(57)【要約】【課題】適正な燃焼用空気量を供給し得るごみ処理設備を提供する。【解決手段】溶融炉の上部および下部溶融室内に燃焼用空気を吹き込むとともに途中に空気量検出器６２〜６７がそれぞれ設けられた空気供給管を、ガスの流れに沿って順次配置するとともに、これら各空気供給管の下流側に温度検出器７１〜７５をそれぞれ配置し、これら検出された空気量および温度を入力して空気量と温度との関係を表す二次関数を求める関数演算部８１と、この関数演算部８１にて求められた二次関数に基づき最高温度を推定する温度推定部８２と、この推定された最高温度に対応する総空気量の位置が、すなわち完全燃焼位置が上部溶融室の下部近傍となるように、上記各空気供給管に設けられた流量制御弁を制御する空気量配分演算部８６とを設けたものである。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
未燃ガスを含む被処理ガスが導かれるガス処理経路の途中に且つガスの流れ方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた空気供給手段から供給される燃焼用空気により当該被処理ガス中の未燃ガスを燃焼させるようにした実際のまたは仮想のガス処理設備における燃焼状態推定方法であって、
上記各空気供給手段にて供給される空気に関する量的情報を入力する空気情報入力ステップと、
上記各空気供給手段の下流側にそれぞれ設けられた温度検出手段により検出される温度を入力する温度入力ステップと、
上記各ステップにて入力された温度および空気に関する量的情報に基づき当該各温度検出手段までに供給された空気に関する量的情報の合計と温度との関係を関数化する関数演算ステップと、
この関数演算ステップにて求められた関数を用いて、所定温度に対応する空気に関する量的情報、空気に関する量的情報に対応する温度、最高温度、および最高温度における空気に関する量的情報の少なくともいずれかを推定する推定ステップとを備えたことを特徴とするガス処理設備における燃焼状態推定方法。
【請求項２】
空気に関する量的情報が、供給空気量、所定の酸素濃度に換算したときの供給空気量、および供給酸素量のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のガス処理設備における燃焼状態推定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃焼状態推定方法を用いて、所定の温度検出手段付近に最高温度の推定位置を移動させるための空気に関する量的情報の増減を求める補正量決定方法であって、
上記燃焼状態推定方法で推定した現在の最高温度における空気に関する量的情報を求める最高温度量的情報演算ステップと、上記所定の温度検出手段までに供給された量的情報の合計と上記最高温度量的情報演算ステップで求められた量的情報との差を求める差分演算ステップと、この差分演算ステップで求めた差に基づき量的情報の補正量を決定する補正量決定ステップとを備えたことを特徴とする補正量決定方法。
【請求項４】
未燃ガスを含む被処理ガスが導かれるガス処理経路の途中に且つガスの流れ方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた空気供給手段から供給される燃焼用空気により当該被処理ガス中の未燃ガスを燃焼させるようにした実際のまたは仮想のガス処理設備における燃焼状態推定装置であって、
上記各空気供給手段にて供給される空気に関する量的情報を入力する空気情報入力部と、
上記各空気供給手段の下流側にそれぞれ設けられた温度検出手段により検出される温度を入力する温度入力部と、
上記各入力部にて入力された温度および空気に関する量的情報に基づき当該各温度検出手段までに供給された空気に関する量的情報と温度との関係を関数化する関数演算部と、
この関数演算部にて求められた関数を用いて、所定温度に対応する空気に関する量的情報、空気に関する量的情報に対応する温度、最高温度、および最高温度における空気に関する量的情報の少なくともいずれかを推定する推定部を具備したことを特徴とするガス処理設備における燃焼状態推定装置。
【請求項５】
少なくとも未燃ガスおよび飛灰を含むガスが上部から導かれるとともに途中から供給される燃焼用空気により未燃ガスが燃焼して飛灰を溶融させる上部溶融室と、この上部溶融室の下部から導かれた燃焼排ガス中に燃焼用空気を供給することによりさらに未燃ガスを燃焼させる下部溶融室とが設けられ、且つ上記上部溶融室内に燃焼用空気を吹き込む上部側空気供給手段が、ガスの流れ沿って少なくとも２箇所に配置されるとともに、これら各上部側空気供給手段の下流側に上部側温度検出手段が配置され、上記下部溶融室に燃焼用空気を供給する下部側空気供給手段が配置されるとともに、この下部側空気供給手段の下流側に下部側温度検出手段が配置され、且つ上記各空気供給手段により供給される空気量を検出する空気量検出手段が配置されてなる溶融炉における燃焼制御方法であって、
上記各空気量検出手段および各温度検出手段からの供給空気量および検出温度に基づき各空気量検出手段までの合計空気量である総空気量と温度との関係を関数化する関数演算ステップと、
この関数演算ステップにて求められた関数における最高温度を推定する温度推定ステップと、
この推定された最高温度に対応する総空気量の位置が所定の温度検出手段付近となるように、上記各空気供給手段から供給される空気量を制御する制御ステップとからなることを特徴とする溶融炉における燃焼制御方法。
【請求項６】
少なくとも未燃ガスおよび飛灰を含むガスが上部から導かれるとともに途中から供給される燃焼用空気により未燃ガスが燃焼して飛灰を溶融させる上部溶融室と、この上部溶融室の下部から導かれた燃焼排ガス中に燃焼用空気を供給することによりさらに未燃ガスを燃焼させる下部溶融室とが設けられてなる溶融炉であって、
上記上部溶融室内に燃焼用空気を吹き込む上部側空気供給手段を、ガスの流れに沿って少なくとも２箇所に配置するとともに、これら各上部側空気供給手段の下流側に上部側温度検出手段を配置し、
上記下部溶融室に燃焼用空気を供給する下部側空気供給手段を配置するとともに、この下部側空気供給手段の下流側に下部側温度検出手段を配置し、
上記各空気供給手段からの供給空気量をそれぞれ検出する空気量検出手段を配置し、
さらに上記各空気量検出手段および各温度検出手段からの供給空気量および検出温度を入力して、当該ガス経路にて検出された供給空気量に基づき各空気量検出手段までの合計空気量である総空気量と温度との関係を関数化する関数演算部と、
この関数演算部にて求められた関数に基づき最高温度を推定する温度推定部と、
この推定された最高温度に対応する総空気量の位置が所定の温度検出手段付近となるように、上記各空気供給手段から供給される空気量を制御する制御部とを設けたことを特徴とする溶融炉。
【請求項７】
ごみから未燃ガスを発生させるガス化炉と、このガス化炉で発生した未燃ガスおよび飛灰を含む排ガスを導き燃焼させることにより飛灰を溶融させる溶融炉とを具備し、且つ上記溶融炉が、上記ガス化炉からの排ガスが上部から導かれるとともに途中から供給される燃焼用空気により未燃ガスが燃焼して飛灰を溶融させる上部溶融室と、この上部溶融室の下部から導かれた燃焼排ガス中に燃焼用空気を供給することによりさらに未燃ガス燃焼させる下部溶融室と、上記上部溶融室内に燃焼用空気を吹き込む上部側空気供給手段が、ガスの流れ沿って少なくとも２箇所に配置されるとともに、これら各上部側空気供給手段の下流側に上部側温度検出手段が配置され、上記下部溶融室に燃焼用空気を供給する下部側空気供給手段が配置されるとともに、この下部側空気供給手段の下流側に下部側温度検出手段が配置され、且つ上記各空気供給手段により供給される空気量を検出する空気量検出手段が配置されてなるごみ処理設備における燃焼制御方法であって、
上記各空気量検出手段および各温度検出手段からの供給空気量および検出温度に基づき各空気供給手段までの合計空気量である総空気量と温度との関係を関数化する関数演算ステップと、
この関数演算ステップにて求められた関数に基づき最高温度を推定する温度推定ステップと、
この推定された最高温度に対応する位置が所定の温度検出手段付近となるように、上記各空気供給手段から供給される空気量を制御する制御ステップとからなることを特徴とするごみ処理設備における燃焼制御方法。
【請求項８】
ごみから未燃ガスを発生させるガス化炉と、このガス化炉で発生した未燃ガスを導き燃焼させることにより飛灰を溶融させる溶融炉とを具備し、且つ上記溶融炉が、上記ガス化炉からの未燃ガスおよび飛灰が上部から導かれるとともに途中から供給される燃焼用空気により未燃ガスが燃焼して飛灰を溶融させる上部溶融室と、この上部溶融室の下部から導かれた燃焼排ガス中に燃焼用空気を供給することによりさらに未燃ガスを燃焼させる下部溶融室とが設けられてなるごみ処理設備であって、
