特開 2022-170473 焼却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022170473

(43)【公開日】2022-11-10

(54)【発明の名称】焼却システム

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/04 20060101AFI20221102BHJP

   F01K 27/02 20060101ALI20221102BHJP

   F23G 5/46 20060101ALI20221102BHJP

   C02F 11/06 20060101ALI20221102BHJP

   C02F 11/13 20190101ALI20221102BHJP

【ＦＩ】

F23G5/04 D

F01K27/02 C

F23G5/04 A

F23G5/46 A

C02F11/06 B ZAB

C02F11/13

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021076623

(22)【出願日】2021-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】507214083

【氏名又は名称】メタウォーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094525

【弁理士】

【氏名又は名称】土井 健二

(74)【代理人】

【識別番号】100094514

【弁理士】

【氏名又は名称】林 恒徳

(72)【発明者】

【氏名】三島 俊一

(72)【発明者】

【氏名】河合 卓也

【テーマコード（参考）】

3G081

3K065

4D059

【Ｆターム（参考）】

3G081BC13

3K065AA11

3K065AB01

3K065AC02

3K065CA13

3K065JA05

3K065JA18

4D059AA00

4D059BB01

4D059BB13

4D059BB18

4D059BD01

4D059CA14

(57)【要約】

【課題】熱エネルギーのロスを低減させて発電量を増加させることが可能な焼却システムを提供する。
【解決手段】焼却炉と、焼却炉からの廃熱により直接加熱された第１熱媒の熱エネルギーにより発電する熱電併給システムと、直接加熱された第１熱媒の熱エネルギーにより被焼却物を乾燥して焼却炉に供給する乾燥機を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

焼却炉と、
前記焼却炉からの廃熱により直接加熱された第１熱媒の熱エネルギーにより発電する熱電併給システムと、
直接加熱された前記第１熱媒の熱エネルギーにより被焼却物を乾燥して前記焼却炉に供給する乾燥機を備えた、焼却システム。

【請求項2】

前記熱電併給システムは、
前記第１熱媒の熱エネルギーにより回転するタービンを有する発電機と、
前記タービンからの前記第１熱媒を凝縮する凝縮器と、を備えた、請求項１に記載の焼却システム。

【請求項3】

前記熱電併給システムは、前記焼却炉からの排ガスの熱エネルギーにより、他の熱媒を介在することなく前記第１熱媒を直接加熱して蒸発させる蒸発器を備え、
前記発電機は、前記蒸発器によって蒸発された前記第１熱媒によって前記タービンを回転させる、請求項２に記載の焼却システム。

【請求項4】

前記凝縮器は、前記タービンからの前記第１熱媒の熱エネルギーにより第２熱媒を加熱し、
前記乾燥機は、加熱された前記第２熱媒の熱エネルギーにより被焼却物を乾燥して前記焼却炉に供給する、請求項２に記載の焼却システム。

【請求項5】

前記熱電併給システムは、
前記第１熱媒の熱エネルギーにより回転するタービンを有する発電機を備え、
前記乾燥機は、前記タービンからの前記第１熱媒の熱エネルギーにより前記被焼却物を乾燥させることで、前記第１熱媒を凝縮する、請求項１に記載の焼却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、焼却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

汚泥等の被焼却物（以下、単に被焼却物とも呼ぶ）を焼却する焼却炉の排ガスは、８００～９００℃程度の高温の排ガスである。そのため、例えば、この高温の排ガスをボイラーに導いて水蒸気を発生させ、蒸気タービンにより発電機を回転させる廃熱発電を行う廃熱発電システムを備えた焼却システムが提案されている。

