JP2014105914A

JP2014105914A - 廃熱回収設備

Info

Publication number: JP2014105914A
Application number: JP2012258304A
Authority: JP
Inventors: Sukenori Hirai; 祐則平井
Original assignee: Kubota Environmental Service Co Ltd
Current assignee: Kubota Environmental Service Co Ltd
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-06-09
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: JP5995685B2

Abstract

【課題】発電量の低下や低温腐食を招くことなく、廃棄物処理炉の廃熱を有効に活用して汚泥を乾燥させることが可能な廃熱回収設備を提供する。
【解決手段】廃熱ボイラ８を備えた廃棄物処理炉１に組み込まれる廃熱回収設備であって、エコノマイザ１０の下流側煙道に設置され、エコノマイザ１０へ供給される脱気器の加圧給水が被加熱媒体として分岐供給される熱交換器１１と、熱交換器１１で熱交換された被加熱媒体により脱水汚泥を乾燥させる汚泥乾燥機３１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃熱回収設備に関し、詳しくは廃熱ボイラを備えた廃棄物処理炉に組み込まれる廃熱回収設備に関する。

下水処理場には、下水処理設備で発生した有機性の汚泥を処理するために、汚泥用の焼却設備や溶融設備が設置されている。例えば、流動床式焼却炉やコークスベッド溶融炉である。

このような焼却設備や溶融設備を運転するために、重油やコークス等の化石燃料が必要になるばかりか、設備を稼動するために電力が必要になり、一定の維持コストがかかる。

大規模なゴミ焼却設備等の廃棄物処理設備には、廃熱ボイラで発生した蒸気で発電する発電設備が組み込まれ、設備を稼動するために必要な電力を自己発電電力で賄うとともに余剰電力を電力会社に売電している。

しかし、処理量が少ない小規模のゴミ焼却設備では、それほど発電量を稼ぐことができないため、経済性等の観点で発電設備の設置が見送られる場合も多い。

このような背景の下、下水処理設備で発生した有機性の汚泥に含まれる可燃分を廃棄物とともに廃棄物処理炉で焼却または溶融処理するように構成することが考えられている。

このような廃棄物処理炉によれば、廃棄物の処理量がそれほど多くない場合でも、汚泥を熱源として燃焼させることにより、廃熱ボイラである程度安定的に蒸気を発生させることができ、発電設備を設置することが可能になる。そして、廃棄物処理炉を含む設備を稼動するためにその発電電力を利用することで、電力コストや燃料コストを低減することが可能になる。

また、下水汚泥中の窒素（Ｎ）含有率は、一般ゴミに対して５倍程度と非常に高いため、下水汚泥焼却施設での汚泥の焼却時に亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）が多く発生して地球温暖化に影響を与えている。下水汚泥焼却施設では、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の発生量を抑制するために従来の８００℃程度から８５０℃以上の高温汚泥を燃焼させることにより改善を図っているが、化石燃料の使用量が増加するという問題があった。そこで、汚泥をゴミ焼却炉で一般ゴミと混焼させれば、化石燃料を使用せずに高温燃焼が可能となり、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の発生を抑制することができる。

ところで、有機成分を含む下水汚泥を熱源として効率よく燃焼させるためには、汚泥を予め乾燥させて含水率を低下させる必要がある。そのため、特許文献１や特許文献２には、下水汚泥の脱水ケーキを乾燥機により乾燥して焼却炉により焼却するとともに、この焼却炉で発生した蒸気を乾燥機に供給して脱水ケーキを乾燥させる下水汚泥の焼却方法が提案されている。

また、特許文献３には、背圧タービンの排気蒸気の潜熱を汚泥乾燥の熱源に用いる構成が開示されている。

特開２００４−２７８９５０号公報特開平０９−２７３７０４号公報特開平１０−３０８０９号公報

しかし、特許文献１に記載されたような下水汚泥の焼却方法では、焼却炉に設置された廃熱ボイラで生成された蒸気の一部を脱水ケーキの加熱乾燥のために用いる必要があり、廃熱ボイラで生成された蒸気による発電量が低下するという問題があった。

