(57)【要約】【課題】  ＣＯ濃度を増加させることなく、炉出口のＮＯｘ濃度の大幅な低減を可能とするストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法およびストーカ炉を提供する。【解決手段】  前側の天井壁から後方に向けて前側からの再循環排ガスを、後壁または後側天井壁から前方に向けて後側からの再循環排ガスをそれぞれ供給する。燃焼室内温度分布を計測して、予め設定されている基準範囲に対して火格子上の燃焼位置が前後方向のどの位置にあるかを求める。燃焼位置が基準範囲に比べて前寄りにある場合、後寄りにある場合および基準範囲内にある場合に場合分けし、各場合に応じて前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの配分比を変更する。【選択図】    図４
2014167353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次空気が供給される下部の一次燃焼室と、二次空気が供給される上部の二次燃焼室と、一次燃焼室の底部に設置された複数の火格子とを備えており、一次燃焼室は、投入ホッパが設けられている前壁、前側の天井壁、後壁および後側の天井壁を有し、一次燃焼室内に再循環排ガスを供給するストーカ炉において、再循環排ガスの供給を制御する方法であって、
前側の天井壁から後方に向けて前側からの再循環排ガスを、後壁または後側天井壁から前方に向けて後側からの再循環排ガスをそれぞれ供給するとともに、一次燃焼室内温度分布を計測して、火格子上の燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方について、予め設定されている基準範囲に対して前後方向のどの位置にあるかを求め、燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方が基準範囲に比べて前寄りにある場合、後寄りにある場合および基準範囲内にある場合の少なくとも３つに場合分けし、各場合に応じて前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの配分比を変更することを特徴とするストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法。
【請求項２】
燃焼開始位置が基準範囲よりも前寄りにある場合は、前側からの再循環排ガス量を下げるとともに、後側からの再循環排ガス量を上げ、燃焼開始位置が基準範囲よりも後寄りにある場合は、前側からの再循環排ガス量を上げるとともに、後側からの再循環排ガス量を下げるように制御することを特徴とする請求項１のストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法。
【請求項３】
燃焼開始位置が基準範囲に比べて前寄りにある場合には、燃え切り位置が基準範囲に比べて前寄りにある場合と後寄りにある場合とにさらに場合分けし、各場合に応じて前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの配分比を変更することを特徴とする請求項１または２のストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法。
【請求項４】
一次燃焼室内温度分布を赤外線カメラによって計測することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法。
【請求項５】
二次燃焼室内に設けた放射温度計を用いて燃焼室内温度を計測することで、燃焼状態を計測し、燃焼状態が予め設定されている基準状態よりも激しい場合は、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をともに上げ、燃焼状態が基準状態よりも穏やかな場合は、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をともに下げることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法。
【請求項６】
火格子上の燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方を移動させるために、給じん量および火格子速度の少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載のストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法。
【請求項７】
燃焼開始位置および燃え切り位置のいずれもが基準範囲よりも前側にある場合、少なくとも一方が基準範囲よりも後側にくるように、給じん量の減少および乾燥段の火格子速度の上昇の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項６のストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法。
