(57)【要約】【課題】燃焼溶融炉１の高温熱交換器３における伝熱管９の損傷を防止するため、高温熱交換器３に流入する燃焼排ガス８の温度を精度よく測定する。【解決手段】赤外線検出素子がＳｉ素子である二色式放射温度計を用いて、高温熱交換器３に流入する燃焼排ガス８に含まれるダストからの0.7〜1.1μm及び0.97〜1.1μmの範囲にある互いに異なる２つの波長の放射エネルギーを計測する。【選択図】図１
2007139593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線検出素子にＳｉ素子を用いた二色式放射温度計による燃焼排ガスの温度測定方法であって、前記燃焼排ガスに含まれるダストからの放射エネルギーを計測することを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法。
【請求項２】
赤外線検出素子にＳｉ素子を用いた二色式放射温度計による燃焼排ガスの温度測定方法であって、前記燃焼排ガスに含まれるダストからの1.1μm以下の互いに異なる２つの波長の放射エネルギーを計測することを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法。
【請求項３】
赤外線検出素子にＳｉ素子を用いた二色式放射温度計による燃焼排ガスの温度測定方法であって、前記燃焼排ガスに含まれるダストからの0.7〜1.1μmを波長域とする第１の放射エネルギーと、前記燃焼排ガスに含まれるダストからの0.9７〜1.1μmを波長域とし前記第１の放射エネルギーとは異なる第２の放射エネルギーと、を計測することを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排ガスの温度の測定方法に関し、特に都市ゴミや産業廃棄物の加熱処理で発生する熱分解ガスや熱分解カーボンを燃焼することにより生じる高温の燃焼排ガスの温度の測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
都市ゴミや産業廃棄物の焼却システムにおいては、廃棄物の加熱処理炉で発生する熱分解ガスや熱分解カーボンの燃焼による排ガスから熱エネルギーを回収して再利用するために高温空気加熱器が設けられている。
【０００３】
高温空気加熱器が設置される燃焼溶融炉の構造を図６に示す。図６は、燃焼溶融炉の構造を示す断面図である。
【０００４】
燃焼溶融炉１はＵ字形の形状を有し、上流側は燃焼溶融部２となっており、高温空気加熱器３はその下流側に配設されている。燃焼溶融部２の頂部には、図示しない加熱処理炉から発生した熱分解ガス（熱分解カーボンを含む。以下同じ。）４が流れ込む供給ライン５が設置されており、熱分解ガス４中の燃焼成分は図示しない燃焼用空気の導入により１３００℃程度の高温で燃焼・溶融されて、溶融スラグ７とともに高温の燃焼排ガス８を生成する。
【０００５】
この燃焼排ガス８は、塩素等を含む温度が８００〜１０００℃の腐食性の高温ガスであり、秒速２〜３ ｍの速度で下流の高温空気加熱器３に向かって流れ、その内部に配置されている伝熱管９を介して被加熱空気と熱交換される。そして、高温の空気として回収された燃焼排ガスの熱エネルギーは、熱分解ガス４を生成する加熱処理炉に戻されて加熱源として再利用されるようになっている。
【０００６】
このように、高温空気加熱器３を構成する伝熱管９には腐食性の高温の燃焼排ガス８が吹き付けるため、伝熱管９の損傷を防ぐためには、高温空気加熱器３に流入する燃焼排ガス８の温度、例えばＡ−Ａ位置における燃焼排ガス８の温度を測定して管理する必要がある。
【０００７】
従来の燃焼排ガス８の温度の測定方法は、高温空気加熱器３のＡ−Ａ位置における炉内壁に設置された熱電対を用いるものであった。
【０００８】
しかし、熱電対の保護管による応答遅れや、保護管を包むように成長するダストの影響により、真の燃焼排ガス８の温度よりも低い温度を示す傾向があるという問題があった。なお、ここでいうダストとは、熱分解カーボン中に含まれる無機物からなる灰分であって、溶融スラグ７に吸収されずに残ったものである。
【０００９】
このような問題を解決するために、特許文献１には、放射温度計を用いて外部から覗き窓を介して燃焼排ガスの特定波長域の放射エネルギーを計測する温度の測定方法が開示されている。
【特許文献１】特許２８００８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記の特許文献１に記載の方法では、燃焼排ガス中に含まれるダスト等が覗き窓に付着・堆積することにより放射温度計の計測視野が欠けてしまい、温度の測定値に大きな誤差が生じるという問題があった。
【００１１】
また、特許文献１のようにＣＯ２などのガスの赤外線吸収を利用した計測方法は、ノズル内などの途中経路に残存する低温ガスの影響により正確性に欠けるという問題があった。
【００１２】
更に、放射温度計が特定波長域の放射エネルギーを計測できるように、覗き窓にはフッ化カルシウムなどの特殊な材料を用いなければならず、既設のサイトグラスが利用できないなどの汎用性に欠けるという問題もあった。
