JP2016148317A

JP2016148317A - 燃焼排ガスからの熱回収発電設備

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Publication number: JP2016148317A
Application number: JP2015026767A
Authority: JP
Inventors: 大祐鮎川; Daisuke Ayukawa
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: JP6009009B2

Abstract

【課題】ボイラ・タービン主任技術者等の資格が不要になると共に、腐食性の燃焼排ガスから熱回収しても腐食せず、動力の削減を図れて発電した電力を有効に使用できるようにする。
【解決手段】焼却炉１からの燃焼排ガスＧを白煙防止空気予熱器３、集塵装置５、洗煙装置６の順に通すようにした焼却設備に設置され、煙道７内を流れる燃焼排ガスＧから熱回収して発電するようにした燃焼排ガスＧからの熱回収発電設備であって、燃焼排ガスＧを流す煙道７に設置され、燃焼排ガスＧを通して燃焼排ガスＧから熱回収すると共に、熱媒水Ｈを加熱して蒸気を発生させる内部圧が大気圧以下に保持された減圧ボイラ４と、低沸点の液状の冷媒Ｒを加熱、蒸発させてその蒸気でタービン２９を回して発電するバイナリー発電装置８とを備えており、前記バイナリー発電装置８の蒸発部２８を減圧ボイラ４の減圧蒸気室２４に設置し、減圧蒸気室２４内の蒸気でバイナリー発電装置８の蒸発部２８内の冷媒Ｒを気化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水汚泥や都市ごみ等の廃棄物を燃焼し、発生した燃焼排ガスから熱回収して発電する燃焼排ガスからの熱回収発電設備に係り、特に、下水汚泥等のように水分の多い廃棄物を燃焼処理する燃焼設備や小型の燃焼設備に設置され、燃焼設備の焼却炉から排出されて煙道を流れている燃焼排ガスから減圧ボイラを用いて熱回収し、その熱をバイナリー発電装置で使用して発電するようにした燃焼排ガスからの熱回収発電設備に関するものである。

一般に、下水汚泥や都市ごみ等の廃棄物を燃焼処理する燃焼設備においては、焼却炉で廃棄物を燃焼し、発生した燃焼排ガスからボイラで熱回収し、ボイラから発生する蒸気を用いて発電機で発電するようにしている。この燃焼設備においては、燃焼排ガスが硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含んでいるため、ＳＯ_３の結露（ＳＯ_３の濃度にもよるが、露点は１３０℃程度）による硫酸腐食対策が必要である。

図４は燃焼排ガスから熱回収して発電する燃焼設備の一例を示し、この焼却設備は、焼却炉４１から排出された燃焼排ガスを空気予熱器４２、ボイラ４３、バグフィルター４４、洗煙装置４５に順次通し、排ガス処理した燃焼排ガスを誘引通風機４６を介して煙突４７から大気中へ放出すると共に、ボイラ４３で発生した蒸気により蒸気タービン４８を回して発電機４９で発電するようにしたものである。

しかし、図４に示す焼却設備は、燃焼排ガスが持つエネルギー量が少ないため、市販の蒸気タービン４６が規格以下となることが殆どである。また、ボイラ４３は、大気圧以上で水が蒸発するため、ボイラ４３及び蒸気タービン４８を設置するには、設置者にボイラ・タービン主任技術者が必要となり、運転者に資格が必要になる。更に、設備も発電量からすると、大掛かりな設備となる。しかも、小規模の燃焼設備には、ボイラ４２及び蒸気タービン４８等を設置できない。

また、図５に示す焼却設備は、図４の蒸気タービン４８及び発電機４９に替えてバイナリー発電装置５０（蒸発部５０ａ、タービン５０ｂ、発電機５０ｃ、凝縮部５０ｄ、冷媒循環ポンプ５０ｅ等から成る発電装置）を設置し、ボイラ４２で発生した蒸気をバイナリー発電装置５０の蒸発部５０ａに供給し、蒸気の熱を蒸発部５０ａの熱源として利用するようにしたものである。

しかし、図５に示す焼却設備も、図４の焼却設備と同様に、ボイラ４３及びタービン５０ｂを設置するには、設置者にボイラ・タービン主任技術者が必要になり、運転者に資格が必要になると共に、設備も発電量からすると、大掛かりな設備となる。

更に、図６に示す燃焼設備は、バイナリー発電装置５０の蒸発部５０ａを燃焼排ガスが流れる煙道内に直接設置し、燃焼排ガスから直接熱回収して発電するようにしたものである。

しかし、図６に示す焼却設備は、バイナリー発電装置５０に用いる冷媒には、低沸点（１００℃以下）の冷媒が使用されているため、煙道内に設置した蒸発部５０ａのパイプ上で燃焼排ガス中のＳＯ_３が結露し、蒸発部５０ａが低温腐食を引き起こして長期の運転が不可能になる。

