溶剤の燃焼処理装置
【課題】製造工程から排出される溶剤等を有効利用してガスタービン装置の燃料消費量を削減し、産業廃棄物の処理費用も節減する。
【解決手段】製造工程１から排出される溶剤を含む水は、溶剤等処理手段６において含有水分の少ない溶剤と、含有溶剤の少ない水に分けられる。電磁弁１７，１８及び切替弁１９により燃料と溶剤を切り替えて燃料噴射手段８に供給し、燃焼器９で燃焼させる。高負荷では電磁弁２０を開放して溶剤を含んだ水を供給してＣＯ発生増加を防ぎつつＮＯX を低減させる。
【解決手段】製造工程１から排出される溶剤を含む水は、溶剤等処理手段６において含有水分の少ない溶剤と、含有溶剤の少ない水に分けられる。電磁弁１７，１８及び切替弁１９により燃料と溶剤を切り替えて燃料噴射手段８に供給し、燃焼器９で燃焼させる。高負荷では電磁弁２０を開放して溶剤を含んだ水を供給してＣＯ発生増加を防ぎつつＮＯX を低減させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業的製造工程から排出されてくる産業廃棄物としての溶剤や、溶剤を含む水をガスタービン装置の燃料として燃焼させることにより、産業廃棄物の処理費用を節減するとともに、ガスタービン装置の燃料消費量を削減することができる経済的かつ産業廃棄物を有効利用できる環境にやさしい燃焼処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
技術分野の別や製品の種類を問わず、現代の工業的製造工程においては、種々の目的で広く溶剤が使用されている。例えば塗料や樹脂の製造工程では、溶剤及び溶剤を含む水が産業廃棄物として排出される。このような塗料や樹脂の製造工程における廃棄物としての溶剤としては、高度な塗料用の樹脂製造やファインケミカル樹脂製造において溶媒種や量を調整する過程でバイプロダクト（副生物）として発生する廃溶剤もあれば、塗料製造においてライン洗浄等のために発生する廃溶剤をリサイクルのために再蒸留して生成される溶剤もある。また、溶剤を含む水としては、例えばエマルジョン樹脂製造における廃水として排出されるものや脱水縮合反応における縮合水として排出されるものがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したような産業廃棄物や廃水として処理しなければならない製造工程から排出される溶剤及び溶剤を含む水は、一旦工程から排出されてしまうと、従来は有効な再利用方法がなく、廃棄物として処理しなければならないために多大な処理費用が必要になり、経済性の面で問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、工業的製造工程から排出されてくる産業廃棄物としての溶剤や、溶剤を含む水を有効に利用することにより、当該製造工程で利用されるエネルギー消費量（例えばガスタービン装置の燃料消費量）を削減するとともに、産業廃棄物を有効利用し、かつ処理費用を節減することができる溶剤の燃焼処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載された溶剤の燃焼処理装置は、燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービン装置に前記燃焼ガスを供給するための手段であって、工業的製造工程から排出される溶剤を燃焼して燃焼ガスを生成することを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載された溶剤の燃焼処理装置は、請求項１記載の溶剤の燃焼処理装置において、
工業的製造工程から排出される水を含んだ溶剤を溶剤と水の異なる２層に分離すべく一時的に貯える第１の容器と、
第１の容器内で分離された溶剤の層から溶剤を前記燃焼処理装置に導く溶剤供給経路と、
第１の容器内で分離された水の層から溶剤を含む水を導出する第１循環路と、
第１循環路から供給される溶剤を含む水を２次的に貯えさらに分離するための第２の容器と、
第２の容器内の水の層から溶剤を含んだ水を前記燃焼処理装置に導く水供給経路と、
第２の容器内の溶剤の層から溶剤を導出して第１の容器に戻す第２循環路とを有する溶剤等処理手段を備えることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載された溶剤の燃焼処理装置は、請求項２記載の溶剤の燃焼処理装置において、
燃料供給手段と、
燃料又は溶剤が供給されて燃焼する燃焼器と、
前記溶剤等処理手段からの溶剤と前記燃料供給手段からの燃料が選択的に供給されるパイロットノズル及びメインノズルと、前記溶剤等処理手段からの溶剤を含んだ水が選択的に供給される水ノズルとを備え、前記燃焼器に燃料と溶剤と溶剤を含んだ水の少なくとも一つを噴射する燃料噴射手段と、
前記溶剤等処理手段からの溶剤及び溶剤を含んだ水と前記燃料供給手段からの燃料の前記燃料噴射手段への供給を切り替える切換手段と、
を有することを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載された溶剤の燃焼処理装置は、請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置において、
前記メインノズルが噴射した溶剤又は燃料と前記水ノズルが噴射した溶剤を含んだ水が付着して膜状に引き伸ばされる壁体と、壁体に付着した溶剤又は燃料と溶剤を含んだ水を微粒化するスワラーを有することを特徴としている。
【０００９】
請求項５に記載された溶剤の燃焼処理装置は、請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置において、
前記燃焼器が、
閉止された一端部側から燃料噴射手段を介して供給された燃料又は溶剤と空気の混合気を内部で燃焼させ、開放された他端部側から燃焼ガスを排出して前記タービンに供給する内筒と、
前記内筒の外側に間隔をおいて設けられ、前記内筒の一端部側には前記内筒との間に空気を取り入れるための間隙が設けられるとともに前記内筒の他端部側には前記内筒の周壁に固定された閉止部が設けられた外筒とを有し、
前記外筒の前記閉止部の内側にある前記内筒の周壁には前記内筒の内部に連通する貫通孔が設けられ、
前記間隙から流入した空気が前記内筒と前記外筒の間で加熱されてから前記貫通孔を介して前記内筒の内部に入るように構成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載された溶剤の燃焼処理装置によれば、工業的製造工程から排出される溶剤を燃料として燃焼し、燃焼ガスを生成することができるので、例えばガスタービン発電装置において、燃焼ガスにより熱を得るとともに該燃焼ガスによりタービンを駆動して発電を行うことができ、ガスタービン装置における燃料消費量を削減するとともに、産業廃棄物である廃溶剤の処理費用を節減することができ経済的である。
【００１１】
請求項２に記載された溶剤の燃焼処理装置によれば、請求項１に記載された溶剤の燃焼処理装置において、工業的製造工程から排出される溶剤を含む水を第１の容器で溶剤と水に分離し、第１の容器で溶剤から一応分離されたが依然溶剤を含む水を第２の容器で再び分離し、第２の容器で分離された溶剤を第１の容器に戻して第１の容器から溶剤を燃料として供給することができる。また、第２の容器で分離された水には適度な量の溶剤が含まれるので、これを水を含む溶剤として燃焼に供すれば、水の供給によりＮＯX 低減が達成されるとともに、水による燃焼領域の火炎温度の低下を水に含まれる溶剤の熱量により防ぎ、火炎温度低下によりＣＯ発生量が増加するのを防止することができる。
【００１２】
請求項３に記載された溶剤の燃焼処理装置によれば、請求項２記載の溶剤の燃焼処理装置において、溶剤等処理手段からの溶剤及び溶剤を含んだ水と燃料供給手段からの燃料を切換手段によって適宜切り替えて供給することにより、次のようなノズル操作による燃料の切り替えにより燃焼制御を行うことができる。すなわち、始動時には圧力式のパイロットノズルにより燃料供給手段からの燃料を噴射し、その後にパイロットノズルとメインノズルを使用して燃料を噴射し、その後適当な負荷になったところで両ノズルから燃料に替えて溶剤を噴射し、さらに負荷が適当な値まで上昇したところで溶剤等処理手段から供給される溶剤を含んだ水を水ノズルから噴射することができる。
【００１３】
