(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、中位熱蒸発器と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で有機作動媒体の循環系が構成され、さらに、膨張タービンと凝縮器との間と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とし、
前記燃焼炉の外壁に熱媒体を流通して前記燃焼炉の路壁の保護を図り、流通後の熱媒体のもっている熱を、前記中位熱蒸発器の加熱源とする、
ことを特徴とする廃液の燃焼方法。
【請求項２】
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、この低位熱蒸発器における蒸発ベーパーについて気液分離する分離部と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で多成分作動媒体の第１の循環系が構成され、
前記分離部で分離された低濃度作動媒体が前記膨張タービンから前記凝縮器への間においてタービン排気と合流される第２の循環系が構成され、
さらに、前記第２の循環系と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とする、
ことを特徴とする廃液の燃焼方法。
【請求項３】
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、中位熱蒸発器と、この中位熱蒸発器における蒸発ベーパーについて気液分離する分離部と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で多成分作動媒体の第１の循環系が構成され、
前記分離部で分離された低濃度作動媒体が前記膨張タービンから前記凝縮器への間においてタービン排気と合流される第２の循環系が構成され、
さらに、前記第２の循環系と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とし、
前記燃焼炉の外壁に熱媒体を流通して前記燃焼炉の路壁の保護を図り、流通後の熱媒体のもっている熱を、前記中位熱蒸発器の加熱源とする、
ことを特徴とする廃液の燃焼方法。
【請求項４】
前記低位熱蒸発器を通った後の湿ガスは、発生器、凝縮器、蒸発器及び吸収器を有する吸収式ヒートポンプの前記発生器に導き、吸収式ヒートポンプを駆動し、その吸収式ヒートポンプの前記蒸発器と、前記作動媒体の循環系の凝縮器とを兼用した請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃液の燃焼方法。
【請求項５】
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、中位熱蒸発器と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で有機作動媒体の循環系が構成され、さらに、膨張タービンと凝縮器との間と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスが、前記低位熱蒸発器の加熱源とし、
前記燃焼炉の外壁に熱媒体を流通して前記燃焼炉の路壁の保護を図り、流通後の熱媒体のもっている熱を、前記中位熱蒸発器の加熱源とする構成とした、
ことを特徴とする廃液の燃焼装置。
【請求項６】
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、この低位熱蒸発器における蒸発ベーパーについて気液分離する分離部と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で多成分作動媒体の第１の循環系が構成され、
前記分離部で分離された低濃度作動媒体が前記膨張タービンから前記凝縮器への間においてタービン排気と合流される第２の循環系が構成され、
さらに、前記第２の循環系と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とする構成とした、
ことを特徴とする廃液の燃焼装置。
【請求項７】
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、中位熱蒸発器と、この中位熱蒸発器における蒸発ベーパーについて気液分離する分離部と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で多成分作動媒体の第１の循環系が構成され、