また、特許文献３に記載されたような蒸気が復水へ状態変化する際の潜熱を利用する方法では、温度が低いために汚泥を十分に乾燥させることが困難であった。また、煙突排ガスの保有熱を回収して汚泥を乾燥させる場合には、例えば２００℃の排ガスと常温の空気を熱交換する際に、低温腐食の発生温度より管壁温度が低下しないように、空気の一部を循環させる循環方式等を採用する必要があり、熱交換器が大型になり設備コストの上昇や設置スペースの制限等の観点で実現が困難であった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、発電量の低下や低温腐食を招くことなく、廃棄物処理炉の廃熱を有効に活用して汚泥を乾燥させることが可能な廃熱回収設備を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による廃熱回収設備の第一特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、廃熱ボイラを備えた廃棄物処理炉に組み込まれる廃熱回収設備であって、煙道に設置され、前記廃熱ボイラへ供給される脱気器の加圧給水が被加熱媒体として分岐供給される熱交換器と、前記熱交換器で熱交換された被加熱媒体により汚泥を乾燥させる汚泥乾燥機と、を備えている点にある。

通常、廃熱ボイラを経て煙道に流下する排ガスの保有熱が熱交換器で効率的に回収でき、例えば減温塔を設けなくても熱交換器で十分に減温された排ガスをそのままバグフィルタに流下させることができるようになる。その結果、汚泥を乾燥させるために従来のように廃熱ボイラで生成された蒸気を用いる必要がなくなり、蒸気による発電効率の低下を来たすこともなくなる。

そして、廃熱を回収する被加熱媒体としてボイラ給水である加圧給水が用いられるので、気体を被加熱媒体として用いる場合よりも熱伝達率を向上させることができ、それだけ効率的に汚泥を乾燥させることができるようにもなる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記熱交換器がエコノマイザの下流側煙道に設置され、前記エコノマイザへ供給される脱気器の加圧給水が被加熱媒体として分岐供給される点にある。

煙道に沿ってエコノマイザと熱交換器が順に配置され、脱気器で脱気された加圧給水がエコノマイザと熱交換器にそれぞれ供給される。例えば、エコノマイザで加熱された加圧給水が廃熱ボイラに供給され、熱交換器で加熱された加圧給水が汚泥乾燥機に送られ、さらに熱交換器を通過して減温された排ガスが後段の排ガス処理設備に供給される。通常、エコノマイザを通過した排ガスは、減温塔を経てバグフィルタ等の集塵機に送られるが、上述の構成によれば、熱交換器で十分に減温されるため、減温塔を設ける必要が無く、しかも廃熱が効率的に回収できるようになる。その結果、汚泥を乾燥させるために従来のように廃熱ボイラで生成された蒸気を用いる必要がなくなり、蒸気による発電効率の低下を来たすこともなくなる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記熱交換器から排出された排ガスが所定温度を下回らないように、前記熱交換器への給水量を調整する制御機構を備えている点にある。

廃棄物処理炉で処理される廃棄物の性状は様々に変動するため、熱交換器に流入する排ガス量も変動する。廃棄物の燃焼状態が大きく低下して排ガス量が低下しても、熱交換器から排出された排ガスが所定温度を下回らないように、制御機構によって熱交換器への給水量が調整されるので、低温腐食の発生を未然に防止することができる。

また、集塵機の前段の減温塔を無くすために伝熱面積を大きくしたエコノマイザを備え、廃熱を効率的に回収するいわゆる低温エコを採用した廃棄物処理炉では、廃棄物の燃焼状態が大きく低下して排ガス量が低下すると、エコノマイザで必要以上に吸熱されて出口温度が低下するため、低温腐食が発生する虞もある。しかし、上述の構成によれば、いわゆる低温エコではない通常のエコノマイザを用いても、減温塔が不要になるばかりか、制御機構によって熱交換器への給水量が調整されるので、低温腐食の発生を未然に防止することができる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの第二特徴構成に加えて、前記汚泥乾燥機で乾燥された汚泥を前記廃棄物処理炉に廃棄物として供給する汚泥供給機構を備えている点にある。

