(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみを給じん装置により流動床ガス化炉に供給して流動層内で還元性雰囲気で熱分解し、可燃性ガス及び未燃固形分を生成させ、流動床ガス化炉で生成した可燃性ガス及び未燃固形分を溶融炉で高温燃焼させて、未燃固形分中の灰分を溶融スラグとして回収すると同時にダイオキシン類を分解するようにしたガス化溶融処理プラントにおいて、流動層温度を流動空気量で制御し、溶融炉温度をごみ供給量で制御し、ごみ供給量操作による流動層温度への干渉を非干渉器での給じん装置速度に比例した流動空気量補正により相殺して、流動層温度及び溶融炉温度を安定化させることを特徴とするガス化溶融処理プラントの制御方法。
【請求項２】
ごみを給じん装置により流動床ガス化炉に供給して流動層内で還元性雰囲気で熱分解し、可燃性ガス及び未燃固形分を生成させ、流動床ガス化炉で生成した可燃性ガス及び未燃固形分を溶融炉で高温燃焼させて、後段の廃熱ボイラで熱回収を図り蒸気を発生させるとともに、未燃固形分中の灰分を溶融スラグとして回収すると同時にダイオキシン類を分解するようにしたガス化溶融処理プラントにおいて、流動層温度を流動空気量で制御し、溶融炉温度又は蒸気流量をごみ供給量で制御し、ごみ供給量操作による流動層温度への干渉を非干渉器での給じん装置速度に比例した流動空気量補正により相殺して、流動層温度、溶融炉温度及び発生蒸気量を安定化させることを特徴とするガス化溶融処理プラントの制御方法。
【請求項３】
給じん装置により流動層に投入されたごみを還元性雰囲気で熱分解して可燃性ガス及び未燃固形分を生成させる流動床ガス化炉と、流動床ガス化炉で生成した可燃性ガス及び未燃固形分を高温燃焼させて未燃固形分中の灰分を溶融スラグとして回収すると同時にダイオキシン類を分解する溶融炉とを備えたガス化溶融処理プラントにおいて、流動層温度制御が流動空気量の操作で行われる流動層温度制御手段と、溶融炉温度制御が給じん装置速度の操作で行われる溶融炉温度制御手段と、給じん装置速度の操作による流動層温度への干渉を給じん装置速度に比例した流動空気量補正により相殺する非干渉器とを設けたことを特徴とするガス化溶融処理プラントの制御装置。
【請求項４】
溶融炉で発生する高温燃焼ガスから熱回収して蒸気を発生させる廃熱ボイラを備え、溶融炉温度制御手段の代わりに、蒸気流量制御が給じん装置速度の操作で行われる発生蒸気量制御手段を設けた請求項３記載のガス化溶融処理プラントの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ、産業廃棄物等のごみを還元雰囲気で熱分解を行い、発生した可燃ガスを高温で燃焼させて熱回収を図るとともに、ごみ中の灰分を溶融しスラグ化するガス化溶融処理プラントの制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のごみ処理における重要課題として、▲１▼ダイオキシン類等による環境汚染の防止、▲２▼最終処分場延命のための焼却残さの有効利用、▲３▼地球温暖化対策としての廃熱利用、▲４▼焼却コストの軽減、が挙げられている。
ガス化溶融処理技術は、ごみを還元雰囲気で熱分解を行い、発生した可燃ガスを高温で燃焼させて熱回収を図るとともに、ごみ中の灰分を溶融しスラグ化することから、焼却残さの安定化・減容化（減量化）・再資源化が可能となる他、ダイオキシン類等の大気汚染物質の低減や、熱回収効率、発電効率、経済性の向上に寄与するものであり、次世代ごみ処理技術として注目されている。
【０００３】
