JP7154497B2 - 加圧循環流動炉システムの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、加圧循環流動炉システムの運転方法に関し、特に、加圧循環流動炉の燃焼効率を高めて、燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素等の有害物質の外部への排出を抑制する加圧循環流動炉システムの運転方法に関する。

加圧循環流動炉は、被処理物が供給されるライザーと、燃焼排ガス中に含まれる流動媒体を分離するサイクロンと、燃焼排ガスの逆流を防止するために流動媒体が流動しながら充満しているループシールを備え、ライザー内とサイクロンで被処理物を燃焼させる流動炉である。
しかし、例えば流動媒体の循環量が少ない場合、ライザー下部温度が下がり、流動炉内の燃焼が不十分となり、燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素等の有害物質の外部排出量が増加する恐れがある。
このような問題を解決するために、流動媒体の循環量を変動させる方法として、ライザーに供給する燃焼空気の質量流量を増減させたり、燃焼排ガスをライザーに再循環させたり、流動媒体の粒径を変化させる方法がある。（特許文献１）

国際公開ＷＯ２００８／１０７９２９号公報

しかし、燃焼空気の質量流量を増減させる方法では、空気比が変動するためにライザー内の燃焼状態が変動する恐れがあり、燃焼排ガスを再循環させる方法では、燃焼排ガスをライザーに再循環させる設備が大掛かりになる恐れがあり、流動媒体の粒径を変化させる方法では、流動媒体の循環量に応じて流動媒体の抜出と供給を行う設備と、粒径の異なる流動媒体を保管する設備が大掛かりになる恐れがある。

そこで、本発明の課題は、空気比の変動を抑制し、大掛かりな設備を追加せずにライザー内の燃焼効率を高めて、燃焼排ガス内に含まれる有害物質を削減する加圧循環流動炉システムの運転方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明及び作用効果は次のとおりである。
第１発明は、流動媒体を循環させながら被処理物を燃焼させるライザーと、前記ライザーから排出された燃焼排ガス中に含まれる流動媒体を分離して回収するサイクロンと、前記サイクロンで分離された流動媒体を一時的に貯留するループシールを設けた加圧循環流動炉と、前記サイクロンから排出された燃焼排ガスによって回転するタービンと、タービンの回転と一体となって回転するコンプレッサを有して、前記加圧循環流動炉に供給される燃焼空気を加圧する過給機を備えた加圧循環流動炉システムの運転方法であって、
前記ライザー上部と下部の温度差が所定の設定温度差、又は、ライザー上部と下部の第１圧力差が所定の第１設定圧力差の範囲となるように、前記コンプレッサから排出される燃焼空気の圧力と、前記コンプレッサから排出されて加圧循環流動炉に供給される燃焼空気の体積流量を調整することを特徴とする加圧循環流動炉システムの運転方法。

（作用効果）
ライザー上部と下部の温度差が所定の設定温度差、又は、ライザー上部と下部の第１圧力差が所定の第１設定圧力差の範囲となるように、コンプレッサから排出される燃焼空気の圧力と、コンプレッサから排出されて加圧循環流動炉に供給される燃焼空気の体積流量を調整するので、加圧循環流動炉内の空気比の変動を抑制し、加圧循環流動炉内、特にライザーに供給する燃焼空気の体積流量を調整して、ライザー内の流動媒体の循環を安定に維持し、燃焼排ガスに含まれる有害物質を削減することができる。

第２発明は、第１発明の構成において、前記温度差が設定温度差を下回る場合、又は、前記第１圧力差が第１設定圧力差よりも大きい場合は、前記燃焼空気の圧力を上げるとともに、前記燃焼空気の体積流量を減らすことを特徴とする。

（作用効果）
温度差が設定温度差を下回る場合、又は、第１圧力差が第１設定圧力差よりも大きい場合は、燃焼空気の圧力を上げるとともに、燃焼空気の体積流量を減らすので、ライザーの上部と下部の温度差が設定温度差を下回る場合、又は、ライザーの上部と下部の第１圧力差が第１設定圧力差よりも大きい場合でも、加圧循環流動炉内の空気比の変動を抑制し、加圧循環流動炉内、特にライザーに供給する燃焼空気の体積流量を調整して、ライザー内の流動媒体の循環を安定に維持し、燃焼排ガスに含まれる有害物質を削減することができる。

第３発明は、第１発明の構成において、前記温度差が設定温度差を上回る場合、又は、前記第１圧力差が第１設定圧力差よりも小さい場合は、前記燃焼空気の圧力を下げるとともに、前記燃焼空気の体積流量を増やすことを特徴とする。

（作用効果）
温度差が設定温度差を上回る場合、又は、第１圧力差が第１設定圧力差よりも小さい場合は、燃焼空気の圧力を下げるとともに、燃焼空気の体積流量を増やすので、ライザーの上部と下部の温度差が設定温度差を上回る場合、又は、ライザーの上部と下部の第１圧力差が第１設定圧力差よりも小さい場合でも、加圧循環流動炉内の空気比の変動を抑制し、加圧循環流動炉内、特にライザーに供給する燃焼空気の体積流量を調整して、ライザー内の流動媒体の循環を安定に維持し、燃焼排ガスに含まれる有害物質を削減することができる。

第４発明は、第１～３発明のいずれか１項の発明の構成において、前記燃焼空気の圧力の調整は、前記タービンに供給する燃焼排ガスの質量流量、又は、前記コンプレッサから排出される燃焼空気を外部へ排出する体積流量の少なくとも一つを調整して行うことを特徴とする。

（作用効果）
燃焼空気の圧力の調整は、タービンに供給する燃焼排ガスの質量流量、又は、コンプレッサから排出される燃焼空気を外部へ排出する体積流量の少なくとも一つを調整して行うので、ライザー内に供給される燃焼空気の圧力を速やかに調整することができ、ライザー内の流動媒体の循環をより安定に維持して、燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素等の有害物質をより効率良く削減することができる。

