JP2005009328A - Power generation method and pyrolytic volume reducing treatment facility - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の原料物質(各種の有機系物質、無機系物質、汚泥、土壌、土砂など)を加熱減量化処理する施設において多量に発生する排熱を利用して発電機を備えたスターリングエンジンを駆動して発電を行い、熱エネルギーを電力として回収する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、各種の原料物質(各種の有機系物質、無機系物質、汚泥、土壌、土砂など)を加熱減量化処理する施設において多量に発生する排熱(加熱ガス、排ガス)から電力を得る場合、排熱(熱エネルギー)から得た水蒸気によって蒸気タービンを駆動して電力を生産するのが一般的である。
【0003】
ところで、近年になって地球環境保全の観点からスターリングエンジンを利用した電力生産技術が見直されている。スターリングエンジンは、外部からの加熱と冷却とによる作動流体の圧力変動によってピストンに往復運動を与えて動力を得るもので、内燃機関のように燃料を燃焼爆発させていないので、クリーンで安全且つ静粛な熱機関として知られている。スターリングエンジンを用いた電力生産技術を以下に示した。
【0004】
特許文献1(特開2002−39011)に開示されたバッテリー充電用発電装置は、航空機補助動力装置(ガスタービン)から排出される排気ガスによりスターリングエンジンを駆動して発電を行い蓄電している。
【0005】
特許文献2(特開2001−163322)に開示された炭化溶鉱炉法は、各種溶解炉で発生した熱ガスを利用するスターリングエンジンを用いて発電を行なっている。
【0006】
特許文献3(特開2000−310158)に開示された発電装置は、ごみ焼却炉で発生する排熱ガスを利用するスターリングエンジンを用いて発電を行なっている。
【0007】
特許文献4(特開2000−45866)及び特許文献5(特開2000−45865)は排熱回収装置であって、焼却炉や灰溶解炉で発生した排熱ガスを利用したスターリングエンジンを用いて発電を行なっている。
【0008】
特許文献6(特開平11−304123)及び特許文献7(特開平11−264524)は、ガス化焼却炉で発生する排熱ガスを利用したスターリングエンジンによって発電を行なっている。
【0009】
特許文献8(特開平8−94050)は、ごみ焼却炉、内燃機関の排熱を利用してスターリングエンジンなどを用いて発電を行なっている。
【0010】
特許文献9(特開平7−19008)は、焼却炉内で乾留ガスを燃焼して得た高温燃焼ガスを利用したスターリングエンジンによって発電を行なっている。
【0011】
【特許文献1】
特開2002−39011(段落番号(0005)及び図2)
【0012】
【特許文献2】
特開2001−163322(請求項4及び請求項5)
【0013】
【特許文献3】
特開2000−310158(段落番号(0021)及び図1)
【0014】
【特許文献4】
特開2000−45866(段落番号(0002))
【0015】
【特許文献5】
特開2000−45865(段落番号(0016)及び図1)
【0016】
【特許文献6】
特開平11−304123(段落番号(0010)及び図1)
【0017】
【特許文献7】
特開平11−264524(段落番号(0006)及び図1)
【0018】
【特許文献8】
特開平8−94050(段落番号(0009)及び図1)
【0019】
【特許文献9】
特開平7−19008(段落番号(0007)及び図1)
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
スターリングエンジンは、シリンダ内に充填された作動流体の加熱による膨張と、放熱による収縮の繰り返しにより動力を得るもので、作動流体の加熱膨張は先の特許文献で示したように排熱(排熱ガス等)を利用することにより行なっているが、放熱による作動流体の収縮を如何に効率よく行なうかが問題となる。
【0021】
すなわち、スターリングエンジンの加熱部におけるガス温度は高温熱源の温度よりも低くなり、また、冷却部におけるガス温度は低温熱源の温度よりも高くなる傾向にある。したがって,スターリンエンジンにおける作動流体は、さらに小さい温度差になり,エンジンの熱効率が低下することがある。
【0022】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は加熱減量化処理施設内に設けられたスターリングエンジンの熱効率を高めて施設の排熱から電気エネルギーを効率的に回収利用できる発電方法と熱分解減量化処理施設の提供にある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
各種原料物質(有機系物質、無機系物質、汚泥、土壌、土砂など)を加熱減量化処理する施設においては、排熱が多量に発生するので、この排熱を加熱源として利用できる。また、同施設において発生した熱分解ガスは800℃以上で燃焼処理しており、その排ガスは系外排出にあたり300℃以下に急速に冷却する必要がある。これは、排ガス中において、燃焼により分解したダイオキシン類が再合成することを防止するためである。そのために、排ガス系には、熱交換器を設けて排ガスを急速冷却している。
【0024】
本発明の発電方法及び熱分解減量化処理施設は、加熱減量化処理施設からの排熱ガス及びこれを冷却する熱交換器に導入する冷却媒体に着目し、流通する排熱ガス及び冷却媒体をスターリングエンジンにおける作動流体の加熱媒体及び冷却媒体として利用することにより、十分な作動流体の温度差を確保し、エンジンの熱効率を高めている。
