JP6404506B1

JP6404506B1 - 廃棄物処理設備

Info

Publication number: JP6404506B1
Application number: JP2018013945A
Authority: JP
Inventors: 圭渡邉; 文宏眞野
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2038-01-30
Also published as: JP2019132482A

Abstract

【課題】タービンの破損を抑制可能な廃棄物処理設備を提供すること。【解決手段】廃棄物処理設備であって、焼却炉（１０）と、コンプレッサ（２１）及びタービン（２２）を含む過給機（２０）と、予熱器（３０）と、酸素含有ガス供給流路（Ｌ１）と、酸素含有ガス供給流路（Ｌ１）のうち予熱器（３０）とタービン（２２）との間の部位の温度が基準温度以上になったときにタービン（２２）への酸素含有ガスの流入量を増大させる制御部（４０）と、を備えること。【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物を処理する廃棄物処理設備に関するものである。

従来、廃棄物を処理する廃棄物処理設備が知られている。例えば、特許文献１には、廃棄物を燃焼する焼却炉と、コンプレッサ及びタービンを含む過給機と、予熱器と、燃焼空気供給流路と、を備える廃棄物処理設備が開示されている。コンプレッサは、外部から吸い込んだ空気を圧縮する。タービンは、コンプレッサに接続されており当該コンプレッサを駆動する。予熱器は、コンプレッサから吐出された空気と焼却炉から排出された排ガスとを熱交換させることによって空気を加熱する。燃焼空気供給流路は、コンプレッサ、予熱器、タービン及び焼却炉をこの順に接続している。つまり、燃焼空気供給流路は、コンプレッサから吐出された空気を焼却炉での廃棄物の焼却に必要な燃焼空気として焼却炉に導く流路である。

特開２００７−１７０７０３号公報

特許文献１に記載されるような廃棄物処理設備では、予熱器において排ガスが空気に与える熱量が増大した場合、予熱器から排出される空気の温度が高くなる。また、タービンの回転数の低下に起因してコンプレッサからの空気の吐出量が低下した場合にも、予熱器から排出される空気の温度が高くなる。具体的に、予熱器において焼却炉から排出された排ガスが空気に与える熱量は急激には変動しないため、予熱器への空気の流入量が減少することにより、予熱器から排出される空気の温度が上昇する。

以上のようにして予熱器から排出される空気の温度が上昇すると、タービンが破損する懸念がある。

本発明の目的は、タービンの破損を抑制可能な廃棄物処理設備を提供することである。

前記課題を解決する手段として、本発明は、廃棄物を処理する廃棄物処理設備であって、前記廃棄物を燃焼する焼却炉と、酸素を含むガスである酸素含有ガスを圧縮するコンプレッサ、及び、前記コンプレッサに接続されており当該コンプレッサを駆動可能なタービンを含む過給機と、前記コンプレッサから吐出された酸素含有ガスと前記焼却炉から排出された排ガスとを熱交換させることによって前記酸素含有ガスを加熱する予熱器と、前記コンプレッサ、前記予熱器、前記タービン及び前記焼却炉をこの順に接続しており、前記コンプレッサから吐出された酸素含有ガスを前記焼却炉に供給するための酸素含有ガス供給流路と、自立運転状態において前記酸素含有ガス供給流路のうち前記予熱器と前記タービンとの間の部位の温度が基準温度以上になったときに前記タービンへの前記酸素含有ガスの流入量を増大させる制御部と、を備える、廃棄物処理設備を提供する。

本廃棄物処理設備では、酸素含有ガス供給流路のうち予熱器とタービンとの間の部位の温度が基準温度以上になったときにタービンへの酸素含有ガスの流入量が増大するので、タービンの回転数が増大する。そうすると、コンプレッサの回転数が増大するので、当該コンプレッサから吐出される酸素含有ガスの流量、つまり、予熱器への酸素含有ガスの流入量が増大する。一方、予熱器において焼却炉から排出された排ガスが酸素含有ガスに与える熱量は大きく変動しないため、予熱器への酸素含有ガスの流入量が増大することにより、予熱器から排出される酸素含有ガスの温度、つまり、タービンに流入する酸素含有ガスの温度が低下する。よって、タービンの破損が抑制される。

