(57)【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、
前記熱交換器を通過することなく前記タービンに供給される燃焼用空気を加温する加温手段と、
前記コンプレッサから出力される圧縮空気の少なくとも一部を前記熱交換器を通過することなく前記タービンに導くバイパス経路と、
を備え、
前記バイパス経路に前記加温手段が設けられている廃棄物処理設備。
【請求項２】
前記コンプレッサから出力される圧縮空気を前記熱交換器に供給するか前記バイパス経路に供給するかを切り替える流路切替機構を備えている請求項１記載の廃棄物処理設備。
【請求項３】
前記コンプレッサから出力される圧縮空気の前記熱交換器への供給量と前記バイパス経路への供給量を調整する流量調整機構を備えている請求項１または２記載の廃棄物処理設備。
【請求項４】
前記バイパス経路と前記熱交換器の出口経路の合流部から前記タービンの入口までの間に設置された温度センサと、
前記温度センサによる検出温度に基づいて、前記加温手段から前記タービンに供給される予熱空気の温度及び／または前記流量調整機構を調整する制御部と、
を備えている請求項３記載の廃棄物処理設備。
【請求項５】
前記加温手段へ燃焼用空気を予備圧縮して供給する押込み送風機を備えている請求項１から４の何れかに記載の廃棄物処理設備。
【請求項６】
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を備えている請求項５記載の廃棄物処理設備。
【請求項７】
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、
前記コンプレッサから出力される圧縮空気を前記熱交換器を通過することなく前記タービンに導くことが可能なバイパス経路と、
を備えている廃棄物処理設備の運転方法であって、
前記コンプレッサから出力される圧縮空気を専ら前記バイパス経路を経由しつつ加温して前記タービンに供給する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記コンプレッサから出力される圧縮空気の一部を前記熱交換器に供給して、前記バイパス経路を経由しつつ加温した圧縮空気とともに前記タービンに供給する第２工程と、
を含む廃棄物処理設備の運転方法。
【請求項８】
前記熱処理炉の炉内燃焼温度及び／または前記煙道の排ガス温度を指標にして、前記第１工程から前記第２工程に移行するように構成されている請求項７記載の廃棄物処理設備の運転方法。
【請求項９】
前記第２工程の後に、加温を止めて、前記コンプレッサから出力される圧縮空気を専ら前記熱交換器を経由して前記タービンに供給する第３工程をさらに備えている請求項７または８記載の廃棄物処理設備の運転方法。
【請求項１０】
前記熱処理炉の炉内燃焼温度、前記煙道の排ガス温度及び／または燃焼用空気の予熱温度を指標にして、前記第２工程から前記第３工程に移行するように構成されている請求項９記載の廃棄物処理設備の運転方法。
【請求項１１】
前記第３工程の後に、前記コンプレッサから出力される圧縮空気の一部を前記バイパス経路へ供給して、前記熱交換器を経由した圧縮空気とともに前記タービンに供給する第４工程をさらに備えている請求項９または１０記載の廃棄物処理設備の運転方法。
【請求項１２】
前記第４工程は、前記熱処理炉の炉内燃焼温度及び／または前記煙道の排ガス温度を指標にして、前記コンプレッサから出力される圧縮空気の前記熱交換器への供給量と前記バイパス経路への供給量とを調整するように構成されている請求項１１記載の廃棄物処理設備の運転方法。
【請求項１３】
前記第４工程は、前記熱処理炉の炉内燃焼温度、前記煙道の排ガス温度及び／またはタービン入り口温度を指標にして、前記バイパス経路を経由する圧縮空気を加温するか止めるかを切り替えるように構成されている請求項１１または１２記載の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】
特許文献１には、図１０に示すように、流動床式焼却炉１０２と、流動床式焼却炉１０２からの排ガスとの連続的なガス−ガス熱交換により流動床式焼却炉１０２に供給する燃焼用圧縮空気の予熱を行う第１の予熱器１０３と、第１の予熱器１０３で加熱されて流動床式焼却炉１０２に向かう燃焼用圧縮空気によってタービン１０４ａが回転され、この回転によってコンプレッサ１０４ｂで第１の予熱器１０３に供給する圧縮空気の生成および送風を行なう第１の過給機１０４と、第１の予熱器１０３より上流側に設けられ運転開始時にタービン１０４ａを回転させる第１の始動用空気供給装置１０５を備えた廃棄物処理設備１００が開示されている。
