(57)【要約】【課題】導入される被処理物に拘わらず好適な温度での自動運転を長期的に可能とし、均一で良質の溶融スラグを安定して得るロータリーキルンの運転制御装置を提供する。【解決手段】高温で過酷な環境に耐え難い温度検出器の設置を不要とし且つ同環境では精度良く捉えるのが難しい溶融スラグの輝度や色調から温度を判定するという技術を用いること無く、被処理物に応じて予め設定される（溶融スラグ流下位置）−（溶融スラグ温度に関する情報）の関係に基づいて、処理手段１５が、撮像装置１４により捉えた溶融スラグ流下位置から、被処理物に応じた溶融スラグ温度に関する情報を把握し、これに基づいて加熱装置７による加熱を制御する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入される被処理物を回転しながら入口側から出口に移動させる間に、加熱装置による加熱で前記被処理物を燃焼溶融し前記出口から溶融スラグとして排出するロータリーキルンの運転を制御する装置であって、
前記出口から流下する溶融スラグを撮像する撮像装置と、
被処理物に応じて予め設定される（溶融スラグ流下位置）−（溶融スラグ温度に関する情報）の関係に基づいて、導入された被処理物及び撮像された溶融スラグ流下位置から、溶融スラグ温度に関する情報を把握し、この把握した溶融スラグ温度に関する情報に基づいて前記加熱装置の加熱を制御する処理手段と、
を具備したロータリーキルンの運転制御装置。
【請求項２】
前記溶融スラグ温度に関する情報は、溶融スラグ温度、若しくは、溶融スラグ粘度であることを特徴とする請求項１記載のロータリーキルンの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転しながら被処理物を燃焼溶融するロータリーキルンの運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導入される廃棄物を回転しながら入口側から出口に移動させる間に、加熱装置による加熱で廃棄物を燃焼溶融し出口から溶融スラグとして排出するロータリーキルンが知られている。
【０００３】
このロータリーキルンから排出される溶融スラグは、所定に水冷や空冷されることで、例えばアスファルト舗装材等の土木資材に有効利用されるに至っている。このため、最近では、均一で良質の溶融スラグを安定して生成することが要求され、この要求を満たすには廃棄物の燃焼溶融温度を最適温度とすることが必要とされるが、導入される廃棄物は種々ありその性状が相違するため、燃焼溶融温度を最適に維持するのは難しく、均一で良質の溶融スラグを安定して得られない。
【０００４】
そこで、上記問題を解決すべく、種々の廃棄物に応じて変動するロータリーキルン内の温度を例えば熱電対等の温度検出器で実際に測定し、この測定温度に基づいて加熱装置による加熱を制御し最適温度とする技術が提案されている。
【０００５】
また、最近にあっては、温度検出器を設置すること無くカメラ等で溶融スラグを撮像し、輝度や色調から温度を自動的に判定し加熱装置による加熱を制御する技術も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記前者の温度検出器を用いる場合には、温度検出器が高温で過酷な環境での使用に耐えるのが難しく、長期に亘っての使用が困難で、頻繁な交換を要するため、実際の採用には無理がある。
【０００７】
