JP7311451B2

JP7311451B2 - 誘引システム、焼却システム

Info

Publication number: JP7311451B2
Application number: JP2020053612A
Authority: JP
Inventors: 卓也河合; 泰志小関
Original assignee: Metawater Co Ltd
Current assignee: Metawater Co Ltd
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2023-07-19
Anticipated expiration: 2040-03-25
Also published as: JP2021152443A

Description

本開示は、誘引システム、焼却システムに関する。

従来から、焼却システムの大型化、機器数の削減、省エネ等を目的とする技術が提案されている。特許文献１は、排ガスの保有熱を回収して得られるエネルギーを利用して排ガスを誘引する構成を開示する。

特開２０１５－１９４３０７号公報

現在、排ガスの誘引システムの省エネ化と共に複雑化の抑制が要求される。

本開示の誘引システムは、焼却炉からの排ガスと気体とを熱交換し前記気体を昇温する熱交換器に、前記気体を給気し、前記熱交換器により昇温される昇温気体を給気する給気システムと、前記給気システムから給気される前記昇温気体により駆動する第１タービンと前記第１タービンの駆動力により前記焼却炉からの排ガスを圧縮し排気する第１圧縮機とを備えた誘引機と、を備える。

本開示の誘引システムによれば、省エネ化と共に複雑化の抑制を実現できる。

図１は、本実施の形態における誘引システムを備えた焼却システムを説明する図である。図２は、図１の給気システムの第１の具体例を説明する図である。図３は、図１の給気システムの第２の具体例を説明する図である。図４Ａは、第１の比較例を説明する図である。図４Ｂは、第２の比較例を説明する図である。

図１は、本実施の形態における誘引システムを備えた焼却システムを説明する図である。なお、以下の図の説明では、同一の機能を備えた機器等については同一の符号を付してその説明を省略する。

焼却システム１は、例えば、汚泥などの各種廃棄物を焼却する。焼却システム１は、誘引システム１０を備える。誘引システム１０は、焼却炉１１からの排ガスと気体とを熱交換し気体を昇温する熱交換器１２に、気体を給気し、熱交換器１２により昇温される昇温気体を給気する給気システム１１０を備える。さらに、誘引システム１０は、給気システム１０から給気される昇温気体により駆動する第１タービン１２０Ｔ(以下、タービン１２０Ｔと記す)とタービン１２０Ｔの駆動力により焼却炉１１からの排ガスを圧縮し排気する第１圧縮機１２０Ｃ（以下、圧縮機１２０Ｃと記す）とを備えた誘引機１２０を備える。なお、焼却炉１１による焼却により発生するガスを排ガスと記す。

焼却システム１は、排ガスから微細個体物等の各種汚染物質を除去する機能を有する、いわゆる排ガス処理系（例えば、集塵機１３、排煙処理塔１４）を備える。更に、焼却システム１は、各種汚染物質が除去された排ガスを大気に排出する煙突１５を備える。各図において、矢印線は気体が流れるパイプを模式的に示し、矢印は気体の流れる方向を模式的に示している。

焼却炉１１は、例えば、ストーカ式、流動床式、キルン式等の焼却炉である。以下の実施の形態では、焼却炉１１は、流動床式の焼却炉を例示する。焼却炉１１の排ガス出口と熱交換器１２の排ガス入口とはパイプを介して連通する。

熱交換器１２は、焼却炉１１からの排熱(排ガス)と給気システム１１０からの気体とを熱交換し、昇温した気体を給気システム１１０に給気し、排ガスを集塵機１３に排出する。熱交換器１２の気体入口と給気システム１１０の第1気体出口とはパイプを介して連通する。また、熱交換器１２の気体出口と給気システム１１０の第1気体入口とはパイプを介して連通する。また、熱交換器１２の排ガス出口と集塵機１３の排ガス入口とはパイプを介して連通する。

給気システム１１０は、第２気体入口を介して外部から気体(例えば空気)を取り入れ、熱交換器１２に給気し、熱交換１２により昇温される昇温気体を給気する。給気システム１１０の第２気体出口と誘引機１２０のタービン１２０Ｔの気体入口とはパイプを介して連通する。給気システム１１０は、このパイプを介して、昇温空気をタービン１２０Ｔに給気する。

