JP3797781B2

JP3797781B2 - 廃棄物の燃焼処理装置

Info

Publication number: JP3797781B2
Application number: JP03634298A
Authority: JP
Inventors: 梅夫井上; 保小寺
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: JPH11230517A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ等の廃棄物の燃焼処理に利用されるものであり、燃焼装置からの燃焼排ガスの熱回収システムに改良を加えることにより、蒸気過熱器管に高温腐食を生じることなしに発電用蒸気の高温・高圧化が図れ、発電効率の大幅な向上を可能とした新規な廃棄物の燃焼処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従前から、都市ごみ等の廃棄物の燃焼処理装置に於いては、図３に示すように燃焼炉Ａからの燃焼排ガスＧをボイラＫへ導いて蒸気Ｓを発生させたあと、エコノマイザーＪにより更に熱エネルギーを回収すると共に前記蒸気Ｓを過熱器Ｌにより加熱し、この過熱蒸気Ｓ′を蒸気タービン発電機へ供給して発電を行なうようにした所謂ごみ発電方式が広く採用されている（特開平５−２５６４２７号、特開平５−２５６４２８号等）。
【０００３】
また、前記蒸気タービン発電機による発電に於いては、蒸気タービン発電機へ導く過熱蒸気Ｓ′の温度及び圧力が高いほど高い発電効率を得ることができ、従って前記過熱蒸気Ｓ′の温度・圧力を高めることは、廃棄物の未利用エネルギーを有効に利用する観点からも、重要な課題となっている。
即ち、発電用の過熱蒸気Ｓ′を生成する過熱器Ｌは、可能な限り燃焼炉Ａの燃焼室Ａ′の出口近傍に配設し、高温の燃焼排ガスＧにより蒸気Ｓを加熱して、より高温・高圧の過熱蒸気Ｓ′とするのが望ましい。
【０００４】
しかし、燃焼炉Ａの燃焼室Ａ′からの燃焼排ガスＧ中には、廃棄物に含まれている塩化ビニールを主体とした有機塩素化合物の燃焼に伴って生成する塩化水素ガス（通常６００〜１０００ｐｐｍ程度）や硫黄酸化物（ＳＯｘ・通常６０〜１００ｐｐｍ・Ｏ₂１２％換算）が含まれており、高温に於いて激しい腐食性を示すことになる。
【０００５】
図２は前記塩化水素ガスを含有する燃焼排ガスＧの腐食線図を示すものである。図２からも明らかなように、所謂高温腐食は塩化鉄またはアルカリ鉄硫酸塩の介在により発生する腐食であって、温度が３２０℃を越えると徐々に進行し、６５０℃でピークになる事が知られている。つまり、３２０℃から４８０℃の間は、塩化鉄またはアルカリ鉄硫酸塩の生成による腐食が、また、４６０℃から７００℃の間は、生成した塩化鉄またはアルカリ鉄硫酸塩の分解による腐食が起こることになる。
【０００６】
即ち、前記過熱器Ｌの過熱器管や廃熱ボイラＫの各部伝熱面は、管壁温度が約３００℃を越えると、前記高温腐食の進行により急激に腐食されることになり、このような高温腐食の進行を避けるためには、廃熱ボイラの、特に過熱器Ｌの運転圧力及び運転温度は、それぞれ３０ｋｇ／ｃｍ²Ｇ及び３００℃以下とする必要があった。
その結果、廃棄物発電の効率改善には蒸気温度および圧力を上げることが望ましいが、従来の技術では前述の理由から、蒸気の温度および圧力を上げることが出来なかった。
【０００７】
