(57)【要約】【課題】二段燃焼炉を備える廃棄物処理設備において、予熱器で受けたエネルギーの損失を低減可能なものを提供すること。【解決手段】廃棄物処理設備であって、一次酸素含有ガスの供給を受ける一次供給部（２２ａ）を含む一次燃焼部（２０）と二次酸素含有ガスの供給を受ける二次供給部（３２ａ）を含む二次燃焼部（３０）とを有する二段燃焼炉（１０）と、圧縮機（４１）及びタービン（４２）を含む過給機（４０）と、圧縮機（４１）から吐出された一次酸素含有ガスを加熱する予熱器（５０）と、圧縮機（４１）から吐出された一次酸素含有ガスを一次燃焼部（２０）に供給する一次ガス供給流路（６０）と、一次ガス供給流路（６０）から独立しており、二次酸素含有ガスを当該二次酸素含有ガスの圧力がタービン（４２）から排出された一次酸素含有ガスの圧力よりも低い状態で少なくとも二次供給部（３２ａ）に供給する二次ガス供給部（７０）と、を備えること。【選択図】図１
2019190775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を処理する廃棄物処理設備であって、
酸素を含むガスである一次酸素含有ガスの供給を受ける一次供給部を含むとともに前記廃棄物を加熱することによって熱分解ガスを生じさせる一次燃焼部と、酸素を含むガスである二次酸素含有ガスの供給を受ける二次供給部を含むとともに前記熱分解ガスを燃焼させる二次燃焼部と、を有する二段燃焼炉と、
前記一次酸素含有ガスを圧縮する圧縮機、及び、前記圧縮機に接続されており当該圧縮機を駆動可能なタービンを含む過給機と、
前記圧縮機から吐出された前記一次酸素含有ガスと前記二段燃焼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一次酸素含有ガスを加熱する予熱器と、
前記圧縮機、前記予熱器、前記タービン及び前記一次供給部をこの順に接続しており、前記圧縮機から吐出された前記一次酸素含有ガスを前記一次燃焼部に供給する一次ガス供給流路と、
前記一次ガス供給流路から独立しており、前記二次酸素含有ガスを当該二次酸素含有ガスの圧力が前記タービンから排出された一次酸素含有ガスの圧力よりも低い状態で少なくとも前記二次供給部に供給する二次ガス供給部と、を備える、廃棄物処理設備。
【請求項２】
請求項１に記載の廃棄物処理設備において、
前記一次燃焼部は、
前記一次供給部を含み、前記一次供給部を通じて供給された前記一次酸素含有ガスによって流動媒体を流動化させることにより形成される流動床で前記廃棄物を燃焼させるライザーと、
前記ライザーから排出された前記流動媒体及び排ガスを前記流動媒体と前記排ガスとに分離するサイクロンと、
前記サイクロンで分離された前記流動媒体を前記ライザーに戻す戻し部と、を有し、
前記二次燃焼部は、前記サイクロンから排出された排ガスを前記二次酸素含有ガスとともに燃焼させる、廃棄物処理設備。
【請求項３】
請求項２に記載の廃棄物処理設備において、
前記二次ガス供給部は、
前記二次酸素含有ガスを送る送風機と、
前記送風機と前記二次供給部とを接続する二次ガス供給流路と、を含む、廃棄物処理設備。
【請求項４】
請求項３に記載の廃棄物処理設備において、
前記二次ガス供給部は、前記二次ガス供給流路に設けられており前記二次酸素含有ガスを加熱する加熱器をさらに有する、廃棄物処理設備。
【請求項５】
請求項４に記載の廃棄物処理設備において、
前記予熱器から排出された排ガスを前記加熱器に導入する導入流路をさらに備える、廃棄物処理設備。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかに記載の廃棄物処理設備において、
前記ライザーは、前記二次酸素含有ガスの供給を受ける二次ガス供給口をさらに有し、
前記二次ガス供給部は、前記二次ガス供給流路から分岐しており当該二次ガス供給流路を流れる二次酸素含有ガスの一部を前記二次ガス供給口に導く分岐流路をさらに有する、廃棄物処理設備。
【請求項７】
請求項１に記載の廃棄物処理設備において、
前記二次ガス供給部は、
前記二次酸素含有ガスを送る送風機と、
