CN102144127B - 废弃物的燃烧发电方法及其燃烧设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有效地利用通过对来自废弃物燃烧炉的高温气体进行冷却洗净而产生的大量的湿润气体的热能的焚烧法。在废弃物的燃烧发电方法中，将废弃物供给到燃烧炉(1)以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉(1)的燃烧气体喷出到收容有冷却溶解液的溶解冷却槽(4)内，使燃烧废气与冷却溶解液直接接触以产生湿气，本方法的特征在于，向使用了工作介质的发电设备(10)直接提供上述湿气(G)、或者提供与湿气(G)进行了热交换的热回收介质，从而驱动该发电设备(10)。

Description

废弃物的燃烧发电方法及其燃烧设备
技术领域
本发明涉及废弃物尤其是液态废弃物的燃烧方法及其燃烧装置，例如涉及用于使由于含有有机物或有害物质而无法直接排出的废弃物燃烧来进行无害化处理的废弃物的燃烧方法以及燃烧装置。
而且，本发明还涉及如下的废弃物的燃烧发电方法及其燃烧设备：将废弃物、尤其是液态废弃物提供给燃烧炉使其燃烧，并且将上述燃烧炉中的燃烧气体喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽内，使燃烧气体与冷却溶解液直接接触，基于产生的湿气(wetgas)所具有的热来进行发电。
背景技术
液态废弃物即废液的大部分是水分，其余为有机物和无机物，该液态废弃物产生于以石油化学工业为首的所有产业领域和民生领域之中，其中，例如由于含有有机物或有害物质而无法直接排出到外部的废液必须要经过无害化处理。而作为这种无害化处理的一种方法，存在通过向燃烧炉(焚烧炉)以雾状喷出废液并使其在高温下燃烧来进行的高温氧化处理即焚烧处理，因其能够处理大量的废液而被广泛应用。另外，气态废弃物即废气也与上述废液一起被处理，或者废气被单独处理。
作为这种用于使废弃物燃烧来进行处理的燃烧方法，本申请人提出了这样的方法：如专利文献1所公开的那样，使二苄基甲苯(ジベンジルトルエン)或高分子油等热介质在上述燃烧炉的外壁部分循环以控制其温度和炉内表面温度，由此实现内衬于燃烧炉内壁的耐火物的寿命的延长。即，在这种燃烧方法中，燃烧炉的外壁部分形成为夹套结构从而能够被提供上述热介质，通过控制该热介质的温度来冷却炉内壁以使其表面温度处于适当范围内，由此将来自于废弃物中的碱性成分的碱性熔融盐涂覆于炉内壁的内衬耐火物表面从而形成自我保护膜，因而防止了对该耐火物的侵蚀，实现了其寿命的延长。
然而，关于这样提供给燃烧炉的热介质，在如上所述对炉内壁的上述耐火物进行冷却以控制其表面温度的同时，热介质自身被加热并从燃烧炉返还，并且在该循环路径的途中被冷却而再次回到燃烧炉，由于从燃烧炉返还的热介质的温度较高，因此回收该能量加以有效使用变得很重要。
但是，在上述现有的燃烧方法之中，由于热介质本身是如上所述的二苄基甲苯或高分子油这样的化合物，因此难以将其抽出到燃烧装置的系统之外来使用该能量，而且还不得不限定使用的用途，例如对于从燃烧炉返还的高温的热介质，顶多也就是在该燃烧装置系统内的上述循环路径的途中与冷却水之间进行热交换，或者抽出该热介质的一部分使其与冷却水之间进行热交换，抑或是用作直接对提供给燃烧炉的废弃物进行加热以使其蒸发浓缩的加热源。
因此，作为能够更为直接且高效并且多目的地使用由废弃物燃烧产生的能量的废弃物的燃烧方法以及燃烧装置，本申请人如专利文献2所示，提出了一种在废弃物的燃烧炉的外壁流通冷却水来冷却燃烧炉、并将进行了冷却后的被加热的冷却水作为蒸气进行回收、例如作为锅炉的蒸气进行回收的技术，而且其有效性已得到验证。
另一方面，专利文献3中提出了这样的技术：将废弃物在燃烧炉中的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的湿气所具备的能量与吸收式热泵组合起来有效地加以利用。
专利文献1：日本特许第3394085号公报
专利文献2：日本特开2003-222320号公报
专利文献3：日本特开平8-261600号公报
如上所述，以往只停留于个别的蒸气的使用，能量的利用效率并不足够高。
发明内容
因此，本发明人等的着眼点在于，废弃物燃烧时产生的热量(能量)是巨大的，在燃烧炉的外壁流通冷却水等热介质，如果能够将流通后的被加热的热介质所具备的能量、和实现了燃烧废气与冷却溶解液的直接接触后的湿气所具备的能量这两者有效地利用于发电，则有助于削减CO2的产生，并且能够实现节能。
因此，本发明的主要课题在于提供一种将燃烧废弃物时产生的热量有效地利用于发电、能够充分实现节能的很好的废弃物的燃烧方法及其燃烧装置。
【第一方面所述的发明】
第一方面所述的发明是一种废弃物的燃烧方法，在该废弃物的燃烧方法中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，实现上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触，该废弃物的燃烧方法的特征在于，将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的湿气的热直接或间接地作为使用了工作介质的发电设备的加热源。
(作用效果)
对于将废弃物在燃烧炉中的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，并将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的饱和湿润气体(湿气)作为加热源，通过使用了工作介质的发电装置、即所谓的兰金循环来驱动膨胀涡轮进行发电这一技术是否可行，进行了锐意研究，发现能够进行高效的发电。