【請求項８】
一次空気が供給される下部の一次燃焼室と、二次空気が供給される上部の二次燃焼室と、一次燃焼室の底部に設置された複数の火格子とを備えており、一次燃焼室は、投入ホッパが設けられている前壁、前側の天井壁、後壁および後側の天井壁を有し、一次燃焼室内に再循環排ガスを供給するストーカ炉において、
前側の天井壁から後方に向けて前側からの再循環排ガスを、後壁または後側天井壁から前方に向けて後側からの再循環排ガスをそれぞれ供給する再循環排ガス供給装置と、一次燃焼室内温度分布を計測する温度分布計測装置と、ＣＯ濃度およびＮＯｘ濃度を低減するように燃焼を制御する制御装置とを備えており、
制御装置は、温度分布計測装置の出力データから一次燃焼室内の温度分布を求めて燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方を演算する燃焼位置演算部と、再循環排ガスの供給量を制御する再循環排ガス制御部とを備えており、
再循環排ガス制御部は、火格子上の燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方について、予め設定されている基準範囲に対して前後方向のどの位置にあるかを求め、燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方が基準範囲に比べて前寄りにある場合、後寄りにある場合および基準範囲内にある場合の少なくとも３つに場合分けし、各場合に応じて前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの配分比を変更することを特徴とするストーカ炉。
【請求項９】
再循環排ガス制御部は、燃焼開始位置が基準範囲よりも前寄りにある場合は、前側からの再循環排ガス量を下げるとともに、後側からの再循環排ガス量を上げ、燃焼開始位置が基準範囲よりも後寄りにある場合は、前側からの再循環排ガス量を上げるとともに、後側からの再循環排ガス量を下げるように制御することを特徴とする請求項８のストーカ炉。
【請求項１０】
再循環排ガス制御部は、燃焼開始位置が基準範囲に比べて前寄りにある場合には、燃え切り位置が基準範囲に比べて前寄りにある場合と後寄りにある場合とにさらに場合分けし、各場合に応じて前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの配分比を変更することを特徴とする請求項８または９のストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法。
【請求項１１】
温度分布計測装置は赤外線カメラであることを特徴とする請求項８から１０までのいずれかに記載のストーカ炉。
【請求項１２】
二次燃焼室内に設けられて燃焼室内温度を計測する放射温度計をさらに備えており、制御装置は、放射温度計の出力データから燃焼状態を演算する燃焼状態演算部をさらに備えており、
再循環排ガス制御部は、燃焼状態が予め設定されている基準状態よりも激しい場合は、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をともに上げ、燃焼状態が基準状態よりも穏やかな場合は、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をともに下げることを特徴とする請求項８から１１までのいずれかに記載のストーカ炉。
【請求項１３】
制御装置は、乾燥段火格子への給じん量を制御する給じん量制御部と、各火格子の移動速度を制御する火格子速度制御部とをさらに備えており、火格子上の燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方を移動させるために、給じん量および火格子速度の少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項８から１２までのいずれかに記載のストーカ炉。
【請求項１４】
制御装置は、燃焼開始位置および燃え切り位置のいずれもが基準範囲よりも前側にある場合、少なくとも一方が基準範囲よりも後側にくるように、給じん量制御部による給じん量の減少および火格子速度制御部による乾燥段の火格子速度の上昇の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項１３のストーカ炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法およびストーカ炉に関し、特に、ごみ燃焼用などに使用されて、排気ガス中のＣＯおよびＮＯｘの低減が課題となっているストーカ炉における再循環排ガス供給制御方法および適正な再循環排ガス供給制御が可能なストーカ炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ストーカ炉から排出された排気ガス（この明細書において「再循環排ガス」と称す）をストーカ炉内の火格子よりも上部に供給することで、窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と称す）を抑制する運転法が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、ストーカ炉の二次燃焼室に適当量の二次空気を供給するとともに、再循環排ガスを二次燃焼室に供給することで、ＣＯの生成を抑制する運転法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献３には、赤外線カメラを使用して、着火位置（燃焼開始位置）および燃え切り位置を求め、着火位置などの位置制御を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−４４５１３号公報
