第3章
余熱利用計画

第 3 章 余熱利用計画
第 1 節 余熱利用形態の設定
1.1 エネルギー回収率の交付要件
ごみの焼却処理は、無害化･無臭化･減量化による生活環境の保全･公衆衛生の保持及び最終処分量の低減を目的として行われてきたが、地球温暖化や東日本大震災等を契機に、ごみ焼却施設において焼却処理に伴い発生する熱エネルギーを回収･有効活用することでエネルギー消費量を削減し、温室効果ガスの排出抑制に寄与することが求められている。
このような背景の下、我が国では、交付金制度が再整備され、高効率エネルギー回収及び災害廃棄物処理体制の強化に寄与する施設の整備事業等に対して、交付金が交付されている。
新ごみ処理施設の整備は、「二酸化炭素排出抑制対策事業費交付金(先進的設備導入推進事業)」の「エネルギー回収型廃棄物処理施設整備事業(交付率 1/2)」を用いて実施する予定であり、交付金の交付を受けるには、「エネルギー回収型廃棄物処理施設整備マニュアル(平成「施設整備マ
28 年 3 月改訂 環境省大臣官房廃棄物･リサイクル対策部廃棄物対策課)」(以下、ニュアル」という。)に定められたエネルギー回収率の交付要件に適合する必要がある。
次の(1)～(4)にエネルギー回収率の交付要件について示す。
(1) エネルギー回収率の定義
施設整備マニュアルでは、エネルギー回収率を発電効率と熱利用率の和と定義している。
次にエネルギー回収率、発電効率、熱利用率の算定式を示す。
【エネルギー回収率】
エネルギー回収率[%]＝発電効率[%]＋熱利用率[%]【発電効率】

発電効率�%�＝＝

発電出力 � 100�%�
投入エネルギー ごみ＋外部燃料
発電出力�kW� � 3,600�kJ/kWh� � 100�%�

ごみ発熱量�kJ/kg� � 施設規模�t/日� � 24�h/日� � 1000�kg/t�＋外部燃料発熱量�kJ/kg� � 外部燃料投入量�kg/h�

【熱利用率】
熱利用率�%�＝＝

有効熱量 � 0.46※ � 100�%�
投入エネルギー ごみ＋外部燃料
有効熱量�MJ/h� � 1000�kJ/MJ� � 0.46※ � 100�%�

ごみ発熱量�kJ/kg� � 施設規模�t/日� � 24�h/日� � 1000�kg/t�＋外部燃料発熱量�kJ/kg� � 外部燃料投入量�kg/h�

※ 0.46 は、発電/熱の等価係数

3-1

(2) エネルギー回収率の交付要件
表 3.1 に施設規模別のエネルギー回収率の交付要件(目標効率)を示す。
新ごみ処理施設の施設規模は、70t/日であるため、エネルギー回収率の交付要件(目標効率)は、「10.0%」となる。なお、発電のみ、又は熱利用のみでエネルギー回収率の交付要件を満たす施設も交付対象となる。
表 3.1 エネルギー回収率の交付要件
エネルギー回収率 [%]
施設規模 [t/日]

循環型社会形成推進交付金

二酸化炭素排出抑制対策
事業費交付金,0100 以下

15.5

10.0,0100 超、150 以下

16.5

12.5,0150 超、200 以下

17.5

13.5,0200 超、300 以下

19.0

15.0,0300 超、450 以下

20.5

16.5,0450 超、600 以下

21.5

17.5,0600 超、800 以下

22.5

18.5,0800 超、1,000 以下

23.5

19.5

1,000 超、1,400 以下

24.5

20.5

1,400 超、1,800 以下

25.5

21.5

1,800 超

26.5

22.5

(3) 熱供給の稼働率
熱供給に際しては、年間を通じて稼働率が 25%以上の施設を交付対象とするとされている。次に熱供給の稼働率の算定式を示す。
【熱供給の稼働率】
稼働率�%�＝熱供給日数 日※

