(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉からの燃焼排ガス（Ｇ）を処理する集塵装置（３）の下流側に設置される蓄熱式過熱炉（１）と、蓄熱式過熱炉（１）へ外気（Ａ）と集塵装置（３）を経た燃焼排ガス（Ｇ）とを夫々単独で供給し得る気体供給機構（２）とから構成した蓄熱式過熱装置であって、前記蓄熱式過熱炉（１）は、固体蓄熱体により形成され、外気（Ａ）若しくは燃焼排ガス（Ｇ）が通過し得る複数の蓄熱槽（５１  ），…と、各蓄熱槽（５１  ），…を通過した外気（Ａ）若しくは燃焼排ガス（Ｇ）が導入される燃焼室（６）と、燃焼室（６）に配設され、ボイラ蒸気（Ｓ）が導入される過熱管（７）と、燃焼室（６）に配設され、過熱管（７）及び燃焼排ガス（Ｇ）を加熱するバーナ（８）とから成り、又、前記気体供給機構（２）は、外気（Ａ）若しくは燃焼排ガス（Ｇ）を蓄熱式過熱炉（１）の一部の蓄熱槽と残りの蓄熱槽とへ夫々交互に供給し得ると共に、燃焼室（６）内へ導入された外気（Ａ）若しくは燃焼排ガス（Ｇ）を外気（Ａ）若しくは燃焼排ガス（Ｇ）が供給されていない蓄熱槽から排出し得るように構成されていることを特徴とする蓄熱式過熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみや産業廃棄物等のごみを処理する焼却炉からの燃焼排ガスを焼却炉に付設したボイラへ導いてボイラ蒸気を発生させ、このボイラ蒸気により蒸気タービンを駆動して発電を行うようにしたごみ焼却発電プラントに設置される蓄熱式過熱装置であって、特に、燃焼排ガスを処理する集塵装置の下流側に設置され、発電効率を高める為に集塵装置から排出された燃焼排ガスを蓄熱槽及びバーナを利用して加熱し、この加熱された燃焼排ガス及びバーナ燃焼によりボイラ蒸気を過熱すると共に、燃焼排ガス中のダイオキシン類を熱分解するようにした蓄熱式過熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、都市ごみや産業廃棄物等のごみを焼却処理し、その焼却廃熱を発電に利用するようにしたごみ焼却発電プラントとしては、都市ごみや産業廃棄物等のごみをごみ焼却炉により燃焼させると共に、燃焼により発生した燃焼排ガスをボイラへ導いてボイラ蒸気を発生させ、更に燃焼排ガスをエコノマイザーへ導いて熱回収すると共に、ボイラ蒸気を過熱器により過熱し、この過熱蒸気を蒸気タービンへ供給して発電させるようにしたものが知られている。
【０００３】
このごみ焼却発電プラントに於いては、蒸気タービン発電装置の発電効率を高める為、ごみ焼却炉から排出される燃焼排ガスの排出経路の高温部（ごみ焼却炉の燃焼室の出口側部分）に過熱器の過熱管を設置し、過熱管内を流れるボイラ蒸気を高温の燃焼排ガスにより過熱するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃焼排ガス中には、ＨＣｌやＣｌ２  等の腐食性ガスや低融点のダスト等が含まれている。その為、上述したように過熱器の過熱管を燃焼排ガスの排出経路の高温部に設置した場合、過熱管が燃焼排ガス中の腐食性ガスやダスト等の影響を諸に受け、過熱管の腐食が急激に進行することになる。即ち、過熱管に高温腐食現象が生じることになる。この高温腐食現象は、過熱管の管壁の温度が３２０℃を越えた場合に著しく生じる。
【０００５】
従って、従来のごみ焼却発電プラントに於いては、過熱管の高温腐食を避ける為、過熱管の表面温度が３２０℃以下になるように、過熱蒸気温度を３００℃程度に低く抑えておかざるを得なかった。その結果、どうしても発電効率を大幅に向上させることができなかった。
