(57)【要約】【課題】投入ごみ中の水分が大きく変化した場合でも、常に設定したガス温度を保ち、安定した運転ができる焼却炉のガス温度制御方法を提供する。【解決手段】燃焼炉１５の煙道中に設けられた湿式酸素濃度計２２と乾式酸素濃度計２４と、乾式酸素濃度２４の目標値を設定する乾式酸素濃度設定器６１と、乾式酸素濃度計の計測値と乾式酸素濃度設定器６１の目標値との偏差値を求める第１の減算器６２と、第１の減算器６２からの偏差値に基づいて湿式酸素濃度の目標値を修正する第１の制御器６３と、湿式酸素濃度計２２の計測値と第１の制御器６３で修正された修正湿式酸素目標値との偏差値を求める第２の減算器５２と、第２の減算器５２からの偏差値に基づいて焼却炉１５に供給する燃焼空気量を制御する第２の制御器５３とを備えたことを特徴とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉のガス温度を、その燃焼炉に供給する燃焼空気量により制御する焼却炉のガス温度制御装置において、
前記燃焼炉の煙道中に設けられた湿式酸素濃度計ならびに乾式酸素濃度計と、
乾式酸素濃度の目標値を設定する乾式酸素濃度設定器と、
前記乾式酸素濃度計での計測値と前記乾式酸素濃度設定器で設定された目標値との偏差値を求める第１の減算器と、
その第１の減算器からの偏差値に基づいて湿式酸素濃度の目標値を修正する第１の制御器と、
前記湿式酸素濃度計での計測値と前記第１の制御器で修正された修正湿式酸素目標値との偏差値を求める第２の減算器と、
その第２の減算器からの偏差値に基づいて前記焼却炉に供給する燃焼空気量を制御する第２の制御器と
を備えたことを特徴とする焼却炉のガス温度制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のガス温度制御装置において、前記焼却炉で焼却される被焼却物がごみであることを特徴とする焼却炉のガス温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却炉のガス温度制御装置に係り、特に都市ごみ等の含有水分比が大きく変動する廃棄物の焼却処理に好適なガス温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題がクローズアップされており、従来の焼却処理に代わる環境保全型の新たなごみ処理技術として、ごみガス化溶融処理システムが注目されている。
【０００３】
この処理システムは、ごみを低温・低空気比の下で部分燃焼してガス化するともに、生成した高カロリーな熱分解ガスと灰分、未燃固形分からなるチャーを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉内で１３００℃の高温で燃焼・溶融し、灰分をスラグ化するものである。
【０００４】
この処理システムによれば、焼却灰がスラグとして減容化されるので埋立地の延命化を図ることができる上、灰溶融炉内での高温条件によりダイオキシン類を完全に分解できる。さらに高温排ガスの熱を利用して、発電も可能である。
【０００５】
従来技術のごみガス化溶融処理システムについて、図２を用いて説明する。ガス化炉１０では、投入されたごみを還元雰囲気（空気比　１．０以下）で熱分解し、可燃ガスおよびチャーを生成する。一次燃焼室１１では、ガス化炉１０から送られて来た可燃ガス、チャーを理論空気比近傍で燃焼して得られる高温雰囲気により、チャーに同伴、または別途供給される灰分、不燃物を溶融、スラグ化し、スラグ排出口１３から水砕室１４に排出する。
【０００６】
接続煙道１２を通して二次燃焼室１５に導かれた排ガスは、３次空気を加えた過剰空気条件により、残存未燃分を完全燃焼させた後に、排熱回収ボイラ１６で熱回収し、煙道１７を通り、バグフィルタや脱硝触媒等の排ガス浄化装置１８により排ガス処理を行った後、誘引通風機１９を介して煙突より系外に排出される。
【０００７】
ごみガス化溶融処理システムの運転においては、生成したスラグの流動性を確保するため、一次燃焼室１１の温度を灰の溶融温度以上に保つことが必要である。このため、温度計２１により計測した一次燃焼室１１の温度に基づき２次空気流量ダンパー３１を操作する。
【０００８】