請求項４に記載された溶剤の燃焼処理装置によれば、請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置において、メインノズルから噴射された溶剤又は燃料が壁体に付着して膜状に引き伸ばされ、これがスワラーによる旋回流によって微粒化され、燃焼される。このため、この溶剤が、ガスタービンの燃焼器における燃焼にとって好ましくない種類の溶剤（例えば芳香族炭化水素）を多量に含む場合であっても、上記微粒化による燃焼によって適正な燃焼処理が達成され、不都合は生じない。また、水ノズルが噴射した溶剤を含んだ水も壁体に付着して膜状に引き伸ばされ、これがスワラーによる旋回流の作用を受けるので、水中に存在する溶剤も微粒化され、適正に燃焼される。
【００１４】
請求項５に記載された溶剤の燃焼処理装置によれば、請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置において、燃焼器は内筒と外筒の２重管構造になっているので、一端部側の間隙から内筒と外筒の間に流入した空気は加熱した内筒の外面に接触して予熱されつつ長い滞留時間を経て貫通孔から内筒の内部に流入し、燃料又は溶剤による燃焼ガスと混合されてこれを希釈し、その温度を調節するが、内筒内に流入した希釈用の空気は内筒の熱によってすでに予熱された状態にあるので、内筒における燃料及び溶剤の燃焼による分解反応は速やかに進行し、燃焼ガス中にＴＨＣ等の有害物質が増加することはない。そして、燃焼ガスは他端部側の出口から排出されてタービンに供給される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の最良の実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置を含むガスタービン発電装置と、燃焼処理装置に溶剤等を供給する製造工程を模式的に示す全体構成図、図２は全体構成中における溶剤等処理手段の構成図、図３は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置の断面図、図４は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置の燃料噴射手段付近の拡大断面図、図５は燃料噴射手段の構造を示す横断面図、図６は本発明の実施形態における効果の一例を示すグラフを表す図である。
【００１６】
１．全体構成
図１に示す実施形態において、塗料等の製造工程１からは廃棄物として溶剤と溶剤を含む水（以下、溶剤等とも呼ぶ）が排出される。なお、本製造工程から排出される溶剤と水の量はほぼ１：１であり、ＮＯX 低減のために水を噴射するための比率として適当である。
【００１７】
図１中に、実施形態の構成とは異なる従来の構成を比較上の便宜として部分図Ｐに示したように、製造工程１から排出される溶剤等は、従来は「産業廃棄物」として別途費用を費やして処理していた。しかしながら、本例ではこれら溶剤等はガスタービン発電装置の一部を構成する燃焼処理装置に燃料として供給され、消費されるものとされている。
【００１８】
２．ガスタービン発電装置２の構成等
図１に示すように、本例の燃焼処理装置が一部に組み込まれた前記ガスタービン発電装置２は、駆動軸３と、これに設けられたタービンＴ及び圧縮機Ｃを備えており、燃焼処理装置４からの燃焼ガスをタービンＴに送り込んで駆動軸３を回転駆動し、同時に回転される圧縮機Ｃによって空気を圧縮して燃焼処理装置４の燃焼器Ｂに送り込むことができる。駆動軸３には発電機Ｇが連結されており、駆動軸３の回転によって発電が行われ、電力を供給することができる。また、タービンＴを駆動した後の燃焼ガスは熱源としてボイラ５に送られて熱が回収され、蒸気を生成することができる。
【００１９】
３．燃焼処理装置４の構成等
(1) 溶剤等処理手段６及び燃料供給手段７の構成等
図１に示すように、前記燃焼処理装置４は、溶剤等処理手段６と燃料供給手段７を有している。溶剤等処理手段６は、製造工程１から排出される溶剤等を、ある程度のレベルで水が除去された溶剤と、ＮＯX 低減のために適当な量の溶剤を含む水とに分離・調整して後述する後段の燃料噴射手段８及び燃焼器９に供給するものである。また、燃料供給手段７は、燃料噴射手段８及び燃焼器９に正規燃料としての灯油を供給するものであり、前記溶剤等を使用できないガスタービン発電装置２の起動時及び比較的低負荷時等に使用される。
【００２０】
すなわち、後述する運転制御において詳細に説明するが、溶剤等と燃料は選択的に使用されるものであり、従って溶剤等処理手段６と燃料供給手段７はいずれか一方のみを選択して使用する。そのために、溶剤等と燃料を選択して後段の燃料噴射手段８及び燃焼器９に供給するために、溶剤等処理手段６と燃料供給手段７から導出される配管系には要所に切替手段としての電磁弁が設けられており、自在に切り替え制御することができるように構成されている。
【００２１】
図２を参照して前記溶剤等処理手段６の詳細な構成を説明する。
溶剤等処理手段６は、まず製造工程１から排出される溶剤を含む水を受け入れて一次的に貯える第１の容器１０（タンク１）を有している。第１の容器１０内において、溶剤を含む水は、溶剤と水の２層として分離される。そして、第１の容器１０内で分離した液体の上層である溶剤は、第１の容器１０の比較的上方部分の壁体に接続連通された溶剤供給経路１１によって導出され、前記燃料噴射手段８に導かれる。なお、製造工程１から排出される溶剤については、第１の容器１０を経由することなく、前記溶剤供給経路１１に配管１２で接続されて第１の容器１０からの溶剤とともに燃料として燃料噴射手段８に供給される。
【００２２】
第１の容器１０の溶剤供給経路１１から燃料噴射手段８に供給される溶剤は、本溶剤等処理手段６での溶剤分離工程を経てきたため、最初に製造工程１から送られてきた溶剤を含んだ水に比べて水の含有量がはるかに少ないため、燃焼器９で燃焼に供した場合に十分な発熱量を確保でき、安定した燃焼を実現することができる。
【００２３】
また、第１の容器１０の比較的下方部分の壁体には第１循環路１３が接続連通されており、第１の容器１０内において分離した液体の下層である水（これにもある程度の溶剤は含まれている）は、この第１循環路１３から次に説明する第２の容器１４（タンク２）に供給される。
【００２４】
第１の容器１０の隣部下方には、第２の容器１４（タンク２）が設けられており、第１の容器１０から第１循環路１３を経て供給された水を受け入れて２次的に貯え、静置することで、この水を溶剤と水の２層にさらに分離することができるようになっている。第２の容器１４には、第２の容器１４内の溶剤の層（上層）から溶剤を導出して第１の容器１０に戻す第２循環路１５が設けられている。また、第２の容器１４には、第２の容器１４内の水の層（下層）から溶剤を含んだ水を燃焼処理装置４に導く溶剤水供給経路１６が設けられている。
【００２５】
第２の容器１４の溶剤水供給経路１６から送り出される溶剤を含んだ水は、本溶剤等処理手段６での溶剤分離工程を経てきたため、最初に製造工程１から送られてきた溶剤を含んだ水よりも溶剤の含有量は少ないが、燃焼器９で燃焼に供した場合にＮＯX 低減とＣＯの発生抑止を共に達成するために適正な量・比率の溶剤を含有している。
【００２６】
(2) 切り替え手段の構成等
図１に示すように、前記溶剤等処理手段６及び前記燃料供給手段７と、燃料噴射手段８とを接続する配管系には、溶剤等及び燃料の切り替え制御を行う切り替え手段として複数の電磁弁が設けられている。すなわち、前記溶剤等処理手段６から溶剤を供給する溶剤供給経路１１には第１電磁弁１７が設けられ、第１電磁弁１７の下流の供給配管に、燃料供給手段７から燃料を供給する燃料配管が第２電磁弁１８を介して接続され、燃料配管が合流した溶剤供給経路１１は、切替弁１９を介して燃料噴射手段８のパイロットノズル（供給口（Ｘ））及びメインノズル（供給口（Ｙ））に接続されている。切替弁１９は、燃料又は溶剤を、パイロットノズル（供給口（Ｘ））のみに供給するか、又はパイロットノズル（供給口（Ｘ））及びメインノズル（供給口（Ｙ））の両方に供給するか、いずれかの位置を選択できる。また、前記溶剤等処理手段６から溶剤を供給する溶剤水供給経路１６には第３電磁弁２０が設けられ、燃焼装置の燃料噴射手段８の後述する水ノズル（供給口（Ｚ））に接続されている。
【００２７】
(3) 燃焼器９の構成等
図３及び図４を参照して燃焼処理装置４の燃焼器９及び燃料噴射手段８の構成を説明する。
図３に示すように、この燃焼器９は上面が閉止され、下面が燃焼ガスの出口として開放された略円筒形の容器であり、その出口はガスタービンのハウジングに接続連通されている。燃焼器９は円筒形のケース２１に収納されており、このケース２１内には図１中矢印で示すように空気が供給される。この空気は、製造工程１で揮発性有機化合物（ＶＯＣ）のガスが発生する場合には、ＶＯＣガスを含む空気であってもよい。
