JP6522085B1 - 燃焼排ガスからの熱回収発電設備及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】減圧ボイラが最大使用圧力を超えることなく安定した状態で連続運転できる熱回収発電設備を提供する。【解決手段】燃焼排ガスＧで熱媒水Ｈを加熱して蒸気を発生させる減圧ボイラ４と、蒸発部２６が減圧蒸気室２２を設置し、蒸発部２６内を流れる低沸点の冷媒Ｒを減圧蒸気室２２内の蒸気で加熱蒸発した蒸気でタービン２８を回して発電するバイナリー発電装置８と、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２２の圧力をそれぞれ検出する温度検出器２３又は圧力検出器２４と、減圧ボイラ４の減圧蒸気室２２に設置され、冷却媒体Ｗが流れる受熱部３４と、受熱部３４へ冷却媒体Ｗを供給する冷却媒体供給管３５と、圧力検出器２４からの検出信号により制御される制御弁３７と、を備え、圧力検出器２４からの検出信号に基づいて制御弁３７を開放して受熱部３４へ冷却媒体Ｗを供給し、減圧ボイラ４内の圧力を低下させる。【選択図】図２
Description
本発明は、硫黄成分を含む下水汚泥や都市ごみ等の廃棄物を燃焼炉（例えば、焼却炉）で燃焼させ、発生した燃焼排ガスから減圧ボイラで熱回収し、この熱回収した熱をバイナリー発電装置で使用して発電するようにした燃焼排ガスからの熱回収発電設備及びその制御方法に関するものであり、特に、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の腐食性ガスを含む燃焼排ガスから熱回収して発電するのに適している。
一般に、下水汚泥や都市ごみ等の廃棄物を燃焼処理する燃焼設備においては、焼却炉等の燃焼炉で廃棄物を燃焼し、発生した燃焼排ガスからボイラで熱回収し、ボイラから発生する蒸気を用いて蒸気タービン及び発電機で発電するようにしている。
しかし、前記燃焼設備においては、ボイラにより水を大気圧以上で蒸発させているため、ボイラ及び蒸気タービンを設置するには、設置者にボイラ・タービン主任技術者が必要となり、運転者に資格が必要になるうえ、設備も発電量からすると、大掛かりな設備となる。
また、前記燃焼設備においては、燃焼排ガスが硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含んでいるため、ＳＯ３の結露（ＳＯ３の濃度にもよるが、露点は１３０℃程度）による硫酸腐食対策が必要である。
一方、本件出願人は、ボイラ・タービン主任技術者等の資格が不要になると共に、腐食性の燃焼排ガスから熱回収しても腐食を引き起こさないようにした燃焼排ガスからの熱回収発電設備を開発した（特許文献１参照）。
即ち、前記燃焼排ガスからの熱回収発電設備は、図示していないが、燃焼炉内で発生した燃焼排ガスを流す煙道に設置され、燃焼排ガスを通して燃焼排ガスから熱回収すると共に、熱媒水を加熱して蒸気を発生させる内部圧が大気圧以下に保持された減圧ボイラと、低沸点の液状の冷媒を加熱、蒸発させてその蒸気でタービンを回して発電するバイナリー発電装置とを備えており、前記減圧ボイラの熱媒水を、大気圧以下で沸点が燃焼排ガス中に含まれているＳＯ３ガスの露点以上となる水溶液（臭化リチウム水溶液）とし、また、前記バイナリー発電装置の蒸発部を減圧ボイラの減圧蒸気室に設置し、減圧蒸気室内の蒸気でバイナリー発電装置の蒸発部内の冷媒を気化させるようにしたものである。
前記燃焼排ガスからの熱回収発電設備は、内部圧が大気圧以下に保持されて内部の熱媒水が大気圧以下で蒸発する減圧ボイラにより熱回収し、減圧ボイラの沸点がＳＯ３ガスの露点以上となる熱媒水を用いて燃焼排ガスから熱回収するようにしているため、ボイラ・タービン主任技術者等の資格が不要になると共に、減圧ボイラの熱吸収部での硫酸腐食を防止できる等の利点を有する。
尚、ボイラ・タービン主任技術者等の資格が不要になる減圧ボイラとしては、上述した減圧ボイラの他に特開５７−３３７０１号公報（特許文献２参照）に記載された低圧ボイラが知られている。
