(57)【要約】【課題】可燃物の燃焼負荷の変動にもかかわらず、高いタービン効率を維持することができ、エネルギーを効率的に回収することができる可燃物からのエネルギー回収方法とする。【解決手段】燃焼用ガスＡを流入して加圧させた熱処理炉２内において、可燃物Ｐを完全燃焼又は部分燃焼による熱分解し、この熱処理により発生した駆動ガスＧによってガスタービン１４を駆動する。この際、熱処理炉２内に投入される可燃物Ｐの燃焼負荷の変動にかかわらず燃焼用ガスＡの流量を実質的に一定とし、ガスタービン１４に供給される駆動ガスＧの圧力が実質的に変動しないようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用ガスを流入して加圧させた熱処理炉内において、可燃物を完全燃焼又は部分燃焼による熱分解し、この熱処理により発生した駆動ガスによってガスタービンを駆動する可燃物からのエネルギー回収方法であって、
前記熱処理炉内に投入される前記可燃物の燃焼負荷の変動にかかわらず前記燃焼用ガスの流量を実質的に一定とし、前記ガスタービンに供給される前記駆動ガスの圧力が実質的に変動しないようにすることを特徴とする可燃物からのエネルギー回収方法。
【請求項２】
熱処理炉を加圧流動炉とし、この加圧流動炉内に燃焼用ガスを流入することによって前記加圧流動炉内の可燃物を流動化させる請求項１記載の可燃物からのエネルギー回収方法。
【請求項３】
燃焼用ガスの流量を、熱処理炉内に投入される可燃物の燃焼負荷が計画値の最低となる場合に、前記可燃物が完全燃焼される量とする請求項２記載の可燃物からのエネルギー回収方法。
【請求項４】
熱処理炉内に投入される可燃物の燃焼負荷の変動により燃焼用ガスが不足して前記可燃物の一部が熱分解される場合は、この熱分解により発生した可燃ガスを含む駆動ガスをガスタービンに供給するに先立って燃焼器で燃焼する請求項１〜３のいずれか１項に記載の可燃物からのエネルギー回収方法。
【請求項５】
燃焼用ガスの流入により加圧され、かつこの加圧下で可燃物を完全燃焼又は部分燃焼による熱分解する熱処理炉と、この熱処理炉において発生した駆動ガスによって駆動するガスタービンと、このガスタービンに供給される前の駆動ガスを燃焼する燃焼器とを備え、
前記熱処理炉内に投入される前記可燃物の燃焼負荷の変動にかかわらず前記燃焼用ガスの流量が実質的に一定となり、前記ガスタービンに供給される前記駆動ガスの圧力が実質的に変動しないように構成することを特徴とする可燃物からのエネルギー回収設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃物からのエネルギー回収方法及び回収設備に関する。より詳しくは、燃焼用ガスを流入して加圧させた熱処理炉内において、可燃物を燃焼又は熱分解し、この熱処理により発生した駆動ガスによってガスタービンを駆動する場合に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可燃物からエネルギーを回収する方法には、従来、以下の方法があった。
すなわち、▲１▼可燃物を燃焼して高温の排ガスを得、この高温の排ガスによってボイラで蒸気を回収し、この蒸気によって蒸気タービンを駆動する方法、▲２▼加圧下で可燃物を燃焼して高温・高圧の排ガス得、この高温・高圧の排ガスによってガスタービンを駆動する方法、▲３▼可燃物の燃焼に伴う化学変化を直接電力として取り出す方法、▲４▼以上の方法の組み合わせによる方法である。
【０００３】
そして、これらの方法の中でも、例えば、廃棄物の処理施設などにおいては、設備費を低く抑えることができるという利点を有することから、ガスタービンを用いる方法（▲２▼）の研究が、特になされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガスタービンを用いる方法（▲２▼）には、以下に示すような問題がある。