年間施設稼動日数 日� 100※供給熱の量は定格でなくてもよい。

(4) 対象となる余熱利用形態
余熱利用形態別に、発電出力、又は有効熱量をエネルギー回収率の算定に計上できるか否かが定められている。
表 3.2 に対象となる余熱利用形態を示す。

3-2

表 3.2 対象となる余熱利用形態
余熱利用形態

場外利用判定※判定※

余熱利用形態

場外給湯○温室熱源

○

場外冷暖房

○

その他

○

地域冷暖房

○

工場棟給湯

○

破砕施設防爆○工場棟冷暖房○洗車用スチームクリーナー○

リサイクルセンター

○

その他

△

ロードヒーティング○

燃焼用空気予熱

×

脱気器加熱

×

排ガス再加熱×

脱水汚泥乾燥

×

蒸気タービン発電○

白煙防止空気加熱

×

炉内クリンカ防止

×

その他

×

スートブロワ×

場内利用

プラント利用※ ○:対象、×:対象外、△:都度検討※ エネルギー回収型廃棄物処理施設(交付率 1/2)の場合の対象余熱利用形態

1.2 余熱利用形態の設定(1) 発電の採否
新ごみ処理施設における余熱利用形態として発電や熱利用が考えられるが、発電については、小規模施設を含む廃棄物発電施設の発電効率は向上しているものの、施設規模が 70t/日程度未満の施設においては、費用対効果を得づらい状況にある(「資料編 7.発電是非に係る費用対効果分析」参照)ことから、発電によるエネルギー回収は実施しない予定である。
(2) 余熱利用形態の設定
建設予定地周辺の熱需要や経済性等を考慮し、新ごみ処理施設では、「場内給湯、空調(居室内冷房、居室内暖房、炉室内スポット冷房)、ロードヒーティング」による熱利用を行い、エネルギー回収率の交付要件を満たす想定とする。
表 3.3 に余熱利用形態別の稼動時期を示す。
表 3.3 余熱利用形態別の稼動時期
余熱利用形態

春期

夏期

秋期

冬期

○

○

○

○

居室内冷房

―

○

―

―

居室内暖房

―――

○

炉室内スポット冷房

○

○

○

――――

○

場内給湯空調稼働時期

ロードヒーティング※ ○:稼動、―:停止

3-3

1.3 目標エネルギー回収量の設定「1.1 (1) エネルギー回収率の定義」に示したエネルギー回収率の算定式に基づき、目標エネルギー回収量は、「5,390,000 kJ/h」と算定した。
【目標エネルギー回収量】
目標エネルギー回収量�kJ/h�＝

投入エネルギー � エネルギー回収率�目標効率�
発電/熱の等価係数＝

基準ごみの低位発熱量�kJ/kg� � 施設規模�t/日� � 24�h/日� � 1,000�kg/t� � 10�%�
0.46＝8,500�kJ/kg� � 70�t/日� � 24�h/日� � 1,000�kg/t � 10�%�
0.46≒5,390,000[kJ/h]

a3-4

第 2 節 余熱利用計画
2.1 処理フロー(案)の設定(1) 設定に係る前提条件
余熱利用計画(ロードヒーティングの敷設範囲、余熱利用形態別のエネルギー回収量、物質収支の設定等)の検討にあたって、処理フロー(案)の設定に係る前提条件を整理した。
次の 1)～5)に処理フロー(案)の設定に係る前提条件を示す。
1) 熱回収方式の設定
燃えるごみの処理に伴い発生する熱エネルギーは、焼却炉後段の煙道に熱交換器を設置して排ガスから熱回収することにより、別の形態のエネルギー(温水、蒸気等)に変換して他の用途に利用することができる。
排ガスからの熱回収方式は、温水熱交換器方式と廃熱ボイラ方式に大別される。
表 3.4 に排ガスからの熱回収方式の概要を示す。
新ごみ処理施設では、発電を行わず場内での熱利用(場内給湯、場内空調(居室内冷房、居室内暖房、炉室内スポット冷房)、ロードヒーティング)を行う予定であり、大掛かりな設備を要する廃熱ボイラ方式を選択するメリットはないため、「温水熱交換器方式」で熱回収を行うものとする。
表 3.4 排ガスからの熱回収方式の概要
項目

