(57)【要約】【課題】ごみ発電システムの高効率化を実現するに際して、高温腐食リスクの低減を図る。【解決手段】ごみ発電システム１は、ごみ焼却の廃熱によって加熱されるボイラ１０と、ボイラ１０からの蒸気で駆動される蒸気タービン発電装置２とを備え、蒸気タービン発電装置２は、ボイラ１０から高温腐食を生じない温度の蒸気が供給される高圧タービン１１と、高圧タービン１１の排気が供給される中低圧タービン１２と、中低圧タービン１２の排気を復水してボイラ１０に供給する給水経路Ｗ１を備え、高圧タービン１２の排気は除湿器１３を介して中低圧タービン１２に供給され、給水経路Ｗ１には、中低圧タービン１２から抽気した蒸気が供給される給水加熱器１５が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみ焼却の廃熱によって加熱されるボイラと、前記ボイラからの蒸気で駆動される蒸気タービン発電装置とを備え、
前記蒸気タービン発電装置は、
前記ボイラから高温腐食を生じない温度の蒸気が供給される高圧タービンと、前記高圧タービンの排気が供給される中低圧タービンと、前記中低圧タービンの排気を復水して前記ボイラに供給する給水経路を備え、
前記高圧タービンの排気は除湿器を介して前記中低圧タービンに供給され、
前記給水経路には、前記中低圧タービンから抽気した蒸気が供給される給水加熱器が設けられることを特徴とするごみ発電システム。
【請求項２】
前記除湿器を介した蒸気は、前記ボイラからの蒸気が供給される再熱器によって再熱されて前記中低圧タービンに供給されることを特徴とする請求項１記載のごみ発電システム。
【請求項３】
前記蒸気タービン発電装置の発電器は、前記高圧タービン及び前記中低圧タービンと同時に設置されることを特徴とする請求項１又は２記載のごみ発電システム。
【請求項４】
前記高圧タービンの排気は、一部が前記給水経路に設けられる脱気器の加熱に用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のごみ発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ごみ発電システムに関し、詳しくは、ごみ焼却の燃焼エネルギーを利用した蒸気タービン発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
清掃工場などに併設されるごみ発電システムとしては、ごみ焼却炉の廃熱ボイラに対して、蒸気タービン発電装置を連結したシステムが一般に知られている。このようなごみ発電システムの高効率化は、主に蒸気条件の高温高圧化によってなされており、ボイラからの蒸気を高温に過熱する過熱器を設置したシステムが知られている（下記特許文献１参照）。過熱器としては、廃熱ボイラ内に設ける方式や、ガスタービンを併設して、ガスタービンの廃熱を利用する方式などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−４４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
過熱器を用いたごみ発電システムの高効率化は、蒸気条件を３〜４ＭＰａ・ｇ，３００〜４００℃の高温高圧にすることで、発電端効率を向上させるものであるが、蒸気の高温化は、発電端効率を向上させる利点はあるものの、ボイラ（過熱管など）の高温腐食リスクを高める問題がある。ごみ発電の燃料であるごみは、塩素（Ｃｌ）分を含む特質を有している。この塩素分が燃焼過程で塩化水素（ＨＣｌ）になるが、蒸気温度が３００℃以上の領域では、塩化水素がボイラ管や過熱管に対して激しい高温腐食を起こすことが知られている。この高温腐食は、塩素分が少ない場合にも生起する。
【０００５】