上記上部溶融室内に燃焼用空気を吹き込む上部側空気供給手段を、ガスの流れ沿って少なくとも２箇所に配置するとともに、これら各上部側空気供給手段の下流側に上部側温度検出手段を配置し、
上記下部溶融室に燃焼用空気を供給する下部側空気供給手段を配置するとともに、この下部側空気供給手段の下流側に下部側温度検出手段を配置し、
上記各空気供給手段からの供給空気量をそれぞれ検出する空気量検出手段を配置し、
さらに上記各空気量検出手段および各温度検出手段からの供給空気量および検出温度を入力して、当該ガス経路にて検出された供給空気量に基づき各空気量検出手段までの合計空気量である総空気量と温度との関係を関数化する関数演算部と、
この関数演算部にて求められた関数に基づき最高温度を推定する温度推定部と、
この推定された最高温度に対応する総空気量の位置が所定の温度検出手段付近となるように、上記各空気供給手段から供給される空気量を制御する制御部とを設けたことを特徴とするごみ処理設備。
【請求項９】
上部溶融室および下部溶融室の温度が、溶融灰の壁面への固着を防止し得る溶灰流動化温度より低い場合に、上部溶融室に設けられた加熱装置により、当該溶融室内を加熱させるようにしたことを特徴とする請求項８に記載のごみ処理設備。
【請求項１０】
推定された最高温度が飛灰の溶融温度より低い場合に、ガス化炉に供給するごみの量を増大させるようにしたことを特徴とする請求項８または９に記載のごみ処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ処理設備等における燃焼状態推定方法、溶融炉およびごみ処理設備、並びにこれらの燃焼制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ処理設備（ごみ焼却設備）の中には、未燃ガス成分を含んだ排ガス中に燃焼空気を供給して燃焼させるようにしたものがあり、例えばごみの熱分解により発生した未燃ガスを完全燃焼させることにより、その無害化を図るようにしたものがある。
【０００３】
ところで、未燃ガスを完全燃焼させるためには、燃焼用空気を十分に供給する必要があるが、供給能力に応じて、排ガスの処理能力を大きくしなければならない。
【０００４】
ところで、ごみ焼却炉の燃焼制御に関しては、例えば必要最小限の燃焼用空気を供給することにより、一酸化炭素濃度の低減化を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このものにおいては、ごみを燃焼させるストーカ炉の出口部における排ガス温度を検出する温度検出手段と、ストーカ炉上の燃え切り位置を検出する燃切り位置検出手段と、上記検出温度および燃切り位置を入力データとし二次燃焼後の排ガス含有酸素濃度を出力データとするファジイ推論手段と、ファジイ出力値を目標酸素濃度として設定する酸素濃度設定手段と、二次燃焼後の排ガス含有酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段の出力濃度をその目標酸素濃度にすべき二次燃焼空気供給手段にて供給される空気量を制御する空気量制御手段とが備えられている。
【０００６】
また、炉内空気の過不足を把握して、供給すべき適正な燃焼用空気量を得るようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
このものにおいては、ごみが熱分解されて生じた熱分解ガスに一次燃焼用空気を供給する一次燃焼部と、この一次燃焼部から排出されたガスに二次燃焼用空気を供給することにより二次燃焼させる二次燃焼部とが具備され、且つ各燃焼部での温度を検出するとともに、これらの検出温度を比較することにより、一次燃焼部内での空気の過不足を推定して一次燃焼用空気の供給量を調節するものである。また、調節する空気量の値は、温度差に一定値を乗じたものか、または温度や空気比などの関数値が用いられるものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２５７６３８号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平１１−３５１５３８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した前者（特許文献１）によると、ファジイのチューニングに時間がかかるとともに設備が同一でない場合は、全く、新しいチューニングを必要とする。
【００１０】
また、後者（特許文献２）によると、空気の過不足および供給すべき空気量を推定することができるが、具体的な供給空気量を求めるために温度差に乗ぜられる数値が予め定められた一定値または関数に基づくものであるため、熱分解ガスのもととなるごみ質やごみ供給量による影響が考慮されておらず、また供給する一次燃焼用空気量だけを調節するために、全体として供給する空気量が適正かどうか判らず、したがって排ガス量が増加する虞れがあった。
【００１１】
そこで、本発明は、ガスの流路または付帯設備の設置状況が変わった場合でも、必要な燃焼用空気量を容易に推定し得るガス処理設備における燃焼状態推定方法、全体として適正な燃焼用空気量を供給し得る溶融炉およびごみ処理設備、並びにこれらの燃焼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】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係るガス処理設備における燃焼状態推定方法は、未燃ガスを含む被処理ガスが導かれるガス処理経路の途中に且つガスの流れ方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた空気供給手段から供給される燃焼用空気により当該被処理ガス中の未燃ガスを燃焼させるようにした実際のまたは仮想のガス処理設備における燃焼状態推定方法であって、
上記各空気供給手段にて供給される空気に関する量的情報を入力する空気情報入力ステップと、
上記各空気供給手段の下流側にそれぞれ設けられた温度検出手段により検出される温度を入力する温度入力ステップと、
上記各ステップにて入力された温度および空気に関する量的情報に基づき当該各温度検出手段までに供給された空気に関する量的情報の合計と温度との関係を関数化する関数演算ステップと、
この関数演算ステップにて求められた関数を用いて、所定温度に対応する空気に関する量的情報、空気に関する量的情報に対応する温度、最高温度、および最高温度における空気に関する量的情報の少なくともいずれかを推定する推定ステップとを備えた方法である。
【００１３】
また、請求項２に係るガス処理設備における燃焼状態推定方法は、請求項１に記載の燃焼状態推定方法において、空気に関する量的情報が、供給空気量、所定の酸素濃度に換算したときの供給空気量、および供給酸素量のいずれかである方法である。
【００１４】
また、請求項３に係る補正量決定方法は、請求項１または２に記載の燃焼状態推定方法を用いて、所定の温度検出手段付近に最高温度の推定位置を移動させるための空気に関する量的情報の増減を求める補正量決定方法であって、
上記燃焼状態推定方法で推定した現在の最高温度における空気に関する量的情報を求める最高温度量的情報演算ステップと、上記所定の温度検出手段までに供給された量的情報の合計と上記最高温度量的情報演算ステップで求められた量的情報との差を求める差分演算ステップと、この差分演算ステップで求めた差に基づき量的情報の補正量を決定する補正量決定ステップとを備えた方法である。
【００１５】
また、請求項４に係るガス処理設備における燃焼状態推定装置は、未燃ガスを含む被処理ガスが導かれるガス処理経路の途中に且つガスの流れ方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた空気供給手段から供給される燃焼用空気により当該被処理ガス中の未燃ガスを燃焼させるようにした実際のまたは仮想のガス処理設備における燃焼状態推定装置であって、
上記各空気供給手段にて供給される空気に関する量的情報を入力する空気情報入力部と、
上記各空気供給手段の下流側にそれぞれ設けられた温度検出手段により検出される温度を入力する温度入力部と、
上記各入力部にて入力された温度および空気に関する量的情報に基づき当該各温度検出手段までに供給された空気に関する量的情報と温度との関係を関数化する関数演算部と、
この関数演算部にて求められた関数を用いて、所定温度に対応する空気に関する量的情報、空気に関する量的情報に対応する温度、最高温度、および最高温度における空気に関する量的情報の少なくともいずれかを推定する推定部とを具備したものである。
【００１６】
