(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化手段と、
前記ガス化手段から供給される前記熱分解ガスを、前記熱分解ガスの流れ方向に従って燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼手段と、
前記後燃焼手段の内部に冷却用液体を供給可能に構成された冷却用液体供給手段と、
前記後燃焼手段の内部に酸素を含有する気体を供給可能に構成された気体供給手段と、
前記後燃焼手段の内部における前記酸素を含有する気体が供給される供給部のうちの前記流れ方向に沿った最下流側に設けられた供給部より下流側の位置の下流位置温度を計測する第１の温度計測手段と、
前記後燃焼手段の内部における、前記熱分解ガスが供給される供給部より前記流れ方向に沿った下流側において前記後燃焼手段に酸素を含有する気体を供給する供給部のうちの最上流側に係る位置で、前記第１の温度計測手段より上流側の位置の上流位置温度を計測する第２の温度計測手段と、
前記第１の温度計測手段により計測された前記下流位置温度および前記第２の温度計測手段により計測された前記上流位置温度を入力可能に構成されているとともに、前記気体供給手段により前記後燃焼手段に供給される前記酸素を含有する気体の流量を制御することによって前記下流位置温度を制御しつつ、前記上流位置温度と前記下流位置温度との温度差を算出して、前記算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、前記冷却用液体供給手段による前記冷却用液体の流量および前記気体供給手段による前記酸素を含有する気体の流量の少なくとも一方の流量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記下流位置温度を所定温度範囲内に収まるように制御するとともに、前記算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、前記上流位置温度を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理装置。
【請求項３】
有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化ステップと、
前記ガス化ステップで分離された前記熱分解ガスを、前記熱分解ガスの流れ方向に従って燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼ステップと、
前記後燃焼ステップが行われる後燃焼手段の内部における酸素を含有する気体が供給される供給部のうちの前記流れ方向に沿った最下流側に設けられた供給部より下流側の位置の下流位置温度を計測する第１の温度計測ステップと、
前記後燃焼手段の内部における、前記熱分解ガスが供給される供給部より前記流れ方向に沿った下流側において前記後燃焼手段に酸素を含有する気体を供給する供給部のうちの最上流側に係る位置で、前記下流側の位置より上流側の位置の上流位置温度を計測する第２の温度計測ステップと、
前記後燃焼手段に供給する酸素を含有する気体の流量を制御することにより前記下流位置温度を制御しつつ、前記第１の温度計測ステップにおいて計測した下流位置温度と前記第２の温度計測ステップにおいて計測した上流位置温度との温度差を算出して、前記算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、前記後燃焼手段の内部に供給される冷却用液体の流量および前記酸素を含有する気体の流量の少なくとも一方の流量を制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記制御ステップにおいて、前記下流位置温度を所定温度範囲内に収まるように制御するとともに、前記算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、前記上流位置温度を制御することを特徴とする請求項３に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化手段から供給される前記熱分解ガスを、前記熱分解ガスの流れ方向に従って燃焼させて燃焼ガスを排出する燃焼装置の制御方法において、
前記燃焼装置の内部における前記酸素を含有する気体が供給される供給部のうちの前記流れ方向に沿った最下流側に設けられた供給部より下流側の位置の下流位置温度を、前記燃焼装置に供給される前記酸素を含有する気体の流量を制御することによって制御しつつ、前記燃焼装置の内部における、前記熱分解ガスが供給される供給部より前記流れ方向に沿った下流側において前記燃焼装置に酸素を含有する気体が供給する供給部のうちの最上流側に係る位置で、前記下流側の位置より上流側の位置の上流位置温度と、前記下流位置温度との温度差を算出して、前記算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、前記燃焼装置の内部に供給される冷却用液体の流量および前記酸素を含有する気体の流量の少なくとも一方の流量を制御する
ことを特徴とする燃焼装置の制御方法。
【請求項６】