【００１３】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ダストによる計測視野欠けの影響が小さく、燃焼排ガスの温度を高い精度で容易に測定することができる測定方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、赤外線検出素子にＳｉ素子を用いた二色式放射温度計による燃焼排ガスの温度測定方法であって、前記燃焼排ガスに含まれるダストからの放射エネルギーを計測することを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法である。
【００１５】
燃焼排ガスに含まれるダストの温度を二色式放射温度計を用いて測定することにより、燃焼排ガスの温度を簡易的に求めることができる。
【００１６】
なお、ダストとは、熱分解カーボン中に含まれる無機物からなる灰分であって、溶融スラグ７に吸収されずに残ったものをいう。
【００１７】
請求項２に記載の本発明は、赤外線検出素子にＳｉ素子を用いた二色式放射温度計による燃焼排ガスの温度測定方法であって、前記燃焼排ガスに含まれるダストからの1.1μm以下の互いに異なる２つの波長の放射エネルギーを計測することを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法である。
【００１８】
温度の測定に二色式放射温度計を用いることにより、ダスト等の堆積による計測視野欠けの影響を少なくすることができる。また、このような波長域における波長の放射エネルギーを測定することにより、燃焼排ガス中に含まれる水蒸気などのガスの影響を最低限に抑えることができる。
【００１９】
請求項３に記載の本発明は、赤外線検出素子にＳｉ素子を用いた二色式放射温度計による燃焼排ガスの温度測定方法であって、前記燃焼排ガスに含まれるダストからの0.7〜1.1μmを波長域とする第１の放射エネルギーと、前記燃焼排ガスに含まれるダストからの0.9７〜1.1μmを波長域とし前記第１の放射エネルギーとは異なる第２の放射エネルギーとを計測することを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、検出素子がＳｉ素子である二色式放射温度計を用いて、燃焼排ガスに含まれるダストから放射される特定の波長域の互いに異なる２つの波長の放射エネルギーを計測することにより燃焼排ガスの温度を測定するため、ダスト等が覗き窓に付着・堆積することによる計測視野欠けの影響を小さくすることができるとともに、測定前に対象物の放射率を求める必要がないため、容易に燃焼排ガスの温度を測定することができる。
【００２１】
また、二色式放射温度計の測定波長を0.7〜1.1μm及び0.9７〜1.1μmの範囲にある互いに異なる２つの波長とすることにより、燃焼排ガス中に含まれる水蒸気による放射エネルギーの減衰の影響を最低限に抑えることができるため、高い精度で燃焼排ガスの温度を測定することができ、高温空気加熱器の伝熱管の損傷を防止することができる。
【００２２】
更に、覗き窓に特殊な材料を用いることなく既設のサイトグラスを利用することができるため、汎用性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。なお、本発明が実施される燃焼溶融炉は図６と同一であるため、各部の説明は省略する。
【００２４】
燃焼溶融炉１の燃焼排ガス８には、水蒸気の他に様々な成分からなるダストが多量に含まれている。これらのダストは燃焼排ガス８の気体成分とともに加熱処理されるため、ダストの温度は燃焼排ガス８の温度とほぼ同じであるとみなすことができる。
【００２５】
本発明においては、このダストの温度を二色式放射温度計を用いて計測することにより、燃焼排ガス８の温度を測定するものである。
【００２６】
ダストの温度計測に用いる二色式放射温度計について説明する。
二色式放射温度計は、異なる２つの測定波長における赤外線放射エネルギーの比を基に測定対象の温度を求めるものである。
【００２７】
この二色式放射温度計においては、赤外線放射エネルギーの検出素子としてＩｎＧａＡｓ素子又はＳｉ素子が一般的に用いられている。
【００２８】
このうちＩｎＧａＡｓ素子については、安定性及び応答速度に優れていることから、近年において放射温度計への採用が増加している。
【００２９】
しかし、このＩｎＧａＡｓ素子の検出波長域である0.9〜1.7μmには、図１に示すように、1.4μm付近と1.8μm付近に水蒸気の大きな吸収帯が存在する（例えば、「赤外線工学」  近代科学社）。このことは、水蒸気の存在により当該波長域が大きく減衰されることを意味するため、数十％の水蒸気濃度を有する燃焼溶融炉１からの燃焼排ガス８の測定には不向きであることは明らかである。
【００３０】
以上より、燃焼溶融炉１の燃焼排ガス８の温度測定には、この吸収帯を検出波長域に含まないＳｉ素子を検出素子に用いた二色式放射温度計を用いることがよいことが分かる。
【００３１】
