(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量の廃棄物を燃焼処理するプロセスにおいて、以下の手順に基づき、該廃棄物を燃焼させた推算発熱量Ａを算出することを特徴とする廃棄物の発熱量推算方法。
（Ｓ１）排ガス中の酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度を測定する。
（Ｓ２）測定された前記各成分濃度から、窒素成分濃度を算出する。
（Ｓ３）算出された窒素成分濃度を基に燃焼空気中の窒素成分濃度に対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた前記酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度を算出する。
（Ｓ４）換算された前記酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度から、燃焼処理に用いられた燃焼空気の単位供給量当りの酸素消費量を算出する。
（Ｓ５）算出された前記酸素消費量から、燃焼空気の単位供給量当りの、該燃焼処理において生成した二酸化炭素および水分に係る発熱量、該生成水分量と前記廃棄物中に含まれていた水分量の総量からの潜熱量を算出する。
（Ｓ６）燃焼処理された廃棄物の供給量から、燃焼空気の単位供給量当りの処理された廃棄物量を算出する。
（Ｓ７）算出された前記発熱量，前記潜熱量および廃棄物量から、処理された廃棄物量当りの推算発熱量Ａを算出する。
【請求項２】
所定量の廃棄物を燃焼処理するプロセスにおいて、以下の手順に基づき、該廃棄物を燃焼させた推算発熱量Ｂを算出するとともに、前記推算発熱量Ａと対比し、最適推算発熱量を設定することを特徴とする請求項１記載の廃棄物の発熱量推算方法。
（Ｔ１）排ガス中の酸素および水分の成分濃度を測定する。
（Ｔ２）測定された前記酸素成分濃度から、実測空気過剰率を算出する。
（Ｔ３）予め設定された空気過剰率および燃焼ガス中の水分量を指標とする廃棄物の発熱量との相関に、実測された前記水分量および実測空気過剰率を適用し、推算発熱量Ｂを算出する。
【請求項３】
投入された貯留ピットまたはホッパへの投入時または該貯留ピットまたはホッパ内での移送時に、燃焼処理される廃棄物の供給量を測定するとともに、該貯留ピットまたはホッパ内を画像モニタによって撮影し、画像情報から廃棄物の特性および嵩容積を推算し、燃焼処理された廃棄物の比重および特性から、該廃棄物の推算発熱量Ｃを算出し、前記推算発熱量Ａまたは／および推算発熱量Ｂと対比し、最適推算発熱量を設定することを特徴とする請求項１または２記載の廃棄物の発熱量推算方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物の発熱量推算方法を用いた廃棄物処理装置であって、少なくとも、廃棄物の供給量測定部，燃焼空気の供給量測定部および排ガス中の酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度測定部を有し、前記いずれかの発熱量推算方法によって設定された最適推算発熱量を用いて、焼却炉に投入される廃棄物，燃焼空気および助燃材の供給量を制御することを特徴とする廃棄物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の発熱量推算方法およびこれを用いた廃棄物処理装置に関し、特に、多種多様な廃棄物に対して適用可能な発熱量推算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来都市ゴミや下水汚泥などの廃棄物のうち可燃性の廃棄物は、事業所や家庭等から回収され、各地域に設けられた廃棄物処理場や廃棄物処理施設等に搬送され、燃焼処理されて清浄化された排ガスや焼却灰として処分される。このとき、油やガス等の廃棄物は、性状が既知であるため、安定した燃焼制御を行うことが可能であり、実動施設においては、燃料としての燃焼空気量を、予め廃棄物の燃焼量に合わせて設定された値に調整することで実現している。一方、多種多様な廃棄物に対しては、その性状が一様でなく、安定して燃焼させることが容易でない。このため、廃棄物の燃焼制御は、排ガス温度や排ガス中のガス組成などを測定して、燃焼させる廃棄物の量、燃焼空気量、燃焼空気温度を加減することで対応しているが、時間遅れのない適切な燃焼制御が難しかった。特に、廃棄物の発熱量は燃焼制御において重要な役割を果すことから、従来から燃焼させる廃棄物の発熱量を時間遅れのない連続する測定方法が検討されてきた。具体的には、
（ｉ）廃棄物をサンプリングして分析する方法
