JP7418491B2 - 過給機付き焼却炉 - Google Patents
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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ながら焼却を行うが、砂層部を流動させるだけの空気を生成する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、バーナ着火時には低酸素濃度の排ガスがタービンを経由して焼却炉に供給されるため、炉内空気量が不足して効率的な焼却が行えないという問題があった。この問題を解決するためには焼却炉に供給する空気量を増やす必要があり、過給機の運転範囲を過剰に設計することとなって、設備コストの増加を招いていた。
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、燃焼器のバーナ着火時における炉内空気量の不足を防止し、効率的な焼却を可能とした過給機付き焼却炉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、焼却炉の排ガスから熱回収する第１の熱交換器と、前記コンプレッサで圧縮された空気を前記第１の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前記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、前記焼却炉の立上げ時に前記燃焼器に燃焼用空気を供給する送風機と、前記焼却炉の立上げ時に空気を前記焼却炉に導く酸素供給ラインと、更に、白煙防止用の空気を前記第１の熱交換器を通過した前記焼却炉の排ガスとの熱交換により昇温する第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器により昇温された白煙防止用の空気を煙突及び前記酸素供給ラインに送るブロワとを備え、前記酸素供給ラインは、前記第２の熱交換器により昇温された前記白煙防止用の空気を前記焼却炉に導くことを特徴とするものである。なお、前記焼却炉が流動焼却炉であり、前記酸素供給ラインは前記流動焼却炉のフリーボードに接続されていることが好ましい。
なお、前記酸素供給ラインに、前記燃焼器のバーナの稼働中における前記焼却炉の吐出空気比が自立運転時の吐出空気比よりも低下したときに開かれ、前記吐出空気比が回復してきたときに閉じられるバルブを設けることが好ましい。
また、前記燃焼器は、前記焼却炉の立上げ時に、前記燃焼用空気によりオイルまたはガスを燃焼して発生した燃焼ガスを、前記圧縮空気供給ラインを介して前記タービンに供給することが好ましい。
本発明の過給機付き焼却炉は、焼却炉の立上げ時に燃焼器に燃焼用空気を供給する送風機と、焼却炉の立上げ時に空気を焼却炉に導く酸素供給ラインを備えるので、焼却炉の立上げ時に過給機を駆動することができるとともに、バーナ着火時における炉内空気量の不足を防止し、効率的な焼却が可能である。また、第２の熱交換器により昇温された空気を焼却炉に導くようにすれば、焼却炉の温度低下を防ぐことができる。
請求項２のように、前記酸素供給ラインに、前記燃焼器のバーナの稼働中における前記焼却炉の吐出空気比が自立運転時の吐出空気比よりも低下したときに開かれ、前記吐出空気比が回復してきたときに閉じられるバルブを設ければ、余分な空気が焼却炉１に供給される無駄をなくすることができる。
請求項３のように、酸素供給ラインが予熱された空気を焼却炉のフリーボードに導くようにしておけば、砂層部に供給する場合よりも圧損が少なくなり、酸素供給ラインのブロワの動力を小さくすることができる。
以下に図１を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１において、１は焼却炉であり、この実施形態では砂層部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の型式は必ずしも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、第１の熱交換器３と、その出口側に接続された第２の熱交換器４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。
図１において、１は焼却炉であり、この実施形態では砂層部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の型式は必ずしも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、第１の熱交換器３と、その出口側に接続された第２の熱交換器４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。
５は焼却炉１に燃焼空気を供給するための過給機であり、タービン６とその回転動力により直接駆動されるコンプレッサ７とを備えている。コンプレッサ７は空気を吸引して圧縮し、圧縮された空気は第１の熱交換器３に送られる。この第１の熱交換器３は焼却炉１から排出される高温の排ガスによってコンプレッサ７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７で圧縮した空気は第１の熱交換器３で加熱されて保有エネルギが増加した状態で圧縮空気供給ライン８を通じてタービン６に供給されるので、コンプレッサ７が空気を圧縮するために要するエネルギ以上の回転動力を得ることができ、いわゆる自立運転が可能となる。タービン６の出口側は空気吹き込みライン９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６によってコンプレッサ７の駆動に必要な動力を確保できるため、焼却炉１の運転状態によってはコンプレッサ７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５を駆動できない。そこで図１に示されるように、第１の熱交換器３で予熱された空気をタービン６に供給する圧縮空気供給ライン８上に、燃焼器１１と、この燃焼器１１に燃焼用空気を供給する送風機１０とが設けられている。
