(57)【要約】【課題】廃棄物焼却炉の廃熱の利用効率が高く、高効率発電が可能な廃棄物焼却発電装置を提供する。【解決手段】廃棄物焼却炉１と、廃棄物焼却炉１の廃熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラ３と、廃熱ボイラ３で生成される蒸気により作動して発電を行う蒸気タービン発電機５とを備えた廃棄物焼却炉発電装置であって、廃熱ボイラ３の高温排ガスを廃棄物焼却炉１の主燃焼室へ循環する排ガス循環ダクト７と、排ガス循環ダクト７が１／４波長管を構成するように排ガス循環ダクト７の一部に高温部を形成する爆轟発生機９とを有し、爆轟発生機９は廃棄物焼却炉１の燃焼領域から発生する未燃ガスを燃料とする。【選択図】  図１
2007309162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却炉と、該廃棄物焼却炉の廃熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラと、該廃熱ボイラで生成される蒸気により作動して発電を行う蒸気タービン発電機とを備えた廃棄物焼却炉発電装置であって、
前記廃熱ボイラの高温排ガスを前記廃棄物焼却炉の主燃焼室へ循環する排ガス循環ダクトと、該排ガス循環ダクトが１／４波長管を構成するように排ガス循環ダクトの一部に高温部を形成する加熱装置とを有し、該加熱装置は前記廃棄物焼却炉の燃焼領域から発生する未燃ガスを燃料とすることを特徴とする廃棄物焼却炉発電装置。
【請求項２】
廃棄物焼却炉と、該廃棄物焼却炉の廃熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラと、該廃熱ボイラで生成される蒸気により作動して発電を行う蒸気タービン発電機とを備えた廃棄物焼却炉発電装置であって、
前記廃熱ボイラの高温排ガスを前記廃棄物焼却炉の主燃焼室へ循環する排ガス循環ダクトと、該排ガス循環ダクトが１／４波長管を構成するように排ガス循環ダクトの一部に高温部を形成する加熱装置とを有し、該加熱装置は間欠的な燃焼により爆轟波を発生させる爆轟発生機からなり、該爆轟発生機の排ガスによって排ガス循環ダクトの一部に高温部を形成するように構成されると共に、前記爆轟発生機で発生した爆轟排ガスを高温導電性ガスとして発電を行うパルス発電機を備えたことを特徴とする廃棄物焼却炉発電装置。
【請求項３】
廃棄物焼却炉の燃焼領域で発生する未燃ガスを、爆轟発生機の燃料として供給する未燃ガス供給路を設けたことを特徴とする請求項２に記載の廃棄物焼却炉発電装置。
【請求項４】
パルス発電機は、導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に直交する磁界を発生する磁極と、前記発電流路に導電性流体が流れるときに発生する電流を取り出す電極とを備えてなるＭＨＤ発電機であることを特徴とする請求項２または３に記載の廃棄物焼却炉発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみなど廃棄物を焼却した際に生じる熱を利用して発電する廃棄物焼却炉発電装置に関し、特に、かかる廃棄物焼却炉発電装置における発電効率の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物焼却炉発電装置は、一般に、廃棄物焼却炉と、該廃棄物焼却炉の廃熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラと、該廃熱ボイラで生成される蒸気により作動して発電を行う蒸気タービン発電機とを備えている。
かかる廃棄物焼却炉発電装置においては、廃棄物焼却炉でごみを焼却した際に発生する廃熱によって廃熱ボイラに給水される水を加熱して蒸気を発生させ、該蒸気によって蒸気タービンを作動させ、該蒸気タービンによって発電機を駆動することにより発電を行う。
【０００３】
このような廃棄物焼却炉発電装置における廃棄物焼却炉において、炉内の燃焼状態を一定に維持するために、炉内の対向する位置に、気体を噴出するためのノズルを設け、該ノズルから排ガスを噴出させて炉内によどみ領域を形成することにより、火炎を安定化させる技術が提案されている（特許文献１参照）。
上記の特許文献１においては、ノズルから噴出させる排ガスは廃熱ボイラ上流の二次燃焼室または排ガス処理設備の下流から抜き出すようにしている。
