JP4155898B2

JP4155898B2 - ガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備

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Publication number: JP4155898B2
Application number: JP2003330318A
Authority: JP
Inventors: 稔守田; 洋史小嶋; 真木高田; 克己佐々木
Original assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2005098552A

Description

本発明は、ガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備に関するものである。より詳しくは、焼却設備に、高水分廃棄物の焼却手段と、この焼却手段で発生した焼却排ガスを熱源とする廃熱ボイラと、この廃熱ボイラを経た焼却排ガスに洗煙水を接触させる脱硫手段と、焼却手段に供給する焼却用空気の加熱手段と、ガスタービンと、が備わる場合に関するものである。

現在、住宅、オフィス、工場などから排出される下水中の汚泥、廃水処理による汚泥（製紙工場からの廃水処理汚泥など）、産業廃棄物、一般ごみ等の中の高水分廃棄物は、無害化・減容化などを目的として焼却されてから廃棄処分されている（なお、高水分廃棄物がバイオマスである場合は、更に熱エネルギーの回収などをも目的として、種々の工夫が凝らされ焼却されている。）。

具体的には、例えば、下水処理設備においては、下水が、最初沈殿池、曝気槽、最終沈殿池などの適宜の設備を経て、下水汚泥と下水処理水とに分離され、このうち下水汚泥は、焼却手段にて焼却処理される。この焼却によって発生した焼却排ガスは、廃熱ボイラで熱回収され、適宜、サイクロンやバグフィルター等の除塵手段で除塵された後、焼却排ガスに洗煙水を直接接触させる湿式スクラバー（洗浄塔）等の脱硫手段で脱硫・冷却されてから大気中に排気される。他方、下水処理水は、滅菌処理などの適宜の処理をされた後、河川などに放流される。また、近年では、多大な動力を必要とする曝気ブロワの動力源などとして、下水処理設備に、ガスタービンが設置されることが多い。

ところで、以上の下水処理設備においては、例えば、（１）廃熱ボイラで得た蒸気により蒸気タービンを駆動して電力回収を図り、あるいは（２）ガスタービンの排ガスをボイラに通し、このボイラで得た蒸気を適宜の装置で有効利用し、更には（３）ガスタービン排ガスで焼却手段の燃焼用空気を予熱する、などの方法により、エネルギーの有効利用が図られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、これらの方法によっても、エネルギーの有効利用という点に関しては、まだ改善の余地がある。例えば、「スクラバー等の脱硫手段は、焼却した後の焼却排ガスに洗煙水を接触させるものであるから、接触処理後の洗煙水には、多量の熱エネルギーが移行している。にもかかわらず、かかる洗煙水は、それほど高温にはならない（一般に、８０℃以下）ことから、熱回収を図ることなくそのまま廃棄処分されている」ことに関してなどである。
特開２０００‐２１３７２５号公報

本発明が解決しようとする課題は、エネルギーの有効利用性に著しく優れるガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備を提供することにある。

上記課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
高水分廃棄物の焼却手段と、この焼却手段で発生した焼却排ガスを熱源とする廃熱ボイラと、この廃熱ボイラで得た蒸気を駆動源とする蒸気タービンと、前記廃熱ボイラを経た焼却排ガスに洗煙水を接触させる脱硫手段と、前記焼却手段に供給する焼却用空気の加熱手段と、ガスタービンと、が備わる高水分廃棄物の焼却設備であって、
前記接触処理後の洗煙水を熱源とするヒートポンプと、このヒートポンプで得た冷熱によって前記ガスタービンの吸気を冷却する吸気冷却手段と、が備わる、ことを特徴とするガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備。

〔請求項２記載の発明〕
高水分廃棄物が下水汚泥である場合は、ヒートポンプが下水を冷却源とする、請求項１記載のガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備。

〔請求項３記載の発明〕
焼却排ガスとの接触処理後の洗煙水による廃熱ボイラ給水の加熱手段が備わる、請求項１又は請求項２記載のガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備。

