(57)【要約】【課題】経済性に優れた熱処理装置とする。【解決手段】圧縮空気Ａが供給される加圧容器５１と、この加圧容器５１内に備えられた流動層炉２と、この流動層炉２の助燃バーナ５と、この助燃バーナ５に加圧容器５１内の圧縮空気Ａを取り込む取込手段７と、を有する熱処理装置の取込手段７を加圧容器５１内に収める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気が供給される加圧容器と、この加圧容器内に備えられた流動層炉と、この流動層炉の助燃バーナと、この助燃バーナに前記加圧容器内の圧縮空気を取り込む取込手段と、を有する熱処理装置であって、
前記取込手段が前記加圧容器内に収められている、ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
取込手段が吸引弁である請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
助燃バーナに取り込んだ圧縮空気をパイロット空気及びメイン空気の少なくとも一方として利用する請求項１又は請求項２記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物を燃焼又は熱分解する熱処理装置に関する。より詳しくは、圧縮空気が供給される加圧容器と、この加圧容器内に備えられた流動層炉と、この流動層炉の助燃バーナと、この助燃バーナに加圧容器内の圧縮空気を取り込む取込手段と、を有する熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみや、石炭、バイオマスなどの被処理物を燃焼又は熱分解する（燃焼又は熱分解することを熱処理ともいう。）従来の熱処理装置としては、図４に示す装置１００がある。この熱処理装置１００は、圧縮空気Ａが供給される加圧容器１０１と、この加圧容器１０１内に備えられた被処理物Ｐを熱処理する流動層炉１０２と、この流動層炉１０２の熱処理を安定化させる助燃バーナ１０３と、この助燃バーナ１０３に加圧容器１０１内の圧縮空気Ａを取り込む取込手段１０４と、を主に有する。そして、従来の熱処理装置１００の取込手段１０４は、加圧容器１０１内の圧縮空気Ａを加圧容器１０１外に抜き出す抜き出し管１０５と、抜き出した圧縮空気Ａと燃料とを混合する混合手段１０６と、圧縮空気Ａと燃料との混合物を加圧容器１０１内に返送し助燃バーナ１０３に供給する返送・供給管１０７と、から主になる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平１０‐３０００５９号公報（第１図）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の熱処理装置１００は、抜き出し管１０５や返送・供給管１０７などの配管設備を有し、しかもこれらの管１０５，１０７は、加圧容器１０１を貫通する複雑な構造となっているため、設備費、維持費が増加し、経済性に劣るものとなっている。また、加圧容器１０１外において、圧縮空気Ａの放熱によるエネルギー損失が生じるため、このエネルギー損失を燃料などで補う必要が生じ、この点でも経済性に劣るものとなっている。
【０００４】
そこで、本発明の主たる課題は、経済性に優れた熱処理装置を提供することにある。
【０００５】
【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＞
圧縮空気が供給される加圧容器と、この加圧容器内に備えられた流動層炉と、この流動層炉の助燃バーナと、この助燃バーナに前記加圧容器内の圧縮空気を取り込む取込手段と、を有する熱処理装置であって、
前記取込手段が前記加圧容器内に収められている、ことを特徴とする熱処理装置。
【０００６】
（作用効果）
助燃バーナに加圧容器内の圧縮空気を取り込む取込手段が、加圧容器内に収められているので、設備費、維持費の増加及び圧縮空気の放熱によるエネルギー損失が抑えられ、経済性に優れた熱処理装置となる。
【０００７】
＜請求項２記載の発明＞
取込手段が吸引弁である請求項１記載の熱処理装置。
【０００８】
（作用効果）
取込手段が吸引弁であるので、簡易にかつ確実に加圧容器内の圧縮空気を助燃バーナに取り込むことができる。
【０００９】
＜請求項３記載の発明＞
助燃バーナに取り込んだ圧縮空気をパイロット空気及びメイン空気の少なくとも一方として利用する請求項１又は請求項２記載の熱処理装置。
【００１０】
（作用効果）
助燃バーナに取り込んだ圧縮空気をパイロット空気及びメイン空気の少なくとも一方の空気として利用するので、エネルギーの有効利用となる。
【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。
図１に、本発明の実施の形態に係る熱処理装置５０が備えられた熱処理システム１の構成例を示した。
本熱処理システム１には、被処理物Ｐを燃焼又は熱分解する熱処理装置５０が備えられている。この熱処理装置５０は、圧縮空気Ａが供給される加圧容器５１と、この加圧容器５１内に備えられた流動層炉２と、この流動層炉２の助燃バーナ５と、この助燃バーナ５に加圧容器５１内の圧縮空気Ａを取り込む取込手段７（図２参照）と、から主になる。
【００１２】
