JP2987127B2 - 廃棄物を燃料とする複合発電システム - Google Patents
廃棄物を燃料とする複合発電システムInfo
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- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温の腐食性燃焼
ガスより熱交換器、空気圧縮機、空気膨張タービン、蒸
気タービンにより動力を回収する廃棄物を燃料とする複
合発電システムに関する。
ガスより熱交換器、空気圧縮機、空気膨張タービン、蒸
気タービンにより動力を回収する廃棄物を燃料とする複
合発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】水−蒸気を使うランキンサイクルを使う
発電システムに代わり、アンモニア−水混合流体を使う
カリーナサイクルは、発電システムの効率向上に寄与す
ると期待されている。開放形ガスタービンのボトミング
サイクルとして、カリーナサイクルを用いることによ
り、蒸気タービンの出力は再熱再生ランキンサイクルの
蒸気タービン出力を約２５％上回るとされている。その
結果、天然ガスを燃料とする事業用ガスタービン複合発
電の発電端効率（低位発熱量換算）は約６０％に達する
見通しである。
発電システムに代わり、アンモニア−水混合流体を使う
カリーナサイクルは、発電システムの効率向上に寄与す
ると期待されている。開放形ガスタービンのボトミング
サイクルとして、カリーナサイクルを用いることによ
り、蒸気タービンの出力は再熱再生ランキンサイクルの
蒸気タービン出力を約２５％上回るとされている。その
結果、天然ガスを燃料とする事業用ガスタービン複合発
電の発電端効率（低位発熱量換算）は約６０％に達する
見通しである。
【０００３】一方、廃棄物発電は燃焼ガスに腐食性があ
り、我が国では廃熱回収蒸気の温度は３００℃と低く押
さえられている。廃棄物焼却炉とともに、天然ガスなど
を燃料とした開放形ガスタービンを設置し、焼却炉から
の廃熱回収蒸気をガスタービンの清浄な排ガスで再加熱
する方法は、ランキンサイクル及びカリーナサイクルの
効率向上となる。ただし、この方法は廃棄物のほかに天
然ガスなどの追加燃料を必要とする。
り、我が国では廃熱回収蒸気の温度は３００℃と低く押
さえられている。廃棄物焼却炉とともに、天然ガスなど
を燃料とした開放形ガスタービンを設置し、焼却炉から
の廃熱回収蒸気をガスタービンの清浄な排ガスで再加熱
する方法は、ランキンサイクル及びカリーナサイクルの
効率向上となる。ただし、この方法は廃棄物のほかに天
然ガスなどの追加燃料を必要とする。
【０００４】また、回収蒸気を高温高圧にする方法は、
加熱管を腐食に応じて定期的に交換しなければならず、
交換時期を正確に予知する必要があるとともに、交換に
要する日数が発電及び廃棄物処理の稼働時間を減少させ
るという問題がある。
加熱管を腐食に応じて定期的に交換しなければならず、
交換時期を正確に予知する必要があるとともに、交換に
要する日数が発電及び廃棄物処理の稼働時間を減少させ
るという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するために創案されたものであり、天然ガス等
の追加燃料を使用せずに、発電効率の向上が期待できる
廃棄物を燃料とする複合発電システムを提供することを
目的とする。本件出願人は、先に特願平８−３１４１２
号において、「廃棄物を燃料とする複合発電システム」
を提案したが、このシステムにおいては、腐食性排ガス
を熱源とする密閉サイクルガスタービンとカリーナサイ
クルを組み合わせ、高効率を得るものであるが、腐食性
排ガスとアンモニア−水混合流体との熱交換が必要であ
った。都市部に設置される廃棄物焼却施設では、アンモ
ニア漏洩事故に対してさらなる安全性が要求される。
