KR20180029258A - 폐열 발전 시스템 - Google Patents

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미츠비시 쥬코 칸쿄 카가쿠 엔지니어링 가부시키가이샤
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Abstract

소각로 (2) 와, 소각로 (2) 로부터 배출되는 배기 가스 (EG) 가 유통하는 배기 가스 라인 (5) 과, 열매유 (HO) 를 열원으로 하여 발전하는 발전 장치 (3) 와, 배기 가스 (EG) 와 발전 장치 (3) 에 공급되는 열매유 (HO) 를 열교환하는 제 1 열교환기 (6) 와, 배기 가스 라인 (5) 에 있어서 제 1 열교환기 (6) 와 병렬로 형성되어 배기 가스 (EG) 와 소각로에 공급되는 공기 (A1) 를 열교환하는 공기 예열기 (7) 와, 제 1 열교환기 (6) 및 공기 예열기 (7) 에서 열교환된 배기 가스 (EG) 로부터 고형 성분을 제거하는 집진 장치 (14) 와, 배기 가스 라인 (5) 에 있어서 집진 장치 (14) 의 상류측에 형성되고, 제 1 열교환기 (6) 및 공기 예열기 (7) 에서 열교환된 배기 가스 (EG) 와 제 1 열교환기 (6) 에 공급되는 열매유 (HO) 사이에서 열교환하는 제 2 열교환기 (8) 를 갖는 폐열 발전 시스템 (1) 을 제공한다.

Description

폐열 발전 시스템
본 발명은, 소각로의 폐열을 사용하여 발전을 실시하는 폐열 발전 시스템에 관한 것이다.
본원은, 2015년 12월 24일에 출원된 일본 특허출원 2015-251539호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
하수 오니 등의 오니를 처리하는 오니 소각 플랜트에 있어서는, 소각로의 폐열을 이용하여 소각로에 공급되는 연소 공기를 예열하거나, 폐열을 회수하는 보일러에서 발생한 증기를 사용하여 발전을 실시하거나 하고 있다. 이로써, 오니 소각 플랜트에서는, 플랜트 전체의 열 유효 이용률을 향상시키고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
이와 같은 오니 소각 플랜트에 있어서는, 소각로로부터 배출되는 배기 가스의 집진 처리를 실시하는 집진 장치를 형성하는 것이 일반적이다. 이와 같은 오니 소각 플랜트에서는, 집진 장치의 내열 온도에 기초하여, 집진 장치에 유입되는 배기 가스의 온도 조정을 실시하고 있다. 종래에는, 집진 장치에 도입되는 배기 가스에 대해 배기 가스 냉각탑에서 물을 분무하여, 예를 들어, 약 200 ℃ 까지 온도 조정하고 있었다.
일본 공개특허공보 2013-155974호
그런데, 배기 가스에 대해 물을 분무하여 온도 조정하는 것은, 결과적으로 열을 버리고 있는 것이 되어 바람직하지 않다. 또, 집진 장치에 도입되는 배기 가스에, 공기 등을 혼합함으로써 온도 제어를 실시하는 것도 가능하다. 그러나, 이 수법에 있어서도, 배기 가스 냉각탑과 마찬가지로 결과적으로 열을 버리게 되어 바람직하지 않다. 또, 대용량의 공기가 필요해져, 가스량의 대폭적인 증가에 대응하기 위해서, 기기 용량을 증가시킬 필요가 발생한다.
가스식 공기 예열기를 설치하여, 온도 제어를 실시하는 수법도 존재하지만, 가스식 공기 예열기의 전열관은, 저온 부식역이 되기 쉽다는 문제가 있다.
이 발명은, 소각로의 폐열을 사용하여 발전을 실시하는 폐열 발전 시스템에 있어서, 보다 열 유효 이용률이 높은 폐열 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 양태에 의하면, 폐열 발전 시스템은, 소각로와, 상기 소각로로부터 배출되는 배기 가스가 유통하는 배기 가스 라인과, 열매유를 열원으로 하여 발전하는 발전 장치와, 상기 배기 가스와 상기 발전 장치에 공급되는 열매유를 열교환하는 제 1 열교환기와, 상기 배기 가스 라인에 있어서 상기 제 1 열교환기와 병렬로 형성되어 상기 배기 가스와 상기 소각로에 공급되는 공기를 열교환하는 공기 예열기와, 상기 제 1 열교환기 및 상기 공기 예열기에서 열교환된 상기 배기 가스로부터 고형 성분을 제거하는 집진 장치와, 상기 배기 가스 라인에 있어서 상기 집진 장치의 상류측에 형성되고, 상기 제 1 열교환기 및 상기 공기 예열기에서 열교환된 상기 배기 가스와 상기 제 1 열교환기에 공급되는 상기 열매유 사이에서 열교환하는 제 2 열교환기를 갖는다.
이와 같은 구성에 의하면, 제 2 열교환기를 사용하여 집진 장치에 도입되는 배기 가스의 온도를 저감시킴으로써, 예를 들어, 배기 가스 냉각탑을 사용하여 배기 가스의 온도를 저감시키는 것과 비교하여, 보다 열을 유효 활용할 수 있다.
상기 폐열 발전 시스템에 있어서, 상기 제 2 열교환기로부터 배출된 상기 배기 가스의 온도에 기초하여 상기 제 2 열교환기에서 열교환되는 열매유의 유량을 조정하는 제어 장치를 구비해도 된다.