尚、前記高温腐食の発生を防止する方策として、燃焼排ガスＧ内の塩化水素ガスを予かじめ除去し、塩化水素ガスを除いた燃焼排ガスＧを過熱器Ｌへ導入する方法が考えられる。
しかし、ごみ燃焼炉Ａ、例えばストーカ式ごみ燃焼炉から排出される燃焼排ガスＧは、温度が８５０°〜９５０℃の高温であるため、この中へ塩化水素ガスの吸収反応剤（例えば消石灰や生石灰、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム等）を投入して塩化水素ガスと十分に接触させたとしても、化学的な平衡関係から生成した塩化カルシウム或いは塩化ナトリウムは水蒸気と反応して再び塩化水素を生成するため、結局塩化水素ガス濃度を引き下げることはできない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前の廃棄物の燃焼処理装置に於ける上述の如き問題、即ち所謂高温腐食の発生により発電用過熱蒸気の圧力・温度が約３０ｋｇ／ｃｍ²Ｇ・３００℃以下に押さえられ、発電効率のより一層の向上を図ることができないと云う問題を解決せんとするものであり、過熱器管を腐食環境から隔離することにより過熱器管の腐食防止と廃棄物発電に於ける発電効率の大幅な向上を可能とした廃棄物の燃焼処理装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ごみ発電に於いて、発電効率をより一層高めるためには、発電用過熱蒸気の圧力・温度を３０ｋｇ／ｃｍ²Ｇ・２５０℃以上に高める必要があり、過熱器管を腐食の少ない条件下に保持することが必要となる。
一方、過熱器管を腐食の少ない条件下に保持するには、過熱器へ導入する高温燃焼排ガス内の塩化水素ガスを予め除去する必要があるが、前述の通り高温度の燃焼排ガス内の塩化水素ガスを吸収剤により経済的に除去することは現実に不可能である。
そこで、本願発明者等は高温燃焼排ガスによる過熱器管の間接加熱を着想し、各種の熱媒体及び熱回収装置を用いて過熱蒸気の発生試験を繰り返し実施した。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記過熱器管の高温燃焼排ガスによる間接加熱試験の結果を基にして創作されたものであり、請求項１の発明は、廃棄物のストーカ式燃焼炉と、上方から供給されて流下する熱媒体用の砂と前記ストーカ式燃焼炉からの燃焼排ガスとを接触させて砂を加熱すると共に、加熱した砂を下方から外部へ排出する砂加熱室と、前記砂加熱室から排出された燃焼排ガスの熱を回収する廃熱ボイラと、前記砂加熱室から排出した砂を受け入れすると共に、当該加熱した砂の熱により前記廃熱ボイラで発生した蒸気の過熱器管を加熱する流動層過熱器と、前記流動層過熱器から導出から導出した熱媒体用の砂の中から篩分け装置により飛灰を除去すると共に、飛灰を除去した後の熱媒体用の砂を前記砂加熱室の上方へ供給する砂の循環供給路と、前記廃熱ボイラからの燃焼排ガスを浄化する処理装置とを発明の基本構成とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、流動層過熱器の流動化ガスを空気又は窒素とすると共に当該流動化ガスをサイクロンを通して循環させ、その循環回路に蒸気タービンの復水を加熱するエコノマイザを介設し、更に、前記サイクロンで分離した固形物を流動層過熱器へ供給する構成としたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の発明に於いて、篩分け装置により篩分けした粒径が１〜２ｍｍの砂を熱媒体用の砂として砂加熱室へ供給するようにしたものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１の発明に於いて、ストーカ燃焼炉からの燃焼排ガスが砂加熱室内を下方から上方へ向けて流通するようにしたものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１の発明に於いて、排ガス処理装置などで回収した粒径が０．