(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火格子下を複数の領域に分割し、該複数の領域から燃焼空気を供給するごみ焼却炉における燃焼空気流量の流量演算方法であって、
前記複数の領域に燃焼空気を供給する各経路の開口割合及び圧力差に基づき燃焼空気流量の配分比を算出する流量配分比算出ステップと、
該流量配分比算出ステップにより算出された各経路への燃焼空気流量の配分比と、全経路に供給される燃焼空気の総流量とに基づき各領域から供給される燃焼空気流量の算出を行う流量算出ステップとを有することを特徴とする流量演算方法。
【請求項２】
火格子下に設けられた複数の風箱から燃焼空気を供給するごみ焼却炉において各風箱から供給される燃焼空気流量の演算を行う流量演算装置であって、
燃焼空気の供給を行う燃焼空気供給配管から分岐され前記風箱に燃焼空気を供給する分岐配管に設けられたダンパの開度と、前記分岐配管内における前記ダンパ前後の圧力差と、前記分岐配管の断面積とから各分岐配管への燃焼空気流量の配分比を算出する流量配分比算出手段と、
該流量配分比算出手段により算出された各分岐配管への燃焼空気流量の配分比と、前記燃焼空気供給配管から供給される燃焼空気の総流量とに基づき各風箱から供給される燃焼空気流量の算出を行う流量算出手段とを有することを特徴とする流量演算装置。
【請求項３】
流量配分比算出手段は、分岐配管に設けられたダンパの流量特性に基づきダンパの開度を補正することを特徴とする請求項２に記載の流量演算装置。
【請求項４】
流量配分比算出手段は、分岐配管に設けられたダンパの流量特性に基づきダンパの開度を補正した値と、前記分岐配管の断面積と、前記分岐配管内における前記ダンパ前後の圧力差の平方根との積により各分岐配管への燃焼空気流量の配分比を算出することを特徴とする請求項２に記載の流量演算装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は火格子下を複数の領域に分割し、該分割した領域から燃焼空気を供給するごみ焼却炉における燃焼空気流量の流量演算方法及び流量演算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ焼却炉は、日々の生活において排出される様々な廃棄物を処理するという重要な役割を担っている。近年では、廃棄物であるごみの焼却処理によって発生する膨大な熱エネルギーの回収への関心が集まり、ボイラ発電設備のついたものが増加している。
【０００３】
このようなごみ焼却炉では、ごみはクレーンによって数１０分の間隔で間欠的にホッパへ投入され、ホッパの下にあるプッシャによってごみは炉内に送り込まれる。炉内に送り込まれたごみは火格子の往復運動により、火格子上を移動しながら乾燥・燃焼され、最終的には灰となって排出される。
【０００４】
炉内の燃焼状態を維持するため、ごみを乾燥・燃焼するための１５０〜２００℃程度の空気（以下「燃焼空気」と呼ぶ。）が火格子下を搬送方向に対して複数に分割するように設けられた風箱から供給される。
【０００５】
ここで、火格子下に設けられた各風箱から供給される燃焼空気量は、供給される燃焼空気の総量及び各風箱に燃焼空気を供給する供給配管に設けられたダンパのダンパ配分によって調整される。なお、各風箱から供給される燃焼空気量は、各風箱に燃焼空気を供給する供給配管毎に設置された流量計により実際の配分バランスを確認し、炉内の燃焼状態に応じて制御している。
【０００６】
しかし、ごみ焼却炉で用いられるような流量計は高価な計測機器であり、例えば、ごみ焼却炉１炉あたり４台の流量計を設置し、このような炉が工場内に３炉設置してあるような一般的な規模の工場を想定すると、１工場あたり１２台の流量計が必要となり、これらの費用は高価なものとなってしまうという問題がある。また、これらの流量計に対する保守、整備等が必要となりランニングコストが嵩むという問題もある。
【０００７】
