JP2008106954A

JP2008106954A - ごみ焼却熱利用システム

Info

Publication number: JP2008106954A
Application number: JP2006287697A
Authority: JP
Inventors: Teisho Ishikawa; 禎昭石川; Kenichi Naito; 堅一内藤; Terumasa Yokoyama; 照正横山; Yoshihiro Iwai; 良博岩井; Atsushi Kawai; 篤河合; Hiroshi Onishi; 洋大西
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd; Kurimoto Ltd; Hitachi Zosen Corp; Pacific Consultants Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd; Kurimoto Ltd; Hitachi Zosen Corp; Pacific Consultants Co Ltd
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【課題】ＣＯ_２の削減効果が得られるごみ焼却熱エネルギ利用システムを提供する。
【解決手段】ごみ焼却炉で発生する熱エネルギを第１熱交換器２０によって抽出し、この第１熱交換器で抽出した熱エネルギを蓄熱搬送装置３０に格納した蓄熱材に蓄熱する。蓄熱搬送装置はトレーラで熱利用施設に運ばれ、熱利用施設５０に設けた第２熱交換器４０に接続される。第２熱交換器の二次側流路には熱利用施設内を循環する第２熱搬送媒体が流れ、蓄熱搬送装置から放出される熱エネルギを受け取り、熱エネルギを熱利用施設内に搬送する。
【選択図】図１

Description

この発明はごみ焼却施設で発生するごみ焼却熱を暖房、冷房、給湯等に利用するごみ焼却熱利用システムに関する。

ごみ焼却施設では既にごみ焼却熱を発電或は給湯等に利用している。従来のごみ焼却施設でのごみ焼却熱の利用方法としてはごみ焼却施設内での利用に限られるか又はごみ焼却場に隣接した極く限られた地域への給湯、暖房、冷房等のエネルギの供給の例が見られるにすぎない。

従来から用いられている熱エネルギの搬送方法としてはパイプ等の管路を設置し、設置した管路を用いて温水、蒸気等を通し、熱エネルギを目的地まで搬送している。しかしながら、管路の設置工事には多大な資金を必要とし、目的地が遠方になればなる程に工事費が増大する。従って、ごみ焼却熱を利用できる地域としては、ごみ焼却施設の内部或は隣接する地域に限られる不都合がある。

この発明の目的は高価な工事を施工することなく、安価なコストであらゆる地域に熱エネルギを配送することができるごみ焼却熱利用システムを提案するものである。

この発明によるごみ焼却熱利用システムは、ごみ焼却施設に設けられ、ごみ焼却炉で発生する熱エネルギをごみ焼却施設内の各部に移動させる第１熱搬送媒体から熱エネルギを抽出する第１熱交換器と、ごみ焼却施設と熱利用施設との間を移動することができ、上記第１熱交換器で抽出した熱エネルギを蓄熱し、蓄熱した熱エネルギを熱利用施設に搬送する蓄熱搬送装置と、熱利用施設に設けられ、上記蓄熱搬送装置に蓄熱した熱エネルギを熱利用施設内を循環する第２熱搬送媒体に移転させる第２熱交換器とを備えることを特徴とする。
この発明によるごみ焼却熱利用システムは更に、第１熱搬送媒体はごみ焼却炉で発生する排気ガス又はごみ焼却炉に併設させるボイラで発生する蒸気或は温排水であることを特徴とする。

この発明によるごみ焼却熱利用システムは更に、第２熱搬送媒体は水、空気或はガスであることを特徴とする。
この発明によるごみ焼却熱利用システムは更に、蓄熱搬送装置は熱媒油受給口と熱媒油排出口とを備え、これら熱媒油受給口と熱媒油排出口のそれぞれにごみ焼却施設側では第１熱交換器の二次側流路の両端に設けた送給口及び吸引口を接続し、熱利用施設側では第２熱交換器の一次側流路の両端に設けた送給口及び吸引口を接続する構成としたことを特徴とする。

