JP7409838B2 - 廃棄物処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物処理設備に関する。

従来、特許文献１に記載されているように、下水汚泥等の廃棄物を焼却する廃棄物処理設備が知られている。特許文献１には、廃棄物を燃焼する燃焼炉と、当該燃焼炉の後段に配置された予熱器と、当該予熱器に連結された過給機と、を備えた廃棄物処理設備が記載されている。この廃棄物処理設備では、過給機のコンプレッサから吐出された圧縮空気が予熱器において燃焼炉からの排ガスにより加熱され、その後、過給機のタービンを通過して燃焼炉内に供給される。

特開２００７－１７０７０３号公報

廃棄物処理設備では、炉内温度が焼却炉や当該焼却炉の後段に位置する熱交換器の耐熱温度を超えないように制御を行う必要があるが、炉内温度は、炉内へ投入される廃棄物の性状（例えば、下水汚泥の含水率）や補助燃料の投入量あるいは炉内へ供給される燃焼用空気の温度に依存して変動する。例えば、炉内へ投入される下水汚泥の含水率が低い場合に高温の燃焼用空気を炉内に供給し続けると、炉内温度が耐熱温度を超えてしまう場合もある。

一方、特許文献１に記載された過給式の廃棄物処理設備は、排ガスの熱エネルギーを利用して過給機により炉内へ燃焼用空気を供給するものであり、タービンへ流入する燃焼用空気の温度が下がり過ぎると、過給機の自立運転を維持することが困難になる。したがって、従来の過給式の廃棄物処理設備では、過給機の自立運転を維持しつつ焼却炉内の過昇温を抑制するのが困難という課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、過給機の自立運転を維持しつつ焼却炉内の過昇温を抑制することが可能な廃棄物処理設備を提供することである。

本発明の一局面に係る廃棄物処理設備は、廃棄物を焼却する焼却炉と、前記焼却炉へ燃焼用空気を導くための空気導入経路と、前記空気導入経路を流通する前記燃焼用空気を、前記焼却炉から排出された排ガスにより加熱する空気予熱器と、前記空気導入経路に配置された過給機であって、前記燃焼用空気を圧縮すると共に圧縮された前記燃焼用空気を前記空気予熱器側へ吐出するコンプレッサと、前記空気予熱器で加熱された前記燃焼用空気によって回転することにより前記コンプレッサを駆動させるタービンと、を含む前記過給機と、前記空気導入経路のうち前記タービンと前記焼却炉との間に配置され、前記タービンから流出した前記燃焼用空気を冷却する冷却装置と、を備えている。

この廃棄物処理設備によれば、空気予熱器で加熱された高温の燃焼用空気をタービンへ流入させると共に、当該タービンから流出した後に冷却装置により冷却された燃焼用空気を焼却炉内へ導くことができる。これにより、炉内温度が焼却炉の耐熱温度を超えないために必要な燃焼用空気の温度が、過給機の自立運転を維持するために必要な燃焼用空気の温度より低い場合であっても、タービンから流出した後の燃焼用空気の温度を下げることにより対応可能となる。したがって、本発明の廃棄物処理設備によれば、過給機の自立運転を維持しつつ、焼却炉内の過昇温を抑制することができる。

上記廃棄物処理設備において、前記焼却炉は、流動床式の焼却炉であってもよい。上記廃棄物処理設備は、前記冷却装置を迂回するように前記空気導入経路に接続されたバイパス経路と、前記焼却炉内のフリーボードの温度を検知するフリーボード温度検知部と、前記空気導入経路から前記バイパス経路への前記燃焼用空気の流入量と、前記空気導入経路から前記冷却装置への前記燃焼用空気の流入量との比率を調整する空気流入量調整部と、前記フリーボード温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記空気流入量調整部を制御する制御部と、をさらに備えていてもよい。

この構成によれば、バイパス経路及び空気流入量調整部を用いてフリーボードの温度を目標温度に近づける制御を行うことにより、過給機の自立運転を維持しつつ、効率的に焼却炉内の過昇温を抑制することができる。

上記廃棄物処理設備において、前記焼却炉は、流動床式の焼却炉であってもよい。上記廃棄物処理設備は、前記冷却装置へ供給される熱媒体の流入量を調整する熱媒体流入量調整部と、前記焼却炉内のフリーボードの温度を検知するフリーボード温度検知部と、前記フリーボード温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記熱媒体流入量調整部を制御する制御部と、をさらに備えていてもよい。

この構成によれば、冷却装置へ供給される熱媒体の流入量の調整によってフリーボードの温度を目標温度に近づける制御を行うことにより、過給機の自立運転を維持しつつ、効率的に焼却炉内の過昇温を抑制することができる。

