(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を熱分解して発生する焼却対象物を、高温で旋回流を形成しながら２段燃焼するにあたって、１段目の燃焼室に前記焼却対象物の化学量論比未満の空気量を投入し、２段目の燃焼室へ投入する空気量を、２段目の燃焼室から排出される燃焼排ガスの酸素濃度が設定範囲に収まるように調節する高温旋回燃焼方法において、１段目の燃焼室の燃焼ガス温度を計測し、この計測値に基づいて２段目の燃焼室に投入する空気量を補正し、前記燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を測定し、この測定値に基づいて前記酸素濃度の設定範囲を補正することを特徴とする高温旋回燃焼方法。
【請求項２】
前記１段目の燃焼室に投入する空気量を、前記１段目の燃焼室の燃焼ガス温度が設定範囲に収まるように調整することを特徴とする請求項１に記載の高温旋回燃焼方法。
【請求項３】
廃棄物を熱分解する熱分解反応器と、該熱分解反応器から発生する熱分解ガスと熱分解残渣とを分離して排出する排出装置と、該排出装置から排出される熱分解残渣から燃焼性成分を分離する分離装置と、前記排出装置から排出される熱分解ガスと前記分離装置から排出される燃焼性成分の破砕物を燃焼するとともに、不燃焼性成分を溶融する燃焼溶融炉と、該燃焼溶融炉の燃焼用空気を制御する燃焼制御手段とを備えた廃棄物処理装置において、前記燃焼溶融炉は１段目と２段目の燃焼室を有してなり、前記燃焼制御手段は、１段目の燃焼室に前記熱分解ガスと前記粉粒体の化学量論比未満の空気量を投入し、２段目の燃焼室へ投入する空気量を、２段目の燃焼室から排出される燃焼排ガスの酸素濃度が設定範囲に収まるように調節するとともに、１段目の燃焼室の燃焼ガス温度の計測値に基づいて２段目の燃焼室に投入する空気量を補正し、前記燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度の測定値に基づいて前記酸素濃度の設定範囲を補正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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物などの焼却対象物を燃焼するのに好適な高温旋回燃焼方法及び廃棄物燃焼装置に係り、特に燃焼用空気の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物の焼却処理法としては、ストーカ式焼却炉や流動床式焼却炉により直接焼却する方法の他に、廃棄物を熱分解して生成される熱分解ガスを燃焼炉で高温燃焼するとともに、この燃焼炉に熱分解残渣に含まれる固体可燃性成分や一部の不燃性成分を投入して燃焼及び溶融させるガス化溶融システムが知られている。
【０００３】
このガス化溶融システムの例として、特開平３−６３４０７号公報に、廃棄物を熱分解して発生する熱分解ガス及び熱分解残査からなる焼却対象物を、高温で旋回流を形成しながら２段燃焼するにあたって、１段目の燃焼室に前記焼却対象物の化学量論比未満の空気量を投入し、２段目の燃焼室へ投入する空気量を、２段目の燃焼室から排出される燃焼排ガスの酸素濃度が設定範囲に収まるように調節することにより、完全燃焼させている。このとき、２段目の燃焼室へ投入する空気量は、排ガスの酸素濃度が所定値になるように調整して、ＮＯｘ及びＣＯの発生を抑制している。すなわち、この空気量が過剰すぎると排ガス中のＮＯｘが増加し、不足するとＣＯが発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術は、排ガスの酸素濃度に基づいて２段目の燃焼室の空気量を調整するにあたって、酸素濃度の計測遅れが燃焼制御へ及ぼす影響については考慮されていない。
