JP4009151B2 - ガス化溶融炉の燃焼制御方法及びその装置 - Google Patents
ガス化溶融炉の燃焼制御方法及びその装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投入される廃棄物を熱分解ガス化するガス化炉と、それにより発生する熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備えたガス化溶融炉の燃焼制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化溶融炉とは、廃棄物自身がもつ可燃分をガス化炉で熱分解ガス化させ、その熱分解ガスを溶融炉内で旋回させながら燃焼させることによって溶融炉内を高温にするとともに、廃却物のもつ灰分を旋回力を利用して溶融炉に付着させてスラグ化するものである。
【０００３】
従来、このガス化溶融炉の溶融炉の操作方法としては、溶融炉に吹き込む燃焼空気量を最適量に調整するために手動操作し、炉内を高温化させるために廃棄物の供給量を変化させ、それでも炉内が高温化しない場合には、手動操作で補助燃料量を変化させる方法がとられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガス化炉に投入される廃棄物のカロリー（熱量）は、時々刻々変動しており、溶融炉に吹き込むべき燃焼空気の量もこの廃棄物のカロリー等の運転状況に応じて変化させる必要がある。
【０００５】
しかし、カロリーの変動等に応じて燃焼空気量を手動操作で変化させようとすると、運転操作員の負担が非常に大きくなる。また小型の溶融炉では、炉内温度が低下してスラグの出滓状況が悪化すれば、溶融炉内に補助燃料を供給する必要がある。その場合、補助燃料の供給量を手動操作で変化させようとすると、運転操作員の負担が大きいのみならず、必要以上に多くの補助燃料が使用されることとなる。
【０００６】
このため、例えば特開２００１−９０９２８号公報に開示されたものでは、ガス化溶融炉の一種である直接溶融炉において、排ガスの温度から熱量を推算し、この排ガス熱量に基づいて補助燃料の供給量をフィードバック制御している。
【０００７】
しかしながら、カロリーの変動等に応じて燃焼空気量を手動操作で変化させる点は変わらないため、運転操作員の負担は依然として大きく、また補助燃料量の変動はカロリーの変動等とも密接な関係があるので、このフィードバック制御だけでは補助燃料量の大幅な低減は困難である。
【０００８】
本発明は以上のような従来のガス化溶融炉の燃焼制御における課題を考慮してなされたものであり、溶融炉の運転状況に応じて自動的に燃焼空気量等を変化させることにより、運転操作員の負担の低減等を図ることのできるガス化溶融炉の燃焼制御方法及びその装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、投入される廃棄物を熱分解ガス化するガス化炉と、それにより発生する熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備え、前記溶融炉は、必要に応じて供給される補助燃料を燃焼し、溶融炉内温度を高温に維持するためのバーナを有するガス化溶融炉の燃焼制御方法において、溶融炉から排出される排ガスの流量と温度とを検出し、この排ガスの流量と温度とに基づいてガス化炉に投入される廃棄物の熱量を算出すると共に前記バーナに供給される補助燃料量を検出し、少なくとも前記廃棄物の熱量と前記必要に応じて供給される補助燃料量とに基づいて熱分解ガスの燃焼溶融に必要な理論空気量を算出し、この理論空気量に、設定された空気比を乗じることにより前記熱分解ガスを前記溶融炉内で完全に燃焼させるのに必要な空気量を算出し、この算出した必要な空気量に基づいて前記バーナに供給される空気量を増減することによって溶融炉に供給される燃焼空気量を制御することを特徴とするものである。
【００１０】
一般に、ガス化溶融炉では、補助燃料を使用しないで廃棄物の熱分解ガスを燃焼させる場合、理論空気量に対する燃焼空気量の比率である空気比が１．０〜１．２の範囲で最適な運転状態となる。すなわち、空気比が１．０よりも小さい場合には、廃棄物の保有エネルギーをすべて使い切ることができず、溶融炉内の温度が所望温度まで上がらない。一方、空気比が１．２よりも大きい場合には、燃焼空気が過剰になり、この過剰な燃焼空気により溶融炉が冷却されるので、やはり溶融炉内の温度が所望温度まで上がらない。
【００１１】
ここで、上記方法によれば、溶融炉から排出される排ガスの流量と温度とが検出され、この排ガスの流量と温度とに基づいてガス化炉に投入される廃棄物の熱量が算出され、少なくとも上記廃棄物の熱量に基づいて熱分解ガスの燃焼溶融に必要な理論空気量が算出され、この理論空気量に基づいて溶融炉に供給される燃焼空気量が制御されるので、上記空気比が１．０〜１．２の範囲になるように精度よく運転される。これにより、溶融炉内の温度が高温で維持されるとともに、温度変動が抑制され、その結果スラグ出滓が安定化される。また、廃棄物の熱量変動等の運転状況に応じて燃焼空気量が制御されるので、手動操作による従来方法に比べて、運転操作員の負担が大幅に低減される。
【００１２】
また、廃棄物の熱量等によっては補助燃料を使用することがあり、この補助燃料を完全に燃焼させるためには、上記空気比を１．２以上とする必要がある。そこで、溶融炉に供給される補助燃料量を検出し、この補助燃料量と上記廃棄物の熱量とに基づいて上記理論空気量を算出することとすれば、補助燃料を使用する場合には、上記空気比が１．２以上となるように精度よく運転される。これにより、溶融炉内の温度が高温で維持されるとともに、温度変動が抑制され、その結果スラグ出滓が安定化される。また、この制御によって、溶融炉内の排ガス旋回力の低下を防止できる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、溶融炉の出口温度を検出し、この出口温度に基づいて上記設定した空気比を補正することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、投入される廃棄物を熱分解ガス化するガス化炉と、それにより発生する熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備え、前記溶融炉は、必要に応じて供給される補助燃料を燃焼し、溶融炉内温度を高温に維持するためのバーナを有するガス化溶融炉の燃焼制御装置において、溶融炉から排出される排ガスの流量を検出する排ガス量検出手段と、溶融炉から排出される排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段と、この排ガスの流量と温度とに基づいてガス化炉に投入される廃棄物の熱量を算出する廃棄物熱量算出手段と、前記バーナに供給される補助燃料量を検出する検出手段と、少なくとも前記廃棄物の熱量と前記必要に応じて供給される補助燃料量とに基づいて熱分解ガスの燃焼溶融に必要な理論空気量を算出する理論空気量算出手段と、設定する空気比が入力される空気比入力手段と、溶融炉の出口温度を検出し、この溶融炉の出口温度に基づいて前記入力された空気比を補正する補正手段と、この補正後の空気比を前記理論空気量に乗じて溶融炉内の熱分解ガスを完全に燃焼させるのに必要な空気量を算出する必要空気量算出手段と、この補正後の空気比を用いて算出した必要な空気量に基づいて溶融炉に供給される燃焼空気量を制御する燃焼空気量制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