【特許文献２】特開平５−１１３２０８号公報
【特許文献３】特許第３９１６４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されているように、再循環排ガスを供給することにより、二次空気のみを供給する場合に比べて、ＮＯｘを抑制することができるが、例えばごみ焼却を行うストーカ炉に対し、炉出口のＮＯｘ濃度の大幅な低減目標（例えば２０ｐｐｍ以下というような厳しい目標値）を設定した場合、再循環排ガスの供給量を制御するだけでは、目標を達成することは困難であった。また、ＮＯｘ濃度を低減するように再循環排ガスの供給量を制御すると、ＣＯ濃度が増加することがあり、これによっても、目標を達成するための制御が困難なものとなっていた。
【０００７】
この発明の目的は、ＣＯ濃度を増加させることなく、炉出口のＮＯｘ濃度の大幅な低減を可能とするストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法およびストーカ炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によるストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法は、一次空気が供給される下部の一次燃焼室と、二次空気が供給される上部の二次燃焼室と、一次燃焼室の底部に設置された複数の火格子とを備えており、一次燃焼室は、投入ホッパが設けられている前壁、前側の天井壁、後壁および後側の天井壁を有し、一次燃焼室内に再循環排ガスを供給するストーカ炉において、再循環排ガスの供給を制御する方法であって、前側の天井壁から後方に向けて前側からの再循環排ガスを、後壁または後側天井壁から前方に向けて後側からの再循環排ガスをそれぞれ供給するとともに、一次燃焼室内温度分布を計測して、火格子上の燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方について、予め設定されている基準範囲に対して前後方向のどの位置にあるかを求め、燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方が基準範囲に比べて前寄りにある場合、後寄りにある場合および基準範囲内にある場合の少なくとも３つに場合分けし、各場合に応じて前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの配分比を変更することを特徴とするものである。
【０００９】
なお、本発明において一次燃焼室と二次燃焼室とを特に区別する必要のない場合には、単に燃焼室と呼ぶことにする。
【００１０】
また、この発明によるストーカ炉は、一次空気が供給される下部の一次燃焼室と、二次空気が供給される上部の二次燃焼室と、一次燃焼室の底部に設置された複数の火格子とを備えており、一次燃焼室は、投入ホッパが設けられている前壁、前側の天井壁、後壁および後側の天井壁を有し、一次燃焼室内に再循環排ガスを供給するストーカ炉において、前側の天井壁から後方に向けて前側からの再循環排ガスを、後壁または後側天井壁から前方に向けて後側からの再循環排ガスをそれぞれ供給する再循環排ガス供給装置と、一次燃焼室内温度分布を計測する温度分布計測装置と、ＣＯ濃度およびＮＯｘ濃度を低減するように燃焼を制御する制御装置とを備えており、制御装置は、温度分布計測装置の出力データから一次燃焼室内の温度分布を求めて燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方を演算する燃焼位置演算部と、再循環排ガスの供給量を制御する再循環排ガス制御部とを備えており、再循環排ガス制御部は、火格子上の燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方について、予め設定されている基準範囲に対して前後方向のどの位置にあるかを求め、燃焼開始位置および燃え切り位置の少なくとも一方が基準範囲に比べて前寄りにある場合、後寄りにある場合および基準範囲内にある場合の少なくとも３つに場合分けし、各場合に応じて前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの配分比を変更することを特徴とするものである。
【００１１】