【0025】
すなわち、本発明の発電方法は、原料を加熱減量化処理する施設で発生した熱ガス流を作動流体の加熱媒体とすると共に前記施設に具備された熱交換器に供される冷却媒体を作動流体の冷却媒体とするスターリングエンジンによって発電機を駆動して電力を得ることを特徴とする。
【0026】
また、本発明の熱分解減量化処理施設は、原料を加熱して熱分解減量化することで発生する分解ガスを燃焼するガス燃焼炉と、このガス燃焼炉で発生した熱ガスを冷却処理する熱交換器と、前記熱ガスを熱交換器に供給するダクトに具備され、このダクトを流通するガスによって作動流体を加熱する加熱部と前記熱交換器に供される冷却媒体によって作動流体を冷却する冷却部とを有するスターリングエンジンとを備えたことを特徴とする。
【0027】
本発明の発電方法及び熱分解減量化処理施設は、各種原料物質を加熱減量化処理する施設において発生する排熱ガス流をスターリングエンジンの作動流体の加熱媒体として利用すると共に前記ガス流を熱交換する熱交換器に供される冷却媒体を同エンジンの作動流体の冷却媒体として利用することで、作動流体の温度差を十分確保できるので、同エンジンの熱効率を向上させることができる。また、作動流体の冷却媒体に排熱ガスを急速冷却する熱交換器に導入する冷却媒体を利用した形態となっているので、発電システムが簡略なものとなる。このように、本発明の発電方法及び熱分解減量化処理施設によれば、発電効率が高まり、また熱分解減量処理化施設において電気エネルギーを効果的に回収利用できる。尚、排熱ガス流としては前記施設における熱分解減量化処理で生成したガスを燃焼するガス燃焼炉から排出された燃焼処理ガス流がある。また、前記冷却媒体としては空気若しくは水がある。前記空気としては、排ガスの冷却に導入する空気、施設内換気・脱臭のための通風等がある。
【0028】
前記熱分解減量化処理施設としては、例えば、焼却施設、乾燥施設、炭化施設、灰化施設等があり、本発明は、特に、施設内で発生する排ガスを800℃以上で燃焼処理するガス燃焼炉と、排ガスを空気や水の冷却媒体によって冷却する冷却手段とを備えたものに好適である。
【0029】
また、前記熱分解減量化処理施設において、前記熱ガスを熱交換器に供給するダクト内には、スターリングエンジンの加熱部を設けると共にダクト内に導入されたガスを迂回させる迂回ダクトを設け、さらに前記加熱部の上流側にはガスの供給先を前記迂回ダクト側に変更するためのバルブを備えるとよい。このとき、前記バルブは、熱ガスの温度が一定値以上である場合、熱ガスの供給先を加熱部側に変更するようにすると、スターリングエンジンの加熱部に一定温度に確保された熱ガスを供給することができるので、前記作用効果に加え安定した発電が行なえる。
【0030】
さらに、前記熱分解減量化処理施設において、前記原料の熱分解減量化に供する熱風ガスを発生する熱風炉と、前記熱交換器にて熱交換されて加熱されたガスを前記熱風炉に供給するダクトを流通するガスによって作動流体を加熱する加熱部を有するスターリングエンジンとを備えることで、一層の電気エネルギーの回収が図れる。このときも、前記熱交換器にて熱交換されて加熱されたガスを前記熱風炉に供給するダクト内には、スターリングエンジンの加熱部を設けると共にダクト内に導入されたガスを迂回させる経路を設け、前記加熱部の上流側にはガスの供給先を前記迂回ダクトに変更するバルブを備えるとよい。この際、先と同様に、熱ガスの温度が一定値以上である場合、前記バルブは熱ガスの供給先を前記加熱部側に変更することで、安定した発電が行なえる。
【0031】
尚、熱交換器に冷却媒体を供給するダクト内にスターリングエンジンの冷却部を設けると、スターリングエンジンにおいて作動流体の温度差をより一層確保できるので、同エンジンの熱効率はさらに向上する。この際、加熱部及び冷却部には伝熱部材を設けるとなおよい。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【0033】
図1は、本発明の熱分解減量化処理施設の実施形態例を示す概略図である。
【0034】
本実施形態の熱分解減量化処理施設では、原料を加熱分解処理して減量化処理する施設において発生する排ガスの熱エネルギーを利用してスターリングエンジンを駆動して動力を得た後、この動力によって発電機を駆動して電力を生産している。この電力は直接、蓄電、インバート若しくはコンバートさらには品質調整した後に施設の各種電気機器の電源として利用するかまたは他施設の電力や商用電力として買電する。
【0035】
図1に示された加熱処理装置1は、各種有機物系物質、無機系物質、汚泥、土壌、土砂等の原料を熱分解処理して炭化物を得るための装置で、乾燥炉11と炭化炉13と熱風炉15を備える。
【0036】
乾燥炉11は、原料を一定の滞留時間のもとで間接加熱して乾燥処理する装置であって、回転キルン方式を採用している。すなわち、乾燥炉11は、原料が導入される回転炉110に、回転炉110の外周に熱風ガスを流通させて回転炉110を外部から加熱する外部加熱手段(加熱ジャケット111)を付帯させている。尚、熱風ガスは、後述の熱風炉15から導入している。
【0037】
回転炉110は、円筒状を成し、複数の支持ローラ(図示省略)によって支承され、回転手段(図示省略)によって回転する。このとき、回転炉110内部には導入した原料を攪拌搬送する送り羽根が複数枚設けられる場合がある。また、本実施形態では、回転炉110は、その一端側に原料を搬入するためのダクト10を設けている共に、他端側には回転炉110内の原料を次工程(炭化炉13)に移送させるダクト12を設けている。尚、ダクト10にはホッパー設備等の原料投入手段101が適宜設けられる。