【0003】

そして、上記のような焼却システムでは、例えば、焼却前の被焼却物を乾燥する熱源として、廃熱発電システムから回収された熱エネルギーが利用される（特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－０００９８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のような焼却システムでは、例えば、廃熱発電に用いられる熱交換器を削減することにより、熱エネルギーのロスを低減させて発電量を増加させることが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための本発明における焼却システムは、焼却炉と、前記焼却炉からの廃熱により直接加熱された第１熱媒の熱エネルギーにより発電する熱電併給システムと、直接加熱された前記第１熱媒の熱エネルギーにより被焼却物を乾燥して前記焼却炉に供給する乾燥機を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明における焼却システムによれば、熱エネルギーのロスを低減させて発電量を増加させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１の実施の形態における焼却システム１００の構成例を説明する図である。

【図2】図２は、第２の実施の形態における焼却システム２００の構成例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【0010】

［第１の実施の形態における焼却システム１００］
初めに、第１の実施の形態における焼却システム１００について説明を行う。図１は、第１の実施の形態における焼却システム１００の構成例を説明する図である。なお、以下に示すライン（配管）やポンプ等の配置位置や数は、例示であり、これに限られるものではない。

【0011】

焼却システム１００は、図１に示すように、例えば、焼却炉１と、白煙防止空気予熱器３と、排煙処理塔４と、乾燥機５と、スクラバ６と、熱電併給システム１０とを有する。

【0012】

焼却炉１は、例えば、汚泥を焼却する流動焼却炉である。焼却炉１は、いわゆる流動層１ａを有する。また、焼却対象の汚泥は、脱水ケーキとも呼ばれる。以下、焼却炉１を流動焼却炉として説明を行う。

【0013】

具体的に、焼却炉１は、例えば、ラインＬ１１を介して燃焼用空気ファンＰ１から供給された空気を燃焼用空気として用いることにより、乾燥機５から供給された汚泥Ｓ（以下、乾燥汚泥Ｓとも呼ぶ）を焼却する。ラインＬ１１は、少なくとも燃焼用空気ファンＰ１と焼却炉１とを接続する配管である。そして、焼却炉１は、汚泥Ｓを焼却することによって発生した排ガスＧをラインＬ２に排出する。ラインＬ２は、少なくとも焼却炉１と熱電併給システム１０と白煙防止空気予熱器３と排煙処理塔４とを順に接続する配管である。

【0014】

熱電併給システム１０は、焼却炉１から排出された排ガスＧの熱エネルギーを回収して他のエネルギーに変換する機能を有し、例えば、蒸発器１１と、蒸気タービン１２と、発電機１３と、凝縮器１４とを有する。そして、熱電併給システム１０では、ラインＬ３２において作動媒体（図示せず）を循環させることによって、ランキンサイクルやカリーナサイクル等の熱サイクルを形成する。ラインＬ３２は、少なくとも蒸発器１１と蒸気タービン１２と凝縮器１４とを順に接続する配管であり、図示しない循環ポンプにより作動媒体がラインＬ３２を循環する。以下、熱電併給システム１０（ラインＬ３２）内を循環する作動媒体を第１熱媒とも呼ぶ。また、作動媒体は、作動流体とも呼ばれ、例えば、水より低沸点のフロン、代替フロン、アンモニアまたはアンモニアと水との混合流体等の低沸点媒体や、水より高沸点のオイル等の高沸点媒体である。なお、熱電併給システム１０は、例えば、ラインＬ３２において作動媒体を循環させる循環ポンプ（図示せず）を有するものであってよい。

【0015】

蒸発器１１は、焼却炉１からラインＬ２を介して排出された排ガスＧが有する熱エネルギーを用いることにより、作動媒体を蒸発させる。すなわち、本実施の形態における蒸発器１１は、焼却炉１から排出された排ガスＧを直接内部に導入することによって作動媒体を蒸発させる。

【0016】

蒸気タービン１２は、蒸発器１１によって生成された作動媒体の蒸気によって回転する。そして、蒸気タービン１２の回転軸に接続された発電機１３は、蒸気タービン１２の回転によって発電を行う。