このような方法、装置の構成によれば、ゴミ質によって、求めたガス化炉に投入される単位時間当たりのゴミの供給量Ｇ（ｋｇ / ｈ）に誤差が生じたとしても、設定した空気比が補正されることで燃焼が安定して溶融炉内の温度変動を抑制できる。
【００１６】
請求項３記載の発明のように、溶融炉内の温度を検出し、この検出温度に基づいて補助燃料量を制御することとすれば、運転状況に応じて補助燃料量が制御されるので、運転操作員の負担が低減されるのみならず、この場合には上記燃焼空気量の制御とあいまって、補助燃料の使用量が大幅に低減される。
【００１７】
請求項４記載の発明のように、検出温度は、溶融炉内の温度の瞬時値を検出し、この瞬時値をスムージング処理したものであることとすれば、温度変動による影響がなくなるので、より安定した制御が可能となり、その結果、補助燃料の使用量が手動操作による従来方法に比べて約１０％程度も低減される。なお、スムージング処理には移動平均法や指数平滑法等を含む。
【００１８】
請求項５記載の発明のように、集塵後の排ガス量を検出することとすれば、例えば流量計等の一般工業計器を用いることができるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明のガス化溶融炉を含む廃棄物処理設備の全体構成をその燃焼制御装置を構成する計装部品とともに示したものであり、図２は燃焼制御装置の上記図１に含む計装部品以外の構成を示している。なお、本発明のガス化溶融炉は、投入される廃棄物を熱分解ガス化するガス化炉と、それにより発生する熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備えている。
【００２１】
図１及び図２において、廃棄物としてのゴミは一旦、図示しないゴミピットに貯留され、図示しないクレーンによって給塵装置１に投入される。給塵装置１は、例えばスクリューコンベヤ式のものであって、ゴミを定量的にガス化炉としての流動床炉２に供給する。この供給量は、給塵装置１のスクリュー回転数に基づいて検出される。
【００２２】
流動床炉２では、空気比０．２〜０．４の条件で部分燃焼が行われ、砂層温度を５００〜６００℃に維持した低温熱分解ガス化が行われる。そして投入されたゴミのうち炉床最下部２ａからは不燃物が抜き出され、この不燃物以外はすべて流動床炉２に直結（下流側に）された溶融炉３に導かれる。流動床炉２の炉床下部２ｂには、一次送風機４からの一次空気（押込空気）が供給されるが、この一次空気量は押込空気流量計Ｆ１により検出される。流動床炉２の砂層の温度は流動床炉温度計Ｔ１により検出される。
【００２３】
流動床炉２で発生した灰分を含む熱分解ガスは溶融炉３に導かれ、後述する空気比の条件下でさらに燃焼される。この溶融炉３では約１３００℃の高温燃焼が行われ、灰分を溶融してスラグとして分離して溶融炉下部３ａから排出するとともにダイオキシン等のガス中の有害物質が分解される。また溶融炉３には、上記一次空気送風機４からの一次空気が供給されるとともに、二次送風機５からの二次空気が供給されるが、この二次空気量は二次空気流量計Ｆ２により検出される。溶融炉３のバーナ３ｂには必要に応じて補助燃料が供給されるが、この補助燃料量は補助燃料流量計Ｆ３により検出される。溶融炉３から排出される溶融スラグの温度は溶融炉温度計Ｔ２により検出され、溶融炉３から排出される溶融排ガスの温度は溶融炉出口温度計Ｔ３により検出される。
【００２４】
この溶融炉排ガスは、廃熱ボイラ６で熱回収された後、さらにガス冷却室７で温度が下げられ、バグフィルタ８で除塵される。浄化された排ガスは次いで誘引送風機９を経て、煙突１０から排出される。廃熱ボイラ６の蒸気ドラム６ａからの蒸気は蒸気流量計Ｆ４により検出され、ガス冷却室７に供給される噴射水量は噴射水流量計Ｆ５により検出され、バグフィルタ８で浄化された排ガスの温度は排ガス温度計（排ガス温度検出手段に相当する。）Ｔ４により検出され、その排ガスの流量は排ガス流量計（排ガス量検出手段に相当する。）Ｆ６により検出される。１１はゴミカロリー演算器（廃棄物熱量算出手段に相当する）、１２は燃焼空気制御器、１３は温度制御器であり、これらと上記各流量計と上記各温度計とで本発明の温度制御装置が構成されている。
【００２５】
以下、ゴミカロリー演算器１１の動作について説明する。
【００２６】
このゴミカロリー演算器１１は、クレーンの掴みによって流動床炉２に投入される単位時間当りのゴミのカロリー（廃棄物の熱量に相当する。）Ｑ１(kcal/h)を算出する（図３のステップ♯６）。このゴミのカロリーＱ１は、基本的には、排ガス流量計Ｆ６で検出される排ガスの流量ｆ６(Nm3/h)と、排ガス温度計Ｔ４で検出される排ガスの温度ｔ４(℃）とに基づいて算出される排ガス持出熱量Ｑ２と等しいものとすればよい。具体的に、この排ガス持出熱量Ｑ２(kcal/h)は、排ガスの比熱をｃＥとすると次式で表される。
Ｑ２＝ｃＥ×ｆ６×ｔ４
【００２７】
ただし、より精度の高いカロリー算出を行うには、当該排ガス持出熱量Ｑ２に加え、空気、水、（使用する場合には）補助燃料の持込熱量Ｑ３(kcal/h)と、空気、水、及び（使用する場合には）補助燃料の持出熱量Ｑ４(kcal/h)とを、前記ゴミカロリーＱ１の算出に加味するのが好ましい。例えば、空気・水・蒸気の各流量計Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の指示値ｆ１(Nm3/h)，ｆ２(Nm3/h)，ｆ３（l/h），ｆ４(kg/h)，ｆ５(kg/h)や、各温度計Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の指示値ｔ１(℃)，ｔ２(℃)，ｔ３(℃)、並びに、空気・補助燃料・水の物性値を用いることにより、前記熱量Ｑ３，Ｑ４を次式に基づいてリアルタイムで算出することができる。