前記下流位置温度を所定温度範囲内に収まるように制御するとともに、前記算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、前記上流位置温度を制御することを特徴とする請求項５に記載の燃焼装置の制御方法。
【請求項７】
有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化手段から供給される前記熱分解ガスを、前記熱分解ガスの流れ方向に従って燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼手段に対して、
前記後燃焼手段の内部における酸素を含有する気体が供給される供給部のうちの前記流れ方向に沿った最下流側に設けられた供給部より下流側の位置の温度を計測する第１の温度計測手段が計測した下流位置温度と、前記後燃焼手段の内部における、前記熱分解ガスが供給される供給部より前記流れ方向に沿った下流側において前記後燃焼手段に酸素を含有する気体を供給する供給部のうちの最上流側に係る位置で、前記第１の温度計測手段より上流側の位置の温度を計測する第２の温度計測手段が計測した上流位置温度とを入力可能に構成されているとともに、前記後燃焼手段に供給される前記酸素を含有する気体の流量を制御することによって前記下流位置温度を制御しつつ、前記上流位置温度と前記下流位置温度との温度差を算出して、前記算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、前記後燃焼手段の内部に供給される冷却用液体の流量および前記酸素を含有する気体の流量の少なくとも一方の流量を制御する
ことを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥などの有機性廃棄物を焼却する有機性廃棄物の処理装置および処理方法、並びに燃焼装置の制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
従来、下水汚泥などの有機性廃棄物の焼却にガス化燃焼システムが採用されている。このガス化燃焼システムといった有機性廃棄物の処理装置は、乾燥機、ガス化炉、および後燃焼炉（熱回収炉）を備える。そして、このガス化燃焼システムにおいては、ガス化炉が有機性廃棄物をガス化残渣と熱分解ガスとに分解した後、後燃焼炉が熱分解ガスを燃焼させる。また、ガス化燃焼システムに対しては、環境保護の観点から、二酸化炭素（ＣＯ2）や、ＣＯ2の３１０倍程度の温室効果がある亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）に代表される温室効果ガスや、窒素酸化物（ＮＯx）の削減が要請されている。
【０００３】
特許文献１には、有機性廃棄物をガス化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３段の送風口を備えた後燃焼炉の燃焼制御装置が記載されている。この特許文献１に記載された燃焼制御装置においては、温度計が３段の送風口付近でそれぞれ炉内温度を計測し、各段の炉内温度から導いた炉内温度分布形状に基づいて、各段の送風口から送風する空気量を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０６５９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の制御方法においては、二次燃焼炉内の温度分布を求める必要があるとともに、温度分布に基づいて３段の送風口において空気量の制御が必要になるので、その処理が非常に複雑になってしまう問題があった。
【０００６】
そこで、このようなガス化燃焼システムにおける後燃焼炉において、内部で熱分布が生じる点について、本発明者は種々実験および検討を行った。そして、本発明者が得た知見によれば、特に、後燃焼炉内の熱分解ガスを燃焼させるための酸素を含有した気体である空気が供給される供給部付近において、局所的な燃焼による高温の領域（高温場）が生じやすい。
【０００７】
また、本発明者の知見によれば、下水汚泥などの有機性廃棄物を焼却するガス化燃焼システムにおいては、後燃焼炉内が９５０℃以上になると、有機性廃棄物に含まれる窒素（Ｎ）由来のＮＯxの生成が顕著になる。さらに、後燃焼炉内の温度が１０００℃以上になると、有機性廃棄物中の灰の成分が軟化して後燃焼炉の壁面に付着するクリンカが生じ、後燃焼炉の連続運転において不具合が発生する場合があった。そのため、ＮＯxの生成およびクリンカの発生を抑制するには、後燃焼炉内の内部を比較的低温にすることが望ましい。
【０００８】
一方、有機性廃棄物を燃焼させているときに後燃焼炉内の温度が低くなると、有機性廃棄物に含まれる窒素（Ｎ）に由来したＮ2Ｏが生成されてしまう。そのため、Ｎ2Ｏの生成を抑制するためには、後燃焼炉の内部を可能な限り高温にすることが望ましい。
【０００９】
このような互いに相反する要請から、ＮＯxの生成およびクリンカの発生を抑制しつつＮ2Ｏの生成を抑制するために、後燃焼炉の内部を９２０〜９５０℃の温度範囲に制御する必要がある。そこで、従来のガス化燃焼システムにおいては、後燃焼炉内を加熱するための補助燃料の使用量、燃焼空気量、および冷却水量を制御することによって、後燃焼炉の内部の温度が９２０〜９５０℃の範囲に収まるように制御しようとしていた。
