JP6178254B2 - 廃棄物処理設備および廃棄物処理設備の制御方法 - Google Patents
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Description
このように、気体利用ラインおよび気体利用装置を設ければ、タービンを回転させた後に焼却炉へと送られる酸素含有気体の一部を気体利用装置で有効に利用して、過給機を用いた廃棄物処理設備の消費電力およびコストを更に低減することができる。また、入力装置を介して入力された目標流量と流量測定器の測定値とに基づき流量調整弁および回転数調整機構の動作を制御して焼却炉に供給する酸素含有気体の流量を目標流量に補正する制御装置を設ければ、廃棄物の焼却に必要な酸素含有気体の量が変化した場合であっても、焼却炉に送る酸素含有気体の量と気体利用装置に送る酸素含有気体の量とを適切に制御することができる。
このように、流量調整弁および回転数調整機構の動作を制御して焼却炉に供給する酸素含有気体の流量を目標流量に補正すれば、廃棄物の焼却に必要な酸素含有気体の量が変化した場合であっても、焼却炉に送る酸素含有気体の量と気体利用装置に送る酸素含有気体の量とを適切に制御することができる。そして、その結果、廃棄物の焼却処理を行いつつ、タービンを回転させた後に焼却炉へと送られる酸素含有気体の一部を気体利用装置で有効に利用して、過給機を用いた廃棄物処理設備の消費電力およびコストを更に低減することができる。
本発明の廃棄物処理設備は、例えば流動床式の焼却炉を用いて、脱水汚泥などの廃棄物を焼却処理する設備である。なお、本発明の廃棄物処理設備で焼却処理する廃棄物は、脱水汚泥に限定されるものではない。
ここで、図1に、本発明の廃棄物処理設備の一例の概略構成を示す。図1に示す廃棄物処理設備100は、廃棄物を焼却する流動床式の焼却炉10と、回転軸23を介して接続されたコンプレッサー21およびタービン22を有して焼却炉10に酸素含有気体としての空気を供給する過給機20と、焼却炉10から排出される排ガスと過給機20のコンプレッサー21を介して吸引された空気との間で熱交換する熱交換器30とを備えている。また、廃棄物処理設備100は、熱交換器30を通過した排ガスから焼却灰などの固形分を分離して除去する気固分離装置としての集塵機50と、集塵機50を通過した排ガスを洗浄して外部に放出する排ガス処理装置としてのスクラバー60と、スクラバー60で洗浄された排ガスの一部を誘引ガスとして誘引することにより焼却炉10からスクラバー60側へと排ガスを導く誘引装置としての誘引ファン70とを備えている。
なお、過給機20のコンプレッサー21は、回転軸23を介して伝達される動力を利用して吸引した空気を熱交換器30に供給可能に構成されている。また、過給機20のタービン22は、熱交換器30を通った空気のエネルギーを利用して回転軸23を回転させると共にエネルギーを利用した後の空気を焼却炉10に供給可能に構成されている。
即ち、廃棄物処理設備100の過給機20は、タービン22を回転させて得られた動力を利用して回転軸23を回転させることで、コンプレッサー21を駆動して空気を吸引すると共に、発電機24を駆動して発電することができるように構成されている。そして、過給機20のインバーター25は、回転軸23の回転数を調整する回転数調整機構として機能する。
ここで、上述した廃棄物処理設備100では、熱交換器30において、焼却炉10から排出された高温の排ガスと、コンプレッサー21を介して吸引した空気との間で熱交換が行なわれ、焼却灰などを除去する前の排ガスから廃熱が有効に回収される。また、集塵機50において、廃熱が回収されて温度が低下した排ガスから焼却灰などが除去された後、更に、スクラバー60において、排ガス中に含まれているSOXなどの有害成分が除去されて、清浄な排ガスがスクラバー60の煙突部61から排出される。なお、スクラバー60で処理された排ガスの一部は、誘引ファン70に誘引された後、返送ライン85を介してスクラバー60の煙突部61へと返送されて外部に放出される。
