(57)【要約】【課題】燃焼温度及び溶融温度の安定化を図り、未燃ガスの発生を抑制し、チャーの溶融処理を効率よく行うことができ、確実にごみを無害化処理できるガス溶融炉の燃焼制御方法および燃焼制御装置を提供する。【解決手段】コントローラ１１はガス化炉４の出口における未燃焼ガス中のＣＯ濃度を排ガス分析計７で分析して、該分析結果に基づいて溶融炉１５での分解ガスの燃焼に必要な燃焼空気量を算出し、燃焼空気調節弁１２，１４を調整して溶融炉１５に供給する燃焼空気量を制御すると共に、溶融部３２の出口温度を温度計１６で計測して、設定した目標温度に対する計測温度との偏差を演算し、その結果に基づいてチャー定量供給装置１０によるチャーの供給量を制御することにより、分解ガスの完全燃焼を図ると共に、溶融部の温度を適正値に保ち、灰分の確実な溶融を可能にした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみをガス化炉中で熱分解させて生成した灰分とチャーとを含む分解ガスからチャーを分離し、該チャーと前記分解ガスを共に溶融炉中に導いて灰分を溶融させるガス化溶融炉の燃焼制御方法において、
前記チャーを前記溶融炉中に定量供給すると共に、前記分解ガス中の可燃性ガスの成分量を分析し、該分析結果に基づいて前記分解ガスの完全燃焼に必要な空気量を演算し、前記溶融炉に供給される前記分解ガス燃焼用の空気量を制御したことを特徴とするガス化溶融炉の燃焼制御方法。
【請求項２】
請求項１記載のガス化溶融炉の燃焼制御方法において、前記溶融炉の溶融部の下流の温度を計測し、該計測温度と目標温度との偏差に基づいてチャーの前記溶融炉への定量供給量を制御したことを特徴とするガス化溶融炉の燃焼制御方法。
【請求項３】
請求項１記載のガス化溶融炉の燃焼制御方法において、前記溶融炉の下流に連なる煙道を流れる排ガス中の酸素濃度を計測し、該計測酸素濃度と目標酸素濃度との偏差に応じて前記溶融炉に供給するガス燃焼用の空気量を制御したことを特徴とするガス化溶融炉の燃焼制御方法。
【請求項４】
ゴミを熱分解させるためのガス化炉と、該ガス化炉で生成された灰分とチャーとを含む分解ガスからチャーを分離するチャー分離器とを具え、前記チャーと前記分解ガスを共に導いて溶融させるガス化溶融炉の燃焼制御装置において、
前記チャーを前記溶融炉中に定量供給するチャー定量供給装置と、前記ガス化炉から流出した分解ガス中の可燃性ガスの成分量を分析するガス分析手段と、前記溶融炉の溶融部の下流の温度を計測する温度計と、前記ガス分析手段が分析した分析結果に基づいて前記分解ガスの完全燃焼に必要な空気量を演算し、前記溶融炉に供給される前記分解ガス燃焼用の空気量を制御すると共に、前記温度計が計測した計測温度と目標温度との偏差に基づいて前記チャー定量供給装置によるチャーの前記溶融炉への定量供給量を制御する制御手段とを有したことを特徴とするガス化溶融炉の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ごみを熱分解することにより可燃性ガス化した後、灰分とチャーを含む可燃性ガス化を燃焼すると共に、灰分を溶融するガス化溶融炉の燃焼制御方法および燃焼制御装置に係り、特に燃焼温度及び灰溶融温度を最適な状態に維持できるようにした燃焼制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般家庭や企業から排出されるごみ処理は社会問題となっており、特にその塩化ビニール等の焼却処理過程で発生するダイオキシンの対策については深刻な問題である。さらに、多量のごみを焼却した際に発生する灰の処分についても大きな課題となっている。そこで、従来からごみをガス化炉で熱分解して灰分とチャーを含む可燃性ガスを生成し、次にこの灰分とチャーを含む可燃性ガスを溶融炉にて１３００〜１４００℃で燃焼させ、灰分を溶融させた後、水砕スラグとして排出すると共に、燃焼排ガスも無害な状態にして大気中に放出する技術の開発が進められている。
【０００３】
