废热发电方法以及废热发电系统的制作方法

专利名称：废热发电方法以及废热发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及废热发电方法以及废热发电系统，尤其是涉及利用了从污水污泥焚烧炉或垃圾焚烧炉等的焚烧炉排出的高温废气的潜势热的废热发电方法以及废热发电系统。
背景技术：
近年来，与地球变暖、环境问题的配合较受重视，对节约能源技术的期待也在逐年提高。作为对该环境问题等的努力，关注于新能源、未利用能源的有效利用，例如，尝试利用以往没有有效利用而被废弃了的能源来产生新能源。例如，专利文献I中，公开了利用污水污泥焚烧炉产生的废气的潜势热产生蒸汽，通过该蒸汽来进行发电的构成。另外，专利文献2中，公开了采用垃圾焚烧产生的燃烧气体使蒸汽过热，并将该蒸汽导入蒸汽涡轮机，以此来进行发电的构成。进一步地，在专利文献3中，通过从污水净化处理系统的排烟处理装置得到的洗烟废水的潜势热，使发电系统的工 作液化介质蒸发，通过该工作介质蒸汽驱动涡轮机以进行发电的构成。存在很多这样在焚烧污泥或垃圾时产生高温的气体或废水，将以往被废弃的这些热能源用于发电，以电能源的形式将这些热能源的一部分回收的方案。另外，以污水污泥焚烧炉为例，来自该焚烧炉的废气的温度约为800°C 850°C左右。于是，一般的焚烧厂中，将来自焚烧炉的高温的废气通过白烟防止空气预热器或其他的热交换器回收废热的一部分，再在集尘装置中分离去除灰尘，进一步通过排烟洗涤塔进行水洗涤，去除废气中的NOX，SOX等成分。又，焚烧炉为流动焚烧炉的情况下，有时在白烟防止空气预热器的前段设置流动空气预热器。又，在集尘装置为陶瓷过滤器的情况下，能够进行高温集尘，但在袋式集尘器的情况下，要先在冷却塔降温至300°C以下再进行集尘。这样的通常的焚烧厂中的废气处理系统中，在排烟洗涤塔中将200°C 400°C左右的废气冷却到40°C左右，另一方面，洗烟废水以60V 70°C左右的温度被排出。虽然该洗烟废水的温度较低，但是，水的比热较大，因此热量较大，大多超过废气所持热量的50%。现有技术文献专利文献专利文献I日本特开2005-321131号公报专利文献2日本特开平9-310606号公报专利文献3日本特开平9-32513号公报

发明内容
发明要解决的技术问题然而，上述各专利文献I 3所记载的方案中，仅停留在将焚烧废弃物等时被排出的热源应用到发电系统，不能说其能源利用的效率足够高。热能源的回收效率随着该热源应用于发电系统的位置或应用方法而大幅变化，上述各专利文献，不是足以提高这样的能源回收的效率的提案。又，从焚烧炉排出热源也不都限于恒定值，有时其热量会发生变化。在这种情况下，将排出热源就这样应用于发电系统的话，排出热源热量变化影响到发电效率，存在不能稳定且高效地进行发电的问题。本发明是鉴于上述而做出的，本发明例示的问题是，提供一种废热发电方法和废热发电系统，其能够有效地利用从焚烧炉排出的热源，并提高该能源回收效率，进行稳定、高效地发电。解决问题的技术单元为了解决上述技术问题，作为本发明的例示的一方面的废热发电方法，包括第I 热交换步骤，将通过从焚烧处理系统包括的焚烧炉排出的废气加热了的高温空气适用于第I位置，以进行第I位置的高温空气和工作流体的热交换，第I位置是指在通过工作流体使涡轮机旋转以进行发电的废热发电系统中的工作流体通路上的、该涡轮机的上游侧、分离器的下游侧的位置；第2热交换步骤，通过将在第I位置进行热交换后的高温空气适用于工作流体通路上的分离器的上游侧的第2位置，以进行第2位置的高温空气和工作流体的热交换；废水用热交换步骤，进行洗烟废水与在第2位置的热交换后的高温空气的热交换，洗烟废水在洗涤了废气之后从焚烧处理系统排出;第3热交换步骤，通过将与高温空气进行热交换后的洗烟废水适用于工作流体通路上的第2位置的上游侧的第3位置，以进行第3位置的洗烟废水和工作流体的热交换；和接触步骤，使与洗烟废水进行热交换后的高温空气作为白烟防止空气与废气接触。将来自焚烧处理系统的高温空气应用到废热发电系统，并进行高温空气和工作流体的热交换，因此可以利用废热进行高效的发电。又，在该高温空气在涡轮机的上游侧分离器的下游侧的第I位置、分离器的上游侧的第2位置这样的多处位置应用于废热发电系统，因此，可以增大与工作流体的热交换量，将充分的热赋予工作流体。在工作流体为气体状态的分离器后的第I位置，首先进行热交换，使气体状态的工作流体过热。然后在工作流体在为气液二相状态的分离器前的第2位置进行热交换，促进工作流体的气化。高温空气向热容量小的气体状态的工作流体赋予热之后，向热容量大的气液二相状态的工作流体赋予剩余热。因此，可以高效地进行热交换，进而，可以抑制发电效率的降低、抑制发电量的降低。进一步地，在第2位置的热交换之后，进行高温空气和洗烟废水的热交换，与该高温空气进行热交换后的洗烟废水与工作流体在位于第2位置上游侧的第3位置进行热交换。因此，来自焚烧处理系统以高温空气、洗烟废水这样的形式被排出的废热没有剩余地充分再利用，可以用于废热发电。