直接将湿气提供给蒸发器的方法、或者与其他热回收介质(水等)进行热交换并在蒸发器中共享上述热回收介质的方法都可以高效地进行发电。
【第二方面所述的发明】
第二方面所述的发明是一种废弃物的燃烧方法，在该废弃物的燃烧方法中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，实现上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触，该废弃物的燃烧方法的特征在于，采用了废弃物的燃烧设备，在该废弃物的燃烧设备中，蒸发器-膨胀涡轮和发电机-冷凝器-升压泵按此顺序构成有机工作介质的循环系统，而且在上述废弃物的燃烧设备中设有热交换器，该热交换器使膨胀涡轮和冷凝器之间相对于升压泵和蒸发器之间进行热交换，将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的湿气作为上述蒸发器的加热源。
【第三方面所述的发明】
第三方面所述的发明是一种废弃物的燃烧方法，在该废弃物的燃烧方法中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，实现上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触，该废弃物的燃烧方法的特征在于，采用了废弃物的燃烧设备，在该废弃物的燃烧设备中，蒸发器-加热器-膨胀涡轮和发电机-冷凝器-升压泵按此顺序构成有机工作介质的循环系统，而且在上述废弃物的燃烧设备中设有热交换器，该热交换器使膨胀涡轮和冷凝器之间相对于升压泵和蒸发器之间进行热交换，将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的湿气作为上述蒸发器的加热源，在上述燃烧炉的外壁流通热介质，以实现对上述燃烧炉的炉壁的保护，将流通后的热介质所具有的热作为上述加热器的加热源。
(第二方面和第三方面所述的发明的作用效果)
第二方面和第三方面所述的发明是利用湿气所具备的热借助蒸发器对有机工作介质进行加热，并驱动膨胀涡轮来进行发电的。
此处，湿气表现出与在一般的水-水蒸气系统中工作的兰金循环大为不同的温度-热量变化。即，图8示出了湿气随温度的变化。图8表示在作为典型的废弃物燃烧条件的分解温度为950℃、冷却槽的出口压力为0.113MPa的情况下的温度-热量变化，纵轴是温度，横轴是每单位时间的热量。
对此进行说明，水-水蒸气系统中的加热气体的温度-热量变化大致恒定地发生变化(表现出大致恒定的热量释放变化)。与此相对，如果是湿气的话，则参见图8的“湿气热量变化”曲线，表现出这样的趋势：伴随着温度降低，水蒸气开始凝结，但直到大约80℃为止都是在保有大量热量的状态下缓慢变化，而此后急剧地释放热量。
而且，当使用加热气体构成通过蒸发器(热交换器)进行加热的兰金循环的情况下，需要相对于加热气体的温度-热量变化取得温度差，因而需要设定成在如图8的“加热气体蒸发器(1)”的线所示的条件下进行蒸发操作。
与此相对，当使用湿气构成通过蒸发器(热交换器)进行加热的兰金循环的情况下，湿气直到大约80℃为止都在保有大量热量的状态下缓慢变化，因此能够在相对于湿气的温度-热量变化取得所需的温度差的同时，设定成在如图8的“湿气蒸发器(2)”的线所示的条件下进行蒸发操作。即，兰金循环中从冷凝器到提供给蒸发器为止所需的预热能够按照与“湿气热量变化”曲线的温度急剧降低的区域大致相同的变化比例来进行，在该预热之后，能够在蒸发器中通过湿气在确保所需的温度差的同时对工作介质的蒸发所需的大量热量进行加热。
如以上说明可知，根据本发明的方法，湿气能够在从凝结初期起降低大约15℃温度的范围内释放出全部可利用热量的大约70％～80％，能够将其用于工作介质的蒸发。对于此后急剧的温度降低，将其用于工作介质的预热，由此能够实现大致完全的热回收。因此，能够将湿气的热以显著的高效率应用于工作介质的加热。
此处，由于工作介质的蒸发压力低，因而膨胀涡轮处的有效的焓降不大。然而膨胀涡轮处的发电量很大程度上受到工作介质的蒸发量支配。本发明中的湿气的温度大约为86℃～92℃，所使用的温度并不很高(被称作“低位热”)，而湿气的量在与燃烧废气的量相等的程度下容积更大，而且水蒸气的作为潜热而具备的热量很大。其结果为，能够使工作介质大量蒸发，因而膨胀涡轮处的发电量增大。
另一方面，在废弃物的燃烧炉外壁流通冷却水，以冷却燃烧炉，进行了冷却后的被加热的冷却水能够作为具备大约95℃～100℃的温度的蒸气(以下也将其称作“加热废蒸气”。该加热废蒸气具有被称作“中位热”的温度)进行回收。其中，加热废蒸气的量为湿气的量的大约10％～15％，加热废蒸气的量很少。但是，如图8中“湿气的加热器(3)”所示，即便加热废蒸气的量很少，也能够作为工作流体的温度上升量有效加以热回收。
【第四方面所述的发明】