更に、図７に示す焼却設備は、熱媒油Ｏ（沸点が約３００℃）を循環用ポンプ５３により循環させる循環路５１の一部を煙道内に直接挿入し、燃焼排ガスと循環している熱媒油Ｏとで熱交換させて熱回収し、回収した熱を熱交換器５２を介してバイナリー発電装置５０の蒸発部５０ａで利用するようにしたものである。

しかし、図７に示す焼却設備は、熱媒油Ｏが液体状で熱交換するため、顕熱での熱回収となる。そのため、熱交換器５２の入口、出口の温度差が大きく取れなくて熱媒油Ｏの循環流量が大きくなる。その結果、熱媒油Ｏの熱交換器５２が大きくなってコストが嵩み、また、熱媒油Ｏの循環用ポンプ５３の消費電力も大きくなる。

更に、図８に示す焼却設備は、図７の熱媒油Ｏに替えて空気Ａを循環用ファン５４により循環させる循環路５５の一部を煙道内に直接挿入し、燃焼排ガスと循環している空気Ａとで熱交換させて熱回収し、回収した熱を熱交換器５２を介してバイナリー発電装置５０の蒸発部５０ａで利用するようにしたものである。

しかし、図８に示す焼却設備は、循環用の空気Ａによる熱回収が気体同士の熱交換であるため、伝熱特性が悪く、大きな熱交換器５２となってコストが嵩むと共に、空気Ａの循環用ファン５４の動力が大きくなる。

更に、図示していないが、特許文献１には、焼却炉から排出された燃焼排ガスを空気予熱器、白煙防止空気予熱器、集塵装置、排煙洗浄塔の順に通して排ガス処理し、排煙洗浄塔から排出される洗煙排水を白煙防止空気予熱器で燃焼排ガスから熱回収した白煙防止空気の保有熱により昇温させてから排熱発電システム（バイナリー発電装置）に供給して排熱発電を行うようにした技術が記載されている。

しかし、特許文献１に記載された技術は、白煙防止空気が排熱発電システムの熱交換器を通過するため、白煙防止用ファンの消費動力が増加し、また、排煙洗浄塔から排出される洗煙排水を排熱発電システムの蒸発部を通過させているため、排水ポンプの消費動力も増加し、コストアップにつながる。

特許第５２７１１００号公報

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、ボイラ・タービン主任技術者等の資格が不要になると共に、腐食性の燃焼排ガスから熱回収しても腐食せず、動力の削減を図れて発電した電力を有効に使用できるようにした燃焼排ガスからの熱回収発電設備を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の発明は、焼却炉からの燃焼排ガスを白煙防止空気予熱器、集塵装置、洗煙装置の順に通すようにした焼却設備に設置され、煙道内を流れる燃焼排ガスから熱回収して発電するようにした燃焼排ガスからの熱回収発電設備であって、燃焼排ガスを流す煙道に設置され、燃焼排ガスを通して燃焼排ガスから熱回収すると共に、熱媒水を加熱して蒸気を発生させる内部圧が大気圧以下に保持された減圧ボイラと、低沸点の液状の冷媒を加熱、蒸発させてその蒸気でタービンを回して発電するバイナリー発電装置とを備えており、前記バイナリー発電装置の蒸発部を減圧ボイラの減圧蒸気室に設置し、減圧蒸気室内の蒸気でバイナリー発電装置の蒸発部内の冷媒を気化させるようにしたことに特徴がある。

本発明の第２の発明は、前記第１の発明において、減圧ボイラの熱媒水を、大気圧以下で沸点が燃焼排ガス中に含まれているＳＯ_３ガスの露点以上となる水溶液としたことに特徴がある。

本発明の第３の発明は、前記第１の発明において、減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力をそれぞれ検出する温度検出器又は圧力検出器を設け、温度検出器又は圧力検出器からの検出信号に基づいて減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにバイナリー発電装置の制御盤により低沸点の冷媒を循環させる冷媒循環ポンプを制御して発電量を制御するようにしたことに特徴がある。

本発明の第４の発明は、前記第１の発明において、減圧ボイラの入口側の煙道に水を噴霧する水噴霧手段を設けると共に、減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力をそれぞれ検出する温度検出器又は圧力検出器を設け、温度検出器又は圧力検出器からの検出信号に基づいて減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるように制御器により水噴霧手段を制御して減圧ボイラの入口側の燃焼排ガスの温度を一定にするようにしたことに特徴がある。

本発明の第５の発明は、前記第１の発明において、煙道に減圧ボイラを迂回するバイパスダクトを接続すると共に、当該バイパスダクトにバイパスダンパーを設け、減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにバイパスダンパーを開閉制御して燃焼排ガスの一部又は全てをバイパスダクト側へバイパスするようにしたことに特徴がある。

本発明の第６の発明は、前記第１の発明、第２の発明、第３の発明、第４の発明又は第５の発明において、減圧ボイラの熱媒水中に過熱管を配設すると共に、当該過熱管とバイナリー発電装置の蒸発部とを接続し、蒸発部で加熱された冷媒を過熱管に導き、ここで減圧ボイラの熱媒水により更に過熱するようにしたことに特徴がある。

