(57)【要約】【課題】下水汚泥燃焼炉の燃焼ガス中のＮ２Ｏを直接測定して、リアルタイムに燃焼条件に反映させて、その排出濃度を低減する燃焼炉の新しい制御方法及び制御装置の提供。【解決手段】本発明の汚泥燃焼炉の制御方法は、汚泥とともに助燃料と燃焼用空気を供給して前記汚泥を燃焼する燃焼炉の制御方法において、燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度を検出して、該検出値に基づいて、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量から選ばれる少なくとも一つの操作量の補正値を算出し、該算出値に基づいて該操作量を調節して、燃焼炉の排ガス中のＮ２Ｏを低減することを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004125331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥とともに助燃料と燃焼用空気を供給して前記汚泥を燃焼する燃焼炉の制御方法において、燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度を検出して、該検出値に基づいて、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量から選ばれる少なくとも一つの操作量の補正値を算出し、該算出値に基づいて該操作量を調節して、燃焼炉の排ガス中のＮ２Ｏを低減することを特徴とする汚泥燃焼炉の制御方法。
【請求項２】
汚泥とともに助燃料と燃焼用空気を供給して前記汚泥を燃焼する燃焼炉であって、砂粒を熱媒体として汚泥とともに気泡流動層を形成して燃焼する燃焼炉の制御方法において、燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度と、排ガス中の酸素濃度と、砂粒層の温度と、フリーボードの温度とを検出して、該検出値に基づいて、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量から選ばれる少なくとも一つの操作量の補正値を算出し、該算出値に基づいて該操作量を調節して、燃焼炉の排ガス中のＮ２Ｏを低減することを特徴とする汚泥燃焼炉の制御方法。
【請求項３】
燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度が、燃焼ガス中に、近赤外波長域の特定波長のレーザ光を照射して、該レーザ光中のＮ２Ｏが吸収する特定波長の吸光度を測定して求められることを特徴とする請求項１もしくは２記載の汚泥燃焼炉の制御方法。
【請求項４】
前記補正値の算出が、検出した燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度と、排ガス中の酸素濃度と、砂粒層の温度と、フリーボードの温度とを前件部とし、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量を後件部としたファジィ推論による演算に基づくことを特徴とする請求項２記載の汚泥燃焼炉の制御方法。
【請求項５】
前記各操作量の調節は、所定の投入汚泥量をファンクションジェネレータに入力して生成させた当該操作量設定値に、前記補正値を加算して得た補正操作量設定値と当該操作量工程値とのＰＩＤ動作によって行うことを特徴とする請求項１もしくは２記載の汚泥燃焼炉の制御方法。
【請求項６】
汚泥とともに助燃料と燃焼用空気を供給して前記汚泥を燃焼する燃焼炉の制御装置において、燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度を検出するＮ２Ｏ濃度計と、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量から選ばれる少なくとも一つの操作量を検出する操作量検出手段、及び前記Ｎ２Ｏ濃度検出値に基づいて当該操作量の補正値を算出する　補正値算出手段と、当該算出補正値に基づいて補正操作量の動作信号を生成する動作信号生成手段を有する制御部を備え、当該操作量を調節可能にして燃焼炉の排ガス中のＮ２Ｏを低減することを特徴とする汚泥燃焼炉の制御装置。
【請求項７】
汚泥とともに助燃料と燃焼用空気を供給して前記汚泥を燃焼する燃焼炉であって、砂粒を熱媒体として汚泥とともに気泡流動層を形成して燃焼する燃焼炉の制御装置において、燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度を検出するＮ２Ｏ濃度計と、排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度計と、砂粒層の温度を検出する温度計と、フリーボードの温度を検出する温度計と、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量から選ばれる少なくとも一つの操作量を検出する操作量検出手段、及び前記Ｎ２Ｏ濃度検出値と、酸素濃度検出値と、砂粒層の温度検出値と、フリーボードの温度検出値とに基づいて当該操作量の補正値を算出する　補正値算出手段と、当該算出補正値に基づいて補正操作量の動作信号を生成する動作信号生成手段を有する制御部を備え、当該操作量を調節可能にして燃焼炉の排ガス中のＮ２Ｏを低減することを特徴とする汚泥燃焼炉の制御装置。