また、前記廃棄物処理設備において、前記酸素含有ガス供給流路のうち前記コンプレッサと前記予熱器との間の部位から前記コンプレッサから吐出された酸素含有ガスの一部を外部に取り出す取出流路と、前記取出流路に設けられており開度調整が可能な開閉弁と、をさらに備え、前記制御部は、前記開閉弁が開かれた状態において、前記酸素含有ガス供給流路のうち前記予熱器と前記タービンとの間の部位の温度が前記基準温度以上になったときに、前記開閉弁の開度を小さくする取出量調整部を有することが好ましい。

このようにすれば、前記部位の温度が基準温度以上になったときに、取出流路への酸素含有ガスの流入量が減少するので、換言すれば、タービンへの酸素含有ガスの流入量が増大するので、タービンに流入する酸素含有ガスの温度が有効に低下する。

また、前記廃棄物処理設備において、前記酸素含有ガス供給流路のうち前記タービンと前記焼却炉との間の部位から前記タービンから排出された酸素含有ガスの一部を外部に抜き取る抜取流路をさらに備え、前記制御部は、前記タービンへの前記酸素含有ガスの流入量を増大させた後、前記焼却炉への前記酸素含有ガスの供給量が目標値を超えたときに、前記抜取流路を通じた前記酸素含有ガスの抜き取り量を増大させる抜取量調整部を有することが好ましい。

このようにすれば、タービンへの酸素含有ガスの供給量を増やすことによってタービンに流入する酸素含有ガスの温度を有効に下げつつ、酸素含有ガスの焼却炉への過剰供給を抑制することが可能となる。このため、酸素含有ガスの焼却炉への過剰供給に起因する焼却炉内の温度の低下が抑制される。

以上のように、本発明によれば、タービンの破損を抑制可能な廃棄物処理設備を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態の廃棄物処理設備の概略を示す図である。図１に示される廃棄物処理設備の制御部の制御内容を示すフローチャートである。図１に示される廃棄物処理設備の制御部の制御内容を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態の廃棄物処理システムについて、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１に示されるように、本実施形態の廃棄物処理設備は、焼却炉１０と、過給機２０と、予熱器３０と、酸素含有ガス供給流路Ｌ１と、取出流路Ｌ２と、抜取流路Ｌ３と、開閉弁Ｖ１と、流量調整弁Ｖ２と、制御部４０と、を備えている。

焼却炉１０は、下水の汚泥等の廃棄物を焼却する炉である。

過給機２０は、コンプレッサ２１と、タービン２２と、を有している。コンプレッサ２１は、酸素を含有する酸素含有ガス（空気等）を圧縮する。タービン２２は、コンプレッサ２１に接続されている。このため、タービン２２の回転によりコンプレッサ２１が駆動される。

予熱器３０は、焼却炉１０から排出された排ガスによってコンプレッサ２１から吐出された酸素含有ガスを加熱する。本実施形態では、予熱器３０から排出された酸素含有ガスの温度は、例えば７００℃以下である。なお、予熱器３０において酸素含有ガスを加熱した後に当該予熱器３０から排出された排ガスは、予熱器３０の下流側に配置される処理設備で適宜処理される。

酸素含有ガス供給流路Ｌ１は、コンプレッサ２１、予熱器３０、タービン２２及び焼却炉１０をこの順に接続している。このため、コンプレッサ２１から吐出された酸素含有ガスは、予熱器３０及びタービン２２を経由して燃焼用空気として焼却炉１０に供給される。

取出流路Ｌ２は、酸素含有ガス供給流路Ｌ１のうちコンプレッサ２１と予熱器３０との間の部位から、コンプレッサ２１から吐出された酸素含有ガスの一部を外部に取り出すための流路である。この取出流路Ｌ２に、開度調整が可能な開閉弁Ｖ１が設けられている。この開閉弁Ｖ１の開度が調整されることにより、取出流路Ｌ２を通じた酸素含有ガス供給流路Ｌ１からの酸素含有ガスの取出量、つまり、タービン２２への酸素含有ガスの流入量が調整される。

