(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融炉と前記溶融炉からの排ガスを浄化する排ガス処理装置とを備えている溶融システムであって、
炉壁を冷却する冷却機構に熱媒体を供給して熱回収する第１熱回収部と、前記排ガス処理装置の下流側に備えた低温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第２熱回収部と、前記第１熱回収部及び第２熱回収部で熱回収された熱媒体を熱利用設備との間で循環する循環路とを備え、各熱回収部で回収する熱量を調整する回収熱量調整機構を備えている溶融システム。
【請求項２】
前記溶融炉と前記排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第３熱回収部をさらに備え、前記回収熱量調整機構により各熱回収部で回収する熱量がさらに調整される請求項１記載の溶融システム。
【請求項３】
前記循環路に熱媒体を一時貯留する熱媒体貯留部を備えている請求項１または２記載の溶融システム。
【請求項４】
前記熱利用設備が、前記溶融炉で溶融処理する被処理物を乾燥処理する被処理物乾燥機で構成されている請求項１から３の何れかに記載の溶融システム。
【請求項５】
熱媒体に熱を供給または放出する熱源装置を備えている請求項４記載の溶融システム。
【請求項６】
前記被処理物乾燥機は、排水を処理する排水処理設備で発生し、固液分離された汚泥を乾燥処理する設備であり、前記熱源装置は前記排水処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする燃焼器である請求項５記載の溶融システム。
【請求項７】
前記熱源装置は前記排水処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする燃焼器の排ガスを加熱源とする乾燥用熱交換器を備えている請求項６記載の溶融システム。
【請求項８】
前記被処理物乾燥機は、排水を処理する排水処理設備で発生し、固液分離された汚泥を乾燥処理する設備であり、前記溶融炉は前記排水処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする請求項４から７の何れかに記載の溶融システム。
【請求項９】
前記溶融炉と前記排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に前記溶融炉の燃焼用空気を供給して予熱する第４熱回収部を備え、前記第４熱回収部で予熱された燃焼用空気が前記溶融炉に供給される請求項１から８の何れかに記載の溶融システム。
【請求項１０】
熱媒体に液体が用いられ、熱回収後の熱媒体の温度が液体の沸点温度未満となるように、各熱回収部で回収する熱量が調整される請求項１から９の何れかに記載の溶融システム。
【請求項１１】
溶融炉と前記溶融炉からの排ガスを浄化する排ガス処理装置とを備えた溶融設備に、炉壁を冷却する冷却機構に熱媒体を供給して熱回収する第１熱回収部と、前記排ガス処理装置の下流側に備えた低温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第２熱回収部と、前記第１熱回収部及び第２熱回収部で熱回収された熱媒体を熱利用設備との間で循環する循環路と、を備えている溶融システムの制御方法であって、
第１熱回収部による熱回収量は少なくとも溶融炉の冷却に必要な回収熱量以上となるように各熱回収部に供給する熱媒体の流量を調整する溶融システムの制御方法。
【請求項１２】
熱媒体に液体が用いられ、熱回収後の熱媒体の温度が液体の沸点温度未満となるように、各熱回収部で回収する熱量が調整される請求項１１記載の溶融システムの制御方法。
【請求項１３】
熱媒体による回収熱量が前記熱利用設備で要求される熱量となるように各熱回収部に供給する熱媒体の流量を調整する請求項１１または１２記載の溶融システムの制御方法。
【請求項１４】
前記溶融システムは、前記溶融炉と前記排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第３熱回収部をさらに備え、熱媒体による回収熱量が前記熱利用設備で要求される熱量となるように各熱回収部に供給する熱媒体の流量を調整する請求項１１から１３の何れかに記載の溶融システムの制御方法。
【請求項１５】
前記溶融炉と前記排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に溶融炉の燃焼用空気を供給して予熱する第４熱回収部をさらに備えている請求項１１から請求項１４の何れかに記載の溶融システムの制御方法。
【請求項１６】