この発明によるごみ焼却熱利用システムは更に、第１熱交換器の二次側流路に第１熱媒油循環ポンプを備え、この第１熱媒油循環ポンプにより第１熱交換器の二次側流路と、蓄熱搬送装置とによって形成される閉流路に熱媒油を循環させることを特徴とする。
この発明によるごみ焼却熱利用システムは更に、第２熱交換器の一次側流路に第２熱媒油循環ポンプを備え、この第２熱媒油循環ポンプにより上記第２熱交換器の一次側流路と、蓄熱搬送装置とによって形成される閉流路に熱媒油を循環させることを特徴とする。

この発明によるごみ焼却熱利用システムによれば、ごみ焼却で発生したごみ焼却熱の熱エネルギの一部を蓄熱搬送装置に蓄熱する。蓄熱搬送装置はタンクローリのような形態で何処へでも移動可能である。例えば病院、学校、或る程度の規模のビル群等の熱エネルギ利用施設には蓄熱搬送装置から熱エネルギの受け入れを可能とするための第２熱交換器を設置すれば、この第２熱交換器を通じて蓄熱搬送装置から熱エネルギ利用施設に熱エネルギを配給することができる。

従って、この発明によればごみ焼却施設を中心とする所定の地域には場所を選ばずに、どこへでも熱エネルギを配送することができる。熱エネルギの配送コストは蓄熱搬送装置の移送費用のみで済むため、廉価である。従って熱エネルギを廉価に提供することができる。更に、従来より熱利用施設で暖房或いは冷房、給湯用等として消費していた、電気、ガス、灯油等の消費は無となるため、ＣＯ_２の削減効果は大きい。

この発明によるごみ焼却熱利用システムを構築する場合に、ごみ焼却施設にはごみ焼却炉で発生する熱エネルギをごみ焼却施設内の各部に移動させる第１熱搬送媒体から熱エネルギを抽出する第１熱交換器を設け、更に、ごみ焼却施設と熱利用施設との間を移動することができ、第１熱交換器で抽出した熱エネルギを蓄熱し、蓄熱した熱エネルギを熱利用施設に搬送する蓄熱搬送装置を設ける。

更に、熱利用施設には蓄熱搬送装置に蓄熱した熱エネルギを熱利用する施設内を循環する第２熱搬送媒体に移転させる第２熱交換器を設けた実施形態が最良の実施形態である。

図１にこの発明によるごみ焼却熱利用システムの概要を示す。図中１０はごみ焼却施設、２０はごみ焼却施設１０に設けた第１熱交換器、３０は蓄熱搬送装置、４０は熱利用施設５０に設けた第２熱交換器、をそれぞれ示す。熱利用施設とは例えば病院、学校、オフィスビル等が考えられる。

この発明ではごみ焼却施設１０から排出される排熱１０Ａを第１熱交換器２０を介して蓄熱搬送装置３０に蓄熱させる。蓄熱された蓄熱搬送装置３０は熱利用施設５０に運ばれ、第２熱交換器４０を介して熱利用施設５０に熱エネルギを放出する。熱利用施設５０は蓄熱搬送装置３０から放出された熱エネルギを給湯用或は暖房用、冷房用として利用する。

蓄熱搬送装置３０に蓄熱した熱エネルギが全て放出されると、新たに運ばれて来た蓄熱済みの蓄熱搬送装置３０に交換される。放熱した蓄熱搬送装置３０はごみ焼却施設１０に戻され、再び蓄熱が施される。ごみ焼却施設１０と熱利用施設５０との間の距離としては１０〜２０ｋｍ程度の範囲内が考えられている。

蓄熱搬送装置３０は１１〜２６立方メートル程度の円筒状タンクによって構成され、台車に搭載されてトレーラで牽引される。タンク内にはＰＣＭ（Phase Change Material＝相変態物質）と呼ばれる潜熱蓄熱材が充填され、ごみ焼却施設１０から排出される低温排熱（７０℃以上の排熱）を高密度に蓄える。