〔請求項４記載の発明〕
高水分廃棄物の焼却手段と、この焼却手段で発生した焼却排ガスを熱源とする廃熱ボイラと、この廃熱ボイラで得た蒸気を駆動源とする蒸気タービンと、前記廃熱ボイラを経た焼却排ガスに洗煙水を接触させる脱硫手段と、前記焼却手段に供給する焼却用空気の加熱手段と、吸気の圧縮手段、燃焼手段及び燃焼ガスで駆動するタービンを有するガスタービンと、が備わる高水分廃棄物の焼却設備であって、
前記接触処理後の洗煙水を熱源とするヒートポンプと、このヒートポンプで得た冷熱によって前記ガスタービンの吸気を冷却する吸気冷却手段と、前記ガスタービン排ガスを熱源とする前記焼却手段に供給する焼却用空気及び前記廃熱ボイラ給水の加熱手段と、前記焼却手段で発生した焼却排ガスを熱源とする前記焼却用空気の加熱手段と、前記廃熱ボイラで得た蒸気の少なくとも一部を前記圧縮手段からの圧気と混合する混合手段と、が備わる、ことを特徴とするガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備。

〔主な作用効果〕
（Ａ）洗煙水は、焼却手段で発生した焼却排ガスとの接触によって昇温している。したがって、接触処理後の洗煙水は、ヒートポンプの熱源として用いることができ、また、ヒートポンプでは、冷熱を得ることができる。この冷熱をガスタービンの吸気冷却に用いると、ガスタービン効率が向上する。
この効果は、従来、焼却排ガスとの接触処理後の洗煙水が廃棄処分されていたことからすれば、大変大きなものである。また、かかる効果は、焼却の対象が高水分廃棄物であることから極めて大きな優位性を有する。
すなわち、廃棄物の水分率が高いと、焼却手段で発生する焼却排ガスは、水蒸気を多量に含む熱量の多いものとなる。したがって、焼却排ガスから洗煙水に移行する熱量も多く、ヒートポンプで得られる冷熱も大きなものとなり、ガスタービン効率を継続かつ安定的に向上させることができる。

（Ｂ）汚泥分を分離除去するなどした後の下水をヒートポンプの冷却源として用いることにより、冷熱を得ることができる。従来、下水は、廃棄処分されていたことからすれば、かかる効果は、大きなものである。また、下水は、年間を通じて、２０〜２５℃とその温度が安定しているため、かかる効果は、安定して得られる。さらに、高水分廃棄物が下水汚泥である場合、つまり焼却設備が下水処理設備（ないしその一部）である場合は、「（冷却・除熱用）下水」、「（加熱用）洗煙水」ともに１つの設備で得ることができるため、実現容易であるとの優位性を有する。

（Ｃ）ガスタービン排ガスを熱源として、焼却用空気（焼却手段に供給する空気）を加熱（予熱）することは、従来から行われていた。しかしながら、ガスタービン排ガスは、その温度が４５０〜４８０℃であり、また、焼却用空気は、その量が制限されるため、熱量の移動（加熱）を十分に行うことはできなかった。しかし、この不十分さは、焼却排ガスを熱源として加熱することにより補うことができる。この補完を行えば、焼却手段において使用する補助燃料は、著しく削減される。

（Ｄ）焼却設備におけるエネルギーを電力として最大限に生かしたい場合は、一般に、焼却排ガスを熱源とする廃熱ボイラを設け、この廃熱ボイラで得た蒸気を、発電機等の備わる蒸気タービンに送る。そこで、ガスタービン排ガスを熱源として、焼却手段に供給する焼却用空気の加熱とともに、廃熱ボイラ給水の加熱（予熱）を行えば、よりいっそう電力を効率的に回収することができるようになる。
すなわち、ガスタービンは、最大負荷時に最も効率がよくなることから、最大負荷で継続運転することが望まれるが、一方、焼却手段に供給する焼却用空気は、その必要量が焼却処理する高水分廃棄物の量によって変動するため、ガスタービンを最大負荷で継続運転すると、高水分廃棄物の量が減少したときに、ガスタービン排ガスが余剰になる。しかしながら、ガスタービン排ガスを熱源として、焼却手段に供給する焼却用空気の加熱とともに、廃熱ボイラ給水の加熱を行えば、かかる余剰が防止される。

