(57)【要約】【課題】極めて簡易な装置構成で、焼却炉もしくは燃焼溶融炉等の燃焼制御を高精度に行う。【解決手段】排ガス通路１９内のガス圧力を検出する圧力計４０と、ガス分析装置２０の滞留室内のガス圧力を検出する連成計とを備え、コントローラ４１にて圧力計４０と連成計によりそれぞれ検出される圧力の差圧を演算し、この演算される差圧が所定値に達したときにガス分析装置２０の酸素濃度検出器により検出される酸素濃度の値を保持し、この保持した酸素濃度値に基づき燃焼溶融炉１に供給される空気量を制御するようにする。【選択図】図１
2006258320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉もしくは排ガス通路内の排ガスをサンプリング管にて滞留室内に捕集する捕集手段と、この捕集手段により捕集された滞留室内の排ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、この酸素濃度検出手段にて検出される酸素濃度が一定になるように炉内に供給される空気量を制御する空気量制御手段とを備える燃焼制御装置において、
前記炉もしくは排ガス通路内のガス圧力を検出する第１圧力検出手段と、前記滞留室内のガス圧力を検出する第２圧力検出手段と、前記第１圧力検出手段により検出される圧力と前記第２圧力検出手段により検出される圧力との差圧を演算する差圧演算手段と、この差圧演算手段により演算される差圧が所定値に達したときの前記酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度の値を保持する酸素濃度値保持手段とを備え、前記空気量制御手段は、前記差圧演算手段により演算される差圧が所定値に達したときには、前記酸素濃度値保持手段に保持されている酸素濃度値に基づき前記炉内に供給される空気量を制御することを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項２】
前記酸素濃度検出手段は、前記滞留室内に直接挿入されるジルコニア式酸素分析計プローブを備えるものである請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記サンプリング管内に圧縮空気を吹き込むことによりそのサンプリング管の表面に付着したダストを払い落とすダスト払い落とし手段が設けられ、このダスト払い落とし手段は、前記差圧演算手段により演算される差圧が所定値に達したときに圧縮空気を吹き込むように作動される請求項１または２に記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記捕集手段は、前記滞留室と排ガス通路とを連通する連通路内に加圧空気を噴射するエジェクタである請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却炉もしくは燃焼溶融炉において発生する排ガスをサンプリング管にて捕集してその酸素濃度を検出し、この検出される酸素濃度が一定になるように焼却炉もしくは燃焼溶融炉に供給される空気量を制御するようにした燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼却炉もしくは燃焼溶融炉等の燃焼制御を高精度に行うために、排ガスをサンプリングするためのサンプリングプローブの先端部にセラミック製もしくはステンレス製の多孔質フィルタを取り付け、この多孔質フィルタを焼却炉等の炉内に突出させるようにし、炉内で発生するダスト含有排ガスをその多孔質フィルタよりガス分析装置に導入し、このガス分析装置による排ガス分析データを燃焼制御のために使用するようにした方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この種のガス分析装置では、特許文献１にも記載されているように、多孔質フィルタの表面に付着したダストを一定時間間隔で払い落とす必要があることから、サンプリングプローブを少なくとも２本並列に配置し、一方のサンプリングプローブのダスト払い落とし中に他方のサンプリングプローブを使用するようにして、排ガスの連続分析とダストの連続的な払い落としが確実に行えるようにされている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３９４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来のガス分析装置では、複数本のサンプリングプローブを設け、これらを交互に使用するように構成されているために、装置構成が複雑化するとともに、それらの切り換え制御も複雑化し、また装置のメンテナンスにも手間がかかるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、極めて簡易な装置構成で、焼却炉もしくは燃焼溶融炉等の燃焼制御を高精度に行うことのできる燃焼制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明による燃焼制御装置は、
