JPH07332637A - ごみ焼却発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ごみ収集貯蔵用のごみピット１と焼却炉２，ボ
イラ３，発電設備などからなるごみ焼却発電システム
で、各部で生じる排熱をごみピット１へ導くための熱交
換手段とごみピット１に収集した熱を取り出すための熱
交換手段を設け、ごみピット１を蓄熱槽的に用いる。 【効果】燃焼の前段階で、ごみの発熱量を制御できるた
め、発熱熱量が変動するごみの安定燃焼が可能となり、
ごみピットを蓄熱槽として利用できるため、システムの
運用制御のみで変動の大きい排熱を安定な熱源として外
部への熱供給に使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ごみ焼却発電システム
に係り、特に、前記システムの各プロセスで生じる排熱
や余剰熱を有効に使用可能なごみ焼却発電システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】ごみ焼却システムは、その焼却熱を有効
に利用するため、ボイラを用いて蒸気を発生させ、蒸気
タービンを駆動して発電を行い、ごみの持つエネルギを
電気として回収することが一般に行われている。しか
し、ごみを燃料として焼却利用する場合、ごみ中に含ま
れる塩素や硫黄などの成分が伝熱管の腐食を促進するよ
うに作用する。これは、温度が高い程腐食の進行が早い
ため、ボイラを通常使用する５００℃から６００℃の温
度で稼働することができず、３００℃程度の蒸気を発生
するように運転される。このため、タービンに入る蒸気
の温度が通常の発電の場合より低くなるため発電効率が
低くなっていた。この問題を解決し高効率ごみ発電を行
うため、特開昭52−155882号公報では、通常のごみ焼却
で得られる３００℃程度の蒸気をごみ焼却炉と別に設け
たガスタービン発電システムの排熱を利用して高温蒸気
に過熱するシステムが開示されている。このシステムで
は、ごみ焼却炉では腐食の少ない温度領域で蒸気を発生
し、この蒸気を腐食促進成分の含有が少ない都市ガスを
燃料とするガスタービン燃焼排ガスで過熱し蒸気温度を
高温化するため、ごみ焼却排ガスによる腐食を抑制しな
がら発電効率を向上することができる。しかし、これら
従来のごみ焼却システムは、発電を重視したシステムで
あるため、電力需要が少なく大きな発電量を必要としな
い場合の排熱の有効利用が余り考慮されていない。この
ようなシステムの排熱利用例は、特開昭52−106045号公
報に記載のごみ焼却発電システムでは、過熱器を出た後
のガスタービン排ガスを焼却炉のごみの余熱部分に導
き、炉内での燃焼過程でごみの乾燥に利用することが行
われているだけである。

【０００３】また、ごみ焼却発電システムは、通常昼夜
連続運転されており、深夜の電力需要の少ない時間帯に
は大量の余剰熱が発生する。このごみ焼却排熱を地域熱
供給に利用するシステムが空気調和・衛生工学，第６６
巻，第６号に記載されている。このシステムでは、焼却
排熱を４５℃から５０℃レベルの温水として地域冷暖房
のエネルギセンタに送り、ヒートポンプで昇温して給湯
などに利用する。このため、ごみ焼却熱源となる清掃工
場から供給される熱は安定供給のため、エネルギセンタ
プラントには蓄熱槽を設けた。蓄熱設備は、通常、設置
に多くの場所を要し建設費用も高価なものとなっている
が、熱供給には必須の設備となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例に示すよう
に、ごみ焼却発電システムでは、発電利用以外の排熱有
効利用のための手段があまり講じられていない。また、
排熱を外部で地域熱供給などに利用するには、エネルギ
センタに高価な蓄熱設備を設ける必要があった。このた
め、本発明では、ごみ焼却発電システムにおける排熱や
余剰熱を、自システム内に一時蓄え、システムの運用を
も考慮して有効に活用するシステムを提案する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するため、ごみ焼却発電システムの各部で生じる排
熱や余剰熱を回収する熱交換手段と、回収した熱を収集
したごみを一時貯蔵するためのごみピットへ導く熱交換
手段を設け、更に、前記手段によりごみピットに蓄熱さ
れた熱を取り出すための熱交換手段を設ける。これらの
手段により、従来、ごみの一時貯蔵場所として用いられ
ていたごみピットを蓄熱槽のように使用し、運用するこ
とにより、変動の多いごみ焼却発電システムの排熱や余
剰熱を有効に使用する事が出来る。