汚泥乾燥機で乾燥された汚泥が汚泥供給機構を介して廃棄物処理炉に廃棄物として供給されるので、汚泥の保有熱量を発電に有効に活用することができ、少なくともその電力を設備の稼動に利用することができるので、運転コストを軽減させることができる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記汚泥乾燥機で発生した汚泥蒸気を前記廃棄物処理炉の二次燃焼部の攪拌ガスとして供給するガス供給機構を備えている点にある。

汚泥蒸気には様々な臭気成分が含まれているため、大気開放するためには臭気ガス成分を除去するフィルタ装置が必要になる。しかし、上述の構成によれば、汚泥乾燥機で発生した汚泥蒸気が、廃棄物処理炉の二次燃焼部の攪拌ガスとして供給されるので、二次燃焼部でその臭気成分を熱分解することができるようになり、しかも、高温の蒸気として二次燃焼部に供給されるので、二次燃焼温度の低下を来たすことなく二次燃焼を促進することができる。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記汚泥乾燥機から排出された被加熱媒体を脱気器の熱源として供給する供給経路を備えている点にある。

ボイラ給水は脱気器で脱気された後に廃熱ボイラに循環供給される。従来、廃熱ボイラで生成され、蒸気溜めに蓄積された蒸気の一部が、脱気のための熱源として脱気器に供給されていたが、上述の構成によれば、被加熱媒体である加圧給水が供給経路を介して汚泥乾燥機から脱気器に供給され、脱気の熱源として用いられるようになり、これまで脱気のための熱源となっていた蒸気を発電に用いることでより一層発電効率を高めることができるようになった。

同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第六特徴構成に加えて、前記廃熱ボイラで生成された蒸気を蓄積する蒸気溜めと、前記蒸気溜めに蓄積された蒸気の一部を前記脱気器の熱源として供給する蒸気供給経路と、前記脱気器への蒸気の供給量を調整する制御機構を備えている点にある。

汚泥乾燥機から脱気器へ供給される加圧水が脱気の熱源として不足するような温度に低下し或いは流量が低下すると、脱気が十分に行われない虞がある。上述の構成によれば、廃熱ボイラで生成され、蒸気溜めに蓄積された蒸気の一部が、脱気のための熱源として蒸気供給経路を介して脱気器に供給され、熱源の不足分を補うことができる。このとき、脱気器に供給される脱気の熱源の不足の程度に応じて、制御機構によって脱気器への蒸気の供給量を調整することができる。

以上説明した通り、本発明によれば、発電量の低下や低温腐食を招くことなく、廃棄物処理炉の廃熱を有効に活用して汚泥を乾燥させることが可能な廃熱回収設備を提供することができるようになった。

本発明による廃熱回収設備が組み込まれた廃棄物処理炉の説明図熱交換器の制御装置により実行される制御手順のフローチャート本発明による廃熱回収設備の運転態様の説明図本発明による熱交換器の機械的サイズを算出するためのモデルの説明図発明による廃熱回収設備が組み込まれた別の態様の廃棄物処理炉の説明図

以下、本発明による廃熱回収設備を図面に基づいて説明する。
図１には、下水処理場の敷地内に構築された廃棄物処理炉の一例であるストーカ式の焼却炉１が示されている。ホッパー２に投入された都市ゴミ等の廃棄物が、ホッパー２下部のプッシャー機構３により炉内に装入され、ストーカ機構４で攪拌及び押圧搬送されつつ一次燃焼され、燃焼ガスがその上方空間の二次燃焼部５で約９５０℃前後の温度で完全燃焼される。

ストーカ機構４の下方に備えた一次燃焼空気供給機構６から一次燃焼空気が供給されてストーカ上で廃棄物が一次燃焼し、気化した可燃性ガスと一次燃焼で寄与しなかった空気が二次燃焼部５で二次燃焼する。二次燃焼部５の側壁には、二次燃焼部で未燃焼ガスと空気とを攪拌して完全燃焼させるための攪拌用ガスを供給するガス噴射ノズル群で構成されたガス供給機構７が設置されている。

二次燃焼部５の上部には廃熱ボイラ８及び過熱器９が設置され、廃熱ボイラ８で生成され、過熱器９で過熱された蒸気が蒸気溜め２７を経由して発電設備２０に供給される。廃熱ボイラを通過した排ガスは、煙道に沿って配置されたエコノマイザ１０、熱交換器１１、バグフィルタ１２等を経て煙突１５から排気される。