第四方面所述的发明是一种废弃物的燃烧方法，在该废弃物的燃烧方法中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，实现上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触，该废弃物的燃烧方法的特征在于，采用了废弃物的燃烧设备，在该废弃物的燃烧设备中，蒸发器-对该蒸发器中的蒸发蒸气进行气液分离的分离部-膨胀涡轮和发电机-冷凝器-升压泵按此顺序构成多成分工作介质的第1循环系统，在上述废弃物的燃烧设备中构成有第2循环系统，该第2循环系统使在上述分离部分离出的低浓度工作介质在上述膨胀涡轮和上述冷凝器之间与涡轮废气合流，在上述废弃物的燃烧设备中还设有热交换器，该热交换器使上述第2循环系统相对于升压泵和蒸发器之间进行热交换，将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的湿气作为上述蒸发器的加热源。
【第五方面所述的发明】
第五方面所述的发明是一种废弃物的燃烧方法，在该废弃物的燃烧方法中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，实现上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触，该废弃物的燃烧方法的特征在于，采用了废弃物的燃烧设备，在该废弃物的燃烧设备中，蒸发器-加热器-对该加热器中的蒸发蒸气进行气液分离的分离部-膨胀涡轮和发电机-冷凝器-升压泵按此顺序构成多成分工作介质的第1循环系统，在上述废弃物的燃烧设备中构成有第2循环系统，该第2循环系统使在上述分离部分离出的低浓度工作介质在上述膨胀涡轮和上述冷凝器之间与涡轮废气合流，在上述废弃物的燃烧设备中还设有热交换器，该热交换器使上述第2循环系统相对于升压泵和蒸发器之间进行热交换，将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的湿气作为上述蒸发器的加热源，在上述燃烧炉的外壁流通热介质，以实现对上述燃烧炉的炉壁的保护，将流通后的热介质所具有的热作为上述加热器的加热源。
(第四方面和第五方面所述的发明的作用效果)
本发明中的工作介质的例子将在后面加以叙述，但在有机工作介质的情况下，其蒸发温度是恒定不变的温度。因此，即便使有机工作介质的蒸发温度接近湿气的入口温度，也不能提高发电效率。
但是，如果工作介质为多成分介质、例如水-氨，则会像吸收剂和制冷剂那样、即便在蒸发中也会出现成分的变化，因此能够使多成分工作介质的蒸发温度接近湿气的入口温度。另外，在蒸发器的出口处，工作介质不会完全蒸发，因此能够将通过蒸发制冷剂而残留下来的稀薄液体与膨胀涡轮的废气混合从而降低凝结压力，能够增大膨胀涡轮处的焓降(劳伦兹法则)，因而发电效率高。
【第六方面所述的发明】
第六方面所述的发明是根据第二至第五方面中的任一方面所述的废弃物的燃烧方法，其中，将通过了上述蒸发器后的湿气引导至具有发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器的吸收式热泵的上述发生器，以驱动吸收式热泵，并且使该吸收式热泵的上述蒸发器与上述工作介质的循环系统的冷凝器兼用。
(作用效果)
如上所述，湿气虽然温度低，然而生成容量大。因此，即使在蒸发器中被带走了加热所需的量，也还存在余热。因此，除了能够驱动吸收式热泵而用于其它热源(例如用作锅炉的热源)，还能够使吸收式热泵的蒸发器与工作介质的循环系统的冷凝器兼用，从而使得设备结构更为简单。
【第七方面所述的发明】
第七方面所述的发明是一种废弃物的燃烧设备，在该废弃物的燃烧设备中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，实现上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触，上述废弃物的燃烧设备的特征在于，蒸发器-膨胀涡轮和发电机-冷凝器-升压泵按此顺序构成有机工作介质的循环系统，在上述废弃物的燃烧设备中还设有热交换器，该热交换器使膨胀涡轮和冷凝器之间相对于升压泵和蒸发器之间进行热交换，上述废弃物的燃烧设备构成为将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的湿气作为上述蒸发器的加热源。
(作用效果)
具有与第二方面的发明相同的作用效果。
【第八方面所述的发明】
第八方面所述的发明是一种废弃物的燃烧设备，在该废弃物的燃烧设备中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，实现上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触，上述废弃物的燃烧设备的特征在于，蒸发器-加热器-膨胀涡轮和发电机-冷凝器-升压泵按此顺序构成有机工作介质的循环系统，在上述废弃物的燃烧设备中还设有热交换器，该热交换器使膨胀涡轮和冷凝器之间相对于升压泵和蒸发器之间进行热交换，上述废弃物的燃烧设备构成为，将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的湿气作为上述蒸发器的加热源，在上述燃烧炉的外壁流通热介质，以实现对上述燃烧炉的炉壁的保护，将流通后的热介质所具有的热作为上述加热器的加热源。
(作用效果)
具有与第三方面的发明相同的作用效果。
【第九方面所述的发明】
第九方面所述的发明是一种废弃物的燃烧设备，在该废弃物的燃烧设备中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，实现上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触，上述废弃物的燃烧设备的特征在于，蒸发器-对该蒸发器中的蒸发蒸气进行气液分离的分离部-膨胀涡轮和发电机-冷凝器-升压泵按此顺序构成多成分工作介质的第1循环系统，在上述废弃物的燃烧设备中构成有第2循环系统，该第2循环系统使在上述分离部分离出的低浓度工作介质在上述膨胀涡轮和上述冷凝器之间与涡轮废气合流，在上述废弃物的燃烧设备中还设有热交换器，该热交换器使上述第2循环系统相对于升压泵和蒸发器之间进行热交换，上述废弃物的燃烧设备构成为将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的湿气作为上述蒸发器的加热源。