又，以一般的实例来说，焚烧处理系统中，通过废气被加热的高温空气的温度为300°C左右，在第I位置进行热交换后的高温空气的温度为170°C 200°C左右。进一步地，在第2位置进行热交换后的高温空气的温度为100°C 150°C左右。又，来自焚烧处理系统的洗烟废水的温度为60°C 70°C左右，与高温空气进行热交换后的洗烟废水的温度为70°C 73°C左右。与洗烟废水进行热交换后的高温空气的温度仍是90°C 100°C左右的高温状态，使该高温空气与来自焚烧炉的废气接触的话，可以作为白烟防止空气充分利用。因此，该废热发电方法中，不会有损作为白烟防止空气的功能，在作为白烟防止空气利用为止的期间，高温空气可以进行较多的热交换，实现高效的能源回收。又，与高温空气进行热交换后的洗烟废水的温度上升到70°C 73V左右，因此，通过将该洗烟废水用于在第3位置与工作流体进行热交换，可以使能源回收进一步高效。也可以包括在第I位置的热交换之前，对多个焚烧处理系统都汇集来自多个焚烧处理系统的各高温空气的步骤；在与高温空气进行热交换之前，对多个焚烧处理系统地都汇集来自多个焚烧处理系统的各洗烟废水的步骤。一个焚烧处理系统的污水污泥或垃圾等的废弃物处理的状况并不为恒定。因此，来自一个焚烧处理系统的高温空气和洗烟废水的排出量 温度(热量)等也不稳定。但是，通过将来自多个焚烧处理系统的各高温空气和洗烟废水各自汇集，再用于废热发电系统，可以实现能源回收的稳定化，可以产生废热发电系统的规模经济。例如，在焚烧能力大的(例如，通常能力的5台份的)焚烧处理系统中，有大型化 的界限，且有定期维修或故障时停止焚烧处理系统的风险。因此，需要5台份的能力的情况下，不采用大型的焚烧处理系统，而连接5台通常能力的焚烧处理系统来使用。此时，对于5台的通常能力的焚烧处理系统，分别连接5台通常能力的废热发电系统的话，需要5台份的废热发电系统的设备费用，而成本变高。又，焚烧处理系统运转时，各废热发电系统以极接近通常能力的极限运转，因此，第I位置的热交换器的金属温度上升至接近极限温度(温度差变小，热交换几乎没能进行)，从装置寿命的角度来考虑并不理
本巨
o然而，相对于5台通常能力的焚烧处理系统，汇集连接大型的(例如，通常能力的5台分的)废热发电系统的话，首先，废热发电系统的设备成本为I台分，因此有成本优势。而且，5台的焚烧处理系统不是通常都运转，平均3台左右的焚烧处理系统在运转的情况下，大型废热发电系统的第I位置的热交换器的容量可以为(不是5台分这样大型的)3台分的容量。因此，从这一点来看，热交换器也具有成本优势。又，废热发电系统本身大型、且容量有余量，第I位置的热交换器的金属温度几乎不上升的情况下，可以有助于热交换器的寿命提高。这里“对多个焚烧处理系统都汇集”不仅包括焚烧处理系统整体存在多个，并将其汇集的情况，还包括“在焚烧处理系统内存在多个焚烧炉，将这些多个焚烧炉汇集”的情况。以下的本文中，同样地，“对多个焚烧处理系统都汇集”包含“在焚烧处理系统内存在多个焚烧炉，对这些多个焚烧炉都汇集”的情况。又，各高温空气的汇集中，可以在排出通路内设置调整来自各焚烧处理系统的排出量的调整单元(调整阀等)，通过计算机控制调整这些调整单元，并且该调整对于来自各焚烧处理系统的洗烟废水也是同样的。可以进一步包括使高温空气不用于第I位置而是与在第I位置进行热交换后的高温空气合流的第I热交换回避步骤，以及使合流后的高温空气不用于第2位置，而是与在第2位置进行热交换后的高温空气合流的第2热交换回避步骤。高温空气和工作流体在第I位置或第2位置的热交换可以根据需要进行回避。因此，可以根据来自焚烧处理系统的高温空气和洗烟废水的排出量 温度(热量)等，或者根据废热发电系统中负载侧需要的发电量，实行或者停止高温空气与工作流体的热交换。而且，因为可以仅在第I位置进行热交换而在第2位置回避热交换,或者仅在第I位置回避热交换而仅在第2位置进行热交换，或者，在第I位置和第2位置两处进行热交换，由此可以根据状况选择热交换实行位置。例如有如下情况通过使第I位置的热交换器的传热面积较大，第2位置的热交换器的传热面积较小，第I位置的热交换效率比第2位置的热交换效率高的情况下，在第I位置适用全部的高温空气的话，就进行了超出负载侧热交换。然而，通过在第I热交换回避步骤回避高温空气与工作流体在第I位置进行热交换的话，可以根据发电必要量进行适当地热回收。因此，可以预防例如在负荷侧(电力消耗侧)产生超过必要电力的过大发电电力所导致的所谓失常等。当然，若不仅可以选择是否在第I位置或第2位置回避高温空气与工作流体的热交换，还可以调整该回避量的话，可以进一步根据需要进行适当量的发电。例如，通过在第I及第2热交换回避步骤之外，还具有后述这样的第I及第2调整步骤(例如，流量调整阀等进行流量调整步骤。)，可以调整向各热交换位置的高温空气的适用量和回避量的话，就可以根据必要发电量，细致地调整热交换量(即，高温气体的适用量)。