ガス化溶融処理の従来技術の一例として、特開平１０−１６９９４４号公報には、ごみ供給量やごみ質の変動に対し、空気比を一定範囲に調整し、流動層温度を５５０〜６５０℃になるように制御することにより、アルミニウム等の有価金属を確実に回収するとともに、熱分解ガスの組成を安定させ、溶融炉の燃焼を安定させる方法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ごみのガス化溶融では、燃料としてのごみの物理的・化学的性状が不均一であり、ごみの供給量や低位発熱量が変動し、これらの変動がごみのガス化溶融の安定性を阻害する外乱要因となる。具体的には、炉内に供給されたごみの含有水分比など低位発熱量が変動するため、燃焼時の発生熱量、ガス性状が変動する。また、給じん装置速度が一定であっても、ごみの性状、比容積などが不均一であるため、炉内に供給されるごみの重量流量が変動し、発生熱量、ガス量が変動する。このため、安定ガス化、安定溶融が困難となる。
ごみの変動外乱に対し、安定ガス化、安定溶融を確保するには、流動層温度、溶融炉温度の安定化が重要であるが、これらの状態量と主要操作量（ごみ供給量、流動空気量等）の間には相互干渉がみられるため、非干渉化が必要となる。
【０００５】
また、特開平１０−１６９９４４号公報に記載された方法には、以下のような問題点がある。
（１）  ごみ供給量やごみ質の変動に対し、安定ガス化、安定溶融を実現するためには、流動層温度及び溶融炉温度の安定化が不可欠である。燃料であるごみの供給量や質の変動は総熱量の変動であり、空気比操作により流動層温度を安定化させるだけでは、溶融炉温度や廃熱ボイラの発生蒸気量等の安定化には限界がある。
（２）  安定ガス化、安定溶融に重要な状態量である流動層温度、溶融炉温度と、主要操作量であるごみ供給量、流動空気量とは相互干渉系であり、相互干渉は閉ループを不安定化する可能性があるとともに、調節計の調整を難しくする傾向があり、非干渉化を考慮する必要がある。
【０００６】
本発明は上記の知見に基づき、上記の問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、流動床ガス化炉と溶融炉とを備えたガス化溶融処理プラントにおいて、流動層温度を流動空気量で制御し、溶融炉温度又は蒸気流量をごみ供給量にて制御し、さらに、ごみ供給量操作による流動層温度への干渉を相殺する非干渉器を設けることにより、流動層温度、溶融炉温度（及び発生蒸気量）を安定に保つことができ、安定したガス化溶融を実現することができる制御方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のガス化溶融処理プラントの制御方法は、ごみを給じん装置により流動床ガス化炉（部分燃焼炉）に供給して流動層内で還元性雰囲気で熱分解し、可燃性ガス及び未燃固形分（チャー、灰分等）を生成させ、流動床ガス化炉で生成した可燃性ガス及び未燃固形分を溶融炉で高温燃焼させて、未燃固形分中の灰分を溶融スラグとして回収すると同時にダイオキシン類を分解するようにしたガス化溶融処理プラントにおいて、流動層温度を流動空気量で制御し、溶融炉温度をごみ供給量で制御し、ごみ供給量操作による流動層温度への干渉を非干渉器での給じん装置速度に比例した流動空気量補正により相殺して、流動層温度及び溶融炉温度を安定化させるように構成されている（図１、図２参照）。
【０００８】
また、本発明のガス化溶融処理プラントの制御方法は、ごみを給じん装置により流動床ガス化炉（部分燃焼炉）に供給して流動層内で還元性雰囲気で熱分解し、可燃性ガス及び未燃固形分（チャー、灰分等）を生成させ、流動床ガス化炉で生成した可燃性ガス及び未燃固形分を溶融炉で高温燃焼させて、後段の廃熱ボイラで熱回収を図り蒸気を発生させるとともに、未燃固形分中の灰分を溶融スラグとして回収すると同時にダイオキシン類を分解するようにしたガス化溶融処理プラントにおいて、流動層温度を流動空気量で制御し、溶融炉温度又は蒸気流量をごみ供給量で制御し、ごみ供給量操作による流動層温度への干渉を非干渉器での給じん装置速度に比例した流動空気量補正により相殺して、流動層温度、溶融炉温度及び発生蒸気量を安定化させることを特徴としている。
【０００９】