上記廃棄物処理設備は、前記空気導入経路のうち前記冷却装置と前記焼却炉との間を流通する前記燃焼用空気の温度を検知する炉入口温度検知部をさらに備えていてもよい。前記制御部は、前記炉入口温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記空気流入量調整部を制御してもよい。前記炉入口温度検知部の目標温度は、前記フリーボード温度検知部の目標温度と前記廃棄物の性状とに基づいて算出される温度であってもよい。

上記廃棄物処理設備は、前記空気導入経路のうち前記冷却装置と前記焼却炉との間を流通する前記燃焼用空気の温度を検知する炉入口温度検知部をさらに備えていてもよい。前記制御部は、前記炉入口温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記熱媒体流入量調整部を制御してもよい。前記炉入口温度検知部の目標温度は、前記フリーボード温度検知部の目標温度と前記廃棄物の性状とに基づいて算出される温度であってもよい。

この構成によれば、炉の入口温度を空気流入量調整部又は熱媒体流入量調整部の制御指標にすることにより、フリーボードの温度を制御指標にする場合に比べて、温度制御の安定性を向上させることができる。

上記廃棄物処理設備は、前記焼却炉内の流動層の温度を検知する流動層温度検知部をさらに備えていてもよい。前記制御部は、前記流動層温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記空気流入量調整部を制御してもよい。前記流動層温度検知部の目標温度は、前記フリーボード温度検知部の目標温度と、前記焼却炉におけるフリーボードの温度と前記流動層の温度との相関関係と、に基づいて設定されてもよい。

上記廃棄物処理設備は、前記焼却炉内の流動層の温度を検知する流動層温度検知部をさらに備えていてもよい。前記制御部は、前記流動層温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記熱媒体流入量調整部を制御してもよい。前記流動層温度検知部の目標温度は、前記フリーボード温度検知部の目標温度と、前記焼却炉におけるフリーボードの温度と前記流動層の温度との相関関係と、に基づいて設定されてもよい。

この構成によれば、流動層の温度を空気流入量調整部又は熱媒体流入量調整部の制御指標にすることにより、フリーボードの温度を制御指標にする場合に比べて、温度制御の安定性を向上させることができる。

上記廃棄物処理設備において、前記冷却装置は、前記タービンから流出した前記燃焼用空気と熱利用設備に供給される熱媒体との間で熱交換する熱交換器により構成されていてもよい。

この構成によれば、燃焼用空気を冷却する際に当該燃焼用空気から回収した熱を、他の設備において有効利用することが可能になる。

上記廃棄物処理設備は、前記空気導入経路に接続され、前記空気導入経路を流通する前記燃焼用空気を前記空気導入経路の外へ放出するための放風経路をさらに備えていてもよい。前記冷却装置は、前記空気導入経路のうち前記放風経路の接続部よりも前記タービン側に配置されていてもよい。

この構成によれば、冷却装置が空気導入経路のうち放風経路の接続部よりも焼却炉側に配置される場合に比べて、熱媒体が燃焼用空気から回収する熱量が増加するため、熱の利用効率を向上させることができる。しかも、冷却後の燃焼用空気を空気導入経路の外へ放出することができるため、放風経路を構成する配管やダクトの径を小さくすることも可能である。

上記廃棄物処理設備は、前記空気導入経路に接続され、前記空気導入経路を流通する前記燃焼用空気を前記空気導入経路の外へ放出するための放風経路をさらに備えていてもよい。前記放風経路は、前記空気導入経路のうち前記冷却装置よりも下流側で且つ前記バイパス経路の下流端の接続部よりも上流側に接続されていてもよい。

この構成によれば、冷却装置により冷却された燃焼用空気を、バイパス経路を流れる高温の燃焼用空気と混合される前に、空気導入経路の外へ放出することができる。これにより、バイパス経路を流れる高温の燃焼用空気と混合された後に放出する場合に比べて、放風経路を構成する配管やダクトの径をより小さくすることができる。

上記廃棄物処理設備は、前記空気導入経路に接続され、前記空気導入経路を流通する前記燃焼用空気を前記空気導入経路の外へ放出するための放風経路をさらに備えていてもよい。前記冷却装置は、前記空気導入経路のうち前記放風経路の接続部よりも前記焼却炉側に配置されていてもよい。

この構成によれば、冷却装置が空気導入経路のうち放風経路の接続部よりもタービン側に配置される場合に比べて、冷却装置に流入する燃焼用空気の量を減らすことができる。これにより、冷却装置への負荷をより軽減することが可能になる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、過給機の自立運転を維持しつつ焼却炉内の過昇温を抑制することが可能な廃棄物処理設備を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る廃棄物処理設備の構成を模式的に示す図である。 上記廃棄物処理設備における制御部の構成を示すブロック図である。 上記廃棄物処理設備におけるダンパの開度制御を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る廃棄物処理設備の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態３に係る廃棄物処理設備の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態３に係る廃棄物処理設備における制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態３に係る廃棄物処理設備におけるバルブの開度制御を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態４に係る廃棄物処理設備の構成を模式的に示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る廃棄物処理設備を詳細に説明する。