【0038】
炭化炉13は、乾燥炉11にて乾燥処理した原料を一定の滞留時間のもとで間接加熱して熱分解処理することにより炭化物を得る装置であり、回転キルン方式を採用し、乾燥炉11と同様の構成をなす。すなわち、乾燥処理した原料を導入し攪拌搬送する回転炉130に加熱ジャケット131を付帯させている。尚、炭化炉13における回転炉130には、炭化物を回収するためのダクト14が接続されている。
【0039】
乾燥炉11と炭化炉13は、図示されたように、炭化炉13の供給口が乾燥炉11の排出口と連絡するように配置される。このとき、乾燥炉11の排出口と炭化炉13の供給口には、これら排出口と供給口を覆って連通するダクト12が設けられる。ダクト12には、乾燥炉11及び炭化炉13内で発生したガス(水蒸気及び熱分解ガス)をガス燃焼炉2に移送するための配管が接続されている。
【0040】
熱風炉15は、熱風ガスを供給する装置であり、熱風ガスを発生させるための燃焼バーナーを備えている。熱風ガスは、ブロア16によって炭化炉13の加熱ジャケット131に供され、回転炉130を加熱した後に、乾燥炉11の加熱ジャケット111内に供給され、回転炉110を加熱する。このとき、熱風ガスには温度調整用の空気が適宜注入され、そのガス温度が調整される。加熱ジャケット111から排出された熱風ガスは排気される。また、一部のガスはブロア17によってガス燃焼炉2におけるエゼクタ駆動ガスとしての利用または加熱ジャケット111,131に供する熱風ガスとしての再利用に供される。
【0041】
ガス燃焼炉2は、加熱処理装置1から導入した水蒸気及び熱分解ガスを一定の雰囲気及び滞留時間のもとで(例えば、800℃以上の雰囲気、より具体的には、例えば約850℃の雰囲気で2秒以上の滞留時間)燃焼し、無害化処理する。このとき、被処理ガスには、系外から燃焼補助のために空気が適宜導入される。ガス燃焼炉2は、被処理ガスが供給されるガス燃焼室を備え、これには燃焼バーナーが具備されている。燃焼バーナーによる燃焼は燃料の供給量を調節することによって適宜制御される。ガス燃焼炉2にて燃焼処理したガスは、ダクト21を介して熱交換器3に供される。
【0042】
熱交換器3は、空気または水を冷却媒体とする気体−気体または液体−気体熱交換方式によって前記ガスを200〜150℃程度までに冷却処理する。冷却媒体はダクト301を介して導入される。このとき、被冷却ガスには少なくとも硫黄成分を含んでいない新鮮な空気が適宜供給され、ガス温度が適切に調整される。
【0043】
スターリングエンジン4は、ガス燃焼炉2から排出された燃焼処理ガスを作動流体の加熱媒体として利用して動力を得て、図示省略した発電機を駆動する。このとき、作動流体の冷却媒体は系外から導入した空気または水を利用している。
【0044】
図2にスターリングエンジンの具体的な設置形態例を示した。図示されたスターリングエンジン4は、ディスプレッサー式を採用し、ディスプレッサー部40とパワー部41とを備える。
【0045】
ディスプレッサー部40は、作動流体を充填したシリンダー内にディスプレッサーピストン400を備えると共に、ピストン軸と連接棒とクランク軸とを備えた駆動軸42と連絡する。駆動軸42はフライホイール43を備えると共に発電機44に連接されている。作動流体としては常用されるものでよい。例えば、空気、ヘリウムガス、窒素ガスのいずれかが挙げられる。また、ディスプレッサー部400は作動流体を加熱する加熱部401と同流体を冷却する冷却部402を有する。
【0046】
加熱部401は、ダクト21内に具備され、ダクト21内を流通するガス(ガス燃焼炉2から排出された燃焼処理ガス)によってディスプレッサー部40内の作動流体を加熱する。また、加熱部401とダクト21との接続部には、加熱補助手段402が付帯するとなおよい。加熱補助手段402としては、例えば熱風ガスを流通させたガスジャケットや、セラミックスを主成分とする蓄熱層が挙げられる。前記熱風ガスは熱風炉15から導入すればよい。尚、加熱部401においては、図3に示したように伝熱部材405を具備させて加熱効果を高めるとよい。伝熱部材405はガスの流入の妨げにならないように設けられるのは言うまでもない。
【0047】
冷却部403は、熱交換器3に供するための冷却媒体が流通するダクト300内に具備され、冷却媒体によってディスプレッサー部40内の作動流体を加熱する。冷却媒体としては新鮮空気や水が挙げられる。このとき、冷却効果を高めるため冷却部403には伝熱部材を付帯してもよい。伝熱部材としては冷却フィンが例示される。
【0048】
パワー部41は、作動流体の圧力変化によって動作するパワーピストン410を備える。そして、連接棒とクランク軸とを介して駆動軸42と連絡する。尚、パワー部41はダクト300内に具備されている。
【0049】
また、図2に示されたように、ダクト21においては、燃焼処理ガスをスターリングエンジン4の加熱部401に供さないで直接に熱交換器3に供給するための迂回ダクト22を設けられている。このとき、加熱部401の上流側にはガスの供給先を加熱部401と迂回ダクト22側のいずれかに変更できるバルブV1が設けられる。
【0050】
本実施形態の処理施設の動作例について説明する。
【0051】
原料は固形物の場合、例えば平均粒径10〜20mm以下に粉砕処理された後に加熱処理装置1に供される。ここで、原料が汚泥である場合は粉砕する必要がないが、必要に応じて解砕するよい。また、原料が含水率の低いもの例えばゴム屑、プラスチックなどの高分子材料を母体とするものである場合は乾燥処理、炭化処理を単一の回転キルンで行なってもよい。さらに、原料が含水率の高いもの例えば下水汚泥などの有機物である場合は、乾燥処理を複数の回転キルン炉で行なう場合がある。
