JP2018173041A - 廃棄物処理プラント及び廃棄物処理プラントの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ごみの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動する場合であっても、蒸気タービンの出力を一定に維持する。【解決手段】廃棄物を燃焼させて蒸気を生成する焼却炉３と、焼却炉３が生成した蒸気によって駆動される蒸気タービン４と、蒸気タービン４で動力として用いられる蒸気を加熱する蒸気再熱器４０と、燃料を燃焼させて駆動力を発生するガスエンジン６と、ガスエンジン６から排出される排ガスを蒸気再熱器４０へ導く排ガス導入管３１と、蒸気タービン４の出力が目標出力となるように、排ガス導入管３１から蒸気再熱器４０へ導かれる排ガスの熱量を制御する制御装置５０と、を備える廃棄物処理プラント１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物を燃焼させる焼却炉を備える廃棄物処理プラント及びその運転方法に関する。

従来、廃棄物であるごみを焼却するストーカ式焼却炉が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
廃棄物を焼却する焼却炉において、廃棄物である都市ごみ等を一定量で安定して供給することは困難である。また、質にバラツキがある廃棄物を焼却炉で燃焼させた場合に、燃焼ガスの発生量、燃焼空気量、燃料の供給量の変化等により、焼却炉で発生する熱量が変化する。焼却炉で発生する熱量が変化すると、それに伴って焼却炉で生成される蒸気の流量も変化する。特に、廃棄物として水分の多い低質ごみが投入された場合には、水分が蒸発する際に周囲の熱を奪うために焼却炉内の温度が低下し、それに伴って焼却炉で生成される蒸気の流量も低下してしまう。

このような場合、作業者は、焼却炉で生成される蒸気の流量等から低質ごみであるかどうかを判断し、低質ごみが燃焼するのを待ってからごみの供給を再開させる必要があった。そのため、焼却炉の稼働の円滑性を欠き、その後の稼働条件の安定化などに時間を要してしまう。また、低質ごみであるかどうかの判断が作業者に委ねられるため、個人差により信頼性が低下し、蒸気の流量が安定しないという問題がある。
特許文献１は、ごみ供給量を表わす給塵効率が上昇したときに、一次燃焼空気の供給量を増加側に補正し、一次燃焼空気の加熱温度の目標値を高温側に補正することで、凝縮した通気性の低いごみが供給された場合の燃焼量の低下を回避するものである。

特開２００４−２４５５１７号公報

しかしながら、特許文献１は、燃焼量を一定に維持するためには、ごみの給塵効率に対する一次燃焼空気の供給量の補正率および一次空気の加熱温度の補正率を予め正確に設定しておく必要があり、多大な設計工数を要する。また、ごみの性状を一意に特定することが困難であるため、一次燃焼空気の供給量の補正率および一次空気の加熱温度の補正率を予め設定したとしても、燃焼量を一定に維持することは困難である。そのため、特許文献１においては、ごみの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動すると、それに応じて蒸気タービンの出力および発電機の発電量が変動してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ごみの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動する場合であっても、蒸気タービンの出力を一定に維持することが可能な廃棄物処理プラント及びその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る廃棄物処理プラントは、廃棄物を燃焼させて蒸気を生成する焼却炉と、前記焼却炉が生成した前記蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンで動力として用いられる前記蒸気を加熱する加熱器と、燃料を燃焼させて駆動力を発生する内燃機関と、前記内燃機関から排出される排ガスを前記加熱器へ導く導入流路と、前記蒸気タービンの出力が目標出力となるように、前記導入流路から前記加熱器へ導かれる前記排ガスの熱量を制御する制御部と、を備える。

本発明の一態様に係る廃棄物処理プラントによれば、制御部が、蒸気タービンの出力が目標出力となるように、導入流路から加熱器へ導かれる排ガスの熱量を制御する。そのため、ゴミの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動し、それに伴って焼却炉で生成される蒸気の熱量が変動する場合であっても、内燃機関から排出される排ガスによって蒸気タービンの出力が目標出力となるように調整される。よって、ゴミの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動する場合であっても、蒸気タービンの出力を一定に維持することが可能となる。

本発明の一態様に係る廃棄物処理プラントにおいて、前記制御部は、前記導入流路から前記加熱器へ導かれる前記排ガスの熱量が調整されるよう前記内燃機関の出力を制御してもよい。
蒸気タービンの出力が目標出力となるように制御部が内燃機関の出力を制御することで、ごみの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動する場合であっても、蒸気タービンの出力を一定に維持することが可能となる。

本発明の一態様に係る廃棄物処理プラントは、前記導入流路に配置されるとともに前記加熱器へ導かれる前記排ガスの流量を調整する導入調整弁を備え、前記制御部は、前記導入流路から前記加熱器へ導かれる前記排ガスの流量が調整されるよう前記導入調整弁の開度を制御してもよい。
蒸気タービンの出力が目標出力となるように制御部が導入流路から加熱器へ導かれる排ガスの流量を調整することで、ごみの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動する場合であっても、蒸気タービンの出力を一定に維持することが可能となる。

