JP2011237048A

JP2011237048A - 廃棄物焼却処理施設の排ガス処理設備後段の排ガスからの低温熱回収システム

Info

Publication number: JP2011237048A
Application number: JP2010106064A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Masuda; 孝弘増田; Hideki Takeguchi; 英樹竹口
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-06
Also published as: JP5500642B2

Abstract

【課題】低温腐食を起すことなく低温排ガスからの熱回収を有効に行えると共に、発電量の増加を図れる。
【解決手段】廃棄物焼却炉１、ボイラ２、エコノマイザ３、排ガス処理設備４及び発電設備７を備えた廃棄物焼却処理施設に用いられ、排ガス処理設備４後段の排ガスＧ′から熱を回収する低温熱回収システムＡであって、前記低温熱回収システムＡは、排ガス処理設備４後段に設置され、排ガスＧ′から熱回収を行う独立エコノマイザ８と、発電設備７の蒸気タービン７ａから排出された排気蒸気Ｓ′を凝縮して得られた復水をボイラ給水Ｗとして独立エコノマイザ８、脱気器１１及びエコノマイザ３の順に供給する給水供給ライン１２と、独立エコノマイザ８の入口側の給水供給ライン１２に介設され、蒸気タービン７ａからからの抽気蒸気Ｓ″により独立エコノマイザ８へ供給する給水Ｗの温度を制御する熱交換器１３とから構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物焼却炉から排出された燃焼排ガスをボイラ、エコノマイザ、排ガス処理設備の順に流すと共に、ボイラで発生したボイラ蒸気を蒸気タービン及び発電機から成る発電設備へ供給して発電するようにした廃棄物焼却処理施設に用いられるものであり、排ガス処理設備により酸性ガスが除去された低温の排ガスから熱を回収するようにした低温熱回収システムであって、低温腐食を起すことなく低温排ガスからの熱回収を有効に行えると共に、発電量を増加させることができるようにした廃棄物焼却処理施設の排ガス処理設備後段の排ガスからの低温熱回収システムに関するものである。

一般に、都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する廃棄物焼却処理施設に於いては、廃棄物焼却炉から排出された燃焼排ガスから熱を回収するエコノマイザ（節炭器）を排ガス処理設備（例えば、ろ過式集塵機）の上流側に設置し、排ガスからの熱回収を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、廃棄物焼却処理施設の排ガス処理方式としては、一般的に消石灰等の薬剤をろ過式集塵機（バグフィルタ）手前の煙道に噴霧して排ガス中のＳＯｘやＨＣｌ等の酸性ガスと反応させて酸性ガスを除去する乾式法が使用されている（例えば、特許文献２参照）。
尚、排ガス処理設備として用いるろ過式集塵機（バグフィルタ）は、その耐熱性の限界を考慮に入れる必要があると共に、酸性ガスの除去効率が高くなる温度域（排ガスの温度が１５０℃〜２００℃）で使用されることが多い。

図３は従来の廃棄物焼却処理施設の概略系統図を示すものであり、当該廃棄物焼却処理施設は、廃棄物を焼却処理する廃棄物焼却炉２０と、廃棄物焼却炉２０の下流側に設置され、廃棄物焼却炉２０で発生した高温の燃焼排ガスＧから熱を回収してボイラ蒸気Ｓを発生するボイラ２１と、ボイラ２１の下流側に設置され、燃焼排ガスＧから更に熱を回収するエコノマイザ２２と、エコノマイザ２２の下流側に設置され、排ガス中Ｇの煤塵及び酸性ガスを除去する排ガス処理設備２３（バグフィルタ）と、排ガス処理設備２３の下流側に設けられ、廃棄物焼却炉２０内の燃焼排ガスＧを誘引する誘引通風機２４と、排ガス処理設備２３により処理されたクリーンな排ガスＧ′を大気中へ放出する煙突２５と、ボイラ２１で発生したボイラ蒸気Ｓにより駆動される蒸気タービン２６ａ及び発電機２６ｂから成る発電設備２６とから構成されている。

