JP4037812B2 - 廃棄物を有効利用するエネルギー供給システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば食品工場などで残さ物として大量に出るコーヒ豆の滓、茶殻などの食品製造副産物や、下水処理場の汚泥のような廃棄物をボイラ用燃料などの資源として有効利用するエネルギ供給システムに関する。

コーヒ飲料や日本茶、ウーロン茶などの茶飲料の飲料メーカーでは、コーヒ豆の滓や茶殻などの残さ物が食品製造副産物として大量に発生する。これらの食品製造副産物は、これまでは資源として有効利用されることなく、その多くが一般産業廃棄物として焼却処分されたり、あるいは焼却減量化したうえで埋め立て処分されていた。しかし、前記食品製造副産物は、その性質上多量の水分を含んでいてその取扱が必ずしも容易ではないことから、取扱性の向上およびその有効利用が望まれていた。

このような課題に応える関連技術として、例えば次のような先行技術１，２がある。先行技術１では、売れ残り食品のような食品廃棄物をコージェネレーションシステムの排熱ボイラを出た排ガスの熱を利用した温水により乾燥して減量化し、あるいは減量化したものを飼料等に利用する（特許文献１参照）。

また、先行技術２は、都市ごみ、下水汚泥、産業廃棄物、畜産廃棄物などの各種廃棄物の乾燥処理に関し、その乾燥熱源としてコージェネレーションシステムの排熱ボイラから排出される高温の排ガスを利用しようというものである。これにより、廃棄物の乾燥に要する燃料代を削減できるとしている（特許文献２参照）。
特開２００１−３２１７４０号公報 特開２００２−２７６９１５号公報

ところが前記先行技術１の場合、乾燥処理された製品は、飼料として利用できる可能性があるものの、ボイラ用燃料としての使用は想定されていない。また、温水での食品乾燥のため、温水熱交換器出口の排ガスが有効利用されない。

前記先行技術２の場合も、先行技術１と同様、乾燥処理された製品は、ボイラ用燃料としての使用が想定されていない。また、乾燥装置出口の約１５０℃の排ガスが有効利用されない。

そこで、本発明は、排熱ボイラを出た排ガスの熱を利用して廃棄物を乾燥させたのち、廃棄物燃焼ボイラ用の燃料として有効利用できるエネルギ供給システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一構成に係る廃棄物を有効利用するエネルギ供給システムは、動力を発生する原動機と、前記原動機の排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱ボイラと、前記排熱ボイラを出た排ガスを熱源として廃棄物を乾燥させる乾燥装置と、乾燥された廃棄物を燃料とする廃棄物燃焼ボイラとを備えており、前記乾燥装置を通った後の排ガスが前記廃棄物燃焼ボイラに燃焼用空気として供給される。ここで、前記生産副産物とは、例えば茶殻やコーヒ豆の滓などの食品製造残さ物、豆腐製造時に出るおから、および各種缶詰工場から発生する魚介類や野菜果実の屑など、食品工場から出る食品廃棄物を含み、さらに下水処理場の汚泥など、水分を多く含有する産業または生活廃棄物も含む。

この構成によれば、従来大気中へ排出していた排熱ボイラ出口からの比較的高温（例えば約１５０℃）の排ガスは乾燥装置に導かれ、水分を多く含む廃棄物の乾燥処理に有効利用される。乾燥された廃棄物は、燃料として廃棄物燃焼ボイラで有効利用される。これにより、廃棄物燃焼ボイラに付設されるボイラ用バーナで使用する燃料を削減することができる。このように、前記原動機出口の高温排ガスは、無駄なく有効利用され、かつ乾燥処理した廃棄物も廃棄物燃焼ボイラにて燃料として有効に利用されるので、システム全体として熱効率が向上する。前記廃棄物のうちの食品廃棄物は、炭素（Ｃ）成分が多いために発熱量が大きく、しかも重金属を殆ど含まないため、排気による環境汚染の問題も少ないので、燃料として優れている。