前記低圧ボイラは、熱媒水に臭化リチウム水溶液を使用し、大気圧以下の運転圧力で沸点がＳＯ３の結露温度（１３０℃）以上となるようにしている。また、低圧ボイラ内に予熱器及びこれに接続された熱交換器を設け、予熱器内及び熱交換器内を流れる作動流体（冷媒）を予熱、沸騰させるランキンサイクルを採用している。
しかし、前記低圧ボイラは、上述した燃焼排ガスからの熱回収発電設備のように下水汚泥等の廃棄物の燃焼により発生した燃焼排ガスから熱回収発電するものではなく、バーナによる燃焼排ガスからの熱回収発電であり、燃焼排ガスの量や温度が変動した場合の減圧ボイラ内の圧力維持、温度維持については全く記載されていない。
また、低温の熱源から熱を回収して発電を行うバイナリー発電装置としては、特開２０１３-１８１３９８号公報（特許文献３参照）に記載されたバイナリー発電装置が知られている。
前記バイナリー発電装置は、温水を熱源とし、蒸発器から排出される温水の温度を所定の温度に調整した上で発電量を最大にするようにしたものである。
しかし、前記バイナリー発電装置は、このバイナリー発電装置を上述した燃焼排ガスからの熱回収発電設備に用いると、燃焼排ガスの量や温度が急激に変化した場合に、冷媒の循環量の制御だけでは減圧ボイラの圧力、温度を許容範囲内に収めることができない。
一方、上述した燃焼排ガスからの熱回収発電設備においては、燃焼炉に投入する廃棄物の量やカロリーの変化により燃焼排ガスの量や温度が変動した場合、第１の吸熱側である減圧ボイラの圧力と温度が変動し、この変動を第２の吸熱側であるバイナリー発電装置が吸収する方向に作動するようになっている。
しかしながら、前記燃焼排ガスからの熱回収発電設備は、バイナリー発電装置の応答が敏速でないので、燃焼排ガスの変動が大きい場合やバイナリー発電装置の発電機が定格点（定格出力）に達した場合、対応できないと言う問題があった。
例えば、燃焼排ガスの量と温度が急激に増える方に変動した場合、減圧ボイラの内部圧力が上がり、熱媒水の温度と蒸発水の温度が上がる。このとき、バイナリー発電装置側で冷媒の循環量を上げて吸熱量を増やすようにしている。
ところが、バイナリー発電装置の応答が遅いので、減圧ボイラの内部圧力が上がり、最後は最大使用圧力（大気圧よりもやや小さい圧力）に設定された安全装置（安全弁等）が作動し、減圧ボイラの内部が大気と連通状態となり、大気が減圧ボイラ内に流入して減圧ボイラの内部圧力が大気と同じ圧力になる。
このように、安全装置が作動すると、一旦熱回収発電設備の運転を停止し、減圧ボイラの内部を真空ポンプにより所定の真空になるまで吸引しなくてはならず、再運転するまでに時間がかかり、運転効率や発電効率が著しく低下すると言う問題がある。
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、減圧ボイラに流入する燃焼排ガスの量が増大したり、燃焼排ガスの温度が上昇したりした場合でも、減圧ボイラが最大使用圧力を超えることなく安定した状態で連続運転できるようにした燃焼排ガスからの熱回収発電設備及びその制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明は、廃棄物を燃焼処理する燃焼炉から排出されて煙道内を流れる腐食成分を含む燃焼排ガスから熱回収して発電するようにした燃焼排ガスからの熱回収発電設備であって、燃焼排ガスを流す煙道に設置され、燃焼排ガスを通して燃焼排ガスから熱回収すると共に、熱媒水を加熱して蒸気を発生させる内部圧が大気圧以下に保持された減圧ボイラと、蒸発部が減圧ボイラの減圧蒸気室に設置され、蒸発部内を流れる低沸点の液状の冷媒を減圧蒸気室内の蒸気により加熱、蒸発させてその蒸気でタービンを回して発電するバイナリー発電装置と、減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力をそれぞれ検出する温度検出器又は圧力検出器と、減圧ボイラの減圧蒸気室に設置され、冷却媒体が流れる受熱部と、受熱部へ冷却媒体を供給する冷却媒体供給管と、冷却媒体供給管に介設され、圧力検出器からの検出信号により制御される制御弁と、を備えており、前記温度検出器又は圧力検出器からの検出信号に基づいて減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにバイナリー発電装置の低沸点の冷媒を循環させる冷媒循環ポンプを制御して発電量を制御すると共に、前記減圧ボイラ内の圧力が設定値を超えたときに、圧力検出器からの検出信号に基づいて制御弁を開放して受熱部へ冷却媒体を供給し、減圧ボイラ内の圧力を低下させる構成としたことに特徴がある。