（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る廃棄物処理設備１の構成を、図１及び図２に基づいて説明する。本実施形態に係る廃棄物処理設備１は、例えば下水汚泥等の廃棄物を焼却する設備である。図１に示すように、廃棄物処理設備１は、焼却炉１０と、空気導入経路４０と、空気予熱器３０と、コンプレッサ５１及びタービン５２を含む過給機５０と、冷却装置８０と、バイパス経路８３と、空気流入量調整部９０と、放風経路６４と、を主に備えている。

焼却炉１０は、下水汚泥等の廃棄物を焼却するものであり、例えば流動床式の焼却炉である。図１に示すように、焼却炉１０内の下部には砂等の流動媒体が充填された流動層１６が形成されており、当該流動層１６の上方の空間がフリーボードＦＢとなっている。

焼却炉１０の上部には、排ガス出口１０Ａが形成されている。空気導入経路４０は、焼却炉１０へ燃焼用空気Ａ１を導くための経路である。空気導入経路４０は第１～第４経路４１～４４を有しており、燃焼用空気Ａ１は第１～第４経路４１～４４を順に流通して焼却炉１０内へ導入される。

第１経路４１は、上流端に燃焼用空気Ａ１の取込口（図示しない）が設けられていると共に、下流端がコンプレッサ５１の吸入口に接続されている。第２経路４２は、上流端がコンプレッサ５１の吐出口に接続されていると共に、下流端が空気予熱器３０の入口に接続されている。第３経路４３は、上流端が空気予熱器３０の出口に接続されていると共に、下流端がタービン５２の吸入口に接続されている。第４経路４４は、上流端がタービン５２の吐出口に接続されていると共に、下流端が焼却炉１０の燃焼用空気入口１０Ｂに接続されている。

空気予熱器３０は、空気導入経路４０を流通する燃焼用空気Ａ１を、焼却炉１０から排出された排ガスＧ１により加熱する。空気予熱器３０は、熱交換器により構成されており、排ガス経路２０から導入される排ガスＧ１と第２経路４２から導入される燃焼用空気Ａ１との間で熱交換を行う。

過給機５０は、空気導入経路４０に配置されており、空気導入経路４０のうち空気予熱器３０の上流側に配置されたコンプレッサ５１と、空気導入経路４０のうち空気予熱器３０の下流側に配置されたタービン５２と、を有している。コンプレッサ５１とタービン５２とは、回転軸５３により互いに接続されている。なお、空気導入経路４０における「上流側」及び「下流側」は、焼却炉１０へ向かって燃焼用空気Ａ１が流れる向きを基準としている。

コンプレッサ５１は、第１経路４１から吸入した燃焼用空気Ａ１を圧縮すると共に、圧縮された燃焼用空気Ａ１を空気予熱器３０側へ吐出する。タービン５２は、空気予熱器３０で加熱された燃焼用空気Ａ１によって回転することによりコンプレッサ５１を駆動させる。すなわち、タービン５２の回転が回転軸５３を介してコンプレッサ５１へ伝達され、これによりコンプレッサ５１が駆動する。本実施形態では、一例として、５００～６５０℃程度の燃焼用空気Ａ１がタービン５２に流入し、４００～５５０℃程度の燃焼用空気Ａ１がタービン５２から流出するが、これに限定されない。

冷却装置８０は、タービン５２から流出した燃焼用空気Ａ１を冷却するものであり、空気導入経路４０のうちタービン５２と焼却炉１０との間（第４経路４４）に配置されている。本実施形態における冷却装置８０は、熱交換器により構成されており、タービン５２から流出した燃焼用空気Ａ１が流通する高温側流路８１と、例えば冷却水や冷却空気等の熱媒体Ｈ１（タービン５２から流出した燃焼用空気Ａ１よりも低温の媒体）が流通する低温側流路８２と、を有している。冷却装置８０は、高温側流路８１を流通する燃焼用空気Ａ１と低温側流路８２を流通する熱媒体Ｈ１との間で熱交換を行うことにより、燃焼用空気Ａ１を冷却する。本実施形態では、熱媒体Ｈ１は、燃焼用空気Ａ１から熱回収した後に、例えばバイナリー発電装置等の熱利用設備に供給されてもよい。

バイパス経路８３は、冷却装置８０を迂回するように空気導入経路４０に接続されている。図１に示すように、バイパス経路８３は、第４経路４４のうちタービン５２と冷却装置８０との間の部位に接続された上流端８３Ａと、第４経路４４のうち冷却装置８０と焼却炉１０との間の部位に接続された下流端８３Ｂと、を有している。