さらに、特許文献１では、二次燃焼室から抜き出した高温排ガスはダストを含有しているため、排ガス循環ダクトにダストが付着して閉塞などのトラブルの発生を防ぐため、排ガス循環ダクトが１／４波長管となるように構成することが提案されている。
【０００４】
１／４波長管（Rijke Tube）とは、両端が空間に接続する配管であって、配管の一端から配管長の１／４の長さの場所にバーナ等の加熱器を設置し、他端から配管長の１／４の長さの場所に冷却ジャケット等の冷却器を設置して、配管内の気体に音響学的な振動（ヘルムホルツ振動）を発生させることにより、配管内へのダストの付着や堆積を阻止すると共に、ダストの排出作用を起こさせるものである。冷却器を省略して加熱器だけを設置してもダスト付着防止効果が得られる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３２２３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１においては、廃棄物焼却炉の安定燃焼を主目的にして排ガス循環を行っている。そのため、排ガスの抜き出し個所は、２次燃焼室または排ガス処理装置の下流側となっている。
しかしながら、２次燃焼室から排ガスを抜き出す場合には、廃熱ボイラにおいて熱回収される前の排ガスを抜き出すことになり、その点で十分な熱回収ができない。
【０００７】
また、特許文献１においては、１／４波長管を形成するための高温加熱源とし燃焼バーナを用いているが、この燃焼バーナには灯油などの燃料が必要となり、燃料費が嵩むという問題がある。
さらに、廃熱ボイラで発生する蒸気温度には、伝熱管の高温腐食を回避するため制約があり、蒸気温度を所定の温度より高くすることができないので、排ガス循環を行って排ガス顕熱の利用を促進したとしても、廃熱ボイラで発生する蒸気による蒸気タービン発電だけでは、廃棄物焼却炉発電プラント全体として発電効率の向上に限界がある。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、廃棄物焼却炉の廃熱の利用効率が高く、高効率発電が可能な廃棄物焼却炉発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係る廃棄物焼却炉発電装置は、廃棄物焼却炉と、該廃棄物焼却炉の廃熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラと、該廃熱ボイラで生成される蒸気により作動して発電を行う蒸気タービン発電機とを備えた廃棄物焼却炉発電装置であって、前記廃熱ボイラの高温排ガスを前記廃棄物焼却炉の主燃焼室へ循環する排ガス循環ダクトと、該排ガス循環ダクトが１／４波長管を構成するように排ガス循環ダクトの一部に高温部を形成する加熱装置とを有し、該加熱装置は前記廃棄物焼却炉の燃焼領域から発生する未燃ガスを燃料とすることを特徴とするものである。
【００１０】
廃熱ボイラの高温排ガスとは、例えば過熱器より下流側でエコノマイザより上流側から抜出されるものである。
なお、高温排ガスを吹き込む位置は、主燃焼室の乾燥領域から燃焼領域の範囲であることが好ましい。
また、高温排ガスに予熱された空気を混合して温度と酸素濃度を調整した高温ガスとして主燃焼室に吹込むことが好ましい。
また、廃熱ボイラの排ガス量の20〜50体積％を循環させるのが好ましい。
また、循環させる高温排ガス温度は200〜400℃であることが好ましい。
【００１１】
高温排ガスまたは高温排ガスと空気を混合した高温ガスを、廃棄物の熱分解や部分酸化によって発生する熱分解ガスの上昇流に対向するように吹き込むことによって、よどみ領域を形成して安定燃焼を実現する。
【００１２】
（２）また、本発明に係る廃棄物焼却炉発電装置は、廃棄物焼却炉と、該廃棄物焼却炉の廃熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラと、該廃熱ボイラで生成される蒸気により作動して発電を行う蒸気タービン発電機とを備えた廃棄物焼却炉発電装置であって、前記廃熱ボイラの高温排ガスを前記廃棄物焼却炉の主燃焼室へ循環する排ガス循環ダクトと、該排ガス循環ダクトが１／４波長管を構成するように排ガス循環ダクトの一部に高温部を形成する加熱装置とを有し、該加熱装置は間欠的な燃焼により爆轟波を発生させる爆轟発生機からなり、該爆轟発生機の排ガスによって排ガス循環ダクトの一部に高温部を形成するように構成されると共に、前記爆轟発生機で発生した爆轟排ガスを高温導電性ガスとして発電を行うパルス発電機を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
