JP2009121779A - 加圧流動焼却設備 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン出口側から潤滑油が流出するおそれのない加圧流動焼却設備とする。
【解決手段】被処理物Ｓの加圧流動炉１０と、排ガスによって駆動されるタービン４１及びこのタービン４１の駆動軸４６によって駆動され加圧流動炉１０内に供給する空気を加圧するコンプレッサー４２を有する過給機４０と、駆動軸４６を含む軸部分を囲う仕切り材、これに供給される潤滑油を貯留するタンク９１、このタンク９１内の潤滑油を密閉容器内に導く上流経路９２、この上流経路９２を通して潤滑油タンク９１内の潤滑油を仕切り材内に強制的に送る送液ポンプ９３、及び、仕切り材内の潤滑油を潤滑油タンク９１に導く下流経路９４を有する潤滑油の循環機構９０と、を備え、下流経路９４の内圧が上流経路９２の内圧よりも低くなるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加圧流動焼却設備に関するものである。より詳しくは、被処理物を加圧下で流動燃焼し、この燃焼により発生した排ガスによってタービンを駆動し、このタービンの駆動軸の回転力によってコンプレッサーを駆動し、このコンプレッサーの駆動によって加圧された空気を加圧流動炉内に供給する構成とされた加圧流動焼却設備に関するものである。

現在、石炭を燃料とする加圧流動床複合発電プラントが実用化されており、通常、プラントの立上げ時においては、タービンの過給機を電動機として使用して所定の圧力、温度まで起動している。もっとも、このように過給機を電動機として使用するシステムにおいては、過給機を起動用ブロワとして利用することができないため、大容量の起動用ブロワを別途備える場合が多い。

ところで、タービンの排気を有効利用する方法として、本出願人は、特許文献１を開示した。しかしながら、特許文献１は、タービンの駆動軸の回転力によってコンプレッサーを駆動し、このコンプレッサーの駆動によって空気を加圧し、この加圧空気を有効利用することについては開示していない。
この点、このタービンの駆動によってコンプレッサーを駆動し、このコンプレッサーの駆動によって加圧された空気を利用する方法として、本出願人は、当該加圧空気を加圧流動炉内に供給する特許文献２を開示した。しかしながら、特許文献２は、タービンの駆動軸を含む軸部分にどのように潤滑油を供給（注油）するかについては開示していない。
この点、当業者の通常の発想によれば、駆動軸を含む軸部分を囲う仕切り材や、この仕切り材内に供給される潤滑油のタンク、この潤滑油タンク内の潤滑油を前記仕切り材内に導く上流経路、この上流経路を通して前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記仕切り材内に強制的に送る送液ポンプ、前記仕切り材内に供給された潤滑油を前記潤滑油タンクに導く下流経路、などが備わる潤滑油の循環機構を設けることになる。
しかしながら、被処理物を加圧下で流動燃焼する加圧流動焼却設備においては、タービンを駆動する排ガスが高圧であり、タービン入口側が高圧となり、またコンプレッサー内の空気も高圧となることから、仕切り材内も高圧となり、送液ポンプによって送られてくる潤滑油の循環が滞るおそれがある。そして、潤滑油の循環が滞ると、循環機構内の圧力は上昇し、低圧であるタービン出口側から潤滑油が流出するおそれがある。流出した潤滑油は、排ガスに同伴されて、大気中に放出されてしまう可能性もある。

なお、仕切り材が軸部分を完全に密閉化（気密化）するように囲っており、仕切り材内とタービン入口側や出口側とが完全に遮断されていれば、以上のような問題は生じない。しかしながら、仕切り材は、回転駆動する駆動軸などを囲うものである以上、完全な密閉化は難しい。
特開平９−８９２３２号公報 特開２００７−１７０７０５号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、タービン出口側から潤滑油が流出するおそれのない加圧流動焼却設備を提供することにある。