このような問題に対して、流量計の削減を図る方法として特開平１１−２４８１２７号公報では、ごみ焼却炉の稼動前に各火格子下ダンパのうちの１つのダンパのみを開として、該ダンパの開度と該ダンパの前後の圧力損失と押込み空気の流速との関係を複数種類のダンパ開度及び実際の稼働時に想定される空気流速の範囲について計測してホッパ毎に相関データを得ておき、実際の稼働時には、前記相関データに基づいてダンパの開度及び該ダンパの前後の圧力損失から空気流速をホッパ毎に算出し、算出した空気流速を空気流量に変換して前記ダクトを流れる押込み空気流量を推定する方法が提案されている。また、特開平６−３２３５２７号公報では燃焼室内に投入された被燃焼物が順序的に通過する複数の領域に対して、主管から分岐された複数の直管を経て燃焼空気をそれぞれ供給する際に、上記各領域毎に炉下の圧力損失を求めて、それら各圧力損失をそれぞれ直管におけるダンパー開度を補正する係数とし、全部のダンパー開度の総和に対する各ダンパー開度の割合と上記主管における燃焼空気流量とから各領域の炉下燃焼空気量を求める方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１１−２４８１２７号公報の方法では、稼動前におけるデータ計測に時間を要してしまうため、機器類の省略化はなされるものの、作業員の工数がかかり、また、炉の建設期間の延長につながるという問題がある。また、特開平６−３２３５２７号公報の方法では、圧力損失から各ダンパ開度の割合を補正する流量推定方法を提案しているが、精度を考慮した場合、以下の問題点がある。
１）一般的に各火格子の配管断面積が異なるにも関わらず、それらが考慮されていない。
２）圧力損失の算出に関して、その実施例では火格子下ダンパ下流部の圧力のみ計測しているが、燃焼空気の分岐前における圧力を計測しなければ、正確な圧力損失が得られない。
３）一般的に使用されるバタフライ弁では、通常使用する開度領域では開度と流量の特性は同一とみなしても良いが、極端に開度が小さい時、または極端に開度が大きいときには開度と流量の特性は異なるが、本公報に記載されているダンパ開度の一次係数のみでは、開度バランスが大きく変動する非常事態または立ち上げや立ち下げ時の非定常運転時には対応が困難である。
【０００９】
本発明はこれらの問題点を解決するためになされたもので、稼動前または稼動時において特別な調整作業を伴うことなく、かつ定常運転時だけでなく非定常運転時においても、複数の流量計を設置することなしに火格子下に設けられた複数の風箱から供給される燃焼空気流量の算出を高い精度で行うことができる流量演算方法及び流量演算装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は次の発明により解決される。
［１］火格子下を複数の領域に分割し、該複数の領域から燃焼空気を供給するごみ焼却炉における燃焼空気流量の流量演算方法であって、
前記複数の領域に燃焼空気を供給する各経路の開口割合及び圧力差に基づき燃焼空気流量の配分比を算出する流量配分比算出ステップと、
該流量配分比算出ステップにより算出された各経路への燃焼空気流量の配分比と、全経路に供給される燃焼空気の総流量とに基づき各領域から供給される燃焼空気流量の算出を行う流量算出ステップとを有することを特徴とする流量演算方法。
［２］火格子下に設けられた複数の風箱から燃焼空気を供給するごみ焼却炉において各風箱から供給される燃焼空気流量の演算を行う流量演算装置であって、
燃焼空気の供給を行う燃焼空気供給配管から分岐され前記風箱に燃焼空気を供給する分岐配管に設けられたダンパの開度と、前記分岐配管内における前記ダンパ前後の圧力差と、前記分岐配管の断面積とから各分岐配管への燃焼空気流量の配分比を算出する流量配分比算出手段と、
該流量配分比算出手段により算出された各分岐配管への燃焼空気流量の配分比と、前記燃焼空気供給配管から供給される燃焼空気の総流量とに基づき各風箱から供給される燃焼空気流量の算出を行う流量算出手段とを有することを特徴とする流量演算装置。
［３］上記［２］において、流量配分比算出手段は、分岐配管に設けられたダンパの流量特性に基づきダンパの開度を補正することを特徴とする流量演算装置。
［４］上記［２］において、流量配分比算出手段は、分岐配管に設けられたダンパの流量特性に基づきダンパの開度を補正した値と、前記分岐配管の断面積と、前記分岐配管内における前記ダンパ前後の圧力差の平方根との積により各分岐配管への燃焼空気流量の配分比を算出することを特徴とする請求項２に記載の流量演算装置。
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用されるごみ焼却炉の一実施形態を示す概念図である。