図２に蓄熱搬送装置３０の型式と、各型式の諸特性を示す。蓄熱容量［GJ/台］は１台当りの蓄熱容量を表わし、単位はギガ・ジュールである。型式１、及び型式２の蓄熱搬送装置は蓄熱温度が５０〜７０℃程度で比較的低い温度であるが、蓄熱容量が大きい特性を呈する。これに対し、型式３の蓄熱運搬装置は蓄熱温度が１１０℃程度と高温であるものの、蓄熱容量が小さい特徴を呈する。この型式３の蓄熱運搬装置によれば蓄熱温度が高いことから冷房用熱源として利用される。
尚、図２には記載しないが、蓄熱温度が低温（７０℃〜８０℃程度）の場合は水を蓄熱材として利用する場合もある。

図３及び図４を用いて蓄熱運搬装置３０への蓄熱の様子と、蓄熱運搬装置３０からの放熱の様子を説明する。
図３はごみ焼却施設１０から排出される排熱１０Ａを蓄熱運搬装置３０に蓄熱する様子を示す。ごみ焼却施設１０から排出される排熱１０Ａは第１熱交換器２０の一次側流路２１に印加される。第１熱交換器２０の二次側流路２２の両端に送給口２４と吸引口２５とが設けられる。尚、ここでは吸引口２５側に第１熱媒油循環ポンプ２３を設けた場合を示す。

蓄熱運搬装置３０は熱媒油受給口３４と熱媒油排出口３５とを有し、これら熱媒油受給口３４を送給口２４へ接続し、熱媒油排出口３５を吸引口２５へ接続する。これらの接続は着脱自在のジョイントによって達せられる。
蓄熱前の蓄熱搬送装置３０のタンク内ではＰＣＭ３１は固体の状態にある。固体状のＰＣＭ３１に混じって熱媒油３２が混入した状態にある。ＰＣＭ３１の上層にある熱媒油３２は第１熱媒油循環ポンプ２３で吸引され、第１熱交換器２０の二次側流路２２に流される。

第１熱交換器２０の一次側流路２１にはごみ焼却施設１０から排出される排熱１０Ａが印加される。この排熱１０Ａの熱エネルギが二次側流路２２を流れる熱媒油３２に熱交換される。
第１熱交換器２０の一次側流路２１を流れる熱搬送媒体はごみ焼却炉で発生する排気ガス或はこれに併設されるボイラで発生した蒸気、又は排温水等とされる。ここではこれら熱搬送媒体を第１熱搬送媒体と呼ぶことにする。

ＰＣＭへの蓄熱の手順を以下に示す。
１：第１熱交換器２０は第１熱搬送媒体によって運ばれて来る熱エネルギを熱媒油３２に伝える。
２：熱エネルギを得た熱媒油３２を、固体状のＰＣＭ３１を蓄えたタンク下部より供給する。比重差により熱媒油３２がタンク上部へ上昇する間に、ＰＣＭ３１と熱媒油３２が直接接触し、熱エネルギをＰＣＭ３１に伝える。
３．熱エネルギを失い、タンク上部に集められた熱媒油３２は第１熱媒油循環ポンプ２３にて吸引され第１熱交換器２０へ送られる。熱媒油３２は排熱１０Ａと熱交換し、再度熱エネルギを得る。
４．ＰＣＭ３１が全て液状化した時点で蓄熱が完了する。トラックにて移動可能となる。

図４に蓄熱搬送装置３０から熱利用施設５０への放熱の様子を示す。熱利用施設５０には第２熱交換器４０と、第２熱媒油循環ポンプ４３とが設けられる。第２熱交換器４０の一次側流路４１の両端に送給口４４と吸引口４５が設けられる。ここでは吸引口４５側に第２熱媒油循環ポンプ４３を介挿した場合を示す。送給口４４には蓄熱搬送装置３０に備えた熱媒油受給口３４を接続し、吸引口４５には熱媒油排出口３５を接続する。