温水熱交換器方式

廃熱ボイラ方式

概要

ガス冷却室以降の煙道に熱回収装置を設置して、排ガスと空気の熱交換により高温空気を発生させ、温水熱交換器を介して間接的(温水熱交換器を腐食環境から保護)に発生させた温水を利用する。

焼却炉後段に廃熱ボイラを設置して、発生させた蒸気をそのまま、或いは温水熱交換器を介して発生させた温水を利用する。また、発生蒸気でタービン発電機を駆動させ、発電を行うことも可能である。

用途

余熱から限定的、或いは使用目的に応じて熱回収するものである。一般的に、場内への熱供給(給湯、空調等)等、小規模な余熱利用を行う場合に採用される。

余熱から最大限に熱回収するものである。一般
的に、発電や場内、或いは場外の複数の需要先へ熱供給等、大規模な余熱利用を行う場合に採用される。

主要設備構成廃熱ボイラ、蒸気復水器、給水装置、温水熱交換器、温水タンク、温水循環ポンプ、温水供給ポンプ、スートブロー、水処理設備 等
廃熱ボイラ方式と比べて、機器点数が少なく、 温水熱交換器方式と比べて、機器点数が多く、設備構成は簡素である。
設備構成は複雑である。

設置スペース

廃熱ボイラ方式と比べて、機器点数が少ないた
め、設置スペースが小さい。

温水熱交換器方式と比べて、機器点数が多いた
め、設置スペースが大きい。

エネルギー回収率

一般的に、ごみの持つエネルギーの 3～10%程度を有効利用可能熱源として回収できるとされている。

一般的に、ごみの持つエネルギーの 70～80%程度を有効利用可能熱源として回収できるとされている。

維持管理性

廃熱ボイラ方式と比べて、機器点数が少なく、 温水熱交換器方式と比べて、機器点数が多く、設備構成が簡素であるため、トラブルのリスク 設備構成が複雑であるため、トラブルのリスクが小さい。また、点検･補修の期間が短い。
が大きい。また、点検･補修の期間が長い。

経済性

廃熱ボイラ方式と比べて、建設費、維持管理費ともに安価である。

空気予熱器、温水熱交換器、温水タンク、温水循環ポンプ、温水供給ポンプ 等

3-5

機器の設置やそれに伴う建屋の拡大により、建設費は高価となる。定期点検･補修等により、維持管理費は高価となる。

2) 排ガス冷却方式「廃熱ボイラ方式」ではなく、「温水熱交換器方式」で「1) 熱回収方式の設定」より、熱回収(排ガスの冷却)を行うため、排ガス冷却方式は「水噴射式」を採用するものとする。
3) 白煙防止対策
ごみ中の水分や排ガス冷却水の噴霧等により、煙突から放出される排ガス中には、約20～30%の水分が含まれている。この排ガスが煙突出口付近で大気と接触した際、大気温度が水蒸気の露点以下の場合に水蒸気が凝縮して白煙となる。
白煙は、排ガス処理設備通過後の排ガス中の水分が水滴となって可視化されるものであって有害性はないが、有害ガスと誤認される恐れがあるため、白煙防止対策(排ガス再加熱、加熱空気混合等)が採用されてきた。一方、近年は、白煙防止対策に必要なエネルギーを発電や余熱利用にまわし、エネルギー回収率の向上と建設費･維持管理費の低減を図るために白煙防止対策を行わない事例が増えてきている。
新ごみ処理施設においても周辺住民の理解や景観に配慮した上で、白煙防止対策を実施せず、可能な限りエネルギーを有効活用する計画とする。
4) 熱需要(負荷)変動への対応
新ごみ処理施設では、「温水熱交換器方式」で温水を製造し、「場内給湯、場内空調(居室内暖房利用、居室内冷房利用、炉室内スポット冷房利用)、ロードヒーティング」に利用する予定であるが、季節的な熱需要(負荷)変動に対応するため、ガス冷却室後段の煙道に空気加熱器を設置して排ガスと空気との熱交換(排ガスの冷却)を行い、加熱した空気を煙突前段の煙道で混合･放出するラインを設ける思想とする。
5) 排ガス処理設備「第 2 章 第 2 節 2.1 排ガス排出基準」で設定した排ガスの自主規制基準を遵守することを前提に、除去性能や経済性等を考慮して排ガス処理設備の方式等を設定した。
表 3.5 に排ガス処理設備の方式等を示す。
排ガス処理設備の方式等の詳細は、「第 4 章 第 4 節 排ガス処理設備」に示す。
表 3.5 排ガス処理設備の構成等
設備名称