【０００６】

【作用】上記手段により、システムの各部で発生する排
熱や余剰熱をごみピットに集めることができ、その熱は
ごみピット内の温度を上昇させるように作用する。ま
た、この熱を取り出す熱交換手段を動作させることによ
りピット内のごみに蓄熱された熱を奪い温度を降下させ
るように作用する。このようにしてピット内のごみは熱
を授受できるためごみは蓄熱材として作用し、ごみピッ
トはある容量をもってつくられているため、蓄熱槽とし
ての働きをさせることが可能となる。

【０００７】また、ごみピット内に熱交換器を置き、各
部から集めた排熱を利用してピット内のごみを昇温する
ことは、ごみ中に含まれる水分の蒸発を促進する。この
結果、ピット内のごみを乾燥し、ごみの発熱量を増加す
るように作用する。しかし、熱交換器を使用しないで余
剰蒸気を、直接、ごみピットに導く直接接触熱交換手段
を用いた場合には、ピット内のごみをこの水蒸気で湿ら
せ、ごみの発熱量を低下させるように作用する。これら
の作用を、互いに制御して用いることにより、ごみの発
熱量を調整するように作用する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。図１
は、本発明の一実施例を示すごみ焼却発電システム構成
を示したものである。本システムの主要構成要素は、ご
みピット１，焼却炉２，ボイラ３，排ガス処理部４，煙
突５からなるごみ焼却設備部分とボイラで発生した蒸気
で発電するための蒸気タービン７，発電機８からなる発
電設備部分からなる。次に、本システムにおけるごみ焼
却処理のプロセスと熱の利用法について説明する。

【０００９】ごみ焼却処理プロセスで、ごみ回収車など
により収集されたごみは、ごみ搬入口１２からごみピッ
ト１へ収集され、焼却炉２で燃焼するまで、一時、貯蔵
される。ここに貯蔵されたごみは、ごみクレーン１０と
バケット１１により、順次、焼却炉２に投入され焼却さ
れる。本実施例では、ストーカー式の焼却炉を採用して
おり、ごみの燃焼で生じた焼却灰２１は焼却炉の下部に
溜まる。焼却炉を出た燃焼ガス２８は、伝熱管を配置し
たボイラ３に導かれ、蒸気を発生する。発生した蒸気は
蒸気ドラム６を介して蒸気タービン７に導かれ、これに
接続した発電機８により電気を発生する。従来のごみ焼
却発電システムでは、蒸気タービンを出た蒸気は、すべ
て復水器９を介してボイラに戻され再利用されるが、実
施例に示す本発明では、この戻り蒸気を分岐してごみピ
ット１に供給し、ごみと直接接触熱交換する。一方、ボ
イラ３を通過した燃焼ガス２８は、燃焼排ガス２９とな
り、排ガス処理部４を通って煙突５から排出される。ご
み燃焼のための空気は送風機１７により燃焼炉２に設け
た燃焼空気供給口１９に送られるが、従来から行われて
いるように本実施例でも、燃焼空気余熱器１８で燃焼排
ガス顕熱の一部を回収される。ただし、本発明では、さ
らに後段に熱交換器１３を配置し、ごみピット内に設け
た回収熱交換器１５と熱媒体輸送配管３０で接続した熱
交換手段を設けた構成としている。更にこの熱媒体輸送
配管に熱交換器１４も接続し、焼却灰の熱も回収する。
これらの構成により各部からごみピットに回収された熱
は、ピット内のごみに蓄熱され、この熱は熱交換器１６
によりごみ処理システム外部の熱供給等に使用する。