発電設備２０には、蒸気溜め２７からの過熱蒸気が供給される蒸気タービン２１、蒸気タービン２１で回転駆動される発電機２２、復水器２３、復水タンク２４、脱気器２５等を備えている。蒸気タービン２１からの排蒸気が復水器２３で復水され、脱気器２５で脱気されたボイラ給水がエコノマイザ１０で余熱された後に廃熱ボイラ８に循環供給される。

本発明による廃熱回収設備３０は、上述の熱交換器１１と、汚泥乾燥機３１とを備えて構成されている。当該熱交換器１１は、エコノマイザ１０の下流側煙道に設置され、エコノマイザ１０へ供給される脱気器２５の加圧給水が被加熱媒体として分岐供給されている。

エコノマイザ１０で加熱されたボイラ給水が廃熱ボイラ８に供給され、熱交換器１１で加熱された加圧水が汚泥乾燥機３１に送られる。そして熱交換器１１を通過して減温された排ガスが後段の排ガス処理設備に供給される。

通常、エコノマイザ１０を通過した排ガスは、減温塔を経てバグフィルタ等の集塵機に送られるが、当該構成によれば、熱交換器１１で十分に減温されるため、減温塔等の別途の減温装置を設ける必要が無く、従って廃熱が効率的に回収できるようになる。

その結果、汚泥を乾燥させるために従来のように廃熱ボイラ８で生成された蒸気を用いる必要がなくなり、蒸気による発電効率の低下を来たすこともなくなる。

熱交換器１１への加圧給水の入口経路に給水バルブ機構３２ａが設けられ、出口経路に出水バルブ機構３２ｂが設けられ、それらバルブ機構３２（３２ａ，３２ｂ）の開度を制御する制御装置３３（３３ａ，３３ｂ）が設けられている。

制御装置３３（３３ａ，３３ｂ）は、熱交換器１１を通過した排ガスの温度を温度センサで計測し、その計測温度に基づいて給水バルブ機構３２ａの開度を調整するとともに、熱交換器１１出口部の加圧水の圧力を圧力センサで計測し、その計測値に基づいて出水バルブ機構３２ｂの開度を調整する。

図２に示すように、制御装置３３ａ（３３）は、熱交換器１１を通過した排ガスの温度が低温腐食を回避するために設定された所定の下限温度、例えば１６０℃より低下すると（Ｓ１，Ｙ）、給水バルブ機構３２ａを閉塞或いは開度を絞って排ガス温度の低下を回避し（Ｓ２）、排ガスの温度が当該所定の下限温度よりも高温である場合には（Ｓ１，Ｎ）、給水バルブ機構３２ａの開度を調整して、排ガス温度を所定の温度以上に維持する（Ｓ３）。

さらに、制御装置３３ｂ（３３）は、熱交換器１１の出口部の加圧水の圧力が所定圧力範囲、例えば３ＭＰａ〜４ＭＰａの範囲に入っていれば（Ｓ４、Ｙ）、出水バルブ機構３２ｂの開度を維持し（Ｓ５）、所定圧力範囲を逸脱していれば（Ｓ４，Ｎ）、所定範囲に維持されるように、出水バルブ機構３２ｂの開度をＰＩＤ制御で調整して（Ｓ６）、規定圧以上に上がった場合に熱交換器が噴破することを防止し、また熱交換器内で加圧水が蒸気化することを防ぐ。

ステップＳ３では、例えば、現在の排ガス出口温度と排ガス出口目標温度との偏差等に基づき給水バルブ機構３２ａの開度目標値を算出してその目標値に制御するＰＩＤ制御を行うことができる。例えば上述した低音腐食回避のための下限温度を排ガス出口目標温度に設定することができる。

ステップＳ６では、例えば、現在の加圧水の圧力と、所定圧力範囲に設定された目標圧力との偏差等に基づき出水バルブ機構の開度目標値を算出してその目標値に制御するＰＩＤ制御を行うことができる。尚、ステップＳ５でも同様のＰＩＤ制御を行ってもよい。

