JPH0933131A - 氷蓄熱を利用したごみ発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力需要のピーク時にガスタービンの吸気を
冷却し出力向上を図ることができ、かつ夜間電力以外の
余剰熱量を利用することができ、これにより必要電力を
低減し、発電効率（送電端効率）を高めることができる
氷蓄熱を利用したごみ発電装置を提供する。 【構成】 ガスタービン発電機１２の排ガスで蒸気を更
に加熱する排熱回収ボイラ１３を備えて、余剰蒸気を大
量に発生させる。また、ガスタービン発電機の吸気を冷
却する吸気冷却装置１６を備える。この吸気冷却装置１
６は、余剰蒸気と余剰電力を用いて製氷する製氷装置１
８と、製氷された氷を冷水と共に貯蔵する蓄冷槽１９
と、蓄冷槽内の冷水によりガスタービン発電機の吸気を
冷却する空気冷却器２０とからなる。また製氷装置１８
は、余剰蒸気を用いて冷水を製造する吸収式冷凍機１８
ａと、余剰電力又は蒸気タービン直結の動力を用いて製
氷する圧縮式冷凍機１８ｂとからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ごみを焼却しその
熱で発電するごみ発電装置に係わり、更に詳しくは、氷
蓄熱を利用したごみ発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】在来のごみ発電装置は、炉内に蒸発管を
有する焼却炉ボイラと蒸気タービンとの組合せからな
り、焼却炉ボイラでごみを焼却して蒸気を発生しこの蒸
気を蒸気タービンに供給し、蒸気タービンにより発電機
を駆動して発電するようになっていた。しかし、かかる
ごみ焼却発電装置では、排ガス中にＨＣｌ，ＳＯ₂ など
の腐食成分が含まれるため、管壁温度を約３５０℃以上
には高めることができず、このため、蒸気温度が低く
（例えば約２８０℃）、発電効率（送電端効率）が５〜
１２％と低い問題があった。

【０００３】近年、上述したごみ発電装置に排熱回収ボ
イラとガスタービンを組合せたごみ発電装置（スーパー
ごみ発電と呼ばれる）が開発されている。このごみ発電
装置は、ブレイトンサイクルとランキンサイクルを組合
わせたガスタービン複合サイクルの一種であり、図６に
例示するように、焼却炉ボイラ１、ガスタービン発電機
２、排熱回収ボイラ３（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Stea
m Generator)、蒸気タービン発電機４、等から構成さ
れ、焼却炉ボイラ１でごみを焼却して排ガス中のＨＣ
ｌ，ＳＯ₂ 等が問題にならない中温（例えば約３００℃
以下）の蒸気を発生させ、この蒸気を排熱回収ボイラ３
により、ガスタービン発電機２の排ガスで更に加熱して
高温蒸気（例えば約４００℃以上）とし、この蒸気を蒸
気タービン発電機４に供給して発電するようになってい
る。

【０００４】かかるガスタービン複合サイクルは、ガス
タービンの最高利用温度が高いという利点と、蒸気ター
ビンの最低利用温度が低いという利点を活用したもので
あり、発電効率（送電端効率）を２５〜４０％程度まで
高めることができ、かつ部分負荷効率が高く、起動停止
時間が短く、温排水量が少ない、等の特徴を有してい
る。なお、図６で、１ａ，３ａはエコノマイザ、２ａは
燃焼器、５ａ，５ｂ，５ｃは、復水器，加熱器，脱気
器、６は冷水塔である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したごみ発電装置
の発電出力は、ガスタービンの吸気温度による影響が大
きく、大気温度上昇時に発電出力が大幅に低下する問題
点がある。このため、電力需要が急増する夏季ピーク時
に一定出力が維持できない欠点があった。ガスタービン
発電機単体としては、既にこの問題点を解決するため、
深夜電力で製氷・蓄熱を行い、昼間に冷熱利用で吸気を
冷却して出力向上を図ることが一部で試みられている
（例えば、「ガスタービン発電機、氷蓄熱利用し吸気を
冷却」、平成６年１０月２０日の日刊工業新聞）。

