JPH09105509A - ごみ焼却炉の廃熱利用発電装置および発電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過熱器の高温腐食を防止しつつ発電効率を向
上させるとともに、ダイオキシン類の発生を抑制するこ
とができるごみ焼却炉の廃熱利用発電装置を提供する。 【解決手段】 ごみ焼却炉の排ガス煙道に廃熱回収ボイ
ラおよび過熱器を有し、過熱器出口蒸気をタービンに導
入して発電する、ごみ焼却炉の廃熱利用発電装置におい
て、過熱器の上流の排ガス煙道に、排ガス中の酸性成分
を中和する中和剤層を設け、必要に応じてその前流の排
ガス煙道に中和剤吹き込み手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ焼却炉の廃熱
利用発電方法および発電装置に係り、特に都市ごみ焼却
炉の燃焼排ガスが有する熱量を利用して発電を行うごみ
焼却炉の廃熱利用発電装置および発電方法であって、発
電効率の高い発電装置および発電方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題がクローズアップされて
いるが、ごみ焼却炉に関しても例外ではなく、排ガス、
焼却灰等各種排出物の規制が厳しくなっている。一方、
ごみ焼却によって発生する熱量を利用した、いわゆるご
み発電は、エネルギの有効利用の観点から注目されてい
る。

【０００３】図３に、ごみ焼却による燃焼熱を利用した
従来のごみ発電システムのフローを示す。図においてこ
の装置は、ごみ焼却炉１と、該ごみ焼却炉１の排ガス煙
道に設けられた廃熱ボイラ２および過熱器４と、その後
流に順次設けられた空気予熱器７、ガスクーラ８、バグ
フィルタ１０、誘引送風機１１および煙突１２とから主
として構成されている。３は、放射伝熱部、５は、過熱
器４の過熱管に連結された蒸気タービン、６は、発電機
である。

【０００４】ごみ焼却炉１から排出された、例えば９０
０〜１０００℃の高温燃焼排ガスは、廃熱ボイラ２に導
入され、ここで水を蒸気に変換することにより最初の熱
回収が行われる。このとき燃焼排ガスには、例えば都市
ごみ中の食塩や塩素含有プラスチック類等に起因する、
腐食性ガスである塩化水素（ＨＣｌ）が、例えば１００
０ｐｐｍ近くも含まれている。従って、廃熱ボイラ２の
管壁温度が低温腐食域の１５０℃以上、高温腐食域の３
２０℃以下になるように蒸気温度と圧力がそれぞれ設定
される。廃熱ボイラ２を出た排ガスは、後流の過熱器４
の過熱管材の腐食を防止するために放射伝熱部３におい
て３００℃程度まで冷却された後、過熱器４に流入し、
ここで廃熱ボイラ２で発生した蒸気をさらに過熱する。
過熱蒸気は蒸気タービン５に送られ、発電機６により発
電が行われる。

【０００５】ごみ焼却炉から排出される排ガスは、煤
塵、ＨＣｌに代表される酸性成分（以下、単にＨＣｌと
いうことがある）、重金属等を含んでいるため、煙突１
２から大気へ放出する前にこれらの有害成分を除去する
必要がある。特にＨＣｌに起因する芳香族系塩素化合物
（以下、ダイオキシン類という）は非常に毒性が強いた
めに、高効率で除去する必要があり、一般には、次のよ
うに処理されている。

【０００６】すなわち、過熱器４を出た排ガスは、空気
予熱器７および該空気予熱機７の出口ガス温度を後流の
バグフィルタの適正温度、例えば２００℃まで冷却する
ための、例えば水噴射方式のガスクーラ８を経由し、煙
道９を経て後流のバグフィルタ１０に流入する。このと
き煙道９において中和剤として、例えば粉末の消石灰Ｃ
ａ（ＯＨ）₂ が吹き込まれ、これによって排ガス中の酸
性成分が中和され、中和反応生成物として煤塵とともに
バグフィルタ１０に捕集される。前記空気予熱器によっ
て予熱された空気は、焼却炉１の燃焼用空気等として利
用される。一方、バグフィルタ１０で中和反応生成物と
して捕集された酸性成分は、排出弁１３を介して抜き出
され、例えば灰処理装置へ送られて無害化される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような、いわゆる
ごみ発電においては、燃料としてごみを用いることによ
り通常の火力発電とは異なった問題がある。すなわち、
高効率発電を目指そうとするならば、過熱器出口蒸気温
度を極力高くする必要があるが、排ガス中のＨＣｌ含有
量が石炭焚きボイラに比べて非常に多く、例えば１００
０ｐｐｍ近くも含まれているので蒸気温度を高くするこ
とができない。すなわち、排ガス中のＨＣｌ濃度が高い
場合、金属の表面温度が３２０℃を超えると高温腐食が
発生するため、過熱器出口蒸気温度を例えば３００℃以
上に上げられないという制約がある。また、ごみ焼却炉
排ガス中の煤塵には、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）、カリ
ウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）等の元素が含まれてお
り、これらが溶融塩を生成して腐食反応が促進するとい
う問題がある。このように、ごみ発電においては蒸気温
度を十分な高温まであげることができないので、発電効
率は非常に低いものであった。なお、発電効率を上げよ
うとしてＨＣｌを無視して高温腐食温度域以上で過熱器
を使用すれば、厳しい腐食が発生し、数カ月単位で高価
な管材を交換しなければならず、多大なコストがかか
る。