（ii）ボイラ蒸発量等の燃焼状態の測定値から推算する方法
（iii）廃棄物の比重から推算する方法
（iｖ）廃棄物の色の濃淡情報から推算する方法
などの推定方法が挙げられる
【０００３】
例えば、図５に例示するような構成を有する火格子式焼却炉および燃焼制御装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。具体的には、燃焼制御装置は、ウェット酸素濃度計１１６及びドライ酸素濃度計１１７と演算器１１８等を含む発熱量推定装置と、演算器１１８が制御する１次空気制御計１０９、２次空気制御計１１１、廃棄物投入装置のフィーダ１０５、火格子速度調節計１２０からなる。演算器１１８は、第１乃至第４演算器を含む。ここで、水蒸気を含んだ燃焼ガス中の酸素濃度と水蒸気を含まない燃焼ガス中の酸素濃度を検出し、廃棄物中の乾分組成を一定と仮定することにより、水蒸気を含んだ燃焼ガス中の酸素濃度と水蒸気を含まない燃焼ガス中の酸素濃度とから水分量を計算することによって廃棄物の含水率を求め、含水率を用いて乾分発熱量から水分の蒸発潜熱を差し引くことによって単位重量あたりの廃棄物発熱量を計算し、水蒸気を含まない燃焼ガス中の酸素濃度から単位時間当たりの廃棄物投入量を計算し、単位重量あたりの廃棄物発熱量と単位時間当たりの廃棄物投入量を用いて単位時間当たりの廃棄物発熱量が推定される。なお、図中、１０４はホッパ、１０７は焼却炉、１１０は２次燃焼室、１１３はボイラ、１１４は排ガス処理設備、１１５は煙突を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４２３０９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従前のこうした燃焼ごみ発熱量推定方法では、いくつかの課題や要請があった。
（ｉ）廃棄物をサンプリングして分析する方法について
サンプリングおよび分析に多くの時間を要するため、燃焼制御には適さない。例えば、サンプリングに数時間を要する場合があり、さらに分析には数日を要する場合があった。
（ii）ボイラ蒸発量等の燃焼状態の測定値から推算する方法について
焼却炉内の燃焼ガスを冷却するためのボイラ蒸発量や減温水量等の燃焼状態の測定値から廃棄物の発熱量を推測することができるが、廃棄物の種類や性状によって相関が変動し、推測された発熱量の誤差が大きいために、燃焼制御には適さない場合が多い。
（iii）廃棄物の比重から推算する方法について
廃棄物の発熱量は水分量と相関があり、廃棄物の比重を測定することで概ね発熱量を推測できるが、比重を測定している廃棄物は、その時に燃焼している廃棄物ではなく、また誤差が大きいために燃焼制御には適さない場合が多い。
（iｖ）廃棄物の色の濃淡情報から推算する方法について
廃棄物が白いと紙系のものが多く、黒いと剪定枝などが多いことから、廃棄物の発熱量を推測する方法として一般的であるが、定量性がなく燃焼制御には適さない場合が多い。
【０００６】
そこで、本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、こうした課題を解決し、処理される廃棄物に特別な処理を施すことなく、また特殊な装置を用いることなく、現在燃焼している廃棄物の発熱量を精度よく連続して測定する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る廃棄物の発熱量推算方法は、所定量の廃棄物を燃焼処理するプロセスにおいて、以下の手順に基づき、該廃棄物を燃焼させた推算発熱量Ａを算出することを特徴とする。
（Ｓ１）排ガス中の酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度を測定する。
（Ｓ２）測定された前記各成分濃度から、窒素成分濃度を算出する。
（Ｓ３）算出された窒素成分濃度を基に燃焼空気中の窒素成分濃度に対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた前記酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度を算出する。
（Ｓ４）換算された前記酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度から、燃焼処理に用いられた燃焼空気の単位供給量当りの酸素消費量を算出する。
（Ｓ５）算出された前記酸素消費量から、燃焼空気の単位供給量当りの、該燃焼処理において生成した二酸化炭素および水分に係る発熱量、該生成水分量と前記廃棄物中に含まれていた水分量の総量からの潜熱量を算出する。