【００２８】
前記燃焼器９は二重壁構造であり、同芯（同軸）で周壁の間隔が一定とされた内筒２２と外筒２３からなる。内筒２２は、混合気が供給される上方の大径部２２ａと、燃焼ガスを排出する下方の小径部２２ｂと、両部をつなぐテーパ部２２ｃからなり、小径部２２ｂには燃焼ガスの温度を調整するために空気を取り入れる希釈孔２４が貫通して設けられている。内筒２２は、閉止された大径部の上面側から予混合装置３０によって混合気を供給されて内部で燃焼させ、この燃焼ガスに小径部２２ｂの希釈孔２４から空気を加えて温度を調整し、小径部２２ｂの開放された下端の出口から燃焼ガスを排出してタービンＴに供給する。
【００２９】
外筒２３は、前記内筒２２の外側に所定の間隔をおいて設けられる筒体であり、内筒２２と同様に、上方の大径部２３ａと下方の小径部２３ｂがテーパ部２３ｃで一体とされた構造を有する。外筒２３の大径部２３ａと内筒２２の大径部２２ａの間隙は開放された周状の空気導入口２５とされており、ケース２１内の空気がこの空気導入口２５から両筒２２，２３の間の壁間空間Ｓに流入するように構成されている。また、外筒２３の小径部２３ｂの軸方向の長さは内筒２２の小径部２２ｂよりも短く、外筒２３の小径部２３ｂは内筒２２の小径部２２ｂの希釈孔２４を覆い、内筒２２の小径部２２ｂの周壁の外面に周状に固定されて前記壁間空間Ｓの下端を閉止している。
【００３０】
また、前記壁間空間Ｓ内には、空気導入口２５から流入した空気の流路を規制する複数の仕切り板２６が所定のパターンで設けられている。従って、空気導入口２５から壁間空間Ｓ内に流入した空気は、内筒２２と外筒２３の軸線方向に沿って単に直線的に流れるのではなく、仕切り板２６に流路を規制され、より長い屈曲した経路で壁間空間Ｓを流れ、その間に内筒２２に加熱されて温度が上昇した状態で壁間空間Ｓの下端に至り、内筒２２の小径部２２ｂの希釈孔２４から内筒２２内に流入することとなる。
【００３１】
(4) 燃料噴射手段８の構成等
図３に示すように、前記燃焼器９の上面には予混合装置３０が設けられており、図中に矢印で示すように予混合装置３０の吸入口からケース２１内の空気が流入する。図４に示すように、予混合装置３０に設けられてケース２１の上面を貫通する燃料噴射手段８は、中央の着火用のパイロットノズル３１（供給口を符号（Ｘ）で示す）と、燃焼用のメインノズル３２（供給口を符号（Ｙ）で示す）を有しており、ケース２１の外部から溶剤又は燃料のいずれかが選択的に供給され、これによって予混合装置３０は溶剤又は燃料の混合気を燃焼器９内に供給することができる。そして混合気は燃焼器９内で点火され、開放された下面の出口から燃焼ガスとなってタービンのハウジング内に導かれる。また、燃料噴射手段８は、さらに水ノズル３３（供給口を符号（Ｚ）で示す）を有しており、ケース２１の外部から溶剤を含む水が選択的に供給され、これによって予混合装置３０は溶剤と水の混合気を燃焼器９内に供給することができる。
【００３２】
図４において、前記予混合装置３０は、前記パイロットノズル３１が形成された中心軸３４の外周囲に設けられた第１スワラー３５と、第１スワラー３５の外周に設けられた円筒状の第１壁体３６と、第１壁体３６の外周に設けられた第２スワラー３７と、第２スワラー３７の外周に設けられて第１壁体３６と先端がほぼ揃った位置にある円筒状の第２壁体３８と、第２壁体３８の外周に設けられた第３スワラー３９と、第３スワラー３９の外周に設けられて第１及び第２壁体３６，３８の下端よりも下方に延設された下方部分の内径が縮小された円筒状の第３壁体４０と、第３壁体４０の下端外周に設けられた第４スワラー４１と、第４スワラー４１の外周に設けられて第３壁体４０の下端を外挿する円筒状の第４壁体４２とを有している。第４壁体４２の下端は内径が縮小されて燃焼器９に連通している。
【００３３】
前記各ノズルの前記予混合装置３０における構造をさらに詳述する。
パイロットノズル３１は、主に始動時の着火性を確保するために使用される。始動時は空気流量が少ないため、エアブラスト式のノズルでは微粒化が困難であるため、燃料圧力による微粒化（圧力式）を採用している。図４及び図５に示すように、まず中央のパイロットノズル３１は、中心軸３４の内部に軸線方向に形成された中心孔４５と、中心軸３４の下端に形成されて中心孔に連通する噴射孔４６を有している。中心孔４５の底部には、図５（ａ）に示すように、略円筒状で下面に円柱形の空洞が開口形成された密封ブロック４７が配置されており、噴射孔４６の上方に円筒形の渦巻き室４８を区画している。密封ブロック４７の最大外径は中心孔４５の下部の内径に略一致しており、軸方向にスライド自在とされている。図５（ｂ）に示すように、密封ブロック４７の側面には４本の通孔４９が回転方向９０度間隔でそれぞれ接線方向に沿って形成され、渦巻き室４８を中心孔４５に連通させている。図５（ｃ）に示すように、密封ブロック４７の上部外周の一部には４箇所に切り欠き部５０が形成され、中心孔４５内に供給された燃料等がこの切り欠き部５０を経て通孔４９を通り、渦巻き室４８に入れるように構成されている。この密封ブロック４７は、中心棒５１の下端によって中心孔４５の底部に押さえつけられている。図４に示すように、中心棒５１は付勢手段としてのばね５２により密封ブロック４７に向けて付勢されている。中心孔４５の上部内面にはねじ部が設けられ、このねじ部には環状の固定ナット５３がねじ込まれており、固定ナット５３と中心棒５１の間にある前記ばね５２の付勢力を調整できるようになっている。
【００３４】
以上の構成によれば、中心孔４５の開口上端にある供給口（Ｘ）から導入された溶剤又は燃料は、中心棒５１と中心孔４５の内周面の間を通過し、密封ブロック４７の切り欠き部５０を経て通孔４９を通り、渦巻き室４８に入って渦巻き流を形成し、旋回しながら噴射孔４６から円錐状に噴射されて微粒化される。
【００３５】
図４に示すように、パイロットノズル３１の外側にあるメインノズル３２は、第１壁体３６の厚みの中に軸線方向に沿って周方向に所定間隔で形成された複数本の通孔５４と、各通孔５４の下端を第１壁体３６の内周面に連通開口させる噴射孔５５と、各通孔５４の上端を連通させる周溝５６と、周溝５６に溶剤等又は燃料を供給する供給口（Ｙ）とを有している。
【００３６】
以上の構成によれば、供給口（Ｙ）から導入された溶剤又は燃料は、周溝５６から各通孔５４を経て噴射孔５５から第１壁体３６の内方に噴射される。噴射された溶剤又は燃料は、第１壁体３６の内面や中心軸３４の外周面に付着して薄い膜状となり、ここに第１スワラー３５からの空気の旋回流が当たって微粒化される。微粒化されきれなかった分は、第３、第４の各壁体４０，４２に付着して薄い膜状になるとともに第２〜第４スワラー３７，３９，４１からの空気の旋回流によって確実に微粒化されていく。そして、第４壁体４２の下端の開口より火炎となって燃焼器９内に噴出される。
【００３７】
図４に示すように、メインノズル３２の外側にある水ノズル３３は、溶剤を含む水の噴射専用であり、第３壁体４０の厚みの中に軸線方向に沿って周方向に所定間隔で形成された通孔５７と、通孔５７の下端を周溝を介して第３壁体４０の内周面に複数箇所で連通開口させる複数の噴射孔５８と、通孔５７の上端に連通する管路５９と、管路５９に溶剤を含んだ水を供給する供給口（Ｚ）とを有している。
【００３８】
以上の構成によれば、供給口（Ｚ）から導入された溶剤を含む水は、管路５９及び通孔５７を経て噴射孔５８から第３壁体４０の内方に噴射される。噴射された溶剤又は燃料は、第２壁体３８の内面に付着して薄い膜状となり、ここに第３スワラー３９からの空気の旋回流が当たって微粒化される。微粒化されきれなかった分は、第３、第４の各壁体４０，４２に付着して薄い膜状になるとともに第２〜第４スワラー３７，３９，４１からの空気の旋回流によって確実に微粒化されていく。そして、第４壁体４２の下端の開口より火炎となって燃焼器９内に噴出される。
【００３９】
以上の構成によれば、溶剤（燃料）噴射用にはパイロットノズル３１とメインノズル３２の２系統があり、溶剤を含む水用の水ノズル３３は１系統で別になっている。従って、いずれの系統も良好な微粒化特性を得ることができる。図７は、従来の燃料噴射弁の断面図であるが、燃料と水が同一系統の供給路１００に供給されるために燃料：水＝１：１とすると燃料と水の合計量がおよそ２倍になるため微粒化が悪化する問題がある。本例にはこのような問題がない。
【００４０】
