(57)【要約】【課題】ガス化溶融炉の二次燃焼炉において、熱分解ガスを安定して燃焼し、不完全燃焼や異常な局所的高温領域が発生せず、排ガス中のＣＯ，ＮＯｘ濃度を抑制することのできる廃棄物ガス化溶融炉の二次燃焼炉の燃焼制御装置及び方法を提供することを課題とする。【解決手段】  廃棄物をガス化溶融炉１で熱分解してガス化した熱分解ガスを燃焼し、空気を吹き込む下段送風口３１、中段送風口３２、上段送風口３３を備えた二次燃焼炉３０の燃焼制御装置４０において、燃焼制御装置４０は、各段の送風口付近の炉内温度を計測する温度計測手段４１，４２，４３と、温度計測手段により計測された各段の送風口付近の炉内温度から導いた炉内温度分布形状に基づき、各段の送風口から送風する空気量を制御する送風空気量制御手段３１Ａ，３２Ａ，３３Ａとを備えている。【選択図】図１
2010065932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物をガス化溶融炉で熱分解してガス化した熱分解ガスを燃焼し、空気を吹き込む下段送風口、中段送風口、上段送風口を備えた二次燃焼炉の燃焼制御装置において、
燃焼制御装置は、各段の送風口付近の炉内温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段により計測された各段の送風口付近の炉内温度から導いた炉内温度分布形状に基づき、各段の送風口から送風する空気量を制御する送風空気量制御手段とを備えたことを特徴とする二次燃焼炉の燃焼制御装置。
【請求項２】
炉内温度分布形状が、下段送風口付近、中段送風口付近、上段送風口付近の順に温度上昇している炉内温度分布形状か、あるいは温度降下している炉内温度分布形状である場合には、下段送風口付近と中段送風口付近の温度が同程度であって上段送風口付近の温度が下段送風口付近の温度と中段送風口付近の温度より低い炉内温度分布形状か、あるいは中段送風口付近の温度が最も高い炉内温度分布形状になるように送風空気量制御手段が各段の送風口から送風する空気量を制御することを特徴とする請求項１に記載の二次燃焼炉の燃焼制御装置。
【請求項３】
廃棄物をガス化溶融炉で熱分解してガス化した熱分解ガスを燃焼し、空気を吹き込む下段送風口、中段送風口、上段送風口を備えた二次燃焼炉の燃焼制御方法において、
各段の送風口付近の炉内温度を計測し、
計測された各段の送風口付近の炉内温度から導いた炉内温度分布形状に基づき、各段の送風口から送風する空気量を制御することを特徴とする二次燃焼炉の燃焼制御方法。
【請求項４】
炉内温度分布形状が、下段送風口付近、中段送風口付近、上段送風口付近の順に温度上昇している炉内温度分布形状か、あるいは温度降下している炉内温度分布形状である場合には、下段送風口付近と中段送風口付近の温度が同程度であって上段送風口付近の温度が下段送風口付近の温度と中段送風口付近の温度より低い炉内温度分布形状か、あるいは中段送風口付近の温度が最も高い炉内温度分布形状になるように各段の送風口から送風する空気量を制御することを特徴とする請求項３に記載の二次燃焼炉の燃焼制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃棄物をガス化溶融炉で熱分解してガス化した熱分解ガスを二次燃焼炉で燃焼する燃焼制御装置及び燃焼制御方法に関するものであり、特に排ガス中の有害成分を低減するための燃焼空気の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物の処理方式として、廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させ、その熱分解残渣を溶融してスラグにするガス化溶融処理方式がある。この方式の処理を行うための溶融炉には幾つかの形式があるが、その一つとして、コークスベッド式廃棄物ガス化溶融炉がある。例えば、特許文献１に示す廃棄物ガス化溶融炉は、廃棄物を熱分解してガス化すると共にその熱分解残渣を溶融し、発生した熱分解ガスを部分燃焼させるガス化溶融炉と、部分燃焼されてガス化溶融炉から排出された熱分解ガスを二次燃焼させる二次燃焼炉とを備えている。
【０００３】