(作用效果)
具有与第四方面的发明相同的作用效果。
【第十方面所述的发明】
第十方面所述的发明是一种废弃物的燃烧设备，在该废弃物的燃烧设备中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，实现上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触，上述废弃物的燃烧设备的特征在于，蒸发器-加热器-对该加热器中的蒸发蒸气进行气液分离的分离部-膨胀涡轮和发电机-冷凝器-升压泵按此顺序构成多成分工作介质的第1循环系统，在上述废弃物的燃烧设备中构成有第2循环系统，该第2循环系统使在上述分离部分离出的低浓度工作介质在上述膨胀涡轮和上述冷凝器之间与涡轮废气合流，在上述废弃物的燃烧设备中还设有热交换器，该热交换器使上述第2循环系统相对于升压泵和蒸发器之间进行热交换，上述废弃物的燃烧设备构成为，将实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液的直接接触后的湿气作为上述蒸发器的加热源，在上述燃烧炉的外壁流通热介质，以实现对上述燃烧炉的炉壁的保护，将流通后的热介质所具有的热作为上述加热器的加热源。
(作用效果)
具有与第五方面的发明相同的作用效果。
【第十一方面所述的发明】
第十一方面所述的发明是一种废弃物的燃烧发电方法，在该废弃物的燃烧发电方法中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，使燃烧废气与冷却溶解液直接接触以产生湿气，上述废弃物的燃烧发电方法的特征在于，将上述湿气提供给对流式热回收塔，在该流式热回收塔的后级具有背压单元，在该流式热回收塔的下方具有上述湿气的入口，在该流式热回收塔的上方具有所加热的热回收介质的入口，在该流式热回收塔中，湿气与上述介质以对流方式接触，将加热后的热回收介质提供给使用了工作介质的发电设备，从而驱动该发电设备。
(作用效果)
在本发明中，在后级具有背压单元的对流式热回收塔中，使湿气与热回收介质(水)以对流方式接触，即在高压下使湿气的水分凝结以加热热回收介质，在热交换器中以液态使该加热后的热回收介质与工作介质进行热交换，因此与在气液状态下进行热交换的情况相比，传热系数变高，而且热交换器为小型热交换器即可，具有经济性。此外，还能够充分用作发电装置的蒸发器中的蒸发用热源。在作为工作介质的蒸发器的热源的情况下，在与气体进行热交换时，例如需要使用带蒸发罐的热交换器，然而在使用热回收介质时，例如能够使用在传热系数方面具有高性能的板式热交换器，能对热交换器的小型化和成本降低带来较大优势。
【第十二方面所述的发明】
第十二方面所述的发明是根据第十一方面所述的废弃物的燃烧发电方法，其中，使用文丘里洗涤器作为上述背压单元。
(作用效果)
通过采用文丘里洗涤器作为上述背压单元，能够兼具背压单元以及在将燃烧气体释放到大气中时所需的除尘工序，有助于设备成本的降低。
【第十三方面所述的发明】
第十三方面所述的发明是根据第十一或第十二方面所述的废弃物的燃烧发电方法，其中，在上述燃烧炉与上述对流式热回收塔之间进行湿气的除尘。
(作用效果)
通过进行上述除尘，能够抑制废气中的尘埃成分导致的热回收介质的污染，其结果为，能够防止转移到热回收介质中的尘埃成分作为水垢而附着于发电装置的热交换器的传热面而使得传热系数降低这一情况。
【第十四方面所述的发明】
第十四方面所述的发明是一种废弃物的燃烧发电设备，其特征在于，该废弃物的燃烧发电设备具有：使废弃物燃烧的燃烧炉；湿气产生单元，其将上述燃烧炉的燃烧气体喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽内，使燃烧气体与冷却溶解液直接接触以产生湿气；对流式热回收塔，在该对流式热回收塔的下方具有上述湿气的入口，在该对流式热回收塔的上方具有热回收介质的入口，湿气与上述热回收介质在该对流式热回收塔中以对流方式接触；背压单元，其设置于对流式热回收塔的后级；以及使用了工作介质的发电设备，将上述加热后的热回收介质提供给上述发电设备，从而驱动该发电设备。
(作用效果)
具有与第十一方面相同的作用效果。
【第十五方面所述的发明】
第十五方面所述的发明是根据第十四方面所述的废弃物的燃烧发电设备，其中，上述背压单元是文丘里洗涤器。
(作用效果)
具有与第十二方面相同的作用效果。
【第十六方面所述的发明】
第十六方面所述的发明是根据第十四或第十五方面所述的废弃物的燃烧发电设备，其中，在上述燃烧炉与上述对流式热回收塔之间具有湿气的除尘单元。
(作用效果)
具有与第十三方面相同的作用效果。
【第十七方面所述的发明】
第十七方面所述的发明是根据第十四至第十六方面中任一方面所述的废弃物的燃烧发电设备，其中，上述对流式热回收塔具有上下两级的上部对流接触部和下部对流接触部，上述发电设备具有工作介质的预热器、蒸发器、带发电机的膨胀机、以及冷凝器，通过上部对流接触部获得的低温侧热回收介质在该上部对流接触部与上述预热器之间构成循环系统，通过下部对流接触部获得的高温侧热回收介质在该下部对流接触部与上述蒸发器之间构成循环系统。
