JPH05321611A - ごみ発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ごみ焼却炉のごみの燃焼熱を効率よく回収し
てコージェネレーションシステムの運転を行うこと。 【構成】 ごみ焼却炉の排ガスを利用して排熱ボイラで
蒸気を発生し、この排熱ボイラからの飽和蒸気を、ガス
タービンの排ガスの通路に設けられた過熱器によって過
熱し、こうして得られた過熱蒸気をスチームタービンに
供給し、ガスタービンとスチームタービンとで発電機を
駆動する。ガスタービンからの過熱器を介する排ガス
を、ごみ焼却炉から排熱ボイラを介する排ガスに混合し
て、ごみ焼却炉の排ガス中の水分による白煙の発生を防
止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、都市ごみなどのごみの
燃焼熱を利用するコージェネレーションシステムなどを
構成することができるごみ発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ごみ処理施設は、単なるごみ焼却場か
ら、電力や熱を地域へ還元するエネルギ再生の場として
の機能が強く望まれている。典型的な先行技術は図６に
示されている。ごみ焼却炉１の排ガスは管路２に導か
れ、排熱ボイラ３において水蒸気を発生してごみの燃焼
熱を水蒸気として熱回収し、過熱器４でその蒸気を加熱
し、スチームタービン５によって発電機６を駆動し、復
水器７によって復水した水はポンプ８によって予熱器９
から排熱ボイラ３に戻して循環する。管路２にはバグフ
ィルタ１０、脱硝装置１１が設けられ、それぞれ除塵と
脱硝を行う。誘引ファン２２で誘引し、冷却洗滌塔１３
で塩化水素、亜硫酸ガスをアルカリ洗滌液で除去し、排
ガス再加熱器１４によって排ガスをたとえば６０℃から
１５０℃に上昇し、これによって排ガス中に含まれてい
る水分の白煙の発生を防ぎ、その後、煙突１５に導かれ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような先行技術で
は、ごみ焼却炉１においてたとえば塩化ビニルなどが燃
焼されることによって生じるクロル系ガスに起因して、
その排ガスが約３２０℃以上の範囲で、塩化鉄またはア
ルカリ鉄硫酸塩の形成または分解によって腐食を生じ
る。この問題を解決するために、過熱器４の伝熱面積を
小さくし、その表面温度を低下し、たとえば約２５０℃
とし、これによって過熱器４の腐食を防止している。し
たがってこのような先行技術では、スチームタービン５
に供給する蒸気の温度を高くすることができず、その過
熱度を高くすることができない。したがってスチームタ
ービンの効率が低下し、発電機６による発電量が小さ
い。

【０００４】またこのような先行技術では、ごみ焼却炉
１におけるごみの焼却量に応じて蒸気の発生流量および
過熱器４の過熱度が変化し、したがって発電量が変化す
るという問題がある。

【０００５】さらにこの先行技術では、排ガス再加熱器
１４では、ごみ焼却炉１の排ガスの白煙防止のために、
過熱器４からの過熱蒸気の一部を熱源として利用してお
り、したがってその分、スチームタービン５に供給され
る蒸気流量が減少することになる。

【０００６】本発明の目的は、スチームタービンによる
ごみの燃焼熱の回収効率を向上し、またごみの燃焼焼却
量にかかわらず希望する発電量を得ることができるよう
にし、さらにごみ焼却炉の排ガスの白煙防止を効率よく
行うことができるようにしたごみ発電装置を提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ごみ焼却炉
と、ごみ焼却炉の排ガスが導かれ、蒸気を発生する排熱
ボイラと、ガスタービンと、排熱ボイラからの蒸気をガ
スタービンからの排ガスによって過熱させる過熱器と、
過熱器からの蒸気によって駆動されるスチームタービン
と、ガスタービンとスチームタービンとによってそれぞ
れ駆動される発電機とを含むことを特徴とするごみ発電
装置である。

【０００８】また本発明は、ごみ焼却炉からの排熱ボイ
ラを介する排ガスに、ガスタービンからの過熱器を介す
る排ガスを混合して白煙防止をすることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、スチームタービンの抽気を
して、その抽気した蒸気を利用する手段を設けることを
特徴とする。

【００１０】また本発明は、スチームタービンからの蒸
気を冷却して復水し、その冷却の状態を加減することが
できる復水器と、復水器の水を排熱ボイラに導くポンプ
と、スチームタービンの上流側に設けられる絞り手段
と、ガスタービン休止時に、排熱ボイラからの蒸気を過
熱器に供給せず、絞り手段に供給する弁手段とを含み、
ガスタービン休止時に、復水器の冷却状態を弱めること
を特徴とする。

