(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみを熱分解してガス化する熱分解炉と、この熱分解炉の焼却残さを前記熱分解ガスの燃焼熱を利用して溶融する溶融炉と、を備える熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システムであって、給じん量、バーナ油量から、燃焼に必要十分な理論空気量を演算し、前記溶融炉において前記理論空気量に対する空気比が目標値になるように、必要空気量を演算し、この必要空気量から、熱分解炉押込空気量、溶融炉昇温バーナ空気量、リーク空気量を減算して、溶融炉１次空気量を演算することにより前記溶融炉の１次空気量を制御すると共に、前記溶融炉に設置され、熱分解炉へのごみ供給量やごみ質の変化に伴う過負荷を温度変化として検知する放射温度計から、溶融炉の炉内温度が急激に下降したという検知信号を受信すると、その検知信号に基づいて過負荷が発生していると判断し、溶融炉の２次空気量を一定時間だけ一定量増加させることにより自動的に燃焼空気量を制御する自動燃焼制御装置を設けたことを特徴とする熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物（都市ごみ）、産業廃棄物などの焼却施設である熱分解ガス化溶融炉における燃焼状態を安定させ、排出する一酸化炭素ガス（ＣＯ）やダイオキシンの濃度を低減せしめる、燃焼空気量制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ等の一般廃棄物や、可燃物を含む産業廃棄物などの廃棄物（以下ごみと称す）の焼却施設の１つとして、熱分解ガス化溶融炉がある。この熱分解ガス化溶融炉は、ごみを熱分解してガス化する熱分解炉と、この熱分解炉の焼却残さを前記熱分解ガスの燃焼熱を利用して溶融スラグ化する溶融炉とを備えて構成されている。
【０００３】
上記熱分解ガス化溶融炉では、まず熱分解炉に装入されたごみを５００℃程度の低空燃比雰囲気下で蒸し焼きにして熱分解することにより、熱分解ガスを生成する。次に、熱分解後の残さ（灰分を含む細粒の可燃性成分）を、溶融炉において前記熱分解ガスを燃料として約１３００℃で加熱して溶融することにより、ガラス状の溶融スラグに処理する。従って、ごみが高温雰囲気中で分解処理されるのでダイオキシン等の有害物質や悪臭の発生が抑制されるといった利点の他に、溶融炉からの溶融スラグは、炉外に排出されて冷却固化し、道路資材などに資源利用され、また溶融炉の燃焼排ガスは排熱ボイラ等に供給して熱回収されるといった利点を有する。
【０００４】
一方、上述の如き熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御は、従来、熱分解炉への押込空気量、溶融炉への１次空気量、溶融炉バーナへのバーナ空気量の制御ループについて予め手動で設定値が設定されていた。また、溶融炉からの排ガス中のＣＯ濃度を抑制するために、溶融炉への２次空気量の設定値は溶融炉の炉出口の酸素（Ｏ２）濃度が一定になるようにカスケード設定されていた。
【０００５】
ところが、上記溶融炉からの排ガス中のＣＯ濃度は、ごみ供給装置から熱分解炉へのごみの供給が急増して過負荷となり、炉全体の必要空気量が不足したときにピークとなる。
このため、溶融炉の炉出口のＯ２濃度と溶融炉への２次空気量のカスケード制御では応答速度が遅く間に合わない。
【０００６】
また、従来の熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御では、ごみの供給量が変化した場合には必要とされる空気量も変化し、溶融炉への１次空気量やバーナ空気量をオペレータが手動で変更しなければならなかった。また、ごみの供給量が変化しなくても、ごみ質（ごみの発熱量）が変化すると、やはり空気量を手動で変更しなければならなかった。
特にごみ質の変化についてはオペレータが気付かない場合、または気付くのが遅い場合、適正な空気量が確保できず、排ガス中のＣＯ濃度ピーク発生の要因となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、こうした状況の下でなされたものであって、その目的は、ごみの供給量やごみ質が変化した場合でも常に炉全体として安定した燃焼状態を確保し得るとともに、ごみ質の供給量が急変して燃焼が過負荷となった場合でも迅速に不足空気量を補い得る熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の構成は以下のとおりである。