Ｑ３＝ｃＡ×ｔＡ×（ｆ１＋ｆ２＋ｆＬ）＋Ｑｆｕ×ｆ３
Ｑ４＝Ｑｆｎ＋ｃＶ×ｆ４＋Ｑｗ×ｆ５＋Ｑｅ
【００２８】
ここでｆＬはリーク空気量(Nm3/h)、ｃＡは空気の比熱(kcal/Nm3℃)、ｔＡは空気温度(℃)、Ｑｆｕは１ｌあたりの補助燃料の発熱量(kcal/l)、Ｑｆｎは単位時間当りの炉の放熱量(kcal/h)、ｃＶは蒸気のエンタルピー(kcal/kg)、Ｑｗは水の蒸発潜熱(kcal/kg)、Ｑｅは灰その他の持出熱量(kcal/h)を示す。
【００２９】
そして、この場合、ゴミのカロリーＱ１は、
Ｑ１＝Ｑ２＋Ｑ４−Ｑ３
で表すことができ、単位重量当りのゴミのカロリーｑ１はｑ１＝Ｑ１／（クレーンによるゴミ掴み量）で表すことができる。
【００３０】
なお、このゴミのカロリーｑ１は、溶融炉３の放熱量等を事前に測定した値と、ゴミの投入量（クレーンの掴み量）とを加味することにより、さらに高精度で算出することも可能である。
【００３１】
上記のように、本実施形態では、ゴミのカロリーを算出する上での支配的な変量である排ガスの流量と温度とを検出するために、バグフィルタ８の下流側にピトー管等の一般工業計器である排ガス流量計Ｆ６と温度計Ｔ４とを設置しており、これらによりリアルタイムで排ガスの流量と温度とを測定し、予め測定している排ガスの物性値を用いて排ガス持出熱量を計算することができる。なお、従来は、熱線流速計を使用して排ガス流速をバッチで測定していたため、排ガス持出熱量をリアルタイムで計算できなかった。
【００３２】
しかし、排ガス流量計Ｆ６等の瞬時の指示値を用いて熱収支計算をしたのでは、ゴミのカロリーの計算値も変動し、燃焼空気量の制御が不安定化する。そこで本実施形態では、これらの測定値をスムージング処理している。具体的には、各測定値につき１０〜６０分の移動平均値を使用して熱収支計算をしている。これにより、測定値の変動を吸収して、正確な熱収支計算ができ、かつ、ゴミのカロリーの長周期変動を捉えることができる。なお、本実施形態では、スムージング処理が必要な場合には、一律に単純移動平均法による移動平均値を用いている（以下、同様である。）が、指数平滑法等他のスムージング処理を用いてもよい。
【００３３】
次に、燃焼空気制御器１２の演算及び制御動作について説明する。図３は燃焼空気量の制御方法を示す図、図４はスクリュー回転数と給塵量との関係を示す図である。
【００３４】
図３において、まず、単位時間当りのゴミ供給量Ｇ(kg/h)を求める（ステップ＃１〜＃４）。例えば図４の関係を使用し、給塵装置１のスクリューの回転数ｘからゴミの供給量Ｇ（ｘ）＝Ａｘ＋Ｂを求める。ここで、Ａ，Ｂは係数であり、スクリュー回転数ｘは、瞬時値を使用してもよいし、１０〜６０秒の移動平均値を使用してもよい。また、このようにして求めたゴミの供給量Ｇにさらに適当な補正係数を乗じてもよい。補正係数は設定値であり、これを運転実績等により適宜変更して用いる。
【００３５】
一方、上記ゴミカロリー演算器１１で求めた単位重量当たりのゴミのカロリーｑ１から、ゴミ１kg中における炭素成分、水素成分、硫黄成分、酸素成分の重量Ｃ，Ｈ，Ｓ，Ｏを推測することが可能であり、これらの値と、前記ゴミ供給量Ｇとから、例えば次式に基づいてゴミ燃焼のための理論空気量Ａｓｇ(Nm3/h)を求めることができる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
この式において「22.4」は1kmolあたりのガス体積(Nm3/kcal)、「0.21」は空気中の酸素含有率である。
【００３８】
さらに、補助燃料を用いる場合には、前記補助燃料流量計Ｆ３で検出された補助燃料量ｆ３(l/h)より、この補助燃料を燃焼させるのに必要な理論空気量Ａｓｆ(Nm3/h)を求める。この理論空気量Ａｓｆは、補助燃料の種類と補助燃料量より簡単に求めることができる。
【００３９】
以上の理論空気量Ａｓｇ，Ａｓｆを足し合わせることにより、流動床炉２からの熱分解ガスを溶融炉３内で燃焼させるための理論空気量Ａｓ(Nm3/h)を算出することができる（ステップ＃５〜＃７）。そして、以上のステップ＃１〜＃７の実行によって、理論空気量算出手段が具現化される。
【００４０】
ただし、この理論空気量をそのまま溶融炉３へ供給しても、熱分解ガスを完全に燃焼させることはできないことがある。そこで、ゴミ等を燃焼させるために、理論空気量よりも多くの空気を供給する必要がある。その割合は空気比と呼ばれるが、ガス化溶融炉における溶融炉３の場合、１．０〜１．２の空気比を設定するのが好ましい（ステップ＃８）。この設定値は、必要に応じて溶融炉２の出口温度に基づいて補正され（ステップ＃８ａ）、その値が上記ステップ＃７で算出した理論空気量Ａｓに乗じられることにより、燃焼に必要な空気量Ａｎが算出される（ステップ＃９，＃１０）。
【００４１】
溶融炉３までの空気比は、１．０〜１．２であるから、溶融炉３までに吹き込んでいる燃焼空気量（溶融炉３の一次空気量（一定量）・流動床炉２の押込空気量（押込空気流量計Ｆ１の指示値）・リーク空気量（一定値））を差し引き、過剰空気量を補正した後の空気量を、補助燃料を完全に燃焼させるために空気比１．２以上を確保できる空気量（以下、補助燃料の必要空気量という。）と比較する（ステップ＃１１〜＃１５）。
【００４２】
そして、過剰空気量を補正した後の空気量が、上記補助燃料の必要空気量よりも多い場合には、その過剰空気量を補正した後の空気量が投入されるように、溶融炉３のバーナ３ｂの燃焼空気ライン上に設けられた流量制御弁ＣＶ１の開度を制御する。この制御によって、溶融炉３内の排ガス旋回力の低下を防止できる。なお、上記燃焼空気ラインには、図１の二次送風機５からの二次空気が供給されるようになっている。
【００４３】
一方、過剰空気量を補正した後の空気量が、上記補助燃料の必要空気量よりも少ない場合には、その必要空気量が投入されるように、上記流量制御弁ＣＶ１の開度を制御する（ステップ＃１６）。その理由は、空気比１．２よりも低くした場合には、バーナ３ｂの燃焼状態が悪くなり、ＣＯ濃度が増加するからである。なお、ステップ＃８〜＃１６の実行によって燃焼空気量制御手段が具現化される。
【００４４】
ただし、ゴミ質によっては、図４で求めた給塵量に誤差が生じやすい。この誤差は、溶融炉３の出口温度となって現われる。すなわち、吹き込んでいる空気が多いと、溶融炉３の出口温度は低くなり、空気が少ないと溶融炉３の出口温度が高くなる。そこで、本実施形態では、上記ステップ＃８ａにおいて、溶融炉出口温度計Ｔ３の指示値に応じて、設定した空気比を補正できるようになっている。例えば、溶融炉出口温度計Ｔ３の指示値が９００℃以下ならば、空気比を０．１だけ設定値から引き算し、同温度計Ｔ３の支持値が１２００℃以上ならば、空気比を０．１〜０．２程度、設定値に加算する。