また、請求項５に係る溶融炉における燃焼制御方法は、少なくとも未燃ガスおよび飛灰を含むガスが上部から導かれるとともに途中から供給される燃焼用空気により未燃ガスが燃焼して飛灰を溶融させる上部溶融室と、この上部溶融室の下部から導かれた燃焼排ガス中に燃焼用空気を供給することによりさらに未燃ガスを燃焼させる下部溶融室とが設けられ、且つ上記上部溶融室内に燃焼用空気を吹き込む上部側空気供給手段が、ガスの流れ沿って少なくとも２箇所に配置されるとともに、これら各上部側空気供給手段の下流側に上部側温度検出手段が配置され、上記下部溶融室に燃焼用空気を供給する下部側空気供給手段が配置されるとともに、この下部側空気供給手段の下流側に下部側温度検出手段が配置され、且つ上記各空気供給手段により供給される空気量を検出する空気量検出手段が配置されてなる溶融炉における燃焼制御方法であって、
上記各空気量検出手段および各温度検出手段からの供給空気量および検出温度に基づき各空気量検出手段までの合計空気量である総空気量と温度との関係を関数化する関数演算ステップと、
この関数演算ステップにて求められた関数における最高温度を推定する温度推定ステップと、
この推定された最高温度に対応する総空気量の位置が所定の温度検出手段付近となるように、上記各空気供給手段から供給される空気量を制御する制御ステップとからなる方法である。
【００１７】
また、請求項６に係る溶融炉は、少なくとも未燃ガスおよび飛灰を含むガスが上部から導かれるとともに途中から供給される燃焼用空気により未燃ガスが燃焼して飛灰を溶融させる上部溶融室と、この上部溶融室の下部から導かれた燃焼排ガス中に燃焼用空気を供給することによりさらに未燃ガスを燃焼させる下部溶融室とが設けられてなる溶融炉であって、
上記上部溶融室内に燃焼用空気を吹き込む上部側空気供給手段を、ガスの流れに沿って少なくとも２箇所に配置するとともに、これら各上部側空気供給手段の下流側に上部側温度検出手段を配置し、
上記下部溶融室に燃焼用空気を供給する下部側空気供給手段を配置するとともに、この下部側空気供給手段の下流側に下部側温度検出手段を配置し、
上記各空気供給手段からの供給空気量をそれぞれ検出する空気量検出手段を配置し、
さらに上記各空気量検出手段および各温度検出手段からの供給空気量および検出温度を入力して、当該ガス経路にて検出された供給空気量に基づき各空気量検出手段までの合計空気量である総空気量と温度との関係を関数化する関数演算部と、
この関数演算部にて求められた関数に基づき最高温度を推定する温度推定部と、
この推定された最高温度に対応する総空気量の位置が所定の温度検出手段付近となるように、上記各空気供給手段から供給される空気量を制御する制御部とを設けたものである。
【００１８】
また、請求項７に係るごみ処理設備における燃焼制御方法は、ごみから未燃ガスを発生させるガス化炉と、このガス化炉で発生した未燃ガスおよび飛灰を含む排ガスを導き燃焼させることにより飛灰を溶融させる溶融炉とを具備し、且つ上記溶融炉が、上記ガス化炉からの排ガスが上部から導かれるとともに途中から供給される燃焼用空気により未燃ガスが燃焼して飛灰を溶融させる上部溶融室と、この上部溶融室の下部から導かれた燃焼排ガス中に燃焼用空気を供給することによりさらに未燃ガス燃焼させる下部溶融室と、上記上部溶融室内に燃焼用空気を吹き込む上部側空気供給手段が、ガスの流れ沿って少なくとも２箇所に配置されるとともに、これら各上部側空気供給手段の下流側に上部側温度検出手段が配置され、上記下部溶融室に燃焼用空気を供給する下部側空気供給手段が配置されるとともに、この下部側空気供給手段の下流側に下部側温度検出手段が配置され、且つ上記各空気供給手段により供給される空気量を検出する空気量検出手段が配置されてなるごみ処理設備における燃焼制御方法であって、
上記各空気量検出手段および各温度検出手段からの供給空気量および検出温度に基づき各空気供給手段までの合計空気量である総空気量と温度との関係を関数化する関数演算ステップと、
この関数演算ステップにて求められた関数に基づき最高温度を推定する温度推定ステップと、
この推定された最高温度に対応する位置が所定の温度検出手段付近となるように、上記各空気供給手段から供給される空気量を制御する制御ステップとからなる方法である。
【００１９】
また、請求項８に係るごみ処理設備は、ごみから未燃ガスを発生させるガス化炉と、このガス化炉で発生した未燃ガスを導き燃焼させることにより飛灰を溶融させる溶融炉とを具備し、且つ上記溶融炉が、上記ガス化炉からの未燃ガスおよび飛灰が上部から導かれるとともに途中から供給される燃焼用空気により未燃ガスが燃焼して飛灰を溶融させる上部溶融室と、この上部溶融室の下部から導かれた燃焼排ガス中に燃焼用空気を供給することによりさらに未燃ガスを燃焼させる下部溶融室とが設けられてなるごみ処理設備であって、
上記上部溶融室内に燃焼用空気を吹き込む上部側空気供給手段を、ガスの流れ沿って少なくとも２箇所に配置するとともに、これら各上部側空気供給手段の下流側に上部側温度検出手段を配置し、
上記下部溶融室に燃焼用空気を供給する下部側空気供給手段を配置するとともに、この下部側空気供給手段の下流側に下部側温度検出手段を配置し、
上記各空気供給手段からの供給空気量をそれぞれ検出する空気量検出手段を配置し、
さらに上記各空気量検出手段および各温度検出手段からの供給空気量および検出温度を入力して、当該ガス経路にて検出された供給空気量に基づき各空気量検出手段までの合計空気量である総空気量と温度との関係を関数化する関数演算部と、
この関数演算部にて求められた関数に基づき最高温度を推定する温度推定部と、
この推定された最高温度に対応する総空気量の位置が所定の温度検出手段付近となるように、上記各空気供給手段から供給される空気量を制御する制御部とを設けたものである。
【００２０】
さらに、請求項９に係るごみ処理設備は、請求項８に記載の設備において、上部溶融室および下部溶融室の温度が、溶融灰の壁面への固着を防止し得る溶灰流動化温度より低い場合に、上部溶融室に設けられた加熱装置により、当該溶融室内を加熱させるようにしたものである。
【００２１】
また、請求項１０に係るごみ処理設備は、請求項８または９に記載の設備において、推定された最高温度が飛灰の溶融温度より低い場合に、ガス化炉に供給するごみの量を増大させるようにしたものである。
【００２２】
上記請求項１および請求項２に係る燃焼状態推定方法、請求項３に係る補正量決定方法、並びに請求項４に係る燃焼状態推定装置によると、未燃ガスを含む被処理ガスのガス処理経路の途中にて供給される燃焼用空気の空気に関する量的情報と温度とを、少なくとも３箇所で検出して両者の関係を関数化して近似するとともに、この関数を用いることにより、ガス処理経路の途中にて供給された空気に関する量的情報からその下流側での温度を検出し、またはガス処理経路の途中にて検出された温度から当該温度検出箇所の上流側に供給された空気に関する量的情報を検出すること、または最高温度若しくは最高温度における空気に関する量的情報の少なくともいずれかを推定することができるため、ガス処理経路での燃焼状態を容易且つ確実に推定することができる。
【００２３】
また、上記請求項５に係る溶融炉の燃焼制御方法および請求項６に係る溶融炉の構成によると、溶融炉内において、少なくとも３箇所で検出される燃焼用空気の空気量と温度とから両者の関係を二次関数にて近似し、この二次関数から最高温度を推定するとともにその総空気量から完全燃焼位置についても推定することができ、したがって従来のように複雑なファジイのチューニングを要することなく最適な燃焼状態を実現することができ、さらに二次関数から供給すべき空気量についても把握することができ、したがって余分な空気の供給を防止することができるため、排ガス量の増加を抑制することができる。
【００２４】
さらに、上記請求項７に係るごみ処理設備における燃焼制御方法および請求項８〜１０に係るごみ処理設備の構成によると、上述した効果に加えて、ガス化炉にて発生した未燃ガスおよび飛灰を導き当該飛灰を溶融させる溶融炉での燃焼制御に際し、ガス化炉側でのごみ供給量についても制御しているため、より一層効率の良い燃焼を行わせることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態に係るごみ処理設備およびその燃焼制御方法（燃焼状態推定方法等も含む）を、図１〜図５に基づき説明する。
【００２６】
このごみ処理設備は、図１に示すように、大きく分けて、ごみを空気不足の状態で（蒸し焼き状態で）燃焼させて可燃ガス（未燃ガス）を発生させるためのガス化炉（熱分解炉ともいう）１と、このガス化炉１にて発生した可燃ガスおよび当該ガス化炉１内で発生した飛灰を導き当該飛灰を加熱して溶融させるための溶融炉２と、これらガス化炉１および溶融炉２における燃焼状態を制御する燃焼制御装置３とから構成されている。
【００２７】
上記ガス化炉１は、内部に流動層として例えば砂が配置されてごみを燃焼させる流動床式の炉本体１１と、この炉本体１１内にごみを定量づつ供給するごみ供給装置（例えば、スクリュウコンベヤが用いられる）１２と、炉本体１１の底部に設けられた取出口１１ａから砂（勿論、不燃物なども含まれる）を取り出す砂取出装置１３と、この砂取出装置１３により取り出された砂を炉本体１１内に循環供給するための砂循環装置１４と、上記炉本体１１内に燃焼用空気を供給するガス化炉側空気供給装置１５とから構成されている。
