(57)【要約】【課題】ごみと汚泥とを一括して処理することができ、発電効率の向上、省エネルギー化及びコストの削減を図ることができる高効率複合発電システムを提供する。【解決手段】複合発電システムは、ごみ焼却設備１と汚泥焼却設備２と発電設備３とを備える。ごみ焼却設備１は、ごみ１００を燃焼するごみ焼却炉１１と、ごみ焼却炉１１から排出される排ガス１０１の廃熱により蒸気１０３を生成する廃熱ボイラ１２とを有する。汚泥焼却設備２は、汚泥２００を燃焼する汚泥焼却炉２２と、汚泥焼却炉２２から排出される排ガス２０２の熱により蒸気１０３を過熱して過熱蒸気２０３を生成する過熱器２３とを有する。発電設備３は、過熱蒸気２０３により駆動される蒸気タービン３１と、蒸気タービン３１に連結された発電機３２とを有する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみを燃焼するごみ焼却炉と、前記ごみ焼却炉から排出される排ガスの廃熱により蒸気を生成する廃熱ボイラとを有するごみ焼却設備と、
汚泥を燃焼する汚泥焼却炉と、前記ごみ焼却設備の廃熱ボイラにより生成された蒸気を前記汚泥焼却炉から排出される排ガスの熱により過熱して過熱蒸気を生成する過熱器とを有する汚泥焼却設備と、
前記汚泥焼却設備の過熱器により生成された過熱蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンに連結された発電機とを有する発電設備とを備えたことを特徴とする複合発電システム。
【請求項２】
前記汚泥焼却設備は、汚泥の含水率を下げる乾燥機を更に有し、
前記汚泥焼却設備の乾燥機の熱源として、前記ごみ焼却設備の廃熱ボイラにより生成された蒸気を用いることを特徴とする請求項１に記載の複合発電システム。
【請求項３】
前記ごみ焼却設備は、前記廃熱ボイラから排出された排ガスの熱を利用して前記廃熱ボイラに供給する給水を予熱するエコノマイザを更に有し、
前記発電設備は、前記蒸気タービンから出た蒸気を冷却して復水する復水器と、前記復水器により復水された水を前記ごみ焼却設備のエコノマイザに供給する給水ポンプとを更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の複合発電システム。
【請求項４】
前記ごみ焼却設備の廃熱ボイラには、絶対圧力が約３ＭＰａ・ａｂｓ〜５ＭＰａ・ａｂｓ、温度が約３００℃〜４００℃の蒸気を供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合発電システムに係り、特にバイオマス（都市ごみや下水汚泥）を利用した複合発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、都市ごみや産業廃棄物などを焼却するごみ焼却炉から排出される排ガスを利用した発電システムが知られている。例えば、ごみ焼却炉の排ガスの熱を利用してボイラ（過熱器）で蒸気を生成し、この蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電が行われている。
【０００３】
また、ごみ焼却炉以外には、下水汚泥を焼却する汚泥焼却炉が知られている。この汚泥焼却炉の排ガスを利用する熱交換器は、脱水汚泥の成分による低温腐食を防止するため、高温で使用することが好ましいとされている。しかしながら、焼却炉に投入される汚泥（脱水ケーキ）の含水率が高い（７６〜８２％）ために汚泥の自燃が不可能である。したがって、焼却炉の昇温に使用する燃料を節約するために、熱交換器により回収した廃熱のほとんどは燃焼用空気の昇温に使用されている。例えば、燃焼用空気は、焼却炉の排ガスの廃熱により約６５０℃に昇温され、焼却炉の下部の砂中から吹き込まれる。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００１−５２０３６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したごみ焼却炉におけるボイラは、排ガス中の成分により高温腐食が懸念されるため、一般には３００℃以下の温度の蒸気を供給している。このように、ごみ焼却炉においては、高温・高圧用過熱器を用いることが難しいため、蒸気タービンに供給される蒸気の温度を高くすることができず、発電効率を高めることが困難である。