空気流入量調整部９０は、第４経路４４からバイパス経路８３への燃焼用空気Ａ１の流入量と、第４経路４４から冷却装置８０（高温側流路８１）への燃焼用空気Ａ１の流入量との比率を調整するものである。具体的に、空気流入量調整部９０は、冷却入口ダンパ９１と、冷却出口ダンパ９２と、バイパスダンパ９３と、を有している。

図１に示すように、冷却入口ダンパ９１は第４経路４４のうちバイパス経路８３の上流端８３Ａと冷却装置８０との間の部位に配置されており、バイパスダンパ９３はバイパス経路８３に配置されている。また第４経路４４のうち冷却装置８０とバイパス経路８３の下流端８３Ｂとの間の部位には、冷却出口ダンパ９２が配置されている。冷却入口ダンパ９１及び冷却出口ダンパ９２のうちいずれか一方のダンパと、バイパスダンパ９３とは、いずれも開度調整可能に構成されている。

放風経路６４は、空気導入経路４０を流通する燃焼用空気Ａ１を当該空気導入経路４０の外へ放出するための経路である。図１に示すように、本実施形態では、放風経路６４の一端が第４経路４４のうちバイパス経路８３の下流端８３Ｂの接続部よりも下流側の部位に接続されており、放風経路６４の他端が外気中に開放されている。すなわち、本実施形態における冷却装置８０は、第４経路４４のうち放風経路６４の接続部よりもタービン５２側（上流側）に配置されている。放風経路６４には放風弁Ｖ１が配置されており、当該放風弁Ｖ１を開くことにより、冷却装置８０（高温側流路８１）から流出した燃焼用空気Ａ１が、放風経路６４を通じて外気中へ放出される。

廃棄物処理設備１は、フリーボード温度検知部１１と、流動層温度検知部１２と、炉入口温度検知部１３と、をさらに備えている。フリーボード温度検知部１１は、焼却炉１０内のフリーボードＦＢの温度を検知するセンサであり、検知温度に応じた信号を出力する。フリーボード温度検知部１１は、焼却炉１０の側部のうち流動層１６よりも上方に設けられている。

流動層温度検知部１２は、焼却炉１０内の流動層１６の温度を検知するセンサであり、検知温度に応じた信号を出力する。炉入口温度検知部１３は、第４経路４４のうち冷却装置８０と焼却炉１０との間を流通する燃焼用空気Ａ１の温度を検知するセンサであり、検知温度に応じた信号を出力する。図１に示すように、本実施形態における炉入口温度検知部１３は、第４経路４４のうち放風経路６４の接続部と焼却炉１０との間の部位に配置されている。しかし、炉入口温度検知部１３の位置はこれに限定されず、例えば焼却炉１０における流動層１６よりも下側の風箱（図示しない）に炉入口温度検知部１３が配置されていてもよい。

廃棄物処理設備１は、フリーボード温度検知部１１による検知温度が目標温度に近づくように空気流入量調整部９０を制御する制御部１００（図２）をさらに備えている。図２は、制御部１００の各機能を示すブロック図である。図２に示すように、制御部１００は、受付部１０１と、判定部１０２と、開度制御部１０３と、演算部１０４と、を含む。

受付部１０１は、フリーボード温度検知部１１、流動層温度検知部１２及び炉入口温度検知部１３の各々から検知信号を受信する。判定部１０２は、受付部１０１に入力された検知データと目標温度とを比較し、その大小関係を判定する。開度制御部１０３は、判定部１０２による判定結果に基づいて、冷却入口ダンパ９１及び冷却出口ダンパ９２のうちいずれか一方のダンパ及びバイパスダンパ９３の各開度を制御する。演算部１０４は、フリーボード温度検知部１１の目標温度と焼却炉１０内へ投入される廃棄物の性状（例えば、下水汚泥の含水率）とに基づいて、炉入口温度検知部１３の目標温度を算出する。受付部１０１、判定部１０２、開度制御部１０３及び演算部１０４は、制御部１００を構成するコンピュータの中央演算処理装置により実行される各機能である。

本実施形態では、制御部１００は、炉入口温度検知部１３による検知温度が目標温度に近づくように空気流入量調整部９０を制御する。すなわち、炉入口温度検知部１３による検知温度を目標温度に近づける制御により、結果として、フリーボード温度検知部１１による検知温度が目標温度に近づく。以下、この制御を図３のフローチャートに従って説明する。