【００４５】
ついで、ゴミが多く供給されて、一時的に過負荷状態となった場合、流動床炉２でのゴミの熱分解が緩慢なため、過負荷状態が長く続くことになる。流動床炉２で発生した熱分解ガスが、過負荷状態のときに、溶融炉３ですべて燃焼されないために、ＣＯ濃度のピークが発生し、この状態が数十秒間継続される。
【００４６】
そこで、過負荷状態を検出した場合には、上記ステップ＃１４において、上記計算した空気量にさらに空気比０．１程度の空気量を２０〜９０秒程度加えることによって、速やかにかつ安定した燃焼状態を回復することができ、ＣＯ濃度を低減させることができる。
【００４７】
引き続き、温度制御器１３について説明する。
【００４８】
図２のように、溶融炉３の絞り部に放射温度計Ｔ５を設置しており、温度制御器１３はこの温度指示値が溶融炉温度設定値になるように、溶融炉３のバーナ３ｂの補助燃料ライン上に設けられた流量制御弁ＣＶ２の開度を制御する。放射温度計Ｔ５は、熱電対のように焼損することはないが、応答性が速いので、瞬時値をそのまま用いると、補助燃料量が大きく変動し、補助燃料量の削減が困難となる。そこで、１０〜６０秒の温度の移動平均値を計算し、この移動平均値が溶融炉温度設定値となるように、補助燃料量をＰＩＤ制御する。これにより、その制御性が向上し、補助燃料量を１０％程度まで低減することができた。
【００４９】
上記構成によると、運転状況に応じて空気量を調整することができるので、空気供給量の過大・過小による溶融炉３内温度の低下を防ぐことができる。したがって、計画値よりも多くの補助燃料量を供給することがなくなった。また、溶融炉３内温度が高温で維持することが可能となり、また温度変動も抑えることができるので、安定した操業が可能となった。また、これらの操作を自動で行うことから、運転操作員が燃焼空気量や補助燃料量を操作する必要がなくなり、その負荷を軽減することができた。
【００５０】
なお、上記実施形態では、溶融炉出口温度計Ｔ３を使用して空気比の設定値を補正しているが、本来は溶融炉３の出口に酸素濃度計を設置するのが好ましい。しかし、溶融炉３の出口温度は高いため、酸素濃度計は高価な仕様のものが必要となる。そこで、上記実施形態では、安価な溶融炉出口温度計Ｔ３を用いて、コストの低減を図っている。
【００５１】
また、上記実施形態では、ガス化溶融炉のガス化炉としては、流動床炉２を用いているが、ストーカ炉、キルン炉等を用いてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、溶融炉内温度が高温で維持できるとともに、温度変動が抑制され、その結果スラグ出滓を安定化することができる。また、廃棄物の熱量変動等の運転状況に応じて燃焼空気量が制御されるので、手動操作による従来方法に比べて、運転操作員の負担を大幅に低減することができる。また、補助燃料を使用する場合には、溶融炉内の温度が高温で維持されるとともに、温度変動が抑制され、その結果スラグ出滓を安定化することができる。
【００５３】
請求項２及び６記載の発明によれば、ゴミ質によって、求めたガス化炉に投入される単位時間当たりのゴミの供給量Ｇ（ｋｇ / ｈ）に誤差が生じたとしても、設定した空気比が補正されることで燃焼が安定して溶融炉内の温度変動を抑制できる。
【００５４】
請求項３記載の発明によれば、運転状況に応じて補助燃料量が制御されるので、運転操作員の負担を低減できるのみならず、この場合には上記燃焼空気量の制御とあいまって、補助燃料の使用量を大幅に低減することができる。
【００５５】
請求項４記載の発明によれば、温度変動による影響がなくなるので、より安定した制御が可能となり、その結果補助燃料の使用量を、手動操作による従来方法に比べて約１０％程度も低減することができる。
【００５６】
請求項５記載の発明によれば、例えば流量計等の一般工業計器を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のガス化溶融炉を含む廃棄物処理設備の全体構成をその燃焼制御装置を構成する計装部品とともに示した図である。
【図２】 燃焼制御装置の上記図１に含む計装部品以外の構成を示す図である。
【図３】 燃焼空気量の制御方法を示す図である。
【図４】 給塵装置のスクリュー回転数と給塵量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 給塵装置
２ 流動床炉（ガス化炉に相当する。）
３ 溶融炉
４ 一次送風機
５ 二次送風機
６ 廃熱ボイラ
７ ガス冷却室
８ バグフィルタ
９ 誘引送風機
１０ 煙突
１１ ゴミカロリー演算器（廃棄物熱量算出手段に相当する。）
１２ 燃焼空気制御器（理論空気量算出手段、燃焼空気量制御手段に相当する。）
１３ 温度制御器
Ｆ６ 排ガス流量計（排ガス量検出手段に相当する。）
Ｔ４ 排ガス温度計（排ガス温度検出手段に相当する。）
【発明の属する技術分野】
本発明は、投入される廃棄物を熱分解ガス化するガス化炉と、それにより発生する熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備えたガス化溶融炉の燃焼制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化溶融炉とは、廃棄物自身がもつ可燃分をガス化炉で熱分解ガス化させ、その熱分解ガスを溶融炉内で旋回させながら燃焼させることによって溶融炉内を高温にするとともに、廃却物のもつ灰分を旋回力を利用して溶融炉に付着させてスラグ化するものである。
【０００３】
従来、このガス化溶融炉の溶融炉の操作方法としては、溶融炉に吹き込む燃焼空気量を最適量に調整するために手動操作し、炉内を高温化させるために廃棄物の供給量を変化させ、それでも炉内が高温化しない場合には、手動操作で補助燃料量を変化させる方法がとられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガス化炉に投入される廃棄物のカロリー（熱量）は、時々刻々変動しており、溶融炉に吹き込むべき燃焼空気の量もこの廃棄物のカロリー等の運転状況に応じて変化させる必要がある。
【０００５】