また、一般的な放射式温度計においては、図２に示すように、測定波長が大きくなる程、測定誤差も大きくなる傾向があることが知られているが、このような傾向は燃焼排ガス８の測定においても当てはまるものと考えられる（例えば、Raytec Japan社ホームページ）。
【００３２】
従って、燃焼排ガス８の温度測定における測定波長はできるだけ短くした方がよい。ここで、Ｓｉ素子の赤外域での検出波長域は0.7〜1.1μmであり、ＩｎＧａＡｓ素子の検出波長域は0.9〜1.7μmであるため、この点からもＳｉ素子を用いるのが適当である。
【００３３】
また、通常はＳｉ素子は高温測定に用いられ、その温度検出の下限は製品レベルで６００〜８００℃とされるが、高温空気加熱器３に到達する燃焼排ガス８の温度は約８００〜１０００℃であり検出下限以上であることから、実際の使用上は問題はない。
【００３４】
以上のことから、測定精度的にも燃焼溶融炉１の燃焼排ガス８の温度を二色式放射温度計により測定する場合には、Ｓｉ素子を検出素子とするものを適用することがよいことが分かる。
【実施例】
【００３５】
本発明である燃焼排ガスの温度測定方法を検証するために、保護管で覆われていない熱電対による測定方法との比較を行った。なお、燃焼排ガス８の温度の測定位置は、図６におけるＡ−Ａ位置とした。
【００３６】
二色式放射温度計にはインパック社製のＩＳＱ５を用い、Ａ−Ａ位置に設けられた覗き窓を介して内部の燃焼排ガス８の温度を計測できるように設置した。
【００３７】
この比較計測における熱電対にはＫ熱電対を用い、Ａ−Ａ位置の放射温度計の視野と並行するような炉内を横切る直線上に６〜１０箇所設置した。この比較用熱電対による測定値は、実際の燃焼排ガス８の温度に近いものと考えられる。
【００３８】
最初に、燃焼排ガス中のダストの温度を測定することの妥当性を調べた結果を図３に示す。図３は、燃焼排ガス中に計測時刻の途中からダストを流した場合における二色式放射温度計と熱電対による温度の測定結果を比較したものである。
【００３９】
この図より、燃焼排ガス中にダストが含まれない場合には、二色式放射温度計は覗き窓に対向する炉内壁面の温度を検出してしまうため、熱電対による測定結果よりも低い温度を指示するが、ダストが含まれるようになるとその温度を検出するため、燃焼排ガスの温度に相当する測定値を指示するようになることが分かる。
【００４０】
従って、二色式放射温度計でダストの温度を測定することにより、燃焼排ガス８の温度を測定できることが分かる。
【００４１】
次に、測定波長を定めた場合における燃焼排ガスの温度の測定結果を比較したグラフを図４に示す。
【００４２】
二色式放射温度計の測定波長域については一方を0.7〜1.1μm、他方を0.97〜1.1μmとしている。
【００４３】
これより、二色式放射温度計による測定結果は、燃焼排ガス８の最高温度に近い温度であり、熱電対による測定値全体を包絡していることが分かる。
【００４４】
このことは、高温空気加熱器３の伝熱管の損傷を防止する上からは安全側の測定結果を示すものである。
【００４５】
更に、測定波長の影響を調べるために、検出素子にＳｉ素子とＩｎＧａＡｓ素子を備え、測定波長の一方が0.9μmであり、他方が1.35μmである別機種の二色式放射温度計に変えて同様に測定した結果を図５に示す。
【００４６】
これより、図５の測定結果は、燃焼排ガス８の最高温度よりも低く、ほぼ平均温度を示していることが分かる。これは、測定波長の一方が図１に示す水蒸気による吸収が比較的多い波長域であるために燃焼排ガス８に含有される水蒸気の影響を受けたものと考えられる。
【００４７】
この結果は、伝熱管の損傷を防止するという点からは非安全側であるため、燃焼排ガス８の温度の測定方法としては適当ではないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】水蒸気の透過率の波長による変化を示すグラフである。
【図２】放射式温度計における波長による測定誤差の違いを示すグラフである。
【図３】本発明による燃焼排ガスの温度測定方法の妥当性を示すグラフである。
【図４】本発明による燃焼排ガスの温度測定結果と熱電対による測定値との比較を示したグラフである。
【図５】片方の測定波長を1.35μmとした場合の温度測定結果と熱電対による測定値との比較を示したグラフである。
【図６】燃焼溶融炉の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  燃焼溶融炉
２  燃焼溶融部
３  高温空気加熱炉
４  熱分解ガス（熱分解カーボンを含む。）
５  ガス供給ライン
７  溶融スラグ
８  燃焼排ガス
９  伝熱管
１０  スラグ排出口
【図１】
2007139593.tif 000003
【図２】
2007139593.tif 000004
【図３】
2007139593.tif 000005
【図４】
2007139593.tif 000006
【図５】
2007139593.tif 000007
【図６】
2007139593.tif 000008