JP2023175328A - Intermittently operated incineration facility and method for operating the same - Google Patents

Intermittently operated incineration facility and method for operating the same Download PDF

Info

Publication number
JP2023175328A
JP2023175328A JP2022087716A JP2022087716A JP2023175328A JP 2023175328 A JP2023175328 A JP 2023175328A JP 2022087716 A JP2022087716 A JP 2022087716A JP 2022087716 A JP2022087716 A JP 2022087716A JP 2023175328 A JP2023175328 A JP 2023175328A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustion
carbon dioxide
power generation
generation unit
generated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022087716A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
裕史 山田
Yasushi Yamada
宏文 掃部
Hirofumi Kamon
浩雄 湯上
Hiroo Yugami
信 清水
Makoto Shimizu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Plantec Inc
Original Assignee
Tohoku University NUC
Plantec Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC, Plantec Inc filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2022087716A priority Critical patent/JP2023175328A/en
Publication of JP2023175328A publication Critical patent/JP2023175328A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

To provide an intermittently operated incineration facility provided with an incinerator that operates intermittently and capable of effectively utilizing a waste heat generated when a material to be incinerated is burned in the facility without wasting the waste heat.SOLUTION: An intermittently operated incineration facility of the present invention includes: an incinerator provided with a combustion chamber that burns a material to be incinerated, by performing a combustion operation, a start-up operation, a shutdown state, and a start-up operation during a day; a power generating unit installed in the combustion chamber to generate electric power by converting the heat generated by the combustion of the material to be incinerated into electric energy; electric power supplying means for supplying the electric power generated by the power generating unit to the water electrolysis device; carbon dioxide separating means for separating carbon dioxide from combustion exhaust gas discharged from the incinerator; and methane gas generating means for generating methane gas by synthesizing hydrogen generated in the water electrolysis device and carbon dioxide separated in the carbon dioxide separating means.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物などの被焼却物を酸化剤を用いて焼却する焼却炉を有する間欠運転焼却施設及びその運転方法に関し、特に、二酸化炭素の排出を抑制するとともに効率よくエネルギを回収するための技術に関する。 The present invention relates to an intermittent operation incineration facility having an incinerator that incinerates materials to be incinerated such as general waste and industrial waste using an oxidizing agent, and a method of operating the same, and in particular, to suppress carbon dioxide emissions and efficiently. Concerning technology for recovering energy.

従来、都市ごみや産業廃棄物を処理するにあたり、いわゆるストーカ式の焼却炉が用いられている。ストーカ式焼却炉は、前後又は左右方向に複数配設された火格子の前後の往復運動に伴い、ごみが前方に移動しながら徐々に乾燥及び燃焼する方式の焼却炉であり、比較的単純な構造でありながら、投入されるごみの水分や発熱量によらず大量の廃棄物を処理することができるため、多くの焼却処理施設において採用されている。 Conventionally, so-called stoker-type incinerators have been used to process municipal waste and industrial waste. A stoker-type incinerator is a relatively simple incinerator that gradually dries and burns garbage as it moves forward due to the back-and-forth movement of multiple fire grates arranged in the front and back or left and right directions. Despite its structure, it is able to process a large amount of waste regardless of the moisture content or calorific value of the waste being thrown in, so it has been adopted by many incineration facilities.

ところで、厚生労働省は、ごみ焼却施設から排出される燃焼排ガス中に含まれるダイオキシン類に関するガイドラインを定めており、焼却炉で発生する燃焼排ガスを850℃以上の高温で2秒以上保持することによって、ダイオキシン類の前駆物質を分解するとともに燃焼排ガスの温度を概ね200℃以下に冷却して飛灰を捕集することが求められている。 By the way, the Ministry of Health, Labor and Welfare has established guidelines regarding dioxins contained in the flue gas emitted from waste incineration facilities. There is a need to collect fly ash by decomposing precursors of dioxins and cooling the temperature of combustion exhaust gas to approximately 200° C. or less.

また、上記ガイドラインにおいては、焼却炉の24時間運転を行う全連続燃焼式焼却施設を推奨している。この場合、焼却炉を終日稼働させることにより、安定してダイオキシン類の発生を抑止することが可能であるが、休炉する際には、炉内に未燃物を残留させない燃し切り運転を行うことが求められる。 In addition, the above guidelines recommend fully continuous combustion incinerators in which the incinerator operates 24 hours a day. In this case, it is possible to stably suppress the generation of dioxins by operating the incinerator all day long, but when the incinerator is shut down, it is necessary to perform a burnout operation that does not leave any unburned materials in the incinerator. required to do so.

このように24時間運転を行う全連続燃焼式の採用は、処理能力が大きくて作業員の確保が比較的容易な都市部の焼却炉においては可能ではあるが、ごみ処理量が多くなく作業員の確保が容易ではない地域においては実現が難しい。そのような地域においては、一日8時間程度の操業である機械化バッチ炉や、16時間操業の准連続燃焼式など、間欠運転を行う焼却施設が採用される場合もある。 Although it is possible to adopt a fully continuous combustion type that operates 24 hours a day in urban areas where the processing capacity is large and it is relatively easy to secure workers, it is possible to use a fully continuous combustion type that operates 24 hours a day. This is difficult to achieve in areas where it is not easy to secure. In such areas, incinerators that operate intermittently may be used, such as mechanized batch furnaces that operate for about eight hours a day, or semi-continuous combustion systems that operate for 16 hours a day.

間欠運転を行う焼却炉においては、一日の中で立ち上げ運転、燃焼運転、立ち下げ運転及び休止状態を伴うため、連続運転を行う焼却炉と比較して立上げ下げの頻度が多くなる。焼却炉の立ち上げ運転時は助燃バーナを用いて補助燃料を燃焼させることにより燃焼室内を昇温し、被焼却物の投入開始後、850℃以上の定常運転に至るまで助燃バーナの使用を継続する。また、立ち下げ運転時においても被焼却物の燃焼室内への投入終了後に助燃バーナを着火し、補助燃料を燃焼させて被焼却物の燃し切りが完了したのちに助燃バーナを停止している。 Incinerators that operate intermittently have start-up operations, combustion operations, shut-down operations, and pauses during the day, so the frequency of start-up and shutdown is higher than in incinerators that operate continuously. When the incinerator is started up, an auxiliary burner is used to burn auxiliary fuel to raise the temperature inside the combustion chamber, and after the materials to be incinerated begin to be fed, the auxiliary burner continues to be used until steady operation is reached at 850℃ or higher. do. In addition, even during shutdown operation, the auxiliary combustion burner is ignited after the material to be incinerated has been put into the combustion chamber, and the auxiliary combustion burner is stopped after the auxiliary fuel has been burned and the material to be incinerated has been completely burnt out. .

このような助燃バーナに使用するための補助燃料としては、重油や天然ガス等の化石燃料が用いられており、化石燃料の使用に伴う二酸化炭素の排出が問題となる。また、燃焼時だけでなく、化石燃料を購入し施設に搬送する際にも二酸化炭素が排出されるため、助燃バーナで化石燃料を燃焼させることに伴うトータルの二酸化炭素の排出量は膨大なものとなる。 Fossil fuels such as heavy oil and natural gas are used as auxiliary fuels for such auxiliary combustion burners, and carbon dioxide emissions associated with the use of fossil fuels pose a problem. In addition, carbon dioxide is emitted not only during combustion, but also when purchasing fossil fuels and transporting them to facilities, so the total amount of carbon dioxide emitted from burning fossil fuels with auxiliary burners is enormous. becomes.

また、このような間欠運転を行う焼却施設において、一日の中で、日中に通常の燃焼運転を行い、夜間には休止状態となり、翌朝、再び運転を開始する運転方法を、いわゆるDSS(Daily Startup and Shutdown)運転と呼ぶ。 In addition, in incineration facilities that perform intermittent operation, a so-called DSS (DSS) is used to describe an operation method in which normal combustion operation is performed during the day, the operation is suspended at night, and the operation is restarted the next morning. This is called "Daily Startup and Shutdown" operation.

循環型社会と低炭素社会の推進を背景として、焼却施設においては焼却廃熱を利用した熱回収が強く求められているが、DSS運転を行う焼却炉をはじめとして、間欠運転を行う焼却炉は、廃熱を回収するための排熱回収ボイラを有していない。というのも、熱容量が大きく常時熱を回収できるわけではない排熱回収ボイラを持つことが、設備過剰の状態を惹起するためである。そのため、間欠運転を行う焼却炉においては被焼却物の燃焼に伴い発生する熱を回収する有効な手段がなく、そのような場合、熱を無駄にしてしまうこととなる。 With the promotion of a recycling-oriented society and a low-carbon society, there is a strong demand for heat recovery using waste heat from incineration at incineration facilities. , does not have an exhaust heat recovery boiler to recover waste heat. This is because having an exhaust heat recovery boiler that has a large heat capacity and cannot always recover heat causes a state of overcapacity. Therefore, in incinerators that operate intermittently, there is no effective means to recover the heat generated by the combustion of the materials to be incinerated, and in such a case, the heat is wasted.

そこで、近年においては、被焼却物の燃焼に伴い発生する熱を回収する手段の一つとして、燃焼室の内壁に配設されたエミッタと燃焼室外に配設された光電変換セルとを具備するTPV(ThermoPhotoVoltaic)発電ユニットが提案されている(特許文献1)。 Therefore, in recent years, as one of the means to recover the heat generated by the combustion of the materials to be incinerated, an emitter disposed on the inner wall of the combustion chamber and a photoelectric conversion cell disposed outside the combustion chamber are provided. A TPV (ThermoPhotovoltaic) power generation unit has been proposed (Patent Document 1).

特許第6824500号公報Patent No. 6824500

特許文献1に開示された発明によると、被焼却物の燃焼に伴い発生した燃焼ガスの輻射熱を受け、燃焼室の内壁に配設されたエミッタから外方に向けて光が放出される。エミッタから放出された光を光電変換セルが受け、光電変換セルが電力を発生する。これがTPV発電ユニットから電力が発生する原理である。 According to the invention disclosed in Patent Document 1, light is emitted outward from an emitter disposed on the inner wall of a combustion chamber by receiving radiant heat of combustion gas generated as the material to be incinerated is burned. A photoelectric conversion cell receives the light emitted from the emitter, and the photoelectric conversion cell generates electric power. This is the principle by which electric power is generated from the TPV power generation unit.

TPV発電ユニットが作動する温度領域は800℃程度と比較的高いため、通常運転時においてTPV発電ユニットから発生する電力を回収することで、被焼却物の燃焼に伴い発生する燃焼熱を電力に変換して利用することができる。 The temperature range in which the TPV power generation unit operates is relatively high, around 800°C, so by recovering the electricity generated by the TPV power generation unit during normal operation, the combustion heat generated from the combustion of incinerated materials can be converted into electricity. and can be used.