【０００６】しかし、かかる深夜電力で製氷・蓄熱を行
うためには、圧縮式冷凍機のコンプレッサ等の駆動のた
めに、大量の電力（所内動力）が必要となり発電効率
（送電端効率）が低下する問題点があった。

【０００７】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち本発明の目的は、電力
需要のピーク時にガスタービンの吸気を冷却して出力の
向上を図ることができ、かつ夜間電力以外の余剰熱量を
利用することができ、これにより必要電力（所内動力）
を低減し、発電効率（送電端効率）を高めることができ
る氷蓄熱を利用したごみ発電装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、炉内に
蒸発管を有しごみを焼却して蒸気を発生させる焼却炉ボ
イラと、燃料の燃焼により駆動されるガスタービン発電
機と、ガスタービン発電機の排ガスで前記蒸気を更に加
熱する排熱回収ボイラと、蒸気により駆動される蒸気タ
ービン発電機と、ガスタービン発電機の吸気を冷却する
吸気冷却装置とを備え、吸気冷却装置は、余剰蒸気と余
剰電力又は蒸気タービン直結の動力を用いて製氷する製
氷装置と、製氷された氷を冷水と共に貯蔵する蓄冷槽
と、蓄冷槽内の冷水によりガスタービン発電機の吸気を
冷却する空気冷却器とからなる、ことを特徴とする氷蓄
熱を利用したごみ発電装置が提供される。

【０００９】本発明の好ましい実施例によれば、前記製
氷装置は、余剰蒸気を用いて冷水を製造する吸収式冷凍
機と、余剰電力又は蒸気タービン直結の動力を用いて製
氷する圧縮式冷凍機とからなる。また、前記製氷装置
は、冷凍機として余剰蒸気を用いて製氷可能な吸収式冷
凍機のみとすることもでき、該吸収式冷凍機には氷点以
下の冷却温度を有する冷媒が用いられる。

【００１０】更に、前記蓄冷槽は、フィルタにより上下
に分割された上部槽と下部槽からなり、上部槽は、圧縮
式冷凍機で冷却され、氷と冷水の混合液を貯蔵し、下部
槽は、吸収式冷凍機で冷却され、冷水を貯蔵する。ま
た、吸収式冷凍機と圧縮式冷凍機が並列に配置され、吸
収式冷凍機により蓄冷槽内の水を予め冷却し、次いで圧
縮式冷凍機により製氷する、ことが好ましい。また、吸
収式冷凍機と圧縮式冷凍機が直列に配置され、吸収式冷
凍機により圧縮式冷凍機の放熱器を冷却し、圧縮式冷凍
機により蓄冷槽内の水を冷却製氷する、ことが好まし
い。

【００１１】上述した本発明の構成によれば、ごみを焼
却して蒸気を発生させる焼却炉ボイラの他に、ガスター
ビン発電機の排ガスで蒸気を更に加熱する排熱回収ボイ
ラを備えているので、ガスタービンの排ガスを低温（約
１００℃前後）まで冷却して大量の熱量を回収すること
ができ、これにより、蒸気タービン発電機を効率的に駆
動できるばかりでなく、電力需要のピーク時を除き、ほ
とんど常時大量の余剰蒸気を発生させることができる。

【００１２】また、この大量の余剰蒸気と余剰電力又は
蒸気タービン直結の動力を用いて製氷する製氷装置を備
えているので、夜間以外でも余剰蒸気を用いて蓄冷槽内
の水を冷却することができ、余剰蒸気と余剰電力による
製氷能力を高めることができる。従って、電力需要のピ
ーク時にガスタービンの吸気を冷却して出力向上を図る
ことができ、かつ夜間電力以外の余剰熱量の有効利用に
より必要電力（所内動力）を低減し、発電効率（送電端
効率）を一層高めることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本発
明による氷蓄熱を利用したごみ発電装置の第１実施形態
を示す構成図である。この図において、本発明のごみ発
電装置は、焼却炉ボイラ１１、ガスタービン発電機１
２、排熱回収ボイラ１３、蒸気タービン発電機１４及び
吸気冷却装置１６を備えている。

