(57)【要約】【課題】  本発明は、バイマス、ゴミ等の廃棄物を燃料とする高温ガス化炉における温度制御方法を提供する。【解決手段】  ガス化炉内の温度制御方法は、予め生成ガスで予熱される予熱用空気量と残存空気流量の比でもって、ガス化炉内の温度を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化炉内で、予め設定された温度で、粉砕廃棄物を燃焼させる温度制御方法であり、  前記ガス化炉内に粉砕廃棄物を分散可能な外気温の原料用空気量を供給すると共に、予熱用空気量と残存空気量をガス化炉内に供給し、
前記予熱用空気量は空気予熱器でガス化炉から排出の生成ガスと熱交換し、前記残存空気量は外気温であり、
前記予熱用空気量と残存空気流量の比で、ガス化炉内の温度を制御することを特徴とするガス化炉の温度制御方法。
【請求項２】
予熱用空気量と残存空気量の比を、予め決められた熱収支式に基づいて選定することを特徴とする請求項１のガス化炉の温度制御方法。
【請求項３】
ガス化炉内の温度を複数箇所で測定し、それらの測定値の平均値、或は、最大値又は最小値を目標値として温度制御することを特徴とする請求項１又は請求項２のガス化炉の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイマス、ゴミ等の廃棄物を燃料とする高温ガス化炉の温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の廃棄物を燃料とする高温ガス化炉は、ガス化炉内の温度を検出して、適正な温度となるように、ガス化空気量を変えることにより、高温ガス化炉内の温度を制御している。
例えば、高温ガス化炉内の温度が上昇したときには、ガス化空気量を減じて、燃料中の可燃分の酸化発熱を抑制して温度を下げていたし、逆に、温度が下降したときには、ガス化空気量を増加して、燃料中の可燃分の酸化発熱を促進して温度の上昇を図っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記従来の高温ガス化炉内の温度制御方法では、炉内温度を安定させることができたとしても、ガス化空気量は常に変動しているため、燃料（廃棄物）中の可燃分に対する（酸素／炭素）比は変動する。そして、この（酸素／炭素）比は、図４に示すように、燃料（廃棄物）の投入量による高温ガス化炉温度が変わったり、高温ガス化炉で発生するガスの成分やガスの発熱量に大きく影響するため、結果的に、生成ガスの性状の安定性にならない。
【０００４】
又、急激な温度変動が生じたときには、炉内温度が急上昇し、過度の供給空気の減少を行うと、温度の急降下が生じ、この温度降下に伴って、多量のタール、チャーが発生したり、温度制御を抑制できず暴走することがある。
逆に、温度が下がりすぎて急速に空気量を増加させたときには、空気による炉内の冷却効果で、さらに温度低下を招来して失火する場合もあり、ガス化空気量の制御では、その制御範囲及び制御性能に限界があり、安定運転が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の温度制御方法は、高温ガス化炉内に粉砕廃棄物を分散可能な外気温の原料用空気量を供給すると共に予熱用空気量と残存空気量を高温ガス化炉内に供給している。又、予熱用空気量は空気予熱器で高温ガス化炉から排出の生成ガスと熱交換して昇温され、残存空気量は外気温である。そして、予熱用空気量と残存空気量の比でもって、高温ガス化炉内の温度を制御することによって、簡便に制御できる。
又、請求項２の温度制御方法は、予熱用空気量と残存空気量の比を、予め決められた熱収支式に基づいて選定することによって、フィードフォワード形式の制御ができる。
請求項３の温度制御方法は、高温ガス化炉内の温度を複数箇所で測定し、それらの測定値の平均値、或は、最大値又は最小値の何れかを目標値として温度制御するものであり、より正確な制御ができる。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の温度制御方法は、予熱用空気量と残存空気量の比でもって、高温ガス化炉内の温度を制御することによって、簡便に制御できる。
