(57)【要約】【課題】焼却炉、特に炉内の広い大型の焼却炉において安定した燃焼を維持することのできる燃焼空気温度制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】燃焼空気配管を分割し、分割された配管毎に温度調節が可能な機構をもつごみ焼却炉に適用され、火格子に埋め込まれている温度計値に基き、各火格子下の燃焼空気温度を制御する焼却炉の燃焼空気温度制御方法である。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼空気配管を分割し、分割された配管毎に温度調節が可能な機構をもつごみ焼却炉に適用され、火格子に埋め込まれている温度計値に基き、各火格子下の燃焼空気温度を制御することを特徴とする焼却炉の燃焼空気温度制御方法。
【請求項２】
燃焼空気配管を分割し、分割された配管毎に温度調節が可能な機構をもつごみ焼却炉に適用され、乾燥段燃焼空気吹き込み口の炉幅方向に対して垂直上部に設置された温度計値に基き、乾燥段の燃焼空気温度を制御することを特徴とする焼却炉の燃焼空気温度制御方法。
【請求項３】
燃焼空気配管を分割し、分割された配管毎に温度調節が可能な機構をもつごみ焼却炉に適用され、後燃焼段空気吹き込み口の炉幅方向に対して垂直上部に設置された温度計値、特に炉出口温度に基づいて、後燃焼段の燃焼空気温度を制御することを特徴とする焼却炉の燃焼空気温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はストーカ式ごみ焼却炉の燃焼空気温度空気制御方法に関し、詳しくはごみ搬送方向及び炉幅方向に分割された空気吹き込み口毎に燃焼空気温度を炉内各部に設置した温度計に基づいて制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却炉で焼却するために集積されたごみは、ごみクレーンにより数１０分の間隔でごみホッパへ投入され、ホッパ下部にあるプッシャにより、焼却炉内に送り込まれる。炉内ではごみは火格子上を搬送されながら、乾燥・燃焼され、最終的には灰となって炉外に排出される。
【０００３】
ごみの燃焼によって発生する排ガスは、炉出口に設けられた熱交換機でボイラ水に熱を与えた後、排気される。炉内における燃焼状態を把握し制御するために火格子の中間部上方にて炉内温度が測定され、また、熱交換器の手前で炉出口温度が測定される。
【０００４】
炉内の燃焼状態を維持するために、５０〜２００℃程度に過熱された空気（燃焼空気という）が搬送方向に分割された火格子下の空気吹き込み口から、乾燥段、燃焼段、後燃焼段の各々に吹き込まれる。燃焼空気は総流量が制御され、さらに火格子の各段下部に設置された火格子下ダンパ開度により各段への燃焼空気量が調整される。このダンパ開度は各段火格子上のごみ厚さ、炉内燃焼状態等に基づいて制御される。各吹き込み口へ配管が分岐する前に空気予熱器が設けてあり、燃焼空気はこの空気予熱器によって温度を調整されてから各々火格子下へ送られる。
【０００５】
ごみ焼却炉においては近年、ダイオキシンの排出が問題となり注目されている。一般にごみ処理量が多い大型炉ほど、燃焼状態が高温で安定し、ダイオキシン等の排出濃度も低くなる傾向が見られるため、焼却量当たりの処理量が２００ｔｏｎ／ｄａｙ以上のいわゆる大型炉の需要が大都市を中心に増加している。将来的には、複数の処理量の少ない焼却炉が焼却量の多い焼却炉に統合されるものと推測される。
【０００６】