すなわち、かかる方法においては、可燃物を燃焼する燃焼炉内に、空気、酸素などの燃焼用ガスを流入することにより、燃焼炉内を加圧し、かつ可燃物の完全な燃焼を図っている。そして、燃焼用ガスの流量は、燃焼のために必要とされる燃焼用ガスの量が可燃物の燃焼負荷に応じて変動するため、燃焼負荷が増加した場合には増加させ、燃焼負荷が低減した場合には低減させるというように、燃焼負荷にあわせて変動させている。また、熱処理炉が加圧流動炉とされ、燃焼用ガスの流入によって加圧流動炉内の可燃物が流動化される場合は、燃焼用ガスの流量を最大燃焼負荷時にあわせて設定し、燃焼負荷が低減した場合は、操作圧力を低減させて、可燃物の流動状態（流動速度）を一定に保っている。つまり、従来の方法によると、燃焼炉が流動炉である場合においても、その他の炉である場合においても、可燃物の燃焼負荷の変動に応じて、燃焼炉内の圧力及び燃焼炉から排気される排ガスの圧力が変動することになる。したがって、かかる排ガスによって駆動するガスタービンの効率が、平均すると低いものとなる。特に、可燃物が廃液や、下水汚泥、家庭系・事業系ごみなどの廃棄物である場合は、発熱量や水分が変化するため、燃焼負荷の変動が大きくなり、一段とタービン効率が低くなる。
【０００５】
そこで、本発明の主たる課題は、可燃物の燃焼負荷の変動にもかかわらず、高いタービン効率を維持することができ、エネルギーを効率的に回収することができる可燃物からのエネルギー回収方法及び回収設備を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
燃焼用ガスを流入して加圧させた熱処理炉内において、可燃物を完全燃焼又は部分燃焼による熱分解し、この熱処理により発生した駆動ガスによってガスタービンを駆動する可燃物からのエネルギー回収方法であって、
前記熱処理炉内に投入される前記可燃物の燃焼負荷の変動にかかわらず前記燃焼用ガスの流量を実質的に一定とし、前記ガスタービンに供給される前記駆動ガスの圧力が実質的に変動しないようにすることを特徴とする可燃物からのエネルギー回収方法。
【０００７】
＜請求項２記載の発明＞
熱処理炉を加圧流動炉とし、この加圧流動炉内に燃焼用ガスを流入することによって前記加圧流動炉内の可燃物を流動化させる請求項１記載の可燃物からのエネルギー回収方法。
【０００８】
＜請求項３記載の発明＞
燃焼用ガスの流量を、熱処理炉内に投入される可燃物の燃焼負荷が計画値の最低となる場合に、前記可燃物が完全燃焼される量とする請求項２記載の可燃物からのエネルギー回収方法。
【０００９】
＜請求項４記載の発明＞
熱処理炉内に投入される可燃物の燃焼負荷の変動により燃焼用ガスが不足して前記可燃物の一部が熱分解される場合は、この熱分解により発生した可燃ガスを含む駆動ガスをガスタービンに供給するに先立って燃焼器で燃焼する請求項１〜３のいずれか１項に記載の可燃物からのエネルギー回収方法。
【００１０】
＜請求項５記載の発明＞
燃焼用ガスの流入により加圧され、かつこの加圧下で可燃物を完全燃焼又は部分燃焼による熱分解する熱処理炉と、この熱処理炉において発生した駆動ガスによって駆動するガスタービンと、このガスタービンに供給される前の駆動ガスを燃焼する燃焼器とを備え、
前記熱処理炉内に投入される前記可燃物の燃焼負荷の変動にかかわらず前記燃焼用ガスの流量が実質的に一定となり、前記ガスタービンに供給される前記駆動ガスの圧力が実質的に変動しないように構成することを特徴とする可燃物からのエネルギー回収設備。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
＜本発明の概要＞
本発明に係る可燃物からのエネルギー回収方法は、燃焼用ガスを流入して加圧させた熱処理炉内において、可燃物を完全燃焼又は部分燃焼による熱分解し、この熱処理により発生した駆動ガスによってガスタービンを駆動するものであって、熱処理炉内に投入される可燃物の燃焼負荷の変動にかかわらず燃焼用ガスの流量を実質的に一定とし、ガスタービンに供給される駆動ガスの圧力が実質的に変動しないようにすることを特徴とするものである。