이와 같은 구성에 의하면, 열매유의 유량이 조정되어 배기 가스의 온도가 조정됨으로써, 배기 가스의 온도를 집진 장치의 내열 온도에 대응한 온도로 할 수 있다.
상기 폐열 발전 시스템에 있어서, 열매유가 순환하는 열매유 순환 경로와, 상기 열매유 순환 경로에 있어서 상기 제 2 열교환기의 상류측과 상기 제 2 열교환기의 하류측을 상기 제 2 열교환기를 우회하여 접속하는 바이패스 경로를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 바이패스 경로를 흐르는 열매유의 유량을 조정해도 된다.
집진 장치에 유입되는 배기 가스의 온도를 집진 장치의 상류측에 배치되어 있는 제 2 열교환기에 도입되는 열매유의 유량에 의해 조정함으로써, 보다 신속하게 배기 가스의 온도를 조정할 수 있다.
상기 폐열 발전 시스템에 있어서, 상기 제 1 열교환기에서 열교환된 상기 열매유의 온도에 기초하여 상기 발전 장치에 공급되는 열매유의 유속을 조정해도 된다.
이와 같은 구성에 의하면, 열매유의 온도를 발전 장치에 적절한 온도로 조정할 수 있다. 또, 소각로로부터 배출되는 배기 가스의 온도 (열량) 가 대폭 증가한 경우에 있어서의 배기 가스의 온도 상승에 대응할 수 있다. 또, 소각로로부터 배출되는 배기 가스의 온도 (열량) 가 대폭 감소한 경우에 있어서의 배기 가스의 온도 저하에 대응할 수 있다.
상기 폐열 발전 시스템에 있어서, 상기 제 2 열교환기로부터 배출되어 상기 집진 장치를 통과한 상기 배기 가스에 의해 외기를 가열하여 굴뚝에 공급하는 백연 방지기를 구비해도 된다.
이와 같은 구성에 의하면, 예를 들어, 제 2 열교환기보다 상류측에 백연 방지기를 설치하는 경우와 비교하여, 저온의 배기 가스로부터 열을 회수하게 되기 때문에, 시스템 전체의 열 회수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 제 2 열교환기를 사용하여 집진 장치에 도입되는 배기 가스의 온도를 저감시킴으로써, 예를 들어, 배기 가스 냉각탑을 사용하여 배기 가스의 온도를 저감시키는 것과 비교하여, 보다 열을 유효 활용할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태의 오니 소각 플랜트의 계통도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태의 오니 소각 플랜트의 제 1 제어 방법을 설명하는 플로 차트이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태의 오니 소각 플랜트의 제 2 제어 방법을 설명하는 플로 차트이다.
이하, 본 발명의 실시형태의 폐열 발전 시스템인 오니 소각 플랜트 (1) 에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 오니 소각 플랜트 (1) 는, 하수 오니 등의 오니 (S) 를 소각하는 소각로 (2) 와, 소각로 (2) 로부터 배출되는 배기 가스 (EG) 의 폐열 (소각열) 을 사용하여 발전을 실시하는 발전 장치 (3) 와, 제어 장치 (4) 를 구비하고 있다. 본 실시형태의 오니 소각 플랜트 (1) 는, 오니 (S) 를 소각 처리함과 함께, 소각에 수반하여 발생하는 열을 회수하여 발전을 실시하는 폐열 발전 시스템이다. 발전 장치 (3) 는, 열매체로서 플랜트를 순환하는 열매유 (HO) 를 사용하고 있다.
오니 소각 플랜트 (1) 는, 소각로 (2) 로부터 배출된 배기 가스 (EG) 가 도입되는 배기 가스 라인 (5) 과, 배기 가스 라인 (5) 상에 형성된 제 1 열교환기 (6) 와, 배기 가스 라인 (5) 에 있어서 제 1 열교환기 (6) 와 병렬로 형성된 공기 예열기 (7) 와, 제 1 열교환기 (6) 및 공기 예열기 (7) 의 하류측에 형성된 제 2 열교환기 (8) 와, 제 2 열교환기 (8) 의 하류측에 형성된 배기 가스 처리 장치 (9) 를 구비하고 있다.
소각로 (2) 의 상류측에 수분을 함유하는 오니인 탈수 오니를 건조시키는 오니 건조기를 형성해도 된다. 오니 건조기는, 농축·탈수의 감용화 (減容化) 프로세스를 거쳐 도입된 탈수 오니 (탈수 케이크, 예를 들어 함수율 72 ％) 를 건조시켜 건조 오니 (예를 들어 함수율 50 ％) 를 생성하는 장치이다.
제 1 열교환기 (6) 및 제 2 열교환기 (8) 는, 소각로 (2) 로부터 배출되는 배기 가스 (EG) 와 발전 장치 (3) 에 공급되는 열매유 (HO) 를 열교환 (가열) 하는 열교환기이다. 공기 예열기 (7) 는, 소각로 (2) 로부터 배출되는 배기 가스 (EG) 와 소각로 (2) 에 공급되는 연소 공기 (A1) 를 열교환 (예열) 하는 열교환기이다.