この特許文献１の廃棄物ガス化溶融炉においては、炉底部にコークスを堆積して燃焼させることにより高温燃焼帯が形成され、熱分解残渣を溶融するようになっており、この高温燃焼帯の上に、廃棄物を投入して廃棄物堆積層を形成させ、下方の高温燃焼帯から上昇してくる高温ガスによって廃棄物を熱分解させるようになっている。そして、この廃棄物堆積層の上方には、広がった大きな空間（フリーボード）が設けられており、ここで廃棄物の熱分解によって生成した熱分解ガスの部分燃焼が行われる。
【０００４】
この部分燃焼された熱分解ガスは、溶融炉に接続された二次燃焼炉へ導入され、この二次燃焼炉で完全燃焼される。燃焼ガスはボイラやガスタービンなどに送られて熱回収される。
【０００５】
上記特許文献１に記載の二次燃焼炉には、熱分解ガスを徐々に燃焼するための燃焼用空気として、また燃焼ガスにより炉内が過剰に高温になることを防ぐための冷却用として、空気を吹き込む送風口が上下方向の３段に設けられている。この二次燃焼炉における熱分解ガスの燃焼は、燃焼ガスの温度がガス中に含まれるタール分やダイオキシン類を分解させることができる８５０℃以上で、かつダストが炉壁に融着したり炉体の熱損傷により炉体寿命が短くなることを防ぐため１０００℃以下になるように、すなわち燃焼ガスの温度が８５０℃〜１０００℃の範囲になるように、各段の送風口から吹き込む燃焼用空気及び冷却用空気の量を調節して行われている。
【特許文献１】特開２００３−０７４８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
廃棄物ガス化溶融炉で発生した熱分解ガスを燃焼して熱エネルギーを利用する二次燃焼炉では、排ガス中の有害成分であるＣＯ、ＮＯｘ濃度を抑制することが重要である。熱分解ガスの不完全燃焼によりＣＯが発生し、熱分解ガスの燃焼において局所的に高温領域が生じることによりサーマルＮＯｘが発生する。
【０００７】
特許文献１に記載の二次燃焼炉により熱分解ガスを燃焼させる場合、二次燃焼炉の下部にガス化溶融炉から熱分解ガスが導入され、熱分解ガスは上昇しながら下段、中段、上段の各送風口から吹き込まれた燃焼空気により燃焼され、さらに燃焼ガスの温度を適切な範囲とするように冷却される。特許文献１では、最初（下段）の送風口では、燃焼用空気の吹き込み量が抑えられ、それ以降の送風口（中段、上段）では、順次、燃焼用空気の吹き込み量を増加させる。又、各段で吹き込まれる燃焼用空気量の調節によって、燃焼ガス温度の調節が行われる。しかし、廃棄物は種々雑多なものが混じったものであり、廃棄物をガス化溶融処理する過程で供給する廃棄物の性状が大きく変動するので、その結果、熱分解ガスの発生量の変動や、発生ガスのガス成分変動による発熱量の変動が生じる。そのため、二次燃焼炉において熱分解ガスの燃焼を安定して行うことが困難になる場合があり、その結果、熱分解ガスの不完全燃焼によりＣＯが発生したり、熱分解ガスの燃焼において局所的に高温領域が生じることによりサーマルＮＯｘが発生して、排ガス中の有害成分であるＣＯ，ＮＯｘ濃度が増加する問題が生じる。又、排ガスを無害化する処理装置の負荷が増大し、装置の運転に支障が生じることもある。
【０００８】
このように、特許文献１にあっては、二次燃焼炉の炉内温度を所定の温度範囲とする操業では、タール、ダイオキシン類を分解するために下限温度（８５０℃）以上とすること、ダストの炉壁への融着防止、炉内寿命が短くなることの防止のために、上限温度（１０００℃）以下とすることにより、それぞれの目的は充足できるが、熱分解ガスの安定燃焼、ＣＯ，ＮＯｘの発生抑制という点では十分でない場合がある。
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、ガス化溶融炉の二次燃焼炉において、熱分解ガスを安定して燃焼し、不完全燃焼や異常な局所的高温領域が発生せず、排ガス中のＣＯ，ＮＯｘ濃度を抑制することのできる廃棄物ガス化溶融炉の二次燃焼炉の燃焼制御装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、廃棄物をガス化溶融炉で熱分解してガス化した熱分解ガスを燃焼し、空気を吹き込む下段送風口、中段送風口、上段送風口を備えた二次燃焼炉の燃焼制御装置及び燃焼制御方法に関する。
【００１１】
本発明は、燃焼制御装置に関しては、燃焼制御装置が、各段の送風口付近の炉内温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段により計測された各段の送風口付近の炉内温度から導いた炉内温度分布形状に基づき、各段の送風口から送風する空気量を制御する送風空気量制御手段とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