【0017】

凝縮器１４は、例えば、ラインＬ３３を介して乾燥機５から供給された熱媒（図示せず）によって蒸気タービン１２から出力された気体状の作動媒体を凝縮する。ラインＬ３３は、少なくとも凝縮器１４と乾燥機５とを接続する配管であり、図示しない循環ポンプにより熱媒がラインＬ３３を循環する。そして、凝縮器１４は、例えば、凝縮した作動媒体を循環ポンプによって蒸発器１１に供給する。以下、ラインＬ３３を循環する熱媒を第２熱媒とも呼ぶ。

【0018】

すなわち、本実施の形態における焼却システム１００では、例えば、焼却炉１からラインＬ２を介して供給された排ガスＧと、熱電併給システム１０に熱エネルギーを供給するための流体との間において熱交換を行う熱交換器（以下、間接熱交換器とも呼ぶ）を用いない代わりに、焼却炉１から排出された排ガスＧを蒸発器１１に直接供給し、排ガスＧが有する熱エネルギーによって熱電併給システム１０における第１熱媒を直接加熱する。すなわち、蒸発器１１は、焼却炉１からの排ガスの熱エネルギーにより、他の熱媒を介在することなく第１熱媒を直接加熱して蒸発させている。換言すれば、本実施の形態における焼却システム１００では、排ガスＧの熱エネルギーを、間接熱交換器を介さずに、蒸発器１１で直接回収し、回収した熱エネルギーを第１熱媒に供給している。

【0019】

これにより、本実施の形態における焼却システム１００は、配置する熱交換器の数を抑えることが可能になり、熱交換器での熱交換による熱エネルギーのロスを低減することが可能になる。そのため、本実施の形態における焼却システム１００は、熱電併給システム１０における発電量を増加させることが可能になる。

【0020】

なお、熱電併給システム１０は、例えば、蒸発器１１、蒸気タービン１２、発電機１３及び凝縮器１４に加えて、再生器（図示せず）を有するものであってもよい。再生器は、例えば、蒸気タービン１２から出力された第１熱媒の蒸気と、凝縮器１４によって凝縮済の第１熱媒との熱交換を行い、凝縮器１４から供給された第１熱媒を加熱してから蒸発器１１に供給する。そして、凝縮器１４は、この場合、再生器から供給された第１熱媒の蒸気を液体状の第２熱媒によって凝縮する。

【0021】

白煙防止空気予熱器３は、熱電併給システム１０の後段に配置された熱交換器であり、例えば、蒸発器１１から供給された高温の排ガスＧが有する熱エネルギーを用いることによって、ラインＬ１２を介して白煙防止空気ファンＰ２から供給された空気を昇温して白煙防止空気Ａを生成する。白煙防止空気Ａは、煙突から放出される排ガスＧ中の水蒸気が白煙として見えることを防止するために用いられる加熱空気である。また、ラインＬ１２は、少なくとも白煙防止空気ファンＰ２と白煙防止空気予熱器３と排煙処理塔４（排煙処理塔４の煙突）とを順に接続する配管である。なお、白煙防止空気Ａの温度は、例えば、１００～２００℃程度である。また、白煙防止空気予熱器３を通過した排ガスＧの温度は、例えば、２００℃程度である。そして、白煙防止空気予熱器３は、焼却炉１から排出された排ガスＧを冷却し、ラインＬ２を介して冷却後の排ガスＧを排煙処理塔４に供給する。

【0022】

排煙処理塔４は、白煙防止空気予熱器３の後段に配置され、例えば、塔の下部から排ガスＧを導入する。そして、排煙処理塔４は、上部の散水ノズル（図示せず）から散水される水に接触させることによって、排ガスＧ中のＳＯ_ＸやＨＣｌ等の成分を水に含ませて除去する。また、排煙処理塔４の上部には、排煙処理塔４において洗浄された排ガスＧを大気に放出する煙突が配置される。