本発明のガス化溶融処理プラントの制御装置は、給じん装置により流動層に投入されたごみを還元性雰囲気で熱分解して可燃性ガス及び未燃固形分（チャー、灰分等）を生成させる流動床ガス化炉（部分燃焼炉）と、流動床ガス化炉で生成した可燃性ガス及び未燃固形分を高温燃焼させて未燃固形分中の灰分を溶融スラグとして回収すると同時にダイオキシン類を分解する溶融炉とを備えたガス化溶融処理プラントにおいて、流動層温度制御が流動空気量の操作で行われる流動層温度制御手段と、溶融炉温度制御が給じん装置速度（ごみ供給量）の操作で行われる溶融炉温度制御手段と、給じん装置速度（ごみ供給量）の操作による流動層温度への干渉を給じん装置速度に比例した流動空気量補正により相殺する非干渉器とを設けたことを特徴としている（図１、図２参照）。
【００１０】
上記の本発明の装置において、溶融炉で発生する高温燃焼ガスから熱回収して蒸気を発生させる廃熱ボイラを備え、溶融炉温度制御手段の代わりに、蒸気流量制御が給じん装置速度（ごみ供給量）の操作で行われる発生蒸気量制御手段を設けた構成とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。図１は、本発明の実施の第１形態による制御方法を適用するごみガス化溶融処理プラントの構成を示している。また、図２は、本発明の実施の第１形態によるガス化溶融処理プラントの制御方法を実施する装置の概略構成を示している。
図１に示すように、流動床ガス化炉（部分燃焼炉）１０には、送風機（押込送風機等）１２により流動用空気が散気管１４に供給され、これにより、流動媒体（例えば、砂）が流動化され流動層１６が形成される。１８は、流動用空気の流量を調節するダンパである。なお、風箱に流動用空気を供給して空気分散板から噴出させ流動層を形成させる型式の流動床炉を用いることも勿論可能である。
この流動層１６に給じん装置（例えば、スクリューフィーダ等）２０から被焼却物であるごみ（都市ごみ、産業廃棄物等）が連続的に投入され、流動層１６内で空気比０．２〜０．３程度の還元性雰囲気でガス化され、熱分解ガス（可燃性ガス）、未燃固形分（チャー、灰分等）となる。２２は起動バーナであり、制御弁２４で流量調整された燃料及び空気が供給されて部分燃焼炉を起動させる。
【００１２】
流動床ガス化炉（部分燃焼炉）１０に投入されるごみ量は給じん装置（スクリューフィーダ等）２０の回転数を調節することにより増減できるようになっている。なお、流動層温度は、アルミニウムの融点（６６０℃）以下で鉄、アルミニウム等の金属を未酸化状態で回収するため、また、ガス化反応速度が緩慢になる低温度とし、ごみの変動外乱による入熱変動を均質化するためから、５００〜６００℃で運転する。鉄、アルミニウム等の金属を含む不燃物は、不燃物排出装置２６により流動層下部から抜き出される。２８は、流動媒体から熱回収する伝熱管であり、３０は、流動層に水を噴霧して熱分解ガス温度や流動層温度を調整する水噴射手段である。
【００１３】
流動床ガス化炉（部分燃焼炉）１０で生成した熱分解ガス、未燃固形分は溶融炉３２にて、１３００〜１４００℃の高温で燃焼させ、灰分を溶融スラグとして回収すると同時にダイオキシン類を分解する。
溶融炉３２は旋回溶融炉となっており、予燃焼器３４、旋回溶融炉３６で構成されている。予燃焼器３４には送風機３８により、燃焼用空気を空気予熱器４０により３００〜４００℃程度に予熱し供給する。４２は、溶融炉空気の流量を調節するダンパである。また、４４は起動バーナであり、起動時には制御弁４６で流量調整された助燃燃料が供給されて起動される。旋回溶融炉３６では、予燃焼器３４から接線方向で流入した高温ガスが強旋回され、含まれる溶融スラグが水冷セルフコーティング方式の炉壁に捕捉、除去され、スラグ流下口４８よりスラグ冷却設備５０へ導入され、水冷スラグとして回収される。５２はスラグ搬出コンベアである。
【００１４】
溶融炉３２からの高温排ガスは、冷却塔５４に導入されて冷却される。さらに、冷却塔５４の下流側（上部）には、送風機３８により冷却用空気が供給される。６０は、冷却用空気の流量を調節するダンパである。また、６２は、冷却塔に水を噴霧して排ガスを冷却する水噴射手段である。
