小型焼却炉からの廃熱回収に関する研究

小型焼却炉煙突内の排ガスからの廃熱回収のために、低沸点媒体であるフロン系HFC245fa単一作動媒体と、炭化水素系のPropaneあるいはButaneとHFC245faとの質量分率50%の混合作動媒体を用いた廃熱回収システムの熱交換器の設計計算を行い、発電・給湯システムの可能性について検討した。実際に利用できる焼却炉煙突入口の排ガス温度が約800℃であり、廃熱回収熱交換器出入口の作動媒体の温度と圧力及び質量流量を計算条件として与え、煙突内の排ガスの温度分布、熱交換器内の媒体の温度分布、必要な熱交換器長さを熱交換器設計シミュレーションプログラムにより算出した。本計算条件で回収できる熱量の計算値は最大で10kWであり、熱交換器の外径12.7㎜、内径10.7㎜で螺旋角5°、螺旋径300㎜とした場合は、必要な長さは15m、煙突内への設置高さは1.3mとなり、想定している煙突の内径300㎜、高さ2.5m内に設置できる結果となった。また、計算で得られた15mの螺旋管熱交換器を試作し、媒体として水を用いてポンプ循環ループにより圧力損失を測定し、圧力損失は小さいことを確認した。さらに、Refpropにより作動媒体の温度Tと比エントロピーsのT-s線図を作成し、廃熱回収熱交換器内圧力を1MPa及び2MPa、復水器(凝縮器)内圧力を0.1MPaとしたランキンサイクルを検討し、HFC245fa単一媒体と、ButaneとHFC245faの混合媒体は、温度と圧力の関係から小型焼却炉廃熱を利用するバイナリー発電用の媒体として利用できることを示した。これらの事より、エネルギーの地産・地消を目指す分散型発電システム及び給湯システムの熱源として小型焼却炉からの廃熱利用の可能性を示すことができた。

小型焼却炉煙突内の排ガスからの廃熱回収のために、低沸点媒体であるフロン系HFC245fa単一作動媒体と、炭化水素系のPropaneあるいはButaneとHFC245faとの質量分率50%の混合作動媒体を用いた廃熱回収システムの熱交換器の設計計算を行い、発電・給湯システムの可能性について検討した。実際に利用できる焼却炉煙突入口の排ガス温度が約800℃であり、廃熱回収熱交換器出入口の作動媒体の温度と圧力及び質量流量を計算条件として与え、煙突内の排ガスの温度分布、熱交換器内の媒体の温度分布、必要な熱交換器長さを熱交換器設計シミュレーションプログラムにより算出した。本計算条件で回収できる熱量の計算値は最大で10kWであり、熱交換器の外径12.7㎜、内径10.7㎜で螺旋角5°、螺旋径300㎜とした場合は、必要な長さは15m、煙突内への設置高さは1.3mとなり、想定している煙突の内径300㎜、高さ2.5m内に設置できる結果となった。また、計算で得られた15mの螺旋管熱交換器を試作し、媒体として水を用いてポンプ循環ループにより圧力損失を測定し、圧力損失は小さいことを確認した。さらに、Refpropにより作動媒体の温度Tと比エントロピーsのT-s線図を作成し、廃熱回収熱交換器内圧力を1MPa及び2MPa、復水器(凝縮器)内圧力を0.1MPaとしたランキンサイクルを検討し、HFC245fa単一媒体と、ButaneとHFC245faの混合媒体は、温度と圧力の関係から小型焼却炉廃熱を利用するバイナリー発電用の媒体として利用できることを示した。これらの事より、エネルギーの地産・地消を目指す分散型発電システム及び給湯システムの熱源として小型焼却炉からの廃熱利用の可能性を示すことができた。