【0023】

誘引機Ｐ３は、例えば、焼却炉１から排出された排ガスＧを排煙処理塔４まで誘引するファンまたはブロアであり、排煙処理塔４において洗浄された排ガスＧを煙突に送出する。

【0024】

なお、本実施の形態における焼却システム１００は、例えば、白煙防止空気予熱器３と排煙処理塔４との間において、白煙防止空気予熱器３から供給される排ガスＧをさらに冷却する冷却塔（図示せず）を有するものであってもよい。また、本実施の形態における焼却システム１００は、例えば、白煙防止空気予熱器３と排煙処理塔４との間において、冷却塔から供給された排ガスＧのばいじんを除去（除塵）する集塵機（図示せず）を有するものであってもよい。

【0025】

乾燥機５は、例えば、水蒸気乾燥機であり、凝縮器１４から供給された気体状の第２熱媒が有する熱エネルギーを用いることにより、機内に投入された汚泥Ｓ（以下、脱水汚泥Ｓとも呼ぶ）を乾燥させる。そして、乾燥機５は、乾燥させた汚泥Ｓ（乾燥汚泥Ｓ）をラインＬ４に排出するとともに、汚泥Ｓの乾燥によって発生した空気をラインＬ１３に排出する。ラインＬ４は、少なくとも乾燥機５と焼却炉１とを接続する配管である。また、ラインＬ１３は、少なくとも乾燥機５とスクラバ６と焼却炉１とを順に接続する配管である。

【0026】

スクラバ６は、例えば、乾燥機５から供給された空気に含まれている水蒸気を除去する。そして、スクラバ６は、例えば、燃焼用空気ファンＰ４を用いることによって、水蒸気を除去した空気を燃焼用空気として焼却炉１に供給する。

【0027】

すなわち、水蒸気が十分に除去されてない空気が焼却炉１に供給されると、焼却炉１の温度を上げるための余分な熱が必要になる場合や、焼却炉１の後段（例えば、蒸発器１１）において十分に熱回収を行うことができない場合等が発生し得る。そのため、焼却システム１００では、スクラバ６において水蒸気を除去した空気を焼却炉１に供給する。

【0028】

また、焼却システム１００では、乾燥機５から供給された空気を燃焼用空気として焼却炉１において燃焼させることによって、乾燥機５から供給された空気についての脱臭処理を併せて行う。

【0029】

なお、上記の例では、乾燥機５が水蒸気乾燥機であり、乾燥機５と凝縮器１４との間（ラインＬ３３）を循環する第２熱媒が例えば水（水蒸気）である場合について説明を行ったが、これに限られない。具体的に、例えば、乾燥機５が熱媒油乾燥機であり、乾燥機５と凝縮器１４との間を熱媒油が循環するものであってもよい。

【0030】

［第２の実施の形態における焼却システム２００］
次に、第２の実施の形態における焼却システム２００について説明を行う。図２は、第２の実施の形態における焼却システム２００の構成例を説明する図である。なお、以下、第１の実施の形態における焼却システム１００と異なる点についてのみ説明を行う。

【0031】

焼却システム２００は、図２に示すように、例えば、焼却炉１と、白煙防止空気予熱器３と、排煙処理塔４と、乾燥機５と、スクラバ６と、熱電併給システム１０とを有する。

【0032】

本実施の形態における熱電併給システム１０は、焼却炉１から排出された排ガスＧの熱エネルギーを回収して他のエネルギーに変換する機能を有し、例えば、蒸発器１１と、蒸気タービン１２と、発電機１３とを有する。そして、本実施の形態における熱電併給システム１０は、ラインＬ３２において第１熱媒を循環させることによって、ランキンサイクルやカリーナサイクル等の熱サイクルを形成する。本実施の形態におけるラインＬ３２は、少なくとも蒸発器１１と蒸気タービン１２と乾燥機５とを順に接続する配管である。

【0033】

すなわち、本実施の形態における焼却システム２００では、熱電併給システム１０が凝縮器を有しない代わりに、乾燥機５に対して第１熱媒を直接供給することによって乾燥機５を凝縮器としても機能させる。