(作用效果)
能够对发电装置的预热器和蒸发器提供适当温度的热回收介质，能实现热回收效率较高的运转。
【第十八方面所述的发明】
第十八方面所述的发明是根据第十七方面所述的废弃物的燃烧发电设备，其中，上述废弃物的燃烧发电设备构成为：在上述燃烧炉的炉壁内具有使冷却液流通的冷却流路，将通过使冷却液流过冷却流路而被加热并生成的热回收介质提供给加热器，该加热器配置于发电设备中的工作介质的蒸发器的下游。
(作用效果)
通过在燃烧炉的炉壁内具有使冷却液流通的冷却流路的结构，能够冷却燃烧炉，实现对炉体的保护。另外，进行了冷却后的被加热的冷却液例如能够作为具有大约95℃左右的温度的热回收介质进行回收。从炉壁的冷却流路获得的、热回收介质所保有的热量为湿气的量的大约10％～15％，然而由于温度较高，因此能够作为加热介质提供给配置于工作介质的预热器和蒸发器的下游的加热器，用于对通过了蒸发器的工作介质进行加热。
根据本发明，能够提供一种将燃烧废弃物时产生的热量有效地用于发电、可充分实现节能的很好的废弃物的燃烧方法及其燃烧设备。
附图说明
图1是本发明涉及的废弃物的燃烧设备的第1实施方式的概要图。
图2是本发明涉及的废弃物的燃烧设备的第2实施方式的概要图。
图3是表示本发明涉及的废弃物的燃烧装置的第3至第5实施例的基本结构的图。
图4是表示第3实施方式的图。
图5是表示第4实施方式的图。
图6是表示第5实施方式的图。
图7是表示湿气的前置处理的实施方式的图。
图8是表示温度-热量变化的图。
具体实施方式
(废弃物的燃烧装置的基本结构)
图1表示本发明的废弃物燃烧装置的实施方式的例子。
燃烧炉1构成为纵型圆筒形状，在该燃烧炉1的顶部中央设有辅助燃烧器(例如涡旋燃烧器)2，煤油等辅助燃料F与燃烧用空气(未图示)一起从该辅助燃烧器2朝下喷入燃烧炉1内进行燃烧，而且在该辅助燃烧器2周围的燃烧炉1的肩部，沿周向以等间隔且朝形成为圆筒状的燃烧炉1的中心线倾斜向下地设有多个(但在图1中仅描绘出1个)喷嘴3，所述喷嘴3用于将废弃物W呈雾状地喷入燃烧炉1内。从这些喷嘴3呈雾状地喷入到燃烧炉1内的废弃物W通过上述辅助燃烧器2的辅助燃料F的燃烧而得以燃烧。
另外，通过该燃烧而产生的燃烧气体转移到燃烧炉1的下部，通过燃烧炉1的下水管1A，并喷出到收容有冷却溶解液CW的溶解冷却槽4中，从而实现燃烧气体与冷却溶解液CW的直接接触。该激烈的气液混相流发挥集尘功能和搅拌功能，捕捉与废气同行的灰尘成分和熔融流下的盐类的大部分，并使它们溶解，从而作为冷却溶解液CW、碱性液体的溢流4B排出到装置之外，接受适当处理。另外，本示例采用水作为冷却溶解液。然而不限于水，还可以使用一般所用的冷却液(水溶液等)等。
与溶解液分离后的燃烧气体(所谓的湿气G)如后所述地用作发电装置的加热源。
另一方面，还设有以有机介质等作为工作介质的发电设备10。发电设备10的工作介质的循环系统按照顺序包括蒸发器12、作为优选的预热器11、膨胀涡轮14和发电机15、冷凝器16、以及升压泵17。
进而，还可以设置用于使膨胀涡轮14和冷凝器16之间相对于升压泵17和预热器11之间进行热交换的热交换器。
(关于发电)
作为发电设备10的工作介质，优选使用有机介质，作为该有机介质，例如可举出如下介质。
(1)HFC(氢氟碳化物)类制冷剂：R23、R32、R125、R134a、R143a、R152a、R227ea、R245fa
(2)PFC(全氟化碳)类制冷剂：R218
(3)自然制冷剂：R290(丙烷)、R600(丁烷)、R600a(异丁烷)
(第1实施方式)
下面示出本发明的实施方式的一个例子作为第1实施方式。实现了上述燃烧气体与上述冷却溶解液CW的直接接触后的湿气G借助第1除尘装置21进行除尘。作为第1除尘装置21，可采用与第2除尘装置22相同的文丘里洗涤器(Venturi scrubber)、或图1所示的作为惯性集尘方式的湿气分离器(mist separator)形式的装置。第1除尘装置21的底部的液体通过泵23而作为喷雾液进行循环。
经过了一次除尘后的湿气G被从对流式热回收塔30的下部吹入。对流式热回收塔30具有上下两级的上部对流接触部和下部对流接触部。分别使用了适当的填充材料的上部对流接触部32和下部对流接触部31被划分开来，借助泵8而经过了蒸发器12后的热回收介质经过管道41而由洒水器33从下部对流接触部31的上方喷洒出去。
借助泵42而经过了预热器11后的热回收介质经过管道43而由洒水器34从上部对流接触部32的上方进行供给。从上部对流接触部32流下的完成了接触的液体例如从具有盖子的盘架(tray)35被抽出，并通过泵42和管道43进行循环。在对流式热回收塔30的最上部设有挡水板(eliminator)36。
此处，热回收介质只要能进行热回收即可，除了水之外，例如还可以使用用于吸收燃烧废气中的硫酸气体的氢氧化镁悬浊液或同样用于吸收燃烧废气中的碳酸气体的胺溶液(アミン液)等。在这些情况下，热回收塔30分别作为废气脱硫塔、废气脱碳酸塔发挥作用。
如上，在对流式热回收塔30内使湿气G与热回收介质以对流方式接触，向下部流下的热回收介质被泵44抽出，并经过管道45被送至蒸发器12，在与工作介质进行热交换之后，该热回收介质经过管道46，并借助泵8经过管道41被送向洒水器33。
另外，来自对流式热回收塔30的湿气G例如被送往文丘里洗涤器形式的第2除尘装置22。第2除尘装置22在水槽22A内连接有文丘里管22B，液体借助泵22C而循环，尘埃转移到水侧，净化后的气体通过烟筒50等排出到大气。当使用文丘里洗涤器作为第2除尘装置22时，该文丘里洗涤器构成相对于对流式热回收塔30的背压单元，能够使湿气凝结并在对流式热回收塔30高效地进行热交换。因此文丘里洗涤器兼作背压单元和除尘装置。还可以使用喷射型集尘装置等来取代文丘里洗涤器。