前記分離部で分離された低濃度作動媒体が前記膨張タービンから前記凝縮器への間においてタービン排気と合流される第２の循環系が構成され、
さらに、前記第２の循環系と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とし、
前記燃焼炉の外壁に熱媒体を流通して前記燃焼炉の路壁の保護を図り、流通後の熱媒体のもっている熱を、前記中位熱蒸発器の加熱源とする構成とした、
ことを特徴とする廃液の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃液の燃焼方法及びその燃焼装置に係り、例えば有機物や有害物質を含有するためにそのまま排出することができない廃液を燃焼させて無害化処理するための廃液の燃焼方法および燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液状廃棄物すなわち廃液は、その大部分が水分であって残余が有機物や無機物であり、石油化学工業を始めとするあらゆる産業分野、および民生分野において発生するが、そのうち、例えば有機物、あるいは有害物質を含有するためにそのまま系外に放出することができない廃液は、無害化処理を行わなければならない。そして、このような無害化処理の一手段として、廃液を燃焼炉に噴霧して高温で燃焼させることによる高温酸化処理、すなわち焼却処理があり、大量の廃液を処理することができるため多用されている。
【０００３】
本出願人は、このように廃液を燃焼させて処理するための燃焼方法として、特許文献１に開示されているように、上記燃焼炉の外壁部分にジベンジルトルエンや高分子オイル等の熱媒を循環させてその温度や炉内表面温度を制御することにより、燃焼炉の内壁に内張りされた耐火物の寿命の延長を図ることを提案した。すなわち、この燃焼方法においては、燃焼炉の外壁部分がジャケット構造とされて上述のような熱媒が供給可能とされており、この熱媒の温度を制御することによって炉内壁をその表面温度が適当な範囲となるように冷却することにより、廃液中のアルカリ分に由来するアルカリ溶融塩を炉内壁の内張り耐火物表面にコーティングして自己保護膜を形成し、この耐火物の浸食を防いでその寿命の延長を図っている。
しかるに、こうして燃焼炉に供給された熱媒は、上述のように炉内壁の上記耐火物を冷却してその表面温度を制御する代わりに自身は加熱されて燃焼炉から返送され、その循環経路の途中で冷却されて再び燃焼炉に戻されることになるが、燃焼炉から返送された熱媒の温度は高温であるため、そのエネルギーを回収して有効利用することが重要となる。
ところが、上記従来の燃焼方法においては、熱媒自体が上述のようにジベンジルトルエンや高分子オイルのような化合物であるため、これを燃焼装置の系外に抜き出してそのエネルギーを利用するといったことは困難であって、利用の用途も限定されざるを得ず、例えば燃焼炉から返送された高温の熱媒は、この燃焼装置の系内において、上記循環経路の途中で、またはその一部が抜き出されて、冷却水との間で熱交換されたり、あるいは直接的に、燃焼炉に供給される廃液を加熱して蒸発濃縮するための加熱源として用いられる程度であった。
そこで、本出願人は、特許文献２に開示されているように、廃液の燃焼によって生じたエネルギーをより直接的かつ効率的に、しかも多目的に利用することが可能な廃液の燃焼方法および燃焼装置として、廃液の燃焼炉の外壁に冷却水を通水して、燃焼炉を冷却し、冷却後の加熱された冷却水を蒸気として回収する、たとえばボイラの蒸気として回収することを提案し、その有効性を確認済みである。
【０００４】
他方、特許文献３には、廃液の燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図った後の湿ガスのもっているエネルギーを、吸収式ヒートポンプと組み合わせて有効に利用することを提案している。
【特許文献１】特許第３３９４０８５公報
【特許文献２】特開２００３−２２２３２０号公報
【特許文献３】特開平８−２６１６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来は、個別的な蒸気の利用に留まり、エネルギーの利用効率は十分には高くはない。
そこで、本発明者らは、廃液燃焼の際に発生する熱量（エネルギー）は膨大なものであり、燃焼炉の外壁に冷却水などの熱媒体を流通して、流通後の加熱された熱媒体のもっているエネルギーと、燃焼排ガスと冷却溶解水との直接接触を図った後の湿ガスのもっているエネルギーとの両者を有効に電力発生に利用できれば、ＣＯ2発生の削減に寄与するとともに、省エネルギーになるのではないかと着目した。