又、本発明は、燃焼制御方法に関しては、各段の送風口付近の炉内温度を計測し、計測された各段の送風口付近の炉内温度から導いた炉内温度分布形状に基づき、各段の送風口から送風する空気量を制御することを特徴としている。
【００１３】
このような本発明では、下段送風口、中段送風口そして上段送風口の付近の温度を計測して、炉内温度分布を求め、その結果、空気比分布を得る。この空気比分布が所定形状となるように、各送風口での空気量が制御される。
【００１４】
さらに具体的には、本発明では、炉内温度分布形状が、下段送風口付近、中段送風口付近、上段送風口付近の順に温度上昇している炉内温度分布形状か、あるいは温度降下している炉内温度分布形状である場合には、下段送風口付近と中段送風口付近の温度が同程度であって上段送風口付近の温度が下段送風口付近の温度と中段送風口付近の温度より低い炉内温度分布形状か、あるいは中段送風口付近の温度が最も高い炉内温度分布形状になるように送風空気量制御手段が各段の送風口から送風する空気量を制御する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、二次燃焼炉内の温度分布形状を計測し、その形状判定を行い好ましい温度分布、すなわち、後述する好ましい空気比分布となるように、各段の送風口から送風する空気量を制御することとしたので、二次燃焼炉の燃焼を適切に制御でき、ＣＯ，ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面にもとづき本発明の実施の形態を説明する。この説明は、廃棄物ガス化溶融炉及び二次燃焼炉の構成、ガス化溶融炉の運転方法、二次燃焼炉内の空気比分布と温度分布、各段の送風口から供給する空気量を制御するフロー図について、順を追って説明する。
【００１７】
＜廃棄物ガス化溶融炉の構成＞
図１は本発明を適用する廃棄物ガス化溶融炉の概要構成を示す図である。この廃棄物ガス化溶融炉は、廃棄物を熱分解してガス化し、その熱分解ガスを部分燃焼させるガス化溶融炉１と、該ガス化溶融炉１から排出された熱分解ガスを二次燃焼させる二次燃焼炉３０を備えた設備である。
【００１８】
ガス化溶融炉１は、本実施形態にあっては、コークスベッド式のものであって、炉上部に、廃棄物、副資材などを投入する廃棄物等の投入口２が設けられ、又、上部側方には廃棄物の熱分解によって発生した可燃性ガスの排出口３が設けられている。そして、炉底部には溶融スラグを排出する出滓口４が設けられている。
【００１９】
ガス化溶融炉１は、機能の上から、下部シャフト部１ｃ、中部シャフト部１ｂ、フリーボード部１ａからなる３つの領域に区分されている。これらの各領域は、それぞれ次のような機能を有している。下部シャフト部１ｃは堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成して廃棄物の熱分解残渣を燃焼させると共に灰分を溶融する領域、中部シャフト部１ｂは投入された廃棄物を流動化させながら乾燥、熱分解させる領域、フリーボード部１ａは生成した熱分解ガスを部分燃焼させる領域である。図中、５０は廃棄物堆積層を示す。炉内へ投入される廃棄物等の装入物は、それぞれの供給装置から供給され、所定量ずつ計量されて廃棄物等の投入口２から投入される。２１は都市ごみ等の廃棄物を供給する廃棄物供給装置、２２は補助燃料として使用するコークスの供給装置、２３は生成するスラグの成分調整材として使用する石灰石の供給装置である。
【００２０】
ガス化溶融炉１は、上記各領域に酸素含有ガスを吹き込む羽口が設けられている。下部シャフト部１ｃには、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成し、熱分解残渣を燃焼させると共に溶融するための酸素富化空気を吹き込む主羽口５が設けられ、中部シャフト部１ｂには、投入された廃棄物を緩やかに流動させながら乾燥させ、部分燃焼、熱分解させるための空気を吹き込む副羽口６が設けられ、フリーボード部１ａには、廃棄物が熱分解して生成した熱分解ガスを部分燃焼させて炉内部を所定温度に維持するための空気を吹き込む三段羽口７が設けられている。そして、主羽口５に接続された酸素富化空気の配管、副羽口６に接続された空気配管、三段羽口７に接続された空気配管には、それぞれ流量調節装置８、流量調節装置９、流量調節装置１０が設けられている。