本発明の方法においては、燃焼用ガスの流量を実質的に一定（変動率−１０〜＋１０％以内、好ましくは変動率−５〜＋５％以内）とし、ガスタービンに供給される駆動ガスの圧力が実質的に変動しない（変動率−１０〜＋１０％以内、好ましくは変動率−５〜＋５％以内）ようにするので、ガスタービンの安定した駆動が確保され、したがって高いタービン効率を維持することができる。
【００１２】
また、本発明の方法において、熱処理炉が加圧流動炉とされ、燃焼用ガスの流入によって加圧流動炉内の可燃物が流動化される場合は、燃焼用ガスの流量を、熱処理炉内に投入される可燃物の燃焼負荷が計画値の最低となる場合（最低燃焼負荷時）に、可燃物が完全燃焼される量とするのが好ましい。平均燃焼負荷時や最大燃焼負荷時（従来の方法）にあわせて燃焼用ガスの流量を設定すると、燃焼負荷が設定負荷を下回った場合に、可燃物の流動状態（流動速度）を保つために、操作圧力を低減させなければならなくなるためである。
【００１３】
さらに、本発明の方法において、熱処理炉内に投入される可燃物の燃焼負荷の変動（増加）により燃焼用ガスが不足して可燃物の一部が熱分解される場合は、この熱分解により発生した可燃ガスを含む駆動ガスをガスタービンに供給するに先立って燃焼器などで燃焼するのが好ましい。本発明の方法においては、燃焼用ガスの流量を実質的に一定とするため、燃焼負荷が増加した場合には、可燃物の一部が燃焼されずに熱分解され、可燃ガスとなる。しかしながら、本発明の方法においては、さらにかかる可燃ガスを、これを含む駆動ガスとともに燃焼するので、駆動ガスが高温化され、この高温化された駆動ガスによってガスタービンを駆動することになるので、タービン効率が向上することになる。
【００１４】
本発明の方法において処理対象とすることのできる可燃物は、その種類が特に限定されるものではない。ただし、燃焼負荷変動の大きいものを、例えば、廃液、下水汚泥、家庭系・事業系ごみなどの廃棄物を処理対象とする場合は、従来の方法と比べて特に優れた効果を奏することになる。
【００１５】
＜回収設備＞
次に、図１に基づいて、以上の処理方法を具体化した本実施例の形態に係るエネルギー回収設備１について、説明する。
本回収設備１には、可燃物Ｐを完全燃焼又は部分燃焼による熱分解する熱処理炉、本実施の形態では流動炉２が備えられている。この流動炉２の上側側部には、可燃物Ｐを投入するためのフィーダ３が接続されている。また、流動炉２の下側側部には、燃焼用ガス、本実施の形態では燃焼用空気Ａを流入するための流入路（流入路は、例えば管などで構成することができる。以下で説明する供給路や排気路についても同様である。）６が接続されている。
【００１６】
流動炉２内において、フィーダ３から投入された可燃物Ｐは、流入路６から流入され、目皿あるいは本実施の形態のような散気管４を介して吹き上がる燃焼用空気Ａによって砂などの流動媒体とともに流動化される。また、流動炉２内は、燃焼用空気Ａの流入によって、加圧されている。
【００１７】
本回収設備１においては、流量計や、制御弁などからなる流量調整手段５によって、流動炉２内に流入される燃焼用空気Ａの量が実質的に一定とされている。特に、本実施の形態では、投入される可燃物Ｐの量が、計画（予定）値の最低となる場合（最低燃焼負荷時。例えば、可燃物の量が８０〜１２０ｔ／日になることが計画（予定）されている流動炉であれば、８０ｔ／日の場合。）において、可燃物Ｐが完全燃焼される量の燃焼用空気Ａが流入されるようになっている。なお、燃焼負荷が増加し、酸素不足となった場合は、（部分）燃焼される一部の可燃物が熱源となって、残部の可燃物が熱分解され、可燃ガスを発することになる。
【００１８】