抜取流路Ｌ３は、酸素含有ガス供給流路Ｌ１のうちタービン２２と焼却炉１０との間の部位から、タービン２２から排出された酸素含有ガスの一部を外部に抜き取るための流路である。この抜取流路Ｌ３に、開度調整が可能な流量調整弁Ｖ２が設けられている。この流量調整弁Ｖ２の開度が調整されることにより、抜取流路Ｌ３を通じた酸素含有ガス供給流路Ｌ１からの酸素含有ガスの抜取量、つまり、焼却炉１０への酸素含有ガスの流入量が調整される。

制御部４０は、酸素含有ガス供給流路Ｌ１のうち予熱器３０とタービン２２との間の部位の温度Ｔ１が基準温度Ｔβ（例えば６４５℃）以上になったときにタービン２２への酸素含有ガスの流入量を増大させる。本実施形態では、制御部４０は、取出量調整部４１と、抜取量調整部４２と、を有している。なお、酸素含有ガス供給流路Ｌ１のうち予熱器３０とタービン２２との間の部位の温度Ｔ１は、当該部位に設けられた温度センサ５１により検出される。

取出量調整部４１は、開閉弁Ｖ１が開かれた状態（開度がゼロではない状態）において、酸素含有ガス供給流路Ｌ１のうち予熱器３０とタービン２２との間の部位の温度Ｔ１が基準温度Ｔβ以上になったときに、開閉弁Ｖ１の開度を小さくする。これにより、取出流路Ｌ２を通じた酸素含有ガスの取出量が減少するので、タービン２２への酸素含有ガスの流入量が増大する。

抜取量調整部４２は、取出量調整部４１がタービン２２への酸素含有ガスの流入量を増大させた後、焼却炉１０への酸素含有ガスの供給量Ｆ１が目標値Ｆ０を超えたときに、抜取流路Ｌ３を通じた酸素含有ガスの抜き取り量を増大させる。具体的に、抜取量調整部４２は、焼却炉１０への酸素含有ガスの供給量Ｆ１が目標値Ｆ０を超えたときに、流量調整弁Ｖ２の開度を上げる。なお、焼却炉１０への酸素含有ガスの供給量Ｆ１は、酸素含有ガス供給流路Ｌ１のうち抜取流路Ｌ３の上流側の端部（酸素含有ガス供給流路Ｌ１と抜取流路Ｌ３との接続部）と焼却炉１０との間の部位に設けられた流量センサ５２により検出される。

以下、図２及び図３を参照しながら、制御部４０の具体的な制御内容を説明する。

制御部４０は、焼却炉１０及び過給機２０が運転されている状態において、まず、温度センサ５１の検出値Ｔ１が基準温度Ｔβよりも高い設定温度Ｔα（例えば６５０℃）よりも大きいか否かを判断する（ステップＳＴ１１）。

この結果、検出値Ｔ１が設定温度Ｔαよりも大きい場合、制御部４０は、検出値Ｔ１が基準温度Ｔβよりも大きいか否かを判断する（ステップＳＴ１２）。その結果、検出値Ｔ１が基準温度Ｔβよりも大きい場合、制御部４０の取出量調整部４１は、開閉弁Ｖ１の開度を下げる（ステップＳＴ１３）。これにより、酸素含有ガスのタービン２２への流入量が増大する。一方、検出値Ｔ１が基準温度Ｔβ以下である場合、制御部４０は、検出値Ｔ１が基準温度Ｔβ未満であるか否かを判断する（ステップＳＴ１４）。その結果、検出値Ｔ１が基準温度Ｔβ未満である場合、制御部４０の取出量調整部４１は、開閉弁Ｖ１の開度を上げる（ステップＳＴ１５）。これにより、酸素含有ガスのタービン２２への流入量が減少する。