【０００６】
一方、上述した方法以外にボイラ蒸気を３００℃以上に過熱する方法として、過熱炉をごみ焼却炉から独立して設け、この過熱炉に設けたバーナでボイラ蒸気を過熱したり、或いはガスタービンから排出される高温の排ガスでボイラ蒸気を過熱したりする方法等があるが、何れも燃料消費量が多かったり、設備費が高価であったりして、採用された実績が極めて少ない。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、過熱管に腐食を生じさせることなく、少量のバーナ燃焼量でボイラ蒸気を過熱することができ、然も、燃焼排ガスに含まれているダイオキシン類を分解除去できるようにした蓄熱式過熱装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、本発明の蓄熱式過熱装置は、焼却炉からの燃焼排ガスを処理する集塵装置の下流側に設置される蓄熱式過熱炉と、蓄熱式過熱炉へ外気と集塵装置を経た燃焼排ガスとを夫々単独で供給し得る気体供給機構とから構成されて居り、前記蓄熱式過熱炉は、固体蓄熱体により形成され、外気若しくは燃焼排ガスが通過し得る複数の蓄熱槽と、各蓄熱槽を通過した外気若しくは燃焼排ガスが導入される燃焼室と、燃焼室に配設され、ボイラ蒸気が導入される過熱管と、燃焼室に配設され、過熱管及び燃焼排ガスを加熱するバーナとから成り、又、前記気体供給機構は、外気若しくは燃焼排ガスを蓄熱式過熱炉の一部の蓄熱槽と残りの蓄熱槽とへ夫々交互に供給し得ると共に、燃焼室内へ導入された外気若しくは燃焼排ガスを外気若しくは燃焼排ガスが供給されていない蓄熱槽から排出し得るように構成したことに特徴がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る蓄熱式過熱装置の一例を示すものであって、当該蓄熱式過熱装置は、蓄熱式過熱炉１及び気体供給機構２から成り、都市ごみや産業廃棄物等のごみを処理する焼却炉からの燃焼排ガスＧを焼却炉に付設したボイラへ導いてボイラ蒸気Ｓを発生させ、このボイラ蒸気Ｓにより蒸気タービンを駆動して発電を行うようにしたごみ焼却発電プラントに設置されている。
【００１０】
即ち、この蓄熱式過熱装置は、焼却炉からの燃焼排ガスＧを処理する集塵装置３の下流側に設置され、集塵装置３からの低温（１８０℃）の燃焼排ガスＧを約７５０℃〜１０００℃に昇温する蓄熱式過熱炉１と、蓄熱式過熱炉１へ外気Ａ（空気）と集塵装置３を経た燃焼排ガスＧとを夫々単独で供給し得る気体供給機構２とから構成されて居り、集塵装置３を通過した燃焼排ガスＧを蓄熱式過熱炉１の蓄熱槽５１  ，５２  及びバーナ８により加熱し、この加熱された燃焼排ガス及びバーナ８の燃焼によりボイラ蒸気Ｓを過熱すると共に、燃焼排ガスＧ中のダイオキシン類を熱分解するようにしたものである。
【００１１】
尚、ごみ焼却発電プラントは、図示していないが、ごみ焼却炉（ストーカ式焼却炉若しくは流動床式焼却炉等）、ボイラ、蒸気タービン発電装置（蒸気タービン及び発電機等から成る）、エコノマイザ、水噴射急冷反応塔、集塵装置３及び煙突等から構成されている。
【００１２】
又、集塵装置３には、塩化水素、硫黄酸化物、ダスト、重金属等を効率良く除去できる半乾式の集塵装置３が使用されている。この集塵装置３は、反応塔とバグフィルターを組み合わせたものであり、反応塔内へ石灰スラリを吹き込むことによりバグフィルターの表面に石灰層を形成し、ここを塩化水素やダスト等が通過する際に石灰層に塩化水素等を吸収させるようにしたものである。
【００１３】