炉もしくは排ガス通路内の排ガスをサンプリング管にて滞留室内に捕集する捕集手段と、この捕集手段により捕集された滞留室内の排ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、この酸素濃度検出手段にて検出される酸素濃度が一定になるように炉内に供給される空気量を制御する空気量制御手段とを備える燃焼制御装置において、
前記炉もしくは排ガス通路内のガス圧力を検出する第１圧力検出手段と、前記滞留室内のガス圧力を検出する第２圧力検出手段と、前記第１圧力検出手段により検出される圧力と前記第２圧力検出手段により検出される圧力との差圧を演算する差圧演算手段と、この差圧演算手段により演算される差圧が所定値に達したときの前記酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度の値を保持する酸素濃度値保持手段とを備え、前記空気量制御手段は、前記差圧演算手段により演算される差圧が所定値に達したときには、前記酸素濃度値保持手段に保持されている酸素濃度値に基づき前記炉内に供給される空気量を制御することを特徴とするものである（第１発明）。
【０００８】
本発明において、前記酸素濃度検出手段は、前記滞留室内に直接挿入されるジルコニア式酸素分析計プローブを備えるものであるのが好ましい（第２発明）。
【０００９】
また、前記サンプリング管内に圧縮空気を吹き込むことによりそのサンプリング管の表面に付着したダストを払い落とすダスト払い落とし手段が設けられ、このダスト払い落とし手段は、前記差圧演算手段により演算される差圧が所定値に達したときに圧縮空気を吹き込むように作動されるのが良い（第３発明）。
【００１０】
さらに、前記捕集手段は、前記滞留室と排ガス通路とを連通する連通路内に加圧空気を噴射するエジェクタであるのが好ましい（第４発明）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、炉もしくは排ガス通路内のガス圧力と滞留室内のガス圧力との差圧が所定値に達したときに、酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度の値が保持され、この保持されている酸素濃度値に基づいて、空気量制御手段によって炉内に供給される空気量が制御される。したがって、従来のように、炉もしくは排ガス通路内の排ガスを捕集するサンプリング管を複数本設置する必要がなく、１本のサンプリング管によって燃焼制御にほとんど影響を与えることなく所期の目的を達成することができる。この結果、装置構成を極めて簡素にすることができるとともに、燃焼制御を高精度に行うことが可能となる。
【００１２】
また、第２発明のようにジルコニア式酸素分析計プローブを用いれば、制御の応答性がより向上し、しかも除湿器等の付属装置が不要となって、装置構成をより簡素化することができる。
【００１３】
また、第３発明の構成を採用すれば、燃焼制御に影響を及ぼすことなく、サンプリング管の表面に付着したダストを確実に払い落とすことができる。
【００１４】
さらに、第４発明の構成によれば、エジェクタが排ガス吸引装置として機能して排ガスが滞留室内に吸引され、分析後の排ガスはエジェクタから噴射される加圧空気とともに炉内もしくは排ガス通路内に排出されるので、排ガスが大気中に放出されるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明による燃焼制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１には、本発明の一実施形態に係る廃棄物処理プラントの概略構成図が示されている。本実施形態は、一般廃棄物や産業廃棄物の処理プラントである熱分解ガス化溶融プラントに適用された例を示すものである。
【００１７】
本実施形態の熱分解ガス化溶融プラントにおいては、図示されない熱分解ドラムにより熱分解された廃棄物の熱分解ガスおよびカーボン残渣等が炉頂から投入されて旋回燃焼される燃焼溶融炉１が備えられている。この燃焼溶融炉１は、炉頂に設けられるバーナ２と、このバーナ２の下方の炉壁に設けられる複数の空気供給管３，４，５および再循環ガス供給管６，７と、炉底に設けられる溶融スラグ排出口８とを備えている。ここで、バーナ２および空気供給管３，４，５には、押込送風機９からバーナ用空気および燃焼用空気がそれぞれ供給される。また、再循環ガス供給管６，７には、後述するろ過式集塵器１２の後流側の排ガス循環通路１８から排ガス循環送風機１７によって再循環ガスが供給される。
【００１８】
燃焼溶融炉１から排出される排ガスは廃熱ボイラ１０に導かれ、排ガスの熱が水蒸気として回収される。また、この廃熱ボイラ１０を通った排ガスは減温塔１１に導かれ、この減温塔１１において水が噴霧され減温される。さらに、この減温塔１１にて減温された排ガスはろ過式集塵器１２に導かれ、排ガス中に含まれる飛灰が捕集される。そして、このろ過式集塵器１２から排出される排ガスは、蒸気式ガス再加熱器１３にて再加熱されてから脱硝反応塔１４を通過し、誘引通風機１５により引かれて煙突１６を通り大気へ放出される。また、ろ過式集塵器１２から排出される排ガスの一部は、排ガス循環送風機１７を有する排ガス循環通路１８を介して、燃焼溶融炉１の炉内に供給される。
