(57)【要約】【課題】発電効率を十分に向上させることができる廃棄物処理設備を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉２、廃棄物焼却炉２で焼却して得られる排ガスにより蒸気を生成するボイラー４、ボイラー４で生成する蒸気により発電を行う発電設備８を備える廃棄物処理設備１０において、ボイラー４で生成される蒸気より高い温度の高温排ガスを、バイオガスを用いて発生させる高温排ガス発生装置１２、ボイラー４で生成される蒸気を上記高温排ガスで過熱する過熱器６を備える。この設備１０によれば、廃棄物を廃棄物焼却炉２で焼却して得られる排ガスによりボイラー４で蒸気が生成され、この蒸気は、過熱器６で、高温排ガス発生装置１２により、バイオガスから生成される高温排ガスによって過熱される。そしてこの過熱蒸気により発電設備８で発電が行われる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉と、
前記廃棄物焼却炉で焼却して得られる排ガスにより蒸気を生成するボイラーと、
前記ボイラーで生成した蒸気により発電を行う発電設備と、
を備える廃棄物処理設備において、
前記ボイラーで生成される蒸気よりも高い温度の高温排ガスを、バイオガスを用いて発生させる高温排ガス発生装置と、
前記ボイラーで生成される蒸気を前記高温排ガスを用いて過熱する過熱器と、を備えることを特徴とする廃棄物処理設備。
【請求項２】
前記廃棄物を、第１廃棄物と第２廃棄物とに選別する選別装置と、
前記第２廃棄物をメタン発酵処理して前記バイオガスを生成させるメタン発酵処理装置とを更に備え、
前記廃棄物焼却炉が前記第１廃棄物を焼却するものであることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理設備。
【請求項３】
前記第２廃棄物が、前記第１廃棄物より含水率の高いものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物処理設備。
【請求項４】
前記高温排ガス発生装置が、バイオガスを燃焼する燃焼炉を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の廃棄物処理設備。
【請求項５】
前記高温排ガス発生装置が、バイオガスを燃料として発電を行う発電装置を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の廃棄物処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばごみ処理設備等の廃棄物処理設備に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、発電資源の面から、廃棄物の焼却熱を回収して発電することが重要になってきている。このため、例えばごみ処理設備においては、ごみ等の廃棄物を焼却炉で焼却し、焼却により発生する排ガスの熱を廃熱ボイラーで吸収させ、廃熱ボイラーで蒸気を発生させている。そして、この蒸気をタービンに導入して発電機による発電を行っている。ここで、廃熱ボイラーは、焼却炉に連通する排ガス通路に、水を流通させる複数のチューブを設けており、このチューブは通常、炭素鋼などにより構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来のごみ処理設備は、以下に示す課題を有する。
【０００４】
すなわち、ごみ等に塩化ビニル等の廃プラスチック類が含まれていると、ごみの焼却により塩化水素が発生する。この塩化水素は、高温（例えば５００℃）にすると、廃熱ボイラーを構成するチューブを高温腐蝕することとなり、廃熱ボイラーが損傷を受ける。このため、一般に焼却炉で発生する排ガスは、廃熱ボイラーに到達するまでに低温（通常は３００℃、最も高くて４００℃）にせざるを得なかった。この結果、高温・高圧の蒸気を発生させることができず、十分に発電を行うことができないことから、発電効率を十分に高くすることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、発電効率を十分に向上させることができる廃棄物処理設備を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉と、廃棄物焼却炉で焼却して得られる排ガスにより蒸気を生成するボイラーと、ボイラーで生成する蒸気により発電を行う発電設備とを備える廃棄物処理設備において、前記ボイラーで生成される蒸気よりも高い温度の高温排ガスを、バイオガスを用いて発生させる高温排ガス発生装置と、前記ボイラーで生成される蒸気を前記高温排ガスを用いて過熱する過熱器とを備えることを特徴とする廃棄物処理設備である。