ここで、TPV発電ユニットで発生する電力が、送電網を介して他の施設に供給できるほどの電力量ではない場合、施設内での有効利用が望まれる。 Here, if the power generated by the TPV power generation unit is not large enough to be supplied to other facilities via the power grid, it is desired that the power be used effectively within the facility.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、間欠運転式の焼却施設において被焼却物を燃焼した際に発生する廃熱を無駄にすることなく、施設内で有効利用することが可能であるとともに、立ち上げ運転時や立ち下げ運転時における二酸化炭素排出量を低減することが可能な間欠運焼却施設及びその運転方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and is an object of the present invention to effectively utilize waste heat generated when incinerating materials in an intermittent operation type incinerator facility without wasting it. An object of the present invention is to provide an intermittent operation incineration facility and an operating method thereof, which are capable of reducing carbon dioxide emissions during startup and shutdown operations.

本発明の発明者らは、二酸化炭素と水素からメタンガスを合成する技術に着目し、本発明に至った。 The inventors of the present invention focused on a technique for synthesizing methane gas from carbon dioxide and hydrogen, and arrived at the present invention.

本発明では、以下のような解決手段を提供する。 The present invention provides the following solution.

第1の特徴に係る発明は、一日の中で燃焼運転、立ち下げ運転、休止状態及び立ち上げ運転を行い被焼却物を燃焼する燃焼室を備える焼却炉と、燃焼室に配設され、被焼却物の燃焼に伴い発生する熱を電気エネルギに変換して電力を発生させる発電ユニットと、発電ユニットで発生した電力を水電気分解装置に供給する電力供給手段と、焼却炉から排出される燃焼排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離手段と、水電気分解装置で発生した水素と二酸化炭素分離手段で分離された二酸化炭素を合成してメタンガスを生成するメタンガス生成手段と、を備える。 The invention according to the first feature provides an incinerator equipped with a combustion chamber that performs combustion operation, shut-down operation, hibernation state, and start-up operation during the day and burns materials to be incinerated, and an incinerator disposed in the combustion chamber, A power generation unit that converts the heat generated by the combustion of the incinerated material into electrical energy to generate power, a power supply means that supplies the power generated by the power generation unit to the water electrolyzer, and a power generation unit that converts the heat generated by the combustion of the incineration material into electrical energy. It includes a carbon dioxide separation means that separates carbon dioxide from combustion exhaust gas, and a methane gas generation means that generates methane gas by synthesizing hydrogen generated by the water electrolyzer and carbon dioxide separated by the carbon dioxide separation means.

第1の特徴に係る発明によれば、間欠運転を行う焼却炉において、燃焼室に配設され、被焼却物の燃焼に伴い発生する熱を電気エネルギに変換して電力を発生させる発電ユニットを用いて電力を発生させるため、排熱回収ボイラを設置しない中小規模の焼却炉であっても、廃熱を電力として回収することができる。 According to the invention according to the first feature, in an incinerator that operates intermittently, a power generation unit is provided in a combustion chamber and converts heat generated by combustion of materials to be incinerated into electrical energy to generate electric power. Since waste heat is used to generate electricity, even small and medium-sized incinerators that do not have a waste heat recovery boiler can recover waste heat as electricity.

そして、回収された廃熱が電気エネルギに変換され、電力として水電気分解装置の作動に用いられるため、回収した電力を有効に活用することができる。 The recovered waste heat is converted into electrical energy and used as electric power to operate the water electrolyzer, so the recovered electric power can be effectively utilized.

さらに、水電気分解装置で発生した水素と、二酸化炭素分離手段を用いて燃焼排ガスから分離した二酸化炭素とを合成してメタンガスを生成するメタンガス生成手段を備えるため、燃料ガスとして利用可能でかつ様々な箇所に供給することができる形状に変換してエネルギを回収することができる。 Furthermore, it is equipped with a methane gas generation means that generates methane gas by synthesizing the hydrogen generated by the water electrolyzer and the carbon dioxide separated from the combustion exhaust gas using the carbon dioxide separation means, so it can be used as a fuel gas and can be used in various ways. It is possible to recover energy by converting it into a shape that can be supplied to various locations.

第2の特徴に係る発明は、第1の特徴に係る発明であって、発電ユニットとして、燃焼室の内壁に配設されたエミッタと光電変換セルとを具備してなり熱光起電力発電を行うTPV(ThermoPhotoVoltaic)発電ユニットを使用する。 The invention according to the second characteristic is the invention according to the first characteristic, in which the power generation unit includes an emitter and a photoelectric conversion cell arranged on the inner wall of a combustion chamber, and generates thermophotovoltaic power. A TPV (ThermoPhotoVoltaic) power generation unit is used.

第2の特徴に係る発明によると、発電ユニットとして、燃焼室の内壁に配設されたエミッタと光電変換セルとを具備した熱光起電力発電を行うTPV(ThermoPhotoVoltaic)発電ユニットを使用するため、高温域にある燃焼室において熱を電気エネルギに変換することができる。 According to the invention according to the second feature, since the power generation unit is a TPV (ThermoPhotovoltaic) power generation unit that performs thermophotovoltaic power generation and includes an emitter and a photoelectric conversion cell arranged on the inner wall of the combustion chamber, Heat can be converted into electrical energy in a combustion chamber located in a high temperature region.

第3の特徴に係る発明は、第2の特徴に係る発明であって、発電ユニットとして、TPV発電ユニットに加え、TPV発電ユニットが配設される位置よりも温度が低くかつ下流の領域に配設される熱電素子を用いた熱電発電ユニットを併用する。 The invention according to the third characteristic is the invention according to the second characteristic, in which, in addition to the TPV power generation unit, the power generation unit is installed in an area lower in temperature and downstream than the position where the TPV power generation unit is installed. A thermoelectric power generation unit using a thermoelectric element installed in the system is also used.

第3の特徴に係る発明によると、高温域でのみ作動するTPV発電ユニットに加え、TPV発電ユニットよりも低い温度域において作動することが可能な熱電発電ユニットによる発電を併用することで、発電可能な温度域が拡張し、より広い温度域において熱を電気エネルギに変換することができる。 According to the invention according to the third feature, power generation is possible by combining power generation with a thermoelectric power generation unit that can operate in a lower temperature range than the TPV power generation unit in addition to the TPV power generation unit that operates only in a high temperature range. This expands the temperature range, making it possible to convert heat into electrical energy over a wider temperature range.

第4の特徴に係る発明は、第1から第3のいずれかの特徴に係る発明であって、燃焼室内で補助燃料を燃焼させる助燃バーナと、メタンガス生成手段で生成されたメタンガスを助燃バーナに供給するメタンガス供給手段をさらに備え、発電ユニットで発生させた電力を水電気分解装置に供給し、メタンガス生成手段で生成されたメタンガスを立ち上げ運転時及び/又は立ち下げ運転時に前記助燃バーナに供給する。 The invention according to the fourth feature is the invention according to any one of the first to third features, which includes: an auxiliary combustion burner that burns auxiliary fuel in a combustion chamber; The apparatus further includes a methane gas supply means, which supplies the electric power generated by the power generation unit to the water electrolyzer, and supplies the methane gas generated by the methane gas generation means to the auxiliary combustion burner during startup operation and/or shutdown operation. do.

第4の特徴に係る発明によれば、発生させた電力を水電気分解装置に供給して水素及び酸素を発生させるとともに、メタンガス生成手段でメタンガスを生成し、生成されたメタンガスを立ち上げ運転時及び/又は立ち下げ運転時に助燃バーナに供給することにより、立ち上げ運転時の燃焼室内の昇温に必要な補助燃料を所内で賄うことができる。そのため、重油等の化石燃料を購入し搬送するためのコストや搬送の際の二酸化炭素排出を低減することが可能な間欠運転焼却施設を提供することができる。 According to the invention according to the fourth feature, the generated electric power is supplied to the water electrolyzer to generate hydrogen and oxygen, and the methane gas generating means generates methane gas, and the generated methane gas is used during startup operation. And/or by supplying the auxiliary fuel to the auxiliary combustion burner during the start-up operation, the auxiliary fuel required to raise the temperature in the combustion chamber during the start-up operation can be provided within the plant. Therefore, it is possible to provide an intermittent operation incineration facility that can reduce the cost of purchasing and transporting fossil fuels such as heavy oil and reduce carbon dioxide emissions during transport.

また、水電気分解装置を作動させた際に余った電力は、施設内各所の補機等の作動用の電力として使用するか、施設外へ供給することもできる。 Further, the power left over when the water electrolyzer is operated can be used as power for operating auxiliary equipment in various parts of the facility, or can be supplied outside the facility.

第5の特徴に係る発明は、第1から第3のいずれかの特徴に係る発明であって、水電気分解装置で発生する酸素を、立ち上げ運転時における酸化剤として燃焼室に供給する。 The invention according to the fifth characteristic is the invention according to any one of the first to third characteristics, in which oxygen generated in the water electrolyzer is supplied to the combustion chamber as an oxidizing agent during start-up operation.

第5の特徴に係る発明によると、立ち上げ運転時における酸化剤として空気ではなく酸素を用いることで火炎温度が上昇し、燃焼室内の温度を迅速に所定温度まで上昇させることができる。しかも、酸化剤として使用される酸素として、水電気分解装置で発生した酸素を使用するため、酸素ボンベなど他の供給源を必要としない。そのため、酸素の購入や運搬に伴うコストを低減することができるとともに、それに伴い発生する二酸化炭素の排出量も削減することができる。 According to the invention according to the fifth feature, by using oxygen instead of air as an oxidizing agent during start-up operation, the flame temperature increases, and the temperature inside the combustion chamber can be quickly raised to a predetermined temperature. Moreover, since the oxygen generated in the water electrolyzer is used as the oxygen used as the oxidizing agent, no other supply source such as an oxygen cylinder is required. Therefore, the cost associated with purchasing and transporting oxygen can be reduced, and the amount of carbon dioxide emissions generated accordingly can also be reduced.

第6の特徴に係る発明は、第1から第3のいずれかの特徴に係る発明であって、燃焼排ガスから水蒸気を分離する水蒸気分離手段と、水蒸気分離手段で分離した水蒸気を凝縮して復水とする復水器と、復水器で凝縮された復水を水電気分解装置に供給する復水供給手段とをさらに備える。 The invention according to the sixth feature is the invention according to any one of the first to third features, which includes a water vapor separation means for separating water vapor from the combustion exhaust gas, and a water vapor separated by the water vapor separation means to condense and recover the water vapor. The apparatus further includes a condenser that converts water into water, and a condensate supply means that supplies the condensate condensed in the condenser to the water electrolyzer.

第6の特徴に係る発明によると、水電気分解装置で電気分解される水として、燃焼排ガスから分離された水を用いることができ、水を電気分解するための電力だけでなく、水までも同じ設備内でまかなうことができ、無駄のない有用な間欠運転焼却施設となる。 According to the invention according to the sixth feature, water separated from combustion exhaust gas can be used as water to be electrolyzed in the water electrolyzer, and not only electric power for electrolyzing water but also water can be used. This can be done within the same facility, making it a useful intermittent operation incineration facility with no waste.