また、本発明においては、廃熱ボイラ給水の加熱に替えて、又は廃熱ボイラ給水の加熱とともに、洗煙水との接触処理後の焼却排ガスの加熱を行うこともできる。洗煙水との接触処理後の焼却排ガスの加熱を行うと、余剰熱エネルギーの有効利用が図られるほか、焼却排ガスを大気中に放出した際の白煙の発生が防止される。この白煙防止効果は、気象条件にもよるが、夏場であれば、ガスタービン排ガスが９５〜１００℃であれば、実現される。

（Ｅ）ガスタービンのほかに、廃熱ボイラで得た蒸気を駆動源とする蒸気タービンを備えるには、設備費の増加や、装置設置面積の増加という難点を伴う。しかしながら、廃熱ボイラで得た蒸気をガスタービンの圧縮手段で得た圧気と混合し、この混合ガスを燃焼した後、タービンの駆動源として利用する形態（蒸気吹込みガスタービン方式）とすれば、かかる難点が回避される。なお、通常、ガスタービンへの蒸気注入量には限度があり、廃熱ボイラで得た蒸気の全量を利用することはできない。そこで、本発明は、例えば、ブロワ、空気圧縮機の駆動等の蒸気を利用し得る設備が備わっている場合に、かかる設備に廃熱ボイラで得た蒸気の一部を送る形態として適用すると、より好ましいものとなる。

（Ｆ）焼却排ガスとの接触処理後の洗煙水は、その量によっては、廃熱ボイラ給水を加熱する加熱手段としても利用することができ、これによりエネルギーの有効利用性がよりいっそう高まることになる。

本発明によれば、エネルギーの有効利用性に著しく優れるガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備となる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の焼却設備は、下水中の汚泥、廃水処理による汚泥（製紙工場からの廃水処理汚泥など）、産業廃棄物、一般ごみ等の中の高水分廃棄物を処理対象とするものである。高水分廃棄物とは、例えば、水分率（試料の乾燥（１１０±５℃・１時間）による、乾燥減量の百分率）が３０質量％以上、好ましくは５０質量％以上の廃棄物であり、下水汚泥であれば、一般に、７０〜８５質量％とされる。以下では、高水分廃棄物が下水汚泥である場合について、説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１に、第１の実施の形態に係る焼却設備３０の設備フロー図を示した。
焼却設備３０において、沈殿処理などして得られた下水汚泥Ｄは、まず、コンベヤ等の搬送手段によって、焼却手段３１内に供給される。この焼却手段３１においては、必要に応じて補助燃料が供給され、下水汚泥Ｄは、例えば、８５０℃程度の高温で、燃焼、熱分解、部分燃焼による熱分解等の焼却処理をされる。

焼却手段３１は、その種類が特に限定されるものではなく、例えば、多段炉、キルン等を用いることもできる。ただし、高水分廃棄物を焼却の対象とする本発明においては、バブリング流動層炉や、高速流動層炉等の流動層炉を用いるのが好ましい。容積あたりの処理量が多いうえに、熱効率が極めて高いためである。本実施の形態では、炉底部側壁から挿入された散気管４５ａを介して焼却用空気Ａを吹き込む形態のバブリング流動層炉を用いる。バブリング流動層炉３１内には、砂等の流動媒体が収められている。また、アッシュ等の焼却残渣は、炉底部に備えられた図示しない排出口から、炉外に排出される。

焼却手段３１において、焼却に伴って発生した焼却排ガスＧ１は、炉頂部に接続された流路３２（流路とは、液体、気体等を流通させることができるものであり、例えば、ダクト、管などで形成される。以下で説明する他の流路についても同様である。）を通して、脱硫手段３３に送られる過程で、廃熱ボイラ５１内を通される。この廃熱ボイラ５１には、流路５２を通して、給水Ｗが供給されるようになっており、この給水Ｗは、焼却排ガスＧ１から受熱して蒸気となる。この蒸気は、流路５４を通して蒸気タービン５６に送られ、蒸気タービン５６の駆動に利用される。この蒸気タービン５６の駆動に伴い、発電機５７により電力の回収が図られる。蒸気タービン５６の駆動に利用した後の蒸気は、本実施の形態のように、図示しない凝縮器等で凝縮させて、廃熱ボイラ５１への給水Ｗとして再利用することができる。