本発明の第２の発明は、前記第１の発明において、減圧ボイラの熱媒水を、大気圧以下で沸点が燃焼排ガス中に含まれているＳＯ３ガスの露点以上となる水溶液とし、また、冷却媒体を、常温の水としたことに特徴がある。
本発明の第３の発明は、前記第１の発明又は第２の発明において、減圧ボイラの熱媒水中に過熱管を配設すると共に、当該過熱管と減圧蒸気室の蒸発部とを接続し、蒸発部で加熱された冷媒を過熱管に導き、ここで減圧ボイラの熱媒水により更に過熱するようにしたことに特徴がある。
本発明の第４の発明は、前記第１の発明、第２の発明又は第３の発明の何れかに記載の燃焼排ガスからの熱回収発電設備の制御方法であって、圧力検出器により減圧ボイラ内の圧力を検出し、減圧ボイラ内の圧力が設定値を超えたときに、制御弁を開放して受熱部へ冷却媒体を供給し、減圧ボイラ内の圧力を低下させるようにしたことに特徴がある。
本発明の第５の発明は、前記第４の発明において、減圧ボイラ内の圧力が設定圧力以下になれば、制御弁を徐々に閉めて行くようにしたことに特徴がある。
本発明によれば、減圧ボイラの蒸気減圧室内に冷却媒体が流れる受熱部を設置し、当該受熱部に冷却媒体供給管により冷却媒体を供給すると共に、前記冷却媒体供給管に減圧ボイラ内の圧力を検出する圧力検出器からの検出信号に基づいて制御される制御弁を介設し、減圧ボイラ内の圧力が設定値を超えたときに、圧力検出器からの検出信号に基づいて制御弁を開放して受熱部へ冷却媒体を供給し、減圧ボイラ内の圧力を低下させるようにしているため、減圧ボイラに流入する燃焼排ガスの量が大幅に増大したり、燃焼排ガスの温度が急激に上昇したりした場合でも、減圧ボイラが最大使用圧力を超えることなく安定した状態で連続運転することができる。
また、本発明によれば、バイナリー発電装置側にトラブル（例えば、冷媒循環ポンプの故障）が発生し、冷媒を循環させることができないような場合でも、受熱部に冷却媒体を供給し、受熱部の受熱容量をバイナリー発電装置側の受熱容量以上とすることで設備自体の運転を停止することなく、廃棄物の燃焼処理を行うことができる。
更に、本発明によれば、受熱部へ供給される冷却媒体を常温の水としているため、減圧ボイラの減圧蒸気室との温度差を大きく取れ、受熱部が燃焼排ガスと減圧ボイラや減圧ボイラと冷媒よりも早く受熱することができる。
更に、本発明によれば、減圧ボイラ内の圧力が設定圧力以下になれば、制御弁を徐々に閉めて行くようにしているため、バイナリー発電装置側の冷媒循環ポンプによる冷媒の循環量制御が追い付き、減圧ボイラの内部の圧力は常用圧力で運転されることになる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る燃焼排ガスＧからの熱回収発電設備を設置した燃焼設備を示し、当該燃焼設備は、燃焼炉１（焼却炉）からの燃焼排ガスＧを燃焼用空気予熱器２、白煙防止空気予熱器３、減圧ボイラ４、集塵装置５、洗煙装置６の順に通し、煙道７内を流れる燃焼排ガスＧから減圧ボイラ４により熱回収すると共に、回収した熱をバイナリー発電装置８に供給して発電に利用し、減圧ボイラ４を経た燃焼排ガスＧを集塵装置５及び洗煙装置６により排ガス処理した後、誘引通風機９を介して煙突１０から大気中へ放出するようにしたものである。
図１は本発明の一実施形態に係る燃焼排ガスＧからの熱回収発電設備を設置した燃焼設備を示し、当該燃焼設備は、燃焼炉１（焼却炉）からの燃焼排ガスＧを燃焼用空気予熱器２、白煙防止空気予熱器３、減圧ボイラ４、集塵装置５、洗煙装置６の順に通し、煙道７内を流れる燃焼排ガスＧから減圧ボイラ４により熱回収すると共に、回収した熱をバイナリー発電装置８に供給して発電に利用し、減圧ボイラ４を経た燃焼排ガスＧを集塵装置５及び洗煙装置６により排ガス処理した後、誘引通風機９を介して煙突１０から大気中へ放出するようにしたものである。