したがって、本発明の主たる課題は、廃液燃焼の際に発生する熱量を有効に電力発生に利用して、省エネルギーが十分に達成できる高い廃液の燃焼方法及びその燃焼装置を提供することにある。
【０００６】
他の課題は、機器の構成として簡素であり、投資する設備費に対して十分に高い省エネルギーを示す燃焼方法及びその燃焼装置を提供することにある。
さらに別に課題は、以下の説明から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
【０００８】
＜請求項１記載の発明＞
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、中位熱蒸発器と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で有機作動媒体の循環系が構成され、さらに、膨張タービンと凝縮器との間と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とし、
前記燃焼炉の外壁に熱媒体を流通して前記燃焼炉の路壁の保護を図り、流通後の熱媒体のもっている熱を、前記中位熱蒸発器の加熱源とする、
ことを特徴とする廃液の燃焼方法。
【０００９】
（請求項１記載の発明についての作用効果）
廃液の燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図った後の飽和湿潤ガス（湿ガス）を加熱源として、いわゆるランキンサイクルによって、膨張タービンを駆動して発電することができないかと鋭意検討したところ、効率的な発電を行うことができることを知見したものである。すなわち、湿ガスがもっている熱により蒸発器により有機作動媒体を加熱し、膨張タービンを駆動して発電するものである。
【００１０】
ここで、湿ガスは、一般的な水−水蒸気系で作動させるランキンサイクルとは大きく異なる温度−熱量変化を示す。すなわち、湿ガスの温度変化を図６に示す。図６は、典型的な廃液燃焼の条件の分解温度９５０℃、冷却槽の出口圧力が、０．１１３ＭＰａの場合における温度−熱量変化を示したのもので、縦軸は温度を、横軸は時間当たりの熱量である。そして、水−水蒸気系の加熱ガス及び湿ガスに対して、たとえば２４．８Ｍｋａｌ／ｈの熱量を与えた場合、
【００１１】
これを説明すると、水−水蒸気系の加熱ガスの温度−熱量変化は、ほぼ一様に変化する（ほぼ一様な熱量の放出変化を示す。）。これに対し、湿ガスの場合には、図６の「湿ガス熱量変化」曲線が参照されるように、温度低下に伴って、水蒸気の凝縮を開始するが、約８０℃まで大きな熱量を保有したまま緩慢に変化し、その後は急激に熱量を放出する傾向を示す。
【００１２】
そして、加熱ガスを利用して蒸発器（熱交換器）により加熱するランキンサイクルを構成する場合、加熱ガスの温度−熱量変化に対して温度差を取る必要があるために、図６の「加熱ガス蒸発器（１）」の線で示すような条件で蒸発操作をするように設定する必要がある。
【００１３】
これに対し、湿ガスを利用して蒸発器（熱交換器）により加熱するランキンサイクルを構成する場合、湿ガスは、約８０℃まで大きな熱量を保有したまま緩慢に変化するので、湿ガスの温度−熱量変化に対して必要な温度差を取りながら、図６の「湿ガス蒸発器（２）」の線で示すような条件で蒸発操作をするように設定することができる。すなわち、ランキンサイクルでの凝縮器から蒸発器へ供給されるまでに必要な予熱は、「湿ガス熱量変化」曲線の温度が急激に低下する領域とほぼ同様な変化割合で行うことができ、この予熱後、低位蒸発器において、作動媒体の蒸発に必要な大量な熱量を、湿ガスによって、必要な温度差を確保しながら加熱を行うことができる。
【００１４】
以上の説明から判るように、本発明の方法によれば、湿ガスは、凝縮の初期から約１５℃の温度低下で全利用可能な熱の約７０〜８０％を放出でき、これを作動媒体の蒸発に利用することができる。その後の急速な温度低下は、作動媒体の予熱に利用することで、ほぼ完全な熱回収が可能となる。したがって、湿ガスの熱を作動媒体の加熱に著しい高い効率をもって加熱することができる。
【００１５】