【００２１】
上記ガス化溶融炉１に接続されている二次燃焼炉３０の下部には、ガス化溶融炉１の排出口３から排出された熱分解ガスを導入するダクトが接続され、熱分解ガスは該二次燃焼炉３０内を上昇する過程で、二次燃焼空気を供給され燃焼され、ボイラ３５又は、ガスタービン等で熱回収される。二次燃焼炉３０にはガス流れ方向に沿って三段にわたって二次燃焼空気を吹き込む送風口が設置されており、下方から下段送風口３１、中段送風口３２、上段送風口３３が設置されている。それぞれの送風口３１，３２，３３には二次燃焼空気の流量調節装置３１Ａ，３２Ａ，３３Ａが設置されており、個別に送風量を調整可能になっている。又、下段送風口３１、中段送風口３２、上段送風口３３に対応する高さにそれぞれ温度計４１，４２，４３が設けられており、二次燃焼炉３０内の各送風口に対応する高さにおける炉内温度が測定されるようになっている。
【００２２】
符号４０は二次燃焼空気制御装置である。この二次燃焼空気制御装置４０によって、二次燃焼炉３０の各段送風口付近の温度計４１，４２，４３の測定値に基づいて下段送風口３１、中段送風口３２、上段送風口３３のそれぞれから二次燃焼炉へ吹き込む空気流量が制御される。
【００２３】
＜ガス化溶融炉、二次燃焼炉の運転方法＞
上記のように構成されたガス化溶融炉１、二次燃焼炉３０の運転は次の要領で行われる。
【００２４】
先ず、ガス化溶融炉１の装入口２から廃棄物、コークス、石灰石が所定量ずつ投入され、主羽口５、副羽口６、及び三段羽口７から、それぞれ酸素富化空気又は空気が吹き込まれる。コークスと石灰石は下部シャフト部１ｃの炉底部に堆積し、ここに主羽口５から酸素富化空気の熱風が吹き込まれ、コークスが燃焼して高温燃焼帯が形成され、廃棄物の熱分解残渣を燃焼させると共に灰分を溶融する。熱分解残渣が溶融した溶融スラグは出滓口４から排出される。又、投入された廃棄物は高温燃焼帯の上方の中部シャフト部１ｂで流動しながら滞留して廃棄物堆積層５０を形成し、下部シャフト部１ｃから上昇してくる高温ガス及び副羽口６から吹き込まれる空気によって乾燥され、次いで熱分解される。熱分解により生成した熱分解ガスはフリーボード部１ａの三段羽口７から吹き込まれる空気により部分燃焼される。部分燃焼した熱分解ガスは排出口３から二次燃焼炉３０へ送られる。二次燃焼炉３０においては、各段の送風口３１，３２，３３から燃焼用空気が吹き込まれて熱分解ガスが段階的に燃焼し、やがて完全燃焼する。燃焼ガスはボイラ３５へ送られ、熱回収される。
【００２５】
＜二次燃焼炉の燃焼用空気の送風量の制御方法＞
次に、二次燃焼炉の各段の送風口から吹きこむ燃焼用空気の送風量の制御方法を二次燃焼炉の空気比分布との関連で説明する。
【００２６】
ガス化溶融炉１では廃棄物を部分酸化及び熱分解させるため、主羽口５、副羽口６及び三段羽口７から酸素及び空気が供給される。
【００２７】
二次燃焼炉３０ではガス化溶融炉１から導入された熱分解ガスを燃焼させるため二次燃焼空気を供給し、さらに熱分解ガスが燃焼した後の燃焼ガス温度を熱回収に適した温度にまで冷却するため、またＮＯｘの発生を抑制するようにＮＯｘの生成温度域以下にまで急速に冷却するため、冷却空気を供給する。二次燃焼炉３０ではガス化溶融炉１から導入された熱分解ガスの流れ方向（下部から上部へ）に沿って、下段送風口３１、中段送風口３２、上段送風口３３のように高さ方向の三段に空気送風口が設けられており、熱分解ガスの流れの上流域では二次燃焼空気として、下流域では冷却空気として空気が供給される。
【００２８】
ガス化溶融炉１及び二次燃焼炉３０に供給する空気量を「空気比」を用いて説明すると以下のようになる。ここで、空気比とは廃棄物の可燃成分を完全燃焼させるために必要な理論空気量に対する実際の供給空気量の比率であり、空気比＝１が理論空気量である。二次燃焼炉３０の各段送風口に供給される空気量を空気比の観点から考察するため、例えば、下段送風口３１の送風量について、その上流側すなわちガス化溶融炉１に供給された空気量と下段送風口３１に供給された空気量の累計で例えば空気比１．０になるというように表現する。
【００２９】
ガス化溶融炉１では廃棄物を部分酸化及び熱分解させるため、空気比を1未満（例えば０．８）にして空気及び酸素が供給されている。
【００３０】