第５発明は、第４発明の構成において、前記燃焼空気の体積流量の調整は、前記燃焼空気の圧力を前記タービンに供給する燃焼排ガスの質量流量で調整して行う場合には、前記コンプレッサと加圧循環流動炉を接続する供給ラインの圧力損失、前記サイクロンより排出される燃焼排ガスが流れる排ガスラインと供給ラインに接続されたバイパスラインを流れる燃焼空気の体積流量、前記コンプレッサから排出される燃焼空気を外部へ排出する体積流量、又は、前記コンプレッサに吸気される燃焼空気が流れる吸気ラインの圧力損失、の少なくとも一つを調整することにより行い、前記燃焼空気の圧力を前記コンプレッサから排出される燃焼空気を外部へ排出する体積流量で調整して行う場合には、前記コンプレッサと加圧循環流動炉を接続する供給ラインの圧力損失、前記サイクロンより排出される燃焼排ガスが流れる排ガスラインと供給ラインに接続されたバイパスラインを流れる燃焼空気の体積流量、又は、前記コンプレッサに吸気される燃焼空気が流れる吸気ラインの圧力損失、の少なくとも一つを調整して行うことを特徴とする。

（作用効果）
燃焼空気の体積流量の調整は、燃焼空気の圧力をタービンに供給する燃焼排ガスの質量流量で調整して行う場合には、コンプレッサと加圧循環流動炉を接続する供給ラインの圧力損失、サイクロンより排出される燃焼排ガスが流れる排ガスラインと供給ラインに接続されたバイパスラインを流れる燃焼空気の体積流量、コンプレッサから排出される燃焼空気を外部へ排出する体積流量、又は、コンプレッサに吸気される燃焼空気が流れる吸気ラインの圧力損失、の少なくとも一つを調整することにより行い、燃焼空気の圧力をコンプレッサから排出される燃焼空気を外部へ排出する体積流量で調整して行う場合には、コンプレッサと加圧循環流動炉を接続する供給ラインの圧力損失、サイクロンより排出される燃焼排ガスが流れる排ガスラインと供給ラインに接続されたバイパスラインを流れる燃焼空気の体積流量、又は、コンプレッサに吸気される燃焼空気が流れる吸気ラインの圧力損失、の少なくとも一つを調整して行うので、ライザー内に供給される燃焼空気の体積流量を速やかに調整することができ、ライザー内の流動媒体の循環をさらに安定に維持して、燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素等の有害物質を効率良く迅速に削減することができる。

第６発明は、第１～５のいずれか１項の発明の構成において、前記サイクロンの排出口とループシールの第２圧力差が第２設定圧力差よりも小さい場合は、前記ループシールに供給する空気の体積流量を減少させて、ループシールからライザーに供給する流動媒体を減らし、前記第２圧力差が第２設定圧力差よりも大きい場合には、前記ループシールに供給する空気の体積流量を増加させて、ループシールからライザーに供給する流動媒体を増やすことを特徴とする。

（作用効果）
サイクロンの排出口とループシールの第２圧力差が第２設定圧力差よりも小さい場合は、ループシールに供給する空気の体積流量を減少させて、ループシールからライザーに供給する流動媒体を減らし、第２圧力差が第２設定圧力差よりも大きい場合には、ループシールに供給する空気の体積流量を増加させて、ループシールからライザーに供給する流動媒体を増やすので、ライザー内の流動媒体を好適な量に維持して、燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素等の有害物質をさらに削減することができる。

第７発明は、第６発明の構成において、前記第２設定圧力差を０．１～１０ｋＰａに設定したことを特徴とする。

（作用効果）
第２設定圧力差を０．１～１０ｋＰａに設定したので、ライザー内の流動媒体をより好適な量に維持して、燃焼排ガスに含まれる一酸化炭素等の有害物質をより削減することができる。

（作用効果）

加圧循環流動炉内の空気比の変動を抑制し、加圧循環流動炉内、特にライザーに供給する燃焼空気の体積流量を調整して、加圧循環流動炉内の流動媒体の循環を安定に維持し、燃焼排ガスに含まれる有害物質を削減することができる。

加圧循環流動炉の説明図である。 加圧循環流動炉システムの説明図である。 コントローラの接続図である。 加圧循環流動炉システムの運転方法の説明図である。

図１に示すように、加圧循環流動炉１は、下水汚泥、バイオマス、都市ゴミ等の被処理物を燃焼させるライザー１０と、ライザー１０から排出される燃焼排ガス中に含有された砂等の流動媒体を分離して回収するサイクロン２０と、ライザー１０から排出される燃焼排ガスの逆流を防止するループシール３０で構成されている。

ライザー１０は、略中空円柱状に形成されている。ライザー１０の側壁の一側の下部には、一次燃焼空気を供給する給気口１１が形成され、給気口１１の上側には、二次燃焼空気を供給する給気口１２が形成され、給気口１１の上側には、被処理物を供給する供給口１３が形成され、側壁の他側の下部には、サイクロン２０で回収された流動媒体を供給する供給口１４が形成され、側壁の他側の上部には、燃焼排ガスを外部に排出する排気口１５が形成されている。なお、給気口１１に接続された配管には、一次燃焼空気の流量を調整する調整弁（図示省略）が設けられ、給気口１２に接続された配管には、二次燃焼空気の流量を調整する調整弁（図示省略）が設けられている。なお、本明細書では、一次燃焼空気と二次燃焼空気を総称して燃焼空気と言う。

