(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥焼却炉から排出される高温の排ガスとの熱交換により加熱された空気を主熱源とするボイラと、このボイラにおいて発生した蒸気により駆動され動力を取り出す蒸気タービンと、この蒸気タービンを通過した蒸気により駆動され圧縮空気を発生させるスチームコンプレッサと、このスチームコンプレッサを通過した蒸気からさらに排熱を回収する熱交換器とを備えたことを特徴とする汚泥焼却プラントにおける蒸気利用システム。
【請求項２】
前記熱交換器が、白煙防止空気プレヒータまたは汚泥加熱用熱交換器であることを特徴とする請求項１記載の汚泥焼却プラントにおける蒸気利用システム。
【請求項３】
前記熱交換器が、白煙防止空気プレヒータまたは汚泥加熱用熱交換器の他に、復水器を備えたものであることを特徴とする請求項２記載の汚泥焼却プラントにおける蒸気利用システム。
【請求項４】
前記スチームコンプレッサが、蒸気により駆動されるスチームモータと、スチームモータにより駆動され空気を圧縮する圧縮機とを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の汚泥焼却プラントにおける蒸気利用システム。
【請求項５】
前記ボイラが、汚泥焼却炉から排出される高温の排ガスにより加熱された白煙防止用空気を加熱流体とするものであることを特徴とする請求項１記載の汚泥焼却プラントにおける蒸気利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥焼却プラントにおいて発生する蒸気の保有エネルギを無駄なく回収するための汚泥焼却プラントにおける蒸気利用システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、下水処理場から大量に発生する下水汚泥の多くは焼却炉で焼却処分されている。焼却炉の焼却温度は地球温暖化係数が大きい亜酸化窒素の発生を抑制する目的で約８５０℃に設定されているため、焼却炉からは約８５０℃の高温の排ガスが排出されている。この高温排ガスが保有する熱エネルギを回収するために、従来から特許文献１に示されるような、廃熱ボイラを使用した熱回収システムが採用されている。
【０００３】
図１は廃熱ボイラを使用した熱回収システムのより具体的な一例を示す図であり、流動式焼却炉から排出される高温の排ガスはまず流動空気予熱器で流動空気を加熱したうえ、廃熱ボイラに導かれて蒸気を発生させる。図１では発生した蒸気の一部は白煙防止器に導かれて白煙防止用空気を加熱し、残部は排ガス誘引ブロワを駆動したうえ、復水器により復水されて廃熱ボイラに循環する。一方、廃熱ボイラを通過した排ガスはセラミックフィルタなどの集塵装置に送られてダスト分を除去され、排煙処理塔でＳＯｘ等を除去されたうえで、白煙防止用空気とともに煙突から放出される。
【０００４】
この図１に示された熱回収システムにおいては、発生した蒸気の持つ熱エネルギは、白煙防止用空気の加熱へ利用され、圧力エネルギーは排ガス誘引ブロワの駆動に利用されている。しかしこれらの方法は、大部分が蒸気の持つエネルギの一部である圧力エネルギーを利用したもので、蒸気の持つエネルギ（熱エネルギと圧力エネルギ）の大部分は、復水器で水に戻され、温排水として系外に捨てられることが多かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２１３７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したように、従来は汚泥焼却炉に接続されたボイラにおいて発生した蒸気の持つエネルギは十分に活用されておらず、大部分が系外に捨てられており、系内で有効利用されることが少なかった。従って本発明の目的はこのような従来の問題点を解決し、蒸気の持つ熱エネルギを十分に回収して系内で有効利用することができる汚泥焼却プラントにおける蒸気利用システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するためになされた本発明の汚泥焼却プラントにおける蒸気利用システムは、汚泥焼却炉から排出される高温の排ガスとの熱交換により加熱された空気を主熱源とするボイラと、このボイラにおいて発生した蒸気により駆動され動力を取り出す蒸気タービンと、この蒸気タービンを通過した蒸気により駆動され圧縮空気を発生させるスチームコンプレッサと、このスチームコンプレッサを通過した蒸気からさらに排熱を回収する熱交換器とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