また、前記乾燥装置を通った後の排ガスは、未だ温度も高く（例えば約８０℃程度）、通常、残存空気を１３〜１６％程度含むために、燃焼用空気としての価値は高いので、これを廃棄物燃焼ボイラにおいて燃焼用空気として利用することで、前記廃棄物燃焼ボイラに付設されるバーナでの助燃用燃料をさらに削減することができる。また、前記乾燥装置での乾燥処理により排ガス中に臭気が含まれていても、この臭気成分は前記廃棄物燃焼ボイラでの高温燃焼により熱分解して低減させることができ、周辺環境への臭気汚染のおそれもない。

本発明の好ましい実施形態では、さらに、前記廃棄物燃焼ボイラで発生した蒸気により駆動される蒸気タービンを備えている。

この構成によれば、前記蒸気タービンによって、例えば発電機を駆動するような方法により、廃棄物燃焼ボイラで発生した蒸気を有効利用できるので、エネルギー効率が高くなる。

本発明の好ましい実施形態では、前記原動機がガスタービンであり、前記廃棄物燃焼ボイラで発生した蒸気がガスタービンの燃焼器に供給される。

この構成によれば、ガスタービンの燃焼器に対し、外部の蒸気発生手段で発生させた蒸気ではなく、前記廃棄物燃焼ボイラで発生した蒸気をそのまま供給するので、ガスタービンの出力および熱効率を効果的に向上させることができる。

本発明の好ましい実施形態では、前記乾燥装置から排出される臭気成分を含んだ乾燥排気が前記原動機に吸気として供給される。

この構成によれば、前記乾燥装置から排出される臭気成分を含んだ乾燥排気は、残存空気を少なくとも約１３〜１６％程度含むので、これを吸気として原動機で利用することで、原動機への吸入空気量を少なくし、かつ前記臭気成分の熱分解によって周辺環境への臭気対策も図れる。既に脱臭装置が設置されている場合は、原動機での処理により、脱臭装置での脱臭用燃料の削減が可能となる。

本発明の好ましい実施形態では、さらに前記原動機により駆動される第１発電機を備えている。

この構成によれば、前記原動機からの排熱を廃棄物の乾燥処理に利用し、乾燥した前記廃棄物を廃棄物燃焼ボイラで燃料として有効利用して蒸気を生成するのに加え、前記原動機により第１発電機を駆動するので、総合効率の高いエネルギ供給システムが得られる。

本発明の好ましい実施形態では、さらに前記蒸気タービンにより駆動される第２発電機を備えている。

この構成によれば、前記原動機により駆動される第１発電機に加え、前記蒸気タービンにより駆動される第２発電機を備えているので、高い発電効率を有するコンバインドサイクルシステムが得られる。

また、本発明の他の構成に係る廃棄物を有効利用するエネルギ供給システムは、動力を発生する原動機と、前記原動機の排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱ボイラと、前記排ガスを熱源として廃棄物を乾燥させる乾燥装置と、乾燥された廃棄物を蒸し焼きにして熱分解ガスを発生させて前記原動機に燃料として供給するガス化溶融ボイラを備えており、前記乾燥装置を通った後の排ガスが前記ガス化溶融ボイラに燃焼用空気として供給される。