【０００４】
第１の始動用空気供給装置１０５としてブロワや圧縮機等が用いられ、始動用空気供給装置から燃焼用空気を供給して、始動バーナ１１４ａの着火、炉の昇温を行ないその過程で過給機１０４のコンプレッサ空気と燃焼空気との流路をバルブ等で切り換えるように構成されている。即ち、始動時にはバルブ１０６ｂを閉じるとともにバルブ１０６ａを開放し、同時にバルブ１０６ｃを開放してコンプレッサ１０４ｂからの空気を大気に逃がす。炉が立ち上がると、バルブ１０６ａ，１０６ｃを閉じるとともにバルブ１０６ｂを開放し、コンプレッサ１０４ｂからの空気を第１の予熱器１０３に供給するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８３１３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した廃棄物処理設備では、始動バーナ１１４ａを着火して炉を昇温する流動床式焼却炉の立上げ時の昇温初期段階で、流動床式焼却炉１０２からの排ガスにより燃焼用圧縮空気を予熱することができず、過給機１０４を用いることによる送風や増圧効果が得られないという問題があった。
【０００７】
また、流動床式焼却炉１０２の立上げ時に始動バーナ１１４ａの火炎で流動床を構成する砂層が局所的に加熱され、その過程で流動床の温度分布が不均一な状態で昇温するために昇温効率が悪く、加えて始動バーナ１１４ａの火炎によって炉内で副次的に加熱されて徐々に昇温した燃焼空気が排ガスとなって炉内から予熱器１０３に導かれるため、予熱器１０３での燃焼用空気との熱交換効率が低い状態が長くなり、結果として廃棄物処理設備１００の立ち上がり時間が長くなるという問題もあった。
【０００８】
さらに、過給機１０４と煙道に備えた予熱器１０３とは長い管路で接続されているため、始動用空気供給装置１０５から供給された燃焼用空気が煙道に備えた予熱器を経由してタービン１０４ａに供給される間に大きな圧損が生じる。廃棄物処理設備１００の立ち上げ時に、昇温に寄与しない予熱器１０３を経由して燃焼用空気を供給するのは、圧損が増加するという点においても問題があった。
【０００９】
さらに、過給機１０４で加圧された燃焼用空気の供給流路１２０に始動用空気を供給する必要があるため、始動用空気供給装置１０５は高い送風圧力を備える必要があり、始動用空気供給装置１０５に非常に大きな電力を供給する必要があるという問題もあった。
【００１０】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、熱交換器で予熱された燃焼用空気で駆動される過給機を備えた熱処理炉を、エネルギー損失を低減して速やかに立ち上げることができる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】
【００１１】
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特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、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、前記熱交換器を通過することなく前記タービンに供給される燃焼用空気を加温する加温手段と、前記コンプレッサから出力される圧縮空気の少なくとも一部を前記熱交換器を通過することなく前記タービンに導くバイパス経路と、を備え、前記バイパス経路に前記加温手段が設けられている点にある。
【００１２】
熱処理炉の昇温初期から加温手段で加温された燃焼用空気が過給機に供給され、過給機によって増圧された高温の燃焼用空気が熱処理炉に投入されるので、始動バーナの火炎で昇温する場合に比較して炉内温度分布が比較的均一な状態で速やかに昇温されるようになる。しかも熱交換器を通過することなく圧損が小さい状態で燃焼用空気が過給機に供給されるので、送風に要するエネルギーも低減できるようになる。そして、熱処理炉の昇温初期にコンプレッサから出力される圧縮空気は、熱交換器を通過することなく、従って大きな通風圧損が生じることなくバイパス経路を流れ、バイパス経路に備えた加温手段で加熱されてタービンに導かれるようになるので、コンプレッサで増圧された燃焼用空気が効率的に加温手段に供給されるようになる。
【００１３】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記コンプレッサから出力される圧縮空気を前記熱交換器に供給するか前記バイパス経路に供給するかを切り替える流路切替機構を備えている点にある。
【００１４】