第7の特徴に係る発明は、第1から第3のいずれかの特徴に係る発明であって、二酸化炭素分離手段は、膜分離法又は吸着法又は深冷分離法によって燃焼排ガスから二酸化炭素を分離する。 The invention according to the seventh feature is the invention according to any one of the first to third features, wherein the carbon dioxide separation means removes carbon dioxide from the combustion exhaust gas by a membrane separation method, an adsorption method, or a cryogenic separation method. To separate.

第7の特徴に係る発明によれば、膜分離法又は吸着法によって燃焼排ガスから二酸化炭素を分離することで、高純度の二酸化炭素を回収することができる。 According to the invention according to the seventh feature, high purity carbon dioxide can be recovered by separating carbon dioxide from the combustion exhaust gas using a membrane separation method or an adsorption method.

本発明によれば、間欠運転を行う焼却炉を備える間欠運転焼却施設として、被焼却物を燃焼した際に発生する廃熱を無駄にすることなく、施設内で有効利用することが可能な間欠運転焼却施設及びその運転方法を提供することができる。 According to the present invention, as an intermittent operation incineration facility equipped with an incinerator that operates intermittently, waste heat generated when incinerating materials is not wasted and can be effectively used within the facility. An operational incineration facility and a method for operating the same can be provided.

図1は、第一実施形態に係る間欠運転焼却施設の概略系統図である。FIG. 1 is a schematic system diagram of an intermittent operation incineration facility according to the first embodiment. 図2は、第一実施形態に係る間欠運転焼却施設を用いた燃焼方法のフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram of a combustion method using an intermittent operation incineration facility according to the first embodiment. 図3は、第二実施形態に係る間欠運転焼却施設の概略系統図である。FIG. 3 is a schematic system diagram of an intermittent operation incineration facility according to the second embodiment. 図4は、第四実施形態に係る間欠運転焼却施設の概略系統図である。FIG. 4 is a schematic system diagram of an intermittent operation incineration facility according to the fourth embodiment.

以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Note that this is just an example, and the technical scope of the present invention is not limited to this.

[間欠運転焼却施設の構成]
図1を用いて、本実施形態に係る間欠運転焼却施設の構成を説明する。
[Configuration of intermittent operation incineration facility]
The configuration of an intermittent operation incineration facility according to this embodiment will be explained using FIG. 1.

図1は、第一実施形態にかかる間欠運転焼却施設の概略系統図を示したものであり、当該間欠運転焼却施設は、焼却炉1と、排ガス冷却装置2と、バグフィルタ3と、誘引送風機4と、二酸化炭素分離手段5と、煙突6と、水電気分解装置7と、水素供給手段8と、酸素供給手段9と、メタンガス生成手段10と、メタンガス供給手段11と、制御装置12と、発電ユニット13によって構成される。 FIG. 1 shows a schematic system diagram of an intermittent operation incineration facility according to the first embodiment, and the intermittent operation incineration facility includes an incinerator 1, an exhaust gas cooling device 2, a bag filter 3, and an induced blower. 4, carbon dioxide separation means 5, chimney 6, water electrolyzer 7, hydrogen supply means 8, oxygen supply means 9, methane gas generation means 10, methane gas supply means 11, control device 12, It is constituted by a power generation unit 13.

焼却炉1は、不定形の一般廃棄物や産業廃棄物等の廃棄物を、酸化剤を用いて燃焼、つまり酸化するものである。 The incinerator 1 burns, or oxidizes, waste such as amorphous general waste or industrial waste using an oxidizing agent.

本実施形態においては、焼却炉1に適用されるものとして、一般廃棄物や産業廃棄物等の廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉や、排ガス処理設備としてろ過式集じん器を例にとって図示しているが、焼却炉1の形式は、ストーカ炉や流動層炉など、他の形式のものであってもよく、排ガス処理設備についても触媒反応塔が追加される場合等他の処理方法でもよい。 In this embodiment, the incinerator 1 is applied to a vertical garbage incinerator that incinerates waste such as general waste and industrial waste, and a filtration type dust collector as exhaust gas treatment equipment. Although shown in the figure, the type of incinerator 1 may be other types such as a stoker furnace or a fluidized bed furnace, and other treatment methods such as a catalytic reaction tower may be added to the exhaust gas treatment equipment. But that's fine.

焼却炉1には、被焼却物を燃焼する燃焼室1a、一次燃焼空気を供給する一次燃焼空気供給手段1b、二次燃焼空気を供給する二次燃焼空気供給手段1c、被焼却物を燃焼室1aに投入する投入装置1d、補助燃料を燃焼させる助燃バーナ1e等が配設される。これらは、後述する制御装置12からの信号によって、それぞれの運転状況を変化させることができるよう構成される。 The incinerator 1 includes a combustion chamber 1a for burning materials to be incinerated, a primary combustion air supply means 1b for supplying primary combustion air, a secondary combustion air supply means 1c for supplying secondary combustion air, and a combustion chamber 1a for burning materials to be incinerated. A charging device 1d for charging the fuel into the fuel tank 1a, an auxiliary combustion burner 1e for burning the auxiliary fuel, and the like are provided. These are configured so that their respective operating conditions can be changed by signals from a control device 12, which will be described later.

一次燃焼空気供給手段1bは燃焼室1aに一次燃焼空気を供給する。一次燃焼空気供給手段1bは送風機、図示しない通風路及び空気予熱器等からなる。 The primary combustion air supply means 1b supplies primary combustion air to the combustion chamber 1a. The primary combustion air supply means 1b includes a blower, a ventilation passage (not shown), an air preheater, etc.

二次燃焼空気供給手段1cは燃焼室1aに二次燃焼空気を供給する。二次燃焼空気供給手段1cは送風機及び図示しない通風路等からなり、燃焼室1aに二次燃焼空気を供給することで、一次燃焼空気による燃焼では燃焼しきれなかった可燃ガス成分を燃焼する。 The secondary combustion air supply means 1c supplies secondary combustion air to the combustion chamber 1a. The secondary combustion air supply means 1c includes a blower, a ventilation passage (not shown), etc., and supplies secondary combustion air to the combustion chamber 1a, thereby burning combustible gas components that could not be completely combusted by combustion using the primary combustion air.

投入装置1dは、被焼却物を燃焼室1a内に投入するための装置であり、例えば、被焼却物である廃棄物を一時的に貯留するホッパ及び多重のゲートによって構成される。図示しないごみピットからごみクレーンによって供給された被焼却物を投入装置1dを用いて一時的に貯留し、間欠的に燃焼室1aに投入することができる。 The charging device 1d is a device for charging the material to be incinerated into the combustion chamber 1a, and is composed of, for example, a hopper and multiple gates for temporarily storing waste, which is the material to be incinerated. The materials to be incinerated are supplied by a garbage crane from a garbage pit (not shown) and can be temporarily stored using a charging device 1d, and can be intermittently charged into the combustion chamber 1a.

助燃バーナ1eは、例えば間欠運転における立ち上げ運転時及び/又は立ち下げ運転時や長期間のメンテナンス後など、燃焼室1aの温度が低下している場合において、補助燃料を燃焼することにより、燃焼室1a内を昇温し運転を補助するものである。このような追加の燃料の使用は、手軽に燃焼室1a内の温度を上げることができる一方で、二酸化炭素排出量の増加、施設運営費の増加を伴うため、なるべく使用しないことが望ましい。 The auxiliary combustion burner 1e performs combustion by burning auxiliary fuel when the temperature of the combustion chamber 1a is low, such as during startup and/or shutdown operation in intermittent operation or after long-term maintenance. This is to raise the temperature inside the chamber 1a and assist the operation. Although the use of such additional fuel can easily raise the temperature within the combustion chamber 1a, it also increases carbon dioxide emissions and facility operating costs, so it is desirable to avoid using it as much as possible.

排ガス冷却装置2は、焼却炉1から排出された燃焼排ガスをバグフィルタ3に供給可能な温度であって、「ごみ処理に係るダイオキシン類発生防止等ガイドライン」に記された概ね200℃程度以下まで減温するものであり、例えば、冷却水を噴霧して燃焼排ガスを冷却する減温塔等によって構成される。 The exhaust gas cooling device 2 has a temperature at which the combustion exhaust gas discharged from the incinerator 1 can be supplied to the bag filter 3, and is approximately 200 degrees Celsius or less as specified in the "Guidelines for Prevention of Dioxins Generation Related to Garbage Treatment". It reduces the temperature, and is composed of, for example, a cooling tower that cools the combustion exhaust gas by spraying cooling water.

バグフィルタ3は排ガス冷却装置2で減温された燃焼排ガスをろ過するろ布を備え、燃焼排ガス中に含まれる煤塵や有害成分を除去するものである。バグフィルタ入口における排ガス煙道には、バグフィルタに薬剤を吹き込むための図示しない薬剤供給装置が配設される。薬剤供給装置から供給されるアルカリ薬剤が、バグフィルタ3のろ布上において燃焼排ガス中の酸性成分と中和反応を起こすことにより、燃焼排ガスの浄化が行われる。 The bag filter 3 includes a filter cloth that filters the combustion exhaust gas whose temperature has been reduced by the exhaust gas cooling device 2, and removes soot and harmful components contained in the combustion exhaust gas. A chemical supply device (not shown) for blowing a chemical into the bag filter is disposed in the exhaust gas flue at the bag filter inlet. The alkaline chemical supplied from the chemical supply device causes a neutralization reaction with acidic components in the combustion exhaust gas on the filter cloth of the bag filter 3, thereby purifying the combustion exhaust gas.

誘引送風機4は、バグフィルタ3の下流に配設される送風機であり、バグフィルタ3で煤塵や有害成分が除去された燃焼排ガスを吸引して、煙突6から燃焼排ガスを大気に放出するためのものである。 The induced blower 4 is a blower disposed downstream of the bag filter 3, and is used to suck the combustion exhaust gas from which soot and harmful components have been removed by the bag filter 3, and to release the combustion exhaust gas into the atmosphere from the chimney 6. It is something.

二酸化炭素分離手段5は、焼却炉1から排出されバグフィルタ3で浄化された燃焼排ガスから、燃焼排ガス中に含まれる二酸化炭素を選択的に分離するものである。燃焼排ガスから二酸化炭素を分離するための手段としては、分離膜による分離でもよいし、化学吸着や物理吸着、あるいは深冷分離法によるものであってもよい。 The carbon dioxide separation means 5 selectively separates carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas from the combustion exhaust gas discharged from the incinerator 1 and purified by the bag filter 3 . The means for separating carbon dioxide from the combustion exhaust gas may be separation using a separation membrane, chemical adsorption, physical adsorption, or cryogenic separation.