배기 가스 처리 장치 (9) 는, 배기 가스 (EG) 로부터 고형 성분 (재 등) 을 제거하여 집진 처리를 실시하는 집진 장치 (14) (백 필터) 와, 백연 방지기 (15) 와, 배기 가스 (EG) 에 세정액을 접촉시켜, 무해화하는 스크러버 (16) (배기 가스 세정 장치) 와, 처리된 배기 가스 (EG) 를 대기에 방출하는 굴뚝 (17) 을 갖고 있다.
발전 장치 (3) 는, 발전 장치 본체 (11) 와, 열매유 (HO) 를 발전 장치 본체 (11) 에 도입하는 환상 (環狀) 의 열원 계통인 열매유 순환 경로 (12) (도 1 에서 2 점 쇄선을 사용하여 나타낸다) 를 갖고 있다. 열매유 순환 경로 (12) 는, 발전 장치 본체 (11) 와 제 1 열교환기 (6) 및 제 2 열교환기 (8) 사이에서 열매유 (HO) 를 순환시키는 경로이다. 열매유 순환 경로 (12) 에는, 열매유 (HO) 가 일방향으로 흐른다.
소각로 (2) 는, 오니 (S) 를 고온 유동상 중에서 교반·혼합함으로써 소각하는 설비이다. 소각로 (2) 는, 폐기물을 소각하여 고온의 배기 가스 (EG) 를 배출하는 소각 설비이면 된다. 소각로 (2) 로는, 기포형 유동로나, 순환형 유동로 등의 소각 설비를 채용할 수 있다.
소각로 (2) 에는, 연소 공기 라인 (13) (도 1 에서 1 점 쇄선을 사용하여 나타낸다) 을 통하여 연소 공기 (A1) (유동 공기) 가 도입된다. 소각로 (2) 로부터는, 제 1 배기 가스 라인 (5a) 을 통하여 배기 가스 (EG) 가 배출된다. 소각로 (2) 로부터 배출되는 배기 가스 (EG) 의 온도는, 예를 들어 850 ℃ 이다.
제 1 배기 가스 라인 (5a) 은, 하류측에서, 병렬로 형성된 2 개의 제 2 배기 가스 라인 (5b (5b1, 5b2)) 으로 분기된다. 일방의 제 2 배기 가스 라인 (5b1) 은, 제 1 열교환기 (6) 에 접속되어 있다. 제 1 열교환기 (6) 는, 열매유 순환 경로 (12) 상으로서 제 2 배기 가스 라인 (5b1) 상에 형성되어 있다. 제 1 열교환기 (6) 는, 제 2 배기 가스 라인 (5b1) 을 흐르는 고온의 배기 가스 (EG) 의 열을 회수하여 열매유 (HO) 를 가열하는 가열 장치로서 기능한다.
타방의 제 2 배기 가스 라인 (5b2) 은, 공기 예열기 (7) 에 접속되어 있다. 공기 예열기 (7) 는, 제 2 배기 가스 라인 (5b2) 을 흐르는 고온의 배기 가스 (EG) 의 열을 회수하여 연소 공기 라인 (13) 을 흐르는 연소 공기 (A1) 를 가열 (예열) 하는 열교환기이다.
제 1 열교환기 (6) 와 공기 예열기 (7) 는, 배기 가스 라인 (5) 에 있어서 병렬로 형성되어 있다.
2 개의 제 2 배기 가스 라인 (5b) 은, 제 1 열교환기 (6) 및 공기 예열기 (7) 의 하류측에서 합류한다. 2 개의 제 2 배기 가스 라인 (5b) 은, 제 3 배기 가스 라인 (5c) 에 접속되어 있다. 제 2 열교환기 (8) 는, 제 1 열교환기 (6) 및 공기 예열기 (7) 의 하류측, 즉 제 3 배기 가스 라인 (5c) 상에 형성되어 있다. 제 2 열교환기 (8) 는, 제 1 열교환기 (6) 및 공기 예열기 (7) 에서 열교환된 배기 가스 (EG) 의 열을 회수하여 열매유 (HO) 를 가열하는 가열 장치로서 기능한다.
다음으로, 소각로 (2) 로부터 배출되는 배기 가스 (EG) 에 함유되는 매진 (煤塵), SO2, HCl 등을 제거하여 클린한 배기 가스로 하는 배기 가스 처리 장치 (9) 에 대해 설명한다.
제 2 열교환기 (8) 의 하류측에 형성되어 있는 집진 장치 (14) 는, 내열성을 갖는 여과포 등을 사용하여 배기 가스 (EG) 중의 매진·재 등의 고형 성분을 여과 포집하는 장치이다. 즉, 제 2 열교환기 (8) 로부터 배출되어 제 4 배기 가스 라인 (5d) 을 통하여 집진 장치 (14) 에 도입된 배기 가스 (EG) 로부터는 매진 등이 제거된다.
집진 장치 (14) 에는, 도입되는 배기 가스 (EG) 의 온도에 대해 내열 온도가 설정되어 있다. 집진 장치 (14) 의 내열 온도는, 예를 들어 220 ℃ 이다.