【請求項８】
前記Ｎ２Ｏ濃度計が、近赤外波長域の特定波長のレーザ光を発振して燃焼ガス中に、照射可能なレーザ発光部と、該照射されて燃焼ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部と、受光したレーザ光のＮ２Ｏが吸収する前後の強度を検出し、検出結果より吸光度を求め、Ｎ２Ｏ濃度の電気信号に変換するレーザ式濃度計とを備えてなることを特徴とする請求項６もしくは７記載の汚泥燃焼炉の制御装置。
【請求項９】
前記補正値算出手段が、検出した燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度と、排ガス中の酸素濃度と、砂粒層の温度と、フリーボードの温度とを前件部とし、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量を後件部としたファジィ推論による演算に基づく補正値算出手段であることを特徴とする請求項７記載の汚泥燃焼炉の制御装置。
【請求項１０】
前記動作信号生成手段は、　所定の投入汚泥量を入力して操作量設定値を生成するファンクションジェネレータと、当該操作量設定値と前記補正値を加算する加算器と、該加算器が生成した補正操作量設定値と当該操作量工程値とを入力して、調節操作量の動作信号を出力するＰＩＤ回路を有してなることを特徴とする請求項６もしくは７記載の汚泥燃焼炉の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、汚泥を燃焼する燃焼炉の制御方法及び制御装置に関する。更にくわしくは、汚泥を燃焼する燃焼炉の排ガス中のＮ２Ｏを低減する燃焼炉の制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化ガスとして知られている一酸化二窒素（以下Ｎ２Ｏ）は、これまで排ガス規制対象となっていなかったなどの理由から、下水汚泥燃焼炉においては排出濃度計測及び排ガスＮ２Ｏ濃度による燃焼制御はおこなわれてこなかった。ところが、Ｎ２ＯはＣＯ２の約３００倍の温暖化効果を生むことが知られてきいる上に、下水汚泥は窒素成分に富んでいることからその燃焼排ガスには数百ｐｐｍもの高いＮ２Ｏを含むので、下水汚泥燃焼炉から排出するＮ２Ｏを極力少なくすることが望まれている。
【０００３】
従って、下水汚泥燃焼炉における排ガスＮ２Ｏ濃度を制御する技術は、従来、公に知られておらず、燃焼ガス中の制御物質をリアルタイムで検出する方法においても、例えばＣＯ濃度の検出ではその例が見られるが（例えば特許文献１段落００３９参照）、Ｎ２Ｏ濃度の検出については未だ公に知られていない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１４０２７号公報（例えば、段落００３９参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、下水汚泥燃焼炉の燃焼ガス中のＮ２Ｏを直接測定して、リアルタイムに燃焼条件に反映させて、その排出濃度を低減する燃焼炉の新しい制御方法及び制御装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の汚泥燃焼炉の制御方法は、汚泥とともに助燃料と燃焼用空気を供給して前記汚泥を燃焼する燃焼炉の制御方法において、燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度を検出して、該検出値に基づいて、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量から選ばれる少なくとも一つの操作量の補正値を算出し、該算出値に基づいて該操作量を調節して、燃焼炉の排ガス中のＮ２Ｏを低減することを特徴とする。
【０００７】
更に本発明の汚泥燃焼炉の制御方法は、汚泥とともに助燃料と燃焼用空気を供給して前記汚泥を燃焼する燃焼炉であって、砂粒を熱媒体として汚泥とともに気泡流動層を形成して燃焼する燃焼炉の制御方法において、燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度と、排ガス中の酸素濃度と、砂粒層の温度と、フリーボードの温度とを検出して、該検出値に基づいて、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量から選ばれる少なくとも一つの操作量の補正値を算出し、該算出値に基づいて該操作量を調節して、燃焼炉の排ガス中のＮ２Ｏを低減することを特徴とする。
【０００８】
更に本発明の汚泥燃焼炉の制御方法は、燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度が、燃焼ガス中に、近赤外波長域の特定波長のレーザ光を照射して、該レーザ光中のＮ２Ｏが吸収する特定波長の吸光度を測定して求められることを特徴とする。
【０００９】