熱利用の手順を以下に示す。
１、熱媒油３２をタンク下部より供給し、比重差により熱媒油３２がタンク上部へ上昇する間に、ＰＣＭ３１と熱媒油３２が直接接触し、ＰＣＭ３１に蓄えられた熱エネルギを熱媒油３２に伝える。
２、熱媒油３２に伝えられた熱エネルギを第２熱交換器４０を介して熱利用施設５０の内部に熱エネルギを運ぶための第２搬送媒体に伝達する。第２熱搬送媒体としては水、空気、ガス等が考えられる。
３、第２熱搬送媒体に伝達された熱エネルギは熱利用施設５０内で給湯用、暖房用、冷房用等として利用される。

図５にはごみ焼却施設１０から排熱１０Ａを取り出す部分の実施例を示す。図中１１はごみ焼却炉、１２はこのごみ焼却炉１１に併設したボイラを示す。図５に示す実施例ではボイラ１２の併設により、ごみ焼却炉１１の温度上昇を抑制すると共に、ボイラ１２で発生した高圧蒸気を利用して蒸気タービン１３を駆動し、蒸気タービン１３により発電機１４を駆動して発電を行なう型式のごみ焼却施設１０にこの発明を適用した実施例を示す。

この型式のごみ焼却施設にこの発明を適用する場合、排熱１０Ａの取出位置としては図示するＭ１、Ｍ２、Ｍ３の３点を挙げることができる。
大都市に設置されている最近の大規模なごみ焼却施設の多くがこのタイプに属する。ごみ焼却熱をボイラ１２で回収、発生した蒸気を場内プロセス・所内で利用、残った蒸気を全て発電に使用し、電力会社などに売電するシステムのため、ＰＣＭ・水への熱供給を行なうと発電出力が低下する。

ただし、排熱取出位置Ｍ３で得られるタービン排気蒸気の潜熱を使用する場合は発電出力の低下はないので、温度などの条件が合致すればタービン排気を利用してＰＣＭ・水を加熱する方が有利である。タービン排気の温度が低すぎて利用できない場合には排熱取出位置Ｍ２で得られる低圧蒸気を利用することになる。排熱取出位置Ｍ１で得られる高圧蒸気を利用する場合は発電量の低下が大きくなる。
各排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３から排熱１０Ａを取り出した場合の利害特質を図６に示す。ここでは排熱取出位置Ｍ２とＭ３が推奨される。

図７に第３の実施例を示す。この実施例では、中規模で発電を所内消費電力程度に抑えられた、或は給電電圧の関係で発電出力に制限が設けられたごみ焼却施設にこの発明を適用した実施例を示す。
この実施例ではごみ焼却熱をボイラ１２で回収し、発生した蒸気の一部を場内プロセス・所内で利用し、更に蒸気タービン１３を駆動して発電機１４で発電している。発電能力に制限を設けているので、通常は高圧蒸気が余っており、余剰蒸気は復水器１５で熱を大気に放出し、水に戻している。蒸気が余っているので、ＰＣＭ、水の熱源としての条件に合致する温度を持つ蒸気を使用可能で、基本的に発電量の低下も少ない。

この型式のごみ焼却施設でも排熱取出位置を図示するＭ１、Ｍ２、Ｍ３に設定することができる。この実施例の排熱取出位置Ｍ１では第１熱搬送媒体として高圧蒸気から分岐した余剰蒸気を得ることができる。また排熱取出位置Ｍ２では絞り１６で制限した低圧蒸気を得ることができる。取出位置Ｍ３では蒸気タービン１３の排気熱を得ることができる。

各取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３から排熱を１０Ａを取り出した場合の利害特質を図８に示す。余剰蒸気を利用できることから、どの排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３から排熱１０Ａを取り出しても発電量に影響を与えない特性を有する。従ってこの発明に適用して好適である。

図９にこの発明の第４の実施例を示す。この実施例では中、小規模で発電を行うメリットが小さいために、発電機を設けないごみ焼却施設にこの発明を適用した実施例を示す。この実施例でもごみ焼却熱をボイラ１２で回収し、発生した蒸気を場内プロセス及び所内で利用し、所内動力の駆動用として使用している。