【0052】
図1記載の乾燥炉11では、例えば150〜400℃程度の雰囲気さらには一定の滞留時間(例えば約30分間)のもとで、原料が乾燥処理される。このとき、原料に含有する水分が水蒸気として放出される。水蒸気は、ガス燃焼炉2での燃焼処理に供される。次いで、炭化炉13では、原料が例えば350〜650℃程度のもとで乾留処理されることで、炭化物に減量化される。このとき、原料中の有機成分が分解析出する。また、他の分解析出成分は、ガス燃焼炉2における燃焼処理に供され、一定の雰囲気及ぴ滞留時間のもとで(例えば、約800℃以上の雰囲気で、2秒以上の滞留時間)、燃焼処理される。
【0053】
ガス燃焼炉2にて燃焼処理されたガスはブロア32によって経路21を介して熱交換器3及びバグフィルタ31内に吸引導入される。
【0054】
ここで、スターリングエンジン4を使用しない場合や、燃焼処理ガスの温度が一定値以上でない場合例えばガス燃焼炉2の稼動立上り時または停止工程時などにおいては、バルブV1は閉に設定されて、燃焼処理ガスは迂回ダクト22を介して熱交換器3に供される。
【0055】
また、スターリングエンジン4を用いる場合または燃焼処理ガスの温度が一定値以上である場合、バルブV1は開に設定されて、燃焼処理ガスはダクト21を介して熱交換器3に供される。このとき、経路21に具備されたスターリングエンジン4の加熱部401内の作動流体は経路21内を流通するガスによって加熱されると共に、同エンジンの冷却部403及びパワー部41内の作動流体が経路300内を流通する冷却媒体によって冷却される(図2)。このような作動流体の加熱及び冷却を行なうスターリングエンジン4によって得られた動力は、駆動軸42及びフライホイール43を介して発電機44に供給される。発電機44で得た電力は、蓄電器45にて蓄電された後、適宜インバートまたはコンバートされてから各種電気機器へ供されるかまたは買電される。
【0056】
熱交換器3にて冷却された燃焼処理ガスは、バグフィルタ31内に導入されて除塵処理された後、煙突33から大気中に開放される。熱交換器3の冷却媒体は経路301を介して系外から導入しているが、図1に示されるようにスターリングエンジン4に供した冷却媒体を併用してもよい。また、熱交換器3の冷却媒体は、図4に示した実施形態例のように、スターリングエンジン4に供した冷却媒体をそのまま利用してもよい。熱交換器3における熱交換によって加熱された空気は、ダクト302を介して熱風炉15や加熱ジャケット111,131に供給されて熱風として利用される。これにより、熱風発生用燃料の削減が可能となる。
【0057】
尚、スターリングエンジンは、図5に示した実施形態例におけるスターリングエンジン5のように、熱交換器3によって熱交換されて加熱された空気を熱風炉15に移送するダクト302に備えてもよい。このとき、スターリングエンジン5はディプレッサー部における加熱部がダクト302内に配置されるように設けられる。本実施形態においても、図2記載の実施形態例と同様の趣旨で、ダクト302にはガスの供給を直接に熱風炉15に供給する迂回ダクト303が設けられると共にガスの供給先をスターリングエンジンの加熱部若しくは迂回ダクト303側に変更するバルブV2が設けられる。スターリングエンジン5によって得られた動力は、図示省略された発電機に供給される。この発電機で得た電力も、蓄電された後、適宜インバートまたはコンバートされてから各種電気機器へ供されるかまたは買電される。
【0058】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の発電方法及び熱分解減量化処理施設によれば、各種原料物質を加熱減量化処理する施設において発生する排熱ガス流をスターリングエンジンの作動流体の加熱媒体として利用すると共に前記ガス流を熱交換する熱交換器に供される冷却媒体を同エンジンの作動流体の冷却媒体として利用したことで、作動流体の温度差を十分確保でき、同エンジンの熱効率を向上させることができる。したがって、熱分解減量化処理施設の排熱から電気エネルギーを効率的に回収利用できる。
【0059】
また、作動流体の冷却媒体に排熱ガスを急速冷却する熱交換器に導入する冷却媒体を利用した形態となっているので、発電システムが簡略なものとなる。
【0060】
さらには、熱交換によって得た熱ガスを熱分解減量化処理施設に具備された熱風炉に返流にあたり、この熱ガスをスターリングエンジンの作動流体の加熱媒体として利用することで一層の電気エネルギーの回収が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱分解減量化処理施設の実施形態例を示した概略図。
【図2】スターリングエンジンの実施形態例を示した概略図。
【図3】スターリングエンジンの実施形態例を示した概略図。
【図4】スターリングエンジンの実施形態例を示した概略図。
【図5】スターリングエンジンの実施形態例を示した概略図。
【符号の説明】
1…加熱処理装置、11…乾燥炉、13…炭化炉、15…熱風炉
2…ガス燃焼炉、21…ダクト、22…迂回ダクト、V1…バルブ
3…熱交換器、300,301,302…ダクト、303…迂回ダクト、31…バグフィルタ、32…ブロア、33…煙突、V2…バルブ
