(57)【要約】【課題】熱交換器による廃熱回収量が過大になるような状況下で、過給機が異常な高回転域での運転に到る危険性のある場合でも、急速に回転数を低下させることが可能な廃棄物処理設備を提供する。【解決手段】熱処理炉２と、排ガスにより燃焼用空気を予熱する熱交換器５と、予熱された燃焼用空気により回転するタービン４０ｔとタービンの回転により熱交換器に燃焼用空気を供給するコンプレッサ４０ｃとを含む過給機４０と、を備えている廃棄物処理設備であって、タービンへ供給する燃焼用空気の入熱量を調整する入熱量調整機構５０と、過給機の駆動力を急低下させる圧力開放機構５５と、コンプレッサへ供給される燃焼用空気量が目標空気量となるように入熱量調整機構５０を調整するとともに、過給機の回転数をモニターして当該回転数が所定の上限許容値を超えると、圧力開放機構５５を作動させる制御部７０を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉と、
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回転するタービンと前記タービンの回転により前記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、
を備えている廃棄物処理設備であって、
前記タービンへ供給する燃焼用空気の入熱量を調整する入熱量調整機構と、
前記過給機の駆動力を急低下させる圧力開放機構と、
前記コンプレッサへ供給される燃焼用空気量が目標空気量となるように前記入熱量調整機構を調整するとともに、前記過給機の回転数をモニターして当該回転数または当該回転数の変化率が所定の上限許容値を超えると、前記圧力開放機構を作動させる制御部を備えている廃棄物処理設備。
【請求項２】
前記圧力開放機構は、前記コンプレッサから送出され前記熱交換器に導かれる空気を直接前記タービンの送出ポート側に導くバイパス路と、前記バイパス路に設けられた開閉弁機構とで構成されている請求項１記載の廃棄物処理設備。
【請求項３】
前記開閉弁機構と並列して前記バイパス路に流量調整機構を備え、前記バイパス路と前記流量調整機構により前記入熱量調整機構が構成されている請求項２記載の廃棄物処理設備。
【請求項４】
前記圧力開放機構は、前記熱交換器から前記タービンの導入ポートに導かれる空気を直接前記タービンの送出ポート側に導くバイパス路と、前記バイパス路に設けられた開閉弁機構とで構成されている請求項１記載の廃棄物処理設備。
【請求項５】
燃焼用空気を前記コンプレッサに供給する押込み送風機を備え、前記圧力開放機構は、前記押込み送風機から前記コンプレッサの導入ポートに導かれる空気を直接前記タービンの送出ポート側に導くバイパス路と、前記バイパス路に設けられた開閉弁機構とで構成されている請求項１記載の廃棄物処理設備。
【請求項６】
前記圧力開放機構は、前記コンプレッサから送出され前記熱交換器に導かれる空気を系外に排出する開放路と、前記開放路に設けられた開閉弁機構とで構成されている請求項１記載の廃棄物処理設備。
【請求項７】
前記開閉弁機構がボール弁で構成されている請求項１から６の何れかに記載の廃棄物処理設備。
【請求項８】
汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉と、
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回転するタービンと前記タービンの回転により前記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、
前記タービンへ供給される燃焼用空気の入熱量を調整する入熱量調整機構と、
前記過給機の駆動力を急低下させる圧力開放機構と、
を備えている廃棄物処理設備の運転方法であって、
前記過給機の回転数をモニターし、当該回転数または当該回転数の変化率が所定の上限許容値を超えると、前記圧力開放機構を作動させて前記過給機の駆動力を急低下させる廃棄物処理設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉を備えている廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、または流動床炉及びシャフト炉を含む熱処理炉で焼却処理されている。
【０００３】
このような熱処理炉では、押込み送風機を用いて十分な量の燃焼用空気を炉内に供給するとともに、誘引送風機を用いて排ガスを誘引して炉内を負圧に維持する必要があり、押込み送風機及び誘引送風機に要する動力コストつまり電力費が非常に高額になっている。
【０００４】
