(57)【要約】【課題】  ＲＤＦの特にオープンピット貯蔵方式において、発熱監視とＲＤＦの排出の容易化を図り、かつ発熱原因及び発熱部位の特定ならびに発熱部位の応急処置的な冷却を可能とし、さらに蓄熱防止および発熱事前防止を図る。【解決手段】  オープンピット内に貯蔵されたＲＤＦ空隙内のガスを吸引採取するガスサンプリング口７をピットの底面２部の複数箇所に設け、順次採取したサンプリングガスを、それぞれ開閉弁４を介して、ガスサンプリング配管３により計測制御装置５に導入し、各ガスサンプリング口別に順次、導入されたサンプリングガスの成分および／または温度を計測可能とし、さらに、ガス送風機８をガスサンプリング配管３に接続して設け、ごみ固形燃料の発熱場所が特定された際にガスサンプリングを中止して、特定された場所にガスサンプリング配管３を介して窒素ガスを注入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみ固形燃料貯蔵装置内に貯蔵されたごみ固形燃料の発熱監視及び冷却方法において、貯蔵されたごみ固形燃料の空隙内のガスを吸引採取して、採取したガスの成分または温度を計測することにより、発熱の有無を判別し、
前記空隙内のガスを吸引採取するガスサンプリング口は前記貯蔵装置の複数箇所に設け、このガスサンプリング口の位置を特定して、順次、ガスの成分または温度の計測を行うことにより、ごみ固形燃料の発熱場所を特定し、
ごみ固形燃料の発熱場所が特定された際、ガスサンプリングを中止し、かつ特定された場所に冷却ガスとして窒素ガスを注入し、当該ごみ固形燃料を冷却することを特徴とするごみ固形燃料の発熱監視及び冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ごみ固形燃料（Refuse Derived Fuel：以下、ＲＤＦと記す。）の安全な貯蔵技術に関わり、特に、ごみ固形燃料の発熱監視方法及び冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＤＦはごみ容量の大幅削減が可能、輸送が容易、焼却し易く熱エネルギーが回収できる等の利点があることから、有力なごみ処理技術の一つである。ボイラーで焼却し発電する例が多いが、その場合、ボイラーへのＲＤＦ供給速度を一定に保つ必要があるため、集積したＲＤＦを一旦貯蔵する施設が要求される。このＲＤＦの貯蔵技術はまだ確立されたとは言い難く、より安全な技術が求められている。
【０００３】
従来、ＲＤＦはサイロに貯蔵されることが多かったが、サイロ貯蔵においては各地で発熱や自然発火事故が起こったことから、今後はオープンピット貯蔵が望ましいとされている。また、ＲＤＦを大量に貯蔵した場合、ＲＤＦが発熱することがあるので、安全な管理を行うためには発熱監視が重要である。ＲＤＦは、化学的な酸化作用により発熱したり、また水分が１０％を越えると生物的な発酵作用により発熱することがあり、発熱を放置すると発火につながる恐れがあるので、上記発熱監視と共に、適切な冷却技術も重要視されている。
【０００４】
ところで、上記ＲＤＦの発熱監視方法としては、従来、温度監視が一般的である。しかしながら、ＲＤＦは熱伝導率が低く熱が周囲に広がらない性質があることから、大量のオープンピット貯蔵の場合、発熱部を検知するためには多数の温度計を集積ＲＤＦ内部に挿入する必要がある。ＲＤＦ集積後に温度計を差込むことは難しいので、実際は多数の温度計を配置した貯蔵ピット内にＲＤＦを投入することになるが、この場合、温度計の破損や温度計の妨害によるＲＤＦ排出不良、さらに動力式ＲＤＦ排出装置の設置が制限される等の問題がある。
【０００５】