爆轟発生機の排ガスを排ガス循環ダクト内に吹込み、この爆轟排ガスを高温排ガスを排ガス循環ダクトに吸引するエゼクタの駆動ガスとして用いるようにするのが好ましい。
【００１４】
（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、廃棄物焼却炉の燃焼領域で発生する未燃ガスを、爆轟発生機の燃料として供給する未燃ガス供給路を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
（４）また、上記（２）または（３）に記載のものにおいて、パルス発電機は、導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に直交する磁界を発生する磁極と、前記発電流路に導電性流体が流れるときに発生する電流を取り出す電極とを備えてなるＭＨＤ発電機であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高温排ガス循環により排ガスの顕熱の利用割合を増大して廃熱ボイラからの熱回収を増大させ、発電効率を向上できる。
また、排ガス循環ダクトを1/4波長管とするための加熱源に別の燃料を必要としない。
さらに、焼却炉から未燃ガスを抜出してパルス発電を行うようにすれば、総合的な発電効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る廃棄物焼却発電装置の概要を示す図である。本実施の形態に係る廃棄物焼却発電装置は、図１に示されるように、火格子式廃棄物焼却炉１と、該火格子式廃棄物焼却炉１の廃熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラ３と、該廃熱ボイラ３で生成される蒸気により作動して発電する蒸気タービン発電機５と、前記廃熱ボイラ３の高温排ガスを火格子式廃棄物焼却炉１の主燃焼室１３（図２参照）へ循環する排ガス循環ダクト７と、該排ガス循環ダクト７が１／４波長管を構成するように排ガス循環ダクト７の一部に高温部を形成する加熱装置としての爆轟発生機９と、爆轟発生機９の爆轟排ガスを高温導電性ガスとして発電を行うＭＨＤ発電機１１（図４参照）を備えている。
以下、各構成をさらに詳細に説明する。
【００１８】
（１）火格子式廃棄物焼却炉、廃熱ボイラ
都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する廃棄物焼却炉として、火格子式又は流動床式廃棄物焼却炉が広く用いられている。本実施の形態においては、火格子式廃棄物焼却炉を例に挙げて説明する。図２は、火格子式廃棄物焼却炉１の説明図である。
火格子式廃棄物焼却炉１は、図２に示されるように、都市ごみなどの廃棄物を装入して燃焼させる主燃焼室１３、主燃焼室１３で発生した排ガス中の未燃分を燃焼させる二次燃焼室１５を備え、二次燃焼室１５の下流側に廃熱ボイラ３が設けられている。
【００１９】
主燃焼室１３には、その底部に乾燥火格子１９、燃焼火格子２１、後燃焼火格子２３に区分された火格子が設けられており、乾燥火格子側の端部には廃棄物２４を一時貯留しながら炉内へ装入するホッパ２５が設けられている。また、後燃焼火格子２３から排出される主灰を排出する主灰シュート２７が後燃焼火格子２３に隣接して設けられている。
【００２０】
廃熱ボイラ３には、排ガスが流れる上流側から順に、過熱器２９、蒸発器３１が設けられている。また、廃熱ボイラ３の下流側または廃熱ボイラ内における蒸発器３１の下流にはエコノマイザ３２が配置されている。
なお、廃熱ボイラ３の下流側には、図１に示されるように、空気予熱器３３、第一の除塵装置３５、第二の除塵装置３７、排風機３９、煙突４１が設けられている。
【００２１】
（２）蒸気タービン発電機
蒸気タービン発電機５は、廃熱ボイラ３で生成される蒸気により作動して発電を行う。
【００２２】
（３）排ガス循環ダクト
図３は排ガス循環ダクトの説明図である。
排ガス循環ダクト７は、一端側が廃熱ボイラ３の過熱器２９のすぐ下流側または蒸発器３１のすぐ下流側に接続され、他端側が主燃焼室１３へ高温ガスを吹き込む高温ガス吹込みノズル４３に接続されている（図１、図２、図３参照）。廃熱ボイラ３で熱回収された高温排ガスが排ガス循環ダクト７の一端側から抜き出され、高温ガス吹込みノズル４３を介して主燃焼室内へ吹き込まれる。