特許文献１には、押込み送風機に要する動力コストを抑制した操炉が可能な廃棄物処理設備が提案されている。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、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熱交換器と、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、タービンの回転により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、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。
【０００５】
このような廃棄物処理設備では、コンプレッサによる圧縮仕事に押込み送風機による圧縮仕事が嵩上げされるので、熱処理炉に燃焼用空気を供給する際に生じる通気圧損等の損失分を差し引いても、十分に燃焼用空気を供給することができ、そのために要する押込み送風機の動力も、過給機と熱交換器を備えることにより十分に抑制でき、全体として動力コストを下げることができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１８０５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した廃棄物処理設備では、熱交換器による廃熱回収量の増加に伴って押込み送風機で供給すべき空気圧が低減し、その結果、押込み送風機に要する動力が抑制されるようになるのであるが、熱交換器による廃熱回収量が過大になると、過給機の回転数が上限回転数を超過して上昇する虞があった。
【０００８】
そこで、図３（ｂ）に示すように、本願発明者は、熱交換器による廃熱回収量が過大になるような状況下であっても、熱処理炉に燃焼用空気量を安定的に供給可能とするべく、タービンへ供給する燃焼用空気の入熱量を調整する入熱量調整機構を備えて、前記コンプレッサへ供給される燃焼用空気量が目標空気量となるように入熱量調整機構を調整し、余剰分をバイパスすることを提案している。
【０００９】
そのために、入熱量調整機構として高圧空気の流量を調整可能な流量調整弁を用いているが、流量調整弁を用いた調整では、応答の遅れから過給機の回転数が異常に上昇して、過給機が破損する虞があった。
【００１０】
過給機の回転数が異常に上昇するような場合に、例えば押込み送風機とコンプレッサとの間にダンパ機構を設けて、当該ダンパ機構を閉止するような構成を採用すると、サージングと呼ばれる異常現象が発生してコンプレッサや配管系が破損する虞があった。
【００１１】
本発明の目的は、熱交換器による廃熱回収量が過大になるような状況下で、過給機が異常な高回転域での運転に到る危険性のある場合でも、急速に回転数を低下させることが可能な廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の運転方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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第一の特徴構成は、汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉と、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回転するタービンと前記タービンの回転により前記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、を備えている廃棄物処理設備であって、前記タービンへ供給する燃焼用空気の入熱量を調整する入熱量調整機構と、前記過給機の駆動力を急低下させる圧力開放機構と、前記コンプレッサへ供給される燃焼用空気量が目標空気量となるように前記入熱量調整機構を調整するとともに、前記過給機の回転数をモニターして当該回転数または当該回転数の変化率が所定の上限許容値を超えると、前記圧力開放機構を作動させる制御部を備えている点にある。
【００１３】
熱交換器による廃熱回収量が過大になり、コンプレッサへの空気供給量つまりコンプレッサによる吸引空気量が目標空気量を超えるような場合に、制御部によって入熱量調整機構を介してタービンへ供給される燃焼用空気の入熱量が調整される。また、過給機の回転数または当該回転数の変化率が所定の上限許容値を超える場合に、制御部によって圧力開放機構が作動される。その結果、コンプレッサへの空気供給量を目標空気量に調整でき、過給機が破損に到るような異常な高回転域で駆動されることが回避できる。
【００１４】