发电设备10中的工作介质借助热水而被预热器11和蒸发器12加热，并作为高温蒸气投放到膨胀涡轮14，从而驱动发电机15。膨胀涡轮14的废气在冷凝器16中凝结，并借助升压泵17被送至预热器11。此时，在热交换器中实现热交换，使得膨胀涡轮14的废气的温度降低，提高了膨胀涡轮14的效率，降低了冷凝器16的负荷。
(第2实施方式)
本发明的废弃物的燃烧炉不限于图1所示形式，如图2所示，可以举出对在外壁5为双重壁的夹套结构的燃烧炉1中使用的炉壁冷却液进行有效利用的方式。燃烧炉1的内壁部分5A设有由耐火材料构成的内衬，此外，还形成有从燃烧炉1的下部到达上部的用作冷却流路的空间5B，通过设置于燃烧炉1外部的泵9来向该空间5B提供冷却液C。在该实施例中，通过冷却液C对炉壁的冷却，来抑制对内壁部分的耐火物的侵蚀，同时将冷却了燃烧炉1后的被加热的冷却液C所具有的热利用于发电设备的工作介质的加热。另外，作为冷却液C可使用水、油等液体。
在空间5B中被加热后的冷却液(加热液)C经过管道49被提供给加热器13，来进行与发电设备的工作介质之间的热交换。从加热器13排出的冷却液借助泵9而经过管部47，并再次提供到外壁5的双重壁的夹套空间5B内。此处，优选将加热器13配置于预热器11、蒸发器12的下游。这是由于：从夹套空间5B获得的加热液的温度比从对流式热回收塔30获得的热回收介质的温度高，因此，通过把该热提供给配置在蒸发器12下游的加热器13，能够更为高效地对发电设备的工作介质进行加热。
另外，作为其他方式，还可以将在空间5B中被加热后的冷却液C与从对流式热回收塔30获得的热回收介质一起提供给蒸发器12。具体而言，优选将冷却液C与从对流式热回收塔30的下部排出的热回收介质进行混合，可以采用向管道45提供冷却液C的结构。但是，这种情况下，上述对流式热回收塔30中的热回收介质有时会含有废气带来的粉尘等，需要在管道49或管道47设置除尘单元等，以使得这些粉尘不会被提供给夹套空间5B。
进而，作为其他例子，可以举出如下形式的例子：使燃烧气体在水平设置的筒形燃烧炉内沿着切线方向回旋，将废气同样地送进冷却槽(溶解器)内的形式；或者将通过旋风分离器(cyclone)从纵型的流动层燃烧炉的废气中分离出较粗的固态成分后的废气同样地送进冷却槽(溶解器)内的形式等。
(第3实施方式：第二方面所述的发明的实施方式)
图3是表示第3～第5实施方式中的燃烧装置的基本结构的图。另外，图4是表示第3实施方式的图。通过设置于燃烧炉1的外部的冷却单元6，向燃烧炉1的内壁部分的空间5B提供冷却水C、即水，并使该冷却水C流通，从而该冷却水C能够在空间5B与冷却单元6之间进行循环。该冷却单元6具有：高液位罐(head tank)7，其设置于比提供给上述外壁5的夹套的冷却水C的液面高度要高的位置，用于对在冷却单元6与燃烧炉1之间循环的冷却水C进行保持；以及泵9，其从该高液位罐7向燃烧炉1提供冷却水C，保持于高液位罐7的冷却水C通过泵9在燃烧炉1的外壁5所构成的夹套结构的上述空间5B内流通，在对内壁部分5A的上述耐火物进行冷却的同时，冷却水C自身被加热并送回至高液位罐7，进行循环。
而且在本实施方式中，将如上从燃烧炉1送回至该冷却单元6的高液位罐7的、在对该燃烧炉1的耐火物进行冷却的同时被加热从而产生的冷却水C的蒸气S用作加热器13的加热源。
在如上构成的废弃物W的燃烧装置以及使用了该装置的废弃物W的燃烧方法之中，在被提供该废弃物W并使其燃烧的燃烧炉1的外壁5流通冷却水C使得该燃烧炉1冷却，因而必然能抑制对该内壁部分的耐火物的侵蚀，如上对燃烧炉1进行了冷却后的被加热的冷却水C通过上述回收单元9而作为蒸气S被从高液位罐7回收。
从高液位罐7回收的冷却水C的蒸气S即水蒸气是气体，因而传热系数较大，因此在将其用作加热器13的热源的情况下能提高热交换效率。因此根据上述结构的废弃物W的燃烧装置和燃烧方法，能够更为高效地对在燃烧炉1内通过废弃物W的燃烧而产生的能量进行利用，还能够对削减CO2的产生量做出贡献。
在该实施方式中将冷却水C的蒸气S作为加热器13的加热源，也可以取代本示例，如日本特许第3394085号公报所述那样，将二苄基甲苯或高分子油等热介质作为加热器13的加热源。
在本发明中，例如图4所示，工作介质的循环系统按顺序包括蒸发器12、作为优选的加热器13、膨胀涡轮14和发电机15、冷凝器16、以及升压泵17。
进而，还设有使膨胀涡轮14和冷凝器16之间相对于升压泵17和蒸发器12之间进行热交换的热交换器27。
实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液CW的直接接触之后的湿气G经过供给管道11而作为蒸发器12的加热源。完成了加热的蒸气例如可用于其他用途。
另一方面，在燃烧炉1的外壁流通热介质以实现对燃烧炉的炉壁的保护，将进行了冷却后的被加热的热介质所具有的热用作加热器13的加热源。在该实施方式中，将在高液位罐7中分离出的加热废蒸气S作为热介质用作加热器13的加热源。完成了加热的蒸气被回收到罐28中，并通过泵29送回至高液位罐7。
工作介质被蒸发器12和加热器13加热，并作为高温蒸气被投放到膨胀涡轮14，从而驱动发电机15。膨胀涡轮14的废气在冷凝器16中凝结，并通过回送路径被升压泵17送至蒸发器12。此时，在热交换器27中实现热交换，使膨胀涡轮14的废气温度的降低，从而提高了膨胀涡轮14的效率。