【０００８】こうした過熱器の腐食を低減するために、
高温排ガス中に中和剤粉体等を吹き込み、耐高温性バグ
フィルタで捕集する方法が提案されている（特開平６−
１６５９１４号公報）が、耐高温性バグフィルタはセラ
ミックファイバを使用するために、技術的、コスト的に
も現実性に乏しいものであった。また、過熱器管の材料
をより耐蝕性に優れたものにすれば、ある程度は高効率
化することができるが、こうした材料はさらに高価であ
るために実用性がない。

【０００９】一方、ごみ焼却炉排ガスの成分としてやは
り大きな問題となるダイオキシン類は、酸素の存在下で
２５０〜４００℃の温度域において生成し易く、その生
成量は排ガス中の煤塵量と塩素量の積にほぼ比例して増
加することから、ダイオキシン類の発生を抑制するため
には、排ガス温度を急速に下げるか、または発生源とな
るＨＣｌおよび煤塵を排ガス中から除いておく方法が有
効である。このようにごみ焼却発電システムの開発にお
いては、単に廃熱を利用するだけでなく、ダイオキシン
類の発生を抑制することができる技術が要求されてい
る。

【００１０】本発明の目的は、上記従来のごみ発電シス
テムの課題に鑑み、より高温で排ガス中のＨＣｌおよび
煤塵を除去することにより、過熱器における高温腐食を
低減しつつ、可能な限り高い温度で熱回収を行って発電
効率を向上させるとともに、ダイオキシン類の発生を抑
制することができるごみ焼却炉の廃熱利用発電方法およ
び発電装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願で特許請求する発明は、以下のとおりである。 （１）ごみ焼却炉の排ガス煙道に廃熱回収ボイラおよび
過熱器を有し、該過熱器出口蒸気をタービンに導入して
発電する、ごみ焼却炉の廃熱利用発電装置において、前
記過熱器の上流の排ガス煙道に、排ガス中の酸性成分を
中和する中和剤層を設けたことを特徴とするごみ焼却炉
の廃熱利用発電装置。 （２）前記中和剤層の上流側の排ガス煙道に中和剤吹き
込み手段を設けたことを特徴とする（１）記載のごみ焼
却炉の廃熱利用発電装置。 （３）ごみ焼却炉の排ガス煙道に廃熱回収ボイラと過熱
器とを設け、前記廃熱回収ボイラの出口蒸気を過熱器で
過熱したのち蒸気タービンに導入して発電するごみ焼却
炉の廃熱利用発電方法において、前記過熱器の上流の排
ガス煙道に中和剤層を設けて排ガス中の酸性成分を中和
し、中和反応後の排ガスを過熱器に導入して前記廃熱回
収ボイラ出口蒸気を過熱することを特徴とするごみ焼却
炉の廃熱利用発電方法。 （４）前記中和剤層の前流の排ガス煙道に中和剤を吹き
込んで排ガス中の酸性成分を中和することを特徴とする
請求項４記載のごみ焼却炉の廃熱利用発電方法。

【００１２】図１は、本発明の原理を示す説明図であ
り、中和剤としてＣａＣＯ₃ 粒子を焼成して得たＣａＯ
を用い、温度を変えて、ＨＣｌを含有した模擬排ガスと
接触させた場合のＣａＯのＣｌ吸収性能と排ガス温度と
の関係を示したものである。模擬排ガスの組成は、ＨＣ
ｌ：１０００ｐｐｍ、ＣＯ₂ ：１５％、Ｈ₂ Ｏ：１５
％：残りが窒素（Ｎ₂ ）である。図１において、ＣａＯ
のＣｌ吸収性能は８００℃を超えると低下するが、８０
０℃以下ではほぼ一定の性能でＨＣｌを除去できること
が分かる。

【００１３】従って、本発明では、ごみ焼却炉の排ガス
を高温のまま中和剤層に導入して酸性成分（ＨＣｌ）と
煤塵の大部分を除去した後、過熱器に導入することとし
た。すなわち、本発明は、過熱器の上流側の排ガス煙道
に、排ガス中の酸性成分を中和する中和剤層を設けたも
のであり、これによって、温度低下幅が最小限となる条
件で排ガス中の腐食性成分を除去することができるの
で、ＨＣｌおよび煤塵含有量が少なく、かつ高温の排ガ
スを過熱器に導入することができる。従って、過熱器を
従来よりも高温で使用することができ、しかも過熱器管
材の高温腐食を防止することができる。

