(57)【要約】【課題】排ガスに含まれる蒸気の潜熱を有効利用して高効率に回収熱を利用できる排熱回収方法及び排熱回収システムを提供する。【解決手段】汚泥焼却炉２から排出された排ガスの保有熱を回収する排熱回収システムであって、汚泥焼却炉２から排出され、集塵装置５で除塵された後の排ガスに含まれる蒸気の潜熱を、凝縮器６１を備えた熱交換器６により間接的に回収し、熱交換器６で回収された熱媒体である蒸気を発電装置１１に供給し、発電装置１１から排出された蒸気を熱交換器６に循環させる。【選択図】図１
2012207617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥焼却炉から排出された排ガスの保有熱を回収する排熱回収方法であって、
前記汚泥焼却炉から排出され、集塵装置で除塵された後の排ガスに含まれる蒸気の潜熱を、凝縮器を備えた熱交換器により間接的に回収し、前記熱交換器で回収された排熱を他の機器のエネルギー源として利用する排熱回収方法。
【請求項２】
前記集塵装置に耐熱性の多孔質フィルタを使用する請求項１記載の排熱回収方法。
【請求項３】
前記熱交換器により蒸気の潜熱を回収した熱媒体を生成し、生成した熱媒体を発電装置に供給して発電する請求項１または２記載の排熱回収方法。
【請求項４】
前記発電装置から排出された熱媒体の保有熱を前記汚泥焼却炉の白煙防止装置の熱源に利用する請求項３記載の排熱回収方法。
【請求項５】
少なくとも前記集塵装置の上流側の排ガスにアルカリ剤を供給して、酸性ガスを吸着し、酸性ガス成分を吸着したアルカリ剤を前記集塵装置で除去する請求項１から４の何れかに記載の排熱回収方法。
【請求項６】
汚泥焼却炉から排出された排ガスの保有熱を回収する排熱回収システムであって、
前記汚泥焼却炉から排出され、集塵装置で除塵された後の排ガスに含まれる蒸気の潜熱を、凝縮器を備えた熱交換器により間接的に回収する潜熱回収装置と、前記潜熱回収装置で回収された排熱をエネルギー源として利用する他の装置と、を備えている排熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥焼却炉から排出された排ガスの保有熱を回収する排熱回収方法及び排熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水処理設備で発生した汚泥は、脱水処理された後に流動床式焼却炉に投入されて焼却されている。焼却炉で生じた排ガスを処理するために、焼却炉の煙道に沿って燃焼用空気予熱器、白煙防止用空気予熱器が配設され、これらによって燃焼排ガスの保有熱が回収される。さらに、下流側に集塵機、スクラバが配置され、集塵機で除塵され、スクラバでアルカリ処理されてＳＯｘやＨＣｌが除去された排ガスは、白煙防止空気が混合された後に煙突から排気される。
【０００３】
通常、焼却炉から排気された約８５０℃の排ガスは、燃焼用空気予熱器で６００℃程度に減温され、白煙防止用空気予熱器等で２００〜２５０℃に減温された後、集塵機となるバグフィルタで除塵され、スクラバで４０〜５０℃程度に減温・減湿される。
【０００４】
スクラバから排出された温排水は、温度が低いため、積雪地のロードヒーティングや汚泥処理場内の消化槽の加熱源程度に用途が制限されていた。
【０００５】
このような汚泥は湿ベースで８０％前後の高い含水率を示し、焼却炉で加熱されて多量の蒸気となって煙道を通過するが、焼却炉排ガス保有熱量の５０％程度の熱量が燃焼用空気予熱器と白煙防止用空気予熱器で回収されるに過ぎず、残りの熱量はスクラバを通過して冷却され、低温排水として無駄に捨てられていた。
【０００６】