以上の構成によれば、ケース２１内に流入した空気は、予混合装置３０で燃料や溶剤と十分に混合されて内筒２２内に噴射され、燃料や溶剤は壁体上で薄膜に伸ばされてスワラーの旋回流で微粒化され、燃料や溶剤を好条件で燃焼させる。また、水ノズル３３が噴射した溶剤を含んだ水も壁体上で膜状に引き伸ばされ、これがスワラーによる旋回流の作用を受けるので、水中に存在する溶剤も微粒化され、適正に燃焼される。
【００４１】
また、燃焼器９は内筒２２と外筒２３の２重管構造になっているので、両筒２２，２３の間（空間Ｓ）に流入した空気は加熱した内筒２２の外面に接触して予熱されつつ長い滞留時間を経て内筒２２の内部に流入し、燃料又は溶剤による燃焼ガスと混合されてこれを希釈し、その温度を調節するが、内筒２２内に流入した希釈用の空気は内筒２２の熱によってすでに予熱された状態にあるので、内筒２２における燃料及び溶剤の燃焼による分解反応は速やかに進行し、燃焼ガス中にＴＨＣ等の有害物質が増加することはない。
【００４２】
４．本実施形態における駆動時の燃料切替等について
次に、本例の燃焼処理装置４の運転における燃料・溶剤等の切り替え制御等について説明する。まず、始動時には、第１電磁弁１７を閉止し、第２電磁弁１８を開放し、切替弁１９を操作してパイロットノズル３１の供給口（Ｘ）のみに燃料供給手段７から燃料を供給してパイロットノズル３１のみから燃料のみを噴射し、パイロット燃焼を行う。
【００４３】
その後、切替弁１９を操作してパイロットノズル３１の供給口（Ｘ）及びメインノズル３２の供給口（Ｙ）の両方に燃料供給手段７から燃料を供給してパイロットノズル３１及びメインノズル３２の両方から燃料のみを噴射し、燃料のみによるメイン燃焼を行う。
【００４４】
この燃料のみによる燃焼は、ガスタービンの出力が例えば４０％になるまで続行し、４０％を越えたところで第２電磁弁１８を閉止し、第１電磁弁１７を開放し、パイロットノズル３１の供給口（Ｘ）及びメインノズル３２の供給口（Ｙ）の両方に溶剤のみを供給してメイン燃焼を行う。本例で燃料として使用する溶剤は、製造工程１から排出されたものであるが、溶剤等処理手段６において適正に分離処理されて含有水分が少なくなっているため安定した燃焼ができる。
【００４５】
また、ガスタービンの出力が例えば５０％以上になったら、さらに第３電磁弁２０を開いて溶剤を含んだ水を水ノズル３３から噴射し、ＮＯX 低減と水処理を行う。ここで噴射するのは水だけでなく、この水には適正な濃度の溶剤も含まれているので、燃焼器９内の燃焼温度が必要以上に低下することはなく、水による燃焼領域の火炎温度の低下を水に含まれる溶剤の熱量により防ぎ、火炎温度低下によりＣＯ発生量が増加するのを防止することができる。このように、本例によれば、ＣＯ発生量を増加させることなく、ＮＯX 低減を実現することができる。
【００４６】
すなわち、図６に示すように、ガスタービンにおける水噴射量とＣＯ発生量の関係をグラフに示すと、従来のように純水を使用した場合は、水噴射量に対してＣＯ発生量は正比例の関係で増加していくが、本例で使用する溶剤を含む水によれば、水噴射量の増加に対してＣＯ発生量はある時点で飽和し、ＣＯ発生量を抑制できることがわかる。
【００４７】
そして、ガスタービンを停止する際には、始動時と同様にパイロットノズル３１による燃料噴射のみに切り替える。完全に停止する場合には第２電磁弁１８も閉止してパイロットノズル３１からの燃料の噴射を停止する。
【００４８】
５．本例の効果等
以上説明した本例によれば、製造工程１から出てくる溶剤や溶剤を含む水をそのまま燃料として用い、電力として回収することができる。また、溶剤を含む水の燃焼処理とともにＮＯX の排出も低減できる。また、溶剤や溶剤を含む水の臭いを脱臭することができる。さらに、廃熱回収ボイラの併用により熱の回収を行い、蒸気を得ることもできる。
【００４９】
なお、以上説明した本例の燃焼処理装置４はガスタービン発電装置２の燃焼器９を兼ねていたが、熱源乃至動力源、電源としての機能は考慮せず、本発明を製造工程１から排出される溶剤等の不要物質（廃棄物）を処理する専用の処理装置として利用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置を含むガスタービン発電装置と、燃焼処理装置に溶剤等を供給する製造工程を模式的に示す全体構成図である。
【図２】図２は全体構成中における溶剤等処理手段の構成図である。
【図３】図３は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置の断面図である。
【図４】図４は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置の燃料噴射手段付近の拡大断面図である。
【図５】図５は燃料噴射手段の構造を示す横断面図である。
【図６】図６は本発明の実施形態におおける効果の一例を示すグラフを表す図である。
【図７】図７は従来の燃料噴射弁の一例の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 製造工程
２ ガスタービン装置としてのガスタービン発電装置
４ 燃焼処置装置
６ 溶剤等処理手段
７ 燃料供給手段
８ 燃料噴射装置
９ 燃焼器
１０ 第１の容器
１１ 溶剤供給経路
１３ 第１循環路
１４ 第２の容器
１５ 第２循環路
１６ 溶剤を含んだ水供給経路
１７ 切換手段としての第１電磁弁
１８ 切換手段としての第２電磁弁
１９ 切換手段としての切替弁
２０ 切換手段としての第３電磁弁
２２ 内筒
２３ 外筒
２４ 貫通孔としての希釈孔
３１ パイロットノズル
３２ メインノズル
３３ 水ノズル
３５ 第１スワラー
３６ 第１壁体
３７ 第２スワラー
３８ 第２壁体
３９ 第３スワラー
４０ 第３壁体
４１ 第４スワラー
４２ 第４壁体
Ｔ タービン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業的製造工程から排出されてくる産業廃棄物としての溶剤や、溶剤を含む水をガスタービン装置の燃料として燃焼させることにより、産業廃棄物の処理費用を節減するとともに、ガスタービン装置の燃料消費量を削減することができる経済的かつ産業廃棄物を有効利用できる環境にやさしい燃焼処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
技術分野の別や製品の種類を問わず、現代の工業的製造工程においては、種々の目的で広く溶剤が使用されている。例えば塗料や樹脂の製造工程では、溶剤及び溶剤を含む水が産業廃棄物として排出される。このような塗料や樹脂の製造工程における廃棄物としての溶剤としては、高度な塗料用の樹脂製造やファインケミカル樹脂製造において溶媒種や量を調整する過程でバイプロダクト（副生物）として発生する廃溶剤もあれば、塗料製造においてライン洗浄等のために発生する廃溶剤をリサイクルのために再蒸留して生成される溶剤もある。また、溶剤を含む水としては、例えばエマルジョン樹脂製造における廃水として排出されるものや脱水縮合反応における縮合水として排出されるものがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したような産業廃棄物や廃水として処理しなければならない製造工程から排出される溶剤及び溶剤を含む水は、一旦工程から排出されてしまうと、従来は有効な再利用方法がなく、廃棄物として処理しなければならないために多大な処理費用が必要になり、経済性の面で問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、工業的製造工程から排出されてくる産業廃棄物としての溶剤や、溶剤を含む水を有効に利用することにより、当該製造工程で利用されるエネルギー消費量（例えばガスタービン装置の燃料消費量）を削減するとともに、産業廃棄物を有効利用し、かつ処理費用を節減することができる溶剤の燃焼処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載された溶剤の燃焼処理装置は、燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービン装置に前記燃焼ガスを供給するための手段であって、工業的製造工程から排出される溶剤を燃焼して燃焼ガスを生成することを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載された溶剤の燃焼処理装置は、請求項１記載の溶剤の燃焼処理装置において、