更に本発明の汚泥燃焼炉の制御方法は、前記補正値の算出が、検出した燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度と、排ガス中の酸素濃度と、砂粒層の温度と、フリーボードの温度とを前件部とし、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量を後件部としたファジィ推論による演算に基づくことを特徴とする。
【００１０】
更に本発明の汚泥燃焼炉の制御方法は、前記各操作量の調節は、所定の投入汚泥量をファンクションジェネレータに入力して生成させた当該操作量設定値に、前記補正値を加算して得た補正操作量設定値と当該操作量工程値とのＰＩＤ動作によって行うことを特徴とする。
【００１１】
更に本発明の汚泥燃焼炉の制御装置は、汚泥とともに助燃料と燃焼用空気を供給して前記汚泥を燃焼する燃焼炉の制御装置において、燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度を検出するＮ２Ｏ濃度計と、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量から選ばれる少なくとも一つの操作量を検出する操作量検出手段、及び前記Ｎ２Ｏ濃度検出値に基づいて当該操作量の補正値を算出する　補正値算出手段と、当該算出補正値に基づいて補正操作量の動作信号を生成する動作信号生成手段を有する制御部を備え、当該操作量を調節可能にして燃焼炉の排ガス中のＮ２Ｏを低減することを特徴とする。
【００１２】
更に本発明の汚泥燃焼炉の制御装置は、汚泥とともに助燃料と燃焼用空気を供給して前記汚泥を燃焼する燃焼炉であって、砂粒を熱媒体として汚泥とともに気泡流動層を形成して燃焼する燃焼炉の制御装置において、燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度を検出するＮ２Ｏ濃度計と、排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度計と、砂粒層の温度を検出する温度計と、フリーボードの温度を検出する温度計と、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量から選ばれる少なくとも一つの操作量を検出する操作量検出手段、及び前記Ｎ２Ｏ濃度検出値と、酸素濃度検出値と、砂粒層の温度検出値と、フリーボードの温度検出値とに基づいて当該操作量の補正値を算出する　補正値算出手段と、当該算出補正値に基づいて補正操作量の動作信号を生成する動作信号生成手段を有する制御部を備え、当該操作量を調節可能にして燃焼炉の排ガス中のＮ２Ｏを低減することを特徴とする。
【００１３】
更に本発明の汚泥燃焼炉の制御装置は、前記Ｎ２Ｏ濃度計が、近赤外波長域の特定波長のレーザ光を発振して燃焼ガス中に、照射可能なレーザ発光部と、該照射されて燃焼ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部と、受光したレーザ光のＮ２Ｏが吸収する前後の強度を検出し、検出結果より吸光度を求め、Ｎ２Ｏ濃度の電気信号に変換するレーザ式濃度計とを備えてなることを特徴とする。
【００１４】
更に本発明の汚泥燃焼炉の制御装置は、前記補正値算出手段が、検出した燃焼ガス中のＮ２Ｏ濃度と、排ガス中の酸素濃度と、砂粒層の温度と、フリーボードの温度とを前件部とし、燃焼空気量、二次空気量、燃焼空気温度及び助燃料流量を後件部としたファジィ推論による演算に基づく補正値算出手段であることを特徴とする。
【００１５】
更に本発明の汚泥燃焼炉の制御装置は、動作信号生成手段が、　所定の投入汚泥量を入力して操作量設定値を生成するファンクションジェネレータと、当該操作量設定値と前記補正値を加算する加算器と、該加算器が生成した補正操作量設定値と当該操作量工程値とを入力して、調節操作量の動作信号を出力するＰＩＤ回路を有してなることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。但し本実施の形態に記載された製品の寸法、形状、材質、その相対配置等は特に特定的な記載がない限りは本発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１７】
図１は本発明の汚泥燃焼炉を含む、汚泥燃焼炉の制御装置の概略構成図である。本図により、先ず汚泥燃焼のプロセスを説明する。下水汚泥は不図示の脱水プロセスによって脱水され、汚泥ケーキ１４として供給機１５により汚泥燃焼炉１に供給される。本実施態様では、汚泥燃焼炉１は砂粒を熱媒体として汚泥とともに気泡流動層を形成して燃焼する流動床式燃焼炉である。助燃料が助燃料調節弁１０を介して、燃焼炉砂層域に、また燃焼空気が温度調節器１２で調節されたヒータ１３で加熱され、ポンプＰの吐出圧により燃焼空気流量調節弁１１を介して、燃焼炉底部から導入され、燃焼する。加熱された砂層の砂粒は、燃焼空気と発生する燃焼ガスによって、供給された汚泥ケーキ１４とともに流動し、汚泥ケーキ１４は流動しながら燃焼する。さらに、汚泥ケーキ燃焼ガスはフリーボード中を上昇しながら、二次空気調節弁９を介して供給される二次空気で燃焼を完結する。燃焼後の排ガスは炉上部から煙道１６を通って、排ガス処理設備へ排出される。
【００１８】