即ち、制御装置３３（３３ａ）とバルブ機構３２（３２ａ）によって、熱交換器１１から排出された排ガスが所定温度を下回らないように、熱交換器１１への給水量を調整する制御機構が構成されている。尚、説明の便宜のために制御装置３３が３３ａ，３３ｂの二つのブロックで構成されているように説明しているが、それぞれが独立した別体で構成されていてもよいし、一体に構成され、それぞれが独立して制御対象を制御する構成であってもよい。

汚泥乾燥機３１は、熱交換器１１で熱交換された被加熱媒体である加圧水を熱源として、脱水汚泥を乾燥処理する装置で、外側筒状体３４ａに対して内側筒状体３４ｂが駆動機構（図示せず）を介して回転可能に支持された同軸心の二重の筒状体（キルン）３４で構成されている。尚、脱水汚泥とは、下水処理設備で発生した余剰汚泥で、フィルタプレス等の脱水機で脱水された汚泥をいう。

筒状体（キルン）３４の一端側から内側筒状体３４ｂにフィーダ３７を介して供給された脱水汚泥が、内側筒状体３４ｂの回転に伴ってその内壁に設けられた攪拌羽根で攪拌搬送されながら加熱乾燥され、他端側から排出される。熱交換器１１で加熱された加圧水が、汚泥の搬送方向と対向するように、他端側から外側筒状体３４ａと内側筒状体３４ｂとで仕切られる空間に供給され、内側筒状体３４ｂの壁面を介して汚泥を間接加熱した後に一端側から排出される。

廃熱を回収する被加熱媒体として加圧水が用いられるので、被加熱媒体として蒸気や空気等の気体を用いる場合よりも熱伝達率を向上させることができ、それだけ効率的に汚泥を乾燥させることができるようにもなる。

汚泥乾燥機３１から排出された被加熱媒体は、脱気のための熱源として、供給管路２６を介して脱気器２５に送られる。

汚泥乾燥機３１で乾燥された汚泥は、スクリュー式の搬送機構等で構成される汚泥供給機構３５を介して廃棄物処理炉のホッパー２下部に供給され、プッシャー３により炉内に投入されて焼却処理される。

汚泥乾燥機３１には、汚泥乾燥機３１への汚泥投入量を制御する制御装置３３（３３ｃ）が設けられている。当該制御装置３３（３３ｃ）は、汚泥乾燥機３１の出口部の汚泥湿度の計測値、バルブ機構３２ａの絞り量または加圧水の流量が入力され、当該汚泥湿度が所定の目標湿度範囲に入るように、汚泥乾燥機３１へ汚泥を投入するフィーダ３７の送り量を制御する。

図２に示すように、制御装置３３は、汚泥乾燥機３１の出口部の汚泥湿度が所定の目標湿度範囲に維持されているか否かを判断し（Ｓ７）、上方に逸脱した場合（過乾燥時）には（Ｓ８，Ｙ）、そのときの加圧水の流量またはバルブ機構３２ａの絞り量に応じて定まる補正量を算出し、フィーダ３７による汚泥の投入量を低下させ（Ｓ９）、下方に逸脱した場合（乾燥不足）には（Ｓ８，Ｎ）、そのときの加圧水の流量またはバルブ機構３２ａの絞り量に応じて定まる補正量を算出し、フィーダ３７による汚泥の投入量を増加させる（Ｓ１０）。

尚、下方に逸脱した場合（乾燥不足）には、内側筒状体３４ｂの回転速度を低下させて乾燥を促進し、上方に逸脱した場合（乾燥不足）には、内側筒状体３４ｂの回転速度を上昇させて速やかに排出するように制御してもよい。

汚泥乾燥機３１の内側筒状体３４ｂ内部で発生した汚泥蒸気は、蒸気ダクト３６を介して二次燃焼部５側壁に備えたガス供給機構７に送られる。高温の蒸気が二次燃焼部５に攪拌用ガスとして供給されるため、二次燃焼温度の低下を来たすことなく、未燃焼ガスと空気とが良好に攪拌され、完全燃焼化が図られる。このとき、汚泥蒸気に含まれる臭気成分も二次燃焼部５で熱分解されるため、臭気を除去するための別途のフィルタ機構を備える必要もない。

