(57)【要約】【課題】  廃棄物をガス化・溶融する廃棄物ガス化溶融炉において、短い周期でストックレベルを把握することのできるストックレベル推定方法、ストックレベル推定プログラム、ストックレベル推定装置及び廃棄物ガス化溶融炉の運転方法を提供する。【解決手段】  堆積層を複数の層よりなる堆積モデルとして表わし、所定周期毎に新たな層を堆積モデルの最上部に生成して当該新たな層に所定周期内に炉内に装入された投入物に関する情報を関連付ける投入層生成ステップと、所定周期毎に羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の投入物に関する情報を更新しまたは最下層に位置する層を消去する溶融層処理ステップと、層毎に層厚を算出する層厚算出ステップと、層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップと、を備えたシミュレーションモデルに基づいてストックレベルを推定する推定方法である。【選択図】    図４
2005291630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉の装入口から炉本体内に廃棄物及び溶融補助資材を投入し，炉下部に高温反応帯が形成されて該高温反応帯の上に廃棄物層が形成され、前記高温反応帯に酸素含有ガスを吹き込む羽口を有し、前記廃棄物を熱分解してその熱分解残渣を溶融し、該溶融物を出滓口から排出させる廃棄物ガス化溶融炉のストックレベルを推定する方法であって、
炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定することを特徴とするストックレベル推定方法。
【請求項２】
前記モデルは、
所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成ステップと、
前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成ステップと、
前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去ステップと、
前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップと
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のストックレベル推定方法。
【請求項３】
前記モデルは、
前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、
所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成ステップと、
所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理ステップと、
前記層毎に層厚を算出する層厚算出ステップと、
前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップと
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のストックレベル推定方法。
【請求項４】
前記モデルは、
前記層毎に、層の下境界面から入力される発生ガスに関する情報に基づいて演算を行って、当該層に残存する前記投入物に関する情報と、当該層の上境界面から出力される発生ガスに関する情報とを求める乾留層演算ステップを更に備えたことを特徴とする請求項３に記載のストックレベル推定方法。
【請求項５】
前記層厚算出ステップは、
前記層に残存する前記それぞれの投入物の重量、嵩密度及び炉の内径形状に関する情報とに基づいて層厚を算出することを特徴とする請求項３または４に記載のストックレベル推定方法。
【請求項６】
炉の装入口から炉本体内に廃棄物及び溶融補助資材を投入し，炉下部に高温反応帯が形成されて該高温反応帯の上に廃棄物層が形成され、前記高温反応帯に酸素含有ガスを吹き込む羽口を有し、前記廃棄物を熱分解してその熱分解残渣を溶融し、該溶融物を出滓口から排出させる廃棄物ガス化溶融炉のストックレベルを推定するプログラムであって、
炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定するステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項７】
前記モデルは、
所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成ステップと、
前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成ステップと、
前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去ステップと、
