(57)【要約】【課題】  水分が多く燃焼しにくい下水汚泥をごみと混燃する際に効率的に安定して焼却することができる廃棄物焼却炉を提供する。【解決手段】  給じん装置４、廃熱ボイラ５、燃焼排ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出器１１、及び燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器１２を有するストーカ式焼却炉２０と、ストーカ式焼却炉２０に汚泥を供給する汚泥供給装置４と、燃焼を制御する演算制御部９と、を備え、演算制御部９は、水分濃度検出器１１により検出された水分濃度と、酸素濃度検出器１２により検出された酸素濃度とから、廃熱ボイラ５の蒸発量を演算し、蒸発量の演算値に基づいて、給じん装置４の給じん速度と汚泥供給装置４の汚泥供給速度とを別々に制御する。【選択図】  図１
2019207048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体に接続されたホッパー内の焼却対象物を前記炉本体内に供給する給じん装置、前記炉本体内で発生する燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラ、燃焼排ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出器、及び、燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器を有するストーカ式焼却炉と、
前記ストーカ式焼却炉に汚泥を供給する汚泥供給装置と、
燃焼を制御する演算制御部と、を備え、
前記演算制御部は、前記水分濃度検出器により検出された水分濃度と、前記酸素濃度検出器により検出された酸素濃度とから、前記廃熱ボイラの蒸発量を演算し、蒸発量の演算値に基づいて、前記給じん装置の給じん速度と前記汚泥供給装置の汚泥供給速度とを別々に制御する、廃棄物焼却炉。
【請求項２】
前記炉本体内に、乾燥ストーカ、燃焼ストーカ、及び後燃焼ストーカを有し、
前記汚泥供給装置は、前記乾燥ストーカの上流側位置の鉛直上方に配設された汚泥供給口を備える、請求項１に記載の廃棄物焼却炉。
【請求項３】
前記演算制御部は、前記汚泥供給装置の汚泥供給速度を制御することにより、燃焼排ガスの水分濃度を制御することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉。
【請求項４】
前記演算制御部は、前記水分濃度検出器により検出された水分濃度の変動を減少させるように前記汚泥供給装置の汚泥供給速度を調節することを特徴とする請求項３に記載の廃棄物焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却炉に係り、特に、下水汚泥をごみに混ぜて燃焼させるのに適した廃棄物焼却炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ごみ処理施設のニーズの多様化により、廃棄物焼却炉で下水汚泥をごみと混燃して焼却処理するニーズが増えつつあり、焼却炉のごみシュート部或いは燃焼室に下水汚泥を供給し、ごみに汚泥を混ぜて焼却炉内で焼却処理するごみ焼却炉が知られている（例えば、特許文献１〜３等）。
【０００３】
一般に下水汚泥は、含水率９８〜９９％から、重力濃縮や機械濃縮（加圧浮上・遠心濃縮）等の方法を用いて含水率９５〜９７％に減量化され、さらに遠心脱水機やベルトブレス脱水機などにより含水率７６〜８０％に脱水されて、いわゆる脱水汚泥とされてから、焼却処理されているが、含水率が高く、発熱量が１０００〜２０００ｋＪ／ｋｇと低く自燃しないため、下水処理場に設置されている焼却炉にそのまま投入して焼却する場合は、天然ガスや油等の補助燃料を使用して焼却処理する必要がある。
【０００４】
また、ごみと混燃する場合、脱水汚泥は、粘土質のため塊になりやすく、ごみホッパー内に押し込むとごみホッパー内で詰まってしまう恐れがあり、また、大きな塊のまま焼却炉に投入されると、その塊が完全に燃焼せず、未燃焼部分を残したまま、灰とともに炉外へ排出されてしまうなどの問題があった。このため、脱水汚泥をごみに混ぜて混焼する場合は、通常、ごみの重量の１０％以下とする必要があった。
【０００５】
補助燃料を使用せず下水汚泥をごみと混ぜて焼却するには、汚泥乾燥機を用いて脱水汚泥を更に乾燥させて含水率４０％前後のいわゆる乾燥汚泥とする必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−９５５１７号公報
【特許文献２】特開平１−３０５２１４号公報