しかし、カロリーの変動等に応じて燃焼空気量を手動操作で変化させようとすると、運転操作員の負担が非常に大きくなる。また小型の溶融炉では、炉内温度が低下してスラグの出滓状況が悪化すれば、溶融炉内に補助燃料を供給する必要がある。その場合、補助燃料の供給量を手動操作で変化させようとすると、運転操作員の負担が大きいのみならず、必要以上に多くの補助燃料が使用されることとなる。
【０００６】
このため、例えば特開２００１−９０９２８号公報に開示されたものでは、ガス化溶融炉の一種である直接溶融炉において、排ガスの温度から熱量を推算し、この排ガス熱量に基づいて補助燃料の供給量をフィードバック制御している。
【０００７】
しかしながら、カロリーの変動等に応じて燃焼空気量を手動操作で変化させる点は変わらないため、運転操作員の負担は依然として大きく、また補助燃料量の変動はカロリーの変動等とも密接な関係があるので、このフィードバック制御だけでは補助燃料量の大幅な低減は困難である。
【０００８】
本発明は以上のような従来のガス化溶融炉の燃焼制御における課題を考慮してなされたものであり、溶融炉の運転状況に応じて自動的に燃焼空気量等を変化させることにより、運転操作員の負担の低減等を図ることのできるガス化溶融炉の燃焼制御方法及びその装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、投入される廃棄物を熱分解ガス化するガス化炉と、それにより発生する熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備え、前記溶融炉は、必要に応じて供給される補助燃料を燃焼し、溶融炉内温度を高温に維持するためのバーナを有するガス化溶融炉の燃焼制御方法において、溶融炉から排出される排ガスの流量と温度とを検出し、この排ガスの流量と温度とに基づいてガス化炉に投入される廃棄物の熱量を算出すると共に前記バーナに供給される補助燃料量を検出し、少なくとも前記廃棄物の熱量と前記必要に応じて供給される補助燃料量とに基づいて熱分解ガスの燃焼溶融に必要な理論空気量を算出し、この理論空気量に、設定された空気比を乗じることにより前記熱分解ガスを前記溶融炉内で完全に燃焼させるのに必要な空気量を算出し、この算出した必要な空気量に基づいて前記バーナに供給される空気量を増減することによって溶融炉に供給される燃焼空気量を制御することを特徴とするものである。
【００１０】
一般に、ガス化溶融炉では、補助燃料を使用しないで廃棄物の熱分解ガスを燃焼させる場合、理論空気量に対する燃焼空気量の比率である空気比が１．０〜１．２の範囲で最適な運転状態となる。すなわち、空気比が１．０よりも小さい場合には、廃棄物の保有エネルギーをすべて使い切ることができず、溶融炉内の温度が所望温度まで上がらない。一方、空気比が１．２よりも大きい場合には、燃焼空気が過剰になり、この過剰な燃焼空気により溶融炉が冷却されるので、やはり溶融炉内の温度が所望温度まで上がらない。
【００１１】
ここで、上記方法によれば、溶融炉から排出される排ガスの流量と温度とが検出され、この排ガスの流量と温度とに基づいてガス化炉に投入される廃棄物の熱量が算出され、少なくとも上記廃棄物の熱量に基づいて熱分解ガスの燃焼溶融に必要な理論空気量が算出され、この理論空気量に基づいて溶融炉に供給される燃焼空気量が制御されるので、上記空気比が１．０〜１．２の範囲になるように精度よく運転される。これにより、溶融炉内の温度が高温で維持されるとともに、温度変動が抑制され、その結果スラグ出滓が安定化される。また、廃棄物の熱量変動等の運転状況に応じて燃焼空気量が制御されるので、手動操作による従来方法に比べて、運転操作員の負担が大幅に低減される。
【００１２】
また、廃棄物の熱量等によっては補助燃料を使用することがあり、この補助燃料を完全に燃焼させるためには、上記空気比を１．２以上とする必要がある。そこで、溶融炉に供給される補助燃料量を検出し、この補助燃料量と上記廃棄物の熱量とに基づいて上記理論空気量を算出することとすれば、補助燃料を使用する場合には、上記空気比が１．２以上となるように精度よく運転される。これにより、溶融炉内の温度が高温で維持されるとともに、温度変動が抑制され、その結果スラグ出滓が安定化される。また、この制御によって、溶融炉内の排ガス旋回力の低下を防止できる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、溶融炉の出口温度を検出し、この出口温度に基づいて上記設定した空気比を補正することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、投入される廃棄物を熱分解ガス化するガス化炉と、それにより発生する熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備え、前記溶融炉は、必要に応じて供給される補助燃料を燃焼し、溶融炉内温度を高温に維持するためのバーナを有するガス化溶融炉の燃焼制御装置において、溶融炉から排出される排ガスの流量を検出する排ガス量検出手段と、溶融炉から排出される排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段と、この排ガスの流量と温度とに基づいてガス化炉に投入される廃棄物の熱量を算出する廃棄物熱量算出手段と、前記バーナに供給される補助燃料量を検出する検出手段と、少なくとも前記廃棄物の熱量と前記必要に応じて供給される補助燃料量とに基づいて熱分解ガスの燃焼溶融に必要な理論空気量を算出する理論空気量算出手段と、設定する空気比が入力される空気比入力手段と、溶融炉の出口温度を検出し、この溶融炉の出口温度に基づいて前記入力された空気比を補正する補正手段と、この補正後の空気比を前記理論空気量に乗じて溶融炉内の熱分解ガスを完全に燃焼させるのに必要な空気量を算出する必要空気量算出手段と、この補正後の空気比を用いて算出した必要な空気量に基づいて溶融炉に供給される燃焼空気量を制御する燃焼空気量制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
このような方法、装置の構成によれば、ゴミ質によって、求めたガス化炉に投入される単位時間当たりのゴミの供給量Ｇ（ｋｇ / ｈ）に誤差が生じたとしても、設定した空気比が補正されることで燃焼が安定して溶融炉内の温度変動を抑制できる。
【００１６】
請求項３記載の発明のように、溶融炉内の温度を検出し、この検出温度に基づいて補助燃料量を制御することとすれば、運転状況に応じて補助燃料量が制御されるので、運転操作員の負担が低減されるのみならず、この場合には上記燃焼空気量の制御とあいまって、補助燃料の使用量が大幅に低減される。
【００１７】