而して、この廃棄物焼却処理施設に於いては、廃棄物焼却炉２０内で発生した燃焼排ガスＧをボイラ２１及びエコノマイザ２２へ導いて燃焼排ガスＧから熱回収すると共に、熱回収された排ガスＧを排ガス処理設備２３に導いてここで排ガスＧ中の煤塵及び酸性ガスを除去した後、クリーンになった排ガスＧ′を煙突２５から大気中へ放出するようになっている。
また、ボイラ２１で発生したボイラ蒸気Ｓを発電設備２６へ導いて発電するようになっている。
更に、発電設備２６の蒸気タービン２６ａから排出された排気蒸気Ｓ′を復水器２７で復水して復水タンク２８に貯留した後、復水タンク２８内の復水をボイラ給水Ｗとして脱気器２９へ供給し、ここで蒸気タービン２６ａからの抽気蒸気Ｓ′により給水Ｗを加熱すると共に、脱気処理してからエコノマイザ２２へ給水するようになっている。

ところで、廃棄物焼却処理施設に用いるエコノマイザ２２に於いては、排ガス中Ｇの酸性ガス（ＳＯｘやＨＣｌ等）による低温腐食を避けるため、エコノマイザＧへの給水温度（エコノマイザＧの伝熱管入口側流体温度）を１３０℃〜１５０℃という低温腐食が発生しない温度まで上昇させる必要があった。

しかし、前記給水温度では、排ガス温度との温度差を確保できないため、排ガスＧからの熱回収を有効に行えず、熱回収量が限られてしまったり、或いは熱回収するために伝熱面積の大きなエコノマイザ２２を必要とするという問題があった。

尚、エコノマイザ２２への給水温度を下げれば、熱回収率を向上させることができるが、この場合にはエコノマイザ２２に耐腐食性を考慮した特殊な材料を使用しなければならず、エコノマイザ２２自体のコストが高騰すると云う別の問題があった。

また、エコノマイザ２２への給水温度を上昇させるのに、蒸気タービン２６ａからの抽気蒸気Ｓ′を使用し、これを脱気器２９へ供給しているため、脱気器２９への抽気蒸気Ｓ′の供給量が多くなり、その結果、蒸気タービン２６ａの排気側へ供給する蒸気量が低減し、発電効率が低下するという問題があった。

特開２００２−００５４０１号公報特開２００４−３０９０７９号公報

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、低温腐食を起すことなく低温排ガスからの熱回収を有効に行えると共に、発電量を増加させることができるようにした廃棄物焼却処理施設の排ガス処理設備後段の排ガスからの低温熱回収システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、廃棄物焼却炉から排出された燃焼排ガスをボイラ、エコノマイザ、排ガス処理設備の順に流すと共に、ボイラで発生したボイラ蒸気を蒸気タービン及び発電機から成る発電設備へ供給して発電するようにした廃棄物焼却処理施設に用いられるものであり、排ガス処理設備により酸性ガスが除去された低温の排ガスから熱を回収するようにした廃棄物焼却処理施設の排ガス処理設備後段の排ガスからの低温熱回収システムであって、前記低温熱回収システムは、排ガス処理設備後段に設置され、排ガス処理設備により酸性ガスを除去した低温の排ガスから熱回収を行う独立エコノマイザと、蒸気タービンから排出された排気蒸気を凝縮して得られた復水をボイラ給水として独立エコノマイザ、脱気器及びエコノマイザの順に供給する給水供給ラインと、独立エコノマイザの入口側の給水供給ラインに介設され、蒸気タービンから抽気蒸気供給ラインを介して供給された抽気蒸気により独立エコノマイザへ供給する給水の温度を制御する熱交換器とを備えていることに特徴がある。

