(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給じん機から供給された廃棄物を燃焼させる焼却炉が設けられた焼却施設において、下記式により算出された給じん速度を用いる焼却施設の自動燃焼制御方法であって、
Ｕ＝［Ｈｗ／（Ｈｕ・ρ・Ａ）＋Ｋ１］・Ｋ２
（但し、Ｕは給じん速度、Ｈｗは目標蒸気量を得るために必要な廃棄物の総熱量、Ｈｕは廃棄物の低位発熱量、ρは廃棄物のみかけ比重、Ａは給じん機出口の横断面積、Ｋ１は第１補正係数、Ｋ２は第２補正係数）
所定時間における上記焼却炉の入熱と出熱との関係から高精度低位発熱量を算出し、
上記燃焼により発生する燃焼排ガスの組成からリアルタイムに低精度低位発熱量を算出し、
上記高精度低位発熱量から、上記所定時間における低精度低位発熱量の平均値を減じて、補正値を算出し、
上記式におけるＨｕとして、上記補正値の絶対値が所定値以上なら上記低精度低位発熱量に当該補正値を加えた値を採用し、上記補正値の絶対値が上記所定値未満なら上記低精度低位発熱量を採用することを特徴とする焼却施設の自動燃焼制御方法。
【請求項２】
燃焼排ガスの組成から推算した廃棄物中の炭素、酸素、水素および硫黄の含有量に基づき、リアルタイムに低精度低位発熱量を算出することを特徴とする請求項１に記載の焼却施設の自動燃焼制御方法。
【請求項３】
補正値を算出するための低精度低位発熱量が、上下限処理を施したものであることを特徴とする請求項１または２に記載の焼却施設の自動燃焼制御方法。
【請求項４】
式におけるＨｕとして採用される値が、上下限処理を施したものであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の焼却施設の自動燃焼制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却施設の自動燃焼制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低炭素社会および循環型社会の実現に向けて、廃棄物処理分野においても、様々な要求がされている。例えば、ごみ焼却施設などの焼却施設には、燃焼排ガスから熱を効率的に回収するだけでなく、大気中に放出されるダイオキシン類やＮＯｘなどの有害物質を抑制することが要求されている。このため、焼却施設において、ごみの燃焼を安定させる必要があるので、ごみの自動燃焼制御が採用されている。
【０００３】
上記自動燃焼制御により、ごみを燃焼させるために供給される燃焼空気の流量や、ごみを送り出す速度などが、適切になるように自動制御される。ごみを送り出す速度のうち、給じん機によりごみを送り出す速度（給じん速度）は、燃焼させるごみの低位発熱量を用いた値に、作業員により手動調整される補正係数を乗じることで、算出される。
【０００４】
高精度の低位発熱量は、焼却施設を構成する焼却炉への入熱と当該焼却炉からの出熱とに基づいて算出される。しかしながら、１時間の間にごみが数回しか投入されず、投入されるごとのごみのデータにばらつきが大きいので、このように算出される低位発熱量はばらつきが大きい。このため、当該低位発熱量は、信頼性を高めるためにある程度の長時間（例えば１２時間）の移動平均値が採用されるので、必然的に長時間の遅れが生ずる。これに対して、時間の遅れが無いまたは僅か（つまりリアルタイム）の低位発熱量は、燃焼排ガスの組成などから算出される（例えば特許文献１および２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３３３１２０号公報