また、ＲＤＦの発熱監視方法として、ＲＤＦが不完全燃焼した時に発生する一酸化炭素（CO）を検知し、安全管理を行う方法も提案されている。例えば、特許文献１には、その請求項３に記載されたように、「サイロ貯蔵において内部の空気温度及びCO濃度を測定し、異常があれば散水消火を行うシステム」が開示されている。しかし、この技術をオープンピット貯蔵に適用する場合には次の問題がある。即ち、空気温度及びCO監視は、密閉されたサイロ内空気をサンプリングして実施されるが、オープンピットではＲＤＦ上部が開放されているため、ＲＤＦから発生するガスが希釈されるため、正確な測定ができない。また、COはＲＤＦが不完全燃焼した場合に発生し、その温度は170〜180℃以上と高温であって、充分な空気が供給された場合に燃焼の危険性がある。安全な貯蔵では、燃焼に結びつかないより低い温度での発熱検知が必要であり、その目的には特許文献１に開示されたようなCO監視による方法は適さない。
【０００６】
また、ＲＤＦの冷却方法としては、従来から、空気や窒素ガスによる冷却方法が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）
特許文献１には、その請求項１に記載されたように、「サイロ上部から引き抜いた空気をサイロ下部に吹き込み当該空気により固形燃料を冷却してサイロ内の蓄熱を防止するシステム」が開示されている。また、特許文献２には、「ホッパー状のＲＤＦ充填層に冷却ガスを流し、ＲＤＦの温度に応じてＲＤＦ排出量及び冷却ガス流量を制御する方法」が開示されている。
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１および特許文献２に開示された冷却技術によれば、次のような問題がある。まず、特許文献１のように空気冷却を行なう場合には蓄熱を防止する点では効果はあるが、ＲＤＦの発熱後に空気を注入した場合には、酸素の補給により発熱もしくは燃焼を助長することになり、かえって危険である。また、特許文献２のように冷却ガス（記載はないが空気以外の不燃性ガスと推定）を特定部位に注入しても、全体のＲＤＦを冷却することはできない。さらに、大量のオープンピット貯蔵の場合、発熱部を検知しかつ冷却効果を確認するためには、前述のように多数の温度計を集積ＲＤＦ内部に挿入する必要があり、前記と同様の問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２０６０１０号公報
【特許文献２】特開２００２−６９４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、ごみ固形燃料の発熱監視方法及び冷却方法に関わり、特に、オープンピット貯蔵方式のＲＤＦ貯蔵における発熱に対する安全対策に関しては、効果的な方法が提案されていない状況にある。この発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、この発明の課題を列挙すると、概ね、下記のとおりである。
（１）温度計のようなＲＤＦの排出に対する障害物を、貯蔵されたごみ固形燃料の集積部に挿入することなく、発熱の監視とＲＤＦの排出の容易化を図る。
（２）貯蔵されたごみ固形燃料の発熱原因および発熱部位を特定し、４０〜５０℃程度の比較的低い温度での僅かな発熱をも検知可能とし、このような発熱状態のＲＤＦの優先的排出を可能として、燃焼または不完全燃焼の危険防止を図る。
（３）ＲＤＦの優先排出前の発熱部位の応急処置的な冷却を可能とし、燃焼または不完全燃焼に至る危険防止を図る。
（４）特に、夏季などの高温時にＲＤＦ内の冷却を行なうことを可能とし、蓄熱および発熱の事前防止を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の課題を解決するため、この発明は、ごみ固形燃料貯蔵装置内に貯蔵されたごみ固形燃料の発熱を監視する方法において、貯蔵されたごみ固形燃料の空隙内のガスを吸引採取して、採取したガスの成分または温度を計測することにより、発熱の有無を判別し、前記空隙内のガスを吸引採取するガスサンプリング口は前記貯蔵装置の複数箇所に設け、このガスサンプリング口の位置を特定して、順次、ガスの成分または温度の計測を行うことにより、ごみ固形燃料の発熱場所を特定し、ごみ固形燃料の発熱場所が特定された際、ガスサンプリングを中止し、かつ特定された場所に冷却ガスとして窒素ガスを注入し、当該ごみ固形燃料を冷却する（請求項１）。