前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップと
をコンピュータに実行させる請求項６に記載のプログラム。
【請求項８】
前記モデルは、
前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、
所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成ステップと、
所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理ステップと、
前記層毎に層厚を算出する層厚算出ステップと、
前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップと
をコンピュータに実行させる請求項６に記載のプログラム。
【請求項９】
前記モデルは、
前記層毎に、層の下境界面から入力される発生ガスに関する情報に基づいて演算を行って、当該層に残存する前記投入物に関する情報と、当該層の上境界面から出力される発生ガスに関する情報とを求める乾留層演算ステップを更にコンピュータに実行させる請求項８に記載のプログラム。
【請求項１０】
炉の装入口から炉本体内に廃棄物及び溶融補助資材を投入し，炉下部に高温反応帯が形成されて該高温反応帯の上に廃棄物層が形成され、前記高温反応帯に酸素含有ガスを吹き込む羽口を有し、前記廃棄物を熱分解してその熱分解残渣を溶融し、該溶融物を出滓口から排出させる廃棄物ガス化溶融炉のストックレベル推定装置であって、
炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定する手段を備えたことを特徴とするストックレベル推定装置。
【請求項１１】
前記モデルは、
所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成手段と、
前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成手段と、
前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去手段と、
前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算手段と
を備えたことを特徴とする請求項１０に記載のストックレベル推定装置。
【請求項１２】
前記モデルは、
前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、
所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成手段と、
所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理手段と、
前記層毎に層厚を算出する層厚算出手段と、
前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算手段と
を備えたことを特徴とする請求項１０に記載のストックレベル推定装置。
【請求項１３】
請求項１乃至５の内いずれか１項に記載のストックレベル推定方法を使用してストックレベルを推定し、
前記ストックレベルが第１の所定レベルよりも低くなった場合は、前記投入物の増量、前記酸素含有ガスの増量の少なくとも１つの操作を実行し、
前記ストックレベルが第２の所定レベルよりも高くなった場合は、前記投入物の減量、前記酸素含有ガスの減量の少なくとも１つの操作を実行すること
を特徴とする廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物をガス化・溶融する廃棄物ガス化溶融炉において、溶融炉内のストックレベルを把握する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物ガス化溶融炉では、廃棄物を炉上部からコークス・石灰石などの溶融補助資材と共に炉内に投入する。これら投入物は、炉内に堆積し炉下部からの高温ガスにより乾留・昇温されつつ炉内を降下し、最終的には投入物の灰分が１５００〜１６００℃程度の溶融したスラグとなって系外に排出される。このスラグ温度が高い場合には、炉底部耐火物の消耗速度が速くなり、スラグ温度が低い場合には、スラグの粘性低下によりスラグの排出が滞って操業維持が困難となる恐れがある。
【０００３】
一方、投入物の積み上げ高さ（以下、ストックレベルという）は、装入物の炉内滞留時間と関係があり、炉内滞留時間は装入物の昇温に影響するため、スラグ温度が影響を受ける。従ってストックレベルを常に正しく把握し、ストックレベルを安定化させることは操業状態を安定化させる上で重要である。
【０００４】