また、後者のカメラ等を用いる場合には、飛灰等のダストが飛散していることもあって、画像で輝度や色調を精度良く捉えることは困難で、温度を高精度に判定することは極めて難しく、従って、好適な温度での運転は望めない。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、導入される被処理物に拘わらず好適な温度での自動運転が長期的に可能とされて、均一で良質の溶融スラグが安定して得られるロータリーキルンの運転制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ここで、本発明者らは種々の実験を重ね鋭意検討した結果、ロータリーキルン出口からの溶融スラグの流下位置と溶融スラグの粘度とが密接に関係し、また、溶融スラグの粘度と溶融スラグの温度とが密接に関係し、従って、被処理物に応じて、（溶融スラグ流下位置）−（溶融スラグ温度に関する情報）の関係を予め各々求めておけば、この関係に基づいて、溶融スラグ流下位置から、被処理物に応じた溶融スラグ温度に関する情報が判り、この情報に基づいて加熱装置の加熱を好適に制御し得ることを見出した。
【００１０】
そこで、本発明によるロータリーキルンの運転制御装置は、導入される被処理物を回転しながら入口側から出口に移動させる間に、加熱装置による加熱で被処理物を燃焼溶融し出口から溶融スラグとして排出するロータリーキルンの運転を制御する装置であって、出口から流下する溶融スラグを撮像する撮像装置と、被処理物に応じて予め設定される（溶融スラグ流下位置）−（溶融スラグ温度に関する情報）の関係に基づいて、導入された被処理物及び撮像された溶融スラグ流下位置から、溶融スラグ温度に関する情報を把握し、この把握した溶融スラグ温度に関する情報に基づいて加熱装置の加熱を制御する処理手段と、を具備した。
【００１１】
このように構成されたロータリーキルンの運転制御装置によれば、高温で過酷な環境に耐え難い温度検出器の設置を不要とし且つ同環境では精度良く捉えるのが難しい溶融スラグの輝度や色調から温度を判定するという技術を用いること無く、被処理物に応じて予め設定される（溶融スラグ流下位置）−（溶融スラグ温度に関する情報）の関係に基づいて、処理手段によって、撮像装置により捉えられた溶融スラグ流下位置から、被処理物に応じた溶融スラグ温度に関する情報が把握され、これに基づいて加熱装置による加熱が制御される。
【００１２】
ここで、溶融スラグ温度に関する情報としては、具体的には、例えば、溶融スラグ温度、若しくは、溶融スラグ粘度等が挙げられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるロータリーキルンの運転制御装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るロータリーキルンの運転制御装置を備える溶融設備を示す一部断面構成図、図２は、被処理物に応じた溶融スラグ粘度と溶融スラグ温度との関係を示す線図、図３は、図１中の撮像装置により撮像される出口からの流下溶融スラグを示す各図、図４は、図１中の処理手段の処理手順を示すフロー図であり、この溶融設備は、例えば一般廃棄物や産業廃棄物等のごみを熱分解ガス化して溶融する熱分解ガス化溶融システムに採用されているもので、ガス化炉でのごみの熱分解ガス化で生じる炉底灰（以下焼却灰と呼ぶ）を始めとした被処理物を燃焼溶融し溶融スラグとして回収するものである。
【００１４】
図１に示すように、溶融設備１は、回転溶融炉としてのロータリーキルン２と、このロータリーキルン２に連絡される二次燃焼塔３と、を備えている。
【００１５】
ロータリーキルン２は、円筒形状を成す炉を略横置きして成るもので、炉長（Ｌ）／炉径（Ｄ）＜５とされている所謂ショートキルンである。このロータリーキルン２は、入口側となる前部（図示左側）から出口側となる後部（図示右側）に向かって下方に所定に傾斜するようにして配設され、その前端部が固定部としての前支持部４により閉じられていると共に回転自在に支持され、その後端部が固定部としての二次燃焼塔３に挿入されて回転自在に支持されている。
【００１６】