この構成によれば、廃棄物は乾燥処理された後、ガス化溶融ボイラ内で、例えば乾留、つまり、蒸し焼きの状態で焼成処理されることにより熱分解ガスが発生する。この熱分解ガスには、一酸化炭素や水素成分が多量に含まれるので、これを前記原動機に燃料として供給することにより、原動機に供給される重油などの燃料を削減でき、システム全体からみてランニングコストを低減することができる。また、ガス化溶融ボイラで焼成処理された前記廃棄物は大幅に減量され、取扱性が向上するので、埋め立てなどによる廃棄処分が行いやすい。また、前記乾燥装置を通った後の排ガスは、未だ温度も高く（例えば約８０℃程度）、通常、残存空気を１３〜１６％程度含むために、燃焼用空気としての価値は高いので、これをガス化溶融ボイラにおいて燃焼用空気として利用することで、前記ガス化溶融ボイラに付設されるバーナでの助燃用燃料をさらに削減することができる。さらに、前記乾燥装置での乾燥処理により排ガス中に臭気が含まれていても、この臭気成分は前記ガス化溶融ボイラでの高温燃焼により熱分解して低減させることができ、周辺環境への臭気汚染のおそれもない。

本発明の廃棄物を有効利用するエネルギ供給システムによれば、排熱ボイラ出口排ガスを、従来、廃棄処理されていた食品工場から出るコーヒ豆の滓や茶殻などの廃棄物の乾燥に利用でき、乾燥された廃棄物は高カロリー燃料として廃棄物燃焼ボイラに投入し蒸気として回収できる。または、ガス化溶融ボイラで熱分解ガスを発生させて、このガスを原動機の燃料として利用するので、廃棄物を燃料資源として有効に利用することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面にしたがって説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る廃棄物を有効利用するエネルギー供給システムであるコンバインドサイクルを示す系統図である。同図に示すシステムは、原動機であるガスタービン１と、これに付設した排熱ボイラ２と、食品廃棄物の一種である、茶殻やコーヒ豆の滓などの食品製造残さ物（以下、単に「残さ物」という）Ｍ１を乾燥させる乾燥装置３と、乾燥された残さ物Ｍ２を燃料とする廃棄物燃焼ボイラ４とから基本的に構成されている。

前記ガスタービン１は、圧縮機Ｃと燃焼器ＦＣとタービンＴとを有し、その回転軸Ｘ１に負荷である第１発電機Ｇ１が連結されている。

前記圧縮機Ｃに空気Ａを供給する吸気通路Ｐ１には吸気冷却器５が設けられ、この吸気冷却器５は、外部から取り入れた空気Ａを、例えば地下水Ｗの循環により冷却する。

また、前記タービンＴと排熱ボイラ２の間は、タービン排気通路Ｐ２で連結され、タービンＴからの排ガスＥＧが排熱ボイラ２に供給される。

前記排熱ボイラ２と乾燥装置３との間の排ガス導入通路Ｐ３には、エコノマイザ６と、三方排気ダンパ７とが設けられ、前記三方排気ダンパ７には不要な排ガスＥＧを大気に放出する排気塔８が接続されている。この三方排気ダンパ７は、ダンパ角度調整の制御によって、排ガスＥＧを乾燥装置３側に供給したり、乾燥装置３の停止時には排気塔８側に流して大気へ放出することができるようになっている。

ボイラ用の給水タンク９内の水は給水ポンプにより加圧され、給水通路Ｐ４により前記エコノマイザ６を経て排熱ボイラ２のドラム１０内に供給される。排ガスＥＧを熱源とする排熱ボイラ２からの蒸気は、ドラム１０を経て、その一部がガスタービン用蒸気導入通路Ｐ５によりガスタービン１の燃焼器ＦＣに供給される。蒸気の他の部分は、圧力制御弁１１を経て低圧蒸気となったのち、プロセス蒸気通路Ｐ６を通って種々の蒸気消費設備、例えば工場の蒸気洗浄器、温水生成装置などに向けて、プロセス蒸気ＰＳとして供給される。なお、プロセス蒸気ＰＳとして供給するのに代えて、二点鎖線Ｐ２０で示すように、後述する蒸気タービンＳＴに供給してもよい。

前記乾燥装置３内には、水分を多量に含んだ残さ物Ｍ１がバッチ式または連続的に投入されるようになっており、この乾燥装置３で所定水分含有量まで乾燥された残さ物Ｍ２は、高カロリー燃料として廃棄物燃焼ボイラ４内にバッチ式または連続的に投入されるようになっている。ここで、前記残さ物Ｍ１の水分含有量は、例えば約８０％程度であり、乾燥後の残さ物Ｍ２の水分含有量は、例えば７％以下である。