請求項４記載の発明のように、検出温度は、溶融炉内の温度の瞬時値を検出し、この瞬時値をスムージング処理したものであることとすれば、温度変動による影響がなくなるので、より安定した制御が可能となり、その結果、補助燃料の使用量が手動操作による従来方法に比べて約１０％程度も低減される。なお、スムージング処理には移動平均法や指数平滑法等を含む。
【００１８】
請求項５記載の発明のように、集塵後の排ガス量を検出することとすれば、例えば流量計等の一般工業計器を用いることができるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明のガス化溶融炉を含む廃棄物処理設備の全体構成をその燃焼制御装置を構成する計装部品とともに示したものであり、図２は燃焼制御装置の上記図１に含む計装部品以外の構成を示している。なお、本発明のガス化溶融炉は、投入される廃棄物を熱分解ガス化するガス化炉と、それにより発生する熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備えている。
【００２１】
図１及び図２において、廃棄物としてのゴミは一旦、図示しないゴミピットに貯留され、図示しないクレーンによって給塵装置１に投入される。給塵装置１は、例えばスクリューコンベヤ式のものであって、ゴミを定量的にガス化炉としての流動床炉２に供給する。この供給量は、給塵装置１のスクリュー回転数に基づいて検出される。
【００２２】
流動床炉２では、空気比０．２〜０．４の条件で部分燃焼が行われ、砂層温度を５００〜６００℃に維持した低温熱分解ガス化が行われる。そして投入されたゴミのうち炉床最下部２ａからは不燃物が抜き出され、この不燃物以外はすべて流動床炉２に直結（下流側に）された溶融炉３に導かれる。流動床炉２の炉床下部２ｂには、一次送風機４からの一次空気（押込空気）が供給されるが、この一次空気量は押込空気流量計Ｆ１により検出される。流動床炉２の砂層の温度は流動床炉温度計Ｔ１により検出される。
【００２３】
流動床炉２で発生した灰分を含む熱分解ガスは溶融炉３に導かれ、後述する空気比の条件下でさらに燃焼される。この溶融炉３では約１３００℃の高温燃焼が行われ、灰分を溶融してスラグとして分離して溶融炉下部３ａから排出するとともにダイオキシン等のガス中の有害物質が分解される。また溶融炉３には、上記一次空気送風機４からの一次空気が供給されるとともに、二次送風機５からの二次空気が供給されるが、この二次空気量は二次空気流量計Ｆ２により検出される。溶融炉３のバーナ３ｂには必要に応じて補助燃料が供給されるが、この補助燃料量は補助燃料流量計Ｆ３により検出される。溶融炉３から排出される溶融スラグの温度は溶融炉温度計Ｔ２により検出され、溶融炉３から排出される溶融排ガスの温度は溶融炉出口温度計Ｔ３により検出される。
【００２４】
この溶融炉排ガスは、廃熱ボイラ６で熱回収された後、さらにガス冷却室７で温度が下げられ、バグフィルタ８で除塵される。浄化された排ガスは次いで誘引送風機９を経て、煙突１０から排出される。廃熱ボイラ６の蒸気ドラム６ａからの蒸気は蒸気流量計Ｆ４により検出され、ガス冷却室７に供給される噴射水量は噴射水流量計Ｆ５により検出され、バグフィルタ８で浄化された排ガスの温度は排ガス温度計（排ガス温度検出手段に相当する。）Ｔ４により検出され、その排ガスの流量は排ガス流量計（排ガス量検出手段に相当する。）Ｆ６により検出される。１１はゴミカロリー演算器（廃棄物熱量算出手段に相当する）、１２は燃焼空気制御器、１３は温度制御器であり、これらと上記各流量計と上記各温度計とで本発明の温度制御装置が構成されている。
【００２５】
以下、ゴミカロリー演算器１１の動作について説明する。
【００２６】
このゴミカロリー演算器１１は、クレーンの掴みによって流動床炉２に投入される単位時間当りのゴミのカロリー（廃棄物の熱量に相当する。）Ｑ１(kcal/h)を算出する（図３のステップ♯６）。このゴミのカロリーＱ１は、基本的には、排ガス流量計Ｆ６で検出される排ガスの流量ｆ６(Nm3/h)と、排ガス温度計Ｔ４で検出される排ガスの温度ｔ４(℃）とに基づいて算出される排ガス持出熱量Ｑ２と等しいものとすればよい。具体的に、この排ガス持出熱量Ｑ２(kcal/h)は、排ガスの比熱をｃＥとすると次式で表される。
Ｑ２＝ｃＥ×ｆ６×ｔ４
【００２７】
ただし、より精度の高いカロリー算出を行うには、当該排ガス持出熱量Ｑ２に加え、空気、水、（使用する場合には）補助燃料の持込熱量Ｑ３(kcal/h)と、空気、水、及び（使用する場合には）補助燃料の持出熱量Ｑ４(kcal/h)とを、前記ゴミカロリーＱ１の算出に加味するのが好ましい。例えば、空気・水・蒸気の各流量計Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の指示値ｆ１(Nm3/h)，ｆ２(Nm3/h)，ｆ３（l/h），ｆ４(kg/h)，ｆ５(kg/h)や、各温度計Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の指示値ｔ１(℃)，ｔ２(℃)，ｔ３(℃)、並びに、空気・補助燃料・水の物性値を用いることにより、前記熱量Ｑ３，Ｑ４を次式に基づいてリアルタイムで算出することができる。
Ｑ３＝ｃＡ×ｔＡ×（ｆ１＋ｆ２＋ｆＬ）＋Ｑｆｕ×ｆ３
Ｑ４＝Ｑｆｎ＋ｃＶ×ｆ４＋Ｑｗ×ｆ５＋Ｑｅ
【００２８】
ここでｆＬはリーク空気量(Nm3/h)、ｃＡは空気の比熱(kcal/Nm3℃)、ｔＡは空気温度(℃)、Ｑｆｕは１ｌあたりの補助燃料の発熱量(kcal/l)、Ｑｆｎは単位時間当りの炉の放熱量(kcal/h)、ｃＶは蒸気のエンタルピー(kcal/kg)、Ｑｗは水の蒸発潜熱(kcal/kg)、Ｑｅは灰その他の持出熱量(kcal/h)を示す。
【００２９】
そして、この場合、ゴミのカロリーＱ１は、
Ｑ１＝Ｑ２＋Ｑ４−Ｑ３
で表すことができ、単位重量当りのゴミのカロリーｑ１はｑ１＝Ｑ１／（クレーンによるゴミ掴み量）で表すことができる。
【００３０】
なお、このゴミのカロリーｑ１は、溶融炉３の放熱量等を事前に測定した値と、ゴミの投入量（クレーンの掴み量）とを加味することにより、さらに高精度で算出することも可能である。
【００３１】
上記のように、本実施形態では、ゴミのカロリーを算出する上での支配的な変量である排ガスの流量と温度とを検出するために、バグフィルタ８の下流側にピトー管等の一般工業計器である排ガス流量計Ｆ６と温度計Ｔ４とを設置しており、これらによりリアルタイムで排ガスの流量と温度とを測定し、予め測定している排ガスの物性値を用いて排ガス持出熱量を計算することができる。なお、従来は、熱線流速計を使用して排ガス流速をバッチで測定していたため、排ガス持出熱量をリアルタイムで計算できなかった。
【００３２】