集塵機１３は、熱交換器１２を通過した排ガスから焼却灰等の個体物を分離して除去する。集塵機１３の排ガス出口と排煙処理塔１４の排ガス入口とはパイプを介して連通する。集塵機１３により個体物が除去された排ガスは排煙処理塔１４に排出される。

排煙処理塔１４は、集塵機１３からの排ガスと、塔の上方のノズル(図示しない)から噴射されるアルカリ性洗浄水とを接触させて、硫黄酸化物や集塵機１３で除去されなかった微細個体物等を排ガスから取り除く(洗煙）。排煙処理塔１４の気体出口と誘引機１２０の圧縮機１２０Ｃの気体入口とはパイプを介して連通する。

誘引機１２０は、排煙処理塔１４にて洗煙された排ガスを誘引して煙突１５に排気する。具体的には、誘引機１２０は、給気システム１１０からの昇温気体により駆動する第１タービン１２０Ｔと、タービン１２０Ｔの駆動力により焼却炉１１からの排ガスを圧縮し煙突１５に排気(換言すれば、排ガスを誘引)する第１圧縮機１２０Ｃとを備える。

圧縮機１２０Ｃの気体出口と煙突１５の気体入口とはパイプを介して連通する。また、タービン１２０Ｔの気体出口と煙突１５の気体入口とはパイプを介して連通する。

煙突１５は、タービン１２０Ｔからの排気と圧縮機１６から給気された排ガスとを混合する混合系である。具体的には、タービン１２０Ｔを回転させた後に排出される高温の排気は煙突１５に給気され、圧縮機１２０Ｃにより圧縮された、洗煙済みの排ガスは、煙突１５に給気される。煙突１５に高温気体が給気されることで、圧縮機１２０Ｃから給気された排ガスに含まれる水蒸気の凝結を抑制する。その結果、白煙の発生を防止することができる。

本実施の形態によれば、焼却システムで生じる排熱により回収した流体エネルギーを排ガスの誘引に直接利用しているので、排ガスの誘引のための新たにエネルギーが不要になり、省エネを実現できる。更に、タービン１２０Ｔを回転させた後に排出される高温の排気を煙突１５に給気するので、いわゆる白煙防止ファン、及び、白煙防止ファンが給気する空気を昇温する熱交換器を別途設ける必要がなく、焼却システムにおける設備、装置の複雑化を抑制できる。

なお、集塵機１３に入る排ガスの温度が高い場合には、集塵機１３の前段に排ガスの温度を下げる装置を設けても良い。
以下、図２、図３を参照して、給気システム１１０について具体的に説明する。

(第１の具体例)
図２は、図１の誘引システム１０の第１の具体例を説明する図である。誘引システム１０ａは、図１の給気システム１１０として給気システム１１１を備える。給気システム１１１は、酸素を含む高温の気体(例えば空気)を焼却炉１１と誘引機１２０に給気する。給気システム１１１は、熱交換器１２からの昇温気体の一部の昇温気体により駆動する第２タービン１１１Ｔ(以下、タービン１１１Ｔと記す)と、タービン１１１Ｔの駆動力により気体を圧縮し排気する第２圧縮機(以下、圧縮機１１１Ｃと記す)とを備える。給気システム１１１は、圧縮機１１１Ｃからの排気(すなわち、圧縮気体)を熱交換器１２に給気し、タービン１１１Ｔからの排気を焼却炉１１に給気し、熱交換器１２からの昇温気体の一部の昇温気体を誘引機１２０のタービン１２０Ｔに給気する。

圧縮機１１１Ｃの気体入口には外部から空気が給気される。熱交換器１２の気体入口と、給気システム１１０の第１気体出口に相当する圧縮機１１１Ｃの気体出口とはパイプを介して連通する。

熱交換器１２の気体出口と、給気システム１１０の第１気体入口に相当するタービン１１１Ｔの気体入口及びタービン１２０Ｔの気体入口とはパイプを介して連通する。
たとえば、熱交換器１２の気体出口とタービン１１１Ｔの気体入口とを連結するパイプに分岐弁が設けられ、この分岐弁とタービン１２０Ｔの気体入口とがパイプを介して連通する。熱交換器１２により加熱された圧縮気体が給気システム１１０のタービン１１１Ｔの上流側から誘引機１２０のタービン１２０Ｔに給気されるので、排熱を回収して得られた流体のエネルギーを直接的にタービン１２０Ｔに給気することができる。その結果、効率的なエネルギー利用が可能になり省エネを実現できる。