なお、廃棄物処理設備100の起動時など、回転軸23の回転によりコンプレッサー21を十分に駆動することができない場合におけるタービン22への空気の供給は、任意の手段を用いて行うことができる。具体的には、空気の供給は、図示しない起動用ブロアを用いて行ってもよい。また、空気の供給は、インバーター25などを利用しつつ外部から電力を供給して回転軸23を回転させ、コンプレッサー21を駆動させることにより行ってもよい。更に、空気の供給は、過熱器40に補助燃料を供給し、補助燃料を燃焼させることによって行なってもよい。
ここで、通常、焼却炉10で焼却処理される廃棄物の量および性状は経時的に変化する。そのため、焼却炉10における廃棄物の焼却に必要な空気の量も、廃棄物の量および性状の変化に伴って経時的に変化する。従って、廃棄物処理設備100においてタービン22を回転させた後の空気のうち過剰分の空気を煙突部61等で利用する場合には、焼却炉10に送る空気の量と、煙突部61などの空気のエネルギーを利用する装置に送る空気の量とを適切に制御する必要がある。焼却炉10に送る空気の量を適切に制御しなければ、焼却炉10で廃棄物を十分に焼却処理することができず、廃棄物処理装置100の運転状態が悪化するからである。
なお、目標流量は、例えば、焼却炉10で焼却処理される廃棄物の量および性状などに応じて定められる必要空気流量、或いは、必要空気流量に所定の安全率をかけた流量とすることができる。そして、入力装置91は、廃棄物の投入量および性状(例えば、含水率など)、並びに、排ガスの性状(例えば、酸素濃度、一酸化炭素濃度、温度など)などを図示しないセンサを用いて検出し、検出結果に基づいて必要空気流量を算出して目標流量を定めるコンピュータであってもよいし、経験的または実験的に定めた目標流量を操作者が入力するための操作盤であってもよい。
即ち、廃棄物処理設備100では、回転軸23の回転を利用してコンプレッサー21を駆動するため、コンプレッサー21で吸引する空気の量は、回転軸23およびタービン22の回転数の影響を大きく受ける。一方、焼却炉10で焼却処理される廃棄物の量および性状などが変化して排ガス温度や必要空気流量が変動した場合であっても、慣性力などの影響を受け、タービン22および回転軸23の回転数は急激には変化しない。そのため、流量の調整を実施しない場合には、焼却炉10に送る空気の量が不足したり、過剰になったりする虞がある。そこで、このような問題に対し、流量調整弁を設け、流量調整弁のみを用いて焼却炉10に送る空気の量を調整することも考えられる。しかし、前述した通り、コンプレッサー21で吸引する空気の量は、回転軸23およびタービン22の回転数の影響を大きく受けるため、特に、目標流量と実際の空気流量との差が大きい場合(即ち、流量の調整幅が大きい場合)には、流量調整弁のみでは流量を迅速かつ適切に調整することができない虞がある。一方、回転軸23の回転数のみを制御してコンプレッサー21から吸引する空気の量自体を変動させると、回転数の変化に伴う空気の吸引量の変化は大きいため、特に、目標流量と実際の空気流量との差が小さい場合(即ち、流量の調整幅が小さい場合)に、流量の微妙な調整を行うことができない虞がある。そこで、本発明に係る廃棄物処理設備100では、流量調整弁89Aに加え、インバーター25を介して回転軸23の回転数も制御することにより、焼却炉10に送る空気の量を適切に制御する。