前支持部４は、当該前支持部４を貫通し上流側からの被処理物を炉内に導入する入口としての導入ダクト５を備え、ロータリーキルン２は、所定の速度で回転することで、炉内の被処理物を入口側の前部から後端面の出口６へ向かって搬送する。
【００１７】
また、前支持部４には、加熱装置７が配設されている。この加熱装置７は、前支持部４を貫通し炉内に導入される例えばバーナ等の燃料燃焼装置７ａと、前支持部４を貫通し燃焼用空気を炉内に導入する複数の燃焼用空気供給ノズル７ｂと、を備えている。
【００１８】
燃料燃焼装置７ａは、燃料としての灯油を燃焼用空気供給ノズル７ｂからの燃焼用空気を用いて燃焼させるもので、この燃料燃焼で生じる高温の燃焼ガス及び火炎は、被処理物の移動方向（図示左側から右側）と同じ方向に向かい、ロータリーキルン２の回転で前部から後部へ移動する被処理物と接触して当該被処理物を燃焼溶融する。
【００１９】
なお、本実施形態では、灯油を燃料とした燃料燃焼装置７ａを採用しているが、他の液体燃料を燃料とした燃料燃焼装置を採用しても良く、また、ガス化炉からの熱分解ガス等の気体燃料を燃料とした燃料燃焼装置を採用しても良く、さらには、ガス化炉からの熱分解ガスに随伴される飛灰チャーを分離して当該分離された飛灰チャー等の固体燃料を燃料とした燃料燃焼装置を採用しても良い。
【００２０】
そして、ロータリーキルン２の出口６は、炉内での被処理物の燃焼溶融で生じる溶融スラグ及び燃焼排ガスの共通出口とされ、この出口６に二次燃焼塔３が連絡されている。
【００２１】
二次燃焼塔３は、出口６に連通する出口領域８の当該出口６とは反対側の上部側に連通して二次燃焼室９を備えている。この二次燃焼室９は、出口６から排出される燃焼排ガスを、二次燃焼用空気を導入して二次燃焼する。この二次燃焼室９の下部側には、飛灰等の飛散ダストを下方に案内するダスト排出ダクト１０が接続され、このダスト排出ダクト１０の下部には、飛散ダストをロータリーキルン２の導入ダクト５に戻すように搬送するダスト排出コンベヤ１１が設置されている。
【００２２】
また、二次燃焼塔３は、出口領域８の直下に、出口６から流下する溶融スラグを急水冷し水砕スラグとして回収すると共に炉側を水封するスラグ冷却水槽１２を備えている。このスラグ冷却水槽１２には、槽内の水砕スラグを回収すべく槽外に搬送するスラグコンベヤ１３が設置されている。
【００２３】
また、溶融設備１は、ロータリーキルン２の運転を最適に制御する運転制御装置２０を具備している。この運転制御装置２０は、撮像装置１４、処理手段１５、記憶手段としてのＲＡＭ１６及びＲＯＭ１７を備えている。
【００２４】
撮像装置１４は、例えば監視カメラ等であり、二次燃焼塔３の出口６に対向する壁部であって出口６を臨む位置に設置され、出口６から流下する溶融スラグを撮像する。
【００２５】
処理手段１５は、ＣＰＵで構成され、撮像装置１４により撮像された画像情報に基づいて、加熱装置７の加熱を被処理物に応じて最適とするように、燃料燃焼装置７ａの燃料量及び燃焼用空気供給ノズル７ｂの燃焼用空気量を制御する。
【００２６】
ここで、処理手段１５の機能について具体的に説明するが、先ず、その概要を説明する。本発明者らは種々の実験を重ね鋭意検討した結果、ロータリーキルン出口６からの溶融スラグの流下位置と溶融スラグの粘度とが密接に関係し、また、溶融スラグの粘度と溶融スラグの温度とが密接に関係し、このため、被処理物に応じて、溶融スラグ流下位置−溶融スラグ粘度の関係、溶融スラグ粘度−溶融スラグ温度の関係を予め各々求めておけば、この関係に基づいて、撮像された溶融スラグ流下位置から、被処理物に応じた溶融スラグ温度が判り、この溶融スラグ温度に基づき加熱装置７の加熱を制御すれば、ロータリーキルン２内の温度を最適にし得ることを見出している。
【００２７】