另外，第I位置的热交换器的传热面积大的话，根据高温空气的适用量/回避量的调整产生的发电量(发电电力)的调整效果较好，传热面积小的话效果较差。换而言之，第I位置的热交换器的传热面积较小的情况下，使高温空气的适用量减少(增加回避量)时产生的发电量下降较少，考虑到焚烧炉有多个的情况下的放热侧的变动的话，投资效果较高。若利用该性质，第I位置和第2位置的中任一方的热交换器的传热面积设定得较大，另一方设定得较小的话，通过对传热面积大的热交换器的高温空气的适用量和回避量进行调整，可以精密且高效地进行根据需要的发电量的调整。这是因为对于传热面积小的热交换器来说，即使高温空气带来的流入热量稍微变动，对于发电量的影响也较小。另外，第I位置的热交换器的传热面积小的情况下，适用高温空气量的变化产生的发电量的变化的程度小，因此，即使高温空气量发生变动，也可以稳定地确保规定量的发电量。例如，汇集来自多个焚烧处理系统的高温空气以在废热发电系统中利用的情况下，并不一定全部的焚烧处理系统都一直运转，有时部分的焚烧处理系统处于非运转状态。在这样的情况下，第I位置的热交换器的传热面积设定得比较小的话，即使由于部分没有运转，使得高温空气量减少，也可以极力抑制由此导致的发电量的降低。通过将热交换器的传热面积设定得较小，还可以降低热交换器的成本。本发明的废热发电方法还可以包括测量在第I位置进行热交换后的工作流体的第I工作流体温度的步骤；测量在第I位置进行热交换前的高温空气的第I高温空气温度的步骤；第I调整步骤，基于第I高温空气温度和第I工作流体温度的差值，调整适用于第I位置的高温空气量和回避对第I位置的适用的高温空气量的分配；测量在第2位置进行热交换后的工作流体的第2工作流体温度的步骤；测量在第2位置进行热交换前的高温空气的第2高温空气温度的步骤；第2调整步骤，基于第2高温空气温度和第2工作流体温度的差值，调整适用于第2位置的高温空气量和回避对第2位置的适用的高温空气量的分配。基于第I工作流体温度和第I高温空气温度的温度差值，调整向第I位置适用/不适用的高温空气量的分配，因此，可以实现在第I位置基于温度差值进行适当的热交换。例如，该温度差值小的情况下，即使在第I位置适用高温空气也几乎不能进行热交换。在这种情况下，优选降低适用于第I位置的高温空气量，增加回避第I位置(不适用)的高温空气量。另外，基于第2工作流体温度和第2高温空气温度的温度差值，调整向第2位置适用/不适用的高温空气量的分配，因此，可以实现在第2位置基于温度差值进行适当的热交换。例如，该温度差值小的情况下，即使在第2位置适用高温空气也几乎不能进行热交换。在这种情况下，优选降低适用于第2位置的高温空气量，增加回避第2位置(不适用)的高
温空气量。另外，当然还可以包括如下步骤测量即将在第I位置进行热交换之前的工作流体的第I工作流体温度的步骤；测量在第I位置进行热交换前作为高温空气的第I高温空气温度的步骤；基于第I高温空气温度和第I工作流体温度的差值，调整适用于第I位置的高温空气量和对在第I位置的适用进行回避的高温空气量的分配的第I调整步骤；测量即将在第2位置进行热交换之前的工作流体的第2工作流体温度的步骤；测量在第2位置进行热交换前作为高温空气的第2高温空气温度的步骤；基于第2高温空气温度和第2工作流体温度的差值，调整适用于第2位置的高温空气量和对在第2位置的适用进行回避的高 温空气量的分配的第2调整步骤。本发明的其他的例示的侧面的废热发电方法中包括如下步骤对多个焚烧处理系统都汇集各高温空气的步骤，各高温空气是通过从多个焚烧处理系统具有的多个焚烧炉分别排出的废气被加热了的；通过将汇集后的高温空气适用于第I位置，以进行第I位置的高温空气与工作流体的热交换的第I热交换步骤；将在第I位置进行热交换后的高温空气作为白烟防止空气与废气接触的接触步骤。这里的第I位置是指通过工作流体使涡轮机旋转以进行发电的废热发电系统中，工作流体通路上的涡轮机的上游侧的位置。将来自焚烧处理系统的高温空气适用于废热发电系统，进行高温空气和工作流体的热交换，因此，可以利用废热进行高效地发电。但是，一个焚烧处理系统的污水污泥或垃圾等的废弃物处理的状况并不限于一定的情况。因此，来自一个焚烧处理系统的高温空气和洗烟废水的排出量 温度(热量)等也不能说是稳定的。但是，通过分别汇集了来自多个焚烧处理系统的各高温空气，再适用于废热发电系统，可以如上所述谋求能源回收的稳定化，产生废热发电系统的规模经济。例如，通过分别汇集来自多个焚烧处理系统的高温空气和洗烟废水，适用于一个大型的废热发电系统，使得与设置多个废热发电系统的情况相比，可以降低该装置的成本。另外，有助于提高废热发电系统的寿命。各高温空气的汇集中，可以在排出通路内设置调整来自各焚烧处理系统的排出量的调整单元(调整阀等)，通过计算机控制来调整这些调整单元。另外，与工作流体进行热交换后的高温空气的温度一般仍是充分高温，使该高温空气与来自焚烧炉的废气接触的话，可以作为白烟防止空气充分地利用。因此，该废热发电方法中，不会有损作为白烟防止空气的功能，在作为白烟防止空气利用为止的期间，高温空气与工作流体进行热交换，实现高效的能源回收。第I位置在废热发电系统的分离器的下游侧的情况下，还可以具有如下的第2热交换步骤通过将在第I热交换步骤之后且在接触步骤前的高温空气适用于工作流体通路上的分离器的上游侧的第2位置，进行第2位置的高温空气与工作流体的热交换。