点を解決するために創案されたものであり、天然ガス等
の追加燃料を使用せずに、発電効率の向上が期待できる
廃棄物を燃料とする複合発電システムを提供することを
目的とする。本件出願人は、先に特願平８−３１４１２
号において、「廃棄物を燃料とする複合発電システム」
を提案したが、このシステムにおいては、腐食性排ガス
を熱源とする密閉サイクルガスタービンとカリーナサイ
クルを組み合わせ、高効率を得るものであるが、腐食性
排ガスとアンモニア−水混合流体との熱交換が必要であ
った。都市部に設置される廃棄物焼却施設では、アンモ
ニア漏洩事故に対してさらなる安全性が要求される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の複合発電システ
ムは熱交換器と清浄空気の圧縮機と膨張タービンとカリ
ーナサイクル蒸気タービンから構成され、廃棄物燃焼廃
ガスは清浄空気との熱交換を行う熱交換器のみにより熱
回収される。清浄空気の圧縮機の出口温度はアンモニア
−水混合流体で冷却される中間冷却器により、廃棄物廃
ガスの回収最低温度の１５０℃より少し低い温度とす
る。廃棄物廃ガスで加熱された清浄空気は膨張タービン
で動力を回収し、膨張タービン出口排気はカリーナサイ
クルの熱源となる。圧縮機の中間冷却器で熱回収された
熱もカリーナサイクルの熱源とするので、複合発電の効
率は変わらない。また、圧縮機に中間冷却器を備えるこ
とにより、圧縮機動力も低下する。圧縮機の中間冷却器
を高圧圧縮機の出口に設置し、圧縮機ケーシング構造を
簡素化することも可能である。
ムは熱交換器と清浄空気の圧縮機と膨張タービンとカリ
ーナサイクル蒸気タービンから構成され、廃棄物燃焼廃
ガスは清浄空気との熱交換を行う熱交換器のみにより熱
回収される。清浄空気の圧縮機の出口温度はアンモニア
−水混合流体で冷却される中間冷却器により、廃棄物廃
ガスの回収最低温度の１５０℃より少し低い温度とす
る。廃棄物廃ガスで加熱された清浄空気は膨張タービン
で動力を回収し、膨張タービン出口排気はカリーナサイ
クルの熱源となる。圧縮機の中間冷却器で熱回収された
熱もカリーナサイクルの熱源とするので、複合発電の効
率は変わらない。また、圧縮機に中間冷却器を備えるこ
とにより、圧縮機動力も低下する。圧縮機の中間冷却器
を高圧圧縮機の出口に設置し、圧縮機ケーシング構造を
簡素化することも可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。本実施の形態で挙げる数値
は１例であり、これにかぎるものではない。図１は本発
明に係る複合発電システムの系統図である。図１におい
て、符号１は廃棄物焼却炉からの高温排ガスであり、符
号２は清浄空気である。複合発電システムは、加熱用熱
交換器３と、低圧圧縮機４と、高圧圧縮機５と、膨張タ
ービン６と、アンモニア−水混合流体蒸気タービン７
と、発電機１３とを備えている。さらに複合発電システ
ムは、中間冷却器８と、熱交換器９と、熱交換器１０
と、カリーナ蒸留凝縮システム１２とを備えている。
に基づいて詳細に説明する。本実施の形態で挙げる数値
は１例であり、これにかぎるものではない。図１は本発
明に係る複合発電システムの系統図である。図１におい
て、符号１は廃棄物焼却炉からの高温排ガスであり、符
号２は清浄空気である。複合発電システムは、加熱用熱
交換器３と、低圧圧縮機４と、高圧圧縮機５と、膨張タ
ービン６と、アンモニア−水混合流体蒸気タービン７
と、発電機１３とを備えている。さらに複合発電システ
ムは、中間冷却器８と、熱交換器９と、熱交換器１０
と、カリーナ蒸留凝縮システム１２とを備えている。
【０００８】上述の構成において、廃棄物燃焼排ガス１
は、加熱用熱交換器３により清浄空気２を低圧圧縮機４
と高圧圧縮機５より加圧した空気により冷却され、廃熱
回収される。熱交換器３で加熱された清浄空気２は膨張
タービン６で膨張し、発電機１３を駆動し、動力回収さ
