(57)【要約】【課題】有機廃棄物を有効利用することで環境への影響を抑えながら、熱エネルギーを得ることが可能な有機廃棄物を用いた燃焼システムを提供する。【解決手段】有機廃棄物を亜臨界水中或いは超臨界水中で反応させてスラリー燃料を生成し、該スラリー燃料が所定の含水量となるように脱水し、脱水器後のスラリー燃料を燃焼させて熱エネルギーを得る。前記脱水による廃液から製造したバイオガスを燃焼装置或いは加熱装置によって燃焼させる。【選択図】          図１
2004162683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を亜臨界水中或いは超臨界水中で反応させてスラリー燃料を生成する反応器と、
前記反応器を加熱する加熱器と、
前記反応器で生成されたスラリー燃料が所定の含水量となるように脱水を行う脱水器と、
前記脱水器後のスラリー燃料を燃焼させて熱エネルギーを得る燃焼装置と、
を備えることを特徴とする有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【請求項２】
前記脱水器で脱水した廃液を微生物で処理してバイオガスを発生させるバイオガス生成器を備え、
前記加熱器が、前記バイオガス生成器で生成したバイオガスを燃焼させて前記反応器を加熱することを特徴とする請求項１に記載の有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【請求項３】
前記脱水器で脱水した廃液を微生物で処理してバイオガスを発生させるバイオガス生成器と、
該バイオガス生成器で生成したバイオガスを前記燃焼装置の排ガス中で燃焼させて熱エネルギーを得る排ガス追い焚きボイラーと、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【請求項４】
前記脱水器で脱水した廃液を微生物で処理してバイオガスを発生させるバイオガス生成器と、
該バイオガス生成器で生成したバイオガスを前記燃焼装置の排ガス中で燃焼させて熱エネルギーを得る排ガス追い焚きボイラーとを備え、
前記加熱器が、前記バイオガス生成器で生成したバイオガスを燃焼させて前記反応器を加熱することを特徴とする請求項１に記載の有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【請求項５】
前記燃焼装置が、スラリー燃料を燃焼させて得た熱エネルギーで発電する発電機を具備していることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【請求項６】
前記スラリー燃料を貯蔵する燃料タンクを備えたことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機廃棄物を燃焼させて熱エネルギーを得る技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、火力発電等、燃焼による熱エネルギーを効率良く且つ安定的に得るためには、重油や原油、天然ガス等の化石燃料を燃料とするのが一般的であった。
【０００３】
また、重油の代替燃料として、石炭を微粒化して水に懸濁させたスラリー（ＣＷＭ：Ｃｏａｌ  Ｗａｔｅｒ  Ｍｉｘｔｕｒｅ）や、この水の代わりに重油を使ったＣＯＭ（Ｃｏａｌ  Ｏｉｌ  Ｍｉｘｔｕｒｅ）も知られている。
【０００４】
何れにしてもこれらの化石燃料を燃焼させた場合、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）を発生させることになり、環境への影響が懸念されている。
【０００５】
このため、近年、バイオマスの利用が強く望まれている。
一方、木屑や、生ゴミ、下水汚泥、畜産農場からの屍骸や糞尿等の有機廃棄物は、焼却処理が為された後に残留物である灰を埋め立てて処理されていた。そして、この焼却処理時の熱エネルギーを利用することが考えられている。
【０００６】
しかし、汚泥や糞尿等、水分の多い廃棄物の場合には燃焼熱が廃棄物から蒸発する水分に奪われてしまうため、効率的に燃焼させることは困難であった。
【０００７】
また、木屑や生ゴミ、屍骸等、固形の有機廃棄物は、液体燃料のようにポンプ等で燃焼装置へ供給することができず、取扱性が悪かった。更に、食品廃棄物等には塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）が含まれており、燃焼させるとダイオキシン等の有害物が発生する可能性があり、前述の焼却処理を行う施設では排ガス処理設備を必要とした。従って、前述の焼却処理では熱エネルギー回収のコストが嵩んでしまう。
