JPH0712303A

JPH0712303A - 廃棄物焼却排熱利用発電方法及び装置

Info

Publication number: JPH0712303A
Application number: JP5177592A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Obayashi; 茂昭大林
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】高効率で且つ安定した発電を行わせる。【構成】焼却炉１内に蒸気発生部１１，１２を有す
る。焼却炉１内の蒸気発生部１１，１２で加熱された蒸
気を補助ボイラ１３に送る。補助ボイラ１３で焼却炉１
からの蒸気を加熱して高温、高圧化すると共に、焼却炉
１の加熱量の変動に伴い変動する蒸気条件を一定にする
ための加熱制御を行わせる。補助ボイラ１３での加熱制
御は、補助ボイラ１３への燃料Ｆの量、空気Ａの量を制
御して行う。補助ボイラ１３で高温、高圧化され且つ安
定させられた蒸気条件の蒸気で蒸気タービン４を駆動さ
せる。補助ボイラ１３からの燃焼排ガスを給水加熱器１
５の加熱源とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般廃棄物、産業廃棄物
等の可燃性廃棄物の焼却時に発生する熱エネルギーを利
用して発電を行わせるようにする廃棄物焼却排熱利用発
電方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種発電装置としては、図８に
概略を示す如く、廃棄物２を空気Ａの導入で燃焼させる
焼却炉１内の蒸気加熱部３を設け、該蒸気加熱部３で加
熱した蒸気を直接蒸気ライン９にて蒸気タービン４に送
って発電機５を回わすようにし、蒸気タービン４で仕事
をして排出された蒸気を空冷式復水器６、脱気器７を経
た後、給水ポンプ８により給水ライン１０にて焼却炉１
内の蒸気加熱部３へ導き循環させるようにしたものがあ
る。

【０００３】廃棄物焼却時の排熱を利用して発電を行わ
せる、いわゆる、ごみ発電では、ごみ焼却が主目的であ
り、しかも、ごみ等の廃棄物の内容は一定でないため焼
却による発熱量は変動する。したがって、焼却炉で加熱
された蒸気条件は、常に変動している。一方、良質な電
力を供給するためには、発電用の蒸気タービンへ入る蒸
気の温度・圧力と蒸気量を一定とする必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図８に示す
如き従来の方式では、焼却炉１で加熱した蒸気を蒸気タ
ービン４にそのまま導いて発電する方式であるため、蒸
気タービン４へ入る蒸気条件は変動していて良質な電力
とすることができない。すなわち、上述のように、廃棄
物の内容により焼却炉１での発熱量は異なり、又、廃棄
物の焼却炉１への投入量も一定しないため、燃焼によっ
て生ずる発熱量は相当に変動する。したがって発生する
蒸気量、蒸気条件も変動するため、安定した発電が困難
で安定した電力の供給が困難である、という問題があ
る。そのため、出力安定を図るべく廃棄物の内容を調整
し、発熱量を一定とする方式をとっている場合もある
が、限界がある。

【０００５】又、焼却炉１で焼却させられる廃棄物に
は、燃焼時に腐食性のあるガスを発生する物質が含まれ
ることが多く、したがって、焼却炉１内の廃棄物の燃焼
排ガスが有害ガスを発生させて蒸気加熱部３を腐食させ
ることがないようにするために、一般に、蒸気加熱部３
での蒸気加熱温度を３００℃以下、蒸気圧力を３０kg／
cm²以下としなければならないという制約があり、これ
により発電用蒸気の高温化、高圧化には限界があり、発
電の熱効率は５〜１５％程度が限度であった。

【０００６】そこで、本発明は、焼却炉で加熱された蒸
気条件を安定させて蒸気タービンへ入る蒸気温度、圧
力、蒸気量が一定となるようにし、良質な電力を安定し
て供給できるようにすると共に、発電熱効率の向上を図
るようにしようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、焼却炉内の蒸気加熱部で加熱されて生成
された蒸気を補助ボイラに供給し、焼却炉の加熱量変動
に伴う蒸気条件の変動に基づき補助ボイラにおける加熱
量及び加熱タイミングを設定し、該設定に基づき調節さ
れた補助ボイラへの燃料量、風量で上記蒸気を加熱制御
して蒸気タービンへ入れ、発電させる方法とする。又、
上記発電方法において、補助ボイラからの燃焼排ガスを
給水加熱に用いるようにしたり、補助ボイラへの燃料
量、風量の調節にガスタービンの排気ガスを加えるよう
にしてもよい。