在工作流体为气体状态的分离器后的第I位置，首先进行热交换，使气体状态的工作流体过热。然后，在工作流体为气液二相状态的分离器前的第2位置进行热交换，促进工作流体的气化。高温空气在将热量赋予热容量小的气体状态的工作流体之后，将剩余的热量赋予热容量大的气液二相状态的工作流体。因此，可以高效地进行热交换，进一步有助于抑制发电效率的降低，抑制发电量的降低。为了冷却使涡轮机旋转之后的工作流体，还可以具有如下的步骤在工作流体通路上的涡轮机的下游侧的位置适用冷却水的步骤；使工作流体冷却后的冷却水作为洗烟水与废气接触的步骤。使工作流体的冷却水作为洗烟水与废气接触，因此，有助于节约焚烧处理系统和废热发电系统整体使用的水量。另外，冷却水在工作流体的冷却(即，与工作流体进行热交换)之后升温，用于向焚烧处理系统的排烟洗涤塔的供水的话，有助于塔内温度的上升，具有提高洗烟废水的温度的效果。工作流体可以是氨、氟利昂或者氨/水混合流体中的任意流体。这些流体的沸点较低容易气化。因此，通过将这些流体作为工作流体来使用，可以 有效利用来自温度较低但大量存在的废热(低温热源)的热量，可以实现利用了温度差的废热发电。本发明的另一其他的例示的侧面的废热发电系统是通过工作流体使涡轮机旋转以进行发电的废热发电系统，其包括如下功能通过将从焚烧处理系统包括的焚烧炉排出的废气加热了的高温空气适用于第I位置，进行第I位置的高温空气和工作流体的热交换的第I热交换功能，所述第I位置是工作流体通路上在涡轮机的上游侧且在分离器的下游侧的位置；通过将在第I位置进行热交换后的高温空气适用于第2位置，进行第2位置的高温空气和工作流体的热交换的第2热交换功能，所述第2位置是工作流体通路上分离器的上游侧的位置；洗涤了废气之后从焚烧处理系统排出的洗烟废水与在第2位置进行热交换之后的高温空气进行热交换的废水用热交换功能；通过将与高温空气进行热交换之后的洗烟废水适用于第3位置，进行第3位置的洗烟废水的工作流体的热交换的第3热交换功能，所述第3位置是工作流体通路上第2位置的上游侧的位置；使与洗烟废水进行热交换之后的高温空气作为白烟防止空气与废气接触的接触功能。将来自焚烧处理系统的高温空气适用于废热发电系统，进行高温空气和工作流体的热交换，因此，可以利用废热高效地进行发电。另外，该高温空气在涡轮机的上游侧分离器的下游侧的第I位置、分离器的上游侧的第2位置这样多处适用于废热发电系统，因此，可以增大与工作流体的热交换量，将充分热赋予给工作流体。在工作流体为气体状态的分离器后的第I位置，首先进行热交换，使气体状态的工作流体过热。然后，在工作流体为气液二相状态的分离器前的第2位置进行热交换，促进工作流体的气化。高温空气在将热量赋予热容量小的气体状态的工作流体之后，将剩余的热量赋予热容量大的气液二相状态的工作流体。因此，可以高效地进行热交换，进一步有助于抑制发电效率的降低，抑制发电量的降低。进一步地，在第2位置进行热交换之后，进行高温空气和洗烟废水的热交换，与该高温空气进行热交换之后的洗烟废水在第2位置的上游侧的第3位置进行与工作流体的热交换。因此，来自焚烧处理系统以高温空气、洗烟废水这样的形式被排出的废热没有剩余地充分再利用，可以用于废热发电。
本发明的另一其他的例示的侧面的废热发电系统是通过工作流体使涡轮机旋转以进行发电的废热发电系统，其包括如下功能对多个焚烧处理系统都汇集各高温空气的功能，各高温空气是通过由从多个焚烧处理系统具有的多个焚烧炉分别排出的废气加热了的；通过将汇集后的高温空气适用于工作流体通路上涡轮机的上游侧的第I位置，以进行第I位置的高温空气与工作流体的热交换的第I热交换功能；将在第I位置进行热交换后的高温空气作为白烟防止空气与废气接触的接触功能。将来自焚烧处理系统的高温空气适用于废热发电系统，并进行高温空气和工作流体的热交换，因此，可以利用废热进行高效地发电。但是，一个焚烧处理系统的污水污泥或垃圾等的废弃物处理的状况并不限定与一定的情况。因此，来自一个焚烧处理系统的高温空气和洗烟废水的排出量 温度(热量)等也不能说是稳定的。但是，通过分别汇集了来自多个焚烧处理系统的各高温空气，再适用于废热发电系统，可以如上所述谋求能源回收的稳定化，产生废热发电系统的规模经济。例如，通过分别汇集来自多个焚烧处理系统的高温空气和洗烟废水，适用一个大型的废热发电系统，使得与设置多个废热发电系统的情况相比，可以降低该装置的成本。另外，有助于提高废热发 电系统的寿命。各高温空气的汇集中，可以在排出通路内设置调整来自各焚烧处理系统的排出量的调整单元(调整阀等)，通过计算机控制调整这些调整单元。另外，与工作流体进行热交换后的高温空气的温度一般仍是充分高温，使该高温空气与来自焚烧炉的废气接触的话，可以作为白烟防止空气充分地利用。因此，该废热发电方法中，不会有损作为白烟防止空气的功能，在作为白烟防止空气利用为止的期间，高温空气与工作流体进行热交换，实现高效的能源回收。本发明的其他课题或者其他特征通过参照以下