しかしながら、焼却炉の大型化により炉床が大きくなるにつれ、ごみ質の違いや炉床へのごみ切り出し厚さの違いにより、炉床上のごみの偏在が発生しやすくなり、燃焼が不均一になり易いという問題がある。ごみの偏在が大きい場合には、局所的な未燃分が発生するなど、燃焼の安定化が困難となる。この問題に対し、従来の大型ストーカ炉では、従来の中小規模炉と同様に乾燥、燃焼、後燃焼の各段における火格子上のごみの厚さや炉内各部の温度に応じて燃焼空気量を増減させることで対応していた
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のごみ焼却炉では、炉内の燃焼状態に応じて搬送方向に分割された領域毎に燃焼空気量を調整するものであった。しかしながら、ごみを乾燥・燃焼させるために火格子上のごみ厚さやごみ質に応じて燃焼空気量のみを増減させるだけでは、炉内の燃焼バランス、特に炉内の空気バランスが変化し、ＣＯ、ダイオキシン等の有害物質を発生させる原因となる。例えば、質の悪いごみ、即ちカロリーが低い（水分含有率が高い）ごみが火格子上の特定の分割領域に存在した場合、そのごみを乾燥・燃焼させるには、その領域の空気流量を増加させることがある。
【０００８】
しかしながら、この対処方法では、ごみが乾燥し、燃焼に転じるまでは空気は燃焼に寄与せず、そのまま炉内に過剰供給されて炉内温度を低下させる。また乾燥を促進させるために急速に流量を増加させると、局所的に空気の吹き抜けが発生して燃焼悪化の原因となる。
【０００９】
また、特定の分割領域に存在する質の悪いごみに対応するために、燃焼空気温度を上げて乾燥を促進させることも可能である。しかしながら、従来の機構・制御方式ではすべての分割領域の燃焼空気温度が高くなるので、質の悪い（カロリーが低い）ごみと質の良い（カロリーが高い）ごみが同時に火格子上に存在する場合には、質の良いごみが存在する領域では燃焼が活発になりすぎ、その部分ではごみが薄くなるため吹き抜けが発生するなどにより燃焼のバランスが崩れてしまう。
【００１０】
大型化した焼却炉においては、上述したごみの偏在による燃焼の不均一を解消するために、炉幅方向に分割された燃焼空気吹き込み口への燃焼空気量の配分量および燃焼空気総量の調整をする手法が提案されている。しかし、分割された領域ごとに燃焼空気流量を変化させることだけでごみの偏在を解消させようとすると、搬送方向のみに分割された場合と同様な現象が炉幅方向にも発生し、ごみの搬送および炉幅方向における燃焼の不均一、不安定を招く恐れがある。
【００１１】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであって、焼却炉、特に炉内の広い大型の焼却炉において安定した燃焼を維持することのできる燃焼空気温度制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【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、燃焼空気配管を分割し、分割された配管毎に温度調節が可能な機構をもつごみ焼却炉に適用され、火格子に埋め込まれている温度計値に基き、各火格子下の燃焼空気温度を制御する焼却炉の燃焼空気温度制御方法である。
【００１３】
火格子温度と火格子上のごみ質との間には、ごみの質が悪い（カロリーが低い）と燃焼が不活発になり火格子温度が低下し、逆にごみの質が良い（カロリーが高い）と燃焼が活発になり火格子温度が上昇するという関係がある。燃焼空気温度が高いと乾燥は促進、燃焼は活発され、逆に燃焼空気温度が低いと燃焼は不活発になるため、燃焼空気温度を変化させることで乾燥・燃焼速度を変化させることが可能になる。よって火格子上のごみ質に応じて燃焼空気温度を制御することで、火格子上のごみ性状、特に水分含有量を均一化することが可能となる。