この発明では、好ましい制御を行うために、まず、一次燃焼室内に前側および後側から再循環排ガスを供給することにする。また、現在の燃焼状態がどのような状態かを特定するために、燃焼開始位置および／または燃え切り位置の基準範囲を予め設定しておく。火格子上の燃焼開始位置および燃え切り位置は、一次燃焼室内温度分布を計測することで求めることができる。一次燃焼室内温度分布は、赤外線カメラによって計測することが好ましい。火格子は、前側から、乾燥段、燃焼段および後燃焼段と区別され、通常、乾燥段の最終位置から燃焼段の前側位置にかけての部分で燃焼が開始し、燃焼段の後側部分でほぼ燃焼した後、後燃焼段で燃え切るようになっている。
【００１２】
この発明では、ＣＯ濃度を増加させることなく、炉出口のＮＯｘ濃度の大幅な低減を可能とするために、時々刻々変化する火格子上の燃焼位置（燃焼開始位置および／または燃え切り位置）に着目し、現在の燃焼位置が前後方向のどの位置にあるかを求め、燃焼位置が基準範囲に比べて前寄りにある場合、後寄りにある場合および基準範囲内にある場合の少なくとも３つに場合分けするものとする。このような場合分けを行うと、燃焼位置が前寄りにある場合には、燃焼位置が基準範囲および後寄りにある場合に比べて、ＣＯの濃度が増加する傾向が大であり、ＣＯ増加を抑える制御が必要となることが分かった。つまり、燃焼位置が前寄りにある場合に他の場合とは異なる制御を行うことにより、適正な制御が可能となり、場合分けしない場合に比べて、ＮＯｘ濃度の大幅な低減を可能とし、しかも、ＣＯ濃度の増加を防止できる。
【００１３】
場合分けに際し、燃焼開始位置は、前寄りであるが、燃え切り位置が後寄りの場合については、「広域」として、前寄り、基準範囲内および後寄りとは別の制御とすることが好ましい。前寄り、基準範囲内、後寄りおよび広域の４つの場合に分けた場合、通常、前寄りの場合は、他の３つの場合と異なる配分比とされ、基準範囲内、後寄りおよび広域の３つの場合については、必要に応じて、そのうちの２つまたは３つの場合が同じ配分比とされることがある。
【００１４】
具体的な制御方法としては、燃焼開始位置が基準範囲よりも前寄りにある場合は、前側からの再循環排ガス量を下げるとともに、後側からの再循環排ガス量を上げ、燃焼開始位置が基準範囲よりも後寄りにある場合は、前側からの再循環排ガス量を上げるとともに、後側からの再循環排ガス量を下げるように制御することが好ましい。
【００１５】
このようにすると、燃焼開始位置によらずに、ＮＯｘ濃度の大幅な低減が可能となり、しかも、ＣＯ濃度が増加する燃焼開始位置が前寄りにある場合において、ＣＯ濃度の増加を抑制することができる。
【００１６】
再循環排ガスの配分比は、前寄りの場合は、例えば３０／７０〜４０／６０程度とされ、これ以外の場合は、例えば５０／５０〜４０／６０程度とされる。再循環排ガスの配分比以外の値については、適宜設定すればよく、例えば、再循環排ガス比率は１０〜３５％、一次空気比は０．７〜１．２、総空気比は１．１〜１．４０、一次燃焼室出口の温度は９００〜１１００℃、一次燃焼室出口の燃焼効率は８０〜９８％、二次燃焼室上流側の温度は８５０〜１１００℃などと設定される。
【００１７】
この発明において、二次燃焼室内に設けた放射温度計を用いて燃焼室内温度を計測することで、燃焼状態を計測し、燃焼状態が予め設定されている基準状態よりも激しい場合は、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をともに上げ、燃焼状態が基準状態よりも穏やかな場合は、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をともに下げることがより好ましい。
【００１８】
赤外線カメラを使用することによって、被燃焼物層の表面温度を測定することができ、前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの配分比については、燃焼位置（燃焼開始位置および／または燃え切り位置）に基づいて制御する。また、放射温度計を使用することによって、燃焼室内温度つまり被燃焼物の燃焼状態を計測することができ、燃焼状態が基準状態よりも激しい場合には、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をともに上げ、燃焼状態が基準状態よりも穏やかな場合には、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をともに下げるようにすることで、ＮＯｘ濃度の大幅な低減を可能とし、しかも、ＣＯ濃度の増加を防止できる制御をより精度よく行うことができる。
【００１９】
なお、被燃焼物が都市ごみ等のごみである場合の焼却に際しては、燃焼開始位置および燃え切り位置が変動し、再循環排ガスの供給を制御することで燃焼開始位置等を調整することは困難であるので、燃焼開始位置および燃え切り位置を変更する必要がある場合、給じん量および火格子速度の少なくとも一方を操作することでこの位置変更を行うことが好ましい。
【００２０】