同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記圧力開放機構は、前記コンプレッサから送出され前記熱交換器に導かれる空気を直接前記タービンの送出ポート側に導くバイパス路と、前記バイパス路に設けられた開閉弁機構とで構成されている点にある。
【００１５】
バイパス路に設けられた開閉弁機構が開放されると、コンプレッサから送出され熱交換器に導かれる空気が熱交換されることなくタービンの送出ポート側に流れ、過給機の回転動力源となる高温の圧縮空気がタービンに供給されなくなるため、過給機の回転数が急激に低下する。
【００１６】
同第三の特徴構成は、上述の第二の特徴構成に加えて、前記開閉弁機構と並列して前記バイパス路に流量調整機構を備え、前記バイパス路と前記流量調整機構により前記入熱量調整機構が構成されている点にある。
【００１７】
開閉弁機構を閉止した状態で流量調整機構を作動させることにより、タービンへ供給される燃焼用空気の入熱量を高精度に調整でき、過給機の回転数または当該回転数の変化率が所定の上限許容値を超える場合に、開閉弁機構を開放することにより、過給機の回転数を急激に低下させることができる。
【００１８】
同第四の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記圧力開放機構は、前記熱交換器から前記タービンの導入ポートに導かれる空気を直接前記タービンの送出ポート側に導くバイパス路と、前記バイパス路に設けられた開閉弁機構とで構成されている点にある。
【００１９】
熱交換器からタービンの導入ポートに導かれる空気がバイパス路を介して直接タービンの送出ポート側に導かれ、過給機の回転動力源となる高温の圧縮空気がタービンに供給されなくなるため、過給機の回転数が急激に低下する。
【００２０】
同第五の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、燃焼用空気を前記コンプレッサに供給する押込み送風機を備え、前記圧力開放機構は、前記押込み送風機から前記コンプレッサの導入ポートに導かれる空気を直接タービンの送出ポート側に導くバイパス路と、前記バイパス路に設けられた開閉弁機構とで構成されている点にある。
【００２１】
コンプレッサの導入ポートに導かれる空気がバイパス路を介して直接タービンの送出ポート側に導かれ、過給機の回転動力源となる高温の圧縮空気がタービンに供給されなくなるため、過給機の回転数が急激に低下する。
【００２２】
同第六の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記圧力開放機構は、前記コンプレッサから送出され前記熱交換器に導かれる空気を系外に排出する開放路と、前記開放路に設けられた開閉弁機構とで構成されている点にある。
【００２３】
コンプレッサから送出され熱交換器に導かれる空気が開放路を介して系外に排出され、過給機の回転動力源となる高温の圧縮空気がタービンに供給されなくなるため、過給機の回転数が急激に低下する。
【００２４】
同第七の特徴構成は、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記開閉弁機構がボール弁で構成されている点にある。
【００２５】
開閉弁機構は、緊急時に急激に過給機の回転数を低下させて、過給機の破損を回避する必要があるため、通風抵抗が少なく動作速度が速い特性を備えていることが望まれる。そのような開閉弁機構としてボール弁が好適に用いられる。
【００２６】
本発明による廃棄物処理設備の運転方法の特徴構成は、汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉と、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回転するタービンと前記タービンの回転により前記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、前記タービンへ供給される燃焼用空気の入熱量を調整する入熱量調整機構と、前記過給機の駆動力を急低下させる圧力開放機構と、を備えている廃棄物処理設備の運転方法であって、前記過給機の回転数をモニターし、当該回転数または当該回転数の変化率が所定の上限許容値を超えると、前記圧力開放機構を作動させて前記過給機の駆動力を急低下させる点にある。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明した通り、本発明によれば、熱交換器による廃熱回収量が過大になるような状況下で、過給機が異常な高回転域での運転に到る危険性のある場合でも、急速に回転数を低下させることが可能な廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の運転方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の運転方法の説明図