本発明の請求項２の発明は、独立エコノマイザの入口側に排ガス中の水分濃度及び酸性ガス濃度を測定する水分測定器及び酸性ガス濃度測定器をそれぞれ設置すると共に、抽気蒸気供給ラインに熱交換器への抽気蒸気の供給量を制御する制御弁を介設し、前記水分測定器及び酸性ガス濃度測定器により独立エコノマイザの入口側の排ガス中の水分濃度と酸性ガス濃度とを測定し、これらの測定結果に基づいて独立エコノマイザへの給水温度が伝熱管の低温腐食を引き起こさない温度以上になるように抽気蒸気供給ラインの制御弁を温度制御器により開閉制御する構成としたことに特徴がある。

本発明の請求項１に係る低温熱回収システムは、排ガス処理設備後段に酸性ガスを除去した低温の排ガスから熱回収を行う独立エコノマイザを設置する構成としているため、酸性ガス濃度が低下した結果、独立エコノマイザの伝熱管の低温腐食が発生する温度域が低くなるので、独立エコノマイザへ供給する給水の温度を低下させることが可能となり、その結果、給水と排ガスとの温度差を十分に確保することができ、低温排ガスからの熱回収を有効に行うことができる。
また、本発明の請求項１に係る低温熱回収システムは、独立エコノマイザへ給水を供給する給水供給ラインに給水の温度を制御する熱交換器を介設する構成としているため、独立エコノマイザへ供給する給水の温度を独立エコノマイザの伝熱管に低温腐食が発生しない温度とすることができ、独立エコノマイザの低温腐食を防止することができる。
更に、本発明の請求項１に係る低温熱回収システムは、独立エコノマイザにより排ガス処理設備後段の排ガスから熱回収を行って給水を加熱し、独立エコノマイザで加熱された給水を脱気器へ供給してここで蒸気タービンから抽気蒸気供給ラインを介して供給された抽気蒸気により更に加熱するようにしているため、排ガス処理設備後段の排ガスの熱を脱気器への給水の加熱に有効利用することができ、脱気器への抽気蒸気の量が低減され、その結果、余剰蒸気を蒸気タービンの排気側へ多く供給することができ、発電量を増加させることができる。

本発明の請求項２に係る低温熱回収システムは、独立エコノマイザの入口側に排ガス中の水分濃度及び酸性ガス濃度を測定する水分測定器及び酸性ガス濃度測定器をそれぞれ設置すると共に、抽気供給ラインに熱交換器への抽気蒸気の供給量を制御する制御弁を介設し、前記水分測定器及び酸性ガス濃度測定器により独立エコノマイザの入口側の排ガス中の水分濃度と酸性ガス濃度とを測定し、これらの測定結果に基づいて独立エコノマイザへの給水温度が伝熱管の低温腐食を引き起こさない温度以上になるように抽気蒸気供給ラインの制御弁を温度制御器により開閉制御して熱交換器へ供給する抽気蒸気の量を制御する構成としているため、独立エコノマイザの低温腐食を確実且つ良好に防止することができる。

本発明の実施の形態に係る低温熱回収システムを用いた廃棄物焼却処理施設の概略系統図である。排ガス処理設備後段の排ガスから熱回収を行った場合の低温熱回収システムのヒートバランス図である。従来の廃棄物焼却処理施設の概略系統図である。排ガス処理設備後段の排ガスからの熱回収を行わない場合のヒートバランス図である。

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。
図１は本発明の実施の形態に係る低温熱回収システムＡを用いた廃棄物焼却処理施設の概略系統図を示すものであり、当該廃棄物焼却処理施設は、廃棄物を焼却処理する廃棄物焼却炉１（例えば、ストーカ式焼却炉）と、廃棄物焼却炉１の下流側に設置され、廃棄物焼却炉１で発生した高温の燃焼排ガスＧから熱を回収してボイラ蒸気Ｓを発生するボイラ２と、ボイラ２の下流側に設置され、燃焼排ガスＧから更に熱を回収するエコノマイザ３（節炭器）と、エコノマイザ３の下流側に設置され、排ガスＧ中の煤塵及び酸性ガス（ＳＯｘやＨＣｌ等）を除去するバグフィルタから成る排ガス処理設備４と、排ガス処理設備４の下流側に設けられ、廃棄物焼却炉１内の燃焼排ガスＧを誘引する誘引通風機５と、排ガス処理設備４により処理されたクリーンな排ガスＧ′を大気中へ放出する煙突６と、ボイラ２で発生したボイラ蒸気Ｓにより駆動される蒸気タービン７ａ及び発電機７ｂから成る発電設備７と、排ガス処理設備４後段の低温の排ガスＧ′から熱を回収する低温熱回収システムＡとから構成されている。

