JP2016090129A - 焼却プラント及び廃熱回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低温排ガスの熱を有効利用することを可能にする焼却プラント及び廃熱回収方法を提供する。【解決手段】焼却炉で発生した排ガスＧを除塵処理する集塵装置１と、集塵装置１で処理した排ガスＧを洗浄する排ガス洗浄装置２とを備えた焼却プラントＡにおいて、集塵装置１から排ガス洗浄装置２に送られる排ガスＧを高熱源として発電を行う発電機１０を備える。これにより、排ガス洗浄装置２の洗浄水を、集塵装置１から排ガス洗浄装置に送られる排ガスと熱交換して高温化し、この高温化した洗浄水を高熱源とし発電機１０で発電することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、焼却プラントに関し、特に排ガスの排熱を有効利用することを可能にする焼却プラント及び廃熱回収方法に関する。

従来、例えば下水汚泥などの廃棄物を焼却処理する焼却プラントでは、焼却炉で発生した排ガスを排ガス処理設備で処理し、無害化した後に大気中に排出するようにしている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

また、排ガス処理設備に燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器が具備され、焼却炉で発生した排ガスから燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器で熱回収する。そして、燃焼用予熱器で回収した熱を焼却炉に送り、燃焼排ガスの保有熱を有効利用するようにしている。

一方、排ガス処理設備は、燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器の他に、排ガス冷却塔、バグフィルタなどの集塵装置、スクラバなどの排ガス洗浄塔、減湿塔などを備えて構成されている。そして、燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器で熱回収された排ガスは、排ガス冷却塔で冷却され、集塵装置で除塵処理される。また、集塵装置で処理した後の排ガスは、排ガス洗浄塔でアルカリ処理されてＳＯｘやＮＯｘ、ＨＣｌなどの有害物質が除去処理され、減湿塔で減湿される。このようにして処理した排ガスは、白煙防止用空気予熱器で回収した熱で加熱して白煙防止処理を施し、煙突から大気中に放出される。

ここで、図３に示すように、例えば、焼却炉（不図示）から排出された排ガスＧはその温度が８５０℃程度で、燃焼用空気予熱器（不図示）、白煙防止用空気予熱器（不図示）で処理することにより２００℃〜２５０℃程度に減温される。これにより、集塵装置１で処理されて排ガス洗浄塔２に送られる排ガスＧの温度が２００℃〜２５０℃程度で、２０℃程度の洗浄水Ｗ１によって排ガス洗浄塔２で処理した後の排ガスＧの温度は７０℃程度になる。さらに、２０℃程度の冷却水Ｗ２を用いて減湿塔３で処理することにより、排ガスＧの温度が４０℃程度になる。そして、白煙防止用空気予熱器から送られる３００℃程度の白煙防止空気Ｐで白煙防止処理することで２００℃程度に排ガスＧの温度が上昇し、この状態で大気に放出される。

また、排ガス洗浄塔２では洗浄水Ｗ１の温度が７０℃程度になり、この洗浄水Ｗ１を循環させて洗浄処理を行う。さらに、一部の洗浄水Ｗ１は、減湿塔３からの５０℃程度の排水（冷却水Ｗ２）とともに、下水処理場へ排水される。このとき、一部の洗浄水の排水と減湿塔３からの排水が混合され、６０℃程度の排水Ｗ３が下水処理場へ排出されることになる。

特開２０１２−２０７６１７号公報 特許第５４４４４３９号公報 特許第５５２４９０９号公報

一方、上記従来の焼却プラントでは、焼却炉で発生した高温の排ガスの熱を燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器で回収し、この排熱を焼却炉で活用している。また、焼却炉からの高温の排熱を利用して蒸気を発生させ、タービンを回すことで発電を行うケースもある。

しかしながら、集塵装置で処理した後の２００℃程度の排ガスの熱や、排ガス洗浄塔の洗浄水の７０℃程度の熱は、各々低温であるため、また、集塵装置で処理した後の排ガスで熱回収を行うとガス中の硫黄分による低温腐食が生じるおそれがあることなどから、最終的に放熱されて有効利用されていない。

これにより、焼却プラント全体としてのエネルギーの回収効率が低くなっており、温室効果ガス抑制のためにも、このような低温排熱を回収し、焼却プラント全体としてのエネルギー回収効率を向上させる手法が強く望まれていた。