배기 가스 라인 (5) 에 있어서 집진 장치 (14) 의 하류측에 형성되어 있는 백연 방지기 (15) 는, 배기 가스 (EG) 의 백연화를 방지하는 장치이다. 백연 방지기 (15) 는, 공기 (A2) 를 빨아들여 내보내는 공기 공급팬 (19) 과, 집진 장치 (14) 에서 제 5 배기 가스 라인 (5e) 을 통하여 도입되는 배기 가스 (EG) 와 공기 (A2) 사이에서 열교환시켜, 공기 (A2) 를 가열하여 혼합용 공기 (A3) 로 하는 공기 가열기 (20) 와, 혼합용 공기 (A3) 를 굴뚝 (17) 으로 유도하는 혼합용 공기 라인 (21) 을 구비하고 있다.
백연 방지기 (15) 의 공기 가열기 (20) 로는, 예를 들어, 쉘 앤드 튜브식의 열교환기를 채용할 수 있다. 공기 가열기 (20) 의 전열관은, 예를 들어 테플론 (등록상표) 의 내부식재에 의해 피복되어 있다. 바꿔 말하면, 공기 가열기 (20) 의 배기 가스 접촉면에는, 테플론에 의한 내부식층이 형성되어 있다. 즉, 본 실시형태의 공기 가열기 (20) 는, 저온 부식 방지형의 전열관을 갖고 있다.
이로써, 전열관의 금속 표면의 부식이 억제되어, 저온 부식이 방지된다. 백연 방지기 (15) 를 저온 부식 방지형으로 하기 위한 처리는, 상기한 테플론에 한정되지 않고, 예를 들어, 수지 등의 비금속 재료의 채용도 가능하다. 또, 전열관 자체를 세라믹 등의 내부식재로 형성하는 것도 가능하다.
스크러버 (16) 는, 백연 방지기 (15) 로부터 배출되어 제 6 배기 가스 라인 (5f) 을 통하여 도입된 배기 가스 (EG) 에, 물, 가성 소다 수용액 등의 세정액을 접촉시켜, 무해화하는 배기 가스 세정 장치이다.
배기 가스 라인 (5) 중의 배기 가스 (EG) 는, 유인 블로어 (도시 생략) 에 의해 흡인되어, 굴뚝 (17) 을 통하여 배출된다.
배기 가스 라인 (5) 에 있어서, 제 2 열교환기 (8) 와 집진 장치 (14) 를 접속하는 제 4 배기 가스 라인 (5d) 에는, 제 4 배기 가스 라인 (5d) 을 흐르는 배기 가스 (EG) 의 온도를 측정하는 배기 가스 온도 측정 장치 (18) 가 형성되어 있다. 배기 가스 온도 측정 장치 (18) 는, 집진 장치 (14) 에 유입되는 배기 가스 (EG) 의 온도를 측정한다. 배기 가스 온도 측정 장치 (18) 에 의해 계측된 배기 가스 (EG) 의 온도는, 제어 장치 (4) 에 송신된다.
다음으로, 본 실시형태의 발전 장치 (3) 의 상세를 설명한다.
발전 장치 본체 (11) 는, 소각로 (2) 의 폐열을 열원으로서 이용하고, 유기 작동 매체 (M) 를 가열·증발시켜, 그 증기로 증기 터빈 (23) 을 회전시킴으로써 발전을 실시하는, 소위 바이너리 폐열 발전 시스템 (유기 랭킨 사이클 폐열 발전 시스템) 을 채용하고 있다.
본 실시형태의 발전 장치 본체 (11) 는, 열매유 순환 경로 (12) 를 통하여 발전 장치 본체 (11) 에 공급되는 열매유 (HO) 의 열을 이용하여 유기 작동 매체 (M) 를 가열·증발시키는 증발기 (22) 와, 유기 작동 매체 (M) 의 증기에 의해 회전하는 증기 터빈 (23) 과, 증기 터빈 (23) 에 직결되는 발전기 (24) 와, 증기 터빈 (23) 으로부터 유도된 유기 작동 매체 (M) 를 응축시키는 응축기 (25) 를 갖고 있다.
열매유 순환 경로 (12) 는, 제 3 배기 가스 라인 (5c) 을 흐르는 배기 가스 (EG) 의 열을 회수함과 함께, 제 2 배기 가스 라인 (5b1) 을 흐르는 배기 가스 (EG) 의 열을 회수하는 경로이다.
열매유 순환 경로 (12) 는, 발전 장치 본체 (11) 와 제 2 열교환기 (8) 를 접속하는 제 1 순환 경로 (12a) 와, 제 2 열교환기 (8) 와 제 1 열교환기 (6) 를 접속하는 제 2 순환 경로 (12b) 와, 제 1 열교환기 (6) 와 발전 장치 본체 (11) 를 접속하는 제 3 순환 경로 (12c) 를 갖고 있다.
발전 장치 본체 (11) 에서 유기 작동 매체 (M) 를 가열한 열매유 (HO) 는, 제 2 열교환기 (8), 제 1 열교환기 (6) 의 순서로 순환한다. 제 1 열교환기 (6) 는, 열매유 순환 경로 (12) 에 있어서, 제 2 열교환기 (8) 의 하류측에 형성되어 있다.