熱媒体に熱を供給または放出する熱源装置をさらに備え、前記熱利用設備で要求される熱量に過不足が生じる場合に、前記熱利用設備で要求される熱量となるように前記熱源装置を調整する請求項１１から請求項１５の何れかに記載の溶融システムの制御方法。
【請求項１７】
前記溶融設備は、排水を処理する排水処理設備で発生し、固液分離された汚泥を溶融する設備であり、前記排水処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする燃焼器を備えた汚泥乾燥機が前記熱利用設備として備えられ、前記燃焼器は前記熱源装置の機能を有し、各熱回収部の回収熱量が前記熱利用設備で要求される熱量に満たない場合に、乾燥熱源として前記燃焼器を点火する請求項１６記載の溶融システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融炉と溶融炉からの排ガスを浄化する排ガス処理装置とを備えている溶融システム及び溶融システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物等の被処理物を溶融処理して減容化するために溶融炉が用いられている。溶融処理は、被処理物を約１２５０℃から１４００℃で溶融処理する高温プロセスであり、多くの熱回収プロセスが提案されている。
【０００３】
例えば、炉本体から煙道に流出する約８５０℃から９００℃の高温の排ガスから熱回収するために、煙道には多管式の熱交換器が設けられ、炉への入熱量の４０％から４５％の熱が回収されている。放熱側媒体と受熱側媒体との間の大きな温度勾配を利用して効率的に熱回収される。このような高温域で熱交換器によって回収された熱は炉本体に供給される燃焼用空気の加熱に用いられたり、ボイラ水の加熱に用いられたりしている。
【０００４】
また、炉本体の焼損を回避するために、炉本体を覆う金属ケーシングに水冷ジャケットが設けられる。冷却水は、水冷ジャケットに導かれて高温に加熱され冷却塔で放熱された後に水冷ジャケットに循環されるように構成されている。この炉本体の冷却のために炉への入熱量の２０％から２５％の熱損失が発生することになる。さらに、煙突からの排ガスは、炉への入熱量の１０％を保有し、煙突から放出されている。
【０００５】
特許文献１には、ごみ焼却炉に併設された灰溶融炉を冷却する際に冷却水が吸収した熱を利用するための灰溶融炉における熱回収方法、およびその熱回収システムが提案されている。
【０００６】
当該熱回収方法は、ごみ焼却炉に併設された灰溶融炉の少なくとも一部に設けられた水冷壁に冷却水を供給して、該灰溶融炉を冷却し、該冷却水の顕熱および／または潜熱によって、ごみ焼却炉に設けられたボイラへの給水を加熱するか、または該ボイラへの給水を加熱して脱気するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４１６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に開示された技術は、ボイラを備えたごみ焼却炉に併設された灰溶融炉が前提となる。そのため、適用可能性が制限されるという問題がある。また、水冷壁に供給される冷却水が沸騰すると、冷却水の水冷壁内での循環が滞り、炉壁が異常な高温に晒されるという問題もあり、熱回収効率の観点でさらなる改良の余地があった。
【０００９】
同様に、排ガス処理装置の下流側などの排ガス温度が１４０℃から２００℃程度の低温域での廃熱回収も行なわれていなかった。つまり、溶融炉への投入熱量の５０％以上が有効利用されることなく無駄に排熱されていた。
【００１０】
ところで、下水処理等で発生した含水率７０％から８０％の汚泥を溶融炉で溶融処理するためには、事前に乾燥機を用いて含水率１０％から３０％に乾燥させる必要がある。しかし、高温域での熱回収を利用した従来の排熱回収プロセスでは、回収した熱量で乾燥機の必要熱量を賄うことができず、別途の補助燃料が必要であった。つまり、温室効果ガスの発生という問題のみならず経済性の観点からも排熱回収プロセスの改良が望まれていた。
【００１１】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、排熱の回収効率の上昇により、温室効果ガスの発生を抑制し、経済性に資する溶融システム及び溶融システムの制御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、本発明による溶融システムの第一特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、溶融炉と前記溶融炉からの排ガスを浄化する排ガス処理装置とを備えている溶融システムであって、炉壁を冷却する冷却機構に熱媒体を供給して熱回収する第１熱回収部と、前記排ガス処理装置の下流側に備えた低温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第２熱回収部と、前記第１熱回収部及び第２熱回収部で熱回収された熱媒体を熱利用設備との間で循環する循環路とを備え、各熱回収部で回収する熱量を調整する回収熱量調整機構を備えている点にある。