尚、廃棄物焼却炉１、ボイラ２、エコノマイザ３及び排ガス処理設備４は、従来公知のものと同様構造に構成されているため、ここではその詳細な説明を省略する。

本発明の実施の形態に係る低温熱回収システムＡは、排ガス処理設備４により酸性ガスが除去された排ガスＧ′から熱を回収すると共に、その熱を脱気器１１へ供給する給水Ｗへの加熱に有効利用するようにしたものであり、排ガス処理設備４後段に設置され、酸性ガスを除去した低温の排ガスＧ′から熱回収を行う独立エコノマイザ８と、蒸気タービン７ａから排出された排気蒸気Ｓ′を復水器９で凝縮して得られた復水を復水タンク１０からボイラ給水Ｗとして独立エコノマイザ８、脱気器１１及びエコノマイザ３の順に供給する給水供給ライン１２と、独立エコノマイザ８の入口側の給水供給ライン１２に介設され、蒸気タービン７ａからの抽気蒸気Ｓ″により独立エコノマイザ８へ供給する給水Ｗの温度を制御する熱交換器１３と、蒸気タービン７ａからの抽気蒸気Ｓ″を脱気器１１及び熱交換器１３へ供給する抽気蒸気供給ライン１４と、独立エコノマイザ８の入口側に設置され、独立エコノマイザ８の入口側の排ガスＧ′中の水分濃度を測定する水分測定器１５と、独立エコノマイザ８の入口側に設置され、独立エコノマイザ８の入口側の排ガスＧ′中の酸性ガス濃度を測定する酸性ガス濃度測定器１６と、熱交換器１３に抽気蒸気Ｓ″を供給する抽気蒸気供給ライン１４に介設され、抽気蒸気Ｓ″の供給量を制御する制御弁１７と、水分測定器１５及び酸性ガス濃度測定器１６からの検出信号と独立エコノマイザ８の入口側の給水Ｗの温度を検出する温度検出器１８ａからの検出信号に基づいて独立エコノマイザ８への給水Ｗの温度が伝熱管の低温腐食を引き起こさない温度以上になるように制御弁１７を開閉制御する温度制御器１８とから構成されている。
尚、酸性ガス濃度測定器１６には、ＳＯｘ濃度測定器やＨＣｌ濃度測定器等が使用されている。

ところで、低温腐食は、排ガスＧ′中に含まれるＳＯｘやＨＣｌ等の酸性ガスが露点温度以下になっている金属表面で凝縮し、硫酸や塩酸になって金属が浸食される現象をいう。
また、ＳＯｘやＨＣｌの露点温度は、排ガスＧ′中の水分量とＳＯｘ濃度又はＨＣｌ濃度に依存し、これらの値により変化する。
従って、前記低温熱回収システムＡに於いては、独立エコノマイザ８の入口側の排ガスＧ′中の水分及び酸性ガス濃度（ＳＯｘ濃度又はＨＣｌ濃度）を測定し、これらの測定結果に基づいて独立エコノマイザ８の伝熱管へ供給される給水Ｗの温度が低温腐食を引き起こさない温度以上になるように熱交換器１３により給水Ｗの温度を制御するようにしている。

而して、上述した低温熱回収システムＡを用いた廃棄物焼却処理施設によれば、廃棄物焼却炉１から排出された高温の燃焼排ガスＧは、ボイラ２及びエコノマイザ３により熱回収された後、排ガス処理設備４に導かれてここで排ガスＧ中の煤塵及び酸性ガス（ＳＯｘやＨＣｌ等）が除去される。