このため、ごみ焼却ボイラにおいては、一般に蒸気温度の制限が設けられている。しかしながら、近年、過熱管に高価な耐食性材料を使用するなどして、蒸気条件を４ＭＰａ・ｇ，４００℃程度にすることで、高効率発電を目指す事例が増加している。このような場合、高価な耐食性材料を使用したとしても、高温腐食そのものをなくすることはできないので、長期の安定した継続運転を実現するには、過熱管の定期的な交換が避けられず、多大な補修費が必要になる問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に対処することを課題とするものである。すなわち、ごみ発電システムの高効率化を実現するに際して、ボイラの高温腐食リスクをなくすこと、多大な補修費を要すること無く、高効率で安定したごみ発電システムの継続運転を可能にすること、などが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために、本発明によるごみ発電システムは、以下の構成を具備するものである。
【０００８】
ごみ焼却の廃熱によって加熱されるボイラと、前記ボイラからの蒸気で駆動される蒸気タービン発電装置とを備え、前記蒸気タービン発電装置は、前記ボイラから高温腐食を生じない温度の蒸気が供給される高圧タービンと、前記高圧タービンの排気が供給される中低圧タービンと、前記中低圧タービンの排気を復水して前記ボイラに供給する給水経路を備え、前記高圧タービンの排気は除湿器を介して前記中低圧タービンに供給され、前記給水経路には、前記中低圧タービンから抽気した蒸気が供給される給水加熱器が設けられることを特徴とするごみ発電システム。
【発明の効果】
【０００９】
このような特徴を有するごみ発電システムは、ボイラから高温腐食を生じない温度の蒸気が高圧タービンに供給されるので、ボイラの高温腐食リスクをなくすことができ、また、高圧タービンの排気が除湿器を介して中低圧タービンに供給され、且つ、中低圧タービンから抽気した蒸気によって給水加熱が行われるので、蒸気温度を高温にすることなく高効率の発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るごみ発電システムの要部を示した説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るごみ発電システムが併設される清掃工場フローシートを示した説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係るごみ発電システムにおける蒸気スチーム発電装置のシステム構成例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るごみ発電システムの要部を示している。ごみ発電システム１は、ボイラ１０と、ボイラ１０からの蒸気で駆動される蒸気タービン発電装置２とを備えている。ボイラ１０は、図示省略したごみ焼却炉の廃熱によって加熱され、高温腐食を起こさない程度の温度（３００℃未満）の蒸気を発生させるものである。蒸気タービン発電装置２は、ボイラ１０からの蒸気で駆動する蒸気タービン２Ａと、蒸気タービン２Ａにより駆動される発電機２Ｂを備えている。
【００１２】
蒸気タービン２Ａは、高圧タービン１１と中低圧タービン１２とを備え、これらと発電機２Ｂが同軸に接続されている。ボイラ１０と高圧タービン１１の入口とは、過熱器を有さない蒸気経路Ｓ１で接続されており、高圧タービン１１の出口と中低圧タービン１２の入口とは、除湿器１３を介した蒸気経路Ｓ２で接続されている。また、中低圧タービン１２の出口は復水器１４に接続され、復水器１４からの給水経路Ｗ１がボイラ１０に接続されている。そして、中低圧タービン１２から抽気された蒸気経路Ｓ３が給水経路に設けられる給水加熱器１５に接続されている。
【００１３】
このようなごみ発電システム１の蒸気タービン発電装置２では、ボイラ１０から高温腐食を生じない温度の蒸気が高圧タービン１１に供給され、高圧タービン１１の排気が中低圧タービン１２に供給され、中低圧タービン１２の排気が復水器１４にて復水されて、給水経路Ｗ１を経由してボイラ１０に供給される。ここで、高圧タービン１１の排気は除湿器１３を介して除湿されることで、乾き度が高く比エンタルピーが上昇した飽和蒸気となって中低圧タービン１２に供給される。また、給水経路Ｗ１を経由してボイラ１０に戻る水は、中低圧タービン１２から抽気した蒸気が供給される給水加熱器１５によって加熱される。
【００１４】