これに関連するものとして、例えば特許文献１に記載されている提案がある。この提案は燃焼炉出口の酸素濃度で燃焼空気流量を制御しており、分解ガス中の可燃性ガスの成分量を分析したものではないため、燃焼温度、灰溶融温度が一定にならなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１６９９４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術においては、燃焼温度及び灰溶融の温度を一定に維持するのが難しく、様々な要因により炉内温度が不安定となり、その結果、未燃ガスが発生したり、灰溶融を十分に行えない状態が発生していた。
【０００６】
本発明の目的は、燃焼温度及び灰溶融温度の安定化を図り、溶融炉出口からの未燃ガスの発生を抑制し、灰の溶融処理を効率よく行うことができ、確実にごみを無害化処理できるガス化溶融炉の燃焼制御方法および燃焼制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにガス化溶融炉の燃焼制御方法に係る本発明は、ガス化炉でのごみの熱分解により発生したチャーを溶融炉中に定量供給すると共に、分解ガス中の可燃性ガスの成分量を分析し、該分析結果に基づいて分解ガスの完全燃焼に必要な空気量を演算し、溶融炉に供給される分解ガス燃焼用の空気量を制御したものであり、好ましくは、溶融炉の溶融部の下流の温度を計測し、該計測温度と目標温度との偏差に基づいてチャーの溶融炉への定量供給量を制御し、さらに、溶融炉の下流に連なる煙道を流れる排ガス中の酸素濃度を計測し、該計測酸素濃度と目標酸素濃度との偏差に応じて前記溶融炉に供給するガス燃焼用の空気量を制御したものである。
【０００８】
また、ガス化溶融炉の燃焼制御装置に係る本発明は、チャーを溶融炉中に定量供給するチャー定量供給装置と、ガス化炉から流出した分解ガス中の可燃性ガスの成分量を分析するガス分析手段と、溶融炉の溶融部の下流の温度を計測する温度計と、ガス分析手段が分析した分析結果に基づいて分解ガスの完全燃焼に必要な空気量を演算し、溶融炉に供給される分解ガス燃焼用の空気量を制御すると共に、温度計が計測した計測温度と目標温度との偏差に基づいてチャー定量供給装置によるチャーの溶融炉への定量供給量を制御する制御手段とを有したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、ガス化炉で生成された分解ガスからチャー分離器によりチャーを分離し、分離したチャーをホッパおよびチャー定量供給装置を経て溶融炉に供給することによりチャーの供給量が変動することを防止するようにしている。
【００１０】
その上で、分解ガス中の可燃性ガス濃度を分析し、該分析結果に基づいて溶融炉での分解ガスの燃焼に必要な燃焼空気量を算出する。この燃焼空気量の演算結果に基づいて溶融炉に供給する燃焼空気量を制御し、これにチャーの溶融に必要な燃焼空気量を併せて演算し、その結果に基づいて溶融炉に供給する燃焼空気量を制御することにより、分解ガスの完全燃焼、即ち、排出される排ガスの無害化を図る。
【００１１】
また、溶融炉の溶融部出口、即ち、灰が溶融する場所の下流のできる限り近い場所で、かつダスト等の周囲の環境に影響の受け難い場所に温度計を設置して、そこの温度を計測する。溶融場所により近い場所の温度を計測し、目標温度と比較してチャーの定量供給量を制御することでチャーの燃焼により灰の溶融に適した温度を維持することができる。
【００１２】
さらに溶融炉の後段に接続された煙道の酸素濃度を分析し、設定した目標値との偏差に応じて溶融炉の二次燃焼室に供給する燃焼空気量を補正することにより、未燃ガスが残らないように、その完全燃焼化を図ることができる。
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るごみの溶融炉を含むごみ処理装置の全体構成を示す構成図である。
【００１４】
同図に示すように、ごみ処理装置はごみを定量供給する給塵装置１、ごみをガス化するガス化炉４、生成された分解ガス中の可燃性固形物であるチャーを分離するサイクロンセパレータ（チャー分離器）８、サイクロンセパレータ８で分離されたチャーを溶融炉１５に定量供給するチャー定量供給装置１０、分解ガスとチャーを燃焼、灰溶融する溶融部３２、溶融部３２から出た排ガス中の未燃分を燃焼する二次燃焼室１９、二次燃焼室１９から排出された排ガスを処理する空気予熱器２１、減温塔２４やバグフィルタ２５等の各装置から構成される。
【００１５】
