライン１１をフリーボード部１４に接続すれば、タービン４の背圧を低下させた状態で過給機３を始動することができる。

しかも第２の実施形態によれば、第１の実施形態のように排ガスを大気中に放出することなく、タービン４の背圧を低下させることができる。

図３は本発明の第３の実施形態を示すものである。この実施形態では、圧力低減ライン１１はライン１５を経由して熱交換器７の出口側に接続されている。この第３に実施形態においても、排ガスを大気中に放出することなく、タービン４の背圧を低下させることができる。またこれとともに、熱交換器７の空焚きを防止しながらタービン背圧を低減することができる。

なお圧力低減ライン１１の接続先はこれらの実施形態に限定されるものではなく、焼却炉１の砂層部２よりも上方の位置から、煙突までの任意の場所に接続することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、立ち上げ時におけるタービン背圧の上昇を回避し、タービン４の入口温度を低くして、速やかな起動を行うことができる。

１ 焼却炉
２ 砂層部
３ 過給機
４ タービン
５ コンプレッサ
６ 圧縮空気供給ライン
７ 熱交換器
８ 空気吹き込みライン
９ 送風機
１０ 燃焼器
１１ 圧力低減ライン
１２ バルブ
１３ バルブ
１４ フリーボード部
１５ ライン

Claims (4)

1. タービンと、前記タービンにより駆動されるコンプレッサとを備えた過給機と、
   前記コンプレッサで圧縮された空気を焼却炉の排ガスから熱回収する熱交換器により昇温したうえで前記タービンに供給する圧縮空気供給ラインと、前記タービンから出た空気を焼却炉に吹き込む空気吹き込みラインと、
   前記圧縮空気供給ライン上に配置された燃焼器と、前記燃焼器に燃焼用空気を供給する送風機と、
   前記タービンの出口側に、前記タービンの背圧を低下させる圧力低減ラインとを備え、
   前記焼却炉が砂層を有する流動焼却炉であり、
   前記圧力低減ラインは、前記砂層が流動していない状態において、前記タービンの背圧を低下させ、
   前記空気吹き込みラインは前記タービンを出た空気を前記砂層に供給して前記砂層を流動させるものであることを特徴とする過給機付き焼却炉。
2. 前記圧力低減ラインは、前記流動焼却炉のフリーボード部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き焼却炉。
3. 前記圧力低減ラインは、前記熱交換器の出口側に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き焼却炉。
4. タービンと、前記タービンにより駆動されるコンプレッサとを備えた過給機が付設された過給機付き焼却炉の立上げ方法であって、
   前記焼却炉は砂層を有する流動焼却炉であり、
   前記過給機は、コンプレッサで圧縮された空気を前記焼却炉の排ガスから熱回収する熱交換器により昇温したうえで前記タービンに供給し、前記タービンから出た空気を焼却炉の砂層に吹き込む空気吹き込みラインを備えており、
   前記焼却炉の立上げ時の前記砂層が流動していない状態においては、前記圧縮空気供給ライン上に配置された燃焼器で発生させた燃焼ガスを前記タービンに供給するとともに、前記タービンの出口側に設けられた圧力低減ラインを動作させ、前記タービンの背圧を低下させることにより前記過給機を始動させ、前記空気吹き込みラインは前記タービンを出た空気を前記砂層に供給して前記砂層を流動させることを特徴とする過給機付き焼却炉の立上げ方法。

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