まず、炉入口温度検知部１３の目標温度を設定する（ステップＳ１０）。具体的には、フリーボード温度検知部１１の目標温度と、焼却炉１０内へ投入される廃棄物の性状（例えば、下水汚泥の含水率等）とに基づいて、フリーボード温度検知部１１による検知温度を目標温度にするために必要な炉入口温度検知部１３の目標温度を熱収支計算により算出し、設定する。この算出及び設定は、演算部１０４により行われてもよいし、目標温度の設定については実際の運転状態に応じて適宜手動で行われてもよい。

フリーボード温度検知部１１の目標温度は、本実施形態では、一例として８５０～８８０℃に設定され、これと下水汚泥の含水率とに基づいて、炉入口温度検知部１３の目標温度が例えば３００℃に設定される。

次に、廃棄物処理設備１の定常運転中において、すなわち燃焼用空気Ａ１がコンプレッサ５１、空気予熱器３０、タービン５２を順に通過して焼却炉１０へ導入される間に、炉入口温度検知部１３により燃焼用空気Ａ１の温度が検知され（ステップＳ２０）、その検知信号が受付部１０１に入力される。そして、当該検知温度が上記ステップＳ１０で設定された目標温度を超えているか否かについて、判定部１０２により判定される（ステップＳ３０）。

そして、検知温度が目標温度を超えていると判定された場合には（ステップＳ３０のＹＥＳ）、開度制御部１０３が、冷却入口ダンパ９１の開度を増加させると共に、バイパスダンパ９３の開度を減少させる（ステップＳ４０）。これにより、冷却装置８０への燃焼用空気Ａ１の流入量が増加すると共に、バイパス経路８３への燃焼用空気Ａ１の流入量が減少する。なお、開度制御部１０３は、バイパスダンパ９３の開度を変えずに冷却入口ダンパ９１の開度のみ増加させてもよいし、冷却入口ダンパ９１の開度を変えずにバイパスダンパ９３の開度のみ減少させてもよい。

次に、冷却入口ダンパ９１及びバイパスダンパ９３の開度変更後又は炉入口温度検知部１３による検知温度が目標温度を超えていない場合（ステップＳ３０のＮＯ）、炉入口温度検知部１３による検知温度が目標温度未満であるか否かについて、判定部１０２により判定される（ステップＳ５０）。そして、当該検知温度が目標温度未満である場合には（ステップＳ５０のＹＥＳ）、開度制御部１０３が、冷却入口ダンパ９１の開度を減少させると共に、バイパスダンパ９３の開度を増加させる（ステップＳ６０）。これにより、冷却装置８０への燃焼用空気Ａ１の流入量が減少すると共に、バイパス経路８３への燃焼用空気Ａ１の流入量が増加する。なお、開度制御部１０３は、バイパスダンパ９３の開度を変えずに冷却入口ダンパ９１の開度のみ減少させてもよいし、冷却入口ダンパ９１の開度を変えずにバイパスダンパ９３の開度のみ増加させてもよい。

そして、冷却入口ダンパ９１及びバイパスダンパ９３の開度変更後又は炉入口温度検知部１３による検知温度が目標温度未満ではない場合（ステップＳ５０のＮＯ）、ステップＳ７０に進み、制御の終了条件が成立するか否かを判定する。そして、当該終了条件が成立する場合は（ステップＳ７０のＹＥＳ）制御を終了し、当該終了条件が成立しない場合は（ステップＳ７０のＮＯ）ステップＳ２０に戻ってダンパの開度制御を継続する。

以上の通り、本実施形態に係る廃棄物処理設備１によれば、空気予熱器３０で加熱された高温（５００～７００℃程度）の燃焼用空気Ａ１をタービン５２へ流入させると共に、タービン５２から流出した後に冷却装置８０により冷却された燃焼用空気Ａ１を焼却炉１０内へ導くことができる。これにより、焼却炉１０内の温度が当該焼却炉１０や当該焼却炉１０の後段に位置する熱交換器（空気予熱器３０）の耐熱温度を超えないために必要な燃焼用空気Ａ１の温度が、過給機５０の自立運転を維持するために必要な燃焼用空気Ａ１の温度より低い場合であっても、タービン５２から流出した後の燃焼用空気Ａ１の温度を下げることにより対応可能となる。したがって、本実施形態に係る廃棄物処理設備１によれば、過給機５０の自立運転を維持しつつ、焼却炉１０内の過昇温を抑制することが可能になる。

