JP2017198352A - 廃棄物発電プラントの性能劣化判断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴミを焼却する廃棄物発電プラントにおいて、性能が劣化したこと、およびその箇所を判断することが可能な性能劣化判断方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる廃棄物発電プラント１００の性能劣化判断方法の代表的な構成は、廃棄物を焼却する溶融炉１０４と、溶融炉の熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラ１３０と、排熱回収ボイラで発生した蒸気によって発電する発電機１５０とを備えた廃棄物発電プラントにおいて、溶融炉１０４の空気流量に対する発電機の出力の割合が低下した場合に、当該廃棄物発電プラント１００の性能が劣化したと判断することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ゴミを焼却する廃棄物発電プラントにおいて、性能が劣化したこと、およびその箇所を判断することが可能な性能劣化判断方法に関する。

廃棄物（ゴミ）の溶融炉（焼却炉）において、廃熱を利用して発電を行うことは以前から広く行われている。例えば特許文献１には、ゴミ焼却炉に付随した蒸発器で生成した蒸気を駆動源とする蒸気タービンによって駆動される発電機が記載されている。なお特許文献１では、さらにガスタービンを併設して、蒸気タービンに供給される蒸気を過熱する構成が記載されている。

廃棄物発電プラントは大別すると、廃棄物を焼却する溶融炉と、前記溶融炉の熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気によって発電する発電機とを備えている。従来の廃棄物発電プラントは廃棄物の溶融炉が設備の主たる目的であり、廃熱を捨てるくらいなら利用しようという考えの下で発電機が設けられていた。しかし近年さらに高まりつつある電気の需要に伴い、発電プラントとしての重要性も増しつつある。そこで、廃棄物発電プラントにおいても発電機を適切に稼働させ、できるだけ多くの電気を継続して発電することが求められている。

特開平０５−０１０１０７号公報

発電機を適切に稼働させるためには、発電プラントの現在の動作状態を知り、管理およびメンテナンスを行う必要がある。

ここで問題となるのは、燃料が主にゴミであるために、燃料の正確な熱量（すなわち溶融炉の発熱量）が不明であり、また変動する点である。溶融炉の発熱量が不明であるため、発電機の出力が低下した場合であっても、廃棄物発電プラントのどこかが性能劣化したのか、単にそのときのゴミの熱量が減少しているのかを判断することができなかった。さらには、廃棄物発電プラントのどこかが性能劣化しているとしても、それが排熱回収ボイラの性能劣化なのか、発電機の性能劣化なのかを知ることができなかった。

そこで本発明は、ゴミを焼却する廃棄物発電プラントにおいて、性能が劣化したこと、およびその箇所を判断することが可能な性能劣化判断方法を提供することを目的としている。

上記のように、廃棄物発電プラントでは、燃料が主にゴミであるため溶融炉の発熱量を計算することが困難である。一方、廃棄物発電プラントでは、ダイオキシン類などの有害排出物の発生を抑制したり、ＰＣＢなどの有害物質を処理したりするために、燃焼温度が一定以上になるように管理される。そこで発明者は、燃焼温度が一定であるとすれば、ゴミの熱量は不明であっても、ゴミの熱量に応じた酸素（すなわち空気）が消費されるであろうと考えた。そして、さらに研究と検証を重ねて、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明にかかる廃棄物発電プラントの性能劣化判断方法の代表的な構成は、廃棄物を焼却する溶融炉と、溶融炉の熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気によって発電する発電機とを備えた廃棄物発電プラントにおいて、溶融炉の空気流量に対する発電機の出力の割合が低下した場合に、当該廃棄物発電プラントの性能が劣化したと判断することを特徴とする。

上記構成によれば、溶融炉の空気流量（合算）と発電機の出力との相関に基づいて、廃棄物発電プラントのどこかの性能が劣化したことを判断することができる。したがってメンテナンスの必要性を迅速に随時把握することができ、発電機の出力の維持および改善を図ることができる。

本発明にかかる廃棄物発電プラントの性能劣化判断方法の他の代表的な構成は、廃棄物を焼却する溶融炉と、溶融炉の熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気によって発電する発電機とを備えた廃棄物発電プラントにおいて、溶融炉の空気流量に対する排熱回収ボイラの蒸気流量の割合が低下した場合に、排熱回収ボイラの性能が劣化したと判断することを特徴とする。