この型式のごみ焼却施設は発電を行わないので、通常は蒸気が余っており、余剰蒸気は復水器１５で熱を大気に放出し、水に戻している。また、絞り１６で低圧蒸気を生成し、この低圧蒸気を所内の給湯暖房に利用している。蒸気が余っているので、利用条件に合う温度を持つ蒸気を選択可能である。ここでは排熱取出位置をＭ１、Ｍ２とすることができる。各排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２の何れにおいても、温度の高い蒸気が得られる。

図１１にこの発明の第５の実施例を示す。この実施例では排ガスの冷却（熱回収）のためのボイラ１２（図５、図７、図９参照）を設置することが難しいごみ焼却施設にこの発明を適用した実施例を示す。

この実施例に示すごみ焼却施設によれば、排熱取出位置としては図示する排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を挙げることができる。排熱取出位置Ｍ１では得られる第１熱搬送媒体は高温の排気ガスである。排熱取出位置Ｍ２で得られる第１熱搬送媒体は燃焼用高温空気、排熱取出位置Ｍ３で得られる第１熱搬送媒体は給湯及び暖房用温水である。これら第１熱搬送媒体の中から条件に合ったものを選択する。各排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３における利害特質を図１２に示す。浄化処理前の排気ガスには酸性の腐食性ガスが含まれているので熱回収を行う場合には第１熱交換器２０の腐食に対する注意が必要である。尚、図１１に示す実施例では排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３はそれぞれ第１熱搬送媒体の搬送通路が独立した経路に配置されるため、図示するようにＭ１、Ｍ２、Ｍ３の全てに排熱取出口を設けることができる。

図１３にこの発明の第６の実施例を示す。この実施例では新・スーパごみ発電と呼ばれるごみ発電施設にこの発明を適用した場合を示す。新・スーパごみ発電はガスタービン１７を設け、ガスタービン１７によって発電を行なうと共に、このガスタービン１７の排ガスによりごみ焼却炉１１に併設したボイラ１２から排出される高圧蒸気をガスタービン排熱回収ボイラ１８で再加熱し、その再加熱した高圧・高温蒸気により蒸気タービン１３を駆動する構成を特徴としている。

この構成によればガスタービン１７を駆動するために都市ガスを消費するものの、ガスタービン１７の排ガスを利用してボイラ１２から排出される高圧蒸気を再加熱するから、蒸気タービン１３の発電効率が飛躍的に向上し、全体の発電効率を高めることができる点を特徴としている。

このような新・スーパごみ発電施設において、排熱取出位置は図１３に示すＭ１、Ｍ２、Ｍ３とすることができる。ここに示す排熱取出位置Ｍ１では第１排熱搬送媒体はガスタービン排熱回収ボイラ１８の低圧蒸気である。排熱取出位置Ｍ２で得られる第１熱搬送媒体はガスタービン排熱ボイラ１８の排ガスである。排熱取出位置Ｍ３で得られる第１熱搬送媒体は蒸気タービン１３の排気である。ガスタービン排熱回収ボイラ１８から排出される排ガスは、ごみ焼却排気ガスと違い、腐食性ガスを含まないので、温度条件が合えば更にＰＣＭ・温水で熱回収することが可能である。

ここでは排熱取出位置Ｍ２、Ｍ３に取り出される排熱１０Ａはそれぞれが独立しているため、図示するように排熱取出位置Ｍ２、Ｍ３の双方に蓄熱搬送装置３０への接続口を併設することができる。図１４に各排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の利害特質を示す。この実施例によればどの取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３もほぼ均等に実用性の高い特質を呈する。