なお、本実施形態では、フリーボード温度検知部１１による検知温度を空気流入量調整部９０の制御指標とせず、炉入口温度検知部１３による検知温度を当該制御指標としたが、図３の制御中に、炉入口温度検知部１３の目標温度を変更してもよい。具体的には、廃棄物処理設備１の定常運転中にフリーボード温度検知部１１による温度検知を継続し、炉入口温度検知部１３による検知温度が目標温度であるにも関わらずフリーボード温度検知部１１による検知温度が目標温度よりも高い場合には、炉入口温度検知部１３の目標温度を下げてもよい。また、炉入口温度検知部１３による検知温度が目標温度であるにも関わらずフリーボード温度検知部１１による検知温度が目標温度よりも低い場合には、炉入口温度検知部１３の目標温度を上げてもよい。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る廃棄物処理設備１Ａを、図４に基づいて説明する。実施形態２に係る廃棄物処理設備１Ａは、基本的に実施形態１に係る廃棄物処理設備１と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、冷却装置８０と放風経路６４との位置関係において実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

図４に示すように、本実施形態における冷却装置８０は、空気導入経路４０（第４経路４４）のうち放風経路６４の接続部よりも焼却炉１０側（下流側）に配置されている。より具体的には、放風経路６４の一端が第４経路４４のうちタービン５２よりも下流側で且つバイパス経路８３の上流端８３Ａよりも上流側に接続されており、放風経路６４の他端が外気中に開放されている。また実施形態２では、燃焼用空気Ａ１の冷却に用いられた熱媒体Ｈ１は、熱利用設備に送られて熱利用に供されてもよいし、熱利用設備に送られずに廃棄されてもよい。

実施形態２に係る廃棄物処理設備１Ａによれば、タービン５２から流出した後、放風経路６４により一部放出された後の燃焼用空気Ａ１が冷却装置８０に流入する。このため、実施形態１のように冷却装置８０が第４経路４４のうち放風経路６４の接続部よりもタービン５２側に配置される場合に比べて、冷却装置８０に流入する燃焼用空気Ａ１の量を減らすことができる。これにより、冷却装置８０への負荷をより軽減することができる。

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る廃棄物処理設備１Ｂを、図５～図７に基づいて説明する。実施形態３に係る廃棄物処理設備１Ｂは、基本的に実施形態１に係る廃棄物処理設備１と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、バイパス経路８３、冷却入口ダンパ９１、冷却出口ダンパ９２及びバイパスダンパ９３に代えて、熱媒体流入量調整部８４を備えている点において実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

熱媒体流入量調整部８４は、冷却装置８０へ供給される熱媒体Ｈ１の流入量を調整するものであり、開度調整可能なバルブにより構成されている（熱媒体入口バルブ）。図５に示すように、熱媒体流入量調整部８４は、冷却装置８０の低温側流路８２に接続された熱媒体流路８０Ａのうち冷却装置８０よりも上流側に配置されている。

制御部１００は、フリーボード温度検知部１１による検知温度が目標温度に近づくように、熱媒体流入量調整部８４を制御する（図６，７）。図７は、制御部１００（開度制御部１０３）による熱媒体流入量調整部８４（熱媒体入口バルブ）の開度制御を示すフローチャートである。図７の制御フローは、図３と比較して、ステップＳ４０において冷却入口ダンパ９１の開度を増加させ且つバイパスダンパ９３の開度を減少させるのに代えて熱媒体入口バルブの開度を増加させ（ステップＳ４１）、ステップＳ６０において冷却入口ダンパ９１の開度を減少させ且つバイパスダンパ９３の開度を増加させるのに代えて熱媒体入口バルブの開度を減少させる（ステップＳ６１）点を除いて、図３の制御フローと同様である。

（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係る廃棄物処理設備１Ｃを、図８に基づいて説明する。実施形態４に係る廃棄物処理設備１Ｃは、基本的に実施形態１に係る廃棄物処理設備１と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、放風経路６４の接続位置において実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

図８に示すように、放風経路６４の上流端は、空気導入経路４０（第４経路４４）のうち冷却装置８０よりも下流側で且つバイパス経路８３の下流端８３Ｂの接続部よりも上流側に接続されている。より具体的には、放風経路６４の上流端は、第４経路４４のうち冷却出口ダンパ９２よりも焼却炉１０側（下流側）に接続されている。

これにより、冷却装置８０により冷却された燃焼用空気Ａ１を、バイパス経路８３を流れる高温の燃焼用空気Ａ１（冷却装置８０により冷却されていない燃焼用空気Ａ１）と混合される前に、第４経路４４の外へ放出することができる。これにより、上記実施形態１のようにバイパス経路８３を流れる高温の燃焼用空気Ａ１と混合された後に放出する場合に比べて、放風経路６４を構成する配管やダクトの径をより小さくすることができる。