そして、制御部４０は、ステップＳＴ１３の後又はステップＳＴ１５の後、流量センサ５２の検出値Ｆ１が目標値Ｆ０未満であるか否かを判断する（ステップＳＴ１６）。この結果、検出値Ｆ１が目標値Ｆ０未満である場合、つまり、焼却炉１０への酸素含有ガスの供給量が不足している場合、制御部４０の抜取量調整部４２は、流量調整弁Ｖ２の開度を下げる（ステップＳＴ１７）。これにより、焼却炉１０への酸素含有ガスの供給量が増大する。一方、検出値Ｆ１が目標値Ｆ０以上である場合、制御部４０は、検出値Ｆ１が目標値Ｆ０よりも大きいか否かを判断する（ステップＳＴ１８）。その結果、検出値Ｆ１が目標値Ｆ０よりも大きい場合、つまり、焼却炉１０への酸素含有ガスの供給量が過剰である場合、制御部４０の抜取量調整部４２は、流量調整弁Ｖ２の開度を上げる（ステップＳＴ１９）。これにより、焼却炉１０への酸素含有ガスの供給量が減少する。

続いて、制御部４０は、ステップＳＴ１７の後又はステップＳＴ１９の後、流量調整弁Ｖ２が全閉であるか否か（流量調整弁Ｖ２の開度がゼロであるか否か）を判断する（ステップＳＴ２０）。その結果、流量調整弁Ｖ２が全閉でない場合、制御部４０は、再びステップＳＴ１２に戻り、流量調整弁Ｖ２が全閉である場合、制御部４０は、ステップＳＴ１１へ戻る。

そして、検出値Ｔ１が設定温度Ｔα以下である場合（ステップＳＴ１１でＮＯの場合）、制御部４０は、検出値Ｆ１が目標値Ｆ０未満であるか否かを判断する（ステップＳＴ２１）。この結果、検出値Ｆ１が目標値Ｆ０未満である場合、制御部４０は、開閉弁Ｖ１の開度を下げる（ステップＳＴ２２）。これにより、酸素含有ガスのタービン２２への流入量が増大するので、コンプレッサ２１からの酸素含有ガスの吐出量、すなわち、焼却炉１０への酸素含有ガスの供給量が増大する。一方、検出値Ｆ１が目標値Ｆ０以上である場合、制御部４０は、検出値Ｆ１が目標値Ｆ０よりも大きいか否かを判断する（ステップＳＴ２３）。その結果、検出値Ｆ１が目標値Ｆ０よりも大きい場合、制御部４０は、開閉弁Ｖ１の開度を上げる（ステップＳＴ２４）。これにより、酸素含有ガスのタービン２２への流入量が減少するので、コンプレッサ２１からの酸素含有ガスの吐出量、すなわち、焼却炉１０への酸素含有ガスの供給量が減少する。

次に、制御部４０は、焼却炉１０を停止するか否か（焼却炉１０の停止を指示する指示信号を受信したか否か）を判断する（ステップＳＴ２５）。その結果、焼却炉１０を停止しない場合、制御部４０は、再びステップＳＴ１１に戻り、焼却炉１０を停止する場合、制御部４０は、制御を終了する。

以上に説明したように、本廃棄物処理設備では、取出量調整部４１は、酸素含有ガス供給流路Ｌ１のうち予熱器３０とタービン２２との間の部位の温度Ｔ１が基準温度Ｔβ以上になったときに、開閉弁Ｖ１の開度を小さくする（タービン２２への酸素含有ガスの流入量を増大させる）。これにより、タービン２２の回転数が増大する。そうすると、コンプレッサ２１の回転数が増大するので、当該コンプレッサ２１から吐出される酸素含有ガスの流量、つまり、予熱器３０への酸素含有ガスの流入量が増大する。一方、予熱器３０において焼却炉１０から排出された排ガスが酸素含有ガスに与える熱量は大きく変動しないため、予熱器３０への酸素含有ガスの流入量が増大することにより、予熱器３０から排出される酸素含有ガスの温度、つまり、タービン２２に流入する酸素含有ガスの温度が低下する。よって、タービン２２の破損が抑制される。