ライザー１０の内部には、流動媒体が充填されている。ライザー１０の下部に堆積した流動媒体内には、一次燃焼空気を供給する分散管（図示省略）が設けられている。これにより、ライザー１０に一次燃焼空気を供給した場合には、流動媒体内に排気される一次燃焼空気によって流動媒体を上側に向かって流動させることができる。また、燃焼空気の単位時間当たりの体積流量を増やしてライザー１０内の空塔速度を大きくすると循環する流動媒体の量を増やすことができ、燃焼空気の単位時間当たりの体積流量を減らしてライザー１０内の空塔速度を小さくすると循環する流動媒体の量を減らすことができる。

ライザー１０に供給された被処理物に含まれている水分は、蒸発して、蒸発時に流動媒体の熱量を奪い、流動媒体の温度Ｔ１を下げる方向に作用し、被処理物に含まれている有機物は燃焼してライザー１０の上部の温度（Ｔ２を上げる方向に作用する。これにより、ライザー１０に被処理物を供給した場合、流動媒体がライザー上部から熱を奪いサイクロン、ループシールを通してライザー下部に熱を与えることにより、温度Ｔ１と温度Ｔ２の設定温度差に維持してライザー１０を安定して運転することができる。

上側に向かって流動した流動媒体は、燃焼排ガスと共に排気口１５から外部に排出され、外部に排出された流動媒体は、サイクロン２０によって回収される。サイクロン２０によって回収された流動媒体は、ループシール３０を介して再びライザー１０に供給される。これにより、流動媒体は加圧循環流動炉１内を循環する。

ライザー１０の側壁の下部には、流動媒体が堆積しているライザー１０の下部の温度Ｔ１を測定する温度センサ４０Ａが設けられ、側壁の上部には、排気口１５の近傍のライザー１０の上部の温度Ｔ２を測定する温度センサ４０Ｂが設けられている。これにより、ライザー１０の運転時におけるライザー１０内の温度Ｔ１を継続して測定することができる。なお、温度センサの設置数には制限がなくライザー１０の上下方向の中間部にも設けることもできる。

循環している流動媒体の量が設定範囲内にある場合には、温度センサ４０Ａで測定された温度Ｔ１と温度センサ４０Ｂで測定された温度Ｔ２の温度差は設定温度差内にある。このような場合には、給気口１１と給気口１２を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を維持する。なお、流動している流動媒体の量が設定範囲内にある場合には、温度Ｔ１と温度Ｔ２は、略７５０～８８０℃である。

循環している流動媒体の量が設定範囲よりも少なくなった場合には、温度センサ４０Ａで測定された温度Ｔ１が設定範囲よりも低温になり、温度センサ４０Ｂで測定された温度Ｔ２は設定範囲内にあり、温度Ｔ１と温度Ｔ２に設定温度差を上回る温度差ΔＴが生じる。このような場合には、加圧循環流動炉内の圧力を下げるとともに、給気口１１と給気口１２を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を増加させる。すなわち、過給機７２のタービン７２Ａに供給する燃焼排ガスの質量流量を減らし、タービン７２Ａとコンプレッサ７２Ｂの回転速度を下げるとともに、コンプレッサ７２Ｂを介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を増やし、ライザー１０内の空塔速度を大きくして循環している流動媒体の量を増加させる。ライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を増やす方法として、例えば、コンプレッサ７２Ｂから加圧循環流動炉１へ燃焼空気を送るラインのバルブ開度を大きくし当該ラインの圧力損失を小さくすること、または、コンプレッサ７２Ｂから排出された燃焼空気の一部を、加圧循環流動炉１へ送らずに排ガスラインや外部などへ排出している量を減らすこと、などが挙げられ、さらにこれらの方法を組み合わせて行うこともできる。なお、設定温度差は、任意に設定できるが設定温度差の絶対値を３～３５℃に設定するのが好ましい。

循環している流動媒体の量が設定範囲よりも多くなった場合には、温度センサ４０Ａで測定された温度Ｔ１が設定範囲よりも高温になり、温度センサ４０Ｂで測定された温度Ｔ２は設定範囲内にあり、温度Ｔ１と温度Ｔ２に設定温度差を下回る温度差ΔＴが生じる。このような場合には、加圧循環流動炉内の圧力を上げるとともに、給気口１１と供給口１２を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を減少させる。すなわち、過給機７２のタービン７２Ａに供給する燃焼排ガスの質量流量を増やし、タービン７２Ａとコンプレッサ７２Ｂの回転速度を上げるとともに、コンプレッサ７２Ｂを介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を減らし、ライザー１０内の空塔速度を小さくして循環している流動媒体の量を減少させる。ライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を減らす方法として、例えば、コンプレッサ７２Ｂから加圧循環流動炉１へ燃焼空気を送るラインのバルブ開度を小さくし当該ラインの圧力損失を大きくすること、または、コンプレッサ７２Ｂから排出された燃焼空気の一部を、加圧循環流動炉１へ送らずに排ガスラインや外部などへ排出している量を増やすこと、などが挙げられ、さらにこれらの方法を組み合わせて行うこともできる。

ライザー１０の側壁の下部には、流動媒体が堆積しているライザー１０の下部に連通する連通口５０Ａが形成され、側壁の上部には、ライザー１０の上部に連通する連通口５０Ｂが形成されている。また、連通口５０Ａと連通口５０Ｂの間には、連通口５０Ａと連通口５０Ｂの間の圧力差（請求項における「第１圧力差」）ΔＰ１を測定する圧力センサ５１Ａが設けられている。

連通口５０Ａと圧力センサ５１Ａの一側は、配管５２で接続され、圧力センサ５１Ａの他側と連通口５０Ｂは、配管５３で接続されている。これにより、ライザー１０の運転時におけるライザー１０の下部と上部の圧力差ΔＰ１を継続して測定することができ、圧力差ΔＰ１を介してライザー１０内の流動媒体の保有量を継続して測定することができる。