方式等

減温装置

水噴射式 減温塔

集じん設備

ろ過集じん器

硫黄酸化物(SOx)･塩化水素(HCl)除去設備

乾式法

窒素酸化物(NOx)除去設備

触媒脱硝方式

ダイオキシン類除去設備

活性炭吹込み方式

水銀除去設備集じん･有害物質除去設備により除去

3-6

(2) 処理フローの設定「(1) 設定に係る前提条件」に示した前提条件 1)～5)や民間事業者(プラントメーカ)の技術提案等を考慮して、処理フロー(案)を設定した。
図 3.1 に処理フロー(案)を示す。

3-7

3-8

図 3.1 処理フロー(案)2.2 余熱利用計画の検討(1) 余熱利用の方針「1.1 エネルギー回収率の交付要件」に示したとおり、年間を通じて熱供給の稼動率が25%以上の施設を交付対象とすることが定められており、これに基づくと、図 3.2 のように、「冬期における余熱利用形態毎のエネルギー回収率の合計が 10%以上」であれば、交付要件を満たすことは明らかである。この考えに基づき、エネルギー回収率の交付要件を満たす」とする。
場合を「余熱利用計画(案 1）※ 余熱利用形態毎に熱供給の稼働率 25%以上を満たしている。

図 3.2 余熱利用計画(案 1)
一方、施設整備マニュアルでは、「エネルギー回収率 10.0%以上」と「熱供給の稼動率 25%以上」を同時に満たす必要があるとは定めていないため、図 3.3 のように「余熱利用形態毎のエネルギー回収率の最大値の合計が 10%以上」であれば、図 3.2 と同様に交付要件を満たすと解釈できる。この考えに基づき、エネルギー回収率の交付要件を満たす場合を「余熱」とする。
利用計画(案 2）※1 余熱利用形態毎に熱供給の稼働率 25%以上を満たしている。
※2 同一の余熱利用形態のエネルギー回収率は重複しない。

図 3.3 余熱利用計画(案 2)3-9余熱利用計画(案 2)は、余熱利用計画(案 1)と比べて、目標エネルギー回収量に占める空調設備のエネルギー回収量の割合を大きくできる(暖房よりも冷房の方が、単位必要熱量が大きい)ため、ロードヒーティングの施工性(ロードヒーティングの敷設範囲を縮小できる)の面で優位(「資料編 8.余熱利用計画の検討」参照)である。これを踏まえ、余熱利用計画(案2)でエネルギー回収率の交付要件を満たすことになるかを環境省に確認したが、不可とする旨の回答であった。
よって、新ごみ処理施設では、余熱利用計画(案 1)でエネルギー回収率の交付要件を満たす予定とする。ただし、目標エネルギー回収量の大部分をロードヒーティングで回収する必要があることから、今後、他の余熱利用形態によるエネルギー回収も視野に入れて検討していくこととする。
(2) 余熱利用計画
余熱利用計画(案 1)でエネルギー回収率の交付要件を満たすことを想定して、ロードヒーティングの敷設範囲、余熱利用設備毎のエネルギー回収量、物質･熱収支を検討･設定した(詳細は、「資料編 8.余熱利用計画の検討」参照)。
図 3.4 にロードヒーティングの敷設範囲を示す。また、表 3.6 に余熱利用形態毎のエネルギー回収量を、図 3.5～図 3.7 に季節毎の物質･熱収支を示す。

