(57)【要約】【課題】  １次燃焼室を所望の燃焼状態に制御し、安定燃焼を可能とする、ストーカ式焼却炉及びその制御方法を提供する。【解決手段】  ストーカに配列された火格子の温度分布を測定するための火格子温度測定手段と、前記火格子温度測定手段によって測定された火格子温度の温度分布情報に基づいて、ストーカ下部からの１次空気の複数の供給箇所の各々への供給量、ストーカ速度、及び、ごみ供給量の少なくとも１つ以上を制御する制御装置１１と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストーカに配列された火格子の温度分布を測定するための火格子温度測定手段と、
前記火格子温度測定手段によって測定された火格子温度の温度分布情報に基づいて、ストーカ下部からの１次空気の複数の供給箇所の各々への供給量、ストーカ速度、及び、ごみ供給量の少なくとも１つ以上を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするストーカ式焼却炉。
【請求項２】
前記制御装置は、前記火格子温度測定手段によって測定された火格子温度の温度分布の経時変化情報に基づいて、ストーカ下部からの１次空気の複数の供給箇所の各々への供給量、ストーカ速度、及び、ごみ供給量の少なくとも１つ以上を制御する、請求項１に記載のストーカ式焼却炉。
【請求項３】
前記火格子温度測定手段は、火格子の下面に取り付けられた熱電対を含む、請求項１または２に記載のストーカ式焼却炉。
【請求項４】
前記火格子温度測定手段は、火格子の下面温度を測定する放射温度計を含む、請求項１又は２に記載のストーカ式焼却炉。
【請求項５】
ストーカに配列された火格子の温度分布を測定するステップと、
測定した温度分布情報に基づいて、ストーカ下部からの１次空気の複数の供給箇所の各々への供給量、ストーカ速度、及び、ごみ供給量の少なくとも１つ以上を制御するステップと、を含む、ストーカ式焼却炉の制御方法。
【請求項６】
前記火格子の温度分布情報は前記火格子の温度分布の経時変化情報を含む、請求項５に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストーカ式焼却炉及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ストーカ式焼却炉は、図１３に示すように、乾燥ストーカ５ｘや燃焼ストーカ５ｙ上流側で発生する一酸化炭素や炭化水素類濃度が高い未燃リッチガスＣと、後燃焼ストーカ５ｚで発生する空気リッチガスＤとが２次燃焼室２ｂに入り、２次空気供給系統１０を通じて供給される２次空気により混合攪拌されて完全燃焼する。従来のストーカ燃焼技術は、この未燃リッチガスＣと空気リッチガスＤとを効率良く混合攪拌して燃焼を促進させることに重点を置いて開発されてきた。図１３において、符号Ｓは過熱器を示し、符号Ｅはエコノマイザを示している。
【０００３】
そのようなストーカ燃焼技術として、例えば、後燃焼ストーカ５ｚの上方から空気リッチガスを引き抜き、引き抜いたガスを２次燃焼室２ｂに吹き込むことで燃焼を促進させる技術（特許文献１）が知られている。
【０００４】
また、２次燃焼室２ｂの混合攪拌には、２次空気として空気を数十メートル／秒で吹き込む以外にも、上記したように後燃焼ストーカ５ｚ上方のガスや、さらに排ガス処理設備（図示せず。）で除塵された排ガスを用いる技術が知られている（特許文献２〜４等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５０３７７号公報
【特許文献２】特開２００１−２４１６２９号公報
【特許文献３】特開２００４−２００７１号公報
【特許文献４】特開２０１０−２４９４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のストーカ燃焼技術は、ごみから発生した燃焼ガスを混合攪拌する技術であり、ストーカ上のゴミ燃焼の安定化に寄与するものでないため、ストーカ上のごみ燃焼を安定化する技術が求められている。
【０００７】