【０００５】
すなわち、２段目の燃焼室から排出される排ガスは、高温でかつ粉塵などのダストが高い濃度で含まれる。そのため、２段目の燃焼室から排出される排ガスをサンプリングラインを通してガス分析計等の酸素濃度計測手段に導いても、粉塵によるサンプリングラインの閉塞が起き、安定した連続計測を行うことができない。また、温度の高い２段目の燃焼室の出口に直接設置できる酸素分析計も存在しない。
【０００６】
そこで、従来は、２段目の燃焼室から排出される排ガスを冷却し、かつ排ガス中の粉塵を捕集する集じん装置の下流側の排ガスをサンプリングして分析計に導入しての酸素濃度を計測することが行われている。
【０００７】
ところが、２段目の燃焼室から排出された排ガスが分析計に到達するまでに時間（例えば、１〜２分）がかかる。この時間は、空気量制御からみると無駄時間であり、制御の遅れにつながる。例えば、酸素濃度の低下が遅れて検出されると、空気量を増加する制御が遅れ、ＣＯを発生させるおそれがある。逆に、酸素濃度の上昇が遅れて検出されると、空気量を減少する制御が遅れ、ＮＯｘを増加させるおそれがある。
【０００８】
特に、廃棄物の焼却処理においては、焼却対象物の量（負荷）が変動することが多いため、その負荷変動に合わせて空気量を制御しなければならないが、２段目燃焼室の空気量の制御が遅れると、ＣＯやＮＯｘの発生を適切に抑制することができない。
【０００９】
本発明は、排ガスの酸素濃度の計測遅れにかかわらず、２段目の燃焼室の空気量の制御遅れを低減することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、廃棄物を熱分解して発生する焼却対象物を、高温で旋回流を形成しながら２段燃焼するにあたって、１段目の燃焼室に前記焼却対象物の化学量論比未満の空気量を投入し、２段目の燃焼室へ投入する空気量を、２段目の燃焼室から排出される燃焼排ガスの酸素濃度が設定範囲に収まるように調節するとともに、１段目の燃焼室の温度（燃焼ガス温度）を計測し、この計測値に基づいて２段目の燃焼室に投入する空気量を補正することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、焼却対象物の量（負荷）が変動すると、１段目の燃焼室の温度（あるいは燃焼ガス温度）が変動する。この負荷変動に応答して１段目と２段目の燃焼室の空気量を制御しなければならないが、１段目の空気量は予め定められた化学量論比の不足空気量に制限されているため、２段目の燃焼室の空気量も負荷変動に対応して制御しなければならない。
【００１２】
そこで、本発明は、負荷が変動すると１段目の燃焼室の温度が変動することに着目し、１段目の燃焼室の温度に基づいて２段目の燃焼室に投入する空気量を補正することにより、燃焼排ガスの酸素濃度に基づく２段目の燃焼室の空気量制御を補完して、酸素濃度の計測遅れに起因する２段目の燃焼室の空気量制御の遅れを改善するようにしたのである。
【００１３】
この場合において、１段目の燃焼室に投入する空気量を、１段目の燃焼室の燃焼ガス温度が設定範囲に収まるように調整することが好ましい。また、排ガスの酸素濃度の設定範囲は、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を測定し、この測定値に基づいて補正することが好ましい。
