(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉または溶融炉から排出される高温排ガスを熱回収用の横置回転筒に導入し、この回転筒と熱交換容器との間で循環移動される粒状熱媒体を回転筒内で回転移動させつつ排ガスと直接接触させて熱回収し、この粒状熱媒体を熱交換容器に移送し過熱管を介して熱回収することを特徴とする焼却設備における熱回収方法。
【請求項２】
５００℃以上の高温排ガスを回転筒に導入し、粒状熱媒体を４００℃以上に加熱することを特徴とする請求項１記載の焼却設備における熱回収方法。
【請求項３】
粒状熱媒体に灰が溶融されて水冷され生成された水砕スラグを用い、８６０℃を越える高温に晒して結晶化することを特徴とする請求項１または２記載の焼却設備における熱回収方法。
【請求項４】
焼却炉または溶融炉の排ガスラインに配置され排ガスと粒状熱媒体とを直接接触させて排ガスの熱を回収する横置回転筒と、
前記粒状熱媒体から過熱管を介して熱回収する熱交換容器と、
前記横置回転筒と熱交換容器との間で粒状熱媒体を循環移動させる熱媒体循環ラインとを具備した
ことを特徴とする焼却設備における熱回収装置。
【請求項５】
熱分解ガス化焼却炉から生成される熱分解ガスを主熱源として燃焼させて焼却灰を過熱溶融する溶融炉の排ガスラインに配置され、排ガスと粒状熱媒体とを直接接触させて排ガスの熱を回収する横置回転筒と、
前記粒状熱媒体から過熱管を介して熱回収する熱交換容器と、
前記横置回転筒と熱交換容器との間で粒状熱媒体を循環移動させる熱媒体循環ラインとを具備し、
前記熱交換容器の過熱管の一部で高温に加熱した空気を溶融炉の燃焼室に供給する高温空気供給管を設けた
ことを特徴とする焼却設備における熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業廃棄物や都市ごみを焼却する焼却炉や焼却灰を溶融する溶融炉の排ガスから廃熱を高温状態で効率よく回収する焼却設備における熱回収方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ごみ焼却設備における廃熱の回収は、たとえば火格子式のごみ焼却炉であれば、ごみ焼却炉の燃焼室から排ガスダクトに至る通路内に、過熱器を配置して熱回収をおこなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ごみ焼却炉や灰溶融炉から排出される排ガスには、塩化水素等の腐食性ガスが含まれるため、加熱温度が３５０〜４００℃が限界となり、４００℃を越えると、過熱器の伝熱管の高温腐食が激しくなり、伝熱管の寿命が極めて短くなるという問題があった。このため、この３５０〜４００℃の蒸気を利用して発電を行う場合、蒸気タービンを効率よく駆動することができず、発電効率が約２０％程度と低い状態にあった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決して、高温の排ガスから効率よく高温で熱回収することができて高温の熱媒体を得ることができる焼却設備における熱回収方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１記載の焼却設備における熱回収方法は、焼却炉または溶融炉から排出される高温排ガスを熱回収用の横置回転筒に導入し、この回転筒と熱交換容器との間で循環移動される粒状熱媒体を回転筒内で回転移動させつつ排ガスと直接接触させて熱回収し、この粒状熱媒体を熱交換容器に移送し過熱管を介して熱回収するものである。
【０００６】
また請求項４記載の焼却設備における熱回収装置は、焼却炉または溶融炉の排ガスラインに配置され排ガスと粒状熱媒体とを直接接触させて排ガスの熱を回収する横置回転筒と、前記粒状熱媒体から過熱管を介して熱回収する熱交換容器と、前記横置回転筒と熱交換容器との間で粒状熱媒体を循環移動させる熱媒体循環ラインとを具備したものである。
【０００７】
上記構成によれば、横置回転筒内で、粒状熱媒体を旋回して攪拌しつつ高温の排ガスと直接接触させて熱回収するので、排ガスに同伴された飛灰の横置回転筒内面や粒状伝熱媒体への付着を防止することができ、効果的に熱回収できるとともに、装置の故障や伝熱媒体の性能低下もない。また、熱交換容器内でこの粒状熱媒体から過熱管を介して熱回収するので、排ガスが同伴されることもなく、過熱管が高温腐食することもない。さらにこの高温の蒸気を発電用タービンに供給することにより、高効率の発電が可能となる。