従来、ストックレベルを計測するために分銅を落下させる方式のサウンジング式レベル計（以下、サウンジングという）が使用されているが、炉内の熱と腐食性ガスによりサウンジングの重錘を吊り下げる索体の寿命が短く、測定も１５分ピッチでの計測が限界という問題が指摘されていた。そこで、ストックレベル測定時に索体に向けて散水する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１７２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の技術では、サウンジングの寿命を延長することができるが、メンテナンスを不要とできるわけではない。また、冷却を施すことにより炉内における熱影響が緩和されるため、測定間隔を短くすることができるものの、その測定間隔は廃棄物の一般的な投入周期（連続〜５分周期）と比べて長い。従って、きめ細かくストックレベルを監視し制御するためには不十分であった。
【０００６】
ストックレベルの計測にサウンジングではなく、連続的にストックレベルを計測できるマイクロ波レーダーを用いる方法等もあるが、ダストによる計測精度の低下やコスト面に解決すべき課題を有している。
【０００７】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたもので、廃棄物をガス化・溶融する廃棄物ガス化溶融炉において、短い周期でストックレベルを把握することのできるストックレベル推定方法、ストックレベル推定プログラム、ストックレベル推定装置及び廃棄物ガス化溶融炉の運転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】
【０００８】
上記課題を解決するための、本発明に係る請求項１に記載のストックレベル推定方法は、炉の装入口から炉本体内に廃棄物及び溶融補助資材を投入し，炉下部に高温反応帯が形成されて該高温反応帯の上に廃棄物層が形成され、前記高温反応帯に酸素含有ガスを吹き込む羽口を有し、前記廃棄物を熱分解してその熱分解残渣を溶融し、該溶融物を出滓口から排出させる廃棄物ガス化溶融炉のストックレベルを推定する方法であって、炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定する。
【０００９】
また本発明に係る請求項２に記載のストックレベル推定方法は、上記記載の発明であるストックレベル推定方法において、前記モデルは、所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成ステップと、前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成ステップと、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去ステップと、前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップとを備えた。
【００１０】
また本発明に係る請求項３に記載のストックレベル推定方法は、上記記載の発明であるストックレベル推定方法において、前記モデルは、前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成ステップと、所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理ステップと、前記層毎に層厚を算出する層厚算出ステップと、前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップとを備えた。
【００１１】
また本発明に係る請求項４に記載のストックレベル推定方法は、上記記載の発明であるストックレベル推定方法において、前記モデルは、前記層毎に、層の下境界面から入力される発生ガスに関する情報に基づいて演算を行って、当該層に残存する前記投入物に関する情報と、当該層の上境界面から出力される発生ガスに関する情報とを求める乾留層演算ステップを更に備えた。
【００１２】
また本発明に係る請求項５に記載のストックレベル推定方法は、上記記載の発明であるストックレベル推定方法において、前記層厚算出ステップは、前記層に残存する前記それぞれの投入物の重量、嵩密度及び炉の内径形状に関する情報とに基づいて層厚を算出する。
【００１３】
また本発明に係る請求項６に記載のプログラムは、炉の装入口から炉本体内に廃棄物及び溶融補助資材を投入し，炉下部に高温反応帯が形成されて該高温反応帯の上に廃棄物層が形成され、前記高温反応帯に酸素含有ガスを吹き込む羽口を有し、前記廃棄物を熱分解してその熱分解残渣を溶融し、該溶融物を出滓口から排出させる廃棄物ガス化溶融炉のストックレベルを推定するプログラムであって、炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定するステップをコンピュータに実行させる。
【００１４】