【００１１】
図１に示すごみ焼却炉１は火格子４を有する火格子式のごみ焼却炉であり、ごみ投入口２、プッシャ３、灰落下口５、ごみ焼却炉１の下流側に設置された熱交換器１０ａを備えたボイラ１０ｂを有している。
【００１２】
ごみ投入口２から投入されたごみは、プッシャ３によって火格子４上へ送り込まれる。火格子４は往復運動し、その往復運動によってごみの撹拌および移動が行われる。火格子４上のごみは、燃焼空気ブロワ６により火格子４の下から供給される燃焼空気により乾燥が行われた後に燃焼が行われ、排ガスと灰に分解される。灰は、灰落下口５から落下して炉外に排出される。
【００１３】
また、炉壁に設けられた冷却空気吹き込み口１１からは、冷却空気ブロア１２により冷却空気が吹き込まれ、燃焼ガス中の未燃焼成分を完全燃焼させると共に、炉壁の温度が過度に上昇することを防止する。
【００１４】
ごみ焼却炉１内の燃焼により発生した燃焼排ガスは、ごみ焼却炉１の下流側に設置された熱交換器１０ａを備えたボイラ１０ｂで熱エネルギーを回収された後に煙突９から外部に排気される。
【００１５】
火格子４の下には、ごみの搬送方向に対して複数の領域に分割するように風箱が設けられている。燃焼空気ブロワ６により燃焼空気供給配管２０に吹き込まれた燃焼空気は、火格子４の下に設けられた複数の風箱に燃焼空気を供給するために燃焼空気供給配管２０から分岐された分岐配管２１によって各風箱に供給される。なお、火格子４の下に設けられた各風箱に供給される燃焼空気の流量調整は、各分岐配管２１に設けられたダンパ１５の開度を調整することによって行われる。
【００１６】
図１に示した例では、火格子４の下をごみ搬送方向に対し４つの風箱で分割して燃焼空気を供給する構成としているが、これはごみ焼却炉の規模及び目的に応じて適宜変更可能であり４つの風箱に分割する場合に限られるものではないことは言うまでもない。
【００１７】
燃焼制御手段１６では、炉内の各状態量、例えば炉出口に設けられた温度計１３による炉出口温度の計測値、蒸発量を測る流量計１０ｃによるボイラ１０ｂからの蒸発量の計測値等の情報に基づき、ごみの燃焼状態が常に良好な状態を維持するように各操作量、例えば投入量、火格子の往復速度、燃焼空気ブロワ６により燃焼空気供給配管２０に吹き込まれた燃焼空気の総流量、分岐配管２１に設けられたダンパ１５の開度等を調整する。ここで、ごみ投入量の調整は、燃焼制御手段１６からの信号によりプッシャ駆動装置３ａを制御することにより行われる。また、火格子の往復速度の調整は、燃焼制御手段１６からの信号により火格子駆動装置４ａを制御することにより行われる。なお、火格子４を複数に分割し、分割された個々の火格子の往復速度を燃焼状態等に応じて制御する構成とすることも可能である。また、燃焼空気ブロワ６により燃焼空気供給配管２０に吹き込まれる燃焼空気の総流量の調整は、燃焼制御手段１６により、燃焼制御手段１６に取り込まれた燃焼空気供給配管２０に設けられた流量計７からの流量信号が所定の流量値となるように燃焼空気ブロア６の直近に設けられた燃焼空気ダンパ１８の開度を調整することにより行う。また、分岐配管２１に設けられたダンパ１５の開度調整は、燃焼制御手段１６からの信号により火格子４の下に設けられた複数の風箱に燃焼空気を供給する分岐配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに設けられたダンパ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの開度を個々に制御することにより行う。
【００１８】
なお、燃焼制御手段１６には例えばコンピュータが使用できる。
【００１９】
このような装置構成のごみ焼却炉において、本発明に係る流量演算装置１７は、燃焼空気の供給を行う燃焼空気供給配管２０から分岐され前記風箱に燃焼空気を供給する分岐配管２１ａ〜２１ｄに設けられたダンパ１５ａ〜１５ｄの開度と、前記分岐配管２１ａ〜２１ｄ内における前記ダンパ１５ａ〜１５ｄ前後の圧力差と、前記分岐配管２１ａ〜２１ｄの断面積とから各分岐配管２１ａ〜２１ｄへの燃焼空気流量の配分比を算出する流量配分比算出手段と、該流量配分比算出手段により算出された各分岐配管２１ａ〜２１ｄへの燃焼空気流量の配分比と、前記燃焼空気供給配管２０から供給される燃焼空気の総流量とに基づき各風箱から供給される燃焼空気流量の算出を行う流量算出手段とを有することを特徴とするものである。なお、流量演算装置１７で算出された各風箱から供給される燃焼空気流量の演算結果は、燃焼制御手段１６に入力される炉内の各状態量を示すパラメータの一つとして取り込まれる。