二次燃焼炉３０では、ガス化溶融炉１に供給される空気量と二次燃焼炉３０の各段送風口に供給される空気量の合計累積量で空気比を表すと、熱分解ガスを燃焼させる領域では送風される空気は燃焼用空気として用いられ空気比が１未満から１に達しており、空気比が１に達している領域で熱分解ガスの燃焼が終了し、その場所より下流側の領域では送風される空気は熱分解ガスの燃焼により生じた燃焼ガスを冷却する冷却用空気として用いられておりその領域では空気比が１より大きくなっている。
【００３１】
空気比１未満の領域は、熱分解ガスの燃焼に対して、理論値より少ない空気を供給して、徐々に熱分解ガスを燃焼する領域であって、下段送風口３１から中段送風口３２の領域で形成する。この領域では局所高温領域は発生しない。次に、空気比１に達する領域は、累計した空気量が理論空気量に達する領域であって、熱分解ガスの燃焼が完了しており、この領域が二次燃焼炉３０の好ましい場所（中段送風口３２又は下段送風口３１と中段送風口３２の間）に形成されるようにする。そして空気比１以上の領域は、累計した空気量が理論空気量より大きくなる領域であり、送風された空気は燃焼ガスを好ましい温度にまで冷却するために用いられる。この領域は、中段送風口３２から上段送風口３３、さらには二次燃焼炉３０出口までの領域に形成する。
【００３２】
＜二次燃焼炉内の空気比分布と温度分布＞
二次燃焼炉内の空気比分布が好ましい空気比分布となるように各段の送風口から送風する空気量を制御するが、空気比分布を直接検出することは困難である。そこで、二次燃焼炉内の温度分布を計測することにより、二次燃焼炉内の空気比分布を把握することができることを説明する。
【００３３】
二次燃焼炉３０の熱分解ガスを燃焼させる領域では、空気比１未満の領域から空気比１の領域に近づくにつれ熱分解ガスの燃焼が進み、それにつれて炉内温度が上昇し、空気比１になっている領域で最高温度に達し、燃焼ガスを冷却する領域では空気比が１より大きくなるにつれて冷却用空気量が増えることを意味しており燃焼ガスは冷却されて炉内温度は低下する。
【００３４】
二次燃焼炉３０内の温度分布と空気比分布との関係を説明するため温度分布の例を図２に示す。
【００３５】
図２において、横軸が熱分解ガスの流れ方向（下部から上部へ）の位置を示し、下段、中段、上段の空気送風口の位置も示す。縦軸が温度を示す。図２の場合は、下段送風口と中段送風口の中間で炉内温度は最高になっており、ここで空気比が１に達していることを示している。ここより熱分解ガスの流れ方向の上流側の位置では空気比が１未満であり、下段送風口付近から流れ方向に沿って温度が上昇しており空気比が大きくなっている。炉内温度が最高に達した位置より熱分解ガスの流れ方向の下流側の位置では炉内温度は低下し、空気比が1より大きくなり冷却用空気として利用されていることを示している。このように二次燃焼炉内の温度分布を計測することにより、二次燃焼炉内の空気比分布を把握することができる。
【００３６】
さらに、空気比分布を変えることにより、温度分布が変化することの例を挙げる。例えば、どの送風口の位置で空気比１に達するように送風空気量を調節するかによって、最高温度位置はガス流れ上流側あるいは下流側に移動する。また、二次燃焼炉の全送風口から送風する空気量の総和である全二次燃焼空気量を一定にしたまま、燃焼用空気として作用している領域（空気比が１以下の領域）への送風量と、冷却空気として作用している領域（空気比が１より大きい領域）への送風量の比を変えることで、温度分布の形状を変えることができる。例えば、上段送風口から送風せず、中段送風口および下段送風口から送風すれば、下段送風口と中段送風口とに燃焼用空気と冷却用空気が送風されることになるため、熱分解ガスの燃焼が炉内の上流側領域で比較的急激に行われ炉内温度が高温となり、燃焼が終了した後比較的多くの冷却用空気が送風されるので、温度分布は高温から急峻な温度降下を示す。
【００３７】
好ましい空気比分布、好ましい温度分布
各段の送風口から送風する空気量を変えて、二次燃焼炉内の温度分布と二次燃焼炉出口での排ガス中のＮＯｘの発生状況を調べ、二次燃焼炉で熱分解ガスを完全に燃焼し、かつＮＯｘの発生を抑制できるような二次燃焼炉内の好ましい空気比分布を、また空気比分布に対応づけられる二次燃焼炉内の好ましい温度分布を求めた。
【００３８】