煙突6は二酸化炭素が分離された燃焼排ガスを大気に放出するものである。 The chimney 6 is for releasing combustion exhaust gas from which carbon dioxide has been separated into the atmosphere.

水電気分解装置7は、水を電気分解して酸素と水素を発生させるものである。本実施形態における水電気分解装置7は、水を貯留する電解槽、電源、電源の正極と接続される陽極、電源の負極と接続される陰極などによって構成される。 The water electrolyzer 7 electrolyzes water to generate oxygen and hydrogen. The water electrolyzer 7 in this embodiment includes an electrolytic cell for storing water, a power source, an anode connected to the positive electrode of the power source, a cathode connected to the negative electrode of the power source, and the like.

水素供給手段8は、水電気分解装置7で生成された水素を、後述するメタンガス生成手段10に供給するものである。 The hydrogen supply means 8 supplies hydrogen produced by the water electrolyzer 7 to a methane gas generation means 10, which will be described later.

酸素供給手段9は、水電気分解装置7で生成された酸素を一時的に貯留するとともに、一次燃焼空気供給手段1bや他の供給先に供給するものである。 The oxygen supply means 9 temporarily stores oxygen generated in the water electrolyzer 7 and supplies it to the primary combustion air supply means 1b and other supply destinations.

メタンガス生成手段10は、二酸化炭素分離手段5で燃焼排ガスから分離された二酸化炭素と、水電気分解装置7で生成された水素とを合成してメタンガスを生成するものである。このように、二酸化炭素と水素を用いてメタンガスを合成するものとしては、触媒を介して生じるサバティエ反応を利用したものなどが用いられるが、それに限ったものではない。 The methane gas generating means 10 synthesizes carbon dioxide separated from the combustion exhaust gas by the carbon dioxide separating means 5 and hydrogen generated by the water electrolyzer 7 to generate methane gas. As described above, methods for synthesizing methane gas using carbon dioxide and hydrogen include those utilizing the Sabatier reaction occurring through a catalyst, but are not limited thereto.

メタンガス供給手段11は、メタンガス生成手段10で合成されたメタンガスを、一時的に貯留するとともに施設内外の所望の箇所にて燃料として利用するためのものである。メタンガス供給手段11を用いて、後述するように、補助燃料として燃焼室1aに配設される助燃バーナ1eにて利用することもできる。 The methane gas supply means 11 is for temporarily storing the methane gas synthesized by the methane gas generation means 10 and for using it as fuel at a desired location inside or outside the facility. Using the methane gas supply means 11, it can also be used as auxiliary fuel in the auxiliary burner 1e disposed in the combustion chamber 1a, as will be described later.

また、本実施形態に係る間欠運転焼却施設は施設全体を制御する制御装置12を有しており、制御装置12は、状況に応じて、焼却炉1において、被焼却物を焼却処理するための燃焼運転、立ち下げ運転、休止状態、及び、休止から復帰して再び燃焼運転に至るための立ち上げ運転を行う間欠運転を制御する。 In addition, the intermittent operation incineration facility according to the present embodiment has a control device 12 that controls the entire facility, and the control device 12 controls the incineration process to incinerate materials to be incinerated in the incinerator 1 depending on the situation. Controls combustion operation, shutdown operation, hibernation state, and intermittent operation that performs startup operation to resume combustion operation after returning from hibernation.

すなわち、本実施形態の焼却炉1には、高温の燃焼室1a内に一次燃焼空気及び二次燃焼空気を供給することで被焼却物を燃焼する燃焼運転と、一次燃焼空気及び二次燃焼空気の供給を実質的に停止し被焼却物を燃焼しない休止状態とがあり、燃焼運転から休止状態に至る期間が立ち下げ運転、休止状態から燃焼運転に至る状態が立ち上げ運転として定義される。 That is, the incinerator 1 of this embodiment has a combustion operation in which the materials to be incinerated are combusted by supplying primary combustion air and secondary combustion air into the high-temperature combustion chamber 1a, and a combustion operation in which the materials to be incinerated are combusted by supplying primary combustion air and secondary combustion air into the high-temperature combustion chamber 1a. There is a hibernation state in which the supply of fuel is substantially stopped and the material to be incinerated is not combusted, the period from combustion operation to hibernation state is defined as shutdown operation, and the state from hibernation state to combustion operation is defined as start-up operation.

本実施形態における制御装置12は、所定の条件に応じて一次燃焼空気供給手段1b、二次燃焼空気供給手段1c、及び、被焼却物の投入装置1dを制御することにより、燃焼運転、立ち下げ運転、休止状態及び立ち上げ運転を繰り返し、間欠運転を制御するものである。 The control device 12 in this embodiment controls the primary combustion air supply means 1b, the secondary combustion air supply means 1c, and the incineration material input device 1d according to predetermined conditions, thereby starting the combustion operation and starting the combustion operation. It repeats operation, hibernation, and start-up operation, and controls intermittent operation.

また、制御装置12は、各種計測機器で計測された物理量に基づいて、間欠運転焼却施設の各部を制御する。 Further, the control device 12 controls each part of the intermittent operation incineration facility based on physical quantities measured by various measuring instruments.

本実施形態における発電ユニット13は、エミッタ13aと光電変換セル13bとを具備するTPV発電ユニットによって構成される。 The power generation unit 13 in this embodiment is constituted by a TPV power generation unit including an emitter 13a and a photoelectric conversion cell 13b.

エミッタ13aは、熱を光エネルギに変換する素子であり、燃焼室1aの内壁に配設される。本実施形態におけるエミッタ13aとしては、図示しない光放出面を有する高融点金属からなる平板上の波長選択エミッタが使用される。本実施形態においては、燃焼室1aに複数の開口を設け、各開口にエミッタ13aを嵌め込むことで燃焼室1aの内壁にエミッタ13aを配設している。エミッタ13aは燃焼室1aからの熱を受けて、燃焼室1a内壁とは逆側を向いた光放出面から光エネルギを放出する。エミッタ13aの光放出面には、エミッタ13aの開閉状態を制御する図示しないシャッタ装置が設置されており、制御装置12がシャッタ装置の開閉状態を制御することによって、エミッタ13aからの光エネルギの放出を制御できるようになっている。 The emitter 13a is an element that converts heat into light energy, and is disposed on the inner wall of the combustion chamber 1a. As the emitter 13a in this embodiment, a wavelength selective emitter on a flat plate made of a high melting point metal and having a light emitting surface (not shown) is used. In this embodiment, the combustion chamber 1a is provided with a plurality of openings, and the emitter 13a is fitted into each opening, thereby disposing the emitter 13a on the inner wall of the combustion chamber 1a. The emitter 13a receives heat from the combustion chamber 1a and emits light energy from a light emission surface facing away from the inner wall of the combustion chamber 1a. A shutter device (not shown) that controls the open/close state of the emitter 13a is installed on the light emitting surface of the emitter 13a, and the control device 12 controls the open/close state of the shutter device to emit light energy from the emitter 13a. can be controlled.

光電変換セル13bは、光エネルギを電気エネルギに変換する素子であり、燃焼室1a外に配設される。本実施形態における光電変換セル13bとしては、太陽電池セルとして用いられるGaSbセルが使用される。光電変換セル13bは複数のエミッタ13aと対になって配設され、各光電変換セル13bが有する受光面が、エミッタ13aの光放出面と対向するように配設される。 The photoelectric conversion cell 13b is an element that converts light energy into electrical energy, and is disposed outside the combustion chamber 1a. As the photoelectric conversion cell 13b in this embodiment, a GaSb cell used as a solar cell is used. The photoelectric conversion cell 13b is arranged in pairs with a plurality of emitters 13a, and the light receiving surface of each photoelectric conversion cell 13b is arranged to face the light emitting surface of the emitter 13a.

〔間欠運転焼却施設を用いたエネルギ回収方法〕
次に、図2を用いて、第一実施形態に係る間欠運転焼却施設を用いたエネルギ回収方法について説明する。
[Energy recovery method using intermittent operation incineration facility]
Next, an energy recovery method using the intermittent operation incineration facility according to the first embodiment will be described using FIG. 2.

図2は、第一実施形態に係る間欠運転焼却施設におけるエネルギ回収手順を説明するフロー図である。 FIG. 2 is a flow diagram illustrating the energy recovery procedure in the intermittent operation incineration facility according to the first embodiment.

〔ステップS100:燃焼室内温度の検出〕
燃焼運転時、立ち上げ運転時及び立ち下げ運転時においては、燃焼室1aに供給される酸化剤を用いて被焼却物が燃焼されることに伴い、熱が発生し、それによって燃焼室1a内の温度が上昇する。そのため、図示しない温度検知手段で燃焼室1a内の温度の検出を行う(ステップS100)。
[Step S100: Detection of combustion chamber temperature]
During combustion operation, startup operation, and shutdown operation, heat is generated as the material to be incinerated is combusted using the oxidizing agent supplied to the combustion chamber 1a. temperature increases. Therefore, the temperature inside the combustion chamber 1a is detected by a temperature detection means (not shown) (step S100).

〔ステップS110~S120:燃焼運転時における電力の抽出〕
図示しない温度検知手段で燃焼室1a内の温度が所定値(例えば800℃)以上であることを検知すると(ステップS110においてY)、制御装置12は発電ユニット13を用いて発電を行う(ステップS120)。
[Steps S110 to S120: Extraction of electric power during combustion operation]
When the temperature detection means (not shown) detects that the temperature inside the combustion chamber 1a is equal to or higher than a predetermined value (for example, 800° C.) (Y in step S110), the control device 12 generates power using the power generation unit 13 (step S120). ).

具体的には、制御装置12は、図示しない温度検知手段で燃焼室1a内の温度が800℃以上であることを検知すると、エミッタ13aに設けられているシャッタ装置を開状態にするよう制御を行う。すると、熱を受けたエミッタ13aの光放出面から熱輻射光が発生し、光電変換セル13bの受光面に入射する。そして、熱輻射光を受けた光電変換セル13bにおける光起電力効果によって光エネルギが電気エネルギに光電変換される。このようにして、発電ユニット13を用いることで、燃焼室1a内で被焼却物を燃焼することによって発生した熱を電気エネルギに変換し、電力として抽出することができる。 Specifically, when the control device 12 detects that the temperature inside the combustion chamber 1a is 800° C. or higher using a temperature detection means (not shown), it controls the shutter device provided in the emitter 13a to open. conduct. Then, thermal radiation is generated from the light emitting surface of the emitter 13a that has received heat, and enters the light receiving surface of the photoelectric conversion cell 13b. Then, the light energy is photoelectrically converted into electric energy by the photovoltaic effect in the photoelectric conversion cell 13b that receives the thermal radiation light. In this way, by using the power generation unit 13, the heat generated by burning the material to be incinerated in the combustion chamber 1a can be converted into electrical energy and extracted as electric power.