本発明の燃焼排ガスからの熱回収発電設備は、内部圧が大気圧以下に保持されて内部の熱媒水が大気圧以下で蒸発する減圧ボイラにより熱回収するようにしているため、ボイラ・タービン主任技術者等の資格が不要になる。

本発明の燃焼排ガスからの熱回収発電設備は、減圧ボイラの沸点がＳＯ_３ガスの露点以上となる熱媒水を用いて燃焼排ガスから熱回収しているため、減圧ボイラの熱吸収部での硫酸腐食を防止することができる。また、バイナリー発電装置の蒸発部を減圧ボイラの減圧蒸気室に設置し、バイナリー発電装置の冷媒が減圧ボイラ内の蒸気から受熱するため、蒸発部の腐食を防止することができる。

本発明の燃焼排ガスからの熱回収発電設備は、バイナリー発電装置の蒸発部を減圧ボイラの減圧蒸気室に設置してバイナリー発電装置の冷媒を加熱するようにしているため、図７及び図８の燃焼設備に示すように、バイナリー発電装置の冷媒を加熱するのに熱媒油の循環用ポンプや空気の循環用ファンを必要としない。その結果、本発明の燃焼排ガスからの熱回収発電設備は、循環用ポンプや循環用ファンを必要とせず、これらを動かすための動力が不要となり、バイナリー発電装置で発電した電力を有効に使用できる。

本発明の燃焼排ガスからの熱回収発電設備は、白煙防止用空気をバイナリー発電装置を経由せずに煙突へ導くことができるため、特許文献１に記載された従来の焼却設備に比較して白煙防止用ファンの動力を低減することができる。

本発明の燃焼排ガスからの熱回収発電設備は、洗煙装置からの排水をバイナリー発電装置を経由せずに排水することができるため、特許文献１に記載された従来の焼却設備に比較して洗煙排水ポンプの動力を低減することができる。

本発明の燃焼排ガスからの熱回収発電設備は、減圧ボイラの熱媒水中に過熱管を配設すると共に、当該過熱管とバイナリー発電装置の蒸発部とを接続し、蒸発部で加熱された冷媒を過熱管に導き、ここで減圧ボイラの熱媒水により更に過熱するようにしているため、冷媒の気体温度を上げることができ、バイナリー発電装置による発電量が上げることができる。

本発明の一実施形態に係る燃焼排ガスからの熱回収発電設備を設置した燃焼設備の概略系統図である。図１に示す熱回収発電設備の拡大概略系統図である。本発明の他の実施形態に係る燃焼排ガスからの熱回収発電設備の拡大概略系統図である。従来の熱回収発電設備を設置した燃焼設備のブロック図である。同じく従来の熱回収発電設備を設置した燃焼設備のブロック図である。同じく従来の熱回収発電設備を設置した燃焼設備のブロック図である。同じく従来の熱回収発電設備を設置した燃焼設備のブロック図である。同じく従来の熱回収発電設備を設置した燃焼設備のブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る燃焼排ガスＧからの熱回収発電設備を設置した燃焼設備を示し、当該燃焼設備は、焼却炉１からの燃焼排ガスＧを燃焼用空気予熱器２、白煙防止空気予熱器３、減圧ボイラ４、集塵装置５、洗煙装置６の順に通し、煙道７内を流れる燃焼排ガスＧから減圧ボイラ４により熱回収すると共に、回収した熱をバイナリー発電装置８に供給して発電に利用し、減圧ボイラ４を経た燃焼排ガスＧを集塵装置５及び洗煙装置６により排ガス処理した後、誘引通風機９を介して煙突１０から大気中へ放出するようにしたものである。

前記焼却炉１は、下水汚泥や都市ごみ等の廃棄物を焼却処理するものであり、この焼却炉１には、ストーカ１１上で廃棄物を乾燥、燃焼、後燃焼させる従来公知のストーカ式の焼却炉１が使用されている。

尚、上記の実施形態においては、焼却炉１にストーカ式の焼却炉１を使用したが、他の実施形態においては、焼却炉１に流動床式の焼却炉１を使用するようにしても良い。

前記燃焼用空気予熱器２は、焼却炉１の下流側の煙道７に設置されており、燃焼用空気ファン１２から供給された燃焼用空気を燃焼排ガスＧにより予熱し、予熱した燃焼用空気を燃焼用空気供給ダクト１３により焼却炉１のストーカ１１下へ供給するようになっている。

前記白煙防止空気予熱器３は、燃焼用空気予熱器２の下流側の煙道７に設置されており、白煙防止ファン１４から供給された白煙防止用空気を燃焼排ガスＧにより加熱し、加熱した白煙防止用空気を白煙防止用空気供給ダクト１５により誘引通風機９の下流側の煙道７に流すようになっている。

前記集塵装置５は、燃焼用空気予熱器２、白煙防止空気予熱器３及び減圧ボイラ４を経て熱回収された燃焼排ガスＧ中の煤塵を除去するものであり、この集塵装置５には、従来公知のバグフィルターが使用されている。