ここで、作動媒体の蒸発圧力が低いために、膨張タービンでの有効なエンタルピー落差は大きくはない。しかし、膨張タービンでの発電量は、作動媒体の蒸発量に大きく支配される。本発明における湿ガスは、その温度は約８６℃〜９２℃で、利用する温度としてさほど高くはない（「低位熱」と呼べるものである）が、湿ガスの量は燃焼排ガスの量と同量程度で容積的に大きく、しかも、水蒸気の潜熱としてもっている熱量は膨大である。その結果、作動媒体を大量に蒸発させることができ、もって、膨張タービンでの発電量が大きくなるのである。
【００１６】
一方、廃液の燃焼炉の外壁に冷却水を通水して、燃焼炉を冷却し、冷却後の加熱された冷却水は、約９５℃〜１００℃の温度をもった蒸気（以下これを「加熱排蒸気」ともいう。この加熱排蒸気は「中位熱」と呼べる温度をもっているものである）として回収することができる。ただし、加熱排蒸気の量は湿ガスの量の約１０〜１５％であり少ない。しかし、加熱排蒸気量が少ないとしても、図６に「湿ガスの中位熱蒸発器（３）」として図示するように、作動流体の温度上昇分として有効に熱回収できる。
【００１７】
＜請求項２記載の発明＞
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、この低位熱蒸発器における蒸発ベーパーについて気液分離する分離部と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で多成分作動媒体の第１の循環系が構成され、
前記分離部で分離された低濃度作動媒体が前記膨張タービンから前記凝縮器への間においてタービン排気と合流される第２の循環系が構成され、
さらに、前記第２の循環系と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とする、
ことを特徴とする廃液の燃焼方法。
【００１８】
＜請求項３記載の発明＞
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、中位熱蒸発器と、この中位熱蒸発器における蒸発ベーパーについて気液分離する分離部と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で多成分作動媒体の第１の循環系が構成され、
前記分離部で分離された低濃度作動媒体が前記膨張タービンから前記凝縮器への間においてタービン排気と合流される第２の循環系が構成され、
さらに、前記第２の循環系と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とし、
前記燃焼炉の外壁に熱媒体を流通して前記燃焼炉の路壁の保護を図り、流通後の熱媒体のもっている熱を、前記中位熱蒸発器の加熱源とする、
ことを特徴とする廃液の燃焼方法。
【００１９】
（請求項３の作用効果）
本発明における作動媒体の例としては後述するが、有機作動媒体の場合、その蒸発温度は一定の決まった温度である。したがって、有機作動媒体の蒸発温度を湿ガスの入口温度に接近させたとしても、発電効率を高めることはできない。
【００２０】
しかし、作動媒体が多成分の媒体、たとえば水・アンモニアとすると、吸収剤と冷媒にように、蒸発中でも成分の変化があるので、多成分作動媒体の蒸発温度を湿ガスの入口温度に接近させることができる。また、蒸発器の出口では、作動媒体が完全に蒸発しないので、冷媒を蒸発させ残った希薄液を、膨張タービンの排気と混合し凝縮圧力を低下させることができ、膨張タービンでのエンタルピー落差を大きくすることができ（ローレンツの法則）、発電効率が高いものとなる。
【００２１】
＜請求項４記載の発明＞
前記低位熱蒸発器を通った後の湿ガスは、発生器、凝縮器、蒸発器及び吸収器を有する吸収式ヒートポンプの前記発生器に導き、吸収式ヒートポンプを駆動し、その吸収式ヒートポンプの前記蒸発器と、前記作動媒体の循環系の凝縮器とを兼用した請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃液の燃焼方法。
【００２２】
（作用効果）
前述のように、湿ガスは、温度は低いものの生成容量が大きい。そこで、低位熱蒸発器で加熱するに必要な量をもってしても余熱がある。そこで、吸収式ヒートポンプを駆動して、他の熱源に利用する（たとえばボイラの熱源として利用する。）ことができるほか、吸収式ヒートポンプの蒸発器と、作動媒体の循環系の凝縮器とを兼用すると、一層、機器構成が簡素なものとなる。
【００２３】
＜請求項５記載の発明＞
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で有機作動媒体の循環系が構成され、さらに、膨張タービンと凝縮器との間と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とし、