そこで、特許文献１には、焼却炉の排ガスを、白煙防止空気予熱器、集塵装置、排煙洗浄塔に順次通して排ガス処理するとともに、排煙洗浄塔から排出される洗煙排水を排熱発電システムに供給して排熱発電を行う方法であって、白煙防止空気の保有熱を排熱発電システムに供給することにより、発電量を向上させることを特徴とする焼却炉の排ガスによる排熱発電方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】２０１０−１７４８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に開示された技術は、排煙洗浄塔から排出される４０℃程度の洗煙排水を、白煙防止空気の保有熱で６０〜７０℃に加熱して、所謂バイナリー発電機で発電するもので、一旦復水した温水を利用するに過ぎず、排熱の利用効率を向上させる点でさらなる改良の余地があった。また、そのような温水は腐食性物質が多量に含まれるため、配管が腐食するという問題や多量のスケールが付着するという問題もあった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、排ガスに含まれる蒸気の潜熱を有効利用して高効率に回収熱を利用できる排熱回収方法及び排熱回収システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明による排熱回収方法の第一特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、汚泥焼却炉から排出された排ガスの保有熱を回収する排熱回収方法であって、前記汚泥焼却炉から排出され、集塵装置で除塵された後の排ガスに含まれる蒸気の潜熱を、凝縮器を備えた熱交換器により間接的に回収し、前記熱交換器で回収された排熱を他の機器のエネルギー源として利用する点にある。
【００１１】
高含水率の汚泥を焼却することによって、排ガスには非常に多量の蒸気が含まれる。集塵装置で除塵された後の排ガスを凝縮器に備えた熱交換器に導き、熱交換器で他の熱媒体との間で間接的に熱交換することによって、排ガスに含まれる蒸気が凝縮する際に蒸気が保有する潜熱が効果的に回収される。しかも、熱交換器によって熱回収された他の熱媒体は、排ガスのような腐食性ガスを含まずクリーンであるため、他の機器のエネルギー源として高い自由度で利用することができる。
【００１２】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記集塵装置に耐熱性の多孔質フィルタを使用する点にある。
【００１３】
耐熱性の低いバグフィルタのような集塵装置を使用する場合には、白煙防止空気予熱装置等で集塵装置の耐熱温度を下回る程度まで熱回収する必要があるが、集塵装置に耐熱性の多孔質フィルタを用いる場合には、十分に高温の排ガスを集塵装置に導くことができるので、凝縮器を備えた熱交換器で高温の熱媒体として熱を回収できるようになり、より排熱を有効利用できるようになる。
【００１４】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記熱交換器により蒸気の潜熱を回収した熱媒体を生成し、生成した熱媒体を発電装置に供給して発電する点にある。
【００１５】
熱交換器により間接的に熱回収した高温の熱媒体を発電装置に供給することにより、利用用途の広い電力としてエネルギー回収できるようになる。このような発電機として、例えば、熱媒体として蒸気を用いれば、タービン式やスクリュー式の蒸気発電機を好適に用いることができる。
【００１６】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記発電装置から排出された熱媒体の保有熱を前記汚泥焼却炉の白煙防止装置の熱源に利用する点にある。
【００１７】
発電装置から排出された熱媒体を汚泥焼却炉の白煙防止装置の熱源に利用すれば、煙道に白煙防止用空気予熱器を備える必要が無く、排ガスに含まれる蒸気の保有熱を更に効果的に回収でき、より発電容量を稼ぐことができる。例えば、熱媒体として蒸気を用いる場合には、蒸気式発電機を用い、その排出蒸気をスチームエアヒータの熱源に用いることができる。