尚、上記の実施形態においては、集塵装置５にバグフィルターを使用したが、他の実施形態においては、電気集塵機やセラミック集塵機等を使用するようにしても良い。

前記洗煙装置６は、装置内部に導入された燃焼排ガスＧをノズル１６から散水される水と接触させることにより燃焼排ガスＧ中の酸性ガスを除去するものであり、洗煙水を循環させる洗煙水循環ポンプ１７と、汚れた洗煙水を排出する洗煙水排出ポンプ１８と、新しい洗煙水を供給する洗煙水供給ポンプ１９とを備えている。

そして、本発明に係る燃焼排ガスＧからの熱回収発電設備は、図２に示す如く、燃焼排ガスＧを流す煙道７（白煙防止空気予熱器３とバグフィルター５との間の煙道７）に設置され、燃焼排ガスＧを通して燃焼排ガスＧから熱回収すると共に、熱媒水Ｈを加熱して蒸気を発生させる内部圧が大気圧以下に保持された減圧ボイラ４と、低沸点の液状の冷媒Ｒを加熱、蒸発させてその蒸気でタービン２９を回して発電するバイナリー発電装置８と、減圧ボイラ４の入口側の煙道７に水を噴霧する水噴霧手段２０と、減圧ボイラ４の上流側の煙道７及び下流側の煙道７に接続されて燃焼排ガスＧの一部又は全てを減圧ボイラ４を迂回するように流すバイパスダクト２１等を備えており、前記バイナリー発電装置８の蒸発部２８を減圧ボイラ４の減圧蒸気室２４に設置し、減圧蒸気室２４内の蒸気でバイナリー発電装置８の蒸発部２８内の冷媒Ｒを気化させるようにしたものである。

即ち、前記減圧ボイラ４は、図２に示す如く、煙道７に接続され、内部圧が大気圧以下に保持されて熱媒水Ｈを貯留した缶体２２と、缶体２２の熱媒水Ｈを貯留した部分に貫通状に架設され、煙道７内の燃焼排ガスＧが通過する複数の煙管２３と、缶体２２内の上部側空間に形成された減圧蒸気室２４と、熱媒水Ｈの温度を検出する温度検出器２５と、減圧蒸気室２４の圧力を検出する圧力検出器２６と、減圧蒸気室２４の内部圧力が大気圧よりも高くなったときに減圧蒸気室２４を大気に開放する安全装置２７（例えば、安全弁）等を備えており、缶体２２内の熱媒水Ｈを複数の煙管２３内を通過する燃焼排ガスＧとの間接熱交換により加熱して蒸発させ、発生した水蒸気を減圧蒸気室２４に設置したバイナリー発電装置８の蒸発部２８に接触させて凝縮液化させると共に、蒸発部２８内を流れる冷媒Ｒを気化させるようにしている。

尚、缶体２２は、上部缶体２２ａと下部缶体２２ｂとを連結管２２ｃを介して連通状に接続した構造であり、下部缶体２２ｂ内に熱媒水Ｈが貯留されていると共に、下部缶体２２ｂに煙管２３が架設され、また、上部缶体２２ａ内の空間と下部缶体２２ｂ内の上部空間と連絡管２２ｃの空間とが減圧蒸気室２４となっている。

また、熱媒水Ｈには、大気圧以下で１００℃以上の沸点を持つ水溶液が使用されている。この水溶液の沸点は、燃焼排ガスＧ中に含まれているＳＯ_３が通過する煙管２３内部で結露しない温度としている。この実施形態においては、ＳＯ_３の露点が１３０℃程度であるので、水溶液の沸点を１３０℃とし、５５Ｗｔ％の臭化リチウム水溶液を熱媒水Ｈとして使用している。

前記バイナリー発電装置８は、図２に示す如く、蒸発部２８、タービン２９、発電機３０、凝縮部３１、冷媒循環ポンプ３２、冷媒循環用配管３３及び制御盤３４等を備えており、前記蒸発部２８、タービン２９、凝縮部３１及び冷媒循環ポンプ３２を冷媒循環用配管３３により閉ループ状に接続し、閉ループ内で低沸点の冷媒Ｒ（例えば、ペンタンやアンモニア等）を蒸発部２８、タービン２９、凝縮部３１、冷媒循環ポンプ３２の順に循環させて蒸発部２８に戻すようにしている。

このバイナリー発電装置８は、その蒸発部２８が減圧ボイラ４の減圧蒸気室２４に設置されており、減圧蒸気室２４内の蒸気により蒸発部２８内の低沸点の液状の冷媒Ｒを蒸発させ、その蒸気でタービン２９を回して発電機３０で発電するようになっている。タービン２９を回した蒸気は、凝縮部３１で冷却されて液状の冷媒Ｒとなって蒸発部２８に戻る。蒸発部２８に戻った液状の冷媒Ｒは、ここで減圧蒸気室２４内の蒸気により再び加熱されて蒸発し、タービン２９に供給されてタービン２９を回す。