【０００８】又、蒸気加熱部を有する焼却炉と、焼却炉
で発生する燃焼排ガスの影響を受けない位置に設けられ
且つ焼却炉内の蒸気加熱部から送られる蒸気を再加熱す
る補助ボイラと、該補助ボイラからの蒸気で駆動される
蒸気タービンとを備え、且つ上記補助ボイラに、焼却炉
の加熱量の変動を求めて蒸気条件の変動を求めると共に
この蒸気条件の変動に基づき補助ボイラにおける加熱量
及び加熱タイミングを設定して燃料量、風量を調節する
ようにしてある燃焼制御部を備えた構成を有する発電装
置とし、更に、補助ボイラからの燃焼排ガスを加熱源と
する給水加熱器を備えたり、給水加熱器から焼却炉内へ
燃焼排ガスを導入するようにしてもよく、又、補助ボイ
ラの燃焼制御部にガスタービンの排気ガスを加えるよう
にすることもできる。更に又、焼却炉内の蒸気加熱部
を、蒸気ドラムを有する循環ボイラ型（自然循環式ある
いは強制循環式ボイラ型）とし、且つ焼却炉内蒸気ドラ
ムへの給水ラインの途中と補助ボイラ入口側の蒸気ライ
ンの途中とを結ぶ給水バイパスラインを設け、補助ボイ
ラへの給水量を予め設定した一定量とするようにしても
よい。

【０００９】

【作用】焼却炉内の加熱量は、廃棄物の性状、量によっ
て変動するので、焼却炉内の蒸気加熱部で加熱される蒸
気の温度、蒸気量も変動する。この変動分を補助ボイラ
での加熱制御で補償するので、補助ボイラ出口の蒸気条
件は一定となり、一定の蒸気条件で蒸気タービンが駆動
されることから、安定した電力を供給できることにな
る。

【００１０】補助ボイラからの燃焼排ガスを給水加熱に
利用し、更には、焼却炉内での給水加熱、空気予熱等に
利用することにより熱回収が図れると共に高効率発電が
行える。

【００１１】更に、補助ボイラの燃焼制御部に、ガスタ
ービンの排気ガスを加えることにより、燃料量を少なく
できることになる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１３】図１は本発明の一実施例を示すもので、蒸
気加熱部１１，１２を有する焼却炉１内で廃棄物２を空
気Ａの導入で燃焼させ、燃焼排ガスＧの熱により蒸気加
熱部１１，１２で蒸気を加熱し、焼却炉１から取り出し
た蒸気を蒸気タービン４に供給して該蒸気タービン４に
より発電機５を回わして発電させるようにし、蒸気ター
ビン４で仕事を終えた蒸気を空冷式復水器６、脱気器
７、給水ポンプ８を経て給水ライン１０により焼却炉１
内の蒸気加熱部１１，１２に導くようにしてある構成に
おいて、上記焼却炉１から出た蒸気を高効率発電が可能
となる領域まで再加熱する補助ボイラ１３を、焼却炉１
で発生した燃焼排ガスＧの影響を受けない位置に設置し
て、蒸気ライン９が補助ボイラ１３を通して蒸気タービ
ン４へ導かれるようにし、該補助ボイラ１３で加熱制御
された蒸気で蒸気タービン４を駆動させるようにする。

【００１４】上記補助ボイラ１３は、高効率発電を可能
とする高温、高圧蒸気を得るため、焼却炉１を出た蒸気
を加熱すると共に、焼却炉１での加熱量の変動に伴い焼
却炉１から出る蒸気条件の変動分を補償して、蒸気ター
ビン４に入る蒸気温度、圧力、蒸気量を一定にするため
加熱量を制御し、蒸気条件の変動を少なくして安定した
蒸気条件で蒸気タービン４へ送るようにするもので、補
助ボイラ１３への燃焼用空気Ａの量や燃料Ｆの量を調節
することにより補助ボイラ１３における加熱量等を制御
する燃焼制御部１４を備え、焼却炉１の燃焼加熱量の変
動に基づいて補助ボイラ１３における加熱量、加熱タイ
ミングを上記燃焼制御部１４で設定して、空気Ａの供給
量、燃料Ｆの供給量を制御するようにしてある。