（Ｓ６）燃焼処理された廃棄物の供給量から、燃焼空気の単位供給量当りの処理された廃棄物量を算出する。
（Ｓ７）算出された前記発熱量，前記潜熱量および廃棄物量から、処理された廃棄物量当りの推算発熱量Ａを算出する。
【０００８】
上記構成によれば、燃焼直後の排ガス組成から、燃料となる廃棄物の発熱量に直接関与する廃棄物中の炭素，水素，酸素および水分を求め、これを基に、酸素消費量，潜熱量，廃棄物量（処理量）を算出することができる。本発明は、このときの算出基準として燃焼空気の単位供給量を用いることによって、当該燃焼空気の単位供給量当りの酸素消費量，潜熱量，廃棄物処理量を算出し、処理された廃棄物量当りの発熱量（推算発熱量Ａ）を算出することを可能とした。性状等の変動要素の多い廃棄物であっても、当該燃焼空気の単位供給量当りの各算出値から算出されることによって、こうした変動要素が反映された発熱量を推定することができる。つまり、燃焼処理される廃棄物に特別な処理を施すことなく、また特殊な装置を用いることなく、現在燃焼している廃棄物の発熱量を、精度よく連続して測定することが可能となった。
【０００９】
本発明は、上記廃棄物の発熱量推算方法であって、所定量の廃棄物を燃焼処理するプロセスにおいて、以下の手順に基づき、該廃棄物を燃焼させた推算発熱量Ｂを算出するとともに、前記推算発熱量Ａと対比し、最適推算発熱量を設定することを特徴とする。
（Ｔ１）排ガス中の酸素および水分の成分濃度を測定する。
（Ｔ２）測定された前記酸素成分濃度から、実測空気過剰率を算出する。
（Ｔ３）予め設定された空気過剰率および燃焼ガス中の水分量を指標とする廃棄物の発熱量との相関に、実測された前記水分量および実測空気過剰率を適用し、推算発熱量Ｂを算出する。
上記のように、廃棄物の発熱量は、燃焼ガス中の水分量と相関を有する一方、燃焼空気の供給量つまり空気過剰率の影響を大きく受ける。本発明は、こうした廃棄物の発熱量推算の大きな変動要素である空気過剰率を、排ガス中の酸素成分濃度を測定して実測値として算出することによって、予め設定された空気過剰率を指標として、燃焼ガス中の水分量との相関から発熱量を推算することを可能とした（推算発熱量Ｂ）。ここでは、こうした推算発熱量Ｂを一次推算値として、さらに上記推算発熱量Ａと対比し、最適推算発熱量を設定することによって、より精度の高い発熱量を推算することが可能となった。上記推算発熱量Ａが、排ガス中の成分濃度等から遡り、燃料となる廃棄物の組成に基づき算出された上流側の情報からの推算値とすれば、推算発熱量Ｂは、燃焼後の排ガスに係る情報に基づき算出された下流側の情報からの推算値といえる。こうした異なる基点から算出された推算発熱量によって、より正確な発熱量を推算することができる。
【００１０】
本発明は、上記廃棄物の発熱量推算方法であって、投入された貯留ピットまたはホッパへの投入時または該貯留ピットまたはホッパ内での移送時に、燃焼処理される廃棄物の供給量を測定するとともに、該貯留ピットまたはホッパ内を画像モニタによって撮影し、画像情報から廃棄物の特性および嵩容積を推算し、燃焼処理された廃棄物の比重および特性から、該廃棄物の推算発熱量Ｃを算出し、前記推算発熱量Ａまたは／および推算発熱量Ｂと対比し、最適推算発熱量を設定することを特徴とする。
上記のように、燃焼処理される廃棄物の比重のみ、あるいは廃棄物の色の濃淡情報のみでは精度の高い発熱量の推算は難しい一方、こうした測定値は、時々刻々変化する廃棄物の性状を得ることができる重要な指標である。また、発熱量推算の大きな要素である廃棄物の比重は、刻々変化する状態での正確な測定は困難であった。本発明は、こうした廃棄物の発熱量推算の大きな変動要素を、精度良く測定することができる廃棄物の供給量および画像情報から得られる精度の高い嵩容積から比重を推算するとともに、画像情報から得られた廃棄物の質（ごみ質）を推算し、これらを予め設定された指標を基に推算することによって、燃焼炉に供給される廃棄物の発熱量を推算することを可能とした（推算発熱量Ｃ）。ここでは、こうした推算発熱量Ｃを一次推算値として、さらに上記推算発熱量Ａまたは／および推算発熱量Ｂと対比し、最適推算発熱量を設定することによって、より精度の高い発熱量を推算することが可能となった。上記推算発熱量Ａとともに、上流側の情報からの推算値といえる。こうした異なる基点から算出された推算発熱量によって、より正確な発熱量を推算することができる。
【００１１】
本発明は、上記廃棄物の発熱量推算方法を用いた廃棄物処理装置であって、少なくとも、廃棄物の供給量測定部，燃焼空気の供給量測定部および排ガス中の酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度測定部を有し、前記いずれかの発熱量推算方法によって設定された最適推算発熱量を用いて、焼却炉に投入される廃棄物，燃焼空気および助燃材の供給量を制御することを特徴とする。