一方、燃焼室1a内の温度が所定値(例えば800℃)以上でない場合(ステップS110においてN)、発電ユニット13による発電は行わず運転を継続する。 On the other hand, if the temperature inside the combustion chamber 1a is not higher than a predetermined value (for example, 800° C.) (N in step S110), the power generation unit 13 does not generate power and continues operation.

〔ステップS130:水の電気分解〕
ステップS120において発電ユニット13で電力が生じると、発生した電力を、送電線などの電力供給手段によって水電気分解装置7に供給し、水電気分解装置7を作動させて水の電気分解を行う(ステップS130)。
[Step S130: Water electrolysis]
When electric power is generated in the power generation unit 13 in step S120, the generated electric power is supplied to the water electrolyzer 7 by a power supply means such as a power transmission line, and the water electrolyzer 7 is operated to electrolyze water ( Step S130).

水電気分解装置7においては、水の電気分解に伴い、陰極では還元反応が生じて水素が生成されるとともに、陽極においては酸化反応が生じて酸素が生成される。 In the water electrolyzer 7, as water is electrolyzed, a reduction reaction occurs at the cathode to generate hydrogen, and an oxidation reaction occurs at the anode to generate oxygen.

〔ステップS140:二酸化炭素の分離〕
被焼却物の燃焼に伴い焼却炉1で発生した燃焼排ガスのうちの一部の燃焼排ガスは、排ガス煙道を流通して二酸化炭素分離手段5に供給され、二酸化炭素分離手段5において二酸化炭素が分離される(ステップS140)。
[Step S140: Separation of carbon dioxide]
A part of the combustion exhaust gas generated in the incinerator 1 due to the combustion of the materials to be incinerated flows through the exhaust gas flue and is supplied to the carbon dioxide separation means 5, where the carbon dioxide is removed. It is separated (step S140).

二酸化炭素分離手段5においては、分離膜を用いた方法や、化学吸着や物理吸着など吸着による方法及び深冷分離によって、燃焼排ガスから二酸化炭素が選択的に分離される。 In the carbon dioxide separation means 5, carbon dioxide is selectively separated from the combustion exhaust gas by a method using a separation membrane, an adsorption method such as chemical adsorption or physical adsorption, or cryogenic separation.

〔ステップS150:メタンガスの生成〕
ステップS140において二酸化炭素分離手段5で分離された二酸化炭素は、ステップS130において水電気分解装置7で生成した水素とともにメタンガス生成手段10に供給され、メタンガス生成手段10においてメタンガスが生成される(ステップS150)。あるいは、二酸化炭素は図示しないパイプラインを通じて、もしくは液化させてローリー車輸送する等の手段によって、所外の所望の箇所に供給されるようにしてもよい。
[Step S150: Generation of methane gas]
The carbon dioxide separated by the carbon dioxide separation means 5 in step S140 is supplied to the methane gas generation means 10 together with the hydrogen generated in the water electrolyzer 7 in step S130, and methane gas is generated in the methane gas generation means 10 (step S150 ). Alternatively, the carbon dioxide may be supplied to a desired location outside the site through a pipeline (not shown) or by means such as liquefying it and transporting it by lorry.

メタンガス生成手段10で生成されたメタンガスは、メタンガス供給手段11を通じて図示しないタンクに貯留され、焼却炉1の立ち上げ時や立ち下げ時の補助燃料用など、所内利用のために供される。あるいは、図示しないパイプラインを通じて、もしくは液化させてローリー車輸送する等の手段によって、所外の所望の箇所に供給されるようにしてもよい。 Methane gas generated by the methane gas generation means 10 is stored in a tank (not shown) through the methane gas supply means 11, and is provided for internal use, such as as auxiliary fuel when starting up or shutting down the incinerator 1. Alternatively, it may be supplied to a desired location outside the site through a pipeline (not shown) or by means such as liquefying and transporting by lorry.

このように、メタンガス供給手段11を通じてタンクに貯留されたメタンガスは、当日における立ち下げ運転時や、翌朝における立ち上げ運転時において、補助燃料として助燃バーナ1eに供給される。 In this way, the methane gas stored in the tank through the methane gas supply means 11 is supplied to the auxiliary combustion burner 1e as auxiliary fuel during the start-up operation on the same day and during the start-up operation the next morning.

つまり、間欠運転を行う焼却炉1においては、所定時間(例えば約8時間)の休止時間を経てから立ち上げ運転を実施するため、立ち上げ運転開始時においては、燃焼室1a内の温度が300℃以下にまで低下しており、そのまま被焼却物を燃焼室1a内に投入しても、うまく着火することができない。 In other words, in the incinerator 1 that performs intermittent operation, the startup operation is performed after a predetermined downtime (for example, about 8 hours), so at the start of the startup operation, the temperature in the combustion chamber 1a is 300. ℃ or lower, and even if the material to be incinerated is directly put into the combustion chamber 1a, it cannot be ignited successfully.

そのため、立ち上げ運転時においては、助燃バーナ1eに補助燃料を供給して補助燃料を燃焼室1a内で燃焼させて燃焼室1a内の温度を上昇させるが、本実施形態においては、ステップS150においてメタンガス生成手段10で生成されたメタンガスを、立ち上げ運転時にメタンガス供給手段11を用いて助燃バーナ1eに供給して燃焼させる。 Therefore, during start-up operation, auxiliary fuel is supplied to the auxiliary combustion burner 1e and the auxiliary fuel is combusted within the combustion chamber 1a to increase the temperature within the combustion chamber 1a, but in this embodiment, in step S150 Methane gas generated by the methane gas generation means 10 is supplied to the auxiliary combustion burner 1e using the methane gas supply means 11 during start-up operation and is combusted.

通常であれば、重油のような化石燃料を助燃バーナ1eで燃焼させるものであるところ、本実施形態においては、間欠運転焼却施設を運転する際に生成するメタンガスを燃焼させる。 Normally, fossil fuels such as heavy oil would be combusted in the auxiliary combustion burner 1e, but in this embodiment, methane gas generated when an intermittent operation incineration facility is operated is combusted.

そのため、重油等の化石燃料を購入し搬送するためのコストや、その際に発生する二酸化炭素の排出量を削減することができる。 Therefore, the cost of purchasing and transporting fossil fuels such as heavy oil and the amount of carbon dioxide emissions generated at that time can be reduced.

このように、燃焼室1aに配設され、被焼却物の燃焼に伴い発生する熱を電気エネルギに変換して電力を発生させる発電ユニット13を用いて電力を取り出す構成とすることで、排熱回収ボイラを設置しない中小規模の焼却炉1であっても、廃熱を電力として回収することができる。 In this way, by using a configuration in which electricity is extracted using the power generation unit 13, which is disposed in the combustion chamber 1a and generates electricity by converting the heat generated by the combustion of materials to be incinerated into electrical energy, the exhaust heat can be extracted. Even in a small to medium-sized incinerator 1 that does not include a recovery boiler, waste heat can be recovered as electricity.

そして、回収された廃熱が電気エネルギに変換され、所内に配設された水電気分解装置7の作動に用いられるため、他所に送電する際に発生する送電ロスもなく、回収した電力を有効に活用することができる。 Since the recovered waste heat is converted into electrical energy and used to operate the water electrolyzer 7 installed within the plant, there is no power transmission loss that occurs when transmitting power to other locations, and the recovered power is effectively used. It can be used for

さらに、水電気分解装置7で発生した水素と、二酸化炭素分離手段5を用いて燃焼排ガスから回収した二酸化炭素とを合成してメタンガスを生成するメタンガス生成手段10を備えるため、燃料ガスとして利用可能でかつ様々な箇所に供給することができる形状に変換してエネルギを回収することができる。 Furthermore, it is equipped with a methane gas generation means 10 that generates methane gas by synthesizing the hydrogen generated by the water electrolyzer 7 and the carbon dioxide recovered from the combustion exhaust gas using the carbon dioxide separation means 5, so that it can be used as fuel gas. It is possible to recover energy by converting it into a shape that can be supplied to various locations.

しかも、生成したメタンガスを立ち上げ運転時に助燃バーナ1eに供給して燃焼させることで、立ち下げ運転時の補助燃料を所内で生成することができ、重油等の化石燃料を購入し搬送するためのコストや搬送の際の二酸化炭素排出を低減することが可能な間欠運転焼却施設を提供することができる。 Moreover, by supplying the generated methane gas to the auxiliary combustion burner 1e and burning it during start-up operation, auxiliary fuel for start-up operation can be generated in-house, making it possible to purchase and transport fossil fuels such as heavy oil. It is possible to provide an intermittent operation incineration facility that can reduce costs and carbon dioxide emissions during transportation.

[第二実施形態に係る間欠運転焼却施設の構成]
図3を用いて、第二実施形態に係る間欠運転焼却施設の構成を説明する。なお、第一実施形態に係る間欠運転焼却施設と共通する点については説明を省略し、第二実施形態に係る間欠運転焼却施設の特徴的な点についてのみ説明する。
[Configuration of intermittent operation incineration facility according to second embodiment]
The configuration of an intermittent operation incineration facility according to the second embodiment will be explained using FIG. 3. Note that the description of the points common to the intermittent operation incineration facility according to the first embodiment will be omitted, and only the characteristic points of the intermittent operation incineration facility according to the second embodiment will be explained.

図3は、第二実施形態にかかる間欠運転焼却施設の概略系統図を示したものであり、当該間欠運転焼却施設は、焼却炉1と、排ガス冷却装置2と、バグフィルタ3と、誘引送風機4と、二酸化炭素分離手段5と、煙突6と、水電気分解装置7と、水素供給手段8と、酸素供給手段9と、メタンガス生成手段10と、メタンガス供給手段11と、制御装置12と、発電ユニット13によって構成される。 FIG. 3 shows a schematic system diagram of an intermittent operation incineration facility according to the second embodiment, and the intermittent operation incineration facility includes an incinerator 1, an exhaust gas cooling device 2, a bag filter 3, and an induced blower. 4, carbon dioxide separation means 5, chimney 6, water electrolyzer 7, hydrogen supply means 8, oxygen supply means 9, methane gas generation means 10, methane gas supply means 11, control device 12, It is constituted by a power generation unit 13.

第二実施形態に係る間欠運転焼却施設が第一実施形態に係る間欠運転焼却施設と異なる点は、発電ユニット13として、エミッタ13aと光電変換セル13bとからなるTPV発電ユニットに加え、両端における温度差を起電力に変換する熱電素子13cを使用した熱電発電ユニットを併用する点にある。なお熱電素子13cは、TPV発電ユニットのエミッタ13aが配設される位置よりも温度が低くかつ燃焼排ガス流れにおいて下流の領域、例えば、500℃程度の中温域となる排ガス冷却装置2の内壁や、その下流の排ガス煙道の内壁に配設される。 The difference between the intermittent operation incineration facility according to the second embodiment and the intermittent operation incineration facility according to the first embodiment is that the power generation unit 13 includes a TPV power generation unit consisting of an emitter 13a and a photoelectric conversion cell 13b; The point is that a thermoelectric power generation unit using a thermoelectric element 13c that converts the difference into electromotive force is also used. Note that the thermoelectric element 13c is located in an area downstream in the flow of combustion exhaust gas that is lower in temperature than the position where the emitter 13a of the TPV power generation unit is disposed, for example, the inner wall of the exhaust gas cooling device 2 which has a medium temperature range of about 500°C, It is arranged on the inner wall of the exhaust gas flue downstream of it.