燃焼開始位置および燃え切り位置の変更に際しては、燃焼開始位置および燃え切り位置のいずれもが基準範囲よりも前側にある場合、少なくとも一方が基準範囲よりも後側にくるように、給じん量の減少および乾燥段の火格子速度の上昇の少なくとも一方を実行することが好ましい。
【００２１】
燃焼開始位置および燃え切り位置については、いずれもが基準範囲よりも前側にある場合が、ＣＯおよびＮＯｘの低減を両立させるのに困難な場合となっており、この場合に、上記再循環排ガスの配分比を変更するとともに、燃焼開始位置および燃え切り位置をＣＯおよびＮＯｘの低減を両立させやすい側（少なくとも一方が基準範囲よりも後側）へと移動させることにより、ＣＯおよびＮＯｘの低減の両立のためのより好ましい制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明のストーカ炉の再循環排ガス供給制御方法およびストーカ炉によると、燃焼開始位置が前寄りにある場合と燃焼開始位置が基準範囲および後寄りにある場合とで異なる制御を行うことにより、適正な制御が可能となり、場合分けしない場合に比べて、ＮＯｘ濃度の大幅な低減を可能とし、しかも、ＣＯ濃度が増加することも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、この発明によるストーカ炉の１実施形態を示す図である。
【図２】図２は、ストーカ炉の制御装置の要部を示すブロック図である。
【図３】図３は、ストーカ炉における制御結果の一例示す図で、（ａ）は、適正な制御が行われている場合の１例、（ｂ）は、適正な制御が行われていない場合の１例をそれぞれ示している。
【図４】図４は、この発明によるストーカ炉において、燃焼開始位置が異なる３つの場合および各場合における適正な制御状態を示す図である。（ａ）は、燃焼開始位置が前寄りにある場合、（ｂ）は、燃焼開始位置が基準範囲内にある場合、（ｃ）は、燃焼開始位置が後寄りにある場合をそれぞれ示している。
【図５】図５は、燃焼位置が前寄りにある場合における前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの配分比を変更した場合についての燃焼排ガスの流れを示す図で、（ａ）は、適正な制御が行われていない場合の１例、（ｂ）は適正な制御が行われている場合の１例をそれぞれ示している。
【図６ａ】図６ａは、燃焼位置が異なる場合における各火格子上でのごみの状態変化を示す図のうち、燃焼位置が前寄りにある場合を示している。
【図６ｂ】図６ｂは、燃焼位置が異なる場合における各火格子上でのごみの状態変化を示す図のうち、燃焼位置が基準範囲にある場合を示している。
【図６ｃ】図６ｃは、燃焼位置が異なる場合における各火格子上でのごみの状態変化を示す図のうち、燃焼位置が後寄りにある場合を示している。
【図６ｄ】図６ｄは、燃焼位置が異なる場合における各火格子上でのごみの状態変化を示す図のうち、燃焼位置が広域にある場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、図１の左側を前側、図１の右側を後側というものとする。
【００２５】
図１は、この発明によるストーカ炉の１実施形態を概略的に示している。ストーカ炉(1)は、都市ごみ等のごみを焼却するためのもので、一次空気が供給される下部の一次燃焼室(2)と、二次空気が供給される上部の二次燃焼室(3)とが連結する様式になっている。
【００２６】
一次燃焼室(2)の底部には、複数の火格子(4a)(4b)(4c)(4d)が設置されている。複数の火格子(4a)(4b)(4c)(4d)は、前側にあって炉内の熱によりごみを乾燥させる部分である乾燥段火格子(4a)と、乾燥段火格子(4a)の後側にあって乾燥したごみが着火して主燃焼する部分である第１の燃焼段火格子(4b)および第２の燃焼段火格子(4c)と、燃焼段火格子(4b)(4c)の後側にあって燃え残りを完全燃焼させる部分である後燃焼段火格子(4d)とに区分されている。
【００２７】
各火格子(4a)(4b)(4c)(4d)は、火格子駆動手段(5)によって前後方向に移動させられ、これによってごみが後流側に移動させられる。
【００２８】
一次燃焼室(2)は、前壁(11)、前側の天井壁(12)、後壁(13)および後側の天井壁(14)を有しており、前側の天井壁(12)と後側の天井壁(14)との間の開口が二次燃焼室(3)への入口となっている。前側天井壁(12)は、乾燥段火格子(4a)の上方に位置している。
【００２９】
一次燃焼室(2)の前壁(11)には、焼却すべきごみが投入される投入ホッパ(6)と、ごみを乾燥段火格子(4a)上に供給するプッシャ（給じん装置）(7)とが設けられている。
【００３０】
各火格子(4a)(4b)(4c)(4d)には、送風機(8a)を有する空気供給装置(8)によって、燃焼用一次空気が供給される。二次燃焼室(3)には、二次空気供給用ノズル(9)によって二次空気が供給される。
【００３１】