前記燃焼炉１は、下水汚泥や都市ごみ等の廃棄物を燃焼処理するものであり、この燃焼炉１には、ストーカ１１上で廃棄物を乾燥、燃焼、後燃焼させる従来公知のストーカ式の焼却炉が使用されている。
尚、上記の実施形態においては、燃焼炉１にストーカ式の焼却炉を使用したが、他の実施形態においては、燃焼炉１に流動床式の焼却炉を使用するようにしても良い。
前記燃焼用空気予熱器２は、燃焼炉１の下流側の煙道７に設置されており、燃焼用空気ファン１２から供給された燃焼用空気を燃焼排ガスＧにより予熱し、予熱した燃焼用空気を燃焼用空気供給ダクト１３により焼却炉１のストーカ１１下へ供給するようになっている。
前記白煙防止空気予熱器３は、燃焼用空気予熱器２の下流側の煙道７に設置されており、白煙防止ファン１４から供給された白煙防止用空気を燃焼排ガスＧにより加熱し、加熱した白煙防止用空気を白煙防止用空気供給ダクト１５により誘引通風機９の下流側の煙道７に流すようになっている。
前記集塵装置５は、燃焼用空気予熱器２、白煙防止空気予熱器３及び減圧ボイラ４を経て熱回収された燃焼排ガスＧ中の煤塵を除去するものであり、この集塵装置５には、従来公知のバグフィルターが使用されている。
尚、上記の実施形態においては、集塵装置５にバグフィルターを使用したが、他の実施形態においては、電気集塵機やセラミック集塵機等を使用するようにしても良い。
前記洗煙装置６は、装置内部に導入された燃焼排ガスＧをノズル１６から散水される水と接触させることにより燃焼排ガスＧ中の酸性ガスを除去するものであり、洗煙水を循環させる洗煙水循環ポンプ１７と、汚れた洗煙水を排出する洗煙水排出ポンプ１８と、新しい洗煙水を供給する洗煙水供給ポンプ１９とを備えている。
そして、本発明に係る燃焼排ガスＧからの熱回収発電設備は、図２に示す如く、燃焼排ガスＧを流す煙道７（白煙防止空気予熱器３とバグフィルター５との間の煙道７）に設置され、燃焼排ガスＧを通して燃焼排ガスＧから熱回収すると共に、熱媒水Ｈを加熱して蒸気を発生させる内部圧が大気圧以下に保持された減圧ボイラ４と、蒸発部２６が減圧ボイラ４の減圧蒸気室２２に設置され、蒸発部２６内を流れる低沸点の液状の冷媒Ｒを減圧蒸気室２２内の蒸気により加熱、蒸発させてその蒸気でタービン２８を回して発電するバイナリー発電装置８と、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２２の圧力をそれぞれ検出する温度検出器２３又は圧力検出器２４と、減圧ボイラ４の減圧蒸気室２２に設置され、冷却媒体Ｗが流れる受熱部３４と、受熱部３４へ冷却媒体Ｗを供給する冷却媒体供給管３５と、冷却媒体供給管３５に介設され、圧力検出器２４からの検出信号により制御される制御弁３７と、を備えており、前記温度検出器２３又は圧力検出器２４からの検出信号に基づいて減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２２の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにバイナリー発電装置８の低沸点の冷媒Ｒを循環させる冷媒循環ポンプ３１を制御して発電量を制御すると共に、減圧ボイラ４内の圧力が設定値（最大使用圧力と常用使用圧力の中間値）を超えたときに、圧力検出器２４からの検出信号に基づいて制御弁３７を開放して受熱部３４へ冷却媒体Ｗを供給し、減圧ボイラ４内の圧力を低下させるようにしたものである。
具体的には、前記減圧ボイラ４は、図２に示す如く、煙道７に接続され、内部圧が大気圧以下に保持されて熱媒水Ｈを貯留した缶体２０と、缶体２０の熱媒水Ｈを貯留した部分に貫通状に架設され、煙道７内の燃焼排ガスＧが通過する複数の煙管２１と、缶体２０内の上部側空間に形成された減圧蒸気室２２と、熱媒水Ｈの温度を検出する温度検出器２３と、減圧蒸気室２２の圧力を検出する圧力検出器２４と、減圧蒸気室２２の内部圧力が最大使用圧力（大気圧よりもやや小さい圧力）も高くなったときに減圧蒸気室２２を大気に開放する安全装置２５（例えば、安全弁）等を備えており、缶体２０内の熱媒水Ｈを複数の煙管２１内を通過する燃焼排ガスＧとの間接熱交換により加熱して蒸発させ、発生した水蒸気を減圧蒸気室２２に設置したバイナリー発電装置８の蒸発部２６に接触させて凝縮液化させると共に、蒸発部２６内を流れる冷媒Ｒを気化させるようにしている。