前記蓄熱式過熱炉１は、鋼板等により形成され、外表面が断熱材（図示省略）で覆われたケーシング本体４と、ケーシング本体４内の下部位置に隣接して形成され、外気Ａ若しくは燃焼排ガスＧが通過し得る二つの蓄熱槽５１  ，５２  と、ケーシング本体４内の上部位置に形成され、蓄熱槽５１  ，５２  を通過した外気Ａ若しくは燃焼排ガスＧが導入される燃焼室６と、燃焼室６内に配設され、ボイラ蒸気Ｓが流れる過熱管７と、燃焼室６に配設され、過熱管７及び燃焼排ガスＧを加熱するバーナ８（オイルバーナ若しくはガスバーナ）とから構成されて居り、集塵装置３の下流側に設置されている。尚、この蓄熱式過熱炉１の温度効率は、９５％である。
【００１４】
又、蓄熱式過熱炉１の両蓄熱槽５１  ，５２  は、ケーシング本体４内の下部位置にセラミックや石、金属等の固体蓄熱体を充填することにより形成されている。この実施の形態では、固体蓄熱体には、アルミナやコーディエライト等のセラミック製で且つハニカム構造の固体蓄熱体が使用されている。
【００１５】
更に、燃焼室６に配設された過熱管７の一端部は、ヘッダー９ａ及びボイラ蒸気供給管１０を介してボイラに接続され、又、過熱管７の他端部は、ヘッダー９ｂ及び過熱蒸気供給管１１を介して蒸気タービン発電装置の蒸気タービンに接続されている。
【００１６】
一方、前記気体供給機構２は、蓄熱式過熱炉１及び集塵装置３等に夫々接続されて居り、外気Ａ若しくは燃焼排ガスＧを蓄熱式過熱炉１の二つの蓄熱槽５１  ，５２  へ夫々交互に供給し得ると共に、燃焼室６内へ導入された外気Ａ若しくは燃焼排ガスＧを外気Ａ若しくは燃焼排ガスＧが供給されていない蓄熱槽５１  ，５２  から排出し得るように構成されている。
【００１７】
具体的には、気体供給機構２は、一端部が集塵装置３に接続されると共に他端部が蓄熱式過熱炉１の一方（左側）の蓄熱槽５１  （以下第１の蓄熱槽５１  と云う）に接続される第１導管１２と、一端部が蓄熱式過熱炉１の他方（右側）の蓄熱槽５２  （以下第２の蓄熱槽５２  と云う）に接続される第２導管１３と、第２導管１３の他端部に接続されて煙突に接続される排気ファン１４と、第１導管１２に介設される第１ダンパ１５と、第２導管１３に介設される第２ダンパ１６と、一端部が第１導管１２の第１ダンパ１５よりも上流側部分に分岐状に接続されると共に他端部が第２導管１３の第２ダンパ１６よりも上流側部分に分岐状に接続される第３導管１７と、一端部が第１導管１２の第１ダンパ１５よりも下流側部分に分岐状に接続されると共に他端部が第２導管１３の第２ダンパ１６よりも下流側部分に分岐状に接続される第４導管１８と、第３導管１７に介設される第３ダンパ１９と、第４導管１８に介設される第４ダンパ２０と、一端部が第１導管１２の第３導管１７が接続された部分よりも上流側部分に接続されると共に他端部が外気Ａに開放された外気用導管２１と、第１導管１２の外気用導管２１が接続された部分よりも上流側に介設される外気切換え用第１ダンパ２２と、外気用導管２１に介設される外気切換え用第２ダンパ２３とから構成されている。
【００１８】
そして、気体供給機構２の各ダンパ（第１ダンパ１５〜第４ダンパ２０、外気切換え用第１ダンパ２２、外気切換え用第２ダンパ２３）は、モータやシリンダ等から成る駆動装置（図示省略）を制御装置（図示省略）で駆動制御することによって開閉制御されている。この実施の形態では、各ダンパ１５，１６，１９，２０，２２，２３は、外気Ａ若しくは集塵装置３からの燃焼排ガスＧを第１の蓄熱槽５１  と第２の蓄熱槽５２  とへ夫々交互に供給できると共に、燃焼室６内へ導入された外気Ａ若しくは燃焼排ガスＧを外気Ａ若しくは燃焼排ガスＧが供給されていない蓄熱槽５１  ，５２  から排出できるように、駆動装置及び制御装置によって夫々開閉制御されている。