又、請求項２の温度制御方法は、予熱用空気量と残存空気量の比を、予め決められた熱収支式に基づいて選定することによって、フィードフォワード形式の制御ができる。
請求項３の温度制御方法は、高温ガス化炉内の温度を複数箇所で測定し、それらの測定値の平均値、或は、最大値又は最小値の何れかを目標値として温度制御するものであり、より正確な制御ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の廃棄物を燃料とする高温ガス化炉の制御方法について、図１に示す装置（フローシート）を参照して説明する。
バイマス、ゴミ、産業廃棄物等の廃棄物は、ホッパーに投入すると、スクリューフィーダ１で粉砕機２に供給される。そして、前記廃棄物は、粉砕機２によって所定の大きさに粉砕されて粉砕廃棄物となり、原料供給機（ロータリフィーダ等）９によって所定量が送気パイプ２１に排出される。
【０００８】
一方、ガス化空気ファン２０は、外気温の空気（空気量Ｑ）を圧縮して、流量検出器３０ａと制御弁３０ｂで構成の供給流量制御装置を介して、前記送気パイプ２１に原料用空気量（Ｑ2）を送気すると共に、他方のパイプ２２に空気量（Ｑ3）を送気する。
この空気量（Ｑ3）は、流量検出器３１ａと制御弁３１ｂで構成の循環第１流量制御装置を介して循環パイプ２３に予熱用空気量（Ｑ4）を、残りの残存空気量（Ｑ3−Ｑ4）を流量検出器３２ａと制御弁３２ｂで構成の第２流量制御装置によって空気予熱器５に送られる。そして、予熱用空気量（Ｑ4）は、空気予熱器５で熱交換によって昇温された後に空気混合器２６を介して、供給パイプ２５を通って、前記高温ガス化炉３内に送られる。
【０００９】
一方、循環第２流量制御装置による、外気温の残存空気量（Ｑ3−Ｑ4）は、空気混合器２６に送られた後に、供給パイプ２５を通って、前記高温ガス化炉３内に送られる。
以上のように、高温ガス化炉３内には、外気温で、原料用空気量（Ｑ2）と残存空気量（Ｑ3−Ｑ4）、昇温された予熱用空気量（Ｑ4）が高温ガス化炉３内に送られる。
【００１０】
尚、主制御装置５０は、前記流量検出器３０ａ、３１ａ、３２ａから流量を検出し、各種の演算をし、主制御装置５０からの指令に基づいて各制御弁３０ｂ、３１ｂ、３２ｂを制御して設定流量が流れるように制御する。
又、高温ガス化炉３は円筒状であり、高温ガス化炉３の左端部の側壁には、前記送気パイプ２１が接続してあり、前記粉砕廃棄物は、空気量（Ｑ2）によって高温ガス化炉３内に供給される。
又、前記高温ガス化炉３内の温度を検出するために、複数の温度検出器１２が取り付けてあり、これらの温度測定値は主制御装置５０に入力される。
【００１１】
前記高温ガス化炉３内では、前記粉砕廃棄物が供給される空気によって、約１０００〜１６００℃で部分燃焼される。
そして、高温ガス化炉３で生成された生成ガスは、集塵器（サイクロン形式）４に送られる。このサイクロン４は、遠心力によって、燃焼灰を底部に蓄積し、ガスは上部から空気予熱器５に送られる。
この空気予熱器５は、２重筒体であり、内部を高温ガス化炉３からの高温ガスが通り、外部の胴側には前記空気量（Ｑ4）が通って、空気ファン出口温度から昇温される熱交換器である。
【００１２】
そして、この空気予熱器５で降温された生成ガスは、未だ高温であり、熱利用を図るために、廃熱ボイラ６で熱媒体と熱交換され、その後、集塵器７でダスト、タール、或はＳＯ2、ＨＣＬ等の腐食性ガスが取り除かれる。
そして、この集塵器７を出たガスは、蒸気タービン発電機１０に使用する熱媒体の予熱器１３で熱交換され、冷却された後、一旦、貯蔵タンク１４で貯蔵されて、予め設定された流量がガスエンジン発電機８に送られて燃焼される。その結果、このガスエンジン発電機８は発電を行う。このガスエンジン発電機８の発電によって、生成ガスの熱回収が行われる。