前記低位熱蒸発器の湿ガスの入口温度が８６〜９２℃となる構成とした、
ことを特徴とする廃液の燃焼装置。
【００２４】
（作用効果）
請求項１の発明と同様な作用効果を奏する。
【００２５】
＜請求項６記載の発明＞
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、中位熱蒸発器と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で有機作動媒体の循環系が構成され、さらに、膨張タービンと凝縮器との間と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスが、前記低位熱蒸発器の加熱源とし、
前記燃焼炉の外壁に熱媒体を流通して前記燃焼炉の路壁の保護を図り、流通後の熱媒体のもっている熱を、前記中位熱蒸発器の加熱源とする構成とした、
ことを特徴とする廃液の燃焼装置。
【００２６】
（作用効果）
請求項１の発明と同様な作用効果を奏する。
【００２７】
＜請求項７記載の発明＞
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、この低位熱蒸発器における蒸発ベーパーについて気液分離する分離部と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で多成分作動媒体の第１の循環系が構成され、
前記分離部で分離された低濃度作動媒体が前記膨張タービンから前記凝縮器への間においてタービン排気と合流される第２の循環系が構成され、
さらに、前記第２の循環系と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とする構成とした、
ことを特徴とする廃液の燃焼装置。
【００２８】
（作用効果）
請求項２の発明と同様な作用効果を奏する。
【００２９】
＜請求項９記載の発明＞
廃液を燃焼炉に供給して燃焼するとともに、前記燃焼炉の燃焼排ガスを、冷却溶解水を収容した冷却槽中に噴出させ、前記燃焼排ガスと前記冷却溶解水との直接接触を図る廃液燃焼設備において、
低位熱蒸発器と、中位熱蒸発器と、この中位熱蒸発器における蒸発ベーパーについて気液分離する分離部と、膨張タービン及び発電機と、凝縮器と、昇圧ポンプとがこの順で多成分作動媒体の第１の循環系が構成され、
前記分離部で分離された低濃度作動媒体が前記膨張タービンから前記凝縮器への間においてタービン排気と合流される第２の循環系が構成され、
さらに、前記第２の循環系と、昇圧ポンプと低位熱蒸発器との間と、で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水と直接接触を図った後の湿ガスを、前記低位熱蒸発器の加熱源とし、
前記燃焼炉の外壁に熱媒体を流通して前記燃焼炉の路壁の保護を図り、流通後の熱媒体のもっている熱を、前記中位熱蒸発器の加熱源とする構成とした、
ことを特徴とする廃液の燃焼装置。
【００３０】
（作用効果）
請求項３の発明と同様な作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、廃液燃焼の際に発生する熱量を有効に電力発生に利用して、省エネルギーが十分に達成できる高い廃液の燃焼方法及びその燃焼装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（廃液の燃焼装置の基本的構成）
図１は、本発明の廃液の燃焼装置の実施形態例を示すものである。
燃焼炉１は縦型円筒状をなし、その頂部中央には助燃バーナー（たとえばボルテックスバーナー）２が設けられていて、この助燃バーナー２からは灯油等の補助燃料Ｆが燃焼用空気（図示せず）によって下向きに燃焼炉１内に噴射されて燃焼させられるとともに、この助燃バーナー２の周りの燃焼炉１の肩部には、廃液Ｗを燃焼炉１内に噴霧する複数（ただし、図１には１つしか描かれていない）のノズル３・が周方向に等間隔に、かつ円筒状をなす燃焼炉１の中心線に向けて斜め下向きに設けられている。  これらのノズル３・から燃焼炉１内に噴霧された廃液Ｗが、上記助燃バーナー２の補助燃料Ｆの燃焼によって燃焼させられる。
【００３３】
