(57)【要約】【課題】廃棄物ガス化溶融炉における安定操業の維持を実現することのできる、廃棄物ガス化溶融炉の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】廃棄物ガス化溶融炉の生成ガス成分を測定する手段（１８）と、溶融炉内の所定時間当りの不燃物量を推定する不燃物量推定手段（２３）と、推定された不燃物量が所定時間当りに溶融する溶融量を推定する溶融量推定手段（２４）と、推定された不燃物量と溶融量とに基づいて溶融炉を制御する制御手段（２５）とを備えた廃棄物ガス化溶融炉の制御装置である。【選択図】　　図２
2004144376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物ガス化溶融炉の生成ガス成分を測定する手段と、
該溶融炉内の所定時間当りの不燃物量を推定する不燃物量推定手段と、
推定された不燃物量が所定時間当りに溶融する溶融量を推定する溶融量推定手段と、
前記推定された不燃物量と溶融量とに基づいて溶融炉を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、廃棄物供給量、補助燃料供給量、送風酸素流量の内少なくとも１の操作量を制御することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融炉の制御装置。
【請求項３】
前記不燃物量推定手段は、所定時間当りの廃棄物供給量、補助燃料供給量、送風空気流量、投入蒸気流量、送風酸素流量、前記生成ガス成分に基づいて前記不燃物量を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の廃棄物ガス化溶融炉の制御装置。
【請求項４】
該溶融炉内部の温度を計測する温度計測手段を備え、
前記溶融量推定手段は、計測された溶融炉内部温度に基づいて前記溶融量を推定することを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１の請求項に記載の廃棄物ガス化溶融炉の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物ガス化溶融炉の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物を溶融処理する方法には各種の方法があるが、その一つとして、燃焼している炭素系補助燃料の層の上に廃棄物を投入して溶融させる方法が知られている。この方法による場合、廃棄物を溶融処理するガス化溶融炉と呼ばれる炉が使用される。このガス化溶融炉は堅型炉であって廃棄物を炉の内部で乾燥、熱分解、燃焼、溶融するために複数段（通常３段）の送風口（以下羽口と記す）を備えている。また廃棄物を溶融させるための炭素系補助燃料としては、通常コークスが用いられている。
【０００３】
炉底付近に設置された主羽口からは酸素を富化させた空気が吹き込まれ、これによってコークスを燃焼して高温の溶融域を形成させて廃棄物の不燃分を溶融する。溶融された廃棄物は溶融スラグとなって炉底部に溜まって排出される。炉の中段に設置された副羽口からは蒸気を富化させた空気が吹き込まれ、これによって炉内に供給された廃棄物の堆積層を流動させながら乾燥、熱分解させる。炉の上段に設置された三段羽口からは空気が吹き込まれ、廃棄物の熱分解によって生成されたガスを燃焼し、生成ガス温度を１０００℃以上に保つことによりダイオキシンの発生を抑制する。
【０００４】
この廃棄物ガス化溶融炉を安定して操業するためには、廃棄物の溶融スラグが、安定して排出できることが必要であり、廃棄物の溶融スラグが安定して排出されるためには、供給された廃棄物中の不燃物を溶融させるための適切な補助燃料量、送風酸素量の制御が必要である。
【０００５】
また廃棄物ガス化溶融炉の安定操業のためには、廃棄物の供給量を適正に制御する必要がある。例えば、供給された廃棄物が堆積し流動している流動部分の層高が薄いと、吹込まれた空気が堆積層を吹き抜けてしまい、装入された廃棄物の乾燥と熱分解が十分に行われない。また層高が厚いと、炉下部の溶融部分の燃料となる廃棄物中の固定炭素や補助燃料であるコークスが消費されてしまい、廃棄物の不燃分を溶融するためのコークスが不足する。従って溶融スラグの排出速度即ち生成速度に応じた廃棄物の供給量制御が必要である。