上記構成の廃棄物処理プラントにおいて、前記蒸気タービンは、前記焼却炉が生成した前記蒸気が供給される高圧タービンと、前記高圧タービンから排出された前記蒸気が供給される低圧タービンと、を有し、前記加熱器は、前記高圧タービンから排出された前記蒸気を加熱する蒸気再熱器であってもよい。
このようにすることで、高圧タービンで仕事をして温度が低下した蒸気が、内燃機関の排ガスを熱源として蒸気再熱器で再熱された後に、低圧タービンへ供給される。そして、蒸気タービンの出力が目標出力となるように、導入流路から蒸気再熱器へ導かれる排ガスの熱量が制御される。

本発明の一態様に係る廃棄物処理プラントにおいて、前記内燃機関は、前記蒸気タービンから伝達される駆動力により発電するタービン発電機を備えていてもよい。
このようにすることで、廃棄物の燃焼により発生した熱により蒸気を生成し、蒸気のエネルギーをタービン発電機で電力として回収することができる。また、蒸気タービンの出力が目標出力となるように内燃機関の出力を制御することで、ごみの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動する場合であっても、タービン発電機の発電出力を一定に維持することが可能となる。

本発明の一態様に係る廃棄物処理プラントは、前記内燃機関から伝達される前記駆動力により発電する内燃機関発電機を備えていてもよい。
このようにすることで、内燃機関での燃料の燃焼により発生した駆動力を内燃機関発電機で電力として回収することができる。

本発明の一態様に係る廃棄物処理プラントにおいて、前記内燃機関は、前記廃棄物から生成されたメタン含有バイオガスによって駆動するガスエンジンであってもよい。
前記廃棄物から生成されたメタン含有バイオガスを内燃機関であるガスエンジンの燃料として用いることができるため、内燃機関の燃料として廃棄物以外の別途の燃料を用いる必要がない。よって、廃棄物処理プラントの製造コストおよび運用コストを低減することができる。

本発明の一態様に係る運転方法は、廃棄物を燃焼させて蒸気を生成する焼却炉と、前記焼却炉が生成した前記蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンへ供給される前記蒸気を加熱する加熱器と、燃料を燃焼させて駆動力を発生する内燃機関と、前記内燃機関から排出される排ガスを前記加熱器へ導く導入流路と、を備える廃棄物処理プラントの運転方法であって、前記蒸気タービンの出力を検出する検出工程と、前記検出工程が検出した前記蒸気タービンの出力が目標出力となるように、前記導入流路から前記加熱器へ導かれる前記排ガスの熱量を制御する制御工程と、を備える。

本発明の一態様に係る廃棄物処理プラントの運転方法は、制御工程が、蒸気タービンの出力が検出され、検出された蒸気タービンの出力が目標出力となるように、導入流路から加熱器へ導かれる排ガスの熱量を制御する。そのため、ごみの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動し、それに伴って焼却炉で生成される蒸気の熱量が変動する場合であっても、内燃機関から排出される排ガスによって蒸気タービンの出力が目標出力となるように調整される。よって、ごみの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動する場合であっても、蒸気タービンの出力を一定に維持することが可能となる。

本発明によれば、ごみの性状の変化等により焼却炉で発生する熱量が変動する場合であっても、蒸気タービンの出力を一定に維持することが可能な廃棄物処理プラント及びその運転方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る廃棄物発電プラントを示す概略構成図である。 図１に示す焼却炉の概略断面図である。 第１実施形態の制御装置によって行われる動作を示す制御ブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る廃棄物発電プラントを示す概略構成図である。 第２実施形態の制御装置によって行われる動作を示す制御ブロック図である。 第３実施形態の制御装置によって行われる動作を示す制御ブロック図である。

〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態に係る廃棄物発電プラント（廃棄物処理プラント）１について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る廃棄物発電プラント１は、図１に示すように、廃棄物を燃焼して生成された燃焼ガスによって蒸気を生成する焼却炉３と、焼却炉３からの蒸気によって駆動される蒸気タービン４と、廃棄物からメタン含有バイオガスを生成するメタン発酵槽５と、メタン発酵槽５からのメタン含有バイオガスを燃焼させて駆動力を発生するガスエンジン（内燃機関）６と、廃棄物発電プラント１の全体を制御する制御装置５０と、を備えている。

ここで、廃棄物とは、例えば、家庭ごみであり、紙やプラスチック等からなる固形ごみと、葉や枝等のバイオマスからなる厨芥ごみとを含む。廃棄物は、焼却炉３で燃焼させる固形ごみと、メタン発酵槽５へ供給される厨芥ごみに分別される。