【００１８】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、少なくとも前記集塵装置の上流側の排ガスにアルカリ剤を供給して、酸性ガスを吸着し、酸性ガス成分を吸着したアルカリ剤を前記集塵装置で除去する点にある。
【００１９】
集塵装置の上流側の排ガスに消石灰等のアルカリ剤を供給すれば、排ガスに含まれるＳＯｘやＨＣｌの腐食性ガスを吸着することができ、吸着したアルカリ剤を集塵装置で除去すれば、その後の排ガスの浄化処理が軽減されるようになる。また、浄化された排ガスであれば、凝縮器に備えた熱交換器を高価な耐腐食性材料で構成する必要が無くなり、安価な熱交換器を用いることができる。
【００２０】
本発明による排熱回収システムの第一特徴構成は、同請求項６に記載した通り、汚泥焼却炉から排出された排ガスの保有熱を回収する排熱回収システムであって、前記汚泥焼却炉から排出され、集塵装置で除塵された後の排ガスに含まれる蒸気の潜熱を、凝縮器を備えた熱交換器により間接的に回収する潜熱回収装置と、前記潜熱回収装置で回収された排熱をエネルギー源として利用する他の装置と、を備えている点にある。
【００２１】
高含水率の汚泥を焼却することによって、非常に多量の蒸気が含まれた排ガスから、蒸気が保有する潜熱をクリーンな熱媒体に間接的に回収して、自由度の高いエネルギー源を得ることができる排熱回収システムを実現できる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明した通り、本発明によれば、排ガスに含まれる蒸気の潜熱を有効利用して高効率に回収熱を利用できる排熱回収方法及び排熱回収システムを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による排熱回収システムの説明図
【図２】本発明による排熱回収システムのブロック説明図
【図３】本発明による排熱回収システムの他のブロック説明図
【図４】本発明による排熱回収システムの他のブロック説明図
【図５】本発明による排熱回収システムの他のブロック説明図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
汚水処理設備に併設された汚泥焼却設備に、本発明による排熱回収装置及び排熱回収システムが組み込まれている。汚泥焼却設備が併設される汚水処理設備は特に制限されるものではなく、例えば、下水汚泥を生物処理する活性汚泥法や、生物処理して膜ろ過する膜分離活性汚泥法等の方式を採用した汚水処理設備が好適である。また、焼却対象となる汚泥は、下水汚泥に限るものではなく、食品工場等で発生した汚水を浄化処理して発生した汚泥等、主に高含水率の有機性の汚泥であれば本発明が適用できる。
【００２５】
図１には、汚泥焼却設備Ａが示されている。汚泥焼却設備はＡ、脱水ケーキ供給装置１と、流動床式焼却炉２と、流動床式焼却炉２の煙道に沿って配置された燃焼用空気予熱器３、白煙防止用空気予熱器４、集塵装置５、熱交換器６、排煙処理塔７、煙突８が配置されている。
【００２６】
脱水ケーキ供給装置１に貯留された脱水汚泥が、脱水ケーキ供給ポンプＰによって汚泥投入機２１に供給され、汚泥投入機２１から流動床式焼却炉２の炉内に投入される。尚、詳述しないが、汚泥投入機２１には、し渣や沈砂も供給され、し渣や沈砂が脱水汚泥とともに炉内に供給される場合もある。
【００２７】
流動床式焼却炉２には、炉床を構成する砂が充填され、流動ブロワＢから供給され、燃焼用空気予熱器３で予熱された流動用空気によって砂が浮遊し、流動状態の炉床が形成される。また、起動時には燃料供給部２３から、定常運転時には燃料供給部２２から化石燃料が投入される。
【００２８】
脱水汚泥は、流動床で有機性ガスに熱分解され、フリーボード部で約８００℃から８５０℃の高温で燃焼される。炉内に投入される汚泥の含水率は８０％程度であり、例えば、一日当たり１００トンの汚泥を焼却処理する場合、排ガスには一日当たり約８０トンの蒸気が含まれる。フリーボード部で発生した約８００℃から８５０℃の排ガス及び蒸気が、燃焼用空気予熱器３に導かれて燃焼用空気と熱交換され、６００℃程度に減温されて下流側の白煙防止用空気予熱器４に導かれる。