燃焼ストーカ上では、水分が多く燃えにくい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供給されるため、安定燃焼しているとは言い難い。ストーカ式焼却炉での燃焼は、１次空気比が０．７〜１．２程度であり、これが１次燃焼室での燃焼量を表す指標と捉えるならば、燃焼物の７０％以上は１次燃焼室で燃焼していることになる。よって１次燃焼をより均一な燃焼へと改善することが、窒素酸化物やダイオキシン類の発生を抑制する手段となる。
【０００８】
そこで、本発明は、１次燃焼室での燃焼を制御することのできるストーカ式焼却炉及びその制御方法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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るストーカ式焼却炉は、ストーカに配列された火格子の温度分布を測定するための火格子温度測定手段と、前記火格子温度測定手段によって測定された火格子温度の温度分布情報に基づいて、１次空気の複数の供給箇所の各々への供給量、ストーカ速度、及び、ごみ供給量の少なくとも１つ以上を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
ある実施態様において、前記制御装置は、前記火格子温度測定手段によって測定された火格子温度の温度分布の経時変化情報に基づいて、１次空気の複数の供給箇所の各々への供給量、ストーカ速度、及び、ごみ供給量の少なくとも１つ以上を制御する。
【００１１】
ある実施態様において、前記火格子温度測定手段は、火格子の下面に取り付けられた熱電対を含む。
【００１２】
ある実施態様において、前記火格子温度測定手段は、火格子の下面温度を測定する放射温度計を含む。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明に係るストーカ式焼却炉の制御方法は、ストーカに配列された火格子の温度分布を測定するステップと、測定した温度分布情報に基づいて、１次空気の複数の供給箇所の各々への供給量、ストーカ速度、及び、ごみ供給量の少なくとも１つ以上を制御するステップと、を含む。ある実施態様において、前記火格子の温度分布情報は前記火格子の温度分布の経時変化情報を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ストーカ式焼却炉の火格子の温度分布を測定することにより、火格子上での燃焼状態を把握することができ、１次燃焼室を所望の燃焼状態に制御することが可能となり、安定燃焼が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るストーカ式焼却炉を示す概略構成図である。
【図２】ストーカ式焼却炉の可動火格子と固定火格子の部分断面側面図である。
【図３】図２の可動火格子が別の作動位置にある状態を示す部分断面側面図である。
【図４】ストーカ式焼却炉を示す部分断面斜視図である。
【図５】ストーカ式焼却炉のストーカを模式的にあらわした平面図である。
【図６】図５の燃焼ストーカの１次空気を４分割して供給する範囲を示した平面図である。
【図７】ストーカの火格子温度分布を温度毎にグレースケールの濃淡を対応させて示すマッピング図である。
【図８】図７のマッピングに説明を加えたマッピング図である。
【図９】図７のマッピング図を時系列で並べたマッピング図である。
【図１０】図７のマッピング図を他の時系列で並べたマッピング図である。
【図１１】図５の平面図にストーカの火格子温度分布をグラフ化するための説明を加えた平面図である。
【図１２】マッピング図と対比してストーカの火格子温度分布をグラフ化したグラフである。
【図１３】従来のストーカ式焼却炉の内部構造を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態について、以下に図１〜図１２を参照して説明する。なお、従来技術を含めて、全図及び全実施形態を通じて、同様の同一又は類似の構成部分に同符号を付している。
【００１７】
図１に示すように、ストーカ式焼却炉１は、炉本体２、ホッパー３、給じん装置４、ストーカ５、主灰シュート６、廃熱ボイラ７、１次空気供給系統８、２次空気供給系統１０等を備えている。
【００１８】