汚泥蒸気をガス供給機構７に所定圧力で供給するために、蒸気ダクト３６に送風機構を設けたりアキュムレータ等の調圧機構を設けたりしてもよい。

上述したように、廃熱回収設備３０は、熱交換器１１で熱交換された被加熱媒体である加圧水を熱源として、汚泥乾燥機３１での汚泥の乾燥処理を行ない、さらに脱気器２５での脱気処理を行なうように構成されている。

しかし、泥乾燥機３１から供給管路２６を介して脱気器２５に供給される加圧水が脱気の熱源として不十分な場合がある。例えば、汚泥乾燥機３１から供給管路２６を介して脱気器２５に供給される加圧水の温度が脱気に必要な温度より低い場合や、加圧水の温度が脱気に必要な温度であっても流量が少ない場合には、脱気器２５で十分に脱気できない。

そこで、過熱器９で過熱された蒸気の一部を脱気器２５に供給する蒸気供給経路２８が設けられ、蒸気供給経路２８を介して脱気器２５に供給される蒸気量を調整する制御機構としてのバルブ機構３２ｃと制御装置３３（３３ｄ）が設けられている。

上述したように、廃熱ボイラ８で生成され過熱器９で過熱された蒸気は、高圧の蒸気溜め２７を経由して過熱蒸気が蒸気タービン２１に供給される。さらに、過熱蒸気の一部が高圧の蒸気溜め２７から低圧の蒸気溜め２９に蓄積され、低圧の過熱蒸気が様々な熱源に利用されている。低圧の蒸気溜め２９には、蒸気タービン２１に圧力エネルギーを与えて、圧力が幾らか低下した蒸気の一部も供給される。

制御装置３３（３３ｄ）は、脱気器２５の内部圧力を計測し、脱気に必要な目標圧力に達しない場合に、バルブ機構３２ｃの開度を調整して脱気器２５に低圧の過熱蒸気を供給する。

汚泥乾燥機３１への投入汚泥量が少ない場合等、汚泥乾燥機３１での熱消費量が少ない場合、脱気器２５への流入熱量は必然的に多くなる。この場合、脱気器２５の圧力は高くなるが、バルブ機構３２ｃの開度をＰＩＤ演算で必要な開度に調整することで、脱気器加熱用の蒸気消費量が低減され、それだけ蒸気タービン２１での発電用エネルギーとして活用でき、発電量が上がるため熱交換器１１で回収したエネルギーを汚泥乾燥及び発電用のエネルギーとして活用することができる。

図１を用いた説明では、符合３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄで示した４つのブロックで制御装置３３が構成されているが、各ブロックが一つの制御装置で構成されていてもよいし、個別の制御装置で構成されていてもよいし、符合３３ａ，３３ｂで示した２つのブロックが１つの制御装置に統合され、符合３３ｃ，３３ｄで示した２つのブロックが１つの制御装置に統合されていてもよい。

また、各ブロックが個別の制御装置で構成される場合には、制御装置を接続する信号線で互いの制御情報を送受信してもよい。例えば、制御機構３３ｄが、他の制御装置からバルブ機構３２ａの絞り量を受信することにより、加圧水の流量を獲得することができる。

以下、図３に基づいて、廃棄物処理炉及び廃熱回収設備の運転態様を説明する。
約８００℃〜１０００℃の範囲で燃焼する二次燃焼部５に設置された廃熱ボイラ８及び過熱器９によって得られた４ＭＰａ，４００℃の過熱蒸気が、蒸気溜め２７を介して蒸気タービン２１に供給され、発電機２２が駆動される。

蒸気タービン２１からの排蒸気は、復水器２３を介して復水されて復水タンク２４に回収され、その後、復水タンク２４から約６０℃の復水が脱気器２５に給水されて脱気され、１４３℃に加熱されたボイラ給水としてエコノマイザ１０及び熱交換器１１に給水される。

エコノマイザ１０で２００℃に加熱されたボイラ給水が廃熱ボイラ８に循環供給され、熱交換器１１で圧力３ＭＰａ〜４ＭＰａ、温度１６０℃に加熱された加圧水が汚泥乾燥機３１に供給される。汚泥乾燥機３１から排出された高温の加圧水は脱気器２５に供給されて脱気用の熱源に用いられる。