【００１３】
循環路を介して第１熱回収部及び第２熱回収部と熱利用設備との間で熱媒体を循環し、回収熱量調整機構によって各熱回収部での熱回収量を調整することにより、低温域での熱交換であっても、その温度帯によって利用可能な熱媒体を用いて有効且つ安定的に回収熱を利用できるようになる。
【００１４】
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、前記溶融炉と前記排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第３熱回収部をさらに備え、前記回収熱量調整機構により各熱回収部で回収する熱量がさらに調整される点にある。
【００１５】
低温域での熱交換に加えて、高温熱交換器を用いて高温域での熱交換を行なうことも可能になり、より安定的に回収熱を利用できるようになる。
【００１６】
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、前記循環路に熱媒体を一時貯留する熱媒体貯留部を備えている点にある。
【００１７】
必要な熱媒体量の過不足が生じる場合であっても、熱媒体貯留部に余剰の熱媒体を貯留しておくことにより、より安定的に回収熱を利用できるようになる。
【００１８】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記熱利用設備が、前記溶融炉で溶融処理する被処理物を乾燥処理する被処理物乾燥機で構成されている点にある。
【００１９】
被処理物を乾燥処理する被処理物乾燥機を熱利用設備として設けると、含水率の高い汚泥等であっても、回収した熱を利用して乾燥させることができ、温室効果ガスの発生を招く化石燃料の使用量を低減することができるようになる。
【００２０】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四の特徴構成に加えて、熱媒体に熱を供給または放出する熱源装置を備えている点にある。
【００２１】
熱回収部による熱回収量が不足するような場合でも、熱源装置を備えることにより熱媒体の保有する熱量を安定的させることができるようになる。
【００２２】
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、前記被処理物乾燥機は、排水を処理する排水処理設備で発生し、固液分離された汚泥を乾燥処理する設備であり、前記熱源装置は前記排水処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする燃焼器である点にある。
【００２３】
被処理物乾燥機によって含水率の高い汚泥を効果的に乾燥処理することができる。そして、熱媒体による熱の回収量が不足する場合には、排水処理設備で生成されたカーボンニュートラルな可燃性ガスを燃料にして燃焼器を燃焼させることで、不足する熱量を補うことが可能になる。
【００２４】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第六の特徴構成に加えて、前記熱源装置は前記排水処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする燃焼器の排ガスを加熱源とする乾燥用熱交換器を備えている点にある。
【００２５】
可燃性ガスを燃料とした燃焼器の排ガスが保有する熱を利用して熱利用設備で不足する熱量を補うことも可能になる。
【００２６】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第四から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記被処理物乾燥機は、排水を処理する排水処理設備で発生し、固液分離された汚泥を乾燥処理する設備であり、前記溶融炉は前記排水処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする点にある。
【００２７】
溶融炉で有機性汚泥を溶融処理する際には、汚泥の燃焼により生じる熱を利用して溶融することが可能になる。その際に溶融のための熱量が不足するような場合には、カーボンニュートラルな可燃性ガスを燃料とすることで、温室効果ガスの発生量を抑制することができる。
【００２８】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第八の何れかの特徴構成に加えて、前記溶融炉と前記排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に前記溶融炉の燃焼用空気を供給して予熱する第４熱回収部を備え、前記第４熱回収部で予熱された燃焼用空気が前記溶融炉に供給される点にある。