本発明の焼却プラントは、焼却炉で発生した排ガスを除塵処理する集塵装置と、前記集塵装置で処理した排ガスを洗浄する排ガス洗浄装置とを備えた焼却プラントにおいて、前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に送られる排ガスを高熱源として発電を行う発電機を備えていることを特徴とする。

本発明の廃熱回収方法は、焼却炉で発生した排ガスを除塵処理する集塵装置と、前記集塵装置で処理した排ガスを洗浄する排ガス洗浄装置とを備えた焼却プラントの廃熱回収方法であって、前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に送られる排ガスを高熱源として利用して発電を行うようにしたことを特徴とする。

これらの発明においては、例えば、集塵装置から排ガス洗浄装置に送られる２００℃程度の排ガスを高熱源とし、減湿装置（減湿塔）や排ガス洗浄装置（排ガス洗浄塔）等に供給する冷却水や洗浄水などの別途２０℃程度の水を低熱源とし、熱電素子を備えた発電機やＯＲＣ発電機などを用いて発電することができる。

また、このとき、例えば、耐腐食性及び熱伝導率が高いセラミックなどを素材とする絶縁層で半導体素子を被覆して熱電素子ユニット／熱電素子モジュールを構成した発電機を用いることにより、集塵装置から排ガス洗浄装置に排ガスを供給する排ガス供給管内に発電機を設けた場合であっても、排ガス中の硫黄分による低温腐食を防止しつつ確実に発電／熱回収が行える。これにより、焼却プラントを安定稼働させながら、集塵装置で処理した後の排ガスの熱を回収して発電を行うことができる。

また、本発明の焼却プラントにおいては、前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に送られる排ガスを高熱源とし、前記排ガス洗浄装置で用いる洗浄水を低熱源として発電を行うように構成されていることが望ましい。

この発明においては、低熱源として排ガス洗浄装置で用いる洗浄水を利用することで、別途低熱源を用意することを不要にでき、高効率の廃熱回収システム／発電システムを構築することができる。

さらに、本発明の焼却プラントにおいては、前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に排ガスを送る排ガス供給管の上下方向に延びる鉛直管部に前記発電機が設けられていることがより望ましい。

この発明においては、発電機を集塵装置から排ガス洗浄装置に排ガスを送る排ガス供給管の上下方向に延びる鉛直管部に設けることで、低熱源の洗浄水などの水を供給／排水する配管などの配置計画を容易にすることができる。
また、発電機を鉛直管部に設けることで排ガス中の灰が付着することによる熱電変換効率低下を防止（抑止）することも可能になり得る。

本発明の焼却プラント及び廃熱回収方法においては、排ガス洗浄装置の７０℃程度の洗浄水を、集塵装置から排ガス洗浄装置に送られる２００℃程度の排ガスと熱交換して９０℃程度に高温化し、この高温化した洗浄水を高熱源とし、熱電素子を備えた発電機やＯＲＣ発電機などで発電することができる。

これにより、集塵装置で処理した後の排ガスの熱を回収して発電を行うことができる。すなわち、従来、放熱されていた集塵装置で処理した後の排ガスの熱を有効利用することができる。よって、焼却プラント全体としてのエネルギー回収効率を向上させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る焼却プラントの排ガス処理設備を示す図である。 本発明の一実施形態に係る焼却プラントの排ガス処理設備を示す図である。 従来の焼却プラントの排ガス処理設備を示す図である。

以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係る焼却プラント及び廃熱回収方法について説明する。

はじめに、本実施形態の焼却プラントＡは、図１及び図２に示すように、例えば下水汚泥を焼却処理するプラントであり、焼却炉（不図示）と、焼却炉で発生した排ガスＧを処理し、無害化した排ガスＧを大気中に排出させるための排ガス処理設備Ｂとを備えて構成されている。

また、本実施形態の焼却プラントＡは、燃焼用空気予熱器（不図示）、白煙防止用空気予熱器（不図示）を備え、焼却炉で発生した排ガスＧから燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器でそれぞれ熱を回収し、回収した熱を焼却炉に送って燃焼排ガスＧの保有熱を焼却炉で有効利用するように構成されている。例えば、焼却炉から排出された排ガスＧはその温度が８５０℃程度で、燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器で処理することで２００℃（〜２５０℃）程度に減温される。