尚、缶体２０は、上部缶体２０ａと下部缶体２０ｂとを連結管２０ｃを介して連通状に接続した構造であり、下部缶体２０ｂ内に熱媒水Ｈが貯留されていると共に、下部缶体２０ｂに煙管２１が架設され、また、上部缶体２０ａ内の空間と下部缶体２０ｂ内の上部空間と連絡管２０ｃの空間とが減圧蒸気室２２となっている。
また、熱媒水Ｈには、大気圧以下で１００℃以上の沸点を持つ水溶液が使用されている。この水溶液の沸点は、燃焼排ガスＧ中に含まれているＳＯ３が通過する煙管２１内部で結露しない温度としている。この実施形態においては、ＳＯ３の露点が１３０℃程度であるので、水溶液の沸点を１３０℃とし、５５Ｗｔ％の臭化リチウム水溶液を熱媒水Ｈとして使用している。
前記バイナリー発電装置８は、図２に示す如く、蒸発部２６、過熱管２７、タービン２８、発電機２９、凝縮部３０、冷媒循環ポンプ３１、冷媒循環用配管３２及び制御盤３３等を備えており、前記蒸発部２６、過熱管２７、タービン２８、凝縮部３０及び冷媒循環ポンプ３１を冷媒循環用配管３２により閉ループ状に接続し、閉ループ内で低沸点の冷媒Ｒ（例えば、ペンタンやアンモニア等）を蒸発部２６、過熱管２７、タービン２８、凝縮部３０、冷媒循環ポンプ３１の順に循環させて蒸発部２６に戻すようにしている。
このバイナリー発電装置８は、その蒸発部２６が減圧ボイラ４の減圧蒸気室２２に設置されており、減圧蒸気室２２内の蒸気により蒸発部２６内の低沸点の液状の冷媒Ｒを気化させ、この気化した冷媒Ｒを過熱管２７に導いてここで１３０℃の熱媒水Ｈにより更に過熱し、この過熱された冷媒Ｒでタービン２８を回して発電機２９で発電するようになっている。タービン２８を回した蒸気は、凝縮部３０で冷却されて液状の冷媒Ｒとなって蒸発部２６に戻る。蒸発部２６に戻った液状の冷媒Ｒは、ここで減圧蒸気室２２内の蒸気により再び加熱されて気化し、過熱管２７に流入してここで熱媒水Ｈにより更に過熱された後、タービン２８に供給されてタービン２８を回す。
このように、前記バイナリー発電装置８では、タービン２８を回す役目を果たす冷媒Ｒが蒸気と液化を繰り返しながら閉ループ内を循環するようになっている。尚、減圧ボイラ４の減圧蒸気室２２に設置される蒸発部２６は、折り曲げ形成した蒸発管２６ａを減圧蒸気室２２に配設することにより構成されている。
また、前記バイナリー発電装置８は、減圧ボイラ４に設けた温度検出器２３又は圧力検出器２４により減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２２の圧力をそれぞれ検出し、これらの検出信号に基づいて減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２２の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるように制御盤３３により低沸点の冷媒Ｒを循環させる冷媒循環ポンプ３１を制御し、発電量を制御するように構成されている。
前記受熱部３４は、折り曲げ形成した受熱管３４ａを減圧ボイラ４の減圧蒸気室２２に配設することにより形成されており、この受熱部３４の入口側の受熱管３４ａには、受熱部３４へ冷却媒体Ｗを供給する冷却媒体供給管３５が接続され、受熱部３４の出口側の受熱管３４ａには、受熱された冷却媒体Ｗを排出するための冷却媒体排出管３６が接続されている。尚、冷却媒体Ｗには、常温の水が使用されている。ここで常温の水とは、加熱も冷却もしていない水を意味する。また、この水は、スケール障害や腐食障害を引き起こす成分が取り除かれている。
冷却媒体Ｗを供給する冷却媒体供給管３５には、制御弁３７が介設されている。この制御弁３７は、減圧ボイラ４内の圧力が設定値（最大使用圧力と常用使用圧力の中間値）を超えたときに、圧力検出器２４からの検出信号に基づいて制御盤３３により開放制御されるようになっている。これにより、冷却媒体Ｗは、冷却媒体供給管３５から受熱部３４へ供給され、ここで減圧蒸気室２２内の蒸気から受熱し、減圧ボイラ４内の圧力を安全装置２５が作動しない圧力まで低下させる。尚、受熱部３４を通過して加熱された冷却媒体Ｗ（加熱されて温水となった水）は、他のプロセス（例えば、温水プール等）において２次利用されている。
