JP2016090114A

JP2016090114A - 焼却プラント及び廃熱回収方法

Info

Publication number: JP2016090114A
Application number: JP2014223528A
Authority: JP
Inventors: 隆行伊藤; Takayuki Ito; 雅樹藤原; Masaki Fujiwara; 毅渡会; Takeshi Watarai
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-23

Abstract

【課題】低温排ガスの熱を有効利用することを可能にする焼却プラント及び廃熱回収方法を提供する。【解決手段】焼却炉で発生した排ガスＧを除塵処理する集塵装置１と、集塵装置１で処理した排ガスＧを洗浄する排ガス洗浄装置２とを備えた焼却プラントにおいて、集塵装置１から排ガス洗浄装置２に送られる排ガスＧと排ガス洗浄装置２で用いた洗浄水Ｗ１との間で熱交換を行うための熱交換器と、熱交換器によって高温化した洗浄水Ｗ１を高熱源として発電を行う発電機１０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、焼却プラントに関し、特に排ガスの排熱を有効利用することを可能にする焼却プラント及び廃熱回収方法に関する。

従来、例えば下水汚泥などの廃棄物を焼却処理する焼却プラントでは、焼却炉で発生した排ガスを排ガス処理設備で処理し、無害化した後に大気中に排出するようにしている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

また、排ガス処理設備に燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器が具備され、焼却炉で発生した排ガスから燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器で熱回収する。そして、燃焼用予熱器で回収した熱を焼却炉に送り、燃焼排ガスの保有熱を有効利用するようにしている。

一方、排ガス処理設備は、燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器の他に、排ガス冷却塔、バグフィルタなどの集塵装置、スクラバなどの排ガス洗浄塔、減湿塔などを備えて構成されている。そして、燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器で熱回収された排ガスは、排ガス冷却塔で冷却され、集塵装置で除塵処理される。また、集塵装置で処理した後の排ガスは、排ガス洗浄塔でアルカリ処理されてＳＯｘやＮＯｘ、ＨＣｌなどの有害物質が除去処理され、減湿塔で減湿される。このようにして処理した排ガスは、白煙防止用空気予熱器で回収した熱で加熱して白煙防止処理を施し、煙突から大気中に放出される。

ここで、図３に示すように、例えば、焼却炉（不図示）から排出された排ガスＧはその温度が８５０℃程度で、燃焼用空気予熱器（不図示）、白煙防止用空気予熱器（不図示）で処理することにより２００℃〜２５０℃程度に減温される。これにより、集塵装置１で処理されて排ガス洗浄塔２に送られる排ガスＧの温度が２００℃〜２５０℃程度で、２０℃程度の洗浄水Ｗ１によって排ガス洗浄塔２で処理した後の排ガスＧの温度は７０℃程度になる。さらに、２０℃程度の冷却水Ｗ２を用いて減湿塔３で処理することにより、排ガスＧの温度が４０℃程度になる。そして、白煙防止用空気予熱器から送られる３００℃程度の白煙防止空気Ｐで白煙防止処理することで２００℃程度に排ガスＧの温度が上昇し、この状態で大気に放出される。

また、排ガス洗浄塔２では洗浄水Ｗ１の温度が７０℃程度になり、この洗浄水Ｗ１を循環させて洗浄処理を行う。さらに、一部の洗浄水Ｗ１は、減湿塔３からの５０℃程度の排水（冷却水Ｗ２）とともに、下水処理場へ排水される。このとき、一部の洗浄水の排水と減湿塔３からの排水が混合され、６０℃程度の排水Ｗ３が下水処理場へ排出されることになる。

特許第５４４４４３９号公報特許第５５２４９０９号公報

一方、上記従来の焼却プラントでは、焼却炉で発生した高温の排ガスの熱を燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器で回収し、この排熱を焼却炉で活用している。また、焼却炉からの高温の排熱を利用して蒸気を発生させ、タービンを回すことで発電を行うケースもある。

しかしながら、集塵装置で処理した後の２００℃程度の排ガスの熱や、排ガス洗浄塔の洗浄水の７０℃程度の熱は、各々低温であるため、また、集塵装置で処理した後の排ガスで熱回収を行うとガス中の硫黄分による低温腐食が生じるおそれがあることなどから、最終的に放熱されて有効利用されていない。

これにより、焼却プラント全体としてのエネルギーの回収効率が低くなっており、温室効果ガス抑制のためにも、このような低温排熱を回収し、焼却プラント全体としてのエネルギー回収効率を向上させる手法が強く望まれていた。