【００１４】焼却炉ボイラ１１は、炉内に蒸発管を有
し、都市ごみ等のごみを焼却して排ガス中のＨＣｌ，Ｓ
Ｏ₂ などの腐食成分が問題にならない比較的低温の蒸気
（例えば約３００℃以下）を発生させるようになってい
る。発生した低温蒸気は、蒸気ライン７ａにより排熱回
収ボイラ１３に供給される。ガスタービン発電機１２
は、空気圧縮機１２ａ，燃焼器１２ｂ，ガスタービン１
２ｃ及び発電機１２ｄ等から構成され、都市ガス等の燃
料を燃焼器１２ｂで燃焼させ、その燃焼排ガスでガスタ
ービン１２ｃを駆動するようになっている。ガスタービ
ン１２ｃの排ガスは、例えば約５００℃の高温であり、
排ガスライン８により排熱回収ボイラ１３に供給され
る。なお、図１で９は吸入空気（吸気）である。

【００１５】排熱回収ボイラ１３は、ガスタービン発電
機１２の排ガスで焼却炉ボイラ１１からの低温蒸気を更
に加熱し、例えば約４００℃以上の高温蒸気を蒸気ライ
ン７ｂにより蒸気タービン発電機１４に供給する。ま
た、この排熱回収ボイラ１３によりガスタービン１２ｃ
の排ガスは約１００℃前後まで冷却されて外気に放出さ
れる。従って、ガスタービンの排ガスから大量の熱量を
回収することができ、これにより、蒸気タービン発電機
１４を効率的に駆動できるばかりでなく、電力需要の大
きい時を除き、ほとんど常時大量の余剰蒸気を発生させ
ることができる。

【００１６】蒸気タービン発電機１４は、蒸気タービン
１４ａと発電機１４ｂからなり、排熱回収ボイラ１３か
ら供給された高温の蒸気により蒸気タービン１４ａを駆
動し、電力を発電するようになっている。蒸気タービン
１４ａで膨張した低圧蒸気は、復水器５ａで冷水塔６か
ら供給される冷水で冷却されて水に戻り、加熱器５ｂ、
脱気器５ｃを介してエコノマイザ３ａに供給され、排熱
回収ボイラ１３を出た排ガスで更に加熱され、その一部
が排熱回収ボイラ１３に供給され、残りが焼却炉ボイラ
１１に供給されるようになっている。

【００１７】吸気冷却装置１６（図１において破線で囲
んで示す）は、余剰蒸気と余剰電力を用いて製氷する製
氷装置１８と、製氷された氷を冷水と共に貯蔵する蓄冷
槽１９と、蓄冷槽内の冷水によりガスタービン発電機の
吸気を冷却する空気冷却器２０とからなり、ガスタービ
ン発電機１２の吸気９を冷却するようになっている。

【００１８】図１の第１実施形態において、製氷装置１
８は、余剰蒸気を用いて冷水を製造する吸収式冷凍機１
８ａと、余剰電力を用いて製氷する圧縮式冷凍機１８ｂ
とからなる。吸収式冷凍機１８ａは、圧縮機で冷媒の圧
力を上げる代わりに、溶液の吸収濃度による冷媒の分圧
の変化により圧力を上げる吸収冷凍サイクルを有する冷
凍機であり、凝縮器、膨張弁、蒸発器、吸収器、及び再
生器を備え、再生器内の冷媒を加熱することにより圧縮
機の代わりを果たすことができる。また、この加熱に、
余剰蒸気を用いることにより、例えば約７℃程度の冷水
を夜間以外でも蓄冷槽１９に供給でき蓄冷槽１９内の水
を冷却することができる。