次に、上述した燃焼排ガスＷから熱回収発電設備を設置した燃焼設備を用いて下水汚泥を燃焼処理する場合について説明する。
燃焼炉１内に供給された下水汚泥は、ストーカ１１上で乾燥、燃焼、後燃焼されて炉外へ排出される。尚、下水汚泥の含水率は、７０％とした。
燃焼により発生した燃焼排ガスＧは、燃焼炉１から排出されて燃焼用空気予熱器２及び白煙防止空気予熱器３で熱回収されてその温度が約６５０℃になる。燃焼用空気予熱器２により予熱された燃焼用空気は、燃焼用空気供給ダクト１３によりストーカ１１下へ供給されて燃焼に使用され、白煙防止空気予熱器３により予熱された白煙防止用空気は、白煙防止用空気供給ダクト１５により誘引通風機９の下流側の煙道７に供給される。
白煙防止空気予熱器３を通過した燃焼排ガスＧは、煙道７を通って減圧ボイラ４に流入し、煙管２３内を通過する間に熱吸収されて約１８０℃で集塵装置５に送られ、ここで燃焼排ガスＧ中に含まれる煤塵が除去される。
煤塵が除去された燃焼排ガスＧは、煙道７を通って洗煙装置６に送られ、ここで水噴霧により燃焼排ガスＧ中に含まれる酸性ガスが除去された後、誘引通風機９を経て白煙防止用空気と混合されて煙突１０から大気中へ放出される。
そして、熱回収発電設備の減圧ボイラ４においては、缶体２０内が大気圧以下に保たれており、熱媒水Ｈが満たされている。この熱媒水Ｈは、大気圧以下で１００℃以上の沸点を持っており、燃焼排ガスＧ中に含まれているＳＯ３が通過する減圧ボイラ４の煙管２３内部で結露しない温度としている。この実施形態においては、ＳＯ３の露点が１３０℃であるので、熱媒水Ｈの沸点を１３０℃としている。このときの減圧ボイラ４の煙管２１の表面温度は、約１４０℃となり、腐食が防止される。
減圧ボイラ４の煙管２１を介して燃焼排ガスＧから受熱した熱媒水Ｈは、沸騰して９０℃の蒸気を発生する。この発生した蒸気は、減圧ボイラ４の減圧蒸気室２２に設置したバイナリー発電装置８の蒸発部２６の蒸発管２６ａに接触して凝縮し、蒸発管２８ａ内を流れる冷媒Ｒに熱を与える。尚、蒸発部２６での熱交換により凝縮したドレン水は、下部缶体２０ａに貯留されている熱媒水Ｈ側へ流下する。
蒸発部２６の蒸発管２６ａ内を流れる冷媒Ｒは、受熱することにより液体から気体へと気化する。この気化した冷媒Ｒは、過熱管２７に導かれ、ここで減圧ボイラ４の１３０℃の熱媒水Ｈから受熱して１２０℃に過熱されてバイナリー発電装置８のタービン２８に送られ、タービン羽根を回転させて発電機２９で発電させる。
タービン２８から排出された気化した冷媒Ｒは、凝縮部３０に送られてここで冷却水により冷却されて液状の冷媒Ｒとなり、冷媒循環ポンプ３１により蒸発部２６へ戻る。
以下、上述したサイクルを繰り返す。
以下、上述したサイクルを繰り返す。
次に、熱回収発電設備の減圧ボイラ４の制御について説明する。
下水汚泥の燃焼量や発熱量が低下したときには、減圧ボイラ４の入口温度と燃焼排ガスＧの流量が低下するので、減圧ボイラ４での吸収熱量も低下する。そのとき減圧ボイラ４の内部圧力（減圧蒸気室２２の圧力）も低下する。減圧ボイラ４の内部圧力が低下すると、熱媒水Ｈの飽和温度も低下するので減圧ボイラ４の煙管２１内部の温度が低下する。そのため、煙管２１内部の温度がＳＯ３の露点以下となる。その結果、減圧ボイラ４の煙管２１がＳＯ３の結露による硫酸腐食を引き起こすことがある。
この現象（煙管２１の硫酸腐食）を防止するため、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２２の圧力を温度検出器２３又は圧力検出器２４によりそれぞれ検出し、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２２の圧力が設定値以下になると、温度検出器２３又は圧力検出器２４からの検出信号がバイナリー発電装置８の制御盤３３に送られて発電量を下げる。発電量を下げるには、制御盤３３により冷媒循環ポンプ３１の回転数を下げて冷媒Ｒの循環量を落とす。冷媒Ｒの循環量が下がると、蒸発部２６での吸収熱量が下がっても、タービン２８の入口冷媒条件は保たれる。