排ガス循環ダクト７には、図３に示すように、排ガス循環ダクト７に予熱空気を導入するための予熱空気配管４５が接続されており、廃熱ボイラ３から抜き出された高温排ガスに予熱空気を混合して、温度と酸素濃度の調整が可能になっている。以下、本明細書においては温度と酸素濃度が調整された高温排ガスを高温ガスという。
【００２３】
上述したように、高温排ガスは、廃熱ボイラ３の過熱器２９を通過した位置または蒸発器３１を通過した位置から抜き出す。この理由は、廃熱ボイラ３による高温排ガスからの熱回収効率が最大となるように、排ガス全量を過熱器２９に通ガスして最大限熱交換させるためである。
また、排ガス循環ダクト７にはダンパーが設けられており、廃熱ボイラ３の下流側から抜き出す排ガス量を調整できるように構成されている。
【００２４】
さらに、排ガス循環ダクト７は、１／４波長管（Rijke Tube）となるように構成され、１／４波長管構成のための高温部形成のための加熱源として、後述する爆轟発生機９から排出される爆轟排ガスが使用されており、爆轟排ガス吹込みノズル４６から排ガス循環ダクト全長の１／４の長さの位置に爆轟排ガスを吹き込むようにしている（図３参照）。
１／４波長管（Rijke Tube）とは、管の一端から管全長の１／４の長さの位置に加熱部を設置し、他端から管全長の１／４の長さの位置に冷却部を設置して、管内の気体に音響学的な振動（ヘルムホルツ振動）を発生させるものである。なお、冷却部を省略して加熱部だけを設置してもヘルムホルツ振動を発生させることができ、本実施形態では冷却部を省略している。
【００２５】
排ガス循環ダクト７が１／４波長管となるように構成されることにより、ヘルムホルツ振動によりダクト内面へのダストの付着や堆積を阻止できると共に、ダストの排出作用を起こさせることができる。
【００２６】
（４）爆轟発生機
図４は本実施の形態の爆轟発生機９の説明図である。なお、図４には後述するＭＨＤ発電機１１が併せて図示されている。以下、図４に基づいて爆轟発生機９について説明する。
爆轟発生機９は、図４（Ａ）に示すように、燃料としての未燃ガス及び燃焼用空気の供給を受ける着火室４７と、着火室４７に連通された燃焼室４９とを有している。着火室４７は円筒状に形成され、着火室４７の一端部には、燃料を間欠的に着火させる着火装置としての点火栓５１が設けられている。
また、着火室４７には、該着火室４７の軸線方向に延びる螺旋状の金属からなるシェルキンスパイラル５３が設けられている。このシェルキンスパイラル５３は、点火栓５１で燃料が着火されて生じた火炎を加速させることにより爆轟を誘起させる。着火室４７にシェルキンスパイラル５３を設ける代わりに、着火室４７の内壁に螺旋状の溝を設けて火炎を加速させ爆轟を誘起させてもよい。
【００２７】
着火室４７の他端部は、分散室５５に連通されている。この分散室５５は、該分散室５５から、燃焼室４９にやや湾曲形成された導入側端部４９Ａの複数位置へ、それぞれ路程が等しくなるように誘導路５７によって連通している。
【００２８】
燃焼室４９は、図４（Ａ）に示されるように軸線に直角な断面での断面積が図中右方に行くに従って小さくなる円錐状をなしている。そして、この円錐状の部分の断面積が導入側端部４９Ａで最大、図４（Ａ）にて右側端部の出口開口端部４９Ｂで最小となっており、これによって収束部を形成している。このような収束部を有することによって誘導路５７から燃焼室４９へ導入された複数の爆轟波が収束されて、さらに高温高圧の収束爆轟波が形成される。そして、燃焼室４９は、その出口開口端部４９ＢでＭＨＤ発電機１１と接続されており、着火室４７で着火した燃料の間欠的な燃焼により爆轟を生じさせて電離または解離した爆轟排ガスが導電性流体としてＭＨＤ発電機１１へ流入する。
【００２９】
着火室４７及び燃焼室４９には、着火室４７及び燃焼室４９の内壁を冷却して所定温度以下に維持するためのジャケット、例えば水冷ジャケット５９（５９Ａ，５９Ｂ及び５９Ｃ）が形成されている。この水冷ジャケット５９により着火室４７及び燃焼室４９の内壁の温度は燃料の着火温度以下に維持され、着火室４７及び燃焼室４９の内壁の過昇温による着火室４７及び燃焼室４９での異常燃焼が防止される。
【００３０】
着火室４７には、火格子式廃棄物焼却炉１から未燃ガスを取り出して燃料として着火室４７に供給する未燃ガス供給管６１が接続されている（図１参照）。
着火室４７には燃焼用空気が供給されるが、未燃ガスはこの燃焼用空気を駆動気体とする誘引作用により吸引されて着火室４７に供給される。
