(57)【要約】【課題】エネルギーをより一層有効利用することができる有機性廃棄物の処理方法とする。【解決手段】有機性廃棄物Ｐを加圧下で燃焼し、この燃焼により発生した排ガスＧによってガスタービン１４を駆動する。この際、有機性廃棄物を発酵させ、この発酵により発生した可燃性生成物の少なくとも一部を、廃棄物Ｐの燃焼温度に比して高温で燃焼し、この高温燃焼により発生した高温ガスＴを排ガスＧ中に混入することにより、ガスタービン１４に供給される際の排ガスＧの温度を高める。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を加圧下で燃焼し、この燃焼により発生した排ガスによってガスタービンを駆動する有機性廃棄物の処理方法であって、
有機性廃棄物を発酵させ、この発酵により発生した可燃性生成物の少なくとも一部を、前記有機性廃棄物の燃焼温度に比して高温で燃焼し、
この高温燃焼により発生した高温ガスを前記排ガス中に混入することにより、前記ガスタービンに供給される際の前記排ガスの温度を高めることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
有機性廃棄物の発酵残渣を、単独で又は他の有機性廃棄物とともに燃焼する請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
ガスタービンの駆動に利用した後の排ガスがもつ熱エネルギーによって、発酵処理される有機性廃棄物を加温する請求項１又は請求項２記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
有機性廃棄物を燃焼する燃焼炉と、この燃焼炉において発生した排ガスによって駆動するガスタービンと、を有する有機性廃棄物の処理設備であって、
有機性廃棄物の発酵により発生した可燃性生成物の少なくとも一部を、前記燃焼炉における燃焼温度よりも高温で燃焼する補助燃焼炉が備えられ、
この補助燃焼炉において発生した高温ガスが前記排ガス中に混入されることにより、前記ガスタービンに供給される際の前記排ガスの温度が高まる構成とされたことを特徴とする有機性廃棄物の処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物の処理方法及び処理設備に関する。より詳しくは、加圧下で燃焼処理が行われ又は加圧燃焼炉が備えられるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃液や下水汚泥などの有機性廃棄物（有機物を含有する廃棄物）の、従来の処理方法は、有機性廃棄物を単に焼却するだけのものがほとんどであり、エネルギーの有効利用に対する考慮はあまりなされていなかった。
【０００３】
一方、発電所などにおいては、図１に示すような設備１００によって電力の回収が図られていた。この設備１００においては、微粉炭を水に混合分散し安定化させた液状化燃料であるＣＷＭが、燃焼炉１０１で燃焼され、この燃焼により発生した高温・高圧の排ガスＧ１によってガスタービン１１４及び発電機１１８が駆動され、もって電力の回収を図られる。また、これとともに、水が、ボイラー装置１１５において、ガスタービン１１４から排出される高温の排ガスＧ２のもつ熱エネルギーによって加熱され、さらに燃焼炉１０１において加熱されることにより蒸気Ｊが回収され、この蒸気Ｊによって蒸気タービン１１７及び発電機１１９が駆動され、もって電力の回収が図られる。
【０００４】
そこで、現在では、有機性廃棄物の処理に際しても、この設備１００における処理に準じた処理がなされ、もってエネルギーの有効利用が図られるようになり始めている。すなわち、現在の有機性廃棄物の処理においては、有機性廃棄物を燃焼するのに好ましいとされる流動層炉などにおいて有機性廃棄物を燃焼し、この燃焼により発生した高温・高圧の排ガスによってガスタービン及び発電機などの負荷を駆動するとともに、ガスタービンから排出される高温の排ガスの熱エネルギーによってボイラー装置などにおいて蒸気を回収し、この蒸気によって蒸気タービン及び発電機などの負荷を駆動することにより、電力などのエネルギーの回収を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この処理方法には、以下のような問題がある。
すなわち、まず、有機性廃棄物の燃焼温度は、かかる有機性廃棄物中に含まれる無機物の溶融や、流動媒体のシンタリング（燃焼炉が流動層炉である場合）などにより燃焼炉の安定した運転が阻害されるのを防止するという観点から、一般に、８００〜９００℃程度とされている。したがって、ガスタービンに入る排ガスの温度も比較的低いものとなり、タービン効率が悪くなるとの問題を有する。
【０００６】
また、有機性廃棄物は、廃液や下水汚泥などの廃棄物であるため、当然、発熱量が変化する。したがって、回収される電力などのエネルギーも安定せず、計画的に使用することはできないとの問題を有する。
【０００７】