【００２０】
以下、図１を用いて本発明に係る流量演算装置１７の内容を流量演算装置１７を構成する流量配分比算出手段及び流量算出手段に分けて詳細に説明する。なお、流量演算装置１７には例えばコンピュータが使用できる。
【００２１】
［流量配分比算出手段］
流量配分比算出手段では、まず、分岐配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに設けられたダンパ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの開度の値の取り込みを行い、それぞれＺ1，Ｚ2，Ｚ3，Ｚ4として記録する。ここで、取り込まれたダンパ開度の値は、ダンパの流量特性に基づき補正することが好ましい。特に、ダンパの開度が極端に小さい時、またはダンパの開度が極端に大きいときには開度と流量の特性は異なるため、開度に応じた補正を行うことが好ましい。補正後のダンパ開度の値を、ここではそれぞれｆ（Ｚ1），ｆ（Ｚ2），ｆ（Ｚ3），ｆ（Ｚ4）として記録する。
【００２２】
なお、ダンパの流量特性については、予め各ダンパ開度に応じた流量特性を測定して求めておくか、或いはダンパの規格により予め与えられた特性を用いることが好ましい。ただし、ダンパ開度の値が通常使用する範囲、例えば５０±１０％程度の範囲に限定される場合は、補正を行うことなしにダンパ開度そのものを用いてもよい。
【００２３】
次に各分岐配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ内に設けられた各バンパ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ前後での前記各分岐配管内における圧力差の算出を行い、それぞれΔＰ1，ΔＰ2，ΔＰ3，ΔＰ4として記録する。
【００２４】
ここで、前記圧力差は、燃焼空気供給配管２０に設けられた圧力計８による計測値Ｐと各分岐配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ内に設けられた各バンパ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの下流側（風箱側）で各分岐配管内に設けられた圧力計１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄによる計測値Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄとの差（ΔＰ1＝Ｐ−Ｐａ，ΔＰ2＝Ｐ−Ｐｂ，ΔＰ2＝Ｐ−Ｐｃ，ΔＰ1＝Ｐ−Ｐｄ）として求められる。
【００２５】
次に、予め与えられている各分岐配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの配管断面積Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4と前記Ｚ1，Ｚ2，Ｚ3，Ｚ4及びΔＰ1，ΔＰ2，ΔＰ3，ΔＰ4とから各分岐配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄへの燃焼空気流量の配分比Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4を次式により算出する。
Ｃ1＝ｆ（Ｚ1）×Ａ1×（ΔＰ1）1/2
Ｃ2＝ｆ（Ｚ2）×Ａ2×（ΔＰ2）1/2
Ｃ3＝ｆ（Ｚ3）×Ａ3×（ΔＰ3）1/2
Ｃ4＝ｆ（Ｚ4）×Ａ4×（ΔＰ4）1/2
ここで、ダンパの流量特性に基づきダンパ開度の補正を行ったｆ（Ｚ）の値と各分岐配管の配管断面積Ａの積は、火格子４の下に設けられた複数の領域である各風箱に燃焼空気を供給する経路となる各分岐配管２１の開口割合を表している。各分岐配管の開口割合であるｆ（Ｚ）とＡの積に各分岐配管内における圧力差ΔＰの平方根をかけることで、各分岐配管への燃焼空気流量の配分比Ｃが正確に算出できる。