【００１９】
このように構成されている熱分解ガス化溶融プラントにおいて、廃熱ボイラ１０の出口側の排ガス通路１９の通路壁２１（図２参照）にはガス分析装置２０が装着されている。
【００２０】
図２、図３に示されるように、本実施形態のガス分析装置２０は、排ガス通路１９の通路壁２１に固着されて内部に第１空間部２２を有する第１ケーシング２３と、この第１ケーシング２３の後端部にフランジ結合されて内部に第２空間部２４を有する第２ケーシング２５と、前記第１ケーシング２３の先端側に通路１９を貫通するように配される円筒状のサンプリング管（プローブ）２６とを備えている。ここで、サンプリング管２６は、第１ケーシング５に固着される取付金物としての排ガス配管２７と、この排ガス配管２７の先端にフランジ結合にて固着される多孔質フィルタ２８とにより構成されている。なお、多孔質フィルタ２８は、排ガス温度（１５０〜１２００℃）を考慮して、セラミック製もしくはステンレス製のものが採用される。また、排ガス配管２７はステンレス製とされる。
【００２１】
前記第１空間部２２と第２空間部２４とは略同径になるように連通され、それら空間部２２，２４によって排ガスを滞留させる滞留室が形成されている。そして、この滞留室（空間部２２，２４）内には第２ケーシング２５の基端側から、先端部にジルコニア式酸素分析計プローブ２９を有する酸素濃度検出器（酸素濃度検出手段）３０が挿入・固定されている。このジルコニア式の酸素濃度検出器３０は、チューブ状のジルコニア素子の外面側が排ガスにされされると、この排ガスとジルコニア素子内の空気との酸素濃度差に応じて内側電極、外側電極間に起電力が生じ、この起電力を検出信号として排ガス中の酸素濃度を検出するように構成されたものである。
【００２２】
前記第２ケーシング２５の後端部には、その第２ケーシング２５の軸線と直交するように排ガス抽出管３１が固着され、この排ガス抽出管３１の先端部にはその排ガス抽出管３１と連通するように、かつ第２ケーシング２５の軸線と平行に排ガス還流管３２が取り付けられている。そして、この排ガス還流管３２の先端部は排ガス通路１９の通路壁２１に固着されている。こうして、前記第２ケーシング７内の第２空間部２４は、排ガス抽出管３１および排ガス還流管３２を介して排ガス通路１９に連通されている。
【００２３】
前記排ガス抽出管３１と排ガス還流管３２との接続部にはエジェクタ（捕集手段）３３が設けられている。このエジェクタ３３では、噴射ノズルから圧縮空気が排ガス還流管３２内に噴射されることによって、この噴射力によって排ガス抽出管３１内の排ガスを随伴吸引しながら排ガス還流管３２内に噴射させる（エジェクタ作用）。なお、排ガス還流管３２の管径は、中央部において拡径されて基端部（エジェクタ３３設置側）に対し先端部（排ガス通路１９側）が大径にされている。
【００２４】
また、前記第２ケーシング２５の後端部には、排ガス抽出管３１と対向する位置に排ガス検出管３４が取り付けられ、この排ガス検出管３４の先端部には連成計（微圧計）３５が取り付けられている。こうして、滞留室（第２空間部２４）内の排ガス圧力がその連成計３５によって計測される。なお、この連成計３５が、本発明における第２圧力検出手段に相当する。
【００２５】
前記第１空間部２２、第２空間部２４、排ガス抽出管３１、排ガス還流管３２および排ガス検出管３４の周囲は保温材３６により被覆されるとともに、第２空間部２４、排ガス抽出管３１、排ガス還流管３２および排ガス検出管３４においてはその保温材３６の下にテープヒータ３７が設置されている。このテープヒータ３７は、第２ケーシング２５、排ガス抽出管３１等の表面温度が２００℃以下になる場合に２００℃を保持することによって金物の低温腐食を防止する役目をする。
【００２６】
また、前記多孔質フィルタ２８の外表面に付着したダストを払い落とすため、この多孔質フィルタ２８内に圧縮空気を供給する圧縮空気吹き込み管３８が設けられている。この圧縮空気吹き込み管３８は、第１ケーシング２３内に配された保温材３６を貫通するとともに、排ガス配管２７の上面からその排ガス配管２７内に挿入されるように取り付けられ、その基端部にはパルス電圧によって開閉操作される電磁弁３９を備えている。この電磁弁３９は、前記連成計３５によって検出される滞留室内の排ガス圧力と、通路壁２１に取り付けられる圧力計４０（図１参照）によって検出される排ガス通路１９内の排ガス圧力との差圧がある設定値に達したときに、多孔質フィルタ２８の外表面にダストが付着したと判断され、コントローラ４１からのパルス信号に基づき開操作される。この結果、空気源から圧縮空気吹き込み管３８を介して多孔質フィルタ２８内に圧縮空気が供給され、その多孔質フィルタ２８の外表面に付着したダストが払い落とされる。なお、本実施形態における圧力計４０が、本発明における第１圧力検出手段に相当する。