本発明の焼却プラントは、焼却炉で発生した排ガスを除塵処理する集塵装置と、前記集塵装置で処理した排ガスを洗浄する排ガス洗浄装置とを備えた焼却プラントにおいて、前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に送られる排ガスと前記排ガス洗浄装置で用いた洗浄水との間で熱交換を行うための熱交換器と、前記熱交換器によって高温化した前記洗浄水を高熱源として発電を行う発電機とを備えていることを特徴とする。

本発明の廃熱回収方法は、焼却炉で発生した排ガスを除塵処理する集塵装置と、前記集塵装置で処理した排ガスを洗浄する排ガス洗浄装置とを備えた焼却プラントの廃熱回収方法であって、前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に送られる排ガスと前記排ガス洗浄装置で用いた洗浄水との間で熱交換を行い、高温化した前記洗浄水を高熱源として利用して発電を行うようにしたことを特徴とする。

これらの発明においては、例えば、排ガス洗浄装置の７０℃程度の洗浄水を、集塵装置から排ガス洗浄装置に送られる２００℃程度の排ガスと熱交換して９０℃程度に高温化し、この高温化した洗浄水を高熱源とし、熱電素子を備えた発電機やＯＲＣ発電機などで発電することができる。

また、本発明の焼却プラントにおいては、前記排ガス洗浄装置が前記洗浄水を循環させて前記排ガスを洗浄処理するための循環流路及び循環ポンプを備えており、前記循環流路を分岐して前記熱交換器に前記洗浄水を供給するように構成されていることが望ましい。

この発明においては、排ガス洗浄装置が洗浄水を循環させて排ガスを洗浄処理するための循環流路を分岐して熱交換器に洗浄水を供給するようにしたことで、洗浄水を循環するための循環ポンプの動力によって洗浄水を熱交換器に供給することができる。これにより、別途、洗浄水を熱交換器に供給するためのポンプ（ひいてはこのポンプを駆動するための電力）を不要にでき、有効なエネルギー回収システムを構築することができる。

本発明の焼却プラント及び廃熱回収方法においては、例えば、排ガス洗浄装置の７０℃程度の洗浄水を、集塵装置から排ガス洗浄装置に送られる２００℃程度の排ガスと熱交換して９０℃程度に高温化し、この高温化した洗浄水を高熱源とし、熱電素子を備えた発電機やＯＲＣ発電機などで発電することができる。

これにより、集塵装置で処理した後の排ガスの熱や、排ガス洗浄塔の洗浄水の熱を回収して発電を行うことができる。すなわち、従来、放熱されていた集塵装置で処理した後の排ガスの熱や、排ガス洗浄塔の洗浄水の熱を有効利用することができる。よって、焼却プラント全体としてのエネルギー回収効率を向上させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る焼却プラントの排ガス処理設備を示す図である。本発明の一実施形態に係る焼却プラントの排ガス処理設備を示す図である。従来の焼却プラントの排ガス処理設備を示す図である。

以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係る焼却プラント及び廃熱回収方法について説明する。

はじめに、本実施形態の焼却プラントＡは、図１及び図２に示すように、例えば下水汚泥を焼却処理するプラントであり、焼却炉（不図示）と、焼却炉で発生した排ガスＧを処理し、無害化した排ガスＧを大気中に排出させるための排ガス処理設備Ｂとを備えて構成されている。

また、本実施形態の焼却プラントＡは、燃焼用空気予熱器（不図示）、白煙防止用空気予熱器（不図示）を備え、焼却炉で発生した排ガスＧから燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器でそれぞれ熱を回収し、回収した熱を焼却炉に送って燃焼排ガスＧの保有熱を焼却炉で有効利用するように構成されている。例えば、焼却炉から排出された排ガスＧはその温度が８５０℃程度で、燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器で処理することで２００℃（〜２５０℃）程度に減温される。

さらに、排ガス処理設備Ｂは、排ガス冷却塔、バグフィルタなどの集塵装置１、スクラバなどの排ガス洗浄塔（排ガス洗浄装置）２、減湿塔（減湿装置）３などを備えて構成されている。

そして、燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器で熱回収された排ガスＧは、排ガス冷却塔で冷却され、集塵装置１で除塵処理される。さらに、集塵装置１で処理した後の排ガスＧは、排ガス洗浄塔２でアルカリ処理されてＳＯｘやＮＯｘ、ＨＣｌなどの有害物質が除去され、減湿塔３で減湿される。