熱電素子とは、正と負の熱起電力を発生するp型半導体とn型半導体を電気的に接続して構成したもので、一端部を高温に他端部を低温にすることで熱から直接的に電力を抽出することが可能であるが、作動温度がTPV発電ユニットと比較して低い。そのため、TPV発電ユニットと熱電発電ユニットを併用する第二実施形態に係る間欠運転焼却施設においては、高温域である燃焼室1a内においてTPV発電ユニットによる発電を行い、TPV発電ユニットが配設される位置よりも燃焼排ガス流れにおいて下流でかつ低温の領域、例えば500℃程度の中温域となる排ガス冷却装置2やその下流の排ガス煙道において熱電発電ユニットによる発電を行う。 A thermoelectric element is constructed by electrically connecting a p-type semiconductor and an n-type semiconductor that generate positive and negative thermoelectromotive force.It can be removed from heat by keeping one end at a high temperature and the other end at a low temperature. Although it is possible to extract power directly, the operating temperature is lower compared to TPV power generation units. Therefore, in the intermittent operation incineration facility according to the second embodiment that uses both the TPV power generation unit and the thermoelectric power generation unit, power is generated by the TPV power generation unit in the combustion chamber 1a which is a high temperature area, and the TPV power generation unit is disposed. Power generation is performed by a thermoelectric power generation unit in the exhaust gas cooling device 2 and the exhaust gas flue downstream thereof, which are downstream of the combustion exhaust gas flow and have a low temperature region, for example, a medium temperature region of about 500° C.

TPV発電ユニットについては、図2に示したように、燃焼室1a内の温度が所定値(例えば800℃)より大きい場合に発電を行うよう、制御装置12が切り替えを行う。また、排ガス冷却装置2やその下流の排ガス煙道に設置された熱電発電ユニットにおいては、TPV発電ユニットが発電を行う温度領域よりも低い温度領域において発電を行う。 Regarding the TPV power generation unit, as shown in FIG. 2, the control device 12 performs switching so that power is generated when the temperature inside the combustion chamber 1a is higher than a predetermined value (for example, 800° C.). Furthermore, the thermoelectric power generation unit installed in the exhaust gas cooling device 2 and the exhaust gas flue downstream thereof generates power in a temperature range lower than the temperature range in which the TPV power generation unit generates power.

そして、発電ユニット13で発生した電力を用い水電気分解装置7で水の電気分解を行い水素及び酸素を発生させるステップ、二酸化炭素分離手段5で燃焼排ガスから二酸化炭素を分離するステップ、水電気分解装置7で発生させた水素と二酸化炭素分離手段5で分離された二酸化炭素を合成してメタンガスを生成するステップ、及び、生成したメタンガスを補助燃料として立ち上げ運転時及び/又は立ち下げ運転時に助燃バーナに供給するステップを有する点においては、図2に示す第一実施形態のフロー図と同様である。 Then, a step of electrolyzing water in the water electrolyzer 7 using the electric power generated by the power generation unit 13 to generate hydrogen and oxygen, a step of separating carbon dioxide from the combustion exhaust gas with the carbon dioxide separation means 5, and a step of water electrolysis. A step of synthesizing hydrogen generated by the device 7 and carbon dioxide separated by the carbon dioxide separation means 5 to generate methane gas, and using the generated methane gas as auxiliary fuel during startup and/or shutdown operation. It is similar to the flow diagram of the first embodiment shown in FIG. 2 in that it includes the step of supplying to the burner.

このように、高温域でのみ作動するTPV発電ユニットに加え、中温域において作動することが可能な熱電発電ユニットによる発電を併用することで、発電可能な温度域が拡張し、被焼却物の燃焼に伴い発生する熱をより多く回収することができ、エネルギ効率の高いエネルギ回収方法を提供することができる。 In this way, by combining power generation with a thermoelectric power generation unit that can operate in a medium temperature range in addition to a TPV power generation unit that operates only in a high temperature range, the temperature range in which power can be generated is expanded, and the combustion of materials to be incinerated is It is possible to recover more of the heat generated due to this, and it is possible to provide an energy recovery method with high energy efficiency.

また、生成したメタンガスが仮に助燃バーナ1eで使用しきれなかったとしても、メタンガス供給手段11を通じて他所に燃料として供給することができるため、エネルギを無駄にすることがない。もしくは、メタンガスを生成せずに、二酸化炭素として他所に供給するようにしてもよい。 Furthermore, even if the generated methane gas cannot be used completely by the auxiliary combustion burner 1e, it can be supplied as fuel elsewhere through the methane gas supply means 11, so that energy is not wasted. Alternatively, methane gas may not be generated and may be supplied elsewhere as carbon dioxide.

[第三実施形態に係る間欠運転焼却施設の構成]
第三実施形態に係る間欠運転焼却施設においては、水電気分解装置7で発生した酸素を燃焼空気供給手段に供給することで、被焼却物を燃焼させるための酸化剤として利用する。
[Configuration of intermittent operation incineration facility according to third embodiment]
In the intermittent operation incineration facility according to the third embodiment, oxygen generated in the water electrolyzer 7 is supplied to the combustion air supply means and used as an oxidizing agent for burning the material to be incinerated.

一日の中で燃焼運転、立ち下げ運転、休止状態及び立ち上げ運転を行う間欠運転においては、立ち上げ運転時における燃焼室1a内の温度上昇時間を短くすることが重要となる。 In intermittent operation in which combustion operation, startup operation, hibernation state, and start-up operation are performed in one day, it is important to shorten the temperature rise time in the combustion chamber 1a during the start-up operation.

そこで、立ち上げ運転時において、酸化剤として空気ではなく酸素を用いることで火炎温度が上昇し、燃焼室1a内の温度を迅速に所定温度まで上昇させることができる。 Therefore, during start-up operation, by using oxygen instead of air as the oxidizing agent, the flame temperature increases, and the temperature in the combustion chamber 1a can be quickly raised to a predetermined temperature.

このときに使用される酸素として、図2におけるステップS130において水電気分解装置7で発生した酸素を、図1及び図3に示す酸素供給手段9で一次燃焼空気供給手段1bに供給して使用することができるため、酸素ボンベなど他の供給源を必要としない。そのため、酸素の購入や運搬に伴うコストを低減することができるとともに、それに伴い発生する二酸化炭素の排出量も削減することができる。 As the oxygen used at this time, the oxygen generated in the water electrolyzer 7 in step S130 in FIG. 2 is supplied to the primary combustion air supply means 1b by the oxygen supply means 9 shown in FIGS. 1 and 3. This eliminates the need for other sources such as oxygen cylinders. Therefore, the cost associated with purchasing and transporting oxygen can be reduced, and the amount of carbon dioxide emissions generated accordingly can also be reduced.

[第四実施形態に係る間欠運転焼却施設の構成]
図4を用いて、第四実施形態に係る間欠運転焼却施設の構成を説明する。なお、第一実施形態に係る間欠運転焼却施設と共通する点については説明を省略し、第四実施形態に係る間欠運転焼却施設の特徴的な点についてのみ説明する。
[Configuration of intermittent operation incineration facility according to fourth embodiment]
The configuration of an intermittent operation incineration facility according to the fourth embodiment will be explained using FIG. 4. Note that the description of the points common to the intermittent operation incineration facility according to the first embodiment will be omitted, and only the characteristic points of the intermittent operation incineration facility according to the fourth embodiment will be explained.

図4は、第四実施形態にかかる間欠運転焼却施設の概略系統図を示したものであり、当該間欠運転焼却施設は、焼却炉1と、排ガス冷却装置2と、バグフィルタ3と、誘引送風機4と、二酸化炭素分離手段5と、煙突6と、水電気分解装置7と、水素供給手段8と、酸素供給手段9と、メタンガス生成手段10と、メタンガス供給手段11と、制御装置12と、発電ユニット13と、水蒸気分離手段14と、復水器15と、復水供給手段16とによって構成される。 FIG. 4 shows a schematic system diagram of an intermittent operation incineration facility according to the fourth embodiment, which includes an incinerator 1, an exhaust gas cooling device 2, a bag filter 3, and an induced blower. 4, carbon dioxide separation means 5, chimney 6, water electrolyzer 7, hydrogen supply means 8, oxygen supply means 9, methane gas generation means 10, methane gas supply means 11, control device 12, It is composed of a power generation unit 13, a steam separation means 14, a condenser 15, and a condensate supply means 16.

つまり、第四実施形態に係る間欠運転焼却施設においては、焼却炉1から排出され、排ガス冷却装置2及びバグフィルタ3を経て温度が低下して酸性成分や不純物がろ過された燃焼排ガスから、水蒸気を分離する水蒸気分離手段14を備える。また、水蒸気分離手段14で分離した水蒸気を凝縮して復水とする復水器15を備える。さらに、復水器で凝縮された復水を水電気分解装置7に供給する復水供給手段16を備える。 In other words, in the intermittent operation incineration facility according to the fourth embodiment, water vapor is extracted from the combustion exhaust gas that is discharged from the incinerator 1, passes through the exhaust gas cooling device 2 and the bag filter 3, and the temperature is lowered, and acidic components and impurities are filtered. A water vapor separation means 14 is provided for separating the water vapor. Further, a condenser 15 is provided which condenses the water vapor separated by the water vapor separation means 14 to form condensate. Furthermore, a condensate supply means 16 for supplying condensate condensed in the condenser to the water electrolyzer 7 is provided.

このようにすることで、水電気分解装置7で電気分解される水として、燃焼排ガスから分離された水を用いることができ、水を電気分解するための電力だけでなく、水までも同じ設備内でまかなうことができ、無駄のない有用な間欠運転焼却施設となる。 By doing this, the water separated from the combustion exhaust gas can be used as the water to be electrolyzed in the water electrolyzer 7, and not only the electric power for electrolyzing water but also the water can be used with the same equipment. It will be a useful intermittent operation incineration facility with no waste.

以上、まとめると、本発明の効果は以下の通りとなる。 In summary, the effects of the present invention are as follows.