従って、上記溶融スラグ流下位置−溶融スラグ粘度の関係、溶融スラグ粘度−溶融スラグ温度の関係を、運転前に予め取得しておくことが必要となる。具体的には、種々の被処理物を用意しこれら種々の被処理物ごとに生成される溶融スラグを例えば坩堝等の試験容器に入れて混練し、この溶融スラグを混練する際のトルクを例えばトルク計等を用いて測りこれを粘度に換算して、溶融スラグ温度を変数として変動する溶融スラグ粘度を求め、この溶融スラグ粘度−溶融スラグ温度の関係を、図２に示すように、被処理物ごとのデータテーブルとして得る。
【００２８】
ここで、本実施形態では、被処理物として、実機での導入が比較的多いと考えられる焼却灰単独、焼却灰と粗大ごみの組合せ（混合割合３：２）、焼却灰と焼却汚泥の組合せ（混合割合９：１）が挙げられ、焼却灰単独は実線で、焼却灰と粗大ごみの混合物は点線で、焼却灰と焼却汚泥の混合物は一点鎖線で、各々示されている。なお、ここで言う粗大ごみは、破砕機で所定のサイズ以下に破砕した後の粗大ごみ（例えば家具や割れたコップ等）を言う。そして、オペレータは、この被処理物に応じた溶融スラグ粘度と溶融スラグ温度との関係（以下粘度・温度の関係と呼ぶ）を予めＲＡＭ１６に記憶させておく。
【００２９】
また、図３（ｂ）に示すように、溶融スラグ流下位置が、出口中央から回転方向に半径の１／３離間している場合には、溶融スラグ粘度は図２に示す座標Ｂの粘度（中粘度）となり、また、溶融スラグ流下位置が、図３（ａ）に示すように、出口中央から回転方向に半径の２／３離間している場合には、溶融スラグ粘度は図２に示す座標Ａの粘度（高粘度）となり、また、溶融スラグ流下位置が、図３（ｃ）に示すように、出口中央に位置している場合には、溶融スラグ粘度は図２に示す座標Ｃの粘度（低粘度）となる。また、溶融スラグ流下位置が図３に示す位置からずれている場合には、その離間幅に応じて、溶融スラグ粘度は、図２に示す座標Ａ，Ｂ，Ｃの溶融スラグ粘度から増減する。オペレータは、この溶融スラグ流下位置と溶融スラグ粘度の関係（以下流下位置・粘度の関係と呼ぶ）も予めＲＡＭ１６に記憶させておく。
【００３０】
そして、処理手段１５は、ＲＡＭ１６に予め記憶されている上記各関係を用い、撮像装置１４で撮像された溶融スラグ流下位置から、被処理物に応じた溶融スラグ粘度を把握し、この溶融スラグ粘度から被処理物に応じた溶融スラグ温度を把握し、この溶融スラグ温度に基づいて、加熱装置７の加熱を最適に制御する。なお、例えば作業者やオペレータ等が例えば入力スイッチ等で、導入される被処理物を選択することで、何れのデータテーブルを用いるかが自動的に選択される。
【００３１】
次に、ＲＯＭ１７に書き込まれているプログラムに従い実行される処理手段１５の処理手順について、図４に示すフロー図を参照しながら説明する。
【００３２】
ここでは、被処理物として焼却灰（水分含有率３０％）が５００ｋｇ／ｈで、導入ダクト５を介してロータリーキルン２内に導入されている。作業者やオペレータ等は、運転に先立って、例えば入力スイッチ等で、被処理物として焼却灰を選択しておく。
【００３３】
そして、運転が開始されると、被処理物は、炉の回転に従い撹拌されながら入口側から出口側へ移動し、この時、加熱装置７による高温の燃焼ガス及び火炎に晒されて燃焼溶融してスラグ化され、この溶融スラグは出口６から排出され、撮像装置１４により、溶融スラグ流下位置が撮像される。
【００３４】
ここで、撮像装置１４は、高温、過酷で飛灰の飛散する環境にあって、溶融スラグの輝度や色調を精度良く捉えるのは難しいが、本実施形態のように、単に溶融スラグ流下位置を捉えるのは容易である。
【００３５】
そして、先ず、ステップ４０１（Ｓ４０１）において、選択された被処理物及び撮像された溶融スラグ流下位置に基づいて、流下位置・粘度の関係から、溶融スラグ粘度を把握する。ここで、溶融スラグ流下位置が図３に示す位置からずれている場合には、前述したように、その離間幅に応じて溶融スラグ粘度を図２に示す座標Ａ，Ｂ，Ｃのスラグ粘度から増減する。