また本発明に係る請求項７に記載のプログラムは、上記記載の発明であるプログラムにおいて、前記モデルは、所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成ステップと、前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成ステップと、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去ステップと、前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップとをコンピュータに実行させる。
【００１５】
また本発明に係る請求項８に記載のプログラムは、上記記載の発明であるプログラムにおいて、前記モデルは、前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成ステップと、所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理ステップと、前記層毎に層厚を算出する層厚算出ステップと、前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップとをコンピュータに実行させる。
【００１６】
また本発明に係る請求項９に記載のプログラムは、上記記載の発明であるプログラムにおいて、前記モデルは、前記層毎に、層の下境界面から入力される発生ガスに関する情報に基づいて演算を行って、当該層に残存する前記投入物に関する情報と、当該層の上境界面から出力される発生ガスに関する情報とを求める乾留層演算ステップを更にコンピュータに実行させる。
【００１７】
また本発明に係る請求項１０に記載のストックレベル推定装置は、炉の装入口から炉本体内に廃棄物及び溶融補助資材を投入し，炉下部に高温反応帯が形成されて該高温反応帯の上に廃棄物層が形成され、前記高温反応帯に酸素含有ガスを吹き込む羽口を有し、前記廃棄物を熱分解してその熱分解残渣を溶融し、該溶融物を出滓口から排出させる廃棄物ガス化溶融炉のストックレベル推定装置であって、炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定する手段を備えたことを特徴とするストックレベル推定装置。
【００１８】
また本発明に係る請求項１１に記載のストックレベル推定装置は、上記記載の発明であるストックレベル推定装置において、前記モデルは、所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成手段と、前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成手段と、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去手段と、前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算手段とを備えた。
【００１９】
また本発明に係る請求項１２に記載のストックレベル推定装置は、上記記載の発明であるストックレベル推定装置において、前記モデルは、前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成手段と、所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理手段と、前記層毎に層厚を算出する層厚算出手段と、前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算手段とを備えた。
【００２０】
また本発明に係る請求項１３に記載の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法は、上記記載の発明であるストックレベル推定方法を使用してストックレベルを推定し、前記ストックレベルが第１の所定レベルよりも低くなった場合は、前記投入物の増量、前記酸素含有ガスの増量の少なくとも１つの操作を実行し、前記ストックレベルが第２の所定レベルよりも高くなった場合は、前記投入物の減量、前記酸素含有ガスの減量の少なくとも１つの操作を実行する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、短い周期でストックレベルを把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係るストックレベル推定方法が適用される廃棄物ガス化溶融炉の構成を示す図である。
【００２３】
シャフト型をなす廃棄物ガス化溶融炉の炉本体１の内部には、廃棄物およびコークス・石灰石などの溶融補助資材によって形成された堆積層２が充填されている。
【００２４】
炉本体１の頂部には、廃棄物およびコークス・石灰石などの溶融補助資材の装入口３が設けられており、計量装置５が、炉頂の装入口３より装入される廃棄物、コークス、石灰石等の原料を所定の混合比に計量し、投入装置６が混合された原料を炉内に投入する。