ライザー１０内の流動媒体の保有量は、後述するループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さで調整することができる。ループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さが設定範囲より高い場合には、給気口３４を介してループシール３０に供給する空気量を増やして、配管３７を介してループシール３０からライザー１０に供給される流動媒体の供給量を増加させる。ループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さが設定範囲より低い場合には、給気口３４を介してループシール３０に供給する空気量を減らして、配管３７を介してループシール３０からライザー１０に供給される流動媒体の供給量を減少させる。これらにより、ループシール部分の流動媒体量が略一定となるためライザー１０内の流動媒体の保有量を設定範囲内に維持することができる。

ライザー１０内の流動媒体の保有量が設定範囲内にあり、且つ、循環している流動媒体の量が設定範囲内にある場合には、圧力センサ５１Ａで測定される圧力差ΔＰ１は第１設定圧力差内にある。このような場合には、給気口１１と給気口１２を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を維持する。なお、流動媒体の循環量は、ライザー１０の空塔速度とライザー１０内の流動媒体の保有量との相関があるため、第１圧力差ΔＰ１を利用して循環している流動媒体の量を推定する。

ライザー１０内の流動媒体の保有量が設定範囲内にあり、且つ、循環している流動媒体の量が設定範囲よりも少なくなった場合には、圧力センサ５１Ａで測定される圧力差ΔＰ１は第１設定圧力差よりも小さくなる。このような場合には、給気口１１と給気口１２を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を増加させる。すなわち、過給機７２のタービン７２Ａに供給する燃焼排ガスの質量流量を減らし、タービン７２Ａとコンプレッサ７２Ｂの回転速度を下げて、コンプレッサ７２Ｂを介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を増やし、ライザー１０内の空塔速度を大きくして循環している流動媒体の量を増加させる。

ライザー１０内の流動媒体の保有量が設定範囲内にあり、且つ、循環している流動媒体の量が設定範囲よりも多くなった場合には、圧力センサ５１Ａで測定される圧力差ΔＰ１は第１設定圧力差よりも大きくなる。このような場合には、給気口１１と給気口１２を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を減少させる。すなわち、過給機７２のタービン７２Ａに供給する燃焼排ガスの質量流量を増やし、タービン７２Ａとコンプレッサ７２Ｂの回転速度を上げて、コンプレッサ７２Ｂを介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を減らし、ライザー１０内の空塔速度を小さくして循環している流動媒体の量を減少させる。

配管５２には、連通口５０Ａの圧力よりも高い圧力のパージ空気を供給する配管５４が接続され、配管５３には、連通口５０Ｂの圧力よりも高い圧力のパージ空気を供給する配管５５が接続されている。これにより、ライザー１０内の流動媒体が、配管５２、配管５３を介して圧力センサ５１Ａに移動するのを防止することができる。

サイクロン２０は、上部が略中空円柱状に形成され下部が略中空逆円錐状に形成されている。サイクロン２０の側壁の上部には、ライザー１０から排気された燃焼排ガスが供給される給気口２１が形成され、サイクロン２０の上壁には、燃焼排ガスを外部に排出する排気口２２が形成され、サイクロン２０の下壁には、流動媒体、不完全燃焼した被処理物であるチャー等を外部に排出する排出口２３が形成されている。

ライザー１０の排気口１５とサイクロン２０の給気口２１は、配管３５で接続されている。また、ライザー１０で、完全燃焼した被処理物は、灰となり、不完全燃焼の被処理物は、燃焼排ガス内に一酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）となって燃焼排ガスに含まれて排気口２２から外部に排出される。

サイクロン２０の側壁の中部には、排気口２２の近傍のサイクロン２０の中部の温度Ｔ３を測定する温度センサ４０Ｃが設けられている。これにより、ライザー１０の運転時におけるサイクロン２０の中部の温度Ｔ３を継続して測定することができる。なお、温度センサの設置数には制限がない。

循環している流動媒体の量が設定範囲内にある場合には、温度センサ４０Ｃで測定された温度Ｔ３は、温度Ｔ２と略同一温度になっている。このような場合には、給気口１１と給気口１２を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を維持する。なお、循環している流動媒体の量が設定範囲内にある場合には、温度Ｔ３は、略７５０～８８０℃に設定されている。

サイクロン２０の排気口２２には、排気口２２を介してサイクロン２０の上部に連通する連通口５０Ｃが形成されている。また、連通口５０Ｂに接続された配管５３と連通口５０Ｃの間には、連通口５０Ｂと連通口５０Ｃの間の圧力差ΔＰ２を測定する圧力センサ５１Ｂが設けられている。なお、流動している流動媒体の量が設定範囲内にある場合には、設定圧力差は、１．２５～２．５ｋＰａに設定されている。

配管５３と圧力センサ５１Ｂの一側は、配管５６で接続され、圧力センサ５１Ｂの他側と連通口５０Ｃは、配管５７で接続されている。これにより、ライザー１０の運転時におけるライザー１０のフリーボード部とサイクロン２０の上部の圧力差ΔＰ２を継続して測定することができる。

配管５７には、連通口５０Ｃの圧力よりも高い圧力のパージ空気を供給する配管５８が接続されている。これにより、流動媒体が、配管５７を介して圧力センサ５１Ｂに移動するのを防止することができる。

ループシール３０は、略中空直方体状に形成されている。ループシール３０の上壁には、サイクロン２０から排出された流動媒体、チャー等が供給される供給口３１が形成され、ループシール３０の側壁の一側には、ループシール３０の内部に設けられた流動媒体やサイクロン２０から供給された流動媒体、チャー等をライザー１０に供給する排出口３２が形成されている。