【００１９】
次に、前記蓄熱式過熱装置を運転する場合について説明する。
先ず、蓄熱式過熱装置の起動準備として、ボイラで発生したボイラ蒸気Ｓを過熱管７を通しながら蓄熱式過熱炉１の両蓄熱槽５１  ，５２  の固体蓄熱体をバーナ８により加熱し、固体蓄熱体へ蓄熱する。
【００２０】
即ち、第１ダンパ１５、第２ダンパ１６及び外気切換え用第２ダンパ２３を夫々開くと共に、第３ダンパ１９、第４ダンパ２０及び外気切換え用第１ダンパ２２を夫々閉じ、この状態で排気ファン１４を運転してバーナ８を作動させる。
そうすると、外気Ａ（空気）は、外気用導管２１及び第１導管１２の一部分を経て第１の蓄熱槽５１  へ流入し、この蓄熱槽５１  を通過する間に固体蓄熱体により予熱されて燃焼室６内に流入し、ここでバーナ８により加熱された後、第２の蓄熱槽５２  へ流入してここを通過する間に固体蓄熱体へ熱を与え、冷却された状態で第２導管１３及び排気ファン１４を経て煙突から大気中へ放出される。
【００２１】
そして、約２分後に第１ダンパ１５〜第４ダンパ２０を夫々切り換え、外気Ａが導入される蓄熱槽を第１の蓄熱槽５１  から第２の蓄熱槽５２  へ切り換える。
【００２２】
即ち、第１ダンパ１５及び第２ダンパ１６夫々閉じると共に、第３ダンパ１９及び第４ダンパ２０を夫々開く。
そうすると、外気Ａは、外気用導管２１、第１導管１２の一部分、第３導管１７及び第２導管１３の一部分を経て第２の蓄熱槽５２  へ流入し、この蓄熱槽５２  を通過する間に固体蓄熱体により予熱されて燃焼室６内に流入し、ここでバーナ８により加熱された後、第１の蓄熱槽５１  へ流入してここを通過する間に固体蓄熱体へ熱を与え、冷却された状態で第１導管１２の一部分、第４導管１８、第２導管１３の一部分及び排気ファン１４を経て煙突から大気中へ放出される。
【００２３】
以下同様にして、上記の動作を約２時間程繰り返して行い、各蓄熱槽５１  ，５２  の固体蓄熱体の上部の温度が約８００℃になるまで固体蓄熱体を加熱する。
【００２４】
このようにして、両蓄熱槽５１  ，５２  の固体蓄熱体の上部の温度が所定の温度にまで加熱されたら、外気切換え用第１ダンパ２２を開くと共に、外気切換え用第２ダンパ２３を閉じ、各導管１２，１３，１７，１８内を流れている外気Ａを集塵装置３からの燃焼排ガスＧに切り換え、集塵装置３から排出された燃焼排ガスＧを蓄熱式過熱炉１へ導き、蓄熱式加熱装置を通常の運転に切り換える。
【００２５】
即ち、第１ダンパ１５及び第２ダンパ１６を夫々開くと共に、第３ダンパ１９及び第４ダンパ２０を夫々閉じる。
そうすると、集塵装置３から排出された約１８０℃の燃焼排ガスＧは、第１導管１２を経て第１の蓄熱槽５１  へ流入し、ここを通過する間に高温になっている固体蓄熱体により予熱されて燃焼室６内へ流入する。
【００２６】
燃焼室６へ流入した燃焼排ガスＧは、引き続きバーナ８により加熱されて約８５０℃の高温の燃焼排ガスＧとなり、過熱管７を加熱して過熱管７内を流れているボイラ蒸気Ｓを過熱する。このとき、燃焼室６に流入した燃焼排ガスＧは、集塵装置３を経て塩化水素、硫黄酸化物、ダスト等が除去されている為、過熱管７に直接接触しても過熱管７に高温腐食を生じさせることがない。又、燃焼室６へ流入した燃焼排ガスＧは、バーナ８により約８５０℃に加熱される為、燃焼排ガスＧ中のダイオキシン類は熱分解されることになる。
【００２７】