なお、前記熱交換器が白煙防止空気プレヒータまたは汚泥加熱用熱交換器であることが好ましく、また前記熱交換器が、白煙防止空気プレヒータまたは汚泥加熱用熱交換器の他に、復水器を備えたものであることが好ましい。
【０００９】
また、前記スチームコンプレッサが、蒸気により駆動されるスチームモータと、スチームモータにより駆動され空気を圧縮する圧縮機とを備えたものであることが好ましい。さらに前記ボイラが、汚泥焼却炉から排出される高温の排ガスにより加熱された白煙防止用空気を加熱流体とするものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の汚泥焼却プラントにおける蒸気利用システムによれば、汚泥焼却炉から排出される高温の排ガスとの熱交換により加熱された空気を主熱源とするボイラにおいて発生した蒸気の保有するエネルギを、高圧の段階では蒸気タービンにより動力として、中圧の段階ではスチームコンプレッサにより圧縮空気として、低圧の段階では排熱を回収する熱交換器によって熱エネルギとして、それぞれ回収することができる。このため蒸気の持つエネルギを圧力及び温度の両面から徹底的に回収し、系内で有効利用することが可能となる。
【００１１】
請求項２のように、排熱を回収する熱交換器として白煙防止空気プレヒータまたは汚泥加熱用熱交換器を用いれば、回収熱を汚泥焼却プラントの系内で有効利用することができる。また請求項３のように、白煙防止空気プレヒータまたは汚泥加熱用熱交換器の他に、復水器を備えたものとしておけば、蒸気を完全に復水させてボイラに戻すことができる。また請求項４のように、蒸気により駆動されるスチームモータと、スチームモータにより駆動され空気を圧縮する圧縮機とを備えたスチームコンプレッサを用いれば、蒸気の圧力を動力原として圧縮空気を得ることができる。さらに請求項５のように、ボイラの加熱流体として汚泥焼却炉から排出される高温の排ガスにより加熱された白煙防止用空気を用いれば、ボイラが排ガス中のダストにより閉塞するおそれがなく、また汚泥焼却を継続しつつボイラの点検作業を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】廃熱ボイラを使用した従来の熱回収システムの説明図である。
【図２】本発明の実施形態を示す説明図である。
【図３】スチームコンプレッサの概念的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図２において１は下水処理場に設置される汚泥焼却炉であり、例えば流動式焼却炉である。前記したようにこの汚泥焼却炉１からは約８５０℃の高温の排ガスが排出されるが、この高温の排ガスは、流動空気予熱器２で流動空気と熱交換が行われ、さらに白煙防止器３に導かれて白煙防止用空気との間で熱交換を行い、白煙防止用空気を例えば４００℃に加熱する。このように汚泥焼却炉１が流動式焼却炉である場合には、白煙防止器３の前段に流動空気予熱器２を配置し、高温に加熱された流動用空気を炉内に吹き込むことが好ましい。
【００１４】
白煙防止器３を通過した排ガスは、従来と同様にセラミックフィルタあるいはバグフィルタなどの集塵機４でダスト分を除去され、さらに排煙処理塔５でＳＯｘ等を除去されたうえで煙突６から排出される。このような排ガスの処理システム自体は従来と大きく変わるものではない。
【００１５】
白煙防止器３により約４００℃に加熱された白煙防止用空気は、ボイラ７に送られる。ボイラ７は白煙防止用空気を主熱源とし、例えば２００℃、１.５ＭＰａの高温高圧の蒸気を発生する。なおボイラ７を通過した約１7０℃の白煙防止用空気は煙突６に送られ、排煙処理塔５で冷やされた排ガスを加熱して白煙の発生を防止する。このように白煙防止用空気をボイラ７の加熱流体として用いれば、従来の廃熱ボイラとは異なり、ボイラ７が排ガス中のダストにより閉塞するおそれがない。またボイラ７が排ガス処理のメインラインとは別に設置されているので、ダンパ１８，１９，２０を操作することで、汚泥焼却を継続しつつボイラ７の点検作業を行なうことができる利点がある。
【００１６】
ボイラ７で発生した高温高圧の蒸気は、先ず蒸気タービン８に送られて動力に変換される。この動力を発電に利用することが一般的であるが、例えば下水処理場で使用される曝気用空気を得るためのブロワの補助動力として利用することもできる。このように、ボイラ７で発生した高温高圧の蒸気の圧力が動力に変換される。これが蒸気エネルギの第１の利用である。なお本発明で用いられる蒸気タービン８は背圧タービンであり、蒸気タービン８を通過した蒸気は例えば１６０℃、０.５ＭＰａの中圧蒸気である。また本実施形態では、ボイラ７で発生した蒸気で発電せず、蒸気タービン８の動力およびスチームコンプレッサにより圧縮空気に変換する方式である。このため、ボイラ７は、厚生労働省管轄のボイラとなり電力変換するボイラと比較して、ボイラの仕様や検査など設置の負担が大幅に軽減される効果もある。