【特許文献２】特開２００８−２２４１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および２に記載の低位発熱量は、燃焼排ガスの組成を計測する計器のドリフトによる影響により低精度であるから、そのままでは自動燃焼制御に用いられない。一方で、焼却炉への入熱と焼却炉からの出熱とに基づいて算出される高精度の低位発熱量は、上述のように長時間の遅れが生ずるので、適切な給じん速度を算出できない。このため、いずれの低位発熱量を用いても、このままでは算出される給じん速度が適切にならず、作業員による補正係数の手動調整が必要であった。
【０００７】
そこで、本発明は、高精度でリアルタイムの低位発熱量を給じん速度の算出に用いることにより、給じん速度を適切にして、自動的にごみの燃焼を安定させ得る焼却施設の自動燃焼制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、第１の発明に係る焼却施設の自動燃焼制御方法は、給じん機から供給された廃棄物を燃焼させる焼却炉が設けられた焼却施設において、下記式により算出された給じん速度を用いる焼却施設の自動燃焼制御方法であって、
Ｕ＝［Ｈｗ／（Ｈｕ・ρ・Ａ）＋Ｋ１］・Ｋ２
（但し、Ｕは給じん速度、Ｈｗは目標蒸気量を得るために必要な廃棄物の総熱量、Ｈｕは廃棄物の低位発熱量、ρは廃棄物のみかけ比重、Ａは給じん機出口の横断面積、Ｋ１は第１補正係数、Ｋ２は第２補正係数）
所定時間における上記焼却炉の入熱と出熱との関係から高精度低位発熱量を算出し、
上記燃焼により発生する燃焼排ガスの組成からリアルタイムに低精度低位発熱量を算出し、
上記高精度低位発熱量から、上記所定時間における低精度低位発熱量の平均値を減じて、補正値を算出し、
上記式におけるＨｕとして、上記補正値の絶対値が所定値以上なら上記低精度低位発熱量に当該補正値を加えた値を採用し、上記補正値の絶対値が上記所定値未満なら上記低精度低位発熱量を採用するものである。
【０００９】
また、第２の発明に係る焼却施設の自動燃焼制御方法は、第１の発明に係る焼却施設の自動燃焼制御方法において、燃焼排ガスの組成から推算した廃棄物中の炭素、酸素、水素および硫黄の含有量に基づき、リアルタイムに低精度低位発熱量を算出するものである。
【００１０】
さらに、第３の発明に係る焼却施設の自動燃焼制御方法は、第１または第２の発明に係る焼却施設の自動燃焼制御方法において、補正値を算出するための低精度低位発熱量が、上下限処理（段落［００２３］に後述する）を施したものである。
【００１１】
加えて、第４の発明に係る焼却施設の自動燃焼制御方法は、第１乃至第３のいずれかの発明に係る焼却施設の自動燃焼制御方法において、式におけるＨｕとして採用される値が、上下限処理を施したものである。
【発明の効果】
【００１２】
上記焼却施設の自動燃焼制御方法によると、高精度でリアルタイムの低位発熱量を給じん速度の算出に用いることにより、給じん速度を適切にして、自動的にごみの燃焼を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る焼却施設の全体構成図である。
【図２】同焼却施設が備える分散制御システムのブロック図である。
【図３】同焼却施設の自動燃焼制御方法に用いられる補正を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る焼却施設の自動燃焼制御方法について説明する。
まず、上記焼却施設の一例として、ストーカ式のごみ焼却施設について図面に基づき説明する。
【００１５】
このごみ焼却施設は、図１に示すように、ごみＷ（廃棄物）が投入されるごみ投入口を構成するホッパー２と、このホッパー２に投入されたごみＷを送り出す（つまり給じんする）給じん機３と、この給じん機３に送り出されたごみＷを燃焼させることにより焼却する焼却炉４とを備える。この焼却炉４は、可動式火格子（図示省略）が設けられた階段状の炉床４８と、ごみＷの燃え殻である焼却灰を溶融炉（図示省略）に排出する排出口４９とを有する。