【００１４】本発明において、中和剤粒子層は移動層ま
たは固定層であることが好ましい。また、中和剤粒子層
から排出された粒子から中和反応生成物および煤塵を除
去した後、前記中和剤層に循環して中和剤を再利用する
こともできる。本発明によれば、過熱器の前流の排ガス
煙道に中和剤層を設け、外中和剤層で煤塵および酸性成
分を除去することにより、後流の低温域におけるダイオ
キシン類の発生を抑制することができる。

【００１５】本発明において、排ガス中の酸性成分が多
い場合は中和剤層の上流の排ガス煙道に中和剤吹き込み
手段として中和剤供給管を設け、中和剤を排ガス中に吹
き込むこともできる。これによって酸性成分の除去効率
を向上させることができる。中和剤供給管は、特に限定
されず、公知のものが使用される。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に本発明を実施例により詳細に
説明する。図２は、本発明であるごみ焼却炉の廃熱利用
発電装置の一実施例を示す系統図である。この装置が、
図３の従来技術と異なるところは、過熱器４の前流の排
ガス煙道２２に中和剤粒子の移動層２０を設け、該中和
剤粒子の移動層２０の下部に過熱器２１を設け、その後
流に前記過熱器２１を経て中和剤移動層２０から抜き出
された使用済中和剤から反応生成物および煤塵を分離す
る小型の流動層２３を設けた点である。

【００１７】このような構成において、ごみ焼却炉１か
ら排出された、例えば９００〜１０００℃の高温排ガス
は廃熱ボイラ（またはエバポレータ）２により熱交換さ
れて、例えば７００〜８００℃まで冷却された後、中和
剤粒子の移動層２０に流入し、ここで、ＨＣｌおよび煤
塵がある程度除去され、排ガス温度が、例えば５００〜
６００℃となり、その後、後流の過熱器４に流入し、前
記廃熱ボイラ２で発生した蒸気を過熱する。このように
して過熱された過熱蒸気は発電機６に連結されたタービ
ン５に導入されて発電が行われる。

【００１８】過熱器４の出口排ガスは、空気予熱器７お
よびガスクーラ８により、例えば２００℃まで冷却さ
れ、煙道９に吹き込まれる中和剤、例えば消石灰と接触
し、排ガス中に残存するＨＣｌ等の酸性成分が中和反応
生成物として後流のバグフィルタ１０によって捕集、分
離される。このようにして酸性成分および煤塵の大部分
が除去された排ガスは、誘引送風器１１により、煙突１
２を経て大気に放散される。

【００１９】一方、中和剤粒子の移動層２０から排出さ
れた、表面が中和反応生成物で覆われた中和剤粒子と煤
塵との混合物は、後流の小型の流動層２３に流入し、こ
こで流動、攪拌されることにより中和剤粒子の表面の反
応生成物が粒子同士の摩擦によって剥離されて微粉とな
るとともに、流動化空気によってさらに冷却される。剥
離した中和反応生成物の微粉と煤塵は、中和剤粒子より
も細かく軽いので流動化空気によって吹き上げられ煙道
９を経て後流のバグフィルタ１０に流入し、ここで捕集
される。バグフィルタ１０で捕集された粉体は排出弁１
３を介して抜き出され、例えば灰処理装置に送られて無
害化される。一方、流動層２３で表面の反応生成物が除
去された中和剤粒子は、移動層２０に送られて再利用さ
れる。

【００２０】本実施例によれば、排ガスが過熱器４に流
入する前に腐食の原因となるＨＣｌおよび煤塵の大部分
を除去することにより、過熱器を従来よりも高温の、例
えば５００〜６００℃の温度域で使用できるので、高温
の過熱蒸気を得ることができ、発電効率が向上する。ま
た過熱器管材の腐食を低減することもできる。本実施例
によれば、排ガス中のＨＣｌおよび煤塵を高温域で除去
することができるので、後流の低温域におけるダイオキ
シン類の生成を効果的に抑制することができる。また、
中和剤をリサイクルすることにより、中和剤利用率が向
上する。

【００２１】本実施例によれば、中和剤粒子の移動層２
０の底部に、過熱器２１を設けたことにより、さらに熱
回収することができる。本実施例において、ごみ焼却炉
の形式は、特に限定されるものではなく、流動層炉、ス
トーカ炉、回転炉等、あらゆる形式の焼却炉に適用する
ことができる。本実施例において、中和剤粒子の移動層
２０に用いられる中和剤としては、例えば石灰石系の粒
子径１ｍｍ程度のものがあげられる。過熱器４または２
１の入口におけるＨＣｌ濃度が高い場合は、中和剤粒子
の移動層２０の前流の排ガス煙道２２に中和剤粒子を吹
き込んでＨＣｌの除去率を高めることが好ましい。