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は過給機のブレイトンサイクルを説明する線図、（ｄ）は送風機動力と廃熱回収量の相関関係を示す特性図
【図３】（ａ）は過給機の回転数と流量及び圧力比の関係を示す説明図、（ｂ）は必用動力以上に廃熱回収量が増大した場合に入熱量調整機構が作動される様子を示す廃熱発生量と熱交換器を用いた廃熱回収量との関係説明図
【図４】圧力開放機構の別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図５】圧力開放機構の別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図６】圧力開放機構の別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図７】入熱量調整機構の別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図８】入熱量調整機構の別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図９】入熱量調整機構の別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図１０】入熱量調整機構の別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図１１】入熱量調整機構の別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明による廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の運転方法の実施形態を説明する。
【００３０】
図１には、汚泥等の廃棄物を焼却処理する廃棄物処理設備１００が示されている。廃棄物処理設備１００は、被焼却物である汚泥が貯留された汚泥貯留槽１と、汚泥投入機構１１と、熱処理炉の一例である流動床式焼却炉２と、排ガス処理設備等を備えている。
【００３１】
流動床式焼却炉２は、空気供給機構３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１１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２０で燃焼させる熱処理炉である。フリーボード部２０の下方には立上げ時に炉内を加熱する昇温バーナ２１が配置され、炉が昇温した後に汚泥の燃焼に必要な熱量を補う補助バーナ２２が設けられている。
【００３２】
流動床式焼却炉２の煙道１０に沿って順に、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５、煤塵を捕集する集塵装置６、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７等が配置されている。
【００３３】
排煙処理塔７の下流側には煙道１０の排ガスを誘引して炉内を負圧に維持する誘引送風機８が設けられ、誘引送風機８によって誘引された排ガスが各排ガス処理設備で浄化された後に煙突９から排気される。
【００３４】
上述した空気供給機構３は、押込み送風機３０と、インバータ７５と、過給機４０と、第１熱交換器５を備えて構成されている。過給機４０は、駆動軸４０ａで一体に回転可能に連結されたコンプレッサ４０ｃ及びタービン４０ｔを備えている。
【００３５】
押込み送風機３０により約５ｋＰａに予備圧縮された燃焼用空気が過給機４０を構成するコンプレッサ４０ｃの給気口に供給されて約１００〜３００ｋＰａに圧縮された後に第１熱交換器５に供給される。
【００３６】
第１熱交換器５で８００〜１０００℃の排ガスと熱交換されて５００〜７５０℃に予熱された燃焼用空気が後段のタービン４０ｔに供給されて、タービン４０ｔが回転駆動され、駆動軸４０ａと連結されたコンプレッサ４０ｃが回転駆動される。
【００３７】
タービン４０ｔから排出された４００〜６５０℃、約４０ｋＰａの圧縮空気は、流動用及び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。
【００３８】