【００２９】
白煙防止用空気予熱器４に供給された排ガスは、白煙防止ファンから供給された空気と熱交換され、約３００℃程度に減温された後に集塵装置５に導かれる。集塵装置５で集塵された後に約３００℃の排ガス及び蒸気が熱交換器６に導かれる。白煙防止用空気予熱器４で加熱された空気は煙突８に供給され、排ガスを減湿・加温することにより白煙の発生が防止される。
【００３０】
集塵装置５には、耐熱性の多孔質フィルタ、例えばセラミックフィルタが設けられている。セラミックフィルタで除塵された約３００℃の排ガス及び蒸気は、凝縮器６１を備えた熱交換器６で間接的に熱交換され、蒸気が水に凝縮される。そして、排ガスは４０℃程度に減温され、下流側に設置された排煙処理塔７に導かれて、アルカリ水が噴霧されて酸性ガスや腐食性ガスが除去された後に煙突８から排気される。尚、排煙処理塔７が不要なシステムもある。
【００３１】
熱交換器６では、集塵装置５で除塵された後の約３００℃の排ガスの保有熱及び排ガスに含まれる蒸気保有熱と潜熱が他の熱媒体に間接的に回収される。つまり、熱交換器６に備えた凝縮器６１によって潜熱回収装置が構成されている。
【００３２】
高含水率の汚泥を焼却することによって、排ガスには非常に多量の蒸気が含まれる。熱交換器６で他の熱媒体との間で間接的に熱交換することによって、排ガスに含まれる蒸気が凝縮する際に蒸気が保有する潜熱が効果的に回収されるようになる。
【００３３】
排ガスに含まれる蒸気と熱交換する他の熱媒体は、特に制限されるものではなく、空気、水、水よりも沸点が低いアンモニア、フロン、アンモニアと水の混合流体等を好適に用いることができる。
【００３４】
熱交換器６によって熱回収された他の熱媒体は、排ガスのように、ＳＯｘやＨＣｌ等の腐食性ガスを含まずクリーンであるため、他の機器のエネルギー源として高い自由度で利用することができるようになる。
【００３５】
図１には、他の熱媒体として水を用いた例が示されている。熱交換器６で熱交換されて生じた約２５０℃から２００℃の高温の蒸気が、蒸気発電装置１１に導かれて発電され、蒸気発電装置１１から排出された湿り蒸気が、復水器で復水後熱交換器６を介して再加熱され、蒸気として循環するように構成されている。
【００３６】
上述の構成に替えて、蒸気発電装置１１から排出された蒸気を、白煙防止用空気の加熱用熱源として使用し、凝縮した蒸気を熱交換器６に循環させることも可能である。この場合、煙道に沿って設置された白煙防止用空気予熱器４が不要となるので、熱交換器６への入熱量を増やすことも可能となる。白煙防止用空気予熱器は煙道に沿って設置されたガス−ガス熱交換器ではなく、蒸気を熱源とするスチームエアヒータとなる。
【００３７】
上述したように、排ガスには、ＳＯｘやＨＣｌ等の腐食性ガスが含まれているため、熱交換器６等の材料にはチタンやセラミックス等の耐腐食性材料を用いる必要がある。しかし、集塵装置５の上流側の排ガス経路に、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）等のアルカリ剤を供給して、酸性ガスを吸着し、集塵装置５で除去するように構成すれば、高価な耐腐食性材料を用いずに熱交換器６を構成できる余地がある。
【００３８】
さらに、凝縮器６１により凝縮された排水や、排煙処理塔７で排ガスを浄化した排水が、汚水処理設備の上流側、つまり原水側に供給される管路が設置されている。これにより、排ガスに含まれる蒸気が凝集された排水が閉ループで処理されるようになるので、別途の水処理設備を設置することなく、コスト上昇を招くことなく排水を浄化処理できるようになる。
【００３９】
熱交換器の構成は、特に制限されるものではなく、スパイラル式熱交換器、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器、多管円筒式熱交換器、フィンチューブ熱交換器等、公知の構成の熱交換器を用いることができる。