空気比と燃焼ガス温度には図３に示す関係があり、最も高温となるａ点近傍で運転することが望ましいが、現実には築炉材の耐熱温度などにより定まる上限温度があるため、還元雰囲気であるｂ、または酸化雰囲気となるｃの範囲で調整される。このとき、ｂまたはｃの範囲内であれば、空気比と温度の関係は単調増加または単調減少であり、制御器４３には単純なＰＩコントローラが適用できる。図中の４１は設定器、４２は減算器である。
【０００９】
また、空気過剰率超過によるボイラ効率の低下、空気過剰率不足による排ガス残存未燃分の増加を防ぐため、排熱回収ボイラ１６の出口などの低温部位に設置した湿式酸素濃度計２２により計測した排ガス中の酸素濃度の目標値に対する偏差に基づき、制御器５３により３次空気流量ダンパー３２を操作して３次空気量を調整し、最終的な空気過剰率を制御している。５１は目標酸素濃度の設定器、５２は減算器である。
【００１０】
排ガス浄化装置１８の後流側には、環境監視のためのＮＯｘ濃度計２３と補正用の乾式酸素濃度計２４が設けられている。ここで、２個所に設けられた酸素濃度計２２および２４には、その目的に応じて別々の方式が採用されており、それぞれの特長を簡単に延べる。
【００１１】
湿式酸素濃度計２２には、いわゆるどさ落ちなどの、ごみ投入量の急速な変化に対応する制御に必要な応答速度を得るため、ジルコニア式などの湿式酸素濃度計（湿りガス中の酸素濃度を計測する方式）が使用される。本方式はセンサ部分を直接煙道中に挿入するため、応答時間が数秒と早いという特長があるが、水蒸気を含むいわゆる湿りガス中の酸素濃度を計測するため、水蒸気濃度が変化する場合には、その影響を受ける。
【００１２】
乾式酸素濃度計２４はＮＯｘ等の補正に用いるため、磁気圧力式などの乾式酸素濃度計（乾きガス中の酸素濃度を計測する方式）が使用されている。本方式では、ＮＯｘ等のガス成分分析の補正という目的上、規定値以下（５℃飽和蒸気分圧）に除湿した後の、いわゆる乾きガス中の酸素濃度を計測するため、ガス中の水蒸気濃度の影響はない。ただし、煙道中のガスをサンプリング配管で分析装置まで導く必要があり、除湿等の前処理もあるため、応答時間が数十秒から数分と遅いという難点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
３次空気量制御に用いる湿式酸素濃度計２２の計測値は、水分を含む湿ガス中の酸素濃度を計測する。ところで、一般ごみの焼却炉においては多種多様なごみが持ち込まれ、投入されるごみの水分含有率は大きく変化する。あるごみ処理施設でのごみを計測したところ、ごみの水分含有率は３５ｗｔ％〜６２ｗｔ％の範囲で変化した。
【００１４】
このように投入ごみ中の水分含有率が大きく変化すると、当然ながら燃焼ガス中の水分濃度も大きく増減し、湿式酸素濃度計２２の測定値にも影響を及ぼす。下表に空気比を１．３に保った場合の投入ごみ中の水分含有率による湿式酸素濃度の変化と乾式酸素濃度を示す。
【００１５】
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この表から明らかなように、水分含有率の高いごみと水分含有率の低いごみとでは湿式酸素濃度は約１５％も変化している。従って投入されるごみ質に応じて、湿式酸素濃度の目標値を調整する必要があるが、投入されるごみ質（主に水分）をオンラインで計測する手段がなく、実現は困難であった。
【００１６】
一方、乾式酸素濃度は同表に示すように、ごみ水分含有率の影響を受け難いが、乾式酸素濃度計は応答速度が遅く、いわゆるごみのどさ落ちのような急速な変化への対応が困難という欠点があった。
【００１７】
本発明の目的は、このような背景においてなされたものであり、投入ごみ中の水分が大きく変化した場合などにおいても、常に設定したガス温度を保ち、安定した運転ができる焼却炉のガス温度制御装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、例えば二次燃焼室などの燃焼炉のガス温度を、その燃焼炉に供給する燃焼空気量により制御する焼却炉のガス温度制御装置を対象とするものである。
【００１９】