【００１０】
しかしながら、本発明者の知見によれば、後燃焼炉において、供給される空気の吸気口付近において局所的に高温になる領域が存在することに起因して温度変動が生じやすいという問題があった。そのため、後燃焼炉の内部において温度の安定化を確保することが困難になり、ガス化燃焼設備といった有機性廃棄物の処理装置の運転に支障をきたしていた。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、有機性廃棄物の処理装置に備えられる後燃焼炉の内部の温度分布を安定化させて、窒素酸化物の生成およびクリンカの発生を抑制しつつ亜酸化窒素の生成を抑制することができる有機性廃棄物の処理装置および処理方法、並びに燃焼装置の制御方法および制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化手段と、ガス化手段から供給される熱分解ガスを、熱分解ガスの流れ方向に従って燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼手段と、後燃焼手段の内部に冷却用液体を供給可能に構成された冷却用液体供給手段と、後燃焼手段の内部に酸素を含有する気体を供給可能に構成された気体供給手段と、後燃焼手段の内部における酸素を含有する気体が供給される供給部のうちの流れ方向に沿った最下流側に設けられた供給部より下流側の位置の下流位置温度を計測する第１の温度計測手段と、後燃焼手段の内部における、熱分解ガスが供給される供給部より流れ方向に沿った下流側において後燃焼手段に酸素を含有する気体を供給する供給部のうちの最上流側に係る位置で、第１の温度計測手段より上流側の位置の上流位置温度を計測する第２の温度計測手段と、第１の温度計測手段により計測された下流位置温度および第２の温度計測手段により計測された上流位置温度を入力可能に構成されているとともに、気体供給手段により後燃焼手段に供給される酸素を含有する気体の流量を制御することによって下流位置温度を制御しつつ、上流位置温度と下流位置温度との温度差を算出して、算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、冷却用液体供給手段による冷却用液体の流量および気体供給手段による酸素を含有する気体の流量の少なくとも一方の流量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、上記の発明において、制御手段は、下流位置温度を所定温度範囲内に収まるように制御するとともに、算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、上流位置温度を制御するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化ステップと、ガス化ステップで分離された熱分解ガスを、熱分解ガスの流れ方向に従って燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼ステップと、後燃焼ステップが行われる後燃焼手段の内部における酸素を含有する気体が供給される供給部のうちの流れ方向に沿った最下流側に設けられた供給部より下流側の位置の下流位置温度を計測する第１の温度計測ステップと、後燃焼手段の内部における、熱分解ガスが供給される供給部より流れ方向に沿った下流側において後燃焼手段に酸素を含有する気体を供給する供給部のうちの最上流側に係る位置で、下流側の位置より上流側の位置の上流位置温度を計測する第２の温度計測ステップと、後燃焼手段に供給する酸素を含有する気体の流量を制御することにより下流位置温度を制御しつつ、第１の温度計測ステップにおいて計測した下流位置温度と第２の温度計測ステップにおいて計測した上流位置温度との温度差を算出して、算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、後燃焼手段の内部に供給される冷却用液体の流量および酸素を含有する気体の流量の少なくとも一方の流量を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、上記の発明において、制御ステップにおいて、下流位置温度を所定温度範囲内に収まるように制御するとともに、算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、上流位置温度を制御することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る燃焼装置の制御方法は、有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化手段から供給される熱分解ガスを、熱分解ガスの流れ方向に従って燃焼させて燃焼ガスを排出する燃焼装置の制御方法において、燃焼装置の内部における酸素を含有する気体が供給される供給部のうちの流れ方向に沿った最下流側に設けられた供給部より下流側の位置の下流位置温度を、燃焼装置に供給される酸素を含有する気体の流量を制御することによって制御しつつ、燃焼装置の内部における、熱分解ガスが供給される供給部より流れ方向に沿った下流側において燃焼装置に酸