【００１５】又、上記補助ボイラ１３から排出される燃
焼排ガスを加熱源とする給水加熱器１５を備えて、該給
水加熱器１５を焼却炉１内の蒸気加熱部１１と１２を結
ぶ給水ライン１６の途中に設置し、補助ボイラ１３から
排ガスライン１７を経て排出される燃焼排ガスを給水加
熱器１５で熱交換させて熱回収を図るようにする。

【００１６】図２は上記燃焼制御部１４で焼却炉１の燃
焼加熱の変動量に基づき空気量、燃料量を制御するブロ
ック図を示すもので、Ｉは焼却炉１内の温度を検知する
ため焼却炉１内に複数個設置された温度計からの信号に
より焼却炉燃焼熱量を計算して焼却炉１での加熱量変動
を計測する焼却炉燃焼熱量計算部、IIは燃焼熱量の時間
的変化を求める燃焼熱量時間変動計算部、III は上記燃
焼熱量時間変動計算部IIからの燃焼熱量の時間的変化と
焼却炉１の加熱応答特性IVから蒸気温度、条件の時間的
変化を予測する蒸気条件時間変動計算部、Ｖは該蒸気条
件時間変動計算部III で予測されたデータと補助ボイラ
の加熱応答特性VIと設定蒸気条件VII から、補助ボイラ
に加えるべき加熱量と応答するタイミング（先行制御）
を設定する加熱量・加熱タイミング設定部、VIIIは該加
熱量・加熱タイミング設定部Ｖで設定された補助ボイラ
における加熱量及び加熱タイミングにより燃料量、空気
量を求める燃料量・風量計算部、IXは燃料量・風量計算
部VIIIで求められた燃料量及び風量でバーナ、送風機の
運転制御を行わせるようにする運転制御部である。

【００１７】焼却炉１内に入れた廃棄物２を燃焼させる
と、発生した燃焼排ガスＧにより蒸気加熱部１１，１２
で蒸気の加熱が行われ、加熱された蒸気は蒸気ライン９
により補助ボイラ１３の入口に導かれる。この場合、焼
却炉１で燃焼させる廃棄物２の質、量によって焼却炉１
内の加熱量が変動するため、この加熱量の変動に伴い焼
却炉１出口の蒸気条件、すなわち、補助ボイラ１３入口
の蒸気条件は、図３の曲線Ｘの如く変動する。補助ボイ
ラ１３では、高効率発電が可能となる過熱領域Ｙまで蒸
気を加熱すると共に、図２の制御ブロック図に従って加
熱量を制御させて上記蒸気条件の変動分を補償させるよ
うにし、直線Ｚで示す如き安定した蒸気条件が補助ボイ
ラ１３の出口、すなわち、蒸気タービン４の入口で得ら
れる。これにより高効率で且つ安定した発電が行われる
ことになる。

【００１８】上記焼却炉１出口で変動している蒸気条件
を補助ボイラ１３で一定にするために行う加熱制御は、
図２に示すブロック図に従って行う。すなわち、焼却炉
１での加熱量変動を焼却炉燃焼熱量計算部Ｉで計測し、
燃焼熱量時間変動計算部IIで加熱量の時間的変動を求
め、次いで、このデータと焼却炉加熱応答特性IVから蒸
気条件時間変動計算部III で蒸気温度、条件の時間的変
化を予測し、このデータと補助ボイラ加熱応答特性VI、
設定蒸気条件VII から補助ボイラ１３に加えるべき加熱
量と加熱タイミングを、加熱量・加熱タイミング設定部
Ｖで設定し、これに基づき供給される燃料量、空気量を
燃料量、風量計算部VIIIで制御し、バーナ、送風機の運
転制御部IXからの指令でバーナ、送風機をコントロール
し、補助ボイラ１３の燃焼を調節して蒸気を加熱するよ
うにする。

【００１９】今、たとえば、焼却炉１で発生する燃焼排
ガスＧにより焼却炉１内の蒸気加熱部１１，１２で加熱
され、更に、補助ボイラ１３からの燃焼排ガス（温度３
８０℃）を利用した給水加熱器１５で加熱されて焼却炉
１から出た蒸気を、補助ボイラ１３で加熱制御すること
により補助ボイラ１３出口の蒸気温度を５００℃、圧力
を７８ata とした一定の蒸気条件として蒸気タービン４
に入れることができる。