上記構成によれば、燃料の熱量を計算できないにもかかわらず、溶融炉の空気流量（合算）と排熱回収ボイラの蒸気量の相関に基づいて、排熱回収ボイラの性能が劣化したことを判断することができる。このように性能が劣化した箇所を判断し、メンテナンスを要する箇所を特定することにより、発電機の出力の維持および改善を容易にすることができる。

本発明にかかる廃棄物発電プラントの性能劣化判断方法の他の代表的な構成は、廃棄物を焼却する溶融炉と、溶融炉の熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気によって発電する発電機とを備えた廃棄物発電プラントにおいて、排熱回収ボイラの蒸気流量に対する発電機の出力の割合が低下した場合に、発電機の性能が劣化したと判断することを特徴とする。

上記構成によれば、燃料の熱量を計算できないにもかかわらず、排熱回収ボイラの蒸気量と発電機の出力との相関に基づいて、発電機の性能が劣化したことを判断することができる。このように性能が劣化した箇所を判断し、メンテナンスを要する箇所を特定することにより、発電機の出力の維持および改善を容易にすることができる。

本発明によれば、ゴミを焼却する廃棄物発電プラントにおいて、性能が劣化したこと、およびその箇所を判断することが可能な性能劣化判断方法を提供することができる。

廃棄物発電プラントの構成を説明する図である。 排熱回収ボイラ１３０の構成を説明する図である。 排熱回収ボイラの洗浄を行う前後の溶融炉の空気流量（合算）と発電機の出力との関係を示す図である。 排熱回収ボイラの洗浄を行う前後の溶融炉の空気流量（合算）と排熱回収ボイラの蒸気流量との関係を示す図である。 排熱回収ボイラの洗浄を行う前後の排熱回収ボイラの蒸気流量と発電機の出力との関係を示す図である。 本発明にかかる廃棄物発電プラントの性能劣化判断方法の段取りを説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は廃棄物発電プラント１００の構成を説明する図であり、あわせて廃棄物発電プラントの性能劣化判断方法を説明する。廃棄物発電プラント１００自体は本発明に含まれないので、簡単に説明する。

図１に示す溶融炉１００においては、ガス化炉１０２に廃棄物を投入し低酸素状態で加熱することによって、可燃性ガス（主にＣＯ）が発生する。可燃性ガスは溶融炉１０４の一次室１０４ａで高温燃焼する。そして燃焼ガスは二次室１０４ｂ、三次室１０４ｃを通過して、煙道１２０へと送出される。

煙道１２０の経路上には、後述する排熱回収ボイラ１３０が配置されている。煙道１２０で温度が低下した排ガスは、さらに不図示の集塵機や洗浄塔を経て外気に放出される。

一方、排熱回収ボイラ１３０で生成された蒸気は発電機１５０に送られる。発電機１５０は発電モータ１５２とタービン１５４から構成されている。発電機１５０において発電モータ１５２の軸に接続されたタービン１５４が蒸気によって回転し、発電が行われる。

図２は排熱回収ボイラ１３０の構成を説明する図である。給水は、まずエコノマイザ１４０（給水加熱器）によって余熱されてからドラム１４２に貯水される。ドラム１４２内の水は煙道１２０内に配置されたエバポレータ１４４（蒸発器）に送られて蒸気となり、ドラム１４２に戻る。ドラム１４２内の蒸気は、一次過熱器１３２、二次過熱器１３４、三次過熱器１３６を通って加熱され、タービン１５４へと送られる。

ここで、ガス化炉１０２に投入される廃棄物は、上述したように燃料であるゴミの熱量が不明である。そこで本発明では、溶融炉の発熱量（バーナーの熱量とゴミの熱量の合計量）に代えて、溶融炉の空気流量を用いる。

空気流量について図１を参照して説明する。図１に示す廃棄物発電プラント１００における空気流量は、ガス化炉１０２の押込空気、溶融炉入口燃焼空気、溶融炉一次室頂部空気、溶融炉三次室空気、ガス化炉バーナ空気、一次バーナ空気、二次バーナ空気の合計量である。