ごみは、定量供給装置である給塵装置１によりガス化炉４に供給される。ガス化炉４の下方には空気と再循環ガスが噴出する散気管３１と、散気管３１の受入口には各々の流量を調節するダンパ３，５と流量検出計２，６がそれぞれ設けられており、散気管３１からの空気及び再循環ガスの流量を調整することにより、ごみの熱分解が行なわれる。
【００１６】
ガス化炉４の出口にはガス分析計７が設けられると共に、分解ガスからチャーを分離するサイクロンセパレータ８が設けられている。サイクロンセパレータ８の下部には分離されたチャーを一時貯留するチャーホッパ９及びチャーを溶融炉１５に定量供給するチャー定量供給装置１０が設けられており、分解ガス中のチャーは分解ガスとは分離されて溶融炉１５に定量供給可能となっている。
【００１７】
溶融炉１５にはチャーを旋回溶融させる溶融部３２と、その下流には排ガス中の未燃部を完全燃焼するための二次燃焼室１９があり、チャーの燃焼により溶融炉１５の燃焼、灰溶融温度を維持する。また、溶融部３２と二次燃焼室１９の間にはスラグを回収するスラグスクリーン１７が設けられており、溶融部３２の出口とスラグスクリーン１７との間のガスパス部に温度計１６が設置されている。溶融部３２にはチャー量が不足したときの温度維持のために助燃する助燃バーナ１３が設けられている。二次燃焼室１９の下流には各種排ガス処理装置、即ち、空気予熱器２１、減温塔２４、バグフィルタ２５等が設けられ、煙道にはＯ２濃度計２６、ＣＯ濃度計２７が設置されている。
【００１８】
煙道を通って流れる排ガスの大部分は煙突３０から大気中に放出されるが、その一部はガス再循環ファン２９によりダンパ３を介して散気管３１からガス化炉４内に供給する。また、流量検出計２，６、ガス分析計７、温度計１６およびＯ２濃度計２６、ＣＯ濃度計２７からの検出信号はコントローラ１１に入力され、コントローラ１１は演算結果に基づいて各チャー定量供給装置１０、助燃バーナ１３、燃焼空気調節弁１２，１４，２０への出力を制御する。
【００１９】
図中の１８は空気予熱器、２２は押込送風機、２３は二次押込送風機、２８は誘引送風機である。
【００２０】
図２は、前記コントローラ１１の入出力信号と演算内容を示す処理系統図である。
押込送風機２２からの空気流量を流量検出計６で検出した流動化空気流量と、ガス再循環ファン２９からの排ガス流量を流量検出計２で検出した再循環ガス流量と、ガス化炉４出口のガス分析計７で検出した可燃性ガス濃度とをコントローラ１１に入力することにより、可燃性ガス量、理論燃焼空気量を演算し、可燃性ガス燃焼空気調整弁１４を制御する。
【００２１】
また、Ｏ２　濃度計２６により二次空気の空気流量補正量を演算し、二次空気流量調整弁２０を制御し、ＣＯ濃度計２７によりＣＯ濃度を監視する。さらに溶融部３２の出口温度を温度計１６により検出し、チャー供給量の補正量を演算し、チャー定量供給装置１０での供給量を制御する。
【００２２】
さらにまた必要な場合は、助燃バーナ制御量を演算し、助燃バーナ制御盤で助燃バーナ１３の燃焼量を制御する。前記チャー供給量の補正値は現在のチャー供給量を補正することで、チャー理論燃焼空気量（補正値）を演算し、チャー燃焼空気調整弁１２を制御する。
【００２３】
次に上記した構成のごみ処理装置のガス化溶融工程の燃焼制御について説明する。給塵装置１により投入されたごみがガス化炉４でガス化される時に発生する分解ガス量は、凡そ流量検出計２，６により検出された、散気管３１から流入する流動化空気と再循環ガスの流量の和に等しい。
【００２４】
さらに分解ガス中の可燃性ガスの成分量を分析することにより、分解ガス中の可燃性ガスの流量を算出できる。本実施形態では分解ガスに含まれる可燃性ガスとしてＣＯが約８〜１０％あり、他の分解ガスも炭素の化合物であることから、ガス化炉４の出口における可燃性ガス濃度をガス分析計７で分析して、可燃性ガスの燃焼に必要な空気量を理論的に演算する。
【００２５】
分解ガスに含まれるチャーはサイクロンセパレータ８により分離されて分解ガスと別に溶融部３２に供給されるため、上記演算により算出された可燃性ガス流量により、二次燃焼室１９で焼却される分解ガスの燃焼に必要な理論的燃焼空気量を独立して算出することができる。チャーについては組成が安定しており、理論的燃焼空気量は別途決定されるチャー定量供給量により算出できる。上記演算結果に基づいてコントローラ１１は各々の燃焼空気調節弁１２，１４を制御し、燃焼の安定化及び燃焼温度の維持を図っている。