１〜０．３ｍｍの飛灰を流動層過熱器内へ供給するようにしたものである。
【００１５】
図１に示すように、廃棄物燃焼炉Ａの燃焼室から排出された８５０°〜９５０℃という高温の燃焼排ガスＧは、燃焼排ガス通路２２を通して第一熱回収装置８を構成する縦型の砂加熱室８の下部へ導入される。また、熱媒体用の砂Ｃがこの装置の上方から散布され、砂Ｃと燃焼排ガスＧとを直接接触させることにより、効率よく砂の加熱が行なわれる。
【００１６】
前記砂Ｃの粒径は、１から２ｍｍの大きさが適当であり、上部から落下する空間部に於いて、廃棄物燃焼炉Ａからの燃焼排ガスＧと向流接触させることにより砂Ｃを加熱する。
また、砂Ｃの散布量は、加熱された砂Ｃの温度が６５０℃以上になるように調節される。
【００１７】
砂は、耐熱性及び対腐食性にすぐれた熱媒体であり、廃棄物燃焼炉Ａからの燃焼排ガスＧが８５０から９５０℃という高温度で且つ０．１〜３％の高濃度の塩化水素ガスを含む過酷な雰囲気のガスであっても、特に特殊な砂を使う必要はなく、通常の砂であっても、燃焼排ガスＧと直接接触させた状態下で十分に使用に耐える事が出来る。
尚、この様にして得られた高温の砂の塩化水素の吸着量はごく微量であり、従って、砂Ｃを熱の輸送媒体として作動させることにより、極めてクリーンな二次エネルギー源とする事ができる。
【００１８】
第一熱回収装置８から排出された燃焼排ガスＧは、第二熱回収装置１０として設けられた廃熱ボイラへ導入される。そこで燃焼排ガスＧの熱により水が加熱・蒸発され、飽和蒸気が生成される。
【００１９】
第一熱回収装置８で加熱された砂は、第三熱回収装置１６として設けられた流動層過熱器へ供給され、その熱により流動層部に設置した過熱器管１８を介して前記第二熱回収装置１０で生成された飽和蒸気Ｓを加熱し、過熱蒸気Ｓ₁を生成させる。
【００２０】
第三熱回収装置１６の流動化ガスＥとしては空気又は窒素が使用され、これをサイクロン１９を介して循環使用するようにしている。この流動化ガスＥの循環回路中にはエコノマイザ２１を設ける事ができ、これによって蒸気タービンからの復水またはドレンを加熱して熱回収をすると共に、同時に循環ガスを冷却する事ができる。
【００２１】
また、第三熱回収装置１６では、前記第一熱回収装置８から供給されてくる粒径１〜２ｍｍの高温の砂が流動媒体として用いられるが、この砂Ｃが緩やかに流動する程度の流動化ガスＥが供給される。また、これと共に過熱器管１８への伝熱をスムーズに行わせるため、０．１〜０．３ｍｍの飛灰Ｈが別途に供給され、流動化される。更に、第三熱回収装置１６から飛散する０．１〜０．３ｍｍの飛灰Ｈや砂Ｃはサイクロン１９で捕集され、第三熱回収装置１６の下部へ循環供給される。
尚、前記０．１〜０．３ｍｍの飛灰Ｈとしては燃焼排ガス処理装置や廃熱ボイラ１０等に於ける集塵ダスト或いは後述する篩分け装置２０で分別した飛灰Ｈや砂Ｃが利用される。
【００２２】