【0034】

これにより、本実施の形態における焼却システム２００では、配置する熱交換器の数をより抑えることが可能になり、熱交換器における熱交換による熱エネルギーのロスをより低減することが可能になる。そのため、本実施の形態における焼却システム２００では、熱電併給システム１０における発電量をより増加させることが可能になる。

【0035】

また、本実施の形態における焼却システム２００では、例えば、焼却システム１００において用いられる第２熱媒が不要になるため、第２熱媒の循環に要する電力を削減することが可能になる。

【0036】

なお、本実施の形態における焼却システム２００では、焼却システム１００の場合と同様に、乾燥機５として水蒸気乾燥機や熱媒油乾燥機を用いるものであってよい。そして、本実施の形態における焼却システム２００では、例えば、乾燥機５として水蒸気乾燥機を用いる場合、蒸発器１１として廃熱ボイラーを用いるものであってよく、ラインＬ３２を循環する第１熱媒として水を用いるものであってよい。

【0037】

以上説明した本発明では、焼却炉１から排出された排ガスＧを熱電併給システム１０（蒸発器１１）に直接供給し、排ガスＧが有する熱エネルギーによって第１熱媒を直接加熱することにより、熱交換器の数を抑えることが可能になる。そのため、本発明では、熱交換器における熱交換による熱エネルギーのロスを低減することが可能になり、熱電併給システム１０における発電量を増加させることが可能になる。

【0038】

さらに、本発明では、乾燥機５を凝縮器としても機能させることで、熱交換器の数をより抑えることが可能になり、熱電併給システム１０における発電量をより増加させることが可能になる。

【0039】

なお、乾燥機５は、熱風乾燥機やバンド乾燥機でもよい。乾燥機５が熱風乾燥機やバンド乾燥機の場合、乾燥機５に供給する乾燥用空気を吐出する乾燥用空気ファンと、熱交換器とを別途設ける。

【0040】

第１の実施の形態では、この熱交換器は、乾燥用空気ファンが吐出する乾燥用空気と第２熱媒とを熱交換して、乾燥用空気を昇温する。また、ラインＬ３３は、乾燥機５と熱電併給システム１０との間に第２熱媒が循環するのではなく、熱電併給システム１０とこの熱交換器との間に第２熱媒が循環するように配置される。

【0041】

第２の実施の形態では、この熱交換器は、乾燥用空気ファンが吐出する乾燥用空気と第１熱媒とを熱交換して、乾燥用空気を昇温する。また、ラインＬ３２は、少なくとも蒸発器１１と蒸気タービン１２と、別途設けられたこの熱交換器とを順に接続する配管であり、図示しない循環ポンプにより第１熱媒がラインＬ３２を循環する。

【0042】

乾燥機５は、昇温された乾燥用空気により汚泥を乾燥する。乾燥機５は、乾燥後の乾燥用空気の全部を焼却炉１に供給してもよいし、または、乾燥後の乾燥用空気の一部を焼却炉１に供給し、他の乾燥後の乾燥用空気を乾燥用空気ファンの１次側に供給してもよい。

【符号の説明】

【0043】

１：焼却炉 １ａ：流動層
３：白煙防止空気予熱器 ４：排熱処理塔
５：乾燥機 ６：スクラバ
１０：熱電併給システム １１：蒸発器
１２：蒸気タービン １３：発電機
１４：凝縮器 １００：焼却システム
２００：焼却システム Ａ：白煙防止空気
Ｇ：排ガス Ｌ２：ライン
Ｌ１１：ライン Ｌ１２：ライン
Ｌ１３：ライン Ｌ３２：ライン
Ｌ３３：ライン Ｐ１：燃焼用空気ファン
Ｐ２：白煙防止空気ファン Ｐ３：誘引機
Ｐ４：燃焼用空気ファン Ｓ：汚泥

【図1】

【図2】