燃焼室６で浄化された燃焼排ガスＧは、引き続き第２の蓄熱槽５２  へ流入し、ここを通過する間に固体蓄熱体へ熱を与えて約２２０℃に急冷された後、第２導管１３及び排気ファン１４を経て煙突から大気中へ放出される。このとき、燃焼排ガスＧは、第２の蓄熱槽５２  を通過する間に約２２０℃に急冷されてダイオキシンの生成温度以下になる為、ダイオキシン類の再合成は防止されることになる。
【００２８】
そして、上述した状態で蓄熱式過熱装置を約２分間運転したら、その後第１ダンパ１５〜第４ダンパ２０を夫々切り換え、燃焼排ガスＧが導入される蓄熱槽を第１の蓄熱槽５１  から第２の蓄熱槽５２  へ切り換える。
【００２９】
即ち、第１ダンパ１５及び第２ダンパ１６を夫々閉じる共に、第３ダンパ１９及び第４ダンパ２０を夫々開く。
そうすると、集塵装置３から排出された約１８０℃の燃焼排ガスＧは、第１導管１２の一部分、第３導管１７及び第２導管１３の一部分を経て第２の蓄熱槽５２  へ流入し、ここを通過する間に高温になっている固体蓄熱体により予熱されて燃焼室６内へ流入する。
【００３０】
燃焼室６へ流入した燃焼排ガスＧは、引き続きバーナ８により加熱されて約８５０℃の高温の燃焼排ガスＧとなり、過熱管７を加熱して過熱管７内を流れているボイラ蒸気Ｓを過熱する。このとき、燃焼室６に流入した燃焼排ガスＧは、集塵装置３を経て塩化水素、硫黄酸化物、ダスト等が除去されている為、過熱管７に直接接触しても過熱管７に高温腐食を生じさせることがない。又、燃焼室６へ流入した燃焼排ガスＧは、バーナ８により約８５０℃に加熱される為、燃焼排ガスＧ中のダイオキシン類は熱分解されることになる。
【００３１】
燃焼室６で浄化された燃焼排ガスＧは、引き続き第１の蓄熱槽５１  へ流入し、ここを通過する間に固体蓄熱体へ熱を与えて約２２０℃に急冷された後、第１導管１２の一部分、第４導管１８、第２導管１３の一部分及び排気ファン１４を経て煙突から大気中へ放出される。このとき、燃焼排ガスＧは、第１の蓄熱槽５１  を通過する間に約２２０℃に急冷されてダイオキシンの生成温度以下になる為、ダイオキシン類の再合成は防止されることになる。
【００３２】
一方、ボイラ蒸気供給管１０から過熱管７へ供給されている約２７０℃のボイラ蒸気Ｓは、バーナ８の燃焼及び塩化水素、硫黄酸化物、ダスト等が除去された燃焼排ガスＧにより過熱されて４５０℃の過熱蒸気Ｓ１  となった後、過熱蒸気供給管１１から蒸気タービンへ供給されて発電を行うようになっている。従って、過熱管７に高温腐食の問題を生じることがなく、高温・高圧蒸気を得ることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
【００３３】
以下同様にして、一定時間毎（約２分間毎）に第１ダンパ１５及び第２ダンパ１６と、第３ダンパ１９及び第４ダンパ２０とを交互に切り換え操作し、集塵装置３からの燃焼排ガスＧを第１の蓄熱槽５１  と第２の蓄熱槽５２  へ交互に供給して行き、蓄熱式過熱装置の運転を継続する。
【００３４】
上記蓄熱式過熱装置の燃料消費量は、過熱管７を加熱して２７０℃のボイラ蒸気Ｓを４５０℃の過熱蒸気Ｓ１  にする為に必要な燃料量と燃焼排ガスＧを８５０℃−８００℃＝５０℃加熱するのに必要な燃料量の合計である。
又、この蓄熱式過熱装置を用いると、ダイオキシン類濃度は、約０．５ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ３  （Ｏ２  ＝１２％換算）を０．１ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ３  以下に低減することができた。