【００２０】このように、焼却炉１を出た蒸気条件の変
動分を、補助ボイラ１３の加熱制御で補償して安定した
蒸気条件として蒸気タービン４へ入れることにより安定
した電力の供給が可能となり、更に、補助ボイラ１３の
燃焼排ガスを給水加熱器１５に導いて給水加熱に利用し
て熱回収を行い、高温、高圧の蒸気とすることにより発
電熱効率を従来の５〜１５％に比して３５％以上とする
ことが可能となる。

【００２１】次に、図４は本発明の他の実施例を示すも
ので、廃棄物焼却排熱利用発電とガスタービン発電の複
合発電システムにおいて、補助ボイラ１３に供給する燃
焼用空気として、ガスタービン１８からの高温可燃排気
ガスを併用するようにしたものであり、その他の構成は
図１と同じとしたものである。

【００２２】ガスタービン発電の排気ガスには、１５％
程度の酸素が残存しているので、補助ボイラ１３での燃
焼に利用することができる。この場合、燃料量はガスタ
ービン排気ガスの有する熱量分少なくすることができ
る。ガスタービン１８の排気ガス量、温度の排気データ
は、ガスタービンの運転状況からわかるので、この排気
データを図２の燃料量・風量計算部VIIIに入れることに
より最終的な補助ボイラ１３における燃料量と空気量を
設定することができる。

【００２３】図５は本発明の更に他の実施例を示すもの
で、図１や図４に示す実施例において補助ボイラ１３の
燃焼排ガスを排ガスライン１７により給水加熱器１５に
導いて給水加熱に利用し熱回収を図るようにしたものに
加えて、燃焼排ガスを焼却炉１内に送り、焼却炉１内の
燃焼排ガスＧと合流させて蒸気加熱部１１，１２あるい
は空気予熱器等で熱交換を行わせ熱回収させるようにし
たものである。

【００２４】この実施例によれば、補助ボイラ１３を出
た高温の燃焼排ガスを給水加熱器１５に導いて給水加熱
に用いた後、最終的に焼却炉１内に送り蒸気加熱に用い
るので、有効な熱回収が図れる。

【００２５】次に、図６は本発明の更に別の実施例を示
すもので、焼却炉１内の蒸気加熱部１１，１２が蒸気ド
ラムをもつ循環ボイラ型（自然循環式あるいは強制循環
式ボイラ型）の場合に適用した例を示すものである。循
環ボイラ型とした場合は、蒸気量の変動が避けられない
ので、補助ボイラ１３入口における蒸気を含む給水量を
一定にするために、給水の一部を蒸気加熱器１２をバイ
パスさせて補助ボイラ１３の入口に導入させる流量調整
弁２０付きのバイパスライン２１を、焼却炉１内の蒸気
ドラム１９への給水ライン１０の途中と補助ボイラ１３
への蒸気ライン９の途中との間に設け、必要な量の給水
を蒸気ドラム１９をバイパスさせ、補助ボイラ１３入口
で蒸気ドラム１９からの蒸気と合わせて所定量となるよ
うにしたものである。

【００２６】上記補助ボイラ１３へバイパスする給水量
の設定は、焼却炉１の燃焼加熱変動量に基づき図２の蒸
気条件時間変動計算部III で蒸気変動量を予測して給水
バイパス量を求めることにより行い、焼却炉１内への給
水と補助ボイラ１３へバイパスする給水量を設定して、
補助ボイラ１３へ送る給水量を一定とするようにする。

【００２７】一定の発電出力を得るためには、一定の蒸
気量と蒸気条件の蒸気を蒸気タービン４へ供給する必要
があるが、図６の実施例によれば、本来、蒸気量の変動
が避けられない循環ボイラ型において、補助ボイラ１３
へ送る給水量を一定とすることができることから、蒸気
タービン４へ供給する蒸気量を一定とすることができ、
一定の発電出力が得られることになる。