しかし、排ガス流量計Ｆ６等の瞬時の指示値を用いて熱収支計算をしたのでは、ゴミのカロリーの計算値も変動し、燃焼空気量の制御が不安定化する。そこで本実施形態では、これらの測定値をスムージング処理している。具体的には、各測定値につき１０〜６０分の移動平均値を使用して熱収支計算をしている。これにより、測定値の変動を吸収して、正確な熱収支計算ができ、かつ、ゴミのカロリーの長周期変動を捉えることができる。なお、本実施形態では、スムージング処理が必要な場合には、一律に単純移動平均法による移動平均値を用いている（以下、同様である。）が、指数平滑法等他のスムージング処理を用いてもよい。
【００３３】
次に、燃焼空気制御器１２の演算及び制御動作について説明する。図３は燃焼空気量の制御方法を示す図、図４はスクリュー回転数と給塵量との関係を示す図である。
【００３４】
図３において、まず、単位時間当りのゴミ供給量Ｇ(kg/h)を求める（ステップ＃１〜＃４）。例えば図４の関係を使用し、給塵装置１のスクリューの回転数ｘからゴミの供給量Ｇ（ｘ）＝Ａｘ＋Ｂを求める。ここで、Ａ，Ｂは係数であり、スクリュー回転数ｘは、瞬時値を使用してもよいし、１０〜６０秒の移動平均値を使用してもよい。また、このようにして求めたゴミの供給量Ｇにさらに適当な補正係数を乗じてもよい。補正係数は設定値であり、これを運転実績等により適宜変更して用いる。
【００３５】
一方、上記ゴミカロリー演算器１１で求めた単位重量当たりのゴミのカロリーｑ１から、ゴミ１kg中における炭素成分、水素成分、硫黄成分、酸素成分の重量Ｃ，Ｈ，Ｓ，Ｏを推測することが可能であり、これらの値と、前記ゴミ供給量Ｇとから、例えば次式に基づいてゴミ燃焼のための理論空気量Ａｓｇ(Nm3/h)を求めることができる。
【００３６】
【数１】
この式において「22.4」は1kmolあたりのガス体積(Nm3/kcal)、「0.21」は空気中の酸素含有率である。
【００３８】
さらに、補助燃料を用いる場合には、前記補助燃料流量計Ｆ３で検出された補助燃料量ｆ３(l/h)より、この補助燃料を燃焼させるのに必要な理論空気量Ａｓｆ(Nm3/h)を求める。この理論空気量Ａｓｆは、補助燃料の種類と補助燃料量より簡単に求めることができる。
【００３９】
以上の理論空気量Ａｓｇ，Ａｓｆを足し合わせることにより、流動床炉２からの熱分解ガスを溶融炉３内で燃焼させるための理論空気量Ａｓ(Nm3/h)を算出することができる（ステップ＃５〜＃７）。そして、以上のステップ＃１〜＃７の実行によって、理論空気量算出手段が具現化される。
【００４０】
ただし、この理論空気量をそのまま溶融炉３へ供給しても、熱分解ガスを完全に燃焼させることはできないことがある。そこで、ゴミ等を燃焼させるために、理論空気量よりも多くの空気を供給する必要がある。その割合は空気比と呼ばれるが、ガス化溶融炉における溶融炉３の場合、１．０〜１．２の空気比を設定するのが好ましい（ステップ＃８）。この設定値は、必要に応じて溶融炉２の出口温度に基づいて補正され（ステップ＃８ａ）、その値が上記ステップ＃７で算出した理論空気量Ａｓに乗じられることにより、燃焼に必要な空気量Ａｎが算出される（ステップ＃９，＃１０）。
【００４１】
溶融炉３までの空気比は、１．０〜１．２であるから、溶融炉３までに吹き込んでいる燃焼空気量（溶融炉３の一次空気量（一定量）・流動床炉２の押込空気量（押込空気流量計Ｆ１の指示値）・リーク空気量（一定値））を差し引き、過剰空気量を補正した後の空気量を、補助燃料を完全に燃焼させるために空気比１．２以上を確保できる空気量（以下、補助燃料の必要空気量という。）と比較する（ステップ＃１１〜＃１５）。
【００４２】
そして、過剰空気量を補正した後の空気量が、上記補助燃料の必要空気量よりも多い場合には、その過剰空気量を補正した後の空気量が投入されるように、溶融炉３のバーナ３ｂの燃焼空気ライン上に設けられた流量制御弁ＣＶ１の開度を制御する。この制御によって、溶融炉３内の排ガス旋回力の低下を防止できる。なお、上記燃焼空気ラインには、図１の二次送風機５からの二次空気が供給されるようになっている。
【００４３】
一方、過剰空気量を補正した後の空気量が、上記補助燃料の必要空気量よりも少ない場合には、その必要空気量が投入されるように、上記流量制御弁ＣＶ１の開度を制御する（ステップ＃１６）。その理由は、空気比１．２よりも低くした場合には、バーナ３ｂの燃焼状態が悪くなり、ＣＯ濃度が増加するからである。なお、ステップ＃８〜＃１６の実行によって燃焼空気量制御手段が具現化される。
【００４４】
ただし、ゴミ質によっては、図４で求めた給塵量に誤差が生じやすい。この誤差は、溶融炉３の出口温度となって現われる。すなわち、吹き込んでいる空気が多いと、溶融炉３の出口温度は低くなり、空気が少ないと溶融炉３の出口温度が高くなる。そこで、本実施形態では、上記ステップ＃８ａにおいて、溶融炉出口温度計Ｔ３の指示値に応じて、設定した空気比を補正できるようになっている。例えば、溶融炉出口温度計Ｔ３の指示値が９００℃以下ならば、空気比を０．１だけ設定値から引き算し、同温度計Ｔ３の支持値が１２００℃以上ならば、空気比を０．１〜０．２程度、設定値に加算する。
【００４５】
ついで、ゴミが多く供給されて、一時的に過負荷状態となった場合、流動床炉２でのゴミの熱分解が緩慢なため、過負荷状態が長く続くことになる。流動床炉２で発生した熱分解ガスが、過負荷状態のときに、溶融炉３ですべて燃焼されないために、ＣＯ濃度のピークが発生し、この状態が数十秒間継続される。
【００４６】
そこで、過負荷状態を検出した場合には、上記ステップ＃１４において、上記計算した空気量にさらに空気比０．１程度の空気量を２０〜９０秒程度加えることによって、速やかにかつ安定した燃焼状態を回復することができ、ＣＯ濃度を低減させることができる。
【００４７】
引き続き、温度制御器１３について説明する。
【００４８】
図２のように、溶融炉３の絞り部に放射温度計Ｔ５を設置しており、温度制御器１３はこの温度指示値が溶融炉温度設定値になるように、溶融炉３のバーナ３ｂの補助燃料ライン上に設けられた流量制御弁ＣＶ２の開度を制御する。放射温度計Ｔ５は、熱電対のように焼損することはないが、応答性が速いので、瞬時値をそのまま用いると、補助燃料量が大きく変動し、補助燃料量の削減が困難となる。そこで、１０〜６０秒の温度の移動平均値を計算し、この移動平均値が溶融炉温度設定値となるように、補助燃料量をＰＩＤ制御する。これにより、その制御性が向上し、補助燃料量を１０％程度まで低減することができた。
【００４９】