【特許文献３】特開昭５７−１８２００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ごみ焼却施設は、ダイオキシン類やＣＯ、ＮＯｘの発生を抑制し、環境汚染を防止するとともに、近年では熱回収の高効率化などが求められており、ごみと下水汚泥を混合して焼却する場合でも、高い安定燃焼性能が求められている。
【０００８】
しかしながら、ごみは、水分が多く燃えにくい生ごみ等のごみとプラスチックが多く燃えやすいごみとが混在し、また経時的にそれらのごみが変動しながら焼却炉に供給されるため、安定燃焼が難しく、その上、焼却対象として下水汚泥も加えると、さらに安定燃焼が困難となる。
【０００９】
また、補助燃料を使用して焼却処理する場合は補助燃料のコストが嵩み、汚泥乾燥機を使用する場合は、汚泥乾燥機自体のコストに加えて汚泥乾燥機のランニングコストが嵩み、非効率となる。
【００１０】
そこで本発明は、水分が多く燃焼しにくい下水汚泥をごみと混燃する際に効率的に安定して焼却することができる廃棄物焼却炉を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る廃棄物焼却炉の第１の態様は、炉本体に接続されたホッパー内の焼却対象物を前記炉本体内に供給する給じん装置、前記炉本体内で発生する燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラ、燃焼排ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出器、及び、燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器を有するストーカ式焼却炉と、前記ストーカ式焼却炉に汚泥を供給する汚泥供給装置と、燃焼を制御する演算制御部と、を備え、前記演算制御部は、前記水分濃度検出器により検出された水分濃度と、前記酸素濃度検出器により検出された酸素濃度とから、前記廃熱ボイラの蒸発量を演算し、蒸発量の演算値に基づいて、前記給じん装置の給じん速度と前記汚泥供給装置の汚泥供給速度とを別々に制御する。
【００１２】
また、本発明に係る廃棄物焼却炉の第２の態様は、上記第１の態様において、前記炉本体内に、乾燥ストーカ、燃焼ストーカ、及び後燃焼ストーカを有し、前記汚泥供給装置が、前記乾燥ストーカの上流側位置の鉛直上方に配設された汚泥供給口を備える。
【００１３】
本発明に係る廃棄物焼却炉の第３の態様は、上記第１の態様において、前記演算制御部が、前記汚泥供給装置の汚泥供給速度を制御することにより、燃焼排ガスの水分濃度を制御する。
【００１４】
本発明に係る廃棄物焼却炉の第４の態様は、上記第３の態様において、前記演算制御部は、前記水分濃度検出器により検出された水分濃度の変動を減少させるように前記汚泥供給装置の汚泥供給速度を調節する。
【００１５】
本明細書において、「ごみ」は「汚泥」を含まない用語として用いている。具体的には、「ごみ」は、一般廃棄物（家庭系ごみ及び事業系ごみ）のことであり、「汚泥」は、排水処理や下水処理の過程で出てくる泥状の物質で有機物と無機物の集合体のことである。下水汚泥は、主に下水処理過程で使用された微生物の死骸の集合体である。このとこは特許請求の範囲においても同様である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、給じん速度と汚泥供給速度とを別々に制御することで、ごみと汚泥の混合物から発生する水分を迅速に調整することができる。その結果、水分の多い下水汚泥をごみと効率良く安定燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る廃棄物焼却炉の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ごみと汚泥の水分量の経時変化を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る廃棄物焼却炉の実施形態について、以下に図１〜図２を参照して説明する。
【００１９】
廃棄物焼却炉１は、炉本体２、炉本体２に接続されたホッパー３、ホッパー３内の焼却対象物を炉本体２内に供給する給じん装置４、炉本体２内で発生する燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラ５、炉本体２内に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置６、主灰シュート７等を有するストーカ式焼却炉２０と、ストーカ式焼却炉２０に汚泥を供給する汚泥供給装置８と、燃焼を制御する演算制御部９と、を備えている。