本発明は、一日の中で燃焼運転、立ち下げ運転、休止状態及び立ち上げ運転を行う間欠運転を行い被焼却物を燃焼する燃焼室を備える焼却炉と、燃焼室に配設され、被焼却物の燃焼に伴い発生する熱を電気エネルギに変換して電力を発生させる発電ユニットと、発電ユニットで発生した電力を水電気分解装置に供給する電力供給手段と、焼却炉から排出される燃焼排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離手段と、水電気分解装置で発生した水素と二酸化炭素分離手段で分離された二酸化炭素を合成してメタンガスを生成するメタンガス生成手段とを備える間欠運転焼却施設である。 The present invention provides an incinerator equipped with a combustion chamber that performs intermittent operation that performs combustion operation, shutdown operation, hibernation state, and start-up operation during the day and burns materials to be incinerated; A power generation unit that converts the heat generated by the combustion of the incineration material into electrical energy to generate electricity, a power supply means that supplies the electricity generated by the power generation unit to the water electrolyzer, and combustion discharged from the incinerator. An intermittent operation incineration facility equipped with a carbon dioxide separation means that separates carbon dioxide from exhaust gas, and a methane gas generation means that generates methane gas by synthesizing hydrogen generated by a water electrolysis device and carbon dioxide separated by the carbon dioxide separation means. It is.

間欠運転を行う焼却炉において、燃焼室に配設され、被焼却物の燃焼に伴い発生する熱を電気エネルギに変換して電力を発生させる発電ユニットを用いて電力を発生させるため、排熱回収ボイラを設置しない中小規模の焼却炉であっても、廃熱を電力として回収することができる。そして、回収された廃熱が電気エネルギに変換され、電力として水電気分解装置の作動に用いられるため、回収した電力を有効に活用することができる。さらに、水電気分解装置で発生した水素と、二酸化炭素分離手段を用いて燃焼排ガスから分離した二酸化炭素とを合成してメタンガスを生成するメタンガス生成手段を備えるため、燃料ガスとして利用可能でかつ様々な箇所に供給することができる形状に変換してエネルギを回収することができる。 In incinerators that operate intermittently, waste heat recovery is used to generate electricity using a power generation unit that is installed in the combustion chamber and converts the heat generated from the combustion of the materials to be incinerated into electrical energy to generate electricity. Even small and medium-sized incinerators without a boiler can recover waste heat as electricity. The recovered waste heat is converted into electrical energy and used as electric power to operate the water electrolyzer, so the recovered electric power can be effectively utilized. Furthermore, it is equipped with a methane gas generation means that generates methane gas by synthesizing the hydrogen generated by the water electrolyzer and the carbon dioxide separated from the combustion exhaust gas using the carbon dioxide separation means, so it can be used as a fuel gas and can be used in various ways. It is possible to recover energy by converting it into a shape that can be supplied to various locations.

また、発電ユニットとして、燃焼室の内壁に配設されたエミッタと光電変換セルとを具備してなり熱光起電力発電を行うTPV(ThermoPhotoVoltaic)発電ユニットを使用するため、高温域にある燃焼室において熱を電気エネルギに変換することができる。 In addition, since the power generation unit uses a TPV (ThermoPhotovoltaic) power generation unit that is equipped with an emitter and a photoelectric conversion cell arranged on the inner wall of the combustion chamber and performs thermophotovoltaic power generation, the combustion chamber is located in a high temperature range. can convert heat into electrical energy.

ここで、例えば燃焼運転時など高温状態において、TPV発電ユニットで電力を発生させて水電気分解装置に供給して水素及び酸素を発生させるとともに、メタンガス生成手段でメタンガスを生成し、生成されたメタンガスを立ち上げ運転時及び/又は立ち下げ運転時に助燃バーナに供給することにより、立ち上げ運転時の燃焼室内の昇温に必要な補助燃料を所内で賄うことができる。そのため、重油等の化石燃料を購入し搬送するためのコストや搬送の際の二酸化炭素排出を低減することが可能な間欠運転焼却施設を提供することができる。また、水電気分解装置を作動させた際に余った電力は、施設内各所の補機等の作動用の電力として使用するか、施設外へ供給することができる。 Here, in a high temperature state such as during combustion operation, the TPV power generation unit generates electricity and supplies it to the water electrolyzer to generate hydrogen and oxygen, and the methane gas generation means generates methane gas. By supplying fuel to the auxiliary combustion burner during startup and/or shutdown, the auxiliary fuel required to raise the temperature in the combustion chamber during startup can be supplied within the plant. Therefore, it is possible to provide an intermittent operation incineration facility that can reduce the cost of purchasing and transporting fossil fuels such as heavy oil and reduce carbon dioxide emissions during transport. Further, the power left over when the water electrolyzer is operated can be used as power for operating auxiliary equipment in various parts of the facility, or can be supplied outside the facility.

また、発電ユニットとして、TPV発電ユニットに加え、TPV発電ユニットが配設される位置よりも温度が低くかつ下流の領域に配設される熱電素子を用いた熱電発電ユニットを併用するため、発電可能な温度域が拡張し、より広い温度域において熱を電気エネルギに変換することができる。 In addition, as a power generation unit, in addition to the TPV power generation unit, a thermoelectric power generation unit using a thermoelectric element located downstream and at a lower temperature than the location where the TPV power generation unit is installed is used in combination, making it possible to generate electricity. This expands the temperature range, making it possible to convert heat into electrical energy over a wider temperature range.

ここで、燃焼室内の温度が所定値以上となる温度域においてTPV発電ユニットで電力を発生させ、さらにTPV発電ユニットが配設される位置よりも下流でかつ低温となる温度域において熱電発電ユニットで電力を発生させることで、高温域の燃焼室だけでなく、例えば500℃程度の中温状態にある排ガス冷却室や排ガス煙道においても電力を発生させることができる。そして、広い温度域において発生させた電力を水電気分解装置に供給して水素及び酸素を発生させるとともに、メタンガス生成手段でメタンガスを生成し、生成されたメタンガスを立ち上げ運転時及び/又は立ち下げ運転時に助燃バーナに供給することにより、立ち上げ運転時の燃焼室内の昇温に必要な補助燃料を所内で賄うことができる。そのため、重油等の化石燃料を購入し搬送するためのコストや搬送の際の二酸化炭素排出を低減することが可能な間欠運転焼却施設を提供することができる。 Here, the TPV power generation unit generates electric power in a temperature range where the temperature inside the combustion chamber exceeds a predetermined value, and the thermoelectric power generation unit generates power in a temperature range downstream of the location where the TPV power generation unit is installed and where the temperature is low. By generating electric power, it is possible to generate electric power not only in the combustion chamber in the high temperature range, but also in the exhaust gas cooling chamber and the exhaust gas flue, which are in a medium temperature state of about 500° C., for example. Then, the electricity generated in a wide temperature range is supplied to the water electrolyzer to generate hydrogen and oxygen, and the methane gas generation means generates methane gas, and the generated methane gas is used during startup and/or shutdown. By supplying the fuel to the auxiliary burner during operation, the auxiliary fuel required to raise the temperature in the combustion chamber during start-up operation can be provided within the plant. Therefore, it is possible to provide an intermittent operation incineration facility that can reduce the cost of purchasing and transporting fossil fuels such as heavy oil and reduce carbon dioxide emissions during transport.

また、水電気分解装置で発生する酸素を、立ち上げ運転時における酸化剤として燃焼室に供給することで燃焼室温度が上昇し、迅速な立上げが可能となる。しかも、酸化剤として使用される酸素として、水電気分解装置で発生した酸素を使用するため、酸素ボンベなど他の供給源を必要としない。そのため、酸素の購入や運搬に伴うコストを低減することができるとともに、それに伴い発生する二酸化炭素の排出量も削減することができる。 In addition, by supplying oxygen generated in the water electrolyzer to the combustion chamber as an oxidizing agent during start-up operation, the temperature of the combustion chamber increases, making it possible to start up quickly. Moreover, since the oxygen generated in the water electrolyzer is used as the oxygen used as the oxidizing agent, no other supply source such as an oxygen cylinder is required. Therefore, the cost associated with purchasing and transporting oxygen can be reduced, and the amount of carbon dioxide emissions generated accordingly can also be reduced.

さらに、燃焼排ガスから水蒸気を分離する水蒸気分離手段と、水蒸気分離手段で分離した水蒸気を凝縮して復水とする復水器と、復水器で凝縮された復水を水電気分解装置に供給する復水供給手段とをさらに備えるため、水電気分解装置で電気分解される水として、燃焼排ガスから分離された水を用いることができ、水を電気分解するための電力だけでなく、水までも同じ設備内でまかなうことができ、無駄のない有用な間欠運転焼却施設となる。 Furthermore, a water vapor separation means for separating water vapor from the combustion exhaust gas, a condenser for condensing the water vapor separated by the water vapor separation means to condensate, and supplying the condensed water in the condenser to the water electrolyzer. Since the water electrolyzer further includes a condensate supply means, water separated from combustion exhaust gas can be used as the water to be electrolyzed in the water electrolyzer, and not only the electric power for electrolyzing water but also the water can be used. can be done within the same facility, making it a useful intermittent operation incineration facility with no waste.

また、二酸化炭素分離手段は、膜分離法又は吸着法又は深冷分離法によって燃焼排ガスから二酸化炭素を分離することで、高純度の二酸化炭素を回収することができる。 Further, the carbon dioxide separation means can recover highly pure carbon dioxide by separating carbon dioxide from the combustion exhaust gas by a membrane separation method, an adsorption method, or a cryogenic separation method.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments described above. Furthermore, the effects described in the embodiments of the present invention are merely a list of the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. isn't it.

また、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換しても良い。 Further, the above-described embodiments have been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. . Furthermore, some of the configurations of each embodiment may be added, deleted, or replaced with other configurations.

例えば、図3においては、発電ユニット13として、TPV発電ユニットと熱電発電ユニットとを併用する例について説明しているが、熱電発電ユニットのみからなる発電ユニット13であっても構わない。 For example, in FIG. 3, an example is described in which a TPV power generation unit and a thermoelectric power generation unit are used together as the power generation unit 13, but the power generation unit 13 may include only a thermoelectric power generation unit.

この発明の間欠運転焼却施設及びその運転方法は、種々の被焼却物を燃焼する焼却施設全般に適用することができる。 The intermittent operation incineration facility and its operating method of the present invention can be applied to incineration facilities in general that burn various materials to be incinerated.