【００２９】
溶融炉と排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に備えた第４熱回収部によって燃焼用空気を予熱することで、より安定的に溶融処理を行なうことができる。
【００３０】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第九の何れかの特徴構成に加えて、熱媒体に液体が用いられ、熱回収後の熱媒体の温度が液体の沸点温度未満となるように、各熱回収部で回収する熱量が調整される点にある。
【００３１】
熱媒体が液体の状態を保ったままで熱交換されるので、熱回収部での熱媒体の流れが安定する。
【００３２】
本発明による溶融システムの制御方法の第一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、溶融炉と前記溶融炉からの排ガスを浄化する排ガス処理装置とを備えた溶融設備に、炉壁を冷却する冷却機構に熱媒体を供給して熱回収する第１熱回収部と、前記排ガス処理装置の下流側に備えた低温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第２熱回収部と、前記第１熱回収部及び第２熱回収部で熱回収された熱媒体を熱利用設備との間で循環する循環路と、を備えている溶融システムの制御方法であって、第１熱回収部による熱回収量は少なくとも溶融炉の冷却に必要な回収熱量以上となるように各熱回収部に供給する熱媒体の流量を調整する点にある。
【００３３】
第１熱回収部で十分に熱回収されるので炉壁が焼損することのない状態で溶融システムが安定的に操炉されるようになる。
【００３４】
同第二の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、熱媒体に液体が用いられ、熱回収後の熱媒体の温度が液体の沸点温度未満となるように、各熱回収部で回収する熱量が調整される点にある。
【００３５】
第１熱回収部で熱媒体が気化しないので、第１熱回収部で熱媒体の安定的な流れが確保できる。そのため、流れが阻害されることによる炉壁の部分的な焼損の発生も回避できる。
【００３６】
同第三の特徴構成は、同請求項１３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、熱媒体による回収熱量が前記熱利用設備で要求される熱量となるように各熱回収部に供給する熱媒体の流量を調整する点にある。
【００３７】
同第四の特徴構成は、同請求項１４に記載した通り、上述の第一から第三の特徴構成に加えて、前記溶融システムは、前記溶融炉と前記排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第３熱回収部をさらに備え、熱媒体による回収熱量が前記熱利用設備で要求される熱量となるように各熱回収部に供給する熱媒体の流量を調整する点にある。
【００３８】
同第五の特徴構成は、同請求項１５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、前記溶融炉と前記排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に溶融炉の燃焼用空気を供給して予熱する第４熱回収部をさらに備えている点にある。
【００３９】
同第六の特徴構成は、同請求項１６に記載した通り、上述の第一から第五何れかの特徴構成に加えて、熱媒体に熱を供給または放出する熱源装置をさらに備え、前記熱利用設備で要求される熱量に過不足が生じる場合に、前記熱利用設備で要求される熱量となるように前記熱源装置を調整する点にある。
【００４０】
同第七の特徴構成は、同請求項１７に記載した通り、上述の第六の特徴構成に加えて、前記溶融設備は、排水を処理する排水処理設備で発生し、固液分離された汚泥を溶融する設備であり、前記排水処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする燃焼器を備えた汚泥乾燥機が前記熱利用設備として備えられ、前記燃焼器は前記熱源装置の機能を有し、各熱回収部の回収熱量が前記熱利用設備で要求される熱量に満たない場合に、乾燥熱源として前記燃焼器を点火する点にある。
【発明の効果】
【００４１】
以上説明した通り、本発明によれば、排熱の回収効率の上昇により、温室効果ガスの発生を抑制し、経済性に資する溶融システム及び溶融システムの制御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】