供給口３１と排出口３２は、側面視において略Ｕ字形状の連通部３３で接続されている。これにより、連通部３３に流動媒体が堆積し、ライザー１０から排出される燃焼排ガスが、排出口３２を介してループシール３０内に逆流するのを防止することができる。また、連通部３３の下部には、連通部３３内に堆積した流動媒体等を流動化する空気を供給する給気口３４が形成されている。これにより、給気口３４から空気を供給して流動媒体等を排出口３２から外部に排出することができる。なお、給気口３４には、配管９７の一端が接続され、配管９７には、流量制御弁９７Ａが設けられている。

ループシール３０の側壁の他側には、ループシール３０の連通部３３に連通する連通口５０Ｄが形成されている。また、サイクロン２０の排出口２３とループシール３０の供給口３１は、配管３６で接続されている。配管３６は、サイクロン２０の排出口２３からループシール３０の供給口３１に向かって直線状に設けられている。これにより、サイクロン２０から排出された流動媒体、チャー等をループシール３０に効率良く流下させることができる。

配管３６の上部には、配管３６の上部に連通する連通口５０Ｅが形成されている。また、連通口５０Ｄと連通口５０Ｅの間には、連通口５０Ｄと連通口５０Ｅの間の圧力差（請求項における「第２圧力差」）ΔＰ３を測定する圧力センサ５１Ｃが設けられている。

連通口５０Ｄと圧力センサ５１Ｃの一側は、配管５９Ａで接続され、圧力センサ５１Ｃの他側と連通口５０Ｅは、配管５９Ｂで接続されている。これにより、ライザー１０の運転時におけるループシール３０の下部と配管３６の上部の圧力差ΔＰ３を継続して測定することができ、圧力差ΔＰ３を介してループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さを継続して測定することができる。なお、ループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さとは、ループシール３０内と配管３６内の黒色で図示した多くの流動媒体が堆積した部位の高さを言うものとする。

ループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さが設定範囲内にある場合、すなわち、ループシール部の流動媒体の量が設定範囲内にある場合には、圧力センサ５１Ｃで測定される圧力差ΔＰ３は第２設定圧力差内にある。このような場合には、給気口３４を介してループシール３０の連通部３３に供給される空気の体積流量を維持する。なお、ループシール部の流動媒体の量が設定範囲内にある場合には、第２設定圧力差は、０．１～１０ｋＰａに設定されている。

ループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さが設定範囲よりも低くなった場合、すなわち、ループシール部の流動媒体の量が設定範囲よりも少なくなった場合には、圧力センサ５１Ｃで測定される圧力差ΔＰ３は第２設定圧力差よりも小さくなる。このような場合には、給気口３４を介してループシール３０の連通部３３に供給される流動媒体を流動する空気の体積流量を減らし、排出口３２から排出される流動媒体の排出量を減少させてループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さを高くする。

ループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さが設定範囲よりも高くなった場合、すなわち、ループシール部の流動媒体の量が設定範囲よりも多くなった場合には、圧力センサ５１Ｃで測定される圧力差ΔＰ３は第２設定圧力差よりも大きくなる。このような場合には、給気口３４を介してループシール３０の連通部３３に供給される流動媒体を流動する空気の体積流量を増やし、排出口３２から排出される流動媒体の排出量を増加させてループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さを低くする。

配管５９Ａには、連通口５０Ｄの圧力よりも高い圧力のパージ空気を供給する配管６０が接続され、配管５９Ｂには、連通口５０Ｅの圧力よりも高い圧力のパージ空気を供給する配管６１が接続されている。これにより、ループシール３０の連通部３４と配管３６内の流動媒体が、配管５９Ａ、配管５９Ｂを介して圧力センサ５１Ｃに移動するのを防止することができる。

ループシール３０の排出口３２とライザー１０の供給口１４は、配管３７で接続されている。配管３７は、ループシール３０の排出口３２からライザー１０の供給口１４に向かって所定の傾斜角度を有して設けられている。これにより、ライザー１０に過度の流動媒体を一度に供給するのを防止することができる。

図２に示すように、サイクロン２０の排気口２２から排出された燃焼排ガスは、サイクロン２０の下流側に設けられた燃焼排ガスと燃焼空気の熱交換を行なう空気予熱器７０、燃焼排ガス内の固形不純物を除去する集塵機７１を移動する。

その後、一部の燃焼排ガスは、過給機７２のタービン７２Ａを通過した後に燃焼排ガスと白煙防止空気の熱交換を行なう白煙防止予熱器７３に移動し、残りの燃焼排ガスは、タービン７２Ａを介することなく白煙防止予熱器７３に移動する。

その後、燃焼排ガスは、燃焼排ガス内の硫黄酸化物（ＳＯ_X）を除去する排煙処理塔７４、煙突７５を移動して外部に排出される。

過給機７２のコンプレッサ７２Ｂによって吸気された燃焼空気は、コンプレッサ７２Ｂで圧縮された後に、空気予熱器７０で加熱されてライザー１０の給気口１１と給気口１２からライザー１０に供給される。

ブロア７６から白煙防止予熱器７３に供給された白煙防止空気は、白煙防止予熱器７３で加熱されて煙突７５に供給されて、燃焼排ガスと混合した後に煙突７５から外部に排出される。

サイクロン２０の排気口２２と空気予熱器７０の給気口は、配管（請求項における「排ガスライン」）８０で接続され、空気予熱器７０の排気口と集塵機７１の給気口は、配管８１で接続されている。

集塵機７１の排気口とタービン７２Ａの給気口は、配管８２で接続され、配管８２には、流量制御弁８２Ａが設けられている。これにより、配管８２を流れる燃焼排ガスの質量流量を微調整することができる。また、タービン７２Ａの排気口と配管８４における流量制御弁８４Ａよりも下流側の部位は、配管８３で接続されている。