廃熱ボイラ５１を通っても、なお２５０℃程度の温度を有する焼却排ガスＧ１は、サイクロンやバグフィルター等の除塵手段４７で除塵された後、脱硫手段３３に送られる。脱硫手段３３は、焼却排ガスＧ１に洗煙水Ｓを直接接触させて焼却排ガスＧ１中に含まれる硫黄分等を除去するものであり、例えば、公知の湿式スクラバー（洗浄塔）等を用いることができる。

焼却排ガスＧ１は、脱硫手段３３の底側側壁から脱硫手段３３内に供給され、洗煙水Ｓとの接触により脱硫された後、煙突３３ａに送られ、この煙突３３ａから大気中に放出される。他方、焼却排ガスＧ１との接触により熱エネルギーを有するにいたった洗煙水Ｓは、流路２６を通して、熱交換器７２を介して、ヒートポンプ１０に送られ、熱源として利用される。熱交換器７２は、洗煙水Ｓを熱源として、廃熱ボイラ給水Ｗを加熱するものである。洗煙水Ｓをヒートポンプ１０の熱源として利用することに加えて、廃熱ボイラ給水Ｗの熱源として利用することにより、洗煙水Ｓの熱エネルギーがより一層有効利用されることになる。

本発明において用いることができるヒートポンプ１０は、その種類が特に限定されるものではなく、冷熱を得ることができるものであれば足りる。ただし、次に示すヒートポンプ１０の使用を推奨する。
すなわち、本実施の形態のヒートポンプ１０は、図２に示すように、加熱手段たる加熱管１１ａが備わる低圧（例えば、冷媒が水、吸収液がＬｉＢｒの場合は、０．８７〜１．２３〔ｋＰａ〕、冷媒がアンモニア、吸収液が水の場合は、０．３５〜０．５２〔ＭＰａ〕）の蒸発器１１と、除熱手段たる除熱管１２ａが備わる低圧（例えば、冷媒が水、吸収液がＬｉＢｒの場合は、０．８７〜１．２３〔ｋＰａ〕、冷媒がアンモニア、吸収液が水の場合は、０．３５〜０．５２〔ＭＰａ〕）の吸収器１２と、加熱手段たる加熱管１３ａの備わる高圧（例えば、冷媒が水、吸収液がＬｉＢｒの場合は、２．３３〜５．６３〔ｋＰａ〕、冷媒がアンモニア、吸収液が水の場合は、０．８６〜１．１７〔ＭＰａ〕）の再生器１３と、冷却手段たる冷却管１４ａの備わる高圧（例えば、冷媒が水、吸収液がＬｉＢｒの場合は、２．３３〜５．６３〔ｋＰａ〕、冷媒がアンモニア、吸収液が水の場合は、０．８６〜１．１７〔ＭＰａ〕）の凝縮器１４と、を主に有する。

本ヒートポンプ１０においては、蒸発器１１にて加熱管１１ａによるブライン加熱等の加熱により冷媒Ｒが低温で蒸発し、冷熱を発生する。蒸発した冷媒Ｒは、流通管２１を通して吸収器１２へ流通する。吸収器１２にて冷媒Ｒは、吸収液Ｃに吸収される。この吸収に伴って発生する吸収熱は、除熱管１２ａによって、除熱される。冷媒Ｒを吸収した吸収液Ｃ＋Ｒは、流通管２２を通して昇圧ポンプＰ１により昇圧されて再生器１３へ流通する。再生器１３にて吸収液Ｃ＋Ｒは、加熱管１３ａによる加熱により冷媒Ｒが蒸発する。冷媒Ｒが蒸発した吸収液Ｃは、流通管２３を通して吸収器１２に戻され、再度冷媒Ｒの吸収に利用される。他方、再生器１３にて蒸発した冷媒Ｒは、流通管２４を通して凝縮器１４へ流通する。凝縮器１４にて冷媒Ｒは、冷却管１４ａによる冷却により凝縮する。凝縮した冷媒Ｒは、図示しない減圧弁が備わる流通管２５を通して蒸発器１１に戻され、同様の循環を繰り返す。なお、符号１５は、過冷却器であり、その中に備わる熱交換手段により凝縮冷媒Ｒと冷媒蒸気Ｒとの熱交換を行う。また、符号１６は、熱交換器であり、冷媒Ｒを吸収した吸収液Ｃ＋Ｒと冷媒Ｒが蒸発した吸収液Ｃとの熱交換を行う。