제 1 순환 경로 (12a) 를 통하여 제 2 열교환기 (8) 에 도입된 열매유 (HO) 는, 제 3 배기 가스 라인 (5c) 을 흐르는 배기 가스 (EG) 에 의해 가열된다. 제 2 순환 경로 (12b) 를 통하여 제 1 열교환기 (6) 에 도입된 열매유 (HO) 는, 제 2 배기 가스 라인 (5b1) 을 흐르는 배기 가스 (EG) 에 의해 가열된다. 제 2 열교환기 (8) 및 제 1 열교환기 (6) 에서 가열된 열매유 (HO) 는 제 3 순환 경로 (12c) 를 통하여 발전 장치 본체 (11) 의 증발기 (22) 에 도입된다.
제 2 열교환기 (8) 의 상류측인 제 1 순환 경로 (12a) 와 제 2 열교환기 (8) 의 하류측인 제 2 순환 경로 (12b) 는, 바이패스 경로 (27b) 에 의해 제 2 열교환기 (8) 를 우회하여 직접적으로 접속되어 있다. 즉, 제 1 순환 경로 (12a) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 일부는, 제 2 열교환기 (8) 에 도입되지 않고 바이패스 경로 (27b) 에 도입된다.
제 1 순환 경로 (12a) 에 형성된 바이패스 경로 (27b) 의 분기점 (28) 과 제 2 열교환기 (8) 사이에는, 열매유 (HO) 의 유량을 조정하는 제 1 유량 조정 밸브 (29) 가 형성되어 있다. 바이패스 경로 (27b) 에는, 열매유 (HO) 의 유량을 조정하는 제 2 유량 조정 밸브 (30) 가 형성되어 있다.
제 1 순환 경로 (12a) 상으로서, 분기점 (28) 의 상류측에는, 열매유 순환 경로 (12) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량을 조정하는 열매유 펌프 (31) 가 형성되어 있다. 열매유 펌프 (31) 는, 열매유 순환 경로 (12) 에 열매유 (HO) 를 공급하기 위한 펌프이다. 열매유 펌프 (31) 는, 토출 댐퍼나 인버터에 의해, 토출되는 열매유 (HO) 의 유량을 제어하고 있다.
제 1 유량 조정 밸브 (29), 제 2 유량 조정 밸브 (30), 및 열매유 펌프 (31) 는, 제어 장치 (4) 에 의해 제어된다.
제 1 순환 경로 (12a) 의 분기점 (28) 보다 하류측인 주경로 (27a) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량을 O1, 바이패스 경로 (27b) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량을 O2 로 하면, 제어 장치 (4) 는, 통상적으로는 O1 : O2 ＝ 4 : 1 정도가 되도록, 제 1 및 제 2 유량 조정 밸브 (29, 30) 를 제어한다. 즉, 제어 장치 (4) 는, 주류인 주경로 (27a) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량이, 바이패스 경로 (27b) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량보다 충분히 많아지도록, 제 1 및 제 2 유량 조정 밸브 (29, 30) 를 제어한다.
열매유 순환 경로 (12) 에 있어서, 제 1 열교환기 (6) 와 발전 장치 본체 (11) 를 접속하는 제 3 순환 경로 (12c) 에는, 제 3 순환 경로 (12c) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 온도를 측정하는 열매유 온도 측정 장치 (32) 가 형성되어 있다. 열매유 온도 측정 장치 (32) 는, 발전 장치 본체 (11) 에 도입되는 열매유 (HO) 의 온도를 측정한다. 열매유 온도 측정 장치 (32) 에 의해 측정된 열매유 (HO) 의 온도는, 제어 장치 (4) 에 송신된다.
본 실시형태의 제어 장치 (4) 는, 배기 가스 온도 측정 장치 (18) 에 의해 측정된 배기 가스 (EG) 의 온도에 기초하여, 제 2 열교환기 (8) 에 도입되는 열매유 (HO) 의 유량을 조정하는 기능을 갖는다.
제어 장치 (4) 는, 배기 가스 (EG) 의 온도가 설정된 제 1 임계치 (예를 들어, 220 ℃) 보다 커진 경우에, 제 1 순환 경로 (12a) 의 주경로 (27a) (분기점 (28) 의 하류측) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량이 많아지도록, 제 1 및 제 2 유량 조정 밸브 (29, 30) 를 제어한다. 구체적으로는, 제어 장치 (4) 는, 바이패스 경로 (27b) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량이 적어지도록 제 2 유량 조정 밸브 (30) 를 조작함과 함께, 주경로 (27a) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량이 많아지도록 제 1 유량 조정 밸브 (29) 를 조작한다.
이 때, 열매유 순환 경로 (12) 전체의 열매유 (HO) 의 유량은 변하지 않는다. 즉, 열매유 순환 경로 (12) 의 전체를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량을 바꾸지 않고 제 2 열교환기 (8) 에 공급되는 열매유 (HO) 의 유량을 증가시킬 수 있다. 이로써, 제 2 열교환기 (8) 에 의한 열교환량이 높아지고, 배기 가스 (EG) 의 온도는 저하된다.
또, 제어 장치 (4) 는, 열매유 온도 측정 장치 (32) 에 의해 측정된 열매유 (HO) 의 온도에 기초하여, 열매유 순환 경로 (12) 의 전체를 흐르는 열매유 (HO) 의 유속을 조정하는 기능을 갖는다.
제어 장치 (4) 는, 열매유 (HO) 의 온도가 설정된 제 2 임계치 (예를 들어, 280 ℃) 보다 커진 경우에, 열매유 순환 경로 (12) 의 전체를 흐르는 열매유 (HO) 의 유속이 많아지도록, 열매유 펌프 (31) 를 제어한다.