【００１４】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明を廃棄物処理プラントに適用した一実施形態の全体構成図を示している。図に示すように、処理対象の廃棄物は熱分解反応器１に投入され、ここにおいて熱分解された廃棄物の熱分解ガスＧと熱分解残査Ａは排出装置２により分離され、熱分解ガスＧはガスライン３を通って燃焼溶融炉４に導かれる。一方、熱分解残渣Ａは冷却器６、分別器７、粉砕機８を経て、冷却と分別と細粒化処理がなされた後、搬送ライン９により燃焼溶融炉４に供給される。燃焼溶融炉４は、頂部に設けられたバーナ５と、バーナ５の下方の炉壁に設けられた複数の第１の空気ノズル１０と、この空気ノズル１０の下方の炉壁に設けられた複数の第２の空気ノズル１１とを備え、炉底に設けられた溶融スラグ排出口１２は水槽１３の水面下に位置させて、開口されている。そして、バーナ５から第２の空気ノズル１１に至る間の空間が第１の燃焼域又は燃焼室と称され、第２の空気ノズル１１の下流側が第２の燃焼域又は燃焼室と称される。燃焼溶融炉４の燃焼排ガスは、空気加熱器２０と廃熱ボイラ２１に導かれて熱回収された後、減温装置２２で冷却され、集じん装置２３とガス浄化装置２４で浄化処理され、誘引送風機２５により煙突２６から排出されるようになっている。
【００１５】
燃焼用空気は送風機２６から、空気供給ライン２７を介してバーナ５に、空気供給ライン２８を介して第１の空気ノズル１０に、空気供給ライン２９を介して第２の空気ノズル１１に供給されている。
【００１６】
燃焼用空気の制御系は、第１の燃焼室用と第２の燃焼室用とに分けられている。第１の燃焼室用の空気制御系は、バーナ５と第１の空気ノズル１０に連通された空気供給ライン２７、２８の上流側に設けられた流量制御弁３０と、この流量制御弁３０を制御する第１の制御装置３１を備えて構成される。第１の制御装置３１は、第１の燃焼室に供給される焼却対象物に対して、予め定められた化学量論比未満の空気量を投入するように形成されている。また、第１の制御装置３１は、燃焼溶融炉４の第１燃焼域の温度を計測する温度センサ３２の出力を取り込んで、その燃焼ガス温度を所定の温度範囲に保持すべく、空気量を補正するように形成されている。
【００１７】
第２の燃焼室用の空気制御系は、空気供給ライン２９に設けられた流量制御弁３３と、この流量制御弁３３を制御する第２の制御装置３４と、酸素分析計３５と、ＮＯｘ分析計３６とを備えて構成されている。酸素分析計３５は、集じん装置２３から排出される除じんされた燃焼排ガスをサンプリングして排ガス中の酸素濃度を計測する。酸素濃度の計測値Ｓは制御装置３４の比較器３７に入力され、酸素濃度の目標値Ｓ０と差ΔＳが求められる。その差ΔＳはＰＩＤなどからなる制御器３８に入力され、その差を低減する空気量の指令値Ｆが加算器３９を介して流量制御弁３３に入力される。また、ＮＯｘ分析計３６は、酸素分析計３５と同様に、集じん装置２３から排出される除じんされた燃焼排ガスをサンプリングして排ガス中のＮＯｘ濃度を計測する。ＮＯｘ濃度の計測値Ｎは制御装置３４の比較器４０に入力されて、その目標値Ｎ０との差ΔＮが求められる。求められたΔＮはＰＩＤなどからなる制御器４１に入力され、ΔＮを低減するような酸素濃度の目標値Ｓ０が比較器３７に出力される。
【００１８】
一方、温度センサ３２により検出された第１燃焼域の燃焼ガス温度Ｔは、制御装置３４の比較器４２に入力され、燃焼ガス温度Ｔの基準値Ｔ０との差ΔＴが求められる。その差ΔＴはＰＩなどからなる制御器４３に入力され、空気量の補正値ｆが加算器３９に入力され、空気量の指令値Ｆが補正される。
【００１９】