押込み送風機３０により予備圧縮された燃焼用空気が過給機４０のコンプレッサ４０ｃに供給されるので、コンプレッサ４０ｃのみならず押込み送風機３０によっても圧縮された空気が、熱交換器３０で予熱されるようになる。これにより、タービン４０ｔの膨張仕事量が、コンプレッサ４０ｃの圧縮仕事量以上になり、過給機４０の駆動が維持されるため、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。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、ガスタービンや過給機はブレイトンサイクルに従って動作する装置であり、コンプレッサでの圧縮プロセス（図中、１→２）と、燃焼器や熱交換器での給熱プロセス（図中、２→３）と、タービンでの膨張プロセス（図中、３→４）で構成される。タービンでの膨張仕事がコンプレッサでの圧縮仕事を上回る場合に回転が維持される。
【００４０】
しかし、図２（ｂ）に示すように、コンプレッサ４０ｃの給気口を大気開放して外気を直接吸引するような構成を採用すると、タービン４０ｔでの膨張仕事量ｘが流動床への通気圧損ｘ１と通風抵抗ｘ２で制約を受ける場合に、タービン４０ｔでの膨張仕事量ｘがコンプレッサ４０ｃでの圧縮仕事量ｙより少なくなり（ｘ＜ｙ）、過給機４０の駆動を維持できなくなる。
【００４１】
そこで、押込み送風機３０から送風路を介してコンプレッサ４０ｃに空気を供給するように構成されている。
【００４２】
図２（ｃ）に示すように、押込み送風機３０により予備圧縮された燃焼用空気がコンプレッサ４０ｃの給気口に供給されるので、コンプレッサ４０ｃでの圧縮仕事量ｙが予備圧縮分ｙ１だけ実質的に小さくなり（ｘ＞ｙ）、流動床への通気圧損ｘ１と通風抵抗ｘ２があっても過給機４０の駆動を維持させることができるようになる。
【００４３】
また、過給機４０を使用しない場合よりも押込み送風機３０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３０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の立上げ初期には専ら押込み送風機３０のみで流動床を形成するために送風圧力を上昇させる必要があるが、過給機４０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４０による動力コストの低減効果を得られる。
【００４４】
廃棄物処理設備１００には制御部７０が備えられている。制御部７０は、フリーボード部２０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３０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、燃焼用空気の供給量を調整するように構成されている。
【００４５】
制御部７０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所定の制御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。
【００４６】
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。
【００４７】
制御部７０は、押込み送風機３０とコンプレッサ４０ｃとの間に設置された流量計Ｓｑ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３０の目標回転数を算出し、押込み送風機３０が当該目標回転数となるようにインバータ７５を制御する。
【００４８】
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。
【００４９】
図２（ｄ）には、燃焼用空気量を一定に維持するとの前提の下で、第１熱交換器５による廃熱回収量と押込み送風機３０に要する動力との関係が示され、廃熱回収量が増加するに連れて押込み送風機３０に要する動力が低減されることが示されている。第１熱交換器５による廃熱回収量が増加するとコンプレッサ４０ｃで引き込まれる圧縮空気量で十分な量が得られ、押込み送風機３０による送風量が不要になる。
【００５０】
そのような状態で第１熱交換器５による廃熱回収量が急激に変動すると、制御部７０によって流動床式焼却炉２に必要な燃焼用空気量となるように送風量を調整することができなくなり、流動床式焼却炉２の安定操炉が困難になる虞がある。
【００５１】
第１熱交換器５による廃熱回収量が過大になった場合に応答の遅れから、過給機４０が異常な高回転域で駆動されて、破損に到る虞がある。
【００５２】
そのため、コンプレッサ４０ｃへの空気供給量が目標空気量となるように、タービン４０ｔへの入熱量を調整する入熱量調整機構５０やインバータ７５を備えるとともに、過給機４０の駆動力を急低下させる圧力開放機構５５を備えている。
【００５３】