的优选的实施例可以更加明确。发明的效果根据本发明，可以有效地利用从焚烧炉排出的热源，提高其能源回收效率，以进行稳定的 高效的发电。例如，通过将来自该焚烧炉包括的焚烧处理系统的高温空气在多处适用于废热发电系统之后，在作为白烟防止空气利用，可以实现对以往被废弃了的热能源进行高效的能源回收，又可以充分达成白烟防止功能。通过汇集来自多个焚烧处理系统的高温空气和洗烟废水，并适用于废热发电系统，可以降低每个焚烧处理系统的运转状况的变化的影响，实现稳定的能源回收。另外，通过能够调整适用于废热发电系统的高温空气量和不适用的高温空气量，可以对应于焚烧处理系统的废热量的变化、必要发电量来使适用于废热发电系统的高温空气量发生变化，可以稳定、适当地进行必要量的发电。

图I是示出包含实现本发明的实施方式的废热发电方法的发电系统的污水处理厂的概略构成的框图。图2是示出图I所示的处理系统的内部构成的示意性框图。图3是示出图I所示的发电系统的内部构成的示意性框图。
图4是本发明的实施例I的发电系统的构成图。图5是本发明的比较例I的发电系统的构成图。图6是本发明的比较例2的发电系统的构成图。图7是本发明的比较例3的发电系统的构成图。图8是本发明的比较例4的发电系统的构成图。
具体实施例方式以下，采用附图对实现本发明的实施方式的废热发电方法的废热发电系统进行说明。图I是示出本发明的实施方式的污水处理厂(以下，简称为厂。)P的概略构成的框图。该厂P构成为具有作为多个焚烧处理系统的污水处理系统(以下，简称为处理系统。)S和发电系统(废热发电系统)G。该厂P中，将来自处理系统S的高温空气(白烟防止空气)2 和洗烟废水W用于发电系统G。来自多个处理系统S的各高温空气2和各洗烟废水W分别被汇集以用于发电系统G。在发电系统G内进行了热交换之后的高温空气2作为来自发电系统G的白烟防止空气2被送到各处理系统S的排烟洗涤塔105 (参照图2)。进一步地，在发电系统G内用于冷却工作流体的冷却水C作为洗烟水的一部分被送到各处理系统S的排烟洗涤塔105。图2是示出处理系统S的内部构成的示意性框图。多个处理系统S全都具有大致相同的构成，对一个处理系统S的构成进行说明，省略对其他处理系统S的构成的说明。该处理系统S大致构成为具有焚烧炉101、流动空气预热器102、白烟防止空气预热器103、集尘机104、排烟洗涤塔105。图2中101是焚烧炉，该实施方式中是用于焚烧污水污泥脱水饼的流动焚烧炉。但是，本发明中焚烧炉101并不限定于此，也可以是垃圾焚烧炉。其废气通常是800 850°C左右的高温废气。102是被导入该高温废气的流动空气预热器，将流动空气预热到例如650°C再提供给炉底部的分散管。焚烧炉101不是流动焚烧炉的情况下，省略流动空气预热器 102。在流动空气预热器102的后段设置有白烟防止空气预热器103。该白烟防止空气预热器103是得到用于防止从烟囱冒出的废气中的水蒸汽作为白烟被看到的高温空气(白烟防止空气)2的热交换器，得到约300°C的加热气体(白烟防止空气)。另一方面，废气通过白烟防止空气预热器103后，温度降低到250 400°C，被导入到之后的集尘机104以去除灰尘。这里，作为高温空气(白烟防止空气)2的典型例，一般认为是空气，当然，也可以采用其他的各种气体。另外，通过白烟防止空气预热器103被加热，被送到后述的烟囱108之前的气体被称为高温空气，被送到烟囱108以发挥白烟防止功能的气体被称为白烟防止空气，二者实质上是相同气体，采用相同的引用符号2进行说明。集尘机104是该实施方式中耐热性好的陶瓷集尘机，通过了白烟防止空气预热器103的250 400°C的废气可就这样被集尘。但是，也可以使用袋式集尘器作为集尘机104，这种情况下，需要在其前段配置冷却塔，以将废气降温到袋式集尘器的耐热温度。集尘机104中废气的温度降低左右较小，废气以200 400°C进入后面的排烟洗涤塔105。排烟洗涤塔105从塔的下部导入废气，通过与从上部的喷嘴106洒出的水(洗烟水)W接触，去除废气中的NOX，SOX等的成分。与以往一样，塔内水通过泵107被送到喷嘴106以循环使用。该实施方式的排烟洗涤塔105在塔的上部连接有烟108，在塔内被洗涤的废气从烟囱108被排出。另外，在排烟洗涤塔105和烟囱108的中间部分形成多段的塔板部109，用于通过使从塔的上部提供的清洁水与废气充分地接触，来进行充分地水洗。该排烟洗涤塔105中废气与水接触，因此，200 400°C的废气的潜势热的大半转移到水中，如上所述，从排烟洗涤塔105排出的洗烟废水W成为60 70°C的温水。本发明中，利用约300°C的高温空气2的潜势热进行废热发电，与此同时，也利用洗烟废水W的潜势热。因此，本实施方式中，如后文所述，通过与高温空气2的热交换(废水用热交换步骤、废水用热交换功能)，使从排烟洗涤塔105排出的洗烟废水W升温，再提供给废热发电系统G。其升温幅度根据设备或运行方法而各异，但通常在5 15°C的范围内。与洗烟废水W进行热交换后的高温空气2保持在90°C 100°C左右的温度，因此，可被送往烟囱108，发挥作为白烟防止空气2的本来的功能。