さらに、このエネルギー回収率が不安定であることなどを原因として、蒸気タービンを駆動させても電力などのエネルギーを効果的に回収することができない。かえって設備費の増加などにより経済的でなくなってしまうとの問題を有する。
【０００８】
そこで、本発明の主たる課題は、エネルギーをより一層有効利用することができる有機性廃棄物の処理方法及び処理装置を提供することにある。
【０００９】
【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＞
有機性廃棄物を加圧下で燃焼し、この燃焼により発生した排ガスによってガスタービンを駆動する有機性廃棄物の処理方法であって、
有機性廃棄物を発酵させ、この発酵により発生した可燃性生成物の少なくとも一部を、前記有機性廃棄物の燃焼温度に比して高温で燃焼し、
この高温燃焼により発生した高温ガスを前記排ガス中に混入することにより、前記ガスタービンに供給される際の前記排ガスの温度を高めることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【００１０】
＜請求項２記載の発明＞
有機性廃棄物の発酵残渣を、単独で又は他の有機性廃棄物とともに燃焼する請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
【００１１】
＜請求項３記載の発明＞
ガスタービンの駆動に利用した後の排ガスがもつ熱エネルギーによって、発酵処理される有機性廃棄物を加温する請求項１又は請求項２記載の有機性廃棄物の処理方法。
【００１２】
＜請求項４記載の発明＞
有機性廃棄物を燃焼する燃焼炉と、この燃焼炉において発生した排ガスによって駆動するガスタービンと、を有する有機性廃棄物の処理設備であって、
有機性廃棄物の発酵により発生した可燃性生成物の少なくとも一部を、前記燃焼炉における燃焼温度よりも高温で燃焼する補助燃焼炉が備えられ、
この補助燃焼炉において発生した高温ガスが前記排ガス中に混入されることにより、前記ガスタービンに供給される際の前記排ガスの温度が高まる構成とされたことを特徴とする有機性廃棄物の処理設備。
【００１３】
【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＞
本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物を加圧下で燃焼し、この燃焼により発生した排ガスによってガスタービンを駆動する方法であって、有機性廃棄物を発酵させ、この発酵において発生した可燃性のガスや液体などの可燃性生成物の少なくとも一部を、有機性廃棄物の燃焼温度に比して高温で燃焼し、この高温燃焼により発生した高温ガスを排ガス中に混入することにより、前記ガスタービンに供給される際の前記排ガスの温度を高めることを特徴とするものである。
【００１４】
この点、「有機性廃棄物の発酵により発生した可燃性生成物」の燃焼には、流動層炉以外の燃焼炉をも使用することができる。したがって、前述したシンタリングの問題を回避可能である。また、「有機性廃棄物の発酵により発生した可燃性生成物」の燃焼においては、当然、無機物溶融の虞がない。したがって、「有機性廃棄物の発酵により発生した可燃性生成物」は、何ら弊害を伴うことなく、高温で燃焼することができる。一方、「有機性廃棄物の発酵により発生した可燃性生成物」を有機性廃棄物の燃焼温度に比して高温で燃焼すると、その排ガスも高温なものとなるので、この高温ガスを有機性廃棄物の燃焼により発生した排ガスに混入すると、かかる排ガスの温度が高まることになる。そして、供給されるガスの温度が高ければ、それだけガスタービンのタービン効率は向上する。したがって、本発明の方法によれば、燃焼炉の運転障害等の不都合を生じさせずに、エネルギーをより一層有効利用することができる有機性廃棄物の処理方法となる。
【００１５】
また、本発明の方法によれば、有機性廃棄物の燃焼により発生する排ガスの量が不安定であるとしても、有機性廃棄物の発酵により発生した可燃性生成物の燃焼により発生する高温ガスを混入して、ガスタービンに供給されるガスの量を調整することができる。したがって、安定したエネルギー回収を図ることができるようになる。
【００１６】
なお、有機性廃棄物を発酵させるための方法は、特に限定されるものではない。公知の方法を使用することができる。
【００１７】
また、発酵対象となる有機性廃棄物も、特に限定されるものではない。廃液や下水汚泥など燃焼処理される有機性廃棄物と同様のものを対象とすることができる。ただし、有機性廃棄物の発酵残渣を、単独で又は他の有機性廃棄物とともに燃焼するようにするのが、好ましい。このようにすれば、有機物のもつエネルギーをあますところなく利用することができる。
【００１８】
さらに、有機性廃棄物を発酵させるに際しては、ガスタービンの駆動に利用した後の排ガスがもつ熱エネルギーによって、発酵処理される有機性廃棄物を加温するのが、好ましい。この点、有機性廃棄物の処理設備においては、発電所などにおける場合と異なり、排ガスのもつ熱エネルギーによって、蒸気タービンを駆動させても効果的に電力などのエネルギーを回収することはできない。このことは、本発明の方法によって、エネルギー回収率を安定化させたとしても、同様である。設備投資を原因とする非経済性が著しいからである。しかし、本発明のように、排ガスのもつ熱エネルギーを発酵処理される有機性廃棄物の加温に利用するのであれば、（廃棄物の処理設備であるが故に）設備費をほとんどかけずに、熱エネルギーを有効利用することができる。