こうした構成によって、燃焼処理される廃棄物に特別な処理を施すことなく、また特殊な装置を用いることなく、現在燃焼している廃棄物の発熱量を、精度よく連続して測定することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る廃棄物処理装置の基本構成例を示す概略図
【図２】本発明に係る発熱量推算方法の基本的な実施手順を例示する概略図
【図３】水分濃度−推算発熱量Ｂとの相関図を例示する概略図
【図４】廃棄物の画像情報を例示する概略図
【図５】従前の火格子式焼却炉および燃焼制御装置を例示する概略図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る廃棄物処理装置（以下「本処理装置」という）は、少なくとも、廃棄物の供給量測定部，燃焼空気の供給量測定部および排ガス中の酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度測定部を有し、前記いずれかの推算方法によって設定された最適推算発熱量を用いて、焼却炉に投入される廃棄物，燃焼空気および助燃材の供給量を制御することを特徴とする。このとき、本処理装置に適用される本発明の廃棄物の発熱量推算方法（以下「本推算方法」という）は、所定量の廃棄物を燃焼処理するプロセスにおいて、以下の手順に基づき、該廃棄物を燃焼させた推算発熱量Ａを算出することを特徴とする。
（Ｓ１）排ガス中の酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度を測定する。
（Ｓ２）測定された前記各成分濃度から、窒素成分濃度を算出する。
（Ｓ３）算出された窒素成分濃度を基に燃焼空気中の窒素成分濃度に対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた前記酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度を算出する。
（Ｓ４）換算された前記酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度から、燃焼処理に用いられた燃焼空気の単位供給量当りの酸素消費量を算出する。
（Ｓ５）算出された前記酸素消費量から、燃焼空気の単位供給量当りの、該燃焼処理において生成した二酸化炭素および水分に係る発熱量、該生成水分量と前記廃棄物中に含まれていた水分量の総量からの潜熱量を算出する。
（Ｓ６）燃焼処理された廃棄物の供給量から、燃焼空気の単位供給量当りの処理された廃棄物量を算出する。
（Ｓ７）算出された前記発熱量，前記潜熱量および廃棄物量から、処理された廃棄物量当りの推算発熱量Ａを算出する。
以下、本発明に係る廃棄物の発熱量推算方法および廃棄物処理装置の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
＜本発明に係る廃棄物処理装置の基本構成例＞
図１は、本処理装置の構成例を示す。本処理装置には、廃棄物Ｗが貯留される貯留ピット１，貯留ピット１内の廃棄物Ｗが移送手段１ａ（例えばクレーン等）によって投入されるホッパ２，およびホッパ２に投入された廃棄物Ｗが廃棄物供給装置４によって給送されるストーカ３が設けられる。ストーカ３は、往復移動駆動されて廃棄物Ｗを炉本体１０に送給する。炉本体１０には、ストーカ３の上部に設けられた一次燃焼ゾーン１０Ａ，さらにその上部の二次燃焼ゾーン１０Ｂ，ストーカ３および一次燃焼ゾーン１０Ａに一次燃焼空気を供給する一次燃焼空気供給装置５，二次燃焼ゾーン１０Ｂに二次燃焼空気を供給する二次燃焼空気供給装置６，塵灰Ｄを排出する灰排出部７，および炉内の排ガスＥを排出する排ガス排出部８が設けられる。
【００１５】
ストーカ３に送られた廃棄物Ｗは、一次燃焼ゾーン１０Ａにおいて、燃焼により生じる高温燃焼ガスによって乾燥され、一次燃焼空気によって、部分燃焼され、さらに完全燃焼される。燃焼によって発生するガスは、水分（Ｈ２Ｏ，廃棄物Ｗ中に含まれていた水分の蒸発による水蒸気を含む）、乾留によって生じる炭化水素ガス（ＨＣ）、不完全燃焼によって生じる一酸化炭素（ＣＯ）や完全燃焼による二酸化炭素（ＣＯ２）等である。一次燃焼ゾーン１０Ａでの未燃物または不完全燃焼物は、二次燃焼ゾーン１０Ｂにおいて、その下部，中部，上部に供給される二次燃焼空気によって、完全燃焼される。燃焼によって発生した塵灰Ｄは、灰排出部７から排出され、炉内の排ガスＥは、排ガス排出部８から排出される。なお、高温条件での燃焼において発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）や廃棄物Ｗ中に含まれる塩素や硫黄等を起源とする塩素化合物や硫黄酸化物（ＳＯｘ）等は微量であり、発熱量に与える影響が少ないことから、ここでは直接的には触れない。