また、廃棄物発電プラント１は、第１発電機（タービン発電機）７及び第２発電機（内燃機関発電機）８によって発電を行っている。第１発電機７の回転軸は、蒸気タービン４の回転軸に接続されている。第１発電機７は、蒸気タービン４から伝達される駆動力により発電する。また、第２発電機８の回転軸は、ガスエンジン６の回転軸に接続されている。第２発電機８は、ガスエンジン６から伝達される駆動力により発電する。

第１発電機７により発電された電力は、例えば、電力系統（図示略）へ供給される。第２発電機８により発電された電力は、例えば、廃棄物発電プラント１の各設備の動力として利用される。

焼却炉３は、ごみピット１４に貯蔵される廃棄物を分別して廃棄供給路１２から供給される固形の廃棄物を、燃焼空気導入管１３から導入される燃焼用空気により燃焼させる。
焼却炉３は、例えば図２に示すストーカ式焼却炉であり、廃棄物Ｄを受け入れる投入ホッパ３Ａと、投入ホッパ３Ａに投入された廃棄物Ｄを炉内に供給するフィーダ３Ｉと、フィーダ３Ｉから供給された廃棄物Ｄを移送するストーカ３Ｂと、ストーカ３Ｂの下方から一次空気を供給する一次空気供給部３Ｃと、ストーカ３Ｂが移送する廃棄物Ｄを燃焼する焼却炉本体３Ｄと、焼却炉本体３Ｄから排出される燃焼排ガスによって水蒸気を生成するボイラ３Ｅと、焼却炉本体３Ｄへ二次空気を供給する二次空気供給部３Ｆと、焼却炉３を起動する際に用いられる起動用バーナ３Ｇと、焼却炉本体３Ｄの炉内温度を計測する温度センサ３Ｈと、を備える。
フィーダ３Ｉは、板状の部材を水平方向に移動させることにより、板状の部材に積載される廃棄物Ｄをストーカ３Ｂへ供給する。

焼却炉本体３Ｄの下方には、二次空気供給ノズル３Ｄａおよび二次空気供給ノズル３Ｄｂが配置されている。二次空気供給ノズル３Ｄａおよび二次空気供給ノズル３Ｄｂは、二次空気供給部３Ｆから供給される二次空気を焼却炉本体３Ｄへ投入する。二次空気供給部３Ｆは、押込送風機３Ｆａが送風する二次空気を、二次空気流量調整弁３Ｆｂにより調整された流量で二次空気供給ノズル３Ｄａおよび二次空気供給ノズル３Ｄｂに供給する。二次空気供給部３Ｆは、焼却炉３の通常運転時において、大気中の空気を二次空気として焼却炉本体３Ｄに供給するものである。

本実施形態では、焼却炉３に供給される廃棄物は焼却処理する固形の廃棄物である。分別されたメタン発酵処理される廃棄物は、廃棄物供給路１５を介してメタン発酵槽５に供給される。

焼却炉本体３Ｄ内で生成された燃焼ガスは、ボイラ３Ｅ内に設置された複数の伝熱管（図示略）内を流れる給水と熱交換を行う。伝熱管内を流れる給水と熱交換を終えた燃焼ガスは、燃焼排ガスとしてボイラ３Ｅから排出される。図１に示すように、ボイラ３Ｅから排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス管１７内を流通し、濾過式集塵機１８において必要な処理を施した後に、ファン１９を介して煙突２０から大気へ排気される。

ボイラ３Ｅ内に設置される伝熱管は、ボイラ３Ｅの壁部近傍で複数回に亘って折り返される構造をしている。伝熱管の内部には給水が流通する。伝熱管の上流側端部は蒸気供給管２１に連通し、下流側端部は給水供給管２２に連通している。伝熱管内を流れる給水と、ボイラ３Ｅ内を流れる燃焼ガスとが熱交換を行うことで、蒸気が生成される。

図１に示すように、ボイラ３Ｅで生成された蒸気は、蒸気供給管２１内を流通して蒸気タービン４の高圧タービン４Ａに導入される。高圧タービン４Ａに導入された蒸気は、高圧タービン４Ａを回転させる。高圧タービン４Ａは低圧タービン４Ｂと回転軸４Ｃを介して接続されている。低圧タービン４Ｂには、第１発電機７の回転軸が接続されていて、高圧タービン４Ａおよび低圧タービン４Ｂが回転することで、第１発電機７が駆動し、発電する。なお、低圧タービン４Ｂに導入された蒸気の一部は、抽気蒸気管２３を介して後述する給水加熱器２６に供給される。

蒸気タービン４を回転させた蒸気は、復水器２４において凝縮し水になる。復水器２４で生成された水は、給水供給管２２内を流通し、焼却炉３のボイラ３Ｅ内に設けられた伝熱管に給水として供給される。給水供給管２２には、給水加熱器２６が設けられている。給水加熱器２６では、蒸気タービン４から抽気された蒸気の一部によって、復水器２４から供給される給水が加熱される。なお、給水加熱器２６で給水を加熱した後の水または蒸気は、排出管２７を介して復水器２４に戻される。