【００４２】
【図１】本発明による溶融システムの説明図
【図２】溶融炉の説明図
【図３】本発明による溶融システムの他の態様を示す説明図
【図４】本発明による溶融システムの他の態様を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の溶融システム及び溶融システムの制御方法の実施形態を説明する。
図１に示すように、溶融システム１００は、溶融炉１０と溶融炉１０からの排ガスを浄化する排ガス処理装置３０を備えている。本実施形態では、溶融炉１０として回転式表面溶融炉１０が用いられている。尚、本発明は回転式表面溶融炉１０に対象を限るものではなく、電気式表面溶融炉や燃料を利用した表面溶融炉等、他のタイプの溶融炉であっても本発明を適用することは可能である。
【００４４】
図２には、回転式表面溶融炉１０の具体的な構成が示されている。回転式表面溶融炉１０は、中央部に空気供給機構２ａを備えた助燃バーナ２が設置された炉天井１と、中央部に出滓口３ａが形成された炉底部３とで炉室４が構成され、炉室４の周囲に炉室４と連通する被処理物収容部７が設けられている。
【００４５】
本実施形態では、汚水の生物処理で発生し或いは各種の食品加工で発生した有機性汚泥を含む様々な排水を処理する排水処理設備で発生した汚泥や、ごみ焼却炉で発生した焼却灰などの湿潤状態の粒状物が被処理物収容部７に投入されて溶融処理される。
【００４６】
炉天井１の周囲に一体に形成された内筒５と炉底部３の周囲に一体に形成された外筒６とが同心円状に配置され、内筒５と外筒６との間に環状の被処理物収容部７が設けられている。
【００４７】
図には示されていないが、被処理物収容部７には外筒６との間で水封された上カバーが設けられ、上カバーの上部に二重ダンパ機構を備えたホッパが配置され、コンベアによって被処理物が投入される。
【００４８】
外筒６の下部に設けられた駆動機構によって回転駆動される外筒６と回転しない内筒５との相対回転によって、被処理物収容部７に収容された被処理物が内筒５の下部に備えた切出し羽根５ａによって炉室４にすり鉢状に切り出されるように構成されている。
【００４９】
炉室４に切り出された被処理物は助燃バーナ２の熱によりその表面から溶融し、炉底部３に形成された出滓口３ａから下部の水槽Ｗに落下する。出滓口３ａの下方に二次燃焼室８が形成され、燃焼ガスは二次燃焼室８の側壁から横方向に延出形成された煙道１１を通って排気される。
【００５０】
炉天井１、炉底部３、内筒５及び外筒６は耐火レンガ等が積層された耐火壁で構成され、炉天井１、炉底部３、炉底部３近傍の出滓口周辺等の炉壁には炉室４の中の炉壁（耐火壁）を外から覆うように金属製の水冷ジャケット９が配置され熱回収可能に構成されている。
【００５１】
図１に戻り、煙道１１に沿って減温塔３０ａやバグフィルタ３０ｂなどの排ガス処理設備３０が配置され、浄化された排ガスが誘引送風機１２により誘引されて煙突１３から排気される。
【００５２】
当該溶融システム１００には、第１熱回収部４０と、第２熱回収部５０と、第３熱回収部６０とがさらに設けられ、第１熱回収部４０、第２熱回収部５０及び第３熱回収部６０で熱回収された熱媒体を熱利用設備２００との間で循環する循環路７０（７０ａ，７０ｂ，７０ｃ）が設けられている。
【００５３】
本実施形態では、熱媒体として常圧の水が用いられ、湿潤状態の被処理物を乾燥させる被処理物乾燥機、暖房、温水プール、温室、バイナリ発電装置等の熱や温水利用可能な設備が熱利用設備２００として利用可能に構成されている。
【００５４】
第１熱回収部４０は溶融温度が１２５０℃から１４００℃の炉室を仕切る炉壁を冷却する水冷ジャケット９で構成される冷却機構に熱媒体を供給して熱回収する部位であり、第２熱回収部５０は排ガス処理装置３０の下流側に備え、１４０℃から２００℃の低温度に低下した排ガスが通過する低温熱交換器５０ａに熱媒体を供給して熱回収する部位であり、第３熱回収部６０は溶融炉１０と排ガス処理装置３０の間に備え、８００℃から９００℃の高温排ガスが通過する高温熱交換器６０ａに熱媒体を供給して熱回収する部位である。
【００５５】
炉壁を冷却する第１熱回収部４０は、炉天井１に備えた水冷ジャケットのみならず炉底部３に備えた冷却流路、二次燃焼室８の側壁に備えた冷却流路、スラグ出滓口周辺に備えた冷却流路の何れかまたは全てを熱回収の対象とすることができることは言うまでもない
【００５６】
各熱回収部４０，５０，６０で回収する熱量を調整して熱利用設備２００に供給する回収熱量調整機構８０（８０ａ，８０ｂ，８０ｃ）が設けられている。具体的に、第１熱回収部４０への熱媒体の供給量を調整する制御弁８０ａ、第２熱回収部５０への熱媒体の供給量を調整する制御弁８０ｂ、第３熱回収部６０への熱媒体の供給量を調整する制御弁８０ｃである。
【００５７】