【００２６】
さらに、溶融炉１５では溶融部３２の温度を直接精度良く計測することは非常に難しいため、チャーの溶融領域に近い溶融部３２の出口温度を温度計１６で計測して、設定した目標温度に対する計測温度との偏差を演算し、その結果に基づいてチャーの供給量を制御する。灰分は１２５０℃以上で溶融するが、１３００〜１３５０°Ｃが溶融に適温とされており、この温度範囲が目標値となる。チャーホッパ９に蓄積されているチャーの量が十分で、溶融温度が１２５０℃以上あれば、溶融温度が若干低下しても助燃バーナ１３に頼らず、チャー定量供給装置１０によるチャーの供給量を増やすことにより発熱量が増加するから、チャーの溶融温度を維持することができる。ただし、チャーの量が不足しているか若しくは溶融部の温度が１２５０℃に達していない場合は、助燃バーナ１３により溶融部３２の温度制御を行って溶融温度を維持する。
【００２７】
このように溶融炉１５の燃焼制御を実施することにより、各部の燃焼状態が安定し、燃焼温度も適温に維持されるが、さらに、煙道部に設けたＯ２濃度計２６によりＯ２濃度と設定目標濃度（例えば１２％）との偏差により、未燃ガス発生の有無を判断する。即ち、Ｏ２濃度が１２％未満であれば、空気量が不足となっており、不完全燃焼を起こしているため燃焼空気量を増やす。１２％を越えている場合、空気量が過剰となっているため燃焼空気量を減らす。これらの制御は二次燃焼室１９に供給される燃焼空気量を空気調節弁２０の開口量で調整することにより行われ、これにより分解ガスの完全燃焼化を図る。
【００２８】
ところで、ガス化炉４で生成される分解ガスはＮ２，ＣＯ２，ＣＯ，Ｈ２，Ｈ２　Ｏ，ＣＨ等の化合物から成っており、ＣＯ２及びＣＯを除けばその殆どがＮ２である。従って、生成ガス量からＮ２の量を引けば凡そのＣＯ２及びＣＯの量となる。つまり、生成ガス中のＮ２の濃度を分析することによっても、上述のガス化溶融工程における燃焼制御と同様の制御が行える。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の手段によれば、分解ガス中の可燃性ガスの成分量を分析した結果に基づいて分解ガスの完全燃焼に必要な空気量を演算し、溶融炉に供給される分解ガス燃焼用の空気量を制御したので、溶融炉で燃焼する分解ガスの燃焼に必要な空気量が最適に保たれるから、排ガス中に未燃ガスが排出されるのを防止して、排ガスの無害化を図ることができる。
【００３０】
請求項２記載の手段によれば、溶融炉における溶融部の下流の温度を計測し、該計測温度と目標温度との偏差に基づいてチャーの溶融炉への定量供給量を制御したので、溶融炉の溶融部の温度が若干低下したときは、不必要な燃料を使うことなく、溶融部の温度を適温に維持することができる。
【００３１】
請求項３記載の手段によれば、溶融炉の下流に連なる煙道を流れる排ガス中の酸素濃度を計測し、該計測酸素濃度と目標酸素濃度との偏差に応じて溶融炉に供給するガス燃焼用の空気量を制御したので、何かの原因で分解ガスが不完全燃焼を起こした場合でも、直ちに必要な空気量を供給できるから、分解ガスの完全燃焼を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るごみ処理装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るコントローラの入出力信号と演算内容を示す処理系統図である。
【符号の説明】
１：給塵装置、２，６：流量検出計、３，５：　ダンパ、４：ガス化炉、７：ガス分析計、８：サイクロンセパレータ（チャー分離器）、９：チャーホッパ、１０：チャー定量供給装置、１１：コントローラ、１２，１４，２０：燃焼空気調整弁、１３：助燃バーナ、１５：溶融炉、１６：温度計、１７：スラグスクリーン、１８：空気予熱器、１９：二次燃焼室、２１：空気予熱器、２２，２３：押込送風機、２４：減温塔、２５：バグフィルタ、２６：Ｏ２濃度計、２７：ＣＯ濃度計、２８：誘引送風機、２９：ガス再循環ファン、３０：煙突、３１：散気管、３２：溶融部
【図１】
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【図２】
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