【０００６】
ところで、溶融スラグの排出を安定化させる技術として以下に示す技術が開示されている。
【０００７】
その１つは、カラーＴＶを用いてスラグの流出状態を撮像し、これを画像処理することにより、スラグ温度、流出速度及び流出量を計測し、酸素富化量、補助燃料及び／又は主原料（汚泥）供給量を調整することで、操業の安定化を図るものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、燃焼空間と生成ガス路との間の圧力損失、生成ガス中の二酸化炭素及び一酸化炭素成分量、燃焼空間の酸素量、温度等のプロセス量を検出する。そして、炉が不安定な状態（例えば、炉が吹き抜け状態、燃焼空間内温度が低下した状態）にあるかどうかを検知して、炉内の処理を促進する方向に運転を制御したり、燃焼空間の温度を一定以上に維持制御をして炉の安定化を図っているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
更に、溶融スラグ排出部から排出される溶融スラグを冷却して、そのスラグの排出量を計測することで、単位排出量や排出速度を求め、その値に応じて炉内の酸素富化量及び／又は補助燃料量を調整して、スラグ排出量を所定値に維持するものもある（例えば、特許文献３参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平２−１９２５０号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平６−２７２８４２号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開２０００−２８１２２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例に示されるこれらの技術は、スラグ排出状態又は炉の操業状態が変化して悪化した段階で制御しようとするものである。従って、ガス化溶融炉のように状態が悪化しないように制御する必要のあるプロセスについて適用することは難しい。
【００１４】
また、ガス化溶融炉を安定に操業するための制御において、廃棄物の炉内における層高を考慮した制御技術はまだ確立されでいない。
【００１５】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであって、廃棄物ガス化溶融炉における安定操業の維持を実現することのできる、廃棄物ガス化溶融炉の制御装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するための本発明は、廃棄物ガス化溶融炉の生成ガス成分を測定する手段と、溶融炉内の所定時間当りの不燃物量を推定する不燃物量推定手段と、推定された不燃物量が所定時間当りに溶融する溶融量を推定する溶融量推定手段と、推定された不燃物量と溶融量とに基づいて溶融炉を制御する制御手段とを備えた廃棄物ガス化溶融炉の制御装置である。
【００１７】
また本発明は、上記記載の発明である廃棄物ガス化溶融炉の制御装置において、制御手段は、廃棄物供給量、補助燃料供給量、送風酸素流量の内少なくとも１の操作量を制御する廃棄物ガス化溶融炉の制御装置である。
【００１８】
また本発明は、上記記載の発明である廃棄物ガス化溶融炉の制御装置において不燃物量推定手段は、所定時間当りの廃棄物供給量、補助燃料供給量、送風空気流量、投入蒸気流量、送風酸素流量、生成ガス成分に基づいて不燃物量を推定する廃棄物ガス化溶融炉の制御装置である。
【００１９】
また本発明は、上記記載の発明である廃棄物ガス化溶融炉の制御装置において、溶融炉内部の温度を計測する温度計測手段を備え、溶融量推定手段は、計測された溶融炉内部温度に基づいて溶融量を推定する廃棄物ガス化溶融炉の制御装置である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明が適用される廃棄物ガス化溶融炉制御システムの構成を示す図である。まず、廃棄物ガス化溶融炉（以下、「溶融炉」という）について説明する。
【００２１】
溶融炉１には、炉下シャフト部１ｃに主羽口２、中部シャフト部１ｂに副羽口３、上部フリーボード部１ａに三段羽口４が設置されている。
【００２２】