【００１０】次に、上記システムを一日当たり２００to
n のごみ処理施設に適用した場合を例に、熱の利用法を
より具体的に説明する。この場合、焼却用ごみを一時貯
蔵するため、容積約４００ｍ³ のごみピットが設置さ
れ、約二日分の処理量を一時貯蔵できる規模になってい
る。ピットに収集されたごみの発熱量は、混入している
ごみの種類やその比率により変動があるが、おおむね１
０００から２０００kcal／kgであり、平均発熱量を１５
００kcal／kgとすると約１２５００００kcal／ｈのエネ
ルギがごみ焼却で得られる。これらを燃焼すると、５０
０から６００℃の燃焼ガスが得られ、そのうち６０００
００kcal／ｈがボイラで蒸気発生に使用され、残りが燃
焼排ガスの顕熱として排出される。燃焼排ガスのボイラ
出口温度は約３００℃であり、これを排ガス処理部まで
の温度降下手段として燃焼空気余熱に使用し、１５０〜
２００℃にする。更に、従来未使用で煙突から捨ててい
たこれら排ガス処理部を出た１５０℃レベルの排ガスか
らは、水−ガス熱交換器を用いて約８０℃の温水として
熱回収し、ピット内のごみの加熱に用いる。更に、この
回収熱の温度を高めるため、２００から３００℃の温度
で排出される焼却灰の顕熱を利用することができる。こ
れらの保有熱量は約８００００kcal／ｈあり、ここから
回収して約１８０℃の温水が得られる。これを燃焼排ガ
スから熱回収した８０℃の水と混合し、通常１２０℃以
上の温水を作りごみピットを加熱する。この温度でごみ
を加熱することにより、ピット内の温度は８０℃から９
０℃になる。この時の蓄熱量は、ごみがピットに満杯時
で１６Gcalとなる。この蓄熱熱量を熱交換器１６を用い
て外部へ熱供給として使用する場合、８０℃から４０℃
までの温度降下を許容し、この間の温度差で熱供給に利
用する場合、ごみに蓄熱された熱のうち約８Gcal が利
用できる。

【００１１】また、このようにごみピットを４０℃から
８０℃に保つことにより、ごみの中の水分を蒸発させる
ことができるため、この排熱源からの回収熱量を調整
し、加熱することによりピット内でのごみの乾燥程度を
制御することができる。すなわち、乾燥を促進すること
で必要に応じてごみ焼却時の発熱量を増すことができ
る。また、プラスチックなど発熱量の大きい成分の混入
が多い場合には、焼却炉の高温化による損傷等を防止す
るため、ごみの発熱量を低下させることが必要になる。
これに対応するため、本実施例では、蒸気タービンを出
た排蒸気の一部を分岐してごみピットに導き、この蒸気
とごみを直接接触熱交換することにより蒸気を凝縮さ
せ、ごみに水分を与えることにより発熱量を低下させ
る。またこのように、ごみ焼却の前段階でごみに水蒸気
を与える方法により、ごみ中の塩素成分と水蒸気が反応
し、伝熱管の腐食促進成分である塩素を塩化水素として
取り除くことが可能となる付加的効果を生じる。

【００１２】２４時間フル稼働のごみ焼却発電システム
で、本発明によるごみピットの蓄熱利用をより効果的に
運用するには、電力需要，熱需要が少ない夜間に余剰排
熱を集中的にごみピットに導き、蓄熱やごみの脱塩素処
理を行い、電力需要の多い昼間に、ピット内で前処理さ
れて安定化した発熱量をもつごみを効率的に燃焼するこ
とにより発電量を増すと同時に安定した熱供給を行うこ
とができ、夜間の排熱を従来に比較して有効に利用で
き、電力負荷平準化にも寄与することができる。特に夜
間に発電しない場合には、蒸気タービン７を経由しない
で蒸気ドラム６から直接ごみピット１に蒸気を導くこと
で、本発明の効果を更に増すことができる。