【００１４】
焼却炉においては、ごみ質の不均一などにより炉内火格子上のごみの偏在が発生し、燃焼の不均一が生じることがある。その質の異なるごみ偏在を火格子温度で検知し、それに応じて分割した配管毎で空気温度を調節し、各火格子下へ吹き込み、燃焼速度を変化させることで、偏在を解消し、燃焼の不均一を抑制することが可能となる。
【００１５】
また本発明は、燃焼空気配管を分割し、分割された配管毎に温度調節が可能な機構をもつごみ焼却炉に適用され、乾燥段燃焼空気吹き込み口の炉幅方向に対して垂直上部に設置された温度計値に基き、乾燥段の燃焼空気温度を制御する焼却炉の燃焼空気温度制御方法である。
【００１６】
乾燥段上部の温度は給塵装置によって乾燥段に切り出されたごみのカロリーを主に反映している。水分含有率が高く、カロリーが低い場合には乾燥段上部温度は低く、逆にカロリーが高い場合には温度は高くなる。カロリーが低く、乾燥段で十分にごみが乾燥されないと燃焼段における燃焼が不活発になる恐れがある。またカロリーが高く、乾燥段で必要以上にごみが乾燥・燃焼されると、燃焼段でのごみの厚さが薄くなり、燃焼の不安定を招く。これを回避するために、乾燥段温度が高い場合には燃焼空気温度を下げ、逆に温度が高い場合は上昇させる。
【００１７】
また炉幅方向に広い大型炉の乾燥段においては、炉幅方向に質の異なるごみが存在することがある。炉幅方向に分割された乾燥段燃焼空気吹き込み口の垂直上部に設置された温度計値に基づき、各乾燥段燃焼空気温度を制御することにより、炉幅方向のごみの偏在を解消することが可能となる。
【００１８】
また本発明は、燃焼空気配管を分割し、分割された配管毎に温度調節が可能な機構をもつごみ焼却炉に適用され、後燃焼段空気吹き込み口の炉幅方向に対して垂直上部に設置された温度計値、特に炉出口温度に基づいて、後燃焼段の燃焼空気温度を制御する焼却炉の燃焼空気温度制御方法である。
【００１９】
後燃焼段は通常はごみが殆どなく、燃焼には大きくは関わっていない。しかしながら、後燃焼段上部を通過する燃焼ガス温度は炉出口温度に影響を及ぼす。後燃焼上部の通過ガス温度が高いと炉出口付近でのガス温度が高くなり、未燃ガスが再燃焼しやすい雰囲気となり、逆に後燃焼上部の通過ガス温度が低いと再燃焼し難い雰囲気となる。よって後燃焼空気温度により後燃焼段上部を通過する排ガスの温度変化させることにより、炉出口温度の制御が可能である。
【００２０】
炉出口温度は有害物質の発生と強い相関があり、一般的に８５０℃以下だとダイオキシン・ＣＯ、９５０℃以上であるとサーマルＮＯｘが発生するとされている。炉出口温度が高い（９５０℃以上）場合には後燃焼段の燃焼空気温度を低くし、逆に低い（８５０℃以下）場合には高くすることで有害物質の発生低減が可能となる。
【００２１】
また炉幅方向に広い大型炉の炉出口温度は、炉幅方向で温度が異なることがある。炉幅方向に分割された後燃焼段燃焼空気吹き込み口の垂直上部に設置された温度計値、特に炉出口温度に基づき、各後燃焼段燃焼空気温度を制御することにより、炉出口温度の不均一の解消および温度の適正化が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る燃焼空気温度制御方法が適用されるごみ焼却炉の構造を示す図である。
【００２３】
