JP7316922B2 - 廃棄物処理設備の操炉方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物処理設備の操炉方法に関する。

様々な汚水が微生物を用いた生物処理により浄化された後に河川等に放流され、或いは再利用されている。このような生物処理によって発生する大量の汚泥は脱水処理された後に最終処分場に埋め立てられ、または焼却処理若しくは溶融処理されている。

特許文献１には、このような汚泥を含む廃棄物を焼却処理する廃棄物処理設備が開示されている。当該廃棄物処理設備は、汚泥等の廃棄物を焼却処理する流動床炉及びシャフト炉を含む熱処理炉を備えている廃棄物処理設備であって、前記熱処理炉の炉内燃焼熱及び／または煙道に導かれる排ガスの保有熱により燃焼用空 気を予熱する第１熱交換器と、前記第１熱交換器で予熱された燃焼用空気により回転するタービンと、前記タービンの回転により前記第１熱交換器に燃焼用空気を供給するコンプレッサとを含む過給機と、前記コンプレッサへ燃焼用空気を予備圧縮して供給する押込み送風機と、を備えている。

押込み送風機により予備圧縮された燃焼用空気がコンプレッサに供給され、圧縮された燃焼用空気が第１熱交換器で予熱され、その熱エネルギーを受けた高温の燃焼用空気でタービンが駆動されるので、押込み送風機の動力コストを低減できるようになる。

特開２０１６－１８０５２８号公報

高温の燃焼用空気で従動的に駆動され、運転領域が低速域から高速域まで非常に広い過給機は、故障が発生する可能性が高い異常な高回転域での動作を回避するように運転条件が設定されているものの、動作状態が適正であるか否かを何らかの状態量に基づいて検出することが困難であったため、過給機に様々なセンサを取り付けて状態を検出しても、故障の発生を的確に検出することができず、誤検出を招く虞もあった。

そして、過給機が故障すると廃棄物処理設備を適正に操炉できなくなるばかりか、過給機から潤滑油が漏れ出すと発火に到る虞もあるため、安全の確保のために故障の発生を検出すると直ちに停止する必要があった。

本発明の目的は、上述した従来技術に鑑み、過給器の異常を適切に検出可能な廃棄物処理設備の操炉方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による廃棄物処理設備の操炉方法の特徴構成は、廃棄物を熱処理する熱処理炉と、前記熱処理炉に廃棄物を供給する廃棄物供給装置と、前記熱処理炉で生じる排ガスの保有熱で燃焼用空気を加熱する熱交換器と、前記熱交換器で予熱された燃焼用空気により駆動されるタービンと前記タービンにより前記熱交換器に燃焼用空気を加圧供給するコンプレッサとを含む過給機と、前記熱処理炉からの排ガスを浄化処理する排ガス処理設備と、を備えている廃棄物処理設備の操炉方法であって、前記排ガス処理設備を立ち上げる排ガス処理立上げ工程と、前記過給機を介して燃焼用空気を前記熱処理炉に供給して前記排ガス処理設備に通流させる通風させる通風立上げ工程と、前記熱処理炉に補助燃料を供給して前記熱処理炉を予備的に立ち上げる熱処理立上げ工程との順番で各工程を実行して廃棄物処理設備を立上げ、その後前記廃棄物供給装置を介して前記熱処理炉に廃棄物を供給する廃棄物供給工程を実行することにより当該廃棄物処理設備を稼働させ、前記廃棄物供給工程の実行中に、前記コンプレッサの入口圧力Ｐ１と前記コンプレッサの出口圧力Ｐ２とを測定し、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１≦０となる場合に前記過給機に異常が発生したと判定する異常判定工程を実行し、前記異常判定工程で前記過給機に異常が発生したと判定すると、前記排ガス処理設備を除く設備を直ちに停止する緊急停止工程と、を備えている点にある。

廃棄物処理設備は、排ガス処理立上げ工程、通風立上げ工程、熱処理立上げ工程の順に立上げ処理され、廃棄物を熱処理可能な状態に到った後に廃棄物供給工程が実行される。安定的に過給器の回転数が高くなる廃棄物供給工程の実行中に過給機の異常判定工程が行なわれ、押込み送風機の作用によって入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１≦０となる場合に過給機に異常が発生したと判定することで、当に異常判定が必要とされる時期に適切に異常判定でき、異常と判定すると直ちに緊急停止工程が実行されることにより、重大な事故を未然に防止できるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、過給器の異常を適切に検出可能な廃棄物処理設備の操炉方法を提供することができるようになった。