燃焼器１１のバーナ１２着火時には、送風機１０によって燃焼器１１に燃焼用空気が供給され、燃焼器１１はバーナ１２によって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６に供給して過給機５を駆動する。しかし燃焼器１１から供給される空気はバーナ１２の排ガスを含み酸素濃度が低下しているため、空気吹き込みライン９から焼却炉１に供給すると炉内の酸素濃度が低下し、円滑な焼却が妨げられるおそれがある。
そこで本実施形態ではさらに、第２の熱交換器４により予熱された空気を焼却炉１に導く酸素供給ライン１３が形成されている。この実施形態では第２の熱交換器４は白煙防止器であり、ブロワ１４が吐出した空気を第２の熱交換器４で予熱し、煙突に送って白煙を防止している。酸素供給ライン１３はこの白煙防止用空気の一部を焼却炉１のフリーボード部１５に送り、炉内の酸素濃度を高めるものである。この空気は第２の熱交換器４により予熱されているため、焼却炉１に供給しても急激な炉内温度の低下を防ぐことができる。また焼却炉１のフリーボード部１５は砂層部２よりも圧力が低いので、酸素供給ライン１３のブロワ１４の動力を小さくすることができる。
このようにこの実施形態では、酸素供給ライン１３は白煙防止用空気を焼却炉１に送ったが、焼却炉１の排ガスから熱回収して予熱空気を得ることができるものであれば、その他の空気を利用することもできる。また、酸素供給ライン１３を焼却炉１の砂層部２に接続してもよい。
このように構成された過給機付き焼却炉は、立ち上げ時に送風機１０と燃焼器１１とによってタービン６に空気を供給し、過給機５を円滑に始動させることが可能となる。タービン６を通過した空気は燃焼器１１のバーナ１２の排ガスを含むため酸素濃度が低下しているが、酸素供給ライン１３から焼却炉１に空気が供給されるため、炉内の酸素濃度の低下を防止することができる。
なお、燃焼器１１のバーナ１２の稼働中に焼却炉１の吐出空気比を計測し、吐出空気比が自立運転時の吐出空気比よりも低下したときに酸素供給ライン１３のバルブ１６を開として焼却炉１に酸素を供給し、吐出空気比が回復してきたときにバルブ１６を閉とする運転方法を採用すれば、余分な空気が焼却炉１に供給される無駄をなくすることができる。
焼却炉１の吐出空気比の測定は、例えば焼却炉１の排ガス経路に取付けた酸素濃度計１７を用いて容易に行うことができるが、その測定方法は任意である。
なお、この実施形態では立ち上げ時を例に説明したが、焼却炉からの回収エネルギが小さくなるなどの理由で燃焼器のバーナ着火を必要とするとき（例えば、焼却炉内の急激な温度低下時）であれば、いつでも本発明を適用することができる。
以上に説明したように、本発明によれば、燃焼器１１のバーナ１２の着火時における焼却炉内の空気量の不足を防止し、効率的な焼却が可能となる。また本発明によれば、従来のように過給機５の運転範囲を過剰に設計する必要もなくなり、コストダウンを図ることができる。
１ 焼却炉
２ 砂層部
３ 第１の熱交換器
４ 第２の熱交換器
５ 過給機
６ タービン
７ コンプレッサ
８ 圧縮空気供給ライン
９ 空気吹き込みライン
１０ 送風機
１１ 燃焼器
１２ バーナ
１３ 酸素供給ライン
１４ ブロワ
１５ フリーボード部
１６ バルブ
１７ 酸素濃度計
２ 砂層部
３ 第１の熱交換器
４ 第２の熱交換器
５ 過給機
６ タービン
７ コンプレッサ
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９ 空気吹き込みライン
１０ 送風機
１１ 燃焼器
１２ バーナ
１３ 酸素供給ライン
１４ ブロワ
１５ フリーボード部
１６ バルブ
１７ 酸素濃度計
Claims (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と、
焼却炉の排ガスから熱回収する第１の熱交換器と、
前記コンプレッサで圧縮された空気を前記第１の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前記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、
前記焼却炉の立上げ時に前記燃焼器に燃焼用空気を供給する送風機と、
前記焼却炉の立上げ時に空気を前記焼却炉に導く酸素供給ラインと、
更に、白煙防止用の空気を前記第１の熱交換器を通過した前記焼却炉の排ガスとの熱交換により昇温する第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器により昇温された白煙防止用の空気を煙突及び前記酸素供給ラインに送るブロワとを備え、前記酸素供給ラインは、前記第２の熱交換器により昇温された前記白煙防止用の空気を前記焼却炉に導くことを特徴とする過給機付き焼却炉。 - 前記酸素供給ラインに、前記燃焼器のバーナの稼働中における前記焼却炉の吐出空気比が自立運転時の吐出空気比よりも低下したときに開かれ、前記吐出空気比が回復してきたときに閉じられるバルブを設けたことを特徴とする請求項１に記載の過給機付き焼却炉。
- 前記焼却炉が流動焼却炉であり、前記酸素供給ラインは前記流動焼却炉のフリーボードに接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機付き焼却炉。
- 前記燃焼器は、前記焼却炉の立上げ時に、前記燃焼用空気によりオイルまたはガスを燃焼して発生した燃焼ガスを、前記圧縮空気供給ラインを介して前記タービンに供給することを特徴とする請求項１または２に記載の過給機付き焼却炉。
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