素を含有する気体が供給する供給部のうちの最上流側に係る位置で、下流側の位置より上流側の位置の上流位置温度と、下流位置温度との温度差を算出して、算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、燃焼装置の内部に供給される冷却用液体の流量および酸素を含有する気体の流量の少なくとも一方の流量を制御することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る燃焼装置の制御方法は、上記の発明において、下流位置温度を所定温度範囲内に収まるように制御するとともに、算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、上流位置温度を制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る制御装置は、有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化手段から供給される熱分解ガスを、熱分解ガスの流れ方向に従って燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼手段に対して、後燃焼手段の内部における酸素を含有する気体が供給される供給部のうちの流れ方向に沿った最下流側に設けられた供給部より下流側の位置の温度を計測する第１の温度計測手段が計測した下流位置温度と、後燃焼手段の内部における、熱分解ガスが供給される供給部より流れ方向に沿った下流側において後燃焼手段に酸素を含有する気体を供給する供給部のうちの最上流側に係る位置で、第１の温度計測手段より上流側の位置の温度を計測する第２の温度計測手段が計測した上流位置温度とを入力可能に構成されているとともに、後燃焼手段に供給される酸素を含有する気体の流量を制御することによって下流位置温度を制御しつつ、上流位置温度と下流位置温度との温度差を算出して、算出した温度差が所定温度差範囲に収まるように、後燃焼手段の内部に供給される冷却用液体の流量および酸素を含有する気体の流量の少なくとも一方の流量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る有機性廃棄物の処理装置および処理方法、並びに燃焼装置の制御方法および制御装置によれば、有機性廃棄物の処理装置に備えられる後燃焼装置の内部の温度分布を安定化させて、窒素酸化物の生成およびクリンカの発生を抑制しつつ亜酸化窒素の生成を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による有機性廃棄物の処理装置を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による後燃焼炉の制御を含む有機性廃棄物の処理方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。
【００２４】
（ガス化燃焼設備の構成）
まず、本発明の一実施形態による有機性廃棄物の処理装置について説明する。図１は、この一実施形態による有機性廃棄物の処理装置としてのガス化燃焼設備を示す。
【００２５】
図１に示すように、ガス化燃焼設備１は、乾燥機１１、搬送コンベヤ１２、乾燥ケーキフィーダ１３、ガス化炉１４、サイクロン１５、後燃焼装置である後燃焼炉１６、流動空気予熱器１７、乾燥ガス予熱器１８、燃焼ガス処理部１９、および排気筒２０を備えるとともに、これらを制御するための制御手段としての制御部３０を備える。さらに、ガス化燃焼設備１には、ガス化炉１４および後燃焼炉１６に冷却用液体としての冷却水を供給するための冷却用液体供給手段を構成する冷却水タンク２１が設けられている。
【００２６】
乾燥機１１は、下水汚泥などの有機性廃棄物３が投入されると、乾燥ガス予熱器１８から供給される例えば６００〜６５０℃程度の乾燥ガスを用いて有機性廃棄物３を乾燥可能に構成されている。乾燥機１１は、乾燥された有機性廃棄物３を搬送コンベヤ１２に供給可能に構成されている。また、乾燥機１１は、乾燥時に生じた乾燥ガスを、乾燥ガス予熱器１８に、乾燥ガス予熱器１８への供給ラインに設けられたファン４２ｂによって供給可能に構成されている。さらに、乾燥機１１は、乾燥時に生じた乾燥ガスを、後燃焼炉１６に、後燃焼炉１６への供給ラインに設けられたファン４２ｃによって供給可能に構成されている。
【００２７】
搬送コンベヤ１２は、乾燥機１１において乾燥された有機性廃棄物３を乾燥ケーキフィーダ１３に供給可能に構成されている。
【００２８】
搬送コンベヤ１２の後段に設けられた乾燥ケーキフィーダ１３は、乾燥された有機性廃棄物３を内部に設けられた回転フィーダ（図示せず）によって切り出して後段の装置に搬送する、有機性廃棄物３の搬送手段を構成している。また、乾燥ケーキフィーダ１３は、この回転フィーダを回転駆動させる駆動手段としてのモータ１３ａとインバータ１３ｂとを備える。モータ１３ａおよびインバータ１３ｂは制御部３０により制御される。この乾燥ケーキフィーダ１３は、乾燥された有機性廃棄物３を、その供給量を制御しつつガス化炉１４に供給可能に構成されている。
【００２９】