本発明による廃棄物処理設備及び異常検出装置の説明図 異常検出のフローチャート

以下、本発明による廃棄物処理設備の操炉方法の実施形態を説明する。

図１には、廃棄物の一例である汚泥を熱処理（焼却処理）する廃棄物処理設備１が示されている。廃棄物処理設備１は、汚泥を焼却処理する熱処理炉の一例である流動床式焼却炉２と、流動床式焼却炉２に汚泥を供給する廃棄物供給装置３と、流動床式焼却炉２で生じる排ガスの保有熱で燃焼用空気を加熱する熱交換器４と、熱交換器４で予熱された燃焼用空気により駆動されるタービンＴとタービンＴにより熱交換器４に燃焼用空気を加圧供給するコンプレッサＣとを含む過給機５と、流動床式焼却炉２からの排ガスを浄化処理する排ガス処理設備６などを備えている。

廃棄物供給装置３は、汚泥が貯留された汚泥貯留槽３ａと、貯留槽３ａから供給された汚泥を流動床式焼却炉２に投入するスクリュー式搬送機構を備えた汚泥投入機構３ｂとで構成されている。

流動床式焼却炉２は、空気供給機構Ａから供給される高温空気によって形成される流動床に汚泥投入機構３ｂから供給される汚泥を投入して加熱し、ガス化された汚泥をフリーボード部で燃焼させる熱処理炉である。符号２ａは、立上げ時に炉内を加熱する昇温バーナで、炉が昇温した後には符号２ｂの補助バーナで燃焼に必要な熱量を補って操炉される。昇温バーナ２ａ及び補助バーナ２ｂには補助燃料として天然ガスや消化ガスなどが供給される。

流動床式焼却炉２の煙道に沿って、排ガスの保有熱により燃焼用空気を予熱する熱交換器４、煤塵を捕集する集塵装置６ａ、アルカリ剤を噴霧して排ガス中の酸性ガス成分を中和する排煙処理塔６ｂなどの排ガス処理装置６が順に配置されている。排ガス処理装置６の下流側には誘引送風機７が配され、誘引送風機７により煙道を誘引された排ガスが煙突８から排出される。

上述した空気供給機構Ａは、押込み送風機９と、過給機５と、熱交換器４とを備えて構成されている。押込み送風機９により１～１９ｋＰａに予備圧縮された燃焼用空気がコンプレッサＣの給気口（入口）に供給され、コンプレッサＣで０．１～０．３ＭＰａに圧縮された空気が熱交換器４で予熱された後にタービンＴに供給され、タービンＴから排気された圧縮空気が流動床式焼却炉２に供給される。

コンプレッサＣで圧縮された空気は、熱交換器４で８００～１０００℃の排ガスと熱交換されて５００～７５０℃に予熱された後にタービンＴに供給される。

熱交換器４で予熱された圧縮空気がタービンＴに供給されることによってタービンＴが回転駆動され、さらにタービンＴの駆動軸と連結されたコンプレッサＣが駆動されるようになる。タービンＴから排出された４００～６５０℃，０．０２～０．０４ＭＰａの圧縮空気は流動用空気つまり燃焼用空気として流動床式焼却炉２に供給されて流動床が形成される。尚、本明細書で説明する圧力はゲージ圧である。

押込み送風機９により予備圧縮された燃焼用空気が過給機５のコンプレッサＣに供給されるので、コンプレッサＣのみならず押込み送風機９によっても圧縮された空気が、熱交換器４で予熱されるようになる。これにより、タービンＴの膨張仕事量が、コンプレッサＣの圧縮仕事量以上になり、流動床式焼却炉２に流動床を形成する際の通気圧損より高い圧力で燃焼用空気を供給することができるように構成されている。

過給機５を使用しない場合よりも押込み送風機９による吐出圧力を低下させることができるので、押込み送風機９の消費電力を低減させることができる。但し、流動床式焼却炉２の立上げ時には専ら押込み送風機９のみで流動床を形成する必要があるが、過給機５の通風抵抗は小さく、立ち上げにより昇温されるに伴い過給機５による動力コストの低減効果を得られる。

尚、始動時には、過給機５が機能しないため、押込み送風機９からの送風圧力を上昇させる必要があるが、立上げ時の昇温初期の期間に限られるので、運転コストの増大にはつながらない。

