(57)【要約】【課題】紙類、木類等の廃棄物を焼却する小容量焼却炉の排熱を回収して発電する経済的なシステムを提供する。【解決手段】内面が耐火断熱材で覆われた焼却炉内で廃棄物を燃焼し、貫流伝熱管の外表面上を廃棄物燃焼ガスが流れ、この貫流伝熱管内部に水を注入して蒸気を発生させて廃棄物燃焼ガスの熱を回収し、発生蒸気の熱エネルギーで蒸気機関を駆動させ、この蒸気機関に連動する発電機を回転させて発電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面が耐火材又は耐火断熱材で覆われた焼却炉、貫流伝熱管を有する蒸気発生器、集塵機、誘引通風機、ピストンが往復動する蒸気機関、発電機、復水器及びボイラ給水ポンプを有し、前記貫流伝熱管に水を注入し、この貫流伝熱管から発生する蒸気を前記蒸気機関に供給することを特徴とする小容量焼却炉の排熱回収発電システム
【請求項２】
前記焼却炉の廃棄物燃焼温度又は前記焼却炉の廃棄物燃焼ガス温度を、前記誘引通風機の回転数を制御する入力信号に使用することを特徴とする請求項１に記載の小容量焼却炉の排熱回収発電システム
【請求項３】
前記ピストンが往復動する蒸気機関の蒸気入口温度を、前記ボイラ給水ポンプの回転数を制御する入力信号に使用することを特徴とする請求項１及び２に記載の小容量焼却炉の排熱回収発電システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、紙類、木類等の廃棄物を焼却したときの焼却炉排熱を回収して発電するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】紙類、木類の廃棄物を焼却したときの焼却炉排熱を回収して発電することは、自治体等が運営する大容量焼却炉において行われているが、製材業者等が管理する小容量焼却炉においてはほとんど行われていない。【０００３】小容量焼却炉において排熱回収発電が行われない理由は、大容量焼却炉が採用している排熱回収発電システムを縮小化しただけでは、発電による経済的メリットが得られない課題、ダイオキシン対策の経費負担が大きくなる課題を有することにあった。【０００４】詳しくは、焼却炉で燃焼される紙類、木類等の廃棄物は発熱量が小さく、この廃棄物が焼却炉に間欠的に投入されるために、安定した焼却状態を維持することが困難であるとともに、小容量焼却炉であるために放散熱の影響を無視できない要因から、小容量焼却炉の排熱回収発電システムにおいては、電力出力が不安定であり、発電効率が低く、燃焼温度が８５０℃より低下しやすいのでダイオキシンを発生しやすい課題を有していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】本発明が解決しようとする課題は、小容量焼却炉の排熱回収発電システムにおける電力出力が不安定であり、発電効率が低い、ダイオキシンを発生しやすい課題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】本発明が解決しようとする課題は、内面の多くを耐火材又は耐火断熱材で覆われた焼却炉内で廃棄物を燃焼し、この廃棄物の燃焼熱エネルギーを管内に注水する貫流伝熱管を使用して回収し、この貫流伝熱管から発生した蒸気のエネルギーをピストンが往復動する蒸気機関（以降、蒸気機関と記す）で回転エネルギーに変換し、この回転エネルギーを発電機で電気エネルギーに変換すること、並びに、焼却炉の廃棄物燃焼温度が８５０℃以下にならないように誘引通風機の回転数を制御すること、及び、蒸気機関に供給される蒸気温度が一定になるようにボイラ給水ポンプの回転数を制御することにより解決される。
【発明の効果】