4,5…スターリングエンジン、40…ディスプレッサー部、400…ディスプレッサーピストン、401…加熱部、402…加熱補助部材、403…冷却部、404,405…伝熱部材、41…パワー部、410…パワーピストン、42…駆動軸、43…フライホイール、44…発電機、45…蓄電器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a Stirling equipped with a generator using exhaust heat generated in a large amount in a facility for heat reduction treatment of various raw materials (various organic substances, inorganic substances, sludge, soil, earth and sand, etc.) The present invention relates to a technique for generating electric power by driving an engine and recovering thermal energy as electric power.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when power is obtained from exhaust heat (heating gas, exhaust gas) generated in large quantities in facilities that heat and reduce various raw materials (various organic substances, inorganic substances, sludge, soil, earth and sand, etc.) In general, electric power is produced by driving a steam turbine with steam obtained from exhaust heat (thermal energy).
[0003]
By the way, in recent years, electric power production technology using a Stirling engine has been reviewed from the viewpoint of global environmental conservation. The Stirling engine obtains power by reciprocating the piston by fluctuations in the pressure of the working fluid due to external heating and cooling, and does not explode fuel like an internal combustion engine, so it is clean, safe and quiet. Known as a heat engine. Electric power production technology using Stirling engine is shown below.
[0004]
A battery charging power generator disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-39011) drives a Stirling engine with exhaust gas discharged from an aircraft auxiliary power unit (gas turbine) to generate power and store power.
[0005]
The carbonizing blast furnace method disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-163322) generates power using a Stirling engine that uses hot gas generated in various melting furnaces.
[0006]
The power generation device disclosed in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-310158) generates power using a Stirling engine that uses exhaust heat gas generated in a waste incinerator.
[0007]
Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-45866) and Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-45865) are exhaust heat recovery apparatuses using a Stirling engine that uses exhaust heat gas generated in an incinerator or an ash melting furnace. It is generating electricity.
[0008]
In Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-304123) and Patent Document 7 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-264524), electric power is generated by a Stirling engine using exhaust heat gas generated in a gasification incinerator.