含水率８０％〜９０％の有機性の汚泥が汚泥乾燥機３１に投入され、１６０℃の加圧水で間接加熱され、１００℃近い高温で含水率１０％〜２０％まで乾燥される。乾燥汚泥は、汚泥供給機構３５を介して焼却炉１に搬送されて、他の廃棄物とともに焼却処理される。汚泥乾燥機３１で生じた汚泥蒸気は、ガス供給機構７を介して焼却炉１の二次燃焼部５の攪拌用ガスと供給される。

廃熱ボイラ８及び過熱器９で熱交換されて約３５０℃程度の減温された排ガスは、エコノマイザ１０で２１０℃〜１８０℃の範囲に減温され、さらに熱交換器１１で１８０℃〜１６０℃の範囲に減温された後に、バグフィルタ１２で除塵され、酸性ガス成分が除去された後に煙突１５から排気される。

図４（ａ）には、一般的なエコノマイザを用いて、３５０℃の排ガスにより１４３℃のボイラ給水が２００℃に予熱され、排ガスが２１０℃に減温される場合の例が示され、図４（ｂ）には、高効率低温エコノマイザを用いて、３５０℃の排ガスにより１４３℃のボイラ給水が約２１０℃に予熱され、排ガスが１８０℃に減温される場合の例が示されている。

前者によれば、エコノマイザとその後段のバグフィルタとの間に減温塔例えば排ガスに水を噴霧して減温させる減温塔を設置して排ガス温度を減温させる必要があるが、後者によれば減温塔を設ける必要がなく、廃熱が効率的に回収できる。

図４（ｃ）には、エコノマイザの後段に本発明の熱交換器を配置して、３５０℃の排ガスにより１４３℃のボイラ給水がエコノマイザで約２００℃に予熱され、排ガスが２１０℃に減温され、さらに２１０℃の排ガスにより１４３℃のボイラ給水が熱交換器で約１６０℃に予熱され、排ガスが１８０℃に減温される例が示されている。

吸収熱量Ｑ，総括伝熱係数Ｋ，伝熱面積Ａ，温度Ｔ，対数平均温度差ΔＴ，比熱Ｃ，流量Ｗ，排ガスの熱交換器への入口温度Ｔｇ１，出口温度Ｔｇ２，熱媒体の入口温度Ｔｗ２，出口温度Ｔｗ１とすると、以下の近似式が成立する。
[数式１]
Q＝KAΔT
[数式２]
Q＝｛WCT（出口）-WCT（入口）｝∝（T（出口）-T（入口））
[数式３]
ΔT＝｛（Tg1-Tw1）-（Tg2-Tw2）｝／｛ln（Tg1-Tw1）-ln（Tg2-Tw2）｝
ここに、Ｋ及びＷＣは略一定と仮定している。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれの場合の対数温度差ΔＴを求めて、数式２からＱを求め、数式１にＱ及びΔＴを代入してＫＡを求めると、図４（ａ）ではＫＡ＝１．３５９、図４（ｂ）ではＫＡ＝２．２１８、図４（ｃ）では前段がＫＡ＝１．３５９、後段がＫＡ＝０．６６２と求まる。これらの値は伝熱部の総面積に相当する値となる。

図４（ａ）の基本的なエコノマイザの伝熱面積を基準にすると、図４（ｂ）の高効率低温エコノマイザでは、伝熱面積が約１．６３倍と大型になり、図４（ｃ）の本発明の熱交換器と従来のエコノマイザを結合した場合には、伝熱面積が約１．４８倍となる。

つまり、図４（ｂ）の高効率低温エコノマイザよりは小さな伝熱面積で排ガス温度を同等に減温することができるのである。

以下に、図５に基づいて、本発明による廃熱回収設備３０を備えた廃棄物処理炉の別実施形態を説明する。
尚、主に図１に示す廃棄物処理炉と異なる構成について詳しく説明し、同一の構成は同一の符号を付し説明を簡略する。

図５に示す廃棄物処理炉は、図１に示す廃棄物処理炉と同様に、焼却炉１、廃熱ボイラ８、発電設備２０、廃熱回収設備３０（熱交換器１１と汚泥乾燥機３１）等を備えている。しかし、図１に示す廃棄物処理炉とは、焼却炉１から煙突１５までの煙道に配置された設備の構成が異なっている。