【０００６】
近年では、高効率の発電を実現するために、外部に独立した熱源による過熱器を別途設置し、ごみ焼却炉等のボイラで発生した蒸気を上記外部の過熱器を通すことで高温・高圧化して発電する発電システムや、外部にガスタービンの排ガスによる過熱器を別途設置し、ごみ焼却炉のボイラで発生した蒸気を上記ガスタービンの過熱器を通すことで高温・高圧化して蒸気タービンに送り、ガスタービンと蒸気タービンの合計出力で発電効率を向上させたスーパーごみ発電システムなども開発されている。しかしながら、これらのシステムにおいては、別途過熱器やガスタービンを設置する必要があり、建設費が高くなってしまう。あるいは、従来とは異なる素材を用いて高温腐食に対応可能な過熱器を使用することも考えられるが、この場合には過熱器用に新しい素材を開発する必要がある。
【０００７】
また、上述したように、汚泥焼却炉においては、投入される脱水ケーキの含水率が高い（７６〜８２％）ため、排ガスの廃熱を回収して発電に利用したとしても、焼却炉内の温度を一定温度に制御するために補助バーナや砂中バーナ用の燃料が多く必要となるため、運転コストが高くなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ごみと汚泥とを一括して処理することができ、発電効率の向上、省エネルギー化及びコストの削減を図ることができる高効率複合発電システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、ごみを燃焼するごみ焼却炉と、上記ごみ焼却炉から排出される排ガスの廃熱により蒸気を生成する廃熱ボイラとを有するごみ焼却設備と、汚泥を燃焼する汚泥焼却炉と、上記ごみ焼却設備の廃熱ボイラにより生成された蒸気を上記汚泥焼却炉から排出される排ガスの熱により過熱して過熱蒸気を生成する過熱器とを有する汚泥焼却設備と、上記汚泥焼却設備の過熱器により生成された過熱蒸気により駆動される蒸気タービンと、上記蒸気タービンに連結された発電機とを有する発電設備とを備えたことを特徴とする複合発電システムである。
【００１０】
このような構成により、ごみ焼却設備の廃熱ボイラに低温の蒸気を供給し、廃熱ボイラで生成された低圧の蒸気を汚泥焼却設備の過熱器に導入して高温・高圧の蒸気とし、発電設備の蒸気タービンに供給することができる。したがって、本発明によれば、ごみ焼却設備の廃熱ボイラの高温腐食を防止するとともに、発電設備における発電効率を向上することが可能となる。
【００１１】
また、ごみ焼却設備と汚泥焼却設備の２系列の焼却設備をシステム化し、これらの焼却設備を組み合わせて運転することで、ごみと汚泥とを一括して処理するとともに、高温・高圧の蒸気を利用した高効率の複合発電システムを構築することが可能となる。更に、本発明に係る複合発電システムは、各焼却設備における排ガスの性状の特性を考慮して構成されているため、ごみ焼却設備の廃熱ボイラや汚泥焼却設備の過熱器に特殊な仕様を施す必要がなく、建設費及び維持管理費を削減することができる。
【００１２】
本発明の好ましい一態様は、上記汚泥焼却設備は、汚泥の含水率を下げる乾燥機を更に有し、上記汚泥焼却設備の乾燥機の熱源として、上記ごみ焼却設備の廃熱ボイラにより生成された蒸気を用いることを特徴としている。このように、汚泥焼却設備の乾燥機の熱源として、ごみ焼却設備の廃熱ボイラから出た蒸気を使用するため、汚泥焼却設備に投入された汚泥の含水率を、自燃が可能な範囲まで下げることができる。したがって、下水汚泥焼却炉の燃焼効率を向上させることができる。この結果、下水汚泥焼却炉における焼却用燃料を節約することができ、下水汚泥焼却炉の省エネルギー化を図り、ＣＯ２の排出量を低減することが可能となる。
【００１３】