反対に、下水汚泥の燃焼量や発熱量が上昇したときには、減圧ボイラ４の入口温度と燃焼排ガスＧの流量が上昇するので、減圧ボイラ４の吸収熱量も上昇する。そのとき減圧ボイラ４の内部圧力（減圧蒸気室２２の圧力）も上昇する。
減圧ボイラ４の内部圧力が上昇して設定圧力以上になると、安全装置２５（安全弁）が開く方向に作動して減圧ボイラ４内の圧力を逃がし、大気圧と減圧ボイラ４の内部圧力が同じになる。
しかし、この場合、減圧ボイラ４の再起動時に減圧ボイラ４の内部を減圧して大気圧以下にするために真空ポンプ（図示省略）が必要になる。
このような作業や手間をかけると、費用と時間がかかるので出来るだけ避けたい。この現象を防止するために、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２２の圧力を温度検出器２３又は圧力検出器２４によりそれぞれ検出し、減圧ボイラ４の熱媒水Ｈの温度又は減圧蒸気室２２の圧力が設定値以上になると、温度検出器２３又は圧力検出器２４からの検出信号がバイナリー発電装置８の制御盤３３に送られて発電量を上げる。発電量を上げるには、制御盤３３により冷媒循環ポンプ３１の回転数を上げて冷媒Ｒの循環量を増やす。冷媒Ｒの循環量が増えると、蒸発部２６での吸収熱量が上っても、タービン２８の入口冷媒条件は保たれる。
このように、下水汚泥の燃焼量や発熱量が変化した場合、バイナリー発電装置８の冷媒Ｒの循環量による制御は、バイナリー発電装置８側の受熱速度が減圧ボイラ４側の受熱速度と同等か又はそれ以上の場合に成り立つものであり、減圧ボイラ４側の受熱速度が大きく、減圧ボイラ４内の熱媒水Ｈの保有量が少ない場合には、減圧ボイラ４の圧力が上昇することになる。また、燃焼排ガスＧの量や温度の変動が大きい場合には、減圧ボイラ４内の圧力が最大使用圧力（大気圧よりやや小さい圧力）を超える場合がある。その結果、安全装置２５が作動することになる。
そこで、燃焼排ガスＧの量や温度の変動が大きい場合、即ち、燃焼排ガスＧの量が増大したり、燃焼排ガスＧの温度が上昇したりした場合、受熱部３４及び制御弁３７等を制御して減圧ボイラ４の安全制御を行う。
燃焼排ガスＧの量や温度が変動して減圧ボイラ４内の圧力が設定値（最大使用圧力と常用使用圧力の中間値）を超えた場合、圧力検出器２４からの検出信号が制御盤３３に入力され、制御盤３３により制御弁３７が開放制御される。
これにより、冷却媒体Ｗが冷却媒体供給管３５を通して受熱部３４の受熱管３４ａへ供給され、ここで減圧蒸気室２２内の蒸気から受熱し、減圧蒸気室２２内の温度を下げると共に、減圧ボイラ４内の圧力を安全装置２５が作動しない圧力まで低下させる。このとき、受熱部３４の受熱管３４ａは、自然対流や強制対流による伝熱よりも熱伝達率が高い凝縮熱伝達を伴い、また、受熱管３４ａを流れている受熱体である冷却媒体Ｗに常温の水を使用しているため、減圧蒸気室２２との温度差も大きく取れ、燃焼排ガスＧと減圧ボイラ４（第１の受熱部）や減圧ボイラ４と冷媒Ｒ（第２の受熱部）よりも早く受熱することができる。
減圧蒸気室２２に設置した受熱部３４により受熱し、減圧ボイラ４内の圧力が設定圧力以下になれば、制御盤３３により制御弁３７を徐々に閉じて行く。このとき、制御弁３７を徐々に閉じて行くので、バイナリー発電装置８側の冷媒循環ポンプ３１による冷媒Ｒの循環量制御が追い付き、減圧ボイラ４の内部の圧力は常用圧力で運転されることになる。最終的には、制御弁３７を完全に閉塞し、受熱部３４への冷却媒体Ｗの供給を停止する。
このように、上述した熱回収発電設備によれば、減圧ボイラ４内の圧力が設定値（最大使用圧力と常用使用圧力の中間値）を超えたときに、圧力検出器２４からの検出信号に基づいて制御弁３７を開放して受熱部３４へ冷却媒体Ｗを供給し、減圧ボイラ４内の圧力を低下させるようにしているため、減圧ボイラ４に流入する燃焼排ガスＧの量が大幅に増大したり、燃焼排ガスＧの温度が急激に上昇したりした場合でも、減圧ボイラ４が最大使用圧力を超えることなく安定した状態で連続運転することができる。