すなわち、本発明の請求項１に係る熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システムは、ごみを熱分解してガス化する熱分解炉と、この熱分解炉の焼却残さを前記熱分解ガスの燃焼熱を利用して溶融する溶融炉と、を備える熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システムであって、給じん量、バーナ油量から、燃焼に必要十分な理論空気量を演算し、前記溶融炉において前記理論空気量に対する空気比が目標値になるように、必要空気量を演算し、この必要空気量から、熱分解炉押込空気量、溶融炉昇温バーナ空気量、リーク空気量を減算して、溶融炉１次空気量を演算することにより前記溶融炉の１次空気量を制御すると共に、前記溶融炉に設置され、熱分解炉へのごみ供給量やごみ質の変化に伴う過負荷を温度変化として検知する放射温度計から、溶融炉の炉内温度が急激に下降したという検知信号を受信すると、その検知信号に基づいて過負荷が発生していると判断し、溶融炉の２次空気量を一定時間だけ一定量増加させることにより自動的に燃焼空気量を制御する自動燃焼制御装置を設けたことを特徴とするものである。このような熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システムによれば、自動燃焼制御装置は、溶融炉に設置した放射温度計からの検知信号により、熱分解炉にごみ供給量やごみ質の変化に伴う過負荷が生じたと判断して溶融炉の２次空気量を一定時間だけ一定量増加させることにより自動的に制御するので、溶融炉における不足２次空気量に即座に対応して供給することができる。従って、ごみ供給量やごみ質が変化した場合でも常に炉全体として安定した燃焼状態を確保でき、また、ごみ供給量やごみ質が急変して燃焼が過負荷になった場合でも迅速に不足空気量を補い、排ガス中のＣＯ濃度ピークの発生を抑制し得る、といった作用効果を確実に享受することができる。
【０００９】
削除。
【００１０】
削除。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システムのプロセスフロー図であり、図２、図３は、同システムの制御アルゴリズムのフローチャートである。
【００１２】
図１において、破砕機１で破砕されたごみは、給じんコンベア２を経て給じん機３に投入される。給じん機３からは熱分解炉４に供給される。熱分解炉４では、炉下方から空気比λ＝０．５未満の熱分解炉押込み空気が流量調節計（ＦＩＣ−２０１）を経て導入され、この空気により、ごみを熱分解炉４内で流動させると同時に、前記空気比に相当する量だけのごみが部分燃焼される。この燃焼熱により、残りのごみ及び熱分解残さは昇温され、熱分解反応により、ＣＯ、Ｈ２等の熱分解ガスが生成される。なお、符号５は重油バーナで稼動初期に炉を昇温するのに用いるものである。
【００１３】
熱分解炉４で生成された熱分解ガスは、熱分解後の残さ（灰分を含む細粒の可燃性成分）と共に管路６を介して溶融炉７へ送られる。溶融炉７では、熱分解ガスを燃焼させるために溶融炉１次空気が流量調節計（ＦＩＣ−３０１）を経て導入され、この空気により、熱分解ガスが燃焼し炉内が１３００℃に高温保持される。ただし、炉内の温度が低い場合には重油バーナ８が焚かれ、前記熱分解ガスの燃焼熱と相俟って炉温を約１３００℃に昇温保持する。従って、前記残さは約１３００℃で加熱を受け溶融することになり、その溶融スラグは溶融炉７の下方より外部に排出される。前記重油バーナ８には、溶融炉昇温バーナ空気が流量調節計（ＦＩＣ−３０３）を経て導入されている。また、溶融炉７の下部には放射温度計（ＴＩ−４０１）が取付けられ、炉内温度が測定、監視されている。
【００１４】
溶融炉７内で燃焼した熱分解ガス及び重油の排ガスは、排ガス管路９を経て廃熱ボイラ１０へ送られ排熱回収が行われる。その際、排ガス管路９を経て廃熱ボイラ１０へ送られる排ガスに対して溶融炉２次空気が流量調節計（ＦＩＣ−３０２）を経て導入されるように構成されている。
【００１５】
廃熱ボイラ１０を経た排ガスは、ガス冷却室１１、バグフィルタ１２を経た後、更に排ガスＣＯ濃度計（ＣＯＩ−５０１）、誘引送風機１３を経て煙突１４より大気中へ放散される。
【００１６】
上記構成における熱分解ガス化溶融炉の監視制御は、図４に示す監視制御システムにより自動燃焼制御装置１５で行われている。この自動燃焼制御装置１５にはごみ給じん量、燃焼バーナ油量、燃焼空気量、溶融部放射温度、排ガスＣＯ濃度等のプロセス値が入力され、制御アルゴリズムを介して、各流量調節弁の開度指令値が出力される。
【００１７】
上記構成における熱分解ガス化溶融炉の燃焼に必要な空気は、図１に示すように、熱分解炉押込み空気は流量調節計（ＦＩＣ−２０１）、溶融炉１次空気は流量調節計（ＦＩＣ−３０１）、溶融炉２次空気は流量調節計（ＦＩＣ−３０２）、溶融炉昇温バーナ空気は流量調節計（ＦＩＣ−３０３）を経て、熱分解炉４や溶融炉７に供給されている。
【００１８】