本発明の好ましい一態様は、上記ごみ焼却設備は、上記廃熱ボイラから排出された排ガスの熱を利用して上記廃熱ボイラに供給する給水を予熱するエコノマイザを更に有し、上記発電設備は、上記蒸気タービンから出た蒸気を冷却して復水する復水器と、上記復水器により復水された水を上記ごみ焼却設備のエコノマイザに供給する給水ポンプとを更に有することを特徴としている。
【００１４】
本発明の好ましい一態様は、上記ごみ焼却設備の廃熱ボイラには、絶対圧力が３〜５ＭＰａ・ａｂｓ、より好ましくは３〜４ＭＰａ・ａｂｓ、温度が約３００℃〜４００℃の蒸気を供給することを特徴としている。このような低圧蒸気を定格にすることによって、ごみ焼却設備の廃熱ボイラの高温腐食を防止することができる。なお、この温度範囲にすることで（４００℃以下）、特にＳＳ材における高温腐食の発生を抑制することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る複合発電システムの実施形態について図１を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態における複合発電システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態における複合発電システムは、２系列の焼却設備（ごみ焼却設備１及び汚泥焼却設備２）と発電設備３とを備えている。
【００１６】
ごみ焼却設備１は、投入された都市ごみや産業廃棄物などのごみ１００を燃焼するごみ焼却炉１１と、ごみ焼却炉１１から排出される排ガス１０１の廃熱を回収する廃熱ボイラ１２と、廃熱ボイラ１２から排出された排ガス１０２の余熱を利用して廃熱ボイラ１２に供給する給水を予熱するエコノマイザ１３とを備えている。
【００１７】
汚泥焼却設備２は、投入された下水汚泥２００の含水率を下げる乾燥機２１と、乾燥機２１により乾燥させた汚泥２０１を燃焼する汚泥焼却炉２２と、汚泥焼却炉２２から排出される排ガス２０２の廃熱を利用して、ごみ焼却設備１の廃熱ボイラ１２により生成された低圧の蒸気１０３を過熱して過熱蒸気２０３を生成する過熱器２３と、白煙防止予熱器２４と、バグフィルタ２５と、排煙処理搭２６と、煙突２７とを備えている。
【００１８】
発電設備３は、汚泥焼却設備２の過熱器２３により生成された過熱蒸気２０３により駆動される蒸気タービン３１と、蒸気タービン３１に連結された発電機３２と、蒸気タービン３１から出た蒸気３００を冷却して復水する復水器３３と、復水器３３により復水された水３０１をごみ焼却設備１のエコノマイザ１３に供給する給水ポンプ３４とを備えている。
【００１９】
ごみ焼却設備１に投入されたごみ１００はごみ焼却炉１１で燃焼され、ごみ焼却炉１１から排出された排ガス１０１は廃熱ボイラ１２に導入される。廃熱ボイラ１２では、排ガス１０１の廃熱により、低圧の蒸気１０３が発生する。廃熱ボイラ１２から排出された排ガス１０２は、次にエコノマイザ１３に導入される。エコノマイザ１３では、発電設備３の給水ポンプ３４により供給される水３０２が排気ガス１０２の余熱により加熱され、高温水１０４が発生し、これが廃熱ボイラ１２に供給される。
【００２０】
一方、汚泥焼却設備２に投入された下水汚泥２００は、乾燥機２１を通過して自燃が可能な範囲まで含水率が下げられる。乾燥機２１を通過して乾燥した汚泥２０１は汚泥焼却炉２２に投入され、ここで燃焼される。この汚泥焼却炉２２から排出された排ガス２０２は、過熱器２３に導入され、ここで、ごみ焼却設備１の廃熱ボイラ１２により生成された低圧の蒸気１０３を過熱して例えば４００〜５００℃の高温・高圧の蒸気２０３を生成する。
【００２１】
過熱器２３から排出された排ガス２０４は、ごみ焼却設備１のエコノマイザ１３から排出される排ガス１０５とともに、白煙防止予熱器２４を通り所定の温度まで減温される。白煙防止予熱器２４から排出された排ガス２０５は、バグフィルタ２５を通って集塵された後、排煙処理塔２６を通って煙突２７から大気中に排出される。
【００２２】