コンプレッサから出力される圧縮空気が流路切替機構によって熱交換器またはバイパス経路の何れかに切替供給されるので、柔軟かつ効率的に熱処理炉を立ち上げることができる。例えば熱交換器による熱交換効率が低い熱処理炉の昇温初期には専らバイパス経路を経由して圧縮空気を供給することで熱処理炉を安定的に立上げ、熱交換器による熱交換効率が高くなる熱処理炉の昇温後には専ら熱交換器を経由して圧縮空気を供給することで効率的に熱回収することができるようになる。また、例えば熱処理炉が高温になると加温手段を停止した状態でバイパス経路を経由して圧縮空気を供給することで炉内温度が低下するように調整することも可能になる。
【００１５】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記コンプレッサから出力される圧縮空気の前記熱交換器への供給量と前記バイパス経路への供給量を調整する流量調整機構を備えている点にある。
【００１６】
流量調整機構により、例えば熱処理炉の立上げ初期には専ら圧縮空気をバイパス経路に供給し、立上げ後には専ら圧縮空気を熱交換器に供給し、熱処理炉がある程度立上った状態ではバイパス経路と熱交換器の双方に圧縮空気を供給するように調整することにより、効率的に熱処理炉を立ち上げることができるようになる。また、例えば定常運転時に熱交換器による予熱温度よりも温度を高めた方がタービンの効率が向上する場合には、流量調整機構により圧縮空気の熱交換器への供給量とバイパス経路への供給量とを調整し、加温手段側の空気を高温に加温して、熱交換器からの予熱空気と合流させることで、熱交換器保護のために制約される温度よりも高温の空気をタービンに送ることが可能になる。
【００１７】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記バイパス経路と前記熱交換器の出口経路の合流部から前記タービンの入口までの間に設置された温度センサと、前記温度センサによる検出温度に基づいて、前記加温手段から前記タービンに供給される予熱空気の温度及び／または前記流量調整機構を調整する制御部と、を備えている点にある。
【００１８】
タービンに供給される圧縮空気の温度が温度センサにより検出される温度になるので、制御部は当該温度を指標にして加温手段により加熱される圧縮空気の温度を調整し、或いは流量調整機構により流量を調整することにより、適切に熱処理炉を立ち上げることができるようになる。また、熱処理炉が立ち上がった後には、流量調整機構により流量を調整することにより炉内温度を調整することも可能になる。
【００１９】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記加温手段へ燃焼用空気を予備圧縮して供給する押込み送風機を備えている点にある。
【００２０】
押込み送風機により予備圧縮された燃焼用空気が加温手段へ供給され、加熱された後にタービンを経由して熱処理炉に供給されるようになる。
【００２１】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第五の特徴構成に加えて、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を備えている点にある。
【００２２】
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へ供給されると、コンプレッサでさらに圧縮されるので、そのような圧縮空気が加温手段に供給されるように構成すれば、さらに効率的に熱処理炉を立ち上げることができるようになる。
【００２３】
本発明による廃棄物処理設備の運転方法の第一特徴構成は、同請求項７に記載した通り、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、前記コンプレッサから出力される圧縮空気を前記熱交換器を通過することなく前記タービンに導くことが可能なバイパス経路と、を備えている廃棄物処理設備の運転方法であって、前記コンプレッサから出力される圧縮空気を専ら前記バイパス経路を経由しつつ加温して前記タービンに供給する第１工程と、前記第１工程の後に、前記コンプレッサから出力される圧縮空気の一部を前記熱交換器に供給して、前記バイパス経路を経由しつつ加温した圧縮空気とともに前記タービンに供給する第２工程と、を含む点にある。
【００２４】
熱処理炉を立ち上げる初期の第１工程では、コンプレッサから出力される圧縮空気は、圧損を招く熱交換器に供給されることなく専らバイパス経路で加温された後にタービンに供給され、熱処理炉が高温の空気で効率的に昇温される。第１工程の後の第２工程では、コンプレッサから出力される圧縮空気の一部が熱交換器に供給されて効果的に熱回収しながら熱処理炉が昇温される。その結果、効率的に熱処理炉を立ち上げることができるようになる。