【００３６】
ステップ４０２（Ｓ４０２）では、選択された被処理物及び得られた溶融スラグ粘度に基づいて、粘度・温度の関係から、溶融スラグ温度を把握する。
【００３７】
具体的には、被処理物を焼却灰とした場合には、図２に示す実線を用い、溶融スラグ粘度が図２に示す座標Ａの溶融スラグ粘度であれば、溶融スラグ温度が約１２４０℃であると判定し、また、被処理物を焼却灰と焼却汚泥の混合物とした場合には、図２に示す一点鎖線を用い、溶融スラグ粘度が図２に示す座標Ｃの溶融スラグ粘度であれば、溶融スラグ温度が約１４００℃と判定する。
【００３８】
そして、ステップ４０３（Ｓ４０３）では、溶融スラグ温度が１３００℃〜１３５０℃の目標温度範囲を上回るか否かを判定し、上回る場合には、ステップ４０４（Ｓ４０４）において、その上回る度合いに応じて、燃料燃焼装置７ａの燃料量及び燃焼用空気供給ノズル７ｂの燃焼用空気量を低減し加熱を低めるように制御し、ステップ４０５（Ｓ４０５）に進む。
【００３９】
一方、ステップ４０３（Ｓ４０３）において、溶融スラグ温度が１３００℃〜１３５０℃の目標温度範囲を上回らないと判定した場合には、ステップ４０６（Ｓ４０６）において、溶融スラグ温度が１３００℃〜１３５０℃の目標温度範囲を下回るか否かを判定し、下回る場合には、ステップ４０７（Ｓ４０７）において、その下回る度合いに応じて、燃料燃焼装置７ａの燃料量及び燃焼用空気供給ノズル７ｂの燃焼用空気量を増加し加熱を高めるように制御し、ステップ４０５（Ｓ４０５）に進む。
【００４０】
また、ステップ４０６（Ｓ４０６）において、溶融スラグ温度が１３００℃〜１３５０℃の目標温度範囲を下回らないと判定した場合には、溶融スラグ温度が目標温度にあるから、ステップ４０５（Ｓ４０５）に進み、ステップ４０５では、運転停止か否かを判定し、停止の場合にはこの処理を終了し、続行の場合にはステップ４０１（Ｓ４０１）に戻る。なお、導入される被処理物が変わる場合には例えば作業者やオペレータ等が例えば入力スイッチ等でその変わる被処理物を選択することで、処理手段１５が選択するデータテーブルが変わることになる。
【００４１】
このように、本実施形態においては、高温で過酷な環境に耐え難い温度検出器の設置を不要とし且つ同環境では精度良く捉えるのが難しい溶融スラグの輝度や色調から温度を判定するという技術を用いること無く、被処理物に応じて予め設定される（溶融スラグ流下位置−溶融スラグ粘度）の関係、（溶融スラグ粘度−溶融スラグ温度）の関係に基づいて、処理手段１５によって、撮像装置１４により捉えた溶融スラグ流下位置から、被処理物に応じた溶融スラグ温度が把握され、これに基づいて加熱装置７による加熱が制御されるため、導入される被処理物に拘わらず好適な温度での自動運転が長期的に実施され、均一で良質の溶融スラグが安定して得られる。
【００４２】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、溶融スラグ流下位置−溶融スラグ粘度、溶融スラグ粘度−溶融スラグ温度を、データテーブルを用いて把握するようにしているが、演算により把握しても良い。
【００４３】
また、溶融スラグ流下位置−溶融スラグ粘度−溶融スラグ温度の関係が判っているから、溶融スラグ流下位置から直接溶融スラグ温度を把握するようにしても良く、また、溶融スラグ流下位置から把握した溶融スラグ粘度を用い加熱を制御するようにしても良く、さらには、溶融スラグ温度をロータリーキルン内温度やロータリーキルン出口温度等に換算しておいてこれらを用い加熱を制御するようにしても良く、要は、溶融スラグ流下位置−溶融スラグ温度に関する情報の関係に基づいて、加熱を制御すれば良い。
【００４４】