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
被処理物を加圧下で流動燃焼させる加圧流動炉と、
この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン、及び、このタービンの駆動軸と連結されこの駆動軸の回転力によって駆動され前記加圧流動炉内に供給する空気を加圧するコンプレッサー、を有する過給機と、
前記駆動軸を含む軸部分を囲う仕切り材、この仕切り材内に供給される潤滑油を貯留する潤滑油タンク、この潤滑油タンク内の潤滑油を前記仕切り材内に導く上流経路、この上流経路を通して前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記仕切り材内に強制的に送る送液ポンプ、及び、前記仕切り材内に供給された潤滑油を前記潤滑油タンクに導く下流経路、を有する前記潤滑油の循環機構と、
を備えた加圧流動焼却設備であって、
前記下流経路の内圧が前記上流経路の内圧よりも低くなるように構成した、
ことを特徴とする加圧流動焼却設備。

＜請求項２記載の発明＞
被処理物を加圧下で流動燃焼させる加圧流動炉と、
この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン、及び、このタービンの駆動軸と連結されこの駆動軸の回転力によって駆動され前記加圧流動炉内に供給する空気を加圧するコンプレッサー、を有する過給機と、
前記駆動軸を含む軸部分を囲う仕切り材、この仕切り材内に供給される潤滑油を貯留する潤滑油タンク、この潤滑油タンク内の潤滑油を前記仕切り材内に導く上流経路、この上流経路を通して前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記仕切り材内に強制的に送る送液ポンプ、及び、前記仕切り材内に供給された潤滑油を前記潤滑油タンクに導く下流経路、を有する前記潤滑油の循環機構と、
を備えた加圧流動焼却設備であって、
前記潤滑油タンク及び前記タービン下流の排ガス経路を連通する経路を設けて、前記下流経路の内圧が前記上流経路の内圧よりも低くなるように構成した、
ことを特徴とする加圧流動焼却設備。

＜請求項３記載の発明＞
前記潤滑油タンクを前記仕切り材よりも高所に配置して、前記潤滑油ポンプの稼働が停止した後に、前記潤滑油タンク内の潤滑油が前記上流経路を通して前記仕切り材内に自然流下するように構成した、請求項１又は請求項２記載の加圧流動焼却設備。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態の加圧流動焼却設備は、図１に示すように、被処理物Ｓを燃焼させる加圧流動炉１０と、この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン４１及びこのタービン４１の駆動軸４６と連結されこの駆動軸４６の回転力によって駆動され、加圧流動炉１０内に供給する空気を加圧するコンプレッサー４２を有する過給機４０と、を備えている。

加圧流動炉１０には、バイオマスや都市ゴミ、下水汚泥の脱水ケーキ等の被処理物Ｓが供給口から供給されるとともに、始動時において下部の始動用バーナー１２から燃焼のための燃料及び燃焼用空気が供給されるようになっている。加圧流動炉１０の下部からは、後述するように、加圧空気が吹き込まれ、その流動化エネルギーによって被処理物Ｓが流動されながら、燃焼焼却されるようになっている。

この燃焼焼却により発生した排ガスは、流路７１を通して空気予熱器２０に送られ、その後に流路７２を通してバグフィルタやセラミックフィルタなどの集塵機３０を通った後に、流路７３を通して過給機４０のタービン４１に導かれる。

この過給機４０では、排ガスによってタービン４１が駆動され、このタービン４１と駆動軸４６を介して連結されたコンプレッサー４２も駆動される。タービン４１で膨張した排ガスは、流路７４を通して白煙防止用予熱器５０に導かれた後、流路７５を通して排煙処理塔６０に導かれ、この排煙処理塔６０で清浄化された後に煙突６２から大気中に放出される。

ただし、タービン４１で膨張した排ガスは、白煙防止用予熱器５０に導くに先立って、例えば、図示しない蒸気ボイラなどに導くと好ましいものとなる。タービン４１で膨張した排ガスは、例えば、４００〜４５０℃、０．０２〜０．０５ＭＰａの高温・高圧であり、したがって、熱回収して蒸気を生成することができる。そこで、蒸気ボイラで生成された蒸気を、タービン４１上流の排ガス処理系に導き、当該蒸気を排ガスに混入する。これにより、タービン４１に導かれる排ガスの量が増えるため、コンプレッサー４２で加圧される空気の量も増え、本加圧流動焼却設備全体の熱効率向上となる。