【００２６】
以上、流量配分比算出手段における処理を説明した。
【００２７】
［流量算出手段］
流量算出手段では、まず、燃焼空気供給配管２０に設けられた流量計７からの燃焼空気の総流量の値Ｆの取り込みを行い記憶する。
【００２８】
次に、前記流量配分比算出手段で求めた各分岐配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄへの燃焼空気流量の配分比Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4と前記燃焼空気の総流量の値Ｆから次式により各風箱から供給される燃焼空気流量Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4の値を算出する。
Ｆ1＝Ｃ1／（Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4）×Ｆ
Ｆ2＝Ｃ2／（Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4）×Ｆ
Ｆ3＝Ｃ3／（Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4）×Ｆ
Ｆ4＝Ｃ4／（Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4）×Ｆ
以上、流量算出手段における処理を説明した。
【００２９】
図２は、本発明装置を実際のごみ焼却炉に適用した場合の燃焼空気流量演算結果の一例を示した図である。このごみ焼却炉は火格子下を４つの風箱により分割し燃焼空気の供給を行う構成の炉であり、図２は前記４つの風箱の内の一つに供給される燃焼空気量を、当該風箱に燃焼空気を供給する分岐配管の最下流部に試験的に取り付けた流量計の計測値（図中点線で表示）と本発明装置による演算結果（図中実線で表示）とを比較したものである。
【００３０】
演算結果と流量計による計測値は安定してほぼ一致しており、図２の場合、演算結果と流量計による計測値の誤差の平均値は３．８％であった。また、他の３つの風箱から供給される燃焼空気流量についても同様に演算結果と流量計による計測値を比較したところ、演算結果と流量計による計測値の誤差の平均値はそれぞれ５．１％、６．７％、６．６％であった。
【００３１】
これより、本発明装置は、実用上極めて高精度に燃焼空気流量の算出が可能であることが確認できた。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、稼動前または稼動時において特別な調整作業を伴うことなく、かつ定常運転時だけでなく非定常運転時においても、複数の流量計を設置することなしに火格子下に設けられた複数の風箱から供給される燃焼空気流量の算出を高い精度で行うことができる流量演算方法及び流量演算装置が提供される。さらに、流量計の数を減らすことができるため、流量計にかかる費用及びそのランニングコストの低減を測ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるごみ焼却炉の一実施形態を示す概念図である。
【図２】本発明装置を実際のごみ焼却炉に適用した場合の結果を示した図である。
【符号の説明】
１  ごみ焼却炉
２  ごみ投入口
３  プッシャ
３ａ  プッシャ駆動装置
４  火格子
４ａ  火格子駆動装置
５  灰落下口
６  燃焼空気ブロア
７  流量計
８  圧力計
９   煙突
１０ａ 熱交換器
１０ｂ ボイラ
１０ｃ ボイラ蒸気流量計
１１  冷却空気吹き込み口
１２  冷却空気ブロア
１３  温度計
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  圧力計
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ  ダンパ
１６  燃焼制御手段
１７  流量演算装置
１８  燃焼空気ダンパ
２０  燃焼空気供給配管
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ  分岐配管
【図１】
0003758507.tif 000002
【図２】
0003758507.tif 000003