ところで、本ヒートポンプ１０においては、焼却排ガスＧ１との接触処理後の洗煙水Ｓ及び下水Ｕは、次のように利用されている。
すなわち、まず、下水Ｕは、その一部が凝縮器１４の冷却管１４ａ内を流通させられ、また、その残部が吸収器１２の除熱管１２ａ内を流通させられ、もってそれぞれ冷媒Ｒの凝縮ないし吸収液Ｃの除熱に利用される（ヒートポンプ１０の冷却源としての利用の一形態）。下水は、年間を通じて、２０〜２３℃とその温度が安定しているため、かかる効果は、安定して得られる。

また、脱硫手段３３にて焼却排ガスＧ１と接触処理された後の洗煙水Ｓは、流通管２６を通して再生器１３の加熱管１３ａ内を通されて吸収液Ｃ＋Ｒの加熱（冷媒Ｒの蒸発）に利用される（ヒートポンプ１０の熱源としての利用の一形態）。この加熱に利用された後の洗煙水Ｓは、流通管２８を通して脱硫手段３３に返送され、流通管２８の先端部に備えられた図示しないノズル等の噴霧手段から噴霧されて再度焼却排ガスＧ１の脱硫に利用される。以上の洗煙水Ｓの循環は、循環ポンプＰ４によって行われている。

以上のヒートポンプ１０で得た冷熱は、ガスタービン３８の吸気冷却に利用される。具体的には、蒸発器１１において、温度低下した加熱管１１ａ内を流通するブライン等の伝熱流体が、流路３４を通して熱交換器等からなる吸気冷却手段３６に送られ、同じくこの吸気冷却手段３６内を通る流路３７からの空気Ｂと熱交換される。この熱交換により昇温した伝熱流体は、流路３５を通して加熱管１１ａ内に戻され、再度冷媒Ｒの蒸発に利用される。

他方、伝熱流体との熱交換により冷却された空気Ｂは、圧縮機３９によって圧縮された後、流路４２を通して燃焼器などの燃焼手段４０に送られる。燃焼手段４０において、圧縮空気Ｂは、燃焼手段４０内に供給される燃料とともに燃焼された後、流路４３を通してタービン（エキスパンダー）４１に送られ、タービン４１の駆動に利用される。このタービン４１の駆動に伴い、発電機４８により電力の回収が図られる。

吸気冷却によりタービン効率が向上することは周知であるが（ブライトンサイクルの基本）、本発明においては、洗煙水と下水という従来廃棄処分されていたものを利用して冷熱を得ることを介してかかる効果（タービン効率の向上）を得るものであるため、エネルギー効率が著しく向上する。具体的には、下水Ｕが２０〜２５℃、洗煙水Ｓが７０〜８０℃の場合、上記のヒートポンプ１０によると、約−５℃の冷熱を得ることができ、この冷熱により３５℃の空気Ｂを０℃とすることで、タービン効率を３〜４％向上させることができる。

タービン４１の駆動に利用された後のガスタービン排ガスＧ２は、熱エネルギーを有しているので、流路４４を通して熱交換器４６Ａに送り、焼却用空気Ａの予熱（加熱）に利用するのが好ましい。もっとも、ガスタービン排ガスＧ２は、その温度が４８０〜５５０℃であり、また、焼却用空気Ａは、その量が制限されるため、熱量の移動（加熱）を十分に行うことはできない。そこで、焼却排ガスＧ１を熱源として更に加熱するのが好ましい。本実施の形態では、熱交換器４６Ｂにおいて焼却用空気Ａと焼却排ガスＧ１とを熱交換することにより、かかる加熱を行う。このように、本実施の形態においては、焼却用空気Ａの加熱手段４６として、ガスタービン排ガスＧ２を熱源とする加熱手段４６Ａと、焼却排ガスＧ１を熱源とする加熱手段４６Ｂとが備わることになる。ただし、焼却用空気Ａの加熱手段４６は、燃焼用空気Ａを昇温することができるものであればよく、以上の二段加熱（４６Ａ，４６Ｂ）以外とすることもできる。