タービン４１上流の排ガス処理系としては、排ガスを集塵機３０からタービン４１に導く流路７３や、排ガスを加圧流動炉１０から空気予熱器２０に導く流路７１、排ガスを空気予熱器２０から集塵機３０に導く流路７２、加圧流動炉１０、空気予熱器２０、集塵機３０などを例示することができる。なお、空気予熱器２０は、排ガスのもっている熱により、加圧流動炉１０内に供給する加圧空気を予熱するためのものである。

ところで、本形態においては、図１に示すように、コンプレッサー４２に対して起動用ブロワ４３が設けられている。この起動用ブロワ４３からの空気は、切替え弁４４を有する流路７６を通してコンプレッサー４２に送り、このコンプレッサー４２で加圧して、加圧空気とする。この加圧空気は、流路７７及び流路７８を通して空気予熱器２０に導き、更に流路７９を通して加圧流動炉１０内に供給する。また、流路７７からは、加圧流動炉１０の始動用バーナー１２に連なる分岐経路８０が分岐している。当該加圧空気は、加圧流動炉１０のほか、この分岐経路８０を通して始動用バーナー１２に燃焼用空気として供給される。ここで、分岐経路８０を設ける利点について、説明する。
すなわち、１年当たり１〜２回程度（多くとも数回）の立上げ運転だけのために、始動用バーナー１２に燃焼用空気を送るための専用ブロワを設けることは、不経済であり、設備の高騰を招くだけである。特に、加圧流動炉１０が所定の加圧状態の安定運転に達するまで容量的に大きい加圧流動炉１０に対して燃焼用空気を送り込むためには、専用ブロワを大型化するほかない。加圧流動炉１０の圧力は、立上げ当初は低圧であるが、時間の経過とともに高圧にする必要がある。したがって、専用ブロワは、立上げ当初の低吐出圧力・低送風量から時間経過後の高吐出圧力・高送風量まで対応可能な容量を備えている必要があり、専用ブロワが大型化するのである。しかるに、本形態の加圧流動焼却設備は、コンプレッサー４２に対して設けられた起動用ブロワ４３からの空気を、コンプレッサー４３を通して加圧して加圧流動炉１０に供給する経路（流路７７〜７９）のほか、この経路から分岐して加圧流動炉１０の始動用バーナー１２に連なる分岐経路（流路８０）を有し、加圧流動炉１０の立上げの際に、加圧空気を、加圧流動炉１０のほか分岐経路を通して始動用バーナー１２に燃焼用空気として供給するものである。その結果、時間の経過に伴う燃焼の進行によって昇温し、加圧流動炉１０内の圧力が上昇すると、コンプレッサー４２の圧縮比が高くなり、コンプレッサー４２で加圧された空気の圧力は加圧流動炉１０内の圧力よりも常に高くなる（加圧流動炉１０内の流動部での圧力損失分を超える圧力分だけ高くなる）。そして、加圧流動炉１０内の圧力上昇に伴って、コンプレッサー４２出口側の風量も増加する。その結果、容量の小さい起動用ブロワ４３であっても、時間経過後において高吐出圧力・高送風量を確保することができる。したがって、図１に符号４３Ａとして仮定的に図示した始動用バーナー１２についての燃焼用空気を送るために専用ブロワを使用しないか、きわめて小型のもので足りるものとなり、設備コストやランニングコストを低減させることができる。また、加圧流動炉１０内の圧力と、加圧流動炉１０内へ燃焼用空気として吹き込む加圧空気の圧力が連動しているので、始動用バーナー１２における燃焼用空気量制御が容易になる利点もある。

一方、白煙防止用予熱器５０は、従来の形態においては、符号５２Ａとして仮定的に図示した白煙防止ファンから送り込まれ大気中に放出する前の排ガスに混入する白煙防止用空気を、タービン４１で膨張した排ガスから熱回収して予熱するものである。この予熱された白煙防止用空気によって、排煙処理塔６０からの清浄空気が煙突６２において加熱され、白煙が発生しないようになる。排煙処理塔６０は、白煙防止用予熱器５０を通った大気中に放出する前の排ガスの最終的な清浄化を図るものであり、湿式集塵方式などが採用される。