実際のガス化溶融炉と二次燃焼炉において、二次燃焼炉の二次燃焼空気量の総和を一定にして、下段送風口からの空気送風を主体とした場合と、上段送風口からの空気送風を主体とした場合とについて、下段、中段、上段各段の空気送風口付近の温度と、二次燃焼炉出口での排ガス中のＮＯｘ濃度を計測し、結果を図３と図４に示す。図３と図４において、横軸は計測時刻を示し、縦軸は炉内温度とＮＯｘ濃度を示し、実線が下段送風口付近の温度、破線が中段送風口付近の温度、点線が上段送風口付近の温度を示している。
【００３９】
下段送風口からの空気送風を主体とした場合には、図３に示すように二次燃焼炉内の最高温度は下段送風口付近で測定され約１０００℃であり、最低温度は上段送風口付近で測定され約８００℃となっている。また、下段送風口、中段送風口、上段送風口の順に、約１０００℃、約９００℃、約８００℃となっており、ガス流れに沿って温度降下している。二次燃焼炉出口での排ガス中のＮＯｘ濃度は８０〜１００ｐｐｍとなっており比較的高い濃度となっている。最高温度が計測された下段送風口付近で空気比１となって熱分解ガスの燃焼が行われていることが推察される。以上の状況から二次燃焼炉に熱分解ガスが導入された後、下段送風口付近の区画で熱分解ガスが急激に燃焼され局所的な高温領域が生じ、その結果サーマルＮＯｘが発生しＮＯｘ濃度が高くなっていることを示している。
【００４０】
一方、上段送風口からの空気送風を主体とした場合には、図４に示すように二次燃焼炉内の最高温度は下段送風口付近または中段送風口付近で測定され約１０００℃であり、最低温度は上段送風口付近で測定され約９００℃となっている。また、下段送風口付近と中段送風口付近との温度はほぼ同じであり、中段送風口付近と上段送風口付近との間で温度が降下している。二次燃焼炉出口での排ガス中のＮＯｘ濃度は６０〜８０ｐｐｍとなっており、低い濃度となっている。
【００４１】
下段送風口付近と中段送風口付近との温度はほぼ同じであり、中段送風口付近と上段送風口付近との間で温度が降下しているという温度計測結果から、二次燃焼炉に熱分解ガスが導入された後、入口から中段送風口付近までの領域で熱分解ガスが燃焼され、中段送風口付近で空気比１となっており、下段送風口付近と中段送風口付近の間では空気比が1未満であり還元雰囲気であるため、生成したＮＯｘが還元され、また完全燃焼後の燃焼ガスが上段送風口付近で急速に冷却され、サーマルＮＯｘが生成する温度域以下にまで短時間で冷却されたため、二次燃焼炉出口での排ガス中のＮＯｘ濃度が６０〜８０ｐｐｍと低くなったことを示している。
【００４２】
このような結果から、以下のことが明確になった。
【００４３】
二次燃焼炉で熱分解ガスを完全に燃焼し、かつＮＯｘの発生を抑制できるような二次燃焼炉内の好ましい空気比分布は、ａ）空気比が１未満から１まで二次燃焼炉内で緩やかに増加するようにし、ｂ）その後、累計送風空気量を所定の空気比になるように冷却用空気を送風して燃焼ガスを速やかに冷却するようにすることである。このようにすることにより、すなわちａ）により、熱分解ガスが急激に燃焼され局所的な高温領域が生じ、その結果サーマルＮＯｘが発生し排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなることを防ぎ、また、空気比が１未満であり還元雰囲気である領域を設けるため、生成したＮＯｘが還元され、さらに、ｂ）により完全燃焼後の燃焼ガスが冷却用空気により急速に冷却されサーマルＮＯｘが生成する温度域以下にまで短時間で冷却されるため、排ガス中のＮＯｘ濃度を抑制することができる。
【００４４】
このような空気比分布となるように、各段の送風口から空気を送風すればよい。このような送風方法によれば、熱分解ガスを完全に燃焼するので不完全燃焼によるＣＯの発生を防止し、かつ局所高温領域の発生を防ぎ、またサーマルＮＯｘが生成する温度域以下にまで短時間で冷却するのでＮＯｘの発生を抑制でき、また８５０℃以上の高温領域を拡大でき、生成したダイオキシン類を熱分解するための高温領域での滞留時間も増加するので、ダイオキシン類の発生を抑制できる。
【００４５】
二次燃焼炉内の空気比分布を把握するため、すなわち二次燃焼炉内で空気比が1未満の領域、空気比が１となる領域、空気比が1以上の領域が各段の送風口に対してどのように分布しているかを把握して、好ましい空気比分布となるように各段の送風口の送風空気量を制御するが、直接判定することが困難な空気比分布の判定を、判定が容易な温度分布に置き換えて判定する。
【００４６】