流量調整手段５において余剰とされた燃焼用空気Ａは、供給路７を介して、例えば、下水汚泥の曝気槽などの図示しない圧気利用手段に送り、有効利用を図ることができる。
【００１９】
流動炉１の炉底部には、可燃物Ｐに含有された無機分の灰を排出する灰分排出口１０が設けられている。また、流動炉１の炉頂部には、可燃物Ｐの完全燃焼又は部分燃焼による熱分解により発生した煤塵や、可燃ガスなどを含む駆動ガスＧを排気する排気口１１が設けられている。この排気口１１は、バクフィルタなどからなる集塵装置１３と排気路１２を介して接続されている。
【００２０】
集塵装置１３は、駆動ガスＧ中の煤塵を除去するためのものである。この集塵装置１３を設置しないと、駆動ガスＧ中の煤塵が後述するガスタービン１４に入り込み、タービンを損傷させ又はタービンに付着し、安定した運転を妨げる虞がある。集塵装置１３において、煤塵の除去された清浄ガス（駆動ガス）Ｇは、燃焼器たる頂部燃焼器１９に排気路２４を介して送られる。
【００２１】
頂部燃焼器１９には、清浄ガス（駆動ガス）Ｇを供給するための排気路２４の他、燃焼用空気Ａの流入路６から分岐する供給路２６と、灯油、軽油、都市ガス、消化ガス（例えば、下水汚泥を消化処理した場合などに発生するガス。）などの補助燃料Ｒの供給路２０と、ガスタービン１４に接続された排気路２１と、が接続されている。頂部燃焼器１９においては、清浄ガス（駆動ガス）Ｇ中の可燃ガスと補助燃料Ｒとが、燃焼用空気Ａによって燃焼されるので、駆動ガスＧの温度は高まる。この温度が高まった駆動ガスＧは、排気路２１を介してガスタービン１４に送られ、ガスタービン１４を駆動する。駆動ガスＧは、頂部燃焼器１９での燃焼により高温化されているので、ガスタービン効率が向上する。
【００２２】
流動炉２において発生した駆動ガスＧの圧力が低い場合などは、頂部燃焼器１９に供給する補助燃料Ｒの量を多くし、頂部燃焼器１９からガスタービン１４に送られる駆動ガスＧの量を増加させる。これにより、空気Ｃを十分な圧力にまで加圧して流動炉２に流入することができ、流動炉２内の高圧状態を安定的に維持することができるようになる。
【００２３】
なお、本発明の方法及び設備は、ガスタービンに供給される駆動ガスの圧力が実質的に変動しないようにするものであるが、実質的に変動しないようにするのは、当然、駆動ガスの圧力が所定の高圧状態となっている場合である。したがって、例えば、回収設備１の運転当初などであるために流動炉２内が十分な圧力にまで昇圧されていない場合においては、以上の操作（頂部燃焼器１９に供給する補助燃料Ｒの量の調整）が有用である。かかる操作を行えば、流動炉２内が所定の高圧状態となるまでの立ち上がり時間を短くすることができる。
【００２４】
ガスタービン１４の駆動に利用された駆動ガスＧは、さらに供給路２８を介して予熱器１５に通され熱源として利用される。熱源として利用された駆動ガスＧは、供給路２９を介して排ガス処理装置１６に送られ、清浄化処理された後、大気中に放出される。
【００２５】
本実施の形態において、ガスタービン１４には、コンプレッサー１７が連結されており、ガスタービン１４の駆動にともなって、駆動されるようになっている。このコンプレッサー１７には空気Ｃが供給される。コンプレッサー１７に供給された空気Ｃは、圧縮されて加圧された後、供給路３０を介して予熱器１５に送られる。予熱器１５において、圧縮空気Ｃは、駆動ガスＧの熱によって加熱され、高温・高圧の燃焼用空気Ａとして流入路６及びこの流入路６から分岐する供給路２６に送られる。以上のようにして流動炉２には、コンプレッサー１７によって加圧された高圧の燃焼用空気Ａが流入されるので、流動炉２内では常圧よりも高圧の状態（加圧下）で可燃物Ｐが完全燃焼又は部分燃焼による熱分解されることになる。
【００２６】