第三熱回収装置１６からの流動砂Ｃは、飛灰Ｈと混合した状態となって流動床下部から排出されたあと、風力選別や振動篩などの篩分け装置２０で分別され、飛灰Ｈ等を取り除いたあと粒径１〜２ｍｍの砂Ｃのみが第一熱回収装置８へ返送されて行く。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る廃棄物の燃焼処理装置のフローシートであり、廃棄物燃焼炉Ａとして所謂ストーカ炉を用いた場合を示すものである。
図１に於いて、１は廃棄物ピット、２はごみホッパー、３は乾燥ストーカ、４は燃焼ストーカ、５は後燃焼ストーカ、６は廃棄物燃焼炉Ａの一次燃焼室、７は二次燃焼室、８は第一熱回収装置を形成する砂加熱室、９は砂ホッパー、１０は第二熱回収装置を形成する廃熱ボイラ、１１は空気予熱器、１２は急速冷却塔、１３は燃焼排ガス処理装置の主体を形成するバグフィルタ、１４は誘引送風機、１５は煙突、１６は第三熱回収装置を形成する流動層過熱器、１７は循環空気ブロアー、１８は過熱器管、１９はサイクロン、２０は篩分け装置、２１はエコノマイザー、Ａは廃棄物燃焼炉（ストーカ炉）、Ｂは廃棄物、Ｃは砂、Ｄは燃焼残渣、Ｇは燃焼排ガス、Ｅは流動化ガス（空気）、Ｈは粒径０．１〜０．３ｍｍの飛灰、Ｓは飽和蒸気、Ｓ₁は過熱蒸気である。
【００２４】
廃棄物Ｂは廃棄物ピット１に蓄えられており、クレーン（図示省略）等によりごみホッパー２内へ投入され、プッシャー（図示省略）を介して廃棄物燃焼炉Ａの乾燥ストーカ３上へ順次供給されて行く。
また、乾燥ストーカ３上へ供給された廃棄物Ｂは、燃焼ストーカ４及び後燃焼ストーカ５上へ順次送られる過程で完全燃焼され、燃焼残渣Ｄはスラグ冷却槽（図示省略）内へ排出されて行く。
【００２５】
尚、廃棄物燃焼炉（ストーカ炉）Ａそのものは公知であるため、ここではその詳細な説明は省略する。
また、図１の実施形態に於いては、廃棄物燃焼炉Ａとしてストーカ炉を用いているが、ストーカ炉に替えて他の構成の廃棄物燃焼炉、例えば流動層燃焼炉等であってもよいことは勿論である。
【００２６】
前記第一熱回収装置８を形成する砂加熱室８は、ストーカ炉Ａの二次燃焼室７に隣接して配置されており、底部を逆錐状に形成した竪型の筒体状に形成されていて、後述する如く、上方空間部が砂Ｃと燃焼排ガスＧとの向流接触部を形成する。
【００２７】
当該砂加熱室８の上方には砂ホッパー９が設けられており、砂散布器９ａを通して第三熱回収装置１６から返送されてくる粒径１〜２ｍｍの砂Ｃが、天井面から下方へ向けて均一に散布される。
更に、砂加熱室８の前記２次燃焼室７側の側壁下方には高温燃焼排ガスＧの流入口８ａが、また、当該流入口８ａと対向する側の側壁上方には燃焼排ガスＧの流出口８ｂが、夫々形成されている。
【００２８】
前記廃棄物燃焼炉Ａの二次燃焼室７の上方から排ガス通路２２を通して導出された約８５０°〜９５０℃の温度を有する高温燃焼排ガスＧは、通路２２に沿って流下したあとその下方で反転し、流入口８ａから砂加熱室８内へ流入する。
当該砂加熱室８内へ流入した燃焼排ガスＧは、砂加熱室８内を上方へ向けて流通する間に、落下する砂Ｃと向流接触することにより保有する熱エネルギーを砂Ｃへ与え、これを約６５０℃以上の温度に過熱する。
【００２９】
尚、前記砂散布器９ａから砂加熱室８内へ散布する砂Ｃの散布量は、前述の如く砂Ｃの温度が約６５０℃以上となるように調整される。また前述の通り、熱媒体である砂Ｃに燃焼排ガスＧ内の塩化水素ガス等が吸着される量は極く僅かであり、殆ど無視し得るものである。
【００３０】
前記第二熱回収装置１０を形成する廃熱ボイラ１０は、前記砂加熱室８に隣接してその下流側に設けられており、前記第１熱回収装置８から排出された燃焼排ガスＧ₁の保有熱を回収し、飽和蒸気Ｓを生成する。