ごみ焼却炉１には、ごみ投入口２、給塵装置３、火格子４、灰落下口５を備えている。ごみ投入口２から投入されたごみは給塵装置３に堆積し、給塵駆動装置３ａの作動に合せて火格子４上へ供給される。火格子４は火格子速度駆動装置４ａによってごみを積載したまま搬送し、ごみは搬送中において火格子４の下部から供給される燃焼空気６の吹き込みにより、乾燥された後に、燃焼が行われ、排ガスと灰に分解される。灰は灰落下口５から落下して炉外に排出される。なお、燃焼空気の吹き込み量は燃焼空気流量調整ダンパ１５により調整されている。
【００２４】
一方、燃焼排ガスは、炉出口７から煙突８に導かれて炉外へ排出される。排ガスが放出される炉出口７には、熱交換器９ａを備えたボイラ９ｂが設置されている。また冷却空気吹き込み口１０からは、冷却空気ブロア１１により冷却空気が吹き込まれ、燃焼ガス中の未燃焼成分を完全燃焼すると共に、炉壁の温度が過度に上昇することを防いでいる。
【００２５】
排ガス流量計１２や乾燥段上部温度計１３−１，２、炉出口温度計１４−１，２、炉内温度計１６等の測定機器が炉内各所に設置されており、これらの計測値に基づいて、制御装置１７によって自動的に操作量が決定され、給塵駆動装置３ａ、火格子速度駆動装置４ａ、燃焼空気流量調整ダンパ１５などに指令が送られる。これにより安定した燃焼が維持されている。制御装置１７は例えばコンピュータが使用される。
【００２６】
次に本発明に係る燃焼空気温度制御方法が適用される温度制御機構について説明する。図２は、ごみの搬送方向における燃焼空気配管の分割された構成を示す図であり、図３は、ごみの炉幅方向における燃焼空気配管の分割された構成を示す図である。図２、３に示すように、燃焼空気配管がごみの搬送方向に４分割、炉幅方向に２分割されている。これにより火格子上の分轄された８領域毎に温度調整が可能である。
【００２７】
尚、ごみの搬送される方向に分割されたそれぞれの領域を、乾燥段、燃焼上段、燃焼下段、後燃焼段といい、以下の説明では、各段に対応する装置等はａ〜ｄの添え字を付して区別する。
【００２８】
分割された配管毎に温度調節機構として空気予熱器１８ａ−１，２〜１８ｄ−１，２を持つ構造となっており、また温度制御用に各々の空気予熱器には図示しない高圧蒸気だめから、過熱蒸気が導入されている。従って、各々の蒸気量調整ダンパ１９ａ−１，２〜１９ｄ−１，２を開閉させ、過熱蒸気流量を増減することにより、各々の分割された配管における燃焼空気の温度を調整することができる。また、分割された配管毎に流量調節用ダンパ２０ａ−１，２〜２０ｄ−１，２が設置されている。加えて、各空気予熱器の後には温度計２１ａ−１，２〜２１ｄ−１，２が設置されており、各火格子下燃焼空気温度が制御手段１７により演算された各火格子下燃焼空気温度指令値に追従しているかどうかを確認することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では分割された配管毎に空気予熱器を設置したが、配管毎に温度調整可能ならば、別の手法でもかまわない。また、空気予熱器の温度調節のため、過熱蒸気を使用したが、温度調節にはバーナなどの機構を使用しても良い。加えて燃焼空気配管の分割数は、燃焼空気配管はごみの搬送方向に４分割、炉幅方向に２分割としたが、本発明は搬送方向、炉幅方向共にこの分割数に限定されるものではない。分割数が多い程、より高度な制御が可能となり、燃焼を安定化することができる。
【００３０】
次に本発明に係る燃焼空気温度制御方法について説明する。
【００３１】