【０００８】
このため、焼却処理以外の処理方法も提案されている。
【０００９】
このような有機廃棄物の処理方法の一例として、以下のようなものがある。例えば、有機性廃棄物をスラリー化し、その後スラリー化した有機性廃棄物を水溶性廃棄物にし、この水溶性廃棄物を嫌気性微生物が含まれる汚泥の中でメタン発酵させることでメタンガスを生成し、このメタンガスをエネルギーとして利用している（特許文献１及び特許文献２参照）。
【００１０】
また、都市ガスなどでガスタービン発電機を稼働し、このときの排ガスを利用して有機性廃棄物を加熱し、物理化学的に分解させて無害化及び減量化を図るシステムも提案されている（特許文献３参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−６６５０７号公報（第１−３頁、図１）
【特許文献２】
特開２００１−１１５１７４号公報（第１−４頁、図１）
【特許文献３】
特開２００２−１２６７９７号公報（第１−４頁、図１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した有機性廃棄物からのエネルギー回収方法、例えば特許文献１及び特許文献２の技術では、スラリー化した有機性廃棄物をメタン発酵させてからエネルギー化していたため、処理後の固形廃棄物は利用せずに廃棄していた。
【００１３】
また、特許文献３の技術では、有機性廃棄物の処理に都市ガスなどを利用していたため、廃棄物エネルギーの有効利用をしているとは言い難かった。
【００１４】
また、有機性廃棄物から生成したバイオガスの場合、嫌気性微生物による処理であり、エネルギーの安定供給を行うことは容易ではなかった。このため、前述のバイオガスを単独の燃料として、外燃機関または内燃機関などの燃焼装置を稼働して発電を行うことは容易ではない。
【００１５】
本発明は、前記した事情に鑑みて為されたものであり、有機廃棄物を有効利用することで環境への影響を抑えながら、熱エネルギーを得る技術の提供を課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の燃焼システムは、有機廃棄物を亜臨界水中或いは超臨界水中で反応させてスラリー燃料を生成し、該スラリー燃料が所定の含水量となるように脱水し、脱水器後のスラリー燃料を燃焼させて熱エネルギーを得ている。
【００１７】
これにより有機廃棄物を有効利用して環境への悪影響を抑えつつ熱エネルギーを得ることができる。
【００１８】
特に、有機廃棄物から生成したスラリー燃料及びバイオガスは、埋蔵されている化石燃料と異なり、既に地表にある有機物から生成されるため、地表に存在する二酸化炭素が増加することを抑制できる。
【００１９】
さらに、このスラリー燃料には、所定量の水分を含有させているので、火炎温度を低くすることができ、結果としてサーマルＮＯｘを抑制することができる。
【００２０】
ここで、有機廃棄物から生成されたスラリー燃料（以下、単にスラリー燃料ともいう）とは、バイオマスを原料とした亜臨界での水熱反応或いは超臨界での熱水反応等により、有機物を炭化及び微粒子化させて水分を調整し（必要によっては添加剤を加えて）スラリー状態にした燃料をいう。
【００２１】
また、本出願においてスラリーとは、固形分を水に懸濁させて流動性を持たせた状態のものをいう。また原油、重油、灯油、軽油、ガソリン、メタノール、エタノール、その他液体燃料との混合もある。
【００２２】
また、燃焼装置とは、内燃機関や外燃機関であり、例えば、ガスタービン、マイクロガスタービン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、ボイラー等である。
【００２３】
また、反応器とは、有機廃棄物からスラリー燃料を生成するための手段である。
【００２４】
また、バイオガス生成器とは、例えば嫌気性消化槽を挙げることができるが、ゴミ埋め立て処分地の地中から発生するバイオガスを含め、嫌気性消化槽に限定されるものではない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
《実施形態１》
以下、本発明に係る燃焼システムの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２６】
本実施形態の燃焼システムは、有機廃棄物からスラリー燃料を製造して熱エネルギーを得るものである。
【００２７】
図１は、本形態の燃焼システムを示す概略図である。
本システムでは、工場１から排出される固形の有機廃棄物２を処理対象としている。
【００２８】
この有機廃棄物２は、例えば、木屑や、パルプ、食品廃棄物、畜産動物の屍骸などである。