ガス化炉１４は、例えば循環流動床炉や気泡流動床炉などの流動床炉から構成されるガス化手段である。このガス化炉１４は、乾燥ケーキフィーダ１３から供給される有機性廃棄物３を、流動空気予熱器１７から供給される高温の空気を用いて、酸素比１以下の還元雰囲気で熱分解可能に構成されている。これによって、ガス化炉１４においては、有機性廃棄物３から、少なくとも、未燃焼炭素を含む熱分解残渣である炭化物と熱分解ガスとが生成する。また、ガス化炉１４を流動床炉から構成していることにより、その内部の温度を、例えば４５０〜８５０℃、好適には６００〜８００℃の範囲という比較的広範囲に変化させることができる。
【００３０】
また、ガス化炉１４は、例えば複数の熱電対からなる温度センサ１４ａを備える。この温度センサ１４ａは、ガス化炉１４内の温度を計測して制御部３０に供給する。
【００３１】
さらに、ガス化炉１４には、冷却水タンク２１から冷却水が供給される。冷却水タンク２１からガス化炉１４への供給ラインには、流量計４３ｂおよびバルブ４４ｂが設けられる。流量計４３ｂは、冷却水の流量値を出力して制御部３０に供給する。バルブ４４ｂは、制御部３０によって、その開度が制御される。制御部３０は、流量計４３ｂから供給される流量値に基づいてバルブ４４ｂの開度を制御することによって、ガス化炉１４への冷却水の供給流量を制御する。
【００３２】
また、ガス化炉１４には、ファン４２ａによって空気が供給される。ファン４２ａから流動空気予熱器１７を通じたガス化炉１４への供給ラインには、空気の流量を出力して制御部３０に供給する流量計４３ｄと制御部３０により制御されるバルブ４４ｄとが設けられている。制御部３０は、流量計４３ｄから供給される流量値に基づいてバルブ４４ｄを制御することによって、ガス化炉１４への空気の供給流量を制御する。
【００３３】
このように制御部３０は、ガス化炉１４に供給する冷却水および空気の供給流量を制御することによって、ガス化炉１４内の温度を制御可能に構成されている。また、ガス化炉１４は、補助燃料を用いた加熱手段であるバーナ（図示せず）を備える。このバーナは制御部３０により制御され、制御部３０は、バーナを制御することにより、ガス化炉１４内を加熱してガス化温度を上昇させる。
【００３４】
ガス化炉１４の後段に設けられたサイクロン１５は、例えば外筒および内筒から構成される。このサイクロン１５は、ガス化炉１４から供給される炭化物および熱分解ガスのうちの炭化物４を分離回収する、分離回収手段である。回収された炭化物４は、例えばドラム缶などに収納される。この炭化物４は、例えば、ガス化燃焼設備１に併設される焼却炉（図示せず）などにおける補助燃料や、化石燃料の代替として火力発電などの補助燃料として用いることができる。
【００３５】
サイクロン１５の後段には、後燃焼手段を含む後燃焼装置としての熱回収炉である後燃焼炉１６が設けられている。後燃焼炉１６は、サイクロン１５から配管を通じて供給される熱分解ガスを上部から流入させて燃焼させた後、例えば９００℃程度の燃焼ガスを下部側から排出するように構成されている。
【００３６】
この後燃焼炉１６内の高さ方向に沿った中央より下部の空間には、第１の温度計測手段としての例えば複数の熱電対からなる温度センサ１６ａが設けられている。温度センサ１６ａは、後燃焼炉１６の下部の雰囲気温度（下部温度）を計測して計測値を制御部３０に供給する。また、後燃焼炉１６内の温度センサ１６ａより高い位置である上部の空間には、第２の温度計測手段としての例えば複数の熱電対からなる温度センサ１６ｂが設けられている。温度センサ１６ｂは、後燃焼炉１６の上部の雰囲気温度（上部温度）を計測して、計測した温度のデータを制御部３０に供給する。
【００３７】
すなわち、これらの温度センサ１６ａ，１６ｂにおいて、温度センサ１６ｂは、温度センサ１６ａに対して後燃焼炉１６内で熱分解ガスが供給される側に設けられ、温度センサ１６ａは、温度センサ１６ｂに対して後燃焼炉１６内で燃焼ガスを排出する側に設けられている。
【００３８】
そして、これらの温度センサ１６ａと温度センサ１６ｂとの間隔は、後燃焼炉１６の内部の高さなどの寸法に応じて適宜決定される。具体的には、上部の温度センサ１６ｂは、乾燥機１１から供給される乾燥ガスを含む燃焼空気の供給部の近くに設けることが望ましい。また、下部の温度センサ１６ａは、燃焼空気を全て投入し終わる部分である、燃焼空気の供給部のうちの最も下の供給部の位置より低い位置に設けることが望ましい。これは、燃焼空気の投入量と熱分解ガスが保有する熱量とによって、後燃焼炉１６内で領域ごとの温度が変化するためである。
【００３９】
また、後燃焼炉１６は、冷却水タンク２１から供給される冷却水が、上部側から流入するように構成されている。冷却水タンク２１から後燃焼炉１６への供給ラインには、流量計４３ａおよびバルブ４４ａが設けられている。流量計４３ａは、供給ラインを流れる冷却水の流量を計測して流量値を制御部３０に供給する。バルブ４４ａは、流量計４３ａから制御部３０に供給される流量に基づいて、制御部３０によってその開度が制御される。冷却水タンク２１およびバルブ４４ａによって、冷却用液体供給手段が構成される。制御部３０は、流量計４３ａから供給される流量値に基づいてバルブ４４ａの開度を制御することによって、後燃焼炉１６への冷却水の供給流量を制御する。
【００４０】