열매유 순환 경로 (12) 전체에 있어서의 열매유 (HO) 의 유속이 증가함으로써, 열매유 (HO) 의 온도가 저하된다.
다음으로, 본 실시형태의 오니 소각 플랜트 (1) 의 동작에 대해 설명한다.
오니 (S) 가 소각로 (2) 에 투입되어, 소각된다. 소각에 수반하여 생성된 배기 가스 (EG) (예를 들어, 850 ℃) 는, 제 1 열교환기 (6) 에서 열매유 (HO) 의 가열원으로서 이용된다. 또, 배기 가스 (EG) 는, 공기 예열기 (7) 에서 연소 공기 (A1) 의 가열원으로서 이용된다.
제 1 열교환기 (6) 및 공기 예열기 (7) 를 통과한 배기 가스 (EG) 의 온도는, 예를 들어 300 ℃ 로까지 저하된다. 즉, 배기 가스 (EG) 는, 850 ℃ 에서 300 ℃ 까지 급랭된다.
이어서, 배기 가스 (EG) 는, 제 2 열교환기 (8) 에서 열매체의 가열원으로서 이용된다. 제 2 열교환기 (8) 를 통과한 배기 가스 (EG) 의 온도는, 220 ℃ 로까지 저하된다. 즉, 배기 가스 (EG) 의 온도는, 제 2 열교환기 (8) 에서 열교환됨으로써, 집진 장치 (14) 의 내열 온도까지 저하된다. 제 2 열교환기 (8) 를 통과한 배기 가스 (EG) 는, 집진 장치 (14) 에 도입된다.
제 2 열교환기 (8) 를 통과한 배기 가스 (EG) 는, 집진 장치 (14) 에 도입되어 집진 처리가 실시된다.
집진 장치 (14) 로부터 배출된 배기 가스 (EG) 는, 백연 방지기 (15) 의 공기 가열기 (20) 에 있어서, 공기 공급팬 (19) 에 의해 공급되는 공기 (A2) 와 열교환되어, 공기 (A2) 의 온도를 상승시킨다. 공기 (A2) 의 온도는, 예를 들어, 150 ℃ 까지 상승한다. 공기 가열기 (20) 를 통과한 혼합용 공기 (A3) 는, 혼합용 공기 라인 (21) 을 통하여 굴뚝 (17) 에 도입된다.
백연 방지기 (15) 를 통과한 배기 가스 (EG) 는, 스크러버 (16) 에 도입되어 무해화된다. 배기 가스 (EG) 의 온도는, 스크러버 (16) 에 있어서, 예를 들어, 40 ℃ 로까지 감온된다. 스크러버 (16) 를 통과한 배기 가스 (EG) 는, 굴뚝 (17) 에 도입되어, 혼합용 공기 라인 (21) 을 통하여 도입된 고온의 혼합용 공기 (A3) 와 혼합된다. 배기 가스 (EG) 와 백연 방지용의 혼합용 공기 (A3) 가 혼합됨으로써, 굴뚝 (17) 으로부터의 백연의 발생이 방지된다.
다음으로, 발전 장치 (3) 의 동작에 대해 설명한다.
열매유 순환 경로 (12) 를 순환하는 열매유 (HO) 는, 제 2 열교환기 (8) 및 제 1 열교환기 (6) 에서 배기 가스 (EG) 와 열교환함으로써 예를 들어, 280 ℃ 까지 승온된다. 승온된 열매유 (HO) 는, 발전 장치 본체 (11) 의 증발기 (22) 내의 유기 작동 매체 (M) 를 가열하기 위하여 사용된다. 유기 작동 매체 (M) 는 증발기 (22) 에서 증기로 되고, 증기 터빈 (23) 에 도입되어, 발전기 (24) 를 구동한다. 증기 터빈 (23) 을 나온 증기는, 응축기 (25) 에 있어서, 냉각되어 응축된다. 응축된 유기 작동 매체 (M) 는, 증발기 (22) 에 되돌려진다.
다음으로, 본 실시형태의 오니 소각 플랜트 (1) 의 제어 방법에 대해 설명한다. 본 실시형태의 오니 소각 플랜트 (1) 의 제어 방법은, 집진 장치 (14) 에 도입되는 배기 가스 (EG) 의 온도를 조정하는 제 1 제어 방법과, 발전 장치 본체 (11) 에 도입되는 열매유 (HO) 의 온도를 조정하는 제 2 제어 방법을 갖는다.
제 1 제어 방법은, 제 2 열교환기 (8) 에 도입되는 열매유 (HO) 의 유량을 제어하여, 집진 장치 (14) 에 도입되는 배기 가스 (EG) 의 온도를 조정하는 제어 방법이다.
제 1 제어 방법은, 제 2 열교환기 (8) 로부터 배출되는 배기 가스 (EG) 의 온도가 제 1 임계치보다 큰지 여부를 판정하는 배기 가스 온도 판정 공정 P11 과, 제 2 열교환기 (8) 에 도입되는 배기 가스 (EG) 의 온도가 제 1 임계치보다 큰 경우에, 제 1 순환 경로 (12a) 의 주경로 (27a) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량을 증가시키는, 주경로 유량 증가 공정 P12 를 갖고 있다.