【００２５】
炉本体１の測部には温度計７が設けられ、堆積層２の上方のガス温度を測定する。また、炉本体１の側部下段には、酸素含有ガスを吹込む主羽口１０が設けられている。この主羽口１０には、主羽口送風ファン１１が接続されて所定の濃度の酸素富加空気が主羽口１０より吹き込まれる。そして、酸素含有ガスの流路には、酸素含有ガス流量計１２と酸素濃度計１３が設けられている。
【００２６】
炉本体１の炉底部近傍の側壁には、炉底に溜っている溶融物（スラグ）１５を炉内から排出するための出滓口１６が設けられている。
【００２７】
集中制御装置２０は、廃棄物ガス化溶融炉の各プロセス信号を収集し、また廃棄物ガス化溶融炉の各設備を制御するための、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を備えたＤＣＳ（Digital Control System）装置である。この集中制御装置２０には、ストックレベル推定演算用計算機２１が接続されている。ストックレベル推定演算用計算機２１は、各プロセス信号に基づいてストックレベルを算出する。
【００２８】
続いて、ガス化溶融プロセスについて説明する。
【００２９】
このガス化溶融炉では、廃棄物が炉上部からコークス・石灰石などの溶融補助資材と共に投入される。これらの投入物は、炉下部からの高温ガスにより乾留・昇温され、固定炭素分と灰分だけが、炉下部の主羽口１０の高さまで降下する。
【００３０】
主羽口送風ファン１１により送られる酸素富化空気によって、廃棄物・コークス中の固定炭素分が反応し、高温の主羽口燃焼ガスが発生する。発生した高温ガスは、炉内の投入物堆積層２を通り抜けながら上昇するが、その際、堆積層２との間で熱交換が行われる。投入物はほぼ常温で投入されるが、この熱交換や可燃ガス分燃焼による昇温により、約１００℃以下の温度域では水分が蒸発し、約１００℃〜の温度域では乾留が行われ、最終的には投入物の灰分が１５００〜１６００℃程度の溶融したスラグ１５となって系外に排出される。
【００３１】
なお、スラグ温度は、投入物の積み上げ高さ（ストックレベル）により変動する。ストックレベルは、投入物の層の昇温時間（炉内滞留時間）と関係があり、スラグ温度に影響する。ストックレベルが変動すると投入物層との熱交換時間が変動し、スラグ温度が変動する。スラグ温度が高い場合には、炉底部耐火物の消耗速度が速くなる。一方出滓温度が低い場合には、スラグの粘性が低下するため、スラグの排出が停止し、操業維持が困難な状況となる。従ってストックレベルを常に正しく把握し、ストックレベルを安定化させることは重要である。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態に係るストックレベル推定装置を備えたストックレベル推定システムの構成を示す図である。
【００３３】
ストックレベル推定システムは、集中制御装置２０、ストックレベル推定装置であるストックレベル推定演算用計算機２１、パラメータ設定装置２２、状態表示装置２３及びプロセス制御装置２４で構成されている。
【００３４】
パラメータ設定装置２２は、ストックレベル推定演算に必要な定数などの諸元データ、例えば、投入物の成分、炉本体１の形状などを設定するための設定入力装置である。状態表示装置２３は、廃棄物ガス化溶融炉を監視するための炉の運転状態を表示する表示装置であり、推定したストックレベルも表示される。プロセス制御装置２４は、廃棄物ガス化溶融炉を構成する各制御装置の総称であり、例えば、計量装置５、投入装置６、主羽口送風ファン１１などを含む。プロセス計測値２５は、測定された廃棄物ガス化溶融炉のプロセス状態量の総称であり、例えば、酸素含有ガス流量、酸素濃度などを含む。
【００３５】
ストックレベル推定演算用計算機２１は、計算機入出力装置２６、演算部２７及びデータメモリ装置２８で構成されている。
【００３６】
計算機入出力装置２６は、集中制御装置２０、パラメータ設定装置２２との間でデータの授受を行うためのインターフェースである。演算部２７は、堆積層２の内部の各領域（層）における熱収支、物質収支演算を実行してストックレベルを推定する。データメモリ装置２８は、演算部２７が実行する各演算に必要なデータ等を記憶する。
【００３７】
そして、演算部２７には、層演算部３１、層厚さ演算部３２及びストックレベル演算部３３が設けられている。層演算部３１は、堆積層２を形成している後述する投入層、乾留層、溶融層のそれぞれの層での熱収支、物質収支演算を行う投入層演算部３６、乾留層演算部３７、溶融層演算部３８を備えている。層厚さ演算部３２は、各層の厚さを計算する。ストックレベル演算部３３は、各層の厚さ等に基づいてストックレベルを計算する。
【００３８】
図３は、ストックレベル推定演算に用いられる、投入物の層移動モデルの概念図を示す図である。
【００３９】