さらに、排ガス処理設備Ｂは、排ガス冷却塔、バグフィルタなどの集塵装置１、スクラバなどの排ガス洗浄塔（排ガス洗浄装置）２、減湿塔（減湿装置）３などを備えて構成されている。

そして、燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器で熱回収された排ガスＧは、排ガス冷却塔で冷却され、集塵装置１で除塵処理される。さらに、集塵装置１で処理した後の排ガスＧは、排ガス洗浄塔２でアルカリ処理されてＳＯｘやＮＯｘ、ＨＣｌなどの有害物質が除去され、減湿塔３で減湿される。

また、排ガス洗浄塔２では、洗浄水Ｗ１を上方から供給し、下方に溜まった洗浄水Ｗ１を循環ポンプ４で上方に送り、洗浄水Ｗ１を循環流路で循環させながら排ガスＧを洗浄する。さらに、排ガス洗浄塔２の下方に溜まる洗浄水Ｗ１は、循環によって蒸発し徐々に減量する。このため、例えば４０ｍ^３／ｈで下水処理水などの洗浄水Ｗ１を随時補給する。また、下方に溜まる洗浄水Ｗ１の量を制御するためのオーバーフロー管５が取り付けられ、オーバーフローした洗浄水Ｗ１をタンク６に導水し、このタンク６からさらにオーバーフローした洗浄水Ｗ１を外部に排水するように構成されている。

減湿塔３では、系外から減湿用冷却水Ｗ２が供給され、この減湿用冷却水Ｗ２で排ガスＧを低温化させることにより、排ガスＧ中の水分を凝縮させて除去する。さらに、減湿用冷却水Ｗ２、排ガスＧ中の水分を凝縮させた水（水滴）は、その一部がバイパス管７を通じて排ガス洗浄塔２に供給される。また、残りは、排ガス洗浄塔２のオーバーフローした洗浄水Ｗ１を一時的に溜めるタンク６に配管８を通じて導水する。

ここで、例えば、集塵装置１で処理されて排ガス洗浄塔２に送られる排ガスＧは、その温度が２００℃程度であり、２０℃程度の洗浄水Ｗ１によって排ガス洗浄塔２で処理した後の排ガスＧは、その温度が７０℃程度となる。さらに、２０℃程度の冷却水Ｗ２を用いて減湿塔３で処理することにより、排ガスＧの温度が４０℃程度となる。また、白煙防止用空気予熱器から送られる３００℃程度の白煙防止空気Ｐで白煙防止処理され、２００℃程度に排ガスＧの温度が上昇し、この状態で大気に放出される。

また、排ガス洗浄塔２では洗浄水Ｗ１の温度が７０℃程度となり、この洗浄水Ｗ１を循環させて洗浄処理を行う。さらに、一部の洗浄水Ｗ１は、減湿塔３からの５０℃程度の排水（冷却水Ｗ２）とともに、下水処理場へ排水される。このとき、一部の洗浄水の排水と減湿塔３からの排水が混合され、６０℃程度の排水Ｗ３が下水処理場へ排出されることになる。

一方、本実施形態の焼却プラントＡの排ガス処理設備Ｂにおいては、バグフィルタなどの集塵装置１から排ガス洗浄塔２に送る排ガスＧの２００℃程度の熱を回収／利用し、熱電素子ユニット／熱電素子モジュール、バイナリ発電システム、ＯＲＣ発電システム（オーガニックランキンサイクル発電システム）などの発電機（電熱交換装置）１０で発電を行う。

具体的に、本実施形態では、発電機１０が集塵装置１から排ガス洗浄塔２に排ガスＧを送る排ガス供給管１１に設けられている。さらに、本実施形態では、排ガス供給管１１の上下方向に延びる鉛直管部１１ａに発電機１０が設けられている。

また、発電機１０は、排ガス供給管１１の内部に設けられている。このとき、発電機１０が、例えば、耐腐食性及び熱伝導率が高いセラミックなどを素材とする絶縁層で半導体素子を被覆した熱電素子ユニット／熱電素子モジュール等を用いて構成されている。これにより、排ガスＧ中の硫黄分による低温腐食を防止しつつ確実に発電／熱回収が行える。