このように、前記バイナリー発電装置８では、タービン２９を回す役目を果たす冷媒Ｒが蒸気と液化を繰り返しながら閉ループ内を循環するようになっている。尚、減圧ボイラ４の減圧蒸気室２４に設置される蒸発部２８は、折り曲げ形成した蒸発管２８ａを減圧蒸気室２４に配設することにより構成されている。

また、前記バイナリー発電装置８は、減圧ボイラ４に設けた温度検出器２５又は圧力検出器２６により減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力をそれぞれ検出し、これらの検出信号に基づいて減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるように制御盤３４により低沸点の冷媒Ｒを循環させる冷媒循環ポンプ３２を制御し、発電量を制御するように構成されている。

前記水噴霧手段２０は、バイナリー発電装置８の定格運転時において減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度や減圧蒸気室２４の圧力が上昇する場合に使用するものであり、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにするものである。

即ち、水噴霧手段２０は、減圧ボイラ４の上流側の煙道７に接続された水供給管３５と、水供給管３５に介設した水噴霧弁３６と、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力をそれぞれ検出する温度検出器２５′又は圧力検出器２６′からの検出信号に基づいて水噴霧弁３６を制御する制御器３７とを備えており、温度検出器２５′又は圧力検出器２６′からの検出信号に基づいて制御器３７により水噴霧弁３６を開閉制御して煙道７内の水噴霧量を制御し、減圧ボイラ４の入口温度を一定にするようにしている。これにより、減圧ボイラ４の温度又は圧力が所定の温度又は圧力に保たれる。

前記バイパスダクト２１は、バイナリー発電装置８の定格運転時において減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度や減圧蒸気室２４の圧力が上昇する場合に使用するものであり、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにするものである。

即ち、バイパスダクト２１は、減圧ボイラ４の上流側の煙道７及び下流側の煙道７に接続されて燃焼排ガスＧの一部又は全てを減圧ボイラ４を迂回するように流すものであり、バイパスダクト２１に設けたバイパスダンパー３８を開閉制御し、燃焼排ガスＧの一部又は全てをバイパスダクト２１側へバイパスすることにより減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力を所定の温度又は圧力に保つようにしたものである。尚、燃焼排ガスＧを全量バイパスダクト２１側へ流す場合には、減圧ボイラ４の出口側の煙道７に設けたダンパー３９を閉鎖する。

次に、上述した熱回収発電設備を設置した燃焼設備を用いて下水汚泥を燃焼処理する場合について説明する。

焼却炉１内に供給された下水汚泥は、ストーカ１１上で乾燥、燃焼、後燃焼されて炉外へ排出される。尚、下水汚泥の含水率は、７０％とした。

燃焼により発生した燃焼排ガスＧは、焼却炉１から排出されて燃焼用空気予熱器２及び白煙防止空気予熱器３で熱回収されてその温度が約６５０℃になる。燃焼用空気予熱器２により予熱された燃焼用空気は、燃焼用空気供給ダクト１３によりストーカ１１下へ供給されて燃焼に使用され、白煙防止空気予熱器３により予熱された白煙防止用空気は、白煙防止用空気供給ダクト１５により誘引通風機９の下流側の煙道７に供給される。

白煙防止空気予熱器３を通過した燃焼排ガスＧは、煙道７を通って減圧ボイラ４に流入し、煙管２３内を通過する間に熱吸収されて約１８０℃で集塵装置５に送られ、ここで燃焼排ガスＧ中に含まれる煤塵が除去される。

煤塵が除去された燃焼排ガスＧは、煙道７を通って洗煙装置６に送られ、ここで水噴霧により燃焼排ガスＧ中に含まれる酸性ガスが除去された後、誘引通風機９を経て白煙防止用空気と混合されて煙突１０から大気中へ放出される。

そして、熱回収発電設備の減圧ボイラ４においては、缶体２２内が大気圧以下に保たれており、熱媒水Ｈが満たされている。この熱媒水Ｈは、大気圧以下で１００℃以上の沸点を持っており、燃焼排ガスＧ中に含まれているＳＯ_３が通過する減圧ボイラ４の煙管２３内部で結露しない温度としている。この実施形態においては、ＳＯ_３の露点が１３０℃であるので、熱媒水Ｈの沸点を１３０℃としている。そのため、減圧ボイラ４の煙管２３の表面温度は、約１４０℃となり、腐食が防止される。

減圧ボイラ４の煙管２３を介して燃焼排ガスＧから受熱した熱媒水Ｈは、沸騰して９０℃の蒸気を発生する。この発生した蒸気は、減圧ボイラ４の減圧蒸気室２４に設置したバイナリー発電装置８の蒸発部２８の蒸発管２８ａに接触して凝縮し、蒸発管２８ａ内を流れる冷媒Ｒに熱を与える。尚、蒸発部２８での熱交換により凝縮したドレン水は、下部缶体２２ａに貯留されている熱媒水Ｈ側へ流下する。

蒸発部２８の蒸発管２８ａ内を流れる冷媒Ｒは、受熱することにより液体から気体へと気化し、約８５℃の蒸気となってタービン２９へ送られ、ここでタービン２９の羽根を回転させて発電機３０で発電させる。