【００１１】また本発明は、ガスタービンの排ガスの通
路に、過熱器よりも上流側で、追焚炉を設けることを特
徴とする。

【００１２】

【作用】本発明に従えば、ごみ焼却炉からの排ガスによ
って排熱ボイラで蒸気を発生して熱回収し、ガスタービ
ンからの排ガスによって、排熱ボイラからの飽和蒸気を
過熱器で過熱し、この過熱蒸気によってスチームタービ
ンを駆動し、ガスタービンおよびスチームタービンによ
って発電機をそれぞれ駆動するようにしたので、発電に
よる熱回収効率を向上し、省エネルギが向上され、大容
量発電が可能になり、またごみ焼却炉のごみ焼却量にか
かわらず、需要に応じた電力を安定して供給することが
可能になる。

【００１３】また本発明に従えば、排熱ボイラを介する
ごみ焼却炉からの排ガスの白煙防止のために、ガスター
ビンから過熱器を介する排ガスを混合し、こうして前述
の先行技術における蒸気を用いることなく、白煙の発生
を防ぐことができ、このことによってもまたごみの燃焼
熱の熱回収効率の向上を図ることができ、またガスター
ビンの排熱を有効に利用することができる。

【００１４】さらに本発明に従えば、ボイラ圧力を高く
できるためスチームタービンの抽気を効果的に行うこと
ができ、減圧後の蒸気を所内の冷暖房および焼却炉のた
めの燃焼用空気の予熱などを行うことができる。

【００１５】さらに本発明に従えば、スチームタービン
からの蒸気を復水器で冷却しポンプで再び排熱ボイラに
導くようにし、ガスタービンの運転を全て休止した状態
では、過熱器による蒸気の過熱を行うことができなくな
るので、このときには排熱ボイラからの蒸気を、弁手段
の働きによって絞り手段を介してスチームタービンに供
給し、これと同時に復水器の冷却の状態を弱めて復水器
における蒸気の圧力を上昇し、これによってスチームタ
ービンの入口の蒸気流量ができるだけ減少しないように
してスチームタービンの運転を継続する。

【００１６】また本発明に従えば、ガスタービンの排ガ
スの通路には、過熱器よりも上流側で、追焚炉を設け、
電力需要が小さい夜などでは、ガスタービンを停止して
追焚炉を運転してスチームタービンの運転を可能にし、
またこの追焚炉の運転による排ガスを、ごみ焼却炉の排
ガスに混合して白煙防止を達成する。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の一実施例の一部の構成を拡大
して示す系統図であり、図２はその実施例の全体の系統
図である。都市ごみなどのごみを焼却するための３つの
ごみ焼却炉１７ａ，１７ｂ，１７ｃが設けられ、またそ
れに併用される都市ガスを用いたガスタービン１８ａ，
１８ｂが設けられる。以下の説明では、対応する構成要
素に付してある添え字ａ，ｂ，ｃを省略して数字だけで
説明することがある。ごみ焼却炉１７の排ガスの通路１
９には排熱ボイラ２０が設けられ、ここで発生されたた
とえば５０ａｔａ、２６３℃の飽和蒸気は、その上流側
に設けられる小さい過熱器２１でたとえば２８０℃に過
熱され、管路２２から過熱器２３ａに導かれる。前述の
過熱器２１ａは省略されてもよい。

【００１８】ガスタービン１８は、燃焼用空気を供給す
る圧縮機２４によって圧縮された空気を、燃焼器２５に
導き、この燃焼器２５には、都市ガスなどの燃料ガスが
供給され、こうしてタービン２６が駆動され、その排ガ
スは通路２７に導かれる。過熱器２３ａはこのガスター
ビン１８の排ガスの通路２７に設けられている。この通
路２７には、過熱器２３よりも上流側で都市ガスなどの
燃料ガスを燃焼する追焚炉２８が設けられる。

【００１９】過熱器２３からの過熱蒸気は、管路２９
ａ，３０ａを経てスチームタービン３１ａに供給されて
スチームタービン３１が駆動される。スチームタービン
３１とガスタービン１８とによって発電機３２，３３が
駆動されて発電が行われる。