また、バイナリー発電装置８側にトラブル（例えば、冷媒循環ポンプ３１の故障）が発生し、冷媒Ｒを循環させることができないような場合でも、受熱部３４に冷却媒体Ｗを供給し、受熱部３４の受熱容量をバイナリー発電装置８側の受熱容量以上とすることで設備自体の運転を停止することなく、廃棄物の燃焼処理を行うことができる。
１は焼却炉、２は燃焼用空気予熱器、３は白煙防止空気予熱器、４は減圧ボイラ、５は集塵装置、６は洗煙装置、７は煙道、８はバイナリー発電装置、９は誘引通風機、１０は煙突、１１はストーカ、１２は燃焼用空気ファン、１３は燃焼用空気供給ダクト、１４は白煙防止ファン、１５は白煙防止用空気供給ダクト、１６はノズル、１７は洗煙水循環ポンプ、１８は洗煙水排出ポンプ、１９は洗煙水供給ポンプ、２０は缶体、２０ａは上部缶体、２０ｂは下部缶体、２０ｃは連絡管、２１は煙管、２２は減圧蒸気室、２３は温度検出器、２４は圧力検出器、２５は安全装置、２６は蒸発部、２６ａは蒸発管、２７は過熱管、２８はタービン、２９は発電機、３０は凝縮部、３１は冷媒循環ポンプ、３２は冷媒循環用配管、３３は制御盤、３４は受熱部、３４ａは受熱管、３５は冷却媒体供給管、３６は冷却媒体排出管、３７は制御弁、Ｇは燃焼排ガス、Ｈは熱媒水、Ｒは冷媒、Ｗは冷却媒体。
Claims (5)
- 廃棄物を燃焼処理する燃焼炉から排出されて煙道内を流れる腐食成分を含む燃焼排ガスから熱回収して発電するようにした燃焼排ガスからの熱回収発電設備であって、燃焼排ガスを流す煙道に設置され、燃焼排ガスを通して燃焼排ガスから熱回収すると共に、熱媒水を加熱して蒸気を発生させる内部圧が大気圧以下に保持された減圧ボイラと、蒸発部が減圧ボイラの減圧蒸気室に設置され、蒸発部内を流れる低沸点の液状の冷媒を減圧蒸気室内の蒸気により加熱、蒸発させてその蒸気でタービンを回して発電するバイナリー発電装置と、減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力をそれぞれ検出する温度検出器又は圧力検出器と、減圧ボイラの減圧蒸気室に設置され、冷却媒体が流れる受熱部と、受熱部へ冷却媒体を供給する冷却媒体供給管と、冷却媒体供給管に介設され、圧力検出器からの検出信号により制御される制御弁と、を備えており、前記温度検出器又は圧力検出器からの検出信号に基づいて減圧ボイラの熱媒水の温度又は減圧蒸気室の圧力が所定の温度又は圧力に保たれるようにバイナリー発電装置の低沸点の冷媒を循環させる冷媒循環ポンプを制御して発電量を制御すると共に、前記減圧ボイラ内の圧力が設定値を超えたときに、圧力検出器からの検出信号に基づいて制御弁を開放して受熱部へ冷却媒体を供給し、減圧ボイラ内の圧力を低下させる構成としたことを特徴とする燃焼排ガスからの熱回収発電設備。
- 減圧ボイラの熱媒水を、大気圧以下で沸点が燃焼排ガス中に含まれているＳＯ３ガスの露点以上となる水溶液とし、また、冷却媒体を、常温の水としたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼排ガスからの熱回収発電設備。
- 減圧ボイラの熱媒水中に過熱管を配設すると共に、当該過熱管と減圧蒸気室の蒸発部とを接続し、蒸発部で加熱された冷媒を過熱管に導き、ここで減圧ボイラの熱媒水により更に過熱するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼排ガスからの熱回収発電設備。
- 請求項１、請求項２又は請求項３の何れかに記載の燃焼排ガスからの熱回収発電設備の制御方法であって、圧力検出器により減圧ボイラ内の圧力を検出し、減圧ボイラ内の圧力が設定値を超えたときに、制御弁を開放して受熱部へ冷却媒体を供給し、減圧ボイラ内の圧力を低下させるようにしたことを特徴とする燃焼排ガスからの熱回収発電設備の制御方法。
- 減圧ボイラ内の圧力が設定圧力以下になれば、制御弁を徐々に閉めて行くようにしたことを特徴とする請求項４に記載の燃焼排ガスからの熱回収発電設備の制御方法。
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