【００１３】図２はガスタービン排熱で、ごみ焼却ボイ
ラで発生した蒸気を過熱するスーパごみ発電システム
に、本発明を実施した例を示したものである。

【００１４】本実施例におけるごみピットへの熱回収手
段は、図１に示した実施例と同じ構成であるが、本実施
例では、蒸気の過熱器２５を通過した温度の高いガスタ
ービン排ガスを、ごみ燃焼の排ガス処理部４の後段に導
き、排ガス顕熱回収用熱交換器１３で熱回収するシステ
ムとした。本構成では、排ガス顕熱回収用熱交換器１３
では、約３００℃レベルの排ガスと熱交換されるため、
回収される熱は、約１８０℃レベルの高温温水が得られ
る。本実施例の図では、ストーカー式焼却炉を使用した
例となっているため、焼却灰からの熱回収と燃焼排ガス
からの熱回収を同時に行う。しかし、スーパごみ発電シ
ステムに本発明を実施する場合、焼却灰の排熱利用無し
にごみピットを利用するのに十分な回収熱が得られる。
このため、本実施例に示した熱利用方法は、高温焼却灰
の発生しない場合の熱回収利用に適する。すなわち、焼
却灰がサイクロンで回収されるため火炉からの高温焼却
灰の発生が少ない流動層型燃焼炉を用いたスーパごみ焼
却発電システムの熱回収利用に好適である。

【００１５】図３は、本発明によるごみピットの利用
を、より効果的に行うための一実施例を示したものであ
る。これは、ごみ焼却システムのプラントの機器構成を
上方から見た場合を図に表わしたものである。

【００１６】ごみピット１は図示のように横方向に分割
して用い、各分割領域毎に熱交換手段を設けている。図
では４分割して用いる場合を示した。システム各部で生
じる排熱や余剰熱をごみピットに回収して利用すること
は、本実施例でも基本的に前記実施例と同じである。こ
のため、以下に、本実施例特有の分割したごみピットの
利用法について説明する。

【００１７】領域を分割された各ごみピットは、ある時
間帯毎に用途を設定して用いる。すなわち、本実施例の
ようにごみピットを４分割した場合、例えば各ごみピッ
トは、使用工程により、蓄熱工程，放熱工程，投入工程
および収集工程に分けて使用する。ある時刻における各
工程の割り当てを図中に対応してアルファベットで示し
た。このとき蓄熱工程にあるごみピットａでは、熱交換
手段のバルブ操作により、回収熱交換器１５のみが動作
し、排ガス顕熱回収用熱交換器１３で回収した熱をごみ
ピットａに集められ、ごみピットが昇温され回収した熱
を蓄熱している。ごみピットｂでは蓄熱された回収熱を
放熱する工程であり、熱交換器１６が動作し、地域冷暖
房地区など熱需要地に回収熱を供給する。ごみピットｃ
では、蓄熱，放熱工程が終了したピットで、ピットに残
ったごみの焼却待ち段階にあり、焼却炉にごみを投入す
る工程にある。ごみピットｄは、前工程でピット内のご
みが焼却され空になった状態から新たにごみを収集し貯
蔵するため、ごみの収集工程にある。以上、ｃ，ｄの工
程では、ピット内に設けられた熱交換手段は、動作が停
止されている。しかし、各工程の運転監視・制御が複雑
になるが、ピット内のごみの量を監視する手段を設ける
ことにより、ピット内のごみ残量に応じて、部分的に各
熱交換手段を動作させることができる。例えば、この場
合、収集工程にあるごみピットｄでは、ごみ収集と同時
に回収熱交換器１５を部分的に動作させることにより蓄
熱工程に入る前段階のごみ収集工程の段階から収集した
ごみを蓄熱に利用でき、各工程を単独で動作させる場合
よりごみピットを効率的に使用することができる。これ
らの各工程は、次の段階では、ａはｂへ、ｂはｃへ、ｃ
はｄへｄはａへというように、順次、切り替えられなが
ら進められ、常に排熱が分割されたいずれかのごみピッ
トに回収され利用されていることになる。ただし、この
場合でも、昇温されたごみピットで、熱回収と同時にご
みの発熱量が安定化するように制御されている。