【００１６】
本処理装置には、少なくとも、（ａ）廃棄物の供給量測定部，（ｂ）燃焼空気の供給量測定部および（ｃ）排ガス中のＯ２，ＣＯ２およびＨ２Ｏの成分濃度測定部が設けられる。以下、各測定部の本処理装置における意義を説明する。
【００１７】
（ａ）廃棄物の供給量測定部
ホッパ２に投入される廃棄物Ｗの量と質を測定するセンサ部として、廃棄物投入重量検出センサ１２とレーザ距離計１３とが設けられている。レーザ距離計１３により、廃棄物Ｗの表面までの距離を測定して、投入される廃棄物Ｗの体積を測定する。廃棄物投入重量検出センサ１２は、廃棄物Ｗの重量を測定する。廃棄物Ｗの体積と重量を検出することによって、廃棄物Ｗの比重の変化を所定時間間隔で検出することができる。既述のように、廃棄物Ｗの比重が分かれば、廃棄物Ｗの質（水分量等）を予測することができる。
【００１８】
（ｂ）燃焼空気の供給量測定部
燃焼空気は、一次燃焼ゾーン１０Ａにおいては、ストーカ３に載置され移送される廃棄物Ｗの最適な燃焼状態を形成されるように、一次燃焼空気供給装置５から複数段に分けて供給される。例えば、乾燥ステップ，燃焼ステップおよび後燃焼ステップの順に、各ステップにおける廃棄物Ｗの量（容積）や表面温度および燃焼ガスの流量等をモニタしながら、それぞれの燃焼空気の供給量が制御される。さらに、二次燃焼ゾーン１０Ｂにおいては、一次燃焼ゾーン１０Ａにおいて未燃または不完全燃焼した成分の完全燃焼とともに、排ガスＥの冷却処理あるいは希釈処理を行うために、二次燃焼空気供給装置６から複数段に分けて供給される。例えば、二次燃焼ゾーン１０Ｂの上部および下部（さらに中部）から、排ガス中の成分濃度（詳細は後述）や温度および排ガスＥの流量等をモニタしながら、それぞれの燃焼空気の供給量が制御される。ここで、燃焼空気の供給量とは、一次燃焼空気供給装置５および二次燃焼空気供給装置６の各段に設けられた流量計（図示せず）によって測定された、これらの総流量をいう。該流量計として、例えば流量制御機能付流量計を用いることができる。また、本処理装置の構成例においては、一次燃焼ゾーン１０Ａに、ガス流れ方向に関するセンサ部として、ガス流速計１７が設けられ、温度分布に関するプロセスデータを検出するセンサ部として、赤外線放射温度計１８が設けられ、炉本体１０の終端には、燃焼に伴うエネルギーに相当する蒸発量を測定するセンサとして、蒸気流量を測定する蒸気流量計１９が設けられる。
【００１９】
（ｃ）排ガス中の成分濃度測定部
炉本体１０内には、廃棄物Ｗの燃焼状態および燃焼結果を検出するセンサ部が設けられている。具体的には、Ｏ２濃度計１４、ＣＯ２濃度計１５、Ｈ２Ｏ濃度計１６が二次燃焼ゾーン１０Ｂ、一次燃焼ゾーン１０Ａの少なくとも一方に設けられている（図１では二次燃焼ゾーン１０Ｂのみに設けた例を示す）。ここで、Ｏ２濃度計１４、ＣＯ２濃度計１５、Ｈ２Ｏ濃度計１６としては、レーザ発信器（図示せず）が波長をスキャンしながら強さ一定のレーザ光を炉本体１０内のガスに照射し、レーザ受信器によって残存のレーザ光を測定することにより、当該ガスの成分濃度や温度を検出する方式を採用することが好ましい。測定対象となる排ガスを、非接触で検出できるとともに同一部位における検出情報を同時に得ることができる点において好適である。また、各ガスの成分濃度を検出する公知のセンサを使用しても良い。排ガス中の各成分濃度から、燃焼された廃棄物Ｗの組成を推算することができるとともに、燃焼空気の供給量との関係から廃棄物Ｗの発熱量を推算することができる。なお、以下各成分濃度について、個別には酸素成分濃度を酸素濃度、窒素成分濃度を窒素濃度、等ということがある。
【００２０】
＜本発明に係る発熱量推算方法＞
本推算方法は、上記本処理装置に適用され、以下の手順（Ｓ１）〜（Ｓ７）に基づき算出される推算発熱量Ａを基本とする。また、推算発熱量Ａを、後述する手順（Ｔ１）〜（Ｔ３）に基づき算出される推算発熱量Ｂおよび／または後述する手順（Ｕ１）〜（Ｕ３）に基づき算出される推算発熱量Ｃとの対比により、最適推算発熱量を設定することを特徴とする。異なる基点から算出された推算発熱量を対比することによって、より正確な発熱量を推算することができる。
【００２１】
〔推算発熱量Ａの算出〕