本実施の形態においては、ガスタービン３８の吸気を空気Ｂにより、また、燃料を都市ガスとしたが、これに限定する趣旨ではない。例えば、下水汚泥Ｄから消化ガスを発生させている設備であれば、発生したメタンガスをガスタービン３８の燃料に利用することができる。

また、本実施の形態においては、焼却用空気Ａを押込みファンなどによって昇圧してから、焼却手段３１内に供給する。

さらに、本実施の形態においては、ガスタービン排ガスＧ２の熱源としての利用が、より有効化されている。具体的には、ガスタービン排ガスＧ２を熱源として熱交換器４６Ａで焼却用空気Ａの加熱（予熱）を行うことに加えて、熱交換器５３で廃熱ボイラ給水Ｗの加熱を行っている。また、以上の加熱に利用した後のガスタービン排ガスＧ２は、煙突３３ａに送られ、洗煙水Ｓとの接触処理後の焼却排ガスＧ１中に混入される。これにより、焼却排ガスＧ１は、昇温し（加熱され）、白煙防止効果が得られる。この白煙防止効果は、焼却排ガスＧ１を露点以上とすれば足りるので、先の加熱に利用した後のガスタービン排ガスＧ２であっても、十分に目的を達することができる。

〔参考の形態〕
次に、図３を参照しながら、参考の形態に係る焼却設備５０について説明する。ただし、説明は、第１の実施の形態に係る焼却設備３０と異なる点のみとし、同じ点については、説明を省略する（同じ装置は、同じ符号で示している。）。

本焼却設備５０においては、蒸気タービン５６が設置されておらず、廃熱ボイラ５１で発生した蒸気の一部が、流路５４を通して、混合手段、本形態では混合手段の機能を兼ねる燃焼器などの燃焼手段４０に送られる。混合手段は、圧縮機３９からの圧縮空気Ｂと廃熱ボイラ５１からの（飽和、過熱）蒸気とを混合して、飽和蒸気を過熱蒸気とし（廃熱ボイラ５１からの蒸気が飽和蒸気であり、圧縮機３９で圧縮空気Ｂを飽和蒸気の温度よりも高くなるまで圧縮した場合。）、あるいは蒸気分圧を低下して過熱度を高くするためのものであり、燃焼手段４０とは、別の装置（例えば、エゼクタ。）とすることもできる。混合手段における混合により、タービン４１の作業量が増え、熱エネルギーの有効利用となる。また、廃熱ボイラ５１からの蒸気は、その全てを混合手段に送る必要はなく、その一部を、例えば、ブロワ、圧縮機の駆動等の蒸気を利用しうる他の設備に送ることもできる。

〔その他〕
（１）ヒートポンプ１０において、使用することのできる冷媒と吸収液との組み合わせは、特に限定されない。例えば、水（冷媒）及びＬｉＢｒ（無機吸収液）や、ＮＨ₃（冷媒）及び水（吸収液）などが考えられる。

（２）本発明における洗煙水とは、焼却排ガス中の硫黄分を脱硫・冷却するための液であり、例えば、水などを使用することができる。

（３）本発明において、ヒートポンプの冷却源を「下水」と表現したのは、汚泥分を分離除去して得られた下水処理水としての下水のほか、汚泥分を分離除去してない、あるいは汚泥分の分離除去が不完全な下水をも含む趣旨である（下水の成分が問題となるのではなく、下水の温度が問題となるに過ぎないため。）。ただし、当然、一般には、汚泥分を完全に分離除去して得られた下水処理水としての下水を使用する。

流動焼却炉（直径５．９ｍ×６．５ｍ）、ガスタービン、廃熱ボイラ及び蒸気タービンが備わる焼却設備の流動焼却炉に、水分率７９．４質量％〔ｋｇ（水）／ｋｇ（湿潤物質）〕、発熱量１６８９０〔ｋＪ／ｋｇ（乾燥物質）〕の下水汚泥を、１２．６〔ｔ／ｈ〕で供給した。燃焼用空気は、都市ガス１３Ａを５５４〔ｍ³Ｎ／ｈ〕で燃焼しているガスタービンの排ガス２７１００〔ｋｇ（乾ガス）／ｈ〕及び流動焼却炉の排ガスと、二基の熱交換器にて４１４℃に昇温し、２３７２０〔ｋｇ（乾ガス）／ｈ〕で流動焼却炉内に吹き込んだ。この吹き込みと同時に、補助燃料として都市ガス１３Ａガスを２５６〔ｍ³Ｎ／ｈ〕で供給した。