また、排ガス洗浄塔２では、洗浄水Ｗ１を上方から供給し、下方に溜まった洗浄水Ｗ１を循環ポンプ４で上方に送り、洗浄水Ｗ１を循環流路で循環させながら排ガスＧを洗浄する。さらに、排ガス洗浄塔２の下方に溜まる洗浄水Ｗ１は、循環によって蒸発し徐々に減量する。このため、例えば４０ｍ^３／ｈで下水処理水などの洗浄水Ｗ１を随時補給する。また、下方に溜まる洗浄水Ｗ１の量を制御するためのオーバーフロー管５が取り付けられ、オーバーフローした洗浄水Ｗ１をタンク６に導水し、このタンク６からさらにオーバーフローした洗浄水Ｗ１を外部に排水するように構成されている。

減湿塔３では、系外から減湿用冷却水Ｗ２が供給され、この減湿用冷却水Ｗ２で排ガスＧを低温化させることにより、排ガスＧ中の水分を凝縮させて除去する。さらに、減湿用冷却水Ｗ２、排ガスＧ中の水分を凝縮させた水（水滴）は、その一部がバイパス管７を通じて排ガス洗浄塔２に供給される。また、残りは、排ガス洗浄塔２のオーバーフローした洗浄水Ｗ１を一時的に溜めるタンク６に配管８を通じて導水する。

ここで、例えば、集塵装置１で処理されて排ガス洗浄塔２に送られる排ガスＧは、その温度が２００℃程度であり、２０℃程度の洗浄水Ｗ１によって排ガス洗浄塔２で処理した後の排ガスＧは、その温度が７０℃程度となる。さらに、２０℃程度の冷却水Ｗ２を用いて減湿塔３で処理することにより、排ガスＧの温度が４０℃程度となる。また、白煙防止用空気予熱器から送られる３００℃程度の白煙防止空気Ｐで白煙防止処理され、２００℃程度に排ガスＧの温度が上昇し、この状態で大気に放出される。

また、排ガス洗浄塔２では洗浄水Ｗ１の温度が７０℃程度となり、この洗浄水Ｗ１を循環させて洗浄処理を行う。さらに、一部の洗浄水Ｗ１は、減湿塔３からの５０℃程度の排水（冷却水Ｗ２）とともに、下水処理場へ排水される。このとき、一部の洗浄水の排水と減湿塔３からの排水が混合され、６０℃程度の排水Ｗ３が下水処理場へ排出されることになる。

一方、本実施形態の焼却プラントＡの排ガス処理設備Ｂにおいては、バグフィルタなどの集塵装置１から排ガス洗浄塔２に送る排ガスＧの２００℃程度の熱を回収／利用し、熱電素子ユニット／熱電素子モジュール、バイナリ発電システム、ＯＲＣ発電システム（オーガニックランキンサイクル発電システム）などの発電機（電熱変換装置）１０で発電を行う。

具体的に、本実施形態では、まず、排ガス洗浄塔２で、循環ポンプ４の駆動によって洗浄水Ｗ１を下方から上方に供給して循環させる配管（循環流路）を分岐し、７０℃程度の一部の洗浄水Ｗ１を集塵装置１から排ガス洗浄塔２に排ガスＧを送気する排ガス供給管１１に設けた熱交換器１２に送り、この洗浄水Ｗ１を排ガスＧの熱で９０℃程度に加熱する。このとき、本実施形態では、１００℃以上に高温化してしまうと洗浄水Ｗ１が蒸発するため、９０℃程度に加熱温度を抑えるようにしている。

なお、排ガス供給管１１の内部に熱交換器１２を設けるようにし、この熱交換器１２として、排ガスＧ中の硫黄分に対する耐食性が高く、且つ熱伝導率が高いセラミック製の熱交換器１２を用いることが望ましい。また、洗浄水Ｗ１の循環流路を形成する配管に断熱塗装を施すなどし、洗浄水Ｗ１と排ガスＧとの間の熱交換効率を高めるようにすることが望ましい。

また、上記のように集塵装置１から排ガス洗浄塔２に排ガスＧを送気する排ガス供給管１１に設けた熱交換器１２で高温化した洗浄水Ｗ１を熱電素子ユニット／熱電素子モジュールなどの発電機１０に送る。そして、この洗浄水Ｗ１を高熱源とし、また発電機１０に下水処理水などの２０℃程度の水Ｗ４を低熱源として送り、これらの温度差を利用したゼーベック効果などによって発電を行う。また、発電機１０で４０℃程度に低下した洗浄水Ｗ１は排ガス洗浄塔２に返送する。

したがって、本実施形態の焼却プラントＡ及び廃熱回収方法においては、排ガス洗浄塔２の７０℃程度の洗浄水Ｗ１を、集塵装置１から排ガス洗浄塔２に送られる２００℃程度の排ガスＧと熱交換して９０℃程度に高温化し、この高温化した洗浄水Ｗ１を高熱源とし、熱電素子を備えた発電機１０やＯＲＣ発電機などで発電することができる。