エネルギ販売事業用として活用する。

この発明によるごみ焼却熱利用システムの全体の構成を説明するための系統図。この発明に用いる蓄熱搬送装置の型式、諸特性を説明するための図。この発明の要部となるごみ焼却施設から排出される排熱を蓄熱搬送装置へ蓄熱する様子を説明するための図。この発明の要部となる蓄熱搬送装置に蓄熱した熱エネルギを熱利用施設への放熱する様子を説明するための図。この発明を全量発電機能を持つごみ焼却施設に適用した実施例を説明するための系統図。図５に示した実施例に示す排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の利害特質を説明するための図。この発明を余剰蒸気有の発電付ごみ焼却施設に適用した実施例を説明するための系統図。図７に示した実施例に示す排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の利害特質を説明するための図。この発明を余剰蒸気有、発電無しのごみ焼却施設に適用した実施例を説明するための系統図。図９に示した実施例に示す排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２の利害特質を説明するための図。この発明を水噴射式ごみ焼却施設に適用した実施例を説明するための系統図。図１１に示した実施例に示す排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の利害特質を説明するための図。この発明を新・スーパごみ発電施設に適用した実施例を説明するための系統図。図１３に示した実施例に示す排熱取出位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の利害特質を説明するための図。

符号の説明

１０ごみ焼却施設２５吸引口
１０Ａ排熱３０蓄熱搬送装置
１１ごみ焼却炉３１ＰＣＭ
１２ボイラ３２熱媒油
１３蒸気タービン３４熱媒油受給口
１４発電機３５熱外油排出口
１５復水器４０第２熱交換器
１６絞り４１一次側流路
１７ガスタービン４２二次側流路
１８ガスタービン排熱回収ボイラ４３第２熱媒油循環ポンプ
２０第１熱変換器４４送給口
２１一次側流路４５吸引口
２２二次側流路５０熱利用施設
２３第１熱媒油循環ポンプＭ１、Ｍ２、Ｍ３排熱取出位置
２４送給口

Claims

ごみ焼却施設に設けられ、ごみ焼却炉で発生する熱エネルギをごみ焼却施設内の各部に移動させる第１熱搬送媒体から熱エネルギを抽出する第１熱交換器と、
ごみ焼却施設と熱利用施設との間を移動することができ、上記第１熱交換器で抽出した熱エネルギを蓄熱し、蓄熱した熱エネルギを熱利用施設に搬送する蓄熱搬送装置と、
熱利用施設に設けられ、上記蓄熱搬送装置に蓄熱した熱エネルギを熱利用施設内を循環する第２熱搬送媒体に移転させる第２熱交換器と、
を備えることを特徴とするごみ焼却熱利用システム。
請求項１記載のごみ焼却熱利用システムにおいて、上記第１熱搬送媒体はごみ焼却炉で発生する排気ガス又はごみ焼却炉に併設させるボイラで発生する蒸気或は温排水であることを特徴とするごみ焼却熱利用システム。
請求項１又は２の何れかに記載のごみ焼却熱利用システムにおいて、上記第２熱搬送媒体は水、空気或はガスであることを特徴とするごみ焼却利用システム。
請求項１乃至３の何れかに記載のごみ焼却熱利用システムにおいて、上記蓄熱搬送装置は熱媒油受給口と熱媒油排出口とを備え、これら熱媒油受給口と熱媒油排出口のそれぞれにごみ焼却施設側では上記第１熱交換器の二次側流路の両端に設けた送給口及び吸引口を接続し、熱利用施設側では上記第２熱交換器の一次側流路の両端に設けた送給口及び吸引口を接続する構成としたことを特徴とするごみ焼却熱利用システム。
請求項１乃至４の何れかに記載のごみ焼却熱利用システムにおいて、上記第１熱交換器の二次側流路に第１熱媒油循環ポンプを備え、この第１熱媒油循環ポンプにより上記第１熱交換器の二次側流路と、上記蓄熱搬送装置とによって形成される閉流路に熱媒油を循環させることを特徴とするごみ焼却熱利用システム。
請求項１乃至５の何れかに記載のごみ焼却熱利用システムにおいて、上記第２熱交換器の一次側流路に第２熱媒油循環ポンプを備え、この第２熱媒油循環ポンプにより上記第２熱交換器の一次側流路と、上記蓄熱搬送装置とによって形成される閉流路に熱媒油を循環させることを特徴とするごみ焼却熱利用システム。