タービン２９から排出された蒸気は、凝縮部３１で冷却水により冷却されて液状の冷媒Ｒとなり、冷媒循環ポンプ３２により蒸発部２８へ戻される。
以下、上述したサイクルを繰り返す。

次に、熱回収発電設備の減圧ボイラ４の制御について説明する。

下水汚泥の燃焼量や発熱量が低下したときには、減圧ボイラ４の入口温度と燃焼排ガスＧの流量が低下するので、減圧ボイラ４の吸収熱量も低下する。そのため、減圧ボイラ４の減圧蒸気室２４の内部圧力が低下すると共に、これに伴って熱媒水Ｈの飽和温度も低下する。その結果、減圧ボイラ４の煙管２３内部の温度が低下してＳＯ_３の露点以下になり、煙管２３が腐食することがある。

そこで、煙管２３の腐食を防止するため、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力を温度検出器２５又は圧力検出器２６によりそれぞれ検出し、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力が設定値以下になると、温度検出器２５又は圧力検出器２６からの検出信号がバイナリー発電装置８の制御盤３４に送られて発電量を下げる。発電量を下げるには、制御盤３４により冷媒循環ポンプ３２の回転数を下げて冷媒Ｒの循環量を落とす。冷媒Ｒの循環量が下がると、蒸発部２８での吸収熱量が低下しても、タービン２９の入口冷媒条件は保たれる。

反対に、下水汚泥の燃焼量や発熱量が上昇したときには、減圧ボイラ４の入口温度と燃焼排ガスＧの流量が上昇するので、減圧ボイラ４の吸収熱量も上昇する。そのため、減圧ボイラ４の減圧蒸気室２４の内部圧力が上昇する。

減圧ボイラ４の内部圧力が上昇して設定圧力以上になると、安全装置２７が開く方向に作動して大気圧と減圧ボイラ４の内部圧力が同じになる。

しかし、この場合、減圧ボイラ４の再起動時に減圧ボイラ４の内部を大気圧以下にするために真空ポンプ（図示省略）が必要になる。

そこで、このような作業や手間を省略して費用と時間がかかるのを避けるため、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力を温度検出器２５又は圧力検出器２６によりそれぞれ検出し、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力が設定値以上になると、温度検出器２５又は圧力検出器２６からの検出信号がバイナリー発電装置８の制御盤３４に送られて発電量を上げる。発電量を上げるには、制御盤３４により冷媒循環ポンプ３２の回転数を上げて冷媒Ｒの循環量を増やす。冷媒Ｒの循環量が増えると、蒸発部２８での吸収熱量が上っても、タービン２９の入口冷媒条件は保たれる。

そして、バイナリー発電装置８の定格運転時において、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度や減圧蒸気室２４の圧力が上昇する場合には、次の（１）〜（４）の何れかに記載の方法を講じる。
（１）焼却炉１内に投入する下水汚泥の投入量を低下させ、下水汚泥の焼却量を下げて燃焼排ガスＧの発生量を減らす。
（２）水噴霧手段２０により減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力を一定に保つ。即ち、温度検出器２５′又は圧力検出器２６′からの検出信号に基づいて制御器３７により水噴霧弁３６を開閉制御して煙道７内の水噴霧量を制御し、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２４の圧力を一定にする。
（３）バイパスダクト２１及びバイパスダンパー３８を用いて煙道７内の燃焼排ガスＧの一部又は全てを減圧ボイラ４を迂回するように流し、減圧ボイラ４の煙管２３内に流れる燃焼排ガスＧの量を制御し、減圧ボイラ４の入口温度を一定にする。
（４）上述した（１）〜（３）の方法を適宜に組み合わせて用いる。

前記熱回収発電設備においては、焼却炉１で含水率が７０％の下水汚泥を一日に１００ｔｏｎ燃焼処理すると、バイナリー発電装置８の効率を５％とした場合、１１５ｋＷ発電することができる。

上述した熱回収発電設備を設置した燃焼設備は、内部圧が大気圧以下に保持されて内部の熱媒水Ｈが大気圧以下で蒸発する減圧ボイラ４により熱回収するようにしているため、ボイラ・タービン主任技術者等の資格が不要になる。

また、熱回収発電設備を設置した燃焼設備は、減圧ボイラ４の沸点がＳＯ_３ガスの露点以上となる熱媒水Ｈを用いて燃焼排ガスＧから熱回収しているため、減圧ボイラ４の熱吸収部での硫酸腐食を防止することができる。また、バイナリー発電装置８の蒸発部２８を減圧ボイラ４の減圧蒸気室２４に設置し、バイナリー発電装置８の冷媒Ｒが減圧ボイラ４内の蒸気から受熱するため、蒸発部２８の腐食を防止することができる。