また、この燃焼によって生じた排ガスは、燃焼炉１の下部に移行し、燃焼炉１のダウンカマー１Ａを通って、冷却溶解水ＣＷを収容した冷却槽４中に噴出され、燃焼排ガスと冷却溶解水ＣＷとの直接接触が図られる。冷却槽４は、中央周辺にリング堰４Ａが形成され、ダウンカマー１Ａの先端を噴出された排ガスは、矢印線で示すように、冷却溶解水ＣＷを巻き上げながらリング堰４Ａを乗り越える。かかる激しい気液の混相流は、集塵機能及び撹拌機能を発揮し、排ガスに同伴されたダスト成分及び溶融流下した塩類の大部分が捕捉され、溶解され、アルカリ液のオーバーフロー４Ｂとして装置外へ排出され、適宜の処理を受ける。
溶解液と分離した湿ガスＧは、後に説明するように、低位熱蒸発器２０の加熱源として利用される。
【００３４】
他方、燃焼炉１の内壁部分５Ａには耐火材よりなる内張りがなされている一方、この耐火物に接する外壁５部分は二重壁のジャケット構造とされて内部に燃焼炉１の下部から上部に至る空間５Ｂが形成されており、この空間５Ｂには燃焼炉１の外部に備えられた冷却手段６によって冷却水Ｃ、すなわち水が供給されて通水され、冷却手段６との間で循環可能とされている。この冷却手段６は、上記外壁５のジャケットに供給された冷却水Ｃの液面レベルよりも高い位置に設けられて燃焼炉１との間で循環させられる冷却水Ｃを保持するヘッドタンク７と、このヘッドタンク７から燃焼炉１に冷却水Ｃを供給するポンプ８とを備えたものであり、ヘッドタンク７に保持された冷却水Ｃはポンプ８によって燃焼炉１の外壁５がなすジャケット構造の前記空間５Ｂに流通させられ、内壁部分５Ａの上記耐火物を冷却する代わりに自身は加熱されてヘッドタンク７へと返送され、循環させられる。
【００３５】
そして、本実施形態ではこの冷却手段６のヘッドタンク７に、こうして燃焼炉１から返送されて該燃焼炉１の耐火物を冷却する代わりに加熱されることにより発生した冷却水Ｃの蒸気Ｓは、蒸気回収管１０を通って、中位熱蒸発器２１の加熱源とされる。
【００３６】
このように構成された廃液Ｗの燃焼装置および該装置を用いた廃液Ｗの燃焼方法においては、この廃液Ｗが供給されて燃焼させられる燃焼炉１の外壁５に冷却水Ｃが通水されて該燃焼炉１が冷却されるため、その内壁部分の耐火物の浸食が抑えられるのは勿論のこと、こうして燃焼炉１を冷却した後の加熱された冷却水Ｃが上記回収手段９によってヘッドタンク７から蒸気Ｓとして回収される。
【００３７】
ヘッドタンク７から回収された冷却水Ｃの蒸気Ｓすなわち水蒸気は、気体であるために伝熱係数が大きく、従ってこれを中位熱蒸発器２１の熱源として利用する場合において熱交換効率を高めることが可能となる。従って、上記構成の廃液Ｗの燃焼装置および燃焼方法によれば、燃焼炉１において廃液Ｗの燃焼によって生じたエネルギーをより効率的に利用することが可能となり、ＣＯ2の発生量の削減にも貢献することが可能となる。
【００３８】
この実施の形態では、冷却水Ｃの蒸気Ｓを中位熱蒸発器２１の加熱源としたが、この例に代えて、特許第３３９４０８５公報に記載のように、ジベンジルトルエンや高分子オイルなどの熱媒体を、中位熱蒸発器２１の加熱源とすることもできる。
【００３９】
（第１の実施の形態：請求項１記載の発明の実施の形態）
第１の実施の形態は、作動媒体として有機媒体を好適に使用できる例である。この有機媒体としは、たとえば次記のものを例示できる。
（１）ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒：Ｒ２３、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ
（２）ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）系冷媒：Ｒ２１８
（３）自然冷媒：Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ６００（ブタン）、Ｒ６００ａ（イソブタン）
【００４０】
本発明においては、たとえば図２に示すように、低位熱蒸発器２０と、望ましくはさらに中位熱蒸発器２１と、膨張タービン２２及び発電機２３と、凝縮器２５と、昇圧ポンプ２６とがこの順で作動媒体の循環系が構成されている。
さらに、膨張タービン２２と凝縮器２５との間と、昇圧ポンプ２６と低位熱蒸発器２０との間と、で熱交換する熱交換器２７が設けられている。
【００４１】
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水ＣＷと直接接触を図った後の湿ガスＧの蒸気Ｓ１は、供給管路１１を通して低位熱蒸発器２０の加熱源とされる。加熱済みの蒸気は、たとえば他の用途に利用される。
【００４２】