【００１８】図４は、本発明に好適なごみピットの構造
の一実施例を示したものである。ピット内には、熱交換
手段として、回収熱交換器１５と熱交換器１６が配置さ
れるが、これらは、伝熱管３２と伝熱フィン３３からな
るフィン・チューブ型熱交換器を用い、ピットの縦壁付
近に向かい合って図のように配置される。ただし、壁面
と伝熱管の距離はごみが十分移動可能な隙間を設けるこ
とが望ましく、本実施例では、壁面と伝熱管の隙間を３
０cm設けている。これらの熱交換器の間には、ピット内
のごみを撹拌するため、ねじ状の板を回転させる構造の
スクリューフィーダ３１を設けた構造になっている。こ
れは、回収熱交換器で加熱されたごみを順次移動させ、
ピット内を均一に加熱するためのものである。従来、ご
みへの伝熱は、伝熱管との接触による伝導伝熱が支配的
であり、単に伝熱管を配置しただけでは熱が伝わりにく
いため、ごみを蓄熱体として利用することが難しかっ
た。しかし本実施例のように、ごみピット内の熱交換手
段を、ごみの撹拌機構を設けた熱交換手段とすること
で、ごみを流体のように扱うことができるため、疑似的
にごみの対流伝熱を引き起こし、これを伝熱促進に利用
することができる。このため、本実施例では、スクリュ
ーフィーダ３１を熱交換器の伝熱面に対し図示のように
斜め方向に配置し、ピット下方のごみが水平方向に撹拌
されると同時に上方にも移動するようにしている。この
撹拌構造により、ピット内のごみは上下方向にも撹拌さ
れるため、ピット上方に後から投入されたごみも熱の授
受に十分利用することができる。なお、複数のスクリュ
ーフィーダを垂直に配置した場合でも同様の効果が得ら
れる。以上の構造によりピット内部のごみが回収熱交換
器と回収熱取り出し用熱交換器の間を循環しながら効率
良く熱を伝えることができ、ごみピットの蓄熱効果を効
率的に利用できる。

【００１９】また、余剰蒸気の利用のためには、ピット
の低部に多数のノズル孔３４を持つ蒸気供給管３５を配
置し、そこから余剰蒸気をピット内に噴出させる構造と
している。この構造により、蒸気はごみの隙間を通りな
がら上方に向かって流れ、この間ごみと直接接触するた
め、ごみの加熱と加湿を同時に行うことができる。

【００２０】なお、本構造で、ごみを燃焼炉に投入する
ためピットから取り出す場合、バケットを熱交換器と撹
拌器の間に挿入してごみをすくい出すことになる。この
ため、それらの間隔はバケットより大きくなるように配
置することが望ましい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、ごみ焼却発電システム
の各所で生じる排熱や余剰熱をごみピットに集めること
ができ、その効果の一つは、ごみピットを収集したごみ
の一時貯蔵のみならずごみピットを蓄熱槽として利用で
き、また、ピット内に回収する熱量と回収熱源の温度レ
ベルを調整して用いることによりピット内のごみの発熱
量制御が可能にできる。こうして、変動の大きいごみの
燃焼特性の安定化を図り、ごみ焼却発電システムで生じ
る余剰熱や排熱の有効利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱回収型ごみ焼却発電システムの系統図。