【００１９】また、圧縮式冷凍機１８ｂ（例えばターボ
冷凍機）は、圧縮機で直接冷媒圧力を上げる通常の冷凍
機であり、圧縮機の他に蒸発器、凝縮器、膨張弁等を備
え、ガス状態の冷媒を圧縮機で圧縮して昇圧昇温し、凝
縮器で放熱して液化し、膨張弁で断熱膨張させて気液混
合状態にし、蒸発器で吸熱して気化するようになってい
る。圧縮機の駆動に、夜間の余剰電力を用いることによ
り、例えば−５℃以下の低温熱媒体（例えばフロン）を
蓄冷槽１９に供給することができる。

【００２０】上述した構成により、余剰蒸気を用いて蓄
冷槽１９内の水を夜間以外でも冷却することができ、余
剰蒸気と余剰電力による製氷能力を高めることができ
る。なお、冷水塔６は、吸収式冷凍機１８ａ及び圧縮式
冷凍機１８ｂに併用することができ、同時又は切換えて
使用することができる。また、この冷水塔は昼間に蒸気
タービンの復水器冷却用のものを夜間に負荷減少するた
め兼用することができる。

【００２１】蓄冷槽１９は、フィルタ１９ａにより上下
に分割された上部槽１９ｂと下部槽１９ｃからなる。上
部槽１９ｂは、圧縮式冷凍機１８ｂで冷却され、氷と冷
水の混合液を貯蔵するようになっている。また、下部槽
１９ｃは、吸収式冷凍機１８ａで冷却され、冷水を貯蔵
するようになっている。なお、この図でハッチング部分
は凍らない冷水部分である。この構成により、下部槽１
９ｃに冷水（例えば７〜１２℃）、上部槽１９ｂに氷と
冷水の混合液（例えば０〜５℃）を貯蔵し、ポンプ２０
ａにより例えば５℃以下の冷水（例えば不凍液）を空気
冷却器２０に供給することができる。

【００２２】図２は、本発明の第２実施形態を示す部分
構成図である。この図において、吸収式冷凍機１８ａと
圧縮式冷凍機１８ｂが蓄冷槽１９に対して直列及び並列
に切換え可能に配置されている。また、冷水塔６は、吸
収式冷凍機１８ａに使用され、吸収式冷凍機１８ａによ
り圧縮式冷凍機１８ｂの冷却水を冷却する。また蓄冷槽
１９は、吸収式冷凍機１８ａ及び／又は圧縮式冷凍機１
８ｂで冷却され、氷と冷水の混合液を貯蔵する単一槽で
あり、第１実施形態に比較してより構造が簡単になって
いる。この構成により、並列配置で吸収式冷凍機１８ａ
のみにより蓄冷槽１９内の水を予め冷却し、次いで直列
配置で切り換えて吸収式冷凍機１８ａと圧縮式冷凍機１
８ｂにより製氷することができる。

【００２３】更に図２に示すように、空気冷却器２０
は、吸入空気９用のフィルタ２１ａ，及びフィルタ２１
ａの内側に配置された多管式熱交換器２１ｂ（コイル）
からなり、コイル２１ｂ内を蓄冷槽１９から供給される
冷水が循環し、ガスタービン発電機１２の吸気を冷却す
るようになっている。その他の構成は、図１の第１実施
形態と同様である。

【００２４】上述した構成により、吸収式冷凍機１８ａ
と圧縮式冷凍機１８ｂを適宜切り換えて運転することが
でき、余剰蒸気を用いる吸収式冷凍機１８ａを積極的に
使用することにより、余剰電力を用いる圧縮式冷凍機１
８ｂの負荷を低減し、圧縮式冷凍機１８ｂの容量を縮小
でき、必要所内動力を少なくすることができる。また、
圧縮式冷凍機は蒸気タービン直結駆動とすることによ
り、余剰電力をほとんど使用することなく製氷運転する
ことができる。