【０００７】焼却炉は、内面を十分な厚さの耐火断熱材又は耐火材で覆うことにより、焼却炉の熱容量が増加し、放散熱が減少し、これにより、燃焼が安定し、熱出力が平準化し、加えて、ダイオキシンの発生が抑制される効果が得られる。【０００８】貫流伝熱管を採用した蒸気発生器は、管内圧力が１メガパスカル以下で伝熱面積が１０平方メートル以下にすると、ボイラ及び圧力容器安全規則の規制を受けない簡易ボイラになり、危険性の低い蒸気発生器となる効果が得られる。【０００９】前記した蒸気機関には、蒸気の流量、温度、圧力が低下したときも発電効率の変動が小さく、構造が単純であるので低コストである特徴があることから、この蒸気機関を廃棄物の小容量焼却炉と組み合わせると、経済的な排熱回収発電システムを構成できる効果が得られる。【００１０】焼却炉の廃棄物燃焼温度が８５０℃以下にならないように誘引通風機の回転数を制御すると、燃焼炉に供給される廃棄物量が変動したときも、ダイオキシンの発生が抑制される効果が得られる。【００１１】蒸気機関に供給される蒸気温度が一定になるようにボイラ給水ポンプの回転数を制御することにより、燃焼炉に供給される廃棄物量が変動したときも、蒸気機関を高い発電効率で運転することを可能にする効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例になる小容量焼却炉の排熱回収発電システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１３】本発明の一実施例による小容量焼却炉の排熱回収発電システムは、図１に示すように、概略、焼却炉１、蒸気発生器２、集塵器３、誘引通風機４、煙突５、蒸気機関６、発電機７、復水器８、給水タンク１１、ボイラ給水ポンプ１２から構成される。【００１４】焼却炉１は、内面を耐火材断熱材１３の単層又は耐火材と断熱材の二層で覆う。この焼却炉１の内部に、廃棄物Ｍが投入され、燃焼される。廃棄物Ｍを燃焼して発生した燃焼ガスＧ１は、蒸気発生器２に導入される。【００１５】廃棄物Ｍの燃焼温度は、ごみ処理に係るダイオキシン類発生防止等ガイドラインに準じて８５０℃以上にする必要があることを考慮し、厚さ１０センチメートルの耐火材＋３０センチメートルの断熱材の二層又は４０センチメートルの耐火断熱材の単層で焼却炉の炉壁を構成する。【００１６】なお、炉壁を耐火材断熱材１３の単層又は耐火材と断熱材の二層とするかの選択、耐火材の厚さ、断熱材の厚さ、耐火材断熱材の厚さは、焼却炉１の設計者等の判断に委ねる。これらの厚さを大きくすると、熱容量が大きくなって廃棄物Ｍの燃焼温度の変動が抑制され、放散熱量が減少して燃焼温度が高くなる。【００１７】蒸気発生器２は、内部に貫流伝熱管１４を設置する又は及び貫流伝熱管１４によってケーシングが構成される。この貫流伝熱管１４の外面には燃焼ガスＧ１が流れ、貫流伝熱管１４の内部には、高圧の水Ｗ１が供給される。貫流伝熱管１４の内部に供給される高圧の水Ｗ１は、燃焼ガスＧ１によって加熱されると高温高圧の過熱蒸気Ｓ１となり、燃焼ガスＧ１は冷却されて低温の燃焼ガスＧ２になる。このとき、貫流伝熱管１４の管外を流れる燃焼ガスＧ１の流れ方向と管内を流れる水Ｗ２の流れ方向は、対向させる。【００１８】この蒸気発生器２がボイラ及び圧力容器安全規則の規制を受けない簡易ボイラに分類されるため、伝熱管１４は管内圧力が１メガパスカル以下で、伝熱面積が１０平方メートル以下となる条件で使用する。【００１９】蒸気発生器２において、焼却炉１から供給される８５０℃以上の燃焼ガスＧ１は、冷却されて約２００℃の低温の燃焼ガスＧ２になる。貫流伝熱管１４の管内供給される１５〜１００℃の高圧水Ｗ２は、燃焼ガスＧ１によって加熱されると、温度が３００〜３５０℃の高温高圧の過熱蒸気Ｓ１にする。