図示例のストーカ５は、可動火格子５ａと固定火格子５ｂが交互に階段状に配列された階段式ストーカであり、ストーカ駆動装置５ｃによって可動火格子５ａを往復動させることにより、ごみを攪拌しながら移送する。可動火格子５ａが往復動する速度、即ちストーカ速度は、制御装置１１により制御される。ストーカ５は、上流側から下流側にかけて、乾燥ゾーンの乾燥ストーカ５ｘ、燃焼ゾーンの燃焼ストーカ５ｙ、後燃焼ゾーンの後燃焼ストーカ５ｚに区分けされる。
【００１９】
乾燥ストーカ５ｘ、燃焼ストーカ５ｙ、後燃焼ストーカ５ｚの其々の下部に、其々、一次空気を供給する風箱１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆが設けられている。風箱１２ａ〜１２ｆの其々に、１次空気供給系統８が接続されている。
【００２０】
１次空気供給系統８は、燃焼に必要な１次空気を炉内に送り込む装置であり、押込送風機８ａ、空気予熱器８ｂ、空気ダクト８ｃ、ダンパ等の風量制御手段８ｄ等によって構成されている。２次空気は、２次空気供給系統１０を通じて１次燃焼室２ａの上部の２次燃焼室２ｂに送られる。
【００２１】
制御装置１１は、流量制御手段８ｄの制御又は押込送風機８ａの電動機の回転数制御により、１次空気の供給量を制御する。制御装置１１は、複数個ある流量制御手段８ａを個別に制御することにより、例えば、燃焼ゾーンと後燃焼ゾーンとで１次空気供給量を変える等、ストーカ５の異なる位置で異なる量の１次空気を供給することができる。
【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内のごみを炉内に押し込むプッシャー方式であって、制御装置１１は、プッシャー４ａのストローク、作動速度、作動間隔を制御することにより、ゴミの供給量を制御する。プッシャー４ａは、油圧シリンダー等のプッシャー駆動装置４ｂによって往復動する。
【００２３】
ストーカ式焼却炉１は、可動火格子５ａ及び固定火格子５ｂの下面の温度分布を測定する火格子温度測定手段を備える。火格子温度測定手段は、例えば、ストーカ５の全域にわたって可動火格子５ａ及び固定火格子５ｂの其々の下面の適宜箇所に熱電対（図示せず。）を取り付けることにより構成することができる。或いは、可動火格子５ａ及び固定火格子５ｂの下面温度を測定する放射温度計（図示せず。）により、火格子温度測定手段を構成することもできる。可動火格子５ａ及び固定火格子５ｂの双方の温度を測定してもよいし、固定火格子５ｂのみ、或いは、可動火格子５ａのみの温度を測定してもよい。
【００２４】
火格子上ではごみが燃焼しているが、火格子の下面（裏側面）は１次空気が供給されるだけであり、火格子の下面から火格子温度を容易に測定することが可能である。
【００２５】
なお、図示しないが、火格子温度測定手段は、火格子の下面に限らず、例えば、火格子を構成する高温耐腐性金属材料中に熱電対を埋設する等により、火格子の表面付近の温度を測定することも可能である。
【００２６】
図５は、ストーカ５を模式的に上からみた平面図である。ストーカ５は、側面視で階段状になっており、平面視で碁盤目のように配列されている。また、図６はストーカ５の下から供給する１次空気の分割例を示しており（図１参照）、燃焼ストーカ５ｙへ供給する１次空気が風箱１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅによって４分割されている例である。図５の太枠は、風箱１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅの隔壁に相当する。
【００２７】
図７は、火格子の全て（可動火格子５ａ及び固定火格子５ｂ）の温度を測定し、温度毎にグレースケールの濃淡を対応させて、火格子の温度分布を可視化するためにマッピングした図である。このグレースケールマッピング図は、温度が低いほど色が濃く、温度が高いほど色が薄く（淡く）表わされている。グレースケールマッピングに代えて、カラーマッピングで表示することもできる。
【００２８】
燃焼が最も盛んな部分が最も高温となり、この温度分布からストーカ上全体の燃焼状態が把握できる。すなわち、この温度分布から図８に記載の情報が読み取れる。
【００２９】
このように火格子温度を測定することにより、直接的にストーカ上の燃焼状態が読み取れる。従って、例えば、盛んに燃焼している部分や燃焼し始めの部分に１次空気を多く供給すれば、盛んに燃焼している部分をごみ流れの上流に移動させることができる。