【００２９】
本システムは、反応器３や、加熱器４、脱水器５、燃料タンク６、燃焼装置７から構成されている。
【００３０】
前記反応器３は、水分を含む有機廃棄物２に熱と圧力を加え、亜臨界水中で酸化反応（湿式酸化）させ、物理化学的に有機物を分解して固形廃棄物スラリー燃料８を生成する所謂水熱反応器である。なお、該反応器３は、超臨界水中で有機物を分解させる熱水反応器であっても良い。
【００３１】
加熱器４は、前記反応器３を加熱するものであり、例えばガス、重油、灯油や軽油等の化石燃料を燃料とするボイラーや電気ヒータによって、２００〜８００℃に加熱する。
【００３２】
脱水器５は、固形廃棄物スラリー燃料８から余分な水分を除去する。
【００３３】
燃料タンク６は、脱水器５で水分調整された後の固形廃棄物スラリー燃料８を貯蔵する。
【００３４】
そして、燃焼装置７は、燃料タンク６から供給された固形廃棄物スラリー燃料８を用いて燃焼を行うものであり、例えば、ガスタービン、マイクロガスタービン、ガスエンジン、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関、ボイラー等を利用した蒸気機関である外燃機関である。この燃焼装置７は、必要に応じて運転の安定性を確保するために、灯油、軽油、都市ガス、天然ガス、重油、その他の燃料を混合させて燃焼させる。この燃焼装置７を運転することにより、電力もしくは動力を発生させる。
【００３５】
これらの構成において、有機廃棄物からスラリー燃料を製造し、燃焼させる処理の具体例を次に説明する。
【００３６】
先ず、工場１からの有機廃棄物を破砕し、圧力をかけて反応器３に投入する。このとき、該有機廃棄物が、反応に必要な水分を含んでいない場合や、必要以上に水分を含んでいる場合には、加水或は脱水して水分量を調整し、所要の水分量を含んでいれば、そのまま反応器３に投入する。
【００３７】
なお、本例では、有機廃棄物７，３４０ｔ／月、水分６５％、圧力２〜１５Ｍｐａで投入している。
【００３８】
この有機廃棄物が投入された反応器３を加熱器４で２００〜８００℃に加熱し、亜臨界水中で物理化学的に有機物を分解する。これにより例えば木材であれば、セルロースを接着しているリグニン等の物質が分解されて固形分が微粒子化されると共に、水溶性の成分が水に移行して、水溶液中に炭化した微粒子が懸濁された状態のスラリー燃料が製造される。
【００３９】
この工程で、蒸発やガスとして２，１８８ｔ／月が排出され、５１５２ｔ／月のスラリー燃料が生成される。
【００４０】
この燃料中に含まれる水分が多すぎると、燃焼熱が無駄に奪われてしまうので、脱水器５で濾過し、余分な水分２，９５０ｔ／月を脱水し、所定の含水量のスラリー燃料８（２，２０２ｔ／月）を製造する。（必要に応じ添加剤を混合させる）
【００４１】
この脱水後のスラリー燃料８は、燃料タンク６に貯蔵され、適宜燃焼装置７に供給される。
【００４２】
そして燃焼装置７で、このスラリー燃料８を燃焼させ、この熱エネルギーによって電力や動力を得る。
【００４３】
以上のように本実施形態によれば、バイオマスからスラリー燃料を製造し、内燃機関や外燃機関の燃料として、動力を得ることや発電を行うことができる。
【００４４】
従って、従来の化石燃料を燃焼させる場合とことなり、環境への影響を抑えつつ、熱エネルギーを得ることができる。
【００４５】
《実施形態２》
図２は、本発明に係る実施形態２の燃焼システムを示す概略図である。
【００４６】
本実施形態は、前述の実施形態と比べて加熱器の燃料としてバイオガスを用いた点が異なり、その他の構成は略同じである。このため本実施形態において前述の実施形態１と同一の要素には同符号を付して再度の説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の燃焼システムは、工場１及び脱水器５から排出された廃液９を用いてバイオガス１０を生成する嫌気性消化槽１１を備える。
【００４８】
該嫌気性消化槽１１は、廃液９に溶け込んだ有機物を嫌気性微生物が含まれる汚泥の存在下でメタン発酵させてバイオガス（メタンガス）を得るものである
また、本例の加熱器１２は、嫌気性消化槽１１から生成されたバイオガス１０を燃焼させて水熱反応器３の加熱を行う。
【００４９】
具体的には、前述の実施形態１と同様にスラリー燃料を製造した場合、脱水器５から２，９５０ｔ／月の廃液（濾液）９が、嫌気性消化槽１１に投入され、また、工場１から廃液９が１６，１１０ｍ３／月投入された場合、４５１，０８０ｍ３／月のバイオガスが製造される。
【００５０】
加熱器１２は、このうち１３０，３４５ｍ３／月を燃焼させて反応器３を加熱する。
【００５１】