工業的製造工程から排出される水を含んだ溶剤を溶剤と水の異なる２層に分離すべく一時的に貯える第１の容器と、
第１の容器内で分離された溶剤の層から溶剤を前記燃焼処理装置に導く溶剤供給経路と、
第１の容器内で分離された水の層から溶剤を含む水を導出する第１循環路と、
第１循環路から供給される溶剤を含む水を２次的に貯えさらに分離するための第２の容器と、
第２の容器内の水の層から溶剤を含んだ水を前記燃焼処理装置に導く水供給経路と、
第２の容器内の溶剤の層から溶剤を導出して第１の容器に戻す第２循環路とを有する溶剤等処理手段を備えることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載された溶剤の燃焼処理装置は、請求項２記載の溶剤の燃焼処理装置において、
燃料供給手段と、
燃料又は溶剤が供給されて燃焼する燃焼器と、
前記溶剤等処理手段からの溶剤と前記燃料供給手段からの燃料が選択的に供給されるパイロットノズル及びメインノズルと、前記溶剤等処理手段からの溶剤を含んだ水が選択的に供給される水ノズルとを備え、前記燃焼器に燃料と溶剤と溶剤を含んだ水の少なくとも一つを噴射する燃料噴射手段と、
前記溶剤等処理手段からの溶剤及び溶剤を含んだ水と前記燃料供給手段からの燃料の前記燃料噴射手段への供給を切り替える切換手段と、
を有することを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載された溶剤の燃焼処理装置は、請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置において、
前記メインノズルが噴射した溶剤又は燃料と前記水ノズルが噴射した溶剤を含んだ水が付着して膜状に引き伸ばされる壁体と、壁体に付着した溶剤又は燃料と溶剤を含んだ水を微粒化するスワラーを有することを特徴としている。
【０００９】
請求項５に記載された溶剤の燃焼処理装置は、請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置において、
前記燃焼器が、
閉止された一端部側から燃料噴射手段を介して供給された燃料又は溶剤と空気の混合気を内部で燃焼させ、開放された他端部側から燃焼ガスを排出して前記タービンに供給する内筒と、
前記内筒の外側に間隔をおいて設けられ、前記内筒の一端部側には前記内筒との間に空気を取り入れるための間隙が設けられるとともに前記内筒の他端部側には前記内筒の周壁に固定された閉止部が設けられた外筒とを有し、
前記外筒の前記閉止部の内側にある前記内筒の周壁には前記内筒の内部に連通する貫通孔が設けられ、
前記間隙から流入した空気が前記内筒と前記外筒の間で加熱されてから前記貫通孔を介して前記内筒の内部に入るように構成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載された溶剤の燃焼処理装置によれば、工業的製造工程から排出される溶剤を燃料として燃焼し、燃焼ガスを生成することができるので、例えばガスタービン発電装置において、燃焼ガスにより熱を得るとともに該燃焼ガスによりタービンを駆動して発電を行うことができ、ガスタービン装置における燃料消費量を削減するとともに、産業廃棄物である廃溶剤の処理費用を節減することができ経済的である。
【００１１】
請求項２に記載された溶剤の燃焼処理装置によれば、請求項１に記載された溶剤の燃焼処理装置において、工業的製造工程から排出される溶剤を含む水を第１の容器で溶剤と水に分離し、第１の容器で溶剤から一応分離されたが依然溶剤を含む水を第２の容器で再び分離し、第２の容器で分離された溶剤を第１の容器に戻して第１の容器から溶剤を燃料として供給することができる。また、第２の容器で分離された水には適度な量の溶剤が含まれるので、これを水を含む溶剤として燃焼に供すれば、水の供給によりＮＯX 低減が達成されるとともに、水による燃焼領域の火炎温度の低下を水に含まれる溶剤の熱量により防ぎ、火炎温度低下によりＣＯ発生量が増加するのを防止することができる。
【００１２】
請求項３に記載された溶剤の燃焼処理装置によれば、請求項２記載の溶剤の燃焼処理装置において、溶剤等処理手段からの溶剤及び溶剤を含んだ水と燃料供給手段からの燃料を切換手段によって適宜切り替えて供給することにより、次のようなノズル操作による燃料の切り替えにより燃焼制御を行うことができる。すなわち、始動時には圧力式のパイロットノズルにより燃料供給手段からの燃料を噴射し、その後にパイロットノズルとメインノズルを使用して燃料を噴射し、その後適当な負荷になったところで両ノズルから燃料に替えて溶剤を噴射し、さらに負荷が適当な値まで上昇したところで溶剤等処理手段から供給される溶剤を含んだ水を水ノズルから噴射することができる。
【００１３】
請求項４に記載された溶剤の燃焼処理装置によれば、請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置において、メインノズルから噴射された溶剤又は燃料が壁体に付着して膜状に引き伸ばされ、これがスワラーによる旋回流によって微粒化され、燃焼される。このため、この溶剤が、ガスタービンの燃焼器における燃焼にとって好ましくない種類の溶剤（例えば芳香族炭化水素）を多量に含む場合であっても、上記微粒化による燃焼によって適正な燃焼処理が達成され、不都合は生じない。また、水ノズルが噴射した溶剤を含んだ水も壁体に付着して膜状に引き伸ばされ、これがスワラーによる旋回流の作用を受けるので、水中に存在する溶剤も微粒化され、適正に燃焼される。
【００１４】
請求項５に記載された溶剤の燃焼処理装置によれば、請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置において、燃焼器は内筒と外筒の２重管構造になっているので、一端部側の間隙から内筒と外筒の間に流入した空気は加熱した内筒の外面に接触して予熱されつつ長い滞留時間を経て貫通孔から内筒の内部に流入し、燃料又は溶剤による燃焼ガスと混合されてこれを希釈し、その温度を調節するが、内筒内に流入した希釈用の空気は内筒の熱によってすでに予熱された状態にあるので、内筒における燃料及び溶剤の燃焼による分解反応は速やかに進行し、燃焼ガス中にＴＨＣ等の有害物質が増加することはない。そして、燃焼ガスは他端部側の出口から排出されてタービンに供給される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の最良の実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置を含むガスタービン発電装置と、燃焼処理装置に溶剤等を供給する製造工程を模式的に示す全体構成図、図２は全体構成中における溶剤等処理手段の構成図、図３は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置の断面図、図４は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置の燃料噴射手段付近の拡大断面図、図５は燃料噴射手段の構造を示す横断面図、図６は本発明の実施形態における効果の一例を示すグラフを表す図である。
【００１６】
１．全体構成
図１に示す実施形態において、塗料等の製造工程１からは廃棄物として溶剤と溶剤を含む水（以下、溶剤等とも呼ぶ）が排出される。なお、本製造工程から排出される溶剤と水の量はほぼ１：１であり、ＮＯX 低減のために水を噴射するための比率として適当である。
【００１７】
図１中に、実施形態の構成とは異なる従来の構成を比較上の便宜として部分図Ｐに示したように、製造工程１から排出される溶剤等は、従来は「産業廃棄物」として別途費用を費やして処理していた。しかしながら、本例ではこれら溶剤等はガスタービン発電装置の一部を構成する燃焼処理装置に燃料として供給され、消費されるものとされている。
【００１８】
２．ガスタービン発電装置２の構成等
図１に示すように、本例の燃焼処理装置が一部に組み込まれた前記ガスタービン発電装置２は、駆動軸３と、これに設けられたタービンＴ及び圧縮機Ｃを備えており、燃焼処理装置４からの燃焼ガスをタービンＴに送り込んで駆動軸３を回転駆動し、同時に回転される圧縮機Ｃによって空気を圧縮して燃焼処理装置４の燃焼器Ｂに送り込むことができる。駆動軸３には発電機Ｇが連結されており、駆動軸３の回転によって発電が行われ、電力を供給することができる。また、タービンＴを駆動した後の燃焼ガスは熱源としてボイラ５に送られて熱が回収され、蒸気を生成することができる。
【００１９】
３．燃焼処理装置４の構成等