【００２５】
同第二の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記熱処理炉の炉内燃焼温度及び／または前記煙道の排ガス温度を指標にして、前記第１工程から前記第２工程に移行するように構成されている点にある。
【００２６】
熱処理炉の炉内燃焼温度及び／または煙道の排ガス温度を指標に、適切に熱交換器で熱交換可能な温度になったと判断することができるようになる。
【００２７】
同第三の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記第２工程の後に、加温を止めて、前記コンプレッサから出力される圧縮空気を専ら前記熱交換器を経由して前記タービンに供給する第３工程をさらに備えている点にある。
【００２８】
第２工程を経て熱処理炉が立ち上がった後の第３工程では、バイパス経路が閉鎖されて加温されることなく、専ら熱交換器で回収される廃熱で圧縮空気が加熱されるようになり、熱効率の良い状態で熱処理炉が運転されるようになる。
【００２９】
同第四の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記熱処理炉の炉内燃焼温度、前記煙道の排ガス温度及び／または燃焼用空気の予熱温度を指標にして、前記第２工程から前記第３工程に移行するように構成されている点にある。
【００３０】
熱処理炉の炉内燃焼温度、前記煙道の排ガス温度及び／または燃焼用空気の予熱温度を指標に、適切に熱処理炉が立ち上がった状態であるか否かを判断することができるようになる。
【００３１】
同第五の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第三または第四の特徴構成に加えて、前記第３工程の後に、前記コンプレッサから出力される圧縮空気の一部を前記バイパス経路へ供給して、前記熱交換器を経由した圧縮空気とともに前記タービンに供給する第４工程をさらに備えている点にある。
【００３２】
熱処理炉が立上った後に被処理物の性状変動等の影響で燃焼状態が変動するような場合でも、第４工程によってコンプレッサから出力される圧縮空気の一部がバイパス経路へ供給されることにより、熱交換器での熱交換量が調整され、速やかに安定燃焼状態に回復させることができる。
【００３３】
同第六の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第五の特徴構成に加えて、前記第４工程は、前記熱処理炉の炉内燃焼温度及び／または前記煙道の排ガス温度を指標にして、前記コンプレッサから出力される圧縮空気の前記熱交換器への供給量と前記バイパス経路への供給量とを調整するように構成されている点にある。
【００３４】
熱処理炉の炉内燃焼温度及び／または前記煙道の排ガス温度を指標に、熱処理炉の運転状態を適切に評価でき、速やかに安定燃焼状態に回復させることができる。
【００３５】
同第七の特徴構成は、同請求項１３に記載した通り、上述の第五または第六の特徴構成に加えて、前記第４工程は、前記熱処理炉の炉内燃焼温度、前記煙道の排ガス温度及び／またはタービン入り口温度を指標にして、前記バイパス経路を経由する圧縮空気を加温するか止めるかを切り替えるように構成されている点にある。
【００３６】
熱処理炉の炉内燃焼温度、前記煙道の排ガス温度及び／またはタービン入り口温度を指標に、熱処理炉での燃焼温度が低下傾向にあればバイパス経路を経由した圧縮空気の加温により、タービンを介して熱処理炉に供給される燃焼用空気の温度を上昇させて炉内温度を上昇させることができ、処理炉での燃焼温度が上昇傾向にあれば加温することなくバイパス経路を経由して圧縮空気を供給し、タービンを介して熱処理炉に供給される燃焼用空気の温度を下降させて炉内温度を低下させることができ、何れの場合でも熱処理炉を安定的に操炉することができるようになる。特に過給機の駆動効率が低すぎる場合は、加温手段を使用してタービン入口温度を調整して過給機や熱処理炉を含めた設備全体の効率を向上させることができるようになる。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明した通り、本発明によれば、熱交換器で予熱された燃焼用空気で駆動される過給機を備えた熱処理炉を、エネルギー損失を低減して速やかに立ち上げることができる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】
【００３８】