これにより、前述の実施形態では、化石燃料や電気ヒータを用いて反応器３を加熱していたが、本実施形態によれば廃液から製造したバイオガスで加熱を行え、且つ廃液の無害化を行うことができるので、更に環境への影響を抑えながら、熱エネルギーを得ることができる。
【００５２】
《実施形態３》
図３は、本発明に係る実施形態３の燃焼システムを示す概略図である。
【００５３】
本実施形態は、前述の実施形態１と比べて排ガス追い焚きボイラーでバイオガスを燃焼させる点が異なり、その他の構成は略同じである。このため本実施形態において前述の実施形態１と同一の要素には同符号を付して再度の説明を省略する。
【００５４】
本実施形態の燃焼システムは、工場１及び脱水器５から排出された廃液９を用いてバイオガス１０を生成する嫌気性消化槽１１を備える。
【００５５】
該嫌気性消化槽１１は、廃液９に溶け込んだ有機物を嫌気性微生物が含まれる汚泥の存在下でメタン発酵させてバイオガス（メタンガス）を得るものである。
【００５６】
また、本例の燃焼装置（ガスタービン）７は、排ガス追い焚きボイラー１３を備え、嫌気性消化槽１１から生成されたバイオガス１０を燃焼させて蒸気を発生させ、蒸気タービン１４によって発電を行う。
【００５７】
具体的には、前述の実施形態１と同様にスラリー燃料を製造した場合、脱水器５から２，９５０ｔ／月の廃液（濾液）９が、嫌気性消化槽１１に投入され、また、工場１から廃液９が１６，１１０ｍ３／月投入された場合、４５１，０８０ｍ３／月のバイオガスが製造される。
【００５８】
このうち３２０，７３５ｍ３／月を排ガス追い焚きボイラー１３で燃焼させ、蒸気タービン１４で発電する。
【００５９】
なお、蒸気温度が加熱器４の温度を超える場合には、該蒸気を反応器３に導いて、スラリー燃料を製造する際の加熱に用いても良い。また、システム内の熱需要に応じて、蒸気を抽気し、熱を必要個所へ供給しても良い。
【００６０】
以上のように、本実施形態によれば、スラリー燃料を燃焼させてガスタービンで発電すると共に、バイオガスを排ガス追い焚きボイラー１３で燃焼させて蒸気タービン１４で発電することにより、効率良く発電を行うことが可能となる。
【００６１】
また廃液から製造したバイオガスを燃料とすることができ、且つ廃液の無害化を行うことができるので、更に環境への影響を抑えながら、熱エネルギーを得ることができる。
【００６２】
《実施形態４》
図４は、本発明に係る実施形態４の燃焼システムを示す概略図である。
【００６３】
本実施形態は、前述の実施形態２と実施形態３とを組み合わせ、バイオガスを生成量に応じて排ガス追い焚きボイラーと加熱器に分配することを可能としている。なお、本実施形態において前述の実施形態と同一の要素には同符号を付して一部説明を省略する。
【００６４】
本実施形態の燃焼システムは、工場１及び脱水器５から排出された廃液９を用いてバイオガス１０を生成する嫌気性消化槽１１を備える。
【００６５】
該嫌気性消化槽１１は、廃液９に溶け込んだ有機物を嫌気性微生物が含まれる汚泥の存在下でメタン発酵させてバイオガス（メタンガス）を得るものである。
【００６６】
本例の加熱器１２は、嫌気性消化槽１１から生成されたバイオガス１０を燃焼させて水熱反応器３の加熱を行う。
【００６７】
また、本例の燃焼装置（ガスタービン）７は、排ガス追い焚きボイラー１３を備え、嫌気性消化槽１１から生成されたバイオガス１０を燃焼させて蒸気を発生させ、蒸気タービン１４によって発電を行う。
【００６８】
具体的には、前述の実施形態１と同様にスラリー燃料を製造した場合、脱水器５から２，９５０ｔ／月の廃液（濾液）９が、嫌気性消化槽１１に投入され、また、工場１から廃液９が１６，１１０ｍ３／月投入された場合、４５１，０８０ｍ３／月のバイオガスが製造される。
【００６９】
加熱器１２は、このうち１３０，３４５ｍ３／月を燃焼させて反応器３を加熱する。
【００７０】
また、この他のバイオガス３２０，７３５ｍ３／月を排ガス追い焚きボイラー１３で燃焼させ、蒸気タービン１４で発電する。
【００７１】
なお、バイオガスの製造量は、有機廃棄物の成分や嫌気性微生物の状態などによって大きく変動することがある。
【００７２】
この場合、加熱器４に優先的にバイオガスを供給し、余剰分のバイオガスを排ガス追い焚きボイラー１３へ供給するように分配する。
【００７３】
また、上記と逆に、排ガス追い焚きボイラー１３への供給を優先して配分しても良い。
【００７４】
例えば、バイオガスの製造量が減ってしまった場合には、加熱器１２に供給するバイオガスを減らして燃焼装置７の排ガス追い焚きボイラー１３に必要量のバイオガスを供給し、スラリー燃料の製造を削減或いは中断する。
【００７５】