そして前記燃焼炉の煙道中に設けられた湿式酸素濃度計ならびに乾式酸素濃度計と、乾式酸素濃度の目標値を設定する乾式酸素濃度設定器と、前記乾式酸素濃度計での計測値と前記乾式酸素濃度設定器で設定された目標値との偏差値を求める第１の減算器と、その第１の減算器からの偏差値に基づいて湿式酸素濃度の目標値を修正する第１の制御器と、前記湿式酸素濃度計での計測値と前記第１の制御器で修正された修正湿式酸素目標値との偏差値を求める第２の減算器と、その第２の減算器からの偏差値に基づいて前記焼却炉に供給する燃焼空気量を制御する第２の制御器とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
このように構成すれば、ごみのどさ落ちなどの数秒〜数十秒のオーダーの変化には、水分の影響を受けるが応答の早い乾式酸素濃度計により対応し、ごみ質（水分含有率）の変化などの数十分オーダーの変化には、水分の影響を受けないが応答の遅い湿式酸素濃度計により対応するものである。別の見方をすれば、乾式酸素濃度計の計測値により、湿式酸素濃度計の目標値を補正するものである。
【００２１】
したがって、ごみ中の水分含有率が変化した場合にも、湿式酸素濃度の目標値が自動的に適切に修正され、空気比、すなわち焼却炉のガス温度が所定の値に保たれる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は実施形態に係るごみガス化溶融処理システムの系統図である。
【００２３】
ガス化炉１０では、投入されたごみを還元雰囲気（空気比　１．０以下）で熱分解し、可燃ガスとチャーを生成する。一次燃焼室１１では、ガス化炉１０から送られて来た可燃ガス、チャーを理論空気比近傍で燃焼して得られる高温雰囲気により、チャーに同伴、または別途供給される灰分、不燃物を溶融、スラグ化し、スラグ排出口１３から水砕室１４に排出する。
【００２４】
接続煙道１２を通して二次燃焼室１５に導かれた排ガスは、３次空気を加えた過剰空気条件により、残存未燃分を完全燃焼させた後に、排熱回収ボイラ１６で熱回収し、煙道１７を通り、バグフィルタや脱硝触媒等の排ガス浄化装置１８により排ガス処理を行った後、誘引通風機１９を介して煙突より系外に排出される。
【００２５】
ごみガス化溶融処理システムの運転においては、生成したスラグの流動性を確保するため、一次燃焼室１１の温度を灰の溶融温度以上に保つことが必要である。このため、温度計２１により計測した一次燃焼室１１の温度に基づき２次空気流量ダンパー３１を操作する。この２次空気流量ダンパー３１を開度制御するために、設定器４１、減算器４２ならびに制御器４３が設けられている。
【００２６】
また、空気過剰率超過によるボイラ効率の低下、空気過剰率不足による排ガス残存未燃分の増加を防ぐため、排熱回収ボイラ１６の出口などの低温部位に設置した湿式酸素濃度計２２により計測した排ガス中の酸素濃度の目標値に対する偏差に基づき、制御器５３により３次空気流量ダンパー３２を操作して３次空気量を調整し、最終的な空気過剰率を制御している。
【００２７】
排ガス浄化装置１８の後流側には、環境監視のためのＮＯｘ濃度計２３と補正用の乾式酸素濃度計２４が設けられている。乾式酸素濃度計２４での計測値は減算器６２により乾式酸素濃度設定器６１の設定値と比較され、その偏差が第一の制御器６３に入力される。制御器６３では、前記乾式酸素濃度の偏差に基づき、湿式酸素濃度の目標値を修正する。
【００２８】
減算器５２では、前記湿式酸素濃度の目標値と、湿式酸素濃度計２２の計測値とを比較し、その偏差を第二の制御器５３に入力する。第二の制御器５３は前記湿式酸素濃度の偏差に基づき、３次空気流量ダンパー３２を操作して３次空気量を調整する。
【００２９】
図４は、湿式酸素濃度計２２の測定原理図である。ＺｒＯ２　にＣａＯまたはＹ２　Ｏ３　を添加した安定化ジルコニアは、数百度以上の高温で良好な酸素イオン導電体となる。ジルコニア磁器の隔体の両側に多孔質の白金電極を付けて電池を構成し、それぞれに異なった酸素分圧の気体を流すと隔体内で酸素イオンの移動が起こり、電極間に電位差を生じる。
【００３０】
ＣａＯを１２〜１５モル％添加したジルコニア管７１が、８５０℃に維持された電気炉７２内にセットされている。ジルコニア管７１の外側に酸素分圧が既知の例えば空気などの基準ガス７３を流し、ジルコニア管７１の内側に被測定ガス７４を流して、ジルコニア管７１の外面と内面に設置した多孔質の白金電極７５，７５間の電位差を測定する。測定された電位差は酸素の分圧比の対数に比例するから、前記被測定ガス７４中の酸素濃度を測定することができる。
【００３１】