ガス化炉１０２の押込空気とは、ガス化炉１０２の下部から入れられる空気であり、砂流動用および燃焼用の空気である。溶融炉入口燃焼空気は、ガス化炉１０２と溶融炉一次室１０４ａの接続部で入れられる押込空気である。溶融炉一次室頂部空気は、一次室１０４ａの上部側面から入れられる押込空気である。溶融炉三次室空気は、三次室１０４ｃ（スラグ落ち口１０５のすぐ後ろの立ち上がり部分）に入れられる押込空気である。ガス化炉バーナ空気は、ガス化炉１０２の下部に配置されたガス化炉バーナー１１２ａに混入される空気である。一次バーナ空気は、溶融炉一次室１０４ａの頂部にある一次バーナー１１２ｂに混入される空気である。二次バーナ空気は、スラグ落ち口１０５の手前(溶融炉二次室１０４ｂ）に設置された二次バーナー１１２ｃに混入される空気である。

上記の各空気のうち、空気流量が多いのは（１）ガス化炉１０２の押込空気および溶融炉入口燃焼空気である。次いで、（２）一次バーナー空気が（１）の８割程度となっている。（３）溶融炉三次室空気、ガス化炉バーナ空気、二次バーナ空気、溶融炉一次室頂部空気は（１）の２〜４割程度である。

なお本実施形態では上記の空気源を挙げたが、本発明はこれに限定するものではなく、そのプラントごとの空気源から供給される空気流量を積算すればよい。また、必ずしも厳密に総ての空気流量を求める必要はなく、量の少ない空気は無視してもよい。

そして図１に示すように、溶融炉１０４の空気流量（合算）と発電機１５０の出力との相関、溶融炉１０４の空気流量（合算）と排熱回収ボイラ１３０の蒸気量の相関、排熱回収ボイラ１３０の蒸気量と発電機１５０の出力との相関に基づいて、性能の劣化を判断する。

図３は排熱回収ボイラの洗浄を行う前後の溶融炉１０４の空気流量（合算）と発電機１５０の出力との関係を示す図である。排熱回収ボイラ１３０の洗浄は、具体的には、エバポレータ１４４、三次過熱器１３６、二次過熱器１３４の洗浄を行った（図２参照）。

まず図３の洗浄前の近似曲線を見ると、空気流量が増えるにつれて出力が増大する関係にあり、比例に近い相関関係があることがわかる。

次に、洗浄後の近似曲線を見ると、溶融炉１０４の空気流量に対する発電機１５０の出力の割合が大きくなっていることがわかる。これは、同程度の燃焼が行われた（すなわち同程度の発熱量がある）場合に、洗浄後（改善後）は出力が大きくなるということである。すると逆に、溶融炉１０４の空気流量に対する発電機１５０の出力の割合を随時求めておけば、この割合が低下した場合に「廃棄物発電プラントのどこかの性能が劣化した」と判断することができる。

もちろん、溶融炉１０４の空気流量に対する発電機１５０の出力の割合を見るだけでは、排熱回収ボイラの性能が低下したのか、発電機の性能が劣化したのか、その性能が劣化した箇所を知ることはできない。しかしながら、廃棄物発電プラント１００のうちどこかで性能が劣化したことは知ることができるため、メンテナンスの必要性を迅速に随時把握することができ、発電機の出力の維持および改善を図ることができる。

図４は排熱回収ボイラの洗浄を行う前後の溶融炉１０４の空気流量（合算）と排熱回収ボイラ１３０の蒸気流量との関係を示す図である。

図４においても、洗浄前の近似曲線を見ると、空気流量が増えるにつれて蒸気流量が増えていて、比例に近い相関関係があることがわかる。次に、洗浄後の近似曲線を見ると、溶融炉１０４の空気流量に対する排熱回収ボイラ１３０の蒸気流量の割合が大きくなっていることがわかる。

したがって、溶融炉１０４の空気流量に対する排熱回収ボイラ１３０の蒸気流量の割合を随時求めておけば、この割合が低下した場合に「排熱回収ボイラ１３０の性能が劣化した」と判断することができる。すなわち、燃料の熱量を計算できないにもかかわらず、溶融炉１０４の空気流量（合算）と排熱回収ボイラ１３０の蒸気量の相関に基づいて、排熱回収ボイラの性能が劣化したことを判断することができる。このように性能が劣化した箇所を判断し、メンテナンスを要する箇所を特定することにより、発電機の出力の維持および改善を容易にすることができる。

