JPH06221110A - 廃棄物または特殊廃棄物の燃焼プラントにおけるエネルギー製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】廃棄物または特殊廃棄物の燃焼プラントにおけ
る新規なエネルギー製造方法を提供すること。 【構成】燃焼プラントのボイラー（３）内に配置された
蒸発器（５）に給水を供給して高圧蒸気を飽和蒸気また
は湿潤蒸気の形で製造し、前記高圧蒸気をボイラー
（３）より導き出し、この高圧蒸気を外部加熱ボイラー
（６）で過熱し、次にそれを高圧蒸気タービン（８）に
導いて電流を発生させる。これは、燃焼プラントで製造
された全ての蒸気を電流の発生のために用いるために、
特殊廃棄物および他の残留物質の燃焼エンタルピを高い
効率で利用することを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】世界中いたるところで短期および
中期的にエネルギー資源がますます欠乏していく事実に
鑑み、そして工業的熱資源の有効利用だけでなく、工業
プロセスを支配する環境規制、とくに汚染物質やＣＯ₂
の放出に関して環境規制がますます厳しくなっていくこ
とを考慮すると、要求される製品を最小限のエネルギー
を以て、そして汚染物質の放出を最小限に抑えながら製
造することができるようにするため、エネルギーの点か
ら製造プロセスを最大限に活用し且つ統合化することが
いよいよ必要となっている。他方、廃棄物の有効利用に
関しますます厳しくなっている要求は、全ての種類の残
留物質を最大限に利用することの必要性をなお一層高め
ている。そのような利用は全てのケースにおいて物質の
再生利用（リサイクル）に図ることはできない。それど
ころか、廃棄物や特殊廃棄物の燃焼は、将来の処理概念
において重要な役割を演じるであろう。それほど、廃棄
物や特殊廃棄物の燃焼プラントにおける残留物質の熱的
処理を今日におけるよりもはるかに効率化させること
は、きわめて重要である。この発明は廃棄物および特殊
廃棄物の燃焼プラントにおいて熱的に処理された残留物
質の発熱量のエネルギーの点から、改善された有効利用
のための方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物および特殊廃棄物の燃焼プラント
を運転しているとき、環境に影響を及ぼす汚染物質を放
出することなく残留物質を安定に問題なく処理すること
は第１に重要なことである。一般に残留物質の発熱量を
利用することは、特にアメリカ大陸に設置されたプラン
トにおいては、２次的にのみ重要であるか、または全く
無視されている。すなわち、アメリカではいかなる廃棄
物加熱ボイラーも持たないプラントが使用されている。
ヨーロッパにおいては、殆どの燃焼プラントが中圧蒸気
（６〜４２バール）を製造する廃棄物加熱ボイラーを備
えている。製造される蒸気の圧力を制限することが必要
なのは、次の事実によるためである。通常のボイラーの
材料の場合、高温塩素腐食および高温硫酸塩腐食が３７
０〜４００℃の温度で増大した速度で進行し、上記腐食
は短期間内でボイラーを破壊することができる。前述し
た通常の工業的解決策（６〜４２バールボイラー）につ
いてもまた、そのような腐食現象がある種のグループの
物質を燃焼するときに時折見られ、その物質間の相互作
用は今までのところ部分的に知られていない。そしてそ
のような腐食現象が起こると、比較的短い稼動期間の
後、ボイラーを新しく取り替える必要性が生じ得る。

【０００３】ドイツ公開公報第４００２２５８号は特殊
廃棄物のエネルギーの改善された有効利用の方法が記載
されており、これによると、粉状コークス、ガスおよび
酸素が高温正接ボイラーにおいて１６００℃に至る高温
で燃焼され、特殊廃棄物は上記媒体中に導入されてボイ
ラーの中で変換される。このボイラーからの熱い煙道ガ
スは、煙道ガスノズルを介してフラッシュによりガスタ
ービンを動かすことを意図するものである。このような
ボイラーは燃焼に要求される過剰圧力のため、商業的規
模で建設することは難しい。もし、達成される過剰圧力
が低い場合は、ガスタービン効率もまた低い。過剰圧力
ボイラーから放出される有機物質や重金属で汚染された
ガスの危険性の他に、煙道ガスノズルにおいてフラッシ
ュを受ける燃焼ガスは高濃度のＨＣｌ、ＳＯ₂ 、有機汚
染物質、重金属その他の如き有害成分を含有する。その
結果、腐食や堆積物はすぐガスタービンを使用不能にす
るであろう。高価な酸素の他に粉末コークスや燃料ガス
を加えなければならないと云う事実は、経済的に不利で
もある。