図中の７６はガス流量計、７７は測定回路、７８は電流計、７９は熱電対、８０は温度制御回路、８１は交流制御素子、８２は警報回路である。
【００３２】
図５は、乾式酸素濃度計２４の測定原理図である。酸素は常磁性体であり、その容積磁化率は他の気体に比べて極めて大きく、この性質を利用したのが磁気式酸素濃度計である。磁気式酸素濃度計には、磁気吸引力を直接利用する方式と、磁気風を利用する方式とがある。図６は、この磁気風を利用する方式の酸素濃度計の測定原理図である。
【００３３】
同図に示すように被測定ガス９１を流す流路９２は２つに分かれており、流路９２の途中に永久磁石が設置されて磁場９３が形成されているとともに、加熱抵抗線９４が巻装されている。被測定ガス９１中の酸素は、前記磁場９３により加熱抵抗線９４が巻装されている側に磁気的に吸引されて加熱される。
【００３４】
加熱されると磁化の強さが減少し、別の流路９２から流れ込んで来る冷たい酸素によって置換され、酸素の濃度に比例するガスの流れ、すなわち磁気風が生じる。図に示すように前記加熱抵抗線９４はホイートストンブリッジに組込まれており、前記磁気風による温度変化を検出して被測定ガス９１中の酸素濃度を測定することができる。
【００３５】
図６は、従来技術と本発明の方法を実施した場合のごみ中の水分比率、ごみの給塵量、乾式酸素濃度、湿式酸素濃度、３次空気流量ならびに空気比の変化を示すタイムチャートである。同図において太線は計測値、細線は目標値、実線は本発明の方法、破線は従来の方法を示している。
【００３６】
同図に示すようにごみの給塵量を一定とした場合、ごみ中水分比率の増加に伴い、ごみ中の可燃分が減少し、空気過剰状態となる。このとき、湿式酸素濃度計、乾式酸素濃度計ともに計測値が上昇するが、湿式酸素濃度計においては水分の増加の影響により、計測値の上昇が相対的に抑えられる。このため、従来技術では、所定の値よりも大きな（過剰な）空気比でバランスしていた。
【００３７】
これに対して本発明の実施形態によれば、ガス中の水分の影響を受けない乾式酸素濃度計の計測値により、湿式酸素濃度計の目標値が下方に修正されるため、投入ごみ中の水分含有率の変化に対しても、常に適量の燃焼空気量を供給し、空気比を一定に保つことが実現される。
【００３８】
また、どさ落ちなど、乾式酸素濃度計が応答できない急速な変化に対しては、湿式酸素濃度計の変化に基づき制御がなされ、適切な量の燃焼空気が供給される。
【００３９】
本実施形態では、適用対象としてごみガス化溶融炉を例に取り説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水分含有率が大きく変化する物質を焼却する焼却炉全般に適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は前述のような構成になっており、水分含有率の変動に対しても常に適切な量の燃焼空気を供給することが可能となり、焼却炉の安定運転に大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るごみガス化溶融処理システムの系統図である。
【図２】従来技術に係るごみガス化溶融処理システムの系統図である。
【図３】空気比とガス温度との関係を示す特性図である。
【図４】湿式酸素濃度計の測定原理図である。
【図５】乾式酸素濃度計の測定原理図である。
【図６】従来技術と本発明の方法を実施した場合のごみ中の水分比率、ごみの給塵量、乾式酸素濃度、湿式酸素濃度、３次空気流量ならびに空気比の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０：ガス化炉、１１：一次燃焼室、１２：接続煙道、１３：スラグ排出口、１４：水砕室、１５：二次燃焼室、１６：排熱回収ボイラ、１７：煙道、１８：排ガス浄化装置、１９：誘引通風機、２１：温度計、２２：湿式酸素濃度計、２３：ＮＯｘ濃度計、２４：乾式酸素濃度計、３１：２次空気流量ダンパ−、３２：３次空気流量ダンパ−、４１：設定器、４２：減算器、４３：制御器、５２：減算器、５３：制御器、５１：乾式酸素　濃度設定器、６２：減算器、６３：制御器。
【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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