即ち、前記第一熱回収装置８から排出された燃焼排ガスＧ₁は、なお３５０〜４５０℃の温度を保持しており、第二熱回収装置１０としての廃熱ボイラへ導入され、ここで飽和蒸気を生成する。
また、第二熱回収装置１０から排出された燃焼排ガスＧ₂は、空気予熱器１１で熱回収をされたあと、急速冷却塔１２及びバグフィルタ１３等から成る排ガス処理装置で処理され、その後誘引送風機１４および煙突１５を通して大気中へ放出される。
【００３１】
前記第三熱回収装置１６を形成する流動層過熱器は所謂流動床型に構成されており、流動床の下方より循環ブロアー１７により空気（又は窒素）を流動化ガスＥとして供給することにより、第三熱回収装置１６の内部に前記砂Ｃと流動化ガスＥとから成る流動層部を形成している。
また、当該第三熱回収装置１６の流動層部には過熱器管１８が設けられており、前記第二熱回収装置１０に於いて生成された飽和蒸気Ｓを加熱して、発電用の過熱蒸気（温度４００℃、圧力４０ｋｇ／ｃｍ²Ｇ）Ｓ₁を生成する。
【００３２】
当該第三熱回収装置１６の流動層部へは、前記第一熱回収装置８内で加熱された砂Ｃが供給されてくる。即ち、第一熱回収装置８内で高温の燃焼排ガスＧにより加熱され、６５０℃以上の高温になった熱媒体用の砂Ｃは、第一熱回収装置８の下部より重力で排出され、砂排出管２３を通して第三熱回収装置１６の流動層部内へ供給される。
【００３３】
また、当該、第三熱回収装置１６の下方より供給された流動化ガスＥは、約４５０〜６５０℃の高温度となってその上方より排出され、サイクロン１９に於いて随伴して来た粒径が０．１〜０．３ｍｍの飛灰や砂を分離除去される。その後、当該流動化ガスＥは、エコノマイザー２１に於いて蒸気タービンを駆動させた後の蒸気の復水を過熱すること等により約４５０℃以下にまで冷却され、循環空気ブロワー１７によって前記流動層部の下方へ戻される。
尚、第三熱回収装置１６へ供給する流動化ガスＥの供給量は、流動熱媒体として供給された粒径１〜２ｍｍの熱媒体用の砂Ｃが、流動層部で僅かに動く程度の供給量で十分である。
【００３４】
更に、当該第三熱回収装置１６の前記流動層部へは、別途に０．１〜０．３ｍｍの飛灰Ｈを供給するように構成されており、これによって流動する砂Ｃから過熱器管１８への伝熱がスムーズに行なえるように為されている。
尚、前記０．１〜０．３ｍｍ粒径の飛灰Ｈとしては、廃熱ボイラ１０や燃焼排ガス処理装置で回収した集塵灰等が使用される。
また、第三熱回収装置１６から流動化ガスＥと共に排出された粒径が０．１〜０．３ｍｍの飛灰Ｈや砂Ｃは、前記サイクロン１９で補集され、管路２５を通して流動層部内へ戻される。
【００３５】
一方、前記第三熱回収装置１６に於いて蒸気過熱器管１８を介して飽和蒸気Ｓへ熱を与えることにより冷却された砂Ｃは、第三熱回収装置１６の下方より取り出され、風力選別装置や振動篩等の篩分け装置２０を通して飛灰等を篩い分けしたあと、砂供給管２４を通して砂ホッパー９へ戻される。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に於いては、廃棄物焼却炉で生成された高温の燃焼排ガスを第一熱回収装置（砂加熱室）へ導き、そこで燃焼排ガスと熱媒体である砂とを接触熱交換させることにより熱砂を作ると共に、この熱砂を、循環空気を流動化ガスとして用いる第三熱回収装置（流動層過熱器）へ供給し、その流動層内に設置した過熱器管を介して飽和蒸気を加熱し、過熱蒸気を得る構成としている。