好ましい空気比分布となるように、空気比分布と対応づけられる二次燃焼炉内の温度分布を、各段の送風口付近の温度を計測することにより求め 、好ましい温度分布にするように、各段の送風口から供給する空気量を制御する。
【００４７】
＜各段の送風口から供給する空気量を制御するフロー図＞
本発明による二次燃焼炉の熱分解ガスの燃焼制御では、図５にも見られるように、以下のステップで燃焼空気量を制御する。
（１）温度分布判定
先ず、二次燃焼炉３０内の下段、中段、上段の各段の送風口３１，３２，３３付近の炉内温度を計測し、温度分布を求め、その温度分布形状が適切か、不適切かを判定する。
【００４８】
温度分布形状はその類型として、図６に見られるように次の形状Ａ〜Ｄの４種類がある。温度計測により求められた温度分布形状が次の形状Ａ〜Ｄのどの類型に該当するかを判定して各段の送風口での送風量の制御を行う。
【００４９】
形状Ａ：下段送風口と中段送風口付近の温度がほぼ同じ、上段送風口付近の温度が低            い
形状Ｂ：中段送風口付近の温度が最高であり、下段送風口付近と上段送風口付近の温            度が低い
形状Ｃ：下段送風口付近の温度が最低であり、中段送風口付近、上段送風口付近の順            に温度が上昇
形状Ｄ：下段送風口付近の温度が最高であり、中段送風口付近、上段送風口付近の順            に温度が下降
好ましい温度分布形状は形状Ａと形状Ｂである。下段送風口付近と中段送風口付近との温度がほぼ同じか、中段送風口付近の温度が最高であって、中段送風口付近と上段送風口付近との間で温度が降下していることから、空気比分布は1未満から1まで緩やかに増加し、中段送風口付近で空気比１となり、上段送風口付近で空気比１以上となっていることを示している。二次燃焼炉に熱分解ガスが導入された後、入口から中段送風口付近までの領域で熱分解ガスが燃焼され、燃焼が完了した後の下流側では冷却空気により燃焼ガスが適切に冷却されている。
【００５０】
形状Ｃでは、ガス流れの下流側に向かって順次温度が上昇しており、温度が降下することがない。これは二次燃焼炉内では空気比1を超えることなく熱分解ガスが二次燃焼炉内で完全に燃焼されずに不完全燃焼を起こしていることを示している。二次燃焼炉に供給される全ての空気は燃焼空気として作用しており、完全に燃焼するためには不足している。
【００５１】
形状Ｄでは、下段送風口付近の温度が最高であり、ガス流れの下流側に向かって順次温度が下降している。下段送風口付近かその上流側で空気比１を超えており、二次燃焼炉に供給される全ての空気は冷却空気として作用している。
【００５２】
計測により得られた温度分布形状が適切か、不適切かを判定し、不適切の場合、送風口からの空気送風量を調整する。
【００５３】
・温度分布形状が形状Ａ又は形状Ｂの場合は、最低温度判定を行う次のステップへ行      く。
【００５４】
・温度分布形状が形状Ｃの場合には、形状Ａ又は形状Ｂになるように下段送風口３１      からの空気送風量を増加する。燃焼空気を増加することで全体として空気比を１以      上とし、熱分解ガスを二次燃焼炉３０内で完全に燃焼し上段送風口３３からの送風      を冷却空気として作用させるようにする。
【００５５】
・温度分布形状が形状Ｄの場合には、形状Ａ又は形状Ｂになるように下段送風口３１      からの空気送風量を減少する。下段送風口３１からの空気送風量を減少することで      空気比が１となる領域が下段送風口３１と中段送風口３２との間か、あるいは中段      送風口３２付近となるようにする。
【００５６】
・このような改善する操作を行った後、温度分布形状が適切か、不適切かを判定する      。
（２）最低温度判定
次に、温度分布のうち最低温度が所定値以上か判定する。
【００５７】
・最低温度が所定値以上であれば、最高温度判定を行う次のステップへ行く。
【００５８】
・最低温度が所定値より低い場合には、燃焼ガスの保有熱量が少なく、熱回収する熱      量が不足するため問題が生じる。そのため最低温度を示す位置がどの送風口付近で      あるか判定して空気送風量を増減させる送風口を選択して制御を行う。
【００５９】
・最低温度を示す位置が下段送風口３１付近の場合には、下段送風口３１からの空気      送風量を増加させ熱分解ガスの燃焼を促進させ温度を上昇させる。
【００６０】