他方、燃焼炉１の外壁に熱媒体を流通して燃焼炉の路壁の保護を図り、冷却後の加熱された熱媒体のもっている熱を、中位熱蒸発器２１の加熱源とする。この実施の形態では、熱媒体として、ヘッドタンク７で分離された蒸気回収管１０を通る加熱排蒸気Ｓ２を、中位熱蒸発器２１の加熱源とするものである。加熱済みの蒸気は、回収管３４からタンク２８に回収され、ポンプ２９によりヘッドタンク７へと返送される。
【００４３】
作動媒体は、低位熱蒸発器２０及び中位熱蒸発器２１により加熱され、高温ベーパー３０Ａとして膨張タービン２２に投入され、発電機２３を駆動する。膨張タービン２２の排気３１は、凝縮器２５において凝縮され、返送路３２を通して、昇圧ポンプ２６により低位熱蒸発器２０へと送給される。その際に、熱交換器２７において、熱交換が図られ、膨張タービン２２の排気３１温度の低下が行われ、膨張タービン２２の効率を高めるようにしてある。
なお、低位熱蒸発器２０及び又は中位熱蒸発器２１内の圧力は、必要な操作温度に対応して、圧力調整手段により調整できるものである。
【００４４】
（第２の実施の形態：請求項３記載の発明の実施の形態）
第２の実施の形態は、作動媒体として、吸収式ヒートポンプの吸収剤と冷媒として利用されている多成分のものを好適に使用でき、この作動媒体としは、たとえば水−アンモニアのほかＲ１３４ａ（トリニトロフルオロエタノール）を例示できる。
実施の形態においては、たとえば図３に示すように、低位熱蒸発器２０と、望ましくはさらに中位熱蒸発器２１及び分離部３６と、膨張タービン２２及び発電機２３と、凝縮器２５と、昇圧ポンプ２６とがこの順で作動媒体の第１の循環系が構成されている。
分離部３６で分離された低濃度作動媒体が、膨張タービン２２から凝縮器２５への間の合流点２４において、タービン排気と合流される第２の循環系３３が構成され、さらに、第２の循環系３３と、昇圧ポンプ２６と低位熱蒸発器２０との間と、で熱交換する熱交換器２７が設けられている。
他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
前記燃焼排ガスを前記冷却溶解水ＣＷと直接接触を図った後の湿ガスＧの蒸気Ｓ１は、低位熱蒸発器２０の加熱源とされる。加熱済みの蒸気は、たとえば他の用途に利用される。
【００４６】
他方、燃焼炉１の外壁に熱媒体を流通して燃焼炉の路壁の保護を図り、冷却後の加熱された熱媒体のもっている熱を、中位熱蒸発器２１の加熱源とする。
【００４７】
第２の実施の形態では、作動媒体は低位熱蒸発器２０及び中位熱蒸発器２１により加熱され、高温ベーパーは、分離部３６を通って膨張タービン２２に投入され、発電機２３を駆動する。膨張タービン２２の排気３１は、凝縮器２５において凝縮され媒体液となる。
【００４８】
他方、分離部３６で分離された低濃度の希薄媒体液は、熱交換器２７において、熱交換が図られた後、膨張タービン２２の排気３１と、合流点２４合流され、膨張タービン２２の背圧を下げ、膨張タービン２２の効率を高めるようにしてある。
凝縮器２５において凝縮された媒体液は、返送路３２を通して、昇圧ポンプ２６により低位熱蒸発器２０へと送給される。
【００４９】
この実施の形態において、図３には、中位熱蒸発器２１として、単一のシェル内に中位熱蒸発器部分と分離部部分とが組み込まれたものを図示してあるが、分離部３６が分離されたものであってもよい。この説明のように、請求項３の発明は、中位熱蒸発器２１と分離部３６とが一体的に両者が組み合わされた単一の機器である場合もののほか、物理的に分離しているもののも包含するものである。
【００５０】
（第３の実施の形態：請求項５記載の発明の実施の形態）
湿ガスは、温度は低いものの生成容量が大きい。そこで、低位熱蒸発器２０で加熱するに必要な量をもってしても余熱がある。そこで、吸収式ヒートポンプを駆動して、他の熱源に利用することができる。この例を第３の実施の形態の応用例として図４に示す。
すなわち、低位熱蒸発器を通った後の湿ガスは、発生器（再生器）４０、凝縮器４１、蒸発器４２及び吸収器４３を有する吸収式ヒートポンプの前記発生器に４０導き、吸収式ヒートポンプを駆動する。この実施の形態は、吸収式ヒートポンプの蒸発器と、作動媒体の循環系の凝縮器２５とを兼用したものである。すなわち、吸収式ヒートポンプの凝縮器を、作動媒体の循環系の凝縮器２５を適用したものである。
【００５１】
吸収式ヒートポンプの動作は明らかであろうが、改めて説明すると、発生器に４０で発生したベーパーは、凝縮器４３に供給され、そこでの凝縮液は凝縮器２５に導かれる。凝縮器２５では、ベーパーの蒸発が行われる。蒸発したベーパーは吸収器４１に直接又は図示しない機械的圧縮機により圧縮昇圧されて供給されるようになっている。