【００２０】スチームタービン３１からの蒸気は、復水
器３４によって復水され、脱気塔３５で溶存酸素が除去
され、ポンプ３６によって管路３７から管路３８を経
て、通路１９の排熱ボイラ２０よりも下流側に設けられ
た予熱器３９で予熱され、排熱ボイラ２０に供給され
る。予熱器３９では、水がたとえば２２０℃にまで予熱
される。通路１９の予熱器３９よりも下流側にはバグフ
ィルタ４０が設けられて除塵され、脱硝装置４１で脱硝
され、誘引ファン４２で誘引され、その後、冷却洗滌塔
４３で、排ガスに水酸化ナトリウム水溶液などの吸収液
を噴射して排ガス中の塩化水素、亜硫酸ガス等を除去す
る。冷却洗滌塔４３からの排ガスは、たとえば４２℃で
あり、その白煙の発生を防止するために、管路４４から
はガスタービン１８または追焚炉２８からの排ガスが混
合され、たとえば１５２℃とされて煙突４５から大気放
散される。ごみ焼却炉１７の排ガスには、たとえば塩化
水素、亜硫酸ガス成分を含み、腐食性であるけれども、
これに対してガスタービン１８および追焚炉２８ではそ
の燃料として気化された液化天然ガスなどの都市ガスが
用いられ、したがって腐食を生じることはない。そこで
本発明の考え方に従えば、ガスタービン１８および追焚
炉２８からの排ガスが導かれる通路２７の途中に過熱器
２３を設け、ここでたとえば３５０℃以上に蒸気を過熱
し、これによってスチームタービン３１には３０〜７０
ａｔａ、３００〜６００℃の高圧力、高温度の状態で過
熱蒸気を供給し、高効率で発電を行うことができる。

【００２１】図３は、ごみ焼却炉１７からの排ガスによ
る腐食の状態を示す図である。過熱器２３は、参照符Ｔ
１で示される温度、たとえば前述のように３５０℃以上
に加熱されるけれども、ガスタービン１８および追焚炉
２８の排ガスは腐食性ではないので、その過熱器２３が
腐食を生じることはない。これに対してごみ焼却炉１７
の排ガスの通路１９に設けられている前段の過熱器２１
では、ごみ焼却炉１７からの排ガスは腐食性であり、し
たがってその腐食速度が低い温度範囲、たとえば２００
〜３００℃の管壁温度の範囲で蒸気を過熱する。これに
よって前段の過熱器２１の腐食を防ぐ。

【００２２】通路２７の過熱器２３よりも下流側には脱
硝装置４６が設けられ、さらに排熱ボイラ４７および予
熱器４８が設けられる。また排熱ボイラ４７と予熱器４
８とにはバイパス通路４９が設けられる。この通路２７
の予熱器４８を通った排ガスは、前述の通路４４を経
て、ごみ焼却炉１７からの排ガスの白煙防止のために用
いられる。ポンプ３６から管路３７に供給される水の一
部は分岐されて予熱器４８で予熱され、排熱ボイラ４７
で飽和蒸気とされて、管路５０に導かれ、過熱器２３で
過熱されてスチームタービン３１のために用いられる。
こうして過熱器２３を、ガスタービン１８および追焚炉
２８の排ガスによって蒸気の過熱を行うことができ、そ
の腐食を防ぐことができるので、過熱蒸気の運動を高圧
力、高温度とし、スチームタービン３１の効率の向上を
図ることができる。またごみ焼却炉１７のごみ焼却量の
変動にかかわらず、ガスタービン１８および／または追
焚炉２８の燃焼量を変化し、発電機３２，３３による発
電量を安定化することができる。

【００２３】図４は、スチームタービン３１の入口の蒸
気圧力と蒸気温度との関係を示し、その飽和蒸気線は参
照符５１で示される。本発明の一実施例では参照符５２
で示される蒸気圧力５０ｋｇ／ｃｍ²Ｇ、蒸気温度３７
５℃で運転が行われる。これに対して前述の図６の先行
技術では、スチームタービン５は参照符５３で示される
条件で運転が行われ、たとえば蒸気圧力２０ｋｇ／ｃｍ
²Ｇ、蒸気温度２５０℃であり、スチームタービン５で
の発電量は少い。

【００２４】図５は、本発明の一実施例の発電機３２に
よる発電量と図６の先行技術における発電機６による発
電量とを示す図である。スチームタービン３１の蒸気量
は、図１の実施例では、図５に示されるように、たとえ
ば１００％であり、これは従来の図６における蒸気量を
約６４％に、ガスタービン１８の排熱による蒸気量の増
分ΔＧ１、白煙防止用蒸気量Ｇ２、抽気蒸気量Ｇ３が加
算された結果である。図６の先行技術において、復水器
７の入側のエンタルピ、すなわちスチームタービン５の
出側の蒸気のエンタルピと、そのスチームタービン５の
入側のエンタルピとの差のエンタルピΔｉに対して、図
１〜図４の実施例では、さらにガスタービン１８による
エンタルピΔｉ１が加算される。参照符５４，５５は、
発電量一定の特性を示している。破線で示される領域５
６は本発明の一実施例の発電量を示し、これに対して実
線で示される領域５７は図６における先行技術の発電量
を示す。こうして本発明では、発電量を増大することが
できることが判る。