【００２５】図２の第２実施形態の装置は、以下のよう
に運転する。 夜間、最初期（例えば２２：００〜２３：００）
に、ガスタービン発電機１２は停止し、蓄冷槽１９の水
（常温に戻っている）を約７℃まで冷却する。これは、
吸収式冷凍機１８ａ、冷水塔６、及び蓄冷槽１９の組み
合わせにより行う。 その後、（例えば２３：００〜８：００）に、圧縮
式冷凍機１８ｂ、吸収式冷凍機１８ａ、冷水塔６、及び
蓄冷槽１９の組み合わせにより、蓄冷槽１９内に製氷す
る（ここで圧縮式冷凍機１８ｂと吸収式冷凍機１８ａは
直列に継ぐ）。 昼間、（例えば８：００〜１８：００）の運転は、
蓄冷槽１９と空気冷却器２０、フィルタ２１ａ、多管式
熱交換器２１ｂを結ぶ組合せ（冷凍機１８ａ，１８ｂは
休止）にて、ガスタービン発電機１２の吸気冷却を行
う。この１８：００の時点で氷は完全に溶けてしまう。
すなわち、蓄冷槽１９は、１０時間分程度とする。 夕方（例えば１８：００〜２２：００）に、外気も
若干冷えた状況で、吸収式冷凍機１８ａ、冷水塔６、空
気冷却器２０、フィルタ２１ａ、多管式熱交換器２１ｂ
を組合せた吸気冷却でガスタービン発電機１２の吸気冷
却を行う。

【００２６】以上の運転操作を行うことにより、蓄冷槽
１９の容量及び冷凍機容量を削減でき、トータルコスト
を削減できる。また、上記運転切換操作は自動化できる
ものである。

【００２７】図３は、本発明の第３実施形態を示す部分
構成図である。この図において、吸収式冷凍機１８ａと
圧縮式冷凍機１８ｂが直列に配置され、吸収式冷凍機１
８ａにより圧縮式冷凍機１８ｂの放熱器（凝縮器）を冷
却し、圧縮式冷凍機１８ｂにより蓄冷槽１９内の水を冷
却するようになっている。冷水塔６は、吸収式冷凍機１
８ａの凝縮器を冷却するために用いられる。その他の構
成は、図２の第２実施形態と同様である。この構成によ
り、圧縮式冷凍機１８ｂの効率を高め、冷却能力を高め
ることができる。

【００２８】図４は、本発明の第４実施形態を示す部分
構成図である。この図において、吸気冷却装置１６は、
余剰蒸気を用いて製氷可能な吸収式冷凍機１８ａだけで
あり、吸収式冷凍機１８ａには氷点以下の冷却温度を有
する冷媒（例えばアンモニア，フロン等）が用いられて
いる。この構成により、余剰電力をほとんど使用するこ
となく、排熱回収ボイラ１３により電力需要のピーク時
を除き、ほとんど常時発生する大量の余剰蒸気を用いて
製氷することができる。

【００２９】図５は、大気温度と発電端出力との関係図
である。この図に示すように、大気温度１５℃の設計点
で３９ＭＷの出力のごみ発電装置の場合に、大気温度が
３０℃まで上昇すると、従来のごみ発電装置では、約３
１．５ＭＷまで出力が低下していた。これに対し、本発
明によれば、上述した吸気冷却装置１６により、ガスタ
ービン発電機の吸気を冷却して設計温度の１５℃に保持
することができ、出力を一定に保持することができる。