【００２８】図７は図６の変形例を示すもので、補助ボ
イラ１３を蒸気加熱部が蒸気ドラムをもつ自然循環式ボ
イラ型としたものである。２２は過熱器である。

【００２９】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、たとえば、図１や図５、図６の実施例
において補助ボイラ１３と蒸気タービン４との間で再
生、再熱を行わせる蒸気サイクル機構を備えて、タービ
ン効率を向上させるようにしてもよいこと、その他本発
明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ること
は勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の廃棄物焼却排
熱利用発電方法及び装置によれば、焼却炉内で加熱され
た蒸気を、焼却炉で発生した燃焼排ガスの影響を受けな
い位置に置かれた補助ボイラに供給し、該補助ボイラで
蒸気を加熱して高効率発電を可能とする高温、高圧蒸気
を得るようにすると共に、焼却炉内での加熱量の変動に
伴う補助ボイラ入口の蒸気条件の変動分を、補助ボイラ
での加熱制御により一定にして蒸気タービンへ供給する
ようにするので、高効率で且つ安定した発電を可能とす
ることができ、又、補助ボイラへの燃焼用空気の一部と
してガスタービンの排気ガスを利用することにより、補
助ボイラへの燃料量を、ガスタービンの排気ガスの有す
る熱量分少なくすることができ、更に、補助ボイラから
の燃焼排ガスを給水加熱に用い、最終的に焼却炉内に送
って蒸気加熱等に用いるので、有効に熱回収を行うこと
ができる、等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す発電システム概要図で
ある。

【図２】本発明における補助ボイラの加熱制御のブロッ
ク図である。

【図３】補助ボイラで蒸気条件の変動分を補償して一定
にすることを示す図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す発電システム概要図
である。

【図５】本発明の更に他の実施例を示す発電システム概
要図である。

【図６】本発明の更に別の実施例を示す発電システム概
要図である。

【図７】図６の変形例を示す発電システム概要図であ
る。

【図８】従来の廃棄物焼却排熱利用発電システムの概要
図である。

【符号の説明】

１焼却炉２廃棄物４蒸気タービン９蒸気ライン１０給水ライン１１，１２蒸気加熱部１３補助ボイラ１４燃焼制御部１５給水加熱器１６給水ライン１８ガスタービン１９蒸気ドラム２１バイパスラインＩ焼却炉燃焼熱量計算部 II 燃焼熱量時間変動計算部 III 蒸気条件時間変動計算部 IV 焼却炉の加熱応答特性Ｖ加熱量・加熱タイミング設定部 VI 補助ボイラの加熱応答特性 VII 設定蒸気条件 VIII 燃料量・風量計算部 IX 運転制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼却炉内の蒸気加熱部で加熱されて生成
された蒸気を補助ボイラに供給し、焼却炉の加熱量変動
に伴う蒸気条件の変動に基づき補助ボイラにおける加熱
量及び加熱タイミングを設定し、該設定に基づき調節さ
れた補助ボイラへの燃料量、風量で上記蒸気を加熱制御
して蒸気タービンへ入れ、発電させることを特徴とする
廃棄物焼却排熱利用発電方法。
【請求項２】補助ボイラからの燃焼排ガスを給水加熱
に用いるようにする請求項１記載の廃棄物焼却排熱利用
発電方法。
【請求項３】補助ボイラへの燃料量、風量の調節にガ
スタービンからの排気ガスを加える請求項１又は２記載
の廃棄物焼却排熱利用発電方法。
【請求項４】蒸気加熱部を有する焼却炉と、焼却炉で
発生する燃焼排ガスの影響を受けない位置に設けられ且
つ焼却炉内の蒸気加熱部から送られる蒸気を再加熱する
補助ボイラと、該補助ボイラからの蒸気で駆動される蒸
気タービンとを備え、且つ上記補助ボイラに、焼却炉の
加熱量の変動を求めて蒸気条件の変動を求めると共にこ
の蒸気条件の変動に基づき補助ボイラにおける加熱量及
び加熱タイミングを設定して燃料量、風量を調節するよ
うにしてある燃焼制御部を備えた構成を有することを特
徴とする廃棄物焼却排熱利用発電装置。
【請求項５】補助ボイラからの燃焼排ガスを加熱源と
する給水加熱器を備えた請求項４記載の廃棄物焼却排熱
利用発電装置。
【請求項６】補助ボイラからの燃焼排ガスを給水加熱
器から更に焼却炉内へ導入するようにした請求項５記載
の廃棄物焼却排熱利用発電装置。
【請求項７】補助ボイラの燃焼制御部に、ガスタービ
ンの排気ガスを加えて燃料量、風量を調節させるように
する請求項４記載の廃棄物焼却排熱利用発電装置。
【請求項８】焼却炉内の蒸気加熱部を、蒸気ドラムを
有する循環ボイラ型とし、且つ焼却炉内の蒸気ドラムへ
の給水ラインの途中と補助ボイラ入口側の蒸気ラインの
途中とを結ぶ給水バイパスラインを設け、補助ボイラへ
の給水量を設定した一定量とするようにした請求項４又
は７記載の廃棄物焼却排熱利用発電装置。