[0009]
In Patent Document 8 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-94050), power is generated using a Stirling engine or the like using waste heat from a waste incinerator or an internal combustion engine.
[0010]
In Patent Document 9 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-19008), power is generated by a Stirling engine using a high-temperature combustion gas obtained by burning dry distillation gas in an incinerator.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2002-39011 (paragraph number (0005) and FIG. 2)
[0012]
[Patent Document 2]
JP-A-2001-163322 (
[0013]
[Patent Document 3]
JP 2000-310158 (paragraph number (0021) and FIG. 1)
[0014]
[Patent Document 4]
JP 2000-45866 (paragraph number (0002))
[0015]
[Patent Document 5]
JP 2000-45865 (paragraph number (0016) and FIG. 1)
[0016]
[Patent Document 6]
JP-A-11-304123 (paragraph number (0010) and FIG. 1)
[0017]
[Patent Document 7]
JP-A-11-264524 (paragraph number (0006) and FIG. 1)
[0018]
[Patent Document 8]
JP-A-8-94050 (paragraph number (0009) and FIG. 1)
[0019]
[Patent Document 9]
JP 7-19008 (paragraph number (0007) and FIG. 1)
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
A Stirling engine obtains power by repeated expansion by heating of the working fluid filled in the cylinder and contraction by heat dissipation, and the heating and expansion of the working fluid is exhaust heat (exhaust heat as shown in the previous patent document). However, there is a problem of how efficiently the working fluid is contracted by heat radiation.
[0021]
That is, the gas temperature in the heating part of the Stirling engine tends to be lower than the temperature of the high temperature heat source, and the gas temperature in the cooling part tends to be higher than the temperature of the low temperature heat source. Therefore, the working fluid in the Stalin engine has a smaller temperature difference, which can reduce the thermal efficiency of the engine.
[0022]
The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to increase the thermal efficiency of the Stirling engine provided in the heat reduction processing facility and to efficiently recover and use electrical energy from the exhaust heat of the facility, and It is in the provision of thermal decomposition weight reduction treatment facilities.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In facilities that heat and reduce various raw materials (organic substances, inorganic substances, sludge, soil, earth and sand, etc.), a large amount of exhaust heat is generated, so this exhaust heat can be used as a heat source. The pyrolysis gas generated in the facility is burned at 800 ° C. or higher, and the exhaust gas needs to be rapidly cooled to 300 ° C. or lower when discharged outside the system. This is to prevent dioxins decomposed by combustion from being re-synthesized in the exhaust gas. For this purpose, a heat exchanger is provided in the exhaust gas system to rapidly cool the exhaust gas.
[0024]
The power generation method and pyrolysis reduction treatment facility of the present invention pay attention to the exhaust heat gas from the heat reduction treatment facility and the cooling medium introduced into the heat exchanger that cools the exhaust heat gas and the circulating exhaust heat gas and cooling medium. By using it as a heating medium and a cooling medium for the working fluid in the Stirling engine, a sufficient temperature difference of the working fluid is secured, and the thermal efficiency of the engine is increased.
[0025]
That is, in the power generation method of the present invention, the hot gas flow generated in the facility for heat-reducing the raw material is used as the working fluid heating medium, and the cooling medium provided in the heat exchanger provided in the facility is used as the working fluid. The generator is driven by a Stirling engine as a cooling medium to obtain electric power.
[0026]
In addition, the thermal decomposition and reduction treatment facility of the present invention cools the hot gas generated in the gas combustion furnace for burning the cracked gas generated by heating and reducing the thermal decomposition of the raw material. The working fluid is cooled by a heat exchanger, a duct that supplies the hot gas to the heat exchanger, a heating unit that heats the working fluid by the gas flowing through the duct, and a cooling medium provided to the heat exchanger. And a Stirling engine having a cooling section.
[0027]
The power generation method and the thermal decomposition and reduction treatment facility of the present invention utilize the exhaust heat gas flow generated in the facility for heat reduction and treatment of various raw materials as a heating medium for the working fluid of the Stirling engine and heat exchange the gas flow. By using the cooling medium supplied to the heat exchanger as the cooling medium for the working fluid of the engine, a sufficient temperature difference between the working fluids can be secured, so that the thermal efficiency of the engine can be improved. Moreover, since the cooling medium introduced into the heat exchanger that rapidly cools the exhaust heat gas is used as the cooling medium for the working fluid, the power generation system is simplified. As described above, according to the power generation method and the thermal decomposition and reduction treatment facility of the present invention, the power generation efficiency is improved, and electric energy can be effectively recovered and utilized in the thermal decomposition and reduction treatment facility. As the exhaust heat gas flow, there is a combustion treatment gas flow discharged from a gas combustion furnace that burns a gas generated by the thermal decomposition and reduction process in the facility. The cooling medium is air or water. Examples of the air include air introduced to cool the exhaust gas, ventilation for facility ventilation, and deodorization.