・最低温度を示す位置が上段送風口３３付近の場合には、上段送風口３３からの空気      送風量を減少させ燃焼ガスの冷却を抑制し温度を上昇させる。
（３）最高温度判定
次に、温度分布のうち最高温度が所定値以下か判定する。
【００６１】
・最高温度が所定値以下であれば、下段−中段温度差判定を行う次のステップへ行        く。
【００６２】
・最高温度が所定値より高い場合には、燃焼ガスの燃焼により局所的な高温領域が生      じＮＯｘが発生するため問題が生じる。そこで、中段送風口３２からの空気送風量      を増加させ燃焼ガスの冷却用空気量を増加させて所定値まで温度を低下させる。こ      の操作により全送風空気量が増加し、その結果最低温度レベルが低下するので、再      度、最低温度の判定を行い制御を行う。
（４）下段−中段温度差判定
ここまでの制御により最低温度、最高温度ともに所定の温度範囲に収まったので、さらに下段送風口３１付近の温度と中段送風口３２付近の温度の温度差が小さくなるように制御を行う。
【００６３】
・下段送風口３１付近の温度と中段送風口３２付近の温度の温度差が所定値（例えば      １００℃）以下であれば、制御を終了する。
【００６４】
・下段送風口３１付近の温度と中段送風口３２付近の温度の温度差が所定値より大き      い場合には、下段送風口３１からの送風空気量を増加し、その増加分と同量を中段      送風口３２からの送風空気量から減少する。下段送風口３１からの送風空気は燃焼      空気として作用しているので、これを増加することで熱分解ガスの燃焼が促進され      下段送風口３１付近の温度は上昇し、中段送風口３２付近の温度に近づく。
【００６５】
以上の（１）から（４）の制御を実行することで常に最適な温度分布を実現することができ、その結果、最適な空気比分布で二次燃焼炉３０内の燃焼制御が実現できる。
【実施例】
【００６６】
図７に、この制御方法を適用した場合の二次燃焼炉の各段の送風口付近の温度と二次燃焼炉出口での排ガス中のＮＯｘ濃度を示す。横軸は計測時刻を示し、縦軸は炉内温度とＮＯｘ濃度を示し、実線が下段送風口付近温度、破線が中段送風口付近温度、点線が上段送風口付近温度を示している。図７に示すように、二次燃焼炉内の最高温度は下段送風口付近または中段送風口付近で測定され約１０００℃であり、最低温度は上段送風口付近で測定され約９００℃であり、最高温度と最低温度の差は約１００℃となっている。また、下段送風口付近と中段送風口付近との温度はほぼ同じである。
【００６７】
このような温度分布の結果から、二次燃焼炉内の下段送風口付近から中段送風口付近までの領域で空気比を１未満から１まで緩やかに増加させ、その後所定の空気比になるという好ましい空気比分布になっていることが認められ、その結果、二次燃焼炉出口での排ガス中のＮＯｘ濃度は４０〜８０ｐｐｍ、平均５８ｐｐｍとなっており、ＮＯｘの発生は抑制されている。このように、二次燃焼炉の各段の送風口から送風する空気量を制御することにより二次燃焼炉の燃焼を適切に制御でき、ＮＯｘの発生を抑制していることが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態のガス化溶融炉の概要構成図である
【図２】二次燃焼炉の温度分布の形状を説明する図である。
【図３】下段送風口からの送風を主体とした場合の二次燃焼炉温度とＮＯｘ濃度の時間変化を示す図である。
【図４】上段送風口からの送風を主体とした場合の二次燃焼炉温度とＮＯｘ濃度の時間変化を示す図である。
【図５】本発明による燃焼空気制御のフロー図である。
【図６】二次燃焼炉内の温度分布形状を示す図である。
【図７】本発明の実施例における二次燃焼炉温度とＮＯｘ濃度の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  ガス化溶融炉
３０  二次燃焼炉
３１  下段送風口
３１Ａ  空気量制御手段（流量調整装置）
３２  中段送風口
３２Ａ  空気量制御手段（流量調整装置）
３３  上段送風口
３３Ａ  空気量制御手段（流量調整装置）
４０  制御装置
４１，４２，４３  温度計測手段（温度計）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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