廃棄物Ｗの推算発熱量Ａは、具体的には、図２に例示するように、以下の手順（Ｓ１）〜（Ｓ７）に基づき算出される。燃焼直後の排ガス組成から、燃料となる廃棄物Ｗの発熱量に直接関与する廃棄物中の炭素，水素，酸素および水分を求め、これを基に、酸素消費量，潜熱量，廃棄物量（処理量）を算出する。このときの算出基準として燃焼空気の単位供給量を用い、当該燃焼空気の単位供給量当りの酸素消費量，潜熱量，廃棄物処理量を算出することによって、性状等の変動要素の多い廃棄物Ｗであっても、こうした変動要素が反映された推算発熱量Ａを精度良く推定することができる。
【００２２】
（Ｓ１）排ガス中の酸素，二酸化炭素，水分の成分濃度の測定
本処理装置における上記Ｏ２濃度計１４、ＣＯ２濃度計１５、Ｈ２Ｏ濃度計１６の検出情報から、排ガス中の酸素濃度Ｃｏ，二酸化炭素濃度Ｃｄ，水分濃度Ｃｗが測定される。各測定値は、レーザ式検出法のように連続値として得られることが好ましい。
【００２３】
（Ｓ２）測定された各成分濃度からの窒素濃度の算出
下式１に基づき、上記酸素濃度Ｃｏ，二酸化炭素濃度Ｃｄ，水分濃度Ｃｗから、排ガス中の窒素（Ｎ２）濃度Ｃｎを算出する。
Ｃｎ＝１００−（Ｃｏ＋Ｃｄ＋Ｃｗ）［％］    …式１
このとき、廃棄物Ｗ中に炭素や水素以外の成分で、燃焼によって排ガス中の成分ガスの一部として存在する成分（例えば窒素や塩素等）があり、無視できないレベルの場合（例えば気化等によって排ガス中に約１％以上となる場合）には、その成分濃度を予め概算し（例えばＣｘとし）、Ｃｎから減じることが好ましい（Ｃｎ’＝Ｃｎ−Ｃｘ）。
【００２４】
（Ｓ３）算出された窒素濃度を基に燃焼空気中の窒素濃度に対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度を算出する。
（Ｓ３-１）燃焼空気中の窒素濃度に対する換算係数の算出
燃焼反応前後において不変の要素である窒素を基準に、これを燃焼空気供給時の分圧（基準窒素濃度Ｔｎ：燃焼空気を１００としたとき７９）に換算する係数（換算係数）ｔを、下式２に基づき算出する。
ｔ＝Ｔｎ（＝７９）／Ｃｎ      …式２
ただし、上記同様、廃棄物Ｗ中の窒素成分が無視できないレベルの場合には、Ｃｎ’基準として（Ｔｎ＝７９／Ｃｎ’）によって換算値を求める。
（Ｓ３-２）酸素，二酸化炭素，水分の換算成分濃度の算出
酸素，二酸化炭素，水分の各成分濃度に換算係数ｔを乗じた酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度を算出する。下式３に基づき、それぞれ、換算酸素濃度Ｔｘ，換算二酸化炭素濃度Ｔｄ，換算水分濃度Ｔｗを算出する。このとき、各数値は、燃焼空気の単位供給量当りの酸素量，二酸化炭素量および水分量となる。
Ｔｘ＝Ｃｏ×ｔ，Ｔｄ＝Ｃｄ×ｔ，Ｔｗ＝Ｃｗ×ｔ    …式３
【００２５】
（Ｓ４）燃焼空気の単位供給量当りの酸素消費量の算出
燃焼空気中の酸素濃度（基準酸素濃度）Ｔｏを基に、下式４に基づき、換算された換算酸素濃度Ｔｘから、燃焼処理に用いられた燃焼空気の単位供給量当りの酸素消費量Ｄｏを算出する。
Ｄｏ＝Ｔｏ−Ｔｘ              …式４
ここで、Ｔｏ＝（１００−Ｔｎ）であり、２１［％］に置き換えることができる。
【００２６】
（Ｓ５）算出された酸素消費量から、燃焼空気の単位供給量当りの、燃焼処理において生成した二酸化炭素および水分に係る発熱量、生成水分量と廃棄物中に含まれていた水分量の総量からの潜熱量を算出する。
（Ｓ５−１）燃焼空気の単位供給量当りの二酸化炭素および水分に係る発熱量の算出
算出された酸素消費量Ｄｏから、燃焼空気の単位供給量当りの、該燃焼処理において生成した二酸化炭素に係る発熱量Ｈｄおよび水分に係る発熱量Ｈｗを算出する。つまり、廃棄物Ｗ中の炭素成分および水素成分の完全燃焼に要する酸素総量が酸素消費量Ｄｏとなり、そのうち炭素成分によって消費される酸素量は、下反応式１から換算二酸化炭素濃度Ｔｄと同量であり、残量が水素成分によって消費される酸素量となる（下反応式２）。つまり
また、反応式１および２におけるＨｃおよびＨｈは、各反応による反応熱（発熱量）を示す。
Ｃ＋Ｏ２   → ＣＯ２ ＋Ｈｃ    …反応式１
４Ｈ＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ＋Ｈｈ   …反応式２
従って、発熱量ＨｄおよびＨｗは、発熱量ＨｃおよびＨｈを基に、下式５，６により算出することができる。
Ｈｄ＝Ｈｃ×Ｔｄ    …式５
Ｈｗ＝Ｈｈ×（Ｄｏ−Ｔｄ）    …式６
（Ｓ５−２）水分量の総量からの潜熱量の算出
水の潜熱Ｌｏを基に、下式７に基づき、燃焼生成水分量と廃棄物中に含まれていた水分量の総量Ｔｗの潜熱量Ｌｗを算出する。