このように構成される廃棄物処理プラントの動作を次に説明する。熱分解反応器１に投入された廃棄物は、空気加熱器２０などにより加熱された高温空気などの熱媒体で加熱されて熱分解される。ここで、廃棄物としては、都市ごみ等の一般ごみ、カーシュレッダーダスト、家電品ごみ、電子機器ごみ、等の廃棄物を含む。これらの廃棄物を熱分解して生成される熱分解ガス（乾留ガス）及び熱分解残渣（固形物）は排出装置２により分けられ、熱分解ガスＧは燃焼溶融炉４のバーナ５に供給される。一方の熱分解残渣Ａは冷却器６により冷却され、分別器７において金属などを分別し、残りの熱分解残渣が粉砕機８において細粒に粉砕されて燃焼溶融炉４のバーナ５に供給される。すなわち、バーナ５に供給される焼却対象物には、熱分解ガスの他に、熱分解ガスに浮遊して同伴するチャーなどの可燃物、灰分などの熱分解残渣の粉粒体、及び熱分解により生成される比較的大きな可燃性固形物を破砕又は粉砕してなる熱分解残渣の粉粒体が含まれる。
【００２０】
バーナ５に供給された熱分解ガスと熱分解残渣は、空気供給ライン２７，２８から供給される燃焼用空気により第１の燃焼域で旋回しながら燃焼される。第１燃焼域の燃焼ガスは第２燃焼域に導かれ、第２の空気ノズル１１から供給される燃焼用空気により完全燃焼される。この燃焼により、熱分解残渣に含まれていた灰分などの不燃固形物が燃焼熱により溶融され、炉底部に流下して溶融スラグ排出口１２から水槽１３にスラグとして排出される。
【００２１】
一方、燃焼溶融炉４から排出される燃焼排ガスは、空気加熱器２０と廃熱ボイラ２１で熱回収され、減温装置２２で冷却された後、さらに集じん装置２３にて排ガス中に含まれている粉塵などのダストが補集される。集じん装置２３から排出される排ガスは、ガス浄化装置２４で例えば脱硫、脱硝等の処理がなされた後、誘引送風機２５により煙突２６から排出される。
【００２２】
ここで、本発明の特徴に係る燃焼用空気の制御について説明する。第１燃焼域における燃焼は、燃焼用空気供給ライン２７，２８から供給される化学量論比以下の不足空気で行われ、これによりフュエールＮＯｘの発生を低減する。ここで、第１燃焼域における化学量論比は０．３〜０．９、好ましくは０．４〜０．７の範囲内に設定され、これにより第１燃焼域の温度は１０００〜１２００℃程度の高温に調整される。一方、第２の空気ノズル１１から供給される燃焼用空気の量は、熱分解ガスと熱分解残渣の完全燃焼に必要な化学量論比に一定の過剰空気量を加えた量から、第１燃焼域で供給された空気量を差し引いた量に制御する。このように燃焼を制御することにより、可燃物を含む燃焼処理対象の熱分解ガス及び残渣の燃焼によるＮＯｘの発生を抑制し、かつＣＯの発生を抑制して燃焼処理する。
【００２３】
第２の燃焼域の空気量の制御は、基本的に燃焼排ガスの酸素濃度を目標値（又は目標範囲）Ｓ０に調整することにより行われる。燃焼排ガスの酸素濃度は集じん装置２３で処理されたダストが補集された清浄な排ガスを、酸素分析計３５に導いて行う。制御装置３４は、酸素分析計３５で計測された酸素濃度の計測値Ｓとその目標値Ｓ０との差ΔＳを求め、酸素不足のときは空気量を増加させる指令値Ｆを流量制御弁３３に出力して、第２の燃焼域の空気量を増加して完全燃焼させる。これとは逆に、酸素過剰のときは、空気量を減少させる指令値Ｆを流量制御弁３３に出力してＮＯｘの発生を抑える。
【００２４】
しかしながら、指令値Ｆにより燃焼用空気量を制御した結果が酸素濃度に現れるには、燃焼排ガスが酸素分析計３５に達するまでの時間が少なくとも必要であり、例えば１〜２分程度かかることがあり、制御の遅れが生ずる。このような制御遅れは、燃焼溶融炉４内の燃焼負荷が安定している状態のときは、それほど問題にならない。しかし、廃棄物の投入量が変動したり、熱分解ガスの発熱量に関わる可燃物の組成又は量が変動したりすると、必要な空気量に変動が生ずるが、上記の基本制御系によるとその変動に追従できず、ＣＯやＮＯｘの発生を十分に抑制できない場合が生ずる。