さらに、本実施形態では、下水処理水などの２０℃程度の排ガス洗浄塔２の洗浄水Ｗ１、減湿塔３の冷却水Ｗ２などを低熱源として発電機１０に送る。そして、集塵装置１から排ガス洗浄塔２に送る排ガスＧを高熱源、排ガス洗浄塔２の洗浄水Ｗ１、減湿塔３の冷却水Ｗ２などを低熱源とし、これら低温の水と高温の排ガスＧの温度差を利用したセーベック効果などによって発電を行う。

また、このように発電を行うことで、排ガスＧが１５０℃程度に低温化して排ガス洗浄塔２及び減湿塔３に送られ、４０℃の洗浄水Ｗ１、２０℃の冷却水Ｗ２及びその混合水冷却水を用いて処理される。

したがって、本実施形態の焼却プラントＡ及び廃熱回収方法においては、集塵装置１から排ガス洗浄塔２に送られる２００℃程度の排ガスＧを高熱源とし、減湿塔３や排ガス洗浄塔２等に供給する冷却水Ｗ２や洗浄水Ｗ１などの２０℃程度の水を低熱源とし、発電機１０を用いて発電することができる。

また、このとき、例えば、耐腐食性及び熱伝導率が高いセラミックなどを素材とする絶縁層で半導体素子を被覆して熱電素子ユニット／熱電素子モジュールを構成した発電機１０を用いることにより、集塵装置１から排ガス洗浄塔２に排ガスＧを供給する排ガス供給管１１内に発電機１０を設けた場合であっても、排ガスＧ中の硫黄分による低温腐食を防止しつつ確実に発電／熱回収が行える。これにより、焼却プラントＡを安定稼働させながら、集塵装置１で処理した後の排ガスＧの熱を回収して発電を行うことができる。

よって、本実施形態の焼却プラントＡ及び廃熱回収方法によれば、集塵装置１で処理した後の排ガスＧの熱を回収して発電を行うことができる。すなわち、従来、放熱されていた集塵装置１で処理した後の排ガスＧの熱を有効利用することができ、焼却プラントＡ全体としてのエネルギー回収効率を向上させることが可能になる。

また、本実施形態の焼却プラントＡにおいては、低熱源として排ガス洗浄塔２で用いる洗浄水Ｗ１などを利用することで、別途低熱源を用意することを不要にでき、高効率の廃熱回収システム／発電システムを構築することができる。

さらに、発電機１０を集塵装置１から排ガス洗浄塔２に排ガスＧを送る排ガス供給管１１の上下方向に延びる鉛直管部１１ａに設けることで、低熱源の洗浄水などの水を供給／排水する配管などの配置計画を容易にすることができる。
また、発電機１０を鉛直管部１１ａに設けることで排ガスＧ中の硫黄分による低温腐食の発生をより確実に防止（抑止）することも可能になり得る。

以上、本発明に係る焼却プラント及び廃熱回収方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 集塵装置
２ 排ガス洗浄塔（排ガス洗浄装置）
３ 減湿塔（減湿装置）
４ 循環ポンプ
５ オーバーフロー管
６ タンク
７ バイパス管
８ 配管
１０ 発電機
１１ 排ガス供給管
１１ａ 鉛直管部
Ａ 焼却プラント
Ｂ 排ガス処理設備
Ｇ 排ガス
Ｗ１ 洗浄水
Ｗ２ 冷却水
Ｗ３ 排水

Claims (4)

1. 焼却炉で発生した排ガスを除塵処理する集塵装置と、前記集塵装置で処理した排ガスを洗浄する排ガス洗浄装置とを備えた焼却プラントにおいて、
   前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に送られる排ガスを高熱源として発電を行う発電機を備えていることを特徴とする焼却プラント。
2. 請求項１記載の焼却プラントにおいて、
   前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に送られる排ガスを高熱源とし、前記排ガス洗浄装置で用いる洗浄水を低熱源として発電を行うように構成されていることを特徴とする焼却プラント。
3. 請求項１または請求項２に記載の焼却プラントにおいて、
   前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に排ガスを送る排ガス供給管の上下方向に延びる鉛直管部に前記発電機が設けられていることを特徴とする焼却プラント。
4. 焼却炉で発生した排ガスを除塵処理する集塵装置と、前記集塵装置で処理した排ガスを洗浄する排ガス洗浄装置とを備えた焼却プラントの廃熱回収方法であって、
   前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に送られる排ガスを高熱源として利用して発電を行うようにしたことを特徴とする廃熱回収方法。

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