[0028]
Examples of the thermal decomposition and reduction treatment facility include an incineration facility, a drying facility, a carbonization facility, an ashing facility, etc., and the present invention particularly relates to gas combustion for treating exhaust gas generated in the facility at 800 ° C. or more. It is suitable for a furnace provided with a furnace and cooling means for cooling the exhaust gas with a cooling medium of air or water.
[0029]
In the thermal decomposition and reduction treatment facility, a heating duct of a Stirling engine is provided in a duct for supplying the hot gas to a heat exchanger, and a bypass duct for bypassing the gas introduced into the duct is provided. A valve for changing the gas supply destination to the bypass duct side may be provided on the upstream side of the heating unit. At this time, when the temperature of the hot gas is equal to or higher than a certain value, the valve changes the supply destination of the hot gas to the heating unit side so that the heating gas of the Stirling engine is heated to a constant temperature. Since it can supply, in addition to the said effect, stable electric power generation can be performed.
[0030]
Furthermore, in the thermal decomposition and weight reduction treatment facility, a hot air furnace that generates hot air gas used for thermal decomposition and reduction of the raw material, and a gas that is heated by heat exchange in the heat exchanger are supplied to the hot air furnace. By providing a Stirling engine having a heating unit that heats the working fluid with the gas flowing through the duct, further recovery of electric energy can be achieved. Also in this case, a heating section of the Stirling engine is provided in the duct for supplying the gas heated and exchanged by the heat exchanger to the hot stove, and a path for bypassing the gas introduced into the duct is provided. It is preferable to provide a valve for changing the gas supply destination to the bypass duct on the upstream side of the heating unit. At this time, similarly to the above, when the temperature of the hot gas is equal to or higher than a certain value, the valve can change the supply destination of the hot gas to the heating unit side to perform stable power generation.
[0031]
In addition, when the cooling part of the Stirling engine is provided in the duct that supplies the cooling medium to the heat exchanger, the temperature difference of the working fluid can be further ensured in the Stirling engine, and the thermal efficiency of the engine is further improved. At this time, it is better to provide a heat transfer member in the heating part and the cooling part.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0033]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example embodiment of the thermal decomposition and reduction treatment facility of the present invention.
[0034]
In the thermal decomposition and weight reduction treatment facility of the present embodiment, power is obtained by driving the Stirling engine using the thermal energy of the exhaust gas generated in the facility where the raw material is subjected to thermal decomposition treatment and reduction treatment. A generator is driven to produce electricity. This electric power is directly stored, converted, converted, or quality-adjusted, and then used as a power source for various electrical devices in the facility, or purchased as electric power for other facilities or commercial power.
[0035]
A heat treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 is an apparatus for thermally decomposing raw materials such as various organic substances, inorganic substances, sludge, soil, and earth and sand to obtain carbides. And a
[0036]
The drying
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
The drying
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
The
[0043]
The
[0044]
FIG. 2 shows a specific installation example of the Stirling engine. The illustrated
[0045]
The
[0046]
The
[0047]
The
[0048]
The
[0049]
Further, as shown in FIG. 2, the
[0050]
An operation example of the processing facility of this embodiment will be described.
[0051]
When the raw material is a solid, the raw material is pulverized to an average particle size of 10 to 20 mm or less and then supplied to the heat treatment apparatus 1. Here, when the raw material is sludge, it is not necessary to grind, but it may be crushed as necessary. Further, when the raw material is a material having a low water content, for example, a polymer material such as rubber scrap or plastic, the drying treatment and carbonization treatment may be performed in a single rotary kiln. Further, when the raw material is an organic material having a high water content, such as sewage sludge, the drying process may be performed in a plurality of rotary kiln furnaces.
[0052]
In the drying
[0053]
The gas burned in the
[0054]
Here, when the
[0055]
Further, when the
[0056]
The combustion processing gas cooled by the
[0057]
The Stirling engine may be provided in a
[0058]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the power generation method and the thermal decomposition and reduction treatment facility of the present invention, the exhaust heat gas flow generated in the facility for reducing and heating various raw materials is used to heat the working fluid of the Stirling engine. The use of a cooling medium used as a medium and a heat exchanger for exchanging heat of the gas flow as a cooling medium for the working fluid of the engine ensures a sufficient temperature difference of the working fluid, and the thermal efficiency of the engine Can be improved. Therefore, electric energy can be efficiently recovered and used from the exhaust heat of the thermal decomposition and reduction treatment facility.
[0059]
Moreover, since the cooling medium introduced into the heat exchanger that rapidly cools the exhaust heat gas is used as the cooling medium for the working fluid, the power generation system is simplified.