【００１６】
焼却炉４でのごみＷの燃焼により発生する燃焼排ガスＥ（以下では単に排ガスＥという）は、大気中に放出される前に、熱回収および浄化（減温および除じん）される必要がある。このため、上記ごみ焼却施設１は、さらに、上記焼却炉４からの排ガスＥを導く熱回収用煙道５および浄化用煙道６と、これら熱回収用煙道５および浄化用煙道６に案内された排ガスＥを大気中に放出する煙突７とを備える。上記熱回収用煙道５は、案内している排ガスＥから熱回収するボイラ（図示省略）が設けられ、排ガスＥを十分に案内して熱回収のための領域を増やすために折り返された形状である。また、上記浄化用煙道６には、上記熱回収用煙道５からの排ガスＥを浄化するために必要な機器６２〜６４が設けられている。これら機器６２〜６４は、例えば、上記浄化用煙道６に案内される排ガスＥの上流側から説明すると、排ガスＥを減温する減温塔６２、この減温塔６２からの排ガスＥを除じんするバグフィルタ６３、およびこのバグフィルタ６３からの排ガスＥを誘引して上記煙突７に送る誘引通風機６４である。
【００１７】
上記ごみ焼却施設１を構成する各種設備の制御のために、当該ごみ焼却施設１は、さらに、分散制御システム１０を備える。この分散制御システム１０による制御は、上記ごみＷおよび排ガスＥなどにおける各種データに基づく。このため、上記焼却炉４、熱回収用煙道５、浄化用煙道６およびこれに設けられた機器６２〜６４、並びに煙突７には、上記各種データを計測する計器群６１が設けられている。上記分散制御システム１０は、上記計器群６１からの各種データを受信する受信部１１と、この受信部１１からの各種データにより上記各種設備を制御する各種制御装置１２と、上記受信部１１からの各種データによりごみＷの燃焼状態および給じん機３の速度（つまり給じん速度）を制御する自動燃焼制御装置１３とを有する。
【００１８】
以下、上記自動燃焼制御装置１３の構成について図２に基づき詳細に説明する。
この自動燃焼制御装置１３は、上記焼却炉４におけるごみＷの燃焼状態を制御する燃焼状態制御部３１と、低精度だがリアルタイムに低位発熱量を算出する低精度低位発熱量算出部３２と、リアルタイムではないが高精度に低位発熱量を算出する高精度低位発熱量算出部３３と、低精度低位発熱量算出部３２および高精度低位発熱量算出部３３でそれぞれ算出された低位発熱量に基づいて適切な低位発熱量に補正をする補正部３４と、この補正部３４で補正された低位発熱量に基づいて適切な給じん速度を算出する給じん速度算出部３５とを具備する。なお、本実施の形態におけるリアルタイムとは、同時のみを意味するのではなく、１０分程度の時間遅れを含んだ時間幅を意味する。
【００１９】
以下、上記自動燃焼制御装置１３の個々の構成について具体的に説明する。
［燃焼状態制御部３１］
上記燃焼状態制御部３１は、上記受信部１１からの各種データに基づき、ごみＷを燃焼させるために焼却炉４に供給される燃焼空気の流量と、炉床４８の上で燃焼しているごみＷを送り出す可動式火格子の速度と、その他ごみＷの燃焼状態を制御するのに必要なパラメータとを制御する。
【００２０】
［低精度低位発熱量算出部３２］