另外，可以与所需的操作温度对应地通过压力调整单元来调整蒸发器12和/或加热器13内的压力。
(第4实施方式：第四方面所述的发明的实施方式)
第4实施方式中，作为工作介质，可以优选使用用作吸收式热泵的吸收剂和制冷剂的多成分的介质，作为该工作介质，除了水-氨以外，例如还可以例示出R134a(三氟乙醇)。
在实施方式中，例如图5所示，工作介质的第1循环系统按顺序包括蒸发器12、作为优选的加热器13和分离部51、膨胀涡轮14和发电机15、冷凝器16、以及升压泵17。
还构成有第2循环系统，该第2循环系统使在分离部51分离出的低浓度工作介质在位于膨胀涡轮14和冷凝器16之间的合流点24处与涡轮废气合流，而且还设有使第2循环系统相对于升压泵17和蒸发器12之间进行热交换的热交换器27。
其他结构都与第3实施方式相同。
实现了上述燃烧废气与上述冷却溶解液CW的直接接触之后的湿气G被作为蒸发器12的加热源。完成了加热的蒸气例如可用于其他用途。
另一方面，在燃烧炉1的外壁流通热介质以实现对燃烧炉的炉壁的保护，将进行了冷却后的被加热的热介质所具有的热作为加热器13的加热源。
在第4实施方式中，工作介质通过蒸发器12和加热器13被加热，高温蒸气通过分离部51并被投放到膨胀涡轮14，从而驱动发电机15。膨胀涡轮14的废气在冷凝器16中凝结而成为介质液。
另一方面，在分离部51中分离出的低浓度的稀薄介质液在热交换器27中实现了热交换之后，与膨胀涡轮14的废气在合流点24合流，降低了膨胀涡轮14的背压，提高了膨胀涡轮14的效率。
在冷凝器16中凝结后的介质液通过回送路径，并被升压泵17输送至蒸发器12。
在该实施方式中，图3中作为加热器13，示出了在单一壳体内组装加热器部分和分离部部分而构成的结构，然而也可以是分离出了分离部51的结构。如上所述，第四方面的发明除了加热器12和分离部51两者组合为一体的单一设备的情况之外，还包括物理上分离的情况。
(第5实施方式：第六方面所述的发明的实施方式)
湿气虽然温度低，然而生成容量大。因此，即便在蒸发器12中被带走了进行加热所需的量，也还存在余热。因此，可以驱动吸收式热泵，用于其它热源。本示例作为第5实施方式的应用例在图6中示出。
即，通过了蒸发器12之后的湿气被引导至具有发生器(再生器)60、冷凝器63、蒸发器62以及吸收器61的吸收式热泵的上述发生器60，以驱动吸收式热泵。该实施方式使吸收式热泵的蒸发器62与工作介质的循环系统的冷凝器16兼用。即，将工作介质的循环系统的冷凝器16用作吸收式热泵的蒸发器62。
吸收式热泵的动作已经明确，再次说明一下，在发生器60产生的蒸气被提供给冷凝器63，其中的凝结液被引导至冷凝器16。在冷凝器16中进行蒸气的蒸发。蒸发后的蒸气被直接提供给吸收器61，或者通过未图示的机械压缩机进行压缩升压后提供给吸收器61。
在吸收器61与发生器60之间，实现了基于循环泵66的、在浓厚液供给管道与稀薄液回送管道之间由热交换器64进行的热交换。另外，来自蒸发器62的蒸气和来自冷凝器63的凝结液也通过热交换器65实现了热交换。
(第3～第5实施方式的其他例子)
在第3～第5实施方式的例子中，与溶解液分离后的湿气G直接用作蒸发器12的加热源。然而，在担心因湿气G而导致蒸发器12被腐蚀或传热系数降低等的情况下，如图7所示，也可以通过文丘里洗涤器等除尘器72对湿气进行除尘，使干净的湿气通过供给管道71，用作蒸发器12的加热源。标号73是白烟防止装置，其与烟囱(未图示)相连。
实施例
(实施例1)
本实施例1为基于图1的方式的例子。作为发电装置的工作介质，使用了R245fa。将来自苯乙烯单体制造装置的废液6000kg/h(发热量4200kJ/kg)和助燃油300kg/h(发热量40000kJ/kg)与助燃空气10300m3/h一起提供给操作压力为0.125MPa的焚烧炉，以大约950℃进行燃烧。燃烧废气在通过溶解器4的同时急速冷却。然后，通过低压除尘器21在气液比为10的状态下清洗湿气G，此后将其提供到两级的对流式热回收塔30的下部。炉壁冷却以后，进行使流体S1～S11的温度、压力、流量为表1所示的值的运转。其结果为，在发电机15的发电端产生了295kW的电力。可以确认到：对提供给预热器11和蒸发器12的输入热、与发电端的发电量进行比较时的热效率为7.3％，热效率足够高。
【表1】
(实施例2)
本实施例2是基于图4的方式的例子。将来自石油化学工厂的含有发热量为15070kJ/kg的有机物2804kg的废液以11700kg/hr的速度提供给燃烧炉(分解炉)，以1485kg/hr的速度提供发热量为40600kJ/kg的助燃油，以大约950℃的温度进行热分解，用水将其进行急冷，从而获得了72190kg/hr的湿气和0.081MPa的加热废蒸气4518kg/hr。这种情况下，进入分解炉的全部的输入热为28370kWth。蒸发器12的入口温度为90℃，出口温度为78℃，加热器13的蒸发温度为95℃。使冷凝器的凝结温度为40℃，通过两个蒸发器的回收热来使作为工作介质的异戊烷蒸发，从而得到压力为0.47MPa、流量为172800kg/hr的蒸气，由此驱动带发电机的膨胀涡轮。
其结果为，确认到：发电端的输出为1504kW，循环泵需要22kW的电力，能够进行输电端的输出为1482kW的发电。输出热相对于输入热的发电效率大约为5.2％。
(比较例1：在图4的方式中，将湿气作为蒸发器12的热源的例子)
本比较例1为图4中不使用加热器13的例子。发电量在发电端的输出为1370kW，输电端的输出为1348kW。此时的发电量与实施例1相比约为89％。