れる。
は、加熱用熱交換器３により清浄空気２を低圧圧縮機４
と高圧圧縮機５より加圧した空気により冷却され、廃熱
回収される。熱交換器３で加熱された清浄空気２は膨張
タービン６で膨張し、発電機１３を駆動し、動力回収さ
れる。
【０００９】アンモニア−水混合流体１１は熱交換器９
で膨張タービン６の排熱により蒸発加熱される。加熱さ
れたアンモニア−水混合流体１１は、アンモニア−水混
合流体蒸気タービン７で膨張し、動力回収される。
で膨張タービン６の排熱により蒸発加熱される。加熱さ
れたアンモニア−水混合流体１１は、アンモニア−水混
合流体蒸気タービン７で膨張し、動力回収される。
【００１０】アンモニア−水混合流体蒸気タービン７の
排気は、カリーナ蒸留凝縮システム１２により、液化
し、圧縮機の中間冷却器８で蒸発加熱される流れと、前
記熱交換器９の後流側に配置された熱交換器１０で蒸発
加熱される流れに分かれ、熱交換器９の入口で再度、合
流して熱交換器９へ流入する。
排気は、カリーナ蒸留凝縮システム１２により、液化
し、圧縮機の中間冷却器８で蒸発加熱される流れと、前
記熱交換器９の後流側に配置された熱交換器１０で蒸発
加熱される流れに分かれ、熱交換器９の入口で再度、合
流して熱交換器９へ流入する。
【００１１】複合発電システムにおいて、腐食性排ガス
源は廃棄物焼却炉からの高温排ガスであり、排ガス１の
温度は焼却炉燃焼の空気比に依存し、９００℃から１３
５０℃の範囲である。本実施の形態においては、日量３
００トンの廃棄物焼却炉があり、排ガス量は１１０ｔ／
ｈ、排ガス温度１３５０℃が与えられたとして説明す
る。
源は廃棄物焼却炉からの高温排ガスであり、排ガス１の
温度は焼却炉燃焼の空気比に依存し、９００℃から１３
５０℃の範囲である。本実施の形態においては、日量３
００トンの廃棄物焼却炉があり、排ガス量は１１０ｔ／
ｈ、排ガス温度１３５０℃が与えられたとして説明す
る。
【００１２】低圧圧縮機４において、入口空気流量２４
０ｔ／ｈ、入口温度１５℃、入口圧力０．１０２ＭＰ
ａ．ａｂｓとし、出口圧力は０．２１ＭＰａ．ａｂｓ、
回転数５０００ｒｐｍとすると、出口温度は１２１℃、
所要動力は５．６ＭＷとなる。高圧圧縮機５において、
入口空気流量２４０ｔ／ｈ、入口温度７０℃、入口圧力
０．２０９ＭＰａ．ａｂｓとし、出口圧力は０．３５Ｍ
Ｐａ．ａｂｓ、回転数５０００ｒｐｍとすると、出口温
度は１３０℃、所要動力は３．４ＭＷとなる。高圧圧縮
機５の入口空気は中間冷却器８で１２１℃より７０℃ま
で冷却されている。
０ｔ／ｈ、入口温度１５℃、入口圧力０．１０２ＭＰ
ａ．ａｂｓとし、出口圧力は０．２１ＭＰａ．ａｂｓ、
回転数５０００ｒｐｍとすると、出口温度は１２１℃、
所要動力は５．６ＭＷとなる。高圧圧縮機５において、
入口空気流量２４０ｔ／ｈ、入口温度７０℃、入口圧力
０．２０９ＭＰａ．ａｂｓとし、出口圧力は０．３５Ｍ
Ｐａ．ａｂｓ、回転数５０００ｒｐｍとすると、出口温
度は１３０℃、所要動力は３．４ＭＷとなる。高圧圧縮
機５の入口空気は中間冷却器８で１２１℃より７０℃ま
で冷却されている。
【００１３】加熱用熱交換器３において、１３５０℃の
高温排ガス１により圧縮機で加圧された清浄空気２を１
３０℃より７４２℃まで加熱する。加熱用熱交換器３は
輻射伝熱部と対流伝熱部に分かれ、輻射伝熱部は金属熱
交換器を保護する耐火物により被覆される。対流伝熱部
は廃棄物燃焼ガスに含まれる溶融塩付着が堆積成長しに
くい排ガス流に平行となるパネル状の熱交換器が用いら
れる。
高温排ガス１により圧縮機で加圧された清浄空気２を１
３０℃より７４２℃まで加熱する。加熱用熱交換器３は
輻射伝熱部と対流伝熱部に分かれ、輻射伝熱部は金属熱
交換器を保護する耐火物により被覆される。対流伝熱部
は廃棄物燃焼ガスに含まれる溶融塩付着が堆積成長しに
くい排ガス流に平行となるパネル状の熱交換器が用いら
れる。