【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
【図３】（ａ）は流動床式焼却炉の立上げ時のフローチャート、（ｂ）は立上げ後の流動床式焼却炉の燃焼温度調整工程のフローチャート
【図４】（ａ）は砂層（流動層）の各部の温度上昇特性図、（ｂ）は始動バーナによる立上げ時の流動床式焼却炉の温度上昇特性図、（ｃ）は本発明に用いる加温手段（加熱器）による立上げ時の流動床式焼却炉の温度上昇特性図
【図５】別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図６】別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図７】別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図８】別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図９】別実施形態を示す廃棄物処理設備の説明図
【図１０】従来の廃棄物処理設備の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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。
【００４０】
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１が示されている。廃棄物処理設備１は、汚泥が貯留された汚泥貯留槽２０と、汚泥投入機構２１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。
【００４１】
流動床式焼却炉２は、空気供給機構９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２１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処理炉である。図１中、符号１４ａは立ち上げ時に炉を昇温するために用いられる始動バーナ１４ａであり、符号１４ｂは立上げ後に炉内温度を調整するための補助バーナである。本発明では始動バーナ１４ａに替えて加温手段として機能する後述の加熱器５が用いられる。
【００４２】
流動床式焼却炉２の煙道に沿って、廃熱を利用して燃焼用空気を予熱する熱交換器３、煤塵を捕集する集塵装置３０、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３１等が順に配置されている。
【００４３】
排煙処理塔３１の下流側には炉内を負圧に維持する誘引送風機３２が設けられ、誘引送風機３２によって誘引された排ガスが煙突３３から排気される。
【００４４】
上述した空気供給機構９は、熱交換器３と、過給機４と、加熱器５と、押込み送風機１１等を備えている。押込み送風機１１により１〜１９ｋＰａに予備圧縮された燃焼用空気が送風路１２を介して過給機４を構成するコンプレッサ４ｂの給気口に供給され、コンプレッサ４ｂで０．１〜０．３ＭＰａに圧縮された空気が通風路１３を介して熱交換器３に供給され、熱交換器３で予熱された後に通風路１５を介してタービン４ａに供給され、タービン４ａ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。
【００４５】
コンプレッサ４ｂで圧縮された空気は、熱交換器３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４ａに供給される。
【００４６】
熱交換器３で予熱された圧縮空気がタービン４ａに供給されることによってタービン４ａが回転駆動され、さらに駆動軸と連結されたコンプレッサ４ｂが駆動されるようになる。タービン４ａ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。
【００４７】
押込み送風機１１により予備圧縮された燃焼用空気が過給機４のコンプレッサ４ｂに供給されるので、コンプレッサ４ｂのみならず押込み送風機１１によっても圧縮された空気が、熱交換器３で予熱されるようになる。これにより、タービン４ａの膨張仕事量が、コンプレッサ４ｂの圧縮仕事量以上になり、過給機４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。
【００４８】
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。
【００４９】