上記低精度低位発熱量算出部３２は、上記受信部１１からの各種データに基づいて燃焼空気およびごみＷにおける特定成分の含有量（燃焼空気およびごみＷは流動しているので含有流量となる）を算出する含有流量算出部２１を具備する。また、上記低精度低位発熱量算出部３２は、上記含有流量算出部２１で算出された含有量（含有流量）に基づいてごみＷにおける特定成分の含有率を算出する含有率算出部２２と、この含有率算出部２２で算出された含有率に基づいて低精度だがリアルタイムに低位発熱量を算出する演算部２３とを具備する。なお、この演算部２３で算出される低位発熱量を、以下では低精度低位発熱量Hulという。上記含有流量算出部２１で算出される含有量（含有流量）は、燃焼空気中のＨ２Ｏ量QAir-H2O、燃焼空気中のＯ２量QAir-O2、ごみＷ処理量QW-All、ごみＷ中の灰分量QW-Ash、ごみＷ中の水分量QW-H2O、可燃分中の炭素含有量QWC-C、可燃分中の水素含有量QWC-H、可燃分中の窒素および塩素含有量QWC-N+Cl、可燃分中の酸素含有量QWC-O、並びに可燃分中の硫黄含有量QWC-Sである。上記含有率算出部２２で算出される含有率は、ごみＷ中の可燃分RW-Com、ごみＷ中の水分RW-H2O、可燃分中の炭素含有率RWC-C、可燃分中の水素含有率RWC-H、可燃分中の酸素含有率RWC-O、および可燃分中の硫黄含有率RWC-Sである。上記含有率算出部２２によるこれら含有率の算出には、次の式（１）が用いられる。
【数１】
0006628667.tif 000002
【００２１】
上記演算部２３による低精度低位発熱量Hulの算出には、次の式（２）が用いられる。次の式（２）におけるk1〜k6は、自動燃焼制御装置１３の外部から変更可能な係数であり、適切な値が入力される。
【数２】
0006628667.tif 000003
【００２２】
［高精度低位発熱量算出部３３］
高精度低位発熱量算出部３３により算出される低位発熱量、すなわち、リアルタイムではないが高精度に算出される低位発熱量を、以下では高精度低位発熱量Huhという。この高精度低位発熱量Huhは、次の式（３）で算出される暫定低位発熱量Huh’のある程度の長時間（例えば１２時間）における移動平均値であり、ある程度の短時間（例えば１時間）の周期で更新される。なぜなら、ホッパー２へのごみＷの投入は１時間に数回程度であるから、上記暫定低位発熱量Huh’をそのまま（または１時間程度の短い時間における移動平均値）で高精度低位発熱量Huhとして採用できないからである。上記暫定低位発熱量Huh’の算出には、上記焼却炉４への入熱Qi1〜Qi9と、上記焼却炉４からの出熱Qo1〜Qo8, Qo10と、ごみＷの焼却量wと、炉放熱損失比Rfとに基づいて次の式（３）が用いられる。ここで、焼却炉４への入熱Qi1〜Qi9の内訳は、ごみＷの燃焼熱量Qi1、ごみＷの顕熱Qi2、燃焼空気の持込熱量Qi3、二次燃焼空気の持込熱量Qi4、助燃バーナの持込熱量Qi5、再燃バーナの持込熱量Qi6、助燃バーナの空気持込熱量Qi7、再燃バーナの空気持込熱量Qi8、および漏込空気の持込熱量Qi9である。また、焼却炉４からの出熱Qo1〜Qo8, Qo10の内訳は、ボイラの吸収熱量Qo1、ボイラ出口排ガスＥの持出熱量Qo2、残渣の持出熱量Qo3、ボイラブロー損失熱量Qo4、未燃炭素の持出熱量Qo5、ボイラの放熱量Qo6、焼却灰の持出熱量Qo7、炉内噴霧水蒸発潜熱Qo8、および水冷火格子の吸収熱量Qo10である。
【数３】
0006628667.tif 000004
【００２３】
［補正部３４］
上記補正部３４は、上記演算部２３からの低精度低位発熱量Hulに上下限処理を施す第１上下限処理部４１と、この第１上下限処理部４１で上下限処理が施された低精度低位発熱量Hulを必要に応じて補正する判断部４３と、この判断部４３による補正に必要な補正値を算出する補正値算出部４２と、上記判断部４３により補正された低位発熱量Huに上下限処理を施す第２上下限処理部４４とを有する。上記第１上下限処理部４１および第２上下限処理部４４による上下限処理とは、入力された値が上限値〜下限値の間であれば入力されたままの値を用い、入力された値が上限値より大きければ入力された値を当該上限値に変更し、入力された値が下限値より小さければ入力された値を当該下限値に変更する処理である。