【００１９】
＜処理設備＞
次に、図２に基づいて、以上の処理方法を具体化した本実施の形態の例を処理設備７０について説明する。
本処理設備７０には、燃焼炉１が備えられている。この燃焼炉１の上部には、スプレーノズル等が備えられた複数の有機性廃棄物Ｐの供給口２が設けられている（なお、図１においては、供給口２を１つしか示していない。）。これらの供給口２は、有機性廃棄物供給路（供給路は、例えば管などで構成することができる。以下で説明する他の供給路や、排気路についても同様である。）３によって供給ポンプ４を介して有機性廃棄物Ｐの貯槽５と接続されている。有機性廃棄物供給路３には、燃焼用空気Ａの供給路６が接続されている。廃液や、下水汚泥などの貯槽５に貯留された有機性廃棄物Ｐは、供給ポンプ４によって昇圧され、燃焼用空気Ａとともに供給口２から燃焼炉１内に噴霧供給される。噴霧供給された有機性廃棄物Ｐは、燃焼炉１内において加圧下で燃焼される。
【００２０】
燃焼炉１の上部には、スプレーノズル等が備えられた複数の補助燃料Ｒの供給口７が設けられている（なお、図１においては、供給口７を１つしか示していない。）。これらの供給口７には、補助燃料Ｒの供給路９が接続されている。この供給路９には、供給路６から分岐する燃焼用空気Ａの供給路８が接続されている。補助燃料Ｒは、燃焼用空気Ａとともに燃焼炉１内に噴射供給され、燃焼炉１内において燃焼される。
【００２１】
補助燃料Ｒとしては、例えば、軽油、灯油等の液体燃料や、微粉炭等の固体燃料、ＬＮＧ等の気体燃料などを使用することができるが、本実施の形態では、これらにともなって又はこれらに代えて発酵処理装置５７から供給路３８を介して供給される可燃性のガス又は液体Ｓ（以下、単に可燃性生成物Ｓともいう。）を使用する。これにより、エネルギーの有効利用が図られる。なお、本実施の形態においては、可燃性生成物Ｓを、供給路３８を介して搬送する形態としたが、例えば、可燃性生成物Ｓを容器に詰め、この容器を搬送して利用する形態とすることもできる。
【００２２】
燃焼炉１の炉底部には、有機性廃棄物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、燃焼炉１の炉頂部には、有機性廃棄物Ｐの燃焼により発生した煤塵を含む燃焼排ガス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、バグ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。
【００２３】
集塵装置１３は、燃焼排ガス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、燃焼排ガス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（燃焼排ガス）Ｇは、ガスタービン１４に排気路２１を介して供給される。
【００２４】
この排気路２１には、補助燃焼炉１９において発生した高温ガスＴを排気するための排気路２４が接続されている。補助燃焼炉１９には、かかる排気路２４の他、補助燃料Ｒ´の供給路２０と、燃焼用空気Ａの供給路６から分岐する供給路２６と、が接続されている。補助燃焼炉１９に供給された補助燃料Ｒ´は、燃焼用空気Ａによって燃焼される。この燃焼により発生した高温ガスＴは、排気路２４介して排気され、燃焼排ガスＧ中に混入される。
【００２５】
高温ガスＴの混入は、燃焼排ガスＧの温度を高めるためのものである。したがって、補助燃焼炉１９における燃焼は、燃焼炉１における有機性廃棄物Ｐの燃焼温度に比して高温で行う必要がある。補助燃焼炉１９において発生するガス量にもよるが、本実施の形態では、かかる燃焼温度を、９００〜１２００℃とする。
【００２６】
補助燃料Ｒ´としては、例えば、灯油グレード以上の液体燃料や、ＬＮＧ等の気体燃料などを使用することができるが、発酵処理装置５７から供給路３８を介して供給される可燃性生成物Ｓを使用するのが好ましい。
【００２７】
前述の補助燃料Ｒとしても、灯油グレード以上の液体燃料や、ＬＮＧ等の気体燃料などを使用する場合は、供給路２０を供給路９から分岐させて、補助燃焼炉１９に補助燃料Ｒが供給されるように構成することもできる。
【００２８】
燃焼炉１において発生した燃焼排ガスＧの圧力が低い場合、例えば、処理設備７０の運転当初などであるため燃焼炉１内が十分な圧力となっていない場合などにおいては、補助燃焼炉１９に供給する補助燃料Ｒ´の量を多くすることにより、補助燃焼炉１９から排気される高温ガスＴ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燃焼炉１に供給することができ、燃焼炉１内の高圧状態を安定的に維持し、又は高圧状態となるまでの立ち上がり時間を短縮させることができる。