【０００８】
さらに、請求項５記載の焼却設備における熱回収装置は、熱分解ガス化焼却炉から生成される熱分解ガスを主熱源として燃焼させて焼却灰を過熱溶融する溶融炉の排ガスラインに配置され、排ガスと粒状熱媒体とを直接接触させて排ガスの熱を回収する横置回転筒と、前記粒状熱媒体から過熱管を介して熱回収する熱交換容器と、前記横置回転筒と熱交換容器との間で粒状熱媒体を循環移動させる熱媒体循環ラインとを具備し、前記熱交換容器の過熱管の一部で高温に加熱した用空気を溶融炉の燃焼室に供給する高温空気供給管を設けたものである。
【０００９】
上記構成によれば、請求項４記載の発明の効果に加えて、高温の空気を溶融室に導入することにより、熱分解ガスの熱量を効果的に補給することができて、灰の溶融に必要な加熱温度を確保することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るごみ焼却設備の第１の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００１１】
図１において、１は火格子式ごみ焼却炉で、ごみホッパー２からプッシャー３を介して投入されたごみは、火格子１ａ上で攪拌されつつ供給される燃焼空気により燃焼室１ｂ内で順次燃焼される。
【００１２】
ごみ焼却炉１の排ガスライン４には、上流側で粒状熱媒体を介して熱回収する本発明に係る高温部熱回収装置５と、下流側で通常の伝熱管６により熱回収する低温部熱回収装置７が設けられている。
【００１３】
高温部熱回収装置５は、排ガスライン４に配置され排ガスと粒状熱媒体とを直接接触させて排ガスの熱を回収する横置回転筒１１と粒状熱媒体から熱回収する熱交換容器１２と、横置回転筒１１と熱交換容器１２との間で粒状熱媒体を循環移動させる熱媒体循環ライン１３とを具備し、粒状熱媒体には粒径０．５〜数ｍｍの川砂が好適であるが、ここでは川砂に替えて、焼却設備で生成される粒径０．５〜数ｍｍの水砕スラグを再過熱して結晶化したもの、またはこの水砕スラグと珪砂や酸性ガス中和のための石灰などの混合物が使用される。この水砕スラグは、焼却灰を加熱溶融し水冷して生成したもので、非晶質のために強度が小さく利用用途が限られるが、図５に示すように、８６０℃以上に加熱して一定時間保持、または８６０℃以上に加熱累積時間が増すに従い、結晶化が進行して強度が増大するため、川砂に代わるコンクリートやアスファルトの骨材など多用途に十分使用することができる。
【００１４】
前記横置回転筒１１は、排ガス温度が５００〜１０００℃（好ましくは８００℃以上）の位置に配置されて図２に示すように円筒形に形成され、粒状熱媒体を攪拌しつつ排ガスの流れに抗して移送するために、その回転軸心ＣＬは排ガスライン４に沿ってほぼ水平の横置きに配置されるが、上流側下方に傾斜する粒状熱媒体の送り用勾配を有しており、複数の支持車輪１４を介して回転軸心ＣＬ回りに回転自在に支持されている。そして、横置回転筒１１の外周部に取付けられたリングギヤ１６と、このリングギヤ１６に噛み合う駆動ピニオン１７と、この駆動ピニオン１７を減速機を介して回転駆動する回転モータ１８とからなる回転装置１５により、所定方向に一定速度で回転駆動される。
【００１５】
これにより、横置回転筒１１内に下流側から供給された粒状熱媒体を攪拌しつつ上流側に送り、上流側から送られるくる高温の排ガスと直接接触させて熱を回収することができる。この時、排ガスに同伴された飛灰が横置回転筒１１の内面に付着してクリンカを形成しやすいが、横置回転筒１１が回転されて粒状熱媒体が内面に沿って移動することから、クリンカが付着形成されることもない。また粒状熱媒体への付着も防止できる。
【００１６】
前記熱交換容器１２は、横置回転筒１１の上流端（粒状熱媒体の出口側）下方に縦置き状に配置された断熱壁製の角筒状容器本体２１で構成され、内部に過熱蒸気を流送する複数の過熱管２２が配置され、過熱管２２は発電用蒸気タービンに接続されている。また図３に示すように、容器本体２１上端部の媒体供給管１２ａには、排ガスの同伴を防止する絞り部１２ｃの下部にオーバーフローする粒状熱媒体をバイパス管２３の入口が接続されている。さらに容器本体２１の底部には、図４に示すように、粒状熱媒体の流動化を促して過熱管２２との接触を促進するとともに、閉塞を防止するための流動化空気を供給する複数の分散空気ノズル２４が貫設され、さらに媒体排出管１２ｂに粒状熱媒体の流量を調整して過熱蒸気の温度を調整する媒体調整弁（ダンパー）２５が設けられている。