【００２８】
上記ガス化炉側空気供給装置１５は、炉本体１１内に燃焼用空気を供給するとともに途中に流量制御弁（流量制御手段）２１が設けられた空気供給管（空気供給手段）２２と、この空気供給管２２に接続された送風機２３とから構成されている。
【００２９】
上記溶融炉２は、上記ガス化炉１１にて発生した可燃ガスおよび飛灰が含まれた排ガスをガス案内ダクト（ガス案内通路）３１を介して導き少なくとも可燃ガスの燃焼熱を利用して飛灰を溶融させるもので、大きく分けて、排ガスを上部から導き含まれている飛灰を燃焼用空気の供給による可燃ガスの燃焼促進で加熱し溶融させるために鉛直方向で設けられた円筒形状の上部溶融室（一次燃焼室ともいう）３２と、この上部溶融室３２の下部から燃焼排ガスを溶融飛灰（以下、溶融灰という）とともに導き未燃の可燃ガスを燃焼用空気の供給によりさらに燃焼させて排ガス温度の維持を図るとともにガスと溶融灰とを分離し溶融灰を溶融状態で外部に取り出すために水平方向で配置された下部溶融室３３と、この下部溶融室３３の一端側に形成された灰の取出口（出滓口ともいう）３３ａから取り出された溶融灰を水により冷却し細片化するための水砕化装置３４と、同じく下部溶融室３３の他端側に連通されて燃焼排ガスの完全燃焼を行うために鉛直方向で設けられた円筒状の二次燃焼室３５と、上記各溶融室３２，３３および二次燃焼室３５に燃焼用空気を供給するための溶融炉側空気供給装置３６とから構成されている。なお、上部溶融室３２の側壁部の上端位置には、ガス案内ダクト３１が接続されるとともに、その上壁部には、加熱バーナ（加熱装置の一例で、溶融バーナともいう）３７が設けられており、またその下端部分においてはその断面が絞られている。
【００３０】
上記溶融炉側空気供給装置３６は、加熱バーナ３７の周囲に燃焼用空気を供給するとともに途中にそれぞれ流量制御弁（流量制御手段）４１，４２が設けられた第１および第２空気供給管（空気供給手段）４３，４４と、ガス案内ダクト３１の接続箇所から下方に順番に（ガスの流れ方向に沿って）接続されるとともに途中にそれぞれ流量制御弁（流量制御手段）４５，４６が設けられた第３および第４空気供給管（空気供給手段）４７，４８と、下部溶融室３３の一端側に接続されて途中に流量制御弁（流量制御手段）４９が設けられた第５空気供給管（空気供給手段）５０と、二次燃焼室３５の下部に接続されて途中に流量制御弁（流量制御手段）５１が設けられた第６空気供給管（空気供給手段）５２と、これら各空気供給管４３，４４，４７，４８，５０，５２に空気用供給管５３を介して燃焼用空気を供給するための送風機５４とから構成されている。
【００３１】
なお、ここでは、ガス化炉側空気供給装置１５と溶融炉側空気供給装置３６から供給される空気の酸素濃度については、同一とする。
また、上記燃焼制御装置３は、図１および図２に示すように、ガス化炉１側の空気供給管２２の途中に設けられたガス化炉側の空気量（空気に関する量的情報の一例）を検出するための空気量検出器（空気量検出手段）６１および溶融炉２側の空気供給管４３，４４，４７，４８，５０，５２の途中に設けられた溶融炉側の空気量（空気に関する量的情報の一例）を検出するための第１〜第６空気量検出器（空気量検出手段）６２〜６７と、第１および第２空気供給管４３，４４の下方であってガス案内ダクト３１の接続箇所の下方近傍位置の上部溶融室３２内の温度Ｔ１を検出する第１温度検出器（温度検出手段）７１と、第３空気供給管４７の接続箇所の直ぐ下方近傍位置の上部溶融室３２内の温度Ｔ２を検出する第２温度検出器（温度検出手段）７２と、第４空気供給管４８の接続箇所の直ぐ下方近傍位置すなわち上部溶融室３２の下部近傍位置（出口付近）の温度Ｔ３を検出する第３温度検出器（温度検出手段）７３と、下部溶融室３３内の温度（例えば、二次燃焼室寄り位置での温度）Ｔ４を検出する第４温度検出器（温度検出手段）７４と、第６空気供給管５２の接続箇所の直ぐ上方近傍位置（下流側位置）の温度Ｔ５を検出する第５温度検出器（温度検出手段）７５と、上記各空気量検出器６１〜６７からの検出空気量（供給空気量でもある）および各温度検出器７１〜７５からの検出温度を入力して、当該ガス経路における各温度検出器までの総空気量と温度との関係を表す二次関数（二次曲線）を求める関数演算部８１と、この関数演算部８１にて求められた二次関数の最大値より最高温度を推定するとともにこの最高温度と飛灰溶融化温度（後述する）とが比較されて最高温度の方が低い場合にはごみ供給装置１２にごみ供給量の増加指令を出力する温度推定部８２と、同じくこの関数演算部８１にて求められた関数および推定された最高温度に基づき、当該最高温度または温度計の温度に対応する空気量を求める空気量演算部８３と、上記各温度検出器７１〜７５の検出温度を入力して、例えば上部溶融室３２の出口温度（正常時は、最高温度となっている）Ｔ３と飛灰溶融化温度（後述する）とを比較し、飛灰溶融化温度よりも低い場合には、加熱バーナ３７を点火させる加熱判断部８４と、上記温度推定部８２にて推定された最高温度に対応する総空気量を入力してガス化炉１でのごみ供給量を制御するごみ供給量制御部８５と、上記空気量演算部８３にて求められた空気量を入力して各空気供給管４３，４４，４７，４８，５０，５２に対して供給する空気量の配分を決定する空気量配分演算部（空気量の制御部）８６とから構成されている。なお、上記各温度検出器７１〜７５としては、例えば熱電対または赤外線カメラなどが用いられる。
【００３２】
上記関数演算部８１においては、各空気量検出器６１〜６７にて検出された空気量が入力されて当該所定の温度検出器までに供給された合計空気量（以下、総空気量という）が求められるとともに、この総空気量と各温度検出器７１〜７５にて検出された検出温度Ｔ１〜Ｔ５とに基づき、供給される空気量Ｆと温度Ｔとの関係を下記（１）式のような二次関数（二次曲線）で示した場合における各係数ａ，ｂ，ｃが、最小二乗法を用いて決定される（図３参照）。なお、温度検出位置が最少個数である３点から二次関数を求めることができるが、検出データの個数は多い方が近似が正確となるため、必要に応じて、温度検出器をより細かい間隔で設置し検出（計測）してもよい。
【００３３】
Ｔ＝ａＦ２＋ｂＦ＋ｃ・・・（１）
ここで、各温度検出器７１〜７５に対応する総空気量Ｓｘについて説明しておく（図４参照）。
【００３４】
この総空気量という語句は、各温度検出器７１〜７５にて検出される検出温度に影響を与える当該温度検出器より上流側で供給された空気量の合計値を意味し、その後続の文字Ｘは温度検出器における検出温度Ｔの番号（Ｔ１〜Ｔ５）に応じた番号を表している。
【００３５】
すなわち、第１温度検出器７１に対応する総空気量Ｓ１は、ガス化炉側の空気量検出器６１にて検出された空気量（Ｙ０）に溶融炉側の第１および第２空気量検出器６２，６３にて検出された空気量（Ｙ１，Ｙ２）を加算したものである（Ｓ１＝Ｙ０＋Ｙ１＋Ｙ２）。第２温度検出器７２に対応する総空気量Ｓ２は、ガス化炉側の空気量検出器６１にて検出された空気量Ｙ０に溶融炉側の第１〜第３空気量検出器６２〜６４にて検出された空気量（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）を加算したものである（Ｓ２＝Ｙ０＋Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３）。第３温度検出器７３に対応する総空気量Ｓ３は、ガス化炉側の空気量検出器６１にて検出された空気量（Ｙ０）に溶融炉側の第１〜第４空気量検出器６２〜６５にて検出された空気量（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４）を加算したものである（Ｓ３＝Ｙ０＋Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３＋Ｙ４）。第４温度検出器７４に対応する総空気量Ｓ４は、ガス化炉側の空気量検出器６１にて検出された空気量（Ｙ０）に溶融炉側の第１〜第５空気量検出器６２〜６６にて検出された空気量（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５）を加算したものである（Ｓ４＝Ｙ０＋Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３＋Ｙ４＋Ｙ５）。さらに、第５温度検出器７５に対応する総空気量Ｓ５は、ガス化炉側の空気量検出器６１にて検出された空気量（Ｙ０）に溶融炉側の第１〜第６空気量検出器６２〜６７にて検出された空気量（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６）を加算したものである（Ｓ５＝Ｙ０＋Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３＋Ｙ４＋Ｙ５＋Ｙ６）。
【００３６】