上記構成によると、運転状況に応じて空気量を調整することができるので、空気供給量の過大・過小による溶融炉３内温度の低下を防ぐことができる。したがって、計画値よりも多くの補助燃料量を供給することがなくなった。また、溶融炉３内温度が高温で維持することが可能となり、また温度変動も抑えることができるので、安定した操業が可能となった。また、これらの操作を自動で行うことから、運転操作員が燃焼空気量や補助燃料量を操作する必要がなくなり、その負荷を軽減することができた。
【００５０】
なお、上記実施形態では、溶融炉出口温度計Ｔ３を使用して空気比の設定値を補正しているが、本来は溶融炉３の出口に酸素濃度計を設置するのが好ましい。しかし、溶融炉３の出口温度は高いため、酸素濃度計は高価な仕様のものが必要となる。そこで、上記実施形態では、安価な溶融炉出口温度計Ｔ３を用いて、コストの低減を図っている。
【００５１】
また、上記実施形態では、ガス化溶融炉のガス化炉としては、流動床炉２を用いているが、ストーカ炉、キルン炉等を用いてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、溶融炉内温度が高温で維持できるとともに、温度変動が抑制され、その結果スラグ出滓を安定化することができる。また、廃棄物の熱量変動等の運転状況に応じて燃焼空気量が制御されるので、手動操作による従来方法に比べて、運転操作員の負担を大幅に低減することができる。また、補助燃料を使用する場合には、溶融炉内の温度が高温で維持されるとともに、温度変動が抑制され、その結果スラグ出滓を安定化することができる。
【００５３】
請求項２及び６記載の発明によれば、ゴミ質によって、求めたガス化炉に投入される単位時間当たりのゴミの供給量Ｇ（ｋｇ / ｈ）に誤差が生じたとしても、設定した空気比が補正されることで燃焼が安定して溶融炉内の温度変動を抑制できる。
【００５４】
請求項３記載の発明によれば、運転状況に応じて補助燃料量が制御されるので、運転操作員の負担を低減できるのみならず、この場合には上記燃焼空気量の制御とあいまって、補助燃料の使用量を大幅に低減することができる。
【００５５】
請求項４記載の発明によれば、温度変動による影響がなくなるので、より安定した制御が可能となり、その結果補助燃料の使用量を、手動操作による従来方法に比べて約１０％程度も低減することができる。
【００５６】
請求項５記載の発明によれば、例えば流量計等の一般工業計器を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のガス化溶融炉を含む廃棄物処理設備の全体構成をその燃焼制御装置を構成する計装部品とともに示した図である。
【図２】 燃焼制御装置の上記図１に含む計装部品以外の構成を示す図である。
【図３】 燃焼空気量の制御方法を示す図である。
【図４】 給塵装置のスクリュー回転数と給塵量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 給塵装置
２ 流動床炉（ガス化炉に相当する。）
３ 溶融炉
４ 一次送風機
５ 二次送風機
６ 廃熱ボイラ
７ ガス冷却室
８ バグフィルタ
９ 誘引送風機
１０ 煙突
１１ ゴミカロリー演算器（廃棄物熱量算出手段に相当する。）
１２ 燃焼空気制御器（理論空気量算出手段、燃焼空気量制御手段に相当する。）
１３ 温度制御器
Ｆ６ 排ガス流量計（排ガス量検出手段に相当する。）
Ｔ４ 排ガス温度計（排ガス温度検出手段に相当する。）
Claims (6)
- 投入される廃棄物を熱分解ガス化するガス化炉と、それにより発生する熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備え、前記溶融炉は、必要に応じて供給される補助燃料を燃焼し、溶融炉内温度を高温に維持するためのバーナを有するガス化溶融炉の燃焼制御方法において、
溶融炉から排出される排ガスの流量と温度とを検出し、
この排ガスの流量と温度とに基づいてガス化炉に投入される廃棄物の熱量を算出すると共に前記バーナに供給される補助燃料量を検出し、
少なくとも前記廃棄物の熱量と前記必要に応じて供給される補助燃料量とに基づいて熱分解ガスの燃焼溶融に必要な理論空気量を算出し、
この理論空気量に、設定された空気比を乗じることにより前記熱分解ガスを前記溶融炉内で完全に燃焼させるのに必要な空気量を算出し、
この算出した必要な空気量に基づいて前記バーナに供給される空気量を増減することによって溶融炉に供給される燃焼空気量を制御することを特徴とするガス化溶融炉の燃焼制御方法。 - 溶融炉の出口温度を検出し、この出口温度に基づいて上記設定した空気比を補正することを特徴とする請求項１記載のガス化溶融炉の燃焼制御方法。
- 溶融炉内の温度を検出し、この検出温度に基づいて補助燃料量を制御することを特徴とする請求項２記載のガス化溶融炉の燃焼制御方法。
- 検出温度は、溶融炉内の温度の瞬時値を検出し、この瞬時値をスムージング処理したものであることを特徴とする請求項３記載のガス化溶融炉の燃焼制御方法。
- 集塵後の排ガス量を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガス化溶融炉の燃焼制御方法。
- 投入される廃棄物を熱分解ガス化するガス化炉と、それにより発生する熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備え、前記溶融炉は、必要に応じて供給される補助燃料を燃焼し、溶融炉内温度を高温に維持するためのバーナを有するガス化溶融炉の燃焼制御装置において、
溶融炉から排出される排ガスの流量を検出する排ガス量検出手段と、
溶融炉から排出される排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段と、
この排ガスの流量と温度とに基づいてガス化炉に投入される廃棄物の熱量を算出する廃棄物熱量算出手段と、
前記バーナに供給される補助燃料量を検出する検出手段と、
少なくとも前記廃棄物の熱量と前記必要に応じて供給される補助燃料量とに基づいて熱分解ガスの燃焼溶融に必要な理論空気量を算出する理論空気量算出手段と、
設定する空気比が入力される空気比入力手段と、
溶融炉の出口温度を検出し、この溶融炉の出口温度に基づいて前記入力された空気比を補正する補正手段と、
この補正後の空気比を前記理論空気量に乗じて溶融炉内の熱分解ガスを完全に燃焼させるのに必要な空気量を算出する必要空気量算出手段と、
この補正後の空気比を用いて算出した必要な空気量に基づいて溶融炉に供給される燃焼空気量を制御する燃焼空気量制御手段とを備えたことを特徴とするガス化溶融炉の燃焼制御装置。
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