【００２７】
本実施形態のガス分析装置２０は以上のように構成されており、エジェクタ３３の噴射ノズルから排ガス還流管３２内に圧縮空気（加圧空気）が噴射されることにより、滞留室（第１空間部２２、第２空間部２４）内が負圧になり、この結果、排ガス通路１９内の排ガスが多孔質フィルタ２８および排ガス配管２７を介して滞留室内に吸引される。そして、この滞留室内においては、多孔質フィルタ２８により除塵された排ガスの酸素濃度がジルコニア式酸素分析計プローブ２９を有する酸素濃度検出器３０によって分析され、分析後の排ガスはエジェクタ３３から噴射される圧縮空気とともに排ガス還流管３２を通って排ガス通路１９内に排出される。
【００２８】
前記酸素濃度検出器３０により検出された滞留室内の排ガスの酸素濃度データはコントローラ４１に入力される。コントローラ４１においては、この入力された酸素濃度データに基づき所要の演算を実行し、その酸素濃度検出器３０により検出される酸素濃度が一定になるように、空気供給管３，４，５を介して燃焼溶融炉１の炉内に供給される空気量が制御される。
【００２９】
また、コントローラ４１には、排ガス通路１９内の排ガス圧力を検出する圧力計４０からの圧力データと、滞留室（第２空間部２４）内の排ガス圧力を検出する連成計３５からの圧力データとが入力される。そして、コントローラ４１内では、排ガス通路１９内の排ガス圧力と滞留室内の排ガス圧力との差圧が演算され、この差圧が所定の閾値を越えたときには、圧縮空気吹き込み管３８の電磁弁３９にパルス電圧が印加される。この結果、電磁弁３９が開作動されて、圧縮空気が圧縮空気吹き込み管３８を通って多孔質フィルタ２８内に吹き込まれ、この圧縮空気によって多孔質フィルタ２８の外表面に付着したダストが払い落とされる。
【００３０】
これと同時に、演算された差圧が前記閾値に達したときの酸素濃度検出器３０により検出される滞留室内の排ガスの酸素濃度データがコントローラ４１内の記憶部（酸素濃度値保持手段）に保持される。そして、前述の圧縮空気吹き込み管３８により多孔質フィルタ２８のダスト払い落としを実行している間は、この記憶部に保持された酸素濃度データに基づき、空気供給管３，４，５から燃焼溶融炉１の炉内に供給される空気量が制御される。このようにして１本のサンプリング管のみを用いて、燃焼制御とダスト払い落としとが並行して行われる。
【００３１】
本実施形態の効果を確認するために、実験炉において、圧縮空気吹き込みによるダスト払い落とし時間（酸素濃度データの保持時間）を測定したところ、エジェクタ３３の駆動用空気０．１Ｍｐａ×１０Ｌ／ｍｉｎの条件下で１０秒以下であった。したがって、酸素濃度データを保持することによる燃焼制御への影響はほとんどないと言える。また、９０日間の連続運転を実施した際にも、多孔質フィルタ２８に付着するダストの払い落としが良好に行われていることが確認されるとともに、燃焼溶融炉１の燃焼も空気比１．２の制御で安定して行われることが確認された。
【００３２】
以上のように本実施形態によれば、従来のように、排ガス通路内の排ガスを捕集するサンプリング管を複数本設置してそれらを切り換えて使用する必要がなく、１本のサンプリング管によって、ダスト払い落としを行いつつ、燃焼制御を効果的に行うことができる。したがって、所望の燃焼制御を実現するのに、装置構成を極めて簡素化することができるという効果を奏する。
【００３３】
なお、本実施形態におけるコントローラ４１が、本発明における空気量制御手段、酸素濃度値保持手段、差圧演算手段に相当する。
【００３４】
本実施形態においては、燃焼溶融炉の空気制御を例にとって説明したが、本発明は、焼却炉の空気制御に対しても適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る廃棄物処理プラントの概略構成図
【図２】本実施形態におけるガス分析装置の断面図
【図３】一部断面にて示す図２のＡ矢視図（ａ）および図２のＢ−Ｂ断面図（ｂ）
【符号の説明】
【００３６】
１    燃焼溶融炉
３，４，５    空気供給管
１０    廃熱ボイラ
１１    減温塔
１２    ろ過式集塵器
１９    排ガス通路
２０    ガス分析装置
２６    サンプリング管
２８    多孔質フィルタ
２９    ジルコニア式酸素分析計プローブ
３０    酸素濃度検出器（酸素濃度検出手段）
３３    エジェクタ
３５    連成計（第２圧力検出手段）
３８    圧縮空気吹き込み管
４０    圧力計（第１圧力検出手段）
４１    コントローラ（空気量制御手段、酸素濃度保持手段、差圧演算手段）
【図１】
2006258320.tif 000003
【図２】
2006258320.tif 000004
【図３】
2006258320.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月16日(2005.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３９４０９号公報