【０００４】特殊廃棄物燃焼プラントからの約１０００
〜１２００℃の温度を有する煙道ガスの、もう１つのエ
ネルギー利用方法がドイツ公開公報第４００６２８８号
に記載されている。この方法の場合、特殊廃棄物燃焼プ
ラントからの熱い煙道ガスは空気と混合され、このよう
に加熱された燃焼空気としてブロワの助けを借りて廃棄
物燃焼炉の燃焼室へ供給される。特殊廃棄物の燃焼から
生じた熱い煙道ガスは、特に低発熱量の廃棄物を燃焼し
ている時にエネルギーのバランスを改善するために用い
られる。しかしながら、この方法は高レベルの有用エネ
ルギーの製造をもくろむものではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高エクセルギーレベル
において特殊廃棄物の発熱量の利用を図り、高圧蒸気を
特殊廃棄物燃焼プラントにおいて製造することにより電
流の発生を目指す解決策は今までのところ見出されてい
なかった。さらに、腐食や他の理由のため、廃棄物およ
び特殊廃棄物の燃焼プラントで高圧蒸気を製造すること
は不可能であるとする趣旨の偏見が、専門家達の間に広
範に広がっている。我々はその故に、燃焼プラントのボ
イラーに腐食による危険をこうむらせることなく、ある
いはこのような危険を減ずるために、残留物質の発熱量
を最も高いエクセルギーレベル（高温レベル）において
利用し得、しかも同時に汚染物質の放出を減少させるこ
とを可能にする方法を案出する課題に直面している。今
までのところ、このような要求を同時に満足させること
は不可能であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明によると、この
目的は２段階の工程において廃棄物燃焼プラントで高圧
蒸気を発生させることにより達成される。第１の段階で
は、高圧蒸気は廃棄物または特殊廃棄物の燃焼プラント
のボイラーにおいて直接的に製造され、蒸気飽和の状態
にされる。それから、飽和蒸気は適切に選択された圧力
レベルでボイラーから導き出され、そして外部加熱ボイ
ラーで過熱される。この外部加熱ボイラーの稼動の特徴
は、標準燃料を用いて始動される点にある。蒸発器では
高圧蒸気が、好ましくは８ＭＰａより小でない圧力でつ
くり出される。高圧蒸気は外部ボイラーにおいて要求さ
れる蒸気タービン入口温度に加熱もしくは過熱される。
蒸発器に供給される給水の定量流量が多すぎて蒸気飽和
の状態が達成されない場合には、このようにして製造さ
れた湿潤蒸気を外部加熱ボイラーに導き、蒸気飽和の状
態にまで残余の蒸発を行い、そして過熱する。他方、蒸
発器における蒸気飽和の状態は又、僅かに過剰とされ
得、それにより、高圧蒸気は僅かに過熱された状態で外
部加熱ボイラーに導かれ、そこでさらに過熱を受ける。
このことはこの発明方法の作用を損なうものではない。

【０００７】もし所望なら、他の外部熱源の助けを借り
て、給水を廃棄物または特殊廃棄物の燃焼プラントのボ
イラーの外で意図された蒸気圧で沸とう状態まで予熱す
ること、および廃棄物または特殊廃棄物の燃焼プラント
のボイラーにおいて蒸発工程のみを実施することもま
た、有利なことである。この発明に従う方法はまた、廃
棄物または特殊廃棄物の燃焼プラントのボイラーにおい
て、給水の少なくとも部分的な予熱を許すものである。
もしも外部過熱器が分離された機器である場合には、エ
ネルギーの点から上記過熱器の煙道ガスを有効に利用す
ることが勧められる。この過熱器の出口温度はたとえば
給水の予熱のために、一般に高められる。

【０００８】この発明に従う方法は、次の工程の段階を
有する点が特徴となっている。 １．ボイラー給水の圧力を好ましくは８ＭＰａより大き
な値に増大させること。 ２．供給されるボイラー給水を廃棄物または特殊廃棄物
燃焼プラントの内部または外部において沸とう状態まで
加熱すること。 ３．ボイラー給水を直接、廃棄物または特殊廃棄物の燃
焼プラントのボイラーにおいて蒸気飽和もしくは予め選
択された蒸気湿潤度の状態に蒸発させること。 ４．廃棄物または特殊廃棄物の燃焼プラントのボイラー
から飽和蒸気または湿潤蒸気を導いて、標準燃料で始動
する外部過熱器へ移行させること。 ５．標準燃料で始動する外部過熱器において飽和蒸気ま
たは湿潤蒸気を要求されるタービン入口温度に過熱する
こと。 ６．蒸気タービンにおいて、この発明に従って製造され
た高圧蒸気を用いて電流を発生させること。