上述の燃焼空気温度調整機構で示した炉幅方向２分割、搬送方向４分割に分割された燃焼空気配管を持つごみ焼却炉における各火格子下燃焼空気温度指令値演算方法の実施例を説明する。
【００３２】
（１）火格子温度に応じた燃焼空気温度制御
図３に示すように各段・炉幅方向左右の火格子に埋め込こまれている温度計２２ａ１，２〜２２ｄ１，２の指示値を火格子温度計測値とする。そして各火格子温度に基準値を設け、その基準値と火格子温度計測値との差より各火格子下の燃焼空気温度指令値を決定する。図４は、温度差と燃焼空気温度の対応を示す図である。
【００３３】
具体的な各火格子下燃焼空気温度指令値は以下に示す演算で求められる。
【００３４】
各火格子温度基準値をＴｈｓｔ＿ｘ−ｙ、各火格子温度計測値２２ａ１，２〜２２ｄ１，２をＴｈ＿ｘ−ｙ、燃焼空気算出用係数をＡｈ＿ｘ−ｙ、各火格子燃焼空気温度基準値をＴａｉｒｓｔ＿ｘ−ｙとすると、各火格子燃焼空気温度指令値Ｔａｉｒ＿ｘ−ｙは次式で求まる。
【００３５】
Ｔａｉｒ＿ｘ−ｙ＝Ａｈ＿ｘ−ｙ×（Ｔｈ＿ｘ−ｙ　−Ｔｈｓｔ＿ｘ−ｙ）＋　Ｔａｉｒｓｔ＿ｘ−ｙ
ここで、ｘは各段（乾燥段、燃焼上段、燃焼下段、後燃焼段）を示すａ〜ｄを表し、ｙは炉幅左右を示す１，２を表している。
【００３６】
（２）乾燥段上部温度に応じた燃焼空気温度制御
次に、乾燥段火格子下燃焼空気指令値については、上述の式でなく乾燥段上部温度を用いた式に基づいて制御を行う。
【００３７】
図５に示すように炉幅方向に２分割された燃焼空気吹き込み口の上部２ヶ所に乾燥段上部温度計１３−１、１３−２を設置し、乾燥段上部温度を測定する。燃焼空気温度制御を行う際には、炉幅方向に対して垂直上部に設置された温度計値を入力とする。各乾燥段上部温度に基準値を設け、その基準値と乾燥段上部温度計測値との差より乾燥段火格子下の燃焼空気温度指令値を決定する。図６は、温度差と燃焼空気温度の対応を示す図である。
【００３８】
具体的な乾燥段火格子下燃焼空気指令値は以下に示す演算で求められる。
【００３９】
乾燥段基準値をＴｋｓｔ＿ａ−１、Ｔｋｓｔ＿ａ−２とし、乾燥段温度計測値をＴｋ＿ａ−１、Ｔｋ＿ａ−２、燃焼空気算出用係数をＡｋ＿ａ−１、Ａｋ＿ａ−２、乾燥段燃焼空気温度基準値をＴａｉｒｓｔ＿ａ−１、Ｔａｉｒｓｔ＿ａ−２とする。そうすると、乾燥段火格子燃焼空気温度指令値Ｔａｉｒ＿ａ−１、Ｔａｉｒ＿ａ−２は、次式で求まる。
【００４０】
Ｔａｉｒ＿ａ−ｙ＝Ａｋ＿ａ−ｙ×（Ｔｋ＿ａ−ｙ−　Ｔｋｓｔ＿ａ−ｙ）＋　Ｔａｉｒｓｔ＿ａ−ｙ
ここでｙは炉幅左右を示す１，２を表している。
【００４１】
（３）炉出口温度に応じた燃焼空気温度制御
次に、後燃焼段火格子下燃焼空気指令値については、上述の式でなく炉出口温度を用いた式に基づいて制御を行う。
【００４２】
図７に示すように炉幅方向に２分割された燃焼空気吹き込み口の上部２ヶ所に炉出口温度計１４−１、１４−２を設置し、炉出口温度を測定する。燃焼空気温度制御を行う際には、炉幅方向に対して垂直上部に設置された温度計値を入力とする。各炉出口温度に基準値を設け、その基準値と炉出口温度計測値との差より後燃焼段火格子下の燃焼空気温度指令値を決定する。図８は、温度差と燃焼空気温度の対応を示す図である。
【００４３】
具体的な後燃焼段火格子下燃焼空気指令値は以下の演算で求められる。
【００４４】
炉出口基準値をＴｒｓｔ＿ｄ−１、Ｔｒｓｔ＿ｄ−２とし、炉出口温度計測値をＴｒ＿ｄ−１、Ｔｒ＿ｄ−２、燃焼空気算出用係数をＡｒ＿ｄ−１、Ａｒ＿ｄ−２、後燃焼段火格子燃焼空気温度基準値をＴａｉｒｓｔ＿ｄ−１、Ｔａｉｒｓｔ＿ｄ−２とする。そうすると、後燃焼段火格子下燃焼空気温度指令値は次式で求まる。