【００１７】
熱媒体循環ライン１３は、熱交換容器１２の媒体排出管１２ｂが接続された媒体循環管３１の上流端３１ａに、粒状熱媒体を補給する媒体補給ホッパー３２と補給弁３３が設けられている。また媒体補給ホッパー３２と媒体排出管１２ｂの接続部との間に、バイパス管２３の出口が接続されている。さらに媒体排出管１２ｂの接続部の下流側に、気送空気を吹き込む気送ノズル３４と、粒状熱媒体を排出する開閉弁付の媒体取出管３５が接続されている。媒体循環管３１の下流端には、媒体供給ホッパー３６と媒体供給弁（ダンパー）３７が介装されて媒体出口３１ｂが横置回転筒１１の下流側上部に開口されている。
【００１８】
低温部熱回収装置７は、横置回転筒１１の下流側の排ガス通路４１に複数の伝熱管６が配設されて蒸気を４００℃未満に加熱するように構成され、伝熱管６はは熱交換容器１２の過熱管２２に接続されている。
【００１９】
上記構成において、ごみ焼却炉で燃焼された後の排ガスは、排ガスライン４を通って排出され、途中で高温熱回収装置５の横置回転筒１１に導入される。すると、熱媒体循環ライン１３の媒体循環管３１から媒体供給ホッパー３６を介して横置回転筒１１に供給された粒状熱媒体が攪拌されつつ直接排ガスと接触して熱回収される。この時、横置回転筒１１は軸心ＣＬ回りに回転されて粒状熱媒体が内面に沿って移動されることから、排ガスに同伴された飛灰の付着によるクリンカの発生は未然に防止される。次いで排ガスは、低温熱回収装置７の排ガス通路４１で伝熱管６と接触して熱回収される。
【００２０】
横置回転筒１１内で加熱された粒状熱媒体は、横置回転筒１１の上流端から媒体供給管２１ａの絞り部２１ｃを介して熱交換容器１２内に供給され、伝熱管６から送られた蒸気が過熱管２２により加熱されて熱回収される。この時、分散空気ノズル２４から熱交換容器１２内に分散空気が供給されて粒状熱媒体を流動させ、熱回収を促進させるとともに、粒状熱媒体による閉塞を防止し、さらに熱交換容器１２内の圧力を横置回転筒１１内よりも高めて腐食性ガスが熱交換容器１２に同伴して侵入するのが防止されている。この高温部熱回収装置５により得られる蒸気温度は、媒体調節弁２５により粒状熱媒体の流量が制御されて約４５０〜５００℃となるように設定され、過熱後の蒸気は発電装置の蒸気タービンに供給されて効率よく発電される。この熱交換容器１２をオーバーフローした粒状熱媒体は、バイパス管２３を介して媒体循環管３１に送られる。
【００２１】
熱交換容器１２から排出された粒状熱媒体は、媒体循環管３１を介して循環され、再度横置回転筒１１に送られる。
上記実施の形態によれば、腐食性ガスが同伴しない熱交換容器１２内で、粒状熱媒体を過熱管２２に接触させて熱回収するので、過熱管２２の高温腐食無しに高温状態で熱回収が可能となり、高温蒸気により蒸気タービンを駆動して高効率の発電が可能となる。
【００２２】
また、排ガスと粒状熱媒体との接触を横置回転筒１１内で粒状熱媒体を攪拌しつつ行うので、効率良く熱回収することができ、排ガスに同伴された飛灰が横置き回転筒１１の内面に付着したり、粒状熱媒体に付着することがあっても、横置回転筒１１による旋回移動、攪拌よる粒状熱媒体の摩擦や相互接触によりこれをすぐに掻き落とすことができ、飛灰の堆積やクリンカの発生を未然に防止でき、また粒状熱媒体の蓄熱、伝熱性能を低下させることがない。
【００２３】
さらに熱交換容器１２には、分散空気ノズル２４から分散空気が供給されるので、粒状熱媒体の流動を促して過熱管２２との接触を促進させて熱回収を効率よく行うとともに閉塞を防止でき、さらに腐食性ガスの流入を防止することができる。またパイパス管２３と媒体調整弁２５とにより、オーバーフロー形式で熱交換容器１２への粒状熱媒体の流量を制御することにより、過熱管２２から一定温度の蒸気を取り出すことができる。
【００２４】
また、粒状熱媒体として、灰溶融炉で生成される水砕スラグを単体または混合して使用することにより、水砕スラグが結晶化して強度が高くなるため、使用後に取り出した水砕スラグは、再資源として有効利用が図ることができる。
【００２５】