一次燃焼室(2)内には、再循環排ガス供給装置(10)によって再循環排ガス（図１においては、「ＥＧＲ」と略称する）が供給される。前側天井壁(12)には、前側から再循環排ガスを供給するノズル(10a)が複数箇所にわたって設けられており、後壁(13)には、後側から再循環排ガスを供給するノズル(10b)が複数箇所にわたって設けられている。これらのノズル(10a)(10b)により、一次燃焼室(2)内には、二次燃焼室(3)から排出された再循環排ガスが矢印の方向に供給されている。
【００３２】
前側天井壁(12)からの再循環排ガスの供給方向は、水平方向に対して下向き１５°〜上向き１５°が好ましく、後壁(13)からの再循環排ガスの供給方向は、水平方向〜水平方向に対して上向き２０°が好ましい。後側から再循環排ガスを供給するには、後壁(13)に代えて、後側の天井壁(14)から供給するようにしてもよい。
【００３３】
プッシャ(7)によって乾燥段火格子(4a)上に供給されるごみの給じん量、火格子駆動手段(5)によって移動させられる各火格子(4a)(4b)(4c)(4d)の移動速度、空気供給装置(8)によって一次燃焼室(2)に供給される一次空気供給量、前側の天井壁(12)および後壁(13)から供給される再循環排ガス量などは、図２に示す制御装置(20)によって制御されている。
【００３４】
一次燃焼室(2)の上方において後燃焼段火格子(4d)の上方に位置する後側天井壁(14)には、一次燃焼室(2)内の温度分布を計測する赤外線カメラ（温度分布計測装置）(15)が設けられている。
【００３５】
二次燃焼室(3)内には、燃焼室内の温度を計測する放射温度計（パイロメータ）(16)が設けられている。放射温度計(16)によると、燃焼室内温度を計測することができ、これにより、ごみの燃焼状態（火炎状態）を判断することができる。
【００３６】
前側天井壁(12)および後壁(13)から一次燃焼室(2)内に再循環排ガスをそれぞれ供給すると、ごみ層からの燃焼排ガスが前側天井壁(12)側および後壁(13)側にそれぞれ引き寄せられ、一次燃焼室(2)全体が燃焼空間として有効に活用される。前側天井壁(12)側に引き寄せられる燃焼排ガスは、ＮＯｘ前駆物質（ＮＨ３）および可燃ガスを主に含んでいる。後壁(13)側に引き寄せられる燃焼排ガスは、固定炭素から発生する可燃ガス（ＣＯ）および酸素を主に含み、ＮＯｘ前駆物質をあまり含んでいない。このため、後壁(13)側では、ＮＯｘ前駆物質が存在していない状態でＣＯを十分に燃焼させることができる。したがって、前側天井壁(12)側に引き寄せられる燃焼排ガスと後壁(13)側に引き寄せられる燃焼排ガスとが二次燃焼室(3)で混合し、燃焼しても温度上昇が緩和される。これにより、ＮＯｘ量を低減することができる。
【００３７】
前側からの再循環排ガスの噴流の影響が相対的に強い場合、ＮＯｘ前駆物質および可燃ガスが前壁(11)側に集中し、その結果、二次燃焼室(3)入口のＮＯｘ前駆物質が増加し、かつ、二次燃焼室(3)の温度が上昇するため、発生するＮＯｘ量が増加する。逆に、後側からの再循環排ガスの噴流の影響が相対的に強い場合、後壁(13)側にＮＯｘ前駆物質が流れ、固定炭素の燃焼によって高温化した雰囲気の中で、ＮＯｘ前駆物質がＮＯｘへと変化し、その結果、この場合にも、発生するＮＯｘ量が増加する。
【００３８】
したがって、前側からの再循環排ガスおよび後側からの再循環排ガスのそれぞれの供給量を適正に制御することにより、発生するＮＯｘ量を低減することが可能となる。
【００３９】
前側からの再循環排ガスおよび後側からの再循環排ガスのそれぞれの供給量を適正にするため、汎用ソフトFluent Ver.6.3を用いた熱流体解析で得られた要点部分を図３から図５までおよび表１に示す。
【表１】
2014167353.tif 000003
【００４０】
なお、表１において、ηは燃焼効率を意味し、以下の式で求められる。
【００４１】
η＝１−ΔＨｎＦｎ／ＨＩＦＩ
ΔＨｎ：一次燃焼室出口における未燃焼可燃分の低位発熱量［ｋＪ／ｋｇ］、Ｆｎ：一次燃焼室出口の通過ガスの質量流量［ｋｇ／ｈ］、ＨＩ：流入可燃分の低位発熱量［ｋＪ／ｋｇ］、ＦＩ：流入可燃分の質量流量［ｋｇ／ｈ］。
【００４２】
図３（ａ）は、適正な制御が行われている場合の１例を示しており、二次燃焼室(3)出口のＣＯ濃度０．６ｐｐｍで炉出口のＮＯｘ濃度１６ｐｐｍという低ＮＯｘかつ低ＣＯ燃焼が実現している。
【００４３】
図３（ｂ）は、適正な制御が行われていない（後側からの再循環排ガスの噴流の影響が強い）場合の１例を示している。図３（ｂ）の温度分布は、図３（ａ）に比べて、一次燃焼室(2)の後側から二次燃焼室(3)に入る燃焼排ガスの温度が高くなっており、二次燃焼室(3)出口のＣＯ濃度０．３ｐｐｍで炉出口のＮＯｘ濃度３５ｐｐｍであり、低ＣＯであるが高ＮＯｘという問題を有している。
【００４４】
図４において、（ｂ）は、基準範囲内の燃焼が行われている状態を示しており、前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの配分比を前側４５／後側５５とすることで、ＮＯｘ量が９ｐｐｍでＣＯ量が０．１ｐｐｍという低ＮＯｘかつ低ＣＯ燃焼が実現している（表１の燃焼位置「基準範囲」を参照）。なお、再循環排ガス比率は、炉出口の排気ガスに対して３０．４％であり、一次空気比は０．８９、二次空気比は０．１５と設定されている。