未燃ガス供給管６１は、排ガス循環ダクト７と同様に１／４波長管（Rijke Tube）であることが好ましい。なお、１／４波長管を構成するための加熱手段としては、別途小型の燃焼バーナを用いるようにすればよい。
未燃ガスの取り出しは、例えば、ストーカ型焼却炉の燃焼火格子２１の上方、流動床型焼却炉のフリーボード部下部から行うのが好ましい。
【００３１】
（５）ＭＨＤ(Magneto-Hydro-Dynamic)発電機
ＭＨＤ発電機１１は本発明におけるパルス発電機の一態様であり、導電性流体の流動のための発電流路６３と、該発電流路６３に直交する磁界を発生する磁極６５と、前記発電流路６３に導電性流体が流れるときに発生する電流を取り出す電極６７とを備えてなる。以下、図４（Ａ）および図４（Ａ）における矢視Ａ-Ａ断面図である図４（Ｂ）に基づいてＭＨＤ発電機１１を詳細に説明する。
【００３２】
ＭＨＤ発電機１１は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、燃焼室４９に連通する管状の発電流路６３を備えている。この発電流路６３は導電性流体の流動のための流路であり、発電流路６３の軸線（導電性流体の流動方向の軸線）６９との直交方向で互いに対向する一対の磁極６５と、発電流路６３の軸線６９と該一対の磁極６５の対向方向との直交方向で互いに対向する一対の電極６７とが配設されている（図４（Ｂ）参照）。
【００３３】
発電流路６３に配された一対の磁極６５は、発電流路内にて、該一対の磁極６５の対向方向（図４（Ｂ）にて左右方向）に向く磁力線を生ずる。一対の電極６７は、絶縁材７０を介して発電流路６３を形成する空間に配され、コンデンサ７１を介してインバータ７３に接続されている。コンデンサ７１とインバータ７３は、該一対の電極６７で取り出したパルス電流を交流電流に変換する。
【００３４】
次に上記のように構成された廃棄物焼却発電装置の動作を説明する。
上述した火格子式廃棄物焼却炉１においては、ホッパ２５に投入された廃棄物２４は、順次乾燥火格子１９に送られ、下から吹き込まれる空気と炉内の輻射熱により乾燥されると共に昇温されて着火する。
燃焼を開始した廃棄物２４は、燃焼火格子２１に送られ、下から吹き込まれる燃焼用空気により熱分解されて可燃性ガスが発生し、ガスの一部はごみ層の上方で燃焼する。そして、さらに後燃焼火格子２３で、廃棄物中の未燃分が完全に燃焼する。
燃焼後に残った焼却灰は、主灰シュート２７より外部に排出される。排出された焼却灰は、灰溶融炉で溶融されスラグとメタルにされ有効利用される。
【００３５】
主燃焼室内で発生した排ガスは二次燃焼室１５へ流入し、その中に含まれている未燃焼の可燃性ガス成分（未燃ガスという）が完全に燃焼する。二次燃焼室１５から排出された排ガスは、廃熱ボイラ３へ送られて熱回収された後、排ガスの一部は、排ガス循環ダクト７に導入されて、主燃焼室１３側に戻されて循環される。（排ガスの排ガス循環ダクト７への導入方法については後述する。）
また、主燃焼室１３に循環されないで廃熱ボイラ３から排出された残りの排ガスは、熱交換により空気を予熱する空気予熱器３３、第一の除塵装置３５、第二の除塵装置３７、排風機３９、煙突４１を通って大気中に放散される。
第一の除塵装置３５で排ガス中の飛灰などダストを捕集し、第二の除塵装置３７の手前で排ガス中に酸性ガス反応剤を添加して酸性ガスを中和して、第二の除塵装置３７でその反応生成物を捕集する。
【００３６】
廃熱ボイラ３から排ガスの一部を導入して主燃焼室１３側に戻して循環させる排ガス循環ダクト７には、空気予熱器３３から予熱空気配管４５を介して予熱空気が導入され、高温ガス吹込みノズル４３の手前で高温排ガスに混合され、温度と酸素濃度を調整した高温ガスとして高温ガス吹込みノズル４３から主燃焼室１３内に吹き込まれる。
【００３７】
高温ガスは、主燃焼室１３内の燃焼開始領域から主燃焼領域までの間の任意の領域に吹き込まれる。このような領域に吹き込むようにしているのは、高温ガスは火炎が存在し、可燃性ガスが多く存在する領域に吹き込むことが燃焼を安定させる上で好ましいためである。なお、火格子式或いは流動床式の廃棄物焼却炉において、可燃性ガスが多く存在する領域は、燃焼開始領域から主燃焼領域までである。
【００３８】
ここで、燃焼開始領域および主燃焼領域について説明する。
廃棄物が焼却される場合、まず水分の蒸発が起こり、次いで熱分解・部分酸化反応が起こり、可燃性ガスが生成し始める。燃焼開始領域とは、廃棄物の燃焼が始まり、廃棄物の熱分解、部分酸化により可燃性ガスが生成し始める領域である。