(1) 溶剤等処理手段６及び燃料供給手段７の構成等
図１に示すように、前記燃焼処理装置４は、溶剤等処理手段６と燃料供給手段７を有している。溶剤等処理手段６は、製造工程１から排出される溶剤等を、ある程度のレベルで水が除去された溶剤と、ＮＯX 低減のために適当な量の溶剤を含む水とに分離・調整して後述する後段の燃料噴射手段８及び燃焼器９に供給するものである。また、燃料供給手段７は、燃料噴射手段８及び燃焼器９に正規燃料としての灯油を供給するものであり、前記溶剤等を使用できないガスタービン発電装置２の起動時及び比較的低負荷時等に使用される。
【００２０】
すなわち、後述する運転制御において詳細に説明するが、溶剤等と燃料は選択的に使用されるものであり、従って溶剤等処理手段６と燃料供給手段７はいずれか一方のみを選択して使用する。そのために、溶剤等と燃料を選択して後段の燃料噴射手段８及び燃焼器９に供給するために、溶剤等処理手段６と燃料供給手段７から導出される配管系には要所に切替手段としての電磁弁が設けられており、自在に切り替え制御することができるように構成されている。
【００２１】
図２を参照して前記溶剤等処理手段６の詳細な構成を説明する。
溶剤等処理手段６は、まず製造工程１から排出される溶剤を含む水を受け入れて一次的に貯える第１の容器１０（タンク１）を有している。第１の容器１０内において、溶剤を含む水は、溶剤と水の２層として分離される。そして、第１の容器１０内で分離した液体の上層である溶剤は、第１の容器１０の比較的上方部分の壁体に接続連通された溶剤供給経路１１によって導出され、前記燃料噴射手段８に導かれる。なお、製造工程１から排出される溶剤については、第１の容器１０を経由することなく、前記溶剤供給経路１１に配管１２で接続されて第１の容器１０からの溶剤とともに燃料として燃料噴射手段８に供給される。
【００２２】
第１の容器１０の溶剤供給経路１１から燃料噴射手段８に供給される溶剤は、本溶剤等処理手段６での溶剤分離工程を経てきたため、最初に製造工程１から送られてきた溶剤を含んだ水に比べて水の含有量がはるかに少ないため、燃焼器９で燃焼に供した場合に十分な発熱量を確保でき、安定した燃焼を実現することができる。
【００２３】
また、第１の容器１０の比較的下方部分の壁体には第１循環路１３が接続連通されており、第１の容器１０内において分離した液体の下層である水（これにもある程度の溶剤は含まれている）は、この第１循環路１３から次に説明する第２の容器１４（タンク２）に供給される。
【００２４】
第１の容器１０の隣部下方には、第２の容器１４（タンク２）が設けられており、第１の容器１０から第１循環路１３を経て供給された水を受け入れて２次的に貯え、静置することで、この水を溶剤と水の２層にさらに分離することができるようになっている。第２の容器１４には、第２の容器１４内の溶剤の層（上層）から溶剤を導出して第１の容器１０に戻す第２循環路１５が設けられている。また、第２の容器１４には、第２の容器１４内の水の層（下層）から溶剤を含んだ水を燃焼処理装置４に導く溶剤水供給経路１６が設けられている。
【００２５】
第２の容器１４の溶剤水供給経路１６から送り出される溶剤を含んだ水は、本溶剤等処理手段６での溶剤分離工程を経てきたため、最初に製造工程１から送られてきた溶剤を含んだ水よりも溶剤の含有量は少ないが、燃焼器９で燃焼に供した場合にＮＯX 低減とＣＯの発生抑止を共に達成するために適正な量・比率の溶剤を含有している。
【００２６】
(2) 切り替え手段の構成等
図１に示すように、前記溶剤等処理手段６及び前記燃料供給手段７と、燃料噴射手段８とを接続する配管系には、溶剤等及び燃料の切り替え制御を行う切り替え手段として複数の電磁弁が設けられている。すなわち、前記溶剤等処理手段６から溶剤を供給する溶剤供給経路１１には第１電磁弁１７が設けられ、第１電磁弁１７の下流の供給配管に、燃料供給手段７から燃料を供給する燃料配管が第２電磁弁１８を介して接続され、燃料配管が合流した溶剤供給経路１１は、切替弁１９を介して燃料噴射手段８のパイロットノズル（供給口（Ｘ））及びメインノズル（供給口（Ｙ））に接続されている。切替弁１９は、燃料又は溶剤を、パイロットノズル（供給口（Ｘ））のみに供給するか、又はパイロットノズル（供給口（Ｘ））及びメインノズル（供給口（Ｙ））の両方に供給するか、いずれかの位置を選択できる。また、前記溶剤等処理手段６から溶剤を供給する溶剤水供給経路１６には第３電磁弁２０が設けられ、燃焼装置の燃料噴射手段８の後述する水ノズル（供給口（Ｚ））に接続されている。
【００２７】
(3) 燃焼器９の構成等
図３及び図４を参照して燃焼処理装置４の燃焼器９及び燃料噴射手段８の構成を説明する。
図３に示すように、この燃焼器９は上面が閉止され、下面が燃焼ガスの出口として開放された略円筒形の容器であり、その出口はガスタービンのハウジングに接続連通されている。燃焼器９は円筒形のケース２１に収納されており、このケース２１内には図１中矢印で示すように空気が供給される。この空気は、製造工程１で揮発性有機化合物（ＶＯＣ）のガスが発生する場合には、ＶＯＣガスを含む空気であってもよい。
【００２８】
前記燃焼器９は二重壁構造であり、同芯（同軸）で周壁の間隔が一定とされた内筒２２と外筒２３からなる。内筒２２は、混合気が供給される上方の大径部２２ａと、燃焼ガスを排出する下方の小径部２２ｂと、両部をつなぐテーパ部２２ｃからなり、小径部２２ｂには燃焼ガスの温度を調整するために空気を取り入れる希釈孔２４が貫通して設けられている。内筒２２は、閉止された大径部の上面側から予混合装置３０によって混合気を供給されて内部で燃焼させ、この燃焼ガスに小径部２２ｂの希釈孔２４から空気を加えて温度を調整し、小径部２２ｂの開放された下端の出口から燃焼ガスを排出してタービンＴに供給する。
【００２９】
外筒２３は、前記内筒２２の外側に所定の間隔をおいて設けられる筒体であり、内筒２２と同様に、上方の大径部２３ａと下方の小径部２３ｂがテーパ部２３ｃで一体とされた構造を有する。外筒２３の大径部２３ａと内筒２２の大径部２２ａの間隙は開放された周状の空気導入口２５とされており、ケース２１内の空気がこの空気導入口２５から両筒２２，２３の間の壁間空間Ｓに流入するように構成されている。また、外筒２３の小径部２３ｂの軸方向の長さは内筒２２の小径部２２ｂよりも短く、外筒２３の小径部２３ｂは内筒２２の小径部２２ｂの希釈孔２４を覆い、内筒２２の小径部２２ｂの周壁の外面に周状に固定されて前記壁間空間Ｓの下端を閉止している。
【００３０】
また、前記壁間空間Ｓ内には、空気導入口２５から流入した空気の流路を規制する複数の仕切り板２６が所定のパターンで設けられている。従って、空気導入口２５から壁間空間Ｓ内に流入した空気は、内筒２２と外筒２３の軸線方向に沿って単に直線的に流れるのではなく、仕切り板２６に流路を規制され、より長い屈曲した経路で壁間空間Ｓを流れ、その間に内筒２２に加熱されて温度が上昇した状態で壁間空間Ｓの下端に至り、内筒２２の小径部２２ｂの希釈孔２４から内筒２２内に流入することとなる。
【００３１】
(4) 燃料噴射手段８の構成等
図３に示すように、前記燃焼器９の上面には予混合装置３０が設けられており、図中に矢印で示すように予混合装置３０の吸入口からケース２１内の空気が流入する。図４に示すように、予混合装置３０に設けられてケース２１の上面を貫通する燃料噴射手段８は、中央の着火用のパイロットノズル３１（供給口を符号（Ｘ）で示す）と、燃焼用のメインノズル３２（供給口を符号（Ｙ）で示す）を有しており、ケース２１の外部から溶剤又は燃料のいずれかが選択的に供給され、これによって予混合装置３０は溶剤又は燃料の混合気を燃焼器９内に供給することができる。そして混合気は燃焼器９内で点火され、開放された下面の出口から燃焼ガスとなってタービンのハウジング内に導かれる。また、燃料噴射手段８は、さらに水ノズル３３（供給口を符号（Ｚ）で示す）を有しており、ケース２１の外部から溶剤を含む水が選択的に供給され、これによって予混合装置３０は溶剤と水の混合気を燃焼器９内に供給することができる。
【００３２】
図４において、前記予混合装置３０は、前記パイロットノズル３１が形成された中心軸３４の外周囲に設けられた第１スワラー３５と、第１スワラー３５の外周に設けられた円筒状の第１壁体３６と、第１壁体３６の外周に設けられた第２スワラー３７と、第２スワラー３７の外周に設けられて第１壁体３６と先端がほぼ揃った位置にある円筒状の第２壁体３８と、第２壁体３８の外周に設けられた第３スワラー３９と、第３スワラー３９の外周に設けられて第１及び第２壁体３６，３８の下端よりも下方に延設された下方部分の内径が縮小された円筒状の第３壁体４０と、第３壁体４０の下端外周に設けられた第４スワラー４１と、第４スワラー４１の外周に設けられて第３壁体４０の下端を外挿する円筒状の第４壁体４２とを有している。第４壁体４２の下端は内径が縮小されて燃焼器９に連通している。