これらにより求められた二次関数に基づき炉内温度と総空気量との関係が求められることになるが、最高温度の場所が空気比１．０である［理論上、空気（酸素）の過不足がなく、可燃ガスが完全燃焼している］位置（箇所）と見なすことにより、当該二次関数により完全燃焼位置を特定することができる。
【００３７】
なお、以下の説明においては、第１温度検出器７１の検出温度Ｔ１に影響を与える空気供給管２２，４３，４４から供給される総空気量（Ｙ０＋Ｙ１＋Ｙ２）をグループＺ１（Ｓ１に等しい）と称し、第２温度検出器７２の検出温度Ｔ２に影響を与える第３空気供給管４７から供給される空気量をグループＺ２と称し、第３温度検出器７３の検出温度Ｔ３に影響を与える第４空気供給管４８から供給される空気量をグループＺ３と称し、第４温度検出器７４の検出温度Ｔ４に影響を与える第５空気供給管５０から供給される空気量をグループＺ４と称し、第５温度検出器７５の検出温度Ｔ５に影響を与える第６空気供給管５２から供給される空気量をグループＺ５と称する。
【００３８】
ところで、このグループＺの各番号は、温度検出器における検出温度Ｔの番号（Ｔ１〜Ｔ５）に応じた番号に合わせて用いたものであり、その上流側に隣接する温度検出器との間で供給された空気量、すなわち上流での温度計測以降の温度変化に影響を与える供給空気量の合計を意味する。
【００３９】
また、上記加熱判断部８４から加熱バーナ３７に、ごみ供給量制御部８５からごみ供給装置１２に、空気量配分演算部８６から各空気供給管２２，４３，４４，４７，４８，５０，５２に設けられた各流量制御弁２１，４１，４２，４５，４６，４９，５１に、それぞれ制御指令が出力される。
【００４０】
次に、上記ごみ処理設備における燃焼制御方法について説明する。
まず、この燃焼制御方法における基本的な考え方を簡単に述べておく。
一般に、可燃ガスを含む排ガスに燃焼用空気を供給させて燃焼を行った場合、理論上、空気比が１．０のときに空気（酸素）の過不足がなく完全燃焼が行われ、そのときの温度が最高となる。
【００４１】
したがって、二次関数のグラフから完全燃焼位置を知ることができる。
ところで、溶融炉２においては、下部溶融室３３に近い上部溶融室３２の下部近傍位置（出口付近）で飛灰が溶融されていることが望ましいとともに、下部溶融室３３内では、溶融灰がその取出口３３ａから取り出されるため、その内壁面においても灰の溶融状態が維持される必要があり、したがって、下部溶融室３３内では、溶融飛灰が壁面で冷却され固着する温度より高い温度（第１基準温度、または溶融灰流動化温度という）に維持される。つまり、充分、炉壁が温まった状態において、炉壁温度を溶融灰が固化する温度（固着温度）より高く維持するのに必要な雰囲気温度を維持することである。また、上部溶融室３２内の少なくとも出口付近においては、飛灰が溶融化されている必要があるため、第３温度検出器７３が設けられている位置では、飛灰の溶融温度より高い温度（第２基準温度、または飛灰溶融化温度という）に維持される。なお、上記溶融灰流動化温度は飛灰溶融化温度よりも高温である。さらに、理想的には、下部溶融室内で可燃ガスを燃焼しつくす必要もある。
【００４２】
そして、それら条件を満たすために、特定した最高温度の位置に基づき制御を行うが、ここでは、最高温度が上部溶融室の出口付近に位置することが望ましいものとして、その位置に設置された第３温度検出器７３付近に最高温度が存在するように、すなわち空気比１．０となる完全燃焼位置が、上部溶融室３２の出口付近となるように、各空気供給管２２，４３，４４，４７，４８に設けられた各流量制御弁２１，４１，４２，４５，４６が制御されるとともに、上部溶融室３２の出口付近および下部溶融室３３内における温度が溶融灰流動化温度以上となるように制御される。この溶融灰流動化温度に維持する制御については、加熱バーナ３７またはガス化炉１でのごみ供給量により行われる。
【００４３】
次に、上記事項を踏まえて所定周期毎に行われる燃焼制御方法をステップごとに説明する（図５参照）。
まず、ガス化炉１においてごみが蒸し焼き状態で燃焼されて可燃ガスが生成されるとともに、この可燃ガスおよび飛灰が含まれた排ガスが溶融炉２に導かれ、加熱バーナで起動（点火）され燃焼されているとともに飛灰が溶融されているものとする。
（ステップ１）
まず、関数演算部８１において、各空気量検出器６１〜６７［ガス化炉側空気量検出器６１からの検出空気量については、ほぼ一定（例えば、空気比が０．２〜０．３程度）にされているため、別途、入力しなくてもよい］からの検出空気量が入力されて、各グループごとに供給された空気量の累積値である総空気量（Ｓ１〜Ｓ５）が把握されるとともに、各温度検出器７１〜７５にて検出された検出温度Ｔ１〜Ｔ５が入力される［空気量検出ステップ（空気情報入力ステップ）および温度検出ステップ（温度入力ステップ）］。
（ステップ２）
次に、これら供給された空気量の累積値である総空気量を横軸に、各総空気量に対応する位置での各検出温度を縦軸にした各座標データを用いて両者の関係を表す二次関数（二次曲線）を最小二乗法を用いて求める（関数演算ステップ）。なお、図３に、供給された総空気量Ｆ（Ｎｍ３／Ｈ）と検出されたガス温度Ｔ（℃）との関係の具体例を示す（但し、第２〜第５温度計についてのみ示しており、また軸上の数値については規格化して示している）。
（ステップ３）
次に、温度推定部８２において、二次関数に基づき、その最大値である最高温度（Ｔｍａｘ）を推定する（温度推定ステップ，推定ステップ）。
（ステップ４）
次に、空気量演算部８３において、上記温度推定部８２から最高温度が読み込まれるとともに、関数演算部８１から入力された二次関数に基づき上記最高温度に対応する総空気量（空気比が１．０のときの値であり、以下、Ｓ１．０と称する）を求める（空気量演算ステップ）。
（ステップ５）
次に、同じく、空気量演算部８３にて、最高温度に対応する総空気量Ｓ１．０が上部溶融室３２の出口付近に位置するか否かが判断される。
【００４４】
すなわち、総空気量Ｓ１．０と第３温度検出器７３の位置（以下、第３位置という）における総空気量Ｓ３との差（Ｓ１．０−Ｓ３）が求められ、この差が所定値αの範囲内［−α≦（Ｓ１．０−Ｓ３）≦＋α］である場合（最高温度の位置が上部溶融室３２の出口付近（正常な範囲）に在る場合）は、後述するステップＡ１〜Ａ３に進み、（Ｓ１．０−Ｓ３）＜−αである場合には、後述するステップＢ１〜Ｂ２の処理が行われ、（Ｓ１．０−Ｓ３）＞＋αである場合には、後述するステップＣ１〜Ｃ３の処理が行われる。
（ステップＡ１）
このステップＡ１では、上部溶融室３２の出口付近が最高温度になっているため、すなわち好ましい温度状態となっているため、グループＺ１，Ｚ２およびグループＺ３にて供給される空気量はそのまま維持される。
【００４５】
このとき、（Ｓ１．０−Ｓ３）＞０の場合、すなわち第３温度検出器７３より下流側に最高温度が位置する場合には、第３位置より下流側のグループＺ４にて供給される空気量は（Ｓ１．０−Ｓ２＋β）（但し、βは調整量であり、事前に定められる小さな値である）にされる。
【００４６】
また、（Ｓ１．０−Ｓ２）≦０の場合、すなわち第３位置またはその上流側に最高温度が位置する場合には、グループＺ４にて供給される空気量は、単に、調整量γ（事前に定められる小さな値である）だけとされる。
【００４７】
上記の判断結果が、空気量配分演算部８６に入力されて、各流量制御弁４１，４２，４５，４６，４９が制御される（制御ステップ）。
（ステップＡ２）
次に、加熱判断部８４において、最高温度が付近に位置する第３温度検出器７３による検出温度Ｔ３と飛灰溶融化温度とが比較されて、検出温度Ｔ３の方が低い場合には、加熱バーナ３７に対して加熱指令が出力される。なお、比較の結果、検出温度Ｔ３が飛灰溶融化温度を超えている場合には、加熱バーナ３７に停止指令が出力される（加熱バーナが停止状態である場合には、その状態が維持される）。
【００４８】
なお、上記ステップＡ２の替わりに、下部溶融室３３内を飛灰の溶融温度以上に維持するとともに下部溶融室３３内での溶融灰の固化を防止する場合には、温度Ｔ３および温度Ｔ４を溶融灰流動化温度と比較し、いずれか一方が溶融灰流動化温度より低い場合には、加熱バーナ３７を点火させて加熱するようにしてもよい。また、この場合、両温度Ｔ３，Ｔ４共に、溶融灰流動化温度より高い場合には、加熱バーナ３７が停止される。
（ステップＡ３）
次に、最高温度が飛灰溶融化温度より低い場合には、加熱判断部８４からごみ供給量制御部８５に、ごみ供給装置１２にごみの供給量を増加するように増加指令が出力される。
【００４９】
上述したステップ５において、（Ｓ１．０−Ｓ３）＜−αである場合には、最高温度の位置が上流側に移動し過ぎているため、下流側に移動させるように下記のステップＢが行われる。
（ステップＢ１）
このステップＢ１では、温度推定部８２にて、最高温度が飛灰溶融化温度より低いか否かが判断され、低い場合には、ごみ供給装置１２にごみ供給量の増加指令が出力される。この状態は、すなわち第３位置より上流側にて完全燃焼しているということは、可燃ガスの量が少なく、最高温度が飛灰溶融化温度より低くなっていると考えられるからである。