【００４５】
Ｔａｉｒ＿ｄ−ｙ＝Ａｒ＿ｄ−ｙ×（Ｔｒ＿ｄ−ｙ−　Ｔｒｓｔ＿ｄ−ｙ）＋　Ｔａｉｒｓｔ＿ｄ−ｙ
ここでｙは炉幅左右を示す１，２を表している。
【００４６】
以上の（１）〜（３）の各燃焼空気温度制御方法で決定された各火格子下の燃焼空気温度指令値と実際の燃焼空気温度値の差により、蒸気量調整ダンパ１９ａ−１，２〜１９−１，２の開閉を行い、燃焼空気温度の調整を行う。図９は、温度差と蒸気量調整ダンパ開度との対応を示す図である。
【００４７】
具体的な各火格子下蒸気量調整ダンパ開度指令値は以下の演算で求められる。
【００４８】
各火格子燃焼空気温度指令値をＴａｉｒ＿ｘ−ｙとし、各火格子下燃焼空気温度現在値をＴａｉｒＰＶ＿ｘ−ｙ、蒸気量調整ダンパ１９ａ−１，２〜１９−１，２の開度現在値をＤｓｔｍＰＶ＿ｘ−ｙ、蒸気量調整ダンパ開度指令値算出用係数をＡｄ＿ｘ−ｙとする。そうすると、蒸気量調整ダンパ１９ａ−１，２〜１９−１，２の開度指令値Ｄｓｔｍ＿ｘ−ｙは、次式で求まる。
【００４９】
Ｄｓｔｍ＿ｘ−ｙ＝Ａｄ＿ｘ−ｙ×（ＴａｉｒＰＶ＿ｘ−ｙ−Ｔａｉｒ＿ｘ−ｙ）＋ＤｓｔｍＰＶ＿ｘ−ｙ
ここで、ｘは各段（乾燥段、燃焼上段、燃焼下段、後燃焼段）を示すａ〜ｄを表し、ｙは炉幅左右を示す１，２を表している。
【００５０】
このようにごみの搬送方向および炉幅方向に燃焼空気配管を分割して、各々の配管毎に温度調節が可能に構成する。そして、ごみの分布、燃焼状態に応じた温度測定値に基づいて空気温度を調整し、炉内に吹き込むことにより、焼却炉、特に炉幅の広い大型の焼却炉において発生する炉内の各部での燃焼の不均一を抑制する事ができる。
【００５１】
本発明では、分割された配管毎に温度調節が可能な機構を持つごみ焼却炉において、炉内各所の温度計値を参照し、各火格子下燃焼空気温度値を制御することで火格子上のごみの分布状態や炉出口温度を適正化し、燃焼の安定化を図ることができる。この発明により炉内ボイラ蒸発量を安定に維持できるだけでなく、ごみの燃焼位置を適正な位置に管理でき、更に燃焼過程におけるダイオキシン類等の有害物質の発生を抑制できる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、焼却炉、特に炉内の広い大型の焼却炉において安定した燃焼を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃焼空気温度制御方法が適用されるごみ焼却炉の構造を示す図。
【図２】ごみの搬送方向における燃焼空気配管の分割された構成を示す図。
【図３】ごみの炉幅方向における燃焼空気配管の分割された構成を示す図。
【図４】温度差と燃焼空気温度の対応を示す図。
【図５】乾燥段上部温度計の配置を示す図。
【図６】温度差と燃焼空気温度の対応を示す図。
【図７】炉出口温度計の配置を示す図。
【図８】温度差と燃焼空気温度の対応を示す図。
【図９】温度差と蒸気量調整ダンパ開度との対応を示す図。
【符号の説明】
１…焼却炉
４…火格子
６…燃焼空気ブロア
７…炉出口
１３…乾燥段上部温度計
１４…炉出口温度計
１５…燃焼空気量調整用ダンパ
１６…各火格子下燃焼空気流量調整ダンパ
１７…制御装置
１８…空気予熱器
１９…蒸気流量調整用ダンパ
２０…空気流量調整用ダンパ
２１…燃焼空気温度計
２２…火格子温度計
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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