【０００９】燃焼工程からの未精製の生ガスが流れる、
廃棄物もしくは特殊廃棄物の燃焼プラントのボイラー
は、腐食問題をこうむり易く、その腐食問題のいくつか
は重大となり得る。これは、ＨＦ，ＨＣｌ，硫酸塩，リ
ン酸塩および多くの他の物質のような煙道ガスに含まれ
る物質によって、それぞれ個別に、およびそれらの複雑
な化学的相互作用のために引起こされる。短期間の後で
さえ、ボイラー構成部分を完全に破壊する原因となり得
る腐食作用は、材料温度が３７０℃を越える場合に特に
重大である。この発明に従う方法の場合、廃棄物もしく
は特殊廃棄物の燃焼プラントからの煙道ガスの流れにさ
らされるボイラーのそれら部品の壁体温度は、たとえ煙
道ガスの温度が高くても、低い。これは廃棄物または特
殊廃棄物の燃焼プラントのボイラーを、高圧蒸発にのみ
使用することによって達成される。高圧の条件下では、
蒸発器のチューブにおける熱伝達係数αは非常に高い
（１０⁵ Ｗ／ｍ² ／Ｋに至る）。その結果、蒸発器の内
部および外部の壁体温度は、要求される熱流束密度にお
いて内部の蒸気（この発明によれば主として飽和蒸気）
の温度よりほんの僅か高く維持し得、こうしてボイラー
の材料を危険にさらすことなく、廃棄物燃焼プラントの
ボイラーにおいて約１７０バールに至る飽和蒸気の圧力
の利用を可能にするのである。次に、飽和蒸気は標準燃
料で始動する外部過熱器において、要求される通常５０
０℃より高い、部分的には６００℃より高いタービン入
口温度に過熱され、これによって数次数より小さい値の
αが過熱工程において発生し、そのため過熱器の外壁に
高温が生じる。しかしながら、標準燃料で始動する過熱
器の煙道ガスは腐食をもたらし得るいかなる有害な物質
成分も含有しないか、あるいはそれをほんの僅かの量し
か含有しない。

【００１０】この発明は次のような利益をもたらすもの
である。 １．特殊廃棄物および他の残留物質の燃焼エンタルピ
は、電流を発生させる目的で燃焼プラントで製造される
全ての蒸気を利用することにより、著しい経済的利益を
こうむる高エクセルギーレベルにおいて効果を発揮す
る。 ２．この発明に従う方法は、廃棄物および特殊廃棄物の
燃焼プラントとの最大限の熱電気的連けいをもたらすこ
とができるが、それはこの形では今日まで可能ではなか
った。 ３．廃棄物燃焼プラントのボイラーにおける高圧飽和蒸
気または湿潤蒸気の製造は、ボイラー内における改善さ
れた熱交換のために、より高い煙道ガス温度（約４００
℃）において燃焼工程の実施に必要な条件をつくり出
し、こうしてボイラーにおける新しいダイオキシンやフ
ランの生成を防止する。加えて、煙道ガスを浄化する過
程において一般に上記浄化後に実施される急冷工程の温
度は、出発温度は約４００℃であるが、効果的に新しい
ダイオキシンの形成も抑制する３００℃より低い温度に
される。 ４．この発明に従う方法に伴う追加的な投資のコストは
比較的低い。プラントに加えられる唯一の品目は外部加
熱ボイラーである。唯一の他の交換は、通常の低圧もし
くは中圧のボイラーを高圧ボイラーと取り換えることに
ある。

【００１１】この発明に従う方法の特別な具体例は図１
のブロック図の形で示され、下記にその図を引用して説
明される。特殊廃棄物が特殊廃棄物燃焼プラントのロー
タリチューブ１において燃焼される。製造された熱くて
汚染された煙道ガスは再燃焼室２に導かれる。そこでは
１２００℃に至る温度が発生するが、多分、高カロリー
の燃料または液状廃棄物の添加は免れない。再燃焼室の
後段には燃焼プラントのボイラー３が配置され、このボ
イラーには給水予熱器４および蒸発器５が配置されてい
る。蒸発器５の出口は標準燃料で始動する外部加熱ボイ
ラー６に連結されている。製造された熱い蒸気はライン
７を通じて、電流発生の目的で設けられた高圧蒸気ター
ビン８に導かれる。多くの場合、発電所９はすでに利用
できる状態にある。過熱された熱い蒸気は次に発電所９
から蒸気タービン８に通じるライン１０に導かれる。こ
の発明に従う方法の作用は、その具体例を引用して説明
される。