【００２２】本実施例において、中和剤粒子層は移動層
に限定するものではなく、例えば二つ以上の固定層と
し、ラインの切替えによって排ガスを導入する層を変更
して中和剤粒子の入替えを行う方法でもよい。

【００２３】

【発明の効果】本願の請求項１記載の発明によれば、過
熱器の上流の排ガス煙道に、排ガス中の酸性成分を中和
する中和剤層を設けたことにより、排ガス中の酸性成分
を高温域で除去することができるので、過熱器へ流入す
る排ガス温度を高温とし、従来３００℃程度であった過
熱蒸気を、例えば５００〜６００℃まで昇温することが
できる。従って、熱効率および発電効率が向上するとと
もに、過熱器管材の腐食を防止して管材の交換にかかる
コストを低減できる。また、後流の低温域におけるダイ
オキシン類の生成を抑制することができる。

【００２４】本願の請求項２記載の発明によれば、中和
剤層の上流側の排ガス煙道に中和剤吹き込み手段を設け
たことにより、上記発明の効果に加え、排ガス中の酸性
成分濃度が高い場合にも十分対応して効果的に低減する
ことができる。本願の請求項３記載の発明によれば、過
熱器の上流の排ガス煙道に中和剤層を設けて排ガス中の
酸性成分を中和し、中和反応後の排ガスを過熱器に導入
して廃熱ボイラ出口蒸気を過熱することにより、排ガス
中の酸性成分を高温域で除去することができるので、過
熱器へ流入する排ガス温度を高温とし、従来３００℃程
度であった過熱蒸気を、例えば５００〜６００℃まで昇
温することができる。従って、熱効率および発電効率が
向上するとともに、過熱器管材の腐食を防止して管材の
交換にかかるコストを低減できる。また、後流の低温域
におけるダイオキシン類の生成を抑制することができ
る。

【００２５】本願の請求項４記載の発明によれば、中和
剤層の前流の排ガス煙道に中和剤を吹き込むことによ
り、上記発明の効果に加え、排ガス中の酸性成分濃度が
高い場合にも十分対応して酸性成分濃度を効果的に低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す説明図。

【図２】本発明の一実施例を示すごみ焼却炉の廃熱利用
発電装置の系統を示す図。

【図３】従来技術を示す図。

【符号の説明】

１…ごみ焼却炉、２…廃熱ボイラ（またはエバポレー
タ）、３…放射伝熱部、４…過熱器、５…蒸気タービ
ン、６…発電機、７…空気予熱器、８…ガスクーラ、９
…煙道、１０…バグフィルタ、１１…誘引送風機、１２
…煙突、１３…排出弁、２０…中和材粒子移動層、２１
…過熱器（またはエバポレータ）、２２…煙道、２３…
流動層。

フロントページの続き (72)発明者 藤原 直機 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 千手 透 神奈川県横浜市磯子区磯子一丁目２番10号 バブコック日立株式会社呉工場横浜エン ジニアリングセンタ内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ごみ焼却炉の排ガス煙道に廃熱回収ボイ
   ラおよび過熱器を有し、該過熱器出口蒸気をタービンに
   導入して発電する、ごみ焼却炉の廃熱利用発電装置にお
   いて、前記過熱器の上流の排ガス煙道に、排ガス中の酸
   性成分を中和する中和剤層を設けたことを特徴とするご
   み焼却炉の廃熱利用発電装置。
2. 【請求項２】 前記中和剤層の上流側の排ガス煙道に中
   和剤吹き込み手段を設けたことを特徴とする請求項１記
   載のごみ焼却炉の廃熱利用発電装置。
3. 【請求項３】 ごみ焼却炉の排ガス煙道に廃熱回収ボイ
   ラと過熱器とを設け、前記廃熱回収ボイラの出口蒸気を
   過熱器で過熱したのち蒸気タービンに導入して発電する
   ごみ焼却炉の廃熱利用発電方法において、前記過熱器の
   上流の排ガス煙道に中和剤層を設けて排ガス中の酸性成
   分を中和し、中和反応後の排ガスを過熱器に導入して前
   記廃熱回収ボイラ出口蒸気を過熱することを特徴とする
   ごみ焼却炉の廃熱利用発電方法。
4. 【請求項４】 前記中和剤層の前流の排ガス煙道に中和
   剤を吹き込んで排ガス中の酸性成分を中和することを特
   徴とする請求項４記載のごみ焼却炉の廃熱利用発電方
   法。