更に、熱回収発電設備を設置した燃焼設備は、バイナリー発電装置８の蒸発部２８を減圧ボイラ４の減圧蒸気室２４に設置してバイナリー発電装置８の冷媒Ｒを加熱するようにしているため、図７及び図８に示すようにバイナリー発電装置の冷媒Ｒを加熱するための熱媒油の循環用ポンプや空気の循環用ファンを必要とせず、これらを動かすための動力が不要となり、バイナリー発電装置８で発電した電力を有効に使用できる。

更に、熱回収発電設備を設置した燃焼設備は、白煙防止用空気をバイナリー発電装置８を経由せずに煙突１０へ導くことができるため、白煙防止用ファンの動力を低減することができる。

更に、熱回収発電設備を設置した燃焼設備は、洗煙装置６からの排水をバイナリー発電装置８を経由せずに排水することができるため、洗煙排水ポンプの動力を低減するとこができる。

ところで、図１に示す熱回収発電設備においては、バイナリー発電装置８の気化した冷媒Ｒは、減圧ボイラ４で発生した９０℃の蒸気からの受熱であるので９０℃以上に上がらない。一方、気化した冷媒Ｒを熱源として発電するバイナリー発電装置８は、気化した冷媒Ｒの温度が高い程、発電効率が上がって発電量が増える。

図３は本発明の他の実施形態に係る燃焼排ガスＧからの熱回収発電設備を示し、当該熱回収発電設備は、過熱管４０を用いて発電効率を上げるようにしたものである。

即ち、前記熱回収発電設備は、図３に示す如く、燃焼排ガスＧを流す煙道７に設置され、燃焼排ガスＧを通して燃焼排ガスＧから熱回収すると共に、熱媒水Ｈを加熱して蒸気を発生させる内部圧が大気圧以下に保持された減圧ボイラ４と、低沸点の液状の冷媒Ｒを加熱、蒸発させてその蒸気でタービン２９を回して発電するバイナリー発電装置８と、減圧ボイラ４の入口側の煙道７に水を噴霧する水噴霧手段２０と、減圧ボイラ４の上流側の煙道７及び下流側の煙道７に接続されて燃焼排ガスＧの一部又は全てを減圧ボイラ４を迂回するように流すバイパスダクト２１と、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈ中に配設された過熱管４０等を備えており、前記バイナリー発電装置８の蒸発部２８を減圧ボイラ４の減圧蒸気室２４に設置すると共に、前記蒸発部２８と熱媒水Ｈ中の過熱管４０とを接続し、減圧蒸気室２４内の蒸気でバイナリー発電装置８の蒸発部２８内の冷媒Ｒを気化させ、この気化した冷媒Ｒを過熱管４０に導いてここで減圧ボイラ４の１３０℃の熱媒水Ｈにより更に加熱するようにしたものである。尚、図２に示す熱回収発電設備と同じ部位・部材には、同一の参照番号を付している。

前記熱回収発電設備によれば、バイナリー発電装置８の蒸発部２８の蒸発管２８ａから出た約８５℃の気化した冷媒Ｒは、熱媒水Ｈ中の過熱管４０に入り、ここで１３０℃の熱媒水Ｈから受熱して１２０℃に過熱されてバイナリー発電装置８のタービン２９に送られる。気化した冷媒Ｒの温度を１２０℃に上げることによりバイナリー発電装置８の発電量が１０％上がる。

上述した熱回収発電設備を設置した燃焼設備は、図１に示す燃焼設備と同様の作用効果を奏することができる。特に、前記熱回収発電設備は、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈ中に過熱管４０を配設すると共に、当該過熱管４０とバイナリー発電装置８の蒸発部２８とを接続し、蒸発部２８で加熱された冷媒Ｒを過熱管４０に導き、ここで減圧ボイラ４の熱媒水Ｈにより更に過熱するようにしているため、冷媒Ｒの気体温度を上げることができ、バイナリー発電装置８による発電量が上がる。

１は焼却炉、２は燃焼用空気予熱器、３は白煙防止空気予熱器、４は減圧ボイラ、５は集塵装置、６は洗煙装置、７は煙道、８はバイナリー発電装置、９は誘引通風機、１０は煙突、１１はストーカ、１２は燃焼用空気ファン、１３は燃焼用空気供給ダクト、１４は白煙防止ファン、１５は白煙防止用空気供給ダクト、１６はノズル、１７は洗煙水循環ポンプ、１８は洗煙水排出ポンプ、１９は洗煙水供給ポンプ、２０は水噴霧手段、２１はバイパスダクト、２２は缶体、２２ａは上部缶体、２２ｂは下部缶体、２２ｃは連絡管、２３は煙管、２４は減圧蒸気室、２５，２５′は温度検出器、２６，２６′は圧力検出器、２７は安全装置、２８は蒸発部、２８ａは蒸発管、２９はタービン、３０は発電機、３１は凝縮部、３２は冷媒循環ポンプ、３３は冷媒循環用配管、３４は制御盤、３５は水供給管、３６は水噴霧弁、３７は制御器、３８はバイパスダンパー、３９はダンパー、４０は過熱管、Ｇは燃焼排ガス、Ｈは熱媒水、Ｒは冷媒。