另外，要使洗烟废水W的升温量增加的话，与洗烟废水W进行热交换(废水用热交换步骤、废水用热交换功能)后的高温空气2的温度降低，即使降低到100°C左右，大气温度20°C、湿度100%的气候条件下，不产生白烟，但是在冬季条件下的大气温度0°C、湿度100%的情况下，会产生白烟。只是，对白烟的发生没有法的限制，即使是冬季，成为该条件也只是数日左右。另外，这样通过与高温空气2进行热交换而被升温后的洗烟废水W成为70°C 73°C左右的温水，被提供给废热发电系统G。图3是示出发电系统G的内部构成的示意性框图。作为发电系统G，优选采用以氨、氟利昂或者氨/水混合流体这样的低沸点流体作为工作流体L的温度差发电系统。这样的温度差发电系统自身是公知的，如例如佐贺大学申请的特开平7-91361号公报所记载，可以是例如利用温度较高的表层海水和深层的冷海水的温度差进行温度差发电的系统。如图3所示，该发电系统G大致构成为具有涡轮机10、发电机11、吸收器12、冷凝器13、循环泵14、再生器15、蒸发器16、加热器17、分离器18、过热器(蒸汽加热器)19、减压阀20。另外，该发电系统G还具有温度传感器21 24、第I控制单元25、第2控制单元26、第I调整阀27、第2调整阀28。另外，如图3所示，工作流体L 一边反复加热冷却一边在工作流体通路R内循环，因此，以下从循环泵14开始，依序向着下游(工作流体的流向)对上述各构成进行说明。由循环泵14送出的液相的工作流体L通过再生器15被预热，然后，被送到蒸发器16。设置该蒸发器16的位置是工作流体通路R内的第3位置。在该蒸发器16中，进行工作流体L和洗烟废水W的热交换(第3热交换步骤、第3热交换功能)，进行洗烟废水W至工作流体L的热转移。结果，工作流体L变成提高了内部热能源状态的气液二相状态，被送到下面的加热器17。设置该加热器17的位置是工作流体通路R内的第2位置。该加热器17中，进行工作流体L和高温空气2的热交换(第2热交换步骤、第2热交换功能)，进行高温空气2至工作流体L的热转移。结果，工作流体L进一步变成提高了内部热能源状态的气液二相状态，被送到分离器18。分离器18用于将气液二相状态的工作流体L分离为气相和液相。液相部分的工作流体L再次被送到再生器15，被取走热量后，进一步通过减压阀20被送到吸收器12。另一方面，气相状态的工作流体L从分离器18被送到过热器19。设置该过热器19的位置是工作流体通路R内的第I位置。在该过热器19中，进行工作流体L和高温空气2的热交换(第I热交换步骤、第I热交换功能)，进行高温空气2至工作流体L的热转移。结果，工作流体L成为进一步提高了内部热能源状态的过热蒸汽，被送至涡轮机10。过热蒸汽状态的工作流体L使涡轮机10旋转，通过与涡轮机10连接的发电机进行发电。然后，完成了发电工作的工作流体L被送到吸收器12，与通过减压阀20送来的工作流体L合流。该吸收器12采用例如喷嘴喷雾式结构，由来自减压阀20的工作流体L (液相)向完成了发电的工作流体L(气相)喷雾，从气相的工作流体L取得热量以使其冷却。然后，被送至冷凝器13的工作流体L通过冷却水C被冷却返回到液相，再被送至循环泵14。这样，通过被循环泵14输送，通过洗烟废水W和高温空气2被加热，使涡轮机10旋转之后，通过冷却水C被冷却，以在通路R内循环，从而工作流体L进行发电。又，过热器19设在位于涡轮机10的上游侧、分离器18的下游侧的第I位置，加热器17设在分离器18的上游侧的第2位置，蒸发器16设在加热器17的上游侧的第3位置。 来自处理系统S的高温空气2是汇集来自多个处理系统S的气体(高温空气汇集步骤、高温空气汇集功能)、以汇集成一体的状态送至发电系统G。由此，可以降低各处理系统S的处理状况的变动的影响，提供稳定的高温空气2。被汇集了的高温空气2，首先用于第I位置的过热器19。然后，用于之后的第2位置的加热器17，进一步用于之后的废水加热器29，用于进行与洗烟废水W的热交换(废水用热交换步骤、废水用热交换功能)。然后，废水用热交换步骤结束后的高温空气2再次被送到处理系统S，用于各处理系统S的排烟洗涤塔105，以用于作为白烟防止空气2。白烟防止空气2与废气接触(接触步骤、接触功能)、防止废气产生白烟。发电系统G中，配置了用于避免高温空气2适用到过热器19(第I热交换回避步骤、第I热交换回避功能)的过热器回避通路30，在该通路30上设有第I调整阀27。该第I调整阀27基于来自第I控制单元25的控制信号，使阀打开或关闭，或者使高温空气2适用到过热器19，或者使高温空气2导入到过热器回避通路30以避免适用到过热器19。又，第I控制单元25由例如计算机、序列发生器、继电器开关等构成，接收温度传感器21、22的传感器输出，基于这些传感器输出，控制第I调整阀27的开关。另外，温度传感器21是在工作流体通路R上过热器19的下游侧测量工作流体L的温度tl (第I工作流体温度测量步骤、第I工作流体温度测量功能)的传感器。又，温度传感器22是在高温空气2通路上过热器19的上游侧用于测量高温空气2的温度Tl (第I高温空气温度测量步骤、第I高温空气温度测量功能)的传感器。