分別されたメタン発酵処理される廃棄物は、廃棄物供給路１５を介してメタン発酵槽５に供給される。メタン発酵槽５では、メタン発酵処理される廃棄物からメタン含有バイオガスを生成する。生成されたメタン含有バイオガスは、バイオガス供給管２８を介してガスエンジン６に供給される。また、メタン含有バイオガスを生成した際に生じる汚泥は、メタン発酵槽５から排出され、汚泥排出管２９内を流通し、汚泥回収部（図示省略）にて回収される。

ガスエンジン６は、バイオガス供給管２８から供給されたメタン含有バイオガスを空気供給装置（図示略）から供給される空気とともに燃焼させて駆動する。ガスエンジン６では駆動するピストン（図示略）をクランクシャフト（図示略）によって回転運動に変換する。ガスエンジン６の回転軸には、第２発電機８の回転軸が接続されていて、ガスエンジン６が駆動することで第２発電機８が駆動し、発電する。

本実施形態の廃棄物発電プラント１は、ガスエンジン６から排出される燃焼排ガスを廃棄物発電プラント１の外部へ導くガスエンジン用燃焼排ガス管３０と、ガスエンジン６から排出される燃焼排ガスを蒸気再熱器（加熱器）４０へ導く排ガス導入管（導入流路）３１と、を備える。ガスエンジン６から排出された燃焼排ガスの一部は、ガスエンジン用燃焼排ガス管３０を流通し、煙突２０から大気中へ排気される。ガスエンジン６から排出された燃焼排ガスの他の一部は、排ガス導入管３１を流通し、蒸気再熱器４０へ導かれる。蒸気再熱器４０を通過した燃焼排ガスは、煙突２０から大気中へ排気される。

また、ガスエンジン用燃焼排ガス管３０には、排ガス排熱回収装置（例えば、有機ランキンサイクル）１６が設けられている。排ガス排熱回収装置１６では、ガスエンジン用燃焼排ガス管３０内を流通する燃焼排ガスと、排ガス排熱回収装置１６内を流通する作動流体とが熱交換することで、燃焼排ガスの熱を回収している。

次に、本実施形態の制御装置５０が、蒸気タービン４の出力が目標出力となるように制御する動作について、図３の制御ブロック図を参照して説明する。
ここで、制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

図３に示すように、本実施形態の制御装置５０は、下限リミッタ５０Ａと、補正値算出部５０Ｂと、コントローラ５０Ｃとを、機能ブロックとして備える。
図３において、ＳＳＶは蒸気再熱器４０から低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の目標値を示し、ＳＰＶは蒸気再熱器４０から低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の実測値を示す。また、ＥＳＶはガスエンジン６の出力の設定値を示し、ＥＰＶはガスエンジン６の出力の実測値を示す。

図３に示すように、制御装置５０は、低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の目標値ＳＳＶから低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の実測値ＳＰＶを減算した値を、下限リミッタ５０Ａに入力する。蒸気流量の実測値ＳＰＶは、蒸気再熱器４０に設けられた流量計（図示略）により計測される。目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低い場合に下限リミッタ５０Ａに入力される値が正の値となり、目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが高い場合に下限リミッタ５０Ａに入力される値が負の値となる。
なお、目標値ＳＳＶとして、焼却炉３で発生させる蒸気流量の目標値そのものを設定してもよいし、焼却炉３で発生させる蒸気流量の目標値から所定値を減算した下限値を設定してもよい。

下限リミッタ５０Ａは、入力される値が正の値である場合にその値を補正値算出部５０Ｂへ出力し、入力される値が負の値である場合に「０」の値を補正値算出部５０Ｂへ出力する。すなわち、下限リミッタ５０Ａは、目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低く、蒸気再熱器４０から低圧タービン４Ｂへ供給する蒸気を加熱する必要がある場合に、正の値を補正値算出部５０Ｂへ出力する。
なお、ガスエンジン６から排出された燃焼排ガスを蒸気再熱器４０に常時流している場合には、下限リミッタ５０Ａを使用せず、蒸気再熱器４０から低圧タービン４Ｂへ供給する蒸気を減らす必要がある場合に、負の値を補正値算出部５０Ｂへ出力してもよい。

補正値算出部５０Ｂは、下限リミッタ５０Ａから入力された値に基づいて、ガスエンジン６の出力を補正するための出力補正値ＥＣＶを算出する。出力補正値ＥＣＶは、ガスエンジン６の出力の設定値ＥＳＶと加算される。出力補正値ＥＣＶと設定値ＥＳＶとを加算した値からガスエンジン６の出力の実測値ＥＰＶを減算した値が、コントローラ５０Ｃに入力される。