【００１０】
前記発明により、発熱状態にあるＲＤＦの優先的排出を可能とし、燃焼または不完全燃焼の危険防止を図ることができると共に、さらに、ＲＤＦの優先排出前の発熱部位を、窒素ガスにより応急処置的に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ＲＤＦの特にオープンピット貯蔵方式において、発熱監視とＲＤＦの排出の容易化を図り、かつ発熱原因及び発熱部位の特定ならびに発熱部位の応急処置的な冷却を可能とし、さらに蓄熱防止および発熱事前防止を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１ないし図３に基づき、本発明の実施の形態について以下に述べる。図１は、本発明の実施形態に係るごみ固形燃料貯蔵装置の模式的構成図、図２は図１のごみ固形燃料貯蔵装置の平面構成図である。さらに、図３は本発明に関わり、ＲＤＦの発熱の種類と各種ガスの濃度変化等に関して説明する一覧図である。
【００１３】
先ず、図３について述べる。図３は本発明者らが、ＲＤＦの発熱に伴うガスの発生や、周辺のガス成分の変化を実験的に調査研究して得た、本発明の基本的知見をまとめたもので、発熱の種類と、発熱部のガス温度（℃）および含有ガス成分（CO、CO2、H2、O2）と、その濃度変化等との関係をマトリックスとして示した図である。図３において、発熱の種類の項には、発熱なし（正常）の場合も比較して示し、この場合、ガス温度は２０〜３５℃、COは1000ppm以下、CO2 は400ppm以下、H2 は100ppm以下、O2 は２１％程度である。
【００１４】
化学的な酸化発熱の場合には、ＲＤＦ周囲の空気から酸素が消費されるため、酸素（O2）濃度が減少する。発熱にカルシウムが関与している場合は、空気中の二酸化炭素（CO2）が消費されて減少する。温度が上がればＲＤＦ内部に含まれていたCO、水素（H2）が放散され、少し増加する。ガス温度は４０℃以上である。
【００１５】
生物的な発酵発熱の場合には、CO2及びH2が発生し大幅に増加する。微生物により酸素が消費されるので、周辺空気中の酸素（O2）濃度が減少する。ガス温度は４０℃以上である。温度が上がればＲＤＦ内部に含まれていたCO、H2が放散され少し増加することがある。最後に、不完全燃焼の場合には、CO、CO2、H2が発生し、特にCO、CO2が大幅に増加し、周辺空気中の酸素（O2）濃度が大幅に減少する。
【００１６】
図３に示すように、発熱の有無、発熱の種類により、ガス温度、ガス成分濃度変化が異なるので、これらの知見を基準にして発熱状態を判定することが可能である。
【００１７】
次に、本発明の実施形態に係るごみ固形燃料貯蔵装置を示す図１および図２について述べる。図１および図２において、１はごみ固形燃料（ＲＤＦ）、２は床面、３はガスサンプリング配管、４，４ａ〜４ｄは開閉弁、５は計測制御装置、６は側壁、７，７ａ〜７ｄはガスサンプリング口であり、上記部材により、ごみ固形燃料貯蔵装置２０を構成し、８のガス送風機、９の冷却ガス、１０，１１の切替えバルブがある。そして、ガスサンプリング配管３が、窒素ガスによる応急的冷却手段または空気注入冷却手段を備えている。なお、窒素ガス源の図示は省略している。
なお、図１および図２において、開閉弁およびガスサンプリング口の全ての符号表示をしていないが、本例の場合には、各々合計１２個を備える。また、図２においては、代表的に開閉弁４ａを４と表示し、またガスサンプリング口は表示していない。
【００１８】
次に、図１および図２における装置構成の詳細について以下に述べる。図１において、ＲＤＦ１は床面２、側壁６からなる屋内に設けられたオープンピット内に集積貯蔵され、床面２にはガスサンプリング配管３が敷設されており、そこから複数（１２個）のガスサンプリング口７が開閉弁４を介してＲＤＦ底部に接するように配設されている。ガスサンプリング配管３、ガスサンプリング口７及び開閉弁４は床面２に突起しないように、例えば床面に設けた溝等に配置され、溝にはＲＤＦが入り込まないようにカバーがなされている。なお、ガスサンプリング口７を床面から上に伸ばして集積ＲＤＦ内部からガスを採取するようにすることも可能ではあるが、床面２に突起ができるので好ましくない。