上記目的を達成するために、本発明の第１の発明は、焼却炉からの燃焼排ガスを白煙防止空気予熱器、集塵装置、洗煙装置の順次に通すようにした焼却設備に設置され、煙道内を流れる燃焼排ガスから熱回収して発電するようにした燃焼排ガスからの熱回収発電設備であって、燃焼排ガスを流す煙道に設置され、燃焼排ガスを通して燃焼排ガスから熱回収すると共に、熱媒水を加熱して蒸気を発生させる内部圧が大気圧以下に保持された減圧ボイラと、低沸点の液状の冷媒を加熱、蒸発させてその蒸気でタービンを回して発電するバイナリー発電装置とを備えており、前記減圧ボイラの熱媒水を、大気圧以下で沸点が燃焼排ガス中に含まれているＳＯ _３ガスの露点以上となる水溶液とし、また、前記バイナリー発電装置の蒸発部を減圧ボイラの減圧蒸気室に設置し、減圧蒸気室内の蒸気でバイナリー発電装置の蒸発部内の冷媒を気化させるようにしたことに特徴がある。

本発明の第２の発明は、前記第１の発明において、減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力をそれぞれ検出する温度検出器又は圧力検出器を設け、温度検出器又は圧力検出器からの検出信号に基づいて減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにバイナリー発電装置の制御盤により低沸点の冷媒を循環させる冷媒循環ポンプを制御して発電量を制御するようにしたことに特徴がある。

本発明の第３の発明は、前記第１の発明において、減圧ボイラの入口側の煙道に水を噴霧する水噴霧手段を設けると共に、減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力をそれぞれ検出する温度検出器又は圧力検出器を設け、温度検出器又は圧力検出器からの検出信号に基づいて減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるように制御器により水噴霧手段を制御して減圧ボイラの入口側の燃焼排ガスの温度を一定にするようにしたことに特徴がある。

本発明の第４の発明は、前記第１の発明において、煙道に減圧ボイラを迂回するバイパスダクトを接続すると共に、当該バイパスダクトにバイパスダンパーを設け、減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにバイパスダンパーを開閉制御して燃焼排ガスの一部又は全てをバイパスダクト側へバイパスするようにしたことに特徴がある。

本発明の第５の発明は、前記第１の発明、第２の発明、第３の発明又は第４の発明において、減圧ボイラの熱媒水中に過熱管を配設すると共に、当該過熱管とバイナリー発電装置の蒸発部とを接続し、蒸発部で加熱された冷媒を過熱管に導き、ここで減圧ボイラの熱媒水により更に過熱するようにしたことに特徴がある。

Claims

焼却炉からの燃焼排ガスを白煙防止空気予熱器、集塵装置、洗煙装置の順次に通すようにした焼却設備に設置され、煙道内を流れる燃焼排ガスから熱回収して発電するようにした燃焼排ガスからの熱回収発電設備であって、燃焼排ガスを流す煙道に設置され、燃焼排ガスを通して燃焼排ガスから熱回収すると共に、熱媒水を加熱して蒸気を発生させる内部圧が大気圧以下に保持された減圧ボイラと、低沸点の液状の冷媒を加熱、蒸発させてその蒸気でタービンを回して発電するバイナリー発電装置とを備えており、前記バイナリー発電装置の蒸発部を減圧ボイラの減圧蒸気室に設置し、減圧蒸気室内の蒸気でバイナリー発電装置の蒸発部内の冷媒を気化させるようにしたことを特徴とする燃焼排ガスからの熱回収発電設備。
減圧ボイラの熱媒水を、大気圧以下で沸点が燃焼排ガス中に含まれているＳＯ_３ガスの露点以上となる水溶液としたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼排ガスからの熱回収発電設備。
減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力をそれぞれ検出する温度検出器又は圧力検出器を設け、温度検出器又は圧力検出器からの検出信号に基づいて減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにバイナリー発電装置の制御盤により低沸点の冷媒を循環させる冷媒循環ポンプを制御して発電量を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼排ガスからの熱回収発電設備。
減圧ボイラの入口側の煙道に水を噴霧する水噴霧手段を設けると共に、減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力をそれぞれ検出する温度検出器又は圧力検出器を設け、温度検出器又は圧力検出器からの検出信号に基づいて減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるように制御器により水噴霧手段を制御して減圧ボイラの入口側の燃焼排ガスの温度を一定にするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼排ガスからの熱回収発電設備。
煙道に減圧ボイラを迂回するバイパスダクトを接続すると共に、当該バイパスダクトにバイパスダンパーを設け、減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにバイパスダンパーを開閉制御して燃焼排ガスの一部又は全てをバイパスダクト側へバイパスするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼排ガスからの熱回収発電設備。
減圧ボイラの熱媒水中に過熱管を配設すると共に、当該過熱管とバイナリー発電装置の蒸発部とを接続し、蒸発部で加熱された冷媒を過熱管に導き、ここで減圧ボイラの熱媒水により更に過熱するようにしたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の燃焼排ガスからの熱回収発電設備。