得られた焼却排ガス２４２２０〔ｋｇ（乾ガス）／ｈ〕を、廃熱ボイラ（伝熱面積は、過熱部５０ｍ²、蒸発部４６０ｍ²，予熱部８０ｍ²。）に供給して、圧力１．７ＭＰａ、３５０℃の過熱蒸気９１１６〔ｋｇ／ｈ〕を得た。この過熱蒸気は、蒸気タービンに入れて全量０．０１３ＭＰａで凝縮させ１２７１ｋＷの発電を行った。

ガスタービンは、前記の燃料供給条件で、燃焼温度１０５０℃、排気温度５２０℃の運転を行い、２８℃の吸入空気を、次記のようにヒートポンプで得られた冷水で８℃に下げて供給した。ガスタービンの発電量は、１５５０ｋＷでであった。

ガスタービンの吸気は、吸気冷却器（伝熱面積１５０ｍ²）により、アンモニア−水の吸収式ヒートポンプを利用した２〜３℃の冷水で、２８℃の吸入空気を８℃として使用した。冷熱は、廃熱ボイラを経た焼却排ガス２３３００〔ｍ³Ｎ／ｈ〕を、直径３４００ｍｍ×高さ１５ｍの脱硫手段たる洗煙塔に入れ、洗煙水により焼却排ガス中の水分を凝縮させ、得られた洗煙水（温水）の一部（８４〔ｍ³／ｈ〕）を取り出し、これを駆動熱源として、ヒートポンプを駆動させて得た。

本ヒートポンプは、再生器（伝熱面積４０ｍ²）、精留塔（直径６００ｍｍ×高さ４０００ｍｍ）、凝縮器（伝熱面積７０ｍ²）、蒸発器（伝熱面積５０ｍ²）、過冷却器（伝熱面積８ｍ²）、吸収器（伝熱面積５０ｍ²）、洗煙水の熱交換器及び昇圧ポンプ（７〔ｍ³／ｈ〕×１９０ｍ揚程）で構成し、操作圧力は、再生器及び凝縮器は１．３５〜１．３８ＭＰａ、蒸発器及び吸収器は０．４３ＭＰａとした。操作温度及び冷媒濃度は、再生器の塔頂部（４５℃／９９．５質量％）、高温部（７０℃／５０質量％）、凝縮器（２５℃／９９．８質量％）、蒸発器（０〜１℃／９９．９質量％）、吸収器（２５〜２８℃／２８〜４２質量％）であった。蒸発器で得られた１００〔ｍ³／ｈ〕の２℃のブラインを、ガスタービンの吸気冷却器に送り、ガスタービン吸気を８℃まで低下させた。これにより１２５ｋＷの発電増となり１５５０ｋＷを確保できた（ただし、ヒートポンプの使用電力約２４ｋＷ。）。全発電量は２８２１ｋＷとなり、全使用ガスに対する発電効率は３．４８〔ｋＷ／ｍ³Ｎ〕である。

なお、夏季温度（気温）３０〜３４℃においては、昼間電力のピークセービングに貢献することが予見できた。

実施例１と同じ装置を用い、ガスタービン排ガスとの熱交換（伝熱面積８００ｍ²）で４３０℃に、焼却排ガス（８５０℃）との熱交換（伝熱面積６００ｍ²）で６５０℃にした燃焼用空気を、流動媒体中に吹き込んだ。得られた焼却排ガスは、廃熱ボイラに供給し、圧力１．７ＭＰａ、３５０℃の過熱蒸気７３４０〔ｋｇ／ｈ〕を得た。過熱蒸気は、蒸気タービンに送り、１１６５ｋＷの発電をし、４８℃で全凝縮した。補助燃料は１３７〔ｍ³Ｎ／ｈ〕、全発電量は２６６５ｋＷ、全使用ガスに対する発電効率は３．８４〔ｋＷ／ｍ³Ｎ〕であり、実施例１に比べて補助燃料は半分であり、かつ効率の向上が達成できた。