配管８２における流量制御弁８２Ａよりも上流側の部位と白煙防止予熱器７３の給気口は、配管８４で接続され、配管８４には、流量制御弁８４Ａが設けられている。これにより、配管８２を流れる燃焼排ガスの質量流量と配管８４を流れる燃焼排ガスの質量流量とを調整することができる。なお、被処理物が含水率が高い下水汚泥の脱水汚泥の例では、集塵機７１の排気口から排出された燃焼排ガスの略６６％が配管８２を流れ、略３４％が配管８４を流れる。

白煙防止予熱器７３の排気口と排煙処理塔７４の給気口は、配管８５で接続され、排煙処理塔７４の排気口と煙突７５の給気口は、配管８６で接続されている。

コンプレッサ７２Ｂの吸気口は、配管（請求項における「給気ライン」）９０が接続され、配管９０には、流量制御弁９０Ａが設けられている。これにより、コンプレッサ７２Ｂが吸気する燃焼空気の体積流量を調整することができる。流量制御弁９０Ａの開度を小さくした場合には、燃焼空気が流れる配管９０の圧力損失が増加し、流量制御弁９０Ａを流れる燃焼空気の体積流量が減少する。一方、流量制御弁９０Ａの開度を大きくした場合には、燃焼空気が流れる配管９０の圧力損失が減少し、流量制御弁９０Ａを流れる燃焼空気の体積流量が増加する。

コンプレッサ７２Ｂの排気口と空気予熱器７０の給気口は、配管（請求項における「供給ライン」）９１で接続され、配管９１には、流量制御弁９１Ａが設けられている。これにより、配管９１を流れる燃焼空気の体積流量を微調整することができる。すなわち、流量制御弁９１Ａの開度を小さくした場合、つまり、コンプレッサ７２Ｂの排気口からライザー１０に流れる燃焼空気のラインの圧力損失を増加させた場合は、ライザー１０へ供給される燃焼空気の体積流量を減少させる。一方、流量制御弁９１Ａの開度を大きくした場合、つまり、コンプレッサ７２Ｂの排気口からライザー１０に流れる燃焼空気のラインの圧力損失を減少させた場合は、ライザー１０へ供給される燃焼空気の体積流量を増加させる。

配管９１における流量制御弁９１Ａよりも上流側の部位には、配管９２の一端が接続され、配管９２には、流量制御弁９２Ａが設けられている。これにより、配管９１を流れる燃焼空気の体積流量と配管９２を介して外部に排出される燃焼空気の体積流量を調整することができる。また、空気予熱器７０の排気口とライザー１０の供給口１１と給気口１２は、配管（請求項における「供給ライン」）９３で接続されている。

配管９３と配管８０は配管（請求項における「バイパスライン」）９８で接続され、配管９８には流量制御弁９８Ａが設けられている。これにより、配管９３を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量と配管９８を介して配管８０へ排出される燃焼空気の体積流量を調整することができる。

ブロア７６の排気口と白煙防止予熱器７３の給気口は、配管９５で接続され、白煙防止予熱器７３の排気口と配管８６は、配管９６で接続されている。

＜コントローラ＞
次に、加圧循環流動炉１のライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量とループシール３０に供給される空気の体積流量を制御するコントローラ６５について説明する。図３に示すように、コントローラ６５の入力側には、ライザー１０の下部の温度Ｔ１を測定する温度センサ４０Ａと、ライザー１０のフリーボード部の温度Ｔ２を測定する温度センサ４０Ｂと、サイクロン２０の中部の温度Ｔ３を測定する温度センサ４０Ｃと、ライザー１０の下部とライザー１０の上部の間の圧力差ΔＰ１を測定する圧力センサ５１Ａと、ライザー１０の上部とサイクロン２０の上部の間の圧力差ΔＰ２を測定する圧力センサ５１Ｂと、配管３６の上部とループシール３０の連通部３３の間の圧力差ΔＰ３を測定する圧力センサ５１Ｃが所定の入力インターフェース回路を介して接続されている。

コントローラ６５の出力側には、集塵機７１とタービン７２Ａを接続する配管８２に設けられた流量制御弁８２Ａと、配管８２における流量制御弁８２Ａよりも上流側の部位と白煙防止予熱器７３を接続する配管８４に設けられた流量制御弁８４Ａと、コンプレッサ７２Ｂに接続された配管９０に設けられた流量制御弁９０Ａと、コンプレッサ７２Ｂと空気予熱器７０を接続する配管９１に設けられた流量制御弁９１Ａと、配管９１における流量制御弁９１Ａの上流側に接続された配管９２に設けられた流量制御弁９２Ａと、ループシール３０に接続された配管９７に設けられた流量制御弁９７Ａと、配管９３と配管８０を接続する配管９８に設けられた流量制御弁９８Ａが所定の出力インターフェース回路を介して接続されている。

＜加圧循環流動炉システムの運転方法＞
次に、加圧循環流動炉システムの運転方法について説明する。なお、図４に示す制御フローは運転方法の一例であり、これに限定されるものではなく、運転条件により流量制御弁の操作の順序を変更することができる。図４に示すように、ステップＳ１において、コントローラ６５は、圧力センサ５１Ｃで測定された圧力差ΔＰ３を判断する。圧力差ΔＰ３が、第２設定圧力差内にある場合は、ステップＳ４に進む。一方、圧力差ΔＰ３が、第２設定圧力差よりも小さい場合には、ステップＳ２に進み、圧力差ΔＰ３が、第２設定圧力差よりも大きい場合には、ステップＳ３に進む。

ステップＳ２において、コントローラ６５は、流量制御弁９７Ａの開度を小さくして体積流量を減らして、ループシール３０の排出口３２から排出される流動媒体の排出量を減少させてループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さを高くする。

ステップＳ３において、コントローラ６５は、流量制御弁９７Ａの開度を大きくして体積流量を増やして、ループシール３０の排出口３２から排出される流動媒体の排出量を増加させてループシール３０内と配管３６内の流動媒体の界面高さを低くする。