また、乾燥装置３の出口と廃棄物燃焼ボイラ４に付設したバーナ４１とを燃焼用排ガス供給通路Ｐ７で連結し、乾燥装置３出口の排ガスＥＧが通路Ｐ７に設けられた排風機１２によってバーナ４１に送り込まれ、廃棄物燃焼ボイラ４の燃焼用空気の一部として使用できるようにしている。なお、前記バーナ４１には、外部から燃料ｆが供給される。

一方、前記乾燥装置３と前記吸気冷却器５との間を回収通路Ｐ８で連結し、乾燥装置３の稼動中、残さ物Ｍ１の乾燥処理時に発生する臭気成分を含んだ廃棄物ガスが前記吸気冷却器５を通してガスタービン１に吸入されるようにしている。これにより、前記臭気成分は、ガスタービン１で熱分解されるので、簡単で効果的な臭気対策となる。

前記廃棄物燃焼ボイラ４内に高カロリー燃料として投入された残さ物Ｍ２の燃焼により発生した蒸気は、蒸気タービン用蒸気送給通路Ｐ９を経由して蒸気タービンＳＴに動力源として供給される。この蒸気タービンＳＴの回転軸Ｘ２は第２発電機Ｇ２に連結され、発電用に利用される。

また、前記廃棄物燃焼ボイラ４の排ガス出口には、廃棄物燃焼ボイラ４からのボイラ排気ＢＧを大気に放出するための排出通路Ｐ１０が取り付けられ、この排出通路Ｐ１０にボイラ排気ＢＧ中のダストを集塵除去するマルチサイクロン１４、エコノマイザ１５、空気プリヒータ１６、およびボイラ排気ＢＧを放出するための誘引ファン１７が設けられている。前記空気プリヒータ１６では、ファン１８により取り込んだ燃焼用空気Ａ１がボイラ排気ＢＧによって加熱されたのち、空気通路Ｐ１１により廃棄物燃焼ボイラ４のバーナ４１に送り込まれる。また、前記蒸気タービンＳＴ出口の蒸気は，復水器１９から水回収通路Ｐ１２に入り、エコノマイザ１５で予熱されたのち、前記廃棄物燃焼ボイラ４側のドラム１３に戻される。

上記構成において、ガスタービン１により第１発電機Ｇ１が駆動されて電力が得られる。ガスタービン１が通常運転を行っているとき、タービンＴからの排ガスＥＧは、タービン排気通路Ｐ２を通って排熱ボイラ２に供給されて熱回収される。他方、給水タンク９から給水ポンプにて加圧された水は給水通路Ｐ４によりエコノマイザ６を通って予熱されたのち、排熱ボイラ２の上部のドラム１０に入り、ここから排熱ボイラ２内の水管に入って、排ガスＥＧにより加熱されて蒸気化される。こうして得られた蒸気は、ドラム１０を経て、その一部がガスタービン用蒸気導入通路Ｐ５を経由して燃焼器ＦＣに供給され、ガスタービン１の出力および熱効率の向上と排ガスＥＧ中のＮＯ_X 低減とが実現される。ドラム１０からの蒸気の他の部分は、プロセス蒸気通路Ｐ６を経由してプロセス蒸気ＰＳとして外部のユーザに供給される。