冷却塔５４で冷却された排ガスは、ガス冷却室６４に導入され、さらに冷却される。ガス冷却室６４には、水噴射手段６６により冷却用の水が噴霧される。６８は制御弁であり、水の噴射量を調節してガス冷却室出口の排ガス温度を調整する。所定温度に冷却された排ガスは、空気予熱器４０を通って冷却され、後段のバグフィルタ等の集塵器（図示せず）で浄化処理される。
【００１５】
ごみのガス化溶融では、燃料としてのごみの物理的・化学的性状が不均一であることが特徴として挙げられる。このため、つぎのような燃焼変動がみられる。
（１）  炉内に供給されたごみの含有水分比など低位発熱量が変動するため、燃焼時の発生熱量、ガス性状が変動する。
（２）  給じん装置速度が一定であっても、ごみの性状、比容積などが不均一であるため、炉内に供給されるごみの重量流量が変動し、発生熱量、ガス量が変動する。
これらの変動がごみのガス化溶融の安定性を阻害する外乱要因となる。
【００１６】
つぎに、ごみの低位発熱量やごみ供給量の変動等、外乱が燃焼に及ぼす影響を定量的に把握するため、部分燃焼炉（流動床ガス化炉）、旋回溶融炉の動特性数式モデルを作成し、感度解析を実施した。ごみの含有水分比変化によるごみ低位発熱量変化、ごみ供給量変化、流動空気量変化を与えた感度解析結果を表１に示す。感度解析結果のとおり、低位発熱量変動、ごみ供給量変動、流動空気量変化は、流動層温度、溶融炉温度、排ガスＯ２濃度など、安定ガス化、安定溶融に重要な状態量への感度に特性差があり、これらの特性差のある外乱の吸収が必須である。
【００１７】
【表１】
0003548994.tif 000002
【００１８】
ガス化溶融の運転制御では、ごみ変動外乱が低位発熱量変動依存であるか、ごみ供給量変動依存かにより、制御系を構成する必要がある。例えば、ごみ変動外乱がごみの含有水分比の変動による低位発熱量変動の場合、表１の感度解析結果に示すように溶融炉温度の変動が大きく、流動層温度への影響は小さい。一方、ごみ変動外乱がごみ供給量のみの変動による場合、表１に示すように溶融炉温度変動に加えて流動層温度も変動する。また、流動空気量操作を行った場合、流動層温度への影響が大きく、溶融炉温度の影響は小さい。
この感度解析結果より、制御系統は、図２に示すように、流動層温度制御は流動空気量操作にて、また、溶融炉温度制御はごみ供給量（給じん装置速度）操作にて構成するのがよい。しかし、ごみ供給量操作の流動層温度への影響が小さくなく、この干渉を非干渉器にて相殺するようにして、非干渉制御系を構成する必要がある。
【００１９】
図２に示すように、流動層温度の制御を流動空気量の操作で行う流動層温度制御装置７０と、溶融炉温度の制御を給じん装置速度（ごみ供給量）の操作で行う溶融炉温度制御装置７２とを設け、さらに、給じん装置速度（ごみ供給量）の操作による流動層温度への干渉を流動空気量補正により相殺する非干渉器７４を設けた構成とする。なお、図２では、図１で用いている符号と同じ符号を使用している。７６は、給じん装置（スクリューフィーダ等）のモータであり、７８は、流動空気量操作指示を流動空気量補正指示にて相殺を図るのに用いる演算器である。溶融炉温度制御装置７２からの給じん装置速度指令値（モータの回転数）がモータ７６に送られてごみ供給量が操作される。また、流動層温度制御装置７０からの流動空気量操作指示（ダンパの開度）がダンパ１８に送られて流動空気量が操作される。このとき、ごみ供給量操作の流動層温度への干渉を非干渉器７４からの流動空気量補正指示にて相殺を図り、流動層温度制御による流動空気量操作指示の安定性を保つようにする。
【００２０】