（その他実施形態）
ここで、本発明のその他実施形態について説明する。

上記実施形態１，３では、炉入口温度検知部１３による検知温度に基づいて空気流入量調整部９０のダンパ開度又は熱媒体流入量調整部８４のバルブ開度を制御する場合を説明したが、これに限定されない。上記実施形態１において、制御部１００は、流動層温度検知部１２による検知温度が目標温度に近づくように、空気流入量調整部９０を制御してもよい。この場合、炉入口温度に代えて流動層温度を制御指標にする点を除いて、図３のフローチャートと同様にしてダンパ開度が制御される。また流動層温度検知部１２の目標温度は、フリーボード温度検知部１１の目標温度と、焼却炉１０におけるフリーボードＦＢの温度と流動層１６の温度との相関関係と、に基づいて設定される。この相関関係は、廃棄物処理設備１の過去の運転実績から得られる。なお、流動層温度検知部１２の目標温度を、上記相関関係に基づいて設定された値に維持してもよいし、フリーボードＦＢの検知温度に基づいて流動層温度検知部１２の目標温度を適宜変更してもよい。

また上記実施形態３において、制御部１００は、流動層温度検知部１２による検知温度が目標温度に近づくように、熱媒体流入量調整部８４を制御してもよい。この場合、炉入口温度に代えて流動層温度を制御指標にする点を除いて、図７のフローチャートと同様にしてバルブ開度が制御される。また上記同様に、流動層温度検知部１２の目標温度は、フリーボード温度検知部１１の目標温度と、焼却炉１０におけるフリーボードＦＢの温度と流動層１６の温度との相関関係と、に基づいて設定される。

また上記実施形態１，３において、フリーボード温度検知部１１による検知温度に基づいて、空気流入量調整部９０のダンパ開度又は熱媒体流入量調整部８４のバルブ開度を制御してもよい。これらの場合でも、図３，７のフローチャートと同様の制御が可能である。また上記実施形態３において、熱媒体流入量調整部８４は、冷却装置８０の低温側流路８２に接続された熱媒体流路８０Ａのうち、冷却装置８０よりも下流側に配置されていてもよい。

上記実施形態１の廃棄物処理設備１において、焼却炉１０内（フリーボードＦＢ）に散水するための散水部や汚泥投入機内に加水する加水部がさらに設けられていてもよい。これらは、冷却装置８０のみによるフリーボードＦＢの温度制御が困難な場合に、冷却装置８０と併せて補助的に用いることができる。

上記実施形態１では、冷却入口ダンパ９１及びバイパスダンパ９３の開度を制御部１００により自動制御する場合を説明したが、冷却入口ダンパ９１及びバイパスダンパ９３の開度を手動で制御してもよい。

上記実施形態１では、焼却炉の一例として流動床式の焼却炉を説明したが、他の焼却炉にも適用可能である。また廃棄物の種類は下水汚泥に限定されず、例えば都市ごみ等であってもよい。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０ 焼却炉
１１ フリーボード温度検知部
１２ 流動層温度検知部
１３ 炉入口温度検知部
３０ 空気予熱器
４０ 空気導入経路
５０ 過給機
５１ コンプレッサ
５２ タービン
６４ 放風経路
８０ 冷却装置
８３ バイパス経路
８４ 熱媒体流入量調整部
９０ 空気流入量調整部
１００ 制御部
Ａ１ 燃焼用空気
ＦＢ フリーボード
Ｇ１ 排ガス
Ｈ１ 熱媒体

Claims (12)