【００１４】膨張タービン６において、入口圧力０．３
３ＭＰａ．ａｂｓ、入口温度７４２℃とし、出口圧力は
０．１０６ＭＰａ．ａｂｓ、回転数３０００ｒｐｍとす
ると、出口温度は５１２℃、回収動力は１８ＭＷとな
る。この空気膨張タービン６は商用の２軸式ガスタービ
ンの出力タービンを転用すると、高効率が得られる。
３ＭＰａ．ａｂｓ、入口温度７４２℃とし、出口圧力は
０．１０６ＭＰａ．ａｂｓ、回転数３０００ｒｐｍとす
ると、出口温度は５１２℃、回収動力は１８ＭＷとな
る。この空気膨張タービン６は商用の２軸式ガスタービ
ンの出力タービンを転用すると、高効率が得られる。
【００１５】アンモニア−水混合流体蒸気タービン７に
おいて、入口圧力１０．０ＭＰａ．ａｂｓ、入口温度４
９０℃とし、アンモニア−水混合流体はアンモニア７０
％水３０％の混合比とする。アンモニア−水混合流体流
量は４０ｔ／ｈとし、これを膨張させ、タービン断熱効
率を８６％とすると、出口圧力０．１５ＭＰａ・ａｂ
ｓ、出口温度８６℃となり、回収動力は１１ＭＷとな
る。
おいて、入口圧力１０．０ＭＰａ．ａｂｓ、入口温度４
９０℃とし、アンモニア−水混合流体はアンモニア７０
％水３０％の混合比とする。アンモニア−水混合流体流
量は４０ｔ／ｈとし、これを膨張させ、タービン断熱効
率を８６％とすると、出口圧力０．１５ＭＰａ・ａｂ
ｓ、出口温度８６℃となり、回収動力は１１ＭＷとな
る。
【００１６】圧縮機の中間冷却器８には、シェルアンド
チューブ方式が用いられる。冷却媒体はカリーナサイク
ルのアンモニア−水混合流体１１である。熱交換器９に
おいて、膨張タービン排気とアンモニア−水混合流体１
１との熱交換を行うが、この熱交換器９にはセレートフ
ィンチューブが用いられる。熱交換器１０は熱交換器９
の後流に配置されており、膨張タービン排気とアンモニ
ア−水混合流体１１との熱交換を行うが、この熱交換器
１０にはセレートフィンチューブが用いられる。清浄空
気の最終出口温度は７０℃とすると、回収熱量と熱交換
器伝熱面積の関係が最適となる。
チューブ方式が用いられる。冷却媒体はカリーナサイク
ルのアンモニア−水混合流体１１である。熱交換器９に
おいて、膨張タービン排気とアンモニア−水混合流体１
１との熱交換を行うが、この熱交換器９にはセレートフ
ィンチューブが用いられる。熱交換器１０は熱交換器９
の後流に配置されており、膨張タービン排気とアンモニ
ア−水混合流体１１との熱交換を行うが、この熱交換器
１０にはセレートフィンチューブが用いられる。清浄空
気の最終出口温度は７０℃とすると、回収熱量と熱交換
器伝熱面積の関係が最適となる。
【００１７】以上に記した実施例の回収動力は、膨張タ
ービン回収動力とアンモニア−水混合流体蒸気タービン
回収動力の和より圧縮機消費動力の差となり、１９．２
ＭＷの動力回収となる。膨張タービン６、蒸気タービン
７と発電機１３の間の減速機損失および発電機損失の合
計を差し引くと、発電端出力は１８．６ＭＷとなる。
ービン回収動力とアンモニア−水混合流体蒸気タービン
回収動力の和より圧縮機消費動力の差となり、１９．２
ＭＷの動力回収となる。膨張タービン６、蒸気タービン
７と発電機１３の間の減速機損失および発電機損失の合
計を差し引くと、発電端出力は１８．６ＭＷとなる。
【００１８】廃棄物廃ガスは１３５０℃から１５０℃ま
での廃熱回収がされるとすると、回収熱量は４６．３Ｍ
Ｗｔｈとなる。発電端出力１８．６ＭＷの回収熱量に対
する割合の複合熱効率は４０．２％となり、出力２０Ｍ
Ｗ級天然ガス焚き複合発電効率に遜色のない高効率が得
られる。カリーナサイクル単独では２０ＭＷ級で３４％
程度であるので、十分高効率化が図られたことが立証さ
れた。
での廃熱回収がされるとすると、回収熱量は４６．３Ｍ
Ｗｔｈとなる。発電端出力１８．６ＭＷの回収熱量に対
する割合の複合熱効率は４０．２％となり、出力２０Ｍ
Ｗ級天然ガス焚き複合発電効率に遜色のない高効率が得