排ガス処理設備４で酸性ガスが除去された排ガスＧ′は、引き続き排ガス処理設備４後段に設置した独立エコノマイザ８に導かれ、ここで更に熱回収された後、煙突６から大気中へ放出される。

一方、ボイラ２で発生したボイラ蒸気Ｓは、発電設備７の蒸気タービン７ａに供給されて蒸気タービン７ａを駆動すると共に、蒸気タービン７ａから排出されて復水器９で復水された後、復水タンク１０に貯留される。尚、復水タンク１０には、図示していないが、不純物が除去された補給水が供給されている。

復水タンク１０に貯留された復水は、ボイラ給水Ｗとして給水供給ライン１２及び給水ポンプ１９により熱交換器１３に供給され、ここで蒸気タービン７ａから抽気蒸気供給ライン１４を介して供給された抽気蒸気Ｓ″により温度制御された後、独立エコノマイザ８に導かれる。

このとき、独立エコノマイザ８に供給される給水Ｗは、独立エコノマイザ８の伝熱管が低温腐食を起さないように熱交換器１３にて抽気蒸気Ｓ″により温度制御されている。
即ち、独立エコノマイザ８に供給される給水Ｗは、水分測定器１５及び酸性ガス濃度測定器１６（ＳＯｘ濃度測定器又はＨＣｌ濃度測定器）により独立エコノマイザ８の入口側の排ガスＧ′中の水分濃度と酸性ガス濃度とをそれぞれ測定すると共に、温度検出器１８ａにより独立エコノマイザ８の入口側の給水Ｗの温度を測定し、独立エコノマイザ８への給水Ｗの温度が伝熱管の低温腐食を引き起こさない温度以上になるように抽気蒸気供給ライン１４の制御弁１７を温度制御器１８により開閉制御して熱交換器１３へ供給する抽気蒸気Ｓ″の量を制御することによって、温度制御されている。
尚、温度制御器１８の演算部には、排ガスＧ′中の水分濃度、酸性ガス濃度と露点温度との関係等が予め記憶されている。
また、熱交換器１３に供給された抽気蒸気Ｓ″は、熱交換器１３内でボイラ給水Ｗを加熱した後、脱気器１１へ供給されている。

そして、独立エコノマイザ８に供給された給水Ｗは、ここで酸性ガス成分が除去された低温排ガスＧ′により加熱された後、脱気器１１に供給されてここで蒸気タービン７ａから抽気蒸気供給ライン１４を介して供給された抽気蒸気Ｓ″により加熱されると共に、脱気処理されてから、給水供給ライン１２及び給水ポンプ１９により排ガス処理設備４前段のエコノマイザ３及びボイラ２へ順次供給される。

上述した構成の低温熱回収システムＡは、排ガス処理設備４後段に酸性ガスを除去した低温の排ガスＧ′から熱回収を行う独立エコノマイザ８を設置する構成としているため、酸性ガス濃度の低下により独立エコノマイザ８の伝熱管の低温腐食が発生する温度域が低くなり、独立エコノマイザ８へ供給する給水Ｗの温度を低下させることが可能となる。その結果、給水Ｗと排ガスＧ′との温度差を十分に確保することができ、低温排ガスＧ′からの熱回収を有効に行うことができる。

また、この低温熱回収システムＡは、独立エコノマイザ８へ給水Ｗを供給する給水供給ライン１２に給水Ｗの温度を制御する熱交換器１３を介設する構成としているため、独立エコノマイザ８へ供給する給水Ｗの温度を独立エコノマイザ８の伝熱管に低温腐食が発生しない温度とすることができ、独立エコノマイザ８の低温腐食を防止することができる。

特に、この低温熱回収システムＡは、水分測定器１５及び酸性ガス濃度測定器１６により独立エコノマイザ８の入口側の排ガスＧ′中の水分濃度と酸性ガス濃度とを測定し、これらの測定結果に基づいて独立エコノマイザ８への給水Ｗの温度が伝熱管の低温腐食を引き起こさない温度以上になるように抽気蒸気供給ライン１４の制御弁１７を温度制御器１８により開閉制御して熱交換器１３へ供給する抽気蒸気Ｓ″の量を制御する構成としているため、独立エコノマイザ８の低温腐食を確実且つ良好に防止することができる。