しかし、図２（ｂ）に示すように、コンプレッサ４ｂ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４ａ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４ａでの膨張仕事量ｘがコンプレッサ４ｂでの圧縮仕事量ｙより少なくなり（ｘ＜ｙ）、過給機４の駆動を維持できなくなる。
【００５０】
そこで、本発明では、押込み送風機１１から送風路１２を介してコンプレッサ４ｂに空気を供給するように構成されている。
【００５１】
図２（ｃ）に示すように、押込み送風機１１により予備圧縮された燃焼用空気がコンプレッサ４ｂの給気口に供給されるので、コンプレッサ４ｂ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４の駆動を維持させることができるようになる。
【００５２】
また、過給機４を使用しない場合よりも押込み送風機１１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１１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１１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４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４による動力コストの低減効果を得られる。
【００５３】
本発明による廃棄物処理設備では、エネルギー損失を低減して速やかに立ち上げることができるように、空気供給機構９に加熱器５を備えている。詳述すると、コンプレッサ４ｂから出力される圧縮空気を熱交換器３に導く通風路１３と、熱交換器３を通過した圧縮空気をタービン４ａに導く通風路１５との間に、熱交換器３を通過せずにコンプレッサ４ｂからタービン４ａに圧縮空気を導くバイパス経路７が過給機４の近傍で分岐接続され、当該バイパス経路７に加熱器５が設置されている。
【００５４】
バイパス経路７が過給機４の近傍に設置されているため、コンプレッサ４ｂからの圧縮空気をバイパス経路７を介してタービン４ａに導く場合、通風路１３、加熱器５、通風路１５を経由してタービン４ａに導く場合と比較して圧力損失が大幅に低減される。
【００５５】
バイパス経路７のうち加熱器５の上流側にダンパ６ａが設置されるとともに、通風路１３のうちバイパス経路７との分岐点より下流側にダンパ６ｂが設置され、ダンパ６ａ，６ｂを開閉することによりコンプレッサ４ｂから供給される圧縮空気を熱交換器３に供給するかバイパス経路７に供給するかを切り替える流路切替機構８ａが設けられている。
【００５６】
ダンパ６ａを全開してダンパ６ｂを閉塞すると、コンプレッサ４ｂから出力される圧縮空気の全量がバイパス経路７に導かれ、ダンパ６ａを閉塞してダンパ６ｂを全開すると、コンプレッサ４ｂから出力される圧縮空気の全量が熱交換器３に導かれる。
【００５７】
さらに、ダンパ６ａ，６ｂの開度を調整することにより、バイパス経路７に導かれる圧縮空気の供給量と熱交換器３に導かれる圧縮空気の供給量の比率を調整することができるように構成されている。即ち、流路切替機構８ａは流量調整機構８ｂとしても機能するように構成されている。
【００５８】
流動床式焼却炉２を安定的に且つ速やかに立ち上げるように、また立上った後には流動床式焼却炉２が安定的に運転されるように、空気供給機構９等を制御する制御部１０が設けられている。
【００５９】
熱交換器３からタービン４ａに到る通風路１５とバイパス経路７との合流部からタービン４ａの入口までの間に温度センサＴＳ１が設けられ、制御部１０は温度センサＴＳ１による検出温度に基づいて、加熱器５からタービン４ａに供給される予熱空気の温度及び／または流量調整機構８ｂを調整するように構成されている。
【００６０】
また、流動床式焼却炉２の砂層の上方空間であるフリーボード部で燃焼した排ガス温度を検出するために、フリーボード部またはフリーボード部の出口近傍の煙道に温度センサＴＳ２が設置され、制御部１０は、温度センサＴＳ２により検出される温度に基づいて、熱交換器３等からタービン４ａに供給される予熱空気の温度及び／または流量調整機構８ｂを調整するように構成されている。
【００６１】
流動床式焼却炉２の立上げ時には、制御部１０によって、コンプレッサ４ｂから出力される圧縮空気の熱交換器３への供給を阻止した状態で、加熱器５を始動してタービン４ａに予熱空気を供給する第１工程と、流動床式焼却炉２の炉内燃焼温度及び／または煙道の排ガス温度を指標にして、コンプレッサ４ｂから出力される圧縮空気の熱交換器３への供給量を調整する第２工程と、流動床式焼却炉２の炉内燃焼温度、煙道の排ガス温度及び／または燃焼用空気の余熱温度を指標にして、加熱器５を停止してバイパス経路７を閉鎖する第３工程とが実行される。