1 焼却炉
1a 燃焼室
1b 一次燃焼空気供給手段
1c 二次燃焼空気供給手段
1d 投入装置
1e 助燃バーナ
2 排ガス冷却装置
3 バグフィルタ
4 誘引送風機
5 二酸化炭素分離手段
6 煙突
7 水電気分解装置
8 水素供給手段
9 酸素供給手段
10 メタンガス生成手段
11 メタンガス供給手段
12 制御装置
13 発電ユニット
13a エミッタ
13b 光電変換セル
13c 熱電素子
14 水蒸気分離手段
15 復水器
16 復水供給手段

1 Incinerator 1a Combustion chamber 1b Primary combustion air supply means 1c Secondary combustion air supply means 1d Charge device 1e Assist burner 2 Exhaust gas cooling device 3 Bag filter 4 Induced blower 5 Carbon dioxide separation means 6 Chimney 7 Water electrolyzer 8 Hydrogen supply Means 9 Oxygen supply means 10 Methane gas generation means 11 Methane gas supply means 12 Control device 13 Power generation unit 13a Emitter 13b Photoelectric conversion cell 13c Thermoelectric element 14 Steam separation means 15 Condenser 16 Condensate supply means

Claims (8)

一日の中で燃焼運転、立ち下げ運転、休止状態及び立ち上げ運転を行い被焼却物を燃焼する燃焼室を備える焼却炉と、
前記燃焼室に配設され、被焼却物の燃焼に伴い発生する熱を電気エネルギに変換して電力を発生させる発電ユニットと、
前記発電ユニットで発生した電力を水電気分解装置に供給する電力供給手段と、
前記焼却炉から排出される燃焼排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離手段と、
前記水電気分解装置で発生した水素と前記二酸化炭素分離手段で分離された二酸化炭素を合成してメタンガスを生成するメタンガス生成手段と、
を備えた間欠運転焼却施設。
an incinerator equipped with a combustion chamber that performs combustion operation, shut-down operation, hibernation state, and start-up operation during the day and burns materials to be incinerated;
a power generation unit that is disposed in the combustion chamber and generates electric power by converting heat generated as a result of combustion of materials to be incinerated into electric energy;
power supply means for supplying the power generated by the power generation unit to the water electrolyzer;
carbon dioxide separation means for separating carbon dioxide from combustion exhaust gas discharged from the incinerator;
Methane gas generation means for generating methane gas by synthesizing hydrogen generated by the water electrolyzer and carbon dioxide separated by the carbon dioxide separation means;
Intermittent operation incineration facility equipped with
前記発電ユニットとして、前記燃焼室の内壁に配設されたエミッタと光電変換セルとを具備してなり熱光起電力発電を行うTPV(ThermoPhotoVoltaic)発電ユニットを使用する、
請求項1に記載の間欠運転焼却施設。
As the power generation unit, a TPV (ThermoPhotovoltaic) power generation unit is used, which is equipped with an emitter and a photoelectric conversion cell disposed on the inner wall of the combustion chamber and performs thermophotovoltaic power generation.
The intermittent operation incineration facility according to claim 1.
前記発電ユニットとして、前記TPV発電ユニットに加え、前記TPV発電ユニットが配設される位置よりも温度が低くかつ下流の領域に配設される熱電素子を用いた熱電発電ユニットを併用する、
請求項2に記載の間欠運転焼却施設。
As the power generation unit, in addition to the TPV power generation unit, a thermoelectric power generation unit using a thermoelectric element disposed in a region downstream and lower in temperature than the position where the TPV power generation unit is disposed is used in combination;
The intermittent operation incineration facility according to claim 2.
前記燃焼室内で補助燃料を燃焼させる助燃バーナと、
前記メタンガス生成手段で生成されたメタンガスを前記助燃バーナに供給するメタンガス供給手段をさらに備え、
前記発電ユニットで発生させた電力を前記水電気分解装置に供給し、前記メタンガス生成手段で生成されたメタンガスを立ち上げ運転時及び/又は立ち下げ運転時に前記助燃バーナに供給する、
請求項1~3のいずれかに記載の間欠運転焼却施設。
an auxiliary combustion burner that burns auxiliary fuel in the combustion chamber;
Further comprising a methane gas supply means for supplying the methane gas generated by the methane gas generation means to the auxiliary combustion burner,
Supplying electric power generated by the power generation unit to the water electrolyzer, and supplying methane gas generated by the methane gas generating means to the auxiliary combustion burner during startup operation and/or shutdown operation.
The intermittent operation incineration facility according to any one of claims 1 to 3.
前記水電気分解装置で発生する酸素を、立ち上げ運転時における酸化剤として前記燃焼室に供給する、
請求項1~3のいずれかに記載の間欠運転焼却施設。
supplying oxygen generated in the water electrolyzer to the combustion chamber as an oxidizing agent during start-up operation;
The intermittent operation incineration facility according to any one of claims 1 to 3.
前記燃焼排ガスから水蒸気を分離する水蒸気分離手段と、
前記水蒸気分離手段で分離した水蒸気を凝縮して復水とする復水器と、
前記復水器で凝縮された復水を前記水電気分解装置に供給する復水供給手段とをさらに備える、
請求項1~3のいずれかに記載の間欠運転焼却施設。
water vapor separation means for separating water vapor from the combustion exhaust gas;
a condenser that condenses the steam separated by the steam separation means to condensate;
further comprising a condensate supply means for supplying condensate condensed in the condenser to the water electrolyzer;
The intermittent operation incineration facility according to any one of claims 1 to 3.
前記二酸化炭素分離手段は、膜分離又は吸着又は深冷分離によって前記燃焼排ガスから二酸化炭素を分離する、
請求項1~3のいずれかに記載の間欠運転焼却施設。
The carbon dioxide separation means separates carbon dioxide from the combustion exhaust gas by membrane separation, adsorption, or cryogenic separation.
The intermittent operation incineration facility according to any one of claims 1 to 3.
一日の中で燃焼運転、立ち下げ運転、休止状態及び立ち上げ運転を行い被焼却物を燃焼する燃焼室を備える焼却炉において酸化剤を用いて被焼却物の燃焼を行うステップと、
前記燃焼室に配設された発電ユニットを用い、被焼却物の燃焼に伴い発生する熱を電気エネルギに変換して電力を発生させるステップと、
前記電力を発生させるステップで発生した電力を用いて水を電気分解するステップと、
前記焼却炉から排出される燃焼排ガスから二酸化炭素を分離するステップと、
前記水を電気分解するステップで発生した水素と前記二酸化炭素を分離するステップで分離された二酸化炭素を合成してメタンガスを生成するステップと、
を備えた間欠運転焼却施設の運転方法。

a step of burning the to-be-incinerated material using an oxidizing agent in an incinerator equipped with a combustion chamber that performs combustion operation, shut-down operation, hibernation state, and start-up operation during the day and burns the incinerated material;
generating electricity by converting heat generated as a result of combustion of the incineration material into electrical energy using a power generation unit disposed in the combustion chamber;
electrolyzing water using the electric power generated in the step of generating electric power;
separating carbon dioxide from the flue gas discharged from the incinerator;
generating methane gas by synthesizing the hydrogen generated in the step of electrolyzing the water and the carbon dioxide separated in the step of separating the carbon dioxide;
How to operate an intermittent operation incineration facility equipped with

JP2022087716A 2022-05-30 2022-05-30 Intermittently operated incineration facility and method for operating the same Pending JP2023175328A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022087716A JP2023175328A (en) 2022-05-30 2022-05-30 Intermittently operated incineration facility and method for operating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022087716A JP2023175328A (en) 2022-05-30 2022-05-30 Intermittently operated incineration facility and method for operating the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023175328A true JP2023175328A (en) 2023-12-12

Family

ID=89121109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022087716A Pending JP2023175328A (en) 2022-05-30 2022-05-30 Intermittently operated incineration facility and method for operating the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023175328A (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0712725U (en) * 1993-06-23 1995-03-03 ヤマハ株式会社 Garbage incinerator
JPH09273729A (en) * 1996-04-01 1997-10-21 Nippon Kuritetsuku Kk Thermal power generating incinerator
JP2007214523A (en) * 2006-02-13 2007-08-23 Sadao Takagi Tpv combined power generating apparatus
JP2010013333A (en) * 2008-07-07 2010-01-21 Tokyo Gas Co Ltd Separation, recovery and treatment apparatus of carbon dioxide in atmosphere
JP2017089916A (en) * 2015-11-04 2017-05-25 Jfeエンジニアリング株式会社 Waste incineration and hydrogen production device and method
JP6824500B2 (en) * 2017-09-14 2021-02-03 株式会社プランテック Power generation structure, thermoelectric power generation method
JP2021135024A (en) * 2020-02-28 2021-09-13 荏原環境プラント株式会社 Raw material treatment device and treatment method
JP6940713B1 (en) * 2021-05-18 2021-09-29 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 Hydrogen production system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0712725U (en) * 1993-06-23 1995-03-03 ヤマハ株式会社 Garbage incinerator
JPH09273729A (en) * 1996-04-01 1997-10-21 Nippon Kuritetsuku Kk Thermal power generating incinerator
JP2007214523A (en) * 2006-02-13 2007-08-23 Sadao Takagi Tpv combined power generating apparatus
JP2010013333A (en) * 2008-07-07 2010-01-21 Tokyo Gas Co Ltd Separation, recovery and treatment apparatus of carbon dioxide in atmosphere
JP2017089916A (en) * 2015-11-04 2017-05-25 Jfeエンジニアリング株式会社 Waste incineration and hydrogen production device and method
JP6824500B2 (en) * 2017-09-14 2021-02-03 株式会社プランテック Power generation structure, thermoelectric power generation method
JP2021135024A (en) * 2020-02-28 2021-09-13 荏原環境プラント株式会社 Raw material treatment device and treatment method
JP6940713B1 (en) * 2021-05-18 2021-09-29 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 Hydrogen production system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6613822B2 (en) Waste incineration and hydrogen production equipment and method
US8505300B2 (en) Method and apparatus for combined steam boiler/combuster and gasifier
JP3773302B2 (en) Heat recovery system and power generation system
JP6958489B2 (en) Energy storage and supply equipment by waste incinerator
JP4377292B2 (en) Waste treatment apparatus and exhaust gas treatment method
CN102374538A (en) Garbage-incinerating circulated power-generating system
JP2023175328A (en) Intermittently operated incineration facility and method for operating the same
JP2004155879A (en) Gasification melting system equipped with generator
JP7437659B2 (en) Combustion system and method
JP4441281B2 (en) Method and apparatus for producing hydrogen and oxygen from biomass resources
RU91409U1 (en) INSTALLATION FOR THERMAL PROCESSING OF SOLID DOMESTIC WASTE
JP2007002825A (en) Waste power generation method
JP2004089773A (en) Waste treatment facility
CN110628466A (en) Continuous pyrolysis gasification system and method
JP2011145033A (en) Waste disposal device
JP4449704B2 (en) Combustion method and apparatus
CN115200025B (en) System and method for incinerating household garbage by using renewable energy
CN211255839U (en) Continuous pyrolysis gasification system
JPH11182211A (en) Waste disposal and power generation combined device
KR101889693B1 (en) Pollution-free SRF Burner Using a Water Energy
CN114353090A (en) Small organic solid waste gasification incineration treatment system and operation process thereof
JP3522039B2 (en) Plasma type pyrolysis furnace equipment
KR20220055573A (en) Electric generation system
JP2024034830A (en) Combustion system and method
JPH1157403A (en) Treatment device for melting exhaust gas of ash melting furnace

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220530

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230704

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231219

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20240423