入熱量調整機構５０は、コンプレッサ４０ｃから送出され第１熱交換器５に導かれる空気の一部を直接タービン４０ｔの送出ポート側に導くバイパス路５１と、バイパス路５１に設けられた流量調整機構である流量調整弁５２とで構成されている。流量調整弁５２として精度良く流量を調整可能なニードル弁が好適に用いられる。
【００５４】
バイパス路５１に備えた流量調整弁５２によりタービン４０ｔへの入熱量及び空気量が調整されるようになる。タービン４０ｔから送出される予熱空気とバイパス路５１に導かれた空気が合流して燃焼用空気として流動床式焼却炉２に供給される。
【００５５】
圧力開放機構５５は、コンプレッサ４０ｃから送出され第１熱交換器５に導かれる空気を直接タービン４０ｔの送出ポート側に導くバイパス路５４と、バイパス路５６に設けられた開閉弁機構５７とで構成されている。開閉弁機構５７として緊急時に急激に過給機４０の回転数を低下させて、過給機４０の破損を回避する必要があるため、通風抵抗が少なく動作速度が速い特性を備えているボール弁が好適に用いられる。本実施形態では、バイパス路５４はバイパス路５１と並列配置されているので、共通のバイパス路に開閉弁機構５７と流量調整弁５２が並列配置された態様となる。
【００５６】
第１熱交換器５による廃熱回収量が過大になり、コンプレッサ４０ｃへの空気供給量つまりコンプレッサ４０ｃによる吸引空気量が必要量を超えるような場合に、入熱量調整機構５０によってタービン４０ｔへの入熱量が調整される。その結果、コンプレッサ４０ｃの回転数が低下して空気供給量を目標空気量に調整できるようになる。
【００５７】
また、第１熱交換器５による廃熱回収量が過大になり、過給機４０が異常な高回転域で駆動されて破損に到る虞がある場合に、圧力開放機構５５により圧縮空気が開放されて過給機４０が破損に到るような異常な高回転域で駆動されることが回避できる。
【００５８】
詳述すると、制御部７０は、第１熱交換器５での熱交換量が上昇して、流量計Ｓｑで検知された空気量が目標量よりも上昇すると、バイパス路５１でバイパスされる空気量を増加させるように流量調整機構５２を調整することにより、タービン４０ｔへの入熱量を低下させ、逆に第１熱交換器５での熱交換量が下降して、流量計Ｓｑで検知された空気量が目標量よりも低下すると、バイパス路５１でバイパスされる空気量を増加させるように流量調整機構５２を調整することにより、タービン４０ｔへの入熱量を上昇させるように制御する。
【００５９】
また、過給機４０の回転数をモニターする回転数計Ｓｒが駆動軸４０ａに取付けられ、制御部７０は、回転数計Ｓｒの出力に基づいて過給機４０の回転数が所定の上限許容値を超えると、圧力開放機構５５を作動させるように制御する。上限許容値を、過給機４０の上限回転数に安全率を見込んだ回転数に設定することが好ましい。
【００６０】
なお、過給機４０の圧力比（Ｐｏ／Ｐｉ）と流量Ｑの関係を示す図３（ａ）に示す性能特性曲線に基づいて回転数を推定することも可能であるが、回転数計Ｓｒを設置した方が正確に回転数を捕捉できる。
【００６１】
本実施形態では、過給機４０の回転数が所定の上限許容値を超えると、圧力開放機構５５を作動させるように制御する例を示したが、過給機４０の回転数の変化率が所定の上限許容値を超えるときに、圧力開放機構５５を作動させるように制御してもよい。回転数の変化率の上限許容値として、所定時間以内に過給機４０の上限回転数に安全率を見込んだ回転数に到達するような変化率を設定することができる。所定時間以内とは、急激に回転数が上限許容値に到るような時間をいい、例えば３秒以下の時間に設定されることが好ましい。
【００６２】
入熱量調整機構５０は、押込み送風機３０が予め設定された低電力状態になると押込み送風機３０を停止することなく作動するように制御されることが好ましい。大型の押込み送風機３０を一端停止すると、その後必要なときに直ちに起動するのが困難なためである。
【００６３】
押込み送風機３０が予め設定された低電力状態になると、その状態を維持して入熱量調整機構５０を作動させることにより、コンプレッサ４０ｃへの空気供給量を目標空気量に調整し、入熱量調整機構５０により空気供給量を目標空気量に調整できない場合には直ちにインバータ７５を制御して押込み送風機３０による送風量を増加できるようになる。
【００６４】
なお、押込み送風機３０が予め設定された低電力状態になると、押込み送風機３０を停止するように構成してもよいことはいうまでもない。また、押込み送風機３０が予め設定された低電力状態になると入熱量調整機構５０を作動させる例を説明したが、押込み送風機３０への給電電力にかかわらず入熱量調整機構５０や圧力開放機構５５を作動させるように構成されていてもよい。
【００６５】