【００２０】
炉本体２内にストーカ１０が設けられている。ストーカ１０は、上流側から下流側にかけて、乾燥ストーカ１０ｃ、燃焼ストーカ１０ｄ、後燃焼ストーカ１０ｅで構成されている。ストーカ１０は、ごみ送り方向（図１の左側から右側へ向かう方向）に、可動火格子１０ａと固定火格子１０ｂが交互に階段状に配列された階段式ストーカである。
【００２１】
油圧シリンダ等の油圧機器で構成されるストーカ駆動装置１０ｆ、１０ｇ、１０ｈによって、乾燥ストーカ１０ｃ、燃焼ストーカ１０ｄ、及び後燃焼ストーカ１０ｅの其々の可動火格子１０ａを往復動させることにより、ごみを攪拌しながら上流側から下流側へ移送する。可動火格子１０ａが往復動する速度、即ちストーカ速度は、演算制御部９により制御され得る。演算制御部９は、制御部、演算部、記憶部、インターフェース等を備えている。
【００２２】
図示例の給じん装置４は、プッシャー４ａの往復動により、ホッパー３内のごみを焼却炉内に押し込むプッシャー方式である。プッシャー４ａの往復動速度、即ち、給じん速度が演算制御部９によって制御され、ホッパー３から炉本体２内に供給されるごみの供給量が制御される。プッシャー４ａは、油圧シリンダ等のプッシャー駆動装置４ｂによって往復動する。
【００２３】
燃焼用空気供給装置６は、燃焼に必要な空気、即ち燃焼用空気を炉内に送り込む装置であり、押込送風機６ａ、空気予熱器６ｂ、空気ダクト６ｃ、ダンパ６ｄ等によって構成されている。燃焼用空気は、ストーカ１０の下から送られる１次空気と、燃焼室上部に送られる２次空気とに分けられる。燃焼用空気供給装置６のダンパ６ｄの制御又は押込送風機６ａの電動機の回転数が演算制御部９によって制御され、燃焼用空気量が制御される。
【００２４】
汚泥供給装置８は、例えば、一軸ねじポンプやピストンポンプ等の容積移動型ポンプや、スクリューフィーダー等を備えることができ、それらを駆動する駆動モータの回転数が演算制御部９によって制御され、汚泥供給量、汚泥供給速度が制御される。
【００２５】
汚泥供給装置８は、乾燥ストーカ１０ｃの上流側位置の鉛直上方に配設された汚泥供給口８ａを備える。汚泥供給口８ａは、図示例では炉本体２の上部壁に開口しているが、例えば、炉本体２の側壁部から汚泥供給管８ｂを挿通して所定位置に汚泥供給口８ａを配置することもできる。
【００２６】
汚泥供給口８ａは、乾燥ストーカ１０ｃの幅方向（図１の奥行き方向）に複数個配置することができ、その配置間隔は例えば０．５〜１．５ｍ間隔とすることが、汚泥を炉本体２の幅方向に均等に乾燥させるために好ましい。
【００２７】
汚泥供給口８ａから炉本体２内に供給された汚泥Ｓは、乾燥ストーカ１０ｃ上のごみＧの上に落下し、乾燥ストーカ１０ｃ上のごみＧの上で、ごみ燃焼の火炎に下から煽られるとともに、燃焼ストーカ１０ｄ上の火炎からの輻射熱を受け、乾燥が促進される。乾燥ストーカ１０ｃ上で乾燥させられた汚泥Ｓは、燃焼ストーカ１０ｄ上でごみＧとともに燃焼させられる。
【００２８】
演算制御部９は、設定された目標焼却量や目標蒸発量に応じて、給じん速度、ストーカ速度、燃焼用空気量、汚泥供給速度を制御する。目標焼却量は、ごみと汚泥の合計焼却量と汚泥の混燃比率として設定されたり、ごみと汚泥の其々について設定される。安定した余熱利用のための制御目標として、廃熱ボイラ５の蒸発量が目標蒸発量として用いられる。制御には、シーケンス制御やＰＩＤ制御が用いられるほか、ファジイ制御システムや自己回帰モデル制御システム等を利用した自動燃焼制御（ＡＣＣ）が用いられることもある。
【００２９】
廃熱ボイラ５の蒸発量は、差圧式流量計等の蒸発量計測器によって実測する蒸発量実測方法と、燃焼排ガス中の成分を測定して成分濃度から演算する蒸発量演算方法が知られている。本発明では、蒸発量演算方法が利用される。蒸発量演算方法は、例えば特許５９９６７６２号明細書に開示されているため、計算式等に関する詳細な説明は省略する。
【００３０】
蒸発量実測方法では燃焼排ガスと缶水との熱交換により発生する蒸気流量を測定するのに対し、蒸気量演算方法は、燃焼排ガス中の水分濃度と酸素濃度から直ちに廃熱ボイラ５の蒸発量を演算するため、蒸気量実測方法より早く廃熱ボイラ５の蒸発量を得ることができる。特に、燃焼排ガス中の水分は、主として乾燥ストーカ１０ｃ上で発生するため、早い段階で、ごみ質、即ち焼却対象物中の水分に関する情報が検出され得る。
【００３１】
燃焼排ガス中の水分濃度及び酸素濃度をリアルタイムで測定するための水分濃度検出器１１及び酸素濃度検出器１２が、燃焼排ガス通路に設置されている。水分濃度検出器１１及び酸素濃度検出器１２の測定データは、演算制御部９に送られる。
【００３２】