実施例１の装置と同じ操業条件下で、廃熱ボイラを経た排ガスを洗浄塔に入れ湿式冷却を行い、循環水の出口温度７２℃ 戻り温水温度６８℃として循環量〔３８ｍ³／ｈ〕を３０ｍ²の給水加熱器により蒸気タービンの凝縮器からの４５℃の廃熱ボイラ給水７２００〔ｋｇ／ｈ〕の加温に用いてこれを６８℃に昇温し、ついで１６０ｍ²の洗煙排水予熱器に入れ、温度３０℃、湿度７０％の気象条件下での煙突出口条件７５℃を維持するため、入り口温度１５０℃の排ガスを白煙防止に必要な出口温度１１０℃として、ガス熱交換器の出口温度を１２０℃にして、前記の洗煙排水予熱器からのボイラ給水を１１２℃に昇温して廃熱ボイラに供給した。この際の飽和蒸気の増加量は７１０〔ｋｇ／ｈ〕であり蒸発量の約１０％の増加になる。

参考例

実施例１の主要設備のうち蒸気タービン関連設備を除いた機器で構成した。操作条件で廃熱ボイラより発生する飽和蒸気７３４４〔ｋｇ／ｈ〕のうち３２００〔ｋｇ／ｈ〕を処理場内のプロセスに送り、残部４１４４〔ｋｇ／ｈ〕を３５０℃、１．６ＭＰａの過熱蒸気としてガスタービンの燃焼室に供給し、昇温した燃焼ガスとともにガスタービン（膨張タービン）に供給し、発電を行い２２５０ｋＷを得た。本装置では、発電と蒸気の送気が同時に出来るコジェネが可能になり蒸気タービン関連の設備が不要となり経済的な装置となった。この際の１３Ａガスの消費量は６８７〔ｍ³／ｈ〕であった。

第１の実施の形態に係る焼却設備の設備フロー図である。ヒートポンプの設備フロー図である。参考の形態に係る焼却設備の設備フロー図である。

符号の説明

１０…ヒートポンプ、３０，５０…焼却設備、３１…焼却手段、３３…脱硫手段、３６…吸気冷却手段、３８…ガスタービン、Ｄ…下水汚泥、Ｇ１，Ｇ２…排ガス、Ｕ…下水。

Claims

高水分廃棄物の焼却手段と、この焼却手段で発生した焼却排ガスを熱源とする廃熱ボイラと、この廃熱ボイラで得た蒸気を駆動源とする蒸気タービンと、前記廃熱ボイラを経た焼却排ガスに洗煙水を接触させる脱硫手段と、前記焼却手段に供給する焼却用空気の加熱手段と、ガスタービンと、が備わる高水分廃棄物の焼却設備であって、
前記接触処理後の洗煙水を熱源とするヒートポンプと、このヒートポンプで得た冷熱によって前記ガスタービンの吸気を冷却する吸気冷却手段と、が備わる、ことを特徴とするガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備。
高水分廃棄物が下水汚泥である場合は、ヒートポンプが下水を冷却源とする、請求項１記載のガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備。
焼却排ガスとの接触処理後の洗煙水による廃熱ボイラ給水の加熱手段が備わる、請求項１又は請求項２記載のガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備。
高水分廃棄物の焼却手段と、この焼却手段で発生した焼却排ガスを熱源とする廃熱ボイラと、この廃熱ボイラで得た蒸気を駆動源とする蒸気タービンと、前記廃熱ボイラを経た焼却排ガスに洗煙水を接触させる脱硫手段と、前記焼却手段に供給する焼却用空気の加熱手段と、吸気の圧縮手段、燃焼手段及び燃焼ガスで駆動するタービンを有するガスタービンと、が備わる高水分廃棄物の焼却設備であって、
前記接触処理後の洗煙水を熱源とするヒートポンプと、このヒートポンプで得た冷熱によって前記ガスタービンの吸気を冷却する吸気冷却手段と、前記ガスタービン排ガスを熱源とする前記焼却手段に供給する焼却用空気及び前記廃熱ボイラ給水の加熱手段と、前記焼却手段で発生した焼却排ガスを熱源とする前記焼却用空気の加熱手段と、前記廃熱ボイラで得た蒸気の少なくとも一部を前記圧縮手段からの圧気と混合する混合手段と、が備わる、ことを特徴とするガスタービンが備わる高水分廃棄物の焼却設備。