例えば、図３に示すように、ごみの変動外乱がごみ供給量のみの変動であれば、ごみ供給量補正を主とした操作で対応すべきであるが、図３の非干渉制御なしの場合は流動層温度制御による流動空気量操作が行われるため、ガス量やＯ２濃度等の変動が避けられない。一方、非干渉器を給じん装置速度に比例した流動空気量補正とすれば、流動層温度制御による流動空気量操作指示を、ごみ供給量操作に伴う空気比相当分の流動空気量補正指示にて相殺を図れ、非干渉化を実現できる（図３参照）。
非干渉制御なしの場合に同様の効果を得るためには、流動層温度制御をゆるく（ＰＩＤ制御の場合であれば、ゲインを小さく）すれば、同様にごみ供給量補正を主とした操作で対応できるが、図４に示すように、ごみ変動外乱が含有水分比のみの変動であれば、流動層温度の変動が大きくなり安定運転が実現できなくなる（図４参照）。
このように非干渉制御を用いることにより、流動層温度、溶融炉温度を安定化させることができるとともに、それぞれの制御ループの調整のみで安定性が決定されるため、調整を容易にすることができる。
【００２１】
なお、本実施の形態においては、溶融炉の後流側に、溶融炉で発生する高温燃焼ガスから熱回収して蒸気を発生させる廃熱ボイラを設けた構成とすることができる。この場合は、流動層温度制御は流動空気量操作にて、また、蒸気流量制御はごみ供給量（給じん装置速度）操作にて構成するのがよい。
また、部分燃焼炉からの未燃固形分を含む熱分解ガスを、サイクロン等の固気分離器で熱分解ガスと未燃固形分とに分離し、熱分解ガスをボイラに供給し、未燃固形分を溶融炉に供給するという構成のガス化溶融処理プラントの場合も、本発明の制御方法を適用することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  ごみのガス化溶融において、流動層温度、溶融炉温度（及び蒸気流量）を安定に保つことができ、安定ガス化、安定溶融（さらには、安定した熱回収）を実現できる。
（２）  ごみのガス化溶融において、流動層温度制御と溶融炉温度制御（又は蒸気流量制御）の相互干渉を抑え、閉ループでの安定性を向上させるとともに、調整を容易にすることができる。
（３）  非干渉器での非干渉制御を、給じん装置速度に比例した流動空気量補正とすれば、流動層温度制御による流動空気量操作指示を、ごみ供給量操作に伴う空気比相当分の流動空気量補正指示にて相殺を図れ、非干渉化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による制御方法を適用するガス化溶融処理プラントの一例を示す系統的概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の第１形態によるガス化溶融処理プラントの制御方法を実施する装置を示す概略構成図である。
【図３】ごみ供給量をステップ変化させたときの非干渉制御を行った場合と行わない場合の状態量、操作量の経時変化を示すグラフである。
【図４】ごみ低位発熱量をステップ変化させたときの非干渉制御を行った場合と行わない場合の状態量、操作量の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  流動床ガス化炉（部分燃焼炉）
１２、３８  送風機
１４  散気管
１６  流動層
１８、４２、６０  ダンパ
２０  給じん装置
２２、４４  起動バーナ
２４、４６、６８  制御弁
２６  不燃物排出装置
２８  伝熱管
３０、６２、６６  水噴射手段
３２  溶融炉
３４  予燃焼器
３６  旋回溶融炉
４０  空気予熱器
４８  スラグ流下口
５０  スラグ冷却設備
５２  スラグ搬出コンベア
５４  冷却塔
６４  ガス冷却室
７０  流動層温度制御装置
７２  溶融炉温度制御装置
７４  非干渉器
７６  モータ
７８  演算器
【図１】
0003548994.tif 000003
【図２】
0003548994.tif 000004
【図３】
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【図４】
0003548994.tif 000006