演算制御部９は、測定した水分濃度及び酸素濃度からストーカ１０上の燃焼ごみの発熱量を演算し、発熱量の演算値を基に廃熱ボイラ５の蒸発量を演算する。演算制御部９は、廃熱ボイラ５の蒸発量の演算値が制御目標である目標蒸発量となるように、給じん装置４の給じん速度、燃焼用空気供給装置６の燃焼用空気量、及び汚泥供給装置８の汚泥供給速度の其々を制御するとともに、目標焼却量となるように、給じん装置４の給じん速度、及び汚泥供給装置８の汚泥供給速度の各々を制御することにより、燃焼を制御する。
【００３３】
ごみは、燃えやすいごみ（プラスチック等の乾燥したごみ）と燃えにくいごみ（水分の多いごみ）とが混在するとともに、燃えやすいごみと燃えにくいごみの比率（ごみ質）が経時的に変化することにより、燃焼が変動する。燃焼の変動によりボイラの蒸発量が大きく変動する。燃焼の変動を抑えるために、廃熱ボイラ５の蒸発量の演算値を基に、給じん速度や燃焼用空気量が調節され得る。給じん速度を調節することによりごみの供給量が調節され、それに応じた燃焼用空気量に調整することで、廃熱ボイラ５の蒸発量を目標蒸発量に近付けことができる。
【００３４】
廃熱ボイラ５の蒸発量は、ごみ供給量とごみ質とに依存し、ごみの供給量が減れば廃熱ボイラ５の蒸発量も減り、ごみ質が低下（含水率が増加）すれば廃熱ボイラ５の蒸発量は減る。ごみ質はごみの含水率に依存するため、ごみの含水率が変動すると廃熱ボイラ５の蒸発量も変動する。
【００３５】
給じん速度の制御では、ごみ供給量を制御することによって廃熱ボイラ５の蒸発量が制御されるが、ごみ質を制御することができない。そのため、給じん速度の制御のみでは、ごみ質の経時的変化による廃熱ボイラ５の蒸発量の変動を抑えることは困難である。
【００３６】
一方、下水処理場で処理された汚泥は、含水率がほぼ一定である。そのため汚泥の供給量が増えれば、炉内に供給される水分が増えることになり、燃焼によって発生する燃焼排ガス中の水分も増えることになる。従って、汚泥供給装置８の汚泥供給速度を制御すれば、炉本体２内で汚泥から蒸発する水分の濃度を制御することができる。
【００３７】
含水率が変動するごみに、含水率がほぼ一定の汚泥の混ぜる量を調節することで、ごみと汚泥の混合物の含水率の変動を減少させることができる。すなわち、ごみの含水率が径時的に変化しても、汚泥供給量（汚泥供給速度）を調整することにより、ごみと汚泥の混合物の含水率を安定した含水率に制御することができ、その結果、燃焼を安定させ、廃熱ボイラ５の蒸発量を安定させることができる。
【００３８】
従って、ごみの含水率の経時的変化による燃焼ガス中の水分濃度の変動を減少させるように汚泥供給速度を調節することにより、燃焼の変動をいっそう抑制することが可能となり、廃熱ボイラ５のいっそう安定した蒸発量が得られる。
【００３９】
例えば、図２に模式的に示すグラフを参照して、ごみの水分量Ｈｇが図２のように変動している場合を仮定すると、汚泥の水分量Ｈｓが図２のようにごみの水分量Ｈｇの変化を相殺するように汚泥供給量を調整することにより、全体の水分量Ｈｔの変動を減少させることができる。
【００４０】
ごみと汚泥の全体の水分量は、水分濃度検出器１１の検出値に比例する。汚泥供給速度を調節し、水分濃度検出器１１により検出された水分濃度の変動が抑えられれば、ごみと汚泥の混合したごみ質の変動が抑えられ、その結果、燃焼の変動が減少し、廃熱ボイラ５の蒸発量の安定化が実現される。このようにして、給じん速度の制御による燃焼の不安定さを汚泥供給速度の制御で補うことにより、よりいっそう安定な燃焼が実現され得る。
【００４１】
給じん速度と汚泥供給速度とは、互いに独立して制御されるため、例えば、廃熱ボイラ５の蒸発量の演算により廃熱ボイラ５の蒸発量が減ることが予測された場合には、給じん速度を増加させつつ、汚泥供給速度を下げ、炉本体２内に持ち込まれる水分を下げることにより、炉本体２内に供給されるごみと汚泥の混合物の発熱量（∝廃熱ボイラの蒸発量）が下がるのを抑え、燃焼を安定させることができる。
【００４２】
また、本発明によれば、ごみと汚泥の混合物の水分量を制御することができるため、汚泥供給装置８によって炉本体２内に供給される汚泥の含水率は、６０〜９０％の範囲で安定燃焼が可能である。脱水処理前の汚泥の含水率は、例えば８０％以上である。また、ごみに対する汚泥の割合も１０％以上としても安定燃焼が可能である。
【００４３】
本発明は、上記実施形態に限定解釈されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、炉本体２の上部壁に設けた汚泥供給口８ａから乾燥ストーカ１０ｃの上流部に向けて汚泥を落下供給する構成としているが、汚泥をホッパー３に供給する構成とすることもできる。また、上記実施形態において給じん装置をプッシャー式としたが、乾燥ストーカｃの動きに伴ってホッパー内のごみを送り出す形式の供給フィーダ式を採用することもできる。また、上記実施形態では、助燃バーナを設けていないが、助燃バーナを設けることも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  廃棄物焼却炉