また、抜取量調整部４２は、焼却炉１０への酸素含有ガスの供給量Ｆ１が目標値Ｆ０を超えたときに、流量調整弁Ｖ２の開度を大きくする（抜取流路Ｌ３を通じた酸素含有ガスの抜き取り量を増大させる）ので、酸素含有ガスの焼却炉１０への過剰供給が抑制される。このため、酸素含有ガスの焼却炉１０への過剰供給に起因する焼却炉１０内の温度の低下が抑制される。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、タービン２２に対して、又は、酸素含有ガス供給流路Ｌ１のうち予熱器３０とタービン２２との間の部位に対して、予熱器３０から排出された酸素含有ガスの温度よりも低温の酸素含有ガス（空気等）を供給可能な低温ガス供給部（送風機等）をさらに備え、制御部４０は、酸素含有ガス供給流路Ｌ１のうち予熱器３０とタービン２２との間の部位の温度Ｔ１が基準温度Ｔβ以上になったときに低温ガス供給部を駆動してもよい。

この態様では、タービン２２への酸素含有ガスの流入量が増大し、さらに、予熱器３０から排出された酸素含有ガスの温度よりも低温の酸素含有ガスが供給されるので、タービン２２に供給される酸素含有ガスの温度が有効に低減される。

また、取出流路Ｌ２の下流側の端部は、酸素含有ガス供給流路Ｌ１のうち予熱器３０とタービン２２との間の部位に接続されてもよい。つまり、取出流路Ｌ２は、予熱器３０をバイパスするように酸素含有ガス供給流路Ｌ１に接続されてもよい。

１０焼却炉
２０過給機
２１コンプレッサ
２２タービン
３０予熱器
４０制御部
４１取出量調整部
４２抜取量調整部
Ｌ１酸素含有ガス供給流路
Ｌ２取出流路
Ｌ３抜取流路
Ｖ１開閉弁
Ｖ２流量調整弁

Claims

廃棄物を処理する廃棄物処理設備であって、
前記廃棄物を燃焼する焼却炉と、
酸素を含むガスである酸素含有ガスを圧縮するコンプレッサ、及び、前記コンプレッサに接続されており当該コンプレッサを駆動可能なタービンを含む過給機と、
前記コンプレッサから吐出された酸素含有ガスと前記焼却炉から排出された排ガスとを熱交換させることによって前記酸素含有ガスを加熱する予熱器と、
前記コンプレッサ、前記予熱器、前記タービン及び前記焼却炉をこの順に接続しており、前記コンプレッサから吐出された酸素含有ガスを前記焼却炉に供給するための酸素含有ガス供給流路と、
自立運転状態において前記酸素含有ガス供給流路のうち前記予熱器と前記タービンとの間の部位の温度が基準温度以上になったときに前記タービンへの前記酸素含有ガスの流入量を増大させる制御部と、を備える、廃棄物処理設備。
請求項１に記載の廃棄物処理設備において、
前記酸素含有ガス供給流路のうち前記コンプレッサと前記予熱器との間の部位から前記コンプレッサから吐出された酸素含有ガスの一部を外部に取り出す取出流路と、
前記取出流路に設けられており開度調整が可能な開閉弁と、をさらに備え、
前記制御部は、前記開閉弁が開かれた状態において、前記酸素含有ガス供給流路のうち前記予熱器と前記タービンとの間の部位の温度が前記基準温度以上になったときに、前記開閉弁の開度を小さくする取出量調整部を有する、廃棄物処理設備。
請求項１又は２に記載の廃棄物処理設備において、
前記酸素含有ガス供給流路のうち前記タービンと前記焼却炉との間の部位から前記タービンから排出された酸素含有ガスの一部を外部に抜き取る抜取流路をさらに備え、
前記制御部は、前記タービンへの前記酸素含有ガスの流入量を増大させた後、前記焼却炉への前記酸素含有ガスの供給量が目標値を超えたときに、前記抜取流路を通じた前記酸素含有ガスの抜き取り量を増大させる抜取量調整部を有する、廃棄物処理設備。