図 3.4 ロードヒーティング敷設範囲

3-10

表 3.6 余熱利用形態毎のエネルギー回収量
冬期

夏期

春期･秋期

項目
低質ごみ

基準ごみ

高質ごみ

低質ごみ

基準ごみ

高質ごみ

低質ごみ

基準ごみ

高質ごみ

14,291,700

24,791,700

35,000,000

14,291,700

24,791,700

35,000,000

14,291,700

24,791,700

35,000,000

000000000

14,291,70024,791,700

35,000,000

14,291,700

24,791,700

35,000,000

14,291,700

24,791,700

35,000,000

64,00064,00064,00064,00064,00064,00064,00064,00064,000

ごみの発熱量

熱量

補助燃料の発熱量[kJ/h]

投入熱量 計

有効場内給湯

熱量

居室内冷房

000

714,000

714,000

714,000000[kJ/h]

居室内暖房

569,500

569,500

569,500

000000炉室内スポット冷房

000

336,000

336,000

336,000

336,000

336,000

336,000

ロードヒーティング

5,076,000

5,076,000

5,076,000

000000

有効熱量 計

5,709,500

5,709,500

5,709,500

1,114,000

1,114,000

1,114,000400,000

400,000

400,000

0.20%

0.10%

0.10%

0.20%

0.10%

0.10%

0.20%

0.10%

0.10%

3-11

投入

エネルギー 場内給湯利用
回収率

居室内冷房利用

0.00%

0.00%

0.00%

2.30%

1.30%

0.90%

0.00%

0.00%

0.00%

※
[%]

居室内暖房利用

1.80%

1.10%

0.70%

0.00%

0.00%

0.00%

0.00%

0.00%

0.00%

炉室内スポット冷房

0.00%

0.00%

0.00%

1.10%

0.60%

0.40%

1.10%

0.60%

0.40%

ロードヒーティング

16.30%

9.40%

6.70%

0.00%

0.00%

0.00%

0.00%

0.00%

0.00%

エネルギー回収率 計

18.40%

10.60%

7.50%

3.60%

2.10%

1.50%

1.30%

0.70%

0.50%

※ エネルギー回収率[%]＝有効熱量×発電/熱の等価係数(0.46)÷投入熱量

図 3.5 物質･熱収支(冬期)3-12図 3.6 物質･熱収支(夏期)3-13図 3.7 物質･熱収支(春期･秋期)

3-14図 3.4 に示したように、ロードヒーティングは既存施設の搬入出車輌や工事関係車輌の動線内に敷設することとなるため、既存施設の運営管理や新ごみ処理施設の建設工事に支障を来さぬよう、施工手順を検討する必要がある。
余熱利用計画(案 1)では、図 3.4 に示した範囲にのみロードヒーティングを敷設してエネルギー回収率の交付要件を満たすことを想定しているが、新規に整備する駐車場等を敷設範囲に含めることによって施工性の悪い箇所(図 3.4 中赤色部分の範囲)を敷設範囲から除外することも考えられる。
これを踏まえ、新規に整備する駐車場や構内道路等にもロードヒーティングを敷設する想定での施工手順等を「第 7 章 第 1 節 1.5 既存施設との調整」に示す。
表 3.6 及び図 3.5～図 3.7 に示したように、エネルギー回収率は冬期に最大、春期･秋期に最小となるため、排ガス量は冬期に最小(ロードヒーティングや居室内暖房利用によるエネルギー回収量が多く、排ガスの減温に要する冷却水や空気の量が少ない。)、春･秋期に最大(余熱利用によるエネルギー回収量が少なく、排ガスの減温に要する冷却水や空気の量が多い。)となる。
なお、季節を問わず、排ガスの減温に多量の冷却水を要するため、沢水等を水資源として有効活用するとともに、プラント排水処理水を循環利用し、上水使用量を削減するものとする。沢水等の活用については、「第 4 章 第 7 節 給水設備」に示す。プラント排水処理水の利用については、「第 4 章 第 8 節 排水処理設備」に示す。

3-15