廃棄物処理設備１には制御装置１０が備えられている。制御装置１０は、フリーボード部の出口部に備えた酸素ガスセンサＳｇにより検出される排ガスの酸素濃度に基づいて押込み送風機９の回転数を制御することにより、流動床式焼却炉２が適切な燃焼状態に維持されるように、流動床式焼却炉２への燃焼用空気の供給量を調整するように構成されている。

制御装置１０は、酸素ガスセンサＳｇにより検出される排ガスの酸素濃度と目標酸素濃度との偏差に基づいて演算を行なうことにより、炉内に供給されるべき目標空気量を算出する。予め想定される理論空気量に基づいて完全燃焼に要する空気量を設定し、そのときに排ガスに残存する基準酸素濃度が算出されている。酸素ガスセンサＳｇにより検出される排ガスの酸素濃度が基準酸素濃度より高い場合に目標空気量を減少し、排ガスの酸素濃度が基準酸素濃度より低い場合に目標空気量を増加するようにフィードバック演算が行なわれる。

さらに、制御装置１０は、押込み送風機９とコンプレッサＣとの間に設置された流量計Ｑで検知された空気量と目標空気量との偏差に基づいて押込み送風機９の目標回転数を算出し、押込み送風機９が当該目標回転数となるようにインバータ１１を制御する。

排ガスに含まれる酸素濃度を指標に用いることにより、流動床式焼却炉２で燃焼する汚泥の有機成分に対して適正な量の燃焼用空気量が把握でき、その指標に基づいて目標量が設定されるので、必要量に対して大きく過不足することなく燃焼用空気を供給することができるようになる。

上述した過給機５は、高温の燃焼用空気で従動的に駆動され、運転領域が低速域から高速域まで非常に広い範囲で動作する。過給機５は、制御装置１０によって故障が発生する可能性が高い異常な高回転域での動作を回避するように制御されるが、動作状態が適正であるか否かを何らかの状態量に基づいて検出することが困難である。そこで、過給機５の異常検出する異常検出装置１２を備えている。

異常検出装置１２は、コンプレッサＣの入口圧力Ｐ１を測定する入口圧力センサＳ１とコンプレッサの出口圧力Ｐ２を測定する出口圧力センサＳ２と、入口圧力センサＳ１で測定された入口圧力Ｐ１と出口圧力センサＳ２で測定した出口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１を算出し、差圧ΔＰ≦０となる場合に過給機５に異常が発生したと判定する演算装置とを備えている。例えば、演算装置としてＣＰＵとメモリを備えた専用のコンピュータ装置を用いて構成することができ、上述した制御装置１０に組み込むことも可能である。

コンプレッサＣは入口から導入された燃焼用空気を羽根車の回転により圧縮して出口から高圧の燃焼用空気として排出するため、正常状態では必ず入口側圧力より出口側圧力が高くなる。

しかし、何らかの原因で羽根車が回転しないなど加圧できない状態になったときに異常であると判断することができる。この点に着目し、コンプレッサＣの入口圧力Ｐ１とコンプレッサＣの出口圧力Ｐ２とを圧力センサＳ１，Ｓ２で測定し、押込み送風機９の作用によって入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１≦０となる場合に過給機に異常が発生したと判定することで、重大な事態に到る前に過給機の異常を検出できるようになる。

異常検出装置１２は判定結果を制御装置１０に出力し、制御装置１２は、その判定結果に基づいて過給機５が異常である場合に、廃棄物処理設備１を緊急停止する。

図２には、廃棄物処理設備の異常検出方法のフローが示されている。フロー中、破線で示すステップは制御装置１０により実行されるステップであり、実線で示すステップは異常検出装置１２により実行されるステップである。

制御装置１０は、廃棄物処理設備１に対して、排ガス処理設備６を立ち上げる排ガス処理立上げ工程と（Ｓ１）、過給機５を介して燃焼用空気を流動床式焼却炉２に供給して排ガス処理設備６に通流させる通風させる通風立上げ工程と（Ｓ２）、流動床式焼却炉２に補助燃料を供給して流動床式焼却炉２を予備的に立ち上げる熱処理立上げ工程と（Ｓ３）、の順番で各工程を実行して廃棄物処理設備を立上げる。

排ガス処理立上げ工程（Ｓ１）では、誘引送風機７を立ち上げて、流動床式焼却炉２から炉内ガスを誘引して排ガス処理設備６が適正に動作するように制御する。

通風立上げ工程（Ｓ２）では、押込み送風機９を作動させて過給機５及び熱交換器４を経由して流動床式焼却炉２に燃焼用空気を供給して流動床を立ち上げる。

熱処理立上げ工程（Ｓ３）では、補助燃料を昇温バーナ２ａに供給して流動床式焼却炉２の炉内を昇温して、汚泥の燃焼が可能な状態にまで立ち上げる。

流動床式焼却炉２が立上ると（Ｓ４，Ｙ）、その後、廃棄物供給装置３を介して流動床式焼却炉２に廃棄物を供給する廃棄物供給工程を実行することにより当該廃棄物処理設備を稼働させる（Ｓ５）。