【図２】熱回収型スーパごみ発電システムの系統図。

【図３】ピット分割式ごみ焼却発電システムの系統図。

【図４】ごみピット構造の説明図。

【符号の説明】

１…ごみピット、２…焼却炉、３…ボイラ、４…排ガス
処理部、５…煙突、６…蒸気ドラム、７…蒸気タービ
ン、８…発電機、９…復水器、１０…ごみクレーン、１
１…バケット、１２…ごみ搬入口、１３，１４，１６…
熱交換器、１５…回収熱交換器、１７…送風機、１８…
燃焼空気余熱器、１９…燃焼空気供給口。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】収集したごみを焼却炉で燃焼し、その熱を
   利用して蒸気を発生させ発電するごみ焼却発電システム
   において、前記収集したごみを一時貯蔵するごみピット
   内に、焼却により生じた排熱や余剰熱を導く熱交換手段
   と、前記熱交換手段により前記ごみピット内のごみに与
   えた熱を取り出すための熱交換手段を備え、前記ごみピ
   ットをごみ貯蔵と蓄熱に利用することを特徴とするごみ
   焼却発電システム。
2. 【請求項２】収集したごみを焼却炉で燃焼し、その熱を
   利用して蒸気を発生させ蒸気タービンにより発電するご
   み焼却発電システムにおいて、収集したごみを一時貯蔵
   するごみピット内に、余剰蒸気をごみと直接接触するよ
   うに導く熱交換手段と燃焼排ガスの顕熱および／または
   ごみ焼却灰の顕熱を同時に導く熱交換手段を設け、ごみ
   の貯蔵中に前記ごみピット内で、ごみを乾燥又は加湿す
   ることによりごみの発熱量を制御することを特徴とする
   ごみ焼却発電システム。
3. 【請求項３】請求項１において、燃焼排ガスの顕熱とご
   み燃焼灰の顕熱のいずれか一方又は両者を同時にピット
   内のごみに与えるよう導く熱交換手段を用いたごみ焼却
   発電システム。
4. 【請求項４】請求項１において、ガスタービン発電シス
   テムのタービン廃熱を、ごみ焼却炉での燃焼による熱を
   利用して発生させた蒸気の過熱に用いるごみ焼却発電シ
   ステム。
5. 【請求項５】請求項１において、収集したごみを一時貯
   蔵するごみピット内に、焼却により生じた余剰熱を導く
   熱交換手段を用いて、主に深夜の電力需要が少ない時間
   帯の発電に使用しない余剰蒸気を余剰熱としてごみピッ
   ト内に導き、この熱をごみに蓄熱し、ピット内のごみに
   与えた熱を取り出すための熱交換手段により、熱需要の
   ある昼間に蓄熱した熱を取り出し利用するごみ焼却発電
   システム。
6. 【請求項６】請求項１において、収集したごみを一時貯
   蔵するごみピット内に、焼却により生じた余剰熱を導く
   熱交換手段を用いて余剰熱をごみピット内に導き、この
   熱をごみに蓄熱しながら、同時にピット内のごみに与え
   た熱を取り出すための熱交換手段により蓄熱した熱を取
   り出し、ごみピットを熱供給の安定化を図る緩衝装置と
   して利用するごみ焼却発電システム。
7. 【請求項７】請求項１において、分割された複数のごみ
   ピット領域を設け、各ごみピットを利用工程毎に順次切
   り替えて使用するごみ焼却発電システム。
8. 【請求項８】請求項７において、四つに分割されたごみ
   ピット領域を設け、各ごみピットを、蓄熱工程，放熱工
   程，燃焼炉へのごみ投入工程，ごみ収集工程に分け、各
   利用工程を蓄熱から放熱，放熱から投入，投入から収集
   工程へと順次切り替えて使用するごみ焼却発電システ
   ム。
9. 【請求項９】請求項１において、収集したごみを一時貯
   蔵するごみピット内に、余剰蒸気をごみと直接接触する
   ように導く手段を設け、ごみピット内のごみの加熱と同
   時にごみ中に含まれる塩素と水蒸気を反応させ脱塩素処
   理を行うごみ焼却発電システム。
10. 【請求項１０】請求項１において、ごみピット内に熱交
    換器と撹拌器を備えた熱交換手段を有するごみ焼却発電
    システム。
11. 【請求項１１】請求項１０において、フィン・チューブ
    型熱交換器とスクリューフィーダからなる熱交換器と撹
    拌器を備えたごみ焼却発電システム。