【００１９】
開閉弁４は電動式又は空気圧式で、その開閉信号は計測制御装置５から送られる。ＲＤＦの塵で開閉弁４やガスサンプリング口７が詰まる可能性があるので、これを回避すべく、ガスサンプリング配管３に管内清掃用の高圧空気を送る手段（図示せず）を設けることもできる。ＲＤＦ底部のガスは吸引されて計測制御装置５に送られ、ここでサンプリングしたガスの成分および／または温度を計測する。
【００２０】
図２は図１の模式的な平面構成図であり、ガスサンプリング配管３、図示しないガスサンプリング口７が規則的に配置される例を示している。
【００２１】
次に、図１および図２に示す装置の具体的な動作および発熱監視方法等について以下に述べる。ＲＤＦ１は一つのピット内に例えば約200トン（約400ｍ3）集積される。即ち、縦10ｍ、横10ｍのピット内に高さ４ｍで集積され、ＲＤＦ発電所はこうしたオープンピットを複数設け、その貯蔵期間は１週間〜３ヶ月に及ぶ。ＲＤＦは形状がチョーク状であることから、集積状態では空隙が多く、最初この空隙には空気が満たされているが、貯蔵中にガス成分が変化する。例えば、ある場所のＲＤＦの水分濃度が10％を越えた場合、そこではＲＤＦの発酵がおこり、その部分の温度は40〜60℃程度に上昇する。この場合、発酵がおこったＲＤＦ周辺では、空隙の温度上昇、CO2及びH2の増加、酸素濃度減少等の変化が起こる。しかしながら、こうした集積ＲＤＦ内部の変化に関しては、目視では観察できない。
【００２２】
ところで、図１および図２に示す装置構成において、床面２部に配置されたガスサンプリング口７（７ａ，７ｂ……）を一定周期、例えば１〜２回／日で順次開閉し、ガスをサンプリングする。ガス吸引速度はガスサンプリング口７を２〜３ｍ間隔で配置した場合、１分間に数十〜数百リットルである。また、配管は、ガス温度の変化を少なくするために周囲を断熱材で被覆することが望ましく、直径10mm前後のステンレス管が適している。開閉弁４（４ａ，４ｂ……）は小型の電磁弁、エアー弁等が望ましい。吸引されたガスは計測制御装置５に送られ、そこで採取したガスの成分（CO、CO2、H2、O2の少なくとも１つ
）の分析および／または温度測定がなされる。例えば、前記した発酵が起こっている場所では、図３に示したように温度が40℃を超え、CO2やH2濃度が高いデータが得られる。また、温度上昇によってＲＤＦ内臓のCOも放出され、CO濃度が少し上がる場合もある。
【００２３】
上記のような計測の際、どの位置の開閉弁４が開いてサンプリングしたかが分かるので、発酵発熱している場所の特定が可能となる。さらに、ガス吸引場所はＲＤＦ底部であるが、ガスは集積ＲＤＦの上層部からも底部に流れ込んでくる。従って、発熱部位が床面２より上部にあってもガスの捕集ができ、発熱検知が可能となる。
【００２４】
以上は発酵の場合を例に説明したが、酸化発熱の場合も同様に図３の判定基準にしたがって検知できる。さらに、不完全燃焼も検知できるが、通常はその前に、酸化発熱や発酵発熱が起こり、それを検知した時点で、弱く発熱したＲＤＦを含むオープンピット内ＲＤＦは優先的に排出、ボイラー焼却するので、不完全燃焼を検知するケースは稀となる。
【００２５】
ところで、上記分析対象であるCO、CO2、H2、O2は特殊なガスではないので、市販のガス分析装置を用いることができる。分析するガス成分は前記４種が望ましいが、いずれかを省略することができる。例えば、H2やO2を省略しても酸化発熱と発酵発熱は区分できる。発酵の可能性が低い場合はCO2を省略、不完全燃焼検知が不必要であればCOを省略する等、管理目的に応じて測定対象ガスを決めることができる。
【００２６】