【００３０】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】上述したように、本発明の氷蓄熱を利用
したごみ発電装置は、電力需要のピーク時にガスタービ
ンの吸気を冷却し出力向上を図ることができ、かつ夜間
電力以外の余剰熱量を利用することができ、これにより
必要電力（所内動力）を低減し、発電効率（送電端効
率）を高めることができる、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による氷蓄熱を利用したごみ発電装置の
第１実施形態を示す全体構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態を示す部分構成図であ
る。

【図３】本発明の第３実施形態を示す部分構成図であ
る。

【図４】本発明の第４実施形態を示す部分構成図であ
る。

【図５】大気温度と発電端出力との関係図である。

【図６】従来のごみ発電装置の全体構成図である。

【符号の説明】

１ 焼却炉ボイラ ２ ガスタービン発電機 ３ 排熱回収ボイラ ４ 蒸気タービン発電機 ６ 冷水塔 ７ａ，７ｂ 蒸気ライン ８ 排ガスライン ９ 空気ライン １１ 焼却炉ボイラ １２ ガスタービン発電機 １３ 排熱回収ボイラ １４ 蒸気タービン発電機 １６ 吸気冷却装置 １８ 製氷装置 １８ａ 吸収式冷凍機 １８ｂ 圧縮式冷凍機 １９ 蓄冷槽 ２０ 空気冷却器 ２１ａ フィルタ ２１ｂ 熱交換器（コイル）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内に蒸発管を有しごみを焼却して蒸気
   を発生させる焼却炉ボイラと、燃料の燃焼により駆動さ
   れるガスタービン発電機と、ガスタービン発電機の排ガ
   スで前記蒸気を更に加熱する排熱回収ボイラと、蒸気に
   より駆動される蒸気タービン発電機と、ガスタービン発
   電機の吸気を冷却する吸気冷却装置とを備え、 吸気冷却装置は、余剰蒸気と余剰電力又は蒸気タービン
   直結の動力を用いて製氷する製氷装置と、製氷された氷
   を冷水と共に貯蔵する蓄冷槽と、蓄冷槽内の冷水により
   ガスタービン発電機の吸気を冷却する空気冷却器とから
   なる、ことを特徴とする氷蓄熱を利用したごみ発電装
   置。
2. 【請求項２】 前記製氷装置は、余剰蒸気を用いて冷水
   を製造する吸収式冷凍機と、余剰電力又は蒸気タービン
   直結の動力を用いて製氷する圧縮式冷凍機とからなる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱を利用したご
   み発電装置。
3. 【請求項３】 前記製氷装置は、余剰蒸気を用いて製氷
   可能な吸収式冷凍機であり、該吸収式冷凍機には氷点以
   下の冷却温度を有する冷媒が用いられる、ことを特徴と
   する請求項１に記載の氷蓄熱を利用したごみ発電装置。
4. 【請求項４】 前記蓄冷槽は、フィルタにより上下に分
   割された上部槽と下部槽からなり、上部槽は、圧縮式冷
   凍機で冷却され、氷と冷水の混合液を貯蔵し、下部槽
   は、吸収式冷凍機で冷却され、冷水を貯蔵する、ことを
   特徴とする請求項２に記載の氷蓄熱を利用したごみ発電
   装置。
5. 【請求項５】 吸収式冷凍機と圧縮式冷凍機が直列及び
   並列に切換え可能に配置され、並列配置で吸収式冷凍機
   のみにより蓄冷槽内の水を予め冷却し、次いで直列配置
   で切り換えて吸収式冷凍機と圧縮式冷凍機により製氷す
   る、ことを特徴とする請求項２に記載の氷蓄熱を利用し
   たごみ発電装置。
6. 【請求項６】 吸収式冷凍機と圧縮式冷凍機が直列に配
   置され、吸収式冷凍機により圧縮式冷凍機の放熱器を冷
   却し、圧縮式冷凍機により蓄冷槽内の水を冷却製氷す
   る、ことを特徴とする請求項２に記載の氷蓄熱を利用し
   たごみ発電装置。