このようなごみ発電システム１によると、ボイラ１０からの蒸気を過熱することなく高圧タービン１１に供給するので、従来問題となっていたごみ中の塩素分に起因するボイラ１０の高温腐食を避けることができる。これにより、長期間に亘りボイラ水管などの交換が不要になり、メンテナンスコストを抑えながら安心安全な運転を長期間行うことができる。また、高温腐食リスクをなくすことで、ボイラ各部には、高価な耐食性材料を用いる必要が無く、初期の設備費用を抑えることもできる。
【００１５】
更に、ボイラ１０には過熱器を設けないので、ボイラ１０の構造が単純になり、ボイラ１０の製造・組み立てが容易になる。また、熱貫流率は、一般に過熱器に比べてボイラ本体部の方が高くとれるため、過熱器を無くすことで、同一交換熱量であれば、ボイラ１０の伝熱面積を小さくできる。よって、ボイラ１０全体の構造が簡単になりコンパクト化が可能になる。
【００１６】
そして、高圧タービン１１の排気を除湿器１３で除湿することで比エンタルピーを上昇させて中低圧タービン１２に供給し、中低圧タービン１２の排気を復水してボイラ１０に戻す給水経路Ｗ１に、中低圧タービン１２の抽気よって過熱される給水加熱器１５を設けたので、熱効率の高い蒸気タービンサイクルを実現することができ、ごみ発電システム１の高効率化が可能になる。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に係るごみ発電システムが設けられる清掃工場の一例を示している。ごみＲｅが投入されるごみ焼却炉２０は、１次空気が供給されるストーカ炉２１と燃焼ガスが供給される１次燃焼炉と２次空気が供給される２次燃焼炉２３などを備えており、ごみ焼却炉２０に併設してボイラ１０が設置されている。ボイラ１０は、ボイラ本体１０Ｐと、ごみ焼却炉２０の排ガスの余熱を利用して給水の予熱を行うエコノマイザ（ＥＣＯ）１０Ａと、ドラム１０Ｂを備えており、エコノマイザ１０Ａで予熱された給水がごみ焼却炉２０の廃熱で加熱されるドラム１０Ｂに送られ、ドラム１０Ｂで高圧タービン１１に供給される蒸気を発生させる。ここで発生する蒸気は、３００℃未満の温度に抑えられた高温腐食リスクのない蒸気である。
【００１８】
ボイラ１０（エコノマイザ１０Ａ）を通過したごみ焼却炉２０の排ガスは、誘引通風機２６で誘引されて排気筒２７から放散されるが、誘引通風機２６に至る前に、Ｎａ系薬剤が投入されるバッグフィルタ２４を通過することでフライアッシュが除かれ、ＮＯｘ還元触媒２５を通過することでＮＯｘが除去される。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態における蒸気タービン発電装置のシステム構成例を示している。前述した説明と重複する部位には同一符号を付して重複説明を省略する。図３において、実線が蒸気流通ラインであり、一点破線が水流通ラインである。蒸気流通ラインには、圧力制御弁Ｖ１又は常時閉弁Ｖ２が適宜設けられ、水流通ラインには、レベル制御弁Ｖ３が適宜設けられる。
【００２０】
図示の例において、ボイラ１０で発生した蒸気は、圧力制御弁Ｖ１と調速弁Ｖｓを介して、高圧タービン１１の入口に供給される。また、ボイラ１０からの蒸気の一部は、蒸気再熱用の熱源として用いられ、後述する再熱器１６に供給される。
【００２１】
高圧タービン１１の出口から排気された蒸気は、その一部がプロセスＰの脱気器１７用加熱蒸気及び施設の場内の熱として利用され、その余の蒸気は、除湿器１３に導かれる。除湿器１３で発生するドレンは脱気器１７に導かれる。
【００２２】
ここで、ボイラ（エコノマイザ付き自然循環式廃熱ボイラ）１０の運転圧力は、例えば、５．４ＭＰａ・ｇの飽和蒸気であり、その温度は、高温腐食のリスクがない２７０℃程度とする。このボイラ１０には過熱器は設けない。そして、高圧タービン１１の排気は、例えば、圧力０．９ＭＰａ・ｇ、温度１８０℃、乾き度８８％程度の飽和蒸気になるが、一部の蒸気の熱利用と除湿器１３による除湿によって、乾き度９９％以上の飽和蒸気となる。
【００２３】