また、主燃焼領域とは、廃棄物の熱分解、部分酸化と燃焼が行われ、可燃性ガスが発生し火炎を伴って燃焼している領域であり、火炎を伴う燃焼が完了する点（燃え切り点）までの領域である。燃え切り点より後の領域では、廃棄物中の固形未燃分（チャー）が燃焼するチャー燃焼領域（熾燃焼領域）となる。
なお、火格子式焼却炉では燃焼開始領域は乾燥火格子１９の上部空間であり、主燃焼領域は燃焼火格子２１の上部空間に相当する。
【００３９】
排ガス循環ダクト７から供給される高温ガスは、高温ガス吹込みノズル４３から主燃焼室１３の上記領域において斜め下方に向かって吹き込まれる。他方、火格子下から供給される燃焼用空気は火格子上の廃棄物層を通過しながら燃焼に用いられ、発生した未燃ガスや燃焼排ガスと共に炉内を上向きに流れる炉ガス上向流となる。
高温ガス吹込みノズル４３から吹き込まれる高温ガスと炉ガス上向流とが衝突することにより廃棄物層直上によどみ領域が形成される。「よどみ領域」とは、炉内ガスの動きが遅く滞留している部分のことである。
【００４０】
上記のように、主燃焼室１３へ高温ガスを吹き込むことにより、以下の効果が得られる。
高温ガスの顕熱及び輻射熱により廃棄物の熱分解が促進される。廃棄物層上の空間に高温のよどみ領域が形成されるので、炉内ガスの滞留時間が長くなって、廃棄物が熱分解して生成した可燃性ガスの燃焼が安定して行われ、安定な火炎を定在させることができる。また、可燃性ガスの混合が行われ、可燃性ガスの燃焼が促進される。
【００４１】
このように廃棄物の熱分解および可燃性ガスの燃焼が促進されることにより、均一で安定した燃焼が促進されるので、廃熱ボイラ３における熱回収量が増大し、蒸気タービン発電機５での発電効率が増大する。
また、ＮＯｘ、ＣＯ、ダイオキシン類の発生を大幅に抑制することができる。
さらに、空気比（廃棄物を燃焼するのに必要な理論空気量に対する実際に焼却炉に供給する空気量の比率）の制御可能範囲が拡大するので、低空気比燃焼が可能となり、排ガス発生量の低減を図ることができる。
空気比を小さくすることができれば排ガス量は低減し、排ガス処理設備がコンパクトになり、その結果、廃棄物焼却施設全体が小型化して設備費を低減することができる。これに加えて、排ガス処理のための薬剤量も低減できるので、運転費を低減できる。さらに、熱回収できずに失われる熱量を低減できるので、廃熱ボイラ３の熱回収率が向上し、これに伴ってごみ焼却発電の発電効率を上げることができる。
【００４２】
なお、排ガス循環ダクト７から抜き出す高温排ガス量はダンパーによって調整し、排ガス全量の20〜50体積％、より好ましくは30〜40体積％とするのが、適正である。高温排ガス量が排ガス全量の20体積％より少ないと、高温排ガスを循環して得られる効果が十分でなく、50体積％より多いと、空気を混合しても酸素濃度の調整に限界があり主燃焼室１３に吹き込んだ際に燃焼に支障を生じることがあるからである。30〜40体積％とすれば、前記の高温ガス吹込みの効果が十分に発揮される。
【００４３】
また、抜き出す高温排ガスは、その温度が200〜400℃、より好ましくは250〜350℃であることが望ましい。高温排ガスの温度が200℃より低いと、高温排ガスを循環して得られる効果が十分でなく、400℃より高い高温排ガスを抜き出すということは、廃熱ボイラ３での排ガスからの熱回収が十分に行われていないことを意味しており、熱回収効率が低くなってしまうからである。
上記の温度範囲の高温排ガスを導出することができる箇所は、前述したように、廃熱ボイラ３の排ガスが過熱器２９を通過した位置または蒸発器３１を通過した位置である。廃熱ボイラ３とエコノマイザ３２との間の位置から高温排ガスを導出することもできる。エコノマイザ３２に導入される排ガスの温度は少なくとも２５０℃以上であるため、高温排ガスの温度条件を満たしている。
【００４４】
ここで、高温排ガスの排ガス循環ダクト７への導入方法について説明する。
前述したように、本実施の形態においては、高温排ガス循環ダクト７が１／４波長管を形成するために、高温ガス吹込みノズル４３から排ガス循環ダクト全長の１／４の長さの位置であって排ガス循環ダクト７が絞られてノズル状になっている部分に爆轟排ガス吹込みノズル４６から爆轟排ガスを吹き込むようにしている。