更に、この低温熱回収システムＡは、独立エコノマイザ８により排ガス処理設備４後段の排ガスＧ′から熱回収を行って給水Ｗを加熱し、独立エコノマイザ８で加熱された給水Ｗを脱気器１１へ供給してここで蒸気タービン７ａから抽気蒸気供給ライン１４を介して供給された抽気蒸気Ｓ″により更に加熱するようにしているため、排ガス処理設備４後段の排ガスＧ′の熱を脱気器１１への給水Ｗの加熱に有効利用することができ、脱気器１１への抽気蒸気Ｓ″の量が低減される。その結果、余剰蒸気を蒸気タービン７ａの排気側へ多く供給することができ、発電量を増加させることができる。

尚、図２は排ガス処理設備４後段の排ガスＧ′から熱回収を行った場合の本発明の低温熱回収システムＡのヒートバランス図を示し、また、図４は排ガス処理設備２３後段の排ガスＧ′から熱回収を行わない場合のヒートバランス図を示す。
図２からも明らかなように、本願発明の低温熱回収システムＡを用いた場合、低温排ガスＧ′からの熱回収、脱気器１１への抽気蒸気Ｓ″量の減少、発電量の増加等を図れることが判る。

Ａは低温熱回収システム、Ｇは燃焼排ガス、Ｇ′は低温の排ガス、Ｓはボイラ蒸気、Ｓ″は抽気蒸気、Ｗは給水、１は廃棄物焼却炉、２はボイラ、３はエコノマイザ、４は排ガス処理設備、７は発電設備、７ａは蒸気タービン、７ｂは発電機、８は独立エコノマイザ、１１は脱気器、１２は給水供給ライン、１３は熱交換器、１４は抽気蒸気供給ライン、１５は水分測定器、１６は酸性ガス濃度測定器、１７は制御弁、１８は温度制御器。

Claims

廃棄物焼却炉から排出された燃焼排ガスをボイラ、エコノマイザ、排ガス処理設備の順に流すと共に、ボイラで発生したボイラ蒸気を蒸気タービン及び発電機から成る発電設備へ供給して発電するようにした廃棄物焼却処理施設に用いられるものであり、排ガス処理設備により酸性ガスが除去された低温の排ガスから熱を回収するようにした廃棄物焼却処理施設の排ガス処理設備後段の排ガスからの低温熱回収システムであって、前記低温熱回収システムは、排ガス処理設備後段に設置され、排ガス処理設備により酸性ガスを除去した低温の排ガスから熱回収を行う独立エコノマイザと、蒸気タービンから排出された排気蒸気を凝縮して得られた復水をボイラ給水として独立エコノマイザ、脱気器及びエコノマイザの順に供給する給水供給ラインと、独立エコノマイザの入口側の給水供給ラインに介設され、蒸気タービンから抽気蒸気供給ラインを介して供給された抽気蒸気により独立エコノマイザへ供給する給水の温度を制御する熱交換器とを備えていることを特徴とする廃棄物焼却処理施設の排ガス処理設備後段の排ガスからの低温熱回収システム。
独立エコノマイザの入口側に排ガス中の水分濃度及び酸性ガス濃度を測定する水分測定器及び酸性ガス濃度測定器をそれぞれ設置すると共に、抽気蒸気供給ラインに熱交換器への抽気蒸気の供給量を制御する制御弁を介設し、前記水分測定器及び酸性ガス濃度測定器により独立エコノマイザの入口側の排ガス中の水分濃度と酸性ガス濃度とを測定し、これらの測定結果に基づいて独立エコノマイザへの給水温度が伝熱管の低温腐食を引き起こさない温度以上になるように抽気蒸気供給ラインの制御弁を温度制御器により開閉制御する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却処理施設の排ガス処理設備後段の排ガスからの低温熱回収システム。