【００６２】
また、流動床式焼却炉２の立上げ後には、制御部１０によって、加熱器５を停止した状態で、流動床式焼却炉２の炉内燃焼温度及び／または煙道の排ガス温度を指標にして、コンプレッサ４ｂから出力される圧縮空気の熱交換器３への供給量とバイパス経路７への供給量とを調整する第４工程が実行される。
【００６３】
図３に示すように、制御部１０は、流動床式焼却炉２の立上げ時、つまり炉内の温度が低い昇温初期には、ダンパ６ｂを閉鎖するとともにダンパ６ａを開放して、コンプレッサ４ｂから出力される圧縮空気を全てバイパス経路７へ供給して（Ｓ１）、加熱器５によって圧縮空気を予熱する。予め設定された立上げ時の圧縮空気の昇温カーブに基づいて加熱器５による圧縮空気の加熱温度が次第にまたはステップ的に上昇するように調整される（Ｓ２）。
【００６４】
流動床式焼却炉２の砂層の温度が次第に上昇して排ガス温度つまり温度センサＴＳ２で検出される温度が定常状態の温度よりも低い所定の立上げ温度Ｔ１に達したか否かが判断され（Ｓ３）、立上げ温度Ｔ１未満であれば専ら加熱器５により加熱された圧縮空気が流動床式焼却炉２に供給される。これらの工程が第１工程となる。ここで、所定の立上げ温度Ｔ１とは熱交換器３により圧縮空気がある程度の熱交換効率で熱交換可能になる温度をいう。
【００６５】
排ガス温度が立上げ温度Ｔ１以上になれば第２工程が実行され、閉塞状態であったダンパ６ｂの開度が調整されるとともに、開放状態であったダンパ６ａの開度が絞り方向に調整される（Ｓ４）。具体的には温度センサＴＳ１により検出される温度が上述した立上げ時の圧縮空気の昇温カーブとなるように、コンプレッサ４ｂから出力される圧縮空気の熱交換器３への供給量と加熱器５への供給量の比率が調整される（Ｓ６）。この時、同時に加熱器５による圧縮空気の加熱量が調整されるように構成してもよく、その場合には加熱器５で消費される化石燃料を低減することができる。
【００６６】
温度センサＴＳ２で検出される温度が目標とする定常温度Ｔ２になれば（Ｓ６）、第３工程が実行されてダンパ６ａが閉塞されるとともに加熱器５が停止される（Ｓ７）。
【００６７】
図３（ｂ）に示すように、流動床式焼却炉２が立ち上がると、被焼却物である汚泥の持込み熱量等に起因する炉内温度の変動を抑制するために、制御部１０によって第４工程が実行される。
【００６８】
先ず、炉内の燃焼温度が目標とする適正な温度範囲を逸脱しているか否かが判断され（Ｓ１０）、逸脱している場合にはダンパ６ａ，６ｂの開度が調整されてバイパス経路７に供給される圧縮空気量が調整される（Ｓ１１）。尚、このとき加熱器５は停止されている。
【００６９】
燃焼温度が適正な温度範囲を上方に逸脱している場合には、ダンパ６ａの開度を大きく且つダンパ６ｂの開度を小さくする制御Ａが実行されて、熱交換器３での熱交換量の低下により炉への入熱量が低減される（Ｓ１２）。燃焼温度が適正な温度範囲を下方に逸脱している場合には、ダンパ６ａの開度を小さく且つダンパ６ｂの開度を大きくする制御Ｂが実行されて、熱交換器３での熱交換量の上昇により炉への入熱量が増加される（Ｓ１２）。
【００７０】
さらに、制御部１０は、流動床式焼却炉２が立ち上がった後の定常運転時に、熱交換器３による予熱温度よりも温度を高めた方がタービン４ａの効率が向上すると判断した場合には、加熱器５を始動するとともに流量調整機構８ｂにより圧縮空気の熱交換器３への供給量とバイパス経路７への供給量とを調整することにより、バイパス経路７に供給され加熱器５で高温に加熱された空気を熱交換器３からの予熱空気と合流させることで、熱交換器３の保護のために制約される温度よりも高温の空気をタービン４ａに送るような制御が可能になるようにも構成されている。
【００７１】
即ち、本発明による廃棄物処理設備の運転方法は、加熱器を始動して、コンプレッサから出力される圧縮空気を専ら前記バイパス経路を経由してタービンに供給する第１工程と、第１工程の後に、コンプレッサから出力される圧縮空気の一部を熱交換器に供給して、バイパス経路を経由した圧縮空気とともにタービンに供給する第２工程と、第２工程の後に、加熱器を停止して、コンプレッサから出力される圧縮空気を専ら前記熱交換器を経由してタービンに供給する第３工程をさらに備えている。
【００７２】
熱処理炉の炉内燃焼温度及び／または煙道の排ガス温度を指標にして、第１工程から前記第２工程に移行し、第２工程から第３工程に移行するように構成されていることが好ましいが、各工程の継続時間を指標にして切り替えてもよい。
【００７３】
また、第３工程の後に、コンプレッサから出力される圧縮空気の一部をバイパス経路へ供給して、熱交換器を経由した圧縮空気とともにタービンに供給する第４工程をさらに備えている。