更具体来说，第I控制单元25基于温度传感器22的测量温度Tl和温度传感器21的测量温度tl的温度差值，通过第I调整阀27的开关控制来调整用于过热器19的高温空气2的气体量和避免用于过热器19的高温空气2的气体量的分配。此时，进行如下控制温度Tl和温度tl的温度差值(Tl-tl)较小时，开放第I调整阀27，使尽量多的高温空气2通过过热器回避通路30，温度Tl和温度tl的温度差值(Tl-tl)较大时，关闭第I调整阀27，使尽量多的高温空气2通过过热器19。在发电系统G中，配置有用于避免高温空气2适用于加热器17(第2热交换回避步骤、第2热交换回避功能)的加热器回避通路31，在该通路31上设置第2调整阀28。该第2调整阀28基于来自第2控制单元26的控制信号，开放或者关闭阀，使高温空气2用于加热器17，或者导入加热器回避通路31以避免用于加热器17。第2控制单元26由例如计算机、序列发生器、继电器开关等构成，接收温度传感器23,24的传感器输出，基于这些传感器输出进行第2调整阀28的开关控制。温度传感器23是测量工作流体通路R上加热器17的下游侧的工作流体L的温度t2 (第2工作流体温度测量步骤、第2工作流体温度测量功能)的传感器。温度传感器24是测量高温空气2通路上加热器17的上游侧(且在过热器19的下游侧)的高温空气2的温度T2 (第2高温空气温度测量步骤、第2高温空气温度测量功能)的传感器。更具体来说，第2控制单元26基于温度传感器24的测量温度T2和温度传感器23的测量温度t2的温度差值，通过第2调整阀28的开关控制来调整用于加热器17的高温空气2的气体量和避免用于加热器17的高温空气2的气体量的分配。此时，进行如下控制温度T2和温度t2的温度差值(T2-t2)较小时，开放第2调整阀28，使尽量多的高温空气2 通过加热器回避通路31，温度T2和温度t2的温度差值(T2-t2)较大时，关闭第2调整阀28，使尽量多的高温空气2通过加热器17。来自处理系统S的洗烟废水W是汇集来自多个处理系统S的废水(洗烟废水汇集步骤、洗烟废水汇集功能)，以汇集为一体的状态送至发电系统G。由此，可以降低各处理系统S的处理状况的变动的影响，提供稳定的洗烟废水W。被汇集了洗烟废水W，在废水加热器29中与第2热交换步骤或第2热交换回避步骤后的高温空气2进行热交换(废水用热交换步骤、废水用热交换功能)。然后将洗烟废水W用于第3位置的蒸发器16，进行与工作流体L的热交换(第3热交换步骤、第3热交换功能)。可以采用常温的水作为低温热源的冷却水C。用于冷凝器13的冷却水C是清洁水，通过在冷凝器13后向处理系统S的排烟洗涤塔105的上部供水，可以抑制其使用水量。冷却水C作为洗烟废水W再利用，因此，作为系统整体可以节水，提高环境适应性。又，冷却水C也通过冷凝器13被加温，因此，若用于向排烟洗涤塔105供水的话，可以使塔内温度上升，提高洗烟废水W的温度。实施例[实施例I]通过仿真计算来估算图4所示构成的发电系统G的发电量(涡轮机输出)。计算条件如下。又，本实施例I中，在图4所示的工作流体通路R上的各位置rl rlO，估算工作流体L的温度T、压力P、密度指标值P、氨/水比率Y、熵s以及焓H。运算结果如表I所示。这里，密度指标值表示密度(kg/m3)的倒数。〈计算条件〉 高温空气2:-流量9300m3/h-位置gl的温度300°C-位置g2的温度170°C-位置g3的温度150°C
-位置g4的温度100°C 洗烟废水W:-流量53m3/h-位置wl的温度70°C
-位置w2的温度60 0C-位置w3的温度73°C 冷却水C:-位置cI的温度20 V-位置c2的温度25°C工作流体L:-成分氨/水比=0.95[表I]
权利要求
1.一种废热发电方法，其特征在于，包括第I热交换步骤，将通过从焚烧处理系统包括的焚烧炉排出的废气加热了的高温空气适用于第I位置，以进行所述第I位置的高温空气和工作流体的热交换，所述第I位置是指在通过所述工作流体使涡轮机旋转以进行发电的废热发电系统中的工作流体通路上的、该涡轮机的上游侧、分离器的下游侧的位置；第2热交换步骤，通过将在所述第I位置进行热交换后的所述高温空气适用于所述工作流体通路上的所述分离器的上游侧的第2位置，以进行所述第2位置的所述高温空气和所述工作流体的热交换；废水用热交换步骤，进行洗烟废水与在所述第2位置的热交换后的所述高温空气的热交换，所述洗烟废水在洗涤了所述废气之后从所述焚烧处理系统排出；第3热交换步骤，通过将与所述高温空气进行热交换后的所述洗烟废水适用于所述工作流体通路上的所述第2位置的上游侧的第3位置，以进行所述第3位置的所述洗烟废水和所述工作流体的热交换；和接触步骤，使与所述洗烟废水进行热交换后的所述高温空气作为白烟防止空气与所述废气接触。
2.如权利要求I所述的废热发电方法，其特征在于，还包括在进行所述第I位置的热交换之前，对多个所述焚烧处理系统都汇集来自所述多个焚烧处理系统的所述各高温空气的步骤；在与所述高温空气进行热交换之前，对所述多个焚烧处理系统都汇集来自所述多个焚烧处理系统的所述各洗烟废水的步骤。