主羽口２からは酸素供給装置８によって富化された酸素と空気が送風されて溶融物を溶融する。主羽口２から供給される酸素流量と空気流量はそれぞれ流量測定手段９、１０によって測定される。溶融された溶融スラグは出滓口７より炉外に排出される。
【００２３】
副羽口３からは蒸気が富化された空気が送風され、炉内に堆積した廃棄物を撹拌させながら乾燥、熱分解する。副羽口３から供給される蒸気量と空気流量はそれぞれ流量測定手段１１、１２によって測定される。
【００２４】
三段羽口４で吹き込まれた空気は生成されたガスを燃焼する。この燃焼によって生成ガス温度は１０００℃以上に保たれてダイオキシンの発生が抑制され、生成ガス中のタール分が分解されて生成ガスの利用を容易にしている。尚、三段羽口４から供給される空気流量は流量測定手段１３によって測定される。
【００２５】
溶融炉１によって生成されたガスは炉出口６を通って溶融炉外に排出され、二次燃焼炉で燃焼されボイラ、ガスタービン等で熱回収される。炉出口６で排出される生成ガスの成分（ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｏ２等）と水分量はガス成分量測定装置１８によって計測される。
【００２６】
溶融炉１の上部には廃棄物及び補助燃料が供給される装入口５が設けられており廃棄物、補助燃料はそれぞれ廃棄物供給装置１４、補助燃料供給装置１６より供給される。廃棄物、補助燃料の供給量はそれぞれ供給量測定手段１５、１７によって測定される。そして溶融炉内部温度は、中部シャフト部１ｂの温度を計測する温度計１９と炉下シャフト部１ｃの温度を計測ずる温度計２０とによって測定される。
【００２７】
また溶融炉１には制御装置２１が設けられて廃棄物供給装置１４、補助燃料供給装置１６、酸素供給装置８を制御している。
【００２８】
制御装置２１は各羽口に設置された流量測定手段９〜１３で測定された空気流量、送風酸素流量、蒸気量、供給量測定手段１４、１６で測定した廃棄物供給量、補助燃料供給量、炉出口６に設置されたガス成分量測定装置１８で測定したガス成分値と水分量、炉下シャフト部に設置された温度計２０と中部シャフト部に設置された温度計１９の温度を入力する。そして、これらのプロセスデータに基づいて溶融炉１の安定した操業を行うために廃棄物供給量、補助燃料供給量、送風酸素流量のいずれか／もしくは１以上の組合せを算出するようになっている。そして、これらを制御することによって安定した溶融スラグ排出、層高の管理等が実現できるように図っている。
【００２９】
以下、制御装置２１について詳しく説明する。図２は制御装置の構成を示すブロック図である。
【００３０】
制御装置２１は、不燃物算出手段２３、不燃物溶融量算出手段２４、操作量算出手段２５、記憶装置２６で構成されている。尚、制御装置２１はＣＰＵ、記憶装置等を備えたプロセスコンピュータで構成することができる。
【００３１】
不燃物算出手段２３では所定時間内に溶融炉１に供給された廃棄物量、炭素系補助燃料量、主羽口空気流量、主羽口送風酸素流量、副羽口空気流量、副羽口供給蒸気量、三段羽口空気流量と溶融炉出口のガス成分量測定装置より測定された生成ガスの組成と水分量を測定手段２２から取り込み不燃物量を算出する。
【００３２】
廃棄物のうち炭素成分は熱分解されたときにＣＯもしくはＣＯ２となり生成ガスの一部となる、水分も同様には蒸発し生成ガスの一部となる。炭素系補助燃料例えばコークスに関しては組成が工業値として与えられているのでそれを用いる。また、生成ガス量は供給された窒素は変化しないこととし供給窒素バランスから以下の式（１）より算出される。
【００３３】
生成ガス量＝供給窒素量／（１−（Ｒｃｏ＋Ｒｃｏ２））　　・・・式（１）
但し、Ｒｃｏ：生成ガス中のＣＯの成分比率、
Ｒｃｏ２：生成ガス中のＣＯ２の成分比率
そして、式（１）で求めた生成ガス量と生成ガス成分値とを用いて、生成ガス中の炭素質量、酸素質量を算出する。
【００３４】
従って、主羽口、副羽口、三段羽口から供給される酸素質量をＡ、窒素質をＢ、供給された炭素系補助燃料の炭素質量をＣ、酸素質量をＤ、溶融炉によって生成されるガスの炭素質量をＥ、酸素質量をＦ、窒素質量をＧとすると式（２）を用いて不燃物量を算出することが出来る。
【００３５】