給気システム１１０の第２気体出口に相当するタービン１１１Ｔの気体出口と焼却炉１１の気体入口とはパイプを介して連通する。タービン１１１Ｔを回転された後に排出される高温気体は焼却炉１１に給気され、焼却炉１１の燃焼プロセスにおいて利用される。

図２の給気システム１１１の場合、高温空気を焼却炉１１の燃焼プロセス及び排煙処理塔１４からの排ガスの誘引に利用することができる。そのため、既設の焼却システムにパイプ及び誘引機１２０を設置すれば本実施の形態の焼却システムが運転できる。

(第２の具体例)
図３は、図１の誘引システム１０の第２の具体例を説明する図である。誘引システム１０ｂは、図１の給気システム１１０として送風機１１２Ｂを備えた給気システム１１２を備える。図２の給気システム１１１においては、タービン駆動の圧縮機が圧縮気体を生成したが、第２の具体例では、送風機１１２Ｂが圧縮気体を生成し熱交換器１２に給気する。
る。

送風機１１２Ｂの気体入口には外部から空気が給気される。熱交換器１２の気体入口と、給気システム１１０の第１気体出口に相当する送風機１１２Ｂの気体出口とはパイプを介して連通する。熱交換器１２の気体出口と、焼却炉１１の気体入口及びタービン１２０Ｔの気体入口とはパイプを介して連通する。
たとえば、熱交換器１２の気体出口と焼却炉１１の気体入口とを連結するパイプに分岐弁が設けられ、この分岐弁とタービン１２０Ｔの気体入口とがパイプを介して連通する。熱交換器１２により加熱された圧縮気体が誘引機１２０のタービン１２０Ｔに給気されるので、排熱を回収して得られた流体のエネルギーを直接的にタービン１２０Ｔに給気することができる。その結果、効率的なエネルギー利用が可能になり省エネを実現できる。

(比較例)
次に、図４Ａ、図４Ｂを参照して、本実施の形態の焼却システムによる効果について説明する。
図４Ａは、第１の比較例を説明する図である。図４Ａにおける焼却システム２ａは、焼却炉１１と、熱交換器１２と、集塵機１３と、排煙処理塔１４と、煙突１５と、供給機４０と、誘引機４０ｉｂとを備える。供給機４０は、タービン４０Ｔと圧縮機４０Ｃとを備え、タービン４０Ｔの駆動力がシャフト４０ｓｈ１を介して誘引機４０ｉｂに伝達される。誘引機４０ｉｂは、シャフト４０ｓｈ１を介して伝達された駆動力によりファンが回転する構造を備え、ファンの回転により排煙処理塔１４からの排ガスが誘引され煙突１５に給気される。

換言すれば、第１の比較例は、排熱を回収することで得られる流体の運動エネルギーを、タービン４０Ｔにより機械的な回転運動に一旦変換し、この変換した運動エネルギー（回転運動）によりシャフト４０ｓｈ１を回転させることで誘引機４０ｉｂのファンを回転させる構成である。以下、この構成を第１の比較例の駆動方式と記す。

図４Ｂは、第２の比較例を説明する図である。図４Ｂにおける焼却システム２ｂは、焼却炉１１と、熱交換器１２と、集塵機１３と、排煙処理塔１４と、煙突１５と、供給機４０と、発電機Ｇと、誘引機４１ｉｂを備える。タービン４０Ｔの駆動力がシャフト４０ｓｈ２を介して発電機Ｇに伝達される。発電機Ｇは、この駆動力により発電し、発電した電力を、電線４０ｗを介して誘引機４１ｉｂに給電する。誘引機４１ｉｂは、この電力によりファンが回転する構造を備え、ファンの回転により排煙処理塔１４からの排ガスが誘引され煙突１５に給気される。

換言すれば、第２の比較例は、排熱を回収することで得られる流体の運動エネルギーを、タービン４０Ｔにより機械的な回転運動に一旦変換し、更に、発電機Ｇがこの回転運動を利用して生成した電気エネルギーを、電線４０ｗを介して誘引機４１ｉｂに給気する構成である。以下、この構成を第２の比較例の駆動方式と記す。