【００３３】
前記各ノズルの前記予混合装置３０における構造をさらに詳述する。
パイロットノズル３１は、主に始動時の着火性を確保するために使用される。始動時は空気流量が少ないため、エアブラスト式のノズルでは微粒化が困難であるため、燃料圧力による微粒化（圧力式）を採用している。図４及び図５に示すように、まず中央のパイロットノズル３１は、中心軸３４の内部に軸線方向に形成された中心孔４５と、中心軸３４の下端に形成されて中心孔に連通する噴射孔４６を有している。中心孔４５の底部には、図５（ａ）に示すように、略円筒状で下面に円柱形の空洞が開口形成された密封ブロック４７が配置されており、噴射孔４６の上方に円筒形の渦巻き室４８を区画している。密封ブロック４７の最大外径は中心孔４５の下部の内径に略一致しており、軸方向にスライド自在とされている。図５（ｂ）に示すように、密封ブロック４７の側面には４本の通孔４９が回転方向９０度間隔でそれぞれ接線方向に沿って形成され、渦巻き室４８を中心孔４５に連通させている。図５（ｃ）に示すように、密封ブロック４７の上部外周の一部には４箇所に切り欠き部５０が形成され、中心孔４５内に供給された燃料等がこの切り欠き部５０を経て通孔４９を通り、渦巻き室４８に入れるように構成されている。この密封ブロック４７は、中心棒５１の下端によって中心孔４５の底部に押さえつけられている。図４に示すように、中心棒５１は付勢手段としてのばね５２により密封ブロック４７に向けて付勢されている。中心孔４５の上部内面にはねじ部が設けられ、このねじ部には環状の固定ナット５３がねじ込まれており、固定ナット５３と中心棒５１の間にある前記ばね５２の付勢力を調整できるようになっている。
【００３４】
以上の構成によれば、中心孔４５の開口上端にある供給口（Ｘ）から導入された溶剤又は燃料は、中心棒５１と中心孔４５の内周面の間を通過し、密封ブロック４７の切り欠き部５０を経て通孔４９を通り、渦巻き室４８に入って渦巻き流を形成し、旋回しながら噴射孔４６から円錐状に噴射されて微粒化される。
【００３５】
図４に示すように、パイロットノズル３１の外側にあるメインノズル３２は、第１壁体３６の厚みの中に軸線方向に沿って周方向に所定間隔で形成された複数本の通孔５４と、各通孔５４の下端を第１壁体３６の内周面に連通開口させる噴射孔５５と、各通孔５４の上端を連通させる周溝５６と、周溝５６に溶剤等又は燃料を供給する供給口（Ｙ）とを有している。
【００３６】
以上の構成によれば、供給口（Ｙ）から導入された溶剤又は燃料は、周溝５６から各通孔５４を経て噴射孔５５から第１壁体３６の内方に噴射される。噴射された溶剤又は燃料は、第１壁体３６の内面や中心軸３４の外周面に付着して薄い膜状となり、ここに第１スワラー３５からの空気の旋回流が当たって微粒化される。微粒化されきれなかった分は、第３、第４の各壁体４０，４２に付着して薄い膜状になるとともに第２〜第４スワラー３７，３９，４１からの空気の旋回流によって確実に微粒化されていく。そして、第４壁体４２の下端の開口より火炎となって燃焼器９内に噴出される。
【００３７】
図４に示すように、メインノズル３２の外側にある水ノズル３３は、溶剤を含む水の噴射専用であり、第３壁体４０の厚みの中に軸線方向に沿って周方向に所定間隔で形成された通孔５７と、通孔５７の下端を周溝を介して第３壁体４０の内周面に複数箇所で連通開口させる複数の噴射孔５８と、通孔５７の上端に連通する管路５９と、管路５９に溶剤を含んだ水を供給する供給口（Ｚ）とを有している。
【００３８】
以上の構成によれば、供給口（Ｚ）から導入された溶剤を含む水は、管路５９及び通孔５７を経て噴射孔５８から第３壁体４０の内方に噴射される。噴射された溶剤又は燃料は、第２壁体３８の内面に付着して薄い膜状となり、ここに第３スワラー３９からの空気の旋回流が当たって微粒化される。微粒化されきれなかった分は、第３、第４の各壁体４０，４２に付着して薄い膜状になるとともに第２〜第４スワラー３７，３９，４１からの空気の旋回流によって確実に微粒化されていく。そして、第４壁体４２の下端の開口より火炎となって燃焼器９内に噴出される。
【００３９】
以上の構成によれば、溶剤（燃料）噴射用にはパイロットノズル３１とメインノズル３２の２系統があり、溶剤を含む水用の水ノズル３３は１系統で別になっている。従って、いずれの系統も良好な微粒化特性を得ることができる。図７は、従来の燃料噴射弁の断面図であるが、燃料と水が同一系統の供給路１００に供給されるために燃料：水＝１：１とすると燃料と水の合計量がおよそ２倍になるため微粒化が悪化する問題がある。本例にはこのような問題がない。
【００４０】
以上の構成によれば、ケース２１内に流入した空気は、予混合装置３０で燃料や溶剤と十分に混合されて内筒２２内に噴射され、燃料や溶剤は壁体上で薄膜に伸ばされてスワラーの旋回流で微粒化され、燃料や溶剤を好条件で燃焼させる。また、水ノズル３３が噴射した溶剤を含んだ水も壁体上で膜状に引き伸ばされ、これがスワラーによる旋回流の作用を受けるので、水中に存在する溶剤も微粒化され、適正に燃焼される。
【００４１】
また、燃焼器９は内筒２２と外筒２３の２重管構造になっているので、両筒２２，２３の間（空間Ｓ）に流入した空気は加熱した内筒２２の外面に接触して予熱されつつ長い滞留時間を経て内筒２２の内部に流入し、燃料又は溶剤による燃焼ガスと混合されてこれを希釈し、その温度を調節するが、内筒２２内に流入した希釈用の空気は内筒２２の熱によってすでに予熱された状態にあるので、内筒２２における燃料及び溶剤の燃焼による分解反応は速やかに進行し、燃焼ガス中にＴＨＣ等の有害物質が増加することはない。
【００４２】
４．本実施形態における駆動時の燃料切替等について
次に、本例の燃焼処理装置４の運転における燃料・溶剤等の切り替え制御等について説明する。まず、始動時には、第１電磁弁１７を閉止し、第２電磁弁１８を開放し、切替弁１９を操作してパイロットノズル３１の供給口（Ｘ）のみに燃料供給手段７から燃料を供給してパイロットノズル３１のみから燃料のみを噴射し、パイロット燃焼を行う。
【００４３】
その後、切替弁１９を操作してパイロットノズル３１の供給口（Ｘ）及びメインノズル３２の供給口（Ｙ）の両方に燃料供給手段７から燃料を供給してパイロットノズル３１及びメインノズル３２の両方から燃料のみを噴射し、燃料のみによるメイン燃焼を行う。
【００４４】
この燃料のみによる燃焼は、ガスタービンの出力が例えば４０％になるまで続行し、４０％を越えたところで第２電磁弁１８を閉止し、第１電磁弁１７を開放し、パイロットノズル３１の供給口（Ｘ）及びメインノズル３２の供給口（Ｙ）の両方に溶剤のみを供給してメイン燃焼を行う。本例で燃料として使用する溶剤は、製造工程１から排出されたものであるが、溶剤等処理手段６において適正に分離処理されて含有水分が少なくなっているため安定した燃焼ができる。
【００４５】
また、ガスタービンの出力が例えば５０％以上になったら、さらに第３電磁弁２０を開いて溶剤を含んだ水を水ノズル３３から噴射し、ＮＯX 低減と水処理を行う。ここで噴射するのは水だけでなく、この水には適正な濃度の溶剤も含まれているので、燃焼器９内の燃焼温度が必要以上に低下することはなく、水による燃焼領域の火炎温度の低下を水に含まれる溶剤の熱量により防ぎ、火炎温度低下によりＣＯ発生量が増加するのを防止することができる。このように、本例によれば、ＣＯ発生量を増加させることなく、ＮＯX 低減を実現することができる。
【００４６】
すなわち、図６に示すように、ガスタービンにおける水噴射量とＣＯ発生量の関係をグラフに示すと、従来のように純水を使用した場合は、水噴射量に対してＣＯ発生量は正比例の関係で増加していくが、本例で使用する溶剤を含む水によれば、水噴射量の増加に対してＣＯ発生量はある時点で飽和し、ＣＯ発生量を抑制できることがわかる。
【００４７】
そして、ガスタービンを停止する際には、始動時と同様にパイロットノズル３１による燃料噴射のみに切り替える。完全に停止する場合には第２電磁弁１８も閉止してパイロットノズル３１からの燃料の噴射を停止する。
【００４８】
５．本例の効果等
以上説明した本例によれば、製造工程１から出てくる溶剤や溶剤を含む水をそのまま燃料として用い、電力として回収することができる。また、溶剤を含む水の燃焼処理とともにＮＯX の排出も低減できる。また、溶剤や溶剤を含む水の臭いを脱臭することができる。さらに、廃熱回収ボイラの併用により熱の回収を行い、蒸気を得ることもできる。