【００５０】
この判断において、最高温度が飛灰溶融化温度以上であると判断された場合には、燃焼用空気が第３位置より上流側で多く供給されていることになるため、供給される空気量が調節される。すなわち、空気量配分演算部８６において、（Ｓ３−Ｓ１．０）の空気量が各グループＺ１，Ｚ２，Ｚ３の合計空気量から差し引かれ、その残りを各グループＺ１，Ｚ２，Ｚ３で配分する旨の指令が、各流量制御弁４１，４２，４５，４６に出力される。
（ステップＢ２）
このステップＢ２は、上述したステップＡ２と同様の処理が行われる。すなわち、加熱判断部８４において、第３温度検出器７３による検出温度Ｔ３と飛灰溶融化温度とが比較されて、検出温度Ｔ３の方が低い場合には、加熱バーナ３７に対して加熱指令が出力される。なお、比較の結果、検出温度Ｔ３が飛灰溶融化温度を超えている場合には、加熱バーナ３７に停止指令が出力される（加熱バーナが停止状態である場合には、その状態が維持される）。
【００５１】
なお、上記ステップＢ２の替わりに、下部溶融室３３内を飛灰の溶融温度以上に維持するとともに下部溶融室３３内での溶融灰の固化を防止する場合には、検出温度Ｔ３および検出温度Ｔ４を溶融灰流動化温度と比較し、いずれか一方が溶融灰流動化温度より低い場合には、加熱バーナ３７を点火させて加熱するようにしてもよい。また、この場合、両検出温度Ｔ３，Ｔ４共に、溶融灰流動化温度より高い場合には、加熱バーナ３７が停止される。
【００５２】
上述したステップ５において、（Ｓ１．０−Ｓ３）＞＋αである場合には、最高温度の位置が下流側に移動し過ぎているため、上流側に移動させるように下記のステップＣが行われる。
（ステップＣ１）
このステップＣ１では、空気量配分演算部８６からグループＺ１，Ｚ２，Ｚ３の各流量制御弁４１，４２，４５，４６，６１に対して、（Ｓ１．０−Ｓ３）の差分を、各グループＺ１，Ｚ２，Ｚ３の合計空気量に、さらにそれぞれ所定の割合でもって配分する旨の指令が出力される。つまり、Ｓ１．０における総空気量を各流量制御弁４１，４２，４５，４６，６１に所定の割合でもって配分する旨の指令が出力される。
これは、排ガス中の可燃ガス分が増加していると考えられるからで、第３位置までに供給される空気量を増やす必要があるからである。
（ステップＣ２）
このステップＣ２は、上述したステップＡ２と同様の処理が行われる。すなわち、加熱判断部８４において、第３温度検出器７３による検出温度Ｔ３と飛灰溶融化温度とが比較されて、検出温度Ｔ３の方が低い場合には、加熱バーナ３７に対して加熱指令が出力される。なお、比較の結果、検出温度Ｔ３が飛灰溶融化温度を超えている場合には、加熱バーナ３７に停止指令が出力される（加熱バーナが停止状態である場合には、その状態が維持される）。
【００５３】
なお、上記ステップＣ２の替わりに、下部溶融室３３内を飛灰の溶融温度以上に維持するとともに下部溶融室３３内での溶融灰の固化を防止する場合には、検出温度Ｔ３および検出温度Ｔ４を溶融灰流動化温度と比較し、いずれか一方が溶融灰流動化温度より低い場合には、加熱バーナ３７を点火させて加熱するようにしてもよい。また、この場合、両検出温度Ｔ３，Ｔ４共に、溶融灰流動化温度より高い場合には、加熱バーナ３７が停止される。
（ステップＣ３）
このステップＣ３は、上述したステップＡ３と同様の処理が行われる。すなわち、最高温度が飛灰溶融化温度より低い場合には、加熱判断部８４からごみ供給量制御部８５に、ごみ供給装置１２にごみの供給量を増加するように増加指令が出力される。
【００５４】
以上の処理により、上部溶融室３２の出口付近での燃焼状態を空気比が１．０の最高温度となるように制御することができ、したがって上部溶融室３２内での飛灰の溶融化を、燃焼効率を低下させることなく行うことができるとともに、下部溶融室３３内での溶融灰を、その取出口から確実に取り出せるように燃焼制御を行うことができる。
【００５５】
なお、上記説明においては、第３温度検出器７３が設けられた第３位置が最高温度となるように、すなわち空気比が１．０に近づくように制御したが、勿論、他の温度検出器が設けられた箇所が最高温度となるように制御することができる。その場合、それに応じて上記各ステップに発明の主旨の範囲で適切に各ステップが見なおされることは言うまでもない。
【００５６】
また、上記ガス化炉１での燃焼制御が独立して行われている場合には、ごみ供給装置１２へのごみ供給量の増加指令が出力されるステップＡ３およびＢ１は省略される。また、流量制御弁２１の制御も独立となるため、空気量配分演算部８６における配分は、ガス化炉側空気量検出器６１による空気量を除いた残量で各流量制御弁に対し行われる。
【００５７】
また、本第１の実施の形態では、二次関数を求める際に、全ての温度検出器を利用した場合を示したが、少なくとも３箇所で計測すればよく、例えば図３に示すように、第２〜第５の４つの温度検出器を選択して二次関数を求める場合、第２の温度検出器７２の検出温度Ｔ２に影響を与える空気量Ｚ２については、上記実施の形態にて説明したグループＺ１とグループＺ２の合計値が用いられる（合計値として扱われる）。また、各グループＺ１〜Ｚ５については、各温度検出器間に空気供給管を増やした場合、その増やされた分は当該空気供給管に属するグループの空気量に含むものとして扱われる。総空気量Ｓｘも同様に扱われる。
【００５８】
なお、上述した二次関数（二次曲線）は関数近似の一例であり、空気供給管および温度検出器の配置箇所、供給空気の酸素濃度などの条件に応じて適した関数により近似すればよい。
【００５９】
また、供給する空気の酸素濃度を一定にしたので、「空気に関する量的情報」として「空気量」を用いて説明したが、「酸素量」を用いてもよく、この酸素量は、空気量と酸素濃度とから換算することができる。この場合、例えば図２に示す空気量検出器６１〜６７と関数演算部８１との間に酸素量換算部が設けられるとともに、上記説明中の「総空気量」を「総酸素量」と読み替えればよい。また、空気供給装置が複数あり、それぞれ酸素濃度が異なる場合には、酸素量に換算するか、または所定の酸素濃度の空気量に換算するなどして、検出温度と空気に関する量的情報との関係を関数化すれずよい。当然、それを利用して供給空気の調整を行う場合には、その空気供給装置の酸素濃度に応じて調整量が決定される。
【００６０】
本第１の実施の形態に係るごみ処理設備の構成によると、溶融炉内において、少なくとも３箇所で検出される燃焼用空気の空気量と温度とから両者の関係を二次関数にて近似し、この二次関数から最高温度を推定するとともにその総空気量から完全燃焼位置についても推定することができ、したがって従来のように複雑なファジイのチューニングを要することなく最適な燃焼状態を実現することができ、さらに二次関数から供給すべき空気量についても把握することができ、したがって余分な空気の供給を防止することができるため、排ガス量の増加を抑制することができる。また、最高温度の位置も制御（コントロール）できることになる。
【００６１】
また、ガス化炉にて発生した可燃ガスおよび飛灰を導き当該飛灰を溶融させる溶融炉での燃焼制御に際し、ガス化炉側でのごみ供給量についても制御しているため、より一層の効率の良い燃焼を行わせることができる。
【００６２】
また、上述した燃焼制御方法は、実際のガス処理設備に適用されるだけでなく、コンピュータを用いた仮想のガス処理設備の運転訓練シミュレーション等実機を用いない状態での燃焼状態推定にも適用することができる。例えば、シミュレータでは、そのシナリオにより各空気供給管から供給される空気量データ、および各温度検出器にて検出される温度データが、それぞれの時点におけるデータとして与えられ、これらデータが本発明を実施するプログラムの各変数に入力されて二次関数が求められ、燃焼状態が表示される。
【００６３】
さらに、上述した燃焼状態推定方法を用いることにより、所定の温度検出器近傍（温度検出手段付近）の最高温度の推定位置を移動させるための供給空気量（空気に関する量的情報）の増減量である供給空気補正量を決定することができる。すなわち、この補正量決定方法は、上記燃焼状態推定方法で推定した現在の最高温度における空気量（空気に関する量的情報）を求める最高温度量的情報演算ステップと、上記所定の温度検出器までに供給した総空気量（量的情報の合計）と上記最高温度量的情報演算ステップで求めた空気量との差を求める差分演算ステップと、この差分演算ステップで求めた差に基づき供給空気補正量を決定する補正量決定ステップとが備えられる。
【００６４】