設定値ＥＳＶに出力補正値ＥＣＶを加算しているのは、目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低い場合に、ガスエンジン６の出力を増加させて蒸気を加熱するためである。また、ガスエンジン６の出力の実測値ＥＰＶを減算しているのは、ガスエンジンの出力が設定値ＥＳＶを出力補正値ＥＣＶで補正した値となるようにフィードバックをかけるためである。ガスエンジン６の出力の実測値ＥＰＶは、例えば、第２発電機８の発電出力をガスエンジン６の出力に換算することにより求められる。

コントローラ５０Ｃは、入力された値に応じてガスエンジン６の出力を制御するための制御指令値を生成し、制御対象であるガスエンジン６へ出力する。ここで、制御指令値とは、例えば、ガスエンジン６で燃焼させるメタン含有バイオガスの流量およびその燃焼に用いる空気の流量を調整するための指令値である。ガスエンジン６は、コントローラ５０Ｃから入力された制御指令値に基づいてガスエンジン６のバイオガス供給量や燃焼空気流量などを調整してガスエンジン６の出力を制御する。

以上のように、本実施形態の制御装置５０は、蒸気流量の目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低くなる場合に、低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の不足分を補うように、ガスエンジン６の出力を増加させる。ガスエンジン６の出力が増加すると、ガスエンジン６から排ガス導入管３１を介して蒸気再熱器４０へ導かれる燃焼排ガスの流量が増加する。そして、燃焼排ガスの流量が増加するのに伴って、蒸気再熱器４０により加熱される蒸気の温度が増加し、蒸気タービン４の出力および第１発電機７の発電量が増加する。このように、本実施形態の制御装置５０は、蒸気タービン４の出力が目標出力となるように、排ガス導入管３１から蒸気再熱器４０へ導かれる排ガスの流量（蒸気に与えられる熱量）を制御する。

以上説明した本実施形態の廃棄物発電プラント１が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の廃棄物発電プラント１によれば、制御装置５０が、蒸気タービン４の出力が目標出力となるようにガスエンジン６の出力を制御し、排ガス導入管３１から蒸気再熱器４０へ導かれる排ガスの流量を調整する。そのため、ごみの性状の変化等により焼却炉３で発生する熱量が変動し、それに伴って焼却炉３で生成される蒸気の流量が変動する場合であっても、ガスエンジン６から排出される排ガスの流量を調整することによって蒸気タービン４の出力が目標出力となるように調整される。よって、ごみの性状の変化等により焼却炉３で発生する熱量が変動する場合であっても、蒸気タービン４の出力を一定に維持することが可能となる。

本実施形態の廃棄物発電プラント１において、蒸気タービン４は、焼却炉３が生成した蒸気が供給される高圧タービン４Ａと、高圧タービン４Ａから排出された蒸気が供給される低圧タービン４Ｂと、を有する。高圧タービン４Ａで仕事をして温度が低下した蒸気が、ガスエンジン６の燃焼排ガスを熱源として蒸気再熱器４０で再熱された後に、低圧タービン４Ｂへ供給される。そして、蒸気タービン４の出力が目標出力となるように、排ガス導入管３１から蒸気再熱器４０へ導かれる排ガスの熱量が制御される。

本実施形態の廃棄物発電プラント１は、蒸気タービン４から伝達される駆動力により発電する第１発電機７を備える。このようにすることで、廃棄物の燃焼により発生した熱により蒸気を生成し、蒸気のエネルギーを第１発電機７で電力として回収することができる。また、蒸気タービン４の出力が目標出力となるようにガスエンジン６の出力を制御することで、ごみの性状の変化等により焼却炉３で発生する熱量が変動する場合であっても、第１発電機７の発電出力を一定に維持することが可能となる。

本実施形態の廃棄物発電プラント１は、ガスエンジン６から伝達される駆動力により発電する第２発電機８を備える。このようにすることで、ガスエンジン６での燃料の燃焼により発生した駆動力を第２発電機８で電力として回収することができる。

本実施形態の廃棄物発電プラント１において、ガスエンジン６は、廃棄物から生成されたメタン含有バイオガスによって駆動する。焼却炉３で燃焼させる廃棄物から生成されたメタン含有バイオガスを内燃機関であるガスエンジン６の燃料として用いることができるため、ガスエンジン６の燃料として廃棄物以外の別途の燃料を用いる必要がない。よって、廃棄物発電プラント１の製造コストおよび運用コストを低減することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る廃棄物発電プラント（廃棄物処理プラント）１Ａについて、図面を参照して説明する。
本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する部分を除き、第１実施形態と同様であるものとする。

本実施形態の廃棄物発電プラント１Ａは、ガスエンジン６から排出される燃焼排ガスを流通させるガスエンジン用燃焼排ガス管３０と、ガスエンジン６から排出される燃焼排ガスを蒸気再熱器４０へ導く排ガス導入管３１とに、流通する燃焼排ガスの流量を調整する弁を設けた点が、第１実施形態の廃棄物発電プラント１と異なる。