前記送風機と前記二次供給部とを接続する二次ガス供給流路と、を含む、廃棄物処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水の汚泥等の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、コンプレッサ部及びタービン部を含む過給機と、空気予熱器と、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。コンプレッサ部は、外部から吸い込んだ空気を圧縮する。タービン部は、コンプレッサ部に接続されており当該コンプレッサ部を駆動する。空気予熱器は、コンプレッサ部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、コンプレッサ部、空気予熱器、タービン部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、コンプレッサ部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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２７７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるような廃棄物処理設備において、焼却炉として、二段燃焼炉、すなわち、廃棄物を加熱することによって熱分解ガスを生じさせる一次燃焼部と、一次燃焼部で生じた熱分解ガスを燃焼させる二次燃焼部と、を有するものが利用されると、エネルギー損失が生じる場合がある。具体的に、上記廃棄物処理設備において焼却炉として二段燃焼炉が用いられる場合、過給機から排出された空気の一部を一次燃焼部に導くとともに、前記空気の残部を二次燃焼部に導くことが考えられるが、過給機から排出された空気のうち二次燃焼部に導かれる空気を減圧させることが必要となる。この減圧により、予熱器で受けたエネルギーの一部が失われる。
【０００５】
本発明の目的は、二段燃焼炉を備える廃棄物処理設備において、予熱器で受けたエネルギーの損失を低減可能なものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、酸素を含むガスである一次酸素含有ガスの供給を受ける一次供給部を含むとともに前記廃棄物を加熱することによって熱分解ガスを生じさせる一次燃焼部と、酸素を含むガスである二次酸素含有ガスの供給を受ける二次供給部を含むとともに前記熱分解ガスを燃焼させる二次燃焼部と、を有する二段燃焼炉と、前記一次酸素含有ガスを圧縮する圧縮機、及び、前記圧縮機に接続されており当該圧縮機を駆動可能なタービンを含む過給機と、前記圧縮機から吐出された前記一次酸素含有ガスと前記二段燃焼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一次酸素含有ガスを加熱する予熱器と、前記圧縮機、前記予熱器、前記タービン及び前記一次供給部をこの順に接続しており、前記圧縮機から吐出された前記一次酸素含有ガスを前記一次燃焼部に供給する一次ガス供給流路と、前記一次ガス供給流路から独立しており、前記二次酸素含有ガスを当該二次酸素含有ガスの圧力が前記タービンから排出された一次酸素含有ガスの圧力よりも低い状態で少なくとも前記二次供給部に供給する二次ガス供給部と、を備える、廃棄物処理設備を提供する。
【０００７】
本廃棄物処理設備では、一次燃焼部には過給機によって一次酸素含有ガス（空気等）が供給され、二次燃焼部には、一次ガス供給流路から独立した二次ガス供給部によって一次酸素含有ガスよりも低圧の二次酸素含有ガス（空気等）が供給される。よって、過給機のタービンから排出された一次酸素含有ガスの一部が減圧されて二次燃焼部に供給される場合とは異なり、一次酸素含有ガスが予熱器で受けたエネルギーの損失が回避される。
【０００８】
さらに、前記一次燃焼部は、前記一次供給部を含み、前記一次供給部を通じて供給された前記一次酸素含有ガスによって流動媒体を流動化させることにより形成される流動床で前記廃棄物を燃焼させるライザーと、前記ライザーから排出された前記流動媒体及び排ガスを前記流動媒体と前記排ガスとに分離するサイクロンと、前記サイクロンで分離された前記流動媒体を前記ライザーに戻す戻し部と、を有し、前記二次燃焼部は、前記サイクロンから排出された排ガスを前記二次酸素含有ガスとともに燃焼させることが好ましい。
【０００９】
この態様では、過給機の制御が簡素化される。具体的に、ライザー、サイクロン及び戻し部を有するいわゆる循環式の二段燃焼炉は、当該炉に必要な酸素含有ガスのうち相対的に高圧の一次酸素含有ガスの必要量が少なく、相対的に低圧の二次酸素含有ガスの必要量が多くなる。よって、一次燃焼部への一次酸素含有ガスの供給量の調整のための過給機の制御が簡素化される。
【００１０】
この場合において、前記二次ガス供給部は、前記二次酸素含有ガスを送る送風機と、前記送風機と前記二次供給部とを接続する二次ガス供給流路と、を含むことが好ましい。
【００１１】
さらにこの場合において、前記二次ガス供給部は、前記二次ガス供給流路に設けられており前記二次酸素含有ガスを加熱する加熱器をさらに有することが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、二次燃焼部での燃料の消費量が低減される。