【００２５】また本発明ではスチームタービン３１を抽
気タービンとし、膨張途中の蒸気を管路５８から抽気
し、管路５９を経て工場の冷暖房などに利用し、あるい
はまた焼却炉１７の燃焼用空気の予熱などに利用するこ
とができ、その抽気された蒸気の一部は脱気塔３５に導
くようにしてもよい。このようなスチームタービン３１
の抽気によって、図５の参照符６０で示される抽気分に
対応した発電量が発電機３２の発電量５６から減少され
ることになるけれども、それにもかかわらず本発明によ
れば、スチームタービン３１による発電量を従来に比べ
て増大することができる。

【００２６】昼間の電力需要が多い時間帯では、ガスタ
ービン１８をごみ焼却炉１７とともに併用し、このとき
追焚炉２８は休止しておく。夜間の電力需要が小さいと
きには、ガスタービン１８を休止し、追焚炉２８を運転
する。追焚炉２８の排ガス流量は、ガスタービン１８の
排ガス流量に比べて小さく、管路２２からの飽和蒸気
を、過熱器２３で最小限で過熱し、スチームタービン３
１におけるエロージョンを生じない程度として、スチー
ムタービン３１を駆動する。この追焚炉２８からの排ガ
スを、ごみ焼却炉１７からの排ガスの白煙防止のために
用いることができるようにするために、バイパス通路４
９を経てその排ガスを流し、排熱ボイラ４７および予熱
器４８を通らないようにする。これによつて白煙防止の
ために必要な熱量が不足することを防ぐ。なお、２基の
ガスタービン１８ａ，１８ｂのうち、１基のガスタービ
ン１８ａまたは１８ｂだけを運転しているときでも、３
炉分のごみ焼却炉１７ａ，１７ｂ，１７ｃの排ガスの白
煙防止に充分であり、したがって１基のガスタービン１
８ａ，１８ｂからの排ガスを、３炉の白煙防止のために
分配して用いる。

【００２７】本発明の他の実施例として、全てのガスタ
ービン１８ａ，１８ｂを休止し、また同時に追焚炉２８
ａ，２８ｂを休止したときには、過熱器２３における飽
和蒸気の過熱ができなくなる。このときには管路２２か
ら過熱器２３に導かれる飽和蒸気を、開閉弁６２を閉じ
ることによって遮断し、過熱器２１からの飽和蒸気を、
開閉弁６３を開いて管路３０に導き、その管路３０に介
在されている絞り手段６４によってスチームタービン３
１の入口での蒸気流量を小さくし、これによってその蒸
気の過熱状態とし、スチームタービン３１を駆動する。
こうして絞り手段６４では、等エンタルピ変化をし、蒸
気が減圧されて流量が少なくなり、この絞り時に、スチ
ームタービン３１の背圧を高めて排気温度を上昇し、復
水器３４には湿り蒸気が入ることになり、このとき、復
水器３４内の蒸気の圧力を、通常の圧力０．２〜０．３
ａｔａから、前記休止時にはたとえば、０．６ａｔａま
で上昇するように蒸気の冷却の状態を弱める。復水器３
４ａは、スチームタービン３１からの蒸気が供給される
伝熱管に、ファンからの常温空気を接触して、その蒸気
を冷却する構成を有し、ファンの回転速度を低下する等
によって、蒸気の冷却の程度を弱めることができる。こ
れによってスチームタービン３１の入口の蒸気流量がで
きるだけ減少しないようにする。またノズル締切り調速
が可能なスチームタービン３１では、その予備ノズルを
開くようにしてもよい。こうして発電機３２による発電
量が極力低下しないようにしながらスチームタービンの
運転を継続する。