【００１２】

【実施例】ロータリチューブ１と再燃焼室２とからなる
特殊廃棄物燃焼プラントの燃焼工程はそれ自身公知の方
法で操作され、高い塩素含量を有する廃棄物の処理に有
用である。これらの物質の燃焼のため、ボイラー３を通
過する煙道ガスは１０ｇ／ｍ³ 煙道ガスに達するＨＣｌ
濃度を含有し、この濃度は高温（＞４００℃）の条件下
で著しく可能性の高い危険をもたらし、短期間のうちに
ボイラーを使用不能とする。圧力が１００バールに高め
られ、しかも６バールの蒸気によりすでに１３０℃に予
熱された約３０ｔ／ｈの給水は次にボイラー３の給水予
熱器４に供給され、３１６℃の沸点に加熱される。それ
から給水はボイラー３の蒸発器５において蒸発して蒸気
飽和の状態、すなわち蒸気含量Ｘ＝１および温度３１６
℃の状態になる。そのとき、給水予熱器に供給される給
水の量は蒸発器５の出口における蒸気が正確に飽和状態
にあるように制御量として蒸気温度を用いて調整され
る。飽和蒸気は次に廃棄物燃焼プラントのボイラーの外
に導かれ、天然ガスで始動する外部加熱ボイラー６にお
いて５６０℃に過熱され、発電所ボイラー７の生蒸気用
のライン１０に供給され、後者とともに高圧タービン８
において電流の発生のために使われる。この方法は３０
バールの背圧が生じる状態に達するまで続けられ、この
背圧はさらなる製造事態において蒸気を加熱するために
必要となる。

【００１３】特殊廃棄物燃焼プラントのボイラー３にお
いて熱伝達係数３０，０００Ｗ／ｍ² ／Ｋは特に蒸発器
５で達成され、それにより外部チューブ温度およびした
がってボイラー壁体温度が３３５〜３４０℃に維持され
ることになる。この範囲ではボイラーは未だ塩素または
硫酸塩腐食を受ける危険な状態にはない。さて、天然ガ
スで始動する外部過熱器６においては、高圧飽和蒸気は
低い熱伝達係数（１００−２００Ｗ／ｍ² ／Ｋ）および
高い外壁温度（５００〜６００℃）に支配されて過熱さ
れ得るが、これは腐食性煙道ガス成分からの危険性がな
いからである。この発明に従う方法を用いることによ
り、付加的に５ＭＷ電流が発生し得る。これは著しいエ
ネルギー節約に相当するものである。この発明に従う方
法の可能性のある変形は、外部過熱器６の代用として現
存の正規発電所ボイラーの過熱器を有効に利用すること
にある。この発明は以下の態様を含む。

【００１４】１．廃棄物または特殊廃棄物の燃焼プラン
トのボイラー内に配置された蒸発器に給水を供給し、そ
れによって高圧蒸気を飽和蒸気または湿潤蒸気の形で製
造し、こうして製造した飽和蒸気または湿潤蒸気をボイ
ラーの外に導き、外部加熱ボイラーにおいて過熱し、そ
して次に電流を発生させるため高圧蒸気タービンに導
く、廃棄物または特殊廃棄物の燃焼プラントにおけるエ
ネルギー製造方法。

【００１５】２．８ＭＰａより小さくない圧力の高圧蒸
気が蒸発器で製造される前記第１項に記載の方法。 ３．飽和または湿潤蒸気が蒸発器より放出される温度
が、給水の定量流量によって調整かつ規制される前記第
１項または第２項に記載の方法。 ４．給水がボイラーの外部において予熱される前記第１
項〜第３項に記載の方法。 ５．給水がボイラー内部において少なくとも部分的に予
熱される前記第１項〜第３項に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明方法の１例のブロック図である。

【符号の説明】

３ ボイラー ５ 蒸発器 ６ 外部加熱ボイラー ８ 高圧蒸気タービン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】廃棄物または特殊廃棄物の燃焼プラントの
   ボイラー内に配置された蒸発器に給水を供給し、それに
   よって高圧蒸気を飽和蒸気または湿潤蒸気の形で製造
   し、こうして製造した飽和蒸気または湿潤蒸気をボイラ
   ーの外へ導き、外部加熱ボイラーにおいて過熱し、そし
   て次に電流を発生させる目的で高圧蒸気タービンに導く
   ことを特徴とする、廃棄物または特殊廃棄物の燃焼プラ
   ントにおけるエネルギー製造方法。