【００２０】蒸気発生器２において約２００℃に冷却された燃焼ガスＧ２は、集塵器３に供給され、煤塵を分離除去した後、誘引通風機４によって煙突５に供給され、煙突５出口から大気中に放出される。この集塵器３に供給される燃焼ガスＧ２の温度が、２００℃を超えるときは、この燃焼ガスＧ２中に水を噴霧させ、温度を低下させる。【００２１】蒸気発生器２内の貫流伝熱管１４の管内で発生した高温高圧の過熱蒸気Ｓ１は、蒸気機関６に供給され、ピストンを往復動させ、自らは熱エネルギーを放出して低温低圧の蒸気Ｓ２になる。蒸気機関６を出た低温低圧の蒸気Ｓ２は、復水器８に供給される。【００２２】蒸気機関は大容量焼却炉の排熱回収発電システムにおいて採用されていないが、本発明の一実施例の小容量焼却炉の排熱回収発電システムにおいて採用される理由は、焼却炉１が小容量であり、その発熱量の変動が大きいため、蒸気機関６を採用するほうが経済的な発電システムになることにある。【００２３】蒸気タービンは、蒸気の流量が多く、温度が高く、圧力が高い条件においては発電効率が高いが、流量が少ない、温度が低い、圧力が低い条件においては発電効率が低くなる特性を有する。一方、蒸気機関は、発電効率に及ぼす温度及び圧力の変動の影響が小さい特性があることから、流量が少ない、温度が低い、圧力が低い条件においては、蒸気タービンの発電効率と大差がなくなる。【００２４】蒸気機関６は、蒸気タービンと比較して、部品数が少なく、低コストで、耐久性が高い発電システムを構成できる効果が得られる。【００２５】復水器８に供給された低温低圧蒸気Ｓ２は、冷却流体ＣＷによって冷却されて凝縮し、水Ｗ２となって給水タンク１１に戻される。冷却流体ＣＷには、水又は大気が適する。【００２６】給水タンク１１では、復水器８から供給される凝縮された水Ｗ２が供給されるとともに、この発電システムにおける水及び蒸気の漏れを補う水Ｗ０の補給を行う。【００２７】蒸気機関６の発電効率の低下及び変動を抑制するために蒸気機関６の供給される過熱蒸気Ｓ１の温度を高温で一定にすることは、この過熱蒸気Ｓ１の温度をボイラ給水ポンプ１２の回転数制御の入力信号にすることで達成する。【００２８】蒸気機関６はピストンの往復運動を回転運動に変え、蒸気機関６に連動する発電機７を回転させて、発電を行なう。【００２９】ダイオキシンを発生させないために燃焼温度を８５０℃以上に維持する課題は、焼却炉１内の廃棄物Ｍの燃焼温度又は燃焼ガスＧ１の温度を検出し、この温度が８５０℃以下にならないように誘引通風機４の回転数を制御し、廃棄物Ｍの燃焼用空気の流量を調整することによっても改善される。【００３２】】
廃棄物Ｍの燃焼用空気量は、一般的に、廃棄物Ｍを完全に燃焼するために必要な最小量（理論空気量と称す）の２００から４００パーセントであり、焼却炉１内の廃棄物Ｍの燃焼温度は、燃焼用空気量を増加すると低下し、減少すると上昇する。【００３３】蒸気機関６を蒸気スクリューに置きかえると、装置が小型化される効果が得られる。蒸気スクリューは蒸気機関と同類の容積式の膨張を行なう蒸気機関であるので、蒸気の流量、温度、圧力が低下したときも、発電効率の大きな低下が生じない。
【符号の説明】
【００３４】１：焼却炉
２：蒸気発生器
３：集塵器
４：誘引通風機
５：煙突
６：蒸気機関
７：発電機
８：復水器
１１：給水タンク
１２：ボイラ給水ポンプ
１３：耐火材断熱材又は耐火材と断熱材の二層材
Ｍ：廃棄物
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４：燃焼ガス
Ｗ１、Ｗ２：水
Ｓ１：過熱蒸気
Ｓ２：蒸気
ＣＷ：冷却流体
【図１】
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