上記補正値算出部４２による時刻n［時］における補正値α(n)の算出には、第１上下限処理部４１からの低精度低位発熱量Hulと、高精度低位発熱量算出部３３からの高精度低位発熱量Huhとに基づいて次の式（４）が用いられる。次の式（４）において、Hul(n)は時刻n−1［時］〜n［時］における低精度低位発熱量Hulの平均値であり、Mは１〜２４［時間］程度の所定時間が用いられる。なお、この所定時間Mは、高精度低位発熱量Huhを算出するために暫定低位発熱量Huh’の移動平均に用いたある程度の長時間（例えば１２時間）と同一にする方が好ましい。なぜなら、高精度低位発熱量Huhおよび低精度低位発熱量Hulが算出されるための対象となる時間を同一にすることで、これら高精度低位発熱量Huhおよび低精度低位発熱量Hulに基づく補正値α(n)の精度が向上するからである。
【数４】
0006628667.tif 000005
【００２４】
上記判断部４３は、補正値の絶対値が所定値以上なら第１上下限処理部４１からの低精度低位発熱量Hulに上記補正値α(n)を加えて低位発熱量Huとして採用し、補正値α(n)の絶対値が所定値未満なら第１上下限処理部４１からの低精度低位発熱量Hulを低位発熱量Huとして採用する。
【００２５】
［給じん速度算出部３５］
上記給じん速度算出部３５による給じん速度Uの算出には、低位発熱量Huおよびその他のデータに基づいて、次の式（５）が用いられる。その他のデータは、目標蒸気量を得るために必要なごみＷの総熱量Hｗ、ごみＷのみかけ比重ρ、給じん機３出口の横断面積A、第１補正係数K1、および第２補正係数K2である。
【数５】
0006628667.tif 000006
ここで、上記第１補正係数K1は、ごみＷの目標量と現在量との偏差から自動算出される値、つまりごみ層厚補正である。上記第２補正係数K2は、給じん速度補正を用いる係数である。この給じん速度補正は、ごみＷの性状や燃焼状態を踏まえた運転員の判断により任意に変更される値である。上記ごみＷのみかけ比重ρの算出には、ホッパー２に投入されたごみＷの重量Gと、ごみＷの投入後において当該ごみＷの自重による体積減が落ち着いた際の体積Vmaxと、ごみＷの投入前においてごみＷの体積が最小となる際の体積Vminとに基づいて、次の式（６）が用いられる。
【００２６】
【数６】
0006628667.tif 000007
【００２７】
以下、上記ごみ焼却施設１の自動制御方法について図面に基づき説明する。
【００２８】
図１に示すように、ホッパー２から投入されたごみＷは、給じん機３により焼却炉４の炉床４８まで送り出される。炉床４８では、ごみＷが燃焼して燃え殻である焼却灰となる。ごみＷの燃焼により発生する排ガスＥは、熱回収用煙道５および浄化用煙道６を介して、煙突７から大気中に放出される。ごみＷの燃焼および排ガスＥの放出に並行して、ごみＷおよび排ガスＥの各種データが計測されて分散制御システム１０の受信部１１に受信される。受信部１１で受信された各種データは、自動燃焼制御装置１３および各種制御装置１２で用いられる。図２に示すように、燃焼状態制御部３１でごみＷの燃焼状態が制御され、低精度低位発熱量算出部３２で低精度低位発熱量Hulが算出され、高精度低位発熱量算出部３３で高精度低位発熱量Huhが算出される。これら低精度低位発熱量Hulおよび高精度低位発熱量Huhに基づいて、補正部３４で適切な低位発熱量Huに補正される。この適切な低位発熱量Huに基づいて、給じん速度算出部３５で給じん速度Uが算出される。
【００２９】
以下、上記補正部３４での補正について、図３に基づき説明する。