発電設備３においては、汚泥焼却設備２の過熱器２３から供給される高温・高圧の蒸気２０３によって蒸気タービン３１が駆動され、発電機３２による発電がなされる。この発電機３２により発電された電力３０３は、外部に売られるか（売電）又はシステム内の電力として利用される。蒸気タービン３１から出た蒸気３００は復水器３３により復水され、復水された水３０１は給水ポンプ３４によりごみ焼却設備１のエコノマイザ１３に供給される。
【００２３】
ここで、上述したように、ごみ焼却設備１の廃熱ボイラ１２は、高温腐食を防止するため、供給される蒸気の温度を低くする必要がある。一方、汚泥焼却設備２の過熱器２３は、脱水汚泥の成分から低温腐食を防止するため、高温で使用することが好ましい。したがって、本実施形態では、ごみ焼却設備１の廃熱ボイラ１２に高温水１０４を供給し、廃熱ボイラ１２で生成された低圧の蒸気１０３を汚泥焼却設備２の過熱器２３に導入して高温・高圧の蒸気２０３とし、発電設備３の蒸気タービン３１に供給している。このように構成することで、ごみ焼却設備１の廃熱ボイラ１２の高温腐食を防止するとともに、発電設備３における発電効率を向上することが可能となる。
【００２４】
また、本実施形態では、汚泥焼却設備２の乾燥機２１の熱源として、ごみ焼却設備１の廃熱ボイラ１２から出た低圧の蒸気１０３を使用している。このように、汚泥焼却設備２の乾燥機２１の熱源として、ごみ焼却設備１の廃熱ボイラ１２から出た低圧の蒸気１０３を使用して、汚泥焼却設備２に投入された下水汚泥２００の含水率を自燃が可能な範囲まで下げることができるので、汚泥焼却炉２２の燃焼効率を向上させることができる。したがって、汚泥焼却炉２２における焼却用燃料を節約することができ、汚泥焼却炉２２の省エネルギー化を図り、ＣＯ２の排出量を低減することが可能となる。
【００２５】
このように、本発明によれば、ごみ焼却設備と汚泥焼却設備とを組み合わせて運転することで、ごみ１００と下水汚泥２００とを一括して処理するとともに、高温・高圧の蒸気２０３を利用した高効率の複合発電システムを構築することが可能となる。また、本発明に係る複合発電システムは、各焼却設備における排ガスの性状の特性を考慮して構成されているため、ごみ焼却設備１の廃熱ボイラ１２や汚泥焼却設備２の過熱器２３に特殊な仕様を施す必要がなく、建設費及び維持管理費を削減することができる。
【００２６】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、ごみ焼却設備の廃熱ボイラに低温の蒸気を供給し、廃熱ボイラで生成された低圧の蒸気を汚泥焼却設備の過熱器に導入して高温・高圧の蒸気とし、発電設備の蒸気タービンに供給することができる。したがって、本発明によれば、ごみ焼却設備の廃熱ボイラの高温腐食を防止するとともに、発電設備における発電効率を向上することが可能となる。
【００２８】
また、ごみ焼却設備と汚泥焼却設備の２系列の焼却設備をシステム化し、これらの焼却設備を組み合わせて運転することで、ごみと汚泥とを一括して処理するとともに、高温・高圧の蒸気を利用した高効率の複合発電システムを構築することが可能となる。更に、本発明に係る複合発電システムは、各焼却設備における排ガスの性状の特性を考慮して構成されているため、ごみ焼却設備の廃熱ボイラや汚泥焼却設備の過熱器に特殊な仕様を施す必要がなく、建設費及び維持管理費を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における複合発電システムの全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　　ごみ焼却設備
２　　汚泥焼却設備
３　　発電設備
１１　　ごみ焼却炉
１２　　廃熱ボイラ
１３　　エコノマイザ
２１　　乾燥機
２２　　汚泥焼却炉
２３　　過熱器
２４　　白煙防止予熱器
２５　　バグフィルタ
２６　　排煙処理塔
２７　　煙突
３１　　蒸気タービン
３２　　発電機
３３　　復水器
３４　　給水ポンプ
１００　　ごみ
１０１，１０２，１０５，２０２，２０４，２０５　　排ガス
１０３，２０３，３００　　蒸気
１０４　　高温水
２００，２０１　　下水汚泥
３０１，３０２　　水
３０３　　電力
【図１】
2004144308.tif 000003