【００１７】
この中圧蒸気は、次にスチームコンプレッサ９に送られる。スチームコンプレッサ９は、蒸気を駆動源として空気あるいは蒸気を加圧する装置であり、この実施形態では図３に示すように蒸気により駆動されるスチームモータ１０と、このスチームモータ１０により駆動され空気を圧縮する圧縮機１１（図２においてはターボ圧縮機１１）とを備えたものである。スチームモータ１０及び圧縮機１１はねじ式の回転羽根を備え、供給された蒸気はスチームモータ１０の内部を膨張しつつ進行しながら駆動用シャフト１２を駆動し、ターボ圧縮機１１はこの駆動用シャフト１２によりねじ式の回転羽根を回転させ、空気を圧縮する。このようにして中圧蒸気の持つ圧力はスチームコンプレッサ９から圧縮空気として取り出され、例えば汚泥焼却プラントの各種計装機器の空気源、集塵機の逆洗用空気源、焼却灰の輸送用空気源などとして利用することができる。これが蒸気エネルギの第２の利用である。なおこのような構造のスチームコンプレッサ９は、蒸気駆動エアコンプレッサとして市販されているものを使用することができる。
【００１８】
スチームコンプレッサ９を通過した蒸気は、例えば１１０℃、０．０５ＭＰａの低圧蒸気となる。本発明ではこの低圧蒸気の持つ熱エネルギから、さらに熱交換器により排熱を回収する。これが蒸気エネルギの第３の利用である。この排熱回収用の熱交換器としては様々な機器を使用できるが、図２では白煙防止空気プレヒータ１３と汚泥加熱用熱交換器１４である。白煙防止空気プレヒータ１３は前記した白煙防止器３に供給される空気を予熱する熱交換器である。また汚泥加熱用熱交換器１４は、汚泥焼却炉１に投入される下水汚泥を加熱し、脱水機での脱水時に低含水化するための装置である。これらの装置は汚泥焼却プラントにおいて用いられるものであり、かつ低圧蒸気の持つ熱エネルギを有効利用するのに適している。
【００１９】
このように、白煙防止空気プレヒータ１３により白煙防止器３に供給される空気を予熱するようにすれば、白煙防止器３において白煙防止用空気を加熱するに要する熱量が削減され、より多くのエネルギをボイラ７により回収できるようになる。また汚泥加熱用熱交換器１４により下水汚泥を加温し脱水することで汚泥焼却炉１に投入される汚泥の含水率を低下させれば、汚泥焼却炉１からさらに多量のエネルギを取り出すことが可能となる。
【００２０】
低圧蒸気はこれらの熱交換機器１３，１４を通過する間に冷却され、復水してボイラ７に戻される。しかし、蒸気量は汚泥焼却炉１の運転状況や汚泥処理量により異なるため、白煙防止空気プレヒータ１３と汚泥加熱用熱交換器１４の有効利用による復水だけでは、蒸気量の変動に対して、確実に復水させるのが難しい場合がある。このため実設備としては、蒸気量が変動した場合においても完全に復水が出来るように図２に示すような白煙防止空気プレヒータ１３や汚泥加熱用熱交換器１４の他に、復水器１５を備えておくことが好ましい。なお図２では復水器１５をこれらの熱交換器と並列に配置したが、直列に配置することも可能である。復水は給水ポンプ１６によりボイラ７に戻される。その温度は例えば１００℃未満、圧力は大気圧以下である。
【００２１】
以上に説明したように、本発明によれば蒸気の持つエネルギを圧力及び温度の両面から徹底的に回収することが可能となる。例えば下水汚泥処理規模：２５０ｔ／日の汚泥焼却プラントに本発明を適用した場合、蒸気タービン８によるブロワ動力のアシストすることにより約８０ｋＷ、スチームコンプレッサ９で圧縮空気を製造することにより約１５０ｋＷ、白煙防止空気プレヒータ１２で空気を予熱することにより約８００ｋＷのエネルギが回収できる。従って、全体として１０００ｋＷ以上のエネルギ回収が可能となる利点がある。
【符号の説明】
【００２２】
１  汚泥焼却炉
２  流動空気予熱器
３  白煙防止器
４  集塵機
５  排煙処理塔
６  煙突
７  ボイラ
８  蒸気タービン
９  スチームコンプレッサ
１０  スチームモータ
１１  ターボ圧縮機
１２  シャフト
１３  白煙防止空気プレヒータ
１４  汚泥加熱用熱交換器
１５  復水器
１６  ドレンタンク
１７  給水ポンプ
１８  ダンパ
１９  ダンパ
２０  ダンパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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