また、集塵装置１から排ガス洗浄塔２に送られる排ガスＧと排ガス洗浄塔２で用いた洗浄水Ｗ１との間で熱交換を行うための熱交換器１２として熱伝導率が高いセラミック製の熱交換器を用いることで、排ガスＧ中に含まれる硫黄分による低温腐食を抑止しつつ効果的に熱回収を行うことができる。これにより、焼却プラントＡを安定稼働させながら、集塵装置１で処理した後の排ガスＧの熱や、排ガス洗浄塔２の洗浄水Ｗ１の熱を回収して発電を行うことができる。

これにより、集塵装置１で処理した後の排ガスＧの熱や、排ガス洗浄塔２の洗浄水Ｗ１の熱を回収して発電を行うことができる。すなわち、従来、放熱されていた集塵装置１で処理した後の排ガスＧの熱や、排ガス洗浄塔２の洗浄水Ｗ１の熱を有効利用することができる。よって、焼却プラントＡ全体としてのエネルギー回収効率を向上させることが可能になる。

また、本実施形態の焼却プラントＡにおいては、排ガス洗浄塔２が洗浄水Ｗ１を循環させて排ガスＧを洗浄処理するための循環流路を分岐し、熱交換器１２に洗浄水Ｗ１を供給するようにしたことで、洗浄水Ｗ１を循環するための循環ポンプ４の動力で洗浄水Ｗ１を熱交換器１２に供給できる。これにより、別途、洗浄水Ｗ１を熱交換器１２に供給するためのポンプ（ひいてはこのポンプを駆動するための電力）を不要にでき、有効なエネルギー回収システムを構築することができる。

さらに、熱交換器１２を集塵装置１から排ガス洗浄塔２に排ガスＧを送る排ガス供給管１１の上下方向に延びる鉛直管部１１ａに設けると、洗浄水Ｗ１を熱交換器１２や、熱交換器１２から発電機１０に供給する配管などの配置計画を容易にすることができる。また、熱交換器１２を鉛直管部１１ａに設けることで排ガスＧ中の灰分の付着による効率低下を抑止することも可能になり得る。

また、本実施形態の焼却プラントＡにおいては、排ガス洗浄塔２の洗浄水Ｗ１と排ガスＧを熱交換することで、減湿塔３で用いる減湿用冷却水Ｗ２の量を減らすことも可能になり、さらに排ガス洗浄塔２や減湿塔３から系外にオーバーフローして排出される洗浄水等の排水量も減らすことができる。

さらに、例えば、排ガス供給管１１に直接熱電素子を付着させ、大気との温度差で発電する場合には熱電素子付着面の熱変性等による損傷が懸念されるが、本実施形態の方式であればそのようなおそれがなく、比熱の大きい温水へカロリーを移行することで安定した低温排ガス発電が可能になる。

以上、本発明に係る焼却プラント及び廃熱回収方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１集塵装置
２排ガス洗浄塔（排ガス洗浄装置）
３減湿塔（減湿装置）
４循環ポンプ
５オーバーフロー管
６タンク
７バイパス管
８配管
１０発電機
１１排ガス供給管
１２熱交換器
Ａ焼却プラント
Ｂ排ガス処理設備
Ｇ排ガス
Ｗ１洗浄水
Ｗ２冷却水
Ｗ３排水
Ｗ４水（低熱源）

Claims

焼却炉で発生した排ガスを除塵処理する集塵装置と、前記集塵装置で処理した排ガスを洗浄する排ガス洗浄装置とを備えた焼却プラントにおいて、
前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に送られる排ガスと前記排ガス洗浄装置で用いた洗浄水との間で熱交換を行うための熱交換器と、
前記熱交換器によって高温化した前記洗浄水を高熱源として発電を行う発電機とを備えていることを特徴とする焼却プラント。
請求項１記載の焼却プラントにおいて、
前記排ガス洗浄装置が前記洗浄水を循環させて前記排ガスを洗浄処理するための循環流路及び循環ポンプを備えており、
前記循環流路を分岐して前記熱交換器に前記洗浄水を供給するように構成されていることを特徴とする焼却プラント。
焼却炉で発生した排ガスを除塵処理する集塵装置と、前記集塵装置で処理した排ガスを洗浄する排ガス洗浄装置とを備えた焼却プラントの廃熱回収方法であって、
前記集塵装置から前記排ガス洗浄装置に送られる排ガスと前記排ガス洗浄装置で用いた洗浄水との間で熱交換を行い、高温化した前記洗浄水を高熱源として利用して発電を行うようにしたことを特徴とする廃熱回収方法。