また、上述した燃焼状態推定方法を実施し得る燃焼状態推定装置としても捉えることができる。この燃焼状態推定装置は、未燃ガスを含む被処理ガスが導かれるガス処理経路の途中に且つガスの流れ方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた空気供給管（空気供給手段）から供給される燃焼用空気により当該被処理ガス中の未燃ガスを燃焼させるようにした実際のまたは仮想のガス処理設備における装置であって、上記各空気供給管にて供給される空気量（空気に関する量的情報）を入力する空気情報入力部と、上記各空気供給管の下流側近傍（付近）にそれぞれ設けられた温度検出器（温度検出手段）により検出される温度を入力する温度入力部と、上記各入力部にて入力された温度および空気量に基づき当該各温度検出器までに供給された総空気量と温度との関係を関数化する関数演算部と、この関数演算部にて求められた関数を用いて、所定温度に対応する空気量、空気量に対応する温度、最高温度、および最高温度における空気量の少なくともいずれかを推定する推定部とを具備したものである。
【００６５】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るごみ処理設備について説明する。
上記第１の実施の形態においては、第３温度検出器が設けられた第３位置が最高温度となるように制御したが、本第２の実施の形態においては、所定の温度検出器が設けられた位置を、所定の目標温度となるように制御するものである。例えば、目標温度としては、例えばガスの無害化を図るための温度が考えられる。
【００６６】
すなわち、本第２の実施の形態に係る構成は、第１の実施の形態で説明したものと殆ど同一であるため、同一の構成部材については同一番号を用いてその説明を省略するとともに、制御の手順についてだけ説明する。なお、以下の説明においても、「所定の温度検出器」を第３温度検出器７３とする。また、供給される空気の酸素濃度は全て同一のものとする。
（ステップ１）
まず、入力手段にて、第３温度検出器７３での目標温度（Ｔｓｅｔ）を入力する（勿論、予め、目標温度を設定しておくこともできる）。
（ステップ２）
そして、ごみ処理設備の稼動時には、関数演算部８１にて、各空気量検出器６１〜６７［ガス化炉側空気量検出器６１からの検出空気量については、ほぼ一定（例えば、空気比が０．２〜０．３程度）にされているため、別途、入力しなくてもよい］からの検出空気量が入力されて、各グループごとに供給された総空気量（Ｓ１〜Ｓ５）が把握されるとともに、各温度検出器７１〜７５にて検出された検出温度Ｔ１〜Ｔ５が入力される。
（ステップ３）
次に、これら供給された空気量の累積値である総空気量を横軸に、総空気量に対応する位置での検出温度を縦軸にプロットし、これらプロットされた各座標データを用いて両者の関係を表す二次関数（二次曲線）を最小二乗法を用いて求める（勿論、第１の実施の形態と同様である）。
（ステップ４）
次に、温度推定部８２において、ステップ３で求めた二次関数に基づき、その最大値である最高温度（Ｔｍａｘ）を求める。
（ステップ５）
次に、空気量演算部８３にて、最高温度に対応する総空気量を求める。
（ステップ６）
次に、温度推定部８２で最大温度（Ｔｍａｘ）と目標温度（Ｔｓｅｔ）とが比較され、最大温度（Ｔｍａｘ）が目標温度より低い場合には、温度推定部８２から、上部溶融室３２に備えられた加熱バーナ３７で加熱するように加熱判断部８４に対して加熱指令が出力される（図２の波線矢印参照）。勿論、この場合、温度推定部８２には、最大温度と目標温度とを比較するとともに、その比較結果に応じて、加熱判断部８４に加熱指令を出力する機能が具備されている。
【００６７】
なお、目標温度（Ｔｓｅｔ）を最大温度（Ｔｍａｘ）が上回る場合、ステップ３で近似された二次関数と目標温度（Ｔｓｅｔ）とを用いて、目標温度に達するのに要する供給空気量Ｆは、下記（２）式にて求められる（推定される）。
【００６８】
【数１】
2004353944.tif 000003
なお、ステップ１で入力された目標温度を酸化性雰囲気下で実現したい場合には、式中の“±”を“＋”とし、また還元性雰囲気下で実現したい場合には“±”を“−”にして供給空気量Ｆが求められる。
（ステップ７）
次に、ステップ６の（２）式で求められた空気量Ｆを第３温度検出器７３までに供給される各グループＺ１，Ｚ２，Ｚ３の合計空気量とし、空気量配分演算部８６において、これを各グループＺ１，Ｚ２，Ｚ３に配分し、それぞれの流量制御弁４５，４６に指令が出力される。
【００６９】
本第２の実施の形態に係るごみ処理設備の構成によると、溶融炉内において、少なくとも３箇所で検出される燃焼用空気の空気量と温度とから両者の関係を二次関数にて近似し、この二次関数から最高温度を推定するとともにその総空気量から完全燃焼位置についても推定することができ、したがって従来のように複雑なファジイのチューニングを要することなく最適な燃焼状態を実現することができ、さらに二次関数から供給すべき空気量についても把握することができ、したがって余分な空気の供給を防止することができるため、排ガス量の増加を抑制することができる。
【００７０】
なお、上述した二次関数（二次曲線）は関数近似の一例であり、空気供給管（空気供給手段）および温度検出器（温度検出手段）の配置箇所、供給空気の酸素濃度などの条件に応じて適した関数により近似すればよい。
【００７１】
また、供給する空気の酸素濃度を一定であるとして説明したので、「空気に関する量的情報」として「空気量」を用いて説明したが、「酸素量」を用いてもよく、この酸素量は、空気量と酸素濃度とから換算することができる。この場合、例えば図２に示す空気量検出器６１〜６７と関数演算部８１との間に、酸素量換算部を設ければよい。そして、上述の説明における「総空気量」を「総酸素量」と読み替えればよい。同様に、空気供給装置が複数あり、それぞれ酸素濃度が異なる場合には、酸素量に換算する、または所定の酸素濃度の空気量に換算するなどして、検出温度と空気に関する量的情報との関係を関数化すれずよい。当然、それを利用して供給空気の調整を行う場合には、その空気供給装置の酸素濃度に応じて調整量を決定すればよい。
【００７２】
さらに、上述した燃焼制御方法についても、実際のガス処理設備に適用されるだけでなく、コンピュータを用いた仮想のガス処理設備の運転訓練シミュレーション等実機を用いない状態での燃焼状態推定にも適用することができる。このシミュレータにおいては、空気量データとして、空気に関する量的情報が、すなわち酸素濃度が一定の場合の空気量、酸素濃度が同一または異なる場合の空気量と酸素濃度との関係から換算した酸素量、同じく酸素濃度が異なる場合の空気量を所定の酸素濃度における空気量に換算した換算空気量のいずれかが用いられる。したがって、この場合、シナリオにより与えられる「空気量データ」が上記いずれかの量的情報に置き換えられ、この量的情報と温度データとの関係が関数化されて用いられる。
【００７３】
次に、本発明の第３の実施の形態に係るガス処理設備における燃焼状態推定方法について説明する。
上記第１の実施の形態においては、ごみ処理設備における溶融炉での第３温度検出器が設けられた第３位置が最高温度となるような制御について説明したが、本第３の実施の形態においては、排ガス中に含まれるガスの無害化を図るために、ガス処理設備におけるガス経路の所定位置で、例えばガス化炉の下流側に設けられた溶融炉内の所定位置で所定温度となるように制御する場合である。
【００７４】
すなわち、上記第１の実施の形態にて説明したステップ１およびステップ２を用いて近似した二次関数と温度を用いてその温度に達するのに要する空気量を推定する燃焼制御方法であり、また、供給する空気量を二次関数に与え、そのときの温度についても推定することもできる。この温度を推定する場合には、図２の仮想線にて示すように、関数演算部８１にて求められた二次関数を入力して供給された総空気量に対応する温度を求める温度演算部９１が具備される。
【００７５】
以下についても、供給される空気の酸素濃度は、全て同一であるものとする。
上記ステップ２による二次関数は下記（３）式にて表される。
Ｔ＝ａＦ２＋ｂＦ＋ｃ・・・（３）
勿論、（３）式中、Ｔは温度、Ｆは供給空気量、ａ，ｂ，ｃは係数を示す。
【００７６】
したがって、必要となる空気量Ｆは下記（４）式にて表される。
【００７７】
【数２】
2004353944.tif 000004
この二次関数により、溶融炉内での燃焼状態の推定、または燃焼状態をシミュレーションする場合に利用することができる。すなわち、二次関数を用いて燃焼状態を推定する方法は、上述したように、実際のガス処理設備に適用されるだけでなく、コンピュータを用いたガス処理設備の運転訓練シミュレーション等実機を用いない状態での燃焼状態推定にも適用することができる。例えば、シミュレータでは、そのシナリオにより各空気供給管から供給される空気量データ、および各温度検出器にて検出される温度データが、それぞれの時点におけるデータとして与えられ、これらデータが本発明を実施するプログラムの各変数に入力されて二次関数が求められ、燃焼状態が表示される。また、Ｆは温度がＴになるのに必要な空気量であるため、所定の温度検出器における目標温度をＴとした場合、その温度検出器より上流で供給されるグループの総空気量がＦとして求められる。例えば第１の実施の形態における空気供給管から供給される総空気量（グループＺ１、Ｚ２，Ｚ３または総空気量Ｓなど）が分かっている場合には、その分かっているグループの総空気量を上記Ｆの値から差し引くことで、それ以外のグループで必要な総空気量を求めることができる。