Ｌｗ＝Ｌｏ×Ｔｗ              …式７
【００２７】
（Ｓ６）燃焼空気の単位供給量当りの廃棄物量の算出
燃焼処理された廃棄物Ｗの供給量Ｗｉおよびそのときの燃焼空気の供給量Ａｉから、下式８に基づき、燃焼空気の単位供給量当りの処理された廃棄物量（換算廃棄物量）Ｗｏを算出する。
Ｗｏ＝Ｗｉ／Ａｉ              …式８
【００２８】
（Ｓ７）推算発熱量Ａの算出
算出された発熱量（Ｈｄ＋Ｈｗ），潜熱量Ｌｗおよび廃棄物量Ｗｏから、下式９に基づき、処理された廃棄物量当りの推算発熱量Ａを算出する。
Ａ＝（Ｈｄ＋Ｈｗ−Ｌｗ）／Ｗｏ  …式９
このとき、算出された推算発熱量Ａは、燃焼空気の単位供給量当りの数値であり、実測の燃焼空気の供給量を用いることによって、廃棄物Ｗの単位供給量当りの単位時間の推算発熱量Ａに変換することができる。廃棄物Ｗの質（特性）に対する客観性の高い評価値とすることができる。
【００２９】
以上の手順を、具体的に以下のような条件を設定した場合について追跡した例を、下表１に示す。ここでは、炭素成分の発熱量＝３９３．５ｋＪ／ｍｏｌ，水素成分の発熱量＝５７１．７ｋＪ／ｍｏｌ，燃焼空気の組成として窒素濃度Ｔｎ＝７９，酸素濃度Ｔｏ＝２１を前提とし、廃棄物Ｗの供給量Ｗｉ＝６，０００ｋｇ／ｈ，燃焼空気の供給量Ａｉ＝２５，０００Ｎｍ３／ｈ，排ガス中の酸素濃度Ｃｏ＝６．０％，二酸化炭素濃度Ｃｄ＝１０．０％，水分濃度Ｃｗ＝２０．０％と仮定した。推算発熱量Ａとして、約８，３００ｋＪ／ｋｇの算出結果を得た。
【００３０】
【表１】
0006342367.tif 000002
【００３１】
〔推算発熱量Ｂの算出〕
廃棄物Ｗの推算発熱量Ｂは、具体的には、以下の手順（Ｔ１）〜（Ｔ３）に基づき算出される。排ガス中の酸素成分濃度から廃棄物Ｗの発熱量推算において大きな変動要素である空気過剰率を実測値として算出し、予め設定された空気過剰率を指標とすることによって、燃焼ガス中の水分量との相関から推算発熱量Ｂを算出する。推算発熱量Ａが、排ガス中の成分濃度等から遡り、燃料となる廃棄物の組成に基づき算出された上流側の情報からの推算値とすれば、推算発熱量Ｂは、燃焼後の排ガスに係る情報に基づき算出された下流側の情報からの推算値といえる。
【００３２】
（Ｔ１）排ガス中の酸素および水分の成分濃度の測定
本処理装置における上記Ｏ２濃度計１４およびＨ２Ｏ濃度計１６の検出情報から、排ガス中の酸素濃度Ｃｏおよび水分濃度Ｃｗが測定される。各測定値は、レーザ式検出法のように連続値として得られることが好ましい。
【００３３】
（Ｔ２）実測空気過剰率の算出
測定された酸素濃度Ｃｏから、上記下式１０に基づき、実測空気過剰率λｏを算出する。
λｏ＝Ｔｏ（＝２１）／（Ｔｏ−Ｃｏ）    …式１０
【００３４】
（Ｔ３）推算発熱量Ｂの算出
予め設定された空気過剰率λと燃焼ガス（排ガス）中の水分量（濃度）を指標とする廃棄物の発熱量との相関に、実測された水分濃度Ｃｗおよび実測空気過剰率λｏを適用し、推算発熱量Ｂを算出する。具体的には、予め基準となる廃棄物Ｗを設定し、例えば図３に例示するような、実測空気過剰率を指標とした水分濃度−推算発熱量Ｂとの相関図を準備し、実測された水分濃度Ｃｗおよび実測空気過剰率λｏを適用することによって、推算発熱量Ｂを得ることができる。基準となる廃棄物Ｗの性状（質）により複数の相関図を準備することによって、より精度の高い推算発熱量Ｂを算出することができる。また、相関図に代えて、実測空気過剰率を指標とした水分濃度−推算発熱量Ｂとの相関関数を準備し、実測された水分濃度Ｃｗおよび実測空気過剰率λｏを適用することによって、推算発熱量Ｂを算出することができる。
【００３５】
以上の手順を、具体的に上表１の条件において適用する。酸素濃度Ｃｏ＝６．０であることから、下式１１に基づき、実測空気過剰率λｏ＝１．４０となる。
λｏ＝２１．０／（２１．０−６．０）＝１．４０    …式１１
図３に例示された相関図において、相関曲線（ｆ１とｆ２）に、実測空気過剰率λｏ＝１．４０および水分濃度Ｃｗ＝２０．０％と適用すると、推算発熱量Ｂとして、約８，５００ｋＪ／ｋｇの算出結果を得た。
【００３６】
〔推算発熱量Ｃの算出〕