更に、この蓄熱式過熱装置は、蓄熱槽がない直燃式の蒸気過熱炉と比較した場合、２７０℃のボイラ蒸気Ｓを４５０℃の過熱蒸気Ｓ１  にする為に必要な燃料量は同じであるが、燃焼排ガスＧを加熱するのに必要な燃料量は蓄熱槽がない直燃式の蒸気過熱炉の約１３分の１となる。即ち、この蓄熱式過熱装置は、燃料使用量が大幅に少ない。
その上、この蓄熱式過熱装置は、蓄熱式過熱炉１から排出される燃焼排ガスＧを約２２０℃にし、集塵装置３から排出される燃焼排ガスＧの温度（約１８０℃）よりも約４０℃高くしている為、煙突からの白煙を防止することができた。
【００３５】
上記実施の形態に於いては、蓄熱式過熱炉１に蓄熱槽５１  ，５２  を二つ形成するようにしたが、他の実施の形態に於いては、蓄熱式過熱炉１に三つ以上の蓄熱槽を形成するようにしても良い。
【００３６】
上記実施の形態に於いては、両蓄熱槽５１  ，５２  を形成する固体蓄熱体にセラミック製で且つハニカム構造のものを使用したが、固体蓄熱体は熱容量の大きな材質のものであれば如何なるものであっても良い。例えば、固体蓄熱体に金属製のものや石製のものを使用しても良く、又、材質の異なるものを組み合わせて使用するようにしても良い。
【００３７】
上記実施の形態に於いては、気体供給機構２の各導管１２，１３，１７，１８，２１にダンパ１５，１６，１９，２０，２２，２３を介設するようにしたが、他の実施の形態に於いては、各ダンパ１５，１６，１９，２０，２２，２３に替えて回転式の切換え弁（図示省略）を気体供給機構２の各導管１２，１３，１７，１８，２１に介設するようにしても良い。
【００３８】
上記実施の形態に於いては、排気ファン１４により外気Ａや燃焼排ガスＧを吸引し、これらを蓄熱式過熱炉１へ供給するようにしたが、他の実施の形態に於いては、蓄熱式過熱炉１の上流側に押込ファン（図示省略）を設け、外気Ａや燃焼排ガスＧを押込ファンにより蓄熱式過熱炉１へ供給するようにしても良い。
【００３９】
上記実施の形態に於いては、外気Ａの供給・排出ラインと燃焼排ガスＧの供給・排出ラインとを一部共用させたが、他の実施の形態に於いては、外気Ａの供給・排出ラインと燃焼排ガスＧの供給・排出ラインとを夫々独立して設けるようにしても良い。
【００４０】
【発明の効果】
上述の通り、本発明の蓄熱式過熱装置は、集塵装置から排出された塩化水素、ダスト等を除去済みの燃焼排ガスを、蓄熱槽、燃焼室、過熱管及びバーナを備えた蓄熱式過熱炉へ導いて蓄熱槽及びバーナにより加熱し、この加熱された燃焼排ガスとバーナにより過熱管を加熱する構成としている。
即ち、この蓄熱過熱装置は、塩化水素やダスト等が除去された高温の燃焼排ガスで過熱管を過熱するようにしている為、過熱管に高温腐食を生じさせることなく、高温・高圧の過熱蒸気を得ることができ、発電効率を大幅に向上させることができる。
又、燃焼排ガスを蓄熱槽により予熱してからバーナにより加熱するようにしている為、バーナの燃料消費量を大幅に低減させることができ、少量のバーナ燃焼量で過熱蒸気を得ることができる。
更に、燃焼室で燃焼排ガスを加熱している為、燃焼排ガス中のダイオキシン類を熱分解することができ、ダイオキシン類を大幅に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る蓄熱式過熱装置の概略系統図である。
【符号の説明】
１は蓄熱式過熱装置、２は蓄熱式過熱炉、３は集塵装置、５１  ，５２  は蓄熱槽、６は燃焼室、７は過熱管、８はバーナ、Ａは外気、Ｇは燃焼排ガス、８はボイラ蒸気。
【図１】
0003630542.tif 000002