図６は、熱分解ガス化焼却溶融設備に本発明に係る高温熱回収装置５を設けた他の実施の形態を示す。なお、従来と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
流動床式熱分解ガス化炉５１は、酸素不足の状態でごみを焼却することにより、未燃分を多量に含む熱分解ガスを生成し、この熱分解ガスを並設された灰溶融炉５２に供給して主熱源として利用するものである。この灰溶融炉５２により、熱分解ガス化炉５１から排出される焼却灰を加熱溶融して溶融スラグを生成し、焼却灰の減容化、無害化を図ることができる。
【００２７】
上記灰溶融炉５２の溶融室５３には、熱分解ガス化炉５１から熱分解ガス通路５４を介して熱分解ガスが送られて燃焼されるが、灰を溶融するには約１４００℃前後に加熱する必要があるため、熱分解ガスの熱量だけでは不足し、その熱量を補助するために助燃バーナー５５と高温空気供給管５６が設けられている。
【００２８】
すなわち、高温部熱回収装置５の過熱管２２の一部に過熱空気管２２ａが設けられるとともに、低温部熱回収装置７の伝熱管６の一部に伝熱空気管６ａが配設されており、空気ブロア５７からの燃焼用空気を伝熱空気管６ａを介して低温部熱回収装置７で予熱した後、さらに高温部熱回収装置５の過熱空気管２２ａでさらに高温に加熱し、これを高温空気供給管５６から溶融室５３に供給するように構成されている。
【００２９】
上記他の実施の形態によれば、先の実施の形態と同様な効果を奏するとともに、灰溶融炉の排ガスは高温で、かつ付着してクリンカを形成しやすい飛灰を多く含むが、高温部熱回収装置５を使用することにより、飛灰の悪影響を無くして効率よく高温の熱回収を行い、これにより高温の燃焼空気を生成して溶融室５３に供給することで、熱分解ガスの熱量不足を効率よく補うことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１または４記載の発明によれば、横置回転筒内で、粒状熱媒体を旋回して攪拌しつつ高温の排ガスと直接接触させて熱回収するので、排ガスに同伴された飛灰の横置回転筒内面や粒状伝熱媒体への付着を防止することができ、効果的に熱回収できるとともに、装置の故障や伝熱媒体の性能低下もない。また、熱交換容器内でこの粒状熱媒体から過熱管を介して熱回収するので、排ガスが同伴されることもなく、過熱管が高温腐食することもない。さらにこの高温の蒸気を発電用タービンに供給することにより、高効率の発電
が可能となる。
【００３１】
また、請求項３記載の発明によれば、粒状伝熱媒体として水砕スラグを使用し、高温に晒すことで結晶化を促進させて強度を高めることができ、取り出し後の結晶化スラグをコンクリートやアスファルトの骨材として再利用の用途を広げることができる。
【００３２】
さらに請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明の効果に加えて、高温の空気を溶融室に導入することにより、熱分解ガスの熱量を効果的に補給することができて、灰の溶融に必要な加熱温度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る焼却炉設備の実施の形態を示す構成図である。
【図２】同高温部熱回収装置の横置回転筒の横断面図である。
【図３】同高温部熱回収装置の熱交換容器上部の縦断面図である。
【図４】同高温部熱回収装置の熱交換容器下部の縦断面図である。
【図５】同高温部熱回収装置に粒状熱媒体に使用する水砕スラグの再加熱温度と結晶化の関係を示すグラフである。
【図６】本発明に係る他の焼却炉設備の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１    ごみ焼却炉
４    排ガスライン
５    高温部熱回収装置
７    低温部熱回収装置
１１    横置回転筒
１２    熱交換容器
１３    熱媒体循環ライン
１５    回転装置
２１    容器本体
２２    過熱管
２３    パイパス管
２４    分散空気ノズル
２５    媒体調整弁
３１    媒体循環管
５１    熱分解ガス化炉
５２    灰溶融炉
５３    溶融室
５５    助燃バーナー
５６    高温空気供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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