られる。カリーナサイクル単独では２０ＭＷ級で３４％
程度であるので、十分高効率化が図られたことが立証さ
れた。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下に列
挙する効果を奏する。 （１） 廃棄物発電の高温燃焼ガスをブレイトンサイク
ルにより動力回収し、ガスタービン排気と低温燃焼ガス
よりカリーナサイクルにより動力回収する複合発電シス
テムを構成することにより、従来の蒸気タービンシステ
ムに比べて大幅な出力増加が見込める。蒸気温度３００
℃の従来の蒸気タービンシステムの出力を回収熱量４
６．３ＭＷｔｈの３０％である１３．９ＭＷ、カリーナ
サイクルの出力をランキンサイクルの２０％増である１
６．７ＭＷとすると、本発明の複合発電出力１８．６Ｍ
Ｗは従来の蒸気タービンシステムに対して１３４％、カ
リーナサイクルに対して１１１％の出力増加が得られ
る。
挙する効果を奏する。 （１） 廃棄物発電の高温燃焼ガスをブレイトンサイク
ルにより動力回収し、ガスタービン排気と低温燃焼ガス
よりカリーナサイクルにより動力回収する複合発電シス
テムを構成することにより、従来の蒸気タービンシステ
ムに比べて大幅な出力増加が見込める。蒸気温度３００
℃の従来の蒸気タービンシステムの出力を回収熱量４
６．３ＭＷｔｈの３０％である１３．９ＭＷ、カリーナ
サイクルの出力をランキンサイクルの２０％増である１
６．７ＭＷとすると、本発明の複合発電出力１８．６Ｍ
Ｗは従来の蒸気タービンシステムに対して１３４％、カ
リーナサイクルに対して１１１％の出力増加が得られ
る。
【００２０】（２） 腐食性ガスの高温ガス熱交換器は
腐食による漏洩があったとしても、作動流体の圧力は
０．３５ＭＰａ．ａｂｓの低圧空気であり、従来のラン
キンサイクルにおいて高温高圧化が図られた場合の１０
ＭＰａの蒸気の噴出事故に較べて安全である。また、腐
食性ガスの高温ガス熱交換器の熱回収媒体として、カリ
ーナサイクルはアンモニアを使用するが、このアンモニ
アの使用は都市部に設置される廃棄物処理施設の近隣住
民に不安を与えるので、アンモニア漏洩リスクが少ない
排ガス−空気による熱回収が好ましい。
腐食による漏洩があったとしても、作動流体の圧力は
０．３５ＭＰａ．ａｂｓの低圧空気であり、従来のラン
キンサイクルにおいて高温高圧化が図られた場合の１０
ＭＰａの蒸気の噴出事故に較べて安全である。また、腐
食性ガスの高温ガス熱交換器の熱回収媒体として、カリ
ーナサイクルはアンモニアを使用するが、このアンモニ
アの使用は都市部に設置される廃棄物処理施設の近隣住
民に不安を与えるので、アンモニア漏洩リスクが少ない
排ガス−空気による熱回収が好ましい。
【図１】本発明に係る廃棄物を燃料とする複合発電シス
テムの実施の形態を示す系統図である。
テムの実施の形態を示す系統図である。
１ 排ガス ２ 清浄空気 ３ 加熱用熱交換器 ４ 低圧圧縮機 ５ 高圧圧縮機 ６ 膨張タービン ７ アンモニア−水混合流体蒸気タービン ８ 中間冷却器 ９ 熱交換器 １０ 熱交換器 １１ アンモニア−水混合流体 １２ カリーナ蒸留凝縮システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲鶴▼巻 勝晴 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社 荏原製作所内 (56)参考文献 特開 昭56−53316（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−144507（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−32513（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01K 25/10 F01K 25/00 F01K 27/02 F23G 5/46 ZAB