この熱処理に際して発生した高温の駆動ガスＧは、流動炉２内が高圧であることから高圧状態のまま排気口１１から排気される。したがって、その熱エネルギーを回収することができるとともに、その圧力（膨張）エネルギーをも回収することができることになる。本実施の形態では、ガスタービン１４によって、駆動ガスＧの圧力エネルギー及び熱エネルギーが回収され、また予熱器１５によってガスタービン１４を経てもなお残る熱エネルギーが回収される。
【００２７】
ところで、本実施の形態において、かかる流動炉２内の圧力は、０．２〜１．０ＭＰａとなるように設定されている。流動炉２内の圧力が０．２ＭＰａを下回ると、排気口１１から排気され、排気路１２、頂部燃焼器１９及び排気路２１を介してガスタービン１４に供給される駆動ガスＧの圧力が小さくなるため、頂部燃焼器１９内に供給する補助燃料Ｒの量を増加させなければガスタービン１４を駆動することができなくなり、効率的なエネルギー回収が阻害される虞がある。他方、流動炉２内の圧力を１．０ＭＰａを上回らせるには、流動炉２をより高強度の耐圧構造としなげればならず、エネルギーの回収効率が向上することを考慮してもかえって非経済的になる虞がある。
【００２８】
本実施の形態においては、ガスタービン１４にコンプレッサー１７を介して発電機１８が連結されている。ガスタービン１４によって回収されたエネルギーに、コンプレッサー１７を駆動してもまだ余剰がある場合には、かかる発電機１８が駆動される。これにより、駆動ガスＧのエネルギーが余すところなく回収され有効利用されることになる。
【００２９】
ただし、ガスタービン１４によって回収されたエネルギーの利用形態は、以上の形態に限られるものではない。例えば、流動炉２に供給される燃焼用空気Ａとして、ガスタービン１４からのエネルギーによることなく独自に駆動するコンプレッサーで加圧したものを利用し、ガスタービン１４からのエネルギーが発電機によって全て利用されるようにすることもできる。
【００３０】
ところで、本実施の形態では、コンプレッサー１７と予熱器１５とを供給路３０を介して直接接続しているが、図１中に点線で示すように、コンプレッサー１７と予熱器１５との間に酸素ＰＳＡ装置２２を介装させることもできる。この点、酸素ＰＳＡ装置は、周知のとおり加圧された空気中の窒素を吸着し酸素濃度を増大させるためのものである。したがって、かかる形態（酸素ＰＳＡ２２を介装させた形態）とすると、燃焼用空気Ａの酸素濃度が増すことになるので、燃焼用空気Ａを流動炉２に供給した際の可燃物Ｐの燃焼効率が向上することになる。
【００３１】
また、高酸素濃度の燃焼用空気Ａによって可燃物Ｐや補助燃料Ｒを燃焼した際に発生する駆動ガスＧは、その組成の大部分が水蒸気と二酸化炭素とになる。したがって、かかる駆動ガスＧを、例えば上記排ガス処理装置１６において冷却すれば、水蒸気が凝縮するので、駆動ガスＧは二酸化炭素主体のものとなる。これにより、窒素が大部分を占める通常の空気の利用により発生した駆動ガスＧの場合と比べ、二酸化炭素の回収や除去が容易となるので、近年の地球温暖化の原因ともされる二酸化炭素の排出量の削減にも寄与することが可能なエネルギー回収設備となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、可燃物の燃焼負荷の変動にもかかわらず、高いタービン効率を維持することができ、エネルギーを効率的に回収することができる可燃物からのエネルギー回収方法及び回収設備となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るエネルギー回収設備のフロー図である。
【符号の説明】
１…回収設備、２…流動炉、３…フィーダ、４…散気管、５…流量調整手段、１３…集塵装置、１４…ガスタービン、１５…予熱器、１６…排ガス処理装置、１７…コンプレッサー、１８…発電機、１９…頂部燃焼器、２２…酸素ＰＳＡ装置、Ａ…燃焼用空気、Ｃ…空気、Ｇ…駆動ガス、Ｐ…可燃物、Ｒ…補助燃料。
【図１】
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