廃棄物Ｗの推算発熱量Ｃは、燃焼処理される廃棄物Ｗの比重の算出および質（ごみ質）の推算を行い、予め設定された比重および質と発熱量との相関から推算される。投入された貯留ピット１またはホッパ２への投入時または該貯留ピット１またはホッパ２内での移送時に、燃焼処理される廃棄物Ｗの供給量Ｗｉを測定するとともに、貯留ピット１またはホッパ２内を画像モニタ１３によって撮影し、画像情報から廃棄物Ｗの特性と嵩容積Ｖｉを推算し、予め設定された指標を基に、廃棄物Ｗの比重Ｇｉおよび特性から、廃棄物Ｗの推算発熱量Ｃを算出する。精度良く測定することができる廃棄物Ｗの供給量Ｗｉおよび画像情報から得られる精度の高い嵩容積Ｖｉと廃棄物Ｗの質を基に、発熱量推算の大きな変動要素に影響されずに、廃棄物Ｗの発熱量を推算することができる（推算発熱量Ｃ）。推算発熱量Ａ同様、上流側の情報からの推算値といえる。以下では、画像情報として色合い[Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）]情報が得られるとともに、廃棄物Ｗの質について予め設定された指標として、ＲＧＢに対する単位表面積当たりの発熱量が設定されている場合について説明するが、これに限定されるものでないことはいうまでもない。画像情報として濃淡のみの情報を得て、これを予め設定された濃淡と発熱量の相関から発熱量を推算する場合等を挙げることができる。
【００３７】
以上の手順を、上表１の条件の廃棄物Ｗに適用する。ホッパ２に投入された廃棄物Ｗについて、画像情報から、嵩容積Ｖｉが、１０，０００Ｌであり、色合いＲＧＢが、図４に例示するように分布されていると読み取れたと仮定する。図４では、縦４列横３行の領域に分割した場合について、各領域［１，１］〜［３，４］における色合いを５段階表示（Ｒ，Ｇ，Ｂ）で示した。
このとき、
（ｉ）廃棄物Ｗの比重Ｇ＝Ｗｉ／Ｖｉ＝０．６となる。
（ii）画像情報を単位表面積に分割し、予め設定された発熱量／ＲＧＢとの相関を基に、各単位でのＲＧＢから各単位表面積当たりの発熱量Ｈｎを求める。
（iii）得られた各発熱量Ｈｎを表面積全体で積算した後（Σ（ｎ＝１〜ｍ）Ｈｎ）、これを表面積で除算して単位表面積当りの平均発熱量Ｈｍを求める（実質的には単位容積当りの発熱量となる）。上表１の条件における実測によれば、約０．５２ｋＪ／ｍ３であった。
（iｖ）測定した廃棄物Ｗの単位重量当りの推算発熱量Ｃを、下式１２より算出する。
Ｃ＝Ｈｍ×Ｖｉ／Ｇ＝０．５２×１０，０００／０．６＝８，６７０    …式１２
推算発熱量Ｃとして、約８，６７０ｋＪ／ｋｇの算出結果を得た。
【００３８】
〔最適推算発熱量の設定〕
本推算方法は、上記推算発熱量Ａを基本とし、または、推算発熱量Ａおよび／または推算発熱量Ｂおよび／または推算発熱量Ｃとの対比により、最適推算発熱量を設定する。設定値は、予め特定された廃棄物の特性あるいは本処理装置の燃焼特性等を考慮して設定される。各推算発熱量の内のいずれかが最適推算発熱量として設定される場合、または各推算発熱量の単純平均値や荷重平均値等を算出することによって、より正確な廃棄物Ｗの発熱量を推算することができる。
【００３９】
以上のように、本発明に係る廃棄物の発熱量推算方法およびこれを用いた廃棄物処理装置によって、以下のような優れた技術的効果を得ることが可能となった。
（ｉ）燃焼処理される廃棄物に特別な処理を施すことなく、また特殊な装置を用いることなく、現在燃焼している廃棄物の発熱量を、精度よく連続して推算することが可能となった。
（ii）現在燃焼している廃棄物の発熱量を連続的に推算することができることによって、異常燃焼などの過渡応答にも自動運転のまま対応することが可能となった。
（iii）発電設備を有する廃棄物処理施設では、こうした廃棄物の発熱量を遅滞なく連続して推算することにより、最適な燃焼制御が実現できるため、蒸発量の安定と排ガス量の最小化により発電効率の向上を図ることが可能となった。
（iｖ）こうした発熱量推算方法は、既設の施設にも安価で容易に適用することができるため、広い範囲に適用することができる。
（ｖ）廃棄物処理施設の運転が容易になるため、運転員の資質に依存する必要がなく、また人員の削減による省力化を図ることが可能となった。
【符号の説明】
【００４０】
１    貯留ピット
１ａ  移送手段
２    ホッパ
３    ストーカ
４    廃棄物供給装置
５    一次燃焼空気供給装置
６      二次燃焼空気供給装置
７      灰排出部
８      排ガス排出部
１０    燃焼炉本体
１０Ａ  一次燃焼ゾーン
１０Ｂ  二次燃焼ゾーン
１２    廃棄物投入重量検出センサ
１３    レーザ距離計
１４    Ｏ２濃度計
１５    ＣＯ２濃度計
１６    Ｈ２Ｏ濃度計
１７    ガス流速計
１８    赤外線放射温度計
１９    蒸気流量計
Ｄ      塵灰
Ｅ      排ガス
Ｗ      廃棄物
【図１】
0006342367.tif 000003
【図２】
0006342367.tif 000004
【図３】
0006342367.tif 000005
【図４】
0006342367.tif 000006
【図５】
0006342367.tif 000007