【００７４】
第４工程も、熱処理炉の炉内燃焼温度及び／または煙道の排ガス温度を指標にして、コンプレッサから出力される圧縮空気の前記熱交換器への供給量とバイパス経路への供給量とを調整するように構成されていることが好ましく、熱処理炉の炉内燃焼温度、煙道の排ガス温度及び／またはタービン入口温度を指標にして、加熱器を始動するか停止するかを切り替えるように構成されていることがさらに好ましい。
【００７５】
図４（ａ）には、始動バーナにより流動床式焼却炉を立ち上げる際の砂層温度の推移の事例が示されている。始動バーナの火炎位置に対して相対的に位置が異なる砂層の複数個所（ｘ１〜ｘ６）の温度計測値である。始動バーナに近い部分（ｘ１）は火炎が直接当たるので温度が速やかに上昇するが、始動バーナから遠い部分（ｘ６）は温度上昇が緩やかになる。
【００７６】
図４（ｂ）に示すように、始動バーナからの入熱により排ガスの温度は速やかに上昇するが、熱交換器で予熱される燃焼用空気の温度はそれほど早期には上昇しない。そのため立ち上がり時間が長くなる。
【００７７】
図４（ｃ）に示すように、本発明による廃棄物処理設備の運転方法を用いれば、加熱器５により加熱された燃焼用空気で砂層が均質に加熱されるので、位置的な偏りなく砂層温度が一様に上昇するので、始動バーナを用いて立ち上げる場合よりも早期に安定的に被処理物が焼却処理可能な状態になる。
【００７８】
以下、本発明の別実施形態を説明する。
図５に示すように、加熱器５とダンパ６ａとの間にブースターファン４０を備えて、始動時にブースターファン４０により必要な圧縮仕事量を確保するように構成してもよい。図中、破線４１はブースターファン４０を停止した場合のバイパス経路である。
【００７９】
図６に示すように、コンプレッサ４ｂの出口からバイパス経路７までの間の送風路１３にブースターファン４０を備えて、始動時にブースターファン４０により必要な圧縮仕事量を確保するように構成してもよい。図中、破線４１はブースターファン４０を停止した場合のバイパス経路である。
【００８０】
図７に示すように、加熱器５に送風する補助的な押込み送風機４０を備えてもよい。この場合、立上げ初期にダンパ６ａ，６ｂを閉塞した状態で押込み送風機４０を始動し、タービン４ａにより駆動されるコンプレッサ４ｂで生成される圧縮空気が、ダンパ６ｃを開放することで大気開放されるように構成されている。
【００８１】
上述した第２工程に移行すると、ダンパ６ｃが閉塞され、ダンパ６ａ，６ｂの開度が調整される。
【００８２】
図８に示すように、廃棄物処理設備１に、さらにバイナリ発電装置５０や廃熱ボイラ５１等の廃熱利用装置を備え、上述した第４工程で行われるダンパ６ａの開度調整によって熱交換器３による熱交換量が低下した場合に、その廃熱を有効に回収利用することができる。
【００８３】
図９に示すように、熱交換器３は煙道に設置される態様に限るものではなく、例えば流動床式焼却炉２のフリーボード部や砂層部に設置して炉内燃焼熱により圧縮空気を予熱するように構成されていてもよいし、また煙道とフリーボード部の両方に備えてもよい。
【００８４】
尚、始動時に、加熱器５と炉に設けられた始動バーナ１４ａとを同時に用いることも可能である。
【００８５】
上述した実施形態では、定常運転時に加熱器５を停止する例を説明したが、定常運転時でも炉の燃焼温度が低く、かつタービン入口における燃焼用空気温度も低い場合には、熱交換器３での熱交換と併せて加熱器５で燃焼用空気を加熱することで、炉内温度を目標温度に調整することも可能である。
【００８６】
上述した実施形態は、熱処理炉として流動床式焼却炉２を例に本発明を説明したが、本発明は流動床式焼却炉２以外の熱処理炉にも適用可能である。例えば、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。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。
【００８７】
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。
【符号の説明】
【００８８】
１：廃棄物処理設備
２：流動床式焼却炉
３：熱交換器
４：過給機
４ａ：タービン
４ｂ：コンプレッサ
５：加温手段（加熱器）
７：バイパス経路
８ａ：流路切替機構
８ｂ：流路調整機構
１０：制御部
１１，４０：押込み送風機
【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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