(比较例2：在图4的方式中，将加热废蒸气作为加热器13的热源的例子)
本比较例2为图4中不使用蒸发器12的例子。发电量在发电端的输出为195kW，输电端的输出为173kW。此时的发电量与实施例1相比约为13％。
(实施例3)
本实施例3为基于图5的方式的例子。作为工作介质使用了水-氨。其他作业条件实质上都与实施例1相同。其中，湿气相对于蒸发器12的入口温度为90℃，出口温度为76℃，加热废蒸气相对于加热器13的入口温度为95℃，出口温度为95℃。
其结果为，确认到：除了带动力再生设备的循环泵的运转需要120kW的电力之外，发电端的输出为1580kW，能够进行输电端的输出为1460kW的发电。
(比较例3：在图5的方式中，将湿气作为蒸发器12的热源的例子)
此时的发电量与实施例2相比约为89％。
(比较例4：在图5的方式中，将加热废蒸气作为加热器13的热源的例子)
此时的发电量与实施例2相比约为13％。
标号说明
G：湿气；1：燃烧炉；4：溶解冷却槽(溶解器)；10：发电装置；11：预热器；12：蒸发器；14：膨胀涡轮；15：发电机；16：冷凝器；21：第1除尘装置；22：第2除尘装置；30：对流式热回收塔；31：下部对流接触部；32：上部对流接触部。

Claims (9)

1.一种废弃物的燃烧发电方法，在该废弃物的燃烧发电方法中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，使燃烧废气与冷却溶解液直接接触以产生湿气，上述废弃物的燃烧发电方法的特征在于，
将上述湿气提供给对流式热回收塔，在该对流式热回收塔的后级具有背压单元，在该对流式热回收塔的下方具有上述湿气的入口，在该对流式热回收塔的上方具有所加热的热回收介质的入口，在该对流式热回收塔中，湿气与上述介质以对流方式接触，
将加热后的热回收介质提供给使用了工作介质的发电设备，从而驱动该发电设备，
其中，在燃烧废弃物时，辅助燃料与燃烧用空气一起从位于上述燃烧炉的顶部中央的辅助燃烧器朝下喷入上述燃烧炉内，并且通过在上述燃烧炉的肩部沿周向以等间隔且朝上述燃烧炉的中心线倾斜向下设置的多个喷嘴将上述废弃物呈雾状地喷入上述燃烧炉内。
2.一种废弃物的燃烧发电方法，在该废弃物的燃烧发电方法中，将废弃物提供给燃烧炉以使该废弃物燃烧，并且将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽中，使燃烧废气与冷却溶解液直接接触以产生湿气，上述废弃物的燃烧发电方法的特征在于，
将上述湿气提供给对流式热回收塔，在该对流式热回收塔的后级具有背压单元，在该对流式热回收塔的下方具有上述湿气的入口，在该对流式热回收塔的上方具有所加热的热回收介质的入口，并且该对流式热回收塔具有上下两级的上部对流接触部和下部对流接触部，在该对流式热回收塔中，湿气与上述热回收介质以对流方式接触，
采用具有预热器、蒸发器、带发电机的膨胀机以及冷凝器且使用了工作介质的发电设备，
将通过上部对流接触部加热的低温侧热回收介质提供给上述预热器，将通过下部对流接触部加热的高温侧热回收介质提供给上述蒸发器，
从而驱动上述发电设备，
其中，在燃烧废弃物时，辅助燃料与燃烧用空气一起从位于上述燃烧炉的顶部中央的辅助燃烧器朝下喷入上述燃烧炉内，并且通过在上述燃烧炉的肩部沿周向以等间隔且朝上述燃烧炉的中心线倾斜向下设置的多个喷嘴将上述废弃物呈雾状地喷入上述燃烧炉内。
3.根据权利要求1或2所述的废弃物的燃烧发电方法，其中，
使用文丘里洗涤器作为上述背压单元。
4.根据权利要求1或2所述的废弃物的燃烧发电方法，其中，
在上述燃烧炉与上述对流式热回收塔之间进行湿气的除尘。
5.一种废弃物的燃烧发电设备，其特征在于，该废弃物的燃烧发电设备具有：
使废弃物燃烧的燃烧炉；
湿气产生单元，其将上述燃烧炉的燃烧废气喷出到收容有冷却溶解液的冷却槽内，使燃烧废气与冷却溶解液直接接触以产生湿气；
对流式热回收塔，在该对流式热回收塔的下方具有上述湿气的入口，在该对流式热回收塔的上方具有热回收介质的入口，湿气与上述热回收介质在该对流式热回收塔中以对流方式接触；
背压单元，其设置于对流式热回收塔的后级；以及
使用了工作介质的发电设备，
将上述加热后的热回收介质提供给上述发电设备，从而驱动该发电设备，
其中，在燃烧废弃物时，辅助燃料与燃烧用空气一起从位于上述燃烧炉的顶部中央的辅助燃烧器朝下喷入上述燃烧炉内，并且通过在上述燃烧炉的肩部沿周向以等间隔且朝上述燃烧炉的中心线倾斜向下设置的多个喷嘴将上述废弃物呈雾状地喷入上述燃烧炉内。
6.根据权利要求5所述的废弃物的燃烧发电设备，其中，
上述背压单元是文丘里洗涤器。
7.根据权利要求5或6所述的废弃物的燃烧发电设备，其中，
在上述燃烧炉与上述对流式热回收塔之间具有湿气的除尘单元。
8.根据权利要求5所述的废弃物的燃烧发电设备，其中，
上述对流式热回收塔具有上下两级的上部对流接触部和下部对流接触部，
上述发电设备具有工作介质的预热器、蒸发器、带发电机的膨胀机、以及冷凝器，
通过上部对流接触部获得的低温侧热回收介质在该上部对流接触部与上述预热器之间构成循环系统，通过下部对流接触部获得的高温侧热回收介质在该下部对流接触部与上述蒸发器之间构成循环系统。
9.根据权利要求8所述的废弃物的燃烧发电设备，其中，
上述废弃物的燃烧发电设备构成为：在上述燃烧炉的炉壁内具有使冷却液流通的冷却流路，将通过使冷却液流过冷却流路而被加热并生成的热回收介质提供给加热器，该加热器配置于发电设备中的工作介质的蒸发器的下游。
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