爆轟排ガス吹込みノズル４６は高温排ガスの流れ方向に設けられ、爆轟排ガスが噴出することにより、その気体誘引効果により、高温排ガスが吸引される。このように気体誘引機構によって高温排ガスを排ガス循環ダクト７に導入するようにしていることから、この気体誘引機構には可動部がなく、ダストが付着しにくいため耐久性に優れ、かつメンテナンスも容易である。
【００４５】
次に、爆轟発生機９およびＭＨＤ発電機１１の動作を図４に基づいて説明する。
火格子式廃棄物焼却炉内の未燃ガスを燃料として、未燃ガス供給管６１を介して爆轟発生機９の着火室４７に供給する。
爆轟発生機９では、先ず、着火室４７、分散室５５、誘導路５７、そして燃焼室４９に、ほぼ理論混合比、または理論混合比よりも空気不足条件で、燃料と燃焼用空気が着火室４７から充填される。次いで、点火栓５１を作動させると、着火室内では、着火により爆轟が起こり、その爆轟波が分散室５５そして誘導路５７を経て燃焼室４９の導入側端部４９Ａに伝播される。その際、複数の誘導路５７の路程はそれぞれ等しく設定されているので、複数の誘導路５７の爆轟波は同時に燃焼室４９の導入側端部４９Ａに達することになる。
【００４６】
燃焼室内では複数の爆轟波が導入側端部４９Ａから出口開口端部４９Ｂへと進行するが、燃焼室４９の断面積は下流に向け次第に小さくなっているため、爆轟波が収束されて、下流側に伝播するにつれて温度及び圧力が上昇する。
出口開口端部４９Ｂに進行して高温高圧になり電離または解離した爆轟排ガスが導電性流体として発電流路内へ流動すると、該導電性流体の流動方向が一対の磁極６５の磁力線に直交することとなるので、流動方向と該一対の磁極６５の対向方向とに直交する方向（図４（Ｂ）にて上下方向）に電流が生じる。その結果、該直交する方向で互いに対向する一つの電極６７で電流が取り出され、コンデンサ７１とインバータ７３により、交流電流に変換される。
上記のように、爆轟排ガスが導電性流体として発電流路内を通過することにより、パルス発電が行われる。
【００４７】
発電流路６３を通過した爆轟排ガスは排ガス循環ダクト７に設けられた爆轟排ガス吹込みノズル４６から排ガス循環ダクト内に排出され、排ガス循環ダクト７を１／４波長管とする加熱源として、さらに廃熱ボイラ３から高温排ガスを吸引するエゼクタの駆動気体として用いられる。
爆轟発生機９は間欠的に爆轟波を発生するが、この衝撃波の発生サイクルとしては１０〜１００Hzが好ましい。１０Hzよりも小さいと、発電効率が低下するし、インバータ７３での変換効率が悪くなる。１００Hzよりも大きいと、燃料や燃焼用空気の給気弁の作動が困難となり、また、燃焼室に残存するガスを十分に排気できず、強力な衝撃波を発生できないからである。
なお、火格子式廃棄物焼却炉１の休止後の立上げ運転や立下げ運転のため、未燃ガスが十分に発生していない場合には、灯油などの補助燃料を爆轟発生機９に供給する。
また、爆轟発生機９と爆轟排ガス吹込みノズル４６との間にバッファタンクを設けて、衝撃波が直接排ガス循環ダクト７に伝播しないようにして、衝撃波による排ガス循環ダクト７への影響を緩和するとともに、排ガス循環ダクト７を１／４波長管として音響学的な振動を発生させることをより効果的に実現させるようにしてもよい。
【００４８】
以上のように、本実施の形態によれば、焼却炉内から導出した未燃ガスを爆轟させ衝撃波によって爆轟排ガスを高温にして電離または解離させて、あるいはダスト中のアルカリ金属成分を電離または解離させて爆轟排ガスを導電性流体として発電に用いるようにしたので、高効率の発電が可能となる。
【００４９】
ＭＨＤ発電の発電量は、導電性流体の流速の２乗に比例し、電気伝導度に比例して増大する。未燃ガスは爆轟または収束爆轟により加熱され３０００Ｋ以上となり、電離または解離して高温導電性ガスとなり、さらに高速で流動されるので、高い発電量を発電することができる。
このとき、未燃ガス中のガス成分が爆轟または収束爆轟に伴う衝撃波によって電離または解離して導電性流体になることに加えて、未燃ガスには廃棄物に含まれる塩分や乾電池等に由来するＮａ、Ｋ等のアルカリ塩やアルカリ金属を含むダストが含まれているので、そのアルカリ塩やアルカリ金属の蒸気は電離または解離し易いため電気伝導度をさらに増大させるので、発電量をさらに高めることができる。
【００５０】
ＭＨＤ発電の例として、石炭や重油、天然ガスの燃焼により得られる高温燃焼排ガスを作動流体として強磁場中を通過させ、磁束を横切ることによって発電することが知られている。