ここで、本実施の形態においては、白煙防止ファン５２Ａが備えられておらず、コンプレッサー４２で加圧された空気を加圧流動炉１０内に供給する流路７７から分岐して白煙防止用予熱器５０に連なる分岐経路たる流路５２が備えられている。そして、この流路５２を通して加圧空気が白煙防止用空気として白煙防止用予熱器５０に導かれる。被処理物Ｓが、例えば高含水率である場合は、高圧流動炉１０からの排ガスに水蒸気が含まれるため、コンプレッサー４２の駆動によって加圧される空気の量も増え、この加圧空気を加圧流動炉１０内に供給するのみでは余剰が生じる。なお、始動用バーナー１２の燃焼用空気としての使用は、立上げ運転時におけるものである。しかしながら、以上の形態においては、当該余剰空気が白煙防止用空気として有効利用される。この白煙防止用空気としての利用は、加圧流動焼却設備系内での利用であり、また、白煙防止ファン５２Ａを使用しないか、きわめて小型のものとすることができるため、設備コストやランニングコストを低減させることができる。この余剰空気の利用に関しては、加圧空気が通る流路７７に圧力計７７Ａを設け、この圧力計７７Ａで測定された圧力によって流路５２に備わる調節弁４７の開度を調節し、もって加圧流動炉１０に導く加圧空気と白煙防止用予熱器５０に導く加圧空気との割合を調節することができる。

一方、本形態においては、本設備周りの外部空気Ａをコンプレッサー４２に導く切替え弁４５を有する供給流路８１が設けられている。立上げ運転時においては、起動用ブロワ４３からコンプレッサー４２に空気を送り込み、所定の温度・圧力、例えば、タービン４１の入口温度が３５０℃以上、圧力が０．１１〜０．１５ＭＰａの条件を指標とした安定運転になった時点で、切替え弁４４を閉じ、その代わりに切替え弁４５を開として供給流路８１を通して外部空気Ａをコンプレッサー４２に送り込む。以後、この条件が続行される。

従来、焼却に用いられている加圧を行わない気泡流動炉では、常時流動用ブロワを運転し続け、また、煙突６２から強制的に排気するための誘引ファンの設置が必要であるのに対し、本形態に係る加圧流動焼却設備では、起動時に起動用ブロワ４３を使用するのみで足りるのでランニングコストが低減し、誘引ファンの設置が不要となる利点がある。
加圧流動炉１０の運転条件に限定はないが、０．１〜０．３ＭＰａ程度に加圧し、ダイオキシン発生防止の観点から８００〜８５０℃程度の温度条件にすることが望ましい。

ところで、本形態の加圧流動焼却設備においては、図２に示すように、タービン４１の駆動軸４６やこの駆動軸４６の図示しない軸受けなどを含む軸部分を囲う図示しない仕切り材と、この仕切り材内に供給される潤滑油を貯留する潤滑油タンク９１と、この潤滑油タンク９１内の潤滑油を仕切り材内に導く上流経路９２と、この上流経路９２を通して潤滑油タンク９１内の潤滑油を仕切り材内に強制的に送る送液ポンプ９３と、仕切り材内に供給された潤滑油を潤滑油タンク９１に導く下流経路９４と、を有する潤滑油の循環機構９０が備えられている。これにより、潤滑油タンク９１内の潤滑油は、上流経路９２、仕切り材内及び下流経路９４を通り、潤滑油タンク９１内に戻る循環を繰り返す。

ここで、単に以上の循環機構９０が備えられているのみであると、前述したように、タービン４１の入口側が高圧となるため、仕切り材内も高圧となり、送液ポンプ９３によって送られてくる潤滑油の循環が滞るおそれがある。そして、潤滑油の循環が滞ると、循環機構９０内の圧力は上昇し、低圧であるタービン４１の出口側から潤滑油が流出するおそれがある。

しかしながら、本形態の加圧流動焼却設備においては、潤滑油タンク９１及びタービン４１の下流の排ガス経路たる流路７４を連通する圧調節経路９５を設けている。この圧調節経路９５を設けると、流路７４などのタービン４１の下流の排ガス経路は内圧が低いことから、潤滑油タンク９１の内圧も低下する。結果、下流経路９４の内圧も低下し、上流経路９２の内圧よりも低くなる。そして、このような圧力差が生じると、仕切り材内の潤滑油は下流経路９４内に吸引される状態になるため、仕切り材内での滞りが防止され、タービン４１出口側からの流出が防止される。
下流経路９４の内圧と上流経路９２の内圧との（圧力）差は、例えば、圧調節経路９５に仕切弁などを設け、この仕切弁の開度を調節するなどして、調節することができる。