ステップＳ４において、コントローラ６５は、圧力センサ５１Ａで測定された圧力差ΔＰ１を判断する。圧力差ΔＰ１が、第１設定圧力差内にある場合は、ステップＳ１７に進む。一方、圧力差ΔＰ１が、第１設定圧力差よりも大きい場合には、ステップＳ５に進み、圧力差ΔＰ１が、第１設定圧力差よりも小さい場合には、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ５において、コントローラ６５は、流量制御弁８４Ａの開度を操作して過給機７２のタービン７２Ａに供給される燃焼排ガスの質量流量を調整する。すなわち、流量制御弁８４Ａの開度を小さくして、タービン７２Ａに供給される燃焼排ガスの質量流量を増やして、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、コントローラ６５は、流量制御弁８２Ａの開度を操作してタービン７２Ａに供給される燃焼排ガスの質量流量を微調整する。これにより、タービン７２Ａとコンプレッサ７２Ｂの回転速度が上がり、コンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の圧力を上げて、ステップＳ７に進む。また、これにより、燃焼空気の圧力を調整することができる。なお、コントコーラ６５による制御プログラムを簡易にするためにステップＳ６を省略することもできる。
なお、ステップＳ５及びＳ６に代え、又は、加えて、流量制御弁９２Ａの開度を操作してコンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の圧力を調整することも可能である。すなわち、流量制御弁９２Ａの開度を小さくして、コンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の一部を外部に排出する体積流量を減らして、コンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の圧力を上げて、ステップＳ７に進むこともできる。

ステップＳ７において、コントローラ６５は、流量制御弁９０Ａの開度を操作してコンプレッサ７２Ｂに供給される燃焼空気の体積流量を調整する。すなわち、流量制御弁９０Ａの開度を小さくして、コンプレッサ７２Ｂに供給される燃焼空気が流れる配管９０の圧力損失を増やして、コンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の体積流量が過度に増加するのを防止して、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、コントローラ６５は、流量制御弁９２Ａの開度を操作してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を調整する。すなわち、流量制御弁９２Ａの開度を大きくして、コンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の一部を外部に排出して、空気予熱器７０等を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量が過度に増加するのを防止して、ステップＳ９に進む。また、これにより、燃焼空気の圧力を調整することができる。なお、コントコーラ６５による制御プログラムを簡易にするためにステップＳ７とステップＳ８のいずれか一方を省略することもできる。
また、ステップＳ５及びＳ６に代え、又は、加えて、流量制御弁９２Ａの開度を操作した場合には、ステップＳ８は行われない。

ステップＳ９において、コントローラ６５は、流量制御弁９８Ａの開度を操作してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を調整する。すなわち、流量制御弁９８Ａの開度を大きくして、ライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量が過度に増加するのを防止して、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、コントローラ６５は、流量制御弁９１Ａの開度を操作して空気予熱器７０等を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を微調整して、ステップＳ４に進む。これにより、ライザー１０に供給される一次燃焼空気の体積流量を減らし、ライザー１０内の空塔速度を下げて流動している流動媒体の量を減少させて、ライザー１０で被処理物を完全燃焼させることができる。なお、ステップＳ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０は、この順序に行われなくても良く、適宜順序を入れ替えて行われても良い。また、これらのステップの少なくとも１つ以上の操作が行われれば良い。好ましくは、ステップＳ９又はＳ１０の少なくとも一方の操作が行われるのが良い。ただし、ステップＳ５及びＳ６に代え、又は、加えて、流量制御弁９２Ａの開度を操作した場合には、ステップＳ８は行われない。

ステップＳ１１において、コントローラ６５は、流量制御弁８４Ａの開度を操作して過給機７２のタービン７２Ａに供給される燃焼排ガスの質量流量を調整する。すなわち、流量制御弁８４Ａの開度を大きくして、タービン７２Ａに供給される燃焼排ガスの質量流量を減らして、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、コントローラ６５は、流量制御弁８２Ａの開度を操作してタービン７２Ａに供給される燃焼排ガスの質量流量を微調整する。これにより、タービン７２Ａとコンプレッサ７２Ｂの回転速度が下がり、コンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の圧力を下げて、ステップＳ１３に進む。また、これにより、燃焼空気の圧力を調整することができる。なお、コントコーラ６５による制御プログラムを簡易にするためにステップＳ１２を省略することもできる。
なお、ステップＳ１１及びＳ１２に代え、又は、加えて、流量制御弁９２Ａの開度を操作してコンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の圧力を調整することも可能である。すなわち、流量制御弁９２Ａの開度を大きくして、コンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の一部を外部に排出する体積流量を増やして、コンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の圧力を下げて、ステップＳ１３に進むこともできる。

ステップＳ１３において、コントローラ６５は、流量制御弁９０Ａの開度を操作してコンプレッサ７２Ｂに供給される燃焼空気の体積流量を調整する。すなわち、流量制御弁９０Ａの開度を大きくして、コンプレッサ７２Ｂに供給される燃焼空気が流れる配管９０の圧力損失を減らして、コンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の体積流量が過度に減少するのを防止して、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４において、コントローラ６５は、流量制御弁９２Ａの開度を操作してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を調整する。すなわち、流量制御弁９２Ａの開度を小さくして、コンプレッサ７２Ｂから排出される燃焼空気の一部を外部に排出する体積流量を減らして、空気予熱器７０等を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量が過度に減少するのを防止して、ステップＳ１５に進む。また、これにより、燃焼空気の圧力を調整することができる。なお、コントコーラ６５による制御プログラムを簡易にするためにステップＳ１３とステップＳ１４のいずれか一方を省略することもできる。
また、ステップＳ１１及びＳ１２に代え、又は、加えて、流量制御弁９２Ａの開度を操作した場合には、ステップＳ１４は行われない。