具体的には、入力装置91から目標流量が入力されて制御が開始されると、制御装置90は、流量センサ88Aで測定した空気流量(測定値)と、入力された目標流量との差(絶対値)を算出する。そして、制御装置90は、算出した差の絶対値と、制御装置90に予め記憶させておいた閾値とを比較し、算出した差の絶対値が閾値以上の場合には、インバーター25を用いた回転軸23の回転数の調整を開始し、算出した差の絶対値が閾値未満の場合には、流量調整弁89Aの開度の調整を開始する。なお、閾値は、回転数を調整した場合と流量調整弁の開度を調整した場合とにおける流量の変化の応答性および制御の正確性などを考慮し、実験的に定めることができる。
そして、制御装置90は、インバーター25を用いた回転軸23の回転数の制御により空気流量の測定値と目標流量との差の絶対値が所定値以下まで減少した場合には、インバーター25を用いて回転軸23の回転数が一定になるようにし(即ち、インバーター25を用いた制御の内容を、回転軸23の回転数を変化させる制御から回転軸23の回転数を固定する制御に切り替え)、流量調整弁89Aの開度を調整することにより、焼却炉10に供給される空気の流量を目標流量に一致させる。即ち、流量センサ88Aで測定した空気流量が目標流量よりも大きい場合には、流量調整弁89Aの開度を増加させることにより(即ち、煙突部61へと供給される空気の流量を増加させることにより)、焼却炉10に供給される空気の流量を減少させて焼却炉10に供給される空気の流量を目標流量に一致させる。また、流量センサ88Aで測定した空気流量が目標流量よりも小さい場合には、流量調整弁89Aの開度を減少させることにより(即ち、煙突部61へと供給される空気の流量を減少させることにより)、焼却炉10に供給される空気の流量を増加させて焼却炉10に供給される空気の流量を目標流量に一致させる。ここで、所定値は、通常は上述した閾値よりも小さい値であり、制御に要する時間および制御の正確性を考慮して予め実験的に定めることにより、制御装置90に記憶させておくことができる。
なお、上記では、空気流量の測定値と目標流量との差の絶対値が所定値以下まで減少した場合に、インバーター25を用いた回転軸23の回転数の制御の内容を切り替え、インバーター25を用いて回転軸23の回転数を制御切り替え時の回転数に固定して流量調整弁89Aの開度のみを調整したが、制御装置90では、空気流量の測定値と目標流量との差の絶対値が所定値以下まで減少した場合に、インバーター25を用いた回転軸23の回転数の制御を中止し、回転軸23の回転数は制御することなく成り行きに任せて変化させる状態で流量調整弁89Aの開度を調整してもよい。
なお、上記では、インバーター25を用いて回転軸23の回転数を固定し、回転軸23の回転数を変化させずに流量調整弁89Aの開度のみを調整したが、制御装置90では、インバーター25を用いた回転軸23の回転数の制御を実施せず、回転軸23の回転数は成り行きに任せて変化させる状態で流量調整弁89Aの開度を調整してもよい。
20,220 過給機
21,221 コンプレッサー
22,222 タービン
23,223 回転軸
24 発電機
25 インバーター
30,230 熱交換器
40 過熱器
50 集塵機
60 スクラバー
61 煙突部
70 誘引ファン
81 排ガス供給ライン
82 集塵ライン
83 排ガス洗浄ライン
84 誘引ライン
85 返送ライン
86 圧縮空気ライン
87 加熱空気ライン
88 燃焼用空気ライン
89 空気利用ライン
88A 流量センサ
89A 流量調整弁
90 制御装置
91 入力装置
100,200 廃棄物処理設備
Claims (6)
- 廃棄物を焼却する焼却炉と、回転軸を介して接続されたコンプレッサーおよびタービンを有する過給機と、前記焼却炉から排出される排ガスと前記過給機の前記コンプレッサーから供給される酸素含有気体との間で熱交換する熱交換器とを備え、前記コンプレッサーは、前記回転軸を介して伝達される動力を利用して吸引した酸素含有気体を前記熱交換器に供給可能に構成され、前記タービンは、前記熱交換器を通った前記酸素含有気体のエネルギーを利用して前記回転軸を回転させると共にエネルギーを利用した後の酸素含有気体を燃焼用気体ラインを介して前記焼却炉に供給可能に構成された廃棄物処理設備であって、