さらに、後燃焼炉１６には、気体供給手段としてのファン４２ｄによって例えば２０℃程度の温度の、Ｏ2を含有する気体である空気が供給される。ファン４２ｄから後燃焼炉１６への供給ラインには、流量計４３ｃおよびバルブ４４ｃが設けられる。流量計４３ｃは、空気の流量を計測してその流量値を制御部３０に供給する。バルブ４４ｃは、制御部３０によってその開度が制御される。なお、空気の投入先は、図１に示すように、数箇所（図１中、２箇所）に分かれており、後燃焼炉１６内の温度分布に応じて、空気の分配量を変化させるように調整する。制御部３０は、流量計４３ｃから供給される流量値に基づいてバルブ４４ｃを制御することによって、後燃焼炉１６への空気の供給流量を制御する。また、後燃焼炉１６は、乾燥機１１から例えば２００℃程度の温度の乾燥ガスが供給される。
【００４１】
そして、制御部３０は、温度センサ１６ａから供給される後燃焼炉１６内の下部温度に基づいて、例えばＰＩＤ制御などにより後燃焼炉１６に供給する冷却水および空気の供給流量を制御することによって、後燃焼炉１６内の下部温度を調整する。また、後燃焼炉１６は、例えば都市ガスなどの補助燃料などを用いて内部を加熱する加熱手段であるバーナ（図示せず）を備える。制御部３０がバーナを制御することにより、後燃焼炉１６内を加熱して、その温度を上昇させる。
【００４２】
また、制御部３０は、温度センサ１６ａから供給される後燃焼炉１６内の下部温度に対する、温度センサ１６ｂから供給される後燃焼炉１６内の上部温度の温度差ΔＴに基づいて、この温度差ΔＴが、所定の温度差範囲になるような制御を行う。具体的には、制御部３０は、空気用のバルブ４４ｃの開度を制御して供給する空気を増減させたり、冷却水用のバルブ４４ａの開度を制御して供給する冷却水を増減させたりすることによって、後燃焼炉１６内の上部温度を制御する。これにより、制御部３０は、後燃焼炉１６内の全域の温度を８５０℃以上所定温度以下、具体的には例えば９２０℃以上９５０℃以下になるように制御可能に構成されている。なお、この制御の詳細については後述する。
【００４３】
後燃焼炉１６の後段に設けられた流動空気予熱器１７は、後燃焼炉１６から排出された燃焼ガスを通過させて後段の乾燥ガス予熱器１８に供給するとともに、燃焼ガスの熱をファン４２ａから供給される空気に移動させるように構成されている。流動空気予熱器１７は、熱が移動することで加熱された空気を流動空気としてガス化炉１４に供給する。
【００４４】
流動空気予熱器１７の後段に直列に連結された乾燥ガス予熱器１８は、流動空気予熱器１７から供給される燃焼ガスを通過させて後段の燃焼ガス処理部１９に供給するとともに、燃焼ガスの熱を乾燥機１１から供給される乾燥ガスに移動させるように構成されている。乾燥ガス予熱器１８は、熱を移動させた乾燥ガスを乾燥機１１に循環させるように供給する。これにより、後燃焼炉１６において生成した熱を、乾燥機１１における有機性廃棄物３の乾燥に循環させて利用することができる。
【００４５】
乾燥ガス予熱器１８の後段に設けられた燃焼ガス処理部１９は、例えば燃焼ガス冷却搭、燃焼ガス集塵機、および燃焼ガススクラバを有して構成されている。燃焼ガス処理部１９においては、燃焼ガス冷却搭によって空気を用いて燃焼ガスの温度を下げた後、燃焼ガス集塵機によって逆洗空気を用いて燃焼ガスから燃焼灰を除去し、燃焼ガススクラバによって燃焼ガスから有害ガスや微小粒子を除去する。また、燃焼ガス処理部１９は、有害ガスや微小粒子が除去されて温度が低下した燃焼ガスを、ファン４２ｆによって排気筒２０に供給可能に構成されている。排気筒２０は燃焼ガスを排気する排気手段である。
【００４６】
以上のようにして、この一実施形態によるガス化燃焼設備１が構成されている。次に、以上のように構成された、この一実施形態によるガス化燃焼設備１での有機性廃棄物の処理方法および後燃焼炉の制御方法について説明する。まず、上述した従来技術が有する課題を解決するために本発明者が鋭意検討を行った。以下に、その概要を説明する。
【００４７】
すなわち、従来技術においては、上述した一実施形態による後燃焼炉１６において下部温度を計測する温度センサ１６ａのみを設け、この温度センサ１６ａの計測値のみに基づいて温度を制御していた。具体的には、制御部３０は、温度センサ１６ａが計測した温度に基づいて、バルブ４４ａ，４４ｃを制御して、後燃焼炉１６内に供給する冷却水や空気を調整していた。これによって、制御部３０は、後燃焼炉１６内の温度を所定温度範囲、具体的には例えば９２０〜９５０℃程度になるようにＰＩＤ制御を行っていた。
【００４８】
ところが、本発明者の知見によると、後燃焼炉１６内においては、乾燥ガスや空気の供給部付近で局所的な燃焼による高温領域が生じる。さらに、後燃焼炉１６においては、乾燥ガスや空気などをすべて同じ位置から供給することは設計上困難であるため、やはり乾燥ガスや空気などの流入媒体の種類や供給部の位置に応じて、後燃焼炉１６内で温度分布が生じていた。具体的には、温度センサ１６ａが設けられている領域が９２０℃程度の適正な温度であった場合でも、後燃焼炉１６内の上部では１０００℃程度になり、クリンカが生じる場合があった。また、有機性廃棄物３において、含水率などの性状が変化することによって、サイクロン１５から供給される熱分解ガスの可燃分が変化して、後燃焼炉１６内の温度が変化する場合もあった。