【００４５】
図４（ａ）および（ｃ）は、燃焼位置（燃焼開始位置および燃え切り位置）が異なる場合における適正な制御状態を示している。燃焼開始位置は、基準範囲内の（ｂ）に比べて、（ａ）においては、前側に寄っており、（ｃ）においては、後側に寄っていることにより、燃焼位置の前寄り、基準範囲内および後寄りを区別することができる。図４（ａ）に示す前寄りの場合、ＮＯｘ量が７ｐｐｍでＣＯ濃度が２．４ｐｐｍ（表１の燃焼位置「前寄り」の配分比３５／６５を参照）、図４（ｃ）に示す後寄りの場合、ＮＯｘ量が８ｐｐｍでＣＯ濃度が０．２ｐｐｍ（表１の燃焼位置「後寄り」を参照）となっている。
【００４６】
図５において、（ａ）は、燃焼位置が前寄りの場合で配分比を前側５０／後側５０とした場合、（ｂ）は、燃焼位置が前寄りの場合で配分比を前側３５／後側６５とした場合について、それぞれの燃焼ガス流線を示している。図５（ａ）によると、配分比が前側５０／後側５０では、適正条件に比べると、前側からの再循環排ガスが相対的に多くなっており、燃焼ガスが前側に強く引き寄せられ、その結果、一次燃焼室(2)出口の燃焼効率が低く、二次燃焼室(3)出口のＣＯ濃度およびＮＨ３濃度が高くなっている（表１の燃焼位置「前寄り」の配分比５０／５０を参照）。これに対し、図５（ｂ）によると、配分比を前側３５／後側６５とすることで、適正条件になっており、燃焼ガスが前側に引き寄せられにくくなり、その結果、一次燃焼室(2)出口の燃焼効率が改善され、二次燃焼室(3)出口のＣＯ濃度およびＮＨ３濃度が低くなっている（表１の燃焼位置「前寄り」の配分比３５／６５を参照）。
【００４７】
図６ａから図６ｄまでには、燃焼位置が異なる場合における各火格子上でのごみの状態変化を示している。図６ａが前寄り、図６ｂが基準範囲、図６ｃが後寄り、図６ｄが広域に相当している。図６ａから図６ｄまでにおいて、各火格子(4a)(4b)(4c)(4d)がそれぞれ７つ、８つ、８つおよび９つの火格子ブロックから構成されて、３２番目までの火格子ブロックがある。各図に示す３つの曲線は、左から、ごみ中の水分存在率、ごみ中の揮発分（熱分解ガス）存在率およびごみ中の固定炭素存在率をそれぞれ示している。燃焼位置を場合分けするに際しては、図６ｂの熱分解ガスの発生領域が８〜１５番目の間に収まっている状態が基準となる。そして、例えば、図６ａに示すように、７番目のブロックよりも前の位置に熱分解ガスの発生開始位置すなわち燃焼開始位置がある場合を「前寄り」とし、図６ｂに示すように、７〜１０番目のブロック位置に燃焼開始位置がある場合を「基準範囲内」とし、図６ｃに示すように、１０番目のブロックよりも後ろの位置に燃焼開始位置がある場合を「後寄り」とする。通常、燃え切り位置は、燃焼開始位置に応じて前後するので、場合分けを燃焼開始位置を使用して行ってもよく、燃え切り位置を使用して行ってもよい。また、「前寄り」、「基準範囲内」および「後寄り」の場合の他、図６ｄに示すように、燃焼開始位置が前寄りで、燃え切り位置が後寄りの場合もあり、この場合を「広域」として、他の３つの場合とは別の制御とすることがより好ましい。
【００４８】
再循環排ガスの噴流の強弱は、火格子(4a)(4b)(4c)(4d)上のごみの燃焼位置（燃焼開始位置および／または燃え切り位置）および燃焼状態（火炎位置や火炎状態）に左右される。すなわち、火格子(4a)(4b)(4c)(4d)上のごみの燃焼位置および燃焼状態によって、一次燃焼室(2)に供給される前側からの再循環排ガスおよび後側からの再循環排ガスを制御する必要がある。制御に際しては、図６ａから図６ｄまでに示したように、燃焼開始位置および／または燃え切り位置が前寄り、基準範囲内、後寄りおよび広域のいずれかに基づいて、場合分けすることが好ましい。
【００４９】
そして、図４に示したように、燃焼位置が前寄りにある場合は、前側からの再循環排ガス量を下げるとともに、後側からの再循環排ガス量を上げることが好ましい。また、燃焼位置が後寄りにある場合は、前側からの再循環排ガス量を上げるとともに、後側からの再循環排ガス量を下げるように制御すればよい。燃焼位置が後寄りにある場合は、基準範囲内にある場合と同じ制御としてもよい。
【００５０】
図２に示すように、制御装置(20)は、赤外線カメラ(15)の出力データから一次燃焼室(2)内の温度分布を求めて燃焼位置を演算する燃焼位置演算部(21)と、放射温度計(16)の出力データから燃焼状態を演算する燃焼状態演算部(22)と、乾燥段火格子(4a)への給じん量を制御する給じん量制御部(23)と、各火格子(4a)(4b)(4c)(4d)の移動速度を制御する火格子速度制御部(24)と、空気の供給量を制御する空気供給量制御部(25)と、再循環排ガスの供給量を制御する再循環排ガス制御部(26)とを備えている。
【００５１】
燃焼位置演算部(21)では、赤外線カメラ(15)の出力に基づいて、一次燃焼室(2)内の温度を算出し、燃焼位置（燃焼開始位置および／または燃え切り位置）について、基準範囲、前寄り、後寄りおよび広域のいずれかに場合分けし、この場合分け情報を再循環排ガス制御部(26)へ出力する。