そして、廃棄物供給工程の実行中、つまり熱処理中に（Ｓ５）、異常検出装置１２を作動させて、コンプレッサ５の入口圧力Ｐ１とコンプレッサＣの出口圧力Ｐ２とを測定し（Ｓ６，Ｓ７）、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１を算出し（Ｓ８）、差圧ΔＰ≦０となる場合に過給機５に異常が発生したと判定する異常判定工程を実行する（Ｓ９）。

異常判定工程で過給機５に異常が発生したと判定すると（Ｓ９，Ｙ）、排ガス処理設備６を除く設備を直ちに停止する緊急停止工程を実行する。

緊急停止工程では、誘引送風機７を含めて排ガス処理設備の稼働状態を維持しつつ、廃棄物供給装置３、押込み送風機９、補助バーナ２ｂなどを直ちに停止させる。

以上説明したように、本発明による廃棄物処理設備の異常検出方法は、廃棄物を熱処理する熱処理炉と、熱処理炉に廃棄物を供給する廃棄物供給装置と、熱処理炉で生じる排ガスの保有熱で燃焼用空気を加熱する熱交換器と、熱交換器で予熱された燃焼用空気により駆動されるタービンとタービンにより熱交換器に燃焼用空気を加圧供給するコンプレッサとを含む過給機と、熱処理炉からの排ガスを浄化処理する排ガス処理設備と、を備えている廃棄物処理設備に対して実行される。

そして、コンプレッサの入口圧力Ｐ１とコンプレッサの出口圧力Ｐ２とを測定し、押込み送風機９の作用によって入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１≦０となる場合に過給機に異常が発生したと判定する。

少なくとも廃棄物供給装置を介して廃棄物が熱処理炉で熱処理されているときに、コンプレッサの入口圧力Ｐ１とコンプレッサの出口圧力Ｐ２とを測定し、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１≦０となる場合に過給機に異常が発生したと判定することが好ましい。

上述した実施形態では、熱処理炉が流動床式焼却炉である場合を説明したが、熱処理炉は流動床式焼却炉に限定されるものではなく、ストーカ式焼却炉、回転式表面溶融炉等他の形式の熱処理炉に適用することも可能である。

上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、当該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１：廃棄物処理設備
２：流動床式焼却炉
３：廃棄物供給装置
４：熱交換器
５：過給機
Ｔ：タービン
Ｃ：コンプレッサ
９：押込み送風機
１０：制御装置
１２：異常検出装置

Claims (1)

1. 廃棄物を熱処理する熱処理炉と、前記熱処理炉に廃棄物を供給する廃棄物供給装置と、前記熱処理炉で生じる排ガスの保有熱で燃焼用空気を加熱する熱交換器と、前記熱交換器で予熱された燃焼用空気により駆動されるタービンと前記タービンにより前記熱交換器に燃焼用空気を加圧供給するコンプレッサとを含む過給機と、前記熱処理炉からの排ガスを浄化処理する排ガス処理設備と、を備えている廃棄物処理設備の操炉方法であって、
   前記排ガス処理設備を立ち上げる排ガス処理立上げ工程と、前記過給機を介して燃焼用空気を前記熱処理炉に供給して前記排ガス処理設備に通流させる通風させる通風立上げ工程と、前記熱処理炉に補助燃料を供給して前記熱処理炉を予備的に立ち上げる熱処理立上げ工程との順番で各工程を実行して廃棄物処理設備を立上げ、その後前記廃棄物供給装置を介して前記熱処理炉に廃棄物を供給する廃棄物供給工程を実行することにより当該廃棄物処理設備を稼働させ、
   前記廃棄物供給工程の実行中に、前記コンプレッサの入口圧力Ｐ１と前記コンプレッサの出口圧力Ｐ２とを測定し、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１≦０となる場合に前記過給機に異常が発生したと判定する異常判定工程を実行し、
   前記異常判定工程で前記過給機に異常が発生したと判定すると、前記排ガス処理設備を除く設備を直ちに停止する緊急停止工程と、
   を備えている廃棄物処理設備の操炉方法。
   

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