【００４０】
上述した実施形態では、耐熱性の多孔質フィルタを備えた集塵装置５を用いる例を説明したが、ろ布を備えた集塵装置５を用いることも可能である。この場合、集塵装置５へ導かれる排ガス温度が２００℃から２５０℃の温度になるように、ガス冷却装置による冷却、または白煙防止用空気予熱器４による熱交換量が調整される。
【００４１】
ろ布を備えた集塵装置５を用いる場合には、熱交換器６で熱交換される他の熱媒体として水を用いても、小型蒸気発電装置１１で発電できるほどの高温の蒸気が得られないおそれがある。その場合には、水よりも沸点が低いアンモニア、フロン、アンモニアと水の混合流体等を用いたヒートパイプ式熱交換器を凝縮器６１に設置することが好ましい。
【００４２】
ヒートパイプ式熱交換器は、液体気体間の相変化に伴なう潜熱とウィックの毛管作用を利用した伝熱素子である。
【００４３】
この場合も、熱交換器６としてヒートパイプ式熱交換器以外の上述した様々な構成の熱交換器を用いることが可能である。熱交換器６で回収された排熱の温度が低く、通常の蒸気発電装置で発電できないような場合には、バイナリー発電装置が好適に用いられる。
【００４４】
図２から図５には、本発明による排熱回収方法及び排熱回収システムの複数の態様が例示されている。尚、各図で、実線枠で示されるブロックは必須の構成、破線枠で示されるブロックは選択的な構成で必須でない構成を示す。
【００４５】
図２は、熱回収を熱風で行ない、蒸気に置き換える態様で、熱風は蒸気発生後、一例として白煙防止用空気として利用され、発電後の蒸気は復水して循環利用される。
【００４６】
図３は、熱回収を熱風で行い、さらに昇温してから蒸気に置き換える態様で、熱風は蒸気発生後、一例として白煙防止用空気として利用され、発電後の蒸気は復水して循環利用される。
【００４７】
図４は、熱回収を熱風で行い、蒸気に置き換える態様で、熱風は蒸気発生後、一例として白煙防止用空気として利用され、発電後の蒸気はスチームエアヒータで白煙防止用空気を加熱してから、循環利用される。
【００４８】
図５は、熱回収を熱風で行い、さらに昇温してから蒸気に置き換える態様で、熱風は蒸気発生後、一例として白煙防止用空気として利用され、発電後の蒸気はスチームエアヒータで白煙防止用空気を加熱してから、循環利用される。
【００４９】
本発明による排熱回収方法の特徴は、集塵装置で除塵された後の排ガスに含まれる蒸気の潜熱を、凝縮器６１を備えた熱交換器６により、クリーンな熱媒体で間接的に回収する点にあり、熱交換器６で回収された排熱は、他の機器のエネルギー源として様々な形態で有効に利用することができるようになる。
【００５０】
以上説明した通り、本発明による排熱回収システムは、汚泥焼却炉から排出された排ガスの保有熱を回収する排熱回収システムであって、汚泥焼却炉から排出され、集塵装置で除塵された後の排ガスに含まれる蒸気の潜熱を、凝縮器を備えた熱交換器により他の熱媒体を介して間接的に回収する潜熱回収装置と、前記潜熱回収装置で回収された排熱をエネルギー源として利用する他の装置とを備えている。
【００５１】
さらに、凝縮器により凝縮された排水を汚水処理設備で浄化処理するように構成されている。
【００５２】
上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、当該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ：汚泥焼却設備
１：脱水ケーキ供給装置
２：流動床式焼却炉
３：燃焼用空気予熱器
４：白煙防止用空気予熱器
５：集塵装置
６：熱交換器
７：排煙処理塔
８：煙突
６１：凝縮器
【図１】
2012207617.tif 000003
【図２】
2012207617.tif 000004
【図３】
2012207617.tif 000005
【図４】
2012207617.tif 000006
【図５】
2012207617.tif 000007