배기 가스 온도 판정 공정 P11 에서는, 제어 장치 (4) 는, 배기 가스 온도 측정 장치 (18) 로부터 송신되는 배기 가스 (EG) 의 온도를 참조한다. 제어 장치 (4) 는, 배기 가스 (EG) 의 온도가 제 1 임계치 (예를 들어, 220 ℃) 보다 큰지 여부를 판정한다. 배기 가스 (EG) 의 온도가 220 ℃ 이하인 경우에는, 제어 장치 (4) 는 밸브 (29, 30) 의 개도를 변경하지 않는다.
배기 가스 (EG) 의 온도가 220 ℃ 보다 큰 경우에는, 제어 장치 (4) 는 주경로 유량 증가 공정 P12 를 실행한다. 주경로 유량 증가 공정 P12 에서는, 제어 장치 (4) 는, 밸브 (29, 30) 의 개도를 조정하여, 주경로 (27a) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량을 증가시킨다. 이로써, 배기 가스 (EG) 와 열매유 (HO) 사이의 열교환량이 증가하고, 배기 가스 (EG) 의 온도가 저하된다.
한편, 배기 가스 (EG) 의 온도가 낮은 경우, 제어 장치 (4) 는, 제 1 및 제 2 유량 조정 밸브 (29, 30) 의 개도를 조정하여, 주경로 (27a) 를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량을 감소시키는 제어를 실시해도 된다.
제 2 제어 방법은, 열매유 순환 경로 (12) 전체를 흐르는 열매유 (HO) 의 유량을 제어하여, 발전 장치 본체 (11) 에 도입되는 열매유 (HO) 의 유속을 조정하는 제어 방법이다.
제 2 제어 방법은, 제 1 열교환기 (6) 로부터 배출되는 열매유 (HO) 의 온도가 제 2 임계치보다 큰지 여부를 판정하는 열매유 온도 판정 공정 P21 과, 열매유 (HO) 의 온도가 제 2 임계치보다 큰 경우에, 열매유 순환 경로 (12) 전체를 흐르는 열매유 (HO) 의 유속을 증가시키는, 열매유 유량 증가 공정 P22 를 갖고 있다.
열매유 온도 판정 공정 P21 에서는, 제어 장치 (4) 는, 열매유 온도 측정 장치 (32) 로부터 송신되는 열매유 (HO) 의 온도를 참조한다. 제어 장치 (4) 는, 열매유 (HO) 의 온도가 제 2 임계치 (예를 들어, 280 ℃) 보다 큰지 여부를 판정한다. 열매유 (HO) 의 온도가 280 ℃ 이하인 경우에는, 제어 장치 (4) 는 열매유 펌프 (31) 의 토출 유량을 변경하지 않는다.
제 1 열교환기 (6) 로부터 배출되는 열매유 (HO) 의 온도가 280 ℃ 보다 큰 경우에는, 제어 장치 (4) 는, 열매유 유량 증가 공정 P22 를 실행한다. 열매유 유량 증가 공정 P22 에서는, 제어 장치 (4) 는, 열매유 펌프 (31) 의 토출 유량을 조정하여, 열매유 순환 경로 (12) 전체를 흐르는 열매유 (HO) 의 유속을 증가시킨다. 이로써, 발전 장치 본체 (11) 에 도입되는 열매유 (HO) 의 온도가 저하된다.
한편, 열매유 (HO) 의 온도가 낮은 경우, 제어 장치 (4) 는, 열매유 펌프 (31) 의 토출 유량을 조정하여, 열매유 (HO) 의 유속을 저하시키는 제어를 실시해도 된다.
상기 실시형태에 의하면, 제 2 열교환기 (8) 를 사용하여 집진 장치 (14) 에 도입되는 배기 가스 (EG) 의 온도를 저감시킴으로써, 예를 들어, 배기 가스 냉각탑을 사용하여 배기 가스의 온도를 저감시키는 것과 비교하여, 보다 열을 유효 활용할 수 있다.
또, 배기 가스 온도 측정 장치 (18) 에 의해 측정된 배기 가스 (EG) 의 온도에 기초하여 제 2 열교환기 (8) 에 도입되는 열매유 (HO) 의 유량이 조정됨으로써, 배기 가스 (EG) 의 온도를 집진 장치 (14) 의 내열 온도에 대응한 온도로 할 수 있다.
또, 집진 장치 (14) 에 유입되는 배기 가스 (EG) 의 온도를 집진 장치 (14) 의 상류측에 배치되어 있는 제 2 열교환기 (8) 에 도입되는 열매유 (HO) 의 유량에 의해 조정함으로써, 보다 신속하게 배기 가스 (EG) 의 온도를 조정할 수 있다.
또, 제 1 열교환기 (6) 에서 열교환된 열매유 (HO) 의 온도에 기초하여 발전 장치 본체 (11) 에 공급되는 열매유 (HO) 의 유속을 조정함으로써, 열매유 (HO) 의 온도를 발전 장치 (3) 에 적절한 온도로 조정할 수 있다. 또, 소각로 (2) 로부터 배출되는 배기 가스 (EG) 의 온도 (열량) 가 대폭 증가한 경우에 있어서의 배기 가스 (EG) 의 온도 상승에 대응할 수 있다. 또, 소각로로부터 배출되는 배기 가스의 온도 (열량) 가 대폭 감소한 경우에 있어서의 배기 가스의 온도 저하에 대응할 수 있다.