煙道には、上流側からエコノマイザ１０、減温塔１６、バグフィルタ１２、再加熱器１７、触媒反応塔１８、熱交換器１１が配置され、熱交換された排ガスが煙突１５から排気される。つまり、廃熱回収設備３０を構成する熱交換器１１が触媒反応塔１８と煙突１５の間に配置されている。

エコノマイザ１０で１８０〜２１０℃に減温された排ガスが、減温塔１６で１６０〜１８０℃に減温され、耐熱性の高いバグフィルタ１２で除塵され、廃熱ボイラ８で発生した蒸気を熱源とする再加熱器１７で１８０〜２１０℃に再加熱された後に、触媒反応塔１８で窒素酸化物やダイオキシン類が分解される。

触媒反応塔１８から排出された１８０〜２１０℃の排ガスの保有熱が、本発明による熱交換器１１により回収される。つまり、廃熱回収設備は、エコノマイザ１０の下流側煙道に設置され、エコノマイザ１０へ供給される脱気器２５の加圧給水が被加熱媒体として分岐供給される熱交換器１１と、熱交換器１１で熱交換された被加熱媒体により汚泥を乾燥させる汚泥乾燥機とを備えている。

上述した実施形態では、何れも廃熱ボイラ８の下流側の煙道にエコノマイザ１０を備えた構成を説明したが、エコノマイザ１０を備えることなく、廃熱ボイラ８の下流側の煙道に熱交換器１１のみを備えた構成でもよい。

上述した実施形態では、廃熱回収設備がストーカ式の焼却炉に組み込まれる例を説明したが、廃熱回収設備が組み込まれる廃棄物処理炉はストーカ式の焼却炉に限るものではなく、流動床式焼却炉等の他の方式の焼却炉であってもよいし、コークスベッド式溶融炉や表面溶融炉等の溶融炉であってもよい。

上述した実施形態は、本発明の一具体例であり、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、廃熱回収設備の各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１：焼却炉（廃棄物処理炉）
５：二次燃焼部
７：ガス供給機構
８：廃熱ボイラ
１０：エコノマイザ
１１：熱交換器
２５：脱気器
２６：供給管路（供給経路）
３０：廃熱回収設備
３１：汚泥乾燥機
３２：バルブ機構（制御機構）
３３：制御装置（制御機構）
３５：汚泥供給機構

Claims

廃熱ボイラを備えた廃棄物処理炉に組み込まれる廃熱回収設備であって、
煙道に設置され、前記廃熱ボイラへ供給される脱気器の加圧給水が被加熱媒体として分岐供給される熱交換器と、
前記熱交換器で熱交換された被加熱媒体により汚泥を乾燥させる汚泥乾燥機と、
を備えている廃熱回収設備。
前記熱交換器がエコノマイザの下流側煙道に設置され、前記エコノマイザへ供給される脱気器の加圧給水が被加熱媒体として分岐供給される請求項１記載の廃熱回収設備。
前記熱交換器から排出された排ガスが所定温度を下回らないように、前記熱交換器への給水量を調整する制御機構を備えている請求項１または２記載の廃熱回収設備。
前記汚泥乾燥機で乾燥された汚泥を前記廃棄物処理炉に廃棄物として供給する汚泥供給機構を備えている請求項１から３の何れかに記載の廃熱回収設備。
前記汚泥乾燥機で発生した汚泥蒸気を前記廃棄物処理炉の二次燃焼部の攪拌ガスとして供給するガス供給機構を備えている請求項１から４の何れかに記載の廃熱回収設備。
前記汚泥乾燥機から排出された被加熱媒体を脱気器の熱源として供給する供給経路を備えている請求項１から５の何れかに記載の廃熱回収設備。
前記廃熱ボイラで生成された蒸気を蓄積する蒸気溜めと、前記蒸気溜めに蓄積された蒸気の一部を前記脱気器の熱源として供給する蒸気供給経路と、前記脱気器への蒸気の供給量を調整する制御機構を備えている請求項６記載の廃熱回収設備。