【００１３】
一方、前記廃熱ボイラ６で熱交換される液状態の熱媒体はガス状になり、このガス状の熱媒体によって、蒸気タービン発電機１０は回転されて発電し、熱回収が行われる。尚、この熱媒体は蒸気タービン発電機１０で凝縮され、前記予熱器１３に送られ熱交換された後に、廃熱ボイラ６で熱交換され、熱回収の効率向上を図っている。
以上のように、高温ガス化炉で生成された生成ガスは、空気予熱器５で燃焼空気（Ｑ4）を昇温して熱回収を図り、又、ガスエンジン発電機８で再燃焼して発電によって熱回収を図り、更には、廃熱ボイラ６で熱交換される熱媒体によって蒸気タービン発電機１０で発電して、熱回収を図る。
【００１４】
尚、廃熱ボイラ６と蒸気タービン発電機１０、或は、ガスエンジン発電機８を設置せず、空気予熱器５だけで高温生成ガスの熱回収を図ることができるし、廃熱ボイラ６と蒸気タービン発電機１０とガスエンジン発電機８の何れか一方を設置せずに熱回収を図ることもでき、何れを選択するかは廃棄物の原料（燃焼熱量）等を考慮して選択する。
【００１５】
次に前記構成の運転状況について説明する。
バイマス等の廃棄物は、粉砕機２で粉砕され、ガス化空気ファン２０等からの空気量（Ｑ2）によって高温ガス化炉に供給され、約１０００〜１６００℃で燃焼される。従って、前記空気量（Ｑ2）は、供給する原料を分散可能な最低量以上の量で制御される。
例えば、前記空気量（Ｑ2）は図２に示す制御弁３０ｂの特性で制御される。この図２は、縦軸に原料供給機９の回転数（粉砕廃棄物の供給量）を示し、横軸に制御弁３０ｂの弁開度を示し、弁開度が６０〜８０ポイントに対応して、原料供給機９の回転数が６０〜１００ポイントに対応して制御する。
即ち、この制御は、粉砕機２で粉砕された粉砕廃棄物を、円滑に高温ガス化炉３内に供給するために必要な供給用空気量（Ｑ2）を確保するための制御である。従って、主制御装置５０で算出された供給用空気量（Ｑ2）の要求量が、前記粉砕廃棄物を円滑に高温ガス化炉内に供給するために必要な空気量以下になったとしても、最小空気量を確保する制御が実施される。
【００１６】
次に、高温ガス化炉３内の温度制御について、図３の制御フローを参照して説明する。この高温ガス化炉３内の目標値（温度）Ｔgの制御は、制御弁３１ｂと制御弁３２ｂの弁開度（空気量（Ｑ4）と空気量（Ｑ3−Ｑ4））の制御で行う。尚、前記温度Ｔgの目標値に対する測定値は、高温ガス化炉内の複数箇所の測定温度の平均値、又は最大値或は最小値を用いてもよい。
高温ガス化炉の下限温度Ｔs1＝１０００℃、上限温度Ｔs2＝１５００℃に設定し、高温ガス化炉の代表温度Ｔgが下限温度Ｔs1以上であるか否かを判断し（Ｓ１）、以上であるときには上限温度Ｔs2＝１５００℃以内であるか否かを判断する（Ｓ２）。そして、代表温度Ｔgが上限温度Ｔs2＝１５００℃以下であるときには、正常運転であるので、供給空気量等の変更をしないで、元のステップＳ１に戻る。      
【００１７】
前記ステップＳ１において、高温ガス化炉の代表温度Ｔgが下限温度Ｔs1より低い場合には、制御弁３２ｂの弁開度をαポイント、閉にする（Ｓ３）。制御弁３２ｂの弁開度をαポイント閉にすることによって、空気ファン出口温度の空気量（Ｑ3−Ｑ4）が減少し、この減少によって、高温ガス化炉の代表温度Ｔgが上昇する。
尚、制御弁３２ｂの弁開度αポイント閉にしたとき、弁開度（絶対値）が２０ポイント以上であるか否かを判断し（Ｓ４）、２０ポイント以上であるときには、制御弁３２ｂで制御可能範囲として、ステップＳ２に進み、高温ガス化炉の代表温度Ｔgが上限温度Ｔs2＝１５００℃以内であるか否かを判断する。
【００１８】
しかし、制御弁３２ｂの弁開度（絶対値）が２０ポイントより少ないときには、この制御弁３２ｂだけでの制御ができないとし、制御弁３１ｂの弁解度をβポイント開にする（Ｓ５）。この制御弁３１ｂを開にすることによって、空気量（Ｑ4）は増加し、空気予熱器５で昇温された後に高温ガス化炉３に供給されるので、高温ガス化炉３の温度上昇となる。そして、前記ステップＳ１に戻る。