【００２８】また管路２２からの蒸気を、高圧コンデン
サ６５を経て凝縮して脱気塔３５に導くように構成した
とき、復水器３４の圧力を上述のように上昇することに
よって高圧コンデンサ６５に流れる蒸気の流量を少なく
することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ごみ焼却
炉からの排ガスによって排熱ボイラで水蒸気などの蒸気
を発生してガスタービンからの排ガスによって、その排
熱ボイラからの飽和蒸気を過熱器で過熱し、こうして得
られた過熱蒸気をスチームタービンに供給して駆動し、
こうしてごみの燃焼熱を高い効率で熱回収し、発電によ
る回収効率の向上を図ることができ、またごみの燃焼焼
却量にかかわらずガスタービンの運転によって需要に応
じた希望する電力を安定して供給することが可能にな
る。またこのようなガスタービンを利用しても、経済的
な省エネルギ効果を達成することができ、また上述のよ
うに大容量の発電を行うことができる。

【００３０】さらに本発明によれば、ごみ焼却炉からの
排熱ボイラを介する排ガスに、ガスタービンからの過熱
器を介する排ガスを混合して、ごみ焼却炉の排ガスの水
分の白煙が発生することを防止することができ、このよ
うな白煙防止には、排熱ボイラの蒸気が用いられること
はないので、スチームタービンによる効率のよい発電を
行うことができ、またガスタービンの排気エネルギを有
効に利用することができる。

【００３１】また本発明によれば、スチームタービンを
抽気タービンとして、その抽気した蒸気を、利用するこ
ともまた可能であり、用途が拡大する。

【００３２】また本発明によれば、スチームタービンか
らの蒸気を復水器で冷却し、ポンプによって排熱ボイラ
に戻して循環し、スチームタービンの上流側に絞り手段
を設け、ガスタービンの休止時には、排熱ボイラからの
蒸気を過熱器に供給することなく絞り手段を経てスチー
ムタービンに供給するようにし、こうして絞り手段で
は、仕事をすることなく等エンタルピ変化をし、この使
用時に、スチームタービンの背圧を高めてその蒸気の温
度を上げ、復水器の冷却の状態を弱めて圧力を上昇し、
こうしてスチームタービンの入口の蒸気流量ができるだ
け落ちないようにする。

【００３３】ガスタービンを、夜間などの電力需要が小
さいときに過熱器よりも上流側に設けた追焚炉を運転
し、これによってスチームタービンのエロージョンを生
じない程度に過熱器で排熱ボイラからの蒸気を過熱して
スチームタービンを運転するようにしてもよく、このと
き運転される追焚炉の排ガスによってごみ焼却炉からの
排熱ボイラを介する排ガスの白煙防止を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の一部の系統図である。

【図２】本発明の一実施例の全体の系統図である。

【図３】ごみ焼却炉１７の排ガスによる金属の腐食の状
態を示す図である。

【図４】スチームタービン３１の入口の蒸気圧力と温度
とを示す図である。

【図５】スチームタービン３１による発電量を示す図で
ある。

【図６】先行技術の全体の系統図である。

【符号の説明】

１７ａ，１７ｂ，１７ｃ ごみ焼却炉 １８ａ，１８ｂ ガスタービン ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，４７ａ，４７ｂ 排熱ボイラ ２３ａ，２３ｂ 過熱器 ３１ａ，３１ｂ スチームタービン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ごみ焼却炉と、 ごみ焼却炉の排ガスが導かれ、蒸気を発生する排熱ボイ
   ラと、 ガスタービンと、 排熱ボイラからの蒸気をガスタービンからの排ガスによ
   って過熱させる過熱器と、 過熱器からの蒸気によって駆動されるスチームタービン
   と、 ガスタービンとスチームタービンとによってそれぞれ駆
   動される発電機とを含むことを特徴とするごみ発電装
   置。
2. 【請求項２】 ごみ焼却炉からの排熱ボイラを介する排
   ガスに、ガスタービンからの過熱器を介する排ガスを混
   合して白煙防止をすることを特徴とする請求項１記載の
   ごみ発電装置。
3. 【請求項３】 スチームタービンの抽気をして、その抽
   気した蒸気を利用する手段を設けることを特徴とする請
   求項１記載のごみ発電装置。
4. 【請求項４】 スチームタービンからの蒸気を冷却して
   復水し、その冷却の状態を加減することができる復水器
   と、 復水器の水を排熱ボイラに導くポンプと、 スチームタービンの上流側に設けられる絞り手段と、 ガスタービン休止時に、排熱ボイラからの蒸気を過熱器
   に供給せず、絞り手段に供給する弁手段とを含み、 ガスタービン休止時に、復水器の冷却状態を弱めること
   を特徴とする請求項１記載のごみ発電装置。
5. 【請求項５】 ガスタービンの排ガスの通路に、過熱器
   よりも上流側で、追焚炉を設けることを特徴とする請求
   項２記載のごみ発電装置。