1. 廃棄物を焼却する焼却炉と、
   前記焼却炉へ燃焼用空気を導くための空気導入経路と、
   前記空気導入経路を流通する前記燃焼用空気を、前記焼却炉から排出された排ガスにより加熱する空気予熱器と、
   前記空気導入経路に配置された過給機であって、前記燃焼用空気を圧縮すると共に圧縮された前記燃焼用空気を前記空気予熱器側へ吐出するコンプレッサと、前記空気予熱器で加熱された前記燃焼用空気によって回転することにより前記コンプレッサを駆動させるタービンと、を含む前記過給機と、
   前記空気導入経路のうち前記タービンと前記焼却炉との間に配置され、前記タービンから流出した前記燃焼用空気を冷却する冷却装置と、を備え、
   前記焼却炉は、流動床式の焼却炉であり、
   前記冷却装置を迂回するように前記空気導入経路に接続されたバイパス経路と、
   前記焼却炉内のフリーボードの温度を検知するフリーボード温度検知部と、
   前記空気導入経路から前記バイパス経路への前記燃焼用空気の流入量と、前記空気導入経路から前記冷却装置への前記燃焼用空気の流入量との比率を調整する空気流入量調整部と、
   前記フリーボード温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記空気流入量調整部を制御する制御部とをさらに備え、
   前記目標温度は、前記焼却炉内の温度又は前記空気予熱器の温度がその耐熱温度以下になり且つ前記過給機が自立運転可能になるような温度である、廃棄物処理設備。
2. 廃棄物を焼却する焼却炉と、
   前記焼却炉へ燃焼用空気を導くための空気導入経路と、
   前記空気導入経路を流通する前記燃焼用空気を、前記焼却炉から排出された排ガスにより加熱する空気予熱器と、
   前記空気導入経路に配置された過給機であって、前記燃焼用空気を圧縮すると共に圧縮された前記燃焼用空気を前記空気予熱器側へ吐出するコンプレッサと、前記空気予熱器で加熱された前記燃焼用空気によって回転することにより前記コンプレッサを駆動させるタービンと、を含む前記過給機と、
   前記空気導入経路のうち前記タービンと前記焼却炉との間に配置され、前記タービンから流出した前記燃焼用空気を冷却する冷却装置と、を備え、
   前記焼却炉は、流動床式の焼却炉であり、
   前記冷却装置へ供給される熱媒体の流入量を調整する熱媒体流入量調整部と、
   前記焼却炉内のフリーボードの温度を検知するフリーボード温度検知部と、
   前記フリーボード温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記熱媒体流入量調整部を制御する制御部と、をさらに備え、
   前記目標温度は、前記焼却炉内の温度又は前記空気予熱器の温度がその耐熱温度以下になり且つ前記過給機が自立運転可能になるような温度である、廃棄物処理設備。
3. 前記空気導入経路のうち前記冷却装置と前記焼却炉との間を流通する前記燃焼用空気の温度を検知する炉入口温度検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記炉入口温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記空気流入量調整部を制御し、
   前記炉入口温度検知部の目標温度は、前記フリーボード温度検知部の目標温度と前記廃棄物の性状とに基づいて算出される温度である、請求項１に記載の廃棄物処理設備。
4. 前記空気導入経路のうち前記冷却装置と前記焼却炉との間を流通する前記燃焼用空気の温度を検知する炉入口温度検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記炉入口温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記熱媒体流入量調整部を制御し、
   前記炉入口温度検知部の目標温度は、前記フリーボード温度検知部の目標温度と前記廃棄物の性状とに基づいて算出される温度である、請求項２に記載の廃棄物処理設備。
5. 前記焼却炉内の流動層の温度を検知する流動層温度検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記流動層温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記空気流入量調整部を制御し、
   前記流動層温度検知部の目標温度は、前記フリーボード温度検知部の目標温度と、前記焼却炉におけるフリーボードの温度と前記流動層の温度との相関関係と、に基づいて設定される、請求項１に記載の廃棄物処理設備。
6. 前記焼却炉内の流動層の温度を検知する流動層温度検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記流動層温度検知部による検知温度が目標温度に近づくように、前記熱媒体流入量調整部を制御し、
   前記流動層温度検知部の目標温度は、前記フリーボード温度検知部の目標温度と、前記焼却炉におけるフリーボードの温度と前記流動層の温度との相関関係と、に基づいて設定される、請求項２に記載の廃棄物処理設備。
7. 前記冷却装置は、前記タービンから流出した前記燃焼用空気と熱利用設備に供給される熱媒体との間で熱交換する熱交換器により構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の廃棄物処理設備。
8. 前記空気導入経路に接続され、前記空気導入経路を流通する前記燃焼用空気を前記空気導入経路の外へ放出するための放風経路をさらに備え、
   前記冷却装置は、前記空気導入経路のうち前記放風経路の接続部よりも前記タービン側に配置されている、請求項７に記載の廃棄物処理設備。
9. 前記空気導入経路を流通する前記燃焼用空気を前記空気導入経路の外へ放出するための放風経路をさらに備え、
   前記放風経路は、前記空気導入経路のうち前記冷却装置よりも下流側で且つ前記バイパス経路の下流端の接続部よりも上流側に接続されている、請求項１、３及び５のうちいずれか１項に記載の廃棄物処理設備。
10. 前記空気導入経路に接続され、前記空気導入経路を流通する前記燃焼用空気を前記空気導入経路の外へ放出するための放風経路をさらに備え、
    前記冷却装置は、前記空気導入経路のうち前記放風経路の接続部よりも前記焼却炉側に配置されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の廃棄物処理設備。
11. 前記焼却炉内に散水するための散水部をさらに備え、
    前記制御部は、前記フリーボード温度検知部による検知温度を前記目標温度に近づけるための前記空気流入量調整部の制御の実行に際して、前記散水部の制御を併せて実行可能に構成されている、前記請求項１、３、５及び９のうちいずれか１項に記載の廃棄物処理設備。
12. 前記焼却炉内に散水するための散水部をさらに備え、
    前記制御部は、前記フリーボード温度検知部による検知温度を前記目標温度に近づけるための前記熱媒体流入量調整部の制御の実行に際して、前記散水部の制御を併せて実行可能に構成されている、前記請求項２、４及び６のうちいずれか１項に記載の廃棄物処理設備。

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