制御部１２０が各熱回収部４０，５０，６０の出口部に備えた温度センサＴ１，Ｔ２，Ｔ３及び熱利用設備２００の入口部に備えた温度センサＴからの入力信号に基づいて、熱利用設備２００に供給される熱媒体の温度が把握され、目標温度となるように各制御弁８０ａ，８０ｂ，８０ｃの開度が調整されるように構成されている。制御部は、汎用のマザーボードとメモリボードをバスで接続した汎用コンピュータに、当該制御を実行するプログラムをインストールして構成することができるが、専用のコンピュータで構成することも可能である。
【００５８】
つまり、熱利用設備２００に供給された熱媒体は、熱利用設備２００で放熱された後にポンプで循環路７０に供給され、回収熱量調整機構８０（８０ａ，８０ｂ，８０ｃ）によって各熱回収部４０，５０，６０での回収熱量を調整するための各熱回収部４０，５０，６０への熱媒体の供給量が調整されるように構成されている。
【００５９】
その結果、熱利用設備２００から排出された約７５℃前後の熱媒体は、各熱回収部４０，５０，６０でそれぞれ約９０℃前後に昇温されて、熱利用設備２００に供給される。つまり、熱回収後の熱媒体の温度が水の沸点温度未満となるように、各熱回収部４０，５０，６０で回収する熱量が調整され、熱媒体が液体の状態を保ったままで熱交換されるので、熱回収部での熱媒体の流れが安定する。特に、水冷ジャケット９を構成する流路中で熱媒体（水）が沸騰すると、熱媒体の流れが気体(蒸気)により阻害されて炉壁が冷却されず局所的に異常な高温となり、耐火壁が損傷する虞がある。しかし、熱媒体が液体の状態を保ったままで熱交換されることにより、炉壁が異常な高温となることが未然に抑制される。その結果、炉壁（耐火物）の損傷を防ぐことができる。
【００６０】
つまり、回収熱量調整機構は、各熱回収部での熱回収量、熱利用設備での熱の利用量、各熱回収部出口の熱媒体や排ガスの温度から熱媒体の供給量を調整、制御するように構成されている。尚、本実施形態では、各熱回収部４０，５０，６０でそれぞれ約９０℃に昇温される例を説明したが、各熱回収部４０，５０，６０でそれぞれ異なる温度で熱回収し、それぞれを併せて熱利用設備で必要な約９０℃の温度になるように調整してもよい。
【００６１】
図３には、熱利用設備２００である被処理物乾燥機の一例として汚泥乾燥機が用いられた場合が示されている。汚泥乾燥機は、ケーシング内に汚泥を搬送するコンベア機構が複数段設けられ、ケーシングの投入口から投入された含水率７０％から８０％の汚泥が、約９０℃の熱媒体によって加熱されて含水率１０％から３０％に乾燥処理された後に、ケーシングの底面に形成された排出口から排出される。汚泥としてごみ焼却炉で生じた湿灰や、排水を処理する排水処理設備で発生した汚泥、特に有機性排水を生物処理する生物処理設備で発生し、固液分離された有機性汚泥、各種の食品加工時に発生する有機性汚泥などが対象となる。
【００６２】
汚泥乾燥機を熱利用設備として設けると、含水率の高い汚泥であっても、溶融システムで回収した熱を利用して乾燥させることができ、温室効果ガスの発生を招く化石燃料の使用量を低減することができるようになる。
【００６３】
汚泥乾燥機から排出された汚泥は、上述したように、コンベアによってホッパに投入され、二重ダンパ機構を介して被処理物収容部７に投入される。
【００６４】
溶融炉１０と排ガス処理装置（減温塔３０ａ）の間には高温熱交換器６０ａ，６０ｂが直列に接続されている。上流側の高温熱交換器６０ａによって上述の熱媒体が加熱される第３熱回収部６０が構成されている。そして、下流側の高温熱交換器６０ｂによって、押込み送風機１４によって炉内に投入される燃焼用空気を、常温（約３０°）から約２５０℃に予熱する第４熱回収部９０が構成されている。第１から第４熱交換器によって、溶融炉１０への入熱量のうち６５％から８０％の熱が回収されるようになる。尚、溶融炉への入熱とは、溶融炉へ投入される被処理物の持つ熱量（低位発熱量）と助燃バーナの燃料と燃焼空気の持つ熱量の合計である。
【００６５】
上述した高温熱交換器６０ｂで構成される第４熱回収部９０によって、溶融炉内の被処理物の燃焼促進に必要な温度に燃焼用空気を予熱することで、炉内でより安定した溶融が行なわれ、補助燃料の使用量をより一層低減することができる。また、燃焼用空気はバーナ２の燃焼用にも用いられ、予熱されることで、補助燃料の使用量を低減することができる。
【００６６】
図３に破線で示すように、循環路７０に熱媒体を一時貯留する熱媒体貯留部７０ｄを備えてもよい。熱媒体貯留部７０ｄに余剰の熱媒体を貯留しておくことにより、各熱回収部４０，５０，６０に必要な熱媒体量の過不足が生じる場合であっても、より安定的に回収熱を利用できるようになる。熱媒体貯留部７０ｄは、回収し、供給する熱量を蓄える機能も有しており、熱の回収と利用の過不足を吸収し安定して運用できるようになる。また、熱媒体貯留部７０ｄは、循環路の何れに設けてもよい。