【０００７】
この廃棄物処理設備によれば、廃棄物を廃棄物焼却炉で焼却して得られる排ガスによりボイラーで蒸気が生成され、この蒸気は、過熱器において、高温排ガス発生装置によりバイオガスから生成される高温排ガスにより過熱され、高温・高圧の蒸気となる。そして、発電設備においては、この高温・高圧の過熱蒸気により発電が行われる。このため、発電効率を十分に向上させることができる。また、高温排ガス発生装置においてバイオガスが使用され、石油、石炭のような化石燃料が使用されていないため、二酸化炭素の排出量を削減することも可能となる。
【０００８】
上記廃棄物処理設備は、廃棄物を、第１廃棄物と第２廃棄物とに選別する選別装置と、第２廃棄物をメタン発酵処理して前記バイオガスを生成させるメタン発酵処理装置とを更に備え、廃棄物焼却炉が前記第１廃棄物を焼却するものであってもよい。
【０００９】
上記廃棄物処理設備においては、前記第２廃棄物が前記第１廃棄物より含水率の高いものであることが好ましい。
【００１０】
この場合、選別装置により廃棄物が第１廃棄物と第２廃棄物とに選別され、第１廃棄物が焼却炉で焼却され、第２廃棄物がメタン発酵処理装置でバイオガスを生成させる。ここで、第１廃棄物及び第２廃棄物を焼却炉で焼却すると、第２廃棄物に含まれる水分を除去するために余分なエネルギーが使用され、排ガスの温度を効率よく高めることができなくなる。ところが、この発明では、選別装置により、廃棄物が、第１廃棄物と、これより含水率の高い第２廃棄物とに選別され、含水率の高い第２廃棄物が、含水率の高低にあまり左右されないメタン発酵処理装置で処理される。このため、焼却炉においては排ガス温度を効率よく高めることができ、メタン発酵処理装置においても第２廃棄物が効率よくメタン発酵処理される。
【００１１】
上記廃棄物処理設備において、高温排ガス発生装置が、バイオガスを燃焼する燃焼炉を備えることが好ましい。この場合、高温排ガスは、バイオガスを燃焼炉で燃焼することにより発生するため、過熱器を腐蝕させる原因となる塩化水素等が発生しない。このため、発生した高温排ガスを、その温度を下げることなく過熱器に導入することが可能となる。
【００１２】
上記廃棄物処理設備において、高温排ガス発生装置が、バイオガスを燃料として発電を行う発電装置を備えることが好ましい。この場合も、バイオガスを燃料として発電を行うため、高温排ガスは、過熱器を腐蝕させる原因となる塩化水素等を含まない。このため、発生した高温排ガスを、その温度を下げることなく過熱器に導入することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の廃棄物処理設備の実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の廃棄物処理設備の一実施形態を示すフロー図である。図１に示すように、廃棄物処理設備１０は、廃棄物（例えばごみ）を破砕する破砕機（図示せず）と、破砕機で破砕された廃棄物を焼却炉用廃棄物（第１廃棄物）とこれより含水率の高いバイオガス生成用廃棄物（第２廃棄物）とに選別する選別装置１とを備えている。選別装置１としては、例えば粒度選別機が用いられる。粒度選別機は、廃棄物を、穴の大きさが異なる筒状の回転式ふるいにかけて、粒度差によって焼却炉用廃棄物とバイオガス生成用廃棄物とに分別するものである。
【００１５】
また廃棄物処理設備１０は、選別装置１で選別される焼却炉用廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉２を備えている。廃棄物焼却炉２は通常、ストーカ式焼却炉であるが、流動床式焼却炉であってもよい。なお、廃棄物焼却炉２は、ガス化炉あるいは溶融炉を備えるものであってもよい。
【００１６】
廃棄物焼却炉２にはライン３が接続されており、ライン３には廃熱ボイラー４が設けられている。廃熱ボイラー４は、ライン３中に配されたチューブ（図示せず）を有しており、廃棄物焼却炉２で得られる燃焼排ガスがチューブを通る水を加熱して蒸気を発生させると共に、燃焼排ガスの温度を下げる。ここで、廃熱ボイラー４を構成するチューブは通常、炭素鋼から構成されており、燃焼排ガス中に含まれる塩化水素等により高温腐蝕が起こるおそれがある。このため、廃熱ボイラー４は、ライン３において、燃焼排ガスによってチューブが高温腐蝕を起こさない位置に設けられている。