【００１９】
前記ステップＳ２において、高温ガス化炉の代表温度Ｔgが上限温度Ｔs2より高い場合には、制御弁３２ｂの弁開度をαポイント、開にする（Ｓ６）。制御弁３２ｂの弁開度をαポイント、開くことにより、空気ファン出口温度の空気量（Ｑ3−Ｑ4）が増加し、この増加によって、高温ガス化炉３の代表温度Ｔgが下降する。
尚、制御弁３２ｂの弁開度αポイント、閉にしたとき、弁開度（絶対値）が８０ポイント以下であるか否かを判断し（Ｓ７）、８０ポイント以下であるときには、制御弁３２ｂで制御可能範囲として、ステップＳ１に進む。
しかし、制御弁３２ｂの弁開度（絶対値）が８０ポイントより大きく開いたときには、制御弁３２ｂで制御可能範囲として、制御弁３１ｂの弁解度をβポイント、閉にする（Ｓ８）。この制御弁３１ｂを閉にすることによって、空気予熱器５で昇温される空気量（Ｑ4）が減少するので、高温ガス化炉３の温度下降になる。そして、前記ステップＳ１に戻る。
【００２０】
以上のように、高温ガス化炉の代表温度Ｔgが上限温度Ｔs2、下限温度Ｔs1内であるときには、空気量（Ｑ4）と空気量（Ｑ3−Ｑ4））の変更を行わないが、範囲外になったときには、簡便に、制御弁３１ｂ、３２ｂを介して制御することができる。
【００２１】
次に、空気量（Ｑ4）と空気量（Ｑ3−Ｑ4））を予め設定したモデルを用いて、選定する制御方式について説明する。
粉砕廃棄物の供給量Ｇを原料供給機（ロータリフィーダ等）９によって測定する。この粉砕廃棄物の燃焼熱をＨ  KCAL／KGとする。従って、燃焼熱量は「Ｇ＊Ｈ」である。
又、空気ファン出口温度（Ｔ℃）による前記空気量（Ｑ2）、空気量（Ｑ3−Ｑ4）の熱量は、「Ｔ＊（Ｑ2＋（Ｑ3−Ｑ4））＊Ｃｐ」であり、空気予熱器５で昇温される空気量（Ｑ4）の熱量は「Ｔａ＊Ｑ4＊Ｃｐ」である。ここで、温度Ｔａは空気予熱器５で昇温された温度である。尚、前記Ｃｐは各々の温度における比熱である。
又、高温ガス化炉３から排出する生成ガスの温度はＴgであり、生成ガス量は（Ｑ2＋Ｑ3）で比熱をＣPとすると、排出する熱量は「Ｔg＊（Ｑ2＋Ｑ3）＊Ｃｐ」である。
【００２２】
以上より、熱損失等を無視した熱収支式
「Ｇ＊Ｈ」＋「Ｔ＊（Ｑ2＋（Ｑ3−Ｑ4））＊Ｃｐ」＋「Ｔａ＊Ｑ4＊Ｃｐ」＝「Ｔg＊（Ｑ2＋Ｑ3）＊Ｃｐ」が成立する。
そこで、粉砕廃棄物の供給量Ｇと燃焼熱Ｈが既知、空気ファン出口温度（Ｔ℃）と空気量（Ｑ2）及び空気量（Ｑ3）は既知、空気予熱器で昇温される温度Ｔａは既知、高温ガス化炉３から排出する生成ガスの温度Ｔgは既知とすると、未知数は「Ｑ4」であり、「Ｑ4／（Ｑ3−Ｑ4）」、即ち、空気予熱器５への空気量と直接高温ガス化炉に入る空気量の比を求めることができ、予め、制御弁３１ｂ、３２ｂの弁開度の制御をすることができる。即ち、フィードフォワード制御ができる。
尚、前記モデルは一例であり、更に詳細なモデルに基づいて、制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の系統図である。
【図２】制御弁（３０ｂ）の特性図である。
【図３】制御フロー図である。
【図４】従来の高温ガス化炉における炉内温度と、酸素／炭素濃度の関係図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  スクリューフィーダ
２  粉砕機
３  高温ガス化炉
５  空気予熱器
６  廃熱ボイラ
７  集塵器
８  ガスエンジン発電機
１０  蒸気タービン発電機
２０  ガス化空気ファン
３０ａ、３１ａ、３２ａ  流量検出器
３０ｂ、３１ｂ、３２ｂ  制御弁
５０  主制御装置
Ｑ2  原料用空気量
Ｑ4  予熱用空気量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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