【００１３】
加えて、前記予熱器から排出された排ガスを前記加熱器に導入する導入流路をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、加熱器において前記二次酸素含有ガスと予熱器から排出された排ガスの熱を熱交換させることによって有効に前記二次酸素含有ガスが加熱される。よって、二次酸素含有ガスを加熱するために排ガスとは異なる別の熱源が利用される場合に比べて燃費が向上する。また、排ガス流路において予熱器の上流側に加熱器が設けられる場合（加熱器から排出された排ガスが予熱器に導入される場合）に比べ、一次酸素含有ガスが予熱器において回収する熱量が多く確保されるので、一次酸素含有ガスがタービンを通過することによる当該一次酸素含有ガスの温度の低下が抑制される。
【００１５】
また、前記ライザーは、前記二次酸素含有ガスの供給を受ける二次ガス供給口をさらに有し、前記二次ガス供給部は、前記二次ガス供給流路から分岐しており当該二次ガス供給流路を流れる二次酸素含有ガスの一部を前記二次ガス供給口に導く分岐流路をさらに有することが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、送風機によってライザーへの酸素含有ガスの総供給量を調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、二段燃焼炉を備える廃棄物処理設備において、予熱器で受けたエネルギーの損失を低減可能なものを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の廃棄物処理設備の概略を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態の廃棄物処理設備の概略を示す図である。
【図３】第１実施形態の廃棄物処理設備の比較例の概略を示す図である。
【図４】第２実施形態の廃棄物処理設備の比較例の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の廃棄物処理設備について、図１を参照しながら説明する。
【００２０】
図１に示されるように、本実施形態の廃棄物処理設備は、二段燃焼炉１０と、過給機４０と、予熱器５０と、一次ガス供給流路６０と、二次ガス供給部７０と、導入流路８０と、を備えている。
【００２１】
二段燃焼炉１０は、下水の汚泥等の廃棄物（本実施形態では脱水汚泥）を焼却する炉である。本実施形態では、二段燃焼炉１０は、廃棄物を加熱することによって熱分解ガスを生じさせる一次燃焼部２０と、一次燃焼部２０で生じた熱分解ガスを燃焼させる二次燃焼部３０と、を有する。一次燃焼部２０は、酸素を含むガスである一次酸素含有ガス（空気等）の供給を受ける一次供給部２２ａを有している。二次燃焼部３０は、酸素を含むガスである二次酸素含有ガス（空気等）の供給を受ける二次供給部３２ａを有している。
【００２２】
本実施形態では、二段燃焼炉１０として、いわゆる循環式の二段燃焼炉が用いられている。具体的に、一次燃焼部２０は、一次供給部２２ａを含むライザー２２と、サイクロン２４と、戻し部２６と、を有する。ライザー２２は、一次供給部２２ａを通じて供給された一次酸素含有ガスによって流動媒体を流動化させることにより形成される流動床で廃棄物を燃焼させる。また、ライザー２２は、二次酸素含有ガスの供給を受ける二次ガス供給口２２ｂを有している。サイクロン２４は、ライザー２２から排出された流動媒体及び排ガスを流動媒体と排ガスとに分離する。戻し部２６は、サイクロン２４で分離された流動媒体をライザー２２に戻す。この戻し部２６に廃棄物が供給される。ただし、廃棄物は、ライザー２２に供給されてもよい。二次燃焼部３０は、サイクロン２４から排出された排ガスを二次供給部３２ａを通じて供給された二次酸素含有ガスとともに完全燃焼させる。
【００２３】
過給機４０は、圧縮機４１と、タービン４２と、を有している。圧縮機４１は、一次酸素含有ガスを圧縮する。タービン４２は、圧縮機４１に接続されている。このため、タービン４２の回転により圧縮機４１が駆動される。
【００２４】
予熱器５０は、二段燃焼炉１０の二次燃焼部３０から排出された排ガスによって圧縮機４１から吐出された一次酸素含有ガスを加熱する。
【００２５】
一次ガス供給流路６０は、圧縮機４１、予熱器５０、タービン４２及び一次供給部２２ａをこの順に接続している。このため、圧縮機４１から吐出された一次酸素含有ガスは、予熱器５０及びタービン４２を経由して一次燃焼部２０のライザー２２に供給される。なお、一次ガス共有流路６０のうちタービン４２とライザー２２との間の部位の温度は、４００〜７００℃程度であり、圧力は、１０〜３５ｋＰａ程度である。