【００１７】
廃熱ボイラー４は、ライン５を介して過熱器６に接続されている。過熱器６は、廃熱ボイラー４から導入される低温・低圧の蒸気を過熱し、高温・高圧の過熱蒸気にするものであり、高温の排ガスを導入する排ガス導入室と、排ガス導入室を通り蒸気を流通させるチューブとを備えている。過熱器６は、ライン７を介して発電設備８に接続されている。従って、過熱器６で得られる過熱蒸気がライン７を経て発電設備８に導入され、発電が行われる。ここで、発電設備８は、例えばタービンと、これに同軸で連結された発電機とを備えており、高温・高圧の過熱蒸気がタービンを回転させ、このタービンの回転に伴い発電機にて発電が行われる。
【００１８】
一方、廃棄物処理設備１０は、メタン発酵処理装置９を備えている。メタン発酵処理装置９は、選別装置１で選別される含水率の高いバイオガス生成用廃棄物をメタン発酵処理により、メタンガス及び二酸化炭素を含むバイオガスに変換するものである。
【００１９】
メタン発酵処理装置９は、ライン１１を介して高温排ガス発生装置１２に接続されている。高温排ガス発生装置１２は、メタン発酵処理装置９で生成されるバイオガスから、廃熱ボイラー４で生成される蒸気よりも高温の排ガスを発生させるものである。高温排ガス発生装置１２は、ライン１３を介して過熱器６に接続されている。従って、高温排ガス発生装置１２で発生した高温排ガスがライン１３を経て過熱器６に導入され、この高温排ガスにより、廃熱ボイラー４で生成された低温・低圧の蒸気が過熱される。
【００２０】
ここで、図２に示すように、高温排ガス発生装置１２は、バイオガスを燃焼する燃焼炉１４を備えることが好ましい。この場合、バイオガス中に塩化ビニル等が含まれていないため、高温排ガス中に過熱器６を腐蝕させる原因となる塩化水素等が含まれていない。このため、発生した高温排ガスを、その温度を下げることなく過熱器６に導入することが可能となる。また、過熱器６を構成するチューブの材料選択の自由度を高めることができる。
【００２１】
なお、燃焼炉１４には、その側壁にバーナー（図示せず）が設けられ、このバーナーにライン１１が接続されている。また燃焼炉１４には、空気導入ライン１５が接続されている。更に燃焼炉１４には、ライン１３が接続されている。従って、バーナーに点火することによりバイオガスが燃焼し、高温排ガスが発生する。発生した高温排ガスは、ライン１３を経て過熱器６に導入される。
【００２２】
ここで、ライン１１の途中にバイオガスを精製して（即ちＣＯ２を除去して）メタンガス濃度を上げるバイオガス精製装置（図示せず）が設けられることが好ましい。この場合、バイオガス精製装置によりメタンガス濃度が高められるため、効率よく高温排ガスを得ることができる。すなわち、メタン発酵処理により生成されるバイオガスの組成は、メタンが６０％、ＣＯ２が４０％であり、ＣＯ２は、燃焼炉１４での燃焼により顕熱分を奪うものである。従って、顕熱分を奪うＣＯ２をバイオガス精製装置で除去することにより、効率よく高温排ガスを得ることができる。
【００２３】
次に、廃棄物処理設備１０の動作について説明する。
【００２４】
まず廃棄物が破砕機で破砕される。そして、破砕された廃棄物が選別装置１で焼却炉用廃棄物とこれより含水率の高いバイオガス生成用廃棄物とに選別される。
【００２５】
そして、選別装置１で選別される含水率の低い廃棄物は、廃棄物焼却炉２で焼却される。焼却に際しては、適宜燃焼空気が供給される。これにより、含水率の低い廃棄物が焼却される。廃棄物焼却炉２においては、主として含水率の低い廃棄物が焼却されるため、燃焼排ガスの温度を効率よく高めることができる。すなわち含水率の低い焼却炉用廃棄物とこれより含水率の高いバイオガス生成用廃棄物を廃棄物焼却炉２で同時に焼却する場合に比べて、含水率の高いバイオガス生成用廃棄物に含まれる水分を除去するために余分なエネルギーが使用されないため、燃焼排ガスの温度を効率よく高めることができる。このとき、廃棄物は通常、廃棄物中のダイオキシン類を分解するために８００℃以上の温度で焼却される。
【００２６】
こうして廃棄物焼却炉２で廃棄物を焼却すると、高温の燃焼排ガスが発生するが、燃焼排ガスの温度は、廃熱ボイラー４に達するまでに低下される。
【００２７】