第１熱交換器５による廃熱回収量が過大になり、コンプレッサへの空気供給量つまりコンプレッサによる吸引空気量が目標空気量を超えるような場合に、制御部７０によって入熱量調整機構５０を介してタービン４０ｔへ供給される燃焼用空気の入熱量が調整される。その結果、コンプレッサ４０ｃへの空気供給量を目標空気量に調整できる。
【００６６】
また、過給機４０の回転数または当該回転数の変化率が所定の上限許容値を超える場合に、制御部７０によって圧力開放機構５５が作動される。バイパス路５６に設けられた開閉弁機構５７が開放されると、コンプレッサ４０ｃから送出され第１熱交換器５に導かれる空気が熱交換されることなくタービン４０ｔの送出ポート側に流れ、過給機４０の回転動力源となる高温の圧縮空気がタービン４０ｔに供給されなくなるため、過給機４０の回転数が急激に低下する。なお、制御部７０は、開閉弁機構５７を開放するとともに押込み送風機３０を停止することが好ましい。
【００６７】
上述した実施形態では、熱交換器が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熱交換器で構成された例を説明したが、熱処理炉２の炉内燃焼熱で燃焼用空気を予熱する熱交換器であってもよい。後者の場合、熱交換器は熱処理炉２に設置される。
【００６８】
即ち、本発明による廃棄物処理設備の運転方法は、汚泥等の廃棄物を焼却処理する熱処理炉２と、熱処理炉２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熱交換器と、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タービンの回転により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、タービンへ供給される燃焼用空気の入熱量を調整する入熱量調整機構と、過給機の駆動力を急低下させる圧力開放機構と、を備えている廃棄物処理設備の運転方法であって、過給機の回転数をモニターし、当該回転数または当該回転数の変化率が所定の上限許容値を超えると、圧力開放機構を作動させて過給機の駆動力を急低下させるように構成されている。
【００６９】
以下、別実施形態を説明する。
図４に示すように、圧力開放機構５５は、第１熱交換器５からタービン４０ｔの導入ポートに導かれる空気を直接タービン４０ｔの送出ポート側に導くバイパス路５６と、バイパス路５６に設けられた開閉弁機構５７とで構成されていてもよい。
【００７０】
第１熱交換器５からタービン４０ｔの導入ポートに導かれる空気がバイパス路５６を介して直接タービン４０ｔの送出ポート側に導かれ、過給機４０の回転動力源となる高温の圧縮空気がタービン４０ｔに供給されなくなるため、過給機４０の回転数が急激に低下する。
【００７１】
図５に示すように、圧力開放機構５５は、押込み送風機３０からコンプレッサ４０ｃの導入ポートに導かれる空気を直接タービン４０ｔの送出ポート側に導くバイパス路５６と、バイパス路５６に設けられた開閉弁機構５７とで構成されていてもよい。
【００７２】
コンプレッサ４０ｃの導入ポートに導かれる空気がバイパス路５６を介して直接タービン４０ｔの送出ポート側に導かれ、過給機４０の回転動力源となる高温の圧縮空気がタービン４０ｔに供給されなくなるため、過給機４０の回転数が急激に低下する。
【００７３】
図６に示すように、圧力開放機構５５は、コンプレッサ４０ｃから送出され第１熱交換器５に導かれる空気を系外に排出する開放路５６と、開放路５６に設けられた開閉弁機構５７とで構成されていてもよい。
【００７４】
コンプレッサ４０ｃから送出され第１熱交換器５に導かれる空気が開放路５６を介して系外に排出され、過給機４０の回転動力源となる高温の圧縮空気がタービン４０ｔに供給されなくなるため、過給機４０の回転数が急激に低下する。上述したように、何れの場合でも開閉弁機構５７はボール弁で構成されていることが好ましい。
【００７５】
以下では、入熱量調整機構５０に関する実施形態を説明する。図８〜図１１には、圧力開放機構５５が明示されていないが、以下に説明する入熱量調整機構５０の別実施形態では、上述した図１，４，５，６の何れかの圧力開放機構５５が採用されている。
【００７６】
図７に示すように、入熱量調整機構５０は、コンプレッサ４０ｃから送出され第１熱交換器５に導かれる空気の一部を直接タービン４０ｔの導入ポート側に導くバイパス路５１と、バイパス路５１に設けられた流量調整機構としての流量調整弁５２で構成されていてもよい。
【００７７】
図８に示すように、入熱量調整機構５０の作動時にタービン４０ｔから送出された予熱空気の温度を調整する第２熱交換器４を備えていることが好ましい。
【００７８】