排ガスボイラ２を出た排ガスＥＧは、排ガス導入通路Ｐ３を通って乾燥装置３に導かれるが、このとき、三方排気ダンパ７のダンパ角度調整を行って排ガス量を制御しながら乾燥装置３に供給する。これにより、従来大気中へ排出していた排熱ボイラ出口からの比較的高温（例えば約１５０℃）の排ガスは乾燥装置に導かれ、水分を多く含む廃棄物の乾燥処理に有効利用される。乾燥装置３の停止時には、三方排気ダンパ５のダンパ制御により排ガスＥＧの全量が排気筒８から大気に放出される。乾燥装置３内には、その上方からホッパなどを介して一定量の残さ物Ｍ１（例えば水分含有量８０％）をバッチ式に投入する。投入された残さ物Ｍ１は、この乾燥装置３内で乾燥処理されて残さ物Ｍ２（例えば水分含有量７％以下）となる。

この残さ物Ｍ２は乾燥した高カロリー燃料として、廃棄物燃焼ボイラ４に投入される。このとき同時に、前記乾燥装置３出口から排ガスＥＧが、燃焼用排ガス供給通路Ｐ７を通り、排風機１２によって前記廃棄物燃焼ボイラ４に付設したバーナ４１に供給される。この排ガスＥＧは廃棄物燃焼ボイラ４の燃焼用空気の一部となるもので、重油のような燃料ｆと混合されて前記廃棄物燃焼ボイラ４内のバーナ噴出口で点火され、そのバーナ炎ＢＦによって前記廃棄物燃焼ボイラ４内で残さ物Ｍ２が燃焼処理される。

このように、乾燥した廃棄物Ｍ２を燃料として使用することにより、廃棄物燃焼ボイラ４に付設されるボイラ用バーナ４１で使用する燃料ｆを削減することができる。また、乾燥装置３を通った後の排ガスＥＧは、未だ温度も高く（例えば約８０℃程度）、通常、残存空気を１３〜１６％程度含むために、燃焼用空気としての価値は高いので、これを廃棄物燃焼ボイラ４において燃焼用空気として利用することで、廃棄物燃焼ボイラ４に付設されるバーナでの助燃用燃料ｆをさらに削減することができる。さらに、乾燥装置３での乾燥処理により排ガスＥＧ中に臭気が含まれていても、この臭気成分は廃棄物燃焼ボイラ４での高温燃焼により熱分解して低減させることができ、周辺環境への臭気汚染のおそれもない。また、臭気成分処理用の脱臭装置が不要になり、既に脱臭装置が設置されている場合には、脱臭装置用の燃料を削減できる。

廃棄物燃焼ボイラ４で発生した蒸気は、蒸気タービン用蒸気送給通路Ｐ９を経由して蒸気タービンＳＴに供給され、第２発電機Ｇ２を駆動する。この蒸気タービンＳＴを出た蒸気は復水器１９から水回収通路Ｐ１２によりエコノマイザ１５を通ってドラム１３に戻され、再び、ボイラ用水として利用される。

このように、前記原動機出口の高温排ガスは、乾燥装置３と廃棄物燃焼ボイラ４で無駄なく有効利用され、かつ乾燥処理した廃棄物も廃棄物燃焼ボイラ４にて燃料として有効に利用されるので、システム全体として熱効率が向上する。

図２に示す第２実施形態は、ガスタービンと蒸気タービンの両方で発電を行う前記第１実施形態のコンバインドサイクルと異なり、エネルギ供給システム自体に蒸気タービンＳＴが組み込まれていないコージェネレーションシステムである。第２実施形態の基本的構成は、前記第１実施形態と同様であり、同一部分についてはその説明を省略し、相異点についてのみ説明する。図２に示すように、廃棄物燃焼ボイラ４側のドラム１３とガスタービン用第１蒸気導入通路Ｐ５とが、ガスタービン用第２蒸気導入通路Ｐ１３により連結され、廃棄物燃焼ボイラ４で発生した蒸気を、前記第１および第２導入通路Ｐ１３により燃焼器ＦＣに注入できるようになっている。第２蒸気導入通路Ｐ１３には、第１蒸気導入通路Ｐ５の圧力に合致させるための圧力調整弁２２が設けられている。このような構成とすることで、ガスタービン１の出力および熱効率の大幅な向上が図られる。