図４に示すように、ガスエンジン用燃焼排ガス管３０には、廃棄物発電プラント１の外部へ排出する燃焼排ガスの流量を調整する排出調整弁３０ａが設けられている。また、排ガス導入管３１には、焼却炉３へ導入する燃焼排ガスの流量を調整する導入調整弁３１ａが設けられている。排出調整弁３０ａおよび導入調整弁３１ａは、制御装置５１からの制御指令に応じて弁開度を調整する機能を備える。

本実施形態において、制御装置５１は、排出調整弁３０ａの開度とガスエンジン６の出力とを対応付けて予めテーブルとして記憶しておき、ガスエンジン６の出力に応じた開度となるようにテーブルを参照して排出調整弁３０ａの開度を決定してもよい。また、制御装置５１は、排出調整弁３０ａの開度を、とガスエンジン６の出力によらずに常に一定の開度となるようにしてもよい。また、制御装置５０は、導入調整弁３１ａの開度と反比例するように排出調整弁３０ａの開度を調整してもよい。
また、他の態様として、排出調整弁３０ａをガスエンジン用燃焼排ガス管３０に設けない態様としてもよい。

次に、本実施形態の制御装置５１が、蒸気タービン４の出力が目標出力となるように制御する動作について、図５の制御ブロック図を参照して説明する。

図５に示すように、本実施形態の制御装置５１は、下限リミッタ５１Ａと、補正値算出部５１Ｂと、コントローラ５１Ｃとを、機能ブロックとして備える。
図５において、ＳＳＶは蒸気再熱器４０から低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の目標値を示し、ＳＰＶは蒸気再熱器４０から低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の実測値を示す。また、ＶＳＶは導入調整弁３１ａの開度の設定値を示し、ＶＰＶは導入調整弁３１ａの開度の実測値を示す。

図５に示すように、制御装置５１は、低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の目標値ＳＳＶから低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の実測値ＳＰＶを減算した値を、下限リミッタ５１Ａに入力する。蒸気流量の実測値ＳＰＶは、蒸気再熱器４０に設けられた流量計（図示略）により計測される。目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低い場合に下限リミッタ５１Ａに入力される値が正の値となり、目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが高い場合に下限リミッタ５１Ａに入力される値が負の値となる。
なお、目標値ＳＳＶとして、焼却炉３で発生させる蒸気流量の目標値そのものを設定してもよいし、焼却炉３で発生させる蒸気流量の目標値から所定値を減算した下限値を設定してもよい。

下限リミッタ５１Ａは、入力される値が正の値である場合にその値を補正値算出部５１Ｂへ出力し、入力される値が負の値である場合に「０」の値を補正値算出部５１Ｂへ出力する。すなわち、下限リミッタ５１Ａは、目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低く、蒸気再熱器４０から低圧タービン４Ｂへ供給する蒸気を加熱する必要がある場合に、正の値を補正値算出部５１Ｂへ出力する。
なお、ガスエンジン６から排出された燃焼排ガスを蒸気再熱器４０に常時流している場合には、下限リミッタ５１Ａを使用せず、蒸気再熱器４０から低圧タービン４Ｂへ供給する蒸気を減らす必要がある場合に、負の値を補正値算出部５１Ｂへ出力してもよい。

補正値算出部５１Ｂは、下限リミッタ５１Ａから入力された値に基づいて、導入調整弁３１ａの開度を補正するための開度補正値ＶＣＶを算出する。開度補正値ＶＣＶは、導入調整弁３１ａの開度の設定値ＶＳＶと加算される。開度補正値ＶＣＶと設定値ＶＳＶとを加算した値から、導入調整弁３１ａの開度の実測値ＶＰＶを減算した値が、コントローラ５１Ｃに入力される。

設定値ＶＳＶに開度補正値ＶＣＶを加算しているのは、目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低い場合に、導入調整弁３１ａの開度を増加させて蒸気を加熱するためである。また、導入調整弁３１ａの開度の実測値ＶＰＶを減算しているのは、導入調整弁３１ａの開度が設定値ＶＳＶを開度補正値ＶＣＶで補正した値となるようにフィードバックをかけるためである。導入調整弁３１ａの開度の実測値ＶＰＶは、例えば、導入調整弁３１ａを流通する燃焼排ガスの流量を流量計（図示略）により計測し、その値を開度に換算することにより求められる。

コントローラ５１Ｃは、入力された値に応じて導入調整弁３１ａの開度を制御するための制御指令値を生成し、制御対象である導入調整弁３１ａへ出力する。導入調整弁３１ａは、コントローラ５１Ｃから入力された制御指令値に基づいて導入調整弁３１ａの開度を調整する。