そして、除湿器１３出口の乾き飽和蒸気は、さらに再熱器１６に導かれ、圧力０．８ＭＰａ・ｇ、温度２２０℃程度の過熱蒸気となって、調速弁Ｖｓを介して中低圧タービン１２の入口に供給される。再熱器１６の熱源は、前述したように、ボイラ１０の発生蒸気を利用している。再熱器１６の加熱後のドレン水は、再熱器用フラッシュタンク１８に送ることでフラッシュさせ、フラッシュ蒸気を再熱器１６の入口部で回収し、残余のドレン水はレベル制御弁Ｖ３を介して脱気器１７に送られる。
【００２４】
中低圧タービン１２に供給された蒸気は、中低圧タービン１２の途中段で抽気され、圧力制御弁Ｖ１を介して給水加熱器１５に送られてボイラ給水の加熱を行う。中低圧タービン１２に供給された蒸気の残余は、中低圧タービン１２の出口から排気され、全て空冷式の復水器１４に導かれ、凝縮して復水としてタンク１４Ａに溜められる。中低圧タービン１２の排気は、例えば、排気圧力が外気温度２０℃で１０．１ｋＰａ・ａ，温度４６℃程度の飽和蒸気、外気温度３２℃で１８．８ｋＰａ・ａ，温度５８℃程度の飽和蒸気となる。
【００２５】
中低圧タービン１２で抽気した蒸気は、給水加熱器１５を経由した後、フラッシュタンク１９に送られ、フラッシュ蒸気は復水されてタンク１４Ａに送られ、フラッシュタンク１９における残余のドレン水は、レベル制御弁Ｖ３を介してタンク１４Ａに送られる。
【００２６】
タンク１４に溜められた復水は、復水ポンプ２８によって給水経路Ｗ１を通って一端脱気器１７に送られ、脱気器１７から給水ポンプ２９によって給水経路Ｗ２を通ってボイラ１０に供給される（給水経路Ｗ１，Ｗ２には必要に応じてレベル制御弁Ｖ３が設けられる。）。
【００２７】
このような蒸気タービン発電装置２は、蒸気タービン２Ａを駆動する蒸気サイクルにおいて、高圧タービン１１の入口と中低圧タービン１２の出口との間の熱落差は、過熱器を採用した高温高圧方式のものと比べて減少することになるが、ボイラ１０の出口エンタルピーが高温高圧方式のものよりも低いのでボイラ１０の発生蒸気量が増加する。また、除湿器１３と再熱器１６の採用によって増加するエンタルピーによって前述した熱落差をカバーすることになり、中低圧タービン１２の出口エンタルピーが高温高圧方式のものより低くなる。これにより、発電端効率を実質的に高温高圧方式のものよりも向上させることが可能になる。なお、図３に示した構成例では、高圧タービン１１の入口蒸気の比容積（ｍ3／ｋｇ）を高温高圧方式のものに比べて小さくすることができるので、高効率化を実現しながらタービンの小型化が可能になる。
【００２８】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るごみ発電システム１は、ボイラ１０の発生蒸気を高温高圧にすることなく、高効率化が可能になる。これによって、ボイラ１０の高温腐食リスクをなくしながら、ごみ発電システム１の高効率化を行うことができる。このため、ボイラ部品に高価な耐食性材料を用いる必要が無く、初期コストとメンテナンスコストを抑えながら、高効率で安定したごみ発電システムの継続運転を行うことができる。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１：ごみ発電システム，２：蒸気タービン発電装置，
２Ａ：蒸気タービン，２Ｂ：発電機，
１０：ボイラ， １０Ａ：エコノマイザ，１０Ｂ：ドラム，
１１：高圧タービン，１２：中低圧タービン，１３：除湿器，
１４：復水器，１５：給水加熱器，１６：再熱器，１７：脱気器，
１８：再熱器用フラッシュタンク，１９：フラッシュタンク，
２０：ごみ焼却炉，２１：ストーカ炉，２２：一次燃焼炉，２３：２次燃焼炉，
２４：バッグフィルタ，２５：ＮＯｘ還元触媒，２６：誘引通風機，
２７：排気筒，２８：復水ポンプ，２９：給水ポンプ，
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３：蒸気経路，Ｗ１，Ｗ２：給水経路，
Ｖ１：圧力制御弁，Ｖ２：常時閉弁，Ｖ３：レベル制御弁，Ｖｓ：調速弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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