【００６７】
溶融炉１０の燃焼状態が変動し、熱利用設備２００に十分な熱量を供給できない場合に備えて、熱媒体に熱を供給する熱源装置を備えていることが好ましい。熱源装置として、例えば炉天井に備えたバーナ２、温水ボイラ、加熱バーナ、電気加熱器、バイナリ発電からの温水等を用いることができる。逆に熱媒体に熱を放出する必要がある場合には、熱源装置として冷却塔やチラーユニット、排ガス処理設備である減温塔を用いることもできる。
【００６８】
この様な溶融システム１００が有機性排水を生物処理する生物処理設備（排水処理設備）に併設され、熱利用設備２００が生物処理（排水処理）で発生し固液分離された有機性汚泥を乾燥処理する汚泥乾燥機である場合には、熱源装置として生物処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする燃焼器で構成することができる。具体的に、生物処理設備に備えた消化槽で有機性排水を嫌気性処理することにより生じるメタンガスなどを可燃性ガスとして有効活用できる。
【００６９】
図４には、熱媒体の循環路７０のうち、各熱回収部４０，５０，６０で熱回収された熱媒体の合流部より下流側に燃焼器１１０が設けられた例が示されている。
【００７０】
制御部１２０が各熱回収部４０，５０，６０，９０の出口部及び熱溶融炉１０の各熱回収部４０，５０，６０，９０の排ガス出口部に備えた温度センサＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３及び熱利用設備２００の入口部に備えた温度センサＴからの入力信号に基づいて、熱利用設備２００に供給される熱媒体の温度と排ガスの温度が把握され、熱媒体と排ガスが目標温度となるように各制御弁８０ａ，８０ｂ，８０ｃの開度及び燃焼器１１０への可燃性ガスの供給量が制御される。
【００７１】
このような構成を採用すれば、各熱回収部４０，５０，６０で十分な熱回収ができないような場合であっても、生物処理設備で生成されたカーボンニュートラルな可燃性ガスを燃料にして燃焼器を燃焼させることで、不足熱量を補うことが可能になる。
【００７２】
また、熱源装置１１０として、生物処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする燃焼器の排ガスを加熱源とする乾燥用熱交換器で構成することも可能である。例えば、燃焼器として可燃性ガスを燃料とするガスタービンを用いて発電を行ない、ガスタービンから排出される高温の排ガスで熱媒体を加熱するのである。
【００７３】
このような生物処理設備に併設された溶融システム１００であれば、溶融炉１０の助燃バーナ２に供給する燃料として、生物処理設備で生成された可燃性ガスを用いることも可能になる。
【００７４】
溶融炉で有機性汚泥を溶融処理する際は、有機性汚泥の燃焼により生じる熱を利用して溶融することが可能になる。溶融のために必要な熱量が有機性汚泥の燃焼のみでは不足するような場合に、カーボンニュートラルな可燃性ガスを燃料とすることで、温室効果ガスの発生量を抑制することができる。
【００７５】
上述した実施形態では、第１及び第２の低温熱回収部４０，５０に、溶融炉と排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第３熱回収部６０を備えた例を説明したが、第３熱回収部を備えることなく、第１及び第２の低温熱回収部４０，５０のみで回収した熱を熱利用設備２００に循環するように構成してもよい。この場合に、低温熱回収部を循環する熱媒体とは異なる熱媒体を利用した第３熱回収部６０をさらに備えて回収した熱を他の熱利用設備２００に循環するように構成してもよい。つまり、低温熱回収部４０，５０よりも高い温度の熱を回収するように第３熱回収部６０を構成してもよい。
【００７６】
上述した実施形態では熱媒体として常圧の水を用い、熱回収後の熱媒体の温度が水の沸点温度未満の９０℃となるように、各熱回収部４０，５０，６０で回収する熱量が調整される例を説明したが、各熱回収部４０，５０，６０や溶融システムの機器で支障が生じないという条件の下では水の沸点温度以上に加熱することも可能である。さらに循環路を加圧して沸点温度を１００℃以上とした加圧水を用いることも可能である。さらに、熱媒体として水以外にオイル等の液体を用いることが可能であり、空気や蒸気等の気体を用いることも可能である。つまり、溶融システムで発生し廃棄される熱を回収するに際して、熱利用設備２００により定まる熱利用可能な媒体、温度帯を選択して溶融炉を冷却することにより、熱回収効率のよい溶融システムを実現できる。
【００７７】