この層移動モデルでは、堆積層２を複数の層に分割する。この堆積層２には、一定時間毎に新しい層が生成されて最上段の層に順次追加される。このそれぞれの層には、一定時間内における炉内に投入された廃棄物及び溶融補助資材の情報が対応付けられている。そして、最下段の層に対応する投入物が全て消費された場合に、当該層が消滅する。
【００４０】
このそれぞれの層を乾留層と呼び、これらの層において主として乾留プロセスが進行する。最上段の層は特に投入層と呼ばれ、上記乾留プロセスに加えて炉内に投入された廃棄物及び溶融補助資材の初期値情報が設定される。最下段の層は特に溶融層と呼ばれ、この溶融層で主羽口１０から吹き込まれる酸素量に対応して灰分が溶融する。そして、溶融層に含まれる固定炭素分、灰分が全て消費されたときは、溶融層は消去され、一段上の乾留層が新たな溶融層として取り扱われる。このように、この層移動モデルでは、層は投入層から溶融層に向かって順次下降して移動する。
【００４１】
図４は、ストックレベル推定演算の概略の手順を示すフロー図である。このストックレベル推定演算は、演算部２７の各部が実行する。
【００４２】
予め定められた一定周期毎に、投入層演算部３６が起動して、ステップＳ０１において、新たに投入層を生成してその投入層に初期データを対応付ける。即ち、図５に示すように、一定時間内に投入された廃棄物、コークス、石灰石のそれぞれの重量［Ｋｇ／ｈ］、成分［％］、嵩密度［Ｋｇ／ｍ３］がデータとして与えられる。成分は、可燃成分である乾留成分、固定炭素成分、水分、灰分等である。
【００４３】
重量は、計量装置５で計量した値に基く。成分、嵩密度はパラメータ設定装置２２から予め入力され、データメモリ装置２８のデータテーブルに記憶されている値に基づく。なお、廃棄物の成分（乾留分、固定炭素成分、水分、灰分）については、ごみの発熱量から推定することが可能である。そこで、例えば排ガス流量と排ガス温度を測定して、炉全体の熱収支計算によって求めたごみの発熱量に基づいて推定しても良い。また、廃棄物の嵩密度は、ごみクレーンで測定した廃棄物のつかみ重量と、超音波レベル計で測定した投入ホッパ内の廃棄物の増加体積とから計算で求めても良い。
【００４４】
次に、溶融層演算部３８が起動して、溶融層に関する固有の演算を実施する。図６に示すように、最下部の溶融層モデルの入力データとしては、主羽口送風量、主羽口送酸量、主羽口送風温度、炉底耐火物温度、炉底放散熱量であり、出力データとしては、出滓量、出滓温度である。
【００４５】
図４のステップＳ０２〜Ｓ０３において、主羽口先における燃焼反応に関する計算を実行して固定炭素消費量を計算する。即ち、主羽口より送られた総酸素（送酸）量に応じて、式（１）に示す主羽口先での燃焼反応に従い、各投入物の固定炭素分の重量を減少させる。
【００４６】
２Ｃ  ＋Ｏ２  ＝  ２ＣＯ          …式（１）
ステップＳ０４において、固定炭素分の消費量（反応熱量）に応じて、投入物中の灰分などがスラグとして系外に排出されるとする。即ち、減少する灰分の重量を出滓量とする。そして、ステップＳ０５において、出滓温度を計算する。出滓温度は式（１）に示す主羽口先の発熱反応によって発生する熱量から、高温ガスとの熱交換により層に奪われる熱量、炉底部のレンガからの抜熱量等を考慮して算出する。
【００４７】
次に、乾留層演算部３７が起動して、乾留層における諸演算を実行する。図７に示すように、乾留層モデルの入力データは、その層に入力するガスの量、温度、成分とその層にある投入物の重量、成分、嵩密度、温度である。乾留層演算部３７は、これらの入力データに基づいて、水分演算、乾留演算、飛散分演算を行い、その結果としての層に残る投入物の重量、成分、嵩密度、温度を演算する。なお、これらの演算に際して層の比熱演算を実行する。そして、この層から次の（一段上の）層に送り出されるガスの量、温度、成分を算出するとともに、当該層にある投入物の重量、成分、嵩密度、温度を新たな値に更新する。
【００４８】
図４のステップＳ０７〜Ｓ１３は、上述の乾留層の演算処理手順を示している。この演算処理は最下段の溶融層から開始されて、最上段の投入層に至るまで各乾留層毎に繰り返して実行される。なお乾留層モデルにおいては、層の境界面（上面、下面）において、ガス−固体間での熱伝導率に基づいて熱移動量を求め、この熱量によって固体物の温度を決定する。
【００４９】
ステップＳ０７において、層比熱と層温度を計算する。まず、各投入物毎の重量と比熱からその層の比熱を計算する。そして、その層に入力される熱量から層の温度を計算する。ステップＳ０８において、入力されるガス温度、層の温度、層の熱交換時間に基づいて出力されるガス温度を算出する。ここで、熱交換時間は、ガス流速と層厚から求められる。なお、層の温度は簡易的に求めることもできる。例えば、堆積層上部のガスの温度計７で測定した温度値と、主羽口の送風条件より計算した主羽口高さ位置でのガス温度とに基づいて補間計算を行うことで各層の高さにおけるガス温度を計算してもよい。