【００４９】
そこで、本発明者は、このような後燃焼炉１６内で領域ごとに温度がばらついてしまうという問題を解決すべく鋭意検討を行い、後燃焼炉１６内の上部温度を制御することを想起するに至った。すなわち、この一実施形態による後燃焼炉１６のように、後燃焼炉１６内の上部に上部温度を計測する温度センサ１６ｂを設け、温度センサ１６ａを用いた下部温度の制御と同様にして、温度センサ１６ｂを用いて計測値に基づいた後燃焼炉１６内への空気や冷却水の供給量を制御する方法を試みた。
【００５０】
ところが、後燃焼炉１６内での上部温度を制御する方法を採用して、制御部３０が、上部温度が所定温度になるように供給する冷却水や空気の流量を制御すると、平均的に後燃焼炉１６内の下部にも影響が及んでしまう。これにより、後燃焼炉１６の下部温度が変動してしまうという問題が新たに生じることになった。この場合、後燃焼炉１６内の全域に亘って温度が安定しなくなるという問題は依然として解消されない。
【００５１】
そこで、本発明者はさらに種々実験を行いつつ検討を行い、下部温度と上部温度とが相互に影響を及ぼし得る点を改めて考慮して、後燃焼炉１６内の温度を安定化させて維持するためには、上部温度の変動と下部温度の変動とを関連させることが望ましいことを想起するに至った。すなわち、本発明者は、後燃焼炉１６内における局所的な高温領域の発生を回避するためには、後燃焼炉１６内において、下部温度を従来のように制御しつつ、上部温度と下部温度との差が所定範囲内、好ましくは一定値に維持されるように、後燃焼炉１６に供給する空気や冷却水の量を制御して、上部温度および下部温度を調整することが望ましいことを想起した。本発明は、以上の実験および検討に基づいて案出されたものである。
【００５２】
（有機性廃棄物の処理方法）
次に、以上の検討に基づいた、この一実施形態による有機性廃棄物の処理方法、およびこれに伴う後燃焼炉の制御方法について説明する。図２は、この一実施形態による有機性廃棄物の処理方法を示すフローチャートである。
【００５３】
図２に示すように、この一実施形態による有機性廃棄物の処理方法においては、まず、ステップＳＴ１において、外部から例えば下水汚泥などの有機性廃棄物３を、乾燥機１１に投入して例えば６００℃以上の雰囲気によって乾燥させた後、乾燥ケーキフィーダ１３を介してガス化炉１４に供給して、有機性廃棄物３の熱分解を行う。これにより、有機性廃棄物３は、熱分解ガスとガス化残渣である炭化物とに熱分解する。これらの熱分解ガスおよび炭化物は、サイクロン１５に供給される。その後、ステップＳＴ２に移行する。
【００５４】
ステップＳＴ２においては、サイクロン１５において炭化物を分離して回収した後、サイクロン１５は、分離された例えば７００℃程度の熱分解ガスを後燃焼炉１６に供給する。その後、ステップＳＴ３に移行する。
【００５５】
ステップＳＴ３においては、後燃焼炉１６において、サイクロン１５から供給された熱分解ガスを、ファン４２ｃによって乾燥機１１から供給される乾燥ガスと混合させつつ燃焼させる。このとき、後燃焼炉１６に供給される熱分解ガスに含まれる可燃分（熱量）に応じて、後燃焼炉１６内の温度が変動する場合もある。この状態でステップＳＴ４に移行する。
【００５６】
ステップＳＴ４においては、制御部３０の制御によって、温度センサ１６ａが後燃焼炉１６内の下部温度を計測して、その計測値を制御部３０に供給する。同様に、制御部３０の制御によって、温度センサ１６ｂが後燃焼炉１６内の上部温度を計測して、その計測値を制御部３０に供給する。これにより、制御部３０は、後燃焼炉１６の上部温度および下部温度の炉内温度を常時モニタリングする。そして、このステップＳＴ４を継続しつつステップＳＴ５に移行する。
【００５７】
ステップＳＴ５において、制御部３０は、後燃焼炉１６内の下部温度に基づいて、この下部温度が所定温度範囲に収まるように、各種制御を行う。具体的には、制御部３０は、バルブ４４ｃの開度を制御して後燃焼炉１６に供給する空気量を制御したり、バルブ４４ａの開度を制御して後燃焼炉１６に供給する冷却水量を制御したり、バーナ（図示せず）を制御して後燃焼炉１６内を加熱したりする。これによって、後燃焼炉１６内の下部温度が制御部３０によって調整される。そして、ステップＳＴ６に移行する。
【００５８】
ステップＳＴ６において、制御部３０は、後燃焼炉１６内で計測されている上部温度および下部温度に基づいて、下部温度に対する上部温度の差ΔＴ（ΔＴ＝上部温度−下部温度）が、所定温度差範囲内であるか否か、好ましくは所定温度差であるか否かの判断を行う。具体的には、制御部３０は、後燃焼炉１６内での温度差ΔＴが、例えば１０〜３０℃の範囲内であるか否か、好ましくは例えば１０℃であるか否かの判断を行う。
【００５９】
制御部３０が、後燃焼炉１６内における上部と下部との温度差ΔＴが例えば１０〜３０℃の所定温度差範囲内、好適には例えば１０℃の所定温度差であると判断している間（ステップＳＴ６：Ｙｅｓ）は、ステップＳＴ１〜ＳＴ６の有機性廃棄物に対する処理を継続して行う。なお、以上のステップＳＴ１〜ＳＴ６は、ガス化燃焼設備１においてそれぞれ並行しつつ継続して実行される。
【００６０】
一方、後燃焼炉１６内における上部と下部との温度差ΔＴが所定温度差範囲外である場合（ステップＳＴ６：Ｎｏ）には、ステップＳＴ７に移行する。