【００３０】
１次空気の供給位置及び供給量の制御は、１次空気の複数の供給箇所である風箱１２ａ〜１２ｆの各々への１次空気供給量を制御する風量制御手段８ｄ・・の各々を制御することにより行うことができる。
【００３１】
また、火格子温度を経時的に測定することにより、現在の燃焼状態になる前の状態から現在に至るまでの燃焼状態の変化を検知することができるようになり、燃焼状態の最適化を図ることができる。
【００３２】
図９は、火格子温度分布の経時変化の一例を示している。図９において、「１時間前の状態」は燃焼ストーカ中心付近が最も盛んな燃焼状態（燃焼中心）であったが、「３０分前の状態」は燃焼中心が少し下流に移行し、「現在の状態」は燃焼ストーカ最下流から後燃焼ストーカ上流付近まで燃焼中心が下がった状態となっている。
【００３３】
ここで図９の乾燥ストーカの温度分布をみると、「１時間前の状態」から「３０分前の状態」にかけて、乾燥ストーカの矢印Ｇで示す色の濃い部分（低温部分）の面積が多くなってきており、ごみの性状が水分を多く含んだ燃えにくいごみに変化していることが分かる。
【００３４】
例えば、図９の「３０分前の状態」を維持したい場合には、「３０分前の状態」の段階で燃焼中心付近および燃えはじめ付近（図６の燃焼ストーカ空気ｂ、ｃ）に空気を多く供給することで、その部分の燃焼をより盛んにさせることとなり、図９の「現在の状態」の燃焼中心が下流に移行せずに「３０分前の状態」の維持が可能となる。
【００３５】
また、前述は空気の供給量を制御して燃焼状態を最適化する例を示したが、ごみ質が悪化（水分が多く燃えにくいごみ）している場合は、ごみの炉内滞留時間を増やすため、ストーカ速度を遅くする、或いは、ごみ供給量を少なくすることでも燃焼状態の維持が可能である。もちろん、１次空気の吹き込み位置、１次空気の供給量、ストーカ速度を合わせた制御とすることもできる。
【００３６】
上記のように火格子温度を測定することにより、燃焼状態を検出でき、経時的な変化からごみ質の状態（燃えやすいごみか、燃えにくいごみか）を予測することが可能となり、燃焼の安定化が可能となる。
【００３７】
図１０は、火格子温度分布の経時変化の他の例を示している。図１０において「１時間前の状態」は燃焼ストーカ最下流付近が最も盛んな燃焼状態（燃焼中心）であったが、「３０分前の状態」は燃焼中心が少し上流に移行し、「現在の状態」では燃焼ストーカ中心付近まで燃焼中心が上流側に移行した状態となっている。
【００３８】
ここで図１０の乾燥ストーカの温度分布をみると、「１時間前の状態」から「３０分前の状態」にかけて、乾燥ストーカの低温部分（Ｇ）の面積が少なくなってきており、ごみの性状は、水分が少なくプラスチック類を多く含んだ燃えやすいごみに変化してきていることが分かる。もし図１０の「３０分前の状態」を維持したい場合には、「３０分前の状態」の段階で燃焼中心付近および燃えはじめ付近（図６の燃焼ストーカ空気ｂ、ｃ）の供給量を少なく供給することで、その部分の燃焼を抑制することが可能となる。前述の通り、ストーカ速度やごみ供給量を制御してもよい。もちろん、１次空気を送り込む位置、１次空気の供給量、ストーカ速度を合わせた制御でもよい。
【００３９】
上記実施形態では、火格子温度を測定して、そのデータを表現するのにマッピングによる温度分布を表わした例を示したが、他の実施形態として、図１１及び図１２に示すように、ごみの流れ方向に温度分布をグラフ化し、その複数のグラフの平均値から燃焼中心等を予測することもできる（図１２）。図１２のグラフ中の複数の細線グラフが図１１に示す複数の鎖線のそれぞれの温度分布であり、図１２のグラフの太線グラフがそれらの平均値を示している。このようにグラフで表わしても燃焼中心が径時的に移動している様子が分かるので、１次空気を供給する位置の計算が可能となる。
【００４０】
上記実施形態においては、全ての火格子の温度を測定する例を示したが、温度分布を測定することができればよいため、例えば、固定火格子５ｂの奇数列（１つ飛ばし列）で測定する等してもよく、好ましくは、乾燥ゾーン、燃焼ゾーン、及び後燃焼ゾーンの其々について少なくとも５０％以上の範囲で温度測定されていればよい。
【００４１】