【００５２】
燃焼開始位置および燃え切り位置を求めるには、例えば特許第３９１６４５０号に記載されているように、赤外線カメラ(15)の撮像データを濃色ほど高温の温度分布データに加工して、投入ホッパ(6)側から見て所定の温度（燃焼開始温度）以上の面積が所定値になる位置を燃焼開始位置として求め、灰排出口(17)から見て所定の温度（燃え切り温度）以上の面積が所定値になる位置を燃え切り位置として求めればよい。
【００５３】
再循環排ガス制御部(26)は、前側からの再循環排ガスと後側からの再循環排ガスとの適正な配分比を求めて、この配分比となるように再循環排ガス供給装置(10)に指令を出す配分比制御部(27)と、前側からの再循環排ガスおよび後側からの再循環排ガスの適正な供給量を求めて、この供給量となるように再循環排ガス供給装置(10)に指令を出す供給量制御部(28)とからなる。
【００５４】
再循環排ガス制御部(26)の配分比制御部(27)へは、燃焼位置演算部(21)から燃焼位置（燃焼開始位置および／または燃え切り位置）について、基準範囲、前寄り、後寄りおよび広域のいずれかの場合分け情報が送られてくる。配分比制御部(27)では、予め蓄積されているテーブルに従って、再循環排ガスの配分比を求め、これに基づいて、再循環排ガスの配分比を制御する。
【００５５】
制御内容は、上述のように、燃焼位置が基準範囲にあれば、変更することなく、基準の配分比であるＡ／Ｂでの制御を継続する。そして、燃焼位置が前寄りにある場合は、前側からの再循環排ガス量を所定量α（＞０）だけ下げるとともに、後側からの再循環排ガス量を同じ量αだけ上げて、配分比を（Ａ−α）／（Ｂ＋α）とする。また、燃焼位置が後寄りにある場合は、前側からの再循環排ガス量を所定量β（≧０）だけ上げるとともに、後側からの再循環排ガス量を同じ量βだけ下げて、配分比を（Ａ＋β）／（Ｂ−β）とする。また、燃焼位置が広域の場合は、前側からの再循環排ガス量を所定量γ（≧０）だけ下げるとともに、後側からの再循環排ガス量を同じ量γだけ上げて、配分比を（Ａ−γ）／（Ｂ＋γ）とする。
【００５６】
一方、再循環排ガス制御部(26)の供給量制御部(28)へは、燃焼状態演算部(22)から燃焼状態について、放射温度計(16)による測定値が予め設定されている範囲内である基準状態、基準より激しいおよび基準より穏やかのいずれかの情報が送られる。供給量制御部(28)では、予め蓄積されているテーブルに従って、再循環排ガスの供給量を求め、これに基づいて、再循環排ガス供給量を制御する。
【００５７】
制御内容は、ごみの燃焼状態が基準状態にあれば、変更することなく、基準の配分比であるＡ／Ｂでの制御を継続する。そして、ごみの燃焼状態が予め設定されている基準状態よりも激しい場合は、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をともにδ（＞１）倍して、供給量全体を増加させる。また、ごみの燃焼状態が基準状態よりも穏やかな場合は、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をともにε（＜１）倍して、供給量全体を減少させる。
【００５８】
燃焼位置演算部(22)は、さらに、得られた場合分けが前側である場合、給じん量制御部(23)に給じん量を減少させるように指示するとともに、火格子速度制御部(24)に乾燥段火格子(4a)の移動速度を速めるように指示する。これにより、燃焼位置は、後側（基準範囲内に収まる方向）に移動する。
【００５９】
こうして、上記制御装置(20)を備えたストーカ炉(1)によると、ごみの燃焼位置や燃焼状態を計測・定量化し、この値を基に、前側からの再循環排ガス量および後側からの再循環排ガス量をそれぞれ制御することにより、二次燃焼室(3)出口のＣＯ濃度を増加させることなく、炉出口のＮＯｘ濃度を大幅に低減することができる。
【符号の説明】
【００６０】
(1)     ストーカ炉
(2)     一次燃焼室
(3)     二次燃焼室
(4a)(4b)(4c)(4d)    火格子
(6)     投入ホッパ
(10)    再循環排ガス供給装置
(11)    前壁
(12)    前側の天井壁
(13)    後壁
(14)    後側の天井壁
(15)    赤外線カメラ（温度分布計測装置）
(16)    放射温度計
(20)    制御装置
(21)    燃焼位置演算部
(22)    燃焼状態演算部
(23)    給じん量制御部
(24)    火格子速度制御部
(26)    再循環排ガス制御部
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図３】
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【図４】
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