【００６１】
ステップＳＴ７において、制御部３０は、後燃焼炉１６内で計測している上部温度と下部温度とに基づいて、バルブ４４ｃの開度を制御して後燃焼炉１６に供給する空気量を制御したり、バルブ４４ａの開度を制御して後燃焼炉１６に供給する冷却水量を制御したりする。具体的には、後燃焼炉１６内の下部温度に対して上部温度が所定温度差範囲よりも高い温度の場合、例えば、後燃焼炉１６に供給する冷却水の量を増加させたり空気の量を減少させたりすることによって上部温度を下降させる。反対に、上部温度が、下部温度に所定温度差範囲を加算した温度よりも低い温度の場合、後燃焼炉１６に供給する冷却水の量を減少させたり空気の量を増加させたりすることによって上部温度を上昇させる。なお、必要に応じて、後燃焼炉１６が備えるバーナを制御して内部の温度を上昇させてもよい。
【００６２】
このとき、後燃焼炉１６の上部温度を調整すると、平均的に下部温度にも影響が生じる。そこで、ステップＳＴ７での制御を行いつつステップＳＴ４に移行する。そして、制御部３０は、ステップＳＴ６において後燃焼炉１６内の上部と下部との温度差ΔＴが所定温度差範囲内、好適には所定値に収まるまで、ステップＳＴ１〜ＳＴ３を継続しつつ、ステップＳＴ４〜ＳＴ７を繰り返し実行する。
【００６３】
以上のように、ガス化燃焼設備１において、後燃焼炉１６内の温度制御を行いつつ有機性廃棄物３の処理が行われる。そして、本発明者が、この一実施形態によるガス化燃焼設備１において、後燃焼炉１６内に局所的な高温領域が存在するか否かを測定したところ、後燃焼炉１６内の全域において９２０〜９５０℃の温度で安定して運転していることが確認された。また、後燃焼炉１６の後段において、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）および窒素酸化物（ＮＯx）を測定したところ、それらの濃度は低いことが確認され、温室効果ガスの放出も抑制できることが確認された。
【００６４】
以上説明した本発明の一実施形態によれば、後燃焼炉１６内における上部領域と下部領域との温度差ΔＴを計測して、この温度差ΔＴが所定温度差範囲内、好適には所定温度差になるように、後燃焼炉１６に供給する冷却水の流量および空気の流量の少なくとも一方を制御していることにより、後燃焼炉１６の内部の全域において、局所的高温領域の発生を抑制することができ、後燃焼炉１６を安定して運転することができる。
【００６５】
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【００６６】
また、上述の一実施形態においては、後燃焼炉１６内の上部と下部との温度差ΔＴが正の場合を例に説明したが、温度差ΔＴが負の場合、すなわち下部温度より上部温度が低い場合も同様の制御を行うことが可能である。
【００６７】
また、上述の一実施形態においては、ガス化炉１４を流動床炉から構成しているが、比較的広範囲の温度変化が可能な炉であれば、必ずしも流動床炉に限定されるものではなく、例えばロータリーキルンなどの炉を採用することも可能である。
【００６８】
また、上述の一実施形態においては、分離回収手段としてサイクロンを採用しているが、セラミックフィルタなどの、炭化物を分離回収可能な分離回収装置を採用することも可能である。
【００６９】
また、上述の一実施形態においては、制御部３０が、後燃焼炉１６内の下部温度を例えばＰＩＤ制御などの制御によって調整するとともに、上部温度を下部温度との差が所定温度差範囲内に収まるように調整しているが、必ずしもこの方法に限定されるものではない。例えば、制御部３０が後燃焼炉１６内の上部温度をＰＩＤ制御などの制御によって調整しつつ、下部温度を上部温度との差が所定温度差範囲内に収まるように調整することも可能である。
【００７０】
また、上述の一実施形態においては、本発明をガス化燃焼設備に適用しているが、必ずしもガス化燃焼設備に限定されるものではなく、炭化システムに適用することも可能である。また、上述の一実施形態においては、燃焼装置または後燃焼手段として後燃焼炉を採用しているが、必ずしも後燃焼炉に限定されるものではなく、燃焼ボイラを採用することも可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  ガス化燃焼設備
３  有機性廃棄物
４  炭化物
１１  乾燥機
１２  搬送コンベヤ
１３  乾燥ケーキフィーダ
１３ａ  モータ
１３ｂ  インバータ
１４  ガス化炉
１４ａ，１６ａ，１６ｂ  温度センサ
１５  サイクロン
１６  後燃焼炉
１７  流動空気予熱器
１８  乾燥ガス予熱器
１９  燃焼ガス処理部
２０  排気筒
２１  冷却水タンク
３０  制御部
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｆ  ファン
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ  流量計
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ  バルブ
【図１】
0005401578.tif 000002
【図２】
0005401578.tif 000003