【００２６】
二次ガス供給部７０は、二次酸素含有ガスを少なくとも二次燃焼部３０に供給する。二次ガス供給部７０は、一次ガス供給流路６０から独立しており、二次酸素含有ガスを当該二次酸素含有ガスの圧力がタービン４２から排出された一次酸素含有ガスの圧力よりも低い状態で少なくとも二次供給部３２ａに供給する。具体的に、二次ガス供給部７０は、一次酸素含有ガスの圧力よりも低圧の二次酸素含有ガスを送る送風機７２と、送風機７２と二次供給部３２ａとを接続する二次ガス供給流路７４と、二次ガス供給流路７４に設けられており二次酸素含有ガスを加熱する加熱器７６と、を有する。なお、二次ガス供給流路７４のうち加熱器７６の下流側の部位の温度は、２００〜７００℃程度（加熱器７６がない場合は常温）であり、圧力は、３〜１０ｋＰａ程度である。本実施形態では、二次ガス供給流路７４のうち加熱器７６と二次燃焼部３０との間の部位から分岐流路７７が分岐している。分岐流路７７の下流側の端部は、二次ガス供給口２２ｂに接続されている。つまり、ライザー２２の上部には、一次酸素含有ガスよりも低圧の二次酸素含有ガスが送風機７２から供給される。なお、二次燃焼部３０及びライザー２２の上部には、複数箇所から二次酸素含有ガスが供給される。また、例えば、過給機４０によって一次供給部２２ａに空気比０．５程度の流量の一次酸素含有ガスが供給され、送風機７２によって二次ガス供給口２２ｂに空気比０．３程度の流量の二次酸素含有ガスが供給され、送風機７２によって二次供給部３２ａに空気比０．５程度の流量の二次酸素含有ガスが供給される。
【００２７】
本実施形態では、二次燃焼部３０への二次酸素含有ガスの供給量を制御する制御部７８を備えている。制御部７８は、二次ガス供給流路７４のうち加熱器７６と二次燃焼部３０との間の部位に設けられた流量センサ７９の検出値に基づいて送風機７２の回転数を制御する。ただし、二次ガス供給流路７４にバルブ７５が設けられ、制御部７８は、流量センサ７９の検出値に基づいてバルブ７５の開度を制御してもよい。あるいは、制御部７８は、二次燃焼部３０から排出された排ガスの酸素濃度（二次燃焼部３０と予熱器５０とを接続する煙道に設けられた酸素濃度センサ８１の検出値）に基づいて、送風機７２の回転数又はバルブ７５の開度を制御してもよい。また、流量センサ７９の検出値に基づく制御か酸素濃度センサ８１の検出値に基づく制御かは、例えばオペレータにより切り替えられる。
【００２８】
導入流路８０は、予熱器５０から排出された排ガスを加熱器７６に導入するための流路である。つまり、加熱器７６では、予熱器５０から排出された排ガスによって二次酸素含有ガスが加熱される。なお、加熱器７６から排出された排ガスは、白煙防止器を経由し、排ガス処理設備で処理される。なお、加熱器７６の下流側に、蒸気ボイラ、温水ボイラ等の排熱回収設備があってもよい。
【００２９】
以上に説明したように、本実施形態の廃棄物処理設備では、一次燃焼部２０には過給機４０によって一次酸素含有ガス（空気等）が供給され、二次燃焼部３０には、一次ガス供給流路６０から独立した二次ガス供給部７０によって一次酸素含有ガスよりも低圧の二次酸素含有ガス（空気等）が供給される。よって、図３に示されるような、過給機４０のタービン４２から排出された一次酸素含有ガスの一部が減圧弁Ｖ等によって減圧されて二次燃焼部３０及び二次ガス供給口２２ｂに供給される場合とは異なり、一次酸素含有ガスが予熱器５０で受けたエネルギーの損失が回避される。
【００３０】
また、本実施形態では、二段燃焼炉１０としていわゆる循環式のものが用いられているので、過給機４０の制御が簡素化される。具体的に、循環式の二段燃焼炉１０は、当該炉に必要な酸素含有ガスのうち相対的に高圧の一次酸素含有ガスの必要量が少なく、相対的に低圧の二次酸素含有ガスの必要量が多くなる。よって、一次燃焼部２０への一次酸素含有ガスの供給量の調整のための過給機４０の制御が簡素化される。例えば、過給機４０の制御（タービン４２の回転数をインバータ制御すること等）を行うことなく、二次燃焼部３０への二次酸素含有ガスの供給量（送風機７２の回転数又はバルブ７５の開度）の制御のみとすることが可能となる。つまり、全体の空気比を最適とするための制御を、二次燃焼部３０への二次酸素含有ガスの供給量の制御のみで行うことが可能となる。
【００３１】
また、二次ガス供給部７０は、二次ガス供給流路７４に設けられた加熱器７６を有するので、二次燃焼部３０での燃料の消費量が低減される。
【００３２】