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、そのような変動を第１燃焼域の温度により検出し、その検出値Ｔが基準値（又は、基準範囲）Ｔ０からずれた場合に、そのずれ量に応じて第２燃焼域の供給空気を増減補正することにより、ＣＯやＮＯｘの発生を速やかに抑制するようにしたのである。すなわち、第１燃焼域の温度に関わる可燃物の組成及び量が安定している場合は、第１燃焼域の燃焼ガス温度Ｔは、一定の基準値Ｔ０に収まる。しかし、例えば、第1燃焼域に投入される空気量が一定のままで、焼却対象物の可燃物の組成又は量が低下すると、相対的な化学量論比が高くなるので、燃焼ガス温度Ｔが上昇する。逆に、焼却対象物の可燃物の組成又は量が増加すると、焼却対象物の増加分の温度を高めるのに必要な顕熱分に応じて、燃焼ガス温度Ｔが低下する。そこで、燃焼ガス温度ＴがＴ０より低いときは、第２燃焼域の空気量を増加する補正値ｆを指令値Ｆに加算して、投入空気量を増加させる。逆に、燃焼ガス温度ＴがＴ０より高いときは、第２燃焼域の空気量を低減する補正値ｆを指令値Ｆに加算して、投入空気量を減少させる。これにより、第１燃焼域の温度に関わる可燃物の組成及び量が変動しても、その変動の直後に投入空気量が補正されることになり、時間遅れがないという効果がある。
【００２６】
上述の効果の具体例を図２、３を用いて説明する。図２は本発明による例であり、図３は従来技術による例である。それらの図の横軸は時間を表わし、縦軸は排ガスの酸素濃度（％）、第１燃焼域の燃焼ガス温度（℃）、第２燃焼域の空気量（Ｎｍ３/ｈ）を表わしている。それらの図を比較して明らかなように、図３に示す従来技術によれば、焼却対象物の負荷変動などの外乱が発生し、第１燃焼域の燃焼ガス温度Ｔが低下しても、排ガスの酸素濃度の計測値Ｓの検出遅れに起因して、第２燃焼域の空気量の指令値Ｆが約１２０秒以上遅れて増加されるため、酸素濃度の計測値Ｓが設定値８．４％に対して７．２０％まで１、２％低下して、ＣＯの発生を十分に抑制できないことがある。これに対し、図２に示す本発明によれば、焼却対象物の負荷変動などの外乱が発生して第１燃焼域の燃焼ガス温度Ｔが低下すると、速やかに第２燃焼域の空気量の指令値Ｆが増加されるため、排ガスの酸素濃度の計測値Ｓの低下を０．３２５％に押えられることから、ＣＯの発生を抑制できる。
【００２７】
上記実施形態では、第１燃焼域の燃焼ガス温度に基づいて燃焼用空気の補正値ｆを決めていたが、これに代えて、熱分解ガスＧの流量又は廃棄物の量を検出し、それらの基準値と比較して補正値ｆを決めるようにしてもよい。この場合は、熱分解ガスＧの流量又は廃棄物の量が基準値よりも増加したら、その増加量に応じて燃焼用空気の補正値ｆを増加し、減少した場合はその減少量に応じて燃焼用空気の補正値ｆを低減する。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、排ガスの酸素濃度の計測遅れにかかわらず、２段目の燃焼室の空気量の制御遅れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の廃棄物処理プラントの全体構成図を示す。
【図２】本発明の実施形態による第２燃焼域の空気制御の効果を説明する線図である。
【図３】従来技術による第２燃焼域の空気制御の効果を説明する線図である。
【符号の説明】
４  燃焼溶融炉
５  バーナ
１０  第１の空気供給ノズル
１１  第２の空気供給ノズル
２３  集じん装置
３０  流量制御弁
３１  第１の制御装置
３２  温度センサ
３３  流量制御弁
３４  第２の制御装置
３５  酸素分析計
３６  ＮＯｘ分析計
３９  加算器
４２  比較器
４３  制御器
【図１】
0004233212.tif 000002
【図２】
0004233212.tif 000003
【図３】
0004233212.tif 000004