以上のように、本実施形態の制御装置５１は、蒸気流量の目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低くなる場合に、低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の不足分を補うように、導入調整弁３１ａの開度を増加させる。導入調整弁３１ａの開度が増加すると、導入調整弁３１ａから排ガス導入管３１を介して蒸気再熱器４０へ導かれる燃焼排ガスの流量が増加する。そして、燃焼排ガスの流量が増加するのに伴って、蒸気再熱器４０により加熱される蒸気の温度が増加し、蒸気タービン４の出力および第１発電機７の発電量が増加する。このように、本実施形態の制御装置５１は、蒸気タービン４の出力が目標出力となるように、排ガス導入管３１から蒸気再熱器４０へ導かれる排ガスの流量（蒸気に与えられる熱量）を制御する。

以上説明したように、本実施形態の廃棄物発電プラント１Ａは、排ガス導入管３１に配置されるとともに蒸気再熱器４０へ導かれる燃焼排ガスの流量を調整する導入調整弁３１ａを備える。また、制御装置５１は、排ガス導入管３１から蒸気再熱器４０へ導かれる燃焼排ガスの流量が調整されるよう導入調整弁３１ａの開度を制御する。
蒸気タービン４の出力が目標出力となるように制御装置５１が排ガス導入管３１から蒸気再熱器４０へ導かれる排ガスの流量を調整することで、ごみの性状の変化等により焼却炉３で発生する熱量が変動する場合であっても、蒸気タービン４の出力を一定に維持することが可能となる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態に係る廃棄物発電プラント（廃棄物処理プラント）について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、第１実施形態および第２実施形態の変形例であり、以下で特に説明する部分を除き、第１実施形態および第２実施形態と同様であるものとする。

第１実施形態の廃棄物発電プラント１は、蒸気流量の目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低くなる場合に、低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の不足分を補うように、ガスエンジン６の出力を増加させものであった。また、第２実施形態の廃棄物発電プラント１Ａは、蒸気流量の目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低くなる場合に、低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の不足分を補うように、導入調整弁３１ａの開度を増加させるものであった。
それに対して本実施形態の廃棄物発電プラントは、蒸気流量の目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低くなる場合に、低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の不足分を補うように、ガスエンジン６の出力および導入調整弁３１ａの開度の双方を増加させるものである。

本実施形態の廃棄物発電プラントの構成は、制御装置５２を除き、第２実施形態の廃棄物発電プラント１Ａの構成と同様である。第３実施形態の制御装置５２は、第２実施形態の制御装置５１とは、蒸気タービン４の出力が目標出力となるように制御する動作の内容が異なる。

図４に示すように、ガスエンジン用燃焼排ガス管３０には、廃棄物発電プラント１の外部へ排出する燃焼排ガスの流量を調整する排出調整弁３０ａが設けられている。また、排ガス導入管３１には、焼却炉３へ導入する燃焼排ガスの流量を調整する導入調整弁３１ａが設けられている。排出調整弁３０ａおよび導入調整弁３１ａは、制御装置５２からの制御指令に応じて弁開度を調整する機能を備える。

次に、本実施形態の制御装置５２が、蒸気タービン４の出力が目標出力となるように制御する動作について、図６の制御ブロック図を参照して説明する。
図６に示すように、本実施形態の制御装置５２は、下限リミッタ５２Ａと、補正値算出部５０Ｂと、コントローラ５０Ｃと、補正値算出部５１Ｂと、コントローラ５１Ｃとを、機能ブロックとして備える。ここで、下限リミッタ５２Ａは、第１実施形態の下限リミッタ５０Ａおよび第２実施形態の下限リミッタ５１Ａと同様である。また、補正値算出部５０Ｂおよびコントローラ５０Ｃは、第１実施形態の補正値算出部５０Ｂおよびコントローラ５０Ｃと同様である。また、補正値算出部５１Ｂおよびコントローラ５１Ｃは、第２実施形態の補正値算出部５１Ｂおよびコントローラ５１Ｃと同様である。

第１実施形態で説明したように、コントローラ５０Ｃは、入力された値に応じてガスエンジン６の出力を制御するための制御指令値を生成し、制御対象であるガスエンジン６へ出力する。ここで、制御指令値とは、例えば、ガスエンジン６で燃焼させるメタン含有バイオガスの流量およびその燃焼に用いる空気の流量を調整するための指令値である。ガスエンジン６は、コントローラ５０Ｃから入力された制御指令値に基づいてガスエンジン６の各種のバルブ（図示略）を調整してガスエンジン６の出力を制御する。

また、第２実施形態で説明したように、コントローラ５１Ｃは、入力された値に応じて導入調整弁３１ａの開度を制御するための制御指令値を生成し、制御対象である導入調整弁３１ａへ出力する。導入調整弁３１ａは、コントローラ５１Ｃから入力された制御指令値に基づいて導入調整弁３１ａの開度を調整する。