この燃焼排ガスが廃熱ボイラー４に到達すると、ライン３内に配されたチューブ（図示せず）を通る水が加熱されて低温・低圧の蒸気が生成される。このときの蒸気の温度は３００〜４００℃となる。この蒸気は、ライン５を経て過熱器６に導入される。
【００２８】
一方、選別装置１で選別される含水率の高い廃棄物は、メタン発酵処理装置９でメタン発酵処理され、メタン発酵処理装置９においてメタンガス及び二酸化炭素を含むバイオガスが生成する。このとき、メタン発酵処理装置９においては、廃棄物の処理効率が、含水率の高低にあまり左右されないため、メタン発酵処理装置９において、含水率の高い廃棄物であっても効率よくメタン発酵処理されることとなる。従って、廃棄物焼却炉２において燃焼排ガスの温度を効率よく高めることができることと相俟って、廃棄物処理設備１０全体として効率よく廃棄物を処理できることとなり、余分なエネルギーの使用量を十分に低減できる。
【００２９】
こうして生成されたバイオガスは、ライン１１を経て高温排ガス発生装置１２に導入される。ライン１１は、燃焼炉１４に設けられるバーナーに接続されており、且つ燃焼炉１４には空気導入ライン１５が接続されているため、燃焼炉１４に空気を導入してバーナーにバイオガスを供給してからバーナーで点火を行うと、メタンガスが燃焼する。これにより高温の排ガスが発生する。この排ガスの温度は、廃熱ボイラー４で生成される蒸気の温度よりも高く、一般的には１０００℃以上（例えば１２００〜１３００℃）である。この高温排ガスは、ライン１３を経て過熱器６に導入される。
【００３０】
そして、この高温排ガスにより、過熱器６に導入される低温・低圧の蒸気が過熱され、高温・高圧の過熱蒸気が得られる。この過熱蒸気の温度は通常５００℃程度になる。
【００３１】
従って、高温・高圧の過熱蒸気をライン７を経て発電設備８に導入することにより、発電設備８における発電効率が十分に向上することとなる。また、高温排ガス発生装置１２においてはバイオガスが使用されており、石油、石炭のような化石燃料が使用されていないため、二酸化炭素の排出量を削減することも可能となる。
【００３２】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、高温排ガス発生装置１２が、バイオガスを燃焼する燃焼炉１４を備えているが、この燃焼炉１４に代えて、圧縮機、燃焼器、ガスタービン及び発電機を備えたガスタービン発電機で構成される発電装置を備えていてもよい。このガスタービン発電機においては、バイオガスが圧縮機で加圧され、この加圧ガスが燃料として燃焼器で燃焼されて高温ガスが発生する。そして、この高温ガスがガスタービンを回し、これに伴って発電機が駆動され、発電が行われる。このとき、ガスタービンの回転に使用された高温排ガスが過熱器６で蒸気の過熱に使用される。なお、発電装置としては、ガスタービン発電機以外に、ガスエンジン又は燃料電池を用いることができる。
【００３３】
また上記実施形態において、廃棄物の例としてごみを挙げているが、廃棄物はごみに限定されるものではなく、有機性廃棄物、汚泥や植物残渣などであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の廃棄物処理設備によれば、廃棄物を廃棄物焼却炉で焼却して得られる排ガスによりボイラーで蒸気が生成され、この蒸気は、過熱器において、高温排ガス発生装置でバイオガスから発生する高温排ガスにより十分に過熱されるため、この過熱された蒸気により発電設備で発電が行われる場合にその発電効率を十分に向上させることができる。また、高温排ガス発生装置においてバイオガスが使用され、石油、石炭のような化石燃料が使用されていないため、二酸化炭素の排出量を削減することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の廃棄物処理設備の一実施形態を示すフロー図である。
【図２】図１の高温排ガス発生装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１…選別装置、２…廃棄物焼却炉、４…廃熱ボイラー（ボイラー）、６…過熱器、８…発電設備、９…メタン発酵処理装置、１０…廃棄物処理設備、１２…高温排ガス発生装置、１４…燃焼炉。
【図１】
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【図２】
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