まず、この補正は、ある程度の短時間（例えば１時間）毎に行われる。そして、補正が開始されると（Ｓ１参照）、低精度低位発熱量Hulに上下限処理が施される（Ｓ２参照）。この上下限処理が施された低精度低位発熱量Hulと、高精度低位発熱量Huhとに基づいて、式（４）から補正値α(n)が算出される（Ｓ３参照）。この補正値α(n)の絶対値が所定値以上であるかが判断され（Ｓ４参照）、所定値以上なら低精度低位発熱量Hulに補正値α(n)を加えて低位発熱量Huとして採用され（Ｓ５参照）、所定値未満なら低精度低位発熱量Hulが低位発熱量Huとして採用される（Ｓ６参照）。この低位発熱量Huに上下限処理が施された上で（Ｓ７参照）、給じん速度Uの算出に用いられる（Ｓ８参照）。給じん速度Uの算出に用いられる低位発熱量Huは、上記補正により、高精度でリアルタイムという長所を有する。すなわち、この低位発熱量Huは、低精度低位発熱量Hulおよび高精度低位発熱量Huhのそれぞれの長所が得られるように、補正されたものである。
【００３０】
このように、上記ごみ焼却施設の自動燃焼制御方法によると、高精度でリアルタイムの低位発熱量Huを給じん速度Uの算出に用いることになり、結果として給じん速度Uが適切になるので、自動的にごみＷの燃焼を安定させることができる。
【００３１】
また、低精度低位発熱量Hulの算出に、排ガスＥ中の組成から推算される炭素、酸素、水素および硫黄の含有量（含有流量）を用いることから、一層高精度でリアルタイムの低位発熱量Huを給じん速度Uの算出に用いることになり、結果として給じん速度Uが一層適切になるので、自動的にごみＷの燃焼を一層安定させることができる。
【００３２】
さらに、補正値α(n)を算出するための低精度低位発熱量Hulは上下限処理が施されたものであるから、一層高精度でリアルタイムの低位発熱量Huを給じん速度Uの算出に用いることになり、結果として給じん速度Uが一層適切になるので、自動的にごみＷの燃焼を一層安定させることができる。
【００３３】
加えて、低位発熱量Huは上下限処理が施されたものであるから、一層高精度でリアルタイムの低位発熱量Huを給じん速度Uの算出に用いることになり、結果として給じん速度Uが一層適切になるので、ごみＷの燃焼を一層安定させることができる。
【００３４】
ところで、上記実施の形態では、焼却施設の一例としてストーカ式のごみ焼却施設について説明したが、ストーカ式のごみ焼却施設に限定されるものではなく、焼却施設であればよい。
【００３５】
さらに、上記実施の形態では、低精度低位発熱量算出部３２および高精度低位発熱量算出部３３を具体的に説明したが、これら構成３２，３３に限定されるものではない。すなわち、低精度低位発熱量算出部は低精度だがリアルタイムに低位発熱量を算出するものであればよく、高精度低位発熱量算出部は高精度に低位発熱量を算出するものであればよい。
【００３６】
加えて、上記実施の形態では、第１上下限処理部４１および第２上下限処理部４４による上下限処理について説明したが、これら上下限処理は必須でなく、第１上下限処理部４１および／または第２上下限処理部４４を具備しない構成であってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  ごみ焼却施設
３  給じん機
４  焼却炉
１０  分散制御システム
１１  受信部
１２  各種制御装置
１３  自動燃焼制御装置
２１  含有流量算出部
２２  含有率算出部
２３  演算部
３１  燃焼状態制御部
３２  低精度低位発熱量算出部
３３  高精度低位発熱量算出部
３４  補正部
３５  給じん速度算出部
４１  第１上下限処理部
４２  補正値算出部
４３  判断部
４４  第２上下限処理部
４８  炉床
４９  排出口
【図１】
0006628667.tif 000008
【図２】
0006628667.tif 000009
【図３】
0006628667.tif 000010