以上説明したように、本発明による溶融システムの制御方法は、溶融炉と溶融炉からの排ガスを浄化する排ガス処理装置とを備えた溶融設備に、炉壁を冷却する冷却機構に熱媒体を供給して熱回収する第１熱回収部と、排ガス処理装置の下流側に備えた低温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第２熱回収部と、第１熱回収部及び第２熱回収部で熱回収された熱媒体を熱利用設備との間で循環する循環路と、を備えている溶融システムの制御方法であって、第１熱回収部による熱回収量は少なくとも溶融炉の冷却に必要な回収熱量以上となるように各熱回収部に供給する熱媒体の流量を調整するように構成されている。このような溶融システムの制御方法によれば、炉壁の温度が異常に高くならないよう第１熱回収部で十分に熱回収される。つまり、炉壁が焼損することのない温度に制御され溶融システムが安定的に操炉されるようになる。
【００７８】
このとき、熱媒体に液体が用いられ、熱回収後の熱媒体の温度が液体の沸点温度未満となるように、各熱回収部で回収する熱量が調整されることが好ましい。第１熱回収部で熱媒体が気化しないので、気化した熱媒体による流路の閉塞は起こらず、第１熱回収部で熱媒体の安定的な流れが確保できる。そのため、熱媒体の流れが阻害されることによる炉壁の冷却不足を生じることがなく、部分的な焼損の発生も回避できるようになる。
【００７９】
そして、熱媒体による回収熱量が前記熱利用設備で要求される熱量となるように各熱回収部に供給する熱媒体の流量を調整することが好ましい。
【００８０】
溶融システムは、溶融炉と排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に熱媒体を供給して熱回収する第３熱回収部をさらに備え、熱媒体による回収熱量が熱利用設備で要求される熱量となるように第３熱回収部を含む各熱回収部に供給する熱媒体の流量を調整するように構成することが好ましい。
【００８１】
また、溶融炉と排ガス処理装置の間に備えた高温熱交換器に溶融炉の燃焼用空気を供給して予熱する第４熱回収部をさらに備え、第４熱回収部で予熱された燃焼用空気の温度が溶融炉の溶融に必要な温度、つまり溶融炉内の燃焼促進に必要な温度となるように各熱回収部に供給する熱媒体の流量を調整するように構成することが好ましい。
【００８２】
同熱媒体に熱を供給または放出する熱源装置をさらに備え、熱利用設備で要求される熱量に過不足が生じる場合に、各熱回収部で要求される回収熱量となるように、また、熱利用設備で要求される熱量となるように前記熱源装置を調整するように構成することが好ましい。
【００８３】
溶融設備は、有機性排水を生物処理する生物処理設備で発生し、固液分離された有機性汚泥を溶融する設備であり、生物処理設備で生成された可燃性ガスを燃料とする燃焼器を備えた汚泥乾燥機が前記熱利用設備として備えられ、燃焼器は熱源装置の機能を有し、熱媒体による回収熱量が熱利用設備で要求される熱量に満たない場合に、乾燥熱源として前記燃焼器を点火するように構成されていることが好ましい。
【００８４】
上述した実施例では、熱利用設備として被処理物乾燥機を説明したが、熱利用設備としては暖房、温水プール、温室など、熱を利用するものであれば、どのようなものでもよく、必要な温度等の条件の異なる複数の設備が熱利用設備であってもよい。
【００８５】
上述した実施例では、排ガス処理装置は、減温塔とバグフィルタで構成したが、洗煙装置や触媒脱硝装置などの他の装置が設けられていてもよい。このように複数の装置がある場合は、第２熱回収部は何れかの装置の下流にあればよい。例えば、減温塔、バグフィルタ、洗煙装置がある排ガス処理設備の場合は、排ガスの温度を考慮してバグフィルタと洗煙装置の間に第２熱回収部を設けるとよい。尚、第２熱回収部の酸性ガスによる腐食を考慮すると、酸性ガスを中和する装置の下流に設けるのがよい構成である。
【００８６】
上述した実施例では、被処理物として有機性汚泥、汚泥等で湿潤したものを例に挙げて説明したが、乾燥した焼却灰や飛灰、さらには廃プラスチックやごみ等、燃焼または溶融可能なものであればどのようなものでもよい。
【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】
１００：溶融システム
２：助燃バーナ
３：炉底部
４：炉室
５：内筒
６：外筒
７：被処理物収容部
８：二次燃焼室
９：水冷ジャケット
１０：溶融炉
１１：煙道
１３：煙突
３０：排ガス処理装置
３０ａ：減温塔
３０ｂ：バグフィルタ
４０：第１熱回収部
５０：第２熱回収部
６０：第３熱回収部
７０：循環路
８０：回収熱量調整機構
１２０：制御部
２００：熱利用設備
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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