Claims (1)
- 【請求項１】 廃棄物を燃料とする排ガス源と、廃棄物
排ガスにより空気を加熱する熱交換器と、空気を圧縮す
る低圧圧縮機と高圧圧縮機と、前記低圧圧縮機と高圧圧
縮機の間に設けられた中間冷却器と、加熱された空気を
膨張させる膨張タービンと、カリーナサイクル蒸気ター
ビンとを備え、 前記膨張タービンの排気によりカリーナサイクルのアン
モニア−水混合流体を蒸発加熱する熱交換器を備え、前
記中間冷却器の排熱をカリーナサイクルのアンモニア−
水混合流体で回収し、アンモニア−水混合流体を蒸発加
熱する熱交換器の後流に配置される熱交換器でカリーナ
サイクルのアンモニア−水混合流体を蒸発加熱すること
を特徴とする廃棄物を燃料とする複合発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21406497A JP2987127B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | 廃棄物を燃料とする複合発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21406497A JP2987127B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | 廃棄物を燃料とする複合発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1136821A JPH1136821A (ja) | 1999-02-09 |
| JP2987127B2 true JP2987127B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=16649668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21406497A Expired - Fee Related JP2987127B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | 廃棄物を燃料とする複合発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2987127B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2171151B1 (es) * | 2001-02-15 | 2003-12-16 | Icogen S A | Procedimiento y planta de valorizacion de residuos liquidos combustibles. |
| EP2107930B1 (en) * | 2007-01-25 | 2012-04-18 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Process for reducing carbon dioxide emission in a power plant |
| JP5457880B2 (ja) * | 2010-02-24 | 2014-04-02 | メタウォーター株式会社 | 排熱発電方法及び排熱発電システム |
| JP5554273B2 (ja) * | 2011-03-30 | 2014-07-23 | 三菱重工業株式会社 | 複合発電プラント |
-
1997
- 1997-07-24 JP JP21406497A patent/JP2987127B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1136821A (ja) | 1999-02-09 |
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