このため、過熱器管は、廃棄物燃焼炉で生成された塩化水素ガスや硫黄酸化物などの腐食性ガスを含む燃焼排ガスと直接接触することなく、腐食性雰囲気から完全に隔離された清浄雰囲気中で運転されるので、所謂高温腐食から全く開放される事になる。
その結果、従前の所謂ごみ発電に於いては、過熱器管等の腐食を回避するため、過熱蒸気の運転条件は３００℃・３０ｋｇ／ｃｍ²Ｇが限界であったが、本発明によれば、容易に５００℃ｘ１００ｋｇ／ｃｍ²Ｇの過熱蒸気を得る事ができ、それに伴い廃棄物発電に於ける発電効果を、従来の１０〜１５％程度から３０〜３５％程度まで引上げることが可能となった。
本発明は上述のように、廃棄物発電の発電効果を高めることにより廃棄物燃焼による熱回収効率を著しく高くする事が出来、優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る廃棄物の燃焼処理装置の全体系統図である。
【図２】塩化水素ガスを含有する燃焼排ガスの管壁温度と腐食速度の関係を示す説明図である。
【図３】従前の廃棄物の燃焼処理装置の概要説明図である。
【符号の簡単な説明】
Ａは廃棄物燃焼炉（ストーカ炉）、Ｂは廃棄物、Ｃは砂、Ｄは燃焼残査、Ｅは流動化ガス（空気）、Ｇは燃焼排ガス、Ｈは粒径０．１〜０．３ｍｍの飛灰、Ｓは飽和蒸気、Ｓ₁は過熱蒸気、１は廃棄物ピット、２はごみホッパ、３は乾燥ストーカ、４は燃焼ストーカ、５は後燃焼ストーカ、６は一次燃焼室、７は二次燃焼室、８は第一熱回収装置（砂加熱室）、８ａは燃焼排ガス流入口、８ｂは燃焼排ガス流出口、９は砂ホッパ、９ａは砂散布器、１０は第二熱回収装置（廃熱ボイラ）、１１は空気予熱器、１２は急速冷却塔、１３はバグフィルタ、１４は誘引送風機、１５は煙突、１６は第三熱回収装置（流動層過熱器）、１７は循環空気ブロアー、１８は伝熱管、１９はサイクロン、２０は篩分け装置、２１はエコノマイザー、２２は燃焼排ガス通路、２３は砂供給管、２４は砂供給管、２５は管路。

Claims

廃棄物のストーカ式燃焼炉と、上方から供給されて流下する熱媒体用の砂と前記ストーカ式燃焼炉からの燃焼排ガスとを接触させて砂を加熱すると共に、加熱した砂を下方から外部へ排出する砂加熱室と、前記砂加熱室から排出された燃焼排ガスの熱を回収する廃熱ボイラと、前記砂加熱室から排出した砂を受け入れすると共に、当該加熱した砂の熱により前記廃熱ボイラで発生した蒸気の過熱器管を加熱する流動層過熱器と、前記流動層過熱器から導出した熱媒体用の砂の中から篩分け装置により飛灰を除去すると共に、飛灰を除去した後の熱媒体用の砂を前記砂加熱室の上方へ供給する砂の循環供給路と、前記廃熱ボイラからの燃焼排ガスを浄化する処理装置とから構成したことを特徴とする廃棄物の燃焼処理装置。
流動層過熱器の流動化ガスを空気又は窒素とすると共に当該流動化ガスをサイクロンを通して循環させ、その循環回路に蒸気タービンの復水を加熱するエコノマイザを介設し、更に、前記サイクロンで分離した固形物を流動層過熱器へ供給する構成とした請求項１に記載の廃棄物の燃焼処理装置。
篩分け装置により篩分けした粒径が１〜２ｍｍの砂を熱媒体用の砂として砂加熱室へ供給するようにした請求項１に記載の廃棄物の燃焼処理装置。
ストーカ燃焼炉からの燃焼排ガスが砂加熱室内を下方から上方へ向けて流通するようにした請求項１に記載の廃棄物の燃焼処理装置。
排ガス処理装置などで回収した粒径が０．１〜０．３ｍｍの飛灰を流動層過熱器内へ供給するようにした請求項１に記載の廃棄物の燃焼処理装置。