また、上記実施形態においては、加熱装置７の燃料量及び燃焼用空気量の両方を制御しているが、加熱制御が十分に成されるようであれば、何れか一方のみを制御するようにしても良い。
【００４５】
また、上記実施形態においては、燃料燃焼装置７ａと燃焼用空気供給ノズル７ｂとを別体としているが、燃焼用空気の供給系を一体的に組み込んで成る例えばバーナ等の燃料燃焼装置を用いる場合にも適用可能である。また、ノズルからの供給は燃焼用空気に限定されるものではなく、酸素含有気体であれば良い。
【００４６】
また、上記実施形態においては、燃焼ガス及び火炎と被処理物との流れが同一方向となる並流型のロータリーキルン２に対する適用を述べているが、燃焼ガス及び火炎と被処理物との流れが対向する向流型のロータリーキルンに対しても適用可能である。
【００４７】
また、上記実施形態においては、ショートキルンに対する適用を述べているが、炉長（Ｌ）／炉径（Ｄ）＞２０の所謂ロングキルンに対しても同様に適用可能である。
【００４８】
また、上記実施形態においては、特に好適であるとして、導入する被処理物を、焼却灰や、焼却灰と粗大ごみの組合せ、焼却灰と焼却汚泥の組合せとしているが、　勿論これらに限定されるものでは無く、また、混合比率も限定されるものではなく、被処理物を、例えば、都市ごみ、固形化燃料（ＲＤＦ）、スラリー化燃料（ＳＷＭ）、自動車廃棄物（シュレッダーダスト、廃タイヤ）、バイオマス廃物、下水汚泥、プラスチック廃棄物（含むＦＲＰ）、家電廃棄物、特殊廃棄物（医療廃棄物等）、屎尿、高濃度廃液、産業スラッジ、埋め戻し灰、木くず、繊維くず、食品かすといった廃棄物や石炭等及びこれらの任意の組合せ、さらに上記焼却灰、粗大ごみ、焼却汚泥との任意の組合せ等としても良い。
【００４９】
さらには、例えば季節等の違いで性状が変動する被処理物に対しては、同じ被処理物であっても、その相違する（溶融スラグ流下位置）−（溶融スラグ温度に関する情報）の関係を例えば季節等に応じて予め求めておいて、その関係を例えば季節等に応じて使い分けることも可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によるロータリーキルンの運転制御装置は、高温で過酷な環境に耐え難い温度検出器の設置を不要とし且つ同環境では精度良く捉えるのが難しい溶融スラグの輝度や色調から温度を判定するという技術を用いること無く、被処理物に応じて予め設定される（溶融スラグ流下位置）−（溶融スラグ温度に関する情報）の関係に基づいて、処理手段が、撮像装置により捉えた溶融スラグ流下位置から、被処理物に応じた溶融スラグ温度に関する情報を把握し、これに基づいて加熱装置による加熱を制御するように構成したものであるから、導入される被処理物に拘わらず好適な温度での自動運転が長期的に可能とされ、均一で良質の溶融スラグを安定して得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るロータリーキルンの運転制御装置を備える溶融設備を示す一部断面構成図である。
【図２】被処理物に応じた溶融スラグ粘度と溶融スラグ温度との関係を示す線図である。
【図３】図１中の撮像装置により撮像される出口からの流下溶融スラグを示す各図である。
【図４】図１中の処理手段の処理手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
２…ロータリーキルン、５…入口（導入ダクト）、６…出口、７…加熱装置、７ａ…燃料燃焼装置、７ｂ…燃焼用空気供給ノズル、１４…撮像装置、１５…処理手段、１６…ＲＡＭ、１７…ＲＯＭ、２０…運転制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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