さらに、本実施形態では、導入流路８０を備えるので、予熱器５０から排出された排ガスの熱で加熱器７６において有効に二次酸素含有ガスが加熱される。よって、二次酸素含有ガスを加熱するために排ガスとは異なる別の熱源が利用される場合に比べて燃費が向上する。また、排ガス流路において予熱器５０の上流側に加熱器７６が設けられる場合（加熱器７６から排出された排ガスが予熱器５０に導入される場合）に比べ、一次酸素含有ガスが予熱器５０において回収する熱量が多く確保されるので、一次酸素含有ガスがタービン４２を通過することによる当該一次酸素含有ガスの温度の低下が抑制される。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、図２を参照しながら、本発明の第２実施形態の廃棄物処理設備について説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。
【００３４】
本実施形態では、二段燃焼炉１０として、循環式のものではなくいわゆる気泡式のものが用いられている。この気泡式の二段燃焼炉１０は、単一の炉内に一次燃焼部２０と二次燃焼部３０とを有している。一次燃焼部２０は、前記炉の下部に形成されており、一次供給部２２ａを通じて供給された一次酸素含有ガスで流動媒体を流動化させることにより形成された流動床で廃棄物を燃焼させるとともに、熱分解ガスを生じさせる。二次燃焼部３０は、前記炉のうち一次燃焼部２０の上部に形成されており、一次燃焼部２０で生じた熱分解ガスを二次供給部３２ａを通じて供給された二次酸素含有ガスとともに完全燃焼させる。なお、二次酸素含有ガスは、炉のうち同心円上に互いに間隔を置いて配置された複数箇所から、または、炉のうち高さ方向について互いに異なる位置に配置された複数の箇所から、あるいは、単一の部位から炉内の複数の方向に向けて、二次燃焼部３０に供給される。また、例えば、過給機４０によって一次供給部２２ａに空気比１．０〜１．３程度の流量の一次酸素含有ガスが供給され、送風機７２によって二次ガス供給口２２ｂに空気比０〜０．３程度の流量の二次酸素含有ガスが供給される。
【００３５】
この実施形態においても、一次燃焼部２０には過給機４０によって一次酸素含有ガス（空気等）が供給され、二次燃焼部３０には、一次ガス供給流路６０から独立した二次ガス供給部７０によって一次酸素含有ガスよりも低圧の二次酸素含有ガス（空気等）が供給される。よって、図４に示されるような、過給機４０のタービン４２から排出された一次酸素含有ガスの一部が減圧弁Ｖ等によって減圧されて二次燃焼部３０に供給される場合とは異なり、一次酸素含有ガスが予熱器５０で受けたエネルギーの損失が回避される。
【００３６】
また、本実施形態では、制御部７８は、一次燃焼部２０に供給される一次酸素含有ガスの流量（一次ガス供給流路６０のうちタービン４２と一次燃焼部２０との間の部位に設けられた流量センサ８２の検出値）、二次燃焼部３０に供給される二次酸素含有ガスの流量（流量センサ７９の検出値）、二次燃焼部３０から排出された排ガスの酸素濃度（酸素濃度センサ８１の検出値）に基づいて、一次燃焼部２０に供給される一次酸素含有ガスの流量を制御する一次酸素含有ガス流量制御を行う。具体的に、一次酸素含有ガス流量制御は、一次ガス供給流路６０のうちタービン４２と一次燃焼部２０との間の部位に接続された排気流路９０に設けられた排気弁９１の開度を調整することにより行われる。
【００３７】
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。
【００３８】
例えば、加熱器７６は、排ガス流路において予熱器５０の上流側に設けられてもよいし、排ガス流路において予熱器５０に対して並列となるように設けられてもよい。
【００３９】
また、制御部７８は、第１実施形態においても、前記一次酸素含有ガス流量制御を行ってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０    二段燃焼炉
２０    一次燃焼部
２２    ライザー
２２ａ  一次供給部
２２ｂ  二次ガス供給口
２４    サイクロン
２６    戻し部
３０    二次燃焼部
３２ａ  二次供給部
４０    過給機
４１    圧縮機
４２    タービン
５０    予熱器
６０    一次ガス供給流路
７０    二次ガス供給部
７２    送風機
７４    二次ガス供給流路
７６    加熱器
７７    分岐流路
７８    制御部
８０    導入流路
【図１】
2019190775.tif 000003
【図２】
2019190775.tif 000004
【図３】
2019190775.tif 000005
【図４】
2019190775.tif 000006