加圧容器５１の下側側壁には、加圧容器５１内に圧縮空気Ａを供給する、管などからなる供給路６が接続されている。かかる圧縮空気Ａの充填により、加圧容器５１内は、加圧されている。
【００１３】
流動層炉２の上側側壁には、被処理物Ｐを投入するためのフィーダ３が接続されている。フィーダ３から投入された被処理物Ｐは、加圧容器５１内から取り込まれ、目皿あるいは本実施の形態のような散気管４を介して吹き上げられる圧縮空気Ａによって砂などの流動媒体とともに流動化される。
【００１４】
流動層炉２の助燃バーナ５は、図２に示すように、管状の介材７１と、バーナ本体７２と、から主になる。介材７１は、流動層炉２の下側側壁に対して、この下側側壁に形成された孔２Ａと同軸となるように固定されている。孔２Ａの内壁は、保炎及び適切な火炎長さの維持のために、バーナタイル２Ｂで覆われている。
【００１５】
バーナ本体７２は、図３に拡大して示すように、燃料供給部７３と、スプレイヤ本体７４と、外管７５Ａ及び内管７５Ｂの二重管構造とされたスプレイヤ７５と、から主になり、前記介材７１に対して、圧縮空気Ａを取り込む取込手段７を介して取り付けられている。
【００１６】
油や、燃料ガス、微粉炭などの燃料は、燃料供給部７３の周壁に形成された燃料供給口７３Ａからバーナ本体７２内に取り込まれ、内管７５Ｂ内を通された後、かかる内管７５Ｂの先端部に取り付けられたノズル７６からミックスチャンバ７７内に噴出される。この燃料の取込・噴出に際しては、コンプレッサーなどによって生成された高圧空気がスプレイヤ本体７４の周壁に形成された空気供給口７４Ｂから取り込まれ、外管７５Ａと内管７５Ｂとの間を通された後、ミックスチャンバ７７内に噴出される。噴出された高圧空気は、ミックスチャンバ７７内において、同様にミックスチャンバ７７内に噴出された燃料と混ざり合う。ミックスチャンバ７７内に噴出された燃料は、高圧空気のもつ圧力によって、ミックスチャンバ７７の先端部に取り付けられたキャップ７８の孔７８Ａから噴射される。
【００１７】
取込手段７は、加圧容器５１内の圧縮空気Ａを助燃バーナ５内に取り込み、燃焼用空気としての利用に供する。本発明において、取込手段は、加圧容器内に収められている必要があるが、その具体的構成、加圧容器内への収め方などは、特に、限定されない。ただし、本実施の形態のように、取込手段が吸引弁（７）であると、簡易にかつ確実に圧縮空気Ａを流動層炉２内に取り込むことができ、好ましいものとなる。
【００１８】
圧縮空気Ａの量は、吸引弁（７）の開度で調節する。これにより、迅速かつ確実なバーナへの着火を実現することができるとともに、適切な空気比で、燃料を燃焼することができる。
【００１９】
助燃バーナ５内に取り込んだ圧縮空気Ａは、その利用形態が特に限定されるものではない。例えば、圧縮空気Ａの圧力によっては、先の燃料を噴射するための高圧空気として利用することも可能である。ただし、圧縮空気Ａをパイロット空気及びメイン空気の少なくとも一方の空気として利用するのが好ましく、特に圧縮空気Ａの圧力が０．２〜１．５ＭＰａとされている場合は、かかる利用がより好ましいものとなる。本実施の形態では、圧縮空気Ａをメイン空気として利用する形態を示したが、例えば、図２中に点線で示すように、介材７１の周壁を斜めに貫く点火用のパイロットバーナ８０を設け、このパイロットバーナ８０のパイロット空気（燃焼用空気）として利用する形態とすることもできる。なお、圧縮空気Ａをパイロット空気として利用する場合は、先の取込手段とは別にパイロット空気用の取込手段を設けることもできる。
【００２０】
流動層炉２の炉底部には、被処理物Ｐの熱処理によって発生した灰分を排出する灰分排出口１０が設けられている。また、流動層炉２の炉頂部には、被処理物Ｐの熱処理によって発生したばいじんを含む排ガス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、遠心式集塵機やバグフィルタなどの集塵装置１３と排気路１２を介して接続されている。本実施の形態では、この集塵装置１３も加圧容器５１内に備えられている。
【００２１】
集塵装置１３は、排ガスＧ中のばいじんを集塵するためのものである。この集塵装置１３を設置しないと、排ガスＧ中のばいじん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おそれがある。集塵装置１３で集塵されたばいじんは、排出路１３Ａを介して、系外に排出される。
【００２２】
集塵装置１３を経た排ガス（清浄ガス）Ｇは、頂部燃焼器１９に排気路２４を介して送られる。この頂部燃焼器１９には、排ガスＧを供給するための排気路２４のほか、圧縮空気Ａの供給路６から分岐する供給路２６と、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。補助燃料Ｒとしては、例えば、灯油、軽油等の液体燃料、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。）等の気体燃料、微粉炭等の固体燃料などを使用することができる。
【００２３】
頂部燃焼器１９においては、排ガスＧ及び補助燃料Ｒが圧縮空気Ａによって燃焼するので、排ガスＧの温度が高まる。この温度が高まった排ガス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の駆動ガスとして利用される。排ガス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。