【００５０】
ステップＳ０９〜Ｓ１０において、層に与えられた熱量から水分蒸発速度を計算し、また層の温度をパラメータとしてテーブルを検索して乾留速度を求める。そしてそれらの値にサンプリング周期である一定時間を乗じて水分、乾留分重量を求め、その重量を投入量から減少させる。次に、ステップＳ１１において、灰分・固定炭素分の飛散分重量をもとめ、投入量からの減少演算を行う。ここで、飛散分重量は、発生ガス流量をパラメータとする関数の値として求める。
【００５１】
そして、ステップＳ１２において、上記の各ステップで求めた諸量に基づいて、その層に残存する各投入量の重量、成分、嵩密度を計算して求める。ステップＳ１３において、以上の処理を溶融層から投入層まで実施したかどうかを調べ、実施している場合は、層厚さ演算部３２を起動する。
【００５２】
層厚さ演算部３２は、各層に残存する投入物の重量、嵩密度から各層の体積を算出し、炉内寸法を考慮して各層の厚さを計算する。そして、ストックレベル演算部３３が起動して各層の厚さを最下（溶融）層から最上（投入）層まで加算してストックレベルを算出する。なお、ストックレベルの演算においては、例えば、サウンジング、マイクロ波レベル計（不図示）などが測定する間欠的あるいは連続的な測定値と組合わせて演算することもできる。
【００５３】
図８は、実操業データに基づいてストックレベル（層高）を推定した結果を示す図である。この結果ではサウンジングによる計測値と推定ストックレベルは高い精度で一致している。従って本実施の形態のモデルによるストックレベルの推定が有効であることが実証できた。
【００５４】
なお、演算によって推定したストックレベルが、安定したスラグの排出が維持できるレベルよりも低くなった場合は、投入物の増量や総酸素量の減量の操作を実施する。逆に推定したストックレベルが、所定値よりも高くなった場合は、投入量の減量や総酸素量の増量の操作を実施する。これにより安定したスラグの排出を実現することができる。
【００５５】
［実施の形態の効果］
炉上部より廃棄物を投入し、酸素富化空気を吹き込むことにより廃棄物の乾留分をガス化し、炉下部で投入物の固定炭素分を燃焼・灰分を溶融して排出する廃棄物ガス化溶融炉において、モデルに基づいて、炉内のストックレベルを推定する方法により、ストックレベルを安定化させる制御が可能となり、スラグの安定した排出、操業の安定化が実現可能となる。
【００５６】
なお、上述の実施の形態で説明した各機能は、ハードウエアを用いて構成しても良く、また、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現しても良い。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。
【００５７】
更に、各機能は図示しない記録媒体に格納したプログラムをコンピュータに読み込ませることで実現させることもできる。ここで本実施の形態における記録媒体は、プログラムを記録でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その記録形式は何れの形態であってもよい。
【００５８】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るストックレベル推定方法が適用される廃棄物ガス化溶融炉を示す縦断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係るストックレベル推定装置を備えたストックレベル推定システムの構成を示す図。
【図３】ストックレベル推定演算に用いられる、投入物の層移動モデルの概念図を示す図。
【図４】ストックレベル推定演算の概略の手順を示すフロー図。
【図５】本発明の実施形態のモデルの入出力を表わした図。
【図６】本発明の実施形態のモデルの入出力を表わした図。
【図７】本発明の実施形態のモデルの入出力を表わした図。
【図８】実操業データに基づいてストックレベル（層高）を推定した結果を示す図。
【符号の説明】
【００６０】
１…炉体、２…堆積層、３…装入口、５…計量装置、６…投入装置、１０…主羽口、１５…スラグ、１６…出滓口、２０…集中制御装置、２１…ストックレベル推定演算用計算機、２７…演算部、２８…データメモリ部、３６…投入層演算部、３７…乾留層演算部、３８…溶融層演算部、３１…層演算部、３２…層厚さ演算部、３３…ストックレベル演算部。
【図１】
2005291630.tif 000003
【図２】
2005291630.tif 000004
【図３】
2005291630.tif 000005
【図４】
2005291630.tif 000006
【図５】
2005291630.tif 000007
【図６】
2005291630.tif 000008
【図７】
2005291630.tif 000009
【図８】
2005291630.tif 000010