気体の有するエネルギーを利用する気体利用装置と、
前記タービンと前記焼却炉とを接続する前記燃焼用気体ラインから分岐して前記気体利用装置まで延びる気体利用ラインと、
前記燃焼用気体ラインの前記気体利用ラインが分岐する位置と前記焼却炉との間、および/または、前記気体利用ラインに設けられた流量調整弁と、
前記回転軸の回転数を調整する回転数調整機構と、
前記流量調整弁および前記回転数調整機構の動作を制御する制御装置と、
前記焼却炉に供給する前記酸素含有気体の目標流量を前記制御装置に入力する入力装置と、
前記焼却炉へ流入する前記酸素含有気体の流量を測定する流量測定器と、
を更に備え、
前記制御装置は、前記入力された目標流量と前記流量測定器の測定値とに基づき前記流量調整弁および前記回転数調整機構の動作を制御して、前記焼却炉に供給する前記酸素含有気体の流量を前記目標流量に補正することを特徴とする、廃棄物処理設備。 - 前記制御装置が、前記目標流量が入力された際の前記流量測定器の測定値と前記目標流量との差が所定の閾値以上の場合には、前記回転軸の回転数のみを調整することにより前記流量の補正を開始し、前記目標流量が入力された際の前記流量測定器の測定値と前記目標流量との差が所定の閾値未満の場合には、前記流量調整弁の開度のみを調整することにより前記流量の補正を開始することを特徴とする、請求項1に記載の廃棄物処理設備。
- 前記制御装置が、前記流量測定器の測定値と前記目標流量との差が所定値以下の場合には、前記流量調整弁の開度のみを調整することにより前記流量を補正することを特徴とする、請求項1または2に記載の廃棄物処理設備。
- 廃棄物を焼却する焼却炉と、回転軸を介して接続されたコンプレッサーおよびタービンを有する過給機と、前記焼却炉から排出される排ガスと前記過給機の前記コンプレッサーから供給される酸素含有気体との間で熱交換する熱交換器とを備え、
前記コンプレッサーは、前記回転軸を介して伝達される動力を利用して吸引した酸素含有気体を前記熱交換器に供給可能に構成され、
前記タービンは、前記熱交換器を通った前記酸素含有気体のエネルギーを利用して前記回転軸を回転させると共にエネルギーを利用した後の酸素含有気体を燃焼用気体ラインを介して前記焼却炉に供給可能に構成され、
気体の有するエネルギーを利用する気体利用装置と、
前記タービンと前記焼却炉とを接続する前記燃焼用気体ラインから分岐して前記気体利用装置まで延びる気体利用ラインと、
前記燃焼用気体ラインの前記気体利用ラインが分岐する位置と前記焼却炉との間、および/または、前記気体利用ラインに設けられた流量調整弁と、
前記回転軸の回転数を調整する回転数調整機構と、
を更に備える廃棄物処理設備において前記焼却炉に供給する前記酸素含有気体の流量を制御する方法であり、
前記流量調整弁および前記回転数調整機構の動作を制御して、前記焼却炉に供給する前記酸素含有気体の流量を目標流量に補正する工程を含むことを特徴とする、廃棄物処理設備の制御方法。 - 前記工程の開始時に、前記目標流量と前記焼却炉に供給する前記酸素含有気体の流量との差が所定の閾値以上の場合には、前記回転軸の回転数のみを調整することにより前記流量の補正を開始し、前記目標流量と前記焼却炉に供給する前記酸素含有気体の流量との差が所定の閾値未満の場合には、前記流量調整弁の開度のみを調整することにより前記流量の補正を開始することを特徴とする、請求項4に記載の廃棄物処理設備の制御方法。
- 前記工程において、前記目標流量と前記焼却炉に供給する前記酸素含有気体の流量との差が所定値以下の場合には、前記流量調整弁の開度のみを調整することにより前記流量を補正することを特徴とする、請求項4または5に記載の廃棄物処理設備の制御方法。
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