또, 집진 장치 (14) 를 통과한 배기 가스 (EG) 에 의해 외기를 가열하여 굴뚝 (17) 에 공급하는 백연 방지기 (15) 를 구비하고 있음으로써, 예를 들어, 제 2 열교환기 (8) 보다 상류측에 백연 방지기를 설치하는 경우와 비교하여, 저온의 배기 가스 (EG) 로부터 열을 회수하게 되기 때문에, 시스템 전체의 열 회수율을 향상시킬 수 있다.
또, 백연 방지기 (15) 를 저온 부식 방지형으로 함으로써, 백연 방지기 (15) 가, 예를 들어, 온도가 200 ℃ 이하인 배기 가스 (EG) 의 온도를 회수하는 경우에 있어서도, 오니의 황 (S) 분 (分) 이나, 염소 (Cl) 분에서 유래하는 금속의 저온 부식을 방지할 수 있다.
또, 폐열원인 배기 가스 (EG) 로부터의 열 회수에 사용되는 열매체로서 열매유 (HO) 를 사용함으로써, 열 회수에 증기 등을 사용하는 것과 비교하여, 설비·장치의 간소화, 소형화를 도모할 수 있다.
또, 발전 장치 (3) 로서, 바이너리 폐열 발전 시스템을 채용함으로써, 플랜트의 규모가 작은 (예를 들어, 오니 처리량 100 t/일) 경우에 있어서도 효율적으로 발전을 실시할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 상세를 설명했지만, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위 내에 있어서, 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다.
예를 들어, 굴뚝 (17) 으로부터 배출되는 연기가 백연이어도 되는 경우에는, 백연 방지기 (15) 를 생략해도 된다.
또, 제어 장치 (4) 는, 제 1 제어 방법과 제 2 제어 방법을 동시에 실행해도 된다. 배기 가스 온도와 열매 온도를 동시에 제어함으로써, 상승 효과에 의해 서로의 응답성을 빠르게 하는 것이 가능해져, 결과적으로 수속되는 속도를 빠르게 할 수 있다.
1 : 오니 소각 플랜트 (폐열 발전 시스템)
2 : 소각로
3 : 발전 장치
4 : 제어 장치
5 : 배기 가스 라인
6 : 제 1 열교환기
7 : 공기 예열기
8 : 제 2 열교환기
9 : 배기 가스 처리 장치
11 : 발전 장치 본체
12 : 열매유 순환 경로
12a : 제 1 순환 경로
12b : 제 2 순환 경로
12c : 제 3 순환 경로
13 : 연소 공기 라인
14 : 집진 장치
15 : 백연 방지기
16 : 스크러버
17 : 굴뚝
18 : 배기 가스 온도 측정 장치
19 : 공기 공급팬
20 : 공기 가열기
21 : 혼합용 공기 라인
22 : 증발기
23 : 증기 터빈
24 : 발전기
25 : 응축기
27a : 주경로
27b : 바이패스 경로
28 : 분기점
29 : 제 1 유량 조정 밸브
30 : 제 2 유량 조정 밸브
31 : 열매유 펌프
32 : 열매유 온도 측정 장치
A1 : 연소 공기
A2 : 공기
EG : 배기 가스
HO : 열매유
M : 유기 작동 매체
S : 오니

Claims (5)

  1. 소각로와,
    상기 소각로로부터 배출되는 배기 가스가 유통하는 배기 가스 라인과,
    열매유를 열원으로 하여 발전하는 발전 장치와,
    상기 배기 가스와 상기 발전 장치에 공급되는 열매유를 열교환하는 제 1 열교환기와,
    상기 배기 가스 라인에 있어서 상기 제 1 열교환기와 병렬로 형성되어 상기 배기 가스와 상기 소각로에 공급되는 공기를 열교환하는 공기 예열기와,
    상기 제 1 열교환기 및 상기 공기 예열기에서 열교환된 상기 배기 가스로부터 고형 성분을 제거하는 집진 장치와,
    상기 배기 가스 라인에 있어서 상기 집진 장치의 상류측에 형성되고, 상기 제 1 열교환기 및 상기 공기 예열기에서 열교환된 상기 배기 가스와 상기 제 1 열교환기에 공급되는 상기 열매유 사이에서 열교환하는 제 2 열교환기를 갖는 폐열 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환기로부터 배출된 상기 배기 가스의 온도에 기초하여 상기 제 2 열교환기에서 열교환되는 열매유의 유량을 조정하는 제어 장치를 구비하고 있는 폐열 발전 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    열매유가 순환하는 열매유 순환 경로와,
    상기 열매유 순환 경로에 있어서 상기 제 2 열교환기의 상류측과 상기 제 2 열교환기의 하류측을 상기 제 2 열교환기를 우회하여 접속하는 바이패스 경로를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 바이패스 경로를 흐르는 열매유의 유량을 조정하는 폐열 발전 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기에서 열교환된 상기 열매유의 온도에 기초하여 상기 발전 장치에 공급되는 열매유의 유속을 조정하는 폐열 발전 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환기로부터 배출되어 상기 집진 장치를 통과한 상기 배기 가스에 의해 외기를 가열하여 굴뚝에 공급하는 백연 방지기를 구비하고 있는 폐열 발전 시스템.
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