２  炉本体
３  ホッパー
４  給じん装置
５  廃熱ボイラ
６  燃焼用空気供給装置
８  汚泥供給装置
９  演算制御部
１０  ストーカ
１０ｃ  乾燥ストーカ
１０ｄ  燃焼ストーカ
１０ｅ  後燃焼ストーカ
１１  水分濃度検出器
１２  酸素濃度検出器
２０  ストーカ式焼却炉
【図１】
2019207048.tif 000003
【図２】
2019207048.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月29日(2019.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体に接続されたホッパー内の焼却対象物を前記炉本体内に供給する給じん装置、前記炉本体内で発生する燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラ、燃焼排ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出器、及び、燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器を有するストーカ式焼却炉と、
前記ストーカ式焼却炉に汚泥を供給する汚泥供給装置と、
燃焼を制御する演算制御部と、を備え、
前記炉本体内に、乾燥ストーカ、燃焼ストーカ、及び後燃焼ストーカを有し、
前記汚泥供給装置は、前記乾燥ストーカにおける上流側位置の鉛直上方に配設された汚泥供給口を前記炉本体に備え、
前記汚泥供給口は、前記乾燥ストーカの幅方向に０．５〜１．５ｍ間隔で複数個配置されており、
前記演算制御部は、前記水分濃度検出器により検出された水分濃度と、前記酸素濃度検出器により検出された酸素濃度とから、前記廃熱ボイラの蒸発量を演算し、蒸発量の演算値に基づいて、前記給じん装置の給じん速度と前記汚泥供給装置の汚泥供給速度とを別々に制御する、廃棄物焼却炉。
【請求項２】
前記演算制御部は、前記汚泥供給装置の汚泥供給速度を制御することにより、燃焼排ガスの水分濃度を制御することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉。
【請求項３】
前記演算制御部は、前記水分濃度検出器により検出された水分濃度の変動を減少させるように前記汚泥供給装置の汚泥供給速度を調節することを特徴とする請求項２に記載の廃棄物焼却炉。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る廃棄物焼却炉の第１の態様は、炉本体に接続されたホッパー内の焼却対象物を前記炉本体内に供給する給じん装置、前記炉本体内で発生する燃焼排ガスから熱回収する廃熱ボイラ、燃焼排ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出器、及び、燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器を有するストーカ式焼却炉と、前記ストーカ式焼却炉に汚泥を供給する汚泥供給装置と、燃焼を制御する演算制御部と、を備え、前記炉本体内に、乾燥ストーカ、燃焼ストーカ、及び後燃焼ストーカを有し、前記汚泥供給装置は、前記乾燥ストーカにおける上流側位置の鉛直上方に配設された汚泥供給口を前記炉本体に備え、前記汚泥供給口は、前記乾燥ストーカの幅方向に０．５〜１．５ｍ間隔で複数個配置されており、前記演算制御部は、前記水分濃度検出器により検出された水分濃度と、前記酸素濃度検出器により検出された酸素濃度とから、前記廃熱ボイラの蒸発量を演算し、蒸発量の演算値に基づいて、前記給じん装置の給じん速度と前記汚泥供給装置の汚泥供給速度とを別々に制御する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明に係る廃棄物焼却炉の第２の態様は、上記第１の態様において、前記演算制御部が、前記汚泥供給装置の汚泥供給速度を制御することにより、燃焼排ガスの水分濃度を制御する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明に係る廃棄物焼却炉の第３の態様は、上記第２の態様において、前記演算制御部は、前記水分濃度検出器により検出された水分濃度の変動を減少させるように前記汚泥供給装置の汚泥供給速度を調節する。