[0060]
Furthermore, when the hot gas obtained by heat exchange is returned to the hot stove installed in the thermal decomposition and reduction treatment facility, this hot gas is used as a heating medium for the working fluid of the Stirling engine, thereby further increasing the electric energy. Recovery is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a thermal decomposition and reduction treatment facility according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example embodiment of a Stirling engine.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example embodiment of a Stirling engine.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example embodiment of a Stirling engine.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example embodiment of a Stirling engine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat processing apparatus, 11 ... Drying furnace, 13 ... Carbonization furnace, 15 ... Hot-
Claims (11)
を特徴とする請求項1記載の発電方法。The power generation method according to claim 1, wherein the hot gas flow is a combustion treatment gas flow discharged from the facility.
を特徴とする請求項1または2記載の発電方法。The power generation method according to claim 1, wherein the cooling medium is air or water.
このガス燃焼炉で発生した熱ガスを冷却処理する熱交換器と、
前記熱ガスを熱交換器に供給するダクトに具備され、このダクトを流通するガスによって作動流体を加熱する加熱部と前記熱交換器に供される冷却媒体によって作動流体を冷却する冷却部とを有するスターリングエンジンとを備えたこと
を特徴とする熱分解減量化処理施設。A gas combustion furnace that burns cracked gas generated by heating and reducing the thermal decomposition of raw materials;
A heat exchanger for cooling the hot gas generated in this gas combustion furnace;
A heating unit that heats the working fluid with a gas that flows through the duct, and a cooling unit that cools the working fluid with a cooling medium provided to the heat exchanger; A pyrolysis weight loss treatment facility characterized by comprising a Stirling engine.
を特徴とする請求項4項に記載の熱分解減量化処理施設。In the duct for supplying the hot gas to the heat exchanger, a heating part of the Stirling engine is provided and a bypass duct for bypassing the gas introduced into the duct is provided, and a gas supply destination is provided upstream of the heating part. The thermal decomposition weight reduction processing facility according to claim 4, further comprising a valve that can be changed to either the heating unit side or the bypass duct side.
を特徴とする請求項5記載の熱分解減量化施設。The valve changes the supply destination of the hot gas to the heating unit side when the temperature of the hot gas is a certain value or more, and supplies the hot gas when the temperature of the hot gas is less than a certain value. 6. The thermal decomposition and reduction facility according to claim 5, wherein the tip is changed to the bypass duct side.
前記熱交換器にて熱交換されて加熱されたガスを前記熱風炉に供給するダクトに具備され、このダクトを流通するガスによって作動流体を加熱する加熱部を有するスターリングエンジンとを備えたこと
を特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の熱分解減量化処理施設。A hot stove for generating hot air gas to be used for thermal decomposition and weight reduction of the raw material;
And a Stirling engine having a heating unit that heats the working fluid by the gas that flows through the duct and is provided in a duct that supplies the gas heated and exchanged in the heat exchanger to the hot stove. The thermal decomposition weight loss treatment facility according to any one of claims 4 to 6, characterized in that
を特徴とする請求項7に記載の熱分解減量化処理施設。In the duct for supplying the gas heated and exchanged by the heat exchanger to the hot stove, a heating part of a Stirling engine is provided and a bypass duct for bypassing the gas introduced into the duct is provided, 8. The thermal decomposition and reduction treatment facility according to claim 7, further comprising a valve that can change a gas supply destination to either the heating unit or the bypass duct on the upstream side of the heating unit.
を特徴とする請求項8記載の熱分解減量化施設。The valve changes the supply destination of the hot gas to the heating unit side when the temperature of the hot gas is a certain value or more, and supplies the hot gas when the temperature of the hot gas is less than a certain value. The thermal decomposition weight reduction facility according to claim 8, wherein the tip is changed to the bypass duct side.
を特徴とする請求項4から9のいずれか1項に記載の熱分解減量化処理施設。The thermal decomposition and reduction treatment facility according to any one of claims 4 to 9, wherein a cooling unit for the Stirling engine is provided in a duct for supplying a cooling medium to the heat exchanger.
を特徴とする請求項4から10のいずれか1項に記載の熱分解減量化処理施設。The thermal decomposition and reduction treatment facility according to any one of claims 4 to 10, wherein a heat transfer member is provided in the heating unit and the cooling unit.
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005009328A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008060499A1 (en) * | 2006-11-14 | 2008-05-22 | Graham Robert G | Cowling for connecting a hot gas source to a stirling engine or a turbine |
| WO2017075724A1 (en) * | 2015-11-03 | 2017-05-11 | Ambar S.A. | System for recovering thermal energy produced in pyrometallurgical process plants or similar, to convert same into, or generate, electrical energy |
-
2003
- 2003-06-17 JP JP2003171558A patent/JP2005009328A/en active Pending
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