図示例では、燃焼ストーカに供給される空気は４分割された区画から供給されるが、１次空気を供給する分割数を増やせば、より安定した制御が可能となる。例えば、ごみの流れ方向に対して交差する方向（ストーカ幅方向）で分割し８分割とすれば、ストーカ幅方向で燃焼状態が異なる場合にも対応可能となる。
【００４２】
詳細を図示しないが、廃熱ボイラ７の蒸気温度、燃焼室ガス温度、排ガス分析値等が検出され、これらの検出データも、前記火格子温度測定手段によって測定された火格子の温度情報とともに制御装置１１に供給される。
【００４３】
制御装置１１は、目標焼却量、目標蒸発量、空気過剰率等が設定されるとともに、所望の火格子温度分布が設定され、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により、いわゆる自動燃焼制御（ＡＣＣ：Automatic Combustion Control）を行うことができる。自動燃焼制御では、火格子温度測定手段によって測定された火格子の温度分布情報に基づいて、設定された所望の火格子温度分布となるように、ストーカ速度、ごみ供給量、１次空気の供給位置、及び／または１次空気の供給量が制御される。
【００４４】
前記所望の火格子温度分布は、例えば、ゾーン毎、即ち、風箱の区分毎に適正温度範囲を設けることにより設定することができる。例えば、図６を参照して、乾燥ストーカ空気を供給するゾーンIが１００〜２００℃、燃焼ストーカ空気ａが供給されるゾーンIIが１５０〜２５０℃、燃焼ストーカ空気ｂが供給されるゾーンIIIが２５０〜３５０℃、燃焼ストーカ空気ｃが供給されるゾーンIVが２５０〜３５０℃、燃焼ストーカ空気ｄが供給されるゾーンＶが２００〜３００℃、後燃焼ストーカ空気が供給されるゾーンVIが１５０〜２５０℃、等のように適正温度域が設定される。この場合、例えば、火格子温度測定手段によって測定されたゾーン毎の平均温度を指標として制御することもできるし、或いは、ゾーン内測定点のうちの最高温度及び最低温度を指標として制御することもできる。
【００４５】
制御装置１１に予め設定される（記憶される）火格子温度分布は、適正温度域情報を有しており、制御装置１１は、基本的には、その適正温度域から逸脱すればそれを解消するように各区分（各ゾーン）の一次空気（乾燥ストーカ空気、燃焼ストーカ空気ａ〜ｄ、後燃焼ストーカ空気）を増減させる。さらに、制御装置１１は、測定した温度のピーク位置を算出し、そのピーク位置を適正な（予め設定された）位置に戻すように、ストーカ下部からの１次空気の複数の供給箇所の各々への供給量、ストーカ速度、及び、ごみ供給量の少なくとも１つ以上を制御する。
【００４６】
また、制御装置１１は、火格子温度測定手段により測定した温度のピーク位置（例えば図１２の平均温度のグラフのピーク位置）がずれる時間（移動する時間）を算出し、求めた時間からごみ移動速度を求めて、測定した温度のピーク位置が適正な（予め設定された）位置になるように、ストーカ速度を調節することもできる。
【００４７】
また、制御装置１１は、火格子温度測定手段により測定した各火格子の温度の上昇又は低下の度合い（傾き）を算出し、その度合い（傾き）に応じて、ストーカ下部からの１次空気の複数の供給箇所の各々への供給量、ストーカ速度、及び、ごみ供給量の少なくとも１つ以上を、傾きが大きい場合は急峻な制御を行い、傾きが小さい場合は緩慢な制御を行うようにすることもできる。
【００４８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、ごみ焼却に限らず、バイオマスボイラ用や下水汚泥処理用のストーカ式焼却炉に適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ストーカ式焼却炉
２ａ  １次燃焼室
２ｂ  ２次燃焼室
４  給じん装置
５  ストーカ
５ａ  可動火格子
５ｂ  固定火格子
５ｃ  ストーカ駆動装置
１１  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019052773.tif 000012
【図１１】
2019052773.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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