そして、夜間など電力需要が低く、燃焼装置７の必要量をバイオガスの製造量が超えた場合に、この超えた分のバイオガスを加熱器４に分配してスラリー燃料の製造を再開し、製造したスラリー燃料を燃料タンク６に貯蔵しておく。
【００７６】
なお、加熱器４へ分配されるバイオガスが不足した場合には、灯油、軽油、都市ガス、天然ガス、重油、その他燃料を混合して燃焼させても良い。
【００７７】
以上のように、本実施形態によれば、廃液から製造したバイオガスを燃焼装置或いは加熱装置によって燃焼させることができ、且つ廃液の無害化を行うことができるので、環境への影響を抑えつつ、熱エネルギーを得ることができる。
【００７８】
また、バイオガスの供給先を複数備えているので、バイオガスの製造量が変動した場合であっても安定した運転を行うことができる。
【００７９】
《その他の実施形態》
尚、本発明の有機廃棄物を用いた燃焼システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００８０】
例えば、以下に付記した構成であっても前述の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８１】
（付記１）
有機廃棄物を亜臨界水中或いは超臨界水中で反応させてスラリー燃料を生成する反応器と、
前記反応器を加熱する加熱器と、
前記反応器で生成されたスラリー燃料が所定の含水量となるように脱水を行う脱水器と、
前記脱水器後のスラリー燃料を燃焼させて熱エネルギーを得る燃焼装置と、
を備えることを特徴とする有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【００８２】
（付記２）
前記脱水器で脱水した廃液を微生物で処理してバイオガスを発生させるバイオガス生成器を備え、
前記加熱器が、前記バイオガス生成器で生成したバイオガスを燃焼させて前記反応器を加熱することを特徴とする付記１に記載の有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【００８３】
（付記３）
前記脱水器で脱水した廃液を微生物で処理してバイオガスを発生させるバイオガス生成器と、
該バイオガス生成器で生成したバイオガスを前記燃焼装置の排ガス中で燃焼させて熱エネルギーを得る排ガス追い焚きボイラーと、
を備えたことを特徴とする付記１に記載の有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【００８４】
（付記４）
前記脱水器で脱水した廃液を微生物で処理してバイオガスを発生させるバイオガス生成器と、
該バイオガス生成器で生成したバイオガスを前記燃焼装置の排ガス中で燃焼させて熱エネルギーを得る排ガス追い焚きボイラーとを備え、
前記加熱器が、前記バイオガス生成器で生成したバイオガスを燃焼させて前記反応器を加熱することを特徴とする付記１に記載の有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【００８５】
（付記５）
前記燃焼装置が、スラリー燃料を燃焼させて得た熱エネルギーで発電する発電機を具備していることを特徴とする付記１から４の何れかに記載の有機廃棄物を用いた燃焼システム。
（付記６）
前記スラリー燃料を貯蔵する燃料タンクを備えたことを特徴とする付記１から５の何れかに記載の有機廃棄物を用いた燃焼システム。
【００８６】
本発明において、以上の各構成要素は、可能な限り組み合わせることができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の燃焼システムによれば、有機廃棄物を有効利用することで環境への影響を抑えながら、熱エネルギーを得ることを可能とするという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態１の燃焼システムを示す概略構成図
【図２】本発明に係る実施形態２の燃焼システムを示す概略構成図
【図３】本発明に係る実施形態３の燃焼システムを示す概略構成図
【図４】本発明に係る実施形態４の燃焼システムを示す概略構成図
【符号の説明】
１    工場
２    有機廃棄物
３    反応器
４    加熱器
５    脱水器
６    燃料タンク
７    燃焼装置
８    スラリー燃料
９    廃液
１０  バイオガス
１１  嫌気性消化槽
１２  加熱器
１３  ボイラー
１４  蒸気タービン
【図１】
2004162683.tif 000003
【図２】
2004162683.tif 000004
【図３】
2004162683.tif 000005
【図４】
2004162683.tif 000006