本実施態様では、制御装置として他に、砂層域の温度を検出する砂層温度計８、フリーボードの温度を検出するフリーボード温度計７、煙道１６の排ガス酸素濃度を検出する酸素濃度計６を備えている。更にフリーボド上部に燃焼ガスが通過するとき、燃焼ガスのＮ２Ｏ濃度を検出するＮ２Ｏ濃度計１７を備えている。Ｎ２Ｏ濃度計１７はフリーボード上部の燃焼ガス通過部の一端から特定波長のレーザ光を照射するレーザ光発光部５と燃焼ガス通過部のＮ２Ｏに吸収されたレーザ光を受光しその強度を検出するレーザ受光部４と検出信号から濃度を算出し制御部へ該信号を出力するレーザ式濃度計３とから成っている。Ｎ２Ｏは１．５１７μｍの波長を吸収して、照射光を減衰させ、レーザ受光部４に到達して検出される。更にこれら制御量や燃焼条件工程値などを受け入れて、燃焼に必要な空気量、助燃料量、空気温度などを調節するに必要な動作信号を出力する制御部２を備えている。
【００１９】
次に本実施態様における、Ｎ２Ｏ濃度を低減する燃焼炉の制御方法について説明する。制御部にはファジィ推論による演算に基づく補正値算出手段が備えてあり、該補正値算出手段に表１に示す８水準のファジィ推論ルールにより、前記説明で検出した各検出値（Ｎ２Ｏ、Ｏ２、Ｔｓ、Ｔｆ）のファジィ集合のグレード値を前件部として入力し、燃焼空気、二次空気、助燃料の各量及び燃焼空気温度の補正値αをその後件部から出力する。
【００２０】
【表１】
2004125331.tif 000003
【００２１】
更に制御部には動作信号生成手段を有しており、前記補正値αに基づいて調節操作量を生成して、各調節弁もしくは調節器の動作信号を出力する。そのロジック図を図２〜５にそれぞれ燃焼空気、二次空気、助燃料の各量及び燃焼空気温度について示す。
【００２２】
図２により燃焼空気流量調節の例で説明すると、ファジィ演算補正値αは、汚泥ケーキ量設定値（ＳＶ、セットヴァリュ）をファンクションジェネレ−タ２０に入力して燃焼空気流量設定値に変換した信号と加算器２１で加算され、補正燃焼空気流量設定値を得る。補正燃焼空気流量設定値と燃焼空気流量工程値（ＰＶ、プロセスヴァリュ）はＰＩＤ回路２２に入力され、ＰＩＤ動作により燃焼空気流量調節弁の操作信号を出力し、燃焼空気流量調節弁１１の開度を調節する。以下二次空気、助燃料の各量及び燃焼空気温度についても図３〜５において同様である。
【００２３】
図３は本発明の汚泥燃焼炉の制御における、二次空気流量調節のロジック図である。図３において、ファジィ演算補正値αは、汚泥ケーキ量設定値（ＳＶ、セットヴァリュ）をファンクションジェネレータ２０に入力して二次空気流量設定値に変換した信号と加算器２１で加算され、補正二次空気流量設定値を得る。補正二次空気流量設定値と二次空気流量工程値（ＰＶ、プロセスヴァリュ）はＰＩＤ回路２２に入力され、ＰＩＤ動作により二次空気流量調節弁９の開度を調節する。
【００２４】
図４は本発明の汚泥燃焼炉の制御における、燃焼空気温度調節のロジック図である。図４において、ファジィ演算補正値αは、汚泥ケーキ量設定値（ＳＶ、セットヴァリュ）をファンクションジェネレータ２０に入力して燃焼空気温度設定値に変換した信号と加算器２１で加算され、補正燃焼空気温度設定値を得る。補正燃焼空気温度設定値と燃焼空気温度工程値（ＰＶ、プロセスヴァリュ）はＰＩＤ回路２２に入力され、ＰＩＤ動作により燃焼空気温度調節器１２の操作信号を出力し、ヒータ１３により燃焼空気温度を調節する。
【００２５】
図５は本発明の汚泥燃焼炉の制御における、助燃料流量調節のロジック図である。図５において、ファジィ演算補正値αは、汚泥ケーキ量設定値（ＳＶ、セットヴァリュ）をファンクションジェネレータ２０に入力して助燃料流量設定値に変換した信号と加算器２１で加算され、補正助燃料流量設定値を得る。補正助燃料流量設定値と助燃料流量工程値（ＰＶ、プロセスヴァリュ）はＰＩＤ回路２２に入力され、ＰＩＤ動作により燃料流量調節弁１１の開度を調節する。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、下水汚泥燃焼炉の燃焼ガス中のＮ２Ｏを直接測定して、リアルタイムに燃焼条件に反映させて、その排出濃度を低減する燃焼炉の新しい制御方法及び制御装置の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の汚泥燃焼炉を含む、汚泥燃焼炉の制御装置の概略構成図
【図２】本発明の汚泥燃焼炉の制御における、燃焼空気量調節のロジック図
【図３】本発明の汚泥燃焼炉の制御における、二次空気流量調節のロジック図
【図４】本発明の汚泥燃焼炉の制御における、燃焼空気温度調節のロジック図
【図５】本発明の汚泥燃焼炉の制御における、助燃料流量調節のロジック図
【符号の説明】
１　　汚泥燃焼炉
２　　制御部
３　　レーザ式濃度計
４　　レーザ受光部
５　　レーザ発光部
６　　酸素濃度計
７　　フリーボード温度計
８　　砂層温度計
９　　二次空気調節弁
１０　助燃料調節弁
１１　燃焼空気調節弁
１２　燃焼空気温度調節器
２０　ファンクションジェネレータ
２１　加算器
２２　ＰＩＤ回路
【図１】
2004125331.tif 000004
【図２】
2004125331.tif 000005
【図３】
2004125331.tif 000006
【図４】
2004125331.tif 000007
【図５】
2004125331.tif 000008