図５は排熱回収ボイラの洗浄を行う前後の排熱回収ボイラ１３０の蒸気流量と発電機１５０の出力との関係を示す図である。

図５の洗浄前の近似曲線を見ると、蒸気流量が増えるにつれて出力が増大する関係にあり、比例に近い相関関係があることがわかる。そして、洗浄前と洗浄後の近似曲線を比較すると、蒸気流量に対する発電出力はほぼ同等であり、タービン性能もほぼ同等であることがわかる。

したがって、排熱回収ボイラ１３０の蒸気流量に対する発電機１５０の出力の割合を随時求めておけば、この割合が低下した場合に「発電機１５０の性能が劣化した」と判断することができる（なお、発電モータ１５２よりもタービン１５４の方が性能が劣化しやすい）。すなわち、燃料の熱量を計算できないにもかかわらず、排熱回収ボイラ１３０の蒸気量と発電機１５０の出力との相関に基づいて、発電機１５０の性能が劣化したことを判断することができる。このように性能が劣化した箇所を判断し、メンテナンスを要する箇所を特定することにより、発電機の出力の維持および改善を容易にすることができる。

図６は本発明にかかる廃棄物発電プラントの性能劣化判断方法の段取りを説明するフローチャートである。

まず、空気流量、蒸気流量、発電機の出力を継続的に監視する（ステップＳ１００）。そして溶融炉１０４の空気流量に対する発電機１５０の出力の割合が低下しているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。低下していない場合は、廃棄物発電プラント１００のどこにも性能低下を生じていないことになるため、ステップＳ１００−Ｓ１０２を繰り返す。低下していた場合は、廃棄物発電プラント１００のどこかに性能低下を生じていることになるため、次のステップＳ１０４に進む。

次に、溶融炉１０４の空気流量に対する排熱回収ボイラ１３０の蒸気流量の割合が低下しているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。低下していた場合は、排熱回収ボイラ１３０の性能劣化と判断する（ステップＳ１０６）。低下していない場合は、排熱回収ボイラ１３０には性能劣化がないと判断することができる。

次に、排熱回収ボイラ１３０の蒸気流量に対する発電機１５０の出力の割合が低下しているか否かを判定する（ステップＳ１０８）。低下していた場合は、発電機１５０の性能劣化と判断する（ステップＳ１１０）。低下していない場合は、発電機１５０には性能劣化がないと判断することができる。

上記説明したように、本発明によれば、ゴミを焼却する廃棄物発電プラントにおいて、燃料の熱量を計算できないにもかかわらず、廃棄物発電プラントの性能が劣化したこと、およびその箇所を判断することができる。これにより、発電機の出力の維持および改善を容易にすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ゴミを焼却する廃棄物発電プラントにおいて、性能が劣化したこと、およびその箇所を判断することが可能な性能劣化判断方法として利用することができる。

１００…廃棄物発電プラント、１０２…ガス化炉、１０４…溶融炉、１０４ａ…一次室、１０４ｂ…二次室、１０４ｃ…三次室、１０５…スラグ落ち口、１１２ａ…ガス化炉バーナー、１１２ｂ…一次バーナー、１１２ｃ…二次バーナー、１２０…煙道、１３０…排熱回収ボイラ、１３２…一次過熱器、１３４…二次過熱器、１３６…三次過熱器、１４０…エコノマイザ、１４２…ドラム、１４４…エバポレータ、１５０…発電機、１５２…発電モータ、１５４…タービン

Claims (3)

1. 廃棄物を焼却する溶融炉と、前記溶融炉の熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気によって発電する発電機とを備えた廃棄物発電プラントにおいて、
   前記溶融炉の空気流量に対する前記発電機の出力の割合が低下した場合に、当該廃棄物発電プラントの性能が劣化したと判断することを特徴とする廃棄物発電プラントの性能劣化判断方法。
2. 廃棄物を焼却する溶融炉と、前記溶融炉の熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気によって発電する発電機とを備えた廃棄物発電プラントにおいて、
   前記溶融炉の空気流量に対する前記排熱回収ボイラの発生蒸気量の割合が低下した場合に、前記排熱回収ボイラの性能が劣化したと判断することを特徴とする廃棄物発電プラントの性能劣化判断方法。
3. 廃棄物を焼却する溶融炉と、前記溶融炉の熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気によって発電する発電機とを備えた廃棄物発電プラントにおいて、
   前記排熱回収ボイラの発生蒸気量に対する前記発電機の出力の割合が低下した場合に、前記発電機の性能が劣化したと判断することを特徴とする廃棄物発電プラントの性能劣化判断方法。