一方、以上のような潤滑油の循環機構９０が備えられた加圧流動焼却設備においては、次のような問題が想定される。
すなわち、何らかの原因によって設備が緊急停止すると、循環機構９０を構成する送液ポンプ９３の稼動も停止し、結果、潤滑油タンク９１内から仕切り材内への潤滑油の供給も止まる。しかしながら、設備が緊急停止しても、しばらくの間は排ガスが発生し続けるため、タービン４１は駆動され、駆動軸４６は回転駆動する。したがって、設備が緊急停止するのと同時に送液ポンプ９３が停止し、潤滑油の供給が止まると、回転駆動し続ける駆動軸４６を含む駆動部が故障するおそれがある。
そこで、図３に示すように、潤滑油タンク９１は、仕切り材よりも高所に配置するのが好ましい。この形態によると、潤滑油ポンプ９３の稼働が停止した後においても、潤滑油タンク９１内の潤滑油が上流経路９２を通して仕切り材内に自然流下するため、駆動軸４６を含む駆動部の故障が防止される。

加圧流動焼却設備の構成例の説明図である。 潤滑油の循環機構の構成例の説明図である。 潤滑油の循環機構の変形構成例の説明図である。

符号の説明

１０…加圧流動炉、１２…始動用バーナー、２０…空気予熱器、３０…集塵機、４０…過給機、４１…タービン、４２…コンプレッサー、４３…起動用ブロワ、５０…白煙防止用予熱器、６０…排煙処理塔、９０…循環機構、９１…潤滑油タンク、９２…上流経路、９３…送液ポンプ、９４…下流経路、９５…圧調節経路、Ｓ…被処理物

Claims (3)

1. 被処理物を加圧下で流動燃焼させる加圧流動炉と、
   この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン、及び、このタービンの駆動軸と連結されこの駆動軸の回転力によって駆動され前記加圧流動炉内に供給する空気を加圧するコンプレッサー、を有する過給機と、
   前記駆動軸を含む軸部分を囲う仕切り材、この仕切り材内に供給される潤滑油を貯留する潤滑油タンク、この潤滑油タンク内の潤滑油を前記仕切り材内に導く上流経路、この上流経路を通して前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記仕切り材内に強制的に送る送液ポンプ、及び、前記仕切り材内に供給された潤滑油を前記潤滑油タンクに導く下流経路、を有する前記潤滑油の循環機構と、
   を備えた加圧流動焼却設備であって、
   前記下流経路の内圧が前記上流経路の内圧よりも低くなるように構成した、
   ことを特徴とする加圧流動焼却設備。
2. 被処理物を加圧下で流動燃焼させる加圧流動炉と、
   この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン、及び、このタービンの駆動軸と連結されこの駆動軸の回転力によって駆動され前記加圧流動炉内に供給する空気を加圧するコンプレッサー、を有する過給機と、
   前記駆動軸を含む軸部分を囲う仕切り材、この仕切り材内に供給される潤滑油を貯留する潤滑油タンク、この潤滑油タンク内の潤滑油を前記仕切り材内に導く上流経路、この上流経路を通して前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記仕切り材内に強制的に送る送液ポンプ、及び、前記仕切り材内に供給された潤滑油を前記潤滑油タンクに導く下流経路、を有する前記潤滑油の循環機構と、
   を備えた加圧流動焼却設備であって、
   前記潤滑油タンク及び前記タービン下流の排ガス経路を連通する経路を設けて、前記下流経路の内圧が前記上流経路の内圧よりも低くなるように構成した、
   ことを特徴とする加圧流動焼却設備。
3. 前記潤滑油タンクを前記仕切り材よりも高所に配置して、前記潤滑油ポンプの稼働が停止した後に、前記潤滑油タンク内の潤滑油が前記上流経路を通して前記仕切り材内に自然流下するように構成した、請求項１又は請求項２記載の加圧流動焼却設備。

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