図３に示す第３実施形態も前記第２実施形態と同様の、コージェネレーションシステムである。第３実施形態の基本的構成は、前記第１実施形態と同様であり、同一部分についてはその説明を省略し、相異点についてのみ説明する。図３に示すように、前記第１および第２実施形態で使用した廃棄物燃焼ボイラ４を廃止し、これに代えてガス化溶融ボイラ２０を用いている。このガス化溶融ボイラ２０で残さ物Ｍ２を乾留、つまり、蒸し焼きして、発生した熱分解ガスを、ガス供給通路Ｐ１４によりガスタービン１の燃焼器ＦＣに直接供給するようにしている。ここで、前記熱分解ガスは、一酸化炭素や水素分を多量に含んだ高カロリー燃料となりうるものであって、この熱分解ガスを燃焼器ＦＣに燃料として供給することで、本来、燃焼器ＦＣに供給する重油などの燃料量を削減することができる。また、この第３実施形態では、前記残さ物Ｍ２は蒸し焼き状態で焼成されることによって著しい減量化が可能となり、その後の取扱いや廃棄処理が極めて容易になる。

本発明の廃棄物を有効利用するエネルギ供給システムは、コーヒ豆の滓や茶殻などの廃棄物を大量に発生する食品工場での適用のみならず、各種発電プラントやゴミ処理設備での廃棄物処理設備など、その他のこれに類する処理設備で、廃棄物をエネルギー資源としてリサイクルし、有効活用するシステムとして幅広く適用できる。

本発明の第１実施形態に係る廃棄物を有効利用するエネルギ供給システムを示す系統図である。 本発明の第２実施形態に係る廃棄物を有効利用するエネルギ供給システムを示す系統図である。 本発明の第３実施形態に係る廃棄物を有効利用するエネルギ供給システムを示す系統図である。

符号の説明

１ ガスタービン（原動機）
２ 排熱ボイラ
３ 乾燥装置
４ 廃棄物燃焼ボイラ
２０ ガス化溶融ボイラ
ＦＣ 燃焼器
Ｇ１ 第１発電機
Ｇ２ 第２発電機
Ｍ１ 廃棄物
ＳＴ 蒸気タービン

Claims (7)

1. 動力を発生する原動機と、
   前記原動機の排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱ボイラと、
   前記排熱ボイラを出た排ガスを熱源として廃棄物を乾燥させる乾燥装置と、
   乾燥された廃棄物を燃料とする廃棄物燃焼ボイラと、
   を備え、
   前記乾燥装置を通った後の排ガスが前記廃棄物燃焼ボイラに燃焼用空気として供給されるエネルギ供給システム。
2. 請求項１において、さらに、前記廃棄物燃焼ボイラで発生した蒸気により駆動される蒸気タービンを備えたエネルギ供給システム。
3. 請求項１または請求項２において、前記原動機がガスタービンであり、前記廃棄物燃焼ボイラで発生した蒸気がガスタービンの燃焼器に供給されるエネルギ供給システム。
4. 請求項１から３のいずれかにおいて、前記乾燥装置から排出される臭気成分を含んだ乾燥排気が前記原動機に吸気として供給されるエネルギ供給システム。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、さらに前記原動機により駆動される第１発電機を備えたエネルギ供給システム。
6. 請求項２において、さらに前記蒸気タービンにより駆動される第２発電機を備えたエネルギ供給システム。
7. 動力を発生する原動機と、
   前記原動機の排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱ボイラと、
   前記排熱ボイラを出た排ガスを熱源として廃棄物を乾燥させる乾燥装置と、
   乾燥された廃棄物を蒸し焼きにして熱分解ガスを発生させて前記原動機に燃料として供給するガス化溶融ボイラと、
   を備え、
   前記乾燥装置を通った後の排ガスが前記ガス化溶融ボイラに燃焼用空気として供給されるエネルギ供給システム。

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