ステップＳ１５において、コントローラ６５は、流量制御弁９８Ａの開度を操作してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を調整する。すなわち、流量制御弁９８Ａの開度を小さくして、ライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量が過度に減少するのを防止して、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、コントローラ６５は、流量制御弁９１Ａの開度を操作して空気予熱器７０等を介してライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を微調整して、ステップＳ４に進む。これにより、ライザー１０に供給される燃焼空気の体積流量を増やし、ライザー１０内の空塔速度を上げて流動している流動媒体の量を増加させて、ライザー１０で被処理物を完全燃焼させることができる。なお、ステップＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６は、この順序に行われなくても良く、適宜順序を入れ替えて行われても良い。また、これらのステップのうち少なくとも１つ以上の操作が行われれば良い。好ましくは、ステップＳ１５又はＳ１６の少なくとも一方の操作が行われるのが良い。ただし、ステップＳ１１及びＳ１２に代え、又は、加えて、流量制御弁９２Ａの開度を操作した場合には、ステップＳ１４は行われない。

ステップＳ１７において、コントローラ６５は、温度センサ４０Ａで測定された温度Ｔ１と温度センサ４０Ｂで測定された温度Ｔ２から算出された温度差ΔＴが、設定温度差内にある場合には、ステップＳ１に進む。一方、当該温度差ΔＴが、設定温度差を下回る場合には、ステップＳ５に進み、温度差ΔＴが、設定温度差を上回る場合には、ステップＳ１１に進む。なお、コントコーラ６５による制御プログラムを簡易にするためにステップＳ４とステップＳ１７のいずれか一方を省略することもできる。

本発明は、加圧循環流動炉システムの運転方法に適用することができる。

１ 加圧循環流動炉
１０ ライザー
２０ サイクロン
３０ ループシール
７２ 過給機
７２Ａ タービン
７２Ｂ コンプレッサ
８０ 配管（排ガスライン）
９０ 配管（給気ライン）
９１ 配管（供給ライン）
９３ 配管（供給ライン）
９８ 配管（バイパスライン）
ΔＴ 温度差
ΔＰ１ 圧力差（第１圧力差）
ΔＰ３ 圧力差（第２圧力差）

Claims (7)

1. 流動媒体を循環させながら被処理物を燃焼させるライザーと、前記ライザーから排出された燃焼排ガス中に含まれる流動媒体を分離して回収するサイクロンと、前記サイクロンで分離された流動媒体を一時的に貯留するループシールを設けた加圧循環流動炉と、前記サイクロンから排出された燃焼排ガスによって回転するタービンと、タービンの回転と一体となって回転するコンプレッサを有して、前記加圧循環流動炉に供給される燃焼空気を加圧する過給機を備えた加圧循環流動炉システムの運転方法であって、
   前記ライザー上部と下部の温度差が所定の設定温度差、又は、ライザー上部と下部の第１圧力差が所定の第１設定圧力差の範囲となるように、前記コンプレッサから排出される燃焼空気の圧力と、前記コンプレッサから排出されて加圧循環流動炉に供給される燃焼空気の体積流量を調整することを特徴とする加圧循環流動炉システムの運転方法。
2. 前記温度差が設定温度差を下回る場合、又は、前記第１圧力差が第１設定圧力差よりも大きい場合は、
   前記燃焼空気の圧力を上げるとともに、
   前記燃焼空気の体積流量を減らす請求項１記載の加圧循環流動炉システムの運転方法。
3. 前記温度差が設定温度差を上回る場合、又は、前記第１圧力差が第１設定圧力差よりも小さい場合は、
   前記燃焼空気の圧力を下げるとともに、
   前記燃焼空気の体積流量を増やす請求項１記載の加圧循環流動炉システムの運転方法。
4. 前記燃焼空気の圧力の調整は、前記タービンに供給する燃焼排ガスの質量流量、又は、前記コンプレッサから排出される燃焼空気を外部へ排出する体積流量の少なくとも一つを調整して行う請求項１～３のいずれか１項に記載の加圧循環流動炉システムの運転方法。
5. 前記燃焼空気の体積流量の調整は、
   前記燃焼空気の圧力を、前記タービンに供給する燃焼排ガスの質量流量で調整して行う場合には、前記コンプレッサと加圧循環流動炉を接続する供給ラインの圧力損失、前記サイクロンより排出される燃焼排ガスが流れる排ガスラインと供給ラインに接続されたバイパスラインを流れる燃焼空気の体積流量、前記コンプレッサから排出される燃焼空気を外部へ排出する体積流量、又は、前記コンプレッサに吸気される燃焼空気が流れる吸気ラインの圧力損失、の少なくとも一つを調整することにより行い、
   前記燃焼空気の圧力を、前記コンプレッサから排出される燃焼空気を外部へ排出する体積流量で調整して行う場合には、前記コンプレッサと加圧循環流動炉を接続する供給ラインの圧力損失、前記サイクロンより排出される燃焼排ガスが流れる排ガスラインと供給ラインに接続されたバイパスラインを流れる燃焼空気の体積流量、又は、前記コンプレッサに吸気される燃焼空気が流れる吸気ラインの圧力損失、の少なくとも一つを調整して行う請求項４記載の加圧循環流動炉システムの運転方法。
6. 前記サイクロンの排出口とループシールの第２圧力差が第２設定圧力差よりも小さい場合は、前記ループシールに供給する空気の体積流量を減少させて、ループシールからライザーに供給する流動媒体を減らし、
   前記第２圧力差が第２設定圧力差よりも大きい場合には、前記ループシールに供給する空気の体積流量を増加させて、ループシールからライザーに供給する流動媒体を増やす請求項１～５のいずれか１項に記載の加圧循環流動炉システムの運転方法。
7. 前記第２設定圧力差を０．１～１０ｋＰａに設定した請求項６記載の加圧循環流動炉システムの運転方法。

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