本実施の形態の誘引システムでは、上記した第１、第２の比較例の駆動方式と異なり、排熱を回収して得られる流体のエネルギー(例えば、運動エネルギー、熱エネルギー）を、誘引機１２０（タービン１２０Ｔ）にパイプを介して直接供給する。そして、誘引機１２０は、排煙処理塔１４にて洗煙された排ガスをこのエネルギーにより誘引している。この構成は、第１、第２の比較例のように、運動エネルギーを一旦他のエネルギー(例えば、タービン４０Ｔの運動エネルギー、発電機の電気エネルギー）に変換し、この他のエネルギーを用いて、排ガスを誘引する構成とは明らかに異なり、排熱を効率的に排ガスの誘引に利用することができる。

特に、第１の比較例のように、シャフト４０ｓｈ１等の物理的手段により動力を伝達する場合、排熱を回収して流体の運動エネルギーを得る装置と誘引機との距離が遠いと、例えば設置場所の点でシャフトの敷設が困難になる。特に、複数のシャフトが軸継手を介して連結している場合には、シャフトの敷設がより困難になり、更に、装置が複雑化する。また、この場合、機械的な問題(例えば、シャフト、軸継手の振動や摩耗)による故障の防止、修理が必要になる。

しかし、本実施の形態によれば、高温の気体を、パイプを介してタービン１２０Ｔに直接給気しているので、施設の複雑化が抑制される。さらに、機械的な原因による故障が発生しないので故障防止策、修理が不要になる。

また、第２の比較例のように、発電機Ｇを利用すると、焼却システムが複雑化し、更に、発電機の故障の防止及び修理が必要になる。しかし、本実施の形態によれば、高温の気体を、パイプを介してタービン１２０Ｔに直接給気しているので、複雑な装置が不要になり、施設の複雑化が抑制される。さらに、機械的な原因による故障が発生しないので故障防止策、修理が不要になる。

以上、焼却システムの実施形態を説明したが、この説明により実施形態が限定されるものではない。また、説明した焼却システムに含まれる各種要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した実施形態等の要旨を逸脱しない範囲で要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１焼却システム
２ａ第１の比較例の焼却システム
２ｂ第２の比較例の焼却システム
１０誘引システム
１０ａ誘引システム
１１焼却炉
１２熱交換器
１３集塵機
１４排煙処理塔
１５煙突
１６圧縮機
４０供給機
４０Ｃ圧縮機
４０ｉｂ誘引機
４０Ｔタービン
４０ｓｈ１シャフト
４０ｓｈ２シャフト
１１０給気システム
１１１第２の給気システム
１１１Ｃ第２圧縮機
１１１Ｔ第２タービン
１１２給気システム
１１２Ｂ送風機
１２０誘引機
１２０Ｃ第１圧縮機
１２０Ｔ第１タービン
Ｇ発電機

Claims

焼却炉からの排ガスと気体とを熱交換し前記気体を昇温する熱交換器に、前記気体を給気し、前記熱交換器により昇温される昇温気体を給気する給気システムと、
前記給気システムから給気される前記昇温気体により駆動する第１タービンと前記第１タービンの駆動力により前記焼却炉からの排ガスを圧縮し排気する第１圧縮機とを備えた誘引機と、
を備えた、誘引システム。
前記給気システムは、前記昇温気体を更に前記焼却炉に給気する、
請求項１に記載の誘引システム。
前記給気システムは、
前記熱交換器から給気される前記昇温気体の一部の昇温気体により駆動する第２タービンと前記第２タービンの駆動力により気体を圧縮し排気する第２圧縮機とを備え、
前記第２圧縮機からの排気が前記熱交換器に給気する前記気体であり、
前記第２タービンからの排気が前記焼却炉に給気する前記昇温空気である、
請求項２に記載の誘引システム。
前記給気システムは、
圧縮気体を生成する送風機を備え、
前記圧縮気体が前記熱交換器に給気する前記気体である、
請求項２に記載の誘引システム。
焼却炉と、
前記焼却炉からの排ガスと気体とを熱交換し前記気体を昇温する熱交換器と、
前記熱交換器に前記気体を給気し前記熱交換器により昇温される昇温気体を給気する給気システムと、
前記給気システムから給気される前記昇温気体により駆動する第１タービンと前記第１タービンの駆動力により前記焼却炉からの排ガスを圧縮し排気する第１圧縮機とを備えた誘引機と、
前記第１タービンからの排気と前記第１圧縮機の排気とを混合する混合系とを備えた、
焼却システム。