吸収器４１と発生器４０との間には、循環ポンプ４６による、濃厚液供給管路と希薄液返送管路との間で熱交換器４４による熱交換が図られている。また、凝縮器２５から凝縮液も熱交換器４５により熱交換が図られている。
【００５２】
（他の例）
上記の実施の形態例では、溶解液と分離した湿ガスＧは、供給管路１１を通して、直接的に低位熱蒸発器２０の加熱源として利用される。しかるに、湿ガスＧによって、低位熱蒸発器２０の腐食や伝熱係数の低下などが懸念される場合には、図５に示すように、湿ガスをベンチュリースクラバーなどの除塵器１２により除塵し、清浄の湿ガスを供給管路１１を通して、低位熱蒸発器２０の加熱源として利用することもできる。１３は白煙防止装置であり、煙突（図示せず）に連なっている。
【実施例】
【００５３】
（実施例１）
図２の形態による例である。石油化学工場からの、発熱量１５０７０ｋＪ／ｋｇの有機物２８０４ｋｇを含む廃液を１１７００ｋｇ／ｈｒで廃液燃焼炉（分解炉）に供給し、発熱量４０６００ｋＪ／ｋｇの助燃油を１４８５ｋｇ／ｈｒで供給して、約９５０℃の温度で熱分解し、それを水で急冷し７２１９０ｋｇ／ｈｒの湿ガスと０．０８１ＭＰａの加熱排蒸気４５１８ｋｇ／ｈｒを得た。この場合、分解炉への全入熱は２８３７０ｋＷｔｈであった。低位熱蒸発器２０の入口温度は９０℃、出口温度は７８℃、中位熱蒸発器２１の蒸発温度は９５℃とした。凝縮器の凝縮温度を４０℃として、両蒸発器の回収熱で作動媒体のイソペンタンを蒸発させ、圧力０．４７ＭＰａ，流量１７２８００ｋｇ／ｈｒのベーパーをえて、これで発電機付の膨張タービンを駆動した。
その結果、発電端の出力で１５０４ｋＷ、循環ポンプに２２ｋＷの電力を必要とし、送電端の出力が１４８２ｋＷの発電を行うことができることを確認した。排熱の入熱に対する発電効率は約５．２％であった。
【００５４】
（比較例１：図２に形態で、湿ガスを低位熱蒸発器２０の熱源とした例）
図２の中位熱蒸発器２１を使用しない例である。発電量は、発電端の出力で１３７０ｋＷ、送電端の出力が１３４８ｋＷの発電であった。この場合の発電量は、実施例１に比較して約８９％であった。
【００５５】
（比較例２：図２に形態で、加熱排蒸気を中位熱蒸発器２１の熱源とした例）
図２の低位熱蒸発器２０を使用しない例である。発電量は、発電端の出力で１９５ｋＷ、送電端の出力が１７３ｋＷの発電であった。この場合の発電量は、実施例１に比較して約１３％であった。
【００５６】
（実施例２）
図３に形態による例である。作動媒体として水−アンモニアを使用した。他の操業条件は、実施例１と実質的に同一とした。ただし、湿ガスの低位熱蒸発器２０の入口温度は９０℃、出口温度は７６℃、加熱排蒸気の中位熱蒸発器２１の入口温度は９５℃、出口温度は９５℃とした。
その結果、動力回生機付き循環ポンプの運転に１２０ｋＷの電力を必要としたほか、発電端の出力で１５８０ｋＷ、送電端の出力が１４６０ｋＷの発電を行うことができることを確認した。
【００５７】
（比較例３：図３に形態で、湿ガスを低位熱蒸発器２０の熱源とした例）
この場合の発電量は、実施例１に比較して約８９％であった。
【００５８】
（比較例４：図３に形態で、加熱排蒸気を中位熱蒸発器２１の熱源とした例）
この場合の発電量は、実施例１に比較して約１３％であった。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る廃液の燃焼装置の基本的構成の実施形態を示す図である。
【図２】第１の実施形態を示す図である。
【図３】第２の実施形態を示す図である。
【図４】第３の実施形態を示す図である。
【図５】湿ガスの前処理の実施形態を示す図である。
【図６】温度−熱量変化示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…燃焼炉、４…冷却槽、５…外壁、５Ａ…内壁部分、５Ｂ…空間、６…冷却手段、７…ヘッドタンク、１０…蒸気回収管、２０…低位熱蒸発器、２１…中位熱蒸発器、２２…膨張タービン、２３…発電機、２５…凝縮器、２６…昇圧ポンプ、２７…熱交換器、Ｗ…廃液、Ｆ…補助燃料、Ｃ…冷却水、Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…蒸気。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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