そして、タービン４０ｔから送出される予熱空気を第２熱交換器４に導く流路にバイパス路６１を設けるとともにバイパス路６１に流量調整機構６２としてのダンパ機構を設けた温度調整機構６０を備え、第２熱交換器４により加熱された空気とバイパス路６１を通過した空気を合流させた燃焼用空気を流動床式焼却炉２へ供給するように構成することが好ましい。
【００７９】
この場合、流動床式焼却炉２への燃焼用空気の供給部に温度センサＳｔを備え、制御部７０が温度センサＳｔにより検出された温度が目標温度となるように流量調整機構６２を制御するように構成されていることが好ましい。
【００８０】
入熱量調整機構５０が作動して、タービン４０ｔから送出され燃焼用空気として流動床式焼却炉２に導かれる予熱空気の温度が変動して流動床式焼却炉２の安定操炉に支障を来す虞がある場合でも、第２熱交換器４を備えることによりタービン４０ｔから送出され流動床式焼却炉２に導かれる予熱空気の温度が適切な温度に調整できるようになる。
【００８１】
さらに、図９に示すように、流動床式焼却炉２に供給する燃焼用空気の温度を調整すべく、第２熱交換器４に配した伝熱管を流れる排ガスの流れ方向に沿って最下流側と最下流側よりも上流側の２か所に燃焼用空気を供給する空気流入部４ａ，４ｂを設けるとともに、タービン４０ｔから送出された空気を第２熱交換器４に導く流路７１に、空気流入部４ａ及び空気流入部４ｂから流入する空気量を調整する流量調整機構７２としてのダンパ機構を設けてもよい。
【００８２】
この場合も、流動床式焼却炉２への燃焼用空気の供給部に温度センサＳｔを備え、制御部７０が温度センサＳｔにより検出された温度が目標温度となるように流量調整機構７２を制御するように構成すればよい。
【００８３】
図１０に示すように、入熱量調整機構５０は、第１熱交換器５から送出されタービン４０ｔの導入ポートに導かれる予熱空気の一部を直接タービン４０ｔの送出ポート側に導くバイパス路５１と、バイパス路５１に設けられた流量調整機構５２としてのダンパ機構で構成されていてもよい。
【００８４】
なお、何れの流量調整機構も、ダンパ機構を採用する例に限るものではなく、バルブ機構など公知の流量調整機構を適宜採用できることはいうまでもない。
【００８５】
コンプレッサ４０ｃから送出される空気の全量が第１熱交換器５に導かれ、第１熱交換器５で予熱された空気の一部が流量調整機構５２を介してバイパス路５１に案内され、その残余がタービン４０ｔに導かれる結果、タービン４０ｔへの入熱量が調整されるようになる。タービン４０ｔから送出される予熱空気とバイパス路５１に導かれた予熱空気が合流して燃焼用空気として流動床式焼却炉２に供給される。
【００８６】
図１１に示すように、煙道１０に配置される第２熱交換器４と第１熱交換器５とが排ガスの流れ方向に沿って並列配置されるように配置されていてもよい。
【００８７】
上述した実施形態では、第１熱交換器５が煙道１０に配され、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ように構成された例を説明したが、第１熱交換器５は流動床式焼却炉２に設けられ、炉内燃焼熱により燃焼用空気を予熱するように構成されていてもよい。
【００８８】
上述した実施形態は、熱処理炉として流動床式焼却炉２を採用した場合について説明したが、本発明が適用される焼却炉は流動床式焼却炉２に限らず、流動床式焼却炉２と同様に通気圧損が大きいシャフト炉等の他の形式の工業炉にも適用可能である。例えば、底部にコークスベッドが形成され、当該コークスベッドに燃焼用空気を供給する羽口が形成されたシャフト炉の上方から汚泥を投入して溶融するような熱処理炉やスクラップを投入して溶解するキュポラ等であっても、本発明が適用可能である。
【００８９】
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、夫々の特徴構成を適宜向き合わせてもよく、また各部の具体的構成を本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計してもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９０】
１００：廃棄物処理設備
２：流動床式焼却炉（熱処理炉）
３：空気供給機構
４：第２熱交換器
５：第１熱交換器
１０：煙道
３０：押込み送風機
４０：過給機
４０ｃ：コンプレッサ
４０ｔ：タービン
５０：入熱量調整機構
５１：バイパス路
５２：流量調整機構（ニードル弁）
５５：圧力開放機構
５６：バイパス路（開放路）
５７：開放弁機構（ボール弁）
７０：制御部
７５：インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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