上記燃焼空気の供給において、図２に示す溶融炉空気流量制御アルゴリズムが採り入れられ、燃焼に必要な総空気量を適正に保つように溶融炉１次空気、２次空気量が調整されている。すなわち、まず給じん量、バーナ油量から、燃焼に必要十分な理論空気量を演算し（ステップ１）、溶融炉においてこの値に対する比（空気比）が目標値になるように、必要空気量を演算する（ステップ２）。この必要空気量から、押込空気量、バーナ空気量、リーク空気量を減算して、溶融炉１次空気量を演算し、この値になるように溶融炉１次空気の流量調節計（ＦＩＣ−３０１）の流量調整弁を制御する（ステップ３）。また、総空気量の理論空気量に対する比（総合空気比）が目標値になるよう、溶融炉２次空気量を演算し、この値になるように溶融炉２次空気の流量調節計（ＦＩＣ−３０２）の流量調節弁を制御する（ステップ４）。
【００１９】
上記アルゴリズムにより制御すると、通常運転中は排ガスＣＯ濃度計（ＣＯＩ−５０１）による排ガスＣＯ濃度はピークが立つことなく正常な値を示す。しかし、この制御でも、給じん装置の異常等により急激にごみ供給量が増加したり、ごみ質が燃焼性の良いものに変化すると、熱分解炉４が過負荷となり、制御が間に合わず一時的に総空気量が不足して排ガスＣＯ濃度ピークが立つ場合がある。これを防ぐための制御アルゴリズムが図３のＣＯ濃度ピーク抑制アルゴリズムである。
【００２０】
上記熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システムにおいては、急激なごみ供給量の増加やごみ質の変化による熱分解炉４の過負荷を検知する方法として、溶融炉７の炉内温度を放射温度計（ＴＩ−４０１）で測定、監視している。すなわち、過負荷になると、可燃性物が多く発生し酸素不足となり燃焼量が少なくなることから炉内温度が低下する。そこで、上記ＣＯ濃度ピーク抑制アルゴリズムでは、その炉内温度が急激に下降したときに過負荷が発生していると判断し、溶融炉２次空気量を一定量、一定時間だけ増加させて、不足空気量を補うことにしたものである。
【００２１】
このようにして、上記熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システムにおいては、溶融炉７に設置した放射温度計（ＴＩ−４０１）からの炉内温度により熱分解炉４で過負荷が生じたことを検知し溶融炉７の２次空気量を自動的に制御して、溶融炉７における不足２次空気量を即座に対応して供給することができるので、ごみの供給量やごみ質が変化した場合でも常に炉全体として安定した燃焼状態を確保でき、また、ごみ質の供給量が急変して燃焼が過負荷となった場合でも迅速に不足空気量を補い、排ガス中のＣＯ濃度ピークの発生を抑制することができる。
【００２２】
なお、上記例では、溶融炉７内の燃焼状態を監視するのに、放射温度計（ＴＩ−４０１）を採用した例を説明したが、本発明は、この例に限定されるものではなく、放射温度計（ＴＩ−４０１）に代えて当該部位にＣＣＤカメラを設置して炉内の火炎輝度を測定、監視し、その画像をコンピュータに取り込んで火炎輝度の変化から燃焼状態を監視するようにしてもよいし、又は、紫外線（ＵＶ）センサーを設置して燃焼火炎の紫外線の変化から燃焼状態を監視するようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システムによれば、ごみの供給量やごみ質が変化した場合でも常に炉全体として安定した燃焼状態を確保でき、また、ごみ質の供給量が急変して燃焼が過負荷となった場合でも迅速に不足空気量を補い、排ガス中のＣＯ濃度ピークの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る熱分解ガス化溶融炉における燃焼空気量制御システムのプロセスフロー図である。
【図２】  本発明に係る溶融炉空気流量制御アルゴリズムのフローチャートである。
【図３】  本発明に係るＣＯ濃度ピーク抑制アルゴリズムのフローチャートである。
【図４】  熱分解ガス化溶融炉の監視制御システムのフロー図である。
【符号の説明】
１：破砕機              ２：給じんコンベア      ３：給じん機
４：熱分解炉            ５、８：重油バーナ      ６：管路
７：溶融炉              ９：排ガス管路        １０：廃熱ボイラ
１１：ガス冷却室        １２：バグフィルタ      １３：誘引送風機
１４：煙突              １５：自動燃焼制御装置
ＦＩＣ−２０１：熱分解炉押込み空気の流量調節計
ＦＩＣ−３０１：溶融炉１次空気の流量調節計
ＦＩＣ−３０２：溶融炉２次空気の流量調節計
ＦＩＣ−３０３：溶融炉昇温バーナ空気の流量調節計
ＴＩ−４０１：放射温度計
ＣＯＩ−５０１：排ガスＣＯ濃度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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