以上のように、本実施形態の制御装置５２は、蒸気流量の目標値ＳＳＶよりも実測値ＳＰＶが低くなる場合に、低圧タービン４Ｂへ供給される蒸気流量の不足分を補うように、ガスエンジン６の出力および導入調整弁３１ａの開度の双方を増加させる。具体的には、コントローラ５０Ｃが、補正値算出部５０Ｂが算出した出力補正値ＥＣＶに基づいてガスエンジン６の出力を増加させる。また、コントローラ５１Ｃが、補正値算出部５１Ｂが算出した開度補正値ＶＣＶに基づいて導入調整弁３１ａの開度を増加させる。

〔他の実施形態〕
以上の説明において、ガスエンジン６はメタン発酵槽５で生成したメタン含有バイオガスを燃料として用いるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、メタン、ブタン、プロパン等を主成分とした他の炭化水素系ガスを燃料として用いてもよい。

また、以上の説明において、蒸気タービン４は、高圧タービン４Ａと低圧タービン４Ｂとを回転軸４Ｃを介して接続するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、高圧タービン４Ａと低圧タービン４Ｂと同じ回転軸に接続せずに、独立した別個の回転軸にそれぞれを接続してもよい。この場合、別個の回転軸の駆動力を同一の第１発電機７に伝達するようにしてもよい。また、別個の回転軸の駆動力を独立した別個の発電機に伝達するようにしてもよい。

１，１Ａ 廃棄物発電プラント（廃棄物処理プラント）
３ 焼却炉
３Ａ 投入ホッパ
３Ｂ ストーカ
３Ｃ 一次空気供給部
３Ｄ 焼却炉本体
３Ｅ ボイラ
３Ｆ 二次空気供給部
３Ｇ 起動用バーナ
３Ｈ 温度センサ
３Ｉ フィーダ
４ 蒸気タービン
４Ａ 高圧タービン
４Ｂ 低圧タービン
４Ｃ 回転軸
５ メタン発酵槽
６ ガスエンジン（内燃機関）
７ 第１発電機（タービン発電機）
８ 第２発電機（内燃機関発電機）
１２ 廃棄物供給路
１３ 燃焼空気導入管
１４ ごみピット
１５ 廃棄物供給路
１６ 排ガス排熱回収装置
２１ 蒸気供給管
２２ 給水供給管
２４ 復水器
２６ 給水加熱器
２８ バイオガス供給管
２９ 汚泥排出管
３０ ガスエンジン用燃焼排ガス管
３０ａ 排出調整弁
３１ 排ガス導入管（導入流路）
３１ａ 導入調整弁
４０ 蒸気再熱器（加熱器）
５０，５１，５２ 制御装置（制御部）
Ｄ 廃棄物

Claims (8)

1. 廃棄物処理プラントであって、
   廃棄物を燃焼させて蒸気を生成する焼却炉と、
   前記焼却炉が生成した前記蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンで動力として用いられる前記蒸気を加熱する加熱器と、
   燃料を燃焼させて駆動力を発生する内燃機関と、
   前記内燃機関から排出される排ガスを前記加熱器へ導く導入流路と、
   前記蒸気タービンの出力が目標出力となるように、前記導入流路から前記加熱器へ導かれる前記排ガスの熱量を制御する制御部と、を備える廃棄物処理プラント。
2. 前記制御部は、前記導入流路から前記加熱器へ導かれる前記排ガスの熱量が調整されるよう前記内燃機関の出力を制御する請求項１に記載の廃棄物処理プラント。
3. 前記導入流路に配置されるとともに前記加熱器へ導かれる前記排ガスの流量を調整する導入調整弁を備え、
   前記制御部は、前記導入流路から前記加熱器へ導かれる前記排ガスの流量が調整されるよう前記導入調整弁の開度を制御する請求項１に記載の廃棄物処理プラント。
4. 前記蒸気タービンは、前記焼却炉が生成した前記蒸気が供給される高圧タービンと、前記高圧タービンから排出された前記蒸気が供給される低圧タービンと、を有し、
   前記加熱器は、前記高圧タービンから排出された前記蒸気を加熱する蒸気再熱器である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の廃棄物処理プラント。
5. 前記蒸気タービンから伝達される駆動力により発電するタービン発電機を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の廃棄物処理プラント。
6. 前記内燃機関から伝達される前記駆動力により発電する内燃機関発電機を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の廃棄物処理プラント。
7. 前記内燃機関は、前記廃棄物から生成されたメタン含有バイオガスによって駆動するガスエンジンである請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の廃棄物処理プラント。
8. 廃棄物を燃焼させて蒸気を生成する焼却炉と、前記焼却炉が生成した前記蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンへ供給される前記蒸気を加熱する加熱器と、燃料を燃焼させて駆動力を発生する内燃機関と、前記内燃機関から排出される排ガスを前記加熱器へ導く導入流路と、を備える廃棄物処理プラントの運転方法であって、
   前記蒸気タービンの出力を検出する検出工程と、
   前記検出工程が検出した前記蒸気タービンの出力が目標出力となるように、前記導入流路から前記加熱器へ導かれる前記排ガスの熱量を制御する制御工程と、を備える廃棄物処理プラントの運転方法。
   

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