3.如权利要求I或2所述的废热发电方法，其特征在于，还包括第I热交换回避步骤，使所述高温空气不适用于所述第I位置地与在所述第I位置进行热交换后的所述高温空气合流；第2热交换回避步骤，使所述合流后的高温空气不适用于所述第2位置地与在所述第2位置进行热交换后的所述高温空气合流。
4.如权利要求I 3中任意一项所述的废热发电方法，其特征在于，还包括测量在所述第I位置进行热交换后的所述工作流体的第I工作流体温度的步骤；测量在所述第I位置进行热交换前的所述高温空气的第I高温空气温度的步骤；第I调整步骤，基于所述第I高温空气温度和所述第I工作流体温度的差值，调整适用于所述第I位置的所述高温空气量和回避对所述第I位置的适用的所述高温空气量的分配；测量在所述第2位置进行热交换后的所述工作流体的第2工作流体温度的步骤；测量在所述第2位置进行热交换前的所述高温空气的第2高温空气温度的步骤；第2调整步骤，基于所述第2高温空气温度和所述第2工作流体温度的差值，调整适用于所述第2位置的所述高温空气量和回避对所述第2位置的适用的所述高温空气量的分配。
5.一种废热发电方法，其特征在于，包括对多个焚烧处理系统都汇集各高温空气的步骤，所述各高温空气是被从所述多个焚烧处理系统所包括的多个焚烧炉分别排出的废气加热了的；第I热交换步骤，通过将该汇集后的高温空气适用于第I位置，进行所述第I位置的高温空气和工作流体的热交换，所述第I位置是指在通过所述工作流体使涡轮机旋转以进行发电的废热发电系统中的工作流体通路上的、该涡轮机的上游侧的位置；接触步骤，使在所述第I位置进行热交换后的所述高温空气作为白烟防止空气与所述废气接触。
6.如权利要求5所述的废热发电方法，其特征在于，还包括第2热交换步骤，所述第I位置在所述废热发电系统的分离器的下游侧的情况下，将在所述第I热交换步骤后且在所述接触步骤前的所述高温空气适用于所述工作流体通路上的、所述分离器的上游侧的第2位置，以进行所述第2位置的所述高温空气和所述工作流体的热交换。
7.如权利要求I 6中任意一项所述的废热发电方法，其特征在于，还包括为了冷却使所述涡轮机旋转后的所述工作流体，在所述工作流体通路上的所述涡轮机的下游侧的位置适用冷却水的步骤；使该工作流体冷却后的冷却水作为洗烟水与所述废气接触的步骤。
8.如权利要求I 7中任意一项所述的废热发电方法，其特征在于，所述工作流体是氨、氟利昂或者氨/水混合流体中的任意流体。
9.一种废热发电系统，其是通过工作流体使涡轮机旋转以进行发电的废热发电系统，其特征在于，包括第I热交换功能，将通过从焚烧处理系统所包括的焚烧炉排出的废气加热了的高温空气适用于第I位置，以进行所述第I位置的高温空气和所述工作流体的热交换，所述第I位置是指所述工作流体通路上的、所述涡轮机的上游侧、分离器的下游侧的位置；第2热交换功能，通过将在所述第I位置进行热交换后的所述高温空气适用于所述工作流体通路上的所述分离器的上游侧的第2位置，以进行所述第2位置的所述高温空气和所述工作流体的热交换；废水用热交换功能，进行洗烟废水和在所述第2位置的热交换后的所述高温空气的热交换，所述洗烟废水在洗涤了所述废气之后从所述焚烧处理系统排出；第3热交换功能，通过将与所述高温空气进行了热交换后的所述洗烟废水适用于所述工作流体通路上的所述第2位置的上游侧的第3位置，来进行所述第3位置的所述洗烟废水和所述工作流体的热交换；接触功能，使与所述洗烟废水进行热交换后的所述高温空气作为白烟防止空气与所述废气接触。
10.一种废热发电系统，其是通过工作流体使涡轮机旋转以进行发电的废热发电系统，其特征在于，包括对多个焚烧处理系统都汇集各高温空气的功能，所述各高温空气是被从所述多个焚烧处理系统所包括的多个焚烧炉分别排出的废气加热了的；第I热交换功能，通过将该汇集后的高温空气适用于第I位置，进行所述第I位置的高温空气和所述工作流体的热交换，所述第I位置是指所述工作流体通路上的所述涡轮机的上游侧的位置；接触功能，使在所述第I位置进行了热交换后的所述高温空气作为白烟防止空气与所述废气接触 。
全文摘要
本发明涉及一种有效利用从焚烧炉排出的热源的废热发电方法。该废热发电方法包括如下步骤将通过来自污水处理系统S包括的焚烧炉(101)的废气加热了的高温空气(2)适用于发电系统(G)的涡轮机(10)的上游侧分离器(18)的下游侧的过热器(19)，以与工作流体(L)进行热交换的第1热交换步骤；将此后的高温空气(2)适用于分离器(18)的上游侧的加热器(17)以与工作流体L进行热交换的第2热交换步骤；进行洗涤废气之后从污水处理系统(S)排出的洗烟废水W和加热器(17)后的高温空气(2)的热交换的废水用热交换步骤；将此后的洗烟废水W适用于加热器(17)的上游侧的蒸发器(16)以与工作流体L进行热交换的第3热交换步骤；使高温空气(2)与废气接触的接触步骤。
文档编号F22B1/18GK102770709SQ20118001077
公开日2012年11月7日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月24日
发明者三岛俊一, 池上康之, 河合伸季 申请人:美得华水务株式会社