【００２４】
流動層炉２で発生した排ガス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に送られる排ガス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加圧容器５１に供給することができ、加圧容器５１内及び流動層炉２内の高圧状態を安定的に維持することができる。ガスタービン１４の駆動に利用された排ガスＧは、更に供給路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排ガス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、排ガスＧの熱によって加熱され、高温・高圧の圧縮空気（燃焼用空気）Ａとして供給路６及びこの供給路６から分岐する供給路２６に送られる。このようにして加圧容器５１には、コンプレッサー１７によって加圧された高圧の圧縮空気Ａが供給されるので、流動層炉２内では常圧よりも高圧の状態（加圧下）で被処理物Ｐが燃焼又は熱分解されることになる。なお、本実施の形態において、供給路６は、その先端部に遮断弁８Ａの備わる分岐路８が備えられている。これにより、加圧容器５１内に供給する圧縮空気Ａの量が調節される。
【００２６】
被処理物Ｐの熱処理に際して発生した高温の排ガスＧは、流動層炉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。本実施の形態では、ガスタービン１４によって、排ガス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】
本実施の形態において、かかる加圧容器５１内及び流動層炉２内の圧力は、０．２〜１．５ＭＰａとなるように設定されている。加圧容器５１内及び流動層炉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に供給される排ガスＧの圧力が小さくなる。したがって、頂部燃焼器１９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を安定して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おそれがある。他方、加圧容器５１内及び流動層炉２内の圧力を１．５ＭＰａ超とするには、加圧容器５１をより高強度の耐圧構造としなげればならない。したがって、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おそれがある。
【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は、かかる発電機１８が駆動される。これにより、排ガスＧのエネルギーが余すところなく回収される。
【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、加圧容器５１に供給される圧縮空気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１８によって全て利用されるようにすることもできる。
【００３０】
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、圧縮空気Ａの酸素濃度が増すことになるので、圧縮空気Ａを流動層炉２に供給した際の被処理物Ｐの燃焼効率が向上する。
【００３１】
また、高酸素濃度の圧縮空気Ａによって被処理物Ｐや補助燃料Ｒを燃焼した際に発生する排ガスＧは、その組成の大部分が水蒸気及び二酸化炭素になる。したがって、エネルギー回収の済んだ排ガスＧを、例えば、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、排ガスＧは、二酸化炭素主体のものとなる。これにより、二酸化炭素の回収、除去が容易となり、地球温暖化の原因ともされる二酸化炭素の排出量を削減することができる。
【００３２】
（その他）
（１）  以上の説明では、集塵装置１３からの排ガス（清浄ガス）Ｇを、排気路２４を介して頂部燃焼炉１９に送る形態としたが、この形態に限られるものではない。例えば、集塵装置１３からの排ガスＧを、直接ガスタービン１４に送る形態とすることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、経済性に優れた熱処理装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱処理システムの構成図である。
【図２】助燃バーナの断面図である。
【図３】バーナ本体の断面図である。
【図４】従来の熱処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１…熱処理システム、２…流動層炉、５…助燃バーナ、７…取込手段、５０…熱処理装置、５１…加圧容器、７１…介材、７２…バーナ本体、７３…燃料供給部、Ａ…圧縮空気。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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