【００４９】
なお、以上説明した本例の燃焼処理装置４はガスタービン発電装置２の燃焼器９を兼ねていたが、熱源乃至動力源、電源としての機能は考慮せず、本発明を製造工程１から排出される溶剤等の不要物質（廃棄物）を処理する専用の処理装置として利用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置を含むガスタービン発電装置と、燃焼処理装置に溶剤等を供給する製造工程を模式的に示す全体構成図である。
【図２】図２は全体構成中における溶剤等処理手段の構成図である。
【図３】図３は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置の断面図である。
【図４】図４は本発明の実施形態に係る燃焼処理装置の燃料噴射手段付近の拡大断面図である。
【図５】図５は燃料噴射手段の構造を示す横断面図である。
【図６】図６は本発明の実施形態におおける効果の一例を示すグラフを表す図である。
【図７】図７は従来の燃料噴射弁の一例の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 製造工程
２ ガスタービン装置としてのガスタービン発電装置
４ 燃焼処置装置
６ 溶剤等処理手段
７ 燃料供給手段
８ 燃料噴射装置
９ 燃焼器
１０ 第１の容器
１１ 溶剤供給経路
１３ 第１循環路
１４ 第２の容器
１５ 第２循環路
１６ 溶剤を含んだ水供給経路
１７ 切換手段としての第１電磁弁
１８ 切換手段としての第２電磁弁
１９ 切換手段としての切替弁
２０ 切換手段としての第３電磁弁
２２ 内筒
２３ 外筒
２４ 貫通孔としての希釈孔
３１ パイロットノズル
３２ メインノズル
３３ 水ノズル
３５ 第１スワラー
３６ 第１壁体
３７ 第２スワラー
３８ 第２壁体
３９ 第３スワラー
４０ 第３壁体
４１ 第４スワラー
４２ 第４壁体
Ｔ タービン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービン装置に前記燃焼ガスを供給するための手段であって、
工業的製造工程から排出される溶剤を燃焼して燃焼ガスを生成することを特徴とする溶剤の燃焼処理装置。
【請求項２】
工業的製造工程から排出される水を含んだ溶剤を溶剤と水の異なる２層に分離すべく一時的に貯える第１の容器と、
第１の容器内で分離された溶剤の層から溶剤を前記燃焼処理装置に導く溶剤供給経路と、
第１の容器内で分離された水の層から溶剤を含む水を導出する第１循環路と、
第１循環路から供給される溶剤を含む水を２次的に貯えさらに分離するための第２の容器と、
第２の容器内の水の層から溶剤を含んだ水を前記燃焼処理装置に導く水供給経路と、
第２の容器内の溶剤の層から溶剤を導出して第１の容器に戻す第２循環路とを有する溶剤等処理手段を備えることを特徴とする請求項１記載の溶剤の燃焼処理装置。
【請求項３】
燃料供給手段と、
燃料又は溶剤が供給されて燃焼する燃焼器と、
前記溶剤等処理手段からの溶剤と前記燃料供給手段からの燃料が選択的に供給されるパイロットノズル及びメインノズルと、前記溶剤等処理手段からの溶剤を含んだ水が選択的に供給される水ノズルとを備え、前記燃焼器に燃料と溶剤と溶剤を含んだ水の少なくとも一つを噴射する燃料噴射手段と、
前記溶剤等処理手段からの溶剤及び溶剤を含んだ水と前記燃料供給手段からの燃料の前記燃料噴射手段への供給を切り替える切換手段と、
を有することを特徴とする請求項２記載の溶剤の燃焼処理装置。
【請求項４】
前記メインノズルが噴射した溶剤又は燃料と前記水ノズルが噴射した溶剤を含んだ水が付着して膜状に引き伸ばされる壁体と、壁体に付着した溶剤又は燃料と溶剤を含んだ水を微粒化するスワラーを有することを特徴とする請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置。
【請求項５】
前記燃焼器が、
閉止された一端部側から燃料噴射手段を介して供給された燃料又は溶剤と空気の混合気を内部で燃焼させ、開放された他端部側から燃焼ガスを排出して前記タービンに供給する内筒と、
前記内筒の外側に間隔をおいて設けられ、前記内筒の一端部側には前記内筒との間に空気を取り入れるための間隙が設けられるとともに前記内筒の他端部側には前記内筒の周壁に固定された閉止部が設けられた外筒とを有し、
前記外筒の前記閉止部の内側にある前記内筒の周壁には前記内筒の内部に連通する貫通孔が設けられ、
前記間隙から流入した空気が前記内筒と前記外筒の間で加熱されてから前記貫通孔を介して前記内筒の内部に入るように構成されたことを特徴とする請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置。
【請求項１】
燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービン装置に前記燃焼ガスを供給するための手段であって、
工業的製造工程から排出される溶剤を燃焼して燃焼ガスを生成することを特徴とする溶剤の燃焼処理装置。
【請求項２】
工業的製造工程から排出される水を含んだ溶剤を溶剤と水の異なる２層に分離すべく一時的に貯える第１の容器と、
第１の容器内で分離された溶剤の層から溶剤を前記燃焼処理装置に導く溶剤供給経路と、
第１の容器内で分離された水の層から溶剤を含む水を導出する第１循環路と、
第１循環路から供給される溶剤を含む水を２次的に貯えさらに分離するための第２の容器と、
第２の容器内の水の層から溶剤を含んだ水を前記燃焼処理装置に導く水供給経路と、
第２の容器内の溶剤の層から溶剤を導出して第１の容器に戻す第２循環路とを有する溶剤等処理手段を備えることを特徴とする請求項１記載の溶剤の燃焼処理装置。
【請求項３】
燃料供給手段と、
燃料又は溶剤が供給されて燃焼する燃焼器と、
前記溶剤等処理手段からの溶剤と前記燃料供給手段からの燃料が選択的に供給されるパイロットノズル及びメインノズルと、前記溶剤等処理手段からの溶剤を含んだ水が選択的に供給される水ノズルとを備え、前記燃焼器に燃料と溶剤と溶剤を含んだ水の少なくとも一つを噴射する燃料噴射手段と、
前記溶剤等処理手段からの溶剤及び溶剤を含んだ水と前記燃料供給手段からの燃料の前記燃料噴射手段への供給を切り替える切換手段と、
を有することを特徴とする請求項２記載の溶剤の燃焼処理装置。
【請求項４】
前記メインノズルが噴射した溶剤又は燃料と前記水ノズルが噴射した溶剤を含んだ水が付着して膜状に引き伸ばされる壁体と、壁体に付着した溶剤又は燃料と溶剤を含んだ水を微粒化するスワラーを有することを特徴とする請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置。
【請求項５】
前記燃焼器が、
閉止された一端部側から燃料噴射手段を介して供給された燃料又は溶剤と空気の混合気を内部で燃焼させ、開放された他端部側から燃焼ガスを排出して前記タービンに供給する内筒と、
前記内筒の外側に間隔をおいて設けられ、前記内筒の一端部側には前記内筒との間に空気を取り入れるための間隙が設けられるとともに前記内筒の他端部側には前記内筒の周壁に固定された閉止部が設けられた外筒とを有し、
前記外筒の前記閉止部の内側にある前記内筒の周壁には前記内筒の内部に連通する貫通孔が設けられ、
前記間隙から流入した空気が前記内筒と前記外筒の間で加熱されてから前記貫通孔を介して前記内筒の内部に入るように構成されたことを特徴とする請求項３記載の溶剤の燃焼処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１８５２４７（Ｐ２００８−１８５２４７Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８１８１（Ｐ２００７−１８１８１）
【出願日】平成１９年１月２９日（２００７．１．２９）
【出願人】（０００２３００５４）日本ペイント株式会社 (626)
【出願人】（５０３１１６８９９）新潟原動機株式会社 (61)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２９日（２００７．１．２９）
【出願人】（０００２３００５４）日本ペイント株式会社 (626)
【出願人】（５０３１１６８９９）新潟原動機株式会社 (61)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]