【００２９】
ガスタービン１４の駆動に利用された燃焼排ガス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燃焼排ガスＧは、さらに発酵処理装置５７に送られ、有機性廃棄物Ｐを加温するための熱源として利用される。本実施の形態においては、燃焼排ガスＧを、予熱器１５を通した後、発酵処理装置５７に供給する形態としたが、予熱器１５を通すことなく、直接、発酵処理装置５７に送ることもできる。
【００３０】
発酵処理装置５７は、有機性廃棄物Ｐを発酵させるための装置であり、公知の装置を使用することができる。発酵処理装置５７には、供給路３８が接続されており、この供給路３８によって可燃性生成物Ｓを搬送することができるようになっているのは、前述したとおりである。
【００３１】
このようにして熱源として利用された燃焼排ガスＧは、供給路２９を介して電気集塵機などからなる排ガス処理装置１６に送られ、清浄化処理された後、大気中に放出される。
【００３２】
ところで、本実施の形態において、上記ガスタービン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、駆動す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、圧縮されて圧縮空気とされた後、供給路３０を介して前記予熱器１５に送られる。予熱器１５において、圧縮空気Ｃは、燃焼排ガスＧの熱によって加熱された後、高温・高圧の燃焼用空気Ａとして供給路６並びにこの供給路６から分岐する供給路８及び供給路２６を通される。このようにして燃焼炉１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が供給されるので、燃焼炉１内では常圧よりも高圧の状態（加圧下）で有機性廃棄物Ｐが燃焼されることになる。
【００３３】
本実施の形態において、かかる燃焼炉１内の圧力は、０．２〜１．０ＭＰａとなるように設定されている。燃焼炉１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及び２１を介してガスタービン１４に供給される燃焼排ガスＧの圧力が小さくなるため、補助燃焼炉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、燃焼炉１内の圧力を１．０ＭＰａを上回らせるには、燃焼炉１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。
【００３４】
なお、燃焼処理設備７０には、ガスタービン１４にコンプレッサー１７を介して図示しない発電機を連結することもできる。ただし、有機性廃棄物Ｐの処理量によっては、発電機を設置して電力回収を図る利点がない場合もあるので、本実施の形態においては、設置していない。
【００３５】
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２中に点線で示すように、コンプレッサー１７と予熱器１５との間にガスタービン１４によって駆動する酸素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を燃焼炉１に供給した際の有機性廃棄物Ｐの燃焼効率が向上することになる。これにより、補助燃料Ｒの使用量が削減され、より一層経済的な燃焼処理が実現される。
【００３６】
また、高酸素濃度の燃焼用空気Ａによって有機性廃棄物Ｐを燃焼した際に発生する燃焼排ガス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、かかる燃焼排ガス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、燃焼排ガスＧが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燃焼排ガス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燃焼処理設備を提供することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、エネルギーをより一層有効利用することができる有機性廃棄物の処理方法及び処理装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】効果的に電力回収を行うための設備を示したフロー図である。
【図２】本実施形態の有機性廃棄物の処理設備を示したフロー図である。
【符号の説明】
１…燃焼炉、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、１９…補助燃焼炉、２２…酸素ＰＳＡ装置、５７…発酵処理装置、７０…有機性廃棄物の処理設備、Ａ…燃焼用空気、Ｃ…空気、Ｇ…燃焼排ガス、Ｐ…有機性廃棄物、Ｒ，Ｒ´…補助燃料、Ｓ…可燃性生成物、Ｔ…高温ガス。
【図１】
2004089777.tif 000003
【図２】
2004089777.tif 000004