【００７８】
例えば、第１の実施の形態において、ガス化炉に供給する空気量が別途定められている場合などは、その下流、すなわち灰熔融炉において必要な供給空気量を推定することができる。
【００７９】
ここで、この燃焼状態推定方法をまとめて説明すると以下のようになる。
すなわち、この燃焼状態推定方法は、可燃ガスおよび飛灰を含む排ガスを溶融炉に導き当該飛灰を溶融させる際に、溶融炉の途中に且つガスの流れ方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた空気供給管から供給される燃焼用空気により排ガス中の可燃ガスを燃焼させるとともにこの熱を利用して飛灰を溶融させるようにしたガス処理設備における燃焼状態推定方法であって、上記各空気供給管にて供給される空気量を検出する空気量検出ステップと、上記各空気供給管の下流側にそれぞれ設けられた温度検出器により温度を検出する温度検出ステップと、上記各ステップにて検出された空気量に基づき当該各温度検出器までの合計空気量である総空気量と温度との関係を表す二次関数を求める関数演算ステップと、この関数演算ステップにて求められた二次関数を用いて、所定温度に対応する総空気量、または総空気量に対応する温度を推定する方法である。
【００８０】
本第３の実施の形態に係る燃焼状態推定方法によると、可燃ガスおよび飛灰を含む排ガスを灰熔融炉に導くとともに、溶融炉にて当該飛灰を熔融させる際に、溶融炉に供給される燃焼用空気の空気量と温度とを、少なくとも３箇所で検出して両者の関係を二次関数にて近似するとともに、この二次関数を用いることにより、溶融炉に供給された総空気量からその下流側での温度を検出し、または溶融炉にて検出された温度から当該温度検出箇所の上流側に供給された総空気量を検出することができるため、溶融炉での燃焼状態を容易且つ確実に推定することができる。
【００８１】
ところで、制御をきめ細かくする場合としない場合とでは、空気供給管、その流量制御弁および空気量検出器の個数に増減がある。例えば、温度検出器の個数に増減がある場合でも、総空気量Ｓと各温度検出器の検出温度に影響を与える供給空気量のグループＺについての意味するところは、既に述べた通りであり、増減があっても、それに応じて実施の形態にて説明したＳとＺの番号を読み替えればよい。
【００８２】
なお、上述した二次関数（二次曲線）は関数近似の一例であり、空気供給管（空気供給手段）および温度検出器（温度検出手段）の配置箇所、供給空気の酸素濃度などの条件に応じて適した関数により近似すればよい。
【００８３】
また、供給する空気の酸素濃度を一定であるとして説明したので、「空気に関する量的情報」として「空気量」を用いて説明したが、「酸素量」を用いてもよく、この酸素量は、空気量と酸素濃度とから換算することができる。この場合、例えば図２に示す空気量検出器６１〜６７と関数演算部８１との間に、酸素量換算部を設ければよい。そして、上述の説明における「総空気量」を「総酸素量」と読み替えればよい。同様に、空気供給装置が複数あり、それぞれ酸素濃度が異なる場合には、酸素量に換算する、または所定の酸素濃度の空気量に換算するなどして、検出温度と空気に関する量的情報との関係を関数化すれずよい。当然、それを利用して供給空気の調整を行う場合には、その空気供給装置の酸素濃度に応じて調整量を決定すればよい。
【００８４】
さらに、上述した燃焼制御方法についても、実際のガス処理設備に適用されるだけでなく、コンピュータを用いた仮想のガス処理設備の運転訓練シミュレーション等実機を用いない状態での燃焼状態推定にも適用することができる。このシミュレータにおいては、空気量データとして、空気に関する量的情報が、すなわち酸素濃度が一定の場合の空気量、酸素濃度が同一または異なる場合の空気量を酸素濃度との関係から換算した酸素量、同じく酸素濃度が異なる場合の空気量を所定の酸素濃度における空気量に換算した換算空気量のいずれかが用いられる。したがって、この場合、シナリオにより与えられる「空気量データ」が上記いずれかの量的情報に置き換えられ、この量的情報と温度データとの関係が関数化されて用いられる。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１および請求項２に係る燃焼状態推定方法、請求項３に係る補正量決定方法、並びに請求項４に係る燃焼状態推定装置によると、未燃ガスを含む被処理ガスのガス処理経路の途中にて供給される燃焼用空気の空気に関する量的情報と温度とを、少なくとも３箇所で検出して両者の関係を関数化して近似するとともに、この二次関数を用いることにより、ガス処理経路の途中にて供給された空気に関する量的情報からその下流側での温度を検出し、またはガス処理経路の途中にて検出された温度から当該温度検出箇所の上流側に供給された空気に関する量的情報を検出すること、または最高温度若しくは最高温度における空気に関する量的情報の少なくともいずれかを推定することができるため、ガス処理経路での燃焼状態を容易且つ確実に推定することができる。
【００８６】
また、本発明の請求項５に係る溶融炉の燃焼制御方法および請求項６に係る溶融炉の構成によると、溶融炉内において、少なくとも３箇所で検出される燃焼用空気の空気量と温度とから両者の関係を二次関数にて近似し、この二次関数から最高温度を推定するとともにその総空気量から完全燃焼位置についても推定することができ、したがって従来のように複雑なチューニングを要することなく最適な燃焼状態を実現することができ、さらに二次関数から供給すべき空気量についても把握することができ、したがって余分な空気の供給を防止することができるため、排ガス量の増加を抑制することができる。
【００８７】
さらに、本発明の請求項７に係るごみ処理設備における燃焼制御方法および請求項８〜１０に係るごみ処理設備の構成によると、上述した効果に加えて、ガス化炉にて発生した未燃ガスおよび飛灰を導き当該飛灰を溶融させる溶融炉での燃焼制御に際し、ガス化炉側でのごみ供給量についても制御しているため、より一層効率の良い燃焼を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るごみ処理設備の概略構成を示す模式図である。
【図２】同ごみ処理設備における燃焼制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】同ごみ処理設備における空気量と温度との関係を示す二次関数のグラフである。
【図４】同ごみ処理設備における空気量と温度との関係を示すとともに総空気量を説明するため二次関数のグラフである。
【図５】同ごみ処理設備における燃焼制御方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１      ガス化炉
２      溶融炉
３      燃焼制御装置
１１      炉本体
１２      ごみ供給装置
１５      ガス化炉側空気供給装置
２１      流量制御弁
２２      空気供給管
２３      送風機
３１      ガス案内ダクト
３２      上部溶融室
３３      下部溶融室
３５      二次燃焼室
３６      溶融炉側空気供給装置
３７      加熱バーナ
４１      流量制御弁
４２      流量制御弁
４３      第１空気供給管
４４      第２空気供給管
４５      流量制御弁
４６      流量制御弁
４７      第３空気供給管
４８      第４空気供給管
４９      流量制御弁
５０      第５空気供給管
５１      流量制御弁
５２      第６空気供給管
６１      ガス化炉側空気量検出器
６２      第１空気量検出器
６３      第２空気量検出器
６４      第３空気量検出器
６５      第４空気量検出器
６６      第５空気量検出器
６７      第６空気量検出器
７１      第１温度検出器
７２      第２温度検出器
７３      第３温度検出器
７４      第４温度検出器
７５      第５温度検出器
８１      関数演算部
８２      温度推定部
８３      空気量演算部
８４      加熱判断部
８５      ごみ供給量制御部
８６      空気量配分演算部
９１      温度演算部
【図１】
2004353944.tif 000005
【図２】
2004353944.tif 000006
【図３】
2004353944.tif 000007
【図４】
2004353944.tif 000008
【図５】
2004353944.tif 000009