また、発熱のみ検知したい場合は、温度計測のみでガス分析を行わないようにすることもできる。ガスサンプリング配管３が長くなって温度データの信頼性が低い場合、上記とは逆に温度計測を省略しても良い。なお、上記においては、一つのオープンピットを対象とした本発明の実施形態を説明したが、ガスサンプリング配管３を長くして、複数のオープンピットの監視に適用することも可能である。さらに、ＲＤＦをピットではなく平坦な床に積み置く場合においても、同様に本発明を適用可能である。
【００２７】
次に、ガスサンプリング配管３が、窒素ガスによる応急的冷却手段または空気注入冷却手段を備えることによる、ＲＤＦの冷却形態について整理すると、以下の２種となる。
（１）ＲＤＦの発熱を検知し、窒素ガスで応急処置的に冷却する。
（２）熱がこもりやすい主に夏季に一定量の空気を送って冷却し、熱の蓄積を防止する。
【００２８】
まず（１）の場合に関して具体的に述べる。計測制御装置５において発熱場所が特定されると、一旦ガスサンプリングを中止し、切り替えバルブ１１を閉じて、切り替えバルブ１０を開け、ガス送風機８から冷却ガス９が送られる。発熱している場合、冷却ガスとしては図示しない窒素源から供給される窒素が使用され、窒素は発熱場所の開閉弁４のみから注入され、他の場所の開閉弁４は閉まっているので、確実に発熱場所に到達して冷却効果を発揮する。発熱した場合、本質的な対処法は発熱ＲＤＦのボイラー焼却であるため、この窒素冷却は応急処置となる。したがって、窒素源としては、集積した窒素ボンベ又は窒素カードル等を使用すればよい。
【００２９】
次に、前記（２）の場合について述べる。（２）の空気冷却は、高い外気温を有する主として夏季に行われ、ガスサンプリングを実施しない時間帯において実施される。また、上記空気冷却においては、集積ＲＤＦ全体を冷却する。この場合、例えば切り替えバルブ１０、１１の操作により、一つの貯蔵ピットに対して１日のうち任意に設定した２〜４時間をガスサンプリングに当て、残った時間は空気を送って冷却する。ＲＤＦの発熱が短時間に急速におこることはないので、１日２〜４時間のガスサンプリングで発熱を監視可能である。ガスサンプリング時間はオープンピット内に設けた開閉弁の数と吸引ガス流量から、空隙のガスを十分吸引できるように設定する。
【００３０】
ＲＤＦの冷却においてはガス送風機８から冷却ガス９として空気を送り、開閉弁４を順次開いて場所を変えつつ冷却を行う。こうすると、開閉弁４を全て開いて同時に冷却する方法に比べて空気の流れに偏りが無くなり、ＲＤＦが効果的にまんべんなく冷却される。冷却ガスの流量はガスサンプリング口７の間隔にもよるが、１分間に数十〜数百リットルである。配管はステンレス管が望ましく、径は10〜20mm程度である。
【００３１】
ところで、空気の湿度が高い場合は、そのまま送風するとＲＤＦの含水率が10％を越えて発酵発熱を起こす危険性がある。したがって、空気冷却では、除湿機を通過した乾燥空気を使うことが望ましい。外気温度程度の乾燥空気とＲＤＦが継続的に接触しても発熱する危険性はない。乾燥空気に向けてＲＤＦ中の水分が蒸発することから、ＲＤＦの含水率は低下傾向を示し、これは発酵防止の観点から好都合である。除湿空気を使わない場合は、空気冷却期間を１週間程度以内とし、貯蔵したＲＤＦは速やかにボイラー燃焼に供する。なお、冷却に使用された空気は臭気を含んで集積ＲＤＦの上部空間に放出されるので、通常は回収されてボイラーに燃焼用空気として送られ、有効利用した後に排出される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るごみ固形燃料貯蔵装置の模式的構成図。
【図２】図１の装置の平面構成図。
【図３】発熱の種類と各種ガスの濃度変化等に関する説明図。
【符号の説明】
【００３３】
１：ＲＤＦ、２：床面、３：ガスサンプリング配管、４，４ａ〜４ｄ：開閉弁、５：計測制御装置、６：側壁、７，７ａ〜７ｄ：ガスサンプリング口、８：ガス送風機、９：冷却ガス、１０，１１：切替えバルブ、２０：ごみ固形燃料貯蔵装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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