不燃物量＝廃棄物量＋炭素系補助燃料中の不燃物一（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋炉出口の水分量）一（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋副羽口から供給した蒸気量）　・・・式（２）
ここで、式（２）で算出される不燃物量は、溶融スラグの主たる部分を構成している。従って、不燃物量は溶融スラグ量と関連性を有した指標とすることができる。
【００３６】
不燃物溶融量算出手段２４は不燃物算出手段２３より算出された不燃物が所定時間の間に溶融する量を、測定手段２２によって測定された炉内温度（炉下シャフト部温度、中部シャフト部温度）を用いて算出する。そして、不燃物量から不燃物溶融量を減算して求めた未溶融量（不燃物量−不燃物溶融量）を算出する。ここで、不燃物溶融量の算出においては、不燃物と炉内で発生する生成ガスとの熱交換モデルを用いて求めることもでき、不燃焼物量、炉内温度（炉下シヤフト部温度、中部シャフト部温度）、送風空気流量、送風酸素流量などから作成した回帰モデルを利用して求める事も出来る。
【００３７】
しかし、いずれのモデルを使用する場合でも、供給する廃棄物の種類によって不燃分の組成が異なるため、供給した廃棄物の種類応じた計算パラメータもしくはモデルを予め記憶装置２６に格納しておき必要に応じて取り出せるように構成することが必要である。供給した廃棄物の種類応じた計算パラメータとしては、例えば熱交換モデルの場合における不燃物の比熱、熱伝導率などであり、供給した廃棄物の種類応じてモデルを構成するとは、例えば廃棄物の種類毎に回帰モデルを用意することを意味する。
【００３８】
このようにして不燃物の所定時間における溶融量を算出し、未溶融量（不燃物量−不燃物溶融量）を算出することにより、溶融炉内の層高の変化量、溶融物の排出速度が予測でき溶融炉内の状態の予測が出来る。そして、算出された不燃物量と未溶融量を用いて、操作量算出手段２５は溶融炉１を安定に操業するための廃棄物供給量、補助燃料供給量、送風酸素流量の内いずれかもしくは１以上の組み合わせの調整量を算出する。
【００３９】
操作量算出手段２５は例えば、図３に示すようなファジィルールによる知識ベース推論によるもので、供給する廃棄物の種類によって不燃分の組成が異なるために廃棄物の種類に応じたルール群を使い分けるような構造となっている。予め入力した廃棄物種類３０に基づいて、ファジィルール選択手段３１が廃棄物種類にあったルールをファジィルールベース３５より選択する。どのルール群を用いて調整量を算出するかは、廃棄物の種類とファジィルールの組み合わせたファジィルール組み合わせテーブル３２を予め作成しておき、それに従ってルールを選択する。ファジィルール組み合わせテーブル３２は記憶装置２６に格納されている。
【００４０】
操作量算出手段２５は不燃物量算出手段２３から算出された不燃物量と不燃物溶融量算出手段２４によって算出された未溶融量（不燃物量−不燃物溶融量）を入力として、ファジィルール選択手段３１が選択したファジィルールベース３５中のルールを用いて、ファジィ推論部３６によってファジィ推論を行い調整量を出力する。
【００４１】
以上説明したように、本発明によれば不燃物量とその不燃物の溶融量を推定し、それらをパラメータとして炉内の層高さを安定に制御するための操作量を算出し、炉が悪化する前に対応を図っている。従って、炉況の悪化を防止して溶融炉を安定に操業することができる。
【００４２】
【発明の効果】
廃棄物ガス化溶融炉における安定操業の維持を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される廃棄物ガス化溶融炉制御システムの構成を示す図。
【図２】制御装置の構成を示すブロック図。
【図３】操作量算出手段の構成を示す図。
【符号の説明】
１…溶融炉
８…酸素供給装置
１４…廃棄物供給装置
１６…補助燃料供給装置
１８…ガス成分量測定装置
１９…温度計
２０…温度計
２１…制御装置
２３…不燃物量算出手段
２４…不燃物溶融量算出手段
２５…操作量算出手段
２７…廃棄物供給調整量
２８…補助燃料供給調整量
２９…送風酸素流量調整量
【図１】
2004144376.tif 000003
【図２】
2004144376.tif 000004
【図３】
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