しかし、作動流体である高温燃焼排ガスの電気伝導度を高めることが発電効率を上げるのに必要であり、このためシード物質と呼ばれるＮａやＫ等アルカリ金属が加えられる。ところが、シード材が高価なことから、これを添加することはコスト高となり、また、シード材を回収して再生するための装置が必要となり、さらにコスト高となるという問題があった。
【００５１】
この点、本実施の形態のように火格子式廃棄物焼却炉１から導出した未燃ガスを用いる場合、未燃ガスには廃棄物に含まれる塩分や乾電池等に由来するＮａ、Ｋ等のアルカリ塩やアルカリ金属を含むダストが含まれているとともに、爆轟または収束爆轟によって衝撃加熱されるので、発電流路６３を通過する爆轟排ガスは十分に電気伝導度が高く、シード材を別途添加する必要がないため、コストを高くすることなく高い発電量を得ることができる。
なお、焼却炉排ガスから第一の除塵装置３５により捕集された飛灰を、爆轟発生機９に供給する未燃ガスと燃焼用空気にシード材として添加して、爆轟排ガスの電気伝導度をさらに増大させるようにしてもよい。
【００５２】
本実施の形態においては、火格子式廃棄物焼却炉１から発生する未燃ガスを、排ガス循環ダクト７を１／４波長管とする加熱源としての爆轟排ガスを生成するための燃料とするため、燃焼バーナなど別に燃料を用いる必要がないので、燃料費を不要にできる。
さらに、爆轟排ガスの気体誘引効果（エゼクタ効果）を利用して廃熱ボイラ３から高温排ガスを吸引して主燃焼室内に吹き込んでいるので、ブロワなど可動部がなくダストを含んだ高温排ガスを吸引してもトラブルの発生を少なくできる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態においては、高温排ガスを循環させて高温ガスとして主燃焼室１３に吹き込むことにより、廃熱ボイラ３を通過するガス量を増加して熱回収量を増加させるとともに、廃熱ボイラ３の下流側に持ち出される排ガス顕熱を低減することができるので、廃熱ボイラ３における熱回収効率が増大して蒸気タービン発電機５による発電効率が向上すると共にＭＨＤ発電による高効率発電が可能となるので、総合発電効率を向上させることができる。
なお、総合発電効率とは廃棄物の燃焼によって発生する熱エネルギー総量のうち電力に変換した比率をいう。
以下の実施例においては、本発明の実施例と従来のストーカ式廃棄物焼却炉との発電効率の比較を示す。
【実施例】
【００５４】
処理量300ｔ/日の火格子式廃棄物焼却炉について、廃棄物の燃焼による発熱量から発電量を試算した。
実施例の仕様は以下の通りである。
（１）高温排ガス循環：  排出排ガスの40体積％を主燃焼室に循環させる。
（２）爆轟ＭＨＤ発電：  主燃焼室で発生する未燃ガスの一部を燃料として爆轟発生させ、爆轟排ガスを作動流体としてＭＨＤ発電を行う。廃棄物の燃焼による発熱量の20％に相当する量の未燃ガスを爆轟ＭＨＤ発電に用いる。
以上の実施例によれば、熱回収する焼却炉排ガスの熱量を増大でき、蒸気タービン発電と爆轟ＭＨＤ発電との複合による総合発電効率を27％まで向上できる。
【００５５】
比較例
従来の火格子式廃棄物焼却炉からの発生熱エネルギーを廃熱ボイラ３により回収して蒸気タービンにより発電を行う。このとき、集塵機により集塵した低温の排ガスを循環し、排出排ガスの15体積％を主燃焼室に循環させる。
この場合、発電効率は23％であった。
【００５６】
以上のように、本実施例によれば、従来の排ガス循環の場合に比較して発電効率が4％向上することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる廃棄物焼却炉発電装置の全体構成の説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に適用する火格子式廃棄物焼却炉の例を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る排ガス循環ダクトの説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に用いる爆轟発生機及びＭＨＤ発電機の説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  火格子式廃棄物焼却炉、３  廃熱ボイラ、５  蒸気タービン発電機、７  排ガス循環ダクト、９  爆